(57)【要約】【課題】高占積率を維持したままで、損失割合を小さくした積層体を提供する。【解決手段】軟磁性金属薄体からなる薄体積層体と薄体積層体の表面に設けられている絶縁層とを備え、軟磁性金属薄体１層の厚さが１００μｍ以下であり、軟磁性金属薄体が表面に酸化被膜を有し、薄体積層体が少なくとも２層の軟磁性金属薄体からなり、薄体積層体と絶縁層とが交互に配置されているコアに用いるための積層体に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性金属薄体からなる薄体積層体と薄体積層体の表面に設けられている絶縁層とを備え、
軟磁性金属薄体１層の厚さが１００μｍ以下であり、
軟磁性金属薄体が表面に酸化被膜を有し、
薄体積層体が少なくとも２層の軟磁性金属薄体からなり、
薄体積層体と絶縁層とが交互に配置されている
コアに用いるための積層体。
【請求項２】
軟磁性金属薄体１層の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、薄体積層体が、２層〜２０層の軟磁性金属薄体からなる、請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
絶縁層１層が、１０００Ω・ｍ以上の抵抗値を有する、請求項１又は２に記載の積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのコアなどに用いられる積層体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車などの駆動用モータをはじめ、車両に搭載される多くのモータにおいては、コア部分などに磁性部品が使用されている。これら磁性部品の高効率化、高利得化のための技術開発が日々おこなわれている。
【０００３】
例えば特許文献１には、厚さが８〜３５μｍの軟磁性金属薄体を複数枚積層した積層板であって、金属薄体間の熱硬化性樹脂の各厚さが０．５μｍ〜２．５μｍ、積層板の総厚さが５０μｍ〜２５０μｍであることを特徴とする打抜き加工用の積層板が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、ポリアミド酸溶液を用いて軟磁性金属薄体を複数枚積層した軟磁性金属薄体積層体であって、積層方向の占積率が９５％以上であることを特徴とする、金属薄体間の密着強度の高い軟磁性金属薄体積層体が記載されている。
【０００５】
特許文献３には、非晶質金属磁性薄体からなる積層体より構成され、前記非晶質金属磁性薄体からなる積層体が、窒素雰囲気気流下３００℃、１時間の熱履歴を経た際の熱分解による樹脂の重量減少率が１重量％以下であることを特徴とする耐熱性樹脂層と非晶質金属磁性薄体層が交互に積層されており、さらに前記非晶質金属磁性薄体層が、引張強度が５００ＭＰａ以下の非晶質金属層と、引張強度が５００ＭＰａ以上の非晶質金属層とからなることを特徴とする、高機械的強度を有する非晶質金属磁性積層板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１３４１０号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／１１６９３７号
【特許文献３】特開２００４−４２３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術における積層体では、損失割合を小さくするために、１層の軟磁性金属薄体と１層の軟磁性金属薄体との間に１層の樹脂層（絶縁層）を設けているため、積層体の体積当たりの樹脂層の割合が大きくなる、すなわち、占積率が小さくなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、高占積率を維持したままで、損失割合を小さくした積層体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
積層モータコアでは、積層する軟磁性金属薄体の厚さが薄いほどモータの損失低下につながる。つまり、薄い軟磁性金属薄体（箔状の軟磁性金属材料、本明細書等では「軟磁性箔材」とも称し、詳細は下記に記載する）を積層した積層モータコアでは、厚い軟磁性金属薄体を積層したものと比較して渦電流が小さくなり、渦電流損失が低下する。したがって、モータの損失を低下させるためには、軟磁性金属薄体を薄く箔材化することが考えられる。
【００１０】
一方で、軟磁性金属薄体と軟磁性金属薄体の間が導通すると渦電流が大きくなり、ひいては大きな渦電流損失につながる。つまり、軟磁性金属薄体同士の間に、導通を妨げるもの、すなわち絶縁層が配置されていない積層モータコアでは、軟磁性金属薄体の層数が多くなるにつれて、絶縁層が配置されたものと比較して渦電流が大きくなり、渦電流損失が大きくなる。したがって、軟磁性金属薄体と軟磁性金属薄体の間には、層間を導通させないように、絶縁層を配置する必要がある。
【００１１】
以上により、渦電流損失を低下させるためには、軟磁性箔材を積層して積層モータコアを製造し、さらに、層間の導通を防ぐため、軟磁性箔材と軟磁性箔材の間に絶縁層を配置することが考えられる。しかしながら、軟磁性箔材と軟磁性箔材の間全てに絶縁層を配置すると、積層モータコアにおける占積率が大きく低下してしまう。このようにして製造された軟磁性箔材積層モータコアでは、同体積の従来の軟磁性金属薄体と絶縁層とを交互に積層して製造した積層モータコア（従来品）と比較して磁気特性が低下してしまい、従来品と同性能を得るためには、軟磁性箔材積層モータコアの体積を増加する必要がある。
【００１２】
そこで、本発明者らは、前記課題を解決するための手段を種々検討した結果、コアに用いるための積層体において、軟磁性金属薄体として表面に酸化被膜を有する一定の厚さの軟磁性箔材を使用し、複数層の軟磁性箔材ごとに１層の絶縁層を配置することによって、高占積率を維持しながら損失割合を小さくすることができることを見出し、本発明を完成した。
【００１３】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）軟磁性金属薄体からなる薄体積層体と薄体積層体の表面に設けられている絶縁層とを備え、
軟磁性金属薄体１層の厚さが１００μｍ以下であり、
軟磁性金属薄体が表面に酸化被膜を有し、
薄体積層体が少なくとも２層の軟磁性金属薄体からなり、
薄体積層体と絶縁層とが交互に配置されている
コアに用いるための積層体。
（２）軟磁性金属薄体１層の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、薄体積層体が、２層〜２０層の軟磁性金属薄体からなる、（１）に記載の積層体。
（３）絶縁層１層が、１０００Ω・ｍ以上の抵抗値を有する、（１）又は（２）に記載の積層体。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、高占積率を維持したままで、損失割合を小さくした積層体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の積層体の積層構造の一例を示す図である。
【図２】比較例１〜３及び実施例１〜４の損失割合を示す図である。
【図３】比較例１〜３及び実施例１〜４の占積率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
本明細書では、適宜図面を参照して本発明の特徴を説明する。図面では、明確化のために各部の寸法及び形状を誇張しており、実際の寸法及び形状を正確に描写してはいない。それ故、本発明の技術的範囲は、これら図面に表された各部の寸法及び形状に限定されるものではない。なお、本発明の積層体は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良などを施した種々の形態にて実施することができる。
【００１７】
本発明は、軟磁性金属薄体からなる薄体積層体と薄体積層体の表面に設けられている絶縁層とを備え、軟磁性金属薄体１層の厚さが一定の範囲であり、軟磁性金属薄体が表面に酸化被膜を有し、薄体積層体が複数層の軟磁性金属薄体からなり、薄体積層体と絶縁層とが交互に配置されているコアに用いるための積層体に関する。
【００１８】
本発明において、軟磁性金属薄体とは、比較的容易に磁極が反転する（一般的に保磁力が８００Ａ／ｍ以下）金属の薄帯を指す。
【００１９】
本発明における軟磁性金属薄体は、１層（１枚）の厚さが１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ〜１００μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍである。このような厚さを有する薄い軟磁性金属薄体は、本明細書等では、「軟磁性箔材」とも称する。
【００２０】
軟磁性金属薄体が前記範囲の厚さを有する軟磁性箔材であることにより、本発明の積層体を用いて製造された積層モータコアでは、モータの損失を低下させることができる。
【００２１】
軟磁性箔材としては、当該技術分野において従来知られているものを使用することができ、例えば、主金属として鉄（Ｆｅ）及び／又はコバルト（Ｃｏ）、合金元素としてホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びニオブ（Ｎｂ）からなる群から選択される１種以上の元素を含む合金からなる軟磁性箔材が挙げられる。
【００２２】
軟磁性箔材において、Ｆｅ及び／又はＣｏの量は、軟磁性箔材の全元素の合計原子数に対して、通常８０原子％以上、好ましくは８０原子％〜９０原子％である。
【００２３】
軟磁性箔材において、合金元素の量は、軟磁性箔材の全元素の合計原子数に対して、通常２０原子％以下、好ましくは１０原子％〜２０原子％である。
【００２４】
本発明の軟磁性箔材は、表面に酸化被膜を有する。
【００２５】
酸化被膜の厚さは、通常軟磁性箔材の約１／１０００、すなわち約１００ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ〜８０ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ〜５０ｎｍである。
【００２６】
酸化被膜は、フェライトであり、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３）と同じ結晶構造を有する。酸化被膜の結晶構造は、例えば薄膜Ｘ線回折により確認することができる。
【００２７】
本発明において、軟磁性箔材が表面に酸化被膜を有することによって、軟磁性箔材と軟磁性箔材の間全てに絶縁層を配置することなく、下記に示す複数層の軟磁性箔材からなる薄体積層体ごとに絶縁層を配置すればよく、高占積率を維持したまま、損失割合を小さくすることができる。当該効果は、酸化被膜が軟磁性箔材同士を積層した際の軟磁性箔材間の導通を妨げる絶縁作用を担うために生じると推察されるが、本発明は、当該推察により限定されない。
【００２８】
本発明の軟磁性箔材は、当該技術分野において従来知られている方法を使用して製造することができ、例えば単ロール液体急冷法を使用して製造することができる。単ロール液体急冷法では、例えば、株式会社日新技研製の液体急冷凝固装置ＮＡＶ−Ａ３型を使用して、溶解室内部を高真空状態にした後、アルゴンガス雰囲気中としてノズル内の母合金を高周波溶解して溶融合金とし、所定の温度に達した後、ノズル口より高速回転する銅ロール表面に速やかに噴出し、製造することができる。単ロール液体急冷法については、例えば、中川惠友ら、「単ロール液体急冷法による急冷凝固Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金薄帯作製に及ぼす噴出温度の影響」、日本金属学会誌、第７３巻、第１０号（２００９）、７６４頁〜７６７頁に記載されている方法を参照することができる。このようにして製造された軟磁性箔材の表面には、前記酸化被膜が形成されている。
【００２９】
本発明において、薄体積層体とは、少なくとも２層、好ましくは２層〜２０層、より好ましくは５層〜１０層の軟磁性箔材からなる積層体である。
【００３０】
したがって、薄体積層体全体の厚さは、通常２０μｍ〜７００μｍ、好ましくは５０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは１００μｍ〜３００μｍである。
【００３１】
本発明において、絶縁層とは、絶縁体により形成される層であり、当該技術分野において従来知られているものを使用することができる。絶縁層は、限定されないが、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂、アルキッド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、イミド変性アクリル樹脂を含む。さらに、絶縁層は、無機フィラーを含んでもよい。
【００３２】
本発明において求められる絶縁層の抵抗値は、通常１０００Ω・ｍ以上、好ましくは１０００Ω・ｍ〜５０００Ω・ｍが良い。絶縁層の厚さは、通常絶縁層が前記抵抗値を有するように設定され、限定されない。
【００３３】
本発明の積層体では、絶縁層は薄体積層体の表面に配置され、薄体積層体と絶縁層とは交互に配置されている。したがって、絶縁層は、薄体積層体と薄体積層体との間に配置される。
【００３４】
図１に、本発明の積層体の積層構造の一例を示す。図１に示す本発明の積層体では、第１の絶縁層２上に軟磁性箔材１を５層積層させることで形成された第１の薄体積層体が積層され、第１の薄体積層体の上側の表面上に第２の絶縁層２が積層され、第２の絶縁層２上に軟磁性箔材１を５層積層させることで形成された第２の薄体積層体が積層され、第２の薄体積層体の上側の表面上に第３の絶縁層２が積層され、第３の絶縁層２上に軟磁性箔材１を５層積層させることで形成された第３の薄体積層体が積層され、第３の薄体積層体の上側の表面上に第４の絶縁層２が積層されている。
【００３５】
本発明の積層体では、複数層の軟磁性箔材により形成されている薄体積層体ごとに１層の絶縁層が配置されているので、積層体における絶縁層の体積割合を、従来の１層の軟磁性金属薄体ごとに１層の絶縁層を有する積層体と比較して少なくすることができ、積層体の体積当たりの性能、例えば磁気特性を向上することができる。
【００３６】
本発明の積層体は、コア、例えばモータコア、ステータコア以外にも、リアクトルコア、トランスコアなどに用いることができる。
【００３７】
本発明の積層体は、当該技術分野において従来知られている積層方法を用いて製造することができる。
【００３８】
例えば、本発明の積層体は、軟磁性箔材を前記層数積層させて形成させた薄体積層体と、絶縁層とを交互に積層させることにより形成することができる。すなわち、まず軟磁性箔材を前記層数積層させて第１の薄体積層体を形成させ、次に第１の薄体積層体の表面上に第１の絶縁層を形成させ、さらに第１の絶縁層の表面上に軟磁性箔材を前記層数積層させて第２の薄体積層体を形成させ、その後第２の薄体積層体の表面上に第２の絶縁層を形成させ、さらに所望する積層体の厚さになるまで前記工程を繰り返すことにより製造することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明に関するいくつかの実施例につき説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００４０】
以下の比較例１〜３及び実施例１〜４において、積層体を作製した。比較例１及び２並びに実施例１〜４の積層体を作製する際に用いた軟磁性箔材は、急冷法で作製した組成Ｆｅ８０原子％以上の急冷箔材であり、厚さは２５μｍであり、ＴＥＭ画像で測定した酸化被膜の厚さは、約５０ｎｍであった。
【００４１】
比較例１
軟磁性箔材を１層積層させて、絶縁層（１μｍ、絶縁抵抗値１０００Ω・ｍ）を１層積層させることにより、厚さ約２６μｍの積層体を作製した。
【００４２】
比較例２
軟磁性箔材を３０層積層させて、絶縁層（１μｍ、絶縁抵抗値１０００Ω・ｍ）を１層積層させることにより、厚さ約７５１μｍの積層体を作製した。
【００４３】
比較例３
電磁鋼板（２５０μｍ、３％シリコン−Ｆｅの、酸化被膜有、圧延で作製）を１層積層させて、絶縁層（１μｍ、絶縁抵抗値１０００Ω・ｍ）を１層積層させることにより、厚さ約２５１μｍの積層体を作製した。
【００４４】
実施例１
軟磁性箔材を２層積層させて、絶縁層（１μｍ、絶縁抵抗値１０００Ω・ｍ）を１層積層させることにより、厚さ約５１μｍの積層体を作製した。
【００４５】
実施例２
軟磁性箔材を５層積層させて、絶縁層（１μｍ、絶縁抵抗値１０００Ω・ｍ）を１層積層させることにより、厚さ約１２６μｍの積層体を作製した。
【００４６】
実施例３
軟磁性箔材を１０層積層させて、絶縁層（１μｍ、絶縁抵抗値１０００Ω・ｍ）を１層積層させることにより、厚さ約２５１μｍの積層体を作製した。
【００４７】
実施例４
軟磁性箔材を２０層積層させて、絶縁層（１μｍ、絶縁抵抗値１０００Ω・ｍ）を１層積層させることにより、厚さ約５０１μｍの積層体を作製した。
【００４８】
比較例１〜３及び実施例１〜４で作製した各積層体について、損失割合と占積率を測定した。
【００４９】
なお、損失割合は、積層体を励磁コアで挟み、積層体の積層方向に圧縮応力を印加することで磁束密度Ｂと磁界強度Ｈを計測し、ＢＨ軌跡の面積を計算する測定方法にしたがい測定した。
【００５０】
占積率は、下記式
占積率＝（軟磁性箔材又は電磁鋼板の厚さ×積層枚数）／（積層体の厚さ）×１００
にしたがい計算した。
【００５１】
図２に比較例１〜３及び実施例１〜４の損失割合を示す。図２における損失割合は、比較例１の損失割合を１００％とした場合の相対値である。図２の棒グラフでは、比較例１及び２並びに実施例１〜４を左から順に絶縁層と絶縁層との間の軟磁性箔材の層数、すなわち薄体積層体における軟磁性箔材の層数が増加するように並べ、一番右には従来品である電磁鋼板と絶縁層とを交互に積層して作製した積層体である比較例３の結果を示した。図２より、薄体積層体における軟磁性箔材の層数が増加すると損失割合が指数関数的に増加する傾向があることがわかった。薄体積層体における軟磁性箔材の層数が２０層以下では、従来品である比較例３の損失割合よりも小さくなることがわかった。
【００５２】
図３に比較例１〜３及び実施例１〜４の占積率を示す。図３の棒グラフでは、比較例１及び２並びに実施例１〜４を左から順に絶縁層と絶縁層との間の軟磁性箔材の層数、すなわち薄体積層体における軟磁性箔材の層数が増加するように並べ、一番右には従来品である電磁鋼板と絶縁層とを交互に積層して作製した積層体である比較例３の結果を示した。図３より、薄体積層体における軟磁性箔材の層数が増加すると占積率が増加する傾向があることがわかった。薄体積層体における軟磁性箔材の層数が２層では、占積率が９５％を超え、特に薄体積層体における軟磁性箔材の層数が５層では、占積率は９８％を超え、薄体積層体における軟磁性箔材の層数が５層以上では、占積率が１００％に漸近することがわかった。
【００５３】
一般的に、モータには低損失、高占積率が求められる。本発明において用いられる軟磁性箔材は極めて薄いため、絶縁層の配置の仕方でそれらの特性が大きく変化する。本発明によって、積層体の薄体積層体において、厚さが２５μｍの軟磁性箔材の層数を少なくとも２層、好ましくは２層〜２０層、より好ましくは５層〜１０層にすることにより、積層体の低損失と高占積率を両立できることがわかった。
【符号の説明】
【００５４】
１．薄い軟磁性金属薄体（軟磁性箔材）、２．絶縁層
【図１】
2019216149.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019216149.tif 000005