JP7096015B2 - 電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、異なる２種以上の電磁鋼板の面同士が互いに接着されることによって形成された電磁鋼板に関する。

近年、低鉄損の電磁鋼板を得るために、Ｓｉ含有量を６％以上とした高周波低鉄損電磁鋼板が開発されている。このような電磁鋼板では、Ｓｉ含有量が高いことから硬度が高く脆いために、通常のモータ鉄心製造で用いられる打ち抜き加工やカシメ加工を行うことが困難である。特にカシメ加工では、電磁鋼板を局部的に大きく変形する必要があるので、低加工性の電磁鋼板を加工することは困難である。このため、従来は、高硬度で加工性が低い電磁鋼板を用いてモータ鉄心を製造する場合には、打ち抜き加工やワイヤカット加工、レーザカット加工を行って電磁鋼板同士を積層した後、積層した電磁鋼板の間に接着剤を浸透させて接着するか（特許文献１参照）、電磁鋼板表面のコーティングに接着機能を持たせておき鉄心形状の加工後に固着する（特許文献２参照）といった方法がとられていた。

特開２０１２－１２０２９９号公報 特開平４－２９９０３９号公報

しかしながら、上述したモータ鉄心の製造方法では、製造工程が煩雑となり、コストの上昇を招く。このため、生産性に優れた従来の打ち抜き加工及びカシメ加工を用いたモータ鉄心の製造方法の提供が期待されていた。なお、打ち抜き加工及びカシメ加工の条件を精密に制御することにより、より高硬度及び低伸びの電磁鋼板の加工が可能であることが明らかになりつつあるものの、合金元素量を高めた電磁鋼板を加工する場合や加工速度を上げて生産性を確保しようとする場合には、やはり安定的な加工が困難になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、鉄損改善の観点から合金添加量を高くした電磁鋼板に対してモータ鉄心の製造で通常用いられる加工方法を適用した場合でも安定的にモータ鉄心を製造可能な電磁鋼板を提供することである。

本発明に係る電磁鋼板は、異なる２種以上の電磁鋼板の面同士が互いに接着されることによって形成された電磁鋼板であって、２種以上の電磁鋼板のうちの１種は表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板であり、さらに表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板にはビッカース硬度がビッカース硬度Ｖ１×０．７５以下かつ３００未満である電磁鋼板が隣接し、且つ、電磁鋼板の接触面のうちの２０％以上が接着されていることを特徴とする。

本発明に係る電磁鋼板は、上記発明において、電磁鋼板同士の接着面となる隣接する電磁鋼板の片面又は両面に層間抵抗が０．７Ω・ｃｍ^２以上の絶縁被膜が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る電磁鋼板によれば、鉄損改善の観点から合金添加量を高くした電磁鋼板に対してモータ鉄心の製造で通常用いられる加工方法を適用した場合でも安定的にモータ鉄心を製造することができる。

図１は、ステータ鉄心の構成を示す平面図である。 図２は、鋼板の接着面を説明するための模式図である。

本発明の発明者らは、鉄損特性に優れるものの加工性の点で劣っていたＳｉ含有量を６％以上に高めた電磁鋼板を用いてモータ鉄心の製造に用いられるカシメ加工を行う方法を種々検討した。その結果、Ｓｉ含有量６％以上の電磁鋼板に低Ｓｉ含有量の電磁鋼板を接着させて用いることが有効であるとの知見を得て本発明を想到するに至った。ここで、このような方法によって、加工性が低い電磁鋼板を用いているのにも拘わらずカシメ加工が可能となった理由は、硬度が低く伸びが大きい低Ｓｉ含有量の電磁鋼板を接着させたことにより、低Ｓｉ含有量の電磁鋼板が高Ｓｉ含有量の電磁鋼板の破断を抑制するためと考えられる。また、このような知見は、単にＳｉの含有量の差ではなく、加工性の指標である硬度や伸びによって整理することができる。

以下、本発明に係る電磁鋼板について説明する。

（１）複数種の電磁鋼板の使用
本発明では、異なる複数種（２種以上）の電磁鋼板を同一のモータ鉄心内で混合して使用（混合積層）することにより、低鉄損の電磁鋼板のみを使用した場合よりもモータ鉄心全体の鉄損は劣る傾向となる。しかしながら、本発明の発明者らは、混合積層のモータ鉄心の場合、透磁率の高い電磁鋼板の特性が優先的に発現することを確認しており、材料コストを勘案すると、複数種の電磁鋼板を接着積層した電磁鋼板は磁気特性及び材料コストのバランスの上で有利となる。さらに、複数種の電磁鋼板を接着することにより、材料の加工性を大きく改善できる。

（２）複数種の電磁鋼板のうちの１種は、表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板であり、さらに表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板にはビッカース硬度がビッカース硬度Ｖ１×０．７５以下かつ３００未満の電磁鋼板が隣接
電磁鋼板の電気抵抗率を高めて高周波励磁条件での鉄損特性を改善する観点から、電磁鋼板にはＳｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｎ等の元素が添加される。これらの元素の添加により、程度の違いはあるものの、鋼の硬度が上昇して加工性が低下する。特にＳｉは磁気特性改善に有効であるものの、添加量の増加に応じて鋼の硬度が顕著に増加し、伸びが低下するため電磁鋼板の加工性が低下する。Ｓｉを初めとする元素の添加によって４００Ｈｚ以上の周波数域での鉄損を抜本的に改善しようとすると、ビッカース硬度は３００を上回ることになる。

このような加工性が低い電磁鋼板にビッカース硬度が相対的に低く加工性が良好な電磁鋼板を隣接、接着させることにより、打ち抜き加工における電磁鋼板の割れやカシメ加工におけるダボ変形部の割れを防止できる。複数種用いる電磁鋼板のうち、少なくとも１種の鋼板が表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板でない場合、得られる磁気特性が低位であると共に加工性劣化の程度が小さくなる。このため、少なくとも１種の鋼板を表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板とする。また、表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の鋼板に隣接する電磁鋼板のビッカース硬度がビッカース硬度Ｖ１の０．７５倍以下の硬度かつ３００未満でなければ十分な改善効果が得られないのでこの範囲に限定した。

（３）接触面のうち２０％以上が接着
打ち抜き加工やカシメ加工による強加工部は母材鋼板のどの部分に対応するかは一般的には製造段階では明らかでない。そのため、積層接着される母材鋼板はできるだけ広い範囲で互いに接着されている必要がある。但し、全領域が完全に接着されていなくても、加工部にある程度近接した部分が固定されていれば相応の効果を発現できる。接触面のうち接着された部分の面積が２０％に満たないと隣接した高加工性の電磁鋼板の効果を十分に付与することができないため２０％以上の範囲に限定とした。また、実施例１の表２に示す結果より、より望ましくは接着面積率を５０％以上とすることが望ましい。

なお、異種の電磁鋼板が接着接合された接合面は電気的に絶縁されていることで渦電流の増加を抑制できるが、母材となる電磁鋼板の接合面となる部分に接着前に予め絶縁被膜が形成されていない場合であっても、接着剤等による接着層が接合した電磁鋼板間の絶縁を十分に抑制する作用を有していれば、積層した電磁鋼板間の電気的な接触による鉄損の増加を抑制できる。

（４）接着面の片側又は両側に層間抵抗が０．７Ω・ｃｍ^２以上の絶縁被膜を有する
異種の電磁鋼板の接合面の電気的な接触による渦電流の増加を抑制するためには、積層接着される電磁鋼板の接合面となる面の片側又は両側に予め十分な絶縁性を有する絶縁被膜を有することが望ましい。このような絶縁被膜がない場合であっても絶縁性を有する接着剤が絶縁層を兼ねることが可能であるものの、接着層の厚さの管理が不十分な場合には部分的な電気的接触が生じて磁気特性が劣化する可能性がある。このような観点で、接合接着される電磁鋼板の面の片側又は両側は予め絶縁被膜を有することが理想的である。このとき、絶縁被膜の絶縁性を確保するために、ＪＩＳ Ｃ ２５５０－４にて規定された手法による層間抵抗が０．７Ω・ｃｍ^２以上であるのがよい。層間抵抗が０．７Ω・ｃｍ^２に満たないと異種の電磁鋼板間に渦電流が流れ、鉄損特性が劣化するため０．７Ω・ｃｍ^２以上に限定される。

本発明の効果を得る上で電磁鋼板間の接着方法は特に限定されることはなく、種々の接着剤や接着性のコーティングを用いることが可能である。積層接着される電磁鋼板として絶縁被膜を有しない電磁鋼板を用いる場合には、絶縁層を兼ねる接着剤としては非導電性の物質を選択する必要がある。また、本発明の着想は高Ｓｉ含有量の電磁鋼板の加工性を改善しようとして得られたものであるが、使用される電磁鋼板は高Ｓｉ含有量の電磁鋼板に限定されることはなく、高Ｃｒ含有量の電磁鋼板や高Ａｌ含有量の電磁鋼板といった、磁気特性改善の観点から多量に添加されるものの電磁鋼板の加工性を劣化させる元素を添加した場合に適用可能である。

［実施例１］
本実施例では、表１に示す１～３種の電磁鋼板を表１に示した順序で積層して互いに接着した。接着の方法は、エポキシ系接着剤又は接着性被膜とした。エポキシ系接着剤で接着した場合は、母材鋼板の接着面となる面には絶縁被膜を形成させず、接着後の接着剤層で絶縁層と兼ね、積層接着された後の電磁鋼板の外側表面はクロム酸化合物と有機樹脂からなる絶縁被膜を形成させた（番号３，４，８）。また、番号５～７の例では、母材鋼板の接着面となる面には接着性の被膜を形成し、加圧状態で７００℃で５分間保持することにより接着を行った。積層接着された後の電磁鋼板の外側表面には、クロム酸化合物と有機樹脂からなる絶縁被膜が形成された。いずれの場合も接着された部分が電磁鋼板全体に占める面積率は２０～５０％であった。これらの電磁鋼板を用いて図１に示すステータ鉄心１の打ち抜き及びカシメ加工を順送金型を用いて行った。ここで、打ち抜き加工時のクリアランスは、積層接着した電磁鋼板の全厚の８％とした。また、カシメ２はＶカシメとし、Ｖカシメ部を上から見たときの長辺を３ｍｍ、短辺を１ｍｍとし、カシメダボの高さを０．４ｍｍとした。順送金型でのプレス加工後の状態を観察し、打ち抜き加工端部に明瞭な亀裂が認められる場合は×、ごく微小な亀裂が認められる場合を△、全く問題がない場合を○とした。また、カシメについては、ダボでの割れ発生率が５０％以上の場合を×、割れ発生率が５～５０％の場合を△、割れ発生率が５％以下の場合を○とした。

プレス加工の結果を表１に示す。表１に示されるように、本発明の請求項１の条件を満たす条件では、打ち抜き加工及びカシメ加工共に問題が十分に押さえられているといえる。また、表２に表１の番号６の電磁鋼板を用いて、接着剤の塗布領域を種々変更することにより、接着部分の面積率を変更したときの接着面積率と加工性（プレス加工性，カシメ性）の関係を示す。接着面積率が２０％以上の場合に十分な加工性が確保されており、５０％以上が接着されていればさらに望ましい結果が得られた。

［実施例２］
本実施例では、表１に示す番号５で用いた２種の元鋼板について、接着される面となる図２の面（元鋼板１下面、元鋼板２上面）に種々の厚さのクロム酸化合物と有機樹脂からなる絶縁被膜を形成させてからエポキシ系の接着剤を用いて接着し一体化させた。このときの接着面積率は５０～７０％とした。接着接合される前の各面の層間抵抗値はＪＩＳ Ｃ ２５５０－４にて測定した。得られた電磁鋼板から図１に示すステータ鉄心１の打抜き試験を行ったところ、打抜き加工及びカシメ加工共に問題なく実施することができた。また、積層接着された鋼板から、圧延方向及び圧延直角方向に長さ２８０ｍｍ、幅３０ｍｍのエプスタイン試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｃ ２５５０－３に規定される方法で鉄損Ｗ１０／４００を測定した。表３に各面の層間抵抗値と積層接着された鋼板の磁気特性の関係を示す。表３に示されるように、元鋼板１下面と元鋼板２上面のいずれか片面に層間抵抗０．７Ω・ｃｍ^２以上の絶縁被膜を形成させてから鋼板同士の接着を行うことで鉄損の増加が抑制されていることが確認できた。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ ステータ鉄心
２ カシメ

Claims (2)

1. 異なる２種以上の電磁鋼板の面同士を互いに接着した後、接着後の電磁鋼板に対して打ち抜き加工及びカシメ加工を施すことによりモータ鉄心用の電磁鋼板を製造する電磁鋼板の製造方法であって、
   ２種以上の電磁鋼板のうちの１種は表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板であり、さらに表面のビッカース硬度Ｖ１が３００以上の電磁鋼板にはビッカース硬度がビッカース硬度Ｖ１×０．７５以下かつ３００未満である電磁鋼板を隣接させ、且つ、電磁鋼板の接触面のうちの２０％以上を接着することを特徴とする電磁鋼板の製造方法。
2. 電磁鋼板同士の接着面となる隣接する電磁鋼板の片面又は両面に層間抵抗が０．７Ω・ｃｍ^２以上の絶縁被膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の電磁鋼板の製造方法。

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