(57)【要約】【課題】所定の形状に切断するとともに、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に均質に結晶化することが簡単にできるシート部品の製造方法を提供する。【解決手段】アモルファス系軟磁性材料からなる帯状のシート材１を準備する準備工程Ｓ１と、シート材１に対して一部が連結した連結部分１２Ａ、１２Ｂを残したまま、シート材１をシート部品１０の形状に切断する第１切断工程Ｓ２と、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化するように、シート部品１０が連結されたシート材１を熱処理する熱処理工程Ｓ３と、熱処理されたシート材１からシート部品１０が切り離されるように、連結部分１２Ａ、１２Ｂを切断する第２切断工程Ｓ４と、を少なくとも含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層体となるように複数枚積層されるシート部品の製造方法であって、
アモルファス系軟磁性材料からなる帯状のシート材を準備する準備工程と、
前記シート材に対して一部が連結した連結部分を残したまま、前記シート材を前記シート部品の形状に切断する第１切断工程と、
前記アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化するように、前記シート部品が連結された前記シート材を熱処理する熱処理工程と、
熱処理された前記シート材から前記各シート部品が切り離されるように、前記連結部分を切断する第２切断工程と、を少なくとも含むことを特徴とするシート部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体となるように複数枚積層されるシート部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータのロータコアまたはステータコアなどの部材は、軟磁性材料からなる帯状のシート材からシート部品を打ち抜き等により切断し、これを複数枚積層した積層体を製造するようなことがなされている。
【０００３】
例えば、このような技術として、特許文献１には、アモルファス系軟磁性材料からなる帯状のシート材からシート部品を切断した後、切断したシート部品を積層体に積層する技術が提案されている。この技術では、シート部品のアモルファス系軟磁性材料をナノ結晶系軟磁性材料に結晶化するように、積層体を熱処理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−１２５４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化する際に、シート部品が自己発熱する。しかしながら、特許文献１に示すように、シート部品を積層した積層体を熱処理した場合、この自己発熱により、積層体に熱だまりが発生することがある。この熱だまりにより、積層体を均一に熱処理することができないため、積層体のナノ結晶が均質にならないことがある。
【０００６】
このような点を鑑みると、積層体に積層する前に、切断されたシート部品を１枚ずつ熱処理することで、シート部品の自己発熱に対する放熱性を高め、シート部品のナノ結晶を均質にすることも考えられる。しかしながら、シート部品を１枚ずつ熱処理する作業は手間がかかり、生産性が低下してしまう。
【０００７】
この他にも、帯状のシート材をアモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化した後、シート材をシート部品に切断することも考えられる。しかしながら、アモルファス系軟磁性材料に比べてナノ結晶系軟磁性材料は脆性が高い材料であるため、シート部品の所定の形状に切断することが難しいことがある。
【０００８】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定の形状に切断するとともに、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に均質に結晶化することが簡単にできるシート部品の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を鑑みて、シート部品の製造方法は、積層体となるように複数枚積層されるシート部品の製造方法であって、アモルファス系軟磁性材料からなる帯状のシート材を準備する準備工程と、前記シート材に対して一部が連結した連結部分を残したまま、前記シート材を前記シート部品の形状に切断する第１切断工程と、前記アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化するように、前記シート部品が連結された前記シート材を熱処理する熱処理工程と、熱処理された前記シート材から前記各シート部品が切り離されるように、前記連結部分を切断する第２切断工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るシート部品の製造方法によれば、第１切断工程において、シート材に対して一部が連結した連結部分を残したまま、シート材をシート部品の形状に切断する。これにより、第１切断工程後のシート材にシート部品が連結された状態となる。
【００１１】
このような状態のシート材に対して熱処理を行うので、シート材とともに各シート部品を、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に簡単に結晶化することができる。
【００１２】
熱処理されたシート材の本体は、連結部分を介してシート部品が連結されているため、第２切断工程において、この連結部分を切断すれば、結晶化したシート部品に大きな変形を与えることなく、シート材からシート部品を簡単に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るシート部品の製造方法を実施するための製造装置の模式的概念図である。
【図２】図１に示すシート部品の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図３】図２に示す第１切断工程の際のシート材の切断状態を説明するための模式的平面図である。
【図４】（ａ）は、第２切断工程前のシート材の状態を示した拡大図であり、（ｂ）は、第２切断工程後のシート材の状態を示した拡大図である。
【図５】第２切断工程後のシート材の本体とシート部品の状態を示した模式的平面図である。
【図６】図２に示す転積工程を説明するための模式的斜視図である。
【図７】図２に示す固定工程を説明するための模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るシート部品と、シート部品を用いたステータコアの製造方法を説明する。
【００１５】
１．シート部品１０の製造装置２０について
シート部品１０は、その一例として、モータのロータコア３０の一部を構成するものであり、シート部品１０を積層した積層体３１を作製し、ロータコア３０は、図６に示すように、この積層体３１を転積することにより製造されるものである。
【００１６】
シート部品１０は、製造装置２０により製造される。製造装置２０は、シート材１を搬送しながら、シート材１からシート部品１０に切断する（打ち抜く）装置である。製造装置２０は、ロール状に巻かれたシート材１を巻き出す巻き出し装置２１と、シート部品１０が取り出されたシート材１の本体１ａをロール状に巻き取る巻き取り装置２５と、を備えている。
【００１７】
巻き出し装置２１と巻き取り装置２５の間には、シート材１の搬送方向Ｌに沿って、打ち抜き装置２２と、加熱装置２３と、切断装置２４と、が順次配置されている。なお、打ち抜き装置２２が、後述する第１切断工程Ｓ２を実行する装置であり、切断装置２４が、後述する第２切断工程Ｓ４を実行する装置である。
【００１８】
打ち抜き装置２２は、例えば、ロータリーダイカッタ、プレスカッタ等の打ち抜き装置である。打ち抜き装置２２は、打ち抜き刃（図示せず）を備えている。打ち抜き刃は、後述するアモルファス系軟磁性材料からなる帯状のシート材１に対して、シート部品１０が連結された連結部分１２Ａ、１２Ｂが残るように（図４（ａ）参照）、シート材１をシート部品１０の形状に複数枚打ち抜く（切断する）ように形成されている。
【００１９】
より具体的には、本実施形態では、打ち抜き刃は、ロータコア３０を平面視した際に、周方向に分割した（例えば、周方向に３分の１に分割した）形状に、シート材１を切断するように、形成されている（例えば図６参照）。したがって、図４（ａ）に示すシート材１内の実線を切り込み線として、シート材１が切断される。
【００２０】
加熱装置２３は、打ち抜き装置２２により打ち抜かれたシート材１を加熱する装置である。加熱装置２３は、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化するように、連結部分１２Ａ、１２Ｂを介してシート部品１０が連結されたシート材１を熱処理する。
【００２１】
加熱装置２３は、シート材１の両面に対向して配置された加熱部２３ａ、２３ａを備えており、各加熱部２３ａには、電熱ヒータ等の熱源２３ｂが配置されている。シート材１に対向する各加熱部２３ａの表面には、カーボンプレート２３ｃが配置されている。
【００２２】
切断装置２４は、加熱装置２３で熱処理したシート材１から、後述する連結部分１２Ａ、１２Ｂを切断し、シート材１から各シート部品１０を取り出す装置である。切断装置２４は、搬送方向Ｌと直交する方向に回転軸を有した一対の切断歯２４ａ、２４ａを備えており、切断歯２４ａ、２４ａにより、後述する連結部分１２Ａ、１２Ｂを切断することができる。
【００２３】
２．シート部品１０の製造方法について
以下に、本実施形態に係るシート部品１０の製造方法を、図２〜図７を参照しながら説明する。
【００２４】
２−１．準備工程Ｓ１について
まず、図２に示すように、準備工程Ｓ１を行う。この工程では、アモルファス系軟磁性材料からなる帯状のシート材１を準備する。帯状のシート材１は、ロール状に巻かれており、このシート材１を巻き出し装置２１に配置する。
【００２５】
ここで、アモルファス系軟磁性材料と、後述する熱処理工程で、これが結晶化したナノ結晶系軟磁性材料について説明する。アモルファス系軟磁性材料またはナノ結晶系軟磁性材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の磁性金属と、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群から選択される少なくとも１種の非磁性金属とから構成されるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
アモルファス系軟磁性材料又はナノ結晶系軟磁性材料の代表的な材料として、例えば、ＦｅＣｏ系合金（例えばＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＶなど）、ＦｅＮｉ系合金（例えばＦｅＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＮｉＣｒ、ＦｅＮｉＳｉなど）、ＦｅＡｌ系合金又はＦｅＳｉ系合金（例えばＦｅＡｌ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌＳｉＣｒ、ＦｅＡｌＳｉＴｉＲｕ、ＦｅＡｌＯなど）、ＦｅＴａ系合金（例えばＦｅＴａ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＴａＮなど）及びＦｅＺｒ系合金（例えばＦｅＺｒＮなど）を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。Ｆｅ合金中Ｆｅは８０ａｔ％以上含まれることが好ましい。
【００２７】
また、アモルファス系軟磁性材料又はナノ結晶系軟磁性材料の他の材料として、例えば、Ｃｏと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ及びＹのうち少なくとも１種とを含有するＣｏ合金を用いることができる。Ｃｏ合金中Ｃｏは８０ａｔ％以上含まれることが好ましい。このようなＣｏ合金は、製膜した場合にアモルファスとなり易く、結晶磁気異方性、結晶欠陥及び粒界が少ないため、非常に優れた軟磁性を示す。好適なアモルファス系軟磁性材料としては、例えばＣｏＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、及びＣｏＺｒＴａ系合金などを挙げることができる。
【００２８】
アモルファス系軟磁性材料は、主構造としてアモルファス構造を有する軟磁性材料である。アモルファス構造の場合には、Ｘ線回折パターンには明瞭なピークは見られず、ブロードなハローパターンのみが観測される。一方、アモルファス構造に熱処理を加えることでナノ結晶構造を形成することができるが、ナノ結晶構造を有するナノ結晶系軟磁性材料では、結晶面の格子間隔に対応する位置に回折ピークが観測される。その回折ピークの幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式を用いて結晶子径を算出することができる。
【００２９】
一般に、ナノ結晶とは、Ｘ線回折の回折ピークの半値幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式で算出される結晶子径が１μｍ未満のものをいう。本実施形態において、ナノ結晶の結晶子径（Ｘ線回折の回折ピークの半値幅からＳｃｈｅｒｒｅｒの式で算出される結晶子径）は、１μｍ未満であり、好ましくは１００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下である。また、ナノ結晶の結晶子径は、好ましくは５ｎｍ以上である。ナノ結晶の結晶子径がこのような大きさであることで、軟磁気特性の向上が見られる。なお、従来の電磁鋼板の結晶子径は、μｍオーダーであり、一般的には、５０μｍ以上である。
【００３０】
アモルファス系軟磁性材料は、例えば、上に示した組成となるように配合された金属原料を高周波溶解炉などにより高温で溶融して均一な溶湯とし、これを急冷して得ることができる。急冷速度は、材料にもよるが、例えば約１０６℃／ｓｅｃであり、結晶化する前に、アモルファス構造を得ることができれば、その急冷速度は特に限定されない。例えば、シート材１は、回転する冷却ロール（図示せず）に金属原料の溶湯を吹きつけながら、冷却ロールを回転させることにより得られる。このように、溶湯を急冷することにより、結晶化する前に、アモルファス構造の軟磁性材料を得ることができる。シート材１の厚みは、例えば５〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは１５〜３５μｍである。
【００３１】
このように、準備したコイル状のシート材１を、巻き出し装置２１に配置し、巻き取り装置２５でその先端を巻き取ることにより、シート材１が、打ち抜き装置２２、加熱装置２３、および切断装置２４の順に搬送される。
【００３２】
２−２．第１切断工程Ｓ２について
このように搬送されたシート材１に対して、図２に示す第１切断工程Ｓ２を行う。この工程では、打ち抜き装置２２を用いて、シート材１にシート部品１０が連結された連結部分１２Ａ、１２Ｂが残るように、シート材１をシート部品１０の形状に複数打ち抜く。具体的には、図３に示すように、シート材１の搬送方向Ｌに沿って、連続して打ち抜く。
【００３３】
本実施形態では、図４（ａ）に示すように、ヨーク３５の外周部分に形成されたロータコア３０の取付け部３６に相当する部分１６に、シート材１の本体１ａと、シート部品１０とを連結する連結部分１２Ａ、１２Ａを形成する。
【００３４】
さらに、帯状のシート材１の両縁に最も近い位置であり、ヨーク３５に相当する外周部分１５の端部に、シート材１の本体１ａと、シート部品１０を連結する連結部分１２Ｂ、１２Ｂを形成する。
【００３５】
本実施形態では、いずれの連結部分１２Ａ、１２Ｂも、後述する第２切断工程Ｓ４でシート材１の搬送方向Ｌに沿ってこれらを切断することにより、シート部品１０が取り出し可能な位置に形成されている。これにより、シート材１を搬送しながら、連結部分１２Ａ、１２Ｂに位置する切り取り線１３Ａ、１３Ｂで連結部分１２Ａ、１２Ｂを切断することにより、シート部品１０をシート材１の本体１ａから簡単に取り出すことができる（例えば図４（ｂ）参照）。
【００３６】
２−３．熱処理工程Ｓ３について
次に、図２に示すように熱処理工程Ｓ３を行う。この工程では、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化するように、加熱装置２３で、連結部分１２Ａ、１２Ｂを介してシート部品１０が連結されたシート材１を熱処理する。
【００３７】
具体的には、熱処理の温度は、例えば、軟磁性材料の結晶化温度以上の温度で、シート材１を加熱する。これにより、アモルファス系軟磁性材料の熱処理により、アモルファス系軟磁性材料をナノ結晶系軟磁性材料に変質する（結晶化する）ことができる。熱処理は不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、第１切断工程Ｓ２において、シート材１に対して一部が連結した連結部分１２Ａ、１２Ｂを残したまま、シート材１をシート部品１０の形状に切断する。これにより、第１切断工程Ｓ２後のシート材１にシート部品１０が連結された状態である。
【００３９】
このような状態のシート材１に対して熱処理を行うので、シート材１とともに各シート部品１０を簡単に熱処理することができる。これにより、シート部品１０が連結された状態のシート材１は、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料に結晶化することができる。
【００４０】
ここで結晶化温度は、結晶化が生じる温度である。結晶化の際には発熱反応が起きるため、結晶化温度は、結晶化に伴って発熱する温度を測定することで決定することができる。例えば、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用い、所定の加熱速度（例えば０．６７Ｋｓ−１）の条件下で結晶化温度を測定することができる。アモルファス系軟磁性材料の結晶化温度は、材質によって異なるが、例えば、３００〜５００℃である。
【００４１】
この工程における、加熱温度は、アモルファス系軟磁性材料からナノ結晶系軟磁性材料への結晶化温度以上であれば特に制限されるものではないが、例えば、３５０℃以上であり、好ましくは４００℃以上である。加熱温度を４００℃以上とすることにより、効率的に結晶化を進めることができる。また、加熱温度は、例えば、６００℃以下であり、好ましくは５２０℃以下である。加熱温度を５２０℃以下とすることにより、過度の結晶化を防ぎ易くなり、副生成物（例えば、Ｆｅ２Ｂなど）の発生を抑制することができる。熱処理工程における加熱時間は、特に制限されるものではないが、好ましくは１秒以上１０分以下であり、より好ましくは１秒以上５分以下である。
【００４２】
ここで、図４（ａ）に示すように、シート材１の本体１ａと、シート部品１０を連結する連結部分１２Ｂ、１２Ｂは、帯状のシート材１の幅方向の縁側に形成されている。シート材１の幅方向の中央に比べて、シート材１の幅方向の内側は、自己発熱により発熱した熱も放熱されるため、結晶化の度合いを制御し易い。そのため、連結部分１２Ｂが完全に結晶化する前に、後述する切断歯２４ａ、２４ａで、連結部分１２Ｂ、１２Ｂを切断することも可能である。
【００４３】
２−４．第２切断工程Ｓ４について
次に、図２に示すように第２切断工程Ｓ４を行う。この工程では、熱処理されたシート材１から各シート部品１０が切り離されるように、連結部分１２Ａ、１２Ｂ（図４（ａ）参照）を切り取り線１３Ａ、１３Ｂ（図４（ｂ）参照）に沿って、切断装置２４で切断する。図５に示すように、結晶化したシート部品１０に大きな変形を与えることなく、シート材１からシート部品１０を簡単に取り出すことができる。
【００４４】
本実施形態では、搬送方向Ｌと直交する方向に回転軸を有した一対の切断歯（回転刃）２４ａ、２４ａにより、連結部分１２Ａ、１２Ｂを挟み込むことで、連結部分１２Ａ、１２Ｂを簡単に切断し、シート部品１０をシート材１の本体１ａから取り出すことができる。
【００４５】
本実施形態では、連結部分１２Ａは、ロータコア３０の取付け部３６の近傍に位置し、取付け部３６に相当する部分１６は他の部分に剛性が高い。このため、連結部分１２Ａが、熱処理工程Ｓ３において、ナノ結晶系軟磁性材料となり、連結部分１２Ａが脆化したとしても、シート部品１０を破損することなく、切断歯２４ａ、２４ａで簡単に切断することができる。
【００４６】
２−５．転積工程Ｓ５および固定工程Ｓ６について
得られたシート材１を複数枚積層して、図６に示すように積層体３１を作製し、転積工程Ｓ５で作製した積層体３１の取付け穴３７に固定ピン４０を挿入して、積層体を転積する。最後に固定工程Ｓ６で、転積した積層体Ｓ３１を固定することで、ロータコア３０を製造することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１：シート材、１０：シート部品、１２Ａ、１２Ｂ：連結部分、Ｓ１：準備工程、Ｓ２：第１切断工程、Ｓ３：熱処理工程、Ｓ４：第２切断工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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