JP2001307935A - 固着力および磁気特性に優れた積層鉄心の製造方法 - Google Patents

固着力および磁気特性に優れた積層鉄心の製造方法

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JP2001307935A
JP2001307935A JP2000122324A JP2000122324A JP2001307935A JP 2001307935 A JP2001307935 A JP 2001307935A JP 2000122324 A JP2000122324 A JP 2000122324A JP 2000122324 A JP2000122324 A JP 2000122324A JP 2001307935 A JP2001307935 A JP 2001307935A
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steel sheet
vibration
steel
fixing
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Minoru Takashima
高島  稔
Yuka Komori
ゆか 小森
Kazumichi Sashi
一道 佐志
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 鋼板の歪による磁気特性の劣化を抑制し、
しかも優れた固着強度を有する積層鉄心を製造する。 【解決手段】 鋼板の表面に樹脂を主成分とする絶縁被
膜を形成し、所定の形状に加工した後、積層して振動を
付与しながら加圧することによって固着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、せん断加工あるい
は打ち抜き加工等によって鋼板を所定の形状に加工した
後、複数の鋼板を積層して固着する積層鉄心の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にモーターやトランス等の鉄心用の
鋼板は、無方向性電磁鋼板等の磁気特性に優れた鋼板を
用いる。これらの鋼板は表面に絶縁被膜を形成された
後、せん断加工あるいは打ち抜き加工によって所定の形
状に加工され、複数の鋼板を積層して、溶接,接着ある
いはかしめ等によって固着される。
【0003】しかし、かしめによって鋼板を固着する方
法は、鋼板に歪が発生して磁気特性が劣化したり、特に
薄い鋼板を固着する場合の接着強度が低いという問題が
あった。また、溶接によって鋼板を固着する方法は、熱
応力によって磁気特性が劣化するという問題があった。
接着剤を用いて鋼板を固着する方法は、鉄心用鋼板に1
枚ずつ接着剤を塗布する必要があり、製造コストが上昇
するという問題があった。
【0004】この欠点を解決する方法として、たとえば
特開昭50-4502 号公報には、積層鉄心の製造方法が開示
されている。この方法は、鉄心用薄板を積層した後、締
付け前の鉄心の端面に接着剤を塗布し、かつ外部から機
械的に振動を与えながら接着剤を鋼板間に浸透させ、同
時に外力によって締付けて固着しようとするものであ
る。しかしこの方法では、接着剤を鋼板間全体に行き渡
らせることが困難であり、固着強度が低いという問題が
あった。
【0005】そこで近年、積層鉄心を製造する際に、鋼
板を所定の形状に加工した後、複数の鋼板を積層し、さ
らに積層された鋼板を加熱しながら加圧して固着する技
術が提案されている。たとえば特開平2-38042 号公報に
は、加熱接着用表面被覆鋼板の製造方法が開示されてい
る。この方法は、加圧・加熱接着性良好な金属合金めっ
きあるいは絶縁被膜を有する鋼板を所定の形状に加工し
た後、積層して加圧,加熱接着しようとするものであ
る。しかしこの方法では、大型のトランスのEコアやI
コア、あるいは大型のモーターのステーターやローター
を製造する場合に十分な強度が得られないという問題が
あった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題を解消し、接着剤を用いることなく、鋼板の歪によ
る磁気特性の劣化を抑制し、優れた固着強度を有する積
層鉄芯を簡素な方法で製造する方法を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、加圧およ
び加熱による固着方法では十分な強度が得られない原因
を調査するために、加圧加熱の固着方法で大型のステー
ターを製造し、その固着状況を詳細に調査した。その結
果、加圧加熱の固着方法では鋼板の固着がステーターの
外周部のみに限られており、内周部は固着していなかっ
た。これは加熱と同時に加圧を行なう際の加圧力がステ
ーターの外周部に偏るためである。
【0008】そこで加圧と同時に振動を与えて鋼板を固
着させ、その固着状況を調査した結果、ステーター全体
で十分な固着強度が得られることを見出した。本発明
は、鋼板の表面に樹脂を主成分とする絶縁被膜を形成
し、鋼板を所定の形状に加工した後、複数枚の鋼板を積
層し、次いで積層された鋼板に振動を付与しながら加圧
して、積層された鋼板を固着する積層鉄心の製造方法で
ある。
【0009】前記した発明においては、第1の好適態様
として、振動の振動数f(Hz)と加圧の加圧力P(Pa)
との積f×Pが、2×107 〜1×1013(Hz・Pa)の範囲
を満足することが好ましい。また第2の好適態様とし
て、積層された鋼板を40〜500 ℃に加熱することが好ま
しい。
【0010】また第3の好適態様として、鋼板が、無方
向性電磁鋼板であることが好ましい。また第4の好適態
様として、樹脂が、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エ
ポキシ樹脂またはメラミン樹脂であることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明を実施する際の、
積層された鋼板を固着する装置の例を示す配置図であ
る。本発明においては、まず鉄心用鋼板、たとえば無方
向性電磁鋼板の表面に、樹脂を主成分とする絶縁被膜を
形成し、次いで所定の形状に加工する。ここで絶縁被膜
は鉄心用鋼板の両面に形成するのが好ましいが、本発明
のように積層して振動を加えながら加圧して固着する場
合は、片面のみに絶縁被膜を形成する方法でも良い。
【0012】所定の形状に加工された鋼板4を積層し
て、下ラム6上に載置する。鋼板の表面に絶縁被膜を形
成する樹脂として、アクリル樹脂,フェノール樹脂,エ
ポキシ樹脂またはメラミン樹脂等を使用するのが好まし
い。また鋼板の加工方法は、せん断加工または打ち抜き
加工等、鋼板を所定の形状に加工できる方法であれば良
い。
【0013】音波発振器2から発振された振動は音波振
動子1に伝達され、さらにホーン3を介して、下ラム6
上に載置された鋼板4に伝わる。こうして鋼板4に振動
を付与しながら、上ラム5と下ラム6とによって鋼板4
を加圧する。ここでは音波による振動を付与する例につ
いて説明したが、本発明においては、振動を付与する方
法は特定の方法に限定せず、鋼板4に振動を付与できる
方法であれば良い。ただし音波を用いると、簡素な設備
で振動を付与できるので好ましい。
【0014】鋼板4を固着する際には、所定の数の鋼板
4を積層して振動を付与しても良いし、鋼板4を1枚ず
つ積層(あるいは複数枚ずつ積層)して振動を付与する
作業を繰り返し行なっても良い。また溶接やかしめ等の
他の固着方法を併用しても良い。なお音波による振動の
振動数f(Hz)は、10Hz未満であっても1×107 Hzを超
えても鋼板4が固着しないので、10Hz〜1×107 Hzの範
囲が好ましい。
【0015】また鋼板4の固着強度は、鋼板4の振動数
f(Hz)および上ラム5と下ラム6とによる加圧力P
(Pa)の積f×P(Hz・Pa)に依存する。振動数f(H
z)および加圧力P(Pa)を変化させて、鋼板4の固着
強度(Pa)を測定した結果を図2に示す。鋼板4は、厚
さ0.35mmの無方向性電磁鋼板にエポキシ樹脂を主成分と
する絶縁被膜を形成したものを用いた。なお固着強度
(Pa)は、固着された鋼板4が機械的に与えられるせん
断力によって破壊するときのせん断強度にて定量化し
た。
【0016】図2から明らかなように、f×P(Hz・P
a)が2×107 〜1×1013の範囲で固着強度(Pa)が高
くなり、しかもほぼ一定のレベルを維持している。f×
P(Hz・Pa)が2×107 未満では、振動による鋼板4の
接触面積が小さいため、固着強度が低下する。またf×
P(Hz・Pa)が1×1013を超えると、加圧力Pが過大で
あるため、振動が鋼板4に伝わり難くなり固着強度が低
下する。したがってf×P(Hz・Pa)は2×107 〜1×
1013の範囲が好ましい。
【0017】積層された鋼板4を固着するときの温度は
室温でも良いが、40℃以上に加熱すると一層良好な固着
強度が得られる。ただし固着温度が 500℃を超えると、
絶縁被膜が分解するため、固着強度が低下する。したが
って固着温度は40〜500 ℃の範囲が好ましい。また鋼板
4を加熱する時期は、鋼板4に振動を付与しながら加圧
する前、振動を付与しながら加圧するとき、あるいは振
動を付与しながら加圧した後のいずれか少なくとも1つ
の工程で加熱するのが好ましい。
【0018】
【実施例】厚さ0.5mm の無方向性電磁鋼板にアクリル樹
脂を主成分とする絶縁被膜を形成した後、打ち抜き加工
によって外径140mm のモーター用ステーターの形状に加
工した。こうして得られた鋼板を積層し、図1に示す固
着装置を用いて、振動数f=28×103 Hz、加圧力P=20
×105 Pa(すなわちf×P= 5.6×1010Hz・Pa)の条件
で固着した。なお加熱は行なわず、室温(約20℃)で固
着した。これを発明例1とする。
【0019】また、これと同じ鋼板を積層し、溶接によ
って固着した例を比較例1とし、かしめによって固着し
た例を比較例2とする。これらのモーター用ステーター
の固着強度(Pa)を測定した。なお固着強度は、固着さ
れた鋼板4が機械的に与えられるせん断力によって破壊
するときのせん断強度にて定量化した。さらに、これら
のモーター用ステーターを用いて 400W3相交流モータ
ーを製造し、モーター効率(%)を測定した。その結果
は、表1に示す通りである。
【0020】
【表1】
【0021】発明例1と比較例1を比べると、固着強度
はほぼ同じ値であるが、モーター効率は発明例1の方が
高い。また発明例1と比較例2を比べると、固着強度お
よびモーター効率ともに発明例1の方が高い。次に厚さ
0.35mmの無方向性電磁鋼板にエポキシ樹脂を主成分とす
る絶縁被膜を形成した後、打ち抜き加工によってトラン
ス用コアの形状に加工した。こうして得られた鋼板を積
層し、図1に示す固着装置を用いて、振動数f= 5×10
3 Hz、加圧力P= 5×105 Pa(すなわちf×P= 2.5×
109 Hz・Pa)の条件で固着した。なお鋼板の固着は、炉
内温度を 200℃に保持した加熱炉内で行なった。これを
発明例2とする。
【0022】また、これと同じ鋼板を積層し、炉内温度
を 200℃に保持した加熱炉内で、鋼板に振動を付与せ
ず、加圧力P= 5×105 Paで固着した。これを比較例3
とする。これらのトランス用コアの固着強度(Pa)を測
定した。さらにこれらのトランス用コアを用いてトラン
スを製造し、鉄損W15/50 (W/kg)を測定した。その
結果は、表2に示す通りである。なお、鉄損W
15/50 は、周波数50Hz,磁束密度1.5Tにおけるエネル
ギー損失を指す。
【0023】
【表2】
【0024】発明例2と比較例3を比べると、鉄損W
15/50 は同じであるが、固着強度は発明例2の方が高
い。次に厚さ0.20mmの無方向性電磁鋼板にアクリル樹脂
を主成分とする絶縁被膜を形成した後、打ち抜き加工に
よってモーター用ステーターの形状に加工した。こうし
て得られた鋼板を積層し、図1に示す固着装置を用い
て、表3に示すような種々の条件で固着した。これらの
モーター用ステーターの固着強度(Pa)を測定した。さ
らに、これらのモーター用ステーターを用いて 400W3
相交流モーターを製造し、モーター効率(%)を測定し
た。その結果は、表3に示す通りである。
【0025】
【表3】
【0026】発明例3〜7は、積層された鋼板に室温
(約20℃)で振動を付与しながら加圧して、f×P(Hz
・Pa)が1×107 〜 2.5×1013の範囲で固着した例であ
る。発明例3はf×P(Hz・Pa)が1×107 (すなわち
2×107 未満の例)であるため、モーター効率は発明例
4〜6とほぼ同じ値であるが、固着強度は発明例4〜6
より低くなった。発明例7はf×P(Hz・Pa)が 2.5×
107 (すなわち1×1013を超える例)であるため、モー
ター効率は発明例4〜6とほぼ同じ値であるが、固着強
度は発明例4〜6より低くなった。
【0027】発明例8〜11は、積層された鋼板を40〜60
0 ℃に加熱しながら、f×P(Hz・Pa)が 2.5×10
9 (すなわち2×107 〜1×1013の範囲内)となる条件
で固着した例である。発明例5は、室温でf×P(Hz・
Pa)が 2.5×109 となる条件で固着した例である。発明
例5と発明例8〜10とを比べると、f×Pが同一であっ
ても、40〜500 ℃に加熱することによって固着強度がさ
らに向上した。発明例11は600 ℃に加熱したため固着強
度が発明例5より低下した。
【0028】比較例6は、積層された鋼板に振動を付与
せず、 200℃に加熱して1×105 Paで加圧した例であ
る。発明例9と比較例6を比べると、比較例6は振動を
付与していないために固着強度が発明例9より著しく低
下した。その他の固着方法として、比較例4は溶接によ
って固着した例であり、比較例5はかしめによって固着
した例である。発明例3〜11と比較例4〜6を比べる
と、比較例4はモーター効率が発明例3〜11より低下
し、比較例5は固着強度およびモーター効率がともに発
明例3〜11より低下した。
【0029】
【発明の効果】本発明では、積層された鋼板に振動を付
与しながら加圧することにより、固着強度および磁気特
性に優れた積層鉄心を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する際の、積層された鋼板を固着
する装置の例を示す配置図である。
【図2】固着強度とf×Pとの関係を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1 音波振動子 2 音波発振器 3 ホーン 4 鋼板 5 上ラム 6 下ラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐志 一道 岡山県倉敷市水島川崎通1丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 Fターム(参考) 4K033 RA03 TA03 5E041 BC05 CA02 CA04 HB11 NN18 5E062 AA06 AC01 AC06 AC11 AC15 5H002 AA05 AA07 AA08 AC04 5H615 AA01 PP01 PP02 PP06 PP07 SS05 SS15 SS24 TT25 TT34 TT38

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板の表面に樹脂を主成分とする絶縁被
    膜を形成し、前記鋼板を所定の形状に加工した後、複数
    枚の前記鋼板を積層し、次いで積層された鋼板に振動を
    付与しながら加圧して、前記積層された鋼板を固着する
    ことを特徴とする積層鉄心の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記振動の振動数f(Hz)と前記加圧の
    加圧力P(Pa)との積f×Pが、2×107 〜1×10
    13(Hz・Pa)の範囲を満足することを特徴とする請求項
    1に記載の積層鉄心の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記積層された鋼板を40〜500 ℃に加熱
    することを特徴とする請求項1または2に記載の積層鉄
    心の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記鋼板が、無方向性電磁鋼板であるこ
    とを特徴とする請求項1、2または3に記載の積層鉄心
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記樹脂が、アクリル樹脂、フェノール
    樹脂、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂であることを特
    徴とする請求項1、2、3または4に記載の積層鉄心の
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101735246B1 (ko) * 2016-08-22 2017-05-24 (주)항남 가열 접착식 회전 적층 코어 제조 장치
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