(57)【要約】【課題】モータのステータおよびロータならびに電磁弁，インダクタ等に用いられる磁気回路用鋼材の局所的な磁気特性改質を効率的に行うことによって、磁気回路効率を向上させ、製品の小型化，高出力化を達成する。【解決手段】非磁性化用金属を含む非磁性化用インクまたは高磁束密度化用金属を含む高磁束密度化用インクを、鋼材に局所塗布し、ついで加熱して該インク中の金属を鋼材中のＦｅと溶融合金化させることにより、鋼材を局所的に非磁性化または高磁束密度化することを特徴とする鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性化用金属を含む非磁性化用インクまたは高磁束密度化用金属を含む高磁束密度化用インクを、鋼材に局所塗布し、ついで加熱して該インク中の金属を鋼材中のＦｅと溶融合金化させることにより、鋼材を局所的に非磁性化または高磁束密度化することを特徴とする鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項２】
非磁性化用インクが、Ｃｒ，ＮｉまたはＭｎの一種以上の金属粉末と分散媒または溶媒とを含む請求項１に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項３】
金属粉末がＣｒとＮｉの混合もしくは合金粉末またはＭｎ粉末である請求項２に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項４】
金属粉末が、さらにＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＶまたはＮｂの一種以上を含む請求項２または３に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項５】
高磁束密度化用インクがＣｏ、Ｎｉ、ＳｉまたはＡｌの一種以上の金属もしくは半金属粉末と分散媒または溶媒とを含む請求項１〜４のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項６】
金属粉末がインク中で１０〜６０体積％を占める請求項２〜５のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項７】
金属粉末が１００μｍ以下の粒径を有する請求項２〜６のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項８】
金属粉末がナノ粒子である請求項２〜７のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項９】
インクがスラリー状、液状またはペースト状である請求項１〜８のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項１０】
鋼材が電磁鋼板、構造用鋼板、高張力鋼板またはステンレス鋼板である請求項１〜９のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項１１】
インクの塗布が印刷による請求項１〜１０のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項１２】
印刷が、インクジェット印刷、スクリーン印刷、スピンコーティングまたはオフセット印刷による請求項１１に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項１３】
印刷されたインクの膜厚が１０μｍ〜０．５ｍｍである請求項１１または１２に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項１４】
加熱が印刷されたインク部分への局所加熱によって行なわれる請求項１〜１３のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項１５】
加熱が電子ビーム照射による加熱またはレーザ加熱よって行なわれる請求項１〜１４のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【請求項１６】
加熱に際して、入熱量を温度センサによって検出し、加熱量をフィードバック制御する請求項１〜１５のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼材の磁気特性改質領域の形成方法に関し、さらに詳しくは鋼材に非磁性領域または高磁性領域を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品等の車両用部品には、一般的に、鋼や鋳鉄等の鋼材が用いられている。電磁鋼板等の鋼材は、モータ等における回転機の固定子（ステータ）や回転子（ロータ）等に使用されている。そして、回転機用ロータのロータコアは、電磁鋼板が積層されて形成されている。ここで、積層された電磁鋼板の一部には、ロータ回転トルクに寄与しない無効な磁界が形成される場合がある。この無効な磁界を抑制するために、電磁鋼板の一部を非磁性材料等で形成することが行われている。
【０００３】
そして、特にハイブリッド車用モータにおいては、低コストおよび小型化が進行している。特に永久磁石式同期モータの場合、ロータの磁石保持部においては、磁石を保持するための梁により磁石が発する磁束が当該磁石へ戻ってしまう漏れ磁束が生じ、製品の効率を低下させている。この梁を狭くし、梁の磁気飽和を利用した磁気遮断が考えられるが、モータの回転に伴う遠心力に耐えうる梁強度が必要であるため、狭幅化には限界がある。一方で、鋼材である梁を非磁性化処理し、漏れ磁束を抑制する手法が提案されている（特開２００３−３０４６７０号公報）が、微小な領域に対して高速の非磁性化処理ができにくい難点がある。
【０００４】
一方、モータのステータなどにおいて、鋼材の磁気飽和を緩和して高磁束密度化するには、磁気回路であるコア幅を拡大する方法が挙げられるが、モータが大型になる課題があることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０４６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、非磁性化用金属を含む非磁性化用インクまたは高磁束密度化用金属を含む高磁束密度化用インクを用いて、好ましくは鋼材に対する局所的な塗布および局所的な加熱によって溶融合金を形成することにより、鋼材の局所的な磁気特性改質を行うことにより上記課題を解決するものである。これにより、モータのステータおよびロータならびに電磁弁，インダクタ等に用いられる磁気回路用鋼材に関し、局所的な磁気特性の改質を効率的に施すことによって磁気回路効率を向上させ、製品の小型化，高出力化を達成させ得る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、上記の課題を解決するために以下の発明を提供する。
（１）非磁性化用金属を含む非磁性化用インクまたは高磁束密度化用金属を含む高磁束密度化用インクを、鋼材に局所塗布し、ついで加熱して該インク中の金属を鋼材中のＦｅと溶融合金化させることにより、鋼材を局所的に非磁性化または高磁束密度化することを特徴とする鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。これにより、鋼材の局所的な磁気特性改質を効率的に行い、磁気回路効率を向上し得る。
（２）非磁性化用インクが、Ｃｒ，ＮｉまたはＭｎの一種以上の金属粉末と分散媒または溶媒とを含む上記（１）に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（３）金属粉末がＣｒとＮｉの混合もしくは合金粉末またはＭｎ粉末である上記（２）に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（４）金属粉末が、さらにＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＶまたはＮｂの一種以上を含む上記（２）または（３）に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【０００８】
上記の（２）〜（４）により、鋼材に局所的な非磁性領域を特に効率的に形成し得る。
（５）高磁束密度化用インクがＣｏ、Ｎｉ、ＳｉまたはＡｌの一種以上の金属もしくは半金属粉末と分散媒または溶媒とを含む上記（１）〜（４）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。これにより、鋼材に局所的な高飽和磁束密度領域を特に効率的に形成し得る。
（６）金属粉末がインク中で１０〜６０体積％を占める上記（２）〜（５）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（７）金属粉末が１００μｍ以下の粒径を有する上記（２）〜（６）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（８）金属粉末がナノ粒子である上記（２）〜（７）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（９）インクがスラリー状、液状またはペースト状である上記（１）〜（８）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【０００９】
上記の（６）〜（９）により、鋼材に局所的な磁気特性改質領域を特に効率的に形成し得る。
（１０）鋼材が電磁鋼板、構造用鋼板、高張力鋼板またはステンレス鋼板である上記（１）〜（９）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。これにより、種々の用途に適した磁気回路用鋼材を目的に応じて選択し得る。
（１１）インクの塗布が印刷による上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（１２）印刷が、インクジェット印刷、スクリーン印刷、スピンコーティングまたはオフセット印刷による上記（１１）に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（１３）印刷されたインクの膜厚が１０μｍ〜０．５ｍｍである上記（１１）または（１２）に記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【００１０】
上記の（１１）〜（１３）により、鋼材に局所的な磁気特性改質領域を特に効率的に形成し得る。
（１４）加熱が印刷されたインク部分への局所加熱によって行なわれる上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（１５）加熱が電子ビーム照射による加熱またはレーザ加熱よって行なわれる上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
（１６）加熱に際して、入熱量を温度センサによって検出し、加熱量をフィードバック制御する上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の鋼材の磁気特性改質領域の形成方法。
【００１１】
上記の（１４）〜（１６）により、鋼材に局所的な磁気特性改質領域を特に効率的に形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る鋼材の磁気特性改質領域の形成方法を実施するための工程例を示す概略図。
【図２】本発明に係る鋼材の磁気特性改質領域の形成方法を実施するための、図１とは異なる工程例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る鋼材の磁気特性改質領域の形成方法においては、非磁性化用金属を含む非磁性化用インクまたは高磁束密度化用金属を含む高磁束密度化用インクを、鋼材に局所塗布し、ついで加熱してインク中の金属を鋼材中のＦｅと溶融合金化させることにより、鋼材を局所的に非磁性化または高磁束密度化して、局所的な磁気特性改質領域、すなわち局所的な非磁性領域または高飽和磁束密度領域を形成する。
【００１４】
鋼材としては、特に制限されないが、通常、電磁鋼板、構造用鋼板、高張力鋼板またはステンレス鋼板が用いられる。その形状は、目的により板状に限られず、棒状や線状等の形状であってもよい。
【００１５】
非磁性化用インクは非磁性金属粉末を含有し、たとえばＣｒ，ＮｉおよびＭｎの一種以上の金属粉末と分散媒または溶媒とを含むものが好適に使用される。すなわち、これらの金属粉末としては、Ｃｒ；Ｎｉ；Ｍｎ；Ｃｒ−Ｎｉ；Ｃｒ−Ｍｎ；Ｎｉ−ＭｎおよびＣｒ−Ｎｉ−Ｍｎが挙げられるが、２種以上を用いる場合にはＣｒとＮｉの混合もしくは合金粉末、単独で用いる場合には強度向上の点からＭｎ粉末、が特に好適に使用される。混合もしくは合金粉末として用いる場合、その配合比率は特に制限されない。これらの金属粉末１００質量％に、さらに１０質量％程度までの少量のＣｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＶまたはＮｂ等の一種以上を、非磁性安定化のために、混合もしくは合金粉末として配合することもできる。
【００１６】
一方、高磁束密度化用インクは高磁束密度化用金属粉末を含有し、Ｃｏ、Ｓｉ、ＡｌまたはＮｉの一種以上の金属もしくは半金属粉末と分散媒または溶媒とを含むものが好適に使用されるが、金属粉末としてＣｏを含むものが特に好適である。さらに、加工性を向上させるために、ＶをＣｏ等１００質量％に対して３質量％程度まで配合してもよい。
【００１７】
また、本発明の目的を阻害しない限り、Ｆｅとの溶融合金化温度を低下させるための元素、たとえばＢ，Ｓｉ，Ｃ，Ｔｉ等、を必要に応じてさらにこれらの金属粉末に配合してもよい。
【００１８】
金属粉末は、１００μｍ以下の粒径を有するものが用いられるが、好ましくは粒径２００ｎｍ程度以下、さらに好ましくは粒径１００ｎｍ程度以下、のナノ粒子が用いられ、粒径１００ｎｍ以下のナノ粒子が数平均で７０％以上含まれるのが好適である。
【００１９】
金属粉末を分散させるための、分散媒または溶媒は、特に制限されないが、たとえば水、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類、テトラデカン等の炭化水素類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、アセトン等のケトン類、等の一種以上を使用し得る。
【００２０】
インクは、スラリー状、液状またはペースト状のいずれでもよく、塗布方法に応じて、レオロジー特性を調整するために、樹脂、メチルセルロース等のバインダー類、等を常法により添加することができる。たとえば、メチルセルロースを水に溶かしたメチルセルロース溶液を用いて、上記金属粉末と混合してペースト状のインクを調製し得る。
【００２１】
金属粉末の配合量は、インク中で１０〜６０体積％を占めるようにするのが好適である。１０体積％未満であると磁性改質領域を得るのに必要な厚さを得るのが困難となることがあり、一方６０体積％を超えるとインク塗布時に適切な流動性を得にくいからである。
【００２２】
本発明方法において、非磁性化用インクまたは高磁束密度化用インクを鋼材の磁性を改質しようとする領域に局所塗布する際に、その塗布方法は特に制限されない。たとえば、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、スプレーコーティング、ディスペンサコーティング、スピンコーティング、ナイフコーティング、スリットコーティング、ダイコーティング等が挙げられるが、印刷によるのが好適である。局所塗布するインクが微量であるため、高価な粉末材料を用いてもコストを抑制することができ、かつ高速で精密塗装が容易であるからである。印刷としては、インクジェット印刷、スクリーン印刷、スピンコーティングまたはオフセット印刷によるのが好適であり、局所的な塗布が容易なインクジェット印刷またはスクリーン印刷が最適である。塗布方法に応じて、インクのレオロジー等を常法により適宜調整し得る。たとえば、インクジェット印刷の場合には、インクの粘度は、5〜800ｃＰが好適である。また、スクリーン印刷の場合には、ペースト状インクが用いられ、その粘度は、０．１〜５００Ｐａ．ｓが好適である。
【００２３】
この印刷等による塗布に際しては、インクの膜厚は目的に応じて加熱後の厚さを考慮して適宜選定されるが、通常１０μｍ〜０．５ｍｍの範囲から選ばれる。
【００２４】
ついで、局所塗布された鋼材は、常法により乾燥された後に加熱され、インク中に含有される金属を鋼材中のＦｅと溶融合金化させる。加熱は、密度の大きい加熱電力が用いられる。Ｆｅとの溶融合金化温度がＦｅの融点より低い場合には、金属材料の加熱に通常使用される加熱炉により鋼材全体を加熱してもよい。しかしながら、印刷されたインク部分への局所加熱によって行なわれるのが好適である。この局所加熱には、たとえば、電子ビーム照射による加熱またはレーザ加熱よって行なわれるのが好適であるが、高速で、微細領域への加熱および入熱制御が容易な電子ビーム照射による加熱が最適である。電子ビームを利用した電子ビーム加熱においては、鋼材は真空中に置かれ、電子レンズ系により集束された、密度の大きい加熱電力が用いられる。一方、レーザを利用したレーザ加熱においては、鋼材は酸化防止のためにアルゴンまたは窒素中に置かれるのが好ましく、光学レンズ系により集束された、密度の大きい加熱電力が用いられる。これらの電子ビーム加熱等自体は、常法によることができる。
【００２５】
加熱温度は、上記のＦｅとの溶融合金化温度以上で鋼材の融点近傍以下、の範囲から選ばれる。
【００２６】
この加熱に際して、入熱量を制御するために入熱量を温度センサによって検出し、加熱量をフィードバック制御することができる。これにより、適切なＦｅとの溶融合金化が達成し得、鋼材を局所的に非磁性化または高磁束密度化して、局所的な磁気特性改質領域、すなわち局所的な非磁性領域または高飽和磁束密度領域を形成することができる。
【００２７】
本発明方法により局所的な磁気特性改質領域を形成された鋼材は、ついで目的とする製品を製造するための工程に組み込まれる。たとえば、回転機用ロータのロータコアを形成するような場合には、積層され積層体が形成される。一方、燃料供給用インジェクターに用いる場合には、積層されないで単層のまま用いられる。
【００２８】
本発明方法によれば、磁気回路中の磁気回路用鋼材における局所的な磁気遮断部もしくは磁気飽和部に対し、鋼材を非磁性化もしくは高磁束密度化する元素を局所的に塗布し、局所加熱が可能な手法により塗布した元素と鋼材を溶融合金化することによって、磁気遮断効果の向上ならびに磁気飽和を緩和することができる。特に、本発明の好適な態様においては、スクリーン印刷またはインクジェット印刷による高速で局所的な微量金属塗布、ならびに電子ビームによる局所的な高速加熱に着目し、磁気回路の磁気遮断にはＮｉおよびＣｒ粉末，またはＭｎ粉末を含有したインク材料を用い、高磁束密度化にはＣｏ粉末を含有したインク材料を用いて、鋼材に対する局所的な印刷および電子ビームによる局所的な加熱によって溶融合金とすることにより、局所的な磁気特性改質を行うことができる。したがって、本発明方法によれば、モータ，電磁弁，リアクタ等の種々の磁気回路製品に対し、小型化，高出力化させる効果をもたらすものであり、磁気回路制御にも有効である。
【実施例】
【００２９】
つぎに、本発明の実施態様例について図面によりさらに説明する。
Ａ  図１は、本発明に係る鋼材の磁気特性改質領域の形成方法を実施するための工程例を示す概略図を示す。この実施態様においては、３質量％Ｓｉを含有する電磁鋼板の所定領域に非磁性領域の形成を行うものである。素材であるロール状の鋼鈑（電磁鋼板）は、まず打ち抜き工程に移送され、プレスで所定形状に打ち抜かれ、ついでインク塗布工程に移送され、Ｃｒ−Ｎｉ(質量比で2：1)を分散媒（テトラデカン）中に分散させた（金属濃度２０体積％）非磁性化用インクを、複数の選択されたノズルから噴射してインクジェット印刷により非磁性化される領域にのみ所定の厚さに局所塗布される。ここで、インクジェット制御部により、ノズルの選択、噴出量、噴出タイミング等が制御される。ついで、非磁性化用インクを局所塗布された鋼材は、乾燥後に、加熱処理工程において、電子ビーム照射により非磁性化用インクを局所塗布された部分のみを、電磁鋼板中のＦｅとの溶融合金化温度以上で（１５２０℃、１秒間）局所加熱される。これにより、電磁鋼板中のＦｅとの溶融合金が形成され、磁気遮断効果が達成され、電磁鋼板に所望の非磁性領域が形成される。ついで、これを積層工程等に供して、目的とする製品であるモータのステータが得られる。
Ｂ  図２は本発明に係る鋼材の磁気特性改質領域の形成方法を実施するための、図１とは異なる工程例を示す概略図を示す。この実施態様は、上記Ａの実施態様において、鋼材の打ち抜き工程の前に、インク塗布工程および加熱処理工程を行なうものであり、それぞれの工程は上記Ａの実施態様と同様に行い得る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によれば、モータのステータおよびロータ、ならびに電磁弁，インダクタ等に用いられる磁気回路用鋼材の局所的な磁気特性改質を効率的に行うことによって、磁気回路効率を向上させ、製品の小型化，高出力化を達成させ得る。
【図１】
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【図２】
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