JP2006158012A - 自動車用ipm型モータに使用される永久磁石の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 R−Fe−B系永久磁石の表面に、第1層目として膜厚が3〜15μmのNi被膜を電気めっき法により成膜した後、第2層目として膜厚が3〜15μmのCuまたはSn被膜を電気めっき法により成膜し、第3層目として第2層目のCuまたはSn電気めっき被膜のビッカース硬度を1とした場合に2.5〜4.5のビッカース硬度を有する膜厚が4〜7μmのNi−P合金被膜を無電解めっき法により成膜することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
R−Fe−B系永久磁石の耐食性をさらに向上するための方法は数多く提案されており、特許出願の数も多い。例えば、特許文献1には、耐食性に優れたR−Fe−B系永久磁石を得るため、第1の保護層としてNi被膜、第2の保護層として第1の保護層より軟質であるCuまたはSn被膜、第3の保護層として第2の保護層より硬質であるNi被膜をその表面に成膜することが開示されている。特許文献2〜4にも、耐食性向上を目的とした、Ni被膜−Cu被膜−NiまたはNi−P被膜の組み合わせの積層被膜が開示されている。特許文献5には、耐食性向上と耐摩耗性確保の目的で、硬度の低い無光沢Ni被膜と硬度の高い光沢Ni被膜の組み合わせの積層被膜が開示されている。また、特許文献6には、鉄系焼結材料の表面に、ビッカース硬度が400〜500程度のNi−P被膜を成膜し、鉄系焼結材の耐磨耗性を向上させることが開示されている。
以上のような問題に鑑みれば、自動車用IPM型モータ用のR−Fe−B系永久磁石の表面処理方法には、耐食性(容易に傷つかないこと)に加え、耐摩耗性(容易に磨耗しないこと)と耐衝撃性(容易に割れ欠けを生じないこと)が求められる。
しかしながら、耐磨耗性を確保しようとして、磁石の表面に成膜する被膜の硬度を高くすると、被膜の耐衝撃性は劣る方向に進み、被膜に割れ欠けを生じやすくなる一方、耐衝撃性を確保しようとして、被膜に柔軟性を持たせると、被膜の耐摩耗性は劣る方向に進み、被膜が傷つきやすくなったり磨耗しやすくなったりするという相反する課題を有している。従って、IPM型モータ用の磁石の表面処理方法として、上記の特許文献1〜6などに記載された従来の表面処理方法をそのまま適用したのでは、このような問題を解決できない。特許文献1〜5には、種々の積層被膜が開示されているが、その目的は耐食性の向上であり、自動車用IPM型モータに使用される磁石のような、特殊環境で使用される磁石に対し、耐磨耗性と耐衝撃性を同時に付与するといった視点からの記載や示唆はない。また、特許文献6にあるような、硬質被膜を最表層に成膜しただけでは耐磨耗性と耐衝撃性を確保できない。
そこで本発明は、優れた耐食性、耐摩耗性および耐衝撃性を兼ね備えた、自動車用IPM型モータに使用される永久磁石の製造方法を提供することを目的とする。
また、請求項2記載の製造方法は、請求項1記載の製造方法において、第1層目の被膜をpHが6.0〜8.0に調整されたNiめっき浴を用いて成膜することを特徴とする。
また、請求項3記載の製造方法は、請求項1または2記載の製造方法において、第3層目の被膜のビッカース硬度を400〜700とすることを特徴とする。
また、請求項4記載の製造方法は、請求項1乃至3のいずれかに記載の製造方法において、第3層目の被膜をPが5〜12wt%含まれるようにすることを特徴とする。
また、請求項5記載の製造方法は、請求項1乃至4のいずれかに記載の製造方法において、第1層目〜第3層目の被膜の合計膜厚を15〜25μmとすることを特徴とする。
また、本発明の自動車用IPM型モータのロータヨーク内のスロットに挿入して使用される永久磁石は、請求項6記載の通り、R−Fe−B系永久磁石の表面に、膜厚が3〜15μmのNi電気めっき被膜を介して、膜厚が3〜15μmのCuまたはSn電気めっき被膜を有し、さらに、前記CuまたはSn電気めっき被膜のビッカース硬度を1とした場合に2.5〜4.5のビッカース硬度を有する膜厚が4〜7μmのNi−P合金無電解めっき被膜を有することを特徴とする。
(工程1)
断面形状が一辺が450mmの正六角形で長さが160mmの耐熱プラスチック製バレル治具に磁石体試験片200個と見かけ容量1.5Lの直径6.0mmのスチールボールを収容した後、このバレル治具を硝酸ナトリウム0.2mol/Lと硫酸1.5vol%を含んだ液温30℃の酸洗液に浸漬し、4rpmの回転速度で回転させながら4分間酸洗し、その後、直ちに純水(25℃)で30秒間超音波洗浄してから速やかに磁石体試験片の表面への第1層目のNi電気めっき被膜の成膜工程に移った。この成膜工程は、硫酸ニッケル・6水和物を130g/L、クエン酸アンモニウムを30g/L、ホウ酸を15g/L、塩化アンモニウムを8g/L、サッカリンを8g/L含み、アンモニア水でpHを6.5に調整した液温50℃のめっき浴を用い、バレルを4rpmの回転速度で回転させながら電流密度0.25A/dm2で行った。成膜後は、純水(25℃)にバレルを浸漬して表面にNi電気めっき被膜が成膜された磁石体試験片を十分に水洗した。
次に、ピロリン酸銅を25g/L、ピロリン酸カリウムを110g/L、アンモニア水を3mL/L、光沢剤を適量含み、アンモニア水でpHを8.5に調整した液温50℃のめっき浴を用い、バレルを4rpmの回転速度で回転させながら電流密度0.23A/dm2で、第1層目のNi電気めっき被膜の表面に第2層目のCu電気めっき被膜を成膜した。成膜後は、純水(25℃)にバレルを浸漬して表面に積層電気めっき被膜が成膜された磁石体試験片を十分に水洗した。
次に、Ni−P合金無電解めっき浴として、硫酸ニッケル・6水和物を27g/L、次亜リン酸ナトリウムを30g/L、その他、安定剤や錯化剤などを適量含み、アンモニア水もしくは硫酸でpHを4.0に調整した液温90℃のめっき浴を用い、バレルを4rpmの回転速度で回転させながら処理することで、第2層目のCu電気めっき被膜の表面に第3層目のNi−P合金無電解めっき被膜を成膜した。その後、純水(25℃)にバレルを浸漬して表面に3層構造の積層被膜が成膜された磁石体試験片を十分に水洗した。次に、これをバレル治具から取り出し、さらに純水(25℃)で3分間超音波洗浄してから遠心乾燥機に収容し、温度70℃で回転数500rpmという条件下で遠心乾燥を6分間行って完成品(サンプル1〜5)とした。
上記のAの工程1と工程2と同様の工程によって得られた、表面に第1層目のNi電気めっき被膜と第2層目のCu電気めっき被膜が成膜された磁石体試験片に対し、Ni−P合金無電解めっき浴として、硫酸ニッケル・6水和物を20g/L、次亜リン酸ナトリウムを15g/L、その他、安定剤や錯化剤などを適量含み、アンモニア水もしくは硫酸でpHを6.0に調整した液温90℃のめっき浴を用い、バレルを4rpmの回転速度で回転させながら処理することで、第2層目のCu電気めっき被膜の表面に第3層目のNi−P合金無電解めっき被膜を成膜した。その後、純水(25℃)にバレルを浸漬して表面に3層構造の積層被膜が成膜された磁石体試験片を十分に水洗した。次に、これをバレル治具から取り出し、さらに純水(25℃)で3分間超音波洗浄してから遠心乾燥機に収容し、温度70℃で回転数500rpmという条件下で遠心乾燥を6分間行って完成品(サンプル6)とした。
上記のAの工程1と工程2と同様の工程によって得られた、表面に第1層目のNi電気めっき被膜と第2層目のCu電気めっき被膜が成膜された磁石体試験片に対し、Ni電気めっき浴として、硫酸ニッケル・6水和物を240g/L、塩化ニッケル・6水和物を45g/L、ホウ酸を30g/L、2−ブチン−1,4−ジオールを0.2g/L、サッカリンを1g/L含み、炭酸ニッケルでpHを4.2に調整した液温50℃のめっき浴を用い、バレルを5rpmの回転速度で回転させながら電流密度0.2A/dm2で、第2層目のCu電気めっき被膜の表面に第3層目のNi電気めっき被膜を成膜した。その後、純水(25℃)にバレルを浸漬して表面に3層構造の積層被膜が成膜された磁石体試験片を十分に水洗した。次に、これをバレル治具から取り出し、さらに純水(25℃)で3分間超音波洗浄してから遠心乾燥機に収容し、温度70℃で回転数500rpmという条件下で遠心乾燥を6分間行って完成品(サンプル7)とした。
サンプル1,3,4,6,7に対し、モータ最大回転数を6000rpm以上とするモータ加減速耐久試験を行った。その結果、サンプル1はNi−P合金無電解めっき被膜が約2μm磨耗した。サンプル3はNi−P合金無電解めっき被膜が約5μm磨耗した。サンプル4はNi−P合金無電解めっき被膜が全て磨耗し、Cu電気めっき被膜が約3μm磨耗した(合計磨耗量は約8μm)。サンプル6のNi−P合金無電解めっき被膜はほとんど磨耗しなかったが、Cu電気めっき被膜とNi−P合金無電解めっき被膜の間で割れが発生した。サンプル7は50サイクルでNi電気めっき被膜の表面に傷が発生し、それ以上試験を続けることができなかった。
以上の結果から、最表層となる第3層目の被膜のビッカース硬度は高すぎても低すぎても優れた耐食性、耐摩耗性および耐衝撃性を磁石に付与できないことがわかった。
サンプル2,3,4,5の表面の任意の2箇所に1×10-4〜3×10-4Jのエネルギーを108〜109回与える過酷衝撃疲労試験を行った。その結果、いずれのサンプルの磁石体試験片にも割れ欠けが発生しなかった。サンプル2はNi−P合金無電解めっき被膜が全て磨耗し、Cu電気めっき被膜が約8μm磨耗した(合計磨耗量は約13μm)。サンプル3はNi−P合金無電解めっき被膜とCu電気めっき被膜が全て磨耗し、Ni電気めっき被膜が約3μm磨耗した(合計磨耗量は約15μm)。サンプル4とサンプル5は全ての被膜が磨耗し、磁石体試験片もその一部が磨耗した(合計磨耗量は約27μm)。
以上の結果から、第2層目のCu電気めっき被膜の膜厚が7μm以上ある場合は、5μmの場合に比較して、膜厚の差以上に磨耗量が少ないことがわかった。第3層目のNi−P合金無電解めっき被膜の下層の被膜の膜厚を制御することで耐磨耗性を著しく向上することができることは、これまでの知見からは予期できない効果であると言える。
サンプル1〜7の全てに対して、50℃×95%の恒温恒湿槽内に72時間放置するという耐食性試験を行ったところ、いずれのサンプルも錆を発生せず、優れた耐食性を有していることが確認された。
2 ヨーク
3 スロット
4 磁石
Claims (6)
- 自動車用IPM型モータのロータヨーク内のスロットに挿入して使用される永久磁石の製造方法であって、R−Fe−B系永久磁石の表面に、第1層目として膜厚が3〜15μmのNi被膜を電気めっき法により成膜した後、第2層目として膜厚が3〜15μmのCuまたはSn被膜を電気めっき法により成膜し、第3層目として第2層目のCuまたはSn電気めっき被膜のビッカース硬度を1とした場合に2.5〜4.5のビッカース硬度を有する膜厚が4〜7μmのNi−P合金被膜を無電解めっき法により成膜することを特徴とする製造方法。
- 第1層目の被膜をpHが6.0〜8.0に調整されたNiめっき浴を用いて成膜することを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 第3層目の被膜のビッカース硬度を400〜700とすることを特徴とする請求項1または2記載の製造方法。
- 第3層目の被膜をPが5〜12wt%含まれるようにすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の製造方法。
- 第1層目〜第3層目の被膜の合計膜厚を15〜25μmとすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の製造方法。
- 自動車用IPM型モータのロータヨーク内のスロットに挿入して使用される永久磁石であって、R−Fe−B系永久磁石の表面に、膜厚が3〜15μmのNi電気めっき被膜を介して、膜厚が3〜15μmのCuまたはSn電気めっき被膜を有し、さらに、前記CuまたはSn電気めっき被膜のビッカース硬度を1とした場合に2.5〜4.5のビッカース硬度を有する膜厚が4〜7μmのNi−P合金無電解めっき被膜を有することを特徴とする永久磁石。
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