(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に加熱加圧することにより接着能を発揮する絶縁被膜が施されている電磁鋼板を積層して鉄芯を製造する際に、鋼板を単位鉄芯に加工した後所定枚数積層し、加圧すると同時に、鉄、銅、亜鉛、すず、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、珪素を主成分とする酸化物、炭化物、および前記金属を含む複合酸化物、有機高分子の少なくとも１種である高周波吸収材と支持体で構成される高周波吸収体を積層鉄芯に接触させ、マイクロ波加熱により高周波吸収体を昇温することにより電磁鋼板の絶縁被膜の接着能を発現させ、積層鉄芯を一体化させることを特徴とする積層鉄芯の製造方法。
【請求項２】
高周波吸収体の支持体は鉄、銅、亜鉛、すず、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン等を主成分とする金属、酸化物、炭化物、および前記金属を含む複合酸化物の少なくとも１種とすることを特徴とする請求項１記載の積層鉄芯の製造方法。
【請求項３】
高周波吸収体の支持体を請求項２記載の金属あるいは請求項２記載の金属を含有する合金とし、高周波吸収材は前記金属あるいは前記合金を熱処理することにより支持体の表面に形成することを特徴とする請求項１記載の積層鉄芯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は剛性が高く、騒音が小さく鉄芯として磁気特性に優れたモーターやトランスなどの鉄芯製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、モーターやトランス等の積層鉄芯を製造する場合には、電磁鋼板を剪断加工あるいは打抜きにより単位鉄芯とした後積層し、さらにボルト締め、カシメ、溶接あるいは接着等により固着するものである。積層鉄芯は固着後、巻線コイルの組込み工程などを経て、最終的にトランスが組み立てられるものである。
【０００３】
積層鉄芯の固着が弱く、積層がずれたり単位鉄芯に解けたりすると、コイルの巻線作業の能率が落ちたりするだけでなく、鉄芯の固着が弱いとモーターの運転時に発生する振動が大きくなって騒音の原因となったりすることから、積層鉄芯は強く固着させる必要がある。
【０００４】
ところで、ボルト締めにより固着する場合には、ボルトを通す貫通孔を積層鉄芯に設けることが必要であり、積層鉄芯に貫通孔を設けた場合には積層鉄芯の磁気特性が劣化することがあり、同様に溶接により積層鉄芯を固着する場合には溶接部に熱的歪みが入ることにより積層鉄芯の磁気特性が劣化することがある。
また、接着剤により固着する場合には、鋼板と鋼板の間に毛細管現象を利用して液体接着剤を流し込み、しかる後固着するのであるが、接着剤を均一に流し込むのが困難であったり、さらに鉄芯の積層端面に残存した接着剤の処理が難しいといった問題がある。
【０００５】
そこで、現在では打抜きと同時に積層鉄芯の固着が可能であるカシメ方式が一般的である。しかし、カシメでは強固な固着が難しく、トランスの組み立て中に積層鉄芯がずれたり、特に鉄芯が小型の場合にはカシメにより磁気特性が劣化することがある。
【０００６】
ところで、鋼板の表面に接着能を持たせた絶縁被膜である、いわゆる接着被膜を施した電磁鋼板を打抜きあるいは剪断加工した後、積層し、加熱加圧により積層鉄芯を固着した場合には、溶接などに見られる磁気特性の劣化も無く、また鋼板同士の接合力も大きいため強固に固着した鉄芯が得られるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来接着被膜を有する電磁鋼板を用いて積層鉄芯を固着する場合には、加熱加圧するために加熱炉中で加圧する必要があったことから固着作業に長時間を要し、作業性が劣るという問題点があった。特に、鉄芯が小型の場合には鉄芯自体の昇温には大きな熱量を必要としなくとも、加圧装置に熱が奪われて昇温に長時間を要するといった課題が有る。また、誘導加熱方式を利用して直接積層鉄芯を加熱する場合には、鉄芯のように複雑な形状をしているものではティース部などに誘導電流が集中し温度ムラが発生して均一に加熱することが困難であったり、誘導加熱装置に多大な設備費が必要となる問題点があった。
【０００８】
発明者等は、このような接着被膜を有する電磁鋼板を用いて鉄芯を製造する際の作業性について鋭意検討した結果、非常に簡単な設備で短時間に積層鉄芯を加熱昇温して接着被膜の接着能を発現させて強固に固着した積層鉄芯を得られる方法を見出し本発明に到達したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の手段は、以下のとおりである。
（１）表面に加熱加圧することにより接着能を発揮する絶縁被膜が施されている電磁鋼板を積層して鉄芯を製造する際に、鋼板を単位鉄芯に加工した後所定枚数積層し、加圧すると同時に、鉄、銅、亜鉛、すず、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、珪素を主成分とする酸化物、炭化物、および前記金属を含む複合酸化物、有機高分子の少なくとも１種である高周波吸収材と支持体で構成される高周波吸収体を積層鉄芯に接触させ、マイクロ波加熱により加熱部を昇温することにより電磁鋼板の絶縁被膜の接着能を発現させ、積層鉄芯を一体化させることを特徴とする積層鉄芯の製造方法。
（２）高周波吸収体の支持体は鉄、銅、亜鉛、すず、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン等を主成分とする金属、酸化物、炭化物、および前記金属を含む複合酸化物の少なくとも１種とすることを特徴とする前記（１）記載の積層鉄芯の製造方法。
（３）高周波吸収体の支持体を前記（２）記載の金属あるいは前記（２）記載の金属を含有する合金とし、高周波吸収材は前記金属あるいは前記合金を熱処理することにより支持体の表面に形成することを特徴とする前記（１）記載の積層鉄芯の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施する具体的形態について説明する。
本発明では、鉄芯に供する電磁鋼板の表面には加熱および加圧により接着能を発揮する絶縁被膜、いわゆる接着被膜を有する必要がある。接着被膜は必ずしも鋼板両面に全面に施されている必要は無く、部分的でも良い。また、積層鉄芯に供する電磁鋼板は無方向性電磁鋼板でも方向性電磁鋼板でもよく、一般的な鋼板を電磁鋼板として使用してもかまわない。
【００１１】
本発明では単位鉄芯に加工するのに打抜き、機械剪断、レーザー剪断などの方法を用いることができる。本発明では鋼板を単位鉄芯に加工した後、昇温した高周波吸収体を鉄芯に接触させることにより鋼板表面の接着被膜の接着能を発現させ、同時に加圧することにより積層した単位鉄芯を接着して鉄芯を固着させるものである。
【００１２】
接着被膜の成分としては特に限定するものではないが、絶縁被膜として使用されることから誘電体である必要があり、一般的にはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ウレタンなどの有機樹脂あるいはこれらの混合物を主成分とするものがよく使われている。
【００１３】
上述するように、接着被膜は誘電体である有機樹脂を主成分とすることから、積層鉄芯を加圧して加熱する際に高周波を照射すると接着被膜も高周波エネルギーを吸収し加熱することが可能である。しかし、接着被膜は単位鉄芯を積層することにより導体である鋼板に挟まれ、鋼板は高周波を反射することから効率よく高周波を照射することが困難であった。そこで本発明では、接着被膜を加熱するのではなく、高周波により加熱される高周波吸収体を積層鉄芯に接触させることにより極めて簡便な設備で積層鉄芯を短時間に加熱できることを見出し、本発明に至った。
【００１４】
すなわち、表面に接着能を有する絶縁被膜を塗布した電磁鋼板を単位鉄芯に加工し積層加圧した後に、高周波吸収材と支持体から構成させる高周波吸収体を鉄芯に接触させて、高周波を印加する。すると高周波吸収体は加熱炉方式と比較して極めて短時間で昇温し、熱伝導により接触している積層鉄芯を加熱する。高周波吸収体は加熱される鉄芯の外側から押し付けられているので、高周波吸収材が効率よく照射された高周波エネルギーを吸収し積層鉄芯を加熱することが可能である。従来の加熱方式では、鉄芯を加圧保持するために用いられる加圧装置全体を昇温する必要があったのに対し、本発明では高周波吸収体のみを効率よく加熱することができ、短時間昇温が可能である。
【００１５】
本発明では、高周波吸収体として、鉄、銅、亜鉛、すず、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、珪素を主成分とする酸化物、炭化物、および前記金属を含む複合酸化物、あるいは有機高分子の少なくとも１種を用いることが可能である。これらの元素を主成分とする化合物は特に限定するものでは無いが、高周波吸収体としては半導体材料が高周波の吸収に適した誘電特性を保持しており、スピネル型あるいはペロブスカイト型複合酸化物などの複合酸化物、あるいは炭化珪素ウィスカーなどが適している。また、有機高分子としては、特に限定するものではないが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、ポリイミドなどの比較的耐熱性のあるものが適している。
【００１６】
高周波吸収体を鉄芯に密着させるのに使用する支持体としては、鉄、銅、亜鉛、すず、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン等を主成分とする金属、酸化物、炭化物、および前記金属を含む複合酸化物の少なくとも１種が適している。
【００１７】
支持体と高周波吸収材の接合に関しては、接着被膜が接着能を発現する温度は通常２００〜３００℃程度であり、かような温度域では、金属、酸化物、炭化物、複合酸化物のような無機化合物の場合、耐熱性は十分であり、むしろ、経済性と取り扱いの簡便性のため、繰り返し昇温と冷却が行われれても、高周波吸収材と密着していることが望ましいことから無機質バインダーに限らず、有機質系のバインダーを用いて支持体と接着してもよい。
【００１８】
また、支持体として金属を用い、高周波吸収材は支持体を熱処理して表面に酸化層あるいは複合酸化層を形成することにより、高周波吸収体を極めて密着よく形成することが可能である。金属表面の酸化層あるいは複合酸化層を高周波吸収材として用いる場合には、用いる金属により最適範囲が異なることから特に限定するものではないが、形成量は１〜１０μｍ程度が適当である。酸化層が１μｍ未満の場合、高周波吸収材としての量が不足して昇温速度が遅くなる恐れがあり、１０μｍを超えると密着性が悪化する恐れがあるためである。
【００１９】
本発明でいう高周波とは、一般にマイクロ波と呼ばれているもので、３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの周波数帯が使用される。マイクロ波誘電加熱方式ではほとんど電磁波としての取り扱いが必要であり鋼板で遮断、反射されるため鋼板と鋼板に挟まれた接着被膜層を加熱することは困難であった。しかし、本発明に従えば積層鉄芯を加熱する場合にもマイクロ波加熱装置を使用することが可能であり、かつ加圧装置を昇温する必要も無いことから短時間ですばやく鉄芯を加熱し、固着することができる。
なお、マイクロ波加熱装置は家庭用の電子レンジなどに応用され、非常に安価な加熱設備の一つであり、広く普及しているものである。
【００２０】
【実施例】
［実施例１］
モーターコア素材を積層し、加圧している状態の断面図を図１に示す。表面にエポキシ樹脂を主成分とする接着能を有する絶縁被膜を片面に８μｍずつ施された無方向性電磁鋼板をモーターコアの単位鉄芯形状に打抜き積層したモーターコア素材１を、高周波吸収材３として厚さ２ｍｍのベークライト板と支持体５として厚さ５ｍｍの鋼板ではさみ込む。加圧用バネ２によって所定の圧力をかけ、ボルト４で上下の支持体５を連結し全体を固定する。その後、出力６００ｋＷのオーブン型マイクロ波加熱装置の加熱部内にセットし、３分間加熱し積層鉄芯を一体化させた。積層鉄芯を１ｍの高さからコンクリート面に落下させる衝撃試験を行った結果、割れや剥離の発生は無く十分な接着強度があり、積層鉄芯を分割して接着面を観察した結果、全面接着していることが判明した。
【００２１】
［実施例２］
モーターコア素材を積層し、加圧している状態の断面図を図２に示す。エポキシ樹脂を主成分とする接着被膜を片面８μｍずつ施した電磁鋼板から所定の形状に打ち抜かれ積層されたモーターコアの積層鉄芯６を、下面の受け台１０の上に設置した後、表面に複合酸化層を形成させた高周波吸収材と支持体の両方の役割をする高周波吸収体９を積層鉄芯の端面から接触させる。高周波吸収体９としては、厚さ５ｍｍのステンレス鋼板を焼鈍処理し、表面に鉄を主成分とする複合酸化物層を形成したものを使用した。次に、加圧用バネ７を当て板８を介して積層鉄芯６上にセットし、押さえ板１２で押さえつけ加圧する。押え板１２は支柱１１で受け台１０と連結されており、所定の圧力が積層鉄芯にかかるようになっている。この状態で、出力６００ｋＷのオーブン型マイクロ波加熱装置の加熱部内にセットし、３分間加熱し積層鉄芯を一体化させた。積層鉄芯を１ｍの高さからコンクリート面に落下させる衝撃試験を行った結果、割れや剥離の発生は無く十分な接着強度があり、積層鉄芯を分割して接着面を観察した結果、全面接着していることが判明した。
【００２２】
［比較例］
モーターコア素材を積層し、加圧している状態の断面図を図３に示す。表面にエポキシ樹脂を主成分とする接着能を有する絶縁被膜を片面に８μｍずつ施された無方向性電磁鋼板をモーターコアの単位鉄芯形状に打抜き積層したモーターコア素材１３を厚さ５ｍｍの鋼板１６ではさみ込む。加圧用バネ１４によって所定の圧力をかけ、ボルト１５で上下の鋼板１６を連結し全体を固定する。その後、出力６００ｋＷのオーブン型マイクロ波加熱装置の加熱部内にセットし、３分間加熱した。しかし、積層鉄芯の温度は上昇せず固着することができなかったことが判明した。
【００２３】
［従来例］
表面にエポキシ樹脂を主成分とする接着被膜を片面に８μｍずつ施した電磁鋼板をモーターコア形状に打ち抜いた後積層し、厚さ１０ｍｍの一対の鋼板で挟み込んだ後、鋼板同士をボルトで連結し圧力が２０ｋｇ／ｃｍ２になるようトルクレンチで締め込み、２５０℃に設定した熱風炉に入れて加熱したところ、積層鉄芯の中心部の温度が２００℃に到達するのに、３０分かかった。さらに、熱風炉から取り出し、接着被膜の強度が十分発現する１００℃以下に積層鉄芯が冷えるまでさらに３０分かかった。積層鉄芯を１ｍの高さからコンクリート面に落下させる衝撃試験を行った結果、割れや剥離の発生は無く、接着強度としては十分あるものの、固着した積層鉄芯を分割して接着面を観察した結果、部分的に接着していないところがあることが判明した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、接着被膜を有する電磁鋼板を用いて積層鉄芯を安価な設備ですばやく固着することが可能であり、従来の加熱炉を用いた固着では無いので、短時間に接着被膜を有する電磁鋼板を固着でき、鉄芯の固着工程の作業性が大幅に向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施例における接着被膜を有する電磁鋼板の単位鉄芯を積層し、加圧しながら加熱する際の積層した状態を示す。
【図２】本発明方法の実施例における接着被膜を有する電磁鋼板の単位鉄芯を積層し加圧しながら加熱する際の積層した状態を示す。
【図３】本発明方法の比較例における接着被膜を有する電磁鋼板の単位鉄芯を積層し加圧しながら加熱する際の積層した状態を示す。
【符号の説明】
１、６、１３  積層状態の単位鉄芯
２、７、１４  加圧用バネ
３            高周波吸収材
４、１５      上下の支持体を固定するボルト
５、１６      支持体
８            当て板
９            高周波吸収体
１０          下面の受け台
１１          押さえ板と受け台を固定する支柱
１２          押さえ板
【図１】
0003569431.tif 000002
【図２】
0003569431.tif 000003
【図３】
0003569431.tif 000004