JP2005340691A - 寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の寸法精度及びコア強度に優れた積層コアは、軟磁性鋼板を打ち抜き加工した後に秤量する行程と、該工程を経た軟磁性鋼板を複数枚積層する行程と、該積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる工程と、該工程を経た積層体を、成型用治具で拘束することにより成型する工程と、該成型用治具で拘束された積層体に対して乾燥、焼付処理を施す工程により製造される。
【選択図】図１

Description

本発明は、寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法に関するものである。

電気機器などの鉄心となる薄鋼帯の打ち抜き加工方法に関しては、2枚の帯状電気鉄板を重ね合わせ、両鉄板をかしめて一体化させた状態で同時に打抜き加工するいわゆるかしめ加工方法が行われる。この方法は、鉄心を1枚づつ打抜く方法は非効率であることから、鉄心材となる電気鉄板を複数枚重ね合わせて同時に打ち抜くようにしたものである。

しかしながら、上記方法では、板厚が0.15ｍｍ以下の薄い材料については、かしめ部の圧着強度が弱いために十分にかしめることができないという問題がある。

そこで、上記技術の課題を解決する積層コアの製造方法として、薄鋼帯にあらかじめ接着剤を塗布した材料をプレスした後、積層し、加圧、加熱する方法が特許文献1〜3に提案されている。

また、特許文献4には、低騒音リアクトルの製造方法として、積層した鋼板の間に、熱硬化型接着剤を加熱した状態で真空含浸するブロック鉄芯の製造方法が提案されている。
特開2003-257761号公報 特開平11-187626号公報 特開平10-179921号公報 特開2003−92216号公報

しかしながら、特許文献1〜3に記載の方法では、上記薄鋼板は、その接着能を確保するため、膜厚が従来の絶縁皮膜より数倍以上厚くなり、コアの占積率を低下させ、磁気特性が劣化してしまう。また、膜厚を厚くしても接着能がばらつき、コア強度が安定しないという問題もある。

特許文献4では、接着剤を加熱し低粘度化することにより、積層した鋼板間への接着剤の浸透は改善されるものの、むしろ加熱による接着剤自身の硬化が始まり、結果として粘度劣化を招き、接着剤の管理が困難になるという問題がある。また、軟磁性鋼帯を用いた場合、占積率のばらつきにより寸法精度が劣るという問題もある。

本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法を提供するものである。

本発明者らは、上述した従来技術の課題を解決すべく検討した結果、接着剤を含浸する前に、打ち抜き加工後の軟磁性鋼板を秤量し、必要枚数積層し、含浸後に治具による成型を行うことが、寸法精度及びコア強度に優れた積層コアを得るのに有効であることが判った。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

［1］軟磁性鋼板を打ち抜き加工した後に秤量する行程と、該工程を経た軟磁性鋼板を複数枚積層する行程と、該積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる工程と、該工程を経た積層体を、成型用治具で拘束することにより成型する工程と、該成型用治具で拘束された積層体に対して乾燥、焼付処理を施す工程とを有することを特徴とする寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。

［2］前記［1］において、積層体を成型用治具で拘束することにより成型するに際し、離型材としてフッ素樹脂コ−ティング板を用いることを特徴とする寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。

［3］前記［1］または［2］において、積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる工程において、前記熱硬化型接着剤の温度を50℃以下とすることを特徴とする寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。

［4］前記［1］ないし［3］において、軟磁性鋼板の板厚を0.15ｍｍ以下とすることを特徴とする寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。

［5］前記［1］ないし［4］において、軟磁性鋼板をＳｉ含有量：2.5ｍａｓｓ％以上の高珪素鋼板とすることを特徴とする寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。

［6］前記［1］ないし［5］において、熱硬化型接着剤の粘度が200cP以下であることを特徴とする寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。

本発明によれば、寸法精度及びコア強度に優れた積層コアを得ることができる。特に、成型前に接着剤を含浸しているので、コア積層間に十分に接着剤が浸透し、強度が向上する。また、本発明の積層コアは、コア寸法、コア強度、磁気特性といった製品特性が良好なため、電気機器などの鉄心、トランス、リアクトル等の材料として非常に有用である。また、本発明は、特に、板厚が0.15ｍｍ以下の薄い鋼板に対して非常に有効である。

以下に、本発明の積層コアの製造方法を詳細に説明する。

図1は本発明の積層コアの製造方法の工程を示す図である。以下の工程を図1に基づいて説明する。

本発明では、軟磁性鋼板を使用し、まず、軟磁性鋼板を所定の形状に打ち抜き加工しプレスバラコアとする。この時、生産性の観点から、鋼板またはフ−プ状の軟磁性鋼板をプレス機を用いて連続打ち抜き加工することが望ましい。

また、プレス機を用いて連続打ち抜き加工する場合、金型の刃の研磨寿命を延ばすため、揮発性潤滑油を使用することが好ましい。潤滑油は特に限定しないが、揮発性であり引火点の低い（例えば、70℃以下）ものが好ましい。このように、打ち抜き加工時に潤滑油を用いることにより、潤滑油を用いないで打ち抜き加工を行った場合に比べ、約3倍以上の研磨寿命が得られることになる。

潤滑油を用いた場合は、打ち抜き加工後、秤量する行程の前に、プレスバラコアを乾燥し、潤滑油を除去することが好ましい。潤滑油の除去方法は特に限定しない。アセトン等による化学的な脱脂も可能である。しかし、コスト及び安全面からは乾燥による潤滑油の除去が好ましい。

なお、工程簡素化、コスト低減の観点から、刃の研磨頻度を考慮し、潤滑油を使用せず、油除去乾燥を省略することもできる。

まず、図1に示すように、打ち抜き加工により得られたプレスバラコアを秤量する。これは本発明の積層コアの製造方法において、重要な要件の一つである。秤量することにより、必要な製品コア重量となることを可能とし、秤量時の重量範囲を管理することで、占積率を管理し、所定の占積率とすることができる。この重量管理により磁気特性のばらつきを抑えることもできる。例えば、電子天秤でコアを秤量することにより、占積率は93〜97％の中で、例えば、95±0.5％の範囲で管理でき、寸法精度及びコア強度に優れた積層コアを得ることができる。

次に、図1に示すように、秤量工程を経たプレスバラコアを複数枚積層し、積層体を形成する。この時、例えば、打ち抜いた個々の鋼板がバラバラにならないように簡易な押さえ治具、輪ゴム等で仮拘束、仮止めし、所定の積層枚数の積層体を形成することが好ましい。なお、前記仮拘束、仮止めは、含浸により積層間に接着剤を浸透させるため、強く加圧して止める必要はなく、ばらけない程度でよい。

このように、仮固定を行うことにより、作業性が改善できる。なお、この仮固定は必須ではなく、積層コアの使用条件に合わせて適宜選択することが可能である。

次いで、図1に示すように、前記積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる。この時、使用する接着剤は熱硬化型接着剤とする。特に、アクリル系樹脂またはエポキシ系樹脂の熱硬化型接着剤とすることが好ましい。例えば、自動車用部品等で使用される場合は、零下から150℃程度までのヒートサイクルを受けながら使用されるため、温度変化に対する接着強度が必要であり、接着剤として、1液性のアクリル系接着剤やエポキシ系接着剤を使用することが好ましい。

また、熱硬化型接着剤の粘度は、積層間への浸透性を良くするため200cP以下とすることが好ましい。

積層体を接着剤の中に含浸させる方法としては、ア）真空含浸する方法、イ）常圧（大気圧）で含浸する方法等があるが、いずれを用いてもよい。ただし、積層体を接着剤の中に入れ、含浸するにあたっては、積層体と接着剤をトレー等に入れ、ア）真空含浸する方法では、積層体を接着剤の中に完全に浸漬させる必要がある。また、イ）常圧で含浸する方法では、毛細管現象を利用する場合は、コアの積層面が上部に出るよう整列し、そのコアの高さに対し、接着剤の液面高さは、2分の1から10分の1とする。積層体を全て覆うように接着剤に浸漬した場合、全ての側面から接着剤が浸透し、積層体の中心部分に空気が溜まり、製品コアの強度のばらつきとなる等コア強度に悪影響を及ぼす。そのため、積層コアの下から接着剤が上昇し、コア積層間の空気を上部まで押し出すように接着剤の液面高さを設定することが重要である。

また、積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる際の熱硬化型接着剤の温度は50℃以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、熱硬化型接着剤温度は常温とする。熱硬化型接着剤の温度が50℃を超えると、熱により熱硬化型接着剤粘度劣化が起こると同時に、徐々に硬化が始まってしまい、好ましくない。50℃以下であれば、粘度を下げ、熱硬化型接着剤の劣化なく、積層間への浸透を促進することができる。

次いで、含浸後、含浸時に用いた熱硬化型接着剤を、再度、有効利用するために、含浸後のコアから余分な接着剤を回収することが好ましい。回収方法としては、自然落下の他、エアブロー等で強制的に回収することあげられる。

次いで、含浸されている中から積層体を取りだし、余分な接着剤を積層体から落とした後、図1に示すように、積層体を成型用治具で拘束することにより成型する。この際に、離型材を用いることが好ましく、離型材としては、フッ素樹脂コ−ティング板を使用することができる。離型材としてフッ素樹脂コ−ティング板を用いることにより、フッ素樹脂コーティングされていないプラスチック単体の離型材より剛性があり、寸法精度が向上する。また、その都度、鉄板等に離型剤（液）を塗布し、乾燥、焼付を行い使用していた離型材と比べ、手間がかからず、生産効率を挙げる事ができる。さらに、複数回使用でき、コアの精度を維持する上で非常に有効であると同時にコストの削減がはかれる。

成型用治具本体の材質は特に限定しないが、寸法精度を決める重要な構成要素であるため、金属製で繰り返し使用が可能で所望の硬度、剛性を有し、かつ製品コアの直角度を確保するための精度を有する材料が望ましい。フッ素樹脂コ−ティング板は、コア形状と同形状とすることが、治具にセットするとき整列が容易となり好ましい。また、離型材は、図2に示すように、成型用治具が積層体と接触している全ての面において、積層体と成型用治具の間に挟み込むようにして使用することが好ましい。

次いで、成型用治具で拘束された積層体に対して、乾燥、焼付処理をし、軟磁性鋼板間が完全接着された積層コアを得る。乾燥、焼付処理は、例えば電気炉、熱風乾燥炉、誘導加熱炉等を用いることができる。この時の乾燥、焼付処理は、通常100〜200℃で10分以上行うことが好ましい。しかしこれに限定される訳ではなく、接着剤乾燥条件としては、コア自体の温度及び保持時間が、接着剤硬化に必要な条件を満足するよう適宜選定される。

乾燥、焼付処理後、余分な接着剤がコア周囲に付着している場合、コアの寸法精度を向上させるため、カッターナイフ等を用いて、コアの周囲の余分な接着剤を除去することが好ましい。

なお、本発明において、軟磁性鋼板の組成に特に制限はない。しかし磁気特性等コア成形後の特性を考慮した場合、Ｓｉ含有量が2.5ｍａｓｓ％以上の高珪素鋼板や非晶質薄鋼板を用いることが好ましい。また、絶縁皮膜を有した軟磁性鋼板でも、例えばアモルファス等の絶縁皮膜なしの軟磁性鋼板どちらも本発明の対象鋼板とする。また、板厚についても特別な制限はないが、特にかしめが困難な0.15ｍｍ以下の板厚の軟磁性鋼板に適しており、本発明ではこのような極く薄い鋼板についても何ら問題なく使用できる。

そして、このような本発明の製造方法により製造された積層コアは、積層体の積層面と側面の直角度ｂ／ａが1％以下であり、寸法精度に優れている。ここで、図3に示すように、ａは積層体の積層方向の厚み、ｂは積層体の側面と直角度ゲ−ジ垂直面の最大すきまである。

本発明例
板厚0.1mm、幅50mmの 6.5%けい素鋼板を用い、打ち抜き長さ（切断長さ）20mmでプレスで剪断し打ち抜き加工を行った。この時、引火点54℃の潤滑油：出光製「ダフニ−ニュ−パンチオイル」を使用し、打ち抜き加工後、100℃×1時間で潤滑油除去乾燥を行った。次いで、占積率95±0.5%となるように秤量を行い、積み厚20mmで直方体のコア形状となるように積層させ、輪ゴムで仮止めを行った。次いで、得られた積層体に対して、熱硬化型接着剤としてアクリル系熱硬化型接着剤を用い、真空含浸装置で0.05気圧以下の条件で熱硬化型接着剤を含浸させ、含浸後、余分な接着剤を容器内でエアブローし、強制落下により回収した。次いで、積層体を成型用治具で拘束することにより成型した。なお、この時、0.3mm厚のフッ素樹脂コ−ティング鋼板を離型材として使用し、治具は挟み込み構造とし、十分な剛性と精度を持たせた。また、コアは片側から一方向に叩いて基準面に対して整列させた。次いで乾燥炉装入前に、治具及びコアの周囲の余分な接着剤はウエスで拭取った後、120℃×45分間で乾燥、焼付処理を行った。

比較例
板厚0.1mm、幅50mmの 6.5%けい素鋼板を用い、打ち抜き長さ（切断長さ）20mmでプレスで剪断し打ち抜き加工を行い、積層した。この時、プレス枚数を管理しながら、潤滑油は使用せず、瞬間接着剤でコア中央部のみを仮接着積層し、積み厚20mmの直方体の積層体を得た。次いで、得られた積層体に対して、熱硬化型接着剤としてアクリル系熱硬化型接着剤を用い、真空含浸装置で0.05気圧以下の条件で熱硬化型接着剤を含浸させ、含浸後、余分な接着剤を容器内でエアブローし、強制落下により回収した。次いで、0.3mm厚のフッ素樹脂コ−ティング鋼板を離型材として使用し積層体を成型用治具で拘束することにより成型した。なお、治具は挟み込み構造とし、十分な剛性と精度を持たせた。また、コアは片側から一方向に叩いて基準面に対して整列させた。次いで乾燥炉装入前に、治具及びコアの周囲の余分な接着剤はウエスで拭取った後、120℃×45分間で乾燥、焼付処理を行った。

上記により得られた本発明例、比較例の積層コアに対し、コアを100個ずつ製作し、寸法精度、コア強度を比較した。なお、寸法精度としては、積み厚精度と直角度を比較調査した。寸法はノギスで、直角度は、直角ゲージとコアのすきまをすきまゲージで測定した。コア強度は、3点曲げ試験を実施した。得られた結果を表1及び表2に示す。

表1より、本発明では、直角度が優ればらつきも小さく寸法精度に優れた積層コアが得られていることがわかる。

一方、比較例では、仮接着時点で、割れたり、後工程で剥がれる場合があり、寸法がばらついた。さらに、直角度は、仮接着時点でプレスのシュータにならった状態である程度形が固定されており治具固定時に形状の改善がなされなかったため、直角度が劣り、また、ばらつきも大きい。直角度は、コアを組み合わせて作るリアクトルにおいて、ギャップ長のばらつきとなり、インダクタンスの劣化を招くため好ましくない。

また、表2より、本発明例では、高いコア強度が得られていることがわかる。

一方、比較例では、瞬間接着剤が乾燥時点で変質し、瞬間接着剤部分での強度は失われているため、極端にコア強度が落ち、また、瞬間接着剤の面積のばらつきを反映して、コア強度は低く、大きくばらついている。

電気機器などの鉄心、トランス、リアクトル等の材料として非常に有用である

本発明の積層コアの製造方法の工程を示す図である。 成型用治具を用いての成型工程を示す図である。 積層体の積層面と側面の直角度を示す図である。

Claims (6)

1. 軟磁性鋼板を打ち抜き加工した後に秤量する行程と、
   該工程を経た軟磁性鋼板を複数枚積層する行程と、
   該積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる工程と、
   該工程を経た積層体を、成型用治具で拘束することにより成型する工程と、
   該成型用治具で拘束された積層体に対して乾燥、焼付処理を施す工程
   とを有することを特徴とする寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。
2. 積層体を成型用治具で拘束することにより成型するに際し、離型材としてフッ素樹脂コ−ティング板を用いることを特徴とする請求項１に記載の寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。
3. 積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる工程において、前記熱硬化型接着剤の温度を50℃以下とすることを特徴とする請求項1または2に記載の寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。
4. 軟磁性鋼板の板厚を0.15ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項1ないし3に記載の寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。
5. 軟磁性鋼板をＳｉ含有量：2.5ｍａｓｓ％以上の高珪素鋼板とすることを特徴とする請求項1ないし4に記載の寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。
6. 熱硬化型接着剤の粘度が200cP以下であることを特徴とする請求項1ないし5に記載の寸法精度及びコア強度に優れた積層コアの製造方法。