(57)【要約】【課題】品質の安定を図った非磁性改質相を備える鋼材の製造方法を提供すること。【解決手段】複数の鋼材１を重ね合わせによって内部に空間２０を形成し、その空間２０内に改質金属３を入れ、重ね合わせた鋼材１を改質金属３の存在する位置で重ね合わせ方向に挟み込んだ一対の電極５により通電加圧することによって、改質金属３を周囲の鋼材１の一部とともに溶融して非磁性改質相を形成するものであり、電極５による加圧方向寸法が空間２０よりも大きい改質金属３を入れるようにした非磁性改質相を備える鋼材の製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼材を重ね合わせによって内部に空間を形成し、その空間内に改質金属を入れ、前記重ね合わせた鋼材を前記改質金属の存在する位置で重ね合わせ方向に挟み込んだ一対の電極により通電加圧することによって、前記改質金属を周囲の鋼材の一部とともに溶融して非磁性改質相を形成するものであり、
前記電極による加圧方向寸法が前記空間よりも大きい前記改質金属を入れるようにしたことを特徴とする非磁性改質相を備える鋼材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する非磁性改質相を備える鋼材の製造方法において、
前記空間は、向かい合う面にそれぞれ凹穴を形成した２枚の鋼材を重ね合わせて形成されたものであり、
前記改質金属の前記電極による加圧方向寸法が前記空間より大きいものを入れて行うようにしたことを特徴とする非磁性改質相を備える鋼材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載する非磁性改質相を備える鋼材の製造方法において、
前記空間は、貫通孔を形成した１の鋼材又は２以上を重ねた鋼材を、上下両面から当該貫通孔を塞ぐための鋼材によって挟み込んで形成されたものであり、
前記改質金属の前記電極による加圧方向寸法が前記空間より大きいものを入れて行うようにしたことを特徴とする非磁性改質相を備える鋼材の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する非磁性改質相を備える鋼材の製造方法において、
前記改質金属は、前記電極による加圧方向と直交する方向の寸法を前記空間より小さくすることを特徴とする非磁性改質相を備える鋼材の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する非磁性改質相を備える鋼材の製造方法において、
前記改質金属の体積と前記空間の容積とがほぼ等しくなるようにしたことを特徴とする非磁性改質相を備える鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材に非磁性材を挟み込んで通電加熱溶融することにより部分的に非磁性改質相を備える鋼材を形成する製造方法に関し、特に、安定した非磁性改質相を形成する鋼材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機や発電機などに用いられる鉄心には一般に高い透磁率が求められるため、ロータに磁石が取り付けられている。そして、そのロータには、磁石の漏れ磁束によって性能が低下しないようにするため、従来から部分的に非磁性化する加工が行われている。図６は、ロータを非磁性化した改質箇所を示した図である。ロータ９０に設けられた磁石９１に対し、非磁性改質相のペリブリッジ部９２とセンターブリッジ部９３が形成され、磁気抵抗を高めることで漏れ磁束による性能低下を防止している。
【０００３】
このような非磁性改質相を備える鋼材を製造する方法としては、例えば特許文献１に、鉄心の該当箇所を局所的に加熱した後、冷却させることでオーステナイト領域を形成する技術が開示されている。すなわち、局所的な加熱の手段としてレーザー照射を行い、準安定オーステナイト系ステンレス鋼を冷間圧延により強磁性のマルテンサイト組織としたものを用いることで、その一部を非磁性のオーステナイト組織とする。その他には、特許文献２に開示されているように、対象の磁性部材を局所的に溶融しつつ、外部から改質元素を添加して固溶させて非磁性化する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５０７３９５号公報
【特許文献２】特開２００１−９３７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、こうした従来の製造方法では、マルテンサイト化したオーステナイト系ステンレス鋼を用いる場合、結晶形の歪み等のため透磁率が一般的な電磁鋼板より劣り、最大磁束密度が不足してしまう。また、溶融させた状態で改質元素を添加する方法では、長い処理時間を要することや、深さ方向の制御が困難で非磁性改質相を所望どおりに形成できないなどの問題があった。また、ロータ９０の場合には、電磁鋼板を複数重ねて構成するため、改質元素を添加した分が体積増加してしまい処理後の平坦性が悪いため、気密な重ね合わせができないといった問題も生じる。従って、非磁性改質相を備える鋼材の製造に対し、こうした課題を解決した新たな方法が望まれ、本出願人は特願２００８−１９２４６８号によって新規製造方法を提案した。
【０００６】
本発明は、かかる新規製造方法に関し、品質の安定を図った非磁性改質相を備える鋼材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る非磁性改質相を備える鋼材の製造方法は、複数の鋼材を重ね合わせによって内部に空間を形成し、その空間内に改質金属を入れ、前記重ね合わせた鋼材を前記改質金属の存在する位置で重ね合わせ方向に挟み込んだ一対の電極により通電加圧することによって、前記改質金属を周囲の鋼材の一部とともに溶融して非磁性改質相を形成するものであり、前記電極による加圧方向寸法が前記空間よりも大きい前記改質金属を入れるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る非磁性改質相を備える鋼材の製造方法は、前記空間が、向かい合う面にそれぞれ凹穴を形成した２枚の鋼材を重ね合わせて形成されたものであり、前記改質金属の前記電極による加圧方向寸法が前記空間より大きいものを入れて行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る非磁性改質相を備える鋼材の製造方法は、前記空間が、貫通孔を形成した１の鋼材又は２以上を重ねた鋼材を、上下両面から当該貫通孔を塞ぐための鋼材によって挟み込んで形成されたものであり、前記改質金属の前記電極による加圧方向寸法が前記空間より大きいものを入れて行うようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る非磁性改質相を備える鋼材の製造方法は、前記改質金属が前記電極による加圧方向と直交する方向の寸法を前記空間より小さくするようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る非磁性改質相を備える鋼材の製造方法は、前記改質金属の体積と前記空間の容積とがほぼ等しくなるようにしたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電極による加圧方向寸法が、重ねた鋼材内の空間よりも改質金属の方が大きいので、非磁性改質相を形成する際に必ず改質金属の加圧方向両面が鋼材に接触する。そのため、電極によって通電加圧を行うと、その加圧方向両面部分から抵抗発熱して溶融し、全体を改質した安定的な非磁性改質相を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ロータの電磁鋼板とその凹穴に入れる改質金属を示した図である。
【図２】非磁性改質相を備える鋼材の製造方法について第１実施形態を示した断面図である。
【図３】非磁性改質相を備える鋼材の製造方法について課題を示した断面図である。
【図４】実施形態における改質金属と凹穴による空間とを示した断面図である。
【図５】非磁性改質相を備える鋼材の製造方法について第２実施形態を示した断面図である。
【図６】ロータを非磁性化した改質箇所を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る非磁性改質相を備える鋼材の製造方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態では、モータを構成するロータに対して非磁性改質相を形成する場合について説明する。ロータには、前述したように高い透磁率を得るため磁石が取り付けられ、一方で磁石の漏れ磁束による性能低下を防止するため非磁性改質相が形成される。
【００１２】
ロータは、図１に示すようにドーナッツ形状をした極薄の電磁鋼板（例えば、Ｆｅ−Ｓｉ）１を多数枚積層して形成されるものである。本実施形態では、そうした電磁鋼板１の所定箇所に円形の凹穴２が複数形成され、その中にそれぞれ円形の改質金属（例えば、ＮｉＣｒ）３が一つずつ入れられ、複数箇所に非磁性改質相が形成される。ここで、図２は、非磁性改質相の一箇所について第１実施形態の製造方法を示した断面図である。
【００１３】
先ず、図２（ａ）に示すように、凹穴２を形成した２枚の電磁鋼板１を上下に重ね合わせ、その際、上下両方の凹穴２が重なってできた空間２０内に改質金属３が入れられる。こうして改質金属３を挟み込んだ２枚の電磁鋼板１同士を、図２（ｂ）に示すように、その改質金属３が位置する箇所で上下から一対の電極５によって挟み込み、スポット溶接と類似の要領で通電加圧を行う。例えば、このときの加圧力は２ＫＮ程度とし、電流値は８ＫＡ程度とする。
【００１４】
電極５による通電加圧が０．１５秒程行われ、そこで起きる抵抗発熱により改質金属３が周りの電磁鋼板１とともに溶融する。こうして電磁鋼板１の内部が改質金属３とともに溶融する一方、表面部分は電極５に接して熱が奪われるため溶融しない。そして、通電終了後に再び凝固することで、図２（ｃ）に示すように、非磁性改質相１１が形成される。非磁性改質相１１の形成は、図１に示す電磁鋼板１に形成された複数の凹穴２の箇所において同じように行われ、ロータ部材１０が形成される。
【００１５】
モータを構成するロータは、このような非磁性改質相１１をもった２枚重ねのロータ部材１０が、非磁性改質相１１の位置を合わせて更に複数枚重ねられることによって形成される。なお、この非磁性改質相１１が、図６のペリブリッジ部９２やセンターブリッジ部９３に相当する。従って、非磁性改質相１１が形成されたロータ部材１０には、所定箇所に磁石９１を装填するための設置孔が形成され、その外周が削り取られる。
【００１６】
ところで、ロータ部材１０毎に形成される非磁性改質相１１について改質の品質が落ちると、漏れ磁束を適切に防止することができず、モータの性能を低下させることになる。そのため、非磁性改質相１１の製造に関しては、磁石９１の漏れ磁束を効果的に抑えられることが求められている。また、非磁性改質相１１には、その他にも磁石９１に作用する遠心力によって、前述した磁石の設置孔が形成された位置から破壊が生じない強度を備えていることなどが要求される。そのためには、図２（ｃ）で示すように、改質された非磁性改質相１１が安定した状態で得られるようにするための方策が必要であった。
【００１７】
ここで図３は、その非磁性改質相が安定的に得られなかった場合の一例を示したものである。非磁性改質相が不安定になる原因としては、改質金属１０３と凹穴１０２との寸法誤差が考えられる。すなわち、改質金属１０３の体積は、電磁鋼板１０１の凹穴１０２によってできる空間１２０の容積と同じなるように形成されることが好ましいが、共に公差があるため、図３（ａ）に示すように、改質金属１０３の厚さ寸法が小さく、凹穴１０２が深い場合には、電極５の加圧方向に隙間１１０が出来てしまう。
【００１８】
このような状態で改質金属１０３を挟み込んだ２枚の電磁鋼板１０１同士を、図３（ｂ）に示すように上下から電極５によって挟み込んで通電加圧を行うと、隙間１１０を回避した通電電流が改質金属１０３の横側面部と電磁鋼板１０１との接触部分を流れ、そこで起きる抵抗発熱により改質金属１０３が周りの電磁鋼板１０１とともに溶融する。従って、改質金属１０３の側面部から溶融して改質し、電流が通らない中心部分の改質が十分行われない、図３（ｃ）に示すような非磁性改質相１１１が形成されてしまう。この場合、中心部分の改質が十分でないためロータを構成した時に漏れ磁束を増加させる他、非磁性改質相１１１の形状が歪んでいることで強度低く破損を引き起こしかねない。
【００１９】
そこで本実施形態では、前述した図２に示す方法により、安定した非磁性改質相１１が得られる製造方法を提案する。具体的には、図４に示すように、改質金属３と電磁鋼板１の凹穴２の寸法を調整することにより、安定した非磁性改質相１１を形成しようとするものである。本実施形態の改質金属３の厚さｔは、電磁鋼板１の凹穴２を重ねた空間２０の高さＨよりも大きく設定する。
【００２０】
例えば、２枚重ねした電磁鋼板１の板厚は０．３ｍｍであり、そこに形成された凹穴２による空間２０は、直径Ｄが３．０５ｍｍで高さＨが０．１５ｍｍである。一方、円形の改質金属３は、直径ｄが３．０ｍｍであり、厚さｔが０．２ｍｍである。従って、電磁鋼板１の凹穴２を重ねた空間２０の高さＨよりも改質金属３の厚さｔが０．０５ｍｍ大きくなるように寸法が決められている。
【００２１】
従って、図２（ａ）に示すように、凹穴２の空間２０内に改質金属３を入れて電磁鋼板１同士を重ね合わせれば、必ず改質金属３の上面及び下面が凹穴２の底面に当たる。そして、改質金属３を挟み込んだ２枚の電磁鋼板１同士を、図２（ｂ）に示すように、その改質金属３が位置する箇所で上下から電極５によって挟み込み、通電加圧を行う。このとき通電電流は、電磁鋼板１と接触している改質金属３の上下の面を通って流れるため、改質金属３は上端部３ａ及び下端部３ｂから発熱して全体が溶融する。
【００２２】
改質金属３が溶融するに従って加圧された上下の電磁鋼板１が上下に押し付けられ、密閉された空間２０内に改質金属３が充填され、周りの電磁鋼板１とともに溶融する。そして、通電終了後に再び凝固することで、図２（ｃ）に示すように、非磁性改質相１１が形成される。
【００２３】
よって、本実施形態の製造方法によれば、改質金属３の厚さ寸法ｔを、重ねた電磁鋼板１にできる空間２０の高さよりも大きくすることにより、必ず改質金属３の上面と下面とが接触し、そこから抵抗発熱によって溶融することで全体が改質した非磁性改質相１１が得られる。こうして非磁性改質相１１の品質が安定したロータ部材１０が得られるようになった。
【００２４】
ところで、本実施形態の改質金属３は、厚さ寸法を大きくした分、その直径ｄが円形の凹穴２の直径Ｄよりも小さくなるようにしている。これは改質金属３の体積が凹穴２の空間２０とほぼ等しくし、溶融した改質金属３が密閉された空間２０内に対し適切に充填できるようにするためである。一方、改質金属３の体積と空間２０の容積との差が大きい場合には、空間２０から溶融した改質金属３が流れ出したり、非磁性改質相１１部分の板厚を厚くし、または逆に板厚を薄くしてしまうなどし、ロータの性能を低下させる原因となってしまう。
【００２５】
そこで、本実施形態では、前述したように改質金属３の厚さ寸法を大きくした分、横方向の寸法を小さくして空間２０の大きさに合わせるようにした。これにより、溶融した改質金属３が空間２０内に適切に収まるように充填でき、より安定した非磁性改質相１１を形成することが可能になった。ただし、改質金属３と空間２０との大きさは等しいことが望ましいが、その差が大きくなった場合に前述した不都合が生じやすくなるのであって、多少の誤差を許容できないわけではない。
【００２６】
次に、図５は、非磁性改質相の製造方法を示した第２実施形態の断面図である。本実施形態では、２枚の電磁鋼板１を重ねてロータ部材１０を形成した第１実施形態に対し、３枚の電磁鋼板を重ねてロータ部材を形成する場合の製造方法を示したものである。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付して説明する。
【００２７】
本実施形態では、表面が平らな２枚の電磁鋼板４１と、貫通孔４２ａが形成された１枚の電磁鋼板４２が用意され、図５（ａ）に示すように、電磁鋼板４２の上下に電磁鋼板４１を重ねてできる貫通孔４２ａの空間４０内に改質金属３を配置させる。このとき改質金属３は、加圧方向である高さ寸法が電磁鋼板４２の板厚よりも大きく、逆に加圧方向に直交する横方向の寸法は貫通穴４２ａよりも小さい。
【００２８】
従って、図５（ｂ）に示すように電極５によって３枚の電磁鋼板４１，４２，４１を挟み込んだ場合、改質金属３の上下面はそれぞれが必ず電磁鋼板４１に当たった状態で通電加圧が行われる。通電電流は、電磁鋼板４１と接触している改質金属３の上下の面を通って流れ、改質金属３は、上端部３ａ及び下端部３ｂから発熱して全体が溶融する。そして、上下の押し付けによって密閉された空間４０内に改質金属３が充填され、周りの電磁
鋼板１とともに溶融し、通電終了後に再び凝固することで、図５（ｃ）に示すように、非磁性改質相６１を備えたロータ部材６０が形成される。
【００２９】
よって、本実施形態の製造方法でも、改質金属３の厚さ寸法を、電磁鋼板４１，４２を重ねて形成する空間４０の高さよりも大きくすることにより、必ず改質金属３の上面と下面とが電磁鋼板４１に接触した抵抗発熱によって溶融することで全体が改質し、非磁性改質相６１の品質が安定したロータ部材６０が得られるようになった。
【００３０】
以上、本発明に係る非磁性改質相を備える鋼材の製造方法について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、改質金属３と空間２０との大きさがほぼ同じになるようにするため、改質金属３の径方向寸法を小さくしたが、例えば改質金属３の径方向寸法を凹穴２と同じにし、その分中心に貫通孔をあけて体積を調節することも考えられる。
また、前記実施形態では、２枚の電磁鋼板１を重ねたロータ部材に非磁性改質相１１を形成した場合について説明したが、その他の部材について行う場合にも応用可能である。
【００３１】
また、前記第２実施形態では、電磁鋼板４１を平面にしたが、その電磁鋼板４１にも第１実施形態と同様に凹穴を形成し、その凹穴と電磁鋼板４２の貫通孔４２ａとによって形成した空間に改質金属を入れるようにしてもよい。
更に、前記第２実施形態では、空間４０を貫通孔４２ａを形成した１枚の電磁鋼板４２で構成したが、上下の電磁鋼板４１の間に２枚以上の電磁鋼板４２を重ねるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１    電磁鋼板
２    凹穴
３    改質金属
５    電極
１０  ロータ部材
１１  非磁性改質相
２０  空間
【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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