(57)【要約】【課題】従来よりも強固な接着力を有し、歪み取り焼鈍後にも剥離することが無く、さらに、完全な絶縁性が確保されている積層鉄心を得ること。【解決手段】Ｒ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２を主成分とするセラミックスでＲ２Ｏを４５％以下とし、６００〜８００℃の範囲でセラミックス層中の液相率を２０〜８０％とし、２０μｍ以下の厚さとしたセラミックス層を電磁鋼板の表面に形成する。前記の鋼板を打ち抜いたコアシートを積層した後、６００℃以上８００℃以下の温度で圧下を施すことによりコアシート相互を圧着一体化する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層鉄心用の電磁鋼板において、その少なくとも一方の表面にＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のセラミックス層を有し、Ｒはアルカリ金属であり、かつＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のセラミックス層の組成において、Ｒ２Ｏを４５％以下とし、６００℃以上８００℃以下の状態におけるセラミックス層中の液相率を２０％以上８０％以下としたことを特徴とする積層鉄心用電磁鋼板。
【請求項２】
前記のＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のセラミックス層の厚さを１μｍ以上２０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の積層鉄心用電磁鋼板。
【請求項３】
Ｒ２Ｏが４５％以下のＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２組成のセラミックス片を粉砕して６０〜３００メッシュ程度のふるいで選別した後、水スラリーとして鋼板上にスプレー掛け、または塗布し、水分を蒸散乾燥させて、鋼板表面にセラミックス層を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の積層鉄心用電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の積層鉄心用電磁鋼板を打ち抜いたコアシートを所定枚数積層し、６００℃以上８００℃以下に加熱した状態において、０．５〜１０ＭＰａの圧力を積厚方向に付加することにより前記コアシート積層体を一体化することを特徴とする積層鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトランスやモータ、発電機等に使用される鉄心材料として構成される積層鉄心用電磁鋼板とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば三相同期モータのステータは、電磁鋼板の打ち抜き片を回転軸の軸方向に積層して構成されている。電磁鋼板には、表面に絶縁層が形成されており、打ち抜き片を積層後に機械的にかしめられたり、コア端部を溶接されたりするが、一部の例においては鋼板にあらかじめ接着層がコーティングされており、接着層を加熱溶融することでコアシートが一体化されるケースもある。こうしたモータの一例としては、特許文献１に示された「可変リラクタンスモータ」などが知られている。
モータコアのコアシートを一体化する方法には電磁鋼板の打ち抜き片を積層して、かしめや溶接することが一般的であるが、かしめや溶接等の加工を施した場合、コアの磁気特性劣化が問題となる。また、かしめや溶接等の積層コアの一体化方法では、部分的に固定するため、振動や騒音の原因となる場合がある。
【０００３】
電磁鋼板の表面には、渦電流損の低減を目的として絶縁被膜が施されている。
この絶縁被膜には、本来の絶縁性のほかに耐食性や打抜き性などの各種機能が付与されているが、これらの被膜特性に接着剤としての機能をさらに付与することが可能で、古くから様々な技術が提案されている。すなわち、かしめや溶接を避ける方法として、電磁鋼板に塗布されている絶縁被膜を加圧と同時に加熱することにより被膜が溶融・融着して隣接する鋼板を接着し、コアを一体化できる、いわゆる接着コーティング（特許文献２、特許文献３など）が考案されている。この接着コーティングはかしめや溶接で生じる問題を軽減でき、最近浸透し始めた技術である。しかしながら、歪取焼鈍温度では接着力が劣化する点が普及の妨げになっていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１１９５６１号公報
【特許文献２】
特公昭４９−３３４９１号公報
【特許文献３】
特公昭５５−９８１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
モータの効率の向上、例えば三相同期モータの出力トルクの増大、形状の小型化を図るためには、磁束密度が高くなり鉄損が増加する。これに対し、鉄損による発熱を抑えるために冷却ファンを大きくするとモータ全体が大きくなる。
改正省エネルギー法が公示され、トップランナー方式が適用されるに至り、電気機器であるモータ等のさらなる低鉄損化が必要となった。この中で接着コーティングは、かしめや溶接に見られるようなコアシート間の短絡がなく、渦電流損失が小さい。しかしながら、接着コーティングは歪取焼鈍により劣化するので、歪取焼鈍するコアには用いられず、歪取焼鈍による鉄損低減効果が享受されていない。
【０００６】
本発明の目的は、従来よりも強固な接着力を有し、歪取焼鈍後にも剥離することが無く、さらに、完全な絶縁性が確保されている積層鉄心を得ることができる、積層鉄心用電磁鋼板およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の具体的な手段は以下の通りである。
（１）  積層鉄心用の電磁鋼板において、その少なくとも一方の表面にＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のセラミックス層を有し、Ｒはアルカリ金属であり、かつＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のセラミックス層の組成において、Ｒ２Ｏを４５％以下とし、６００℃以上８００℃以下の状態におけるセラミックス層中の液相率を２０％以上８０％以下としたことを特徴とする積層鉄心用電磁鋼板。
（２）  前記のＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系のセラミックス層の厚さを１μｍ以上２０μｍ以下としたことを特徴とする（１）の積層鉄心用電磁鋼板。
（３）  Ｒ２Ｏが４５％以下のＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２組成のセラミックス片を粉砕して６０〜３００メッシュ程度のふるいで選別した後、水スラリーとして鋼板上にスプレー掛け、または塗布し、水分を蒸散乾燥させて、鋼板表面にセラミックス層を形成することを特徴とする（１）または（２）に記載の積層鉄心用電磁鋼板の製造方法。
（４）  （１）または（２）の積層鉄心用電磁鋼板を打ち抜いたコアシートを所定枚数積層し、６００℃以上８００℃以下に加熱した状態において、０．５〜１０ＭＰａの圧力を積厚方向に付加することにより前記コアシート積層体を一体化する積層鉄心の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。この積層鉄心用電磁鋼板およびその製造方法において、セラミックス層は積層鉄心用電磁鋼板の少なくとも一方の表面上に形成する。セラミックス層を形成するのは良好な絶縁性を得ると共に、歪取焼鈍温度において鋼板同士を接着するためである。
【０００９】
セラミックス組成をＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の系とした理由は、電磁鋼板を打ち抜いたコアシートを歪取焼鈍する際、８００℃程度の歪取焼鈍温度に達する前後でセラミックス層が溶融し始め、歪取焼鈍終了後、温度降下に伴い固化することにより、面接触している電磁鋼板同士を接着させる為である。ここでＲはアルカリ金属である。
例えば、ＲがＮａの場合、Ｎａ２Ｏを４５％以下とするとセラミックスの溶融温度が低くなり、８００℃程度の歪取焼鈍温度に近づく。ＲがＫ、Ｌｉの場合でも同様の効果が見られた。ところで、セラミックスの溶融温度を一義的に定義することは容易でないため、本発明におけるセラミックスの特徴として、６００〜８００℃の範囲でセラミックス層中の液相率を２０〜８０％と規定した。この条件が満足されれば、通常の歪取焼鈍により、コアシートの一体化を実現することが可能となる。
【００１０】
その他、セラミックスの組成として素地との密着性を向上させる目的でＣｏＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｆも添加可能であるが、ＣｏＯは高価なためＮｉＯ、ＭｎＯと兼用する場合がある。Ｓｂ２Ｏ３は鋼板との密着促進剤として、以下に説明する実施例中において少量添加した。
【００１１】
また、セラミックス層の厚さは２０μｍを越えると積層鉄心の占積率が悪くなり、巻線を巻いて通電した場合、より励磁電流が必要になるため２０μｍ以下とした。１μｍ未満になると鋼板上にセラミックスが存在しない部分が発生し、密着性が悪くなるため、厚さの下限を１μｍとした。
【００１２】
製造法に関しては、セラミックスの粉末を水スラリーとするが、この粉が粗いと乾燥後に表面粗度が粗くなり、剥離しやすく、一方、細かすぎると表面に付着しにくいため７０μｍ程度の粉末径が得られる６０〜３００メッシュ程度のふるいで選別した。これを水スラリーとして鋼板上に塗るが、ロールコーターで塗布してもスプレーで塗布しても構わない。その後水分を蒸散乾燥させる。
【００１３】
本発明の積層鉄心用電磁鋼板を打ち抜き、所定の枚数積層して、これらを一体化するための熱処理は、既存の熱処理炉、例えば電機メーカでの歪取り焼鈍炉で行うのが効率がよい。これらの炉の熱処理温度は通常７００〜８５０℃であり、接着性を発揮させるためにセラミックスの溶融温度がこの温度域に入るように成分を規定した。これ以外の成分では、例えば保定を含む加熱冷却時間にセラミックスが溶融し積層間外部へ逃げたり、または保定時間に溶融しないという不具合があるため望ましくない。なお、この熱処理を電機メーカでのセミプロセス材の歪取り焼鈍と兼ねて実施すればさらに作業効率が良くなる。
【００１４】
また、本工程においては鋼板同士の接着を強めるため、高温圧下によって接着強度を高めることを狙った。圧下時の温度はセラミックスが溶融し、かつ鋼板の歪取が可能な６００〜８００℃に限定した。本圧下はセラミックスが溶融し、鋼板の凹凸表面に密着してセラミックスが接着することを狙ったものであり、圧下を加えると剥離しにくくなる効果がある。圧下は０．５ＭＰａを下回ると剥離しやすく、１０ＭＰａを越えると密着性は保たれるが、鋼板がセラミックスに押し付けられ磁気特性が劣化した。従って、圧下は０．５ＭＰａから１０ＭＰａまでと規定した。
以下、実施例にもとづき本発明を説明する。
【００１５】
【実施例】
［実施例１］
セラミックスの成分が３２％ＳｉＯ２、２４％Ｂ２Ｏ３、２１％Ｎａ２Ｏ、１５％Ｓｂ２Ｏ５その他ＣａＦ等の微量成分になるよう、生原料やガラス質フリットを混合して組成を調整し、横型ボールミルで粉砕度を２００メッシュにした粉末を水に溶かしてスラリー状にし、０．５ｍｍ厚電磁鋼板表面に乾燥後の付着量が１０ｇ／ｍ２となるように溝着きロールで塗布した後、炉温３２０℃で６０秒間乾燥処理した。この電磁鋼板を１４０ｍｍ×１４０ｍｍに切断して３０枚積層し、７ＭＰａの圧力を付加しつつ７５０℃×２時間の熱処理により接着固定して積層ブロックとした。この積層ブロックからレーザー切断により内径７０ｍｍ、外形１００ｍｍのリング状サンプルを作製し、巻線を施し、ワットメータで鉄損を測定して磁気特性を評価した。その結果を表１に示す。
また、表１の接着力は接着した面の水平方向強度である剪断引っ張り強度を用いて評価した。幅３０ｍｍ×長さ６０ｍｍの大きさの試験片を２枚用いて接着部分の面積が３００ｍｍ２になるように試験片の一部をラップさせて積み重ね、接着後、引っ張り試験機を用いて測定した。
【００１６】
［実施例２］
セラミックスの成分が５０％ＳｉＯ２、３２％Ｂ２Ｏ３で熱膨張係数の高いＮａ２Ｏを１６％に抑え、その他ＣａＦ等の微量成分になるよう、生原料やガラス質フリットを混合して組成を調整し、湿式回粉砕で粉砕度２００メッシュにした粉末を水に溶かしスラリー状にし、０．５ｍｍ厚電磁鋼板表面に乾燥後の付着量が１２ｇ／ｍ２となるように溝着きロールで塗布した後、炉温３２０℃で６０秒間乾燥処理した。この電磁鋼板を１４０ｍｍ×１４０ｍｍに切断して３０枚積層し、８ＭＰａの圧力で圧下し７５０℃×２時間の熱処理により接着固定して積層ブロックを構成した。この積層ブロックからレーザー切断により内径７０ｍｍ、外形１００ｍｍのリング状サンプルを作製し、巻線を施し、ワットメータで鉄損を測定して磁気特性を評価した。その結果を表１に示す。
また表１の接着力は接着した面の水平方向強度である剪断引っ張り強度を用いて評価した。幅３０ｍｍ×長さ６０ｍｍの大きさの試験片を２枚用いて接着部分の面積が３００ｍｍ２になるように試験片の一部をラップさせて積み重ね、接着後、引っ張り試験機を用いて測定した。
【００１７】
［比較例１］
セラミックスの成分が３０％ＳｉＯ２、３０％Ｂ２Ｏ３、３４％Ｎａ２Ｏの成分で、その他ＣａＦ等の微量成分を原料とする粉末になるよう、生原料やガラス質フリットを混合して組成を調整し、横型ボールミルで粉砕度２００メッシュにし、配合調整した粉末を水に溶かしてスラリー状にし、０．５ｍｍ厚電磁鋼板表面に乾燥後の付着量が９ｇ／ｍ２となるように溝着きロールで塗布した後、炉温３２０℃で６０秒間乾燥処理した。この電磁鋼板を１４０ｍｍ×１４０ｍｍに切断して３０枚積層し、８ＭＰａの圧力で８００℃×２時間の熱処理により接着固定して積層ブロックとした。この積層ブロックからレーザー切断により内径７０ｍｍ、外形１００ｍｍのリング状サンプルを作製し、巻線を施し、ワットメータで鉄損を測定して磁気特性を評価した。その結果を表１に示す。
尚、接着力は接着した面の水平方向強度である剪断引っ張り強度を用いて評価した。幅３０ｍｍ×長さ６０ｍｍの大きさの試験片を２枚用いて接着部分の面積が３００ｍｍ２になるように試験片の一部をラップさせて積み重ね、接着後、引っ張り試験機を用いて測定した。
【００１８】
［比較例２］
ポリウレタン樹脂を有機溶剤で溶解し、０．５ｍｍ厚電磁鋼板表面に乾燥後の付着量が１０ｇ／ｍ２となるようにスプレーで塗布した後、炉温３２０℃で６０秒間乾燥処理した。この電磁鋼板を１４０ｍｍ×１４０ｍｍに切断し、３０枚積層し、８ＭＰａの圧力で７００℃×２時間の熱処理により接着固定して積層ブロックとした。この積層ブロックからレーザー切断により内径７０ｍｍ、外形１００ｍｍのリング状サンプルを作製し、接着力評価用サンプルも比較例１と同様に作製し、磁気特性および接着力を測定した。その結果を表１に示す。
表１に示すように実施例１、２のみレーザー切断後に積層分離、端面の溶着が現れず、歪取り焼鈍後においても積層鋼板が強固に接着されていることが認められた。
【００１９】
［比較例３］
湿式回粉砕で粉砕度２００メッシュにし、配合調整した７０％ＳｉＯ２、２．５％Ｂ２Ｏ３、１０％Ｎａ２Ｏの成分の粉末を水に溶かしスラリー状にし、０．５ｍｍ厚電磁鋼板表面に乾燥後の付着量が１２ｇ／ｍ２となるようにスプレーで塗布した後、炉温３２０℃で６０秒間乾燥処理した。この電磁鋼板を１４０ｍｍ×１４０ｍｍに切断し、３０枚積層し、７ＭＰａの圧力で７５０℃×２時間の熱処理により接着固定して積層ブロックとした。この積層ブロックからレーザー切断により内径７０ｍｍ、外形１００ｍｍのリング状サンプルを作製し、接着力、磁気特性を測定した。
その結果を表１に示す。
この粉末では１０００℃程度に加熱しないと粉末は溶けず、接着できなかった。
【００２０】
［比較例４］
湿式回粉砕で粉砕度２００メッシュにし、配合調整した６０％ＳｉＯ２、２０％Ｂ２Ｏ３、８．６％Ｎａ２Ｏの成分の粉末を水に溶かしスラリー状にし、０．５ｍｍ厚電磁鋼板表面に乾燥後の付着量が１０ｇ／ｍ２となるように溝着きロールで塗布した後、炉温３２０℃で６０秒間乾燥処理した。この電磁鋼板を１４０ｍｍ×１４０ｍｍに切断し、３０枚積層し、８ＭＰａの圧力で７５０℃×２時間の熱処理により接着固定して積層ブロックとした。この積層ブロックからレーザー切断により内径７０ｍｍ、外形１００ｍｍのリング状サンプルを作製し、接着力、磁気特性を測定した。その結果を表１に示す。
この粉末では１０００℃程度に加熱しないと粉末は溶けず、また溶解時には泡が発生した。したがって８００℃以下では接着できなかった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の積層鉄心用電磁鋼板を用いて、従来よりも強固な接着力を有し、歪み取り焼鈍後にも剥離することが無く、さらに、完全な絶縁性が確保されている積層鉄心を得ることができる効果がある。