JP2004346348A - 張力付与特性に優れた絶縁被膜と低鉄損方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】方向性電磁鋼板製造の最終工程で、鋼板表面に形成する絶縁被膜の性状を改善することにより、密着性等の被膜特性を向上せしめるともに張力付与特性を格段に向上せしめた絶縁被膜と、該絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板、及び、その製造方法を提供する。
【解決手段】りん酸金属塩（好ましくは、りん酸アルミニウム）で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とし、該主成分以外の成分を、好ましくは、クロム酸塩、又は、硼酸とすることを特徴とする張力付与特性に優れた絶縁被膜と、該絶縁被膜を有する低鉄損方向性電磁鋼板。
【選択図】 なし
【解決手段】りん酸金属塩（好ましくは、りん酸アルミニウム）で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とし、該主成分以外の成分を、好ましくは、クロム酸塩、又は、硼酸とすることを特徴とする張力付与特性に優れた絶縁被膜と、該絶縁被膜を有する低鉄損方向性電磁鋼板。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、張力付与特性に優れた絶縁被膜と、この絶縁被膜を有する低鉄損方向性電磁鋼板、及び、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、方向性電磁鋼板の表面には、高温仕上焼鈍中に形成されるフォルステライト層（１次被膜）と、りん酸塩被膜層（２次被膜）の２層からなる絶縁被膜が形成されている。２次被膜はヒートフラットニング時に同時に処理される場合が多い。
【０００３】
この絶縁被膜には、電気的絶縁性の他、所定の耐熱性、すべり性、密着性等の被膜特性が要求される。方向性電磁鋼板は、各種の工程を経てトランス・モーター等の鉄芯に加工されるが、上記特性が充分に備わっていなければ、歪取焼鈍時に被膜が剥離したり、鋼板積層時に作業性が悪化したりする。
【０００４】
さらに、重要な被膜特性の一つは、鋼板の磁気特性を向上させるために鋼板表面に所定の大きさの張力を付与する特性（張力付与特性）である。この張力付与により、電磁鋼板の鉄損特性を改善することができるし、さらに、トランスの騒音の主原因となる磁気歪を低減することができる。
【０００５】
絶縁被膜の張力付与特性を改善するには、絶縁被膜の熱膨張係数を鋼板の熱膨張係数より小さくするか、及び／又は、絶縁被膜の強度（剛性）を大きくすればよく、これまで、熱膨張係数の小さいシリカを主成分として様々な改善が積み重ねられ、また、他の成分を用いて絶縁被膜の強度（剛性）を大きくする試みが数多くなされてきた。
【０００６】
特許文献１には、仕上焼鈍時に鋼板表面に形成されたフォルステライト被膜の上に、りん酸塩、クロム酸塩、及び、コロイド状シリカを所定の割合で含有する処理液を塗布し焼付けて張力付加絶縁被膜を形成し、方向性電磁鋼板の鉄損と磁気歪を低減する方法が開示されている。
【０００７】
特許文献１の方法により、方向性電磁鋼板の鉄損特性と磁気歪特性が格段に向上した。その後も、鉄損特性及び磁気歪特性の更なる向上を目指し、種々の被膜特性の向上方法が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献２には、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、粒径８μｍ以下（超微粒子）のコロイド状シリカ、第一りん酸塩、及び、クロム酸塩を所定の割合で含有する処理液を塗布し焼き付けて、張力付加特性及びすべり性に優れた絶縁被膜を形成する方法が開示されている。
【０００９】
特許文献２の方法は、超微粒子のシリカを用いて、コロイド状シリカの比表面積を大きくし結合力を強め、鋼板への付与張力を大きくするものである。この方法により、絶縁被膜の張力付加特性及びすべり性は各段に改善され、方向性電磁鋼板の磁気特性は大幅に向上する。
【００１０】
また、特許文献３には、鋼板表面に、ガラス転移点（Ｔｇ点）が９５０〜１２００℃のコロイド状シリカ、りん酸塩、及び、クロム酸塩を主成分とする絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板が開示されている。
【００１１】
特許文献３の絶縁被膜は、密着性等の被膜特性も良好なうえ、従来よりも高張力を付与することが可能であるので、その磁気特性をより一層向上せしめるものである。
【００１２】
また、一方、特許文献４には、鋼板表面により大きい張力を付与するため、鋼板表面にアルミナ−酸化硼素系複合被膜を形成した低鉄損方向性電磁鋼板が開示されている。アルミナ−酸化ホウ素系被膜は被膜強度が大きいため、鋼板に高張力を付与することが可能である。しかし、特許文献４の複合被膜は、錆びやすく被膜安定性に欠けるという問題を抱えており、その後の改良でも十分な耐蝕性が得られていない。
【００１３】
さらに、特許文献５には、鋼板表面に、りん酸水素塩とシリカを主成分とする第一層と、硼酸アルミニウムを主成分とする第２層からなる絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板が開示されている。しかし、特許文献５の絶縁被膜は、被覆形成過程が煩雑であるという問題がある。
【００１４】
このように、方向性電磁鋼板の絶縁被膜に関しては、被膜成分又は被膜構造の点から、被膜特性及び張力付与特性をより一層高める方法がこれまで各種開示されている。しかし、これらの方法は、絶縁被膜を工業的に安定して形成するという点で、必ずしも充分なものではない。
【００１５】
ところで、近年、エネルギー問題や環境問題がクローズアップされ、トランスやモーター等の電気機器においては、より一層の効率向上や騒音低減が厳しく求められている。
【００１６】
その要求に応えるには、上記電気機器の鉄芯材料である方向性電磁鋼板の磁気特性を更に高める必要があるが、そのためには、鉄損特性改善と磁気歪特性改善に大きく寄与する絶縁被膜の張力付与特性をより一層高めることが必要である。
【００１７】
そのためには、絶縁被膜の主成分としてコロイド状シリカを用いることが有効であるが、コロイド状シリカを用いる場合、絶縁被膜を工業的に安定して形成する技術の開発も併せて必要である。
【００１８】
【特許文献１】
特公昭５３−２８３７５号公報
【特許文献２】
特開昭６１−４１７７８号公報
【特許文献３】
特開平１１−７１６８３号公報
【特許文献４】
特開平６−６５７５５号公報
【特許文献５】
特開２００１−１５２３５４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記必要性に鑑み、方向性電磁鋼板製造の最終工程で、鋼板表面に形成する絶縁被膜の性状を改善することにより、密着性等の被膜特性を向上せしめるともに張力付与特性を格段に向上せしめた絶縁被膜と、該絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、耐蝕性や造膜性といった絶縁被膜に必要な特性のバランスに優れたコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とする組成を用いることを前提に、絶縁被膜の張力付与特性を高める方法について検討した。
【００２１】
前述したように、絶縁被膜の張力付与特性を改善するには、絶縁被膜の熱膨張係数を鋼板の熱膨張係数より小さくするか、及び／又は、絶縁被膜の強度（剛性）を大きくすればよい。
【００２２】
絶縁被膜の熱膨張係数を鋼板の熱膨張係数より小さくすれば、絶縁被膜形成のための加熱乾燥の際に、鋼板の収縮が絶縁被膜の収縮より大きくなって、鋼板と絶縁被膜の界面においては、鋼板表面に張力が作用し、被膜表面に圧縮力が作用することになる。
【００２３】
そして、絶縁被膜には、上記圧縮力に耐えるに充分な強度（剛性）が必要とされる。
【００２４】
しかし、コロイド状シリカは凝集し易いため、りん酸塩溶液中に添加することにより、絶縁被膜形成時にシリカが凝集し、シリカが比較的多い部分と少ない部分が形成される。その結果、シリカが多い部分では、粒子間にりん酸塩が浸透せず、クラックの起点となる空隙が形成され、耐蝕性や造膜性が劣化する。
【００２５】
本発明者等は、絶縁被膜の張力付与特性を著しく高め、コロイド状シリカを均一にコーティング溶液中に分散させ、良好な被膜特性を維持できる手法について検討した。
【００２６】
その結果、本発明者等は、コロイド状シリカとして、りん酸金属塩で被覆されたコロイド状シリカを用いると、著しく張力付与特性が向上し、かつ、他の被膜特性も改善できることを見いだした。
【００２７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。
【００２８】
（１） りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とすることを特徴とする張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００２９】
（２） 前記コロイド状シリカとりん酸塩以外にクロム酸塩を含有することを特徴とする前記（１）に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３０】
（３） 前記コロイド状シリカを被覆するりん酸金属塩がりん酸アルミニウムであることを特徴とする前記（１）〜（２）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３１】
（４） 前記コロイド状シリカの１次粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３２】
（５） 前記コロイド状シリカがクラスターをなしていることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３３】
（６） 前記コロイド状シリカを、固形分換算で、該シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３４】
（７） 前記コロイド状シリカを、固形分換算で、全コロイド状シリカに対し、５０％以上含有することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３５】
（８） りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とする張力付与特性に優れた絶縁被膜を有することを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３６】
（９） 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカとりん酸塩以外にクロム酸塩を含有することを特徴とする請求項８に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３７】
（１０） 前記コロイド状シリカを被覆するりん酸金属塩がりん酸アルミニウムであることを特徴とする前記（８）〜（９）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３８】
（１１） 前記コロイド状シリカの１次粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする前記（８）〜（１０）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３９】
（１２） 前記絶縁被膜において、前記コロイド状シリカがクラスターをなしていることを特徴とする前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４０】
（１３） 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカを、固形分換算で、該シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有することを特徴とする前記（８）〜（１２）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４１】
（１４） 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカを、固形分換算で、全コロイド状シリカに対し、５０％以上含有することを特徴とする前記（８）〜（１３）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４２】
（１５） 前記絶縁被膜の付着量が２〜１０ｇ／ｍ２であることを特徴とする前記（８）〜（１４）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４３】
（１６） 前記絶縁被膜の付着量が２〜７ｇ／ｍ２であることを特徴とする前記（８）〜（１４）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４４】
（１７） 前記鋼板が、Ｃ：０．００５質量％以下、Ｓｉ：２．５〜７．０質量％を含有し、かつ、その平均結晶粒径が１〜１０ｍｍで、（１１０）［００１］の圧延方向に対する偏差が平均で８°以下の鋼板であることを特徴とする前記（８）〜（１６）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４５】
（１８） 鋼板表面に張力付与特性に優れた絶縁被膜を形成し、鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板を製造する方法において、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とし、固形分換算で、コロイド状シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有する処理液を、方向性電磁鋼板の表面に塗布し、８５０〜１２００℃未満の温度で焼付けることを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明について、詳細に説明する。本発明においては、絶縁被膜の主成分として、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を使用する。この点が、本発明の特徴である。
【００４７】
本発明においては、絶縁被膜を構成する他の主成分として、従来と同じく、クロム酸塩や硼酸などが使用可能であるが、混合するシリカ粒子の表面をりん酸金属塩で被覆することにより、シリカ粒子と上記主成分であるりん酸塩との濡れ性が大幅に改善され、その結果、表面活性の大きいコロイド状シリカ粒子の間へ、りん酸塩等の主成分が充分に浸透して、クラックの起点となる空隙が形成されず、かつ、シリカ粒子間が強く結合されると考えられる。
【００４８】
即ち、本発明においては、絶縁被膜中にて、シリカ粒子（りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカ）とりん酸塩との馴染みが良いため不均一性が生じず、従って、絶縁被膜としての被膜特性を良好に維持しつつ、従来よりもシリカ添加比率を増大できるので、被膜強度（剛性）を従来レベル以上に大きくすることが可能で、張力付与特性が大幅に向上した絶縁被膜を鋼板表面上に形成することができる。
【００４９】
コロイド状シリカの表面を被覆するりん酸金属塩は、絶縁被膜の他の主成分に応じて適宜選択できるが、該主成分が、りん酸塩とクロム酸塩の場合、りん酸アルミニウムが好ましい。
【００５０】
鋼板表面において、均一でかつ高強度の被膜強度を確保する点で、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカは、１次粒子径が１０〜１００ｎｍのものが好ましく、更に、１０〜３０ｎｍのものが最適である。
【００５１】
上記コロイド状シリカは、超微粒子であるが故、絶縁被膜中で、１次粒子が凝集したクラスターの態様で存在していると考えられるが、このような存在態様も、コロイド状シリカ粒子間へのりん酸塩等の浸透とともに、被膜強度の著しい向上に寄与していると考えられる。
【００５２】
ただし、１次粒子径が１０ｎｍ未満であると、シリカ粒子が細かすぎてクラスターが大きくなり、しかも、絶縁被膜中に偏在し易くなるので、コロイド状シリカの１次粒子径は１０ｎｍ以上が好ましい。
【００５３】
一方、コロイド状シリカの１次粒子径が１００ｎｍを超えると、粒子間の結合が強化されず、被膜強度が低下する傾向にあるので、該１次粒子径は１００ｎｍ以下が好ましい。
【００５４】
上記コロイド状シリカの含有量は、被膜特性の維持・確保、及び、所望の被膜強度（付与張力のレベル）を考慮して適宜設定するが、所定の被膜特性と被膜強度の両方を確保するためには、固形分換算で、シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部とするのが好ましい。
【００５５】
さらに、使用する全シリカをりん酸塩被覆シリカとしなくても、全コロイド状シリカに対し、りん酸金属塩被覆コロイド状シリカを、固形分換算で５０％以上含有することでも所定の特性を得ることができる。
【００５６】
本発明においては、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカを、固形分換算で、コロイド状シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有する処理液を、方向性電磁鋼板の表面に塗布し、８５０〜１２００℃未満の温度で焼付けて、張力付与特性に優れた絶縁被膜を該方向性電磁鋼板の表面に形成し、低鉄損方向性電磁鋼板を製造する。
【００５７】
上記処理液としては、上記コロイド状シリカを、固形分換算で、りん酸塩１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有するものが１０％から４０％の濃度になるように調製するのが好ましい。さらに、消泡剤や塗布性向上剤等の副原料を添加しても良い。
【００５８】
上記処理液を、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に塗布するが、該電磁鋼板は、通常のフォルステライト被膜を有していてもよいし、フォルステライト被膜を有していなくてもよい。本発明の絶縁被膜は、通常のフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板、及び、フォルステライト被膜を有しない電磁鋼板鋼板のいずれの表面にも形成できるものである。
【００５９】
なお、上記処理液を鋼板表面に塗布する際には、塗布前に、通常どおり、鋼板表面から余剰の焼鈍分離剤を水洗除去し、その後、酸洗処理、水洗処理し、鋼板表面の洗浄と活性化を行なう。
【００６０】
上記処理液を、鋼板表面に塗布した後、８５０〜１２００℃未満の温度で焼付けて、張力付与特性に優れた絶縁被膜を方向性電磁鋼板の表面に形成する。
【００６１】
焼付温度が８５０℃未満であると、絶縁被膜の焼付け形成が充分になされず、所要の被膜強度を確保して所要の鉄損特性を維持することができず、一方、焼付温度が１２００℃であると、鋼板の取り扱いが工業的に困難であり、現実的でない。
【００６２】
絶縁被膜の鋼板表面への付着量は、磁気特性向上の点からは特に制限がないが、所要の被膜強度を確保する点、及び、鉄芯において一定の占積率を確保する点で、２〜１０ｇ／ｍ２が好ましく、更に、２〜７ｇ／ｍ２が好ましい。
【００６３】
上記付着量が、２ｇ／ｍ２未満であると、所要の被膜強度を確保して所要の鉄損特性を維持することが難しく、一方、付着量が、１０ｇ／ｍ２を超えると一定の占積率を確保することが難しい。
【００６４】
本発明の絶縁被膜は、どのような成分組成の方向性電磁鋼板の表面においても優れた張力付与特性を発揮して、低鉄損方向性電磁鋼板を製造することができるが、上記電磁鋼板が、Ｃ：０．００５質量％以下、Ｓｉ：２．５〜７．０質量％を含有し、かつ、その平均結晶粒径が１〜１０ｍｍで、（１１０）［００１］の圧延方向に対する偏差が平均で８°以下の鋼板であると、鋼板自体の優れた磁気特性と相俟って、鉄損特性のより優れた方向性電磁鋼板を製造することができる。
【００６５】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例で用いた数値条件等は、本発明の実施可能性と効果を説明するための一例であり、本発明は、これら数値条件等に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、適宜、数値条件等を定めることができるものである。
【００６６】
（実施例）
厚さ０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板の高温仕上げ焼鈍後の同一コイルから、幅７ｃｍ×長さ３２ｃｍの試料を切り出し、表面に残存している焼鈍分離剤を水洗と軽酸洗で除去した後、歪み取焼鈍を実施した。
【００６７】
次に、表１に示す配合割合で、りん酸塩溶液を調合した後、表２に示すコロイド状シリカを用いて、表３に示す組成の絶縁被膜処理液を、塗布量が５ｇ／ｍ２になるように鋼板表面に塗布し、９００℃にて乾燥焼付けした後、被膜特性と磁気特性を評価した。その結果を表４に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
【表２】
【００７０】
【表３】
【００７１】
【表４】
【００７２】
表４から、被膜特性と磁気特性が格段に向上していることがわかる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、密着性等の被膜特性が良好で、かつ、張力付与特性が格段に向上した絶縁被膜と、該絶縁被膜を有する低鉄損の方向性電磁鋼板、さらに、その製造方法を提供することができる。そして、本発明による低鉄損方向性電磁鋼板を、トランス、モーター等の電気機器の鉄芯として用いれば、より一層の効率向上や騒音低減を図ることができる。
【００７４】
したがって、本発明は、近年、厳しくなりつつあるエネルギー問題や環境問題の解決に向け大きく貢献するものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、張力付与特性に優れた絶縁被膜と、この絶縁被膜を有する低鉄損方向性電磁鋼板、及び、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、方向性電磁鋼板の表面には、高温仕上焼鈍中に形成されるフォルステライト層（１次被膜）と、りん酸塩被膜層（２次被膜）の２層からなる絶縁被膜が形成されている。２次被膜はヒートフラットニング時に同時に処理される場合が多い。
【０００３】
この絶縁被膜には、電気的絶縁性の他、所定の耐熱性、すべり性、密着性等の被膜特性が要求される。方向性電磁鋼板は、各種の工程を経てトランス・モーター等の鉄芯に加工されるが、上記特性が充分に備わっていなければ、歪取焼鈍時に被膜が剥離したり、鋼板積層時に作業性が悪化したりする。
【０００４】
さらに、重要な被膜特性の一つは、鋼板の磁気特性を向上させるために鋼板表面に所定の大きさの張力を付与する特性（張力付与特性）である。この張力付与により、電磁鋼板の鉄損特性を改善することができるし、さらに、トランスの騒音の主原因となる磁気歪を低減することができる。
【０００５】
絶縁被膜の張力付与特性を改善するには、絶縁被膜の熱膨張係数を鋼板の熱膨張係数より小さくするか、及び／又は、絶縁被膜の強度（剛性）を大きくすればよく、これまで、熱膨張係数の小さいシリカを主成分として様々な改善が積み重ねられ、また、他の成分を用いて絶縁被膜の強度（剛性）を大きくする試みが数多くなされてきた。
【０００６】
特許文献１には、仕上焼鈍時に鋼板表面に形成されたフォルステライト被膜の上に、りん酸塩、クロム酸塩、及び、コロイド状シリカを所定の割合で含有する処理液を塗布し焼付けて張力付加絶縁被膜を形成し、方向性電磁鋼板の鉄損と磁気歪を低減する方法が開示されている。
【０００７】
特許文献１の方法により、方向性電磁鋼板の鉄損特性と磁気歪特性が格段に向上した。その後も、鉄損特性及び磁気歪特性の更なる向上を目指し、種々の被膜特性の向上方法が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献２には、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に、粒径８μｍ以下（超微粒子）のコロイド状シリカ、第一りん酸塩、及び、クロム酸塩を所定の割合で含有する処理液を塗布し焼き付けて、張力付加特性及びすべり性に優れた絶縁被膜を形成する方法が開示されている。
【０００９】
特許文献２の方法は、超微粒子のシリカを用いて、コロイド状シリカの比表面積を大きくし結合力を強め、鋼板への付与張力を大きくするものである。この方法により、絶縁被膜の張力付加特性及びすべり性は各段に改善され、方向性電磁鋼板の磁気特性は大幅に向上する。
【００１０】
また、特許文献３には、鋼板表面に、ガラス転移点（Ｔｇ点）が９５０〜１２００℃のコロイド状シリカ、りん酸塩、及び、クロム酸塩を主成分とする絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板が開示されている。
【００１１】
特許文献３の絶縁被膜は、密着性等の被膜特性も良好なうえ、従来よりも高張力を付与することが可能であるので、その磁気特性をより一層向上せしめるものである。
【００１２】
また、一方、特許文献４には、鋼板表面により大きい張力を付与するため、鋼板表面にアルミナ−酸化硼素系複合被膜を形成した低鉄損方向性電磁鋼板が開示されている。アルミナ−酸化ホウ素系被膜は被膜強度が大きいため、鋼板に高張力を付与することが可能である。しかし、特許文献４の複合被膜は、錆びやすく被膜安定性に欠けるという問題を抱えており、その後の改良でも十分な耐蝕性が得られていない。
【００１３】
さらに、特許文献５には、鋼板表面に、りん酸水素塩とシリカを主成分とする第一層と、硼酸アルミニウムを主成分とする第２層からなる絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板が開示されている。しかし、特許文献５の絶縁被膜は、被覆形成過程が煩雑であるという問題がある。
【００１４】
このように、方向性電磁鋼板の絶縁被膜に関しては、被膜成分又は被膜構造の点から、被膜特性及び張力付与特性をより一層高める方法がこれまで各種開示されている。しかし、これらの方法は、絶縁被膜を工業的に安定して形成するという点で、必ずしも充分なものではない。
【００１５】
ところで、近年、エネルギー問題や環境問題がクローズアップされ、トランスやモーター等の電気機器においては、より一層の効率向上や騒音低減が厳しく求められている。
【００１６】
その要求に応えるには、上記電気機器の鉄芯材料である方向性電磁鋼板の磁気特性を更に高める必要があるが、そのためには、鉄損特性改善と磁気歪特性改善に大きく寄与する絶縁被膜の張力付与特性をより一層高めることが必要である。
【００１７】
そのためには、絶縁被膜の主成分としてコロイド状シリカを用いることが有効であるが、コロイド状シリカを用いる場合、絶縁被膜を工業的に安定して形成する技術の開発も併せて必要である。
【００１８】
【特許文献１】
特公昭５３−２８３７５号公報
【特許文献２】
特開昭６１−４１７７８号公報
【特許文献３】
特開平１１−７１６８３号公報
【特許文献４】
特開平６−６５７５５号公報
【特許文献５】
特開２００１−１５２３５４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記必要性に鑑み、方向性電磁鋼板製造の最終工程で、鋼板表面に形成する絶縁被膜の性状を改善することにより、密着性等の被膜特性を向上せしめるともに張力付与特性を格段に向上せしめた絶縁被膜と、該絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板、及び、その製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、耐蝕性や造膜性といった絶縁被膜に必要な特性のバランスに優れたコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とする組成を用いることを前提に、絶縁被膜の張力付与特性を高める方法について検討した。
【００２１】
前述したように、絶縁被膜の張力付与特性を改善するには、絶縁被膜の熱膨張係数を鋼板の熱膨張係数より小さくするか、及び／又は、絶縁被膜の強度（剛性）を大きくすればよい。
【００２２】
絶縁被膜の熱膨張係数を鋼板の熱膨張係数より小さくすれば、絶縁被膜形成のための加熱乾燥の際に、鋼板の収縮が絶縁被膜の収縮より大きくなって、鋼板と絶縁被膜の界面においては、鋼板表面に張力が作用し、被膜表面に圧縮力が作用することになる。
【００２３】
そして、絶縁被膜には、上記圧縮力に耐えるに充分な強度（剛性）が必要とされる。
【００２４】
しかし、コロイド状シリカは凝集し易いため、りん酸塩溶液中に添加することにより、絶縁被膜形成時にシリカが凝集し、シリカが比較的多い部分と少ない部分が形成される。その結果、シリカが多い部分では、粒子間にりん酸塩が浸透せず、クラックの起点となる空隙が形成され、耐蝕性や造膜性が劣化する。
【００２５】
本発明者等は、絶縁被膜の張力付与特性を著しく高め、コロイド状シリカを均一にコーティング溶液中に分散させ、良好な被膜特性を維持できる手法について検討した。
【００２６】
その結果、本発明者等は、コロイド状シリカとして、りん酸金属塩で被覆されたコロイド状シリカを用いると、著しく張力付与特性が向上し、かつ、他の被膜特性も改善できることを見いだした。
【００２７】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。
【００２８】
（１） りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とすることを特徴とする張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００２９】
（２） 前記コロイド状シリカとりん酸塩以外にクロム酸塩を含有することを特徴とする前記（１）に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３０】
（３） 前記コロイド状シリカを被覆するりん酸金属塩がりん酸アルミニウムであることを特徴とする前記（１）〜（２）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３１】
（４） 前記コロイド状シリカの１次粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３２】
（５） 前記コロイド状シリカがクラスターをなしていることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３３】
（６） 前記コロイド状シリカを、固形分換算で、該シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３４】
（７） 前記コロイド状シリカを、固形分換算で、全コロイド状シリカに対し、５０％以上含有することを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
【００３５】
（８） りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とする張力付与特性に優れた絶縁被膜を有することを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３６】
（９） 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカとりん酸塩以外にクロム酸塩を含有することを特徴とする請求項８に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３７】
（１０） 前記コロイド状シリカを被覆するりん酸金属塩がりん酸アルミニウムであることを特徴とする前記（８）〜（９）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３８】
（１１） 前記コロイド状シリカの１次粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする前記（８）〜（１０）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００３９】
（１２） 前記絶縁被膜において、前記コロイド状シリカがクラスターをなしていることを特徴とする前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４０】
（１３） 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカを、固形分換算で、該シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有することを特徴とする前記（８）〜（１２）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４１】
（１４） 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカを、固形分換算で、全コロイド状シリカに対し、５０％以上含有することを特徴とする前記（８）〜（１３）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４２】
（１５） 前記絶縁被膜の付着量が２〜１０ｇ／ｍ２であることを特徴とする前記（８）〜（１４）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４３】
（１６） 前記絶縁被膜の付着量が２〜７ｇ／ｍ２であることを特徴とする前記（８）〜（１４）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４４】
（１７） 前記鋼板が、Ｃ：０．００５質量％以下、Ｓｉ：２．５〜７．０質量％を含有し、かつ、その平均結晶粒径が１〜１０ｍｍで、（１１０）［００１］の圧延方向に対する偏差が平均で８°以下の鋼板であることを特徴とする前記（８）〜（１６）のいずれかに記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
【００４５】
（１８） 鋼板表面に張力付与特性に優れた絶縁被膜を形成し、鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板を製造する方法において、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とし、固形分換算で、コロイド状シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有する処理液を、方向性電磁鋼板の表面に塗布し、８５０〜１２００℃未満の温度で焼付けることを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明について、詳細に説明する。本発明においては、絶縁被膜の主成分として、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を使用する。この点が、本発明の特徴である。
【００４７】
本発明においては、絶縁被膜を構成する他の主成分として、従来と同じく、クロム酸塩や硼酸などが使用可能であるが、混合するシリカ粒子の表面をりん酸金属塩で被覆することにより、シリカ粒子と上記主成分であるりん酸塩との濡れ性が大幅に改善され、その結果、表面活性の大きいコロイド状シリカ粒子の間へ、りん酸塩等の主成分が充分に浸透して、クラックの起点となる空隙が形成されず、かつ、シリカ粒子間が強く結合されると考えられる。
【００４８】
即ち、本発明においては、絶縁被膜中にて、シリカ粒子（りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカ）とりん酸塩との馴染みが良いため不均一性が生じず、従って、絶縁被膜としての被膜特性を良好に維持しつつ、従来よりもシリカ添加比率を増大できるので、被膜強度（剛性）を従来レベル以上に大きくすることが可能で、張力付与特性が大幅に向上した絶縁被膜を鋼板表面上に形成することができる。
【００４９】
コロイド状シリカの表面を被覆するりん酸金属塩は、絶縁被膜の他の主成分に応じて適宜選択できるが、該主成分が、りん酸塩とクロム酸塩の場合、りん酸アルミニウムが好ましい。
【００５０】
鋼板表面において、均一でかつ高強度の被膜強度を確保する点で、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカは、１次粒子径が１０〜１００ｎｍのものが好ましく、更に、１０〜３０ｎｍのものが最適である。
【００５１】
上記コロイド状シリカは、超微粒子であるが故、絶縁被膜中で、１次粒子が凝集したクラスターの態様で存在していると考えられるが、このような存在態様も、コロイド状シリカ粒子間へのりん酸塩等の浸透とともに、被膜強度の著しい向上に寄与していると考えられる。
【００５２】
ただし、１次粒子径が１０ｎｍ未満であると、シリカ粒子が細かすぎてクラスターが大きくなり、しかも、絶縁被膜中に偏在し易くなるので、コロイド状シリカの１次粒子径は１０ｎｍ以上が好ましい。
【００５３】
一方、コロイド状シリカの１次粒子径が１００ｎｍを超えると、粒子間の結合が強化されず、被膜強度が低下する傾向にあるので、該１次粒子径は１００ｎｍ以下が好ましい。
【００５４】
上記コロイド状シリカの含有量は、被膜特性の維持・確保、及び、所望の被膜強度（付与張力のレベル）を考慮して適宜設定するが、所定の被膜特性と被膜強度の両方を確保するためには、固形分換算で、シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部とするのが好ましい。
【００５５】
さらに、使用する全シリカをりん酸塩被覆シリカとしなくても、全コロイド状シリカに対し、りん酸金属塩被覆コロイド状シリカを、固形分換算で５０％以上含有することでも所定の特性を得ることができる。
【００５６】
本発明においては、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカを、固形分換算で、コロイド状シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有する処理液を、方向性電磁鋼板の表面に塗布し、８５０〜１２００℃未満の温度で焼付けて、張力付与特性に優れた絶縁被膜を該方向性電磁鋼板の表面に形成し、低鉄損方向性電磁鋼板を製造する。
【００５７】
上記処理液としては、上記コロイド状シリカを、固形分換算で、りん酸塩１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有するものが１０％から４０％の濃度になるように調製するのが好ましい。さらに、消泡剤や塗布性向上剤等の副原料を添加しても良い。
【００５８】
上記処理液を、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板の表面に塗布するが、該電磁鋼板は、通常のフォルステライト被膜を有していてもよいし、フォルステライト被膜を有していなくてもよい。本発明の絶縁被膜は、通常のフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板、及び、フォルステライト被膜を有しない電磁鋼板鋼板のいずれの表面にも形成できるものである。
【００５９】
なお、上記処理液を鋼板表面に塗布する際には、塗布前に、通常どおり、鋼板表面から余剰の焼鈍分離剤を水洗除去し、その後、酸洗処理、水洗処理し、鋼板表面の洗浄と活性化を行なう。
【００６０】
上記処理液を、鋼板表面に塗布した後、８５０〜１２００℃未満の温度で焼付けて、張力付与特性に優れた絶縁被膜を方向性電磁鋼板の表面に形成する。
【００６１】
焼付温度が８５０℃未満であると、絶縁被膜の焼付け形成が充分になされず、所要の被膜強度を確保して所要の鉄損特性を維持することができず、一方、焼付温度が１２００℃であると、鋼板の取り扱いが工業的に困難であり、現実的でない。
【００６２】
絶縁被膜の鋼板表面への付着量は、磁気特性向上の点からは特に制限がないが、所要の被膜強度を確保する点、及び、鉄芯において一定の占積率を確保する点で、２〜１０ｇ／ｍ２が好ましく、更に、２〜７ｇ／ｍ２が好ましい。
【００６３】
上記付着量が、２ｇ／ｍ２未満であると、所要の被膜強度を確保して所要の鉄損特性を維持することが難しく、一方、付着量が、１０ｇ／ｍ２を超えると一定の占積率を確保することが難しい。
【００６４】
本発明の絶縁被膜は、どのような成分組成の方向性電磁鋼板の表面においても優れた張力付与特性を発揮して、低鉄損方向性電磁鋼板を製造することができるが、上記電磁鋼板が、Ｃ：０．００５質量％以下、Ｓｉ：２．５〜７．０質量％を含有し、かつ、その平均結晶粒径が１〜１０ｍｍで、（１１０）［００１］の圧延方向に対する偏差が平均で８°以下の鋼板であると、鋼板自体の優れた磁気特性と相俟って、鉄損特性のより優れた方向性電磁鋼板を製造することができる。
【００６５】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例で用いた数値条件等は、本発明の実施可能性と効果を説明するための一例であり、本発明は、これら数値条件等に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、適宜、数値条件等を定めることができるものである。
【００６６】
（実施例）
厚さ０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板の高温仕上げ焼鈍後の同一コイルから、幅７ｃｍ×長さ３２ｃｍの試料を切り出し、表面に残存している焼鈍分離剤を水洗と軽酸洗で除去した後、歪み取焼鈍を実施した。
【００６７】
次に、表１に示す配合割合で、りん酸塩溶液を調合した後、表２に示すコロイド状シリカを用いて、表３に示す組成の絶縁被膜処理液を、塗布量が５ｇ／ｍ２になるように鋼板表面に塗布し、９００℃にて乾燥焼付けした後、被膜特性と磁気特性を評価した。その結果を表４に示す。
【００６８】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
表４から、被膜特性と磁気特性が格段に向上していることがわかる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、密着性等の被膜特性が良好で、かつ、張力付与特性が格段に向上した絶縁被膜と、該絶縁被膜を有する低鉄損の方向性電磁鋼板、さらに、その製造方法を提供することができる。そして、本発明による低鉄損方向性電磁鋼板を、トランス、モーター等の電気機器の鉄芯として用いれば、より一層の効率向上や騒音低減を図ることができる。
【００７４】
したがって、本発明は、近年、厳しくなりつつあるエネルギー問題や環境問題の解決に向け大きく貢献するものである。
Claims (18)
- りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とすることを特徴とする張力付与特性に優れた絶縁被膜。
- 前記コロイド状シリカとりん酸塩以外にクロム酸塩を含有することを特徴とする請求項１に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
- 前記コロイド状シリカを被覆するりん酸金属塩がりん酸アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
- 前記コロイド状シリカの１次粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
- 前記コロイド状シリカがクラスターをなしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
- 前記コロイド状シリカを、固形分換算で、該シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
- 前記コロイド状シリカを、固形分換算で、全コロイド状シリカに対し、５０％以上含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の張力付与特性に優れた絶縁被膜。
- りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とする張力付与特性に優れた絶縁被膜を有することを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカとりん酸塩以外にクロム酸塩を含有することを特徴とする請求項８に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記コロイド状シリカを被覆するりん酸金属塩がりん酸アルミニウムであることを特徴とする請求項８〜９のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記コロイド状シリカの１次粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記絶縁被膜において、前記コロイド状シリカがクラスターをなしていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカを、固形分換算で、該シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記絶縁被膜が、前記コロイド状シリカを、固形分換算で、全コロイド状シリカに対し、５０％以上含有することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記絶縁被膜の付着量が２〜１０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記絶縁被膜の付着量が２〜７ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 前記鋼板が、Ｃ：０．００５質量％以下、Ｓｉ：２．５〜７．０質量％を含有し、かつ、その平均結晶粒径が１〜１０ｍｍで、（１１０）［００１］の圧延方向に対する偏差が平均で８°以下の鋼板であることを特徴とする請求項８〜１６のいずれか１項に記載の低鉄損方向性電磁鋼板。
- 鋼板表面に張力付与特性に優れた絶縁被膜を形成し、鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板を製造する方法において、りん酸金属塩で被覆したコロイド状シリカとりん酸塩を主成分とし、固形分換算で、コロイド状シリカ以外の成分１００質量部に対し、３５〜１５０質量部含有する処理液を、方向性電磁鋼板の表面に塗布し、８５０〜１２００℃未満の温度で焼付けることを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。
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