(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を重ね合わせた内部の空間２０に改質金属３０を入れ、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３０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、改質金属３０は、厚さをもった円形の部材であって、電極５の加圧方向寸法が空間２０よりも大きく、加圧方向に直交する横方向寸法が空間２０よりも小さく、その横方向周面に周方向に連続して凹凸部３１が形成され、空間２０内に改質金属３０の位置決めを行うための突起部２１が形成され、電極５による通電加圧の前に、空間２０に改質金属３０を入れて重ね合わせた鋼材１に回転を与え、その遠心力によって空間２０内で移動させた改質金属３０を、空間２０内の突起２１に当てることにより位置決めする工程を有する非磁性改質相を備える鋼材の製造方法。【選択図】  図４
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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、
前記改質金属は、厚さをもった円形の部材であって、前記電極による加圧方向寸法が前記空間よりも大きく、前記加圧方向に直交する横方向寸法が前記空間よりも小さく、その横方向周面に周方向に連続して凹凸部が形成されたものであり、
前記空間内には、前記改質金属の位置決めを行うための突起部が形成され、
前記電極による通電加圧の前に、前記空間に改質金属を入れて重ね合わせた鋼材に回転を与え、その遠心力によって前記空間内で移動させた前記改質金属を、前記空間内の突起に当てることにより位置決めする工程を有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、
前記改質金属には三角形状の凹凸部が形成され、前記空間内には前記加圧方向の底面に突き出た突起部が複数箇所に形成され、
遠心力によって前記空間内を移動する前記改質金属の凹部に突起部が嵌り込むようにして位置決めを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又は請求項２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、
前記空間内に形成された突起部は、前記加圧方向の底面の中心点を中心とした円の円周上の３点で前記改質金属に嵌り込むように形成され、
遠心力によって前記空間内を移動する前記改質金属を３点で支持して位置決めを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。
【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施される。図７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、前記改質金属は、厚さをもった円形の部材であって、前記電極による加圧方向寸法が前記空間よりも大きく、前記加圧方向に直交する横方向寸法が前記空間よりも小さく、その横方向周面に周方向に連続して凹凸部が形成されたものであり、前記空間内には、前記改質金属の位置決めを行うための突起部が形成され、前記電極による通電加圧の前に、前記空間に改質金属を入れて重ね合わせた鋼材に回転を与え、その遠心力によって前記空間内で移動させた前記改質金属を、前記空間内の突起に当てることにより位置決めする工程を有することを特徴とする。
【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、前記改質金属には三角形状の凹凸部が形成され、前記空間内には前記加圧方向の底面に突き出た突起部が複数箇所に形成され、遠心力によって前記空間内を移動する前記改質金属の凹部に突起部が嵌り込むようにして位置決めを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、前記空間内に形成された突起部は、前記加圧方向の底面の中心点を中心とした円の円周上の３点で前記改質金属に嵌り込むように形成され、遠心力によって前記空間内を移動する前記改質金属を３点で支持して位置決めを行う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、改質金属と重ねた鋼材によってできる空間の寸法を調整することにより、通電加圧の際、改質金属が上下両面から発熱して溶融するようにすることで品質のよい非磁性改質相を得ることができ、更に、位置決め工程によって改質金属を空間内の適正な位置に配置させることで、より安定した品質のよい非磁性改質相を備える鋼材を製造することができる。
【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】電磁鋼板の空間内に入れた改質金属について行う位置決めを示した平面図である。
【図５】非磁性改質相を備える鋼材の製造方法について第１実施形態を示した断面図である。
【図６】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７】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、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、その中にそれぞれ厚さをもった円形の小片である改質金属（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。次に、上面及び下面が凹穴２の底面に当たるように改質金属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。
【００１４】
ここでは、改質金属３の厚さを電磁鋼板１の凹穴２を重ねた空間２０の高さよりも大きく、必ず改質金属３の上面及び下面が凹穴２の底面に当たるように形成されている。そのため、通電電流は電磁鋼板１と接触している改質金属３の上下両面を通って流れ、その上端部３ａ及び下端部３ｂから発熱して全体が溶融する。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。
【００１５】
なお、改質金属３の厚さが空間２０の高さよりも大きくなるように形成されているが、これは改質金属３の厚さと空間２０の高さの寸法を等しく設定すると、誤差によって改質金属３の厚さが小さくなってしまった場合に電極５の加圧方向に隙間ができてしまい、改質金属３が十分な加熱によって溶融が行われず、非磁性改質相１１の品質を低下させるおそれがあるからである。
【００１６】
非磁性改質相１１の形成は、図１に示す電磁鋼板１に設けられた複数の凹穴２の箇所において同じように行われ、これにより非磁性改質相１１を複数備えたロータ部材１０が得られる。モータを構成するロータは、このようなロータ部材１０が、非磁性改質相１１の位置を合わせて複数枚が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７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たりする。
【００１７】
ところで、円形の改質金属３は、その厚さ寸法を大きくした分、直径を凹穴２よりも小さくなるようにしている。これは改質金属３の体積を凹穴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内に適切に充填できるようにするためである。しかし、改質金属３よりも凹穴２の径が大きいため、中心位置を合わせて配置してもズレが生じてしまうことがあり、特に電磁鋼板１を重ねるため目視による確認ができない。そして、改質金属３の位置ズレが生じたまま改質を行ったのでは、非磁性改質相１１の品質を低下させる原因となる。
【００１８】
ここで図３は、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図である。空間２０内の改質金属３が一方に偏ってしまうと、例えば図３（ａ）に示すように、偏った側（図面右側）で改質金属３と電磁鋼板１とが接触する一方、反対側（図面左側）には大きな隙間ができてしまう。このような状態で改質金属３を挟み込んだ２枚の電磁鋼板１同士を、図３（ｂ）に示すように上下から電極５によって挟み込み通電加圧を行うと、通電電流は改質金属３の電磁鋼板１との接触部分を流れ、その部分を中心に改質金属３が溶融する。
【００１９】
従って、改質金属３は電磁鋼板１と接触している図面右側面部から加熱され、十分に溶融するが、電流が通り難い図面左側では溶融が十分でないため、図３（ｃ）に示すような非対称の非磁性改質相１１１が形成されてしまう。この場合、図面右側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下を招くおそれがある。そのため、品質の良いロータ部材１０を得るには、改質金属３の正確な位置決めを行い、図２（ｃ）で示すような非磁性改質相１１が安定的に得られるようにするための方策が必要となる。
【００２０】
そこで、本実施形態では、改質金属３が空間２０の中心に必ず位置するようにし、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、改質金属３を空間２０の中心に位置決めする構成と、それを利用した位置決め工程を有する。図４は、空間２０内の改質金属について行われる位置決めを示した平面図である。本実施形態の改質金属３０は、周側面に三角形状の凹凸が連続して形成された凹凸部３１を有する。一方、凹穴２側には、その底面に改質金属３０の中心Ｏ１を凹穴２の中心Ｏ２に重ねるように位置決めさせるための突起２１が形成されている。突起２１は、Ｏ２を中心とした円の円周上に３箇所配置され、改質金属３０を３点で支持して確実に位置決めできるようにしている。なお、こうした凹凸部３１や突起２１は、改質金属３０や電磁鋼板１をプレスや切削によって加工するのに伴って形成される。
【００２１】
改質金属３０の位置決めは、図２に示した非磁性改質相１１の加工の前工程として行われる。そこでは、下側の電磁鋼板１の各凹穴２に対し改質金属３０が入れられ、上側の電磁鋼板１が凹穴２を合わせるようにして重ねられる。その後、重ねた電磁鋼板１に回転を与えることにより、空間２０内の改質金属３０を遠心力によって外径方向へ移動させる。その際、改質金属３０は、図４（ｂ）に矢印で示すように移動し、凹凸部３１の凹部が突起２１に嵌り込むことにより、凹穴２の中心Ｏ２に改質金属３０の中心Ｏ１が重なるように位置決めされる。そして、こうした位置決め工程の後、非磁性改質相１１の加工工程が実行される。
【００２２】
図５は、位置決めされた改質金属３０によって非磁性改質相を形成する場合の一箇所について示した第１実施形態の断面図である。位置決めされた改質金属３０は、図５（ａ）に示すように、上下両面が電磁鋼板１と接し、径方向の図面横方向には等しく隙間が空くように配置されている。そこで、上下２枚の電磁鋼板１同士が、図５（ｂ）に示すように、改質金属３０が位置する箇所で電極５によって挟み込まれ、通電加圧が行われる。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３０の上下の面を通って流れ、側面側の流れをつくらないため、その接触部分の抵抗発熱によって全体が均等に溶融する。そして、通電終了後に再び凝固することで、図５（ｃ）に示すように、安定した非磁性改質相１１が形成される。
【００２３】
なお、本実施形態では、改質金属３０の位置決めの際、電磁鋼板１は重ねただけの上下方向にほとんど荷重をかけない状態で、回転数２００ｒｐｍ程度の回転が与えられる。また、電磁鋼板１は、板厚が０．３ｍｍであり、そこに形成された凹穴２の径は３．０５ｍｍで深さが０．１５ｍｍである。一方、改質金属３０は、凹凸部３１の最外径が２．５ｍｍであり、厚さが０．４３ｍｍであり、空間２０の高さより０．１３ｍｍ高く、径方向に０．５３ｍｍ分の隙間ができるように寸法が設定されている。そして、上下一対の電極５によって挟み込んで行う通電加圧は、例えば加圧力が２ＫＮ程度とし、電流値は７．２ＫＡ程度で０．１５秒間とする。
【００２４】
本実施形態の製造方法によれば、改質金属３０と空間２０の寸法を調整することにより、改質金属３０が上下両面から発熱して溶融する点で品質のよい非磁性改質相１１が得られる。また、位置決め工程によって適正な位置に改質金属３０を配置させることにより、更に安定して品質のよい非磁性改質相１１をもったロータ部材１０を製造することが可能になった。改質金属３０の位置決めも、凹穴２への挿入後に電磁鋼板１を回転させるだけの簡易な方法であり、作業効率を上げつつ前記品質向上の効果を達成することができた。そして、位置決め工程を実行するための構成も、改質金属３０には凹凸部３１を形成し、凹穴２には突起２１を形成する簡易なものである。
【００２５】
次に、図６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。
【００２６】
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６（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３０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。そして、本実施形態でも図４に示す位置決め工程が実行され、重ねた電磁鋼板４１，４２，４１を回転することにより、空間４０内の改質金属３０に遠心力を与えて外径方向へ移動させ、下側の電磁鋼板４１に形成した突起２１に当てることにより位置決めが行われる。
【００２７】
その後、上下３枚の電磁鋼板４１，４２，４１が、図６（ｂ）に示すように、改質金属３０が位置する箇所で電極５によって挟み込まれ、通電加圧が行われる。このとき通電電流は、電磁鋼板４１と接触している改質金属３０の上下の面を通って流れ、側面側の流れをつくらないため、その接触部分の抵抗発熱によって全体が均等に溶融する。そして、通電終了後に再び凝固することで、図６（ｃ）に示すように、安定した非磁性改質相６１を備えたロータ部材６０が形成される。
【００２８】
よって、本実施形態の製造方法でも、改質金属３０と空間４０の寸法を調整することにより、改質金属３０が上下両面から発熱して溶融する点で品質のよい非磁性改質相６１が得られる。また、位置決め工程によって適正な位置に改質金属３０を配置させることにより、更に安定して品質のよい非磁性改質相６１をもったロータ部材６０を製造することが可能になった。
【００２９】
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、前記実施形態では凹穴２内に突起２１を３箇所設けたが、その突起２１は２箇所であってもよい。また、凹穴２に形成する突起部は、前記実施形態の突起２１のように底面に突き立てるように形成するものの他、スペースによっては円形の壁面から突き出るようなものであってもよい。
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。
【００３０】
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】
【００３１】
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
２１  突起
３０  改質金属
３１  凹凸部
【図１】
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【図２】
2011094190.tif 000004
【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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