(57)【要約】【課題】非常に精密な加工をすることなく，通電加熱によって確実に加熱して，所望の非磁性箇所を形成することができる非磁性箇所を有する鋼板の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の製造方法は，２枚の電磁鋼板１１Ａ，１１Ｂに改質物質２１を挟みこみ，改質物質をその周囲の鋼とともに溶融させて部分的にオーステナイト相を生成させる方法であって，それぞれに凹溝１２Ａ，１２Ｂが形成されている２枚の電磁鋼板を，凹溝同士を対面させて重ね合わせるとともに，凹溝同士が向き合ってできる空間に改質物質を挟む挟持工程と，改質物質が挿入されている箇所のうち改質物質の平面形状より小さい範囲で２枚の電磁鋼板および改質物質に電流を印加する小通電工程と，小通電工程の後で，改質物質が挿入されている箇所のうち改質物質の平面形状以上の範囲で２枚の電磁鋼板および改質物質に電流を印加する大通電工程とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の電磁鋼板に改質物質を挟みこみ，改質物質をその周囲の鋼とともに溶融させて部分的にオーステナイト相を生成させることによる，非磁性箇所を有する鋼板の製造方法において，
前記２枚の電磁鋼板として，それぞれに凹溝が形成されているものを用い，それらの２枚の電磁鋼板を，前記凹溝同士を対面させて重ね合わせるとともに，前記凹溝同士が向き合ってできる空間に前記改質物質を挟む挟持工程と，
前記改質物質が挿入されている箇所のうち前記改質物質の平面形状より小さい範囲で前記２枚の電磁鋼板および前記改質物質に電流を印加する小通電工程と，
前記小通電工程の後で，前記改質物質が挿入されている箇所のうち前記改質物質の平面形状以上の範囲で前記２枚の電磁鋼板および前記改質物質に電流を印加する大通電工程とを有することを特徴とする非磁性箇所を有する鋼板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の非磁性箇所を有する鋼板の製造方法において，
前記小通電工程では，前記大通電工程で印加する電流量の１／１０〜２／３の範囲内の電流を印加することを特徴とする非磁性箇所を有する鋼板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の非磁性箇所を有する鋼板の製造方法において，
前記大通電工程では，前記改質物質の平面形状以上の範囲で前記２枚の電磁鋼板に接触する電極で通電し，
前記小通電工程では，前記改質物質の平面形状より小さい範囲で前記２枚の電磁鋼板に接触する電極で通電することを特徴とする非磁性箇所を有する鋼板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の非磁性箇所を有する鋼板の製造方法において，
前記小通電工程において使用する電極の先端面の曲率半径は，前記大通電工程において使用する電極の先端面の曲率半径の２０分の１以下であることを特徴とする非磁性箇所を有する鋼板の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の非磁性箇所を有する鋼板の製造方法において，
前記小通電工程では，前記２枚の電磁鋼板をその外側から２つの電極で挟みつけて加圧することにより，前記２つの電極の間の箇所において前記２枚の電磁鋼板を前記改質物質に密着させた状態で通電することを特徴とする非磁性箇所を有する鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電磁鋼板等の磁性部材に，部分的な非磁性領域を形成するための鋼板の製造方法に関する。さらに詳細には，鋼板中に改質物質を載置して加熱溶融させ，その箇所を非磁性のオーステナイト組織とすることによる非磁性箇所を有する鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，鉄等の磁性部材に部分的にオーステナイト相を生成することにより非磁性箇所を形成する技術がある。例えば，特許文献１には，非磁性化させる箇所に改質元素を添加し，局所的に加熱することにより固溶させる技術が開示されている。また，特許文献２には，鋼材にオーステナイト相を生成する元素を含む材料を塗布し，加熱により鉄とともに溶融させ，合金化させて，非磁性箇所を形成する技術が開示されている。この技術を，例えば回転電機のロータやステータのコアに適用することができる。コアには有効な磁束の経路とならない箇所があるため，その部分を非磁性化するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９３７１７号公報
【特許文献２】特開２００８−９９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば，多数の電磁鋼板を積層した積層鋼板によるコアに上記の技術を適用する場合には，凹溝を形成した２枚の鋼板を向き合わせ，凹溝の間に改質物質を挟んで加熱する方法が考えられる。その加熱のために，２枚の鋼板を外側から電極で挟みつけて，通電によるジュール熱を利用する方法もある。そして改質物質を溶融させ，鋼板と合金化させることにより，その箇所を非磁性化することができる。
【０００５】
ジュール熱による加熱方法を採用する場合には，改質物質を適切に通過する電流経路が形成されることが必要である。しかしながら，鋼板に切削加工により形成した凹溝の合計厚さより改質物質の厚さが僅かに小さいものができてしまうことがある。そして，挟んだ改質物質と鋼板との間に隙間ができた状態となっていると，図１２の左の図に示すように，鋼板１０１，１０２と改質物質１０３との接触面積がごく小さく，また改質物質１０３の端部のみで接触しているものとなるおそれがあった。
【０００６】
この状態で電極１１１，１１２間に通電すると，図１２の中央の図に示すように，改質物質１０３の端部のみに過大な電流が集中して流れ，改質物質１０３の中央部に十分な電流が流れないおそれがある。その場合には，図１２の右の図に点ハッチングで示すように，改質物質１０３の端部のみが特に加熱される。そして，中央部では，溶融不足のために十分に非磁性化されず，図１３に示すように，中央部の薄い非磁性化領域１１５が形成されるという問題点があった。
【０００７】
ごく精密な加工をして，隙間ができないようにすることは，原理的にはもちろん可能である。しかし，それではコストも加工時間も大きいものとなってしまい，現実的でない。コアでは，多数の積層鋼板のそれぞれに複数箇所ずつの非磁性箇所を形成することが求められるため，短時間ででき低コストな加工であることが望ましい。
【０００８】
本発明は，前記した従来の鋼板の製造方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，非常に精密な加工をすることなく，通電加熱によって確実に加熱して，所望の非磁性箇所を形成することができる非磁性箇所を有する鋼板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】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の非磁性箇所を有する鋼板の製造方法は，２枚の電磁鋼板に改質物質を挟みこみ，改質物質をその周囲の鋼とともに溶融させて部分的にオーステナイト相を生成させることによる，非磁性箇所を有する鋼板の製造方法であって，２枚の電磁鋼板として，それぞれに凹溝が形成されているものを用い，それらの２枚の電磁鋼板を，凹溝同士を対面させて重ね合わせるとともに，凹溝同士が向き合ってできる空間に改質物質を挟む挟持工程と，改質物質が挿入されている箇所のうち改質物質の平面形状より小さい範囲で２枚の電磁鋼板および改質物質に電流を印加する小通電工程と，小通電工程の後で，改質物質が挿入されている箇所のうち改質物質の平面形状以上の範囲で２枚の電磁鋼板および改質物質に電流を印加する大通電工程とを有するものである。
【００１０】
本発明の製造方法によれば，２枚の電磁鋼板の凹溝の間に改質物質を挟んで通電することにより，ジュール熱を発生させてこの箇所を溶融させることができる。その際，まず小通電工程を行うので，改質物質の平面形状の範囲内で確実に通電し，その箇所を通電しやすい状態とすることができる。その後に大通電工程を行うので，小通電工程において通電しやすい状態となった箇所には，確実に通電させることができる。これにより，例えば改質物質の端部のみが溶融するようなことはなく，改質物質の全部を確実に溶融させることができる。従って，非常に精密な加工をすることなく，通電加熱によって確実に加熱して，所望の非磁性箇所を形成することができる製造方法となっている。
【００１１】
さらに本発明では，小通電工程では，大通電工程で印加する電流量の１／１０〜２／３の範囲内の電流を印加することが望ましい。
小通電工程で印加する電流が小さすぎると，大通電工程で電流を流すための電流経路の形成が不十分なものとなる。また，小通電工程で印加する電流が大きすぎることは，エネルギーの無駄である。
【００１２】
さらに本発明では，大通電工程では，改質物質の平面形状以上の範囲で２枚の電磁鋼板に接触する電極で通電し，小通電工程では，改質物質の平面形状より小さい範囲で２枚の電磁鋼板に接触する電極で通電することが望ましい。
このようにすれば，小通電工程では比較的狭い範囲において，確実に改質物質に通電できる。その一方で，大通電工程では，改質物質の全体にわたって通電できるので，改質物質の全部を溶融させることができる。
【００１３】
さらに本発明では，小通電工程において使用する電極の先端面の曲率半径は，大通電工程において使用する電極の先端面の曲率半径の２０分の１以下であることが望ましい。
電極の先端面の曲率半径が小さいと，その鋼板への接触面積も小さいものとなる。従って，小さい範囲で通電することは容易である。
【００１４】
さらに本発明では，小通電工程では，２枚の電磁鋼板をその外側から２つの電極で挟みつけて加圧することにより，２つの電極の間の箇所において２枚の電磁鋼板を改質物質に密着させた状態で通電することが望ましい。
このようにすれば，改質物質のうちの望ましい箇所に確実に通電させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の非磁性箇所を有する鋼板の製造方法によれば，非常に精密な加工をすることなく，通電加熱によって確実に加熱して，所望の非磁性箇所を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本形態の製造方法を示す工程図である。
【図２】溝形成工程を示す説明図である。
【図３】挟持工程を示す説明図である。
【図４】挟持された鋼板の様子を示す断面図である。
【図５】小通電工程を示す説明図である。
【図６】小通電された鋼板の様子を示す断面図である。
【図７】大通電工程を示す説明図である。
【図８】大通電された鋼板の様子を示す断面図である。
【図９】非磁性箇所が形成された電磁鋼板を示す説明図である。
【図１０】実験の結果を示すグラフ図である。
【図１１】実施例によって製造された鋼板の例を示す断面図である。
【図１２】従来の製造方法による電流経路の例を示す説明図である。
【図１３】従来の製造方法によって製造された鋼板の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下，本発明を具体化した形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，磁性材に部分的に非磁性箇所を形成する方法に本発明を適用したものである。
【００１８】
本形態は，例えばロータやステータのコアに用いられる積層鋼板の一部に非磁性箇所を形成するためのものである。本形態では，２枚の鋼板の間に改質チップを挟んで通電し，ジュール熱により加熱する方法を採用している。鋼板は，従来より広く使用されている電磁鋼板である。また，改質チップは，ＣｒやＮｉ等を含み，電磁鋼板とともに溶融して合金化することによりオーステナイト相を生成するものである。
【００１９】
本形態の製造方法は，図１に示すように，以下の各工程を順に行うことによるものである。
（１）溝形成工程  ；２枚の鋼板の互いに向き合う箇所にそれぞれ凹溝を形成する。
（２）挟持工程    ；溝形成工程で形成した凹溝に入るように改質チップを挟んで，２枚の鋼板を重ねる。
（３）小通電工程  ；改質チップの箇所に小電極を当接し，小電流による通電を行う。
（４）大通電工程  ；改質チップの箇所に大電極を当接し，大電流による通電を行う。
（５）電極離隔工程；鋼板の温度が下がったら，電極を離す。
【００２０】
これらの各工程について順に説明する。（１）溝形成工程では，図２に示すように，鋼板１１の一部に改質チップ（図３参照）と同じ平面形状の凹溝１２を形成する。凹溝１２の深さは，鋼板１１の厚さの約半分である。ここでは改質チップとして円板状のものを使用しているので，凹溝１２の平面形状は円形である。この形成方法は，切削加工によればよい。従って，切削精度の範囲内で多少の大きさの誤差はありうる。
【００２１】
（２）挟持工程では，図３に示すように，（１）によって凹溝１２を形成した２枚の鋼板１１Ａ，１１Ｂを，互いにそれぞれの凹溝１２Ａ，１２Ｂを向き合わせて，それらの間に改質チップ２１を挟む。つまり，両側の凹溝１２Ａ，１２Ｂに改質チップ２１が入るように，下から鋼板１１Ｂ，改質チップ２１，鋼板１１Ａの順に重ねる。
【００２２】
ここで，改質チップ２１の厚さが，凹溝１２Ａ，１２Ｂの深さの合計より僅かに薄い場合がある。その場合には，図４に示すように，改質チップ２１の表面と凹溝１２Ａまたは１２Ｂの底面との間に僅かな隙間２７ができる場合がある。もちろん，この図はかなり大げさに描いたものである。
【００２３】
次に，（３）小通電工程において，図５に示すように，鋼板１１Ａの凹溝１２Ａの上側に当たる箇所と，鋼板１１Ｂの凹溝１２Ｂの下側に当たる箇所とに，向かい合わせに小電極３１Ａ，３１Ｂを当接させ，適切な圧力で加圧する。これにより，（２）挟持工程の時点で隙間２７ができていたとしても，小電極３１Ａ，３１Ｂが当接した箇所では，両側の鋼板１１Ａ，１１Ｂが曲げられて改質チップ２１と接触される。なお，この図もかなり大げさに描いたものである。
【００２４】
なお，小電極３１Ａ，３１Ｂとしては，その先端部の鋼板への接触範囲が，改質チップ２１の大きさ（平面形状）より小さいものを使用する。すなわち，小電極３１Ａ，３１Ｂと鋼板１１Ａ，１１Ｂとが接触している範囲は，改質チップ２１の埋まっている範囲の内側に収まっている。
【００２５】
そして，このように小電極３１Ａ，３１Ｂを接触させた状態で，図５に示すように，これらの間に通電する。このときに流す電流の量（電流値×通電時間）は，適切な改質に必要な電流より小さい。改質に必要な電流とは，改質チップ２１の全部を溶融させるとともにその周囲の鋼板部分を固溶させ，適切な範囲内に非磁性箇所を形成することのできる電流の量である。これは，改質チップ２１の大きさや材質，鋼板の厚さ等に応じて，実験によってあらかじめ適切に選択されるものである。また，この電流の量は，後述する大通電工程において供給する電流の量でもある。
【００２６】
この（３）小通電工程での通電によるジュール熱によって，改質チップ２１の一部は溶融する。しかしこの程度の電流では，改質チップ２１の全部が溶融するのではなく，まだ溶融していない箇所が残っている。ただ，この工程によって，少なくとも改質チップ２１のうちの中央部分の両表面付近（小電極３１Ａ，３１Ｂの配置されている箇所に近い部分）は溶融する。
【００２７】
さらに，図６に示すように，この範囲においては近くの凹溝１２Ａ，１２Ｂの底面とともにいくらか固溶することにより，小さな範囲ではあるが改質部２９が形成される。この改質部２９の範囲内では，改質チップ２１と凹溝１２Ａ，１２Ｂとが確実に接触した状態となる。なお，この接触状態は，小電極３１Ａ，３１Ｂを鋼板１１Ａ，１１Ｂから離隔させた後も，維持される。
【００２８】
この（３）小通電工程で通電する電流値は，適切な改質に必要な電流の量に比較して，１／１０〜２／３程度とすることが好ましい。例えば，通電時間を等しいものとした場合には，電流値を１／１０〜２／３程度とする。あるいは，電流値を等しく，通電時間を１／１０〜２／３程度としてもよい。（３）小通電工程で通電する電流の量が，改質に必要な電流の量の１／１０より小さいと，適切に改質部２９が形成されない。この場合には，後述する大通電工程における電流経路の形成が不十分なものとなる。また，（３）小通電工程で通電する電流の量が大きすぎることは，エネルギーの無駄遣いであり，好ましくない。
【００２９】
次に，（４）大通電工程において，図７に示すように，大電極３３Ａ，３３Ｂを配置し加圧する。大電極３３Ａ，３３Ｂとしては，その先端部の鋼板への接触範囲が，少なくとも改質チップ２１の埋まっている範囲の全体を含むものを選択する。さらに改質チップ２１の範囲よりやや外側まで接触することが好ましい。そして，前述したように，大電極３３Ａと３３Ｂとの間に，適切な改質に必要な量の電流を流す。
【００３０】
（４）大通電工程で通電に使用する大電極３３Ａ，３３Ｂとしては，（３）小通電工程で通電に使用する小電極３１Ａ，３１Ｂに比較して，その先端部の曲率半径がかなり大きいものを使用するとよい。例えば，小電極３１Ａ，３１Ｂの曲率半径は，大電極３３Ａ，３３Ｂの曲率半径の２０分の１以下であることが望ましい。このようにすることにより，（３）小通電工程での小電極３１Ａ，３１Ｂの鋼板１１Ａ，１１Ｂへの接触面積は，（４）大通電工程でのものに比較して小さくでき，小さい範囲のみに電流を流すことは容易である。
【００３１】
前工程である（３）小通電工程での通電によって，部分的ながらも改質部２９が形成され，改質チップ２１と凹溝１２Ａ，１２Ｂとは，少なくとも改質部２９においては確実に接触した状態となっている。従って，この工程で印加した電流は，少なくとも中央部には確実に流れる。また，従来の技術による電流経路として図１２において説明したように，改質チップ２１の周辺部は，元々電流が流れやすい部位である。その結果，改質チップ２１の範囲全体に電流が印加され，改質チップ２１の全体が加熱される。これにより，図８に示すように，改質チップ２１をその全体にわたって確実に溶融させるとともに，その周囲の鋼板１１Ａ，１１Ｂとともに固溶させ，溶融箇所３６が形成される。
【００３２】
そして，（５）電極離隔工程において，大電極３３Ａ，３３Ｂを鋼板１１Ａ，１１Ｂから離隔する。これにより，図９に示すように，非磁性箇所３７が形成される。形成された非磁性箇所３７は，改質チップ２１が元々占めていた範囲より大きい。これで，本形態の製造方法の説明を終了する。
【００３３】
本発明者らは，本発明を実験によって検証し，その効果を確認した。その結果を説明する。本実験では，実施例と比較例との２種類の方法で鋼板に部分的に非磁性箇所を形成し，その断面の様子を観察した。実施例では，本形態の（１）〜（５）の全ての工程を行った。比較例では，上記の各工程のうち，（３）小通電工程を行わないものとした。それ以外の各工程は全て実施例と同じものとした。
【００３４】
なお，この実験では，改質チップ２１として，外径φ３ｍｍで，板厚０．３ｍｍのニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）製チップを使用した。電磁鋼板１１Ａ，１１Ｂは，いずれも板厚０．３ｍｍのものに径φ３ｍｍ，深さ０．１５ｍｍの凹溝１２Ａ，１２Ｂを形成した。設定した加工精度は，改質チップ２１では±０．００５ｍｍ，凹溝１２Ａ，１２Ｂの深さでは±０．０１５ｍｍの範囲内とした。
【００３５】
また，（３）小通電工程では，小電極３１Ａ，３１Ｂとして先端部が半径４０ｍｍの球面形状であるＣｒ−Ｃｕ電極を用い，荷重２ｋＮで圧接しつつ，電流４ｋＡ，通電時間０．１５秒の通電を行った。また，（４）大通電工程では，大電極３３Ａ，３３Ｂとして先端部が半径１０００ｍｍの球面形状であるＣｒ−Ｃｕ電極を使用し，荷重２ｋＮで圧接しつつ，電流８ｋＡ，通電時間０．１５秒の通電を行った。なお，圧接時における小電極３１Ａ，３１Ｂの電磁鋼板１１Ａ，１１Ｂへの接触範囲は約φ１．８ｍｍであった。圧接時における大電極３３Ａ，３３Ｂはの電磁鋼板１１Ａ，１１Ｂへの接触範囲は約φ４ｍｍであった。
【００３６】
実験の結果は，図１０に示す通りであった。実施例と比較例とをいずれも１０個ずつ製造し，その非磁性箇所の断面の様子から，改質率を比較した。改質率は，図１１に示すように，非磁性箇所３７（改質チップ２１と鋼板１１Ａ，１１Ｂとの合金層）の中心部における厚さＲと板厚Ｄ（鋼板１１Ａと１１Ｂとの厚さの和）との比で求めた。すなわち，改質率＝１００×Ｒ／Ｄ（％）である。本形態では，改質率が６０％を超えていることが好ましい。
【００３７】
図１１は，本実施例によって製造したものの断面の一例である。電磁鋼板のＦｅを広範囲に非磁性箇所３７に取り込むことができ，十分な改質箇所が形成されていた。一方，比較例によって製造したものは，前述したように，断面形状が図１３に示すような形状に改質されたものが含まれていた。隙間２７（図４参照）の存在によって，中央部分に電流が流れにくく，端部に集中して電流が流れた結果，このような形状の改質部が形成されたと考えられる。この例では，中央部における改質厚さＲが小さく，元々の改質チップ２１の厚さとほぼ同等程度しかなかった。つまり，中央部では，電磁鋼板のＦｅを非磁性箇所３７に取り込むことができていない。
【００３８】
この実験の結果から，図１０に示すように，本実施例によって製造したものはいずれも，改質率が６０％を超えた良好なものであった。一方，比較例によって製造したものでは図１３に示すようなものが混じったため，改質率のバラツキが大きいものとなった。また中には，図１０中に一点鎖線で囲んで示したように，製品として好ましくない範囲のものもできてしまった。従って，本実施例の製造方法によれば，安定して良好な改質ができることが確認できた。
【００３９】
以上詳細に説明したように本形態の製造方法によれば，凹溝１２Ａ，１２Ｂを形成した鋼板１１Ａ，１１Ｂを向かい合わせ，その間に改質チップ２１を挟んで通電加熱する。さらに，まず小通電工程を行い，電流経路を確保してから，大通電工程を実行する。小通電工程によって，少なくとも改質チップの中央部を鋼板と接触させた状態とすることができるので，大通電工程では，改質チップ２１の範囲の全体にわたって，適切に電流を流すことができる。従って，改質チップ２１の全体を適切に溶融させ，確実に非磁性箇所を形成することができる。これにより，特に精密な加工をすることなく，通電加熱によって確実に加熱して，所望の非磁性箇所を形成することができる製造方法となっている。
【００４０】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
ここでは２枚の鋼板の間に非磁性箇所を形成するものとして説明したが，改質チップと同形の貫通穴が形成された鋼板をさらに間に挟み，３枚以上の鋼板の組合せとしてもよい。また，鋼板の形状や厚さ，改質チップの形状や厚さ，電極の形状等はいずれも，上記のものに限らず適切に調整可能なものである。また，（３）小通電工程の後の鋼板の状態は，図６に示したほどに改質部２９が現れていなくてもよい。すなわち，改質部２９の存在が断面図上で明らかに分かるほどである必要はない。
【符号の説明】
【００４１】
１１Ａ，１１Ｂ  鋼板
１２Ａ，１２Ｂ  凹溝
２１  改質チップ
３１Ａ，３１Ｂ  小電極
３３Ａ，３３Ｂ  大電極
３７  非磁性箇所
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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