(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの希土類磁石を構成する複数の分割磁石の前駆体である複数の焼結体を成形型のキャビティ内に並べて収容するに際し、隣接する焼結体の少なくとも一方の界面に絶縁性の潤滑剤を塗布して各焼結体を並べる第１のステップ、
キャビティ内に並べられた複数の焼結体に磁気的異方性を付与する熱間塑性加工をおこなうことで各焼結体を分割磁石とし、潤滑剤を介して複数の分割磁石が一体とされた一体磁石を製造する第２のステップ、
モータを構成するロータの磁石用スロットに一体磁石を挿入してロータを製造する第３のステップからなる、ロータの製造方法。
【請求項２】
潤滑剤が窒化ホウ素からなる請求項１に記載のロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを構成するロータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。
【０００３】
モータの性能を向上させるには、モータ内部で発生する各種損失を如何に低減できるかが課題である。例えば、電気入力後においては、モータを構成するコイルにおいて導体抵抗損失に起因する銅損が生じ、ロータやステータには渦電流損失やヒステリシス損失に起因する鉄損（または高周波鉄損）が生じ、これらの損失に応じてモータ効率やトルク性能が低下することとなる。この渦電流損失は磁束密度の変化によって齎される損失であり、ヒステリシス損失は磁束密度波形に起因する損失である。
【０００４】
上記する渦電流損失を低減する方策の一つとして、永久磁石（希土類磁石）を複数の分割磁石から形成したものをロータの磁石用スロットに挿入してロータを製造する方策が適用されており、特許文献１〜３にはこの分割磁石の製造方法の開示がある。
【０００５】
特許文献１で開示される永久磁石の製造方法は、永久磁石母材を分割する第１工程と、分割して得られた磁石片の全面を絶縁被膜処理する第２工程と、絶縁被膜処理が施された磁石片を接合する第３工程と、接合体が所定の寸法となるよう加工する第４工程と、加工後の接合体の全面に絶縁被膜処理を施す第５工程と、を含む製造方法である。
【０００６】
また、特許文献２で開示される希土類磁石の製造方法は、希土類磁石用の複数の合金材を潤滑剤を介して金属カプセル内に封入し、金属カプセルに対して幅方向からの拘束を加えつつ熱間鍛造する製造方法である。また、特許文献３で開示される希土類磁石の製造方法は、特許文献２と同様の方法で熱間圧延をおこなう製造方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３４７５０号公報
【特許文献２】特開平２−２５０９２１号公報
【特許文献３】特開平２−２５０９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示の製造方法によれば、渦電流の発生をより確実に抑制し得る永久磁石を製造できるとしている。しかしながら、この製造方法は、複数の磁石片の全面を絶縁被膜処理する工程、絶縁被膜処理が施された磁石片を接合する工程などを要することから、製造工数が多く、製造が極めて煩雑になり得る。
【０００９】
また、このように複数の磁石片を個々に製造し、最終的にこれら複数の磁石片を一体としてロータの磁石用スロットに挿入しようとした際に、一体とされた磁石全体の寸法公差は個々の磁石片の寸法公差を積重ねたものとなることから、磁石片それぞれの寸法精度を厳格に管理しないと磁石を磁石用スロットに精度よく挿入設置することができない。
【００１０】
また、特許文献２，３に開示の製造方法によれば、磁気特性に優れた希土類磁石を安定して製造できるとしている。しかしながら、製造する希土類磁石ごとに金属カプセルを用意する必要があり、金属カプセルに複数の合金材を封入して熱間鍛造や熱間圧延することから手間のかかる製造方法となり得る。
【００１１】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、渦電流損失を抑制できる希土類磁石を備えたロータを効率的に製造することのできるロータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明によるロータの製造方法は、１つの希土類磁石を構成する複数の分割磁石の前駆体である複数の焼結体を成形型のキャビティ内に並べて収容するに際し、隣接する焼結体の少なくとも一方の界面に絶縁性の潤滑剤を塗布して各焼結体を並べる第１のステップ、キャビティ内に並べられた複数の焼結体に磁気的異方性を付与する熱間塑性加工をおこなうことで各焼結体を分割磁石とし、潤滑剤を介して複数の分割磁石が一体とされた一体磁石を製造する第２のステップ、モータを構成するロータの磁石用スロットに一体磁石を挿入してロータを製造する第３のステップからなるものである。
【００１３】
本発明のロータの製造方法は、成形型内で熱間塑性加工をおこなって複数の分割磁石を製造するとともに、複数の分割磁石が一体となった一体磁石を成形型から取り出し、そのままの状態でロータの磁石用スロットに挿入してロータを製造する点に特徴を有するものである。
【００１４】
第１のステップでは、複数の焼結体を成形型に並べて収容するに際し、隣接する焼結体の少なくとも一方の界面に絶縁性の潤滑剤を塗布する。ここで、「少なくとも一方の界面」とは、隣接する焼結体のうち、一方の焼結体の界面（側面）に潤滑剤を塗布することや、隣接する焼結体の双方の界面（側面）に潤滑剤を塗布することを含む意味である。
【００１５】
熱間塑性加工前に隣接する焼結体の界面に絶縁性の潤滑剤を塗布しておくことで、熱間塑性加工によって形成された隣接する分割磁石の界面にも絶縁性の潤滑剤が存在しており、分割磁石間の絶縁性が保証され、渦電流損失低減効果に優れた希土類磁石が製造できる。
【００１６】
適用する成形型は、ダイと、ダイ内を摺動自在な上下のパンチと、から構成でき、本発明の製造方法では、複数の焼結体を金属カプセル等に収容することなく、成形型のキャビティ内に並べて収容し、熱間塑性加工をおこなう。
【００１７】
この熱間塑性加工は、鍛造加工（据え込み加工）であり、熱間塑性加工によって焼結体に磁気的異方性を付与して分割磁石を形成する。
【００１８】
このように、一つの成形型内で複数の焼結体に対して一度に磁気的異方性を付与して分割磁石を製造することから、均質な磁気的異方性を有する複数の分割磁石が一体とされた一体磁石が製造できる。
【００１９】
さらに、一つの成形型内で複数の焼結体が熱間塑性加工されて複数の分割磁石を製造し、この複数の分割磁石からなる一体磁石が一つの成形型内で製造されることから、その寸法公差は個々の分割磁石の寸法公差ではなく、一体磁石全体の寸法公差となる。したがって、個々の分割磁石を別体で製作し、後工程で一体化する製造方法の場合には、個々の分割磁石の寸法公差の積算量が一体磁石の寸法公差となることから各分割磁石の寸法精度を厳格に管理する必要があったのに対して、本発明の製造方法では一体磁石に対して厳格な寸法管理は不要となる。
【００２０】
熱間塑性加工時の鍛造圧力によって各焼結体は塑性変形して分割磁石となるが、各分割磁石同士は界面の潤滑剤を介して以後のハンドリングの際に分離しない程度に相互に繋がり、一体磁石を形成する。すなわち、「一体磁石」とは、分割磁石同士が強固に接続された磁石に限らず、ハンドリングの際に分離しない程度に分割磁石同士が弱く接続された磁石も含む意味である。
【００２１】
一体磁石がハンドリングの際には分離しない程度の接続強度を有していることから、成形型から脱型した一体磁石をそのままの状態でロータの磁石用スロットに挿入することができる。なお、ここで言う「そのまま」とは、挿入する際に、表面性状や寸法を整える等の加工を加えることを排除するものではなく、一体となった一体磁石を再び分割することなくという意味である。
【００２２】
ここで、潤滑剤として窒化ホウ素が好適であり、この窒化ホウ素からなる潤滑剤を適用する際には熱間塑性加工前の潤滑剤の膜厚を10μm以上に設定するのがよい。
【００２３】
焼結体を熱間塑性加工する際の温度（鍛造温度）としては600〜900℃程度が挙げられるが、この鍛造温度において適用可能な潤滑剤としては窒化ホウ素やグラファイトなどが挙げられる。その中で、絶縁性能を有する潤滑剤は窒化ホウ素となる。
【００２４】
本発明者による検証によれば、絶縁性の潤滑剤として窒化ホウ素を適用した際に、十分な絶縁性を確保できる熱間塑性加工前の最小の膜厚として10μmが特定されている。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明のロータの製造方法によれば、一つの成形型において複数の分割磁石が界面に存在する絶縁性の潤滑剤を介して一体とされた一体磁石が製造され、この一体磁石をそのままロータの磁石用スロットに挿入してロータを製造することから、渦電流損失を抑制できる希土類磁石を備えたロータを効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のロータの製造方法の第１のステップを説明した斜視図である。
【図２】ロータの製造方法の第２のステップを説明した斜視図である。
【図３】図２に続いて第２のステップを説明した斜視図である。
【図４】ロータの製造方法の第３のステップを説明した斜視図である。
【図５】（ａ）は熱間塑性加工（鍛造）前の２つの焼結体と界面の潤滑剤を示した写真図であり、（ｂ）は熱間塑性加工後の一体磁石を示した写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明のロータの製造方法の実施の形態を説明する。なお、図示例の一体磁石は、２つの焼結体を熱間塑性加工して形成されたものであるが、３つ以上の焼結体から一体磁石を形成してもよいことは勿論のことである。また、図示するロータは１つの一体磁石から１つの磁極が形成される形態を示しているが、略Vの字状を成す２つの一体磁石から１つの磁極が形成される形態であってもよいことは勿論のことである。
【００２８】
（ロータの製造方法の実施の形態）
図１は本発明のロータの製造方法の第１のステップを説明した斜視図であり、図２，３はその順に製造方法の第２のステップを説明した斜視図であり、図４は製造方法の第３のステップを説明した斜視図である。
【００２９】
まず、図１で示すように、ダイＤとダイＤの内部で摺動する上パンチＰｕおよび下パンチＰｓとから構成され、ダイＤと上パンチＰｕと下パンチＰｓでキャビティＣを形成する成形型Ｍを用意する。
【００３０】
このキャビティＣに２つの焼結体１，２を並べて収容する（収容方向はＸ１方向、第１のステップ）。
【００３１】
焼結体１，２は、磁石用粉末が不図示の成形型内で700℃程度の高温雰囲気下、加圧成形されることによって製造される。
【００３２】
焼結体１，２を形成する磁石用粉末の製作方法は、50kPa以下に減圧した不図示の炉中で、単ロールによるメルトスピニング法により、合金インゴットを高周波溶解し、希土類磁石を与える組成の溶湯を銅ロールに噴射して急冷薄帯（急冷リボン）を製作する。次に、製作された急冷薄帯を粗粉砕して磁石用粉末を製作するものである。なお、磁石用粉末の粒径範囲は75〜300μmの範囲となるように調整される。
【００３３】
焼結体１，２は、たとえば、ナノ結晶組織のNd-Fe-B系の主相（平均粒径が300nm以下で、たとえば50nm〜200nm程度の結晶粒径）と、主相の周りにあるNd-X合金（X:金属元素）の粒界相を備えたものである。そして、粒界相を構成するNd-X合金は、Ndと、Co、Fe、Ga等のうちの少なくとも一種以上の合金からなり、たとえば、Nd-Co、Nd-Fe、Nd-Ga、Nd-Co-Fe、Nd-Co-Fe-Gaのうちのいずれか一種、もしくはこれらの二種以上が混在したものであって、Ndリッチな状態となっている。
【００３４】
焼結体１，２をキャビティＣに収容するに際し、焼結体２に対向する焼結体１の側面には絶縁性の潤滑剤３を塗布しておく。
【００３５】
潤滑剤３の塗布量に関しては、成形型Ｍにて焼結体１，２が鍛造されて塑性変形した際に、双方の界面全体に潤滑剤３が行き渡り、かつ、所定の膜厚を形成するような塗布量が設定される。
【００３６】
また、鍛造前の図１の段階における潤滑剤３の膜厚ｔは10μm以上に設定される。本発明者による検証結果によるものであり、最終的に製造される一体磁石を構成する２つの分割磁石間の良好な絶縁性を保証できる鍛造前の膜厚である。
【００３７】
絶縁性を有する潤滑剤３としては、窒化ホウ素を適宜の溶媒（有機系溶媒、水など）に混合させてできたスラリーを適用する。
【００３８】
キャビティＣ内に潤滑剤３を介して２つの焼結体１，２を並べて収容したら、図２で示すように、成形型Ｍを600〜900℃程度の温度雰囲気とし、上パンチＰｕと下パンチＰｓをそれぞれ焼結体１，２を押し込む方向にキャビティＣ内で摺動させ（Ｘ２方向、Ｘ３方向）、熱間塑性加工（鍛造加工）を実施する。
【００３９】
熱間塑性加工による加工度（圧縮率、圧下率）が大きい場合、たとえば圧縮率が10%程度以上の場合を、熱間強加工もしくは単に強加工と称することができるが、60〜80%程度の圧縮率で強加工するのがよい。
【００４０】
熱間塑性加工が完了したら、図３で示すように、下パンチＰｓを上方に移動させて（Ｘ４方向）キャビティＣから熱間塑性加工によって製造された製造物を送り出す（以上、第２のステップ）。
【００４１】
この製造物は、図１で示す焼結体１，２が鍛造されて磁気的異方性が付与され、塑性変形してなる分割磁石４，５と、分割磁石４，５の界面に介在する絶縁性の潤滑剤３からなる一体磁石６である。
【００４２】
この一体磁石６は、分割磁石４，５同士が強固に接続されたものではなく、以後のハンドリングの際に分離しない程度に分割磁石４，５同士が弱く接続され、一体とされた磁石である。
【００４３】
一体磁石６が製造されたら、図４に示すように、既に製造されているロータＲの有する複数の磁石用スロットＳに一体磁石６を順次挿入していく。
【００４４】
ここで、ロータＲは、中央のロータシャフトＲａ用の開口を具備する円環状の電磁鋼板を所定高さまで積層し、かしめ等することで複数の電磁鋼板が一体とされて構成されたものである。ロータＲには、磁極数に応じた磁石用スロットＳが開設されている。
【００４５】
図４は、既に５つの磁石用スロットＳに一体磁石６が挿入設置され、残りの磁石用スロットＳに一体磁石６を挿入（Ｘ５方向）しようとしている状況を示している。
【００４６】
既述するように、成形型Ｍから一体磁石６を移載し、磁石用スロットＳに挿入するまでのハンドリングに際し、一体磁石６を構成する２つの分割磁石４，５は潤滑剤３を介して相互に分離しない程度に繋がっている。
【００４７】
したがって、成形型Ｍにおける一体磁石６の製造からロータＲの磁石用スロットＳへの挿入までの作業を効率的に実行することができる。
【００４８】
また、一体磁石６は成形型Ｍで２つの焼結体１，２が鍛造加工にて塑性変形され、形成された分割磁石４，５が一体とされていることから、一体磁石６の寸法精度は高く、２つの分割磁石を別々に製造して接着し、一体化を図るような製造方法の場合に比して厳格な精度管理は不要となる。後者の製造方法では、各分割磁石が固有の寸法公差を有し、一体とされた磁石全体の寸法公差は各分割磁石の寸法公差の積算量となるため、個々の分割磁石の寸法精度を厳格に管理する必要があるからである。
【００４９】
全ての磁石用スロットＳに一体磁石６が挿入設置され、ロータＲが製造される（以上、第３のステップ）。製造されたロータＲは、磁石用スロットＳに挿入設置された全ての一体磁石６が絶縁性の潤滑剤３を介した分割磁石４，５から構成されていることから、渦電流損失低減効果に優れたロータとなっている。
【００５０】
（窒化ホウ素からなる潤滑剤の鍛造前の膜厚を規定する実験とその結果）
本発明者は、窒化ホウ素からなる潤滑剤の鍛造前の膜厚を規定する実験をおこなった。この実験では、鍛造前の潤滑剤の膜厚を、5μm、10μm、20μm、50μmの４種として２つの焼結体の界面に配し、鍛造加工して一体磁石（試験体）を製作し、各試験体に対して導通試験を３回実施して導通の有無を測定したものである。この測定に際し、測定装置には日置電気株式会社製のカードハイテスタ3244を使用した。
【００５１】
ここで、鍛造前の１つの焼結体の形状は、4mm×24mm×9mmであり、潤滑剤には、窒化ホウ素（昭和電工製のエービーエル）を使用した。
【００５２】
鍛造時の成形型の温度を780℃、圧下率67%、加工時間12.8秒で界面に潤滑剤が介在した２つの焼結体を鍛造し、全体として、14.5mm×46mm×5mmの一体磁石を製作した。
【００５３】
測定結果を以下の表１に示す。また、鍛造前後の試験体をそれぞれ、図５（ａ）、図５（ｂ）の写真図に示す。
【００５４】
【表１】
0006365447.tif 000002
【００５５】
図５（ｂ）で示すように、鍛造後の一体磁石はいずれも、２つの分割磁石が潤滑剤を介して一体化されており、ハンドリングの際に分割磁石が相互に分離されないことが確認できた。
【００５６】
また、表１より、鍛造前の潤滑剤の膜厚が5μmの場合は導通が確認されたが、膜厚10μm以上では導通が確認されなかった。
【００５７】
この測定結果より、潤滑剤に窒化ホウ素を適用する場合は、鍛造前の潤滑剤の膜厚を10μm以上に設定するのがよいことが分かる。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１，２…焼結体、３…潤滑剤（絶縁性の潤滑剤）、４，５…分割磁石、６…一体磁石、Ｍ…成形型、Ｄ…ダイ、Ｐｕ…上パンチ、Ｐｓ…下パンチ、Ｃ…キャビティ、Ｒ…ロータ、Ｓ…磁石用スロット
【図１】
0006365447.tif 000003
【図２】
0006365447.tif 000004
【図３】
0006365447.tif 000005
【図４】
0006365447.tif 000006
【図５】
0006365447.tif 000007