JP4267309B2 - 接着構造体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットとロータとを接着剤により接着した接着構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電動パワーステアリング装置で使用されているブラシレスＤＣモータには、鋼鉄製のロータの外周面に対して希土類のネオジウム系マグネットが接着剤により接着固定された接着構造体を備えたものが公知である。
【０００３】
前記ロータとネオジウム系マグネットとの間の接着剤層の層厚は略０．０３ｍｍとなっている。前記ネオジウム系マグネットは、線膨張係数がほぼ０であるため、前記鋼鉄製のロータと比べて線膨張係数が小さくなっている。また、前記接着剤層は、ロータと比して線膨張係数が大きくなっている。
【０００４】
前記のような自動車に搭載されるモータは、使用される温度環境に応じられるように幅広い温度差に耐えられる性能を備えている必要がある。即ち、自動車を極寒地で使用する場合や、熱帯地域で使用される場合においても耐える必要がある。このような種々の温度環境下や、予想される温度変化においても、耐久性を備えさせるため、従来から、このような接着構造体に対して、例えば−４０°Ｃ〜１２０°Ｃの範囲の温度変化を繰り返しかける性能試験が行われている。
【０００５】
ところで、前記接着構造体に対して−４０°Ｃ〜１２０°Ｃの範囲の温度変化を繰り返しかけると、前記ネオジウム系マグネットが熱変化により膨張・収縮をほとんど起こさない一方、前記ロータ及び前記接着剤層は熱変化により膨張・収縮を起こす。すると、前記ネオジウム系マグネットと固体化した接着剤層との界面（以下、接着面という）にせん断応力が加わり、剥離現象が生ずる。
【０００６】
このため、従来は特許文献１に開示されているように、前記ネオジウム系マグネットを前記ロータに対して接着剤にて接着固定した後、そのネオジウム系マグネットのまわりに樹脂モールドを施すことにより前記接着面の剥離現象を押さえるようにしている。
【０００７】
また、特許文献２や特許文献３に開示されているように、ロータに接着剤を充填する溝を形成して接着力を強化する方法が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−１０２８５４号公報
【特許文献２】
特開平１１−８９１４１号公報
【特許文献３】
特開平１４−２３４４４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記樹脂モールド加工は手間のかかる工程であり、樹脂モールド加工を行わなくても前記接着面の剥離を抑制することが望まれていた。
【００１０】
また、溝を形成する方法においても、その溝形状によっては接着面に剥離が発生する恐れがあった。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は層厚規定手段を設けることにより、接着剤層の層厚が規定され、その接着剤層にて接着面に発生するせん断応力が吸収できる接着構造体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロータ又はステータに、そのロータ又はステータに比して線膨張係数が異なる材料で形成されたマグネットを接着剤により接着固定した接着構造体において、前記マグネットは、長尺な板状に形成されるとともにその長手方向が前記ロータの回転軸線の伸びる方向に沿うように配置され、前記ロータ又はステータと前記マグネットとの線膨張差により接着面に発生するせん断応力を前記接着剤からなる接着剤層にて吸収可能となるように、前記接着剤層の層厚を規定する層厚規定手段が設けられ、前記マグネットの長手方向中央部が前記接着剤層により前記ロータ又はステータに接着固定されるとともに前記マグネットの長手方向両端部が前記接着剤層により接着固定されていない自由端となっていることを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の接着構造体において、前記ロータは円柱状に形成され、前記マグネットは前記ロータの外周面において等角度間隔で設けられていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の接着構造体において、前記層厚規定手段により規定される前記接着剤層の層厚を、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲としたことを要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接着構造体において、前記層厚規定手段は、前記ロータの外周面又はステータの内周面に設けられた層厚規定溝を備え、その層厚規定溝の底面と前記マグネットとを前記接着剤にて接着固定したことを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の接着構造体において、前記層厚規定溝は、前記ロータ又はステータの周方向全周に亘って設けられていることを要旨とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記ロータに前記マグネットが接着固定されており、前記層厚規定手段は、前記マグネットにおける前記ロータに対向する面の曲率半径を前記ロータの曲率半径より小さくすることにより、前記マグネットと前記ロータとの互いに対向する面間に生じる層厚規定空隙を備えたことを要旨とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記ロータ又はステータとマグネットとの線膨張係数の差が１０．４×１０−６より大きい材料であることを要旨とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の接着構造体において、前記ロータ又はステータが鋼鉄であり、前記マグネットが希土類元素系の材料よりなることを要旨とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記層厚規定手段は、前記ロータの回転軸線の伸びる方向において前記マグネットにおける前記ロータに対向する面積の４８％以上設けられていることを要旨とする。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記マグネットにおける前記ロータに対向する面積の４８％〜６５％が前記ロータに対して接着固定されることを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の接着構造体１１は、ロータとしての鋼鉄製のロータシャフト１２と、マグネットとしての希土類のネオジウム系マグネット１３とを備えている。なお、前記ロータシャフト１２は、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータとして便用される。
【００２２】
前記ロータシャフト１２は所定半径を有するとともに円柱状に形成されている。前記ロータシャフト１２の外周面には、１４個のネオジウム系マグネット１３がそれぞれ等角度間隔で設けられている。前記ネオジウム系マグネット１３は、長尺な板材から形成されており、短手方向に切断した際の断面形状が円弧状をなしている。
【００２３】
そして、前記各ネオジウム系マグネット１３におけるロータシャフト１２に対して対向する面（以下、対向面１３ａという）は、前記ロータシャフト１２の外周面における曲面と一致する曲面とされている。即ち、ロータシャフト１２の半径と、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａの曲率半径とが等しくなるようにネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａが形成されている。
【００２４】
前記ロータシャフト１２の長手方向（図１における左右方向）中央部には、周方向全周に亘って接着剤充填溝１４が均一深さで形成されている。以下、ロータシャフト１２の長手方向を、単に長手方向ということがある。前記接着剤充填溝１４の底面１４ａはロータシャフト１２の外周面と同心円となるように縮径して形成されている。前記接着剤充填溝１４は層厚規定手段及び層厚規定溝に相当し、前記底面１４ａは層厚規定溝の底面に相当する。
【００２５】
そして、接着剤充填溝１４には接着剤が充填されており、その接着剤が固化して形成された接着剤層１５により接着剤充填溝１４の底面１４ａと前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａとが接着固定されている。前記接着剤は汎用の接着剤であり、かつ耐熱性のあるエポキシ系樹脂（又は耐熱性のあるアクリル系樹脂でもよい）からなる。なお、前記接着剤層１５は弾性を若干備えている。
【００２６】
以下、前記接着剤充填溝１４の底面１４ａと接着剤層１５との接着面を界面Ｉ１といい、前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａと接着剤層１５との接着面を界面Ｉ２という。
【００２７】
前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａと前記接着剤充填溝１４の底面１４ａとが同心円となるように形成されていることから、前記接着剤充填溝１４内の接着剤層１５における各部位は均一な厚さとされている。
【００２８】
なお、前記ネオジウム系マグネット１３の線膨張係数はほぼゼロであり、「ネオジウム系マグネット１３＜ロータシャフト１２＜接着剤層１５」の関係で線膨張係数が大きくなるように前記接着剤の材質は選定されている。
【００２９】
前記接着剤充填溝１４の幅方向（図１における左右方向）長さは、前記ネオジウム系マグネット１３の長手方向（図１における左右方向）長さの略半分とされている。なお、接着剤充填溝１４の幅方向はロータシャフト１２の回転軸線Ｏの伸びる方向、すなわちロータシャフト１２の長手方向と一致する。
【００３０】
本実施形態では、ネオジウム系マグネット１３は、長手方向長さ６１．５ｍｍ、短手方向における円弧長さ７．９ｍｍ、厚さ２．５ｍｍとされている。また、接着剤充填溝１４は幅方向長さが３５ｍｍとされている。言い換えると、前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤層１５に対して接着固定される部分がその対向面１３ａの５７％の範囲とされている。
【００３１】
なお、接着剤充填溝１４の幅方向長さは、３０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲において実現可能であるが、望ましくは３３ｍｍ〜３７ｍｍの範囲が好適である。即ち、前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤層１５により接着固定される部分がその対向面１３ａの４８％〜６５％の範囲、望ましくは５４％〜６０％の範囲が好ましい。
【００３２】
この幅方向長さが３０ｍｍ未満では接着強度が充分でなく、実用に向かない。逆に、幅方向長さが４０ｍｍを超えた場合には、接着強度がほとんど変わらず接着構造体１１の一個当たりに使用する接着剤の量が多くなり、無駄になる。すなわち、コスト高となる。また、前記幅方向長さが４０ｍｍを超えた場合、即ち、界面Ｉ１，Ｉ２の長手方向長さが４０ｍｍを超えた場合、界面Ｉ１，Ｉ２における長手方向両端部は、界面Ｉ１，Ｉ２の長手方向中央部と比べて大きなせん断応力がかかり剥離が起こりやすくなる。特に、この剥離現象は界面Ｉ１，Ｉ２の長手方向長さが長ければ長いほど大きくなる。
【００３３】
また、本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さが０．１ｍｍとされている。即ち、接着剤層１５の層厚Ｔ１は、０．１ｍｍとされている。言い換えると、接着剤層１５は層厚０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の部位が、その層厚Ｔ１全体の１００％となるように構成されている。このため、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤にて接着固定されていない部分は、前記ロータシャフト１２の外周面に対して当接されている。
【００３４】
この接着剤充填溝１４の深さは、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましいが、望ましくは０．０７５ｍｍ〜０．１７５ｍｍの範囲、より望ましくは０．１ｍｍ〜０．１５０ｍｍの範囲が好適である。
【００３５】
この接着剤充填溝１４の深さが０．０５ｍｍ未満では、接着剤層１５の層厚Ｔ１がその接着剤充填溝１４の深さに対応して０．０５ｍｍ未満となり、界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収可能な弾性を有さなくなってしまう。一方、接着剤充填溝１４の深さが０．２ｍｍを超えると、接着剤層１５の層厚Ｔ１がその接着剤充填溝１４の深さに対応して０．２ｍｍを超えてしまい、接着強度が低下し、実用に向かない。
【００３６】
なお、図面では、接着剤充填溝１４の深さは、説明の便宜上、実際よりは誇張して図示している。
以下、前記接着構造体１１の接着強度を、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３の３つを比較試験することにより説明する。
【００３７】
なお、図３に示すように、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３は、ブロック状のネオジウム系マグネット２１（「長さ」６１．５ｍｍ×「幅」７．９ｍｍ×「厚さ」２．５ｍｍ）をそれぞれ異なる層厚となった接着剤（接着剤層２２）により鉄板２３に接着固定したものである。各サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３におけるネオジウム系マグネット２１と鉄板２３との接着面積は、前記ネオジウム系マグネット２１の長手方向中央における３５ｍｍ×７．９ｍｍの面積とされている。
【００３８】
また、サンプルＡ１においては、ネオジウム系マグネット２１と、溝などが全く形成されていない鉄板２３の平面とが接着剤（接着剤層２２）にて接着固定され、その接着剤層２２の層厚は０．０３ｍｍとされている。
【００３９】
一方、サンプルＡ２，Ａ３においては、図３にて二点差線で示すように、鉄板２３に対して溝幅３５ｍｍの接着剤充填溝２４を均一深さで形成し、その接着剤充填溝２４に充填した接着剤（接着剤層２２）によりネオジウム系マグネット２１と鉄板２３とが接着固定されている。前記サンプルＡ２における接着剤充填溝２４の深さは０．１ｍｍとされ、サンプルＡ３における接着剤充填溝２４の深さは０．２ｍｍとされている。この結果、サンプルＡ２，Ａ３における接着剤層２２の層厚はそれぞれ０．１ｍｍ，０．２ｍｍとされている。
【００４０】
なお、本実施形態における接着構造体１１はサンプルＡ２に相当し、従来技術における接着構造体はサンプルＡ１に相当する。
図４は、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３における冷熱衝撃サイクル数と、相対的せん断接着強度との関係を示したものである。図４では、横軸に冷熱衝撃サイクル数をとり、縦軸に相対的せん断接着強度をとっている。
【００４１】
なお、「冷熱衝撃サイクル数」とは、−４０°Ｃから１２０°Ｃまでの範囲の温度変化を繰り返し与えたサイクル数のことをいう。また、この図４で示す「相対的せん断接着強度」とは、サンプルＡ２における初期のせん断接着強度を１としたとき、冷熱衝撃サイクルを繰り返した際の自身及び他のサンプルのせん断接着強度の比を示したものである。
【００４２】
前記せん断接着強度の試験方法は、図３に示すように、各サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３におけるネオジウム系マグネット２１の長手側面２１ａに対して垂直に応力を与える方法である。
【００４３】
図４から分かるように、冷熱衝撃サイクル数が０の際において、サンプルＡ２，Ａ３は、サンプルＡ１に比して約２倍の相対的せん断接着強度となった。また、冷熱衝撃サイクル数が増えてくと、サンプルＡ１は相対的せん断接着強度が早期に０に近づく一方、サンプルＡ２，Ａ３は相対的せん断接着強度が０．２〜０．５の範囲を推移した。また、図４においては図示していないが、接着剤層２２の層厚が０．０５ｍｍの際には、前記サンプルＡ２に近い特性となった。
【００４４】
ところで、図５は、サンプルＡ２と、そのサンプルＡ２における接着面積を変更したものに相当するサンプルＡ４，Ａ５，Ａ６とをそれぞれ比較試験したものである。
【００４５】
図５は、図４と同様に横軸に冷熱衝撃サイクル数をとり、縦軸に相対的せん断接着強度をとっている。
前記サンプルＡ４，Ａ５，Ａ６は、前記接着剤充填溝２４（図３参照）の溝幅がそれぞれ２５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍとされている。また、サンプルＡ４（溝幅２５ｍｍ）の接着面積は２５ｍｍ×７．９ｍｍとされ、サンプルＡ５（溝幅４５ｍｍ）の接着面積は４５ｍｍ×７．９ｍｍとされ、サンプルＡ６（溝幅５５ｍｍ）の接着面積は５５ｍｍ×７．９ｍｍとされている。
【００４６】
なお、この図５で示す「相対的せん断接着強度」とは、サンプルＡ２における初期のせん断接着強度を１としたとき、冷熱衝撃サイクルを繰り返した際の自身及び他のサンプルのせん断接着強度の比を示したものである。
【００４７】
図５中のＬは、冷熱衝撃サイクル数における寿命サイクル数であり、この寿命サイクル数Ｌにおいては、相対的せん断接着強度が「サンプルＡ２＞サンプルＡ４＞サンプルＡ５＞サンプルＡ６」という関係になった。
【００４８】
即ち、サンプルＡ２（溝幅３５ｍｍ）とサンプルＡ４（溝幅２５ｍｍ）とを比較すると、サンプルＡ２（溝幅３５ｍｍ）の方が相対的せん断接着強度が大きくなった。一方、サンプルＡ２（溝幅３５ｍｍ）、サンプルＡ５（溝幅４５ｍｍ）、サンプルＡ６（溝幅５５ｍｍ）をそれぞれ比較すると、溝幅が大きくなるにつれ相対的せん断接着強度が小さくなった。
【００４９】
従って、寿命サイクル数Ｌにおいては、サンプルＡ２，Ａ４，Ａ５，Ａ６のうちサンプルＡ２が最も相対的せん断接着強度が大きくなり、サンプルＡ２が最も好適な結果が得られた。
【００５０】
以上のように、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６を用いて比較試験を行ったが、現物の接着構造体１１と従来技術における接着構造体との比較試験においても同様の関係が得られた。
【００５１】
従って、上記第１実施形態の接着構造体１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３との線膨張差により界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を接着剤層１５にて吸収可能となるように、接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定する接着剤充填溝１４をロータシャフト１２に形成した。従って、接着剤充填溝１４を形成することにより、接着剤層１５の層厚Ｔ１が規定され、その接着剤層１５にて界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収できる。
【００５２】
また、本実施形態の接着構造体１１は従来技術の接着構造体と比して接着剤充填溝１４を形成する工程が増えたが、その分、ネオジウム系マグネット１３のまわりに樹脂モールドを施すといった複雑な工程が省略されたため、全体として手間がかからずに接着構造体１１を構成することができる。
【００５３】
（２）本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さを０．１ｍｍとした。従って、界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収可能な弾性を有すると共に、接着強度が低下することがない。
【００５４】
（３）本実施形態では、ロータシャフト１２の外周面に接着剤充填溝１４を形成し、その接着剤充填溝１４の底面１４ａとネオジウム系マグネット１３とを接着固定した。従って、接着剤充填溝１４の深さに応じて接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定できる。
【００５５】
（４）本実施形態では、ロータシャフト１２の周方向全周に亘って接着剤充填溝１４を形成した。従って、複数のネオジウム系マグネット１３をロータシャフト１２に対して接着固定する際に、一つの接着剤充填溝１４を形成するだけでよい。また、円柱状のロータシャフト１２に対して周方向全周に亘って接着剤充填溝１４を形成しているため、その接着剤充填溝１４の加工は旋盤などにより容易に形成できる。
【００５６】
（５）本実施形態では、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａと接着剤充填溝１４の底面１４ａとが同心円となるように形成した。そのため、その接着剤充填溝１４内に充填した接着剤層１５における各部位は均一な厚さとなった。従って、接着剤層１５の各部位において、界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収可能な弾性を有すると共に接着強度が低下することがないため、良好な状態でロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３とを接着固定できる。
【００５７】
なお、一般にネオジウム系マグネットの線膨張係数は、０〜０．６×１０−６（面方向）で、鉄の線膨張係数が１１×１０−６である。即ち、その線膨張係数の差が１１〜１０．４×１０−６である。このことから、線膨張係数の差が、この鉄とネオジウム系マグネットの組み合わせとほぼ同等の１０．０×１０−６程度であるか、もしくはこれ以上であれば、これらネオジウム系マグネットと鉄の組み合わせに限らず、その他の材料の組み合わせでも上記実施形態１の構成は有効と考えられる。
【００５８】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図６に従って説明する。なお、第２実施形態の接着構造体は、前記第１実施形態を変更したものであり、前記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細な説明を省略し、異なるところのみを説明する。
【００５９】
本実施形態の接着構造体３１は、前記第１実施形態の接着構造体１１におけるネオジウム系マグネット１３形状を変更したものである。
即ち、接着構造体３１のマグネットとしてのネオジウム系マグネット３２は、ロータシャフト１２に対して対向する面（以下、対向面３２ａという）の曲率半径が、ロータシャフト１２の半径より小さく形成されている。
【００６０】
このため、図６に示すように、ネオジウム系マグネット３２の対向面３２ａにおいて、短手方向両端縁（以下、接触縁３３という）がロータシャフト１２の外周に対して接触されている。
【００６１】
なお、前記接触縁３３は、図６においては、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とが点接触となっているが、ロータシャフト１２の軸線方向に亘って両部材が接触しているため実際には線接触とされている。
【００６２】
そして、ロータシャフト１２に対してネオジウム系マグネット３２が接着剤により接着固定されていることにより、接着剤層３４が形成されている。前記接着剤層３４におけるネオジウム系マグネット３２の短手方向中央に対応する部分が層厚の一番厚い層厚Ｔ２とされ、ネオジウム系マグネット３２の前記接触縁３３に対応する部分が層厚の一番薄い層厚Ｔ３とされている。
【００６３】
さらに、本実施形態では、接着剤層３４は、前記層厚Ｔ２が０．２ｍｍ以下であると共に前記層厚Ｔ３が０．０５ｍｍ以上とされている。
即ち、本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さと、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径により接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３が規定されている。
【００６４】
本実施形態では、接着剤充填溝１４及び前記対向面３２ａが層厚規定手段に相当する。
従って、前記第１実施形態の接着構造体１１と同様の作用（同様の試験結果）を奏すると共に、以下の作用を奏する。
【００６５】
本実施形態の接着構造体３１は各ネオジウム系マグネット３２の両接触縁３３がロータシャフト１２の外周に接触した状態で、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とを接着剤にて接着固定した。即ち、ネオジウム系マグネット３２がロータシャフト１２に対して片当たりすることがなく、ネオジウム系マグネット３２が安定した状態でロータシャフト１２に接着固定される。
【００６６】
従って、上記第２実施形態の接着構造体３１によれば、前記第１実施形態における（１）、（４）の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径をロータシャフト１２の半径より小さく形成した。このため、各ネオジウム系マグネット３２の両接触縁３３がロータシャフト１２の外周に接触した状態で、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とを接着剤にて接着固定できる。従って、ネオジウム系マグネット３２がロータシャフト１２に対して片当たりすることがなく、ネオジウム系マグネット３２を安定した状態でロータシャフト１２に接着固定できる。
【００６７】
（２）本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さと、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径により、接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３を規定するようにした。従って、前記対向面３２ａの曲率半径に応じて接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３を規定できる。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００６８】
・前記第１及び第２実施形態では、円柱状をなすロータシャフト１２の外周面に対して、短手方向に切断した際の断面形状が円弧状をなすネオジウム系マグネット１３を接着固定していた。これに限らず、図７に示すような接着構造体４１を構成してもよい。即ち、断面が正多角形状をなすロータシャフト４２の外周に対して接着剤充填溝４４を形成し、その接着剤充填溝４４に充填した接着剤によりロータシャフト４２とブロック状をなすネオジウム系マグネット４３とを接着固定してもよい。この場合においても、接着剤充填溝４４の深さにより接着剤層の層厚を規定する。なお、前記ロータシャフト４２はロータに相当し、前記ネオジウム系マグネット４３はマグネットに相当し、前記接着剤充填溝４４は層厚規定手段及び層厚規定溝に相当する。
【００６９】
・前記第２実施形態では、接着剤充填溝１４と、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径とにより、接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３を規定していた。これに限らず、図８に示すような接着構造体５１を構成してもよい。即ち、ロータシャフト１２の接着剤充填溝１４を省略し、ネオジウム系マグネット３２の対向面３２ａとロータシャフト１２の外周面との間に生じる層厚規定空隙Ｋを形成する。そして、その層厚規定空隙Ｋに接着剤を充填するようにしてロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とを接着固定するようにしてもよい。この場合、前記対向面３２ａの曲率半径により、接着剤層３４の層厚を規定する。この際、接着剤層３４は、層厚０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の部位が、その接着剤層全体の５０％以上となるように構成する。前記ネオジウム系マグネット３２の対向面３２ａが層厚規定手段に相当する。
【００７０】
・前記第１実施形態では、ロータシャフト１２に接着剤充填溝１４を形成することにより接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定していた。これに限らず、図９に示すような接着構造体６１を構成してもよい。ロータシャフト１２の接着剤充填溝１４を省略し、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにロータシャフト１２の軸方向に沿った接着剤充填溝６２を形成する。そして、接着剤充填溝６２の底面６２ａとロータシャフト１２の外周面とを接着剤により接着固定する。この場合、接着剤充填溝６２の深さにより接着剤層の層厚を規定する。この場合、前記接着剤充填溝６２が層厚規定手段及びマグネット側層厚規定溝に相当し、前記底面６２ａがマグネット側層厚規定溝の底面に相当する。
【００７１】
・前記第１実施形態では、ロータシャフト１２に接着剤充填溝１４を形成することにより接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定していた。これに限らず、図１０に示すような接着構造体７１を構成してもよい。即ち、ロータシャフト１２の接着剤充填溝１４を省略し、ロータシャフト１２と各ネオジウム系マグネット１３との間隔をスペーサ７２により規定することにより、ロータシャフト１２と各ネオジウム系マグネット１３とを接着固定する接着剤層の層厚を規定するようにしてもよい。前記スペーサ７２は、リング状に形成され、ロータシャフト１２に対して、嵌合固定されている。この場合、前記スペーサ７２が層厚規定手段及び層厚規定部材に相当する。同様に、このスペーサ７２の変わりに、層厚規定手段及び層厚規定部材としての図示しないワイヤーや図示しないテープを用いてもよい。
【００７２】
また、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３との間隔を規定するものとして、ロータシャフト１２の外周面に層厚規定突部７５（図１１参照）を形成したり、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａに層厚規定突部７６（図１２参照）を形成したりしてもよい。そして、この層厚規定突部７５又は層厚規定突部７６により、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３との間隔を規定した状態で接着剤にて両部材を接着固定する。この場合、層厚規定突部７５，７６の突出長さにより接着剤層の層厚を規定する。前記層厚規定突部７５，７６は、突起状に突出した複数のものをロータシャフト１２の軸方向に列状に配置したものや、ロータシャフト１２の軸方向に沿って配置した突条も含む趣旨である、この場合、前記層厚規定突部７５，７６は、層厚規定手段に相当する。
【００７３】
・前記第１実施形態では、一つの接着剤充填溝１４をロータシャフト１２に形成していた。これに限らず、図１３に示すようにロータシャフト１２の軸方向に所定間隔をおいて複数の接着剤充填溝１４を形成し、その各接着剤充填溝１４に充填した接着剤によりロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３とを接着固定してもよい。
【００７４】
・前記第１及び第２実施形態では、ロータシャフト１２の周方向全周に亘って接着剤充填溝１４を形成していた。これに限らず、ロータシャフト１２の外周面において、各ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤を接着固定する部分と対応する部分のみに接着剤充填溝１４をそれぞれ形成してもよい。
【００７５】
・前記第１実施形態では、接着剤充填溝１４により層厚Ｔ１が規定された接着剤層１５を用いて、線膨張係数が異なる鋼鉄製のロータシャフト１２と、ネオジウム系マグネット１３とを接着固定していた。これに限らず、ロータシャフト１２の材質及びマグネットの材質は互いに線膨張係数が異なるものであればどの様な材質のものを選定してもよい。また、このような変更を第２実施形態において具体化してもよい。
【００７６】
・前記第１及び第２実施形態では、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータのロータシャフト１２に対して接着剤充填溝１４を形成し、接着剤充填溝１４により層厚Ｔ１が規定された接着剤層１５を用いてロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３とを接着固定していた。これに限らず、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータにおけるロータの内周面に層厚規定溝を形成し、その層厚規定溝により層厚が規定された接着剤層を用いてロータとマグネットとを接着固定してもよい。また、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータにおけるマグネットにマグネット側層厚規定溝を形成し、そのマグネット側層厚規定溝により層厚が規定された接着剤層を用いてロータとマグネットとを接着固定してもよい。
【００７７】
・上記各実施形態は、層厚規定手段を用いて層厚を規定した接着剤層にて、ロータシャフトの外周面とネオジウム系マグネットとを接着固定したものを具体例を挙げて説明していた。これに限らず、上記各実施形態にて説明した層厚規定手段に相当する層厚規定手段を用いて、層厚を規定した接着剤層にて図示しないステータの内周面とネオジウム系マグネットとを接着固定するようにしてもよい。
【００７８】
・前記第１実施形態では、ロータシャフト１２の外周面に接着剤充填溝１４を形成していた。これに限らず、図示しないステータの内周面に対して、ネオジウム系マグネットを接着固定するものにおいて以下に示すようにしてもよい。図示しないステータの内周面に前記接着剤充填溝１４に相当する層厚規定手段及び層厚規定溝としての接着剤充填溝を設け、その接着剤充填溝に介在する接着剤層にてステータとネオジウム系マグネットとを接着固定するようにしてもよい。
【００７９】
次に、上記各実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記層厚規定手段は、前記マグネットにおける前記ロータに対向する面に設けられたマグネット側層厚規定溝を備え、そのマグネット側層厚規定溝の底面と前記マグネットとを前記接着剤にて接着固定したことを特徴とする接着構造体。
【００８０】
（ロ）前記層厚規定手段は、前記マグネット又は前記ロータの少なくとも何れか一方に対して一体に設けられると共に前記接着剤層の層厚を規定する層厚規定突部を備えたことを特徴とする接着構造体。
【００８１】
（ハ）前記層厚規定手段は、前記マグネット及び前記ロータに対して別部品とした層厚規定部材を備えたことを特徴とする接着構造体。
【００８２】
（ニ）前記接着剤層の層厚を均一にしたことを特徴とする接着構造体。
（ホ）前記接着剤層は、層厚０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの部位が、その接着剤層全体の５０％〜１００％となるように構成したことを特徴とする接着構造体。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、層厚規定手段を設けることにより、接着剤層の層厚が規定され、その接着剤層にて接着面に発生するせん断応力が吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態における接着構造体の側断面図。
【図２】 第１実施形態における接着構造体の正断面図。
【図３】 第１実施形態におけるサンプルの平面図。
【図４】 第１実施形態における接着剤層の層厚の違いによる「冷熱衝撃サイクル数」と「相対的せん断接着強度」との関係を示す特性図。
【図５】 第１実施形態における接着剤充填溝の溝幅の違いによる「冷熱衝撃サイクル数」と「相対的せん断接着強度」との関係を示す特性図。
【図６】 第２実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図７】 他の実施形態における接着構造体の正断面図。
【図８】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図９】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図１０】 他の実施形態における接着構造体の側断面図。
【図１１】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図１２】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図１３】 他の実施形態における接着構造体の側断面図。
【符号の説明】
１１，３１，４１，５１，６１，７１…接着構造体、
１２，４２…ロータとしてのロータシャフト、
１３，３２，４３…マグネットとしてのネオジウム系マグネット、
１４，４４…層厚規定手段及び層厚規定溝としての接着剤充填溝、
１４ａ…層厚規定溝の底面としての底面、１５，３４…接着剤層、
６２…層厚規定手段及びマグネット側層厚規定溝としての接着剤充填溝、
６２ａ…マグネット側層厚規定溝の底面としての底面、
７２…層厚規定手段及び層厚規定部材としてのスペーサ、
７５，７６…層厚規定手段としての層厚規定突部、
Ｉ１，Ｉ２…接着面としての界面、Ｋ…層厚規定空隙、Ｏ…回転軸線、
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…層厚。
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットとロータとを接着剤により接着した接着構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電動パワーステアリング装置で使用されているブラシレスＤＣモータには、鋼鉄製のロータの外周面に対して希土類のネオジウム系マグネットが接着剤により接着固定された接着構造体を備えたものが公知である。
【０００３】
前記ロータとネオジウム系マグネットとの間の接着剤層の層厚は略０．０３ｍｍとなっている。前記ネオジウム系マグネットは、線膨張係数がほぼ０であるため、前記鋼鉄製のロータと比べて線膨張係数が小さくなっている。また、前記接着剤層は、ロータと比して線膨張係数が大きくなっている。
【０００４】
前記のような自動車に搭載されるモータは、使用される温度環境に応じられるように幅広い温度差に耐えられる性能を備えている必要がある。即ち、自動車を極寒地で使用する場合や、熱帯地域で使用される場合においても耐える必要がある。このような種々の温度環境下や、予想される温度変化においても、耐久性を備えさせるため、従来から、このような接着構造体に対して、例えば−４０°Ｃ〜１２０°Ｃの範囲の温度変化を繰り返しかける性能試験が行われている。
【０００５】
ところで、前記接着構造体に対して−４０°Ｃ〜１２０°Ｃの範囲の温度変化を繰り返しかけると、前記ネオジウム系マグネットが熱変化により膨張・収縮をほとんど起こさない一方、前記ロータ及び前記接着剤層は熱変化により膨張・収縮を起こす。すると、前記ネオジウム系マグネットと固体化した接着剤層との界面（以下、接着面という）にせん断応力が加わり、剥離現象が生ずる。
【０００６】
このため、従来は特許文献１に開示されているように、前記ネオジウム系マグネットを前記ロータに対して接着剤にて接着固定した後、そのネオジウム系マグネットのまわりに樹脂モールドを施すことにより前記接着面の剥離現象を押さえるようにしている。
【０００７】
また、特許文献２や特許文献３に開示されているように、ロータに接着剤を充填する溝を形成して接着力を強化する方法が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−１０２８５４号公報
【特許文献２】
特開平１１−８９１４１号公報
【特許文献３】
特開平１４−２３４４４９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記樹脂モールド加工は手間のかかる工程であり、樹脂モールド加工を行わなくても前記接着面の剥離を抑制することが望まれていた。
【００１０】
また、溝を形成する方法においても、その溝形状によっては接着面に剥離が発生する恐れがあった。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は層厚規定手段を設けることにより、接着剤層の層厚が規定され、その接着剤層にて接着面に発生するせん断応力が吸収できる接着構造体を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ロータ又はステータに、そのロータ又はステータに比して線膨張係数が異なる材料で形成されたマグネットを接着剤により接着固定した接着構造体において、前記マグネットは、長尺な板状に形成されるとともにその長手方向が前記ロータの回転軸線の伸びる方向に沿うように配置され、前記ロータ又はステータと前記マグネットとの線膨張差により接着面に発生するせん断応力を前記接着剤からなる接着剤層にて吸収可能となるように、前記接着剤層の層厚を規定する層厚規定手段が設けられ、前記マグネットの長手方向中央部が前記接着剤層により前記ロータ又はステータに接着固定されるとともに前記マグネットの長手方向両端部が前記接着剤層により接着固定されていない自由端となっていることを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の接着構造体において、前記ロータは円柱状に形成され、前記マグネットは前記ロータの外周面において等角度間隔で設けられていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の接着構造体において、前記層厚規定手段により規定される前記接着剤層の層厚を、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲としたことを要旨とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接着構造体において、前記層厚規定手段は、前記ロータの外周面又はステータの内周面に設けられた層厚規定溝を備え、その層厚規定溝の底面と前記マグネットとを前記接着剤にて接着固定したことを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の接着構造体において、前記層厚規定溝は、前記ロータ又はステータの周方向全周に亘って設けられていることを要旨とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記ロータに前記マグネットが接着固定されており、前記層厚規定手段は、前記マグネットにおける前記ロータに対向する面の曲率半径を前記ロータの曲率半径より小さくすることにより、前記マグネットと前記ロータとの互いに対向する面間に生じる層厚規定空隙を備えたことを要旨とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記ロータ又はステータとマグネットとの線膨張係数の差が１０．４×１０−６より大きい材料であることを要旨とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の接着構造体において、前記ロータ又はステータが鋼鉄であり、前記マグネットが希土類元素系の材料よりなることを要旨とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記層厚規定手段は、前記ロータの回転軸線の伸びる方向において前記マグネットにおける前記ロータに対向する面積の４８％以上設けられていることを要旨とする。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のうちいずれか１項に記載の接着構造体において、前記マグネットにおける前記ロータに対向する面積の４８％〜６５％が前記ロータに対して接着固定されることを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の接着構造体１１は、ロータとしての鋼鉄製のロータシャフト１２と、マグネットとしての希土類のネオジウム系マグネット１３とを備えている。なお、前記ロータシャフト１２は、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータとして便用される。
【００２２】
前記ロータシャフト１２は所定半径を有するとともに円柱状に形成されている。前記ロータシャフト１２の外周面には、１４個のネオジウム系マグネット１３がそれぞれ等角度間隔で設けられている。前記ネオジウム系マグネット１３は、長尺な板材から形成されており、短手方向に切断した際の断面形状が円弧状をなしている。
【００２３】
そして、前記各ネオジウム系マグネット１３におけるロータシャフト１２に対して対向する面（以下、対向面１３ａという）は、前記ロータシャフト１２の外周面における曲面と一致する曲面とされている。即ち、ロータシャフト１２の半径と、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａの曲率半径とが等しくなるようにネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａが形成されている。
【００２４】
前記ロータシャフト１２の長手方向（図１における左右方向）中央部には、周方向全周に亘って接着剤充填溝１４が均一深さで形成されている。以下、ロータシャフト１２の長手方向を、単に長手方向ということがある。前記接着剤充填溝１４の底面１４ａはロータシャフト１２の外周面と同心円となるように縮径して形成されている。前記接着剤充填溝１４は層厚規定手段及び層厚規定溝に相当し、前記底面１４ａは層厚規定溝の底面に相当する。
【００２５】
そして、接着剤充填溝１４には接着剤が充填されており、その接着剤が固化して形成された接着剤層１５により接着剤充填溝１４の底面１４ａと前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａとが接着固定されている。前記接着剤は汎用の接着剤であり、かつ耐熱性のあるエポキシ系樹脂（又は耐熱性のあるアクリル系樹脂でもよい）からなる。なお、前記接着剤層１５は弾性を若干備えている。
【００２６】
以下、前記接着剤充填溝１４の底面１４ａと接着剤層１５との接着面を界面Ｉ１といい、前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａと接着剤層１５との接着面を界面Ｉ２という。
【００２７】
前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａと前記接着剤充填溝１４の底面１４ａとが同心円となるように形成されていることから、前記接着剤充填溝１４内の接着剤層１５における各部位は均一な厚さとされている。
【００２８】
なお、前記ネオジウム系マグネット１３の線膨張係数はほぼゼロであり、「ネオジウム系マグネット１３＜ロータシャフト１２＜接着剤層１５」の関係で線膨張係数が大きくなるように前記接着剤の材質は選定されている。
【００２９】
前記接着剤充填溝１４の幅方向（図１における左右方向）長さは、前記ネオジウム系マグネット１３の長手方向（図１における左右方向）長さの略半分とされている。なお、接着剤充填溝１４の幅方向はロータシャフト１２の回転軸線Ｏの伸びる方向、すなわちロータシャフト１２の長手方向と一致する。
【００３０】
本実施形態では、ネオジウム系マグネット１３は、長手方向長さ６１．５ｍｍ、短手方向における円弧長さ７．９ｍｍ、厚さ２．５ｍｍとされている。また、接着剤充填溝１４は幅方向長さが３５ｍｍとされている。言い換えると、前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤層１５に対して接着固定される部分がその対向面１３ａの５７％の範囲とされている。
【００３１】
なお、接着剤充填溝１４の幅方向長さは、３０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲において実現可能であるが、望ましくは３３ｍｍ〜３７ｍｍの範囲が好適である。即ち、前記ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤層１５により接着固定される部分がその対向面１３ａの４８％〜６５％の範囲、望ましくは５４％〜６０％の範囲が好ましい。
【００３２】
この幅方向長さが３０ｍｍ未満では接着強度が充分でなく、実用に向かない。逆に、幅方向長さが４０ｍｍを超えた場合には、接着強度がほとんど変わらず接着構造体１１の一個当たりに使用する接着剤の量が多くなり、無駄になる。すなわち、コスト高となる。また、前記幅方向長さが４０ｍｍを超えた場合、即ち、界面Ｉ１，Ｉ２の長手方向長さが４０ｍｍを超えた場合、界面Ｉ１，Ｉ２における長手方向両端部は、界面Ｉ１，Ｉ２の長手方向中央部と比べて大きなせん断応力がかかり剥離が起こりやすくなる。特に、この剥離現象は界面Ｉ１，Ｉ２の長手方向長さが長ければ長いほど大きくなる。
【００３３】
また、本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さが０．１ｍｍとされている。即ち、接着剤層１５の層厚Ｔ１は、０．１ｍｍとされている。言い換えると、接着剤層１５は層厚０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の部位が、その層厚Ｔ１全体の１００％となるように構成されている。このため、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤にて接着固定されていない部分は、前記ロータシャフト１２の外周面に対して当接されている。
【００３４】
この接着剤充填溝１４の深さは、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましいが、望ましくは０．０７５ｍｍ〜０．１７５ｍｍの範囲、より望ましくは０．１ｍｍ〜０．１５０ｍｍの範囲が好適である。
【００３５】
この接着剤充填溝１４の深さが０．０５ｍｍ未満では、接着剤層１５の層厚Ｔ１がその接着剤充填溝１４の深さに対応して０．０５ｍｍ未満となり、界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収可能な弾性を有さなくなってしまう。一方、接着剤充填溝１４の深さが０．２ｍｍを超えると、接着剤層１５の層厚Ｔ１がその接着剤充填溝１４の深さに対応して０．２ｍｍを超えてしまい、接着強度が低下し、実用に向かない。
【００３６】
なお、図面では、接着剤充填溝１４の深さは、説明の便宜上、実際よりは誇張して図示している。
以下、前記接着構造体１１の接着強度を、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３の３つを比較試験することにより説明する。
【００３７】
なお、図３に示すように、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３は、ブロック状のネオジウム系マグネット２１（「長さ」６１．５ｍｍ×「幅」７．９ｍｍ×「厚さ」２．５ｍｍ）をそれぞれ異なる層厚となった接着剤（接着剤層２２）により鉄板２３に接着固定したものである。各サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３におけるネオジウム系マグネット２１と鉄板２３との接着面積は、前記ネオジウム系マグネット２１の長手方向中央における３５ｍｍ×７．９ｍｍの面積とされている。
【００３８】
また、サンプルＡ１においては、ネオジウム系マグネット２１と、溝などが全く形成されていない鉄板２３の平面とが接着剤（接着剤層２２）にて接着固定され、その接着剤層２２の層厚は０．０３ｍｍとされている。
【００３９】
一方、サンプルＡ２，Ａ３においては、図３にて二点差線で示すように、鉄板２３に対して溝幅３５ｍｍの接着剤充填溝２４を均一深さで形成し、その接着剤充填溝２４に充填した接着剤（接着剤層２２）によりネオジウム系マグネット２１と鉄板２３とが接着固定されている。前記サンプルＡ２における接着剤充填溝２４の深さは０．１ｍｍとされ、サンプルＡ３における接着剤充填溝２４の深さは０．２ｍｍとされている。この結果、サンプルＡ２，Ａ３における接着剤層２２の層厚はそれぞれ０．１ｍｍ，０．２ｍｍとされている。
【００４０】
なお、本実施形態における接着構造体１１はサンプルＡ２に相当し、従来技術における接着構造体はサンプルＡ１に相当する。
図４は、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３における冷熱衝撃サイクル数と、相対的せん断接着強度との関係を示したものである。図４では、横軸に冷熱衝撃サイクル数をとり、縦軸に相対的せん断接着強度をとっている。
【００４１】
なお、「冷熱衝撃サイクル数」とは、−４０°Ｃから１２０°Ｃまでの範囲の温度変化を繰り返し与えたサイクル数のことをいう。また、この図４で示す「相対的せん断接着強度」とは、サンプルＡ２における初期のせん断接着強度を１としたとき、冷熱衝撃サイクルを繰り返した際の自身及び他のサンプルのせん断接着強度の比を示したものである。
【００４２】
前記せん断接着強度の試験方法は、図３に示すように、各サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３におけるネオジウム系マグネット２１の長手側面２１ａに対して垂直に応力を与える方法である。
【００４３】
図４から分かるように、冷熱衝撃サイクル数が０の際において、サンプルＡ２，Ａ３は、サンプルＡ１に比して約２倍の相対的せん断接着強度となった。また、冷熱衝撃サイクル数が増えてくと、サンプルＡ１は相対的せん断接着強度が早期に０に近づく一方、サンプルＡ２，Ａ３は相対的せん断接着強度が０．２〜０．５の範囲を推移した。また、図４においては図示していないが、接着剤層２２の層厚が０．０５ｍｍの際には、前記サンプルＡ２に近い特性となった。
【００４４】
ところで、図５は、サンプルＡ２と、そのサンプルＡ２における接着面積を変更したものに相当するサンプルＡ４，Ａ５，Ａ６とをそれぞれ比較試験したものである。
【００４５】
図５は、図４と同様に横軸に冷熱衝撃サイクル数をとり、縦軸に相対的せん断接着強度をとっている。
前記サンプルＡ４，Ａ５，Ａ６は、前記接着剤充填溝２４（図３参照）の溝幅がそれぞれ２５ｍｍ、４５ｍｍ、５５ｍｍとされている。また、サンプルＡ４（溝幅２５ｍｍ）の接着面積は２５ｍｍ×７．９ｍｍとされ、サンプルＡ５（溝幅４５ｍｍ）の接着面積は４５ｍｍ×７．９ｍｍとされ、サンプルＡ６（溝幅５５ｍｍ）の接着面積は５５ｍｍ×７．９ｍｍとされている。
【００４６】
なお、この図５で示す「相対的せん断接着強度」とは、サンプルＡ２における初期のせん断接着強度を１としたとき、冷熱衝撃サイクルを繰り返した際の自身及び他のサンプルのせん断接着強度の比を示したものである。
【００４７】
図５中のＬは、冷熱衝撃サイクル数における寿命サイクル数であり、この寿命サイクル数Ｌにおいては、相対的せん断接着強度が「サンプルＡ２＞サンプルＡ４＞サンプルＡ５＞サンプルＡ６」という関係になった。
【００４８】
即ち、サンプルＡ２（溝幅３５ｍｍ）とサンプルＡ４（溝幅２５ｍｍ）とを比較すると、サンプルＡ２（溝幅３５ｍｍ）の方が相対的せん断接着強度が大きくなった。一方、サンプルＡ２（溝幅３５ｍｍ）、サンプルＡ５（溝幅４５ｍｍ）、サンプルＡ６（溝幅５５ｍｍ）をそれぞれ比較すると、溝幅が大きくなるにつれ相対的せん断接着強度が小さくなった。
【００４９】
従って、寿命サイクル数Ｌにおいては、サンプルＡ２，Ａ４，Ａ５，Ａ６のうちサンプルＡ２が最も相対的せん断接着強度が大きくなり、サンプルＡ２が最も好適な結果が得られた。
【００５０】
以上のように、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６を用いて比較試験を行ったが、現物の接着構造体１１と従来技術における接着構造体との比較試験においても同様の関係が得られた。
【００５１】
従って、上記第１実施形態の接着構造体１１によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３との線膨張差により界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を接着剤層１５にて吸収可能となるように、接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定する接着剤充填溝１４をロータシャフト１２に形成した。従って、接着剤充填溝１４を形成することにより、接着剤層１５の層厚Ｔ１が規定され、その接着剤層１５にて界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収できる。
【００５２】
また、本実施形態の接着構造体１１は従来技術の接着構造体と比して接着剤充填溝１４を形成する工程が増えたが、その分、ネオジウム系マグネット１３のまわりに樹脂モールドを施すといった複雑な工程が省略されたため、全体として手間がかからずに接着構造体１１を構成することができる。
【００５３】
（２）本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さを０．１ｍｍとした。従って、界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収可能な弾性を有すると共に、接着強度が低下することがない。
【００５４】
（３）本実施形態では、ロータシャフト１２の外周面に接着剤充填溝１４を形成し、その接着剤充填溝１４の底面１４ａとネオジウム系マグネット１３とを接着固定した。従って、接着剤充填溝１４の深さに応じて接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定できる。
【００５５】
（４）本実施形態では、ロータシャフト１２の周方向全周に亘って接着剤充填溝１４を形成した。従って、複数のネオジウム系マグネット１３をロータシャフト１２に対して接着固定する際に、一つの接着剤充填溝１４を形成するだけでよい。また、円柱状のロータシャフト１２に対して周方向全周に亘って接着剤充填溝１４を形成しているため、その接着剤充填溝１４の加工は旋盤などにより容易に形成できる。
【００５６】
（５）本実施形態では、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａと接着剤充填溝１４の底面１４ａとが同心円となるように形成した。そのため、その接着剤充填溝１４内に充填した接着剤層１５における各部位は均一な厚さとなった。従って、接着剤層１５の各部位において、界面Ｉ１，Ｉ２に発生するせん断応力を吸収可能な弾性を有すると共に接着強度が低下することがないため、良好な状態でロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３とを接着固定できる。
【００５７】
なお、一般にネオジウム系マグネットの線膨張係数は、０〜０．６×１０−６（面方向）で、鉄の線膨張係数が１１×１０−６である。即ち、その線膨張係数の差が１１〜１０．４×１０−６である。このことから、線膨張係数の差が、この鉄とネオジウム系マグネットの組み合わせとほぼ同等の１０．０×１０−６程度であるか、もしくはこれ以上であれば、これらネオジウム系マグネットと鉄の組み合わせに限らず、その他の材料の組み合わせでも上記実施形態１の構成は有効と考えられる。
【００５８】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図６に従って説明する。なお、第２実施形態の接着構造体は、前記第１実施形態を変更したものであり、前記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、その詳細な説明を省略し、異なるところのみを説明する。
【００５９】
本実施形態の接着構造体３１は、前記第１実施形態の接着構造体１１におけるネオジウム系マグネット１３形状を変更したものである。
即ち、接着構造体３１のマグネットとしてのネオジウム系マグネット３２は、ロータシャフト１２に対して対向する面（以下、対向面３２ａという）の曲率半径が、ロータシャフト１２の半径より小さく形成されている。
【００６０】
このため、図６に示すように、ネオジウム系マグネット３２の対向面３２ａにおいて、短手方向両端縁（以下、接触縁３３という）がロータシャフト１２の外周に対して接触されている。
【００６１】
なお、前記接触縁３３は、図６においては、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とが点接触となっているが、ロータシャフト１２の軸線方向に亘って両部材が接触しているため実際には線接触とされている。
【００６２】
そして、ロータシャフト１２に対してネオジウム系マグネット３２が接着剤により接着固定されていることにより、接着剤層３４が形成されている。前記接着剤層３４におけるネオジウム系マグネット３２の短手方向中央に対応する部分が層厚の一番厚い層厚Ｔ２とされ、ネオジウム系マグネット３２の前記接触縁３３に対応する部分が層厚の一番薄い層厚Ｔ３とされている。
【００６３】
さらに、本実施形態では、接着剤層３４は、前記層厚Ｔ２が０．２ｍｍ以下であると共に前記層厚Ｔ３が０．０５ｍｍ以上とされている。
即ち、本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さと、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径により接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３が規定されている。
【００６４】
本実施形態では、接着剤充填溝１４及び前記対向面３２ａが層厚規定手段に相当する。
従って、前記第１実施形態の接着構造体１１と同様の作用（同様の試験結果）を奏すると共に、以下の作用を奏する。
【００６５】
本実施形態の接着構造体３１は各ネオジウム系マグネット３２の両接触縁３３がロータシャフト１２の外周に接触した状態で、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とを接着剤にて接着固定した。即ち、ネオジウム系マグネット３２がロータシャフト１２に対して片当たりすることがなく、ネオジウム系マグネット３２が安定した状態でロータシャフト１２に接着固定される。
【００６６】
従って、上記第２実施形態の接着構造体３１によれば、前記第１実施形態における（１）、（４）の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径をロータシャフト１２の半径より小さく形成した。このため、各ネオジウム系マグネット３２の両接触縁３３がロータシャフト１２の外周に接触した状態で、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とを接着剤にて接着固定できる。従って、ネオジウム系マグネット３２がロータシャフト１２に対して片当たりすることがなく、ネオジウム系マグネット３２を安定した状態でロータシャフト１２に接着固定できる。
【００６７】
（２）本実施形態では、接着剤充填溝１４の深さと、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径により、接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３を規定するようにした。従って、前記対向面３２ａの曲率半径に応じて接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３を規定できる。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態は以下のような他の実施形態に変更して具体化してもよい。
【００６８】
・前記第１及び第２実施形態では、円柱状をなすロータシャフト１２の外周面に対して、短手方向に切断した際の断面形状が円弧状をなすネオジウム系マグネット１３を接着固定していた。これに限らず、図７に示すような接着構造体４１を構成してもよい。即ち、断面が正多角形状をなすロータシャフト４２の外周に対して接着剤充填溝４４を形成し、その接着剤充填溝４４に充填した接着剤によりロータシャフト４２とブロック状をなすネオジウム系マグネット４３とを接着固定してもよい。この場合においても、接着剤充填溝４４の深さにより接着剤層の層厚を規定する。なお、前記ロータシャフト４２はロータに相当し、前記ネオジウム系マグネット４３はマグネットに相当し、前記接着剤充填溝４４は層厚規定手段及び層厚規定溝に相当する。
【００６９】
・前記第２実施形態では、接着剤充填溝１４と、ネオジウム系マグネット３２における対向面３２ａの曲率半径とにより、接着剤層３４の層厚Ｔ２，Ｔ３を規定していた。これに限らず、図８に示すような接着構造体５１を構成してもよい。即ち、ロータシャフト１２の接着剤充填溝１４を省略し、ネオジウム系マグネット３２の対向面３２ａとロータシャフト１２の外周面との間に生じる層厚規定空隙Ｋを形成する。そして、その層厚規定空隙Ｋに接着剤を充填するようにしてロータシャフト１２とネオジウム系マグネット３２とを接着固定するようにしてもよい。この場合、前記対向面３２ａの曲率半径により、接着剤層３４の層厚を規定する。この際、接着剤層３４は、層厚０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の部位が、その接着剤層全体の５０％以上となるように構成する。前記ネオジウム系マグネット３２の対向面３２ａが層厚規定手段に相当する。
【００７０】
・前記第１実施形態では、ロータシャフト１２に接着剤充填溝１４を形成することにより接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定していた。これに限らず、図９に示すような接着構造体６１を構成してもよい。ロータシャフト１２の接着剤充填溝１４を省略し、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにロータシャフト１２の軸方向に沿った接着剤充填溝６２を形成する。そして、接着剤充填溝６２の底面６２ａとロータシャフト１２の外周面とを接着剤により接着固定する。この場合、接着剤充填溝６２の深さにより接着剤層の層厚を規定する。この場合、前記接着剤充填溝６２が層厚規定手段及びマグネット側層厚規定溝に相当し、前記底面６２ａがマグネット側層厚規定溝の底面に相当する。
【００７１】
・前記第１実施形態では、ロータシャフト１２に接着剤充填溝１４を形成することにより接着剤層１５の層厚Ｔ１を規定していた。これに限らず、図１０に示すような接着構造体７１を構成してもよい。即ち、ロータシャフト１２の接着剤充填溝１４を省略し、ロータシャフト１２と各ネオジウム系マグネット１３との間隔をスペーサ７２により規定することにより、ロータシャフト１２と各ネオジウム系マグネット１３とを接着固定する接着剤層の層厚を規定するようにしてもよい。前記スペーサ７２は、リング状に形成され、ロータシャフト１２に対して、嵌合固定されている。この場合、前記スペーサ７２が層厚規定手段及び層厚規定部材に相当する。同様に、このスペーサ７２の変わりに、層厚規定手段及び層厚規定部材としての図示しないワイヤーや図示しないテープを用いてもよい。
【００７２】
また、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３との間隔を規定するものとして、ロータシャフト１２の外周面に層厚規定突部７５（図１１参照）を形成したり、ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａに層厚規定突部７６（図１２参照）を形成したりしてもよい。そして、この層厚規定突部７５又は層厚規定突部７６により、ロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３との間隔を規定した状態で接着剤にて両部材を接着固定する。この場合、層厚規定突部７５，７６の突出長さにより接着剤層の層厚を規定する。前記層厚規定突部７５，７６は、突起状に突出した複数のものをロータシャフト１２の軸方向に列状に配置したものや、ロータシャフト１２の軸方向に沿って配置した突条も含む趣旨である、この場合、前記層厚規定突部７５，７６は、層厚規定手段に相当する。
【００７３】
・前記第１実施形態では、一つの接着剤充填溝１４をロータシャフト１２に形成していた。これに限らず、図１３に示すようにロータシャフト１２の軸方向に所定間隔をおいて複数の接着剤充填溝１４を形成し、その各接着剤充填溝１４に充填した接着剤によりロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３とを接着固定してもよい。
【００７４】
・前記第１及び第２実施形態では、ロータシャフト１２の周方向全周に亘って接着剤充填溝１４を形成していた。これに限らず、ロータシャフト１２の外周面において、各ネオジウム系マグネット１３の対向面１３ａにおける接着剤を接着固定する部分と対応する部分のみに接着剤充填溝１４をそれぞれ形成してもよい。
【００７５】
・前記第１実施形態では、接着剤充填溝１４により層厚Ｔ１が規定された接着剤層１５を用いて、線膨張係数が異なる鋼鉄製のロータシャフト１２と、ネオジウム系マグネット１３とを接着固定していた。これに限らず、ロータシャフト１２の材質及びマグネットの材質は互いに線膨張係数が異なるものであればどの様な材質のものを選定してもよい。また、このような変更を第２実施形態において具体化してもよい。
【００７６】
・前記第１及び第２実施形態では、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータのロータシャフト１２に対して接着剤充填溝１４を形成し、接着剤充填溝１４により層厚Ｔ１が規定された接着剤層１５を用いてロータシャフト１２とネオジウム系マグネット１３とを接着固定していた。これに限らず、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータにおけるロータの内周面に層厚規定溝を形成し、その層厚規定溝により層厚が規定された接着剤層を用いてロータとマグネットとを接着固定してもよい。また、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータにおけるマグネットにマグネット側層厚規定溝を形成し、そのマグネット側層厚規定溝により層厚が規定された接着剤層を用いてロータとマグネットとを接着固定してもよい。
【００７７】
・上記各実施形態は、層厚規定手段を用いて層厚を規定した接着剤層にて、ロータシャフトの外周面とネオジウム系マグネットとを接着固定したものを具体例を挙げて説明していた。これに限らず、上記各実施形態にて説明した層厚規定手段に相当する層厚規定手段を用いて、層厚を規定した接着剤層にて図示しないステータの内周面とネオジウム系マグネットとを接着固定するようにしてもよい。
【００７８】
・前記第１実施形態では、ロータシャフト１２の外周面に接着剤充填溝１４を形成していた。これに限らず、図示しないステータの内周面に対して、ネオジウム系マグネットを接着固定するものにおいて以下に示すようにしてもよい。図示しないステータの内周面に前記接着剤充填溝１４に相当する層厚規定手段及び層厚規定溝としての接着剤充填溝を設け、その接着剤充填溝に介在する接着剤層にてステータとネオジウム系マグネットとを接着固定するようにしてもよい。
【００７９】
次に、上記各実施形態及び他の実施形態から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記層厚規定手段は、前記マグネットにおける前記ロータに対向する面に設けられたマグネット側層厚規定溝を備え、そのマグネット側層厚規定溝の底面と前記マグネットとを前記接着剤にて接着固定したことを特徴とする接着構造体。
【００８０】
（ロ）前記層厚規定手段は、前記マグネット又は前記ロータの少なくとも何れか一方に対して一体に設けられると共に前記接着剤層の層厚を規定する層厚規定突部を備えたことを特徴とする接着構造体。
【００８１】
（ハ）前記層厚規定手段は、前記マグネット及び前記ロータに対して別部品とした層厚規定部材を備えたことを特徴とする接着構造体。
【００８２】
（ニ）前記接着剤層の層厚を均一にしたことを特徴とする接着構造体。
（ホ）前記接着剤層は、層厚０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの部位が、その接着剤層全体の５０％〜１００％となるように構成したことを特徴とする接着構造体。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、層厚規定手段を設けることにより、接着剤層の層厚が規定され、その接着剤層にて接着面に発生するせん断応力が吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態における接着構造体の側断面図。
【図２】 第１実施形態における接着構造体の正断面図。
【図３】 第１実施形態におけるサンプルの平面図。
【図４】 第１実施形態における接着剤層の層厚の違いによる「冷熱衝撃サイクル数」と「相対的せん断接着強度」との関係を示す特性図。
【図５】 第１実施形態における接着剤充填溝の溝幅の違いによる「冷熱衝撃サイクル数」と「相対的せん断接着強度」との関係を示す特性図。
【図６】 第２実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図７】 他の実施形態における接着構造体の正断面図。
【図８】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図９】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図１０】 他の実施形態における接着構造体の側断面図。
【図１１】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図１２】 他の実施形態における接着構造体の正面部分断面図。
【図１３】 他の実施形態における接着構造体の側断面図。
【符号の説明】
１１，３１，４１，５１，６１，７１…接着構造体、
１２，４２…ロータとしてのロータシャフト、
１３，３２，４３…マグネットとしてのネオジウム系マグネット、
１４，４４…層厚規定手段及び層厚規定溝としての接着剤充填溝、
１４ａ…層厚規定溝の底面としての底面、１５，３４…接着剤層、
６２…層厚規定手段及びマグネット側層厚規定溝としての接着剤充填溝、
６２ａ…マグネット側層厚規定溝の底面としての底面、
７２…層厚規定手段及び層厚規定部材としてのスペーサ、
７５，７６…層厚規定手段としての層厚規定突部、
Ｉ１，Ｉ２…接着面としての界面、Ｋ…層厚規定空隙、Ｏ…回転軸線、
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…層厚。
Claims (10)
- ロータ又はステータに、そのロータ又はステータに比して線膨張係数が異なる材料で形成されたマグネットを接着剤により接着固定した接着構造体において、
前記マグネットは、長尺な板状に形成されるとともにその長手方向が前記ロータの回転軸線の伸びる方向に沿うように配置され、
前記ロータ又はステータと前記マグネットとの線膨張差により接着面に発生するせん断応力を前記接着剤からなる接着剤層にて吸収可能となるように、前記接着剤層の層厚を規定する層厚規定手段が設けられ、前記マグネットの長手方向中央部が前記接着剤層により前記ロータ又はステータに接着固定されるとともに前記マグネットの長手方向両端部が前記接着剤層により接着固定されていない自由端となっていることを特徴とする接着構造体。 - 前記ロータは円柱状に形成され、前記マグネットは前記ロータの外周面において等角度間隔で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の接着構造体。
- 前記層厚規定手段により規定される前記接着剤層の層厚を、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接着構造体。
- 前記層厚規定手段は、前記ロータの外周面又はステータの内周面に設けられた層厚規定溝を備え、その層厚規定溝の底面と前記マグネットとを前記接着剤にて接着固定したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の接着構造体。
- 前記層厚規定溝は、前記ロータ又はステータの周方向全周に亘って設けられていることを特徴とする請求項４に記載の接着構造体。
- 前記ロータに前記マグネットが接着固定されており、前記層厚規定手段は、前記マグネットにおける前記ロータに対向する面の曲率半径を前記ロータの曲率半径より小さくすることにより、前記マグネットと前記ロータとの互いに対向する面間に生じる層厚規定空隙を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の接着構造体。
- 前記ロータ又はステータとマグネットとの線膨張係数の差が１０．４×１０ −６ より大きい材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の接着構造体。
- 前記ロータ又はステータが鋼鉄であり、前記マグネットが希土類元素系の材料よりなることを特徴とする請求項７に記載の接着構造体。
- 前記層厚規定手段は、前記ロータの回転軸線の伸びる方向において前記マグネットにおける前記ロータに対向する面積の４８％以上設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうちいずれか１項に記載の接着構造体。
- 前記マグネットにおける前記ロータに対向する面積の４８％〜６５％が前記ロータに対して接着固定されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のうちいずれか１項に記載の接着構造体。
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