(57)【要約】【課題】ボンド磁石部や軟磁性ヨーク部の形状が複雑化したり、薄肉化したりしても、異材質どうしにおける粉体自身のスプリングバック量の差によってもたらされる、接合面近傍の残留応力を低減してクラック発生を回避し、高速回転用途においても強度的安全性の高い、表面磁石型および内部磁石型の軟磁性ヨーク一体型ボンド磁石回転子とその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】結合材を含む磁石粉末と結合材を含むアトマイズ鉄粉とが、互いが接触して形成する接合面110においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された鉄ヨーク一体のボンド磁石において、鉄ヨーク部２とボンド磁石部１を各々個別に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える時の基準量に対して、鉄ヨークの基準量を１〜２０質量％増やす鉄ヨーク一体のボンド磁石。【選択図】        図５
2007236113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材を含む磁石粉末と結合材を含むアトマイズ鉄粉とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された鉄ヨーク一体のボンド磁石において、鉄ヨーク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える時の基準量に対して、鉄ヨークの基準量を１〜２０質量％増やすことを特徴とする鉄ヨーク一体のボンド磁石。
【請求項２】
結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石部のそれの１００〜１２０％とすることを特徴とする軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。
【請求項３】
軟磁性ヨーク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える時の基準量に対して、軟磁性ヨークの基準量を１０質量％以下の範囲で増加させることを特徴とする請求項２に記載の軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。
【請求項４】
結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末がアトマイズ鉄粉中に珪素鉄、鉄基アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性材料、ステンレス鋼、鋳鉄の各材料からなる群から選ばれる１種又は２種以上の材料からなる粉末を３〜３０質量％含んで成ることを特徴とする軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。
【請求項５】
結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末がアトマイズ鉄粉中にSi、SiO2、SiC、Al2O3、MgOの各粉末からなる群から選ばれる１種又は２種以上の粉末を３〜３０質量％含んで成ることを特徴とする軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。
【請求項６】
結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末がアトマイズ鉄粉中にCr、Mo、V、W、Coの各元素からなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素を含む鉄系の合金粉末に絶縁処理を施した粉末を３〜３０質量％含んで成ることを特徴とする軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。
【請求項７】
請求項２乃至６の何れかに記載の軟磁性ヨーク一体のボンド磁石を備えたことを特徴とするモータ用磁石回転子。
【請求項８】
界磁巻線を有する固定子と、該固定子が形成する回転磁界に応じて回転する回転子とを備えたモータであり、前記回転子は請求項７に記載のモータ用磁石回転子であることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を使用したモータや、発電機などの高効率化や軽量化を図ることを目的とした、ヨーク一体型ボンド磁石および軟磁性ヨーク一体型のモータ用ボンド磁石回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ用磁石回転子には様々な構造が考案されてきたが、それらは大きく２つの方式に分類される。第一の方式は、図３（ａ）〜（ｃ）、および（ｆ）のように永久磁石を磁極の表面に配置したいわゆる表面磁石(Surface  Permanent  Magnet、以下SPM)回転子である。これに対し第二の方式は、図３（ｄ）（ｅ）のように永久磁石を回転子内部に配置した磁石埋設(Interior  Permanent  Magnet、以下IPM)回転子である。前者のSPM回転子は、回転子表面に配置した永久磁石がエアギャップを挟んで固定子に対向する形式であり、後者のIPM回転子に比べて設計や製造が容易という特長がある。また、後者のIPM回転子は構造信頼性に優れ、さらにリラクタンストルクを得易いという特長がある。なお、図３（ｆ）に示す外転型の磁石回転子は、磁石が飛散する恐れが低いことからSPM構造をとることが多い。
【０００３】
図３のような永久磁石回転子において、珪素鋼板の絶縁積層品や鋳造、鍛造などから成る軟磁性ヨークの表面、もしくは内部に永久磁石を固定する方法としては従来から、接着剤を用いて接着するのが一般的である。
【０００４】
磁石回転子をモータに組込み回転させると、回転に伴う遠心力や、固定子との間に磁気的な吸引や反発力を発生する。さらに、回転に伴う振動なども発生する。ここで、回転子を形成する磁石や軟磁性ヨーク各々、また磁石と軟磁性ヨーク間の接合強度が不充分であると、磁石の剥離や破壊が発生する。遠心力は回転速度のほぼ二乗に比例して増加するため、高速回転するほどこの問題は深刻化する。この問題は、図３のようなセグメント磁石を用いた場合、特に図３（ａ）〜（ｃ）のように磁石が回転子の外表面に配置される内転型のSPM回転子で著しい。さらに、単一磁石で複数の磁極が構成可能なリング磁石を用いる場合であっても、回転子が温度変化した際に磁石と軟磁性ヨークとの線膨張率の違いにより、磁石が破損するのを避ける目的で、接着層のクリアランスを大きくし、さらに柔らかい接着剤を使用することが多い。なお、接着層のクリアランスは接着強度のバラツキ増大や接着位置のズレなどの原因になる。また、柔らかい接着剤は一般的に熱安定性や接着力に劣る。このように磁石の形状によらず、磁石回転子の接着作業には多くの技術課題がある。
【０００５】
以上の様な接着強度に対する懸念から、内転型SPM回転子の強度対策として図４のように非磁性ステンレス鋼や強化プラスチック繊維ファイバーなどからなる構造補強用の保護リング３を磁石１０１の外周面に巻いて、強度を補う場合が多い。しかしこのような場合、実効的なエアギャップが拡がり、磁石からの磁束が固定子に到達し難くなりモータ出力が低下してしまう。さらに、ステンレス鋼など金属製の保護リングでは、渦電流損が発生してモータ効率を低下させてしまう。なお、磁石と軟磁性ヨークとを一体成形する比較例として挙げる特許文献１や特許文献２においても、構造補強用のフレームや保護リングの使用が前提になっていることから、磁石と軟磁性ヨーク間に充分な接合強度を得ていなのは明らかである。また特許文献３ではリング磁石にくさび形状を設けて磁石のマクロ的外観形状によりヨークにくい込ませ軟磁性ヨークとの抜けを防止している点から、また特許文献４でも磁石をリング形状に限定している点や製法に関する記述から、磁石と軟磁性ヨーク間に充分な接合強度は得ておらず、リング磁石の内圧だけで軟磁性ヨークを保持しているのは明らかである。特許文献５では仮圧縮成形と本成形を行ってリング状磁石を形成している。しかしリング状磁石と軟磁性ヨークとの接合は接着であり接合強度や信頼性の点で不充分である。
【０００６】
なお、特許文献６ではボンド磁石粉と軟磁性粉とを接着レスで一体的に圧縮成形しており、回転子として十分な機械強度を実現している。特にIPM回転子では、特許文献６に記載の形状の範囲内において、ボンド磁石粉と軟磁性粉の粉体自身のスプリングバック差に起因する残留応力によるクラック発生を回避しながら、一体成形している。ところが、特許文献６に記載の形状を逸脱したり、軟磁性ヨーク部の径方向の肉厚が磁石部に比べて薄い場合などには、軟磁性ヨーク側に顕著なクラックを生じる事が多い。クラックの発生は、成形体の機械強度を著しく低下させるため、モータ用回転子として好ましくない。しかし、モータの高効率化や軽量化の要求が高まるにつれて、磁石回転子の構造もより複雑化し、かつ薄肉化する傾向にあり、ボンド磁石粉と軟磁性粉における粉体自身のスプリングバック量の差によってもたらされる、接合面近傍に発生する残留応力を低減しないと、一体成形が困難な形状の実現が求められている。
【特許文献１】特開２００１−９５１８５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２９３１号公報
【特許文献３】特開平５−３２６２３２号公報
【特許文献４】特開平７−１６９６３３号公報
【特許文献５】特開２００１−０５２９２１号公報
【特許文献６】特開２００５−２０９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した問題点に鑑み、ボンド磁石部や軟磁性ヨーク部の形状が複雑化したり、薄肉化したりしても、異材質どうしにおける粉体自身のスプリングバック量の差によってもたらされる、接合面近傍の残留応力を低減してクラック発生を回避し、高速回転用途においても強度的安全性の高い、ヨーク一体型ボンド磁石および表面磁石型または内部磁石型の軟磁性ヨーク一体型ボンド磁石回転子、並びにそ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】
【０００８】
本願第一の発明は、ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部とを備える鉄ヨーク一体のボンド磁石であって、前記ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部とが接触して形成する接合面近傍において、粉体どうしのスプリングバック差による残留応力を低減する手法である。すなわち、結合材を含む磁石粉末と結合材を含むアトマイズ鉄粉とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された鉄ヨーク一体のボンド磁石において、鉄ヨーク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える時の基準量に対して、鉄ヨークの基準量を１〜２０質量％増やすことを特徴とする鉄ヨーク一体のボンド磁石である。
【０００９】
磁石部には、等方性および、または異方性のボンド磁石を使用することができる。等方性にしろ異方性にしろ、磁気特性に優れるＲ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石は、結合材を適量含むもので粉体自身のスプリングバック量が成形圧力を維持している時の成形体寸法に対して約０．３〜０．４％になる。ここで、スプリングバックとは成形圧力から開放された成形体が成形金型のダイス寸法に対してあらゆる方向に膨張する現象であり、その膨張量をスプリングバック量という。これに対して、軟磁性粉末のなかでも比較的安価で入手性が良好なアトマイズ鉄粉に結合材を適量含むコンパウンドのスプリングバック量は約０．１〜０．２％になる。このため、ボンド磁石粉とアトマイズ鉄粉のコンパウンドを同時に圧縮成形すると、スプリングバック量が相対的に小さい鉄ヨーク側の接合界面近傍において引張応力が生じる。この応力は、ボンド磁石と鉄ヨークの相対形状や体積比などによって分布や絶対値が異なり、残留応力が許容応力を超えた時にクラックが発生する。なお、一般的に圧縮成形体は圧縮応力に強く、引張応力に弱いため、スプリングバック量の差によるクラックはスプリングバック量が相対的に少ない鉄ヨーク側に生じることが多い。
【００１０】
ここで、まず給粉調整を行なわない場合の一体成形について、図１の比較例、および図２の比較例Ａ〜Ｃを用いて詳細に説明する。図１は、ボンド磁石と鉄ヨークが共にリング形状の場合における一体成形の模式図である。また図２は、一体成形時の接合界面の状態を説明するための模式図である。図２の比較例Ａに示す様に、ボンド磁石と鉄ヨークをそれぞれ個別に同じ圧縮成形圧力（５００〜１０００ＭＰａの高圧力）で単体成形後に除圧した時に、スプリングバックによる膨張量を含む成形体の加圧方向の厚み（Ｈ０）が揃うときの単位面積あたりの給粉量を、それぞれの基準量と定義する。前述の圧縮成形圧力は後述の本成形圧力と等しい値とする。除圧とは圧縮成形体を加圧状態から開放することを意味するものとする。
【００１１】
前述の様に、アトマイズ鉄粉に対してボンド磁石粉のスプリングバック量の方が大きいため、ボンド磁石の加圧状態における厚み（Ｈ１）と鉄ヨークのそれ（Ｈ２）は、Ｈ１＜Ｈ２になる。これに対して、図２の比較例ＢおよびＣに示す様に、給粉量を基準量と同量にしたボンド磁石の予備成形体２０と、給粉量を基準量と同量にした鉄ヨークの予備成形体２１とを組合せて一体的に本成形すると、加圧状態における厚み（Ｈ３）は概ねＨ１とＨ２の平均値となるため、Ｈ１＜Ｈ３＜Ｈ２の関係になる。つまり、ボンド磁石と鉄ヨークをそれぞれ基準量で一体成形すると、圧縮力は鉄ヨーク側へ偏り、鉄ヨークが余分に押し込まれる状態になる。但し、スプリングバック量の差から明らかな様に、成形体の弾性率は鉄ヨークに比べてボンド磁石の方が大きく、一体成形時に余分に押し込まれた鉄ヨークが、弾性率の大きいボンド磁石を横方向へ押し広げるため、接合面に圧着力が生じると同時に、ボンド磁石側へも充分な圧縮力が伝わる。しかし、このようにボンド磁石部と鉄ヨーク部とで本成形圧力の伝わり方が異なるため、例えば図２の比較例Ｂに示す様に、ボンド磁石と鉄ヨークが接合されないと仮定すると、目標とする厚み寸法のＨ０に対してボンド磁石側は伸び、鉄ヨーク側は反対に縮むようになる。
【００１２】
従って、図２の比較例Ｃに示す様に、ボンド磁石と鉄ヨークをそれぞれ基準量で一体成形すると、鉄ヨーク側に引張応力が生じる。同様に、リング形状の磁石回転子を一体成形する場合について、図１の比較例を用いて詳細に説明する。成形圧力は予備成形圧力を２００〜４００ＭＰａの低圧力、本成形圧力を５００〜１０００ＭＰａの高圧力にする。金型５内に別途作製しておいたボンド磁石予備成形体２０と鉄ヨーク予備成形体２１をセットする。成形パンチ４は予備成形体２０と予備成形体２１を合わせた断面と同じ断面を有する。上下の成形パンチ４，４を前進させて予備成形体２０，２１を同時に圧縮して一体成形する。このときの圧力は前記の本成形圧力である。予備成形体２０，２１はともに基準量と同量の給粉量を有するため両者の接合面は円筒形状を保つ。成形体が所定の寸法になったら除圧する。除圧するとスプリングバック現象により成形体は径方向にも圧縮方向にも若干伸びようとする。このとき、ボンド磁石の予備成形体２０の方がより多く伸びようとするため、特に圧縮方向の伸びが阻害される予備成形体２０に圧縮応力が、また逆に予備成形体２１に引張応力がそれぞれ内部応力として残留する。前述の様に圧縮成形体は引張応力に弱いため、特に鉄ヨークの内径側の、密度が最も上昇し難い加圧方向の中央付近に、成形体クラック１８が周方向へ向かって走ることが多い。
【００１３】
このクラックの発生を防止するために、主に鉄ヨーク側に発生する引張の残留応力を低減する必要がある。そこで、図１の実施例に示す様に、アトマイズ鉄粉の給粉量を相対的に増やす工夫を行なった。つまり、鉄ヨーク部を形成するアトマイズ鉄粉の給粉量だけを、基準量に対して増やした。なお、図１の実施例では、給粉量を基準量と同量にしたボンド磁石の予備成形体２０と、給粉量を基準量に対して１〜２０質量％多くした鉄ヨークの予備成形体２１とを組み合わせ、それらを同時に本成形により一体成形する様子を表している。成形圧力は予備成形圧力を２００〜４００ＭＰａ、本成形圧力を５００〜１０００ＭＰａにする。また、ボンド磁石の成形パンチ４Ａと鉄ヨークの成形パンチ４Ｂを分離して互いに独立して制御できるようにし、ボンド磁石の予備成形体２０よりも両端で突出した鉄ヨークの予備成形体２１側が、先に本成形される時に成形体が崩れない様、予め成形パンチ４Ａ，４Ａを前進させてボンド磁石側の成形キャビティを塞いでおく。この状態で上下の成形パンチ４Ｂ，４Ｂを前進させて鉄ヨークの予備成形体２１を圧縮する。鉄ヨークの予備成形体２１の高さがボンド磁石の予備成形体２０の高さと同程度になるまで圧縮したら、成形パンチ４Ａと成形パンチ４Ｂとを一体的に制御して本成形圧力を印加して更に圧縮する。鉄ヨークの予備成形体２１は基準量よりも多くのアトマイズ鉄粉を含んでいるため、基準量と同量の磁石粉末を含むボンド磁石の予備成形体２０と接触した状態で同時に圧縮されると両者の接合面は予備成形体２０側へ凸になる。成形体が所定の寸法になったら除圧する。除圧後、成形パンチ４Ａと成形パンチ４Ｂとを後退させて成形体を金型５から取り出す。除圧するとスプリングバック現象により成形体があらゆる方向に膨らみ、接合面の凸形状も解消される。このようにして一体成形を行なうと、成形体にクラックを生じ難くなる。
【００１４】
成形体にクラックを生じ難くなる理由は、次のとおりである。図１の実施例において、給粉量を基準量よりも多くした鉄ヨークは、一体成形時に圧縮と直交方向へボンド磁石を押し広げる様に膨らむ。これにより、給粉量の違いによって鉄ヨーク側に偏るべき圧縮力をボンド磁石側へ分散することができ、結果的にボンド磁石と鉄ヨークの圧縮力を等しくすることができる。なお、成形体の上下パンチとの接触面には大きな摩擦力が発生するため、ボンド磁石と鉄ヨークの形状が崩れることがない。このため、圧縮状態では鉄ヨークの加圧方向中央が僅かに膨らんだ凸形状になる。この状態から上下パンチを除圧して金型５から成形体を取り出すと、ボンド磁石と鉄ヨークのスプリングバック差を吸収する様に接合面の凸形状が解消される。このようにすると、ボンド磁石と鉄ヨークの接合面近傍の残留応力が低減され、成形体にクラックを生じ難くなる。なお、アトマイズ鉄粉の給粉量は、基準量に対して１〜２０質量％の範囲で増やすことが好ましく、その量は加圧方向に対して直角の成形体断面におけるボンド磁石部に対する鉄ヨーク部の断面積比に応じて調整することがより好ましい。アトマイズ鉄粉の基準量に対する増加量を1質量％未満にすると、クラック抑制において顕著な効果が現れない。また、その増加量を２０質量％よりも多くすると、圧縮力の鉄ヨーク側への偏りが極端になって金型を破損したり、成形体の形状が崩れたり、ボンド磁石側の密度が低下したりするため、好ましくない。
【００１５】
本願第二の発明は、本願第一の発明において採用したアトマイズ鉄粉の給粉量を基準量より増やす手法に替えて、鉄ヨーク部のスプリングバック量をボンド磁石部のそれに揃えることで、接合面近傍に発生する残留応力を低減する手法である。成形体のスプリングバック量は原料粉の硬度と密接な関係があり、硬い原料粉であるほど圧縮成形体のスプリングバック量が大となる。実際に、ボンド磁石粉はメルトスピニングやストリップキャスティングなどの超急冷法を用いて高い磁気特性を得た高硬度な合金を粉砕・熱処理して得ているため、圧縮成形前の粉の状態でのビッカース硬度（ＪＩＳ-Ｂ７７２５）のＨｖが約２００であるのに対して、アトマイズ鉄粉のＨｖは約１００と半分の硬度であり、それに呼応するようにボンド磁石粉の成形体におけるスプリングバック量は、アトマイズ鉄粉のそれの２倍以上になる。なお、ボンド磁石粉の平均粒径が約１００μｍ、アトマイズ鉄粉が約３０μｍと微細なため、マイクロビッカース試験機を用いて試験荷重１０ｇで粉のビッカース硬度を測定した。このように、粉の状態であっても硬度測定は可能であるが、圧縮成形後の成形体から原料粉の硬度を求めるのは極めて難しい。さらに、スプリングバックとは成形金型のダイス寸法に対する成形体の膨張量を指すことから、ダイス寸法が不明であるとスプリングバック量を求めることができない。一方、材料の硬さを示す指標の一つにヤング率がある。ヤング率は、応力／歪の直線領域での傾きに相当し、その値が大きいほど硬い材料と言える。成形体の熱硬化後のヤング率は、歪ゲージなどを用いて成形体に対する荷重と変位量の相関から比較的容易に測定できる。従って本願第二の発明は、成形体のヤング率によって定義することが好ましい。
【００１６】
すなわち本願第二の発明は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石部のそれの１００〜１２０％とすることを特徴とする軟磁性ヨーク一体のボンド磁石である。本発明においては、軟磁性ヨーク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える時の基準量に対して、軟磁性ヨークの基準量を１０質量％以下の範囲で増加させることが好ましい。ここで、鉄ヨークに替えて軟磁性ヨークと称するのは、アトマイズ鉄粉中に純鉄以外の何等かの合金か、または結合材以外の何等かの添加物を含むことを意味する。
【００１７】
軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石部のそれの１００〜１２０％に限定する理由は次のとおりである。ボンド磁石成形体の熱硬化処理後のヤング率は、磁気特性に優れるＲ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石粉に結合材を適量含むもので約５００ＭＰａである。これに対して、アトマイズ鉄粉に結合材を適量含む鉄ヨーク成形体の熱硬化処理後のヤング率は約８００ＭＰａとボンド磁石の約１６０％である。なお、アトマイズ鉄粉の硬度がボンド磁石粉に比べて低いにも関わらず、圧縮成形後の鉄ヨーク成形体のヤング率がボンド磁石のそれよりも大きいのは、主にアトマイズ鉄粉が柔軟なため圧縮成形時に塑性変形して空孔部が減少し、ボンド磁石よりも成形体密度が約１０％上昇するからである。なお、成形体の密度上昇のし易さは、原料粉の粒形や粒度分布にも依存する。つまり、成形体の熱硬化後のヤング率は様々な因子の影響を受けるため、異なる原料粉からなる成形体どうしのヤング率を、一体成形時に完全に一致させるのは極めて困難である。従って、成形体にクラックを生じない範囲で、スプリングバック差に許容範囲を設けることが好ましい。具体的には、アトマイズ鉄粉のボンド磁石粉に対する圧縮成形および熱硬化処理後のヤング率の差を、クラックが発生し易い現状の６０％から、その１／３以下に低減すれば残留応力が許容応力を超えてクラックを発生することがない。従って、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石のそれの１００〜１２０％に限定することが好ましい。
【００１８】
また、軟磁性粉末の増加量を基準量の１０質量％以下の範囲に限定する理由は次のとおりである。ボンド磁石粉末と軟磁性粉末のスプリングバック量を完全に一致させた場合には、給粉調整を行なう必要がない。しかし、スプリングバック量は前述のとおり様々な因子の影響を受けるほか、その調整によって成形体の磁気特性や機械強度にも影響を及ぼす。つまり、モータ用磁石回転子としての諸特性を考慮すると、スプリングバック調整を行なった原料粉を使用する場合でも、軟磁性粉末の増加量に１０質量％以下の調整しろを設けることが好ましい。なお、調整しろの上限を１０質量％にする理由は、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石のそれの１００〜１２０％に限定することで、軟磁性粉末の硬度が必然的に上昇するため、従来のアトマイズ鉄粉を使用する場合に比べてその調整しろを半減できるからである。ここで、調整しろを半減に留める理由は次のとおりである。成形体のスプリングバック量が相対的に大きいボンド磁石粉に対して、アトマイズ鉄粉のビッカース硬度は前述のとおり約半分である。これに対して、アトマイズ鉄粉中に純鉄以外の何等かの添加物を混ぜたり反応させたりして、軟磁性粉末の全部または平均的な硬度を約２倍まで高めると、粉の圧縮成形性が大きく損なわれて軟磁気特性や機械強度が大幅に低下する。これを避けるため、軟磁性粉末の硬度をアトマイズ鉄粉のそれの１．５倍以下に留めつつ、スプリングバック量の不足分を成形体の密度上昇で補うことが好ましい。これを実現するために、軟磁性粉末の増加量を最大で１０％とする必要がある。このため、軟磁性粉末の増加量を基準量の１０質量％以下の範囲にすることが好ましい。
【００１９】
一般的に、アトマイズ鉄粉とは溶湯金属や合金を細孔より流出させ、その溶湯流に高圧ガスまたは水流を吹き付けて製造した金属粉末を脱炭・還元処理した純鉄粉で、粒子内に気孔が殆どなく、表面が平滑で球状に近いため流動性がよく、圧縮性に優れるという特徴を持つ。このようにアトマイズ鉄粉は製造プロセスが単純な純金属のため、硬度が大きくばらつくことがない。また、ボンド磁石粉はメルトスピニングやストリップキャスティングなどの超急冷法を用いて高い磁気特性を得た合金を粉砕・熱処理して得ているため、磁気特性の劣化なく硬度を通常の半分以下にすることは極めて難しい。さらに、モータ出力の確保という観点で、磁気特性の劣化要因となるスプリングバック量の調整は、ボンド磁石側で行なうよりも、主にバックヨークとして機能する鉄ヨーク側で行なうことが好ましい。
【００２０】
即ち、アトマイズ鉄粉中へアトマイズ鉄粉よりも高硬度な軟磁性の合金粉末を添加することで、鉄ヨークの軟磁気特性や圧縮成形性を大きく損なわずに、スプリングバック量を平均的に増大させることが好ましい。アトマイズ鉄粉に添加する混合粉には、珪素鉄や鉄基アモルファス、ナノ結晶軟磁性材料、ステンレス鋼、鋳鉄などの粉砕粉が使用できる。軟磁性ヨーク部への高硬度な軟磁性合金粉末の混合量は、その熱硬化処理後のヤング率がボンド磁石部のそれの１００〜１２０％となる量に調整すればよいのであるが、上記の混合粉を添加する場合は３〜３０質量％程度となる。高硬度軟磁性粉添加率（質量％）は粉砕粉質量／（アトマイズ鉄粉質量＋粉砕粉質量）×１００で算出される。
【００２１】
したがって本願第三の発明は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末がアトマイズ鉄粉中に珪素鉄、鉄基アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性材料、ステンレス鋼、鋳鉄の各材料からなる群から選ばれる１種又は２種以上の材料からなる粉末を３〜３０質量％含んで成ることを特徴とするモータ用磁石回転子である。アトマイズ鉄粉中に添加する混合粉の硬度はＨｖ３００以上が好ましく、６００以上がより好ましい。また、それらはクラックの起点にならない様に、アトマイズ鉄粉と同等かまたはそれ以下の粒径のものを、アトマイズ鉄粉中に均一に分散させることが好ましい。混合粉の硬度Ｈｖを３００以上、より好ましくは６００以上とする理由は、入手性が良好で且つ優れた軟磁気特性および圧縮成形性を有するアトマイズ鉄粉に対して、スプリングバック量の調整を目的とする混合粉の量を出来るだけ少なくするためである。混合粉の硬度が高いほど、少ない混合量でスプリングバック量を増大させることができる。また、混合粉の軟磁気特性、つまり透磁率や飽和磁束密度が高いほど、圧縮成形後においても高い軟磁気特性が保たれる。従って、高硬度で且つ軟磁気特性が良好な珪素鉄や鉄基アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性材料、ステンレス鋼、鋳鉄などの粉末、特に粉砕粉を混合することが好ましい。
【００２２】
なお、圧縮成形後の成形体寸法に対して、熱硬化処理後にはボンド磁石も軟磁性ヨークも更に約０．３％膨張する。ボンド磁石や軟磁性ヨークの熱硬化処理前後の膨張量は、主に結合材の種類や添加量によって異なり、この差が熱硬化処理の前後で大きくなる場合は、熱硬化処理後の膨張率まで考慮して鉄ヨーク側のスプリングバック量を調整することが好ましい。
【００２３】
本願第二の発明においてアトマイズ鉄粉中へ混合する高硬度な軟磁性の合金粉末として高硬度かつ電気抵抗が大きい材料を混合することもできる。高硬度な混合粉という観点では、本願第二の発明と同様のスプリングバック調整の効果が得られる。その混合粉が電気抵抗の大きい性質を兼ね備えていると、特にモータが高速回転した時の渦電流損低減の効果が得られる。高硬度かつ電気抵抗が大きい材料としては、Si、SiO2、SiC、Al2O3、MgOなどが挙げられる。またはCr、Mo、V、W、Coなどを含む鉄系の合金粉末に絶縁処理を施したものを添加しても良い。高硬度かつ電気抵抗が大きい材料からなる粉末の混合量は３〜３０質量％である。添加物の硬度はＨｖ３００以上が好ましく、６００以上がより好ましい。また、それらはクラックの起点にならない様に、アトマイズ鉄粉と同等以下の粒径のものを、均一に分散させることが好ましい。
【００２４】
したがって本願第四の発明は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末がアトマイズ鉄粉中にSi、SiO2、SiC、Al2O3、MgOの各粉末からなる群から選ばれる１種又は２種以上の粉末を３〜３０質量％含んで成ることを特徴とする軟磁性ヨーク一体のボンド磁石である。
【００２５】
本願第五の発明は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末がアトマイズ鉄粉中にCr、Mo、V、W、Coの各元素からなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素を含む鉄系の合金粉末に絶縁処理を施した粉末を３〜３０質量％含んで成ることを特徴とする軟磁性ヨーク一体のボンド磁石である。本願第四および第五の発明において、混合粉の量を３〜３０質量％に限定する理由は、本願第三の発明と同じく軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石部のそれの１００〜１２０％となる量に調整するためである。
【００２６】
本願第一乃至五の発明の何れかの鉄ヨーク一体のボンド磁石または軟磁性ヨーク一体のボンド磁石とモータ回転軸とを組み合わせることにより、高速回転用途においても強度的安全性の高いモータ用磁石回転子を作製することができる。
【００２７】
前記のモータ用磁石回転子と、界磁巻線を有する固定子とを組み合わせることにより、前記固定子が形成する回転磁界に応じて回転するモータを作製することができる。
【００２８】
本発明において、磁石粉末の平均粒径が５０〜２００μｍであり、前記軟磁性粉末の平均粒径が１〜１００μｍであるものが好ましい。相互に粒径を変えることで磁石粉末と軟磁性粉末とのかみ合いが起こりやすくなりボンド磁石部と軟磁性部の接合強度が高まり、ボイドやクラック等を抑制できる回転子を製造できる。さらに好ましい磁石粉末の平均粒径は８０〜１５０μｍであり、さらに好ましい軟磁性粉末の平粒径は５〜５０μｍである。
【００２９】
磁石粉末は、等方性および、または異方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末あるいはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石の混合粉末であることが望ましい。例えばフェライト系ボンド磁石の様に残留磁束密度Brが０．４Ｔ未満であると、モータとして必要充分なトルクを得ることができない。したがって、Br≧０．８Ｔ、保磁力Hcj≧６００kA/mの希土類系ボンド磁石を使用することがより望ましい。
【００３０】
一方、軟磁性粉末はアトマイズ鉄粉に、鉄基アモルファス合金粉末、ナノ結晶軟磁性粉末などを添加して、電気伝導率は２０kS／m以下、磁気特性は飽和磁束密度Bm≧１．４Ｔ、保磁力Hc≦８００A/mに調整することが望ましい。電気伝導率が２０kS／m以下であると、従来接着方式で軟磁性ヨークとして用いられている珪素鋼板などの絶縁積層品とほぼ同等に、渦電流損を低減することができる。また、Bmが低いと必要充分な磁束が得られず、極端にヨークを大型化する必要などが発生する。特に本発明のようにBr≧０．８Ｔの希土類系ボンド磁石を用いる場合は、この問題点が顕在化する。またHcが高すぎるとモータ回転時のヒステリシス損が顕著になりモータ効率が著しく低下する。
【００３１】
生産性や組立て精度の観点から、磁石と軟磁性ヨークとを一体成形する技術も種々開発されているが、インサート成形(特許文献１)ではその製法上、原料に高い流動性が要求されるため、磁石材料や軟磁性材料に多量の樹脂を混ぜなければならない。このため、磁石材料や軟磁性材料の質量％は６割程度となり、軽量というメリットはあるものの、低い磁気特性しか得られない。一方、本発明は圧縮成形であるため、磁石材料や軟磁性材の質量％を９８%程度まで上げることが可能であり、より高い磁気特性が得られるという特長がある。
【００３２】
また軟磁性粉末に、絶縁皮膜のコーティングをなすことも好ましい。あるいは希土類磁石粉末に、絶縁皮膜コーティングをなすことも好ましい。絶縁皮膜のコーティングを施すことで電気抵抗が増加して、モータ回転時の渦電流損を低減することができる。
【００３３】
ボンド磁石と軟磁性ヨーク一体の、磁石回転子成形用の原料としては、磁石粉末および軟磁性粉末に樹脂バインダ（結合剤）を添加する。結合剤としては熱硬化性樹脂を、磁石粉末コンパウンドであれば１〜５質量％、軟磁性粉末コンパウンドであれば０．１〜３質量％含むことが望ましい。結合剤は熱硬化性樹脂が好ましい。例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂等が適宜使用できる。磁石粉末質量に対する含有量は、０．１〜５質量％が好ましく、１．０〜４質量％がより好ましい。軟磁性粉末に対する含有量は０．１〜３質量％が好ましく、０．５〜２質量％がより好ましい。結合剤の含有量が少なすぎると機械強度が著しく低下し、結合剤の含有量が多すぎると磁気特性が著しく低下する。
【００３４】
軟磁性粉末と結合剤、もしくは磁石粉末（特に希土類系磁石粉末）と結合剤を調合してコンパウンドとする。このコンパウンド中には、酸化防止剤や潤滑剤が含まれていてもよい。酸化防止剤は、磁石粉末の酸化を防止して磁石の磁気特性の低下を防ぐのに寄与する。また、コンパウンドの混練・成形の際に熱的安定性の向上に寄与し、少ない結合剤添加量で良好な成形性を保てる。酸化防止剤は、既知のものを使用でき、例えば、トコフェロール、アミン系化合物、アミノ酸系化合物、ニトロカルボン酸類、ヒドラジン化合物、シアン化合物、硫化物等の、金属イオン、特にＦｅ成分に対しキレート化合物を生成するキレート化剤などが使用できる。
【００３５】
潤滑剤は、コンパウンドの混練・成形の際に流動性を向上させるため、より少ない結合剤添加量で同等の特性を得ることができる。潤滑剤は既知のものを使用でき、例えば、ステアリン酸またはその金属塩、脂肪酸、シリコーンオイル、各種ワックス、脂肪酸などが使用できる。
【００３６】
また、他に安定化剤、成形助剤等の各種添加剤を添加することもできる。コンパウンドは混合機や攪拌機を用いて混合する。
【００３７】
ここで、ボンド磁石と軟磁性ヨークの一体成形手段について、図５を用いて詳細に説明する。結合材および平均粒径が５０〜２００μｍの磁石粉末を主とする磁石粉末コンパウンドを、磁石予備成形専用の圧縮成形装置に充填して、成形圧力２００〜４００ＭＰａで予備成形する。なお、ボンド磁石が異方性の場合には、電磁石などによって磁場を与えながら予備成形を行なう。また、結合材および平均粒径が１〜１００μｍのアトマイズ鉄粉末コンパウンドも、予備成形専用の圧縮成形装置にて成形圧力２００〜４００ＭＰａで予備成形する。予備成形で成形圧力を低めるのは、本成形の際に磁石粉と軟磁性粉との接合強度を高めるためである。さらに、アトマイズ鉄粉末コンパウンドは、前述のように給粉比を適宜増やすか、または添加物を適宜混合してスプリングバック量を予め磁石粉のそれと合わせておく。
【００３８】
次に、複数のボンド磁石の予備成形体と、スプリングバック量を考慮した軟磁性ヨークの予備成形体とを組合せてキャビティ内へ再投入し、予備成形圧力より高い６００〜１０００ＭＰａの成形圧力で一体的に本成形する。予備成形体は表面の粉が脱落可能なほど低密度のため、本成形の際に磁石粉末と軟磁性粉末の境界面が粉の粒径に応じた凹凸を有しながら強固に密着し磁石成形体と軟磁性成形体は互いに接合される。従って、境界面の凹凸量が大きいほど機械的結合強度は大きくなる。なお、予備成形体の接合面１１０に予め結合材や接着剤などを塗布しておいても良い。本成形後に行なう加熱硬化処理により結合材や接着剤が溶けてボンド磁石部と軟磁性ヨーク部とに浸透して接合面の接合力を更に強化する。
【００３９】
従来の接着剤による接合では、接着層の厚みがばらついたり、接着面の状態によって接着強度が変わったりするなど、安定した接着強度を得ることは難しい。２０ＭＰａ以上の接着強度を有する接着剤を使用しても、接着面積が１／３程度しか確保できず、平均すると実質５ＭＰａ以下の接着強度しか得られないことが多い。これに対して本発明では、ボンド磁石部と軟磁性部の圧着力は接合面１１０の全域で確保されるため、常に安定してせん断応力で１０ＭＰａ以上、さらには１５ＭＰａ以上となる。固定子コイルに励磁電流が供給されると回転子に回転トルクが生じる。このとき回転子には回転方向に対して接線方向の応力が生じるが、ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部との接合界面には主にせん断応力が加わる。回転速度が大きくなるにつれて接合界面には引張応力も加わる。本発明により形成された接合界面はせん断応力および引張応力の何れに対してもほぼ同等の高い強度を有する。本発明を例えばモータ回転子に適用して実施した場合、接合界面に大きなせん断応力が加わる場合が多いことが想定されるため、後述する実施例では接合界面のせん断強度を接合強度の指標とした。
【００４０】
ここで、等方性ボンド磁石粉の予備成形圧力を２００〜６００ＭＰａまで変化させ、各々の条件に対して、軟磁性粉と組合せた後の本成形圧力を６００ＭＰａにした時の、予備成形圧力と接合界面のせん断強度の相関を図６（ａ）に示す。図６（ａ）より、等方性ボンド磁石の予備成形圧力が低いほど、軟磁性粉と組合せて一体成形した後の、接合面１１０のせん断強度は高くなることがわかる。なお、予備成形圧力が２００ＭＰａ以下では、予備成形体の形状が保てなくなり、生産性が著しく低下する。磁石部の残留磁束密度は等方性であるため予備成形圧力との相関関係はない。原料粉として、等方性ボンド磁石粉には平均粒径が約１００μｍのＮｄＦｅＢボンド磁石粉に結合材を３質量％混合したものを使用した。また、軟磁性粉末には平均粒径が約３０μｍのアトマイズ鉄粉中に粒径が約３０μｍでビッカース硬度Ｈｖが７００の鉄基アモルファス合金粉末を１１質量％混合したものを使用した。
【００４１】
次に、異方性ボンド磁石の予備成形圧力を２００〜６００ＭＰａまで変化させ、各々の条件に対して、軟磁性粉と組合せた後の本成形圧力を６００ＭＰａにした時の、予備成形圧力と接合界面のせん断強度、および磁石部の残留磁束密度の相関を図６（ｂ）に示す。図５に示す様に、一体成形の工程では磁場を与えないため、予備成形圧力が低いほど予備成形時の磁石の配向が本成形時に乱され易く、残留磁束密度が低下すると考えられる。従って、異方性ボンド磁石において磁場中予備成形，および無磁場中本成形を行なう際、磁石の磁気特性と接合力の両立という観点で、予備成形圧力は２５０〜５００ＭＰａの範囲が好ましく、３００〜４００ＭＰａ程度にすることが更に望ましい。原料粉として、異方性ボンド磁石粉には平均粒径が約８０μｍのＮｄＦｅＢボンド磁石粉に結合材を３質量％混合したものを使用した。また、軟磁性粉末には平均粒径が約３０μｍのアトマイズ鉄粉中に粒径が約３０μｍでビッカース硬度Ｈｖが７００の鉄基アモルファス合金粉末を１１質量％混合したものを使用した。
【００４２】
ここで、予備成形圧力を変化させた時の、本成形後に得られる一体成形品の加圧方向断面部の接合面外観写真を図７，図８に示す。図８の接合面を更に拡大したものを図９に示す。写真における上下方向が成形時の加圧方向である。図７，８に示す様に、等方性ボンド磁石および異方性ボンド磁石とも、予備成形圧力が低いほど、接合界面の凹凸量が多い様子が観察される。予備成形圧力と本成形圧力が同じ場合、接合界面の凹凸はほとんど認められない。図１０（ａ）に等方性ボンド磁石の予備成形圧力とせん断強度および接合面の凹凸量の相関を、図１０（ｂ）に異方性ボンド磁石の予備成形圧力とせん断強度および接合面の凹凸量の相関を示す。図７および図８に示す様に、本発明では磁石粉と軟磁性粉とが界面近傍において５０〜１００μｍ程度の凹凸量をもってかみ合う状態をつくることで、１５ＭＰａ以上の強固な接合力を得ている様子がわかる。
【００４３】
接合面における磁石粉と軟磁性粉との凹凸量を、図９を用いて説明する。断面写真において磁石粉と軟磁性粉との接触箇所をつなぐと一本の曲線を書くことができる。これが接合面である。接合面の凹凸のほぼ中心を縫うように一本の曲線を書く。この曲線は当該曲線と接合面とによって囲まれる面積が当該曲線の左右で等しくなるように書かれ、これを中心線とする。中心線を接合面の最大ピークと接する位置まで平行移動する。反対方向にも同様に平行移動する。平行移動で書かれた２本の平行線の間隔が凹凸量である。この作業は接合面の長さ１ｍｍの視野において行なう。
【００４４】
このようにボンド磁石部と軟磁性ヨーク部とで高い接合力が得られるため、従来の接着方式や一体成形方式(特許文献１〜特許文献２)においては不可欠であった構造補強用の保護リングを廃止することが可能である。さらに、本発明では磁石と軟磁性ヨークとの接合面１１０全域で高い圧着力が得られるため、磁石部をリング形状に限定したり、リング磁石の内圧だけで軟磁性ヨークを保持したり（特許文献３〜４）することがない。ボンド磁石部どうしの接合面１００においても予備成形圧力より高い圧力で圧縮成形することにより磁石と軟磁性ヨークとの接合面１１０と同様に高い接合力が得られる。
【００４５】
本発明では、予備成形の工程で磁石を１ユニットずつ充分な磁場中で配向できるので、磁石の極数や寸法に依らず安定した配向および着磁を容易に行なうことが可能となる。すなわち、異方性ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部からなる磁気回路用部品の製造方法として、前記異方性ボンド磁石部は結合材および平均粒径が５０〜２００μｍの磁石粉末を主とする磁石粉末コンパウンドを用いて磁場中で予備成形し、その後、無磁場中で平均粒径が１〜１００μｍの軟磁性粉末を主とする軟磁性粉末コンパウンドと一体化する様に本成形し、熱硬化させることを特徴とする製造方法が採用できる。なお、本成形用の金型には、５００〜１０００ＭＰａの高圧力に耐え得る様に、磁気特性よりも機械強度特性を重視した超硬などの材質を用い、さらにある程度以上の肉厚で構成する必要がある。このため、電磁石で発生する磁場を磁石成形部へ無駄なく伝えるのが困難となる。しかしながら、３００ＭＰa程度の予備成形圧力においては、金型材に磁気特性を重視した飽和磁束密度が高く、また比透磁率の高い鋼材を採用でき、さらに薄肉化も可能なことから、分布が均一でかつ強度も高い配向磁場を磁石成形部で発生することができる。例えば、ラジアル異方性のリング磁石を配向させる場合にも、予備成形用の金型で配向させることで、より配向度が高く、磁力バラツキの少ない磁石を得ることができる。
【００４６】
また製造設備面でも３００ＭＰａ程度の予備成形用プレス機は、本成形用プレス機に比べてコンパクトであり、プレス機の構成材もより磁気特性重視の材料を選択できる。
【００４７】
製造の最終工程で５００〜１０００ＭＰａの高圧力で圧縮成形した場合の密度は、例えばＲ−Ｆｅ−Ｂ系のボンド磁石部で５．５〜６．５Ｍｇ／ｍ３、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系のボンド磁石部で５．３〜６．２Ｍｇ／ｍ３であり、Ｆｅ粉のボンド軟磁性部であれば６．０〜６．８Ｍｇ／ｍ３である。
【００４８】
一体成形後には２５０℃以下で硬化処理を行ない、さらに必要に応じてエポキシ樹脂塗装などの表面処理を施してから、回転軸を圧入または接着固定し、最後に磁極部を着磁して磁石回転子となる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明は、上記のように樹脂バインダ等の結合剤を含むボンド磁石粉と軟磁性粉とで回転子を一体成形することで、ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部との圧着強度が高く、モータ高速回転用途においても構造信頼性の高い磁石回転子を提供することができる。また、ボンド磁石粉と軟磁性ヨーク粉の粉体自身のスプリングバック差によってもたらされる、接合面近傍の残留応力を低減できるので、ボンド磁石部や軟磁性ヨーク部の形状が複雑化したり、薄肉化したりしても、クラックのない強固な磁石回転子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本願第一の発明にあたり、図１１に代表される様々な磁石形状を有する回転子を製作して、ボンド磁石部と鉄ヨーク部とを各々個別に圧縮成形した時に、成形体の加圧方向の厚みが揃えられる時の単位面積あたりの給粉量を基準とし、その基準量に対して鉄ヨーク部を形成するアトマイズ鉄粉の給粉量だけを増やしていった。その結果、図１１（ｃ）の構造の回転子でボンド磁石部と鉄ヨーク部の加圧面の断面積がほぼ等しい条件では、アトマイズ鉄粉の単位面積あたりの給粉量が基準量以上１．０２倍以下の範囲で、鉄ヨークにクラックを生じることがなかった。また、熱硬化後の接合強度をそれぞれ比較したところ、アトマイズ鉄粉の単位面積あたりの給粉量が基準量の１．０１倍の時に、最も高い１９．６ＭＰａのせん断強度が得られた。以降、磁石部断面積に対する鉄ヨーク部のそれを、鉄ヨークの断面積比と称する。また、最も高い接合強度が得られる鉄粉の単位面積あたりの給粉量を基準量で割った値を、鉄ヨークの最適給粉比と称する。なお、原料粉として磁石粉には平均粒径が約８０μｍのＮｄＦｅＢ異方性ボンド磁石粉に結合材を３質量％混合したものを使用した。また、軟磁性粉末には平均粒径が約３０μｍのアトマイズ鉄粉を使用した。ボンド磁石粉とアトマイズ鉄粉の仮成形圧力は、それぞれ３００ＭＰａにした。また、一体成形時の本成形圧力は８００ＭＰａにした。一体成形後には２００℃で熱硬化を行なった。
【００５１】
ここで、図１１に代表される様々な磁石形状を有する回転子において、鉄ヨーク部の断面積比と最適給粉比の相関を求めた。なお、磁石部や鉄ヨーク部が複数の部位で構成される場合、各々の断面積や給粉量をその合計値とした。その結果、図１２に示す様に、鉄ヨーク部の最適給粉比は、断面積比が概ね１の時を下限にして断面積比の２乗に比例することがわかった。最適給粉比の条件下では、ボンド磁石と鉄ヨークの接合面近傍にクラックを生じることなく、約２０ＭＰａの高い接合強度が得られた。
【００５２】
本願第二の発明にあたり、アトマイズ鉄粉中へ硬度が高い軟磁性の合金粉末を添加することで、鉄ヨークの軟磁気特性や圧縮成形性を大幅に低下させることなく、スプリングバック量を調整した。硬度が高い軟磁性合金として、鉄基アモルファス合金を粒径50μｍ以下（硬度Ｈｖ７００，体積平均粒子径３０μｍ）に粉砕し、アトマイズ鉄粉（硬度Ｈｖ１００，体積平均粒子径３０μｍ）中へ５質量％おきに３０質量％まで添加し、その各々へ樹脂バインダを１質量％混合してコンパウンドを作成した。各コンパウンドにおける圧縮成形直後のスプリングバックの測定は、直径３０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの試験片を８００ＭＰａの高圧力で成形した後に２００℃で熱硬化処理を行ない、金型ダイスに対する成形体の直径から算出した。その結果、図１３に示す様に圧縮成形体の熱硬化処理後のヤング率は、そのスプリングバック量と鉄基アモルファス合金粉末の添加率の双方に対して正比例関係となった。すなわち、図１４に示す様に鉄基アモルファス合金粉末の添加率と、それを添加したアトマイズ鉄粉の圧縮成形体の熱硬化処理後のスプリングバック量は、正比例関係となることがわかった。すなわち、例えばボンド磁石のスプリングバック量が０．６％の場合には、アトマイズ鉄粉中へ鉄基アモルファス粉砕粉を２０質量％添加すればスプリングバック量が揃えられ、給粉比を調整しなくても一体成形後にクラックを生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施例に関わるボンド磁石と鉄ヨークの一体成形の製造方法と、従来のボンド磁石と鉄ヨークの一体成形の製造方法を示す模式図である。
【図２】従来のボンド磁石と鉄ヨークの一体成形の製造方法を示す模式図である。
【図３】従来の永久磁石回転子の方式を説明する模式断面図である。
【図４】比較例の表面磁石型永久磁石回転子の模式断面図である。
【図５】本発明の他の実施例に関わる、異方性ボンド磁石と鉄ヨークの一体成形の製造方法を示す模式図である。
【図６】本発明における磁石の予備成形圧力と、軟磁性粉との一体成形後のせん断強度を示す図である。
【図７】本発明における磁石の予備成形圧力と、軟磁性粉との一体成形後の加圧方向接合面外観写真を示す図である。
【図８】図６の写真を更に拡大したものである。
【図９】接合面の凹凸量の定義を説明するための図である。
【図１０】本発明における磁石の予備成形圧力と、軟磁性粉との一体成形後のせん断強度および接合面の凹凸量を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例に関わる永久磁石回転子の模式断面図である。
【図１２】本発明における鉄ヨーク部の断面積比と最適給粉比の相関を示す図である。
【図１３】本発明における圧縮成形体の熱硬化処理後のヤング率と、圧縮成形体の熱硬化処理後のスプリングバック量、および鉄基アモルファス合金粉末の添加率の相関を示す図である。
【図１４】本発明における鉄基アモルファス合金粉末の添加率と、圧縮成形体の熱硬化処理後のスプリングバック量の相関を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１，１Ａ〜１Ｃ：ボンド磁石部
２：軟磁性部
３：保護リング
４，４Ａ，４Ｂ：圧縮成形用パンチ
５：圧縮成形用ダイス
６：磁石粉
７：電磁石
８：軟磁性粉
９：熱硬化炉
１０：バックヨーク(磁性体)
１１：ヨーク先端
１２：軟磁性体もしくは磁石
１３：シャフト（モータ回転軸）
１４：径方向
１５：非磁性体
１６：フラット部
１７：空隙
１８：クラック
１９：ボンド磁石（予備成形体）
２０：軟磁性ヨーク（予備成形体）
１００：ボンド磁石部どうしの接合面
１０１：セグメント磁石
１０２：軟磁性ヨーク
１１０：ボンド磁石部と軟磁性部との接合面
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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