JP3382383B2 - 金属部材用接合材 - Google Patents
金属部材用接合材Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属部材用接合材、特
に、希土類元素を含む永久磁石と異種金属部材とを接合
する接合材に関する。 【０００２】 【従来の技術】希土類元素を含む永久磁石は、非常に脆
いため機械加工性が悪く、また高温下に曝されると、金
属組織が変化するためそれに伴い磁気特性が低下する、
といった性質を有する。 【０００３】そのため、例えば永久磁石をモータの金属
製ロータに取付ける場合、あり差し構造、ねじ止め、溶
接等の取付手段を採用することができないので、従来は
接着剤が用いられている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接着剤
を用いると、永久磁石の濡れ性が悪いため接着強度が低
く、また温度上昇に伴いその接着強度が著しく低下す
る、といった問題を生ずる。このような状況下ではモー
タの高速回転化の要請に到底対応することはできない。 【０００５】本発明は前記に鑑み、希土類元素を含む永
久磁石と異種金属部材とを金属部材を強固に接合するこ
とが可能な合金系接合材を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、加熱温度Ｔ≦
６５０℃にて、液相状態または固液共存状態の一方の状
態となって、希土類元素を含む永久磁石と異種金属部材
とを接合する接合材であって、希土類元素とその希土類
元素と共晶反応を生じる合金元素ＡＥとよりなる希土類
元素系合金より構成され、その希土類元素は、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｍ（ミッシュメタル）
およびＬｕから選択される少なくとも一種であり、前記
合金元素ＡＥは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａ
ｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐ
ｂ、Ｂｉ、ＣｄおよびＩｎから選択される少なくとも一
種であり、前記合金元素ＡＥの含有量は５原子％≦ＡＥ
≦５０原子％に設定され、縦弾性係数ＥがＥ≦１０００
０kgｆ／mm 2 であることを特徴とする。 【０００７】 【作用】接合材を構成する希土類元素系合金において、
前記のように特定された合金元素ＡＥを特定量含有させ
ると、加熱下において希土類元素と合金元素ＡＥとが共
晶反応を生じるため、接合材が液相状態または固液共存
状態となる加熱温度ＴはＴ≦６５０℃といったように比
較的低くなる。これにより、接合時における前記永久磁
石の磁気特性の変化を回避することができる。 【０００８】また希土類元素を主成分とする接合材より
生じた液相は高活性であって、種々の材質の金属部材に
対して優れた濡れ性を発揮する。このような接合材を用
いることによって希土類元素を含む永久磁石と異種金属
部材とを強固に接合することができる。さらに前記永久
磁石の脆性を考慮して、接合材の縦弾性係数ＥはＥ≦１
００００kgｆ／mm 2 に設定されており、これにより、接
合後室温下における永久磁石内部の熱応力によるその永
久磁石の破壊を回避することができる。 【０００９】ただし、希土類元素系合金において、合金
元素ＡＥの含有量がＡＥ＜５原子％であるか、またはＡ
Ｅ＞５０原子％であると、固液共存状態における液相の
体積分率Ｖｆが低くなるため接合強度が低下する。この
ことから、合金元素ＡＥの含有量は、希土類元素との関
係において共晶組成またはそれに近い組成となるように
設定するのが望ましい。 【００１０】なお、二種以上の合金元素ＡＥを含有する
場合には、それらの合計含有量が５原子％≦ＡＥ≦５０
原子％となる。 【００１１】 【実施例】接合材を構成する希土類元素系合金は、基本
的には主成分である希土類元素と、その希土類元素と共
晶反応を行う合金元素ＡＥとから構成される。希土類元
素は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｍ（ミッ
シュメタル）およびＬｕから選択される少なくとも一種
である。また合金元素ＡＥは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｓ
ｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＣｄおよびＩｎから選択される
少なくとも一種である。その合金元素ＡＥの含有量は５
原子％≦ＡＥ≦５０原子％に設定される。 【００１２】希土類元素を含む永久磁石が、例えばＮｄ
ＦｅＢ系永久磁石である場合、その永久磁石は殆ど伸び
を示さず、縦弾性係数ＥはＥ≒１６０００kgｆ／mm2 で
あり、また図１に示すように、その熱膨脹率は約３４０
℃にて逆転する、という特性を有する。 このようなＮ
ｄＦｅＢ系永久磁石を、高い縦弾性係数Ｅを有する接合
材により加熱接合すると、接合後室温下における永久磁
石内部の熱応力によりその永久磁石が破壊するおそれが
ある。 【００１３】前記のような脆性を持つ永久磁石を考慮し
て、接合材、したがって希土類元素系合金の縦弾性係数
ＥはＥ≦１００００kgｆ／mm2 に設定される。 【００１４】希土類元素系合金における共晶合金を例示
すれば表１，２の通りである。 【００１５】 【表１】【００１６】 【表２】【００１７】また希土類元素系合金における亜、過共晶
合金としては以下のものを挙げることができる。各化学
式において数値の単位は原子％であり、これは以下同じ
である。Ｅは縦弾性係数を意味する。Ｎｄ60Ｃｕ40合金
（Ｅ＝４５００kgｆ／mm2 ）、Ｎｄ80Ｃｕ20合金（Ｅ＝
３９５０kgｆ／mm2 ）、Ｎｄ50Ｃｕ50合金（Ｅ＝９００
０kgｆ／mm2 ）、Ｎｄ90Ａｌ10合金（Ｅ＝３８５０kgｆ
／mm2 ）、Ｎｄ80Ｃｏ20合金（Ｅ＝４０００kgｆ／m
m2 ）、Ｓｍ75Ｃｕ25合金（Ｅ＝４０００kgｆ／m
m2 ）、Ｓｍ65Ｃｕ35合金（Ｅ＝４３００kgｆ／m
m2 ）、Ｌａ85Ｇａ15合金（Ｅ＝４０００kgｆ／m
m2 ）。さらに三元素合金としては、Ｎｄ65Ｆｅ5 Ｃｕ
30合金（液相発生温度５０１℃、Ｅ＝４２００kgｆ／mm
2 ）およびＮｄ70Ｃｕ25Ａｌ5 合金（液相発生温度４７
４℃、Ｅ＝４０００kgｆ／mm2 ）を挙げることができ
る。 【００１８】前記永久磁石と異種金属部材の接合に当っ
ては、両部材を薄板状接合材を介して重ね合せ、次いで
その積層物を真空加熱炉内に設置して、加熱下で接合材
を液相状態または固液共存状態にし、その後炉冷する、
といった方法が採用される。 【００１９】この場合、加熱温度Ｔは接合材の組成によ
って異なるが、前記組成の各種希土類元素系合金は比較
的低い加熱温度Ｔにて液相状態または固液共存状態とな
るので各種金属部材の特性を変化させるようなことはな
い。 【００２０】また希土類元素を主成分とする接合材より
生じた液相は高活性であって、種々の材質の金属部材、
例えば鋼製部材、ＮｄＦｅＢ系永久磁石等の希土類元素
を含む永久磁石（接着剤やろう材に対して非常に濡れ性
が悪い）等に対して優れた濡れ性を発揮する。このよう
な接合材を用いることによって各種金属部材を強固に接
合することができる。 【００２１】さらに接合材の縦弾性係数Ｅを前記のよう
に設定することによって脆性を有する前記永久磁石、例
えば、ＮｄＦｅＢ系永久磁石の接合後における破壊を回
避することができる。 【００２２】加熱時間ｔは、それが長過ぎる場合には前
記永久磁石および異種金属部材の特性変化を招来するの
で、ｔ≦１０時間であることが望ましく、生産性向上の
観点からはｔ≦１時間である。 【００２３】〔実施例１〕 純度９９．９％のＮｄと純度９９．９％のＣｕとを、共
晶組成を有するＮｄ70Ｃｕ30合金が得られるように秤量
し、次いでその秤量物を真空溶解炉を用いて溶解し、そ
の後、縦１０mm、横１０mm、長さ５０mmのインゴットを
鋳造した。このインゴットにマイクロカッタによる切断
加工を施して、Ｎｄ70Ｃｕ30合金よりなり、且つ縦１０
mm、横１０mm、厚さ０．５mmの薄板状接合材を得た。図
２に示すように、Ｎｄ70Ｃｕ30合金の共晶点は５２０℃
である。 【００２４】前記永久磁石として、縦１０mm、横１０m
m、厚さ３mmのＮｄＦｅＢ系永久磁石（住友特殊金属社
製、商品名ＮＥＯＭＡＸ−２８ＵＨ）を選定し、また異
種金属部材として、炭素鋼（ＪＩＳ Ｓ２５Ｃ）よりな
り、且つ縦１０mm、横１０mm、長さ１５mmの短柱体を選
定した。 【００２５】図３に示すように、１つの短柱体１の上に
１つの接合材２を、また接合材２の上に永久磁石３を、
さらに永久磁石３の上にもう１つの接合材２を、さらに
また接合材２の上にもう１つの短柱体１をそれぞれ重ね
合せて重ね合せ物を作製し、同様の手順で合計２０個の
重ね合せ物を作製した。次いで、これら重ね合せ物を真
空加熱炉内に設置して、加熱温度Ｔ＝５３０℃、加熱時
間ｔ＝３０分間の加熱工程、それに次ぐ炉冷よりなる接
合処理を行って、図４に示すように２つの短柱体１によ
り永久磁石３を挟むようにそれら１，３を接合材２を介
して接合した２０個の接合体４を得た。この接合処理に
おいては、加熱温度ＴがＴ＝５３０℃であって、図２に
示す共晶点５２０℃を超えているので、接合材２は共晶
組成を有することから液相状態となる。この場合、接合
材２、したがってＮｄ70Ｃｕ30合金の縦弾性係数Ｅは、
表１に示すようにＥ＝４０４０kgｆ／mm2 であって、Ｅ
≦１００００kgｆ／mm2 であることから永久磁石３に破
壊は全然生じていなかった。 【００２６】比較のため、前記同様の永久磁石３と前記
同様の２つの短柱体１とをエポキシ樹脂系接着剤（日本
チバガイギ社製、商品名アラルダイト）を介し重ね合せ
て前記同様の重ね合せ物を作製し、同様の手順で合計２
０個の重ね合せ物を作製した。次いで、これら重ね合せ
物を乾燥炉内に設置して、加熱温度２００℃、加熱時間
６０分間の加熱工程、それに次ぐ炉冷よりなる接合処理
を行って、２つの短柱体１と永久磁石３とをエポキシ樹
脂系接着剤を介して接合した前記同様の２０個の接合体
を得た。 【００２７】接合材２を用いた各接合体４から引張り試
験用試験片Ａを作製し、またエポキシ樹脂系接着剤を用
いた各接合体から同様の引張り試験用試験片Ｂを作製し
た。次いで、各１０個の試験片Ａ，Ｂについて室温下で
引張り試験を行い、また残りの各１０個の試験片Ａ，Ｂ
について１５０℃の加熱下で引張り試験を行ったとこ
ろ、表３の結果を得た。 【００２８】 【表３】【００２９】表３から明らかなように、接合材２を用い
た試験片Ａは、室温下および１５０℃の加熱下におい
て、エポキシ樹脂系接着剤を用いた試験片Ｂに比べて接
合強度が高く、その接合強度は両環境下において殆ど変
わらず、またそのばらつきも小さい。試験片Ｂは室温下
における接合強度が低い上にそのばらつきが大きく、ま
た１５０℃の加熱下ではその接合強度が室温下のそれの
３分の１に低下する。 【００３０】ＮｄＦｅＢ系永久磁石、ＳｍＣｏ系永久磁
石等の希土類元素を含む永久磁石３は、接合処理時の加
熱温度ＴがＴ＞６５０℃になると、その磁気特性、特に
保磁力 IＨC （磁化の強さＩ＝０）が低下傾向となる。
ただし、残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力 BＨC （磁束密
度Ｂ＝０）は殆ど変わらず、したがって最大磁気エネル
ギ積（ＢＨ）ｍａｘは略一定である。前記接合材２を用
いた接合処理において、その加熱温度ＴはＴ＝５３０℃
であってＴ≦６５０℃であるから、永久磁石３の磁気特
性を変化させるようなことはない。 【００３１】また前記永久磁石３の濡れ性の悪さは、そ
の結晶粒界に希土類元素濃度、この実施例ではＮｄ濃度
の高い相が存在していることに起因する。前記接合材２
を用いた接合処理において、その接合材２は液相状態と
なっており、Ｎｄを主成分とするＮｄ70Ｃｕ30合金より
生じた液相は、高活性であると共に前記結晶粒界に存す
るＮｄ濃度の高い相と主成分を共通にすることから永久
磁石３に対して優れた濡れ性を発揮し、また前記高活性
化に伴い炭素鋼よりなる短柱体１に対する濡れ性も極め
て良好である。 【００３２】したがって、前記のような接合材２を用い
ることによって、永久磁石３の磁気特性を損うことな
く、その永久磁石３と短柱体１とを強固に接合すること
ができる。この接合技術は、モータ用ロータに対する永
久磁石の接合に適用され、回転数が１００００rpm 以上
である高速回転モータの実現を可能にするものである。 【００３３】〔実施例２〕 純度９９．９％のＮｄと純度９９．９％のＣｕとを、亜
共晶組成を有するＮｄ60Ｃｕ40合金が得られるように秤
量し、次いでその秤量物を真空溶解炉を用いて溶解し、
その後、縦１０mm、横１０mm、長さ５０mmのインゴット
を鋳造した。このインゴットにマイクロカッタによる切
断加工を施して、Ｎｄ60Ｃｕ40合金よりなり、且つ縦１
０mm、横１０mm、厚さ０．５mmの薄板状接合材２を得
た。 【００３４】前記永久磁石として、縦１０mm、横１０m
m、厚さ５mmのＮｄＦｅＢ系永久磁石（住友特殊金属社
製、商品名ＮＥＯＭＡＸ−２８ＵＨ）３を選定し、また
異種金属部材として、ケイ素鋼板（ＪＩＳ ＭＥＳ−３
Ｆ）より切出され、且つ縦１０mm、横１０mm、長さ１５
mmの短柱体１を選定した。 【００３５】それら短柱体１、接合材２および永久磁石
３を用い、実施例１と同様の方法（図３参照）で合計２
０個の重ね合せ物を作製し、次いで、これら重ね合せ物
を真空加熱炉内に設置して、加熱温度Ｔ＝５６０℃、加
熱時間ｔ＝３０分間の加熱工程、それに次ぐ炉冷よりな
る接合処理を行って、実施例１と同様に２つの短柱体１
により永久磁石３を挟むようにそれら１，３を接合材２
を介して接合した２０個の接合体４を得た（図４参
照）。この接合処理においては加熱温度ＴがＴ＝５６０
℃であって、図２に示す共晶点５２０℃と液相線ａとの
間の温度領域に存するので、接合材２は固液共存状態と
なる。この場合、接合材２、したがってＮｄ60Ｃｕ40合
金の縦弾性係数Ｅは、前記のようにＥ＝４５００kgｆ／
mm2 であって、Ｅ≦１００００kgｆ／mm2 であることか
ら永久磁石３に破壊は全然生じていなかった。 【００３６】各接合体４から引張り試験用試験片Ａを作
製し、次いで、各１０個の試験片Ａについて室温下で引
張り試験を行い、また残りの各１０個の試験片Ａについ
て１５０℃の加熱下で引張り試験を行ったところ、表４
の結果を得た。比較のため、表４には実施例１の試験片
Ｂに関する測定値も示されている。 【００３７】 【表４】 【００３８】表４から明らかなように、接合材２を用い
た試験片Ａは、室温下および１５０℃の加熱下におい
て、エポキシ樹脂系接着剤を用いた試験片Ｂに比べて接
合強度が高く、その接合強度は両環境下において全然変
わらず、またそのばらつきも小さい。 【００３９】前記接合処理において、その加熱温度Ｔは
Ｔ＝５６０℃であってＴ≦６５０℃であるから、永久磁
石３の磁気特性を変化させるようなことはない。 【００４０】その上、前記接合処理において、その接合
材２は固液共存状態となっており、Ｎｄを主成分とする
Ｎｄ60Ｃｕ40合金より生じた液相は高活性であると共に
永久磁石３の結晶粒界に存するＮｄ濃度の高い相と主成
分を共通にすることから永久磁石３に対して優れた濡れ
性を発揮し、また前記高活性化に伴いケイ素鋼板よりな
る短柱体１に対する濡れ性も極めて良好である。 【００４１】したがって、前記のような接合材２を用い
ることによって、永久磁石３の磁気特性を損うことな
く、その永久磁石３と短柱体１とを強固に接合すること
ができる。 〔実施例３〕 純度９９．９％のＮｄ、純度９９．９％のＣｕおよび純
度９９．９％のＡｌをＮｄ70Ｃｕ25Ａｌ5 合金が得られ
るように秤量し、次いでその秤量物を真空溶解炉を用い
て溶解し、その後、縦１０mm、横１０mm、長さ５０mmの
インゴットを鋳造した。このインゴットに、マイクロカ
ッタによる切断加工を施して、Ｎｄ70Ｃｕ25Ａｌ5 合金
よりなり、且つ縦１０mm、横１０mm、厚さ０．３mmの薄
板状接合材を得た。 【００４２】前記永久磁石として、縦１０mm、横１０m
m、厚さ３mmのＮｄＦｅＢ系永久磁石（住友特殊金属社
製、商品名ＮＥＯＭＡＸ−２８ＵＨ）を選定し、また異
種金属部材として、厚さ０．４mmの冷間圧延鋼板を積層
してなり、且つ縦１０mm、横１０mm、長さ１５mmの直方
体状の積層体を選定した。 【００４３】図５に示すように、積層体５における各冷
間圧延鋼板６の端面によって形成された接合面上に接合
材２を、またその接合材２の上に永久磁石３をそれぞれ
重ね合せ、その重ね合せ物を真空加熱炉内に設置して、
加熱温度Ｔ＝５２０℃、加熱時間ｔ＝５分間の加熱工
程、それに次ぐ炉冷よりなる冷却工程を行って、永久磁
石３と積層体５とを接合材２により接合した接合体４を
得た。この加熱接合処理においては、加熱温度ＴがＴ＝
５２０℃であって、前記液相発生温度５１７℃を超えて
いるので、接合材２は液相状態となる。なお、積層体５
において、各冷間圧延鋼板６の接合にはかしめ手段７を
用いた。 【００４４】比較のため、各種接合材２を製造し、それ
ら接合材２を用いて前記同様に永久磁石３と積層体５と
を加熱接合して各種接合体４を得た。 【００４５】そして、各接合体４における永久磁石３の
破壊の有無を調べたところ、表５の結果を得た。 【００４６】 【表５】【００４７】表５から明らかなように、接合材２として
縦弾性係数ＥがＥ≦１００００kgｆ／mm2 のものを用い
ると永久磁石３の破壊を回避し得るが、Ｅ＞１００００
kgｆ／mm2 の接合材２を用いると永久磁石３に破壊が発
生することが判る。 【００４８】永久磁石と異種金属部材との接合におい
て、その接合強度向上の観点からは、前記実施例のよう
に永久磁石に含まれる希土類元素と接合材の主成分であ
る希土類元素とを一致させるのが望ましいが、例えば、
実施例３で示したようにＮｄを含む永久磁石の接合に当
り、Ｌａを主成分とする接合材を用いたり、またＳｍを
含む永久磁石の接合に当り、Ｓｍを主成分とする接合材
の外にＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ等を主成分とする接合材
を用いても前記と略同等の接合強度を得ることができ
る。 【００４９】 【発明の効果】本発明によれば、前記のように構成する
ことにより、加熱温度Ｔ≦６５０℃といった比較的低温
域にて液相を生じて、希土類元素を含む永久磁石と異種
金属部材とを、その永久磁石の磁気特性を損うことなく
強固に接合することが可能な接合材を提供することがで
きる。
に、希土類元素を含む永久磁石と異種金属部材とを接合
する接合材に関する。 【０００２】 【従来の技術】希土類元素を含む永久磁石は、非常に脆
いため機械加工性が悪く、また高温下に曝されると、金
属組織が変化するためそれに伴い磁気特性が低下する、
といった性質を有する。 【０００３】そのため、例えば永久磁石をモータの金属
製ロータに取付ける場合、あり差し構造、ねじ止め、溶
接等の取付手段を採用することができないので、従来は
接着剤が用いられている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接着剤
を用いると、永久磁石の濡れ性が悪いため接着強度が低
く、また温度上昇に伴いその接着強度が著しく低下す
る、といった問題を生ずる。このような状況下ではモー
タの高速回転化の要請に到底対応することはできない。 【０００５】本発明は前記に鑑み、希土類元素を含む永
久磁石と異種金属部材とを金属部材を強固に接合するこ
とが可能な合金系接合材を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、加熱温度Ｔ≦
６５０℃にて、液相状態または固液共存状態の一方の状
態となって、希土類元素を含む永久磁石と異種金属部材
とを接合する接合材であって、希土類元素とその希土類
元素と共晶反応を生じる合金元素ＡＥとよりなる希土類
元素系合金より構成され、その希土類元素は、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｍ（ミッシュメタル）
およびＬｕから選択される少なくとも一種であり、前記
合金元素ＡＥは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａ
ｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐ
ｂ、Ｂｉ、ＣｄおよびＩｎから選択される少なくとも一
種であり、前記合金元素ＡＥの含有量は５原子％≦ＡＥ
≦５０原子％に設定され、縦弾性係数ＥがＥ≦１０００
０kgｆ／mm 2 であることを特徴とする。 【０００７】 【作用】接合材を構成する希土類元素系合金において、
前記のように特定された合金元素ＡＥを特定量含有させ
ると、加熱下において希土類元素と合金元素ＡＥとが共
晶反応を生じるため、接合材が液相状態または固液共存
状態となる加熱温度ＴはＴ≦６５０℃といったように比
較的低くなる。これにより、接合時における前記永久磁
石の磁気特性の変化を回避することができる。 【０００８】また希土類元素を主成分とする接合材より
生じた液相は高活性であって、種々の材質の金属部材に
対して優れた濡れ性を発揮する。このような接合材を用
いることによって希土類元素を含む永久磁石と異種金属
部材とを強固に接合することができる。さらに前記永久
磁石の脆性を考慮して、接合材の縦弾性係数ＥはＥ≦１
００００kgｆ／mm 2 に設定されており、これにより、接
合後室温下における永久磁石内部の熱応力によるその永
久磁石の破壊を回避することができる。 【０００９】ただし、希土類元素系合金において、合金
元素ＡＥの含有量がＡＥ＜５原子％であるか、またはＡ
Ｅ＞５０原子％であると、固液共存状態における液相の
体積分率Ｖｆが低くなるため接合強度が低下する。この
ことから、合金元素ＡＥの含有量は、希土類元素との関
係において共晶組成またはそれに近い組成となるように
設定するのが望ましい。 【００１０】なお、二種以上の合金元素ＡＥを含有する
場合には、それらの合計含有量が５原子％≦ＡＥ≦５０
原子％となる。 【００１１】 【実施例】接合材を構成する希土類元素系合金は、基本
的には主成分である希土類元素と、その希土類元素と共
晶反応を行う合金元素ＡＥとから構成される。希土類元
素は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｍｍ（ミッ
シュメタル）およびＬｕから選択される少なくとも一種
である。また合金元素ＡＥは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｓ
ｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＣｄおよびＩｎから選択される
少なくとも一種である。その合金元素ＡＥの含有量は５
原子％≦ＡＥ≦５０原子％に設定される。 【００１２】希土類元素を含む永久磁石が、例えばＮｄ
ＦｅＢ系永久磁石である場合、その永久磁石は殆ど伸び
を示さず、縦弾性係数ＥはＥ≒１６０００kgｆ／mm2 で
あり、また図１に示すように、その熱膨脹率は約３４０
℃にて逆転する、という特性を有する。 このようなＮ
ｄＦｅＢ系永久磁石を、高い縦弾性係数Ｅを有する接合
材により加熱接合すると、接合後室温下における永久磁
石内部の熱応力によりその永久磁石が破壊するおそれが
ある。 【００１３】前記のような脆性を持つ永久磁石を考慮し
て、接合材、したがって希土類元素系合金の縦弾性係数
ＥはＥ≦１００００kgｆ／mm2 に設定される。 【００１４】希土類元素系合金における共晶合金を例示
すれば表１，２の通りである。 【００１５】 【表１】【００１６】 【表２】【００１７】また希土類元素系合金における亜、過共晶
合金としては以下のものを挙げることができる。各化学
式において数値の単位は原子％であり、これは以下同じ
である。Ｅは縦弾性係数を意味する。Ｎｄ60Ｃｕ40合金
（Ｅ＝４５００kgｆ／mm2 ）、Ｎｄ80Ｃｕ20合金（Ｅ＝
３９５０kgｆ／mm2 ）、Ｎｄ50Ｃｕ50合金（Ｅ＝９００
０kgｆ／mm2 ）、Ｎｄ90Ａｌ10合金（Ｅ＝３８５０kgｆ
／mm2 ）、Ｎｄ80Ｃｏ20合金（Ｅ＝４０００kgｆ／m
m2 ）、Ｓｍ75Ｃｕ25合金（Ｅ＝４０００kgｆ／m
m2 ）、Ｓｍ65Ｃｕ35合金（Ｅ＝４３００kgｆ／m
m2 ）、Ｌａ85Ｇａ15合金（Ｅ＝４０００kgｆ／m
m2 ）。さらに三元素合金としては、Ｎｄ65Ｆｅ5 Ｃｕ
30合金（液相発生温度５０１℃、Ｅ＝４２００kgｆ／mm
2 ）およびＮｄ70Ｃｕ25Ａｌ5 合金（液相発生温度４７
４℃、Ｅ＝４０００kgｆ／mm2 ）を挙げることができ
る。 【００１８】前記永久磁石と異種金属部材の接合に当っ
ては、両部材を薄板状接合材を介して重ね合せ、次いで
その積層物を真空加熱炉内に設置して、加熱下で接合材
を液相状態または固液共存状態にし、その後炉冷する、
といった方法が採用される。 【００１９】この場合、加熱温度Ｔは接合材の組成によ
って異なるが、前記組成の各種希土類元素系合金は比較
的低い加熱温度Ｔにて液相状態または固液共存状態とな
るので各種金属部材の特性を変化させるようなことはな
い。 【００２０】また希土類元素を主成分とする接合材より
生じた液相は高活性であって、種々の材質の金属部材、
例えば鋼製部材、ＮｄＦｅＢ系永久磁石等の希土類元素
を含む永久磁石（接着剤やろう材に対して非常に濡れ性
が悪い）等に対して優れた濡れ性を発揮する。このよう
な接合材を用いることによって各種金属部材を強固に接
合することができる。 【００２１】さらに接合材の縦弾性係数Ｅを前記のよう
に設定することによって脆性を有する前記永久磁石、例
えば、ＮｄＦｅＢ系永久磁石の接合後における破壊を回
避することができる。 【００２２】加熱時間ｔは、それが長過ぎる場合には前
記永久磁石および異種金属部材の特性変化を招来するの
で、ｔ≦１０時間であることが望ましく、生産性向上の
観点からはｔ≦１時間である。 【００２３】〔実施例１〕 純度９９．９％のＮｄと純度９９．９％のＣｕとを、共
晶組成を有するＮｄ70Ｃｕ30合金が得られるように秤量
し、次いでその秤量物を真空溶解炉を用いて溶解し、そ
の後、縦１０mm、横１０mm、長さ５０mmのインゴットを
鋳造した。このインゴットにマイクロカッタによる切断
加工を施して、Ｎｄ70Ｃｕ30合金よりなり、且つ縦１０
mm、横１０mm、厚さ０．５mmの薄板状接合材を得た。図
２に示すように、Ｎｄ70Ｃｕ30合金の共晶点は５２０℃
である。 【００２４】前記永久磁石として、縦１０mm、横１０m
m、厚さ３mmのＮｄＦｅＢ系永久磁石（住友特殊金属社
製、商品名ＮＥＯＭＡＸ−２８ＵＨ）を選定し、また異
種金属部材として、炭素鋼（ＪＩＳ Ｓ２５Ｃ）よりな
り、且つ縦１０mm、横１０mm、長さ１５mmの短柱体を選
定した。 【００２５】図３に示すように、１つの短柱体１の上に
１つの接合材２を、また接合材２の上に永久磁石３を、
さらに永久磁石３の上にもう１つの接合材２を、さらに
また接合材２の上にもう１つの短柱体１をそれぞれ重ね
合せて重ね合せ物を作製し、同様の手順で合計２０個の
重ね合せ物を作製した。次いで、これら重ね合せ物を真
空加熱炉内に設置して、加熱温度Ｔ＝５３０℃、加熱時
間ｔ＝３０分間の加熱工程、それに次ぐ炉冷よりなる接
合処理を行って、図４に示すように２つの短柱体１によ
り永久磁石３を挟むようにそれら１，３を接合材２を介
して接合した２０個の接合体４を得た。この接合処理に
おいては、加熱温度ＴがＴ＝５３０℃であって、図２に
示す共晶点５２０℃を超えているので、接合材２は共晶
組成を有することから液相状態となる。この場合、接合
材２、したがってＮｄ70Ｃｕ30合金の縦弾性係数Ｅは、
表１に示すようにＥ＝４０４０kgｆ／mm2 であって、Ｅ
≦１００００kgｆ／mm2 であることから永久磁石３に破
壊は全然生じていなかった。 【００２６】比較のため、前記同様の永久磁石３と前記
同様の２つの短柱体１とをエポキシ樹脂系接着剤（日本
チバガイギ社製、商品名アラルダイト）を介し重ね合せ
て前記同様の重ね合せ物を作製し、同様の手順で合計２
０個の重ね合せ物を作製した。次いで、これら重ね合せ
物を乾燥炉内に設置して、加熱温度２００℃、加熱時間
６０分間の加熱工程、それに次ぐ炉冷よりなる接合処理
を行って、２つの短柱体１と永久磁石３とをエポキシ樹
脂系接着剤を介して接合した前記同様の２０個の接合体
を得た。 【００２７】接合材２を用いた各接合体４から引張り試
験用試験片Ａを作製し、またエポキシ樹脂系接着剤を用
いた各接合体から同様の引張り試験用試験片Ｂを作製し
た。次いで、各１０個の試験片Ａ，Ｂについて室温下で
引張り試験を行い、また残りの各１０個の試験片Ａ，Ｂ
について１５０℃の加熱下で引張り試験を行ったとこ
ろ、表３の結果を得た。 【００２８】 【表３】【００２９】表３から明らかなように、接合材２を用い
た試験片Ａは、室温下および１５０℃の加熱下におい
て、エポキシ樹脂系接着剤を用いた試験片Ｂに比べて接
合強度が高く、その接合強度は両環境下において殆ど変
わらず、またそのばらつきも小さい。試験片Ｂは室温下
における接合強度が低い上にそのばらつきが大きく、ま
た１５０℃の加熱下ではその接合強度が室温下のそれの
３分の１に低下する。 【００３０】ＮｄＦｅＢ系永久磁石、ＳｍＣｏ系永久磁
石等の希土類元素を含む永久磁石３は、接合処理時の加
熱温度ＴがＴ＞６５０℃になると、その磁気特性、特に
保磁力 IＨC （磁化の強さＩ＝０）が低下傾向となる。
ただし、残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力 BＨC （磁束密
度Ｂ＝０）は殆ど変わらず、したがって最大磁気エネル
ギ積（ＢＨ）ｍａｘは略一定である。前記接合材２を用
いた接合処理において、その加熱温度ＴはＴ＝５３０℃
であってＴ≦６５０℃であるから、永久磁石３の磁気特
性を変化させるようなことはない。 【００３１】また前記永久磁石３の濡れ性の悪さは、そ
の結晶粒界に希土類元素濃度、この実施例ではＮｄ濃度
の高い相が存在していることに起因する。前記接合材２
を用いた接合処理において、その接合材２は液相状態と
なっており、Ｎｄを主成分とするＮｄ70Ｃｕ30合金より
生じた液相は、高活性であると共に前記結晶粒界に存す
るＮｄ濃度の高い相と主成分を共通にすることから永久
磁石３に対して優れた濡れ性を発揮し、また前記高活性
化に伴い炭素鋼よりなる短柱体１に対する濡れ性も極め
て良好である。 【００３２】したがって、前記のような接合材２を用い
ることによって、永久磁石３の磁気特性を損うことな
く、その永久磁石３と短柱体１とを強固に接合すること
ができる。この接合技術は、モータ用ロータに対する永
久磁石の接合に適用され、回転数が１００００rpm 以上
である高速回転モータの実現を可能にするものである。 【００３３】〔実施例２〕 純度９９．９％のＮｄと純度９９．９％のＣｕとを、亜
共晶組成を有するＮｄ60Ｃｕ40合金が得られるように秤
量し、次いでその秤量物を真空溶解炉を用いて溶解し、
その後、縦１０mm、横１０mm、長さ５０mmのインゴット
を鋳造した。このインゴットにマイクロカッタによる切
断加工を施して、Ｎｄ60Ｃｕ40合金よりなり、且つ縦１
０mm、横１０mm、厚さ０．５mmの薄板状接合材２を得
た。 【００３４】前記永久磁石として、縦１０mm、横１０m
m、厚さ５mmのＮｄＦｅＢ系永久磁石（住友特殊金属社
製、商品名ＮＥＯＭＡＸ−２８ＵＨ）３を選定し、また
異種金属部材として、ケイ素鋼板（ＪＩＳ ＭＥＳ−３
Ｆ）より切出され、且つ縦１０mm、横１０mm、長さ１５
mmの短柱体１を選定した。 【００３５】それら短柱体１、接合材２および永久磁石
３を用い、実施例１と同様の方法（図３参照）で合計２
０個の重ね合せ物を作製し、次いで、これら重ね合せ物
を真空加熱炉内に設置して、加熱温度Ｔ＝５６０℃、加
熱時間ｔ＝３０分間の加熱工程、それに次ぐ炉冷よりな
る接合処理を行って、実施例１と同様に２つの短柱体１
により永久磁石３を挟むようにそれら１，３を接合材２
を介して接合した２０個の接合体４を得た（図４参
照）。この接合処理においては加熱温度ＴがＴ＝５６０
℃であって、図２に示す共晶点５２０℃と液相線ａとの
間の温度領域に存するので、接合材２は固液共存状態と
なる。この場合、接合材２、したがってＮｄ60Ｃｕ40合
金の縦弾性係数Ｅは、前記のようにＥ＝４５００kgｆ／
mm2 であって、Ｅ≦１００００kgｆ／mm2 であることか
ら永久磁石３に破壊は全然生じていなかった。 【００３６】各接合体４から引張り試験用試験片Ａを作
製し、次いで、各１０個の試験片Ａについて室温下で引
張り試験を行い、また残りの各１０個の試験片Ａについ
て１５０℃の加熱下で引張り試験を行ったところ、表４
の結果を得た。比較のため、表４には実施例１の試験片
Ｂに関する測定値も示されている。 【００３７】 【表４】 【００３８】表４から明らかなように、接合材２を用い
た試験片Ａは、室温下および１５０℃の加熱下におい
て、エポキシ樹脂系接着剤を用いた試験片Ｂに比べて接
合強度が高く、その接合強度は両環境下において全然変
わらず、またそのばらつきも小さい。 【００３９】前記接合処理において、その加熱温度Ｔは
Ｔ＝５６０℃であってＴ≦６５０℃であるから、永久磁
石３の磁気特性を変化させるようなことはない。 【００４０】その上、前記接合処理において、その接合
材２は固液共存状態となっており、Ｎｄを主成分とする
Ｎｄ60Ｃｕ40合金より生じた液相は高活性であると共に
永久磁石３の結晶粒界に存するＮｄ濃度の高い相と主成
分を共通にすることから永久磁石３に対して優れた濡れ
性を発揮し、また前記高活性化に伴いケイ素鋼板よりな
る短柱体１に対する濡れ性も極めて良好である。 【００４１】したがって、前記のような接合材２を用い
ることによって、永久磁石３の磁気特性を損うことな
く、その永久磁石３と短柱体１とを強固に接合すること
ができる。 〔実施例３〕 純度９９．９％のＮｄ、純度９９．９％のＣｕおよび純
度９９．９％のＡｌをＮｄ70Ｃｕ25Ａｌ5 合金が得られ
るように秤量し、次いでその秤量物を真空溶解炉を用い
て溶解し、その後、縦１０mm、横１０mm、長さ５０mmの
インゴットを鋳造した。このインゴットに、マイクロカ
ッタによる切断加工を施して、Ｎｄ70Ｃｕ25Ａｌ5 合金
よりなり、且つ縦１０mm、横１０mm、厚さ０．３mmの薄
板状接合材を得た。 【００４２】前記永久磁石として、縦１０mm、横１０m
m、厚さ３mmのＮｄＦｅＢ系永久磁石（住友特殊金属社
製、商品名ＮＥＯＭＡＸ−２８ＵＨ）を選定し、また異
種金属部材として、厚さ０．４mmの冷間圧延鋼板を積層
してなり、且つ縦１０mm、横１０mm、長さ１５mmの直方
体状の積層体を選定した。 【００４３】図５に示すように、積層体５における各冷
間圧延鋼板６の端面によって形成された接合面上に接合
材２を、またその接合材２の上に永久磁石３をそれぞれ
重ね合せ、その重ね合せ物を真空加熱炉内に設置して、
加熱温度Ｔ＝５２０℃、加熱時間ｔ＝５分間の加熱工
程、それに次ぐ炉冷よりなる冷却工程を行って、永久磁
石３と積層体５とを接合材２により接合した接合体４を
得た。この加熱接合処理においては、加熱温度ＴがＴ＝
５２０℃であって、前記液相発生温度５１７℃を超えて
いるので、接合材２は液相状態となる。なお、積層体５
において、各冷間圧延鋼板６の接合にはかしめ手段７を
用いた。 【００４４】比較のため、各種接合材２を製造し、それ
ら接合材２を用いて前記同様に永久磁石３と積層体５と
を加熱接合して各種接合体４を得た。 【００４５】そして、各接合体４における永久磁石３の
破壊の有無を調べたところ、表５の結果を得た。 【００４６】 【表５】【００４７】表５から明らかなように、接合材２として
縦弾性係数ＥがＥ≦１００００kgｆ／mm2 のものを用い
ると永久磁石３の破壊を回避し得るが、Ｅ＞１００００
kgｆ／mm2 の接合材２を用いると永久磁石３に破壊が発
生することが判る。 【００４８】永久磁石と異種金属部材との接合におい
て、その接合強度向上の観点からは、前記実施例のよう
に永久磁石に含まれる希土類元素と接合材の主成分であ
る希土類元素とを一致させるのが望ましいが、例えば、
実施例３で示したようにＮｄを含む永久磁石の接合に当
り、Ｌａを主成分とする接合材を用いたり、またＳｍを
含む永久磁石の接合に当り、Ｓｍを主成分とする接合材
の外にＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ等を主成分とする接合材
を用いても前記と略同等の接合強度を得ることができ
る。 【００４９】 【発明の効果】本発明によれば、前記のように構成する
ことにより、加熱温度Ｔ≦６５０℃といった比較的低温
域にて液相を生じて、希土類元素を含む永久磁石と異種
金属部材とを、その永久磁石の磁気特性を損うことなく
強固に接合することが可能な接合材を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】温度と熱膨脹率との関係を示すグラフである。
【図２】Ｃｕ−Ｎｄ系状態図の要部を示す。
【図３】金属部材と接合材との重ね合せ関係を示す斜視
図である。 【図４】接合体の一例を示す斜視図である。 【図５】接合体の他例を示す斜視図である。 【符号の説明】 １ 短柱体（異種金属部材） ２ 接合材 ３ 永久磁石 ４ 接合体 ５ 積層体（異種金属部材） ６ 冷間圧延鋼板 ７ かしめ手段
図である。 【図４】接合体の一例を示す斜視図である。 【図５】接合体の他例を示す斜視図である。 【符号の説明】 １ 短柱体（異種金属部材） ２ 接合材 ３ 永久磁石 ４ 接合体 ５ 積層体（異種金属部材） ６ 冷間圧延鋼板 ７ かしめ手段
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(56)参考文献 特開 平３−87338（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−40687（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−75344（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−15463（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B23K 35/24 - 35/32
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 加熱温度Ｔ≦６５０℃にて、液相状態ま
たは固液共存状態の一方の状態となって、希土類元素を
含む永久磁石と異種金属部材とを接合する接合材であっ
て、希土類元素とその希土類元素と共晶反応を生じる合
金元素ＡＥとよりなる希土類元素系合金より構成され、
その希土類元素は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ、Ｍｍ（ミッシュメタル）およびＬｕから選択される
少なくとも一種であり、前記合金元素ＡＥは、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚ
ｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＣｄおよびＩｎか
ら選択される少なくとも一種であり、前記合金元素ＡＥ
の含有量は５原子％≦ＡＥ≦５０原子％に設定され、縦
弾性係数ＥがＥ≦１００００kgｆ／mm 2 であることを特
徴とする金属部材用接合材。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25845394A JP3382383B2 (ja) | 1994-06-09 | 1994-10-24 | 金属部材用接合材 |
| EP95108943A EP0691175B1 (en) | 1994-06-09 | 1995-06-09 | Article made by joining two members together, and a brazing filler metal |
| DE69522390T DE69522390T2 (de) | 1994-06-09 | 1995-06-09 | Gegenstand hergestelt durch Verbinden von zwei Bauteilen und Hartlotzusatzmetall |
| US08/480,269 US5830585A (en) | 1994-06-09 | 1995-06-17 | Article made by joining two members together, and a brazing filler metal |
| US09/063,531 US6214480B1 (en) | 1994-06-09 | 1998-04-21 | Article made by joining two members together, and a brazing filler metal |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-127804 | 1994-06-09 | ||
| JP12780494 | 1994-06-09 | ||
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25845394A Expired - Fee Related JP3382383B2 (ja) | 1994-06-09 | 1994-10-24 | 金属部材用接合材 |
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| Country | Link |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| NL1026424C2 (nl) * | 2004-06-15 | 2005-12-19 | Siemens Ind Turbomachinery B V | Rotor voor elektromotor, compressoreenheid voorzien van rotor, werkwijze voor het vervaardigen van een rotor voor een elektromotor. |
| FR2949696B1 (fr) * | 2009-09-08 | 2012-01-13 | Commissariat Energie Atomique | Procede d'assemblage de pieces en materiaux a base de sic par brasage non-reactif, compositions de brasure, et joint et assemblage obtenus par ce procede. |
-
1994
- 1994-10-24 JP JP25845394A patent/JP3382383B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH0852590A (ja) | 1996-02-27 |
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