JP7207610B2 - 電磁鋼板用コーティング組成物、接着用表面被覆電磁鋼板及び積層鉄心 - Google Patents
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Description
しかしながら、積層コアを成形するときの生産性の向上については、何ら考慮されていない。
[1]エポキシ樹脂と、高温硬化型架橋剤と、無機微粒子とを含有する電磁鋼板用コーティング組成物であって、
前記エポキシ樹脂の100質量部に対し、前記高温硬化型架橋剤が5~30質量部であり、
前記無機微粒子は、金属水酸化物、25℃で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物、及び水酸基を有する珪酸塩鉱物から選択される1種以上であり、
前記無機微粒子は、体積平均粒子径が0.05~2.0μmであり、
前記エポキシ樹脂の含有量は、前記電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、45質量%以上であり、
前記無機微粒子の含有量は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して、1~100質量部である、電磁鋼板用コーティング組成物。
[2]前記無機微粒子が、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、タルク、マイカ及びカオリンから選択される1種以上である、[1]に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
[3]前記高温硬化型架橋剤が、芳香族アミン、フェノール系硬化剤及びジシアンジアミドから選択される1種以上である、[1]又は[2]に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
[4][1]~[3]のいずれか一項に記載の電磁鋼板用コーティング組成物を塗布してなる絶縁被膜を表面に有する、接着用表面被覆電磁鋼板。
[5][4]に記載の接着用表面被覆電磁鋼板を2枚以上積層してなる、積層鉄心。
本実施形態では、回転電機10として、ロータ30がステータ20の径方向内側に位置するインナーロータ型を採用している。しかしながら、回転電機10として、ロータ30がステータ20の外側に位置するアウターロータ型を採用してもよい。また、本実施形態では、回転電機10が、12極18スロットの三相交流モータである。しかしながら、極数、スロット数、相数等は、適宜変更することができる。
回転電機10は、例えば、各相に実効値10A、周波数100Hzの励磁電流を印加することにより、回転数1000rpmで回転することができる。
ステータコア21は、環状のコアバック部22と、複数のティース部23と、を備える。以下では、ステータコア21(又はコアバック部22)の中心軸線O方向を軸方向と言い、ステータコア21(又はコアバック部22)の径方向(中心軸線Oに直交する方向)を径方向と言い、ステータコア21(又はコアバック部22)の周方向(中心軸線O回りに周回する方向)を周方向と言う。
前記巻線は、ティース部23に巻回されている。前記巻線は、集中巻きされていてもよく、分布巻きされていてもよい。
ロータコア31は、ステータ20と同軸に配置される環状(円環状)に形成されている。ロータコア31内には、前記回転軸60が配置されている。回転軸60は、ロータコア31に固定されている。
複数の永久磁石32は、ロータコア31に固定されている。本実施形態では、2つ1組の永久磁石32が1つの磁極を形成している。複数組の永久磁石32は、周方向に同等の角度間隔をあけて配置されている。本実施形態では、中心軸線Oを中心とする中心角30度おきに12組(全体では24個)の永久磁石32が設けられている。
なお、ステータコア21及びロータコア31それぞれの積厚(中心軸線Oに沿った全長)は、例えば、50.0mmとされる。ステータコア21の外径は、例えば、250.0mmとされる。ステータコア21の内径は、例えば、165.0mmとされる。ロータコア31の外径は、例えば、163.0mmとされる。ロータコア31の内径は、例えば、30.0mmとされる。ただし、これらの値は一例であり、ステータコア21の積厚、外径や内径、及びロータコア31の積厚、外径や内径は、これらの値のみに限られない。ここで、ステータコア21の内径は、ステータコア21におけるティース部23の先端部を基準とする。すなわち、ステータコア21の内径は、全てのティース部23の先端部に内接する仮想円の直径である。
積層コアの説明の途中ではあるが、以下では、この素材1について説明する。なお、本明細書において、電磁鋼板40の母材となる帯状の鋼板を素材1という場合がある。素材1を打ち抜き加工して積層コアに用いられる形状にした鋼板を電磁鋼板40という場合がある。
素材1が薄くなるに連れて素材1の製造コストは増す。そのため、製造コストを考慮すると、素材1の平均板厚t0の下限値は、0.10mm、好ましくは0.15mm、より好ましくは0.18mmとなる。
一方で、素材1が厚すぎると、製造コストは良好になるが、素材1が電磁鋼板40として用いられた場合に、渦電流損が増加してコア鉄損が劣化する。そのため、コア鉄損と製造コストとを考慮すると、素材1の平均板厚t0の上限値は、0.65mm、好ましくは0.35mm、より好ましくは0.30mmとなる。
素材1の平均板厚t0の上記範囲を満たすものとして、0.20mmを例示できる。
Al:0.001%~3.0%
Mn:0.05%~5.0%
残部:Fe及び不純物
エポキシ樹脂と高温硬化型架橋剤との混合物の硬化温度は、150℃以上が好ましい。一方、硬化温度の上限は特に限定されない。しかし、硬化温度が200℃より高い場合、塗装焼付けの際の硬化が不十分となるためコイル巻取りが不可能となり、積層コアの製造に支障をきたす場合がある。そのため、硬化温度は200℃以下が好ましい。
フェノール系硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、トリアジン変性フェノールノボラック樹脂、フェノールレゾール樹脂、クレゾールナフトールホルムアルデヒド縮合体等が挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、例えば、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水クロレンディック酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメート)、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無水トリメリット酸、ポリアゼライン酸無水物等が挙げられる。
ジシアンジアミドは、潜在性硬化剤としても知られる。潜在性硬化剤は、エポキシ樹脂と配合して、室温で安定に貯蔵でき、熱、光、圧力等により樹脂組成物を急速に硬化させる能力を有する。ジシアンジアミドは、融点207~210℃の無色斜方状晶又は板状晶である。160~180℃でエポキシ樹脂と反応し、20~60分間で硬化する。
ジシアンジアミドは、硬化促進剤と併用することが好ましい。硬化促進剤としては、三級アミン、イミダゾール類、芳香族アミン等が挙げられる。
ブロックイソシアネートは、ポリイソシアネートのイソシアネート基をブロック剤でマスクし反応を抑制した化合物である。ポリイソシアネートの原料としては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)等が挙げられる。ブロック剤としては、例えば、アルコール類やフェノール類等が挙げられる。
積層コアの生産性をより高められる観点から、高温硬化型架橋剤としては、芳香族アミン、フェノール系硬化剤及びジシアンジアミドから選択される1種以上が好ましく、メタキシリレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールレゾール樹脂及びジシアンジアミドから選択される1種以上がより好ましい。
高温硬化型架橋剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機微粒子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
金属水酸化物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
25℃で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
水酸基を有する珪酸塩鉱物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機微粒子の体積平均粒子径は、ISO13320及びJIS Z 8825:2013に準拠したレーザ回折・散乱法によって得られる球相当径の分布曲線において、体積基準で、累積頻度50%に相当する粒径で定義した数値(d50)である。
任意成分としては、上述した高温硬化型架橋剤に該当しない硬化促進剤(硬化触媒)、消泡剤、界面活性剤等が挙げられる。
消泡剤としては、例えば、シリコーンオイル等が挙げられる。
界面活性剤としては、例えば、アルキルポリグルコシド等が挙げられる。
焼付け工程における到達温度としては、例えば、120~220℃が好ましく、130~210℃がより好ましく、140~200℃がさらに好ましい。到達温度が上記下限値以上であると、電磁鋼板用コーティング組成物が電磁鋼板と充分に接着し、剥離が抑制される。到達温度が上記上限値以下であると、エポキシ樹脂の硬化を抑制でき、電磁鋼板用コーティング組成物の接着能を維持できる。
焼付け工程における焼付け時間としては、例えば、5~60秒間が好ましく、10~30秒間がより好ましく、10~20秒間がさらに好ましい。焼付け時間が上記下限値以上であると、電磁鋼板用コーティング組成物が電磁鋼板と充分に接着し、剥離が抑制される。焼付け時間が上記上限値以下であると、エポキシ樹脂の硬化を抑制でき、電磁鋼板用コーティング組成物の接着能を維持できる。
素材1が電磁鋼板40として用いられる場合において、互いに積層される電磁鋼板40間での絶縁性能を確保するために、絶縁被膜3の平均厚みt1(電磁鋼板40(素材1)片面あたりの厚さ)は、互いに積層される電磁鋼板40間での絶縁性能及び接着能を確保できるように調整する。
複層構成の絶縁被膜3の場合、下地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、0.1μm以上2.0μm以下とすることができ、0.3μm以上1.5μm以下が好ましい。上地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、1.5μm以上8.0μm以下とすることができる。
なお、素材1における絶縁被膜3の平均厚みt1の測定方法は、素材1の平均板厚t0と同様の考え方で、複数箇所の絶縁被膜3の厚みを求め、それらの厚みの平均として求めることができる。絶縁被膜3の厚みは、例えば、素材1を厚み方向に切断した断面を走査電子顕微鏡(SEM)で観察することにより求められる。
なお、このように絶縁被膜3の平均厚みt1を、積層方向の最も外側に位置する電磁鋼板40において測定した理由は、絶縁被膜3の厚みが、電磁鋼板40の積層方向に沿った積層位置で殆ど変わらないように、絶縁被膜3が作り込まれているからである。
また、ステータコア21やロータコア31等の積層コアは、いわゆる回し積みにより形成されていてもよい。
製造装置100では、コイル1A(フープ)から素材1を矢印F方向に向かって送り出しつつ、各ステージに配置された金型により複数回の打ち抜きを行って電磁鋼板40の形状に徐々に形成していく。そして、打ち抜いた電磁鋼板40を積層して昇温させながら加圧する。その結果、積層方向に隣り合う電磁鋼板40を絶縁被膜3によって接着させ(すなわち、絶縁被膜3のうちの接着領域41aに位置する部分に接着能を発揮させ)、接着が完了する。
加熱装置141、外周打ち抜き雌金型142、断熱部材143は、素材1の下方に配置されている。一方、外周打ち抜き雄金型144及びスプリング145は、素材1の上方に配置されている。なお、符号21は、ステータコアを示している。
なお、加熱装置141は、外周打ち抜き雌金型142に配置されていなくてもよい。すなわち、外周打ち抜き雌金型142で積層された電磁鋼板40を接着させる前に、外周打ち抜き雌金型142外に取り出してもよい。この場合、外周打ち抜き雌金型142に断熱部材143がなくてもよい。さらにこの場合、積み重ねられた接着前の電磁鋼板40を、図示されない治具で積層方向の両側から挟んで保持した上で、搬送したり加熱したりしてもよい。
以上の各工程により、ステータコア21が完成する。
積層体を加圧する際の圧力は、例えば、0.1~20MPaが好ましく、0.2~10MPaがより好ましく、0.5~5MPaがさらに好ましい。積層体を加圧する際の圧力が上記下限値以上であると、絶縁被膜3が充分に硬化し、積層コアの接着強度をより高められる。積層体を加圧する際の圧力が上記上限値以下であると、絶縁被膜3の劣化を抑制でき、電磁鋼板40の応力歪みをより緩和できる。
積層体を加熱及び加圧する際の処理時間は、例えば、5~12分間が好ましく、6~11分間がより好ましく、7~10分間がさらに好ましい。処理時間が上記下限値以上であると、絶縁被膜3が充分に硬化し、積層コアの接着強度をより高められる。処理時間が上記上限値以下であると、積層コアの生産性をより高められる。
なお、無機微粒子を含有しない場合は、処理時間が20分以上必要であるが、本実施形態では、電磁鋼板用コーティング組成物が無機微粒子を特定量含有するため、処理時間12分以内で、充分な接着強度を有する積層コアを製造できる。
例えば、ステータコア21の形状は、上記実施形態で示した形態のみに限定されるものではない。具体的には、ステータコア21の外径及び内径の寸法、積厚、スロット数、ティース部23の周方向と径方向の寸法比率、ティース部23とコアバック部22との径方向の寸法比率等は、所望の回転電機の特性に応じて任意に設計可能である。
前記実施形態におけるロータ30では、2つ1組の永久磁石32が1つの磁極を形成しているが、本発明はこの形態のみに限られない。例えば、1つの永久磁石32が1つの磁極を形成していてもよく、3つ以上の永久磁石32が1つの磁極を形成していてもよい。
上記実施形態では、回転電機10として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれのみに限られない。例えば、回転電機10がリラクタンス型電動機や電磁石界磁型電動機(巻線界磁型電動機)であってもよい。
上記実施形態では、交流電動機として、同期電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機10が誘導電動機であってもよい。
上記実施形態では、回転電機10として、交流電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機10が直流電動機であってもよい。
上記実施形態では、回転電機10として、電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機10が発電機であってもよい。
質量%で、Si:3.0%、Mn:0.2%、Al:0.5%、残部がFe及び不純物からなる厚さ:0.25mm、幅:100mmの無方向性電磁鋼板を製造した。電磁鋼板用コーティング組成物として、以下に示すエポキシ樹脂組成物を用いた。絶縁被膜の厚みは、平均で3μmになるように、到達温度200℃で、10秒間、電磁鋼板用コーティング組成物を焼付けて塗布して電磁鋼板を得た。
<エポキシ樹脂組成物>
エポキシ樹脂(ビスフェノールA型エポキシ樹脂):100質量部。
高温硬化型架橋剤(ジシアンジアミド):20質量部。
無機微粒子(水酸化アルミニウム、体積平均粒子径0.5μm):30質量部。
剪断接着強度の測定には、30mm×60mmサイズの単板を切出し、30mm×10mm分をラップするように重ねあわせた。鋼板温度200℃、圧力2MPaとし、処理時間それぞれ4分間、5分間、6分間、7分間、8分間で積層体(サンプル)を作製した。これらのサンプルを室温(25℃)まで冷却したのち、剪断接着強度を測定し、接着面積で除した数値を接着強度とした。
電磁鋼板用コーティング組成物として、無機微粒子を含有しないエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、上記実施例1と同様にして電磁鋼板を得た。
得られた電磁鋼板から、30mm×60mmサイズの単板を切出し、30mm×10mm分をラップするように重ねあわせた。鋼板温度200℃、圧力2MPaとし、処理時間をそれぞれ12分間、14分間、16分間、18分間、20分間、22分間とした以外は、上記実施例1と同様にして、積層体(サンプル)を作製し、剪断接着強度を測定した。
一方、無機微粒子を含有しないエポキシ樹脂組成物を用いた比較例1は、接着強度が2MPa以上となるのに処理時間14分を要し、接着強度が10MPaとなるのに処理時間22分を要した。
電磁鋼板用コーティング組成物として、表1~2に記載の無機微粒子、高温硬化型架橋剤及びエポキシ樹脂をエポキシ樹脂組成物として用いた以外は、上記実施例1と同様にして電磁鋼板を得た。 得られた電磁鋼板から、30mm×60mmサイズの単板を切出し、30mm×10mm分をラップするように重ねあわせた。処理時間を8分間とした以外は、上記実施例1と同様にして、積層体(サンプル)を作製し、剪断接着強度を測定した。結果を表1~2に示す。表1中、比較例2の無機微粒子の欄の「-」は、無機微粒子を含有しないことを意味する。表1および表2のエポキシ樹脂以外の樹脂の欄の「-」は、エポキシ樹脂以外の樹脂を含有しないことを意味する。
一方、無機微粒子を含有しないエポキシ樹脂組成物を用いた比較例2は、処理時間8分間で接着強度が0MPaであった。無機微粒子の添加量が本発明の範囲外である比較例3は、処理時間8分間で接着強度が1MPaであった。無機微粒子の添加量が本発明の範囲外である比較例4は、処理時間8分間で接着強度が2MPaであった。エポキシ樹脂の含有量が本発明の範囲外である比較例5は、処理時間8分間で接着強度が2MPaであった。高温硬化型架橋剤の含有量が本発明の範囲外である比較例6は、処理時間8分間で接着強度が2MPaであった。高温硬化型架橋剤の含有量が本発明の範囲外である比較例7は、処理時間8分間で接着強度が2MPaであった。無機微粒子の体積平均粒子径が本発明の範囲外である比較例8は、処理時間8分間で接着強度が2MPaであった。
加えて、本発明の電磁鋼板用コーティング組成物によれば、短い処理時間であっても、充分な接着強度を有する積層コアを製造できることが分かった。
20 ステータ
21 ステータ用接着積層コア
30 ロータ
40 電磁鋼板
50 ケース
60 回転軸
Claims (5)
- エポキシ樹脂と、高温硬化型架橋剤と、無機微粒子とを含有する電磁鋼板用コーティング組成物であって、
前記エポキシ樹脂の100質量部に対し、前記高温硬化型架橋剤が5~30質量部であり、
前記無機微粒子は、金属水酸化物、25℃で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物、及び水酸基を有する珪酸塩鉱物から選択される1種以上であり、
前記無機微粒子は、体積平均粒子径が0.05~2.0μmであり、
前記エポキシ樹脂の含有量は、前記電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、45質量%以上であり、
前記無機微粒子の含有量は、前記エポキシ樹脂100質量部に対して、1~100質量部である、電磁鋼板用コーティング組成物。 - 前記無機微粒子が、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、タルク、マイカ及びカオリンから選択される1種以上である、請求項1に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
- 前記高温硬化型架橋剤が、芳香族アミン、フェノール系硬化剤及びジシアンジアミドから選択される1種以上である、請求項1又は2に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の電磁鋼板用コーティング組成物を塗布してなる絶縁被膜を表面に有する、接着用表面被覆電磁鋼板。
- 請求項4に記載の接着用表面被覆電磁鋼板を2枚以上積層してなる、積層鉄心。
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