JP3509475B2

JP3509475B2 - 歪取焼鈍後の耐焼付き性とすべり性に優れた絶縁被膜を有する無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JP3509475B2
Application number: JP17010597A
Authority: JP
Inventors: 勝郎山口; ゆか小森; 光正黒沢
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2004-03-22
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JPH1112756A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、所定形状に切断
または打抜きした無方向性電磁鋼板の歪取焼鈍において
鋼板同志の融着がなく、歪取焼鈍しても優れたすべり性
を発揮する無機−有機混合組成の絶縁被膜を有する無方
向性電磁鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】モーターや電気機器の鉄心に利用される
無方向性電磁鋼板は、鋼板の表面に電気絶縁被膜を形成
したのち、所定の巾にスリットしその後鉄心形状に打抜
き、ついで積層してその端面をＴＩＧ溶接あるいはカシ
メによって固定して組立てられる。更に加工歪みによる
鉄損劣化の除去と結晶組織の改善による磁束密度の向上
をはかるために７００〜８００℃の温度で歪取焼鈍を施
すこともある。従って無方向性電磁鋼板の絶縁被膜に要
求される特性は、電気絶縁性に優れることは勿論のこ
と、密着性、耐食性、打抜き性、溶接性および耐熱性な
ど多くの特性が要求される。またＥＩ鉄心のように歪取
焼鈍を施した後に積層作業がある場合は焼鈍しても鋼板
同志の融着がなく、すべり性に優れることが重要であ
る。

【０００３】従来からこれらの要求特性を満足させるた
めに種々の組成の絶縁被膜が開発され、また改良されて
きた。なかでも打抜き性に関しては有機樹脂の利用によ
り、著しく向上することがみいだされ、最近では主剤の
クロム酸塩、リン酸塩あるいは低温で造膜可能な無機コ
ロイド状組成物に水溶性樹脂、エマルジョン樹脂を混合
した無機−有機混合組成の絶縁被膜が最も多く利用され
ている。

【０００４】しかしながら、上記混合組成の絶縁被膜
は、有機物の耐熱温度が約４００℃前後であるため、電
磁鋼板の需要家における歪取焼鈍のように７００〜８０
０℃の高温で焼鈍すると、被膜中の有機物は焼失しポー
ラスな被膜構造になる。そのため、焼鈍後は電気絶縁
性、耐食性および鋼板のすべり性など電磁鋼板の絶縁被
膜としての重要な被膜特性は喪失してしまう。

【０００５】このように水溶性樹脂やエマルジョン樹脂
をクロム酸塩、リン酸塩あるいは無機コロイド状溶液に
添加した無機−有機混合被膜は鋼板の打抜き性は優れて
いるけれども、歪取焼鈍を施した場合の被膜特性は極度
に劣化するといった根本的な問題を有し、その被膜改善
が強く望まれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記混合被膜の耐焼鈍
性を改善する手段として、特公昭５５−１３４８号公報
にはリン酸、クロム酸、硼酸、チオ結合を有する水溶性
有機化合物、およびミョウバンを混合した処理液を電磁
鋼板に塗布する方法が開示されている。又、特開平５−
６５６６３号公報にはクロム酸塩とエマルジョン樹脂を
主成分とする処理液に、粒子径１〜３０μｍのＳｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂などのコロイド
状無機物を添加する絶縁被膜処理法が開示されている。
これらの先行技術は、無機組成物の焼鈍温度に対する耐
熱性を利用した技術で、歪取焼鈍による耐焼付き性や電
気絶縁性の劣化は防止できるが、打抜き性が悪い。又、
歪取焼鈍後のすべり性も期待できるものではなかった。
そこで、打抜性、溶接性、すべり性の改良を狙って粉末
樹脂を添加する方法が提案されている。

【０００７】例えば特開平３−２４０９７０号公報には
粒子径０．２〜０．５μｍの微細粒のエマルジョン樹脂
と、粒子径１〜５０μｍの粗粒樹脂を配合したクロム酸
塩、リン酸塩水溶液を塗布する方法。特開平４−２１８
６７７号公報には粒子径２〜２０μｍの球状樹脂粉末を
クロム酸塩を主剤とするエマルジョン樹脂配合処理液に
添加し、電磁鋼板の表面にＲａ＝０．３〜０．５μｍの
表面粗さを有する絶縁被膜処理方法である。これらの方
法は粗粒樹脂を添加することによって焼鈍後は被膜表面
の粗粒樹脂がカーボンファイバー状突起物として残り、
鋼板の焼付防止とすべり性の改善を計ろうとするもので
あるが、被膜表面のカーボンファイバー状突起物は付着
性が弱く、ＥＩ鉄心の積層作業で容易に剥落してしま
う。そのため、積層後のＥＩ片は被膜表面にすり疵が多
く発生し、電気絶縁性や耐食性が損なわれるといった問
題を有していた。

【０００８】このように従来技術では有機組成物を含有
する無機−有機混合被膜に新たな無機組成物や粗粒樹脂
を配合する方法が提案されてきたが、これらの技術をも
ってしても打抜き性の劣化や焼鈍後のすり疵発生に伴う
電気絶縁性や耐食性の劣化が生じ、電磁鋼板の加工メー
カーの要求を満足したものではなかった。従って本発明
は無機−有機混合被膜において、従来の被膜性能を損う
ことなく、上記被膜欠陥の発生を防止し歪取焼鈍時の耐
焼付き性と鉄心加工時のすべり性に優れた被膜を有する
無方向性電磁鋼板を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは粗粒樹脂を
添加することによって新たに発生する被膜欠陥を防止す
るためには、打抜性を劣化することなく焼鈍後は被膜表
面に固着し、容易に剥落しない添加剤の開発が有効と考
え添加物の組成、形態、添加量について種々の調査を重
ねた。その結果後に詳述するような無機物の特性と有機
物の特性を有する微粉末を微量配合することにより、焼
鈍前の打抜き加工段階では有機樹脂特有の潤滑性を有
し、歪取焼鈍後は無機物特有の耐熱性を有し、しかも添
加物は歪取焼鈍過程で被膜中に固着し、従来技術の欠点
であった電気絶縁性や耐食性の新たな被膜欠陥の発生を
まねくことなく、耐焼付き性とすべり性を改善すること
を見い出し本発明の完成に到った。

【００１０】すなわち本発明の要旨とするところはクロ
ム酸系化合物およびリン酸系化合物から選択される１種
以上と有機組成物を基本成分とする無機−有機混合被膜
中に乾燥後膜厚の０．５〜３．０倍の平均粒子径からな
る球状単分散微粒子のシリコーン樹脂を１〜２０重量％
含有した絶縁被膜を有する無方向性電磁鋼板である。

【００１１】本発明の他の要旨は、クロム酸、リン酸系
化合物を主剤として用いずに、無機コロイド組成物と有
機組成物を基本成分とする無機−有機混合被膜中に乾燥
後膜厚の０．５〜３．０倍の平均粒子径からなる球状単
分散微粒子のシリコーン樹脂を１〜２０重量％含有した
絶縁被膜を有する無方向性電磁鋼板である。上記いずれ
の場合も、絶縁被膜の乾燥後の膜厚が０．１〜３．０μ
ｍの範囲内であるのが好ましい。

【００１２】

【作用】

（本発明で使用するシリコーン樹脂）本発明の特徴は無
機−有機混合被膜を有する無方向性電磁鋼板を所定の形
状に打抜き、その後７００〜８００℃の温度で歪取焼鈍
を施す過程で生じる鋼板同志の融着と樹脂の熱分解に伴
うすべり性の劣化を防止するために、耐熱性に優れた球
状のシリコーン樹脂微粒子を被膜に含有することにあ
る。

【００１３】このシリコーン樹脂は≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡
のシロキサン結合を骨格とした三次元の網状構造をな
し、潤滑性、耐熱性、耐薬品性に優れるなど、有機物と
無機物の長所をそなえている。そのため被膜は潤滑性が
向上し、鋼板の打抜性は有利に作用する。又、処理液を
調合する際もクロム酸塩やリン酸塩の強酸に混合しても
変質や分解することがなく、しかも無機物微粉末に比べ
比重が比較的小さい（ＳＧ１．３）ことから処理液中で
沈殿が生じにくく液管理が容易である。最大の特徴はシ
ロキサン特有の耐熱性を示し、歪取焼鈍温度の７００〜
８００℃温度では溶融することなく、約１０％程度の重
量減少にすぎない。そのため、歪取焼鈍を施しても焼失
することなく、シリコーン樹脂粉末はシリカの焼結体と
して被膜中に残り、強固に結合しているので、焼鈍後の
鉄心積層過程では剥落しないので、電気絶縁性の低下や
耐食性劣化はおこらないなど、従来技術の無機粉末添加
の欠点と粗粒樹脂添加により新たに発生する被膜欠陥を
一挙に改善できる。

【００１４】本発明で使用するシリコーン樹脂粒子は球
状の単分散タイプの微粒子であり、角ばった表面をもた
ない比較的なめらかな表面を有し、凝集体でなく均一な
単一粒子をなすものである。特に真球状のものが打抜き
性と焼鈍後のすべり性の点から望ましい。このような微
粒子のシリコーン樹脂を含む被膜は微細な凹凸を有した
表面形状になり、焼鈍後もその形状が維持されるので焼
鈍過程で鋼板同志の融着が防止でき、しかも焼鈍後のす
べり性を改善することができる。

【００１５】第１図は、公知の方法で処理した板厚０．
５ｍｍの無方向性電磁鋼板の仕上焼鈍済みの切板に、粒
子径０．３〜４５μｍの範囲の粒子径の異なる真球状の
シリコーン樹脂粉末を添加した下記の処理液をゴムロー
ルで塗布し到達板温３００℃で焼付処理した。得られた
被膜を乾燥（Ｄｒｙ）Ｎ₂中で７５０℃の歪取焼鈍を行
った後、すべり性と耐発粉性を後述する方法で調査し、
その値をシリコーン樹脂の粒子径／膜厚に対して図示し
た。なお膜厚は塗布乾燥後、光顕観察による断面膜厚で
シリコーン樹脂が表面に突起していない部分の平均膜厚
で目標膜厚１．０μｍに対し０．７〜１．３μｍであっ
た。

【００１６】処理液（数値は被膜固形分としての重量
％）重クロム酸マグネシウム４５ｗｔ％酢酸ビニル／ベオバエマルジョン樹脂２５ｗｔ％エチレングリコール８ｗｔ％硼酸１２ｗｔ％シリコーン樹脂粉末１０ｗｔ％

【００１７】シリコーン樹脂の粒子径の好適範囲は膜厚
の０．５〜３．０、好ましくは１．０〜２．０倍で、
０．５倍より小さい粒子径では微細な凹凸被膜が得られ
難く、焼鈍後のすべり性改善効果は少ない。しかし膜厚
の３倍超に粒子径が大きくなると、表面粗度が大きくな
り占積率の低下をきたすと共に、粒子の付着力が弱くな
り、スリット加工時のテンションパット性や歪取焼鈍後
の鉄心積層過程で発粉がおこりやすくなるので好ましく
ない。この現象は上記以外のリン酸化合物、あるいは無
機コロイド組成物からなる樹脂混合被膜においても同様
に認められた。

【００１８】第２図は上記と同じ仕上焼鈍後の切板を用
い、粒子径が０．５μｍの真球状シリコーン樹脂粉末の
添加量を変更した下記無機コロイド状組成物と有機組成
物とを基本成分とする、クロム酸、リン酸系化合物を主
剤として用いない処理液を膜厚０．４μ目標にゴムロー
ルで塗布、到達板温２００℃で焼付した後、ＤｒｙＮ₂
中で７５０℃の歪取焼鈍を行い、すべり性と被膜の密着
性を後述の方法で調査した結果である。被膜中のシリコ
ーン樹脂量が１重量％より少ないと、本発明のすべり性
に優れた被膜は得られない。しかし、添加量が２０％を
超えると被膜の密着性が劣り、又、すべり性もそれ以上
の改善効果はみられないので、添加量の好適範囲は１〜
２０、好ましくは５〜２０重量％の範囲である。

【００１９】処理液（数値は被膜固形分としての値であ
る）コロイド状シリカ：１００重量部水溶性アクリル：１００重量部シリコーン樹脂：粒子径０．５μｍ、被膜中の含
有量０〜３０重量％

【００２０】このシリコーン樹脂の球状微粒子は被膜中
に単分散の状態に添加されていることが重要で、凝集粒
を形成した状態では、局部的に点状の密着性不良がおこ
り又、その周囲に被膜のクラックがおこるなどして耐食
性が悪くなる。被膜中に均一分散させるためには、あら
かじめ水溶性樹脂あるいはエマルジョン樹脂と混合攪拌
して、均一に分散した後に無機組成物のクロム酸塩、リ
ン酸塩あるいは無機コロイド溶液に添加するとよい。そ
れでも分散不十分な場合は水性樹脂やエマルジョン樹脂
に混合する前にアニオン性界面活性剤やノニオン性界面
活性剤を使って超音波での水分散処理を加えた後に添加
することもできる。真球状シリコーン樹脂としては例え
ば東芝シリコーン（株）の商品名「トスパール」を利用
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

（本発明で使用される無機組成物）被膜構成成分の主剤
である無機組成物としてのクロム酸系化合物、リン酸系
化合物はＭｇ，Ｃａ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｋ等の酸化物、水酸
化物、炭酸塩の１種以上をクロム酸又はリン酸に溶解し
た水溶液からなり、クロム酸化合物、リン酸化合物を単
独又は両者を混合して使用できる。クロム酸系化合物主
体の処理液の場合は被膜を不溶化するために、クロム酸
の還元剤としてグリセリン、エチレングリコール、ショ
糖などの多価アルコール類を添加してもよい。一方、リ
ン酸化合物主体の処理液を用いる場合は、リン酸塩被膜
の造膜反応を低温化するために、硝酸塩や非イオン性の
界面活性剤（特公平６−９９８１３号公報記載）を微量
添加してもよい。

【００２２】無機コロイド状組成物はＳｉ，Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｚｒの酸化物のコロイド状溶液で一般に市販されて
いるものである。コロイド状溶液はコロイド組成物の安
定化剤の種類によって酸性タイプ、アルカリ性タイプが
あるが、水溶性樹脂やエマルジョン樹脂との相溶性に問
題がない限りいずれのタイプも使用できる。酸化物の粒
子径は特に規定するものではなく、市販品の５〜１００
μｍのものが有利に使用できる。これより粒子径が大き
くなると安定化剤の増量により、アルカリ金属や硫酸根
などの含有量が増し、被膜の耐食性が劣化するので好ま
しくない。

【００２３】（本発明で使用される有機組成物）第２の
被膜構成成分である有機組成物は水性樹脂、ディスパー
ジョン樹脂、エマルジョン樹脂の１種以上を前記無機組
成物と混合して用いる。樹脂の種類については特に限定
するものでなく、従来技術で多く利用されているもので
ある。例えば酢酸ビニール樹脂、ベオバ（バーサテック
アシドビニルエステルの略称）樹脂、アクリル樹
脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレ
ン樹脂等の熱可塑性樹脂やフェノール樹脂、エポキシ樹
脂、アミノ樹脂などの熱硬化性樹脂を利用できる。含有
量については特に限定しないが、被膜中の無機組成物に
対し、含有量が少ない場合は打抜性が悪く、又過剰では
焼鈍後の耐食性や密着性が悪くなるので、その含有量は
好適には無機組成物１００重量部（固形分）に対し有機
組成物は１０〜１５０重量部の範囲である。

【００２４】（被膜量）鋼板の表面に形成する絶縁被膜
の乾燥後の膜厚は０．１〜３μｍの範囲に限定する。膜
厚が０．１μｍ未満では十分な打抜き性が得られず、又
上述したように本発明の被膜改善効果はシリコーン樹脂
の粒子径と膜厚を制御することによって、微細な突起状
の表面形状の被膜が形成され焼鈍後の耐焼付き性やすべ
り性が改善されるので、膜厚が薄くなりすぎると、適正
な表面形状を造り出されなくなり、その効果は減少す
る。又、膜厚が３．０μｍ超になると、被膜の密着性が
劣化するから好ましくない。尚、膜厚は光顕観察による
断面膜厚で、シリコーン樹脂が表面に突起していない平
坦部分の平均膜厚である。

【００２５】（処理法）処理液の塗布、焼付け方法は処
理液をロールコーター等で所定量塗布する。処理液中の
シリコーン樹脂は真比重が約１．３で、処理液の比重と
大差ないので、特別な攪拌は必要でない。焼付けは電気
炉、熱風炉等によって到達板温が１５０〜４００℃の温
度範囲内で短時間焼付けするだけでよい。低温焼付可能
な無機コロイド組成からなる処理液の場合は焼付温度が
１５０℃未満では焼付不足になり、被膜中に残存した水
で錆が発生する場合がある。一方、クロム酸系、及びリ
ン酸系組成物の場合はベトツキが発生しやすくなるの
で、この組成物を低温で焼付する場合は反応促進剤の量
を多くするとよい。板温が、４００℃以上になると、有
機組成物の熱分解が進み、打抜性が劣化する恐れがあ
る。以上、本発明における構成要件の限定理由、効果等
について述べてきたが、本発明の処理液には焼鈍後の被
膜の密着性向上剤として硼酸を加えてもよい。

【００２６】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて説明する。（実施例１）公知の方法で処理した板厚０．５ｍｍの無
方向性電磁鋼板の仕上焼鈍済みの切板に、第１表に示す
粒子径の異なる真球状のシリコーン樹脂を用い、下記の
処理液に添加量を変えて添加しゴムロールで塗布した。
引き続き、到達板温２９０℃で焼付けた。被膜の膜厚は
ゴムロールの圧下量と処理液の比重を調整し乾燥時０．
２〜４．０μの範囲とした。この焼付け後の鋼板からサ
ンプルを切出し、ＤｒｙＮ₂中で７５０℃×２Ｈｒの歪
取焼鈍を施し被膜特性を調べた。結果を表１に示す。な
お各性能評価法の詳細は以下の通りである。すべり性は
○以上で合格、その他は△以上で合格とする。

【００２７】処理液組成重クロム酸マグネシウム５０ｇアクリル−スチレン−エポキシ樹脂２０ｇエチレングリコール１７ｇ硼酸１３ｇ第１表から明らかなように本発明例は比較例と比較して
いずれも歪取焼鈍後の層間抵抗、密着性、耐焼付き性、
すべり性、耐食性等に優れた絶縁被膜を有する電磁鋼板
である。

【００２８】層間抵抗ＪＩＳ第２法に沿って層間抵抗を測定した。 ◎：２０Ω−ｃｍ／枚超 ○：５〜２０Ω−ｃｍ／枚 △：２〜５Ω−ｃｍ／枚未満 ×：２Ω−ｃｍ／枚未満

【００２９】密着性２０ｍｍφでの１８０°曲げ戻し試験後の被膜剥離率で
評価した。 ◎：剥離なし ○：〜剥離２０％未満 △：剥離２０％〜剥離４０％未満 ×：剥離４０％〜全面剥離

【００３０】耐焼付き性５０ｍｍ角の鋼板１０枚を重ねて荷重（２００ｋｇｆ／
ｃｍ²）をかけながら窒素雰囲気下で７５０℃×２時間
焼鈍した後、鋼板上に分銅５００ｇを落下させ、５分割
するときの落下高さを調査した。 ◎：１０ｃｍ未満 ○：１０〜１５ｃｍ未満 △：１５〜３０ｃｍ ×：３０ｃｍ超

【００３１】すべり性焼鈍後の鋼板表面に剪断カエリを除去した３ｃｍ×３ｃ
ｍの同じ鋼板に２００ｇの垂直荷重を加え１６０ｃｍ／
ｍｉｎの速度で移動した時の動摩擦係数で評価した。 ◎：動摩擦係数が０．４未満 ○：０．４〜０．５未満 △：０．５〜０．６未満 ×：０．６超

【００３２】耐食性焼鈍後の鋼板を５０×１００ｍｍに切断後、恒温恒湿試
験（５０℃、相対湿度８０％）１４日後の赤錆面積率で
評価した。 ◎：０〜２０％未満 ○：２０〜４０％未満 △：４０〜６０％未満 ×：６０〜１００％

【００３３】耐発粉性焼鈍後の鋼板表面に剪断カエリを除去した５ｃｍ角の同
じ鋼板に５００ｇの垂直荷重を加え１０回往復前後の重
量変化率で評価した。 ◎：０．００５％未満 ○：０．００５〜０．０５％未満 △：０．０５〜０．１％未満 ×：０．１％以上

【００３４】（実施例２）実施例１と同様にして第２表
に示す無機−有機混合組成のベース処理液に対し、本発
明の真球状のシリコーン樹脂微粒子の添加量の異なる処
理剤をコーティングロールで塗布し熱風炉で焼付処理し
た。この鋼板からサンプルを切出し、ＤｒｙＮ₂中で７
５０℃×２時間の歪取焼鈍を施し、被膜特性を調べた。
実施例１と同様にして被膜特性の調査を行った。結果を
第３表に示す。本発明のシリコーン樹脂微粒子を添加し
た被膜は実施例１と同様に焼鈍後の耐焼付き性、すべり
性、層間抵抗がシリコーン樹脂を含有しない比較例に比
べ優れており、又、密着性、耐食性も問題ない結果が得
られた。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるもので、電磁鋼板の絶縁被膜としての必要な性能を
兼ね備えた被膜を有するもので、モーターやトランス等
の歪取焼鈍を施して使用する用途をはじめ、電磁鋼板と
して広く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】歪取焼鈍後の被膜のすべり性と耐発粉性をシ
リコーン樹脂の粒子径／膜厚比に対して示した図であ
る。

【図２】シリコーン樹脂粒子の含有量と焼鈍済みの被
膜のすべり性と密着性の関係を示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−240970（ＪＰ，Ａ) 特開平６−101057（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 22/00 C22C 38/00 303 C23C 22/28 C23C 22/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クロム酸化合物およびリン酸化合物から選
択される１種以上と有機組成物を基本成分とする無機−
有機混合被膜中に、乾燥後膜厚の０．５〜３．０倍の平
均粒子径からなる球状単分散微粒子のシリコーン樹脂
を、１〜２０重量％含有することを特徴とする歪取焼鈍
後の耐焼付き性とすべり性に優れた絶縁被膜を有する無
方向性電磁鋼板。
【請求項２】無機コロイド状組成物と有機組成物を基本
成分とする無機−有機混合被膜中に、乾燥後膜厚の０．
５〜３．０倍の平均粒子径からなる球状単分散微粒子の
シリコーン樹脂を、１〜２０重量％含有することを特徴
とする歪取焼鈍後の耐焼付き性とすべり性に優れた絶縁
被膜を有する無方向性電磁鋼板。
【請求項３】前記、絶縁被膜の乾燥後の膜厚が、０．１
〜３μｍの範囲内である請求項１または２記載の無方向
性電磁鋼板。