JP6086098B2 - 積層電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱により接着可能な接着層付き積層電磁鋼板に関するものである。

従来、電気機器等に使用される鉄芯は、まず渦電流を減少させるために電磁鋼板表面に絶縁被膜を形成し、次いで打抜き又は切断加工等により所定の単板形状に加工し、それらを多数積層し、溶接若しくは接着等により固着させて製造していた。

これに対し、特許文献１では、上記製造方法の製造工程を簡略化する方法として、加熱加圧により接着力を発現する接着剤を予め絶縁被膜として塗布、乾燥して得られた被覆鋼板を、打抜き又は切断加工して所定の単板形状に加工し、多数積層し、最後に加熱加圧して鉄心を製造する方法が記載されている。

又、特許文献２には、半硬化状態の接着剤がコーティングされ所定の形状に加工された電磁鋼板を積層し、加熱加圧して前記接着剤を硬化させ鉄芯を製造する方法が記載されている。

しかし、これらの方法は、いずれも鋼板を１枚１枚打抜き、その後それらを治具などを用いて揃えて積層する必要がある。一方、近年ではモーターやトランスの損失低減のために電磁鋼板の板厚を減少させる必要があり、この結果所定の性能を得るのに必要な枚数も増加している。この場合、薄い鋼板を１枚１枚打抜き、積層することは、第一に、打抜き回数の増加による生産性の低下・コストの増加、第２に、板厚が薄いことに起因する金型の磨耗、という問題点が生じる。

加えて、特許文献２の方法では、接着剤が半硬化状態の電磁鋼板を扱うために、搬送ロールや打抜き用金型に接着剤が付着しトラブルの原因となる。

特許文献３には、２枚以上の電磁鋼板を貼り合わせて多層積層の鋼板とし、それを所定の形状に打抜いた後積層して鉄芯を製造する方法が記載されている。更に、前記打抜かれた積層電磁鋼板同士に再度接着剤を塗布することなく積層体を形成する方法として、接着層を不完全硬化状態とし、打抜きプレス成形機において打抜いた後、金型内で加熱して積層体を形成させる方法が記載されている。

この方法により、薄い鋼板を１枚１枚打抜くことは回避され、これによる生産性の低下は解消できるが、接着剤が半硬化状態（特許文献３では「不完全硬化状態」）であるため、取扱い時に電磁鋼板同士の剥がれ生じて通板できなくなるというトラブルや、ロール及び金型に接着剤が付着するという問題があった。

特開平２−２０８０３４号公報 特開平６−６９６０号公報 特開２００５−１９１０３３号公報

電磁鋼板を複数枚積層することにより鋼板を１枚１枚打抜くことを回避し、積層の剥がれがなく、加えて搬送ロール・金型等に接着剤が付着することによるトラブルがない積層電磁鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意検討を重ねたところ、複数の電磁鋼板からなる積層電磁鋼板とし、最表面及び鋼板間に特定の硬化度をもつ接着層を付与することで、上記の問題が有利に解決されることを見出した。すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。

本発明の積層電磁鋼板は、複数の電磁鋼板を積層接着した積層電磁鋼板であり、最表面の片面または両面に対数減衰率の最大値が０．３０以上０．６０以下の接着層を有し、鋼板間に対数減衰率の最大値が０以上０．３０未満の接着層を有することを特徴とする。

また、本発明の製造方法は、電磁鋼板の少なくとも片面に接着剤を塗布し、積層後焼付して積層電磁鋼板としたのち、前記積層電磁鋼板の最表面の片面または両面に接着剤を塗布し、焼付して前記積層電磁鋼板を製造することを特徴とする。

また、本発明の製造方法は、前記鋼板間の接着層と、前記最表面の接着層をそれぞれ形成するに際し、異なる接着剤を用いることを特徴とする。

また、本発明の製造方法は、電磁鋼板の少なくとも片面に接着剤を塗布し、積層して積層電磁鋼板としたのち、前記積層電磁鋼板の最表面の片面または両面に前記接着剤とは異なる接着剤を塗布し、焼付して前記積層電磁鋼板を製造することを特徴とする。

本発明によれば、積層の剥がれがなく、搬送ロール・金型等に接着剤が付着するというトラブルがない積層電磁鋼板が得られる。また、本発明の積層電磁鋼板の製造方法によれば、積層することにより鋼板を１枚１枚打抜くことを回避し、効率よく生産することができる。さらに、本発明の積層電磁鋼板を用いることで、接着性に優れる鉄心が得られる。

本発明の形態を示す断面図の一例（２枚積層及び３枚積層） 連続積層方法例（同一接着剤の場合）を説明する図 連続積層方法例（異なる接着剤の場合）を説明する図

電磁鋼板：
本発明において、素材である電磁鋼板とは、鋼板の電磁気的特性を利用し、主としてモーターやトランスに用いられる鋼板であるが、特にこの用途に限定されることはなく、従来から公知のものいずれもが適合する。

すなわち、磁束密度の高いいわゆる軟鉄板（電気鉄板）やＳＰＣＣ等の一般冷延鋼板、また比抵抗を上げるためにＳｉやＡｌを含有させた無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板など、鋼の電磁気的特性が利用されるものであれば、いずれも適用できる。ここで、軟鉄板（電気鉄板）とは、軟磁性を有する鋼板を意味する。

厚みに関しては１枚の鋼板あたり０．３０ｍｍ以下の場合に本発明の効果が大きく、０．２０ｍｍ、０．１５ｍｍと薄くなるに従い本発明の効果が更に大きくなる。本発明では、素材である電磁鋼板の前処理については特に規定しない。すなわち、未処理でもよいが、アルカリなどの脱脂処理、塩酸、硫酸、リン酸などの酸洗処理を施すことは有利である。また、既にフォルステライト被膜、リン酸塩系被膜、シリカ含有被膜やシランカップリング剤で硬化させたSi系被膜、ワニス被膜などの絶縁被膜が形成された電磁鋼板にも適用できる。

積層電磁鋼板：
上記電磁鋼板を、例えば図２または図３に示すように、鋼帯の段階で、複数枚重ねて接着し焼き付けることによって一体化した鋼板である。その断面図の例を図１に、連続的に積層、接着、焼付けを行う方法の例を図２、図３に示す。図１において、上段左側は２枚を積層して積層電磁鋼板とし、更にこの両表面に接着剤を塗布し、接着層を形成した場合、上段右側は更に最表面の片面に接着剤を塗布し、接着層を形成した場合を示し、下段は積層枚数を３枚とした場合である。これを用途に従った形状に打抜き加工若しくは切断加工することにより、一度の加工で複数枚から構成される部材が得られる。例えば、２枚積層すれば打抜き加工等の回数は１／２に、３枚積層すれば１／３となる。加工後、この部材を鉄心を構成するのに必要な枚数に更に積層して接着し、トランス等を製造する。

本発明においては、上記のように鋼板を積層し接着し、焼付ける工程に加え、積層後一体化された積層電磁鋼板の最表面（片面又は両面）にも接着剤を塗布し、焼付ける工程を有する。接着層の焼付け度合いは「硬化度」と称され、この値は「樹脂の架橋反応の進行度の指標」となるものである。また、「硬化度」は硬さ法、キュラストメータ法、動的粘弾性法、剛体振子型物性試験といった力学的方法、誘電法、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）法などで知ることができる。

対数減衰率：
本発明においては、対数減衰率の最大値を規定することで、最表面の片面または両面の接着層と鋼板間の接着層の硬化度を規定することとする。すなわち、本発明の積層電磁鋼板は、最表面の片面または両面に対数減衰率の最大値が０．３０以上０．６０以下の接着層を有し、鋼板間に対数減衰率の最大値が０以上０．３０未満の接着層を有する。

上記対数減衰率の最大値は、剛体振子型物性試験で知ることができる。

剛体振子型物性試験器としては例えばエー・アンド・デイ製ＲＰＴ−３０００Ｗを用い、常温から２５０℃までの対数減衰率を測定し、対数減衰率の最大値を求める。

対数減衰率とは、架橋反応の進行による塗膜の粘弾性変化から得られる数値であり、その最大値とは架橋反応による硬化度の進みうる大きさを意味する。従って、硬化度が低ければ対数減衰率の最大値は大きくなり、硬化度が高ければ対数減衰率の最大値は小さくなる。

上記対数減衰率は、使用する接着剤の種類、焼き付け条件（温度、時間等）等を変更することによりコントロールすることができる。焼付け条件に関しては、温度を高くするほど、又時間を長くするほど対数減衰率は低くなり、硬化度が高くなる。

複数枚の電磁鋼板を未硬化に留めて接着させた場合、通板ロール・打抜き金型への樹脂付着が起きたり、鋼板の剥がれが生じるという問題が生じていた。硬化度を高めればこの問題の発生頻度が少なくなるが、同時に最表面の接着層の硬化度も高くなるため打抜き後の接着が困難になり、接着剤の付着及び剥がれの防止と、打抜き後の接着性に十分な改善点が見出せなかった。

発明者らはこの点について原因を調査したところ、同一の接着剤（樹脂）、同一の接着方法によって複数の電磁鋼板を貼り合わせて未硬化状態に接着した場合、鋼板間の接着層の硬化度が最表面の接着層の硬化度より低くなることが避けられないことがわかった。

更に接着方法や接着剤となる樹脂を変えて鋭意研究を行った結果、最表面の接着層の硬化度と鋼板間の接着層の硬化度を特定範囲にすることで、上記課題が優位に解決されることを見出した。

最表面の接着層：
搬送ロール、プレス金型等への接着剤の付着を防止し、かつ打抜き後の接着性を確保するために最表面の対数減衰率の最大値は０．３０〜０．６０の範囲であることが必要である。０．３０未満では打抜き後の接着で接着力不足となり、鉄芯の固定が不十分となる。０．６０を超えるとベタツキが生じプレス通板時に付着するトラブルが発生する。

鋼板間の接着層：
鋼板間の接着層は、打抜き後の接着性は不要であり、搬送ロール、プレス金型等への接着剤の付着を防止し、かつ鋼板の剥がれを防止する必要がある。このために、対数減衰率の最大値は０以上０．３０未満とする。０．２５未満であれば更に好ましい。０．３０以上では鋼板の剥がれが生じる。

最表面の接着剤と鋼板間の接着剤とは、同じものでも、別のものでもかまわない。表面の１面と別の１面を同じ接着剤にすることも、別の接着剤にすることも可能である。３枚以上積層した場合、鋼板間の接着剤を同じものにすることも、各々別のものにすることも可能である。また、鋼板間に最表面より硬化が早い接着剤を用いれば、同時に加熱しても鋼板間の硬化度を最表面より高めることが可能である。この場合、一度の工程で鋼板間及び最表面両方への塗布及び焼付けによる接着層形成が可能となり、生産効率を向上することができる。

鋼板間及び最表面の接着層の樹脂としては、上記要件を満たせば好適に使用でき、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂といった接着性を示す熱硬化性樹脂が好適に適用できる。

接着層の形成方法：
電磁鋼板の少なくとも片面に接着剤を塗布し、積層後焼付して積層電磁鋼板としたのち、前記積層電磁鋼板の最表面の片面または両面に接着剤を塗布、焼付することにより、鋼板間及び最表面に接着層を形成する方法である。例えば、２枚の電磁鋼板の片面に接着剤を塗布し、塗布面同士を積層して焼き付け、積層電磁鋼板とする（図２）。

更に、前記鋼板間の接着層及び最表面の接着層を形成するに際し、異なる接着剤を用いることを特徴とする方法も含まれる。電磁鋼板の少なくとも片面に接着剤を塗布し、積層して積層電磁鋼板としたのち、前記積層電磁鋼板の最表面の片面または両面に前記接着剤とは異なる接着剤を塗布し、焼付することにより、鋼板間及び最表面に接着層を形成する方法である（図３）。このように異なる接着剤を用いることにより、同一焼付け条件で特性の異なる接着層を形成することができ、一度の焼付け工程で鋼板間及び最表面両方の焼付けが可能となり、生産効率を向上することができる。

塗布方法は、一般工業的に用いられるバーコーター、ロールコーター、フローコーター、スプレー、ナイフコーター等種々の方法が適用可能である。１枚に厚めに塗布し無塗布のもう１枚と貼り合わせることも可能である。また、接着剤を水や、アルコール、キシレン等の有機溶剤で希釈して塗布することも可能である。

焼付け方法は、通常実施されるような熱風式、赤外線式、誘導加熱式等が可能である。焼付け温度も通常レベルであればよく、時間１〜６００秒で到達鋼板温度が１００〜３００℃程度となるようにすればよい。また、積層した状態でホットプレスにより焼付けを行ってもよい。ホットプレスの場合、時間１〜６００秒で到達鋼板温度が１００〜３００℃程度となるように加熱し、圧力は０．１〜１００ｋｇｆ/ｃｍ^２程度とすればよい。本発明では到達鋼板温度、保持時間、圧力などを変えることにより接着層の硬化度を制御できる。

積層電磁鋼板としたのち、その積層電磁鋼板の表面に更に接着剤を塗布して接着可能な積層電磁鋼板が得られる。最表面の接着層は積層電磁鋼板の両面にあることが好ましいが、目的によっては片面のみでも構わない。また、目的によっては片面のみ施し、他面は他の絶縁被膜としても、他の絶縁被膜のうえに接着層を重ね塗りすることでも構わない。

本発明の電磁鋼板の板厚に特に制限はないが、２枚以上を積層し接着させて積層電磁鋼板とするため、０．３０mm以下（例えば０．２０ｍｍや０．１５ｍｍ）の場合、特に本発明の適用が効果的となる。板厚が０．３０mm以下であれば、単一の鋼板と比較して形状保持性が向上して取扱い時に損傷されにくくなるばかりでなく、同じ大きさの鉄芯を１個つくるのに必要な打抜回数が減り生産性を大幅に向上でき、更に加工時の板厚が厚くなるため金型のクリアランスを大きくすることができ、型寿命も伸びるという効果も生じる。また、カシメ、溶接、ボルト締めといった大きな歪の入る加工が回避できるので、磁気特性を大幅に回復することができる。

本発明の最表面の接着層の厚みは特に定めないが、平均で０．１μm以上５０μm以下が好ましい。更に好ましくは０．５μm以上２０μm以下である。０．１μm以上であれば、接着性が低下することがなく、５０μm以下であれば粉吹きを防止できる。さらに２０μm以下であれば占積率が低下することがない。

鋼板間の接着層厚みは特に定めないが、平均で０．１μm以上２０μm以下が好ましい。更に好ましくは０．５μm以上１０μm以下である。０．１μm以上であれば接着性が低下することがなく、２０μm以下であれば占積率が低下することがない。

上記の好ましい範囲であれば、最表面、鋼板間の接着層の厚みは揃わずとも構わない。

以下、本発明の効果を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

接着層を形成するための接着剤として、表１に示す樹脂、型番、メーカーの接着剤を希釈せず使用した。

Ｓｉ：２．８０質量％、Ａｌ：０．３０質量％およびＭｎ：０．１５質量％を含有する電磁鋼板（板厚：０．０５〜０．１５ｍｍ、幅：２００ｍｍ、長さ：３００ｍｍ）を準備した。

発明例１〜１３、１７および１８については、上記電磁鋼板２枚の鋼板間になる表面に、表２に示す鋼板間接着層の接着剤を表２に示す鋼板間接着層の厚みの１／２となるようにバーコーターで塗布し、塗布面同士を貼り合わせ、ホットプレスにより、時間３０秒で表２に示す到達鋼板温度となるように加熱し、圧力１０ｋｇｆ/ｃｍ²で圧着した後、常温に放冷して２枚からなる積層電磁鋼板とした。更に積層電磁鋼板の両表面に表２に示す最表面接着層の接着剤を表２に示す最表面接着層の厚みとなるようにバーコーターで塗布後、３０秒で表２に示す到達鋼板温度となるように焼付けを施した。このようにして、表２に示す鋼板間接着層および最表面接着層が形成された積層電磁鋼板を作製した。上記を連続的に行なう方法の例を図２に示した。

発明例１６については上記電磁鋼板４枚の鋼板間になる表面に表２に示す鋼板間接着層の接着剤を表２に示す鋼板間接着層の厚みの１／２となるようにバーコーターで塗布し、塗布面同士を貼り合わせ、ホットプレスにより、時間３０秒で表２に示す到達鋼板温度となるように加熱し、圧力１０ｋｇｆ/ｃｍ²で圧着した後、常温に放冷して４枚からなる積層電磁鋼板とした。更に積層電磁鋼板の両表面に表２に示す最表面接着層の接着剤を表２に示す最表面接着層の厚みとなるようにバーコーターで塗布後、３０秒で表２に示す到達鋼板温度となるように焼付けを施した。このようにして、表２に示す厚みの鋼板間接着層および最表面接着層が形成された積層電磁鋼板を作製した。

発明例１４および１５については上記電磁鋼板３枚の鋼板間になる表面に表２に示す鋼板間接着層の接着剤を表２に示す鋼板間接着層の厚みの１／２となるようにバーコーターで塗布し、塗布面同士を貼り合わせ、ホットプレスにより、時間３０秒で表２に示す到達鋼板温度となるように加熱し、圧力１０ｋｇｆ/ｃｍ²で圧着した後、常温に放冷して３枚からなる積層電磁鋼板とした。更に積層電磁鋼板の両表面に表２に示す最表面接着層の接着剤を表２に示す最表面接着層の厚みとなるようにバーコーターで塗布後、３０秒で表２に示す到達鋼板温度となるように焼付けを施した。このようにして、表２に示す厚みの鋼板間接着層および最表面接着層が形成された積層電磁鋼板を作製した。

尚、比較例１〜５、発明例１〜１６、１９については絶縁被膜が形成されていない電磁鋼板を使用した。また、発明例１７、１８についてはそれぞれリン酸塩系絶縁被膜付き電磁鋼板、Si系絶縁被膜付き電磁鋼板を使用した。

発明例１９については上記電磁鋼板２枚の鋼板間になる表面に硬化の早い接着剤Ａ：F1を表２に示す鋼板間接着層の厚みの１／２となるようにバーコーターで塗布し、コールドプレスにより、２５℃、圧力１０ｋｇｆ/ｃｍ²で圧着して、２枚を貼り合わせた。貼り合わせた２枚の電磁鋼板の両表面に硬化の比較的遅い接着剤Ｂ：E2を表２に示す最表面接着層の厚みとなるようにバーコーターで塗布し、時間３０秒で表２に示す鋼板到達温度となるように、加熱した。このようにして、表２に示す厚みの鋼板間接着層および最表面接着層が形成された積層電磁鋼板を作製した。上記を連続的に行う方法の例を図３に示す。このように異なる接着剤を用いることにより、1回の焼付け工程で特性の異なる接着層を形成することができる。つまり、一度の焼付け工程で鋼板間及び最表面両方の接着層の形成が可能となり、生産効率を向上することができる。

また、比較例１〜４については、上記電磁鋼板２枚の両面に表２の接着剤を厚みが３μｍとなるようにバーコーターで塗布し、貼り合わせ、ホットプレスにより、時間３０秒で表２示す到達鋼板温度となるように加熱し、圧力１０ｋｇｆ/ｃｍ²で圧着した後、常温に放冷して２枚からなる積層電磁鋼板とした。この時、ホットプレスのプレス面が電磁鋼板の塗布面に接触する部分には、プレス面と電磁鋼板が接着しないように、テフロン（登録商標）シートを挟んで行った。このようにして、表２に示す厚みの鋼板間接着層および最表面接着層が形成された積層電磁鋼板を作製した。

さらに、比較例５については、発明例１〜１３と同様にして、表２に示す厚みの鋼板間接着層および最表面接着層が形成された積層電磁鋼板を作製した。

かくして得られた積層電磁鋼板の被膜特性について調べた結果を、表２に条件と併せて示す。
＜対数減衰率＞
剛体振子型物性試験を用いて上述する方法で行った。
＜鋼板一体性＞
１０ｍｍφで曲げたときの鋼板同士の剥離程度を目視判定した。
（判定基準）
◎：剥離せず問題なし
○：一部剥離部が見られるが、取扱上問題なし
△：剥離がおこり、簡単に手で分離できる
×：剥離し、複数枚に分離
＜金型への接着剤の付着＞
幅６０ｍｍ、長さ３００ｍｍにせん断した電磁鋼板を１００枚積層し、外径４５mm、内径３５mmのリング状鉄芯に打抜いた。このときのクリアランスは積層板厚の５%とした。打抜きを行った際の接着剤の金型への付着程度を目視評価した。
（判定基準）
○：付着なし
×：付着した

表２に示すとおり、本発明に従い得られた積層電磁鋼板はいずれも、積層の剥がれがなく、搬送ロール・金型等に接着剤が付着するというトラブルがないという点において、従来よりも優れた特徴を有する。

さらに、モーターコアを打抜き、歪取焼鈍した場合にも、ティース部が剥離、浮き上がることもなく、良好な状態のものが得られた。

本発明の積層電磁鋼板を用いることにより、積層の剥がれの発生や、搬送ロール・金型等への接着剤の付着がなく、高効率、低コストに鉄芯を製造することができ、これらはモーター、トランス等に好適に用いられる。

Claims (4)

1. 複数の電磁鋼板を積層接着した積層電磁鋼板であり、最表面の片面または両面に対数減衰率の最大値が０．３０以上０．６０以下の接着層を有し、鋼板間に対数減衰率の最大値が０以上０．３０未満の接着層を有する積層電磁鋼板。
2. 請求項１に記載の積層電磁鋼板を製造する方法であって、電磁鋼板の少なくとも片面に接着剤を塗布し、積層後焼付して積層電磁鋼板としたのち、前記積層電磁鋼板の最表面の片面または両面に接着剤を塗布し、焼付する積層電磁鋼板の製造方法。
3. 前記鋼板間の接着層および前記最表面の接着層をそれぞれ形成するに際し、異なる接着剤を用いる請求項２に記載の積層電磁鋼板の製造方法。
4. 請求項１に記載の積層電磁鋼板を製造する方法であって、電磁鋼板の少なくとも片面に接着剤を塗布し、積層して積層電磁鋼板としたのち、前記積層電磁鋼板の最表面の片面または両面に前記接着剤とは異なる接着剤を塗布し、焼付する積層電磁鋼板の製造方法。