JP2006049719A - 積層コアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良く安価に積層コアを製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明の積層コアは、打抜き積層固定工程と、前記打抜き積層固定工程により得られた積層体に対して、熱硬化型接着剤を含浸させる工程と、乾燥、焼付処理を施す工程により製造され、前記打抜き積層固定工程では、連続的に軟磁性鋼帯を打抜き加工すると同時に打ち抜き加工により得られた複数の軟磁性鋼板を積層固定することにより、固定された積層体を得ることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器などの鉄心等に用いられる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積層コアの製造方法としては、まず打ち抜きプレス加工においてバラの切り板を加工し、次いで同切り板を積層後、接着剤やボルト等により固定し鉄心とする方法等があげられる。しかし、積み上げ時の寸法精度を良好にするためには、接着治具などを用いて鋼板の整列作業を行う必要が有り、整列にかかる作業負荷、作業時間を要するために生産効率が劣り、製造コストが高くなってしまうという問題を有している。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、良好な磁気特性を確保しつつ効率よく安価に積層コアを製造する方法を提供することを目的とする。

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。その結果、打ち抜き加工工程に着目し、打ち抜き加工を行いながら、かつ同時に複数の軟磁性鋼板を接着もしくは圧着（接合）積層し、固定された積層体とすることで、積み上げ時の寸法精度を良好にするために行われる成型工程時の整列作業負荷を軽減もしくは省略できることを見いだした。そして、このようにして得られた積層コアは良好な磁気特性が確保され、さらに所望の寸法精度と強度を有していることも確認した。

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［１］打抜き積層固定工程と、前記打抜き積層固定工程により得られた積層体に対して、熱硬化型接着剤を含浸させる工程と、乾燥、焼付処理を施す工程からなる積層コアの製造方法であり、前記打抜き積層固定工程は、連続的に軟磁性鋼帯を打抜き加工すると同時に打ち抜き加工により得られた複数の軟磁性鋼板を積層固定することにより、固定された積層体を得ることを特徴とする積層コアの製造方法。
［２］前記［１］に記載の前記打抜き積層固定工程では、打抜き加工前の軟磁性鋼帯に対して接着剤を塗布することにより、複数の軟磁性鋼板を積層固定することを特徴とする積層コアの製造方法。
［３］前記［１］に記載の前記打抜き積層固定工程では、打抜き加工時に複数の軟磁性鋼板にかしめ加工を施すことにより複数の軟磁性鋼板を積層固定することを特徴とする積層コアの製造方法。
［４］前記［１］〜［３］において、さらに、前記含浸させる工程の前工程もしくは後工程として、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を有することを特徴とする積層コアの製造方法。
［５］前記［１］〜［４］において、前記軟磁性鋼帯を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積層コアの製造方法。
［６］前記［１］〜［５］において、軟磁性鋼帯の板厚を０．２ｍｍ以下とすることを特徴とする積層コアの製造方法。

本発明によれば、効率よく安価に積層コアを製造することができる。本発明の製造方法により得られた積層コアは、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、板厚が０．２ｍｍ以下の薄い鋼板に対して非常に有効である。さらに、本発明の製造方法では接着治具などを用いた鋼板の整列作業を行う必要がなく、工程の省略化によるコスト低減を行う場合、非常に有用な方法といえる。

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。本発明の積層コアの製造方法を図１に基づいて説明する。なお、上記は、本発明の積層コアの製造方法の工程の一実施態様を示すものであり、これに限定されない。

打抜き積層固定工程
打抜き積層固定工程では、軟磁性鋼帯（フ−プ状含む）を使用し、まず、連続的に軟磁性鋼帯を所定の形状に打抜き加工すると同時に打ち抜き加工により得られた複数の軟磁性鋼板を積層し固定することにより、積層固定された積層体を得る。図２は、軟磁性鋼板を複数枚、打抜き積層固定する工程の一例を示す図である。図２において、１ａ、１ｂはリ−ル、２ａ、２ｂは軟磁性鋼帯、３ａ、３ｂは、接着剤塗布装置、４はピンチロ−ル、５はフィダ−、６はプレス金型、７はシュ−タ−である。図２に示すように、リ−ル１ａを出た軟磁性鋼帯２ａは、接着剤塗布装置３ａにより、下面の一部に接着剤が塗布され、次いで、リ−ル１ｂを出た軟磁性鋼帯２ｂと前記接着剤を挟んで接着される。次いで、接着された軟磁性鋼帯２ａ、２ｂはピンチロ−ル４、フィダ−５を通過し、接着剤塗布装置３ｂにより、軟磁性鋼帯２ｂの下面に接着剤が塗布される。次いで、軟磁性鋼帯２ｂの下面に接着剤が塗布された軟磁性鋼帯２ａ、２ｂは、プレス金型６により連続的に所定の形状（型）に打ち抜かれ、シュ−タ−７内に積層され、所定の積層枚数の積層体を形成する。この時、軟磁性鋼帯２ｂの下面の一部には接着剤が塗布されているため、シュ−タ内に積層される各々の打ち抜き後の軟磁性鋼板どうしはこの接着剤により接着し、前記積層体は固定されることになる。

なお、軟磁性鋼帯への接着剤の塗布は、軟磁性鋼帯の下面全面に塗布する必要はなく、所定の形状（型）に打ち抜かれた打ち抜き鋼板１枚１枚の下面の一部に接着剤が塗布されるように、軟磁性鋼帯へ接着剤を塗布すればよく、打ち抜く鋼板の形状、大きさを考慮し、所定の間隔をもって軟磁性鋼帯の下面へ接着剤を塗布することができる。この時、使用する接着剤の種類は瞬間接着剤が好ましい。接着剤は乾燥、焼付工程までに硬化していることが好ましいが、必ずしも完全に硬化している必要はなく、ある程度の接着強度が得られるまで硬化していればよい。塗布量は、コアの大きさ、積み厚により適量を加減するが、積層固定時に、コア形状を維持できる極力最小限の接着剤の使用とするのが好ましい。乾燥、焼付をする場合、その温度は常温で、時間は３０秒以上、３分以下が好ましい。接着剤に瞬間接着剤を使用する場合は、コア寸法の条件等により、焼付は省略することができる。

また、本発明では、プレス機を用いて潤滑油を用いた場合は、接着時の強度を安定させる為、打抜き積層固定工程後、積層体を乾燥し、潤滑油を除去することが好ましい。

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。

以上は、打抜き加工された複数の軟磁性鋼板を接着積層することにより固定された積層体を得る場合であるが、本発明では、打ち抜き加工時に複数の軟磁性鋼板にかしめ加工を施すことにより、固定された積層体を得ることもできる。例えば、軟磁性鋼板をプレス金型により連続的に所定の形状（型）に打抜く際に、軟磁性鋼板に凹凸を加工付与し、シュ−タ−内におさまった所定枚数の鋼板を押圧し、かしめ接合することによりかしめて固定された積層体を得る。

以上のように、本発明では、打抜き加工と同時に接着もしくはかしめにより固定された積層体を得ることを最大の特徴とし、これにより、後で行われる成型工程を省略することが可能となる。

打抜き積層固定工程後は、積層コアの積層厚さのバラツキを防止することを目的に、積層体を秤量し、積層調整を行うことができる。

含浸工程
より高い強度を確保するために、積層体に対して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、１）真空含浸する方法、２）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、１）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、２）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。

上記含浸工程により、積層間へ接着剤を浸透させ、積層体を接着させた後、余分な接着剤を回収することもできる。

成型工程
本発明において、成型工程は省略することが可能である。しかし、積層コアに対してより一層寸法精度が要求される場合には、占積率を高くし、積層コアの積層厚さのバラツキを抑える目的で、積層体を成型用治具で拘束することにより成型することが好ましい。積層体を成型用治具で拘束するにあたっては、通常、まず積層体を整列させ、次いで端面を揃え、固定し、治具に積層体が接している極力全ての面において積層体をしめつけるように行うが、本発明では打抜き積層固定工程において積層体は整列固定されているため、積層体を整列させ次いで端面を揃えるといった整列作業は行う必要はなく、必須ではない。

また、成型工程は前記含浸工程の前に行っても、後に行ってもどちらでもよい。成型工程後含浸工程とするか、含浸工程後成型工程とするかは、目的に応じ適宜選択される。

積層体を成型用治具で拘束することにより成型する際に、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、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。

なお、成型工程を省略する場合、例えば、接着もしくはかしめによる固定方法毎の占積率をあらかじめ実験的に求め、打ち抜き加工時に加工材の板厚をオンラインで測定して、あらかじめ求めた占積率と板厚から積層枚数を確定する方法や、製造した積層コアの重量を測定しこれを積層枚数にフィードバックする方法を、占積率の低下や積層コアの積層厚さのバラツキを抑える目的で行うことが好ましい。

乾燥・焼付工程
熱硬化型接着剤を含浸させた積層体に対して、乾燥、焼付処理を行い、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１個ずつ除去することが好ましい。

以上により、本発明の積層コアが製造される。

なお、本発明において、軟磁性鋼帯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、打ち抜き加工後の軟磁性鋼板の板厚にも特別な制限はないが、特に０．２ｍｍ以下、とりわけ０．１５ｍｍ以下の板厚の軟磁性鋼板に対して本発明の製造方法を適応した場合、本発明の効果がより一層発揮される。

（発明例１）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、積み厚が２０ｍｍとなるように打抜き積層固定を行い、積層固定された積層体を得た。積層体の固定は図２に示すように鋼帯下面に瞬間接着剤を塗布する接着法により行った。

瞬間接着剤による接着加工時の積層枚数は、加工材料の板厚を事前に測定し、その結果を基に占積率が９４％となる枚数とした。次いで、占積率９３±０．５％となるように秤量・調整を行った。なお、調整は、積層した切り板を剥がすことで行った。

次いで、上記積層体に大気含浸法により熱硬化型接着剤を含浸させ、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、治具には、固定され一体化しているコアを挟み込む状態として成型し、治具などを用いた整列作業は行わなかった。また治具には、十分な剛性と精度を持たせた。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をウエスで拭取った後、１２０℃×４５分間で乾燥、焼付処理を行い、積層コアを得た。

（発明例２）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φ１ｍｍの丸カシメを幅方向に等間隔で２点付加し、積み厚が２０ｍｍとなるように打抜き積層固定を行い、固定された積層体を得た。

カシメによる固定時の積層枚数は、加工材料の板厚を事前に測定し、その結果を基に占積率が９６％となる枚数とした。次いで、占積率９５±０．５％となるように秤量・調整を行った。なお、調整は、積層した切り板を剥がすことで行った。

次いで、上記積層体に大気含浸法により熱硬化型接着剤を含浸させ、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、治具には、固定され一体化しているコアを挟み込む状態として成型し、治具などを用いた整列作業は行わなかった。また治具には、十分な剛性と精度を持たせた。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をウエスで拭取った後、１２０℃×４５分間で乾燥、焼付処理を行い、積層コアを得た。

（比較例）一方、比較例として、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で打ち抜き加工を行い（接着もしくは圧着による積層固定は行わず）、次いで、秤量・積層を行い、積層体を得た。次いで、上記積層体に大気含浸法により熱硬化型接着剤を含浸させた。次いで熱硬化型接着剤を含浸させた積層体を成型治具へセットし、積層精度を確保する目的で積層体の端面を治具などを用いて整列する作業を行い、十分な剛性と精度を持たせた治具にて挟み込んだ。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をウエスで拭取った後、１２０℃×４５分間で乾燥、焼付処理を行い、積層コアを得た。

以上により、得られた発明例及び比較例の積層コアの磁気特性、生産能力を比較した。発明例の積層コアは、比較例の積層コアに対して、鉄損などの磁気特性やコアの形状などは劣化しておらず、かつ、発明例の積層コアを製造する場合の生産能力は、比較例の積層コアを製造する場合の２倍となった。

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。 打抜き積層固定工程を示す図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ リ−ル
２ａ、２ｂ 軟磁性鋼帯
３ａ、３ｂ 接着剤塗布装置
４ ピンチロ−ル
５ フィダ−
６ プレス金型
７ シュ−タ−

Claims (6)

1. 打抜き積層固定工程と、
   前記打抜き積層固定工程により得られた積層体に対して、熱硬化型接着剤を含浸させる工程と、乾燥、焼付処理を施す工程からなる積層コアの製造方法であり、
   前記打抜き積層固定工程は、連続的に軟磁性鋼帯を打抜き加工すると同時に打ち抜き加工により得られた複数の軟磁性鋼板を積層固定することにより、固定された積層体を得ることを特徴とする積層コアの製造方法。
2. 請求項１に記載の前記打抜き積層固定工程では、打抜き加工前の軟磁性鋼帯に対して接着剤を塗布することにより、複数の軟磁性鋼板を積層固定することを特徴とする請求項１に記載の積層コアの製造方法。
3. 請求項１に記載の前記打抜き積層固定工程では、打抜き加工時に複数の軟磁性鋼板にかしめ加工を施すことにより複数の軟磁性鋼板を積層固定することを特徴とする請求項１に記載の積層コアの製造方法。
4. さらに、前記含浸させる工程の前工程もしくは後工程として、
   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
   を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の積層コアの製造方法。
5. 前記軟磁性鋼帯を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のいずれかに記載の積層コアの製造方法。
6. 軟磁性鋼帯の板厚を０．２ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の積層コアの製造方法。

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