JP6548081B2 - 成層鉄芯、及びシートメタル部材から成層鉄芯へ結合する方法 - Google Patents

Description

本発明は、成層鉄芯、及びシートメタル部材を成層鉄芯へと結合する方法に関する。このシートメタル部材は、硬化性の高分子接着剤層を少なくとも部分的に備えたメタルストリップから分離され、互いの方を向いた、接着剤でコーティングした側面が重なり合って備えられたシートメタル部材が、圧力下で材料結合によって成層鉄芯へと結合される。

焼付けエナメルからなる層を備えたシートメタル部材を材料結合によって成層鉄芯へと結合できるよう、従来技術（特許文献１）では、焼付けエナメルが熱エネルギーによって加熱されることで活性化され、圧力下で、隣接しているシートメタル部材又はその焼付けエナメルと接着可能になる。加えて、シートメタル部材間の接着剤被膜は、続いて例えば炉内で硬化され、それにより成層鉄芯の機械的安定性が確保され、電動機のステータ／ロータとして高回転数で使用可能になる。不都合には、このような製造法では少なからぬ時間とエネルギーが必要となる。

国際公開第２０１２／０５９５８８（Ａ１）号パンフレット

したがって本発明の課題は、冒頭に挙げた従来技術に基づき、優れたエネルギー効率で安定した成層鉄芯を製造可能な方法を作りだすことである。加えて、この方法は再現可能に実施でき、工程が時間的に迅速であるという利点がある。

本発明により、示された課題は、材料結合による結合において互いにシートメタル部材の方を向いた接着剤層の少なくとも１つが、水と熱可塑性の及び／又は架橋性の結合剤からなる混合物を備えていることにより解決される。

材料結合による結合において互いにシートメタル部材の方を向いた接着剤層の少なくとも１つが、水と熱可塑性の及び／又は架橋性の結合剤からなる混合物を備えている場合、成層鉄芯を硬化させるための特別な対策を省略してエネルギーを節約し、非常に安定した成層鉄芯を作り出すことができる。驚いたことに、接着剤層を水で濡らすことで、結合剤との反応下で、あらかじめ処理が十分になされている境界層が作られ得、この境界層と他の接着剤層とが、又は他の接着剤層の結合剤とが、結合され得ることが確認された。発明による、シートメタル部材の圧力下での接続は、接着剤層の間に、機械的に負荷に耐えることが可能な、材料結合による結合を十分保証し得る。この利点は、特に焼付けエナメルからなる接着剤層で示される。この層は水を使用することで、少なくとも部分的に可塑化し、特にポリビニルアルコールからなる結合剤の場合、特に強い反応を示す。従来技術とは異なり、圧力下での材料結合による接続そのもので、成層鉄芯の十分な機械的安定性がもたらされ得るため、成層鉄芯の接着剤層の、特に焼付けエナメルの硬化も、その使用の範囲で考えられ得る。電動機の出力損失によって生じる熱は、成層鉄芯の硬化を完了させるのに十分である。したがって、本発明による方法により、再現可能に安定した成層鉄芯が製造されるだけでなく、それによって比較的少ないエネルギー使用で安価な製造も可能になる。

一般に、名称「焼付けエナメル」は、周知のようにポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステル、修飾ポリアミド等に分類できるとされている。さらに、一般に結合剤は、連結の接着強度を改善するために使われるすべての物質と理解され得ると言われている。したがって結合剤とは、ポリビニルアルコールの他にアミンも、架橋反応により連結の接着強度を改善可能であると理解される。

結合剤が水溶性であることで結合材層がナノスケールの層厚で接着剤層上に作り出される場合、有利であり得る。これにより、比較的高い反応性が、接続の際に圧力下で確保され得る。さらに、接着剤層が焼付けエナメルからなり、及び／又は接着剤層がメタルストリップのストリップ両面に備えられており、及び／又はシートメタル部材がメタルストリップから打ち抜きによって分離される場合、本方法は単純化し得る、及び／又は再現可能になり得る。

本方法状況は、シートメタル部材を材料結合によって結合する前に混合物を乾燥させることで、さらに単純化が可能である。これにより、結合剤の配置又はその層厚が保証されるだけでなく、シートメタル部材を圧力下で接続する際にもこのパラメータを保つことが保証できる。

シートメタル部材の分離前にメタルストリップ上に混合物が塗布されると、シートメタル部材の辺縁への結合剤塗布も保証され得る。このように接着剤層を全面にわたって湿潤することにより、機械的に特に負荷に耐える成層鉄芯がもたらされる。

シートメタル部材は、結合剤がシートメタル部材が材料結合によって結合される直前に活性化されると、高い方法信頼性で接続され得る。

結合剤と接着剤層が同時に活性化されると、結合剤の接着剤層への結合を向上し得る。接着剤層を活性化することで、接着剤層表面の高い湿潤性を利用して、結合剤を接着剤層へ物理的によりよく連結できる。

プロセスを最適化して、メタルストリップからシートメタル部材を分離する前に、結合剤及び／又は接着剤層を活性化できる。加えて、活性化の手順工程を、方法技術的にはむしろ問題のない時間領域に移すことができ、これにより本方法の適用を容易にし得る。特に、分離するべきシートメタル部材の寸法を形成するために何度も部材がメタルストリップから分離される場合、これら分離ステップの間に簡単な処理で活性化が行い得る。

メタルストリップの両面に全面にわたって備えられた接着剤層を具備するメタルストリップからシートメタル部材が分離される場合、結合材層を２つの接着剤層の間に挿入するという観点から、本方法の適用が格段に容易になる。製造原価，製作費、製造コストの低減が、このようにして達成される。

分離装置の下で柱形状に上下に積み重ねられたシートメタル部材が分離装置の圧力下で、材料結合によって互いに結合される場合、シートメタル部材の結合が実現され得る。

安定した材料結合によるシートメタル部材の接続を保証するため、分離装置は分離されたシートメタル部材のためのブレーキを形成できる。この目的のために、シートメタル部材は導管内に上下に積み重ねられ、この導管が、導管内でのシートメタル部材の移動に抵抗を加える。

特に有利には、比較的薄い結合材層を接着剤層上に生成するために、結合剤がポリビニルアルコールから作られてよい。そのうえ、特にポリビニルアルコール製の結合剤と焼付けエナメルとの高い化学的／物理的反応性が確認され得、それにより、機械的に格段に負荷に耐える成層鉄芯を実現し得る。これに対する別法として、セルロース化合物、特にカルボキシメチルセルロースからなる結合剤も考えられる。

混合物に充填剤が添加される場合、とりわけ必要な結合剤の量を少なくすることが可能である。その上、接着剤層の結合を改良すること、及びそれによって機械的に負荷に耐える成層鉄芯を実現することが可能である。また活性化手順工程の観点からも、充填剤を選択的に使用できる。加えて、焼付けエナメルからなる接着剤層の間に備えられている、結合材層の充填剤としてカオリンが優れている可能性がある。他の充填剤もあり得るため、これらは排除されない。

混合物に特に水溶性の反応促進剤が添加されることで、高分子接着剤層と結合剤との間の化学反応が格段に改善される。特に反応促進剤としての２−メチルイミダゾールが使用されると、焼付けエナメル−接着剤層で際立って優れている可能性がある。混合物に、特にメラミン基へ水溶性の架橋剤が添加されている場合、ポリマーの架橋は格段に促進される。特に一部エーテル化されたメラミン樹脂が、焼付けエナメルからなる接着剤層を用際に、際立って優れている可能性がある。さらに、混合物に、水中に分散させ得る架橋剤、特にイソシアネート基、例えばイソホロンジイソシアネートが添加されることが考えられる。

本発明の課題はさらに、機械的強度が高いにもかかわらず、エネルギーを節約して製造され得る成層鉄芯を作り出すことである。

本発明により、２つの接着剤層の間に結合剤を備えることで、成層鉄芯に関して示された課題が解決される。

２つの接着剤層の間に結合剤が備えられていると、従来技術とは異なり、個別の硬化工程が成層鉄芯の連続的な製造方法において省略され得る。というのは、結合材層が、成層鉄芯に十分な機械的強度をもたらし得るからである。それに加えて、結合材を備えることで達成可能な機械的強度によって、成層鉄芯が完全に硬化した時点で、成層鉄芯の製造方法から技術的使用へと移行する。これに関して、熱可塑性の及び／又は架橋性の結合剤が考え得る。安価に製造できる成層鉄芯は、これによって作り出され得る。

特に有利な材料結合による結合は、接着剤層が焼付けエナメルからなる場合にもたらされる。

接着剤層と特に強力な反応を生じさせるため、結合剤として、ポリビニルアルコールが際立って優れている可能性がある。

それぞれ１つの接着剤層がシートメタル部材上に備えられている場合、成層鉄芯の構造上の簡素さが実現できる。

さらに本発明は、特に焼付けエナメルからなる２つの硬化性高分子接着剤層の間に材料結合による結合を形成するために、水溶性の熱可塑性結合剤、特にポリビニルアルコールが各シートメタル部材上に塗布され、電磁部品用成層鉄芯の製造の際に使用される場合、従来技術に比べて特に優れている可能性がある。

上述の用途は、水と結合剤を有する混合物が塗布される場合に改善できる。

図には発明対象の例が実施形態を用いて示されている。

成層鉄芯の製造装置の模式図である。 図１の断面拡大図である。 図１の、成層鉄芯２つのシートメタル部材の間にある材料結合による結合の詳細図である。

図１には、例として装置１が示されている。この装置を使って、シートメタル部材２を結合して成層鉄芯３を形成するための発明による方法が実施される。こうしてコイル４からメタルストリップ５が繰り出され、２つのストリップ面６、７上には焼付けエナメルからなる硬化性高分子接着剤層８、９が全面にわたって備えられている。このメタルストリップ５から分離装置１０を使ってシートメタル部材２が打ち抜かれる。２つのストリップ面６、７上にそれぞれ１つの接着剤層８、９が備えられることで、打ち抜かれたシートメタル部材２は裏返す必要なく、互いの方を向いた、接着剤でコーティングされた面が重なり合う。上型１１の圧力の下で、シートメタル部材２が成層鉄芯３へと材料結合で結合され、その際にシートメタル部材２を案内するために下型１２が導管１３を備えている。導管１３を離れた成層鉄芯３は、機械的に十分に強固に結合される。というのは、特に図２から見て取ることができるように、従来技術とは異なり、互いにシートメタル部材２の方を向いた接着剤層８、９、が材料結合により結合される際に、接着剤層８上に水と熱可塑性結合剤１５を含む混合物１４を備えているからである。結合剤１５としてポリビニルアルコールが使用される。

結合剤１５を塗布するために、装置１は吹付け装置１７を備えており、これは混合物１４をメタルストリップ５上の接着剤層８上に塗布する。有利には、水と結合剤１５からなる混合物は、ナノスケールの厚みの結合材層を形成するために使用される。結合剤１５が水溶性であることはさらに、結合材層の層厚を薄くするのに寄与する。

吹き付け装置１７に続く乾燥装置１８で混合物１４が乾燥されることにより、装置１の連続的手順の場合でさえ、層厚が一定に保たれることが保証され、このことが再現可能に機械的に安定した成層鉄芯３を保証する。

この方法の進行が速くなるよう、混合物１４はシートメタル部材２の分離前にメタルストリップ５上に塗布される。この工程は、メタルストリップ５からシートメタル部材２を分離する前に結合剤１５と接着剤層８、９を活性化させることで、さらに加速させることができる。この手順工程は、図１に示されているように、２つの分離工程の間にメタルストリップ５で行われる。分離装置１０により、つまり部材１９も、メタルストリップ５からあらかじめ分離され、それによりメタルストリップ５がシートメタル部材２の最終分離のために準備される。

比較的反応しやすい結合剤１５は、シートメタル部材２が材料結合によって結合される直前に、加熱装置２０がメタルストリップ５を１００℃に熱することで、活性化される。加熱装置２０の前に、活性化装置２１を備えており、これは接着剤層８、９を、例えばこれらの層８、９に高温の水蒸気を当てることで活性化するために使用される。加えて、接着剤層８、９と結合剤１５が同時に加熱装置２０によって活性化されることが考え得る。

シートメタル部材２が下型１２の導管１３内で柱形状に上下に、すなわち分離装置１０の上型１１の直下に積み重ねられることで構造の状態が簡単になる。特に粘着防止層（例えばポリテトラフルオロエチレン）を備えた上型１１は、柱形状に導管１３内に積み重ねられたシートメタル部材２に、打抜き運動２２によって圧力をかける。シートメタル部材２の導管１３内での移動に対して、成層ブレーキ１６の形で導管１３が抵抗をかけるため、シートメタル部材２の接続が圧力下で確保される。安定した材料結合による結合がこのようにして作り出される。

この接続は、さらに、充填剤２３つまりカオリンによって、混合物１４内で機械的に負荷に耐えるように形成され、図３でわかるように、これにより充填剤２３が結合剤１５内に配置される。この、シートメタル部材２間の、材料結合による接続の機械的負荷耐性は、混合物を水溶性の反応促進剤つまり２−メチルイミダゾール、及び水溶性の架橋剤つまり一部エーテル化したメラミン樹脂を添加することで、さらに高められる。安定した成層鉄芯３がこのように作り出される。

一般に、焼付けエナメル及び／又は結合剤の活性化により、物理的な結合が連結が可能になるとされる。その際、これに関する物質が粘着力を有することにより、材料結合による結合が作り出され得る。化学的に硬化される連結は、ここでは強制的には開始されない。有利には、焼付けエナメルと結合剤が活性化される際に、同時に２つの物質が活性化され得る温度にさらされる。その際７０〜１００°Ｃの温度、変動幅±１０％が考え得る。

図１では、装置１にはさらに塗布ローラー２３、２４が備えられている。これは詳細には図示していない、装置１の制御装置又は調整装置に従って、メタルストリップ５上、つまりその高分子接着剤層８上に、剥離剤を塗布する。これは、例えば積層された剥離シートを使用して行われてもよい。このコーティングは、メタルストリップ５の各範囲で、これによってコーティングされたシートメタル部材を分離した後、このシートメタル部材が隣接する成層鉄芯３から分離することを容易にする。例えばその中で、このシートメタル部材がその外側にあるコーティングにより、成層鉄芯３の最初又は最後のシートメタル部材を形成する。さらに、このシートメタル部材が連接する成層鉄芯３の間にあること、及び成層鉄芯３が簡単に分離できることが考えられる。

塗布ローラーの駆動は、装置の送り運動に応じて、制御装置又は調整装置によって調節可能であり、メタルストリップ５とフィルムの確実な積層を保証する。再現可能な方法を補償するために、圧力安定性と温度安定性を備えたフィルムが好ましい。

Claims (17)

1. シートメタル部材（２）を成層鉄芯（３）へ結合する方法であって、少なくとも部分的に、硬化性の、高分子接着剤層（８、９）を有する前記シートメタル部材（２）がメタルストリップ（５）から分離され、前記シートメタル部材（２）において互いの方を向いた、高分子接着剤をコーティングした面が重なり合って備えられ、及び圧力下で材料結合により成層鉄芯（３）へと結合される方法において、
   前記高分子接着剤層（８、９）を焼付けエナメルによって形成し、材料結合の前に、前記シートメタル部材（２）上の前記高分子接着剤層（８、９）上に、水と結合剤（１５）を含む混合物（１４）を塗布して、前記結合剤（１５）からなる結合剤層を形成し、２つの前記高分子接着剤層（８，９）の間に前記結合剤層を挿入した状態で材料結合し、
   前記高分子接着剤層（８，９）が、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステル、または、修飾ポリアミドから構成されることを特徴とする、方法。
2. 前記結合剤（１５）が水溶性であり、及び／又は前記高分子接着剤層（８、９）が前記メタルストリップ（５）の両方のストリップ面（６、７）上に備えられており、及び／又は前記シートメタル部材（２）が前記メタルストリップ（５）から打ち抜きによって分離されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記混合物（１４）が、前記シートメタル部材（２）の材料結合による結合の前に乾燥されることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記混合物（１４）が、前記シートメタル部材（２）の分離の前に前記メタルストリップ（５）上の前記高分子接着剤層（８、９）上に塗布されることを特徴とする、方法。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記結合剤（１５）が、前記シートメタル部材（２）の材料結合による結合の直前に活性化されることを特徴とする、方法。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記結合剤（１５）と前記高分子接着剤層（８、９）が、同時に活性化されることを特徴とする、方法。
7. 請求項５又は６に記載の方法であって、何度も部材（２、１９）が前記メタルストリップ（５）から分離され、その際前記結合剤（１４）及び／又は前記高分子接着剤層（８、９）が、前記シートメタル部材（２）が前記メタルストリップ（５）から分離される前に活性化されることを特徴とする、方法。
8. 請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の方法であって、シートメタル部材（２）が、前記メタルストリップ（５）の両方のストリップ面（６、７）上に全面にわたって備えられた高分子接着剤層（８、９）を有するメタルストリップ（５）から分離されることを特徴とする、方法。
9. 請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の方法であって、分離装置（１０）の下に柱形状に上下に積み重ねられたシートメタル部材（２）が、前記分離装置（１０）の圧力下で材料結合によって互いに結合されるとを特徴とする、方法。
10. 請求項９に記載の方法。前記シートメタル部材が導管（１３）内に上下に積み重ねられ、該導管が、前記導管（１３）内での前記シートメタル部材（２）の移動に抵抗を加えることを特徴とする、方法。
11. 請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記結合剤（１５）がポリビニルアルコール又はセルロース化合物、特にカルボキシメチルセルロースからなることを特徴とする、方法。
12. 請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記混合物（１４）が充填剤（２３）を、例えばカオリンを添加されていることを特徴とする、方法。
13. 請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の方法であって、前記混合物が特に水溶性の反応促進剤、例えば２−メチルイミダゾールを、及び／又は水溶性の、特にメラミン基、例えば一部エーテル化したメラミン樹脂との架橋剤を、及び／又は水中に分散可能な、特にイソシアネート基、例えばイソホロンジイソシアネートとの架橋剤を添加されることを特徴とする、方法。
14. 材料結合により結合されたシートメタル部材（２）を備えた、少なくとも２つの、２つのシートメタル部材（２）間に備えられた硬化性の高分子接着剤層（８、９）を具備した成層鉄芯であって、２つの高分子接着剤層（８、９）の間に、結合剤（１５）からなる結合層が備えられており、
    前記高分子接着剤層（８、９）が焼付けエナメルからなり、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステル、または、修飾ポリアミドから構成されており、
    前記結合層は、材料結合の前に、水と結合剤（１５）からなる混合材が前記高分子接着剤層（８，９）上に塗布されて形成されていることを特徴とする、成層鉄芯。
15. 請求項１４に記載の成層鉄芯であって、前記結合剤（１５）がポリビニルアルコールからなることを特徴とする、成層鉄芯。
16. 請求項１４又は１５に記載の成層鉄芯であって、それぞれ１つの高分子接着剤層（８、９）がシートメタル部材（２）上に備えられていることを特徴とする、成層鉄芯。
17. ポリビニルアルコールからなる水溶性の熱可塑性結合剤（１５）の使用であって、焼付けエナメルからなる２つの硬化性の高分子接着剤層（８、９）の間に材料結合による結合を形成するために、電磁構成部品用成層鉄芯（３）の製造時に各シートメタル部材（２）上の１つの高分子接着剤層（８、９）上に、水と熱可塑性結合剤（１５）の混合物として塗布され、
    前記高分子接着剤層（８，９）が、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステル、または、修飾ポリアミドから構成されている、使用。

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