JP2011067027A - 鋼板対、積層鋼板、及び回転電機コアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両面に絶縁被膜を有する鋼材を用いて、要処理時間が短く、非磁性層を所望どおりに形成することができる鋼板対の製造方法、積層鋼板及び回転電機コアの製造方法を提供すること。
【解決手段】鋼板対１０の製造方法において、各鋼板２０，３０の絶縁被膜２１，３１の一部を除去する除去工程（Ｓ２０）と、除去工程で絶縁被膜が除去された各鋼板の被膜除去部２３，３３の片面側に凹部２２，３２を形成する凹部形成工程（Ｓ３０）と、鋼板３０の凹部３２に改質金属４０ａを挿入する添加工程（Ｓ４０）と、添加工程で改質金属４０ａが挿入された鋼板３０に対し、鋼板２０を凹部同士が対向するように重ね合わせる抱き合わせ工程（Ｓ５０）と、抱き合わせ工程で重ね合わせられた各鋼板２０，３０に対し、被膜除去部２３，３３から加圧通電して、各鋼板及び非磁性合金を改質して非磁性合金層４０を形成する非磁性改質処理工程（Ｓ６０）とを含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、両面に絶縁被膜を有し部分的に非磁性の箇所を備える鋼板対の製造方法、並びにその鋼板対を用いた積層鋼板及び回転電機コアの製造方法に関するものである。

電動機や発電機などの回転電機に用いられる鉄心には一般に、高い透磁率が求められる。ところが、鉄心には部分的に、コイルや磁石の配置により有効磁気経路とならない箇所が存在する。例えば、図１に示すようなステータ８０とロータ９０を備える回転電機においては、ロータ９０に磁石９１が取り付けられている。このロータ９０における、ペリブリッジ部９２およびセンターブリッジ部９３は、有効磁束Ｆの経路とはならない。このような箇所にも鉄心が存在していることは、むしろ漏れ磁束により回転電機の磁気性能を低下させている。そのため、このような箇所の磁気抵抗を高めることが望ましい。そして、磁気抵抗を高めることにより、回転電機の磁気性能を向上させることができるので回転電機の小型化を図ることもできる。

その一方、ロータ９０は回転するため、ロータ９０には遠心力が作用する。このため、ロータ９０は、全体の強度を維持し磁石９１を安定して保持する必要がある。従って、ペリブリッジ部９２およびセンターブリッジ部９３を空隙にするのは強度上好ましくない。

そこで従来から、鉄心のうちこのような箇所を部分的に非磁性化することが行われている。例えば、特許文献１には、鉄心の該当箇所を局所的に加熱し、その後冷却することでオーステナイト領域を形成する技術が開示されている。すなわち、基材としては、準安定オーステナイト系ステンレス鋼を冷間圧延により強磁性のマルテンサイト組織としたものを用い、その一部を、この方法で非磁性のオーステナイト組織とするのである。局所的な加熱の手段としてはレーザー照射を挙げている。さらに特許文献２には、対象の磁性部材を局所的に溶融しつつ、外部から改質元素を添加して固溶させ、非磁性化することが開示されている。

特許第３５０７３９５号公報 特開２００１−９３７１７号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、鉄心の主要部分にマルテンサイト化したオーステナイト系ステンレス鋼を用いるものでは、結晶形の歪み等のため、透磁率が一般的な電磁鋼板より劣り、最大磁束密度が不足する。また、溶融させた状態で改質元素を添加するものでは、長い処理時間を要するとともに、深さ方向の制御が困難で非磁性層を所望どおりに形成することができないという問題がある。また、改質元素を添加した分の体積増加により処理後の平坦性が悪いという問題もある。

そのため、本出願人は、非磁性箇所以外の部分の鋼材の材質に関わらず適用でき、要処理時間が短く、決まった深さ方向構造の非磁性箇所を持たせることができる鋼材の製造方法を提案した（特願２００８−１９２４６８）。ここで、この製造方法により得られる鋼材を回転電機コアとして使用するためには、回転電機コア内で生じる渦電流によるエネルギー損失をできるだけ低減すべく、各鋼材の両面に絶縁被膜を設けることが好ましい。ところが、上記の製造方法では、鋼材に絶縁被膜を設けることについては触れられていない。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、両面に絶縁被膜を有する鋼材を用いて、要処理時間が短く、非磁性層を所望どおりに形成することができる鋼板対の製造方法、積層鋼板及び回転電機コアの製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、両面に絶縁被膜を有する２枚の鋼板を重ね合わせた鋼板対の製造方法において、前記各鋼板の絶縁被膜の一部を除去する除去工程と、前記除去工程で絶縁被膜が除去された前記各鋼板の被膜除去部分の片面側に凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部形成工程で前記凹部が形成された前記各鋼板の前記凹部の少なくとも一方に非磁性合金を挿入する添加工程と、前記添加工程で挿入された前記非磁性合金が前記各鋼板の凹部間に収容されるように、前記各鋼板を前記凹部同士を対向させて重ね合わせる抱き合わせ工程と、前記抱き合わせ工程で重ね合わせられた各鋼板に対し、前記凹部が形成された面と反対側の被膜除去部分から加圧通電して、前記各鋼板及び前記非磁性合金を改質して非磁性合金層を形成する非磁性改質処理工程と、を含むことを特徴とする。

この鋼板対の製造方法では、除去工程にて各鋼板の絶縁被膜の一部を除去しているため、非磁性改質処理工程にて凹部が形成された面と反対側の絶縁被膜除去部から加圧通電して、各鋼板及び非磁性合金を改質して非磁性合金層を形成することができる。
ここで、改質とは、部材を構成する材料の組成（特性）を変化させることである。鋼板は非磁性合金近傍で部分的に改質されており、非磁性合金は略全体にわたって改質されている。また、鋼板と非磁性合金とは改質されると同時に接合される。
そして、加圧通電により非磁性合金層を形成するため、非磁性合金の一部と各鋼板の一部とが溶融するので、両凹部内に隙間なく非磁性合金層を形成することができる。また、非磁性合金層を短い処理時間で形成することができる。

そして、この製造方法で製造された鋼板対は、非磁性合金層が形成された以外の部分において強い透磁率を有するため磁束を透過させる一方、非磁性合金層が形成された部分では非磁性合金層が磁束の透過を抑えるため局所的な磁束の漏れを防止することができる。また、各鋼板間には絶縁被膜が介在するため、鋼板間における絶縁が確保されている。さらに、各鋼板は、それぞれの凹部が対向するように重ね合わせられて改質されているので、鋼板対に未接合部が生じないため、十分な強度を確保することができる。

上記した鋼板対の製造方法において、前記各鋼板に後工程における加工の基準となる基準穴を形成する基準穴あけ工程を含むことが望ましい。

このような基準穴あけ工程を設けておくことにより、鋼板対を用いた製品（例えば、回転電機コアなど）を製造する際に、鋼板対を所定の形状（例えば、磁石取り付け穴を備えるコア形状など）に精度良く加工することができる。

また、上記した鋼板対の製造方法において、前記凹部形成工程で前記凹部を形成する際、前記各鋼板の表面が盛り上がらないように前記凹部形成時に発生する余肉を逃がす逃がし穴を形成する余肉逃がし穴形成工程を含むことが望ましい。
なお、余肉逃がし穴は、鋼板対を用いた製品において除去される（プレス等で打ち抜かれる）箇所に形成すればよい。例えば、回転電機コアの場合であれば磁石取り付け穴が形成される箇所に余肉逃がし穴を設ければよい。

このような余肉逃がし穴形成工程を設けることにより、プレス等により凹部を形成したきに発生する余肉をうまく逃がすことができ、プレス等によって短時間で精度良く凹部を形成することができる。なお、エンドミルなどによる切削加工で凹部を形成する場合には、余肉逃がし穴形成工程を設ける必要はない。

また、上記した鋼板対において、前記非磁性改質処理工程では、加圧通電する部分を前記各鋼板の表面に対して凹状にすることが望ましい。

このようにすることにより、鋼板対を積層した場合、絶縁被膜除去部分同士が接触せずに空間が形成されるため、絶縁被膜除去部分に絶縁被膜を再塗布しなくても絶縁を確保することができる。これにより、この鋼板対を用いて積層鋼板又は回転電機コアを構成することにより、絶縁被膜除去部分に絶縁被膜を再塗布しなくても、鋼板対間における絶縁が確保されるため、非磁性合金層で発生する渦電流によるエネルギー損失を小さくすることができる。

ここで、加圧通電する部分を凹状にすると、凹状に変形した鋼材の一部が加圧通電部分の周りに逃げて、加圧通電する部分の周りが盛り上がってしまうおそれがある。そうすると、鋼板対の平坦性が失われ、そのままでは積層することが困難となる。このため、盛り上がった部分を除去するための後工程が必要になってしまう。

そこで、この場合には、前記凹部形成工程では、前記抱き合わせ工程で前記各鋼板が重ね合わせられたときに前記各凹部により形成される空間の容積が、前記非磁性合金の体積よりも大きくなるように前記各凹部を形成することが好ましい。

こうすることにより、加圧通電する部分の周りの鋼板が盛り上がることなく、加圧通電する部分を凹状にすることができるからである。その結果、後処理を行うことなく、鋼板対を積層して積層鋼板あるいは回転電機コアを構成することができる。

そして、上記したいずれかの製造方法で製造した鋼板対を用いて、積層鋼板あるいは回転電機コアを製造する場合には、上記のいずれか１つの製造方法で製造された鋼板対を、所定の形状に加工する加工工程と、前記加工工程で所定形状に加工された鋼板対を、前記凹部が形成された面と反対側の絶縁被膜除去部同士が対向するように積層する積層工程とをさらに設ければよい。

このようにすることにより、非磁性層を所望どおりに形成され、十分な絶縁性と性能と強度が確保された積層鋼板あるいは回転電機コアを効率よく製造することができる。

本発明に係る鋼板対の製造方法によれば、上記した通り、両面に絶縁被膜を有する鋼材を用いて、非磁性層が所望どおりに形成された鋼板対を効率よく製造することができる。また、本発明に係る積層鋼板あるいは回転電機コアの製造方法によれば、所望どおりの非磁性層が形成され、十分な絶縁性と性能と強度とが確保された積層鋼板あるいは回転電機コアを効率よく製造することができる。

回転電機のロータにおける有効磁束の経路、及び有効磁束の経路とならない部位を説明する斜視図である。 実施の形態に係るロータにおける非磁性箇所の構造を示す断面図である。 実施の形態に係るロータに用いる電磁鋼板対における非磁性箇所の構造を示す断面図である。 電磁鋼板対及びロータコアの製造手順を示すフローチャートである。 絶縁被膜を除去している様子を模式的に示す図である。 被膜除去部が形成された電磁鋼板を示す断面図である。 凹部が形成された電磁鋼板を示す断面である。 凹部をプレスで成形している様子を模式的に示す図である。 凹部をプレスで成形する前に絶縁被膜が除去された電磁鋼板を示す断面図である。 凹部をプレスで成形する前に設ける逃がし穴を形成している様子を模式的に示す図である。 改質金属を電磁鋼板の凹部に挿入する様子を模式的に示す図である。 図１１のＡＡ断面を示す断面図である。 改質金属を電磁鋼板の凹部にプレスで挿入する様子を模式的に示す図である。 ２枚の電磁鋼板を抱き合わせる様子を模式的に示す図である。 図１４のＢＢ断面を示す断面図である。 ２枚の電磁鋼板を抱き合わせた状態を模式的に示す図である。 図１６のＣＣ断面を示す断面図である。 加圧通電を行う電極で２枚の電磁鋼板を挟み込んだ状態を模式的に示す図である。 改質処理中の状態を模式的に示す図である。 ロータコア形状に加工された電磁鋼板対の一部を示す平面図である。 電磁鋼板に設ける凹部の変形例を示す図である。 改質金属の変形例を示す図である。

以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態に係る回転電機は、図１に示したロータ９０のペリブリッジ部９２およびセンターブリッジ部９３として、以下に説明する手順で作成した非磁性箇所を備えたものである。センターブリッジ部９３は、隣り合う磁石取り付け穴９４の間の箇所であり、ペリブリッジ部９２は、磁石取り付け穴９４と外周縁との間の箇所である。ロータ９０およびステータ８０はいずれも、多数枚の電磁鋼板を積層してなるコアを有するものであり、ロータ９０は非磁性箇所を備えた電磁鋼板対１０を多数積層してなるロータコア９５を備えている。

ここで、改質とは、部材を構成する材料の組成（特性）を変化させることである。鋼板は非磁性合金近傍で部分的に改質されており、非磁性合金は略全体にわたって改質されている。そして、本実施の形態においては、鋼板と非磁性合金とは改質されると同時に接合される。

まず、本形態のロータ９０における非磁性箇所の構造を説明する。ロータ９０における非磁性箇所は、図２に示す断面構造を有している。図２は、ロータ９０の非磁性箇所の一部を示す断面図である。図２に示す非磁性箇所Ｘは、主として、電磁鋼板対１０に備わる非磁性合金層４０により形成されている。この電磁鋼板対１０は、２枚の電磁鋼板２０，３０を重ね合わせ、部分的に改質したものである。すなわち、図３に示すように、本形態の電磁鋼板対１０は、両面に絶縁被膜２１を有する電磁鋼板２０と、両面に絶縁被膜３１を有する電磁鋼板３０とを有するものである。

そして、電磁鋼板２０と電磁鋼板３０とには、それぞれ凹部２２と凹部３２とが形成されており、これら凹部２２，３２が対向するように重ね合わせられており、凹部２２，３２間に非磁性合金層４０が形成されている。そして、凹部間２２，３２間に食い込むように形成された非磁性合金層４０によって電磁鋼板２０，３０が改質されている。つまり、非磁性合金層４０と電磁鋼板２０とが接触面で改質され、非磁性合金層４０と電磁鋼板３０とが接触面で改質されている。なお、非磁性合金層４０と電磁鋼板２０との接触面、および非磁性合金層４０と電磁鋼板３０との接触面には、絶縁被膜２１および３１は介在していない。後述するように、電磁鋼板対１０の製造の際に、この部分における絶縁被膜は除去されるからである。一方、電磁鋼板２０と電磁鋼板３０とは、絶縁被膜２１，３１を介して接触しているが接合されていない。

ここで、電磁鋼板対１０の非磁性箇所Ｘにおいては、電磁鋼板２０，３０が磁性体であり、非磁性合金層４０が非磁性体である。なお、非磁性合金層４０は、Ｆｅを主成分としてそれにＮｉ、Ｃｒ等の合金元素を添加してなる、オーステナイト相の非磁性の合金層である。よって、非磁性箇所Ｘにおいて有効な磁気経路となりうるのは、非磁性合金層４０を挟み込んでいる電磁鋼板２０及び電磁鋼板３０の薄い鋼材層の部分だけである。これにより、非磁性箇所Ｘでは、電磁鋼板対１０の全厚のうちごく限られた部分しか磁気経路となり得ない。このために磁気抵抗が大きく、実質的に非磁性の箇所と見ることができ、磁束の漏れを抑制することができる。

また、電磁鋼板対１０において、その非磁性合金層４０の電気抵抗が高い。つまり、非磁性合金層４０は、電気抵抗及び磁気抵抗において電磁鋼板２０及び電磁鋼板３０より高いものである。

さらに、電磁鋼板対１０における非磁性合金層４０（非磁性箇所Ｘ）の両側面には、各電磁鋼板２０，３０の絶縁被膜２１，３１が除去された被膜除去部２３，３３が形成されている。この被膜除去部２３，３３は、電磁鋼板２０，３０の凹部２２，３２に対応する反対側面に設けられており、他の箇所の鋼板表面に対して凹状になっている。

そして、このような電磁鋼板対１０が、被膜除去部２３と被膜除去部３３とが対向するようにして多数枚積層されてロータ９０のコア９５が構成されている。このロータコア９５では、図１に示したロータ９０のペリブリッジ部９２およびセンターブリッジ部９３が、図２に示す非磁性箇所Ｘとなるようにされている。このため、ロータ９０において、磁石９１の磁束はほとんどペリブリッジ部９２やセンターブリッジ部９３を通らない。よって、磁石９１の磁束のほとんどが有効磁束Ｆとなる。また、電磁鋼板対１０のうち非磁性箇所Ｘ以外の部分は、一般的なＦｅ−Ｓｉ系のものであり、透磁率が非常に高い。したがって、本形態の回転電機の磁気効率は優れている。そして、各鋼板間には絶縁被膜が介在しているため絶縁が確保されている。なお、非磁性箇所Ｘにおける鋼板対間には絶縁被膜が存在しないが、凹状に形成された被膜除去部２３，３３によって空間９６が構成されており、この空間により絶縁が確保されている。このように本形態では、磁気効率に優れた非磁性箇所を有し、各鋼材間における絶縁を確保した鋼板対、積層鋼板および回転電機コアが実現されている。

続いて、非磁性箇所を有する電磁鋼板対１０及びロータコア９５の製造方法について説明する。本形態では、図４に示すように、基準穴あけ工程（ステップＳ１０）、絶縁被膜除去工程（ステップＳ２０）、凹部形成工程（ステップＳ３０）、改質金属添加工程（ステップＳ４０）、抱き合わせ工程（ステップＳ５０）、非磁性改質処理工程（ステップＳ６０）、抜き工程（ステップＳ７０）、及び積層工程（ステップＳ８０）が順に実施される。そして、基準穴あけ工程から非磁性改質処理工程（Ｓ１０〜Ｓ６０）までで電磁鋼板対１０が製造され、その後、抜き工程及び積層工程（Ｓ７０，Ｓ８０）が実施されることにより積層鋼板であるロータコア９５が製造される。なお、後述するように、絶縁被膜除去工程と凹部形成工程との間に、余肉逃がし穴抜き工程を実施する場合もある。

まず、基準穴あけ工程（ステップＳ１０）では、両面に絶縁被膜２１，３１を有する電磁鋼板２０，３０のそれぞれに対して、後工程（ステップＳ２０〜Ｓ８０）における加工の基準となる基準穴を形成する。本形態では、ワイヤカットにより基準穴を形成する。このような基準穴を形成しておくことにより、ロータコア９５を構成するための鋼板対１０ａ及びロータコア９５を精度良く製造することができる。なお、本形態では、基準穴をワイヤカットにより形成しているが、プレス等によって形成するようにしてもよい。

絶縁被膜除去工程（ステップＳ２０）では、各電磁鋼板２０，３０に備わる各絶縁被膜２１，３１のうち凹部２２，３２が形成される反対側を、研磨により除去する。この研磨は、図５に示すように、研磨ローラ５２により行われる。なお、本形態では、絶縁被膜２１，３１の除去を研磨等により行っているが、エッチング等によって行うようにしてもよい。そして、絶縁被膜除去工程が終了すると、図６に示すように、各電磁鋼板２０，３０に被膜除去部２３，３３が形成される。これにより、各電磁鋼板２０，３０では被膜除去部２３，３３において鋼板面が露出する。

凹部形成工程（ステップＳ３０）では、図７に示すように、被膜除去部２３，３３の反対面側に凹部２２，３２を形成する。本形態では、切削加工（例えば、エンドミルによるフライス加工など）により凹部２２，３２を形成する。この凹部２２，３２は、改質金属４０ａが挿入される空間４２となる部分である。本形態では、凹部２２，３２はともに円板形状であり、凹部２２の径が凹部３２の径よりも若干大きい。凹部２２，２３の深さは同じであり、各電磁鋼板２０，３０の厚さの半分程度である。なお、凹部の形状は、円板形状に限らず、深さが均一な形状であれば特に限定はされない。凹部の大きさや形状は、形成したい非磁性箇所Ｘの領域に応じて設定すればよい。

ここで本形態では、切削加工により凹部２２，３２を形成しているが、図８に示すように、プレス機５４により凹部２２，３２を成形するようにしてもよい。この場合には、凹部２２，３２を成形する前に、図９に示すように、凹部成形部分の絶縁被膜２１，３１をあらかじめ除去しておくことが好ましい。具体的には、絶縁被膜除去工程（ステップＳ２０）において、各電磁鋼板２０，３０の両面側に研磨ローラ５２を対向配置して絶縁被膜２１，３１を除去すればよい。また、絶縁被膜除去工程（ステップＳ２０）と凹部形成工程（ステップＳ３０）との間に、余肉逃がし穴抜き工程を設けることが好ましい。具体的に余肉逃がし穴抜き工程において、図１０に示すように、凹部２２，３２を成形する際に発生する余肉を逃がす逃がし穴５５をプレス機５４ａを用いて設ければよい。この逃がし穴５５は、磁石取り付け穴９４となる箇所（抜き工程で加工される部分：図２０参照）に設けられる。このような逃がし穴５５を設けることにより、プレスにより凹部２２，３２を成形した際に発生する余肉を、逃がし穴５５に逃がすことができるため、成形後の各電磁鋼板２０，３０における表面の平坦性を確保することができる。つまり、プレスによっても凹部２２，３２を精度良く形成することができる。また、プレス成形であれば余肉逃がし穴抜き加工工程を設けても、切削加工に比べ、凹部２２，３２を短時間で形成することができる。

改質金属添加工程（ステップＳ４０）では、非磁性合金層４０を形成する改質金属４０ａを電磁鋼板の凹部に挿入する。本形態では、図１１及び図１２に示すように、電磁鋼板３０の凹部３２に改質金属４０ａを挿入する。この改質金属４０ａは、Ｆｅを主成分としてそれにＮｉ，Ｃｒを添加したオーステナイト相の非磁性合金であり、円板形状に成形されたものである。改質金属４０ａの径は凹部３２の径と同じであり、高さは凹部３２の深さの２倍である。なお、図１２は、図１１のＡＡ断面を示す断面図である。また、改質金属４０ａの融点は、電磁鋼板２０及び電磁鋼板３０の融点よりもやや低い。

ここで、改質金属４０ａを電磁鋼板の凹部に挿入する方法として特に制限はないが、図１３に示すように、プレス機５４を用いて行うと挿入作業を効率よく行うことができる。具体的には、電磁鋼板３０の凹部側に治具５６を介して板状の非磁性合金を配置し、プレス機５４で板状の非磁性合金を打ち抜いて円板形状の改質金属４０ａを成形するとともに、凹部３２内に挿入するようにすればよい。また、別の方法としては、チップマウンター等の搬送装置を用いて挿入することもできる。

抱き合わせ工程（ステップＳ５０）では、図１４に示すように、改質金属４０ａが凹部３２に挿入された電磁鋼板３０の上方から、電磁鋼板２０を載せる。その際の断面図を図１５に示す。より詳細には、電磁鋼板２０の凹部２２と電磁鋼板３０の凹部３２とが対向するように、電磁鋼板２０が電磁鋼板３０に重ね合わされる。これにより、電磁鋼板３０の上面より突き出た改質金属４０ａの上半分が、図中上の電磁鋼板２０の凹部２２に挿入される。その結果、図１６に示すように、改質金属４０ａは、電磁鋼板２０と電磁鋼板３０との間にちょうど収まる。ここで、図１６のＣＣ断面を図１７に示す。つまり、凹部２２と凹部３２が仕切る空間４２内に、改質金属４０ａが収容される。ここで、空間４２の容積は、改質金属４０ａの体積よりも大きい。なお、電磁鋼板３０の上側の表面と電磁鋼板２０の下側の表面とは、凹部３２及び凹部２２の外側で絶縁被膜３１と絶縁被膜２１とが接している。つまり、電磁鋼板２０と電磁鋼板３０との鋼材部分は直接的に接しておらず、絶縁被膜２１，３１を介して間接的に接している。

非磁性改質処理工程（ステップＳ６０）では、図１８に示すように、電極４５，４５で電磁鋼板２０と電磁鋼板３０とを挟み込む。電極４５，４５で挟み込む箇所は、改質金属４０ａを配置した箇所、つまり被膜除去部２３，３３である。これにより、電極４５，４５は、電磁鋼板２０，３０の鋼板面に直接接触する。そして、電極４５，４５で電磁鋼板２０と電磁鋼板３０とを挟み込んだ後、加圧した状態で電極４５，４５間に通電する。

ここで、加圧の圧力は１３５ＭＰａ程度とし、電流値は７．８ｋＡ程度、通電時間は０．１５秒程度とする。これらの加圧通電の条件は、使用する電磁鋼板や改質金属の仕様（厚さや大きさ、材質など）により異なるため、実験等により最適な条件を決定しておけばよい。そして、加圧通電の抵抗発熱により、電気抵抗の高い改質金属４０ａが溶融するとともに、各電磁鋼板２０，３０の被膜除去部２３，３３が軟化する。このとき、改質金属４０ａ、電磁鋼板２０の凹部２２周辺、及び電磁鋼板３０の凹部３２周辺が溶融し始める。改質金属４０ａが電磁鋼板２０及び電磁鋼板３０の一部とともに溶融金属４１となった様子を図１９に示す。

また、電極４５，４５への通電により軟化した電磁鋼板２０，３０の被膜除去部２３，３３が、電極４５，４５からの加圧により凹状（電極４５の先端部形状）に成形される。このとき、被膜除去部２３，３３の周縁付近が盛り上がって凸状になることはない。各凹部２２，２３で形成される空間４２の容積が、改質金属４０ａ（非磁性合金層４０）の体積よりも大きくされているからである。

その後、電極４５，４５への通電が終了すると、溶融金属４１が凝固し始める。この溶融金属４１の組成は、Ｆｅを主成分とし、改質金属に由来するＮｉ，Ｃｒを相当程度に含んだものとなっている。このため、溶融金属４１が凝固すると、オーステナイト相の非磁性合金層４０となる。電極４５，４５への通電が終了されても、電極４５，４５による加圧は終了しておらず継続して行われている。このため、溶融金属４１が凝固していく際にひけ巣が生じない。従って、電磁鋼板２０，３０と改質金属４０ａ（非磁性合金層４０）との改質がしっかりと行われ、十分な強度を確保することができる。そして、電極４５，４５による加圧が終了して電極４５，４５が各電磁鋼板２０，３０から離されると、図３に示した、非磁性合金層４０を有し被膜除去部２３，３３が凹状に成形された電磁鋼板対１０が形成される。

なお、上記では１つの非磁性箇所Ｘに着目して説明を行ったが、実際には、非磁性箇所Ｘ（非磁性合金層４０）は、電磁鋼板対１０において多数箇所に設けられる。すなわち、電磁鋼板対１０において、ロータ９０のセンターブリッジ部９３及びペリブリッジ部９２となる部分に、非磁性箇所Ｘ（非磁性合金層４０）がそれぞれ設けられる。

このように、非磁性箇所Ｘを有する電磁鋼板対１０を形成するために、加熱するのは非磁性箇所Ｘとなるべき部分だけであり、電磁鋼板２０，３０の全体を加熱する必要がない。このため、消費電力が少なくて済む。また、スポット溶接と類似の要領で短い処理時間で非磁性箇所Ｘを形成することができる。このため量産にも適している。

抜き工程（ステップＳ７０）では、非磁性合金層４０を有する電磁鋼板対１０が所定形状に加工される。この加工は、基準穴を基準にして行われるため、電磁鋼板対１０を所定形状に精度良く加工することができる。本形態では、この抜き工程における加工を、ワイヤカットにより行う。具体的には、電磁鋼板対１０をロータコア９５の形状に加工する。すなわち、図２０に示すように、電磁鋼板対１０をドーナツ型の円板状に加工するとともに、磁石取り付け穴９４を形成する。このとき、コア形状の電磁鋼板対１０ａにおいて、センターブリッジ部９３及びペリブリッジ部９２に相当する部分に非磁性箇所Ｘが位置するように加工される。もちろん、プレスで抜きを行ってもよい。

積層工程（ステップＳ８０）では、電磁鋼板対１０が積層されて、積層鋼板が形成される。これにより、図２に示した、非磁性箇所Ｘをペリブリッジ部９２及びセンターブリッジ部９３に設けたロータコア９５が形成される。その後、このロータコア９５の磁石取り付け穴９４に磁石９１が取り付けられる（挿入・固定される）ことにより、図１に示したロータ９０が完成する。

ここで、本形態では、ロータコア９５を製造するために、上記した抜き工程と積層工程との２工程を設けているが、これを１工程で行うこともできる。すなわち、抜き工程で行う加工をワイヤカットではなくプレス打ち抜きで行うことにより、所定形状に打ち抜くとともに積層することができるため一工程化することができる。これにより、ロータコア９５の生産効率を向上させることができる。

上記のようにして製造されたロータ９０においては、ペリブリッジ部９２及びセンターブリッジ部９３に非磁性箇所Ｘが形成されているため、有効磁束Ｆのロスを減らすことができる。また、電磁鋼板対１０の非磁性箇所Ｘにおいて、非磁性合金層４０と各電磁鋼板２０，３０とがしっかりと改質されるため、十分な強度が確保されている。このため、この電磁鋼板対１０を用いたロータ９０においても十分な耐久性が確保されている。

そして、ロータ９０では、モータの使用時に電磁鋼板内に渦電流が発生する。渦電流は、電磁誘導効果により金属内に発生する渦状の電流である。このため、ロータ９０が発熱し、エネルギー損失を招くこととなる。このエネルギー損失を、渦電流損という。このため、モータにおいては、可能な限りこの渦電流損を小さくすることが好ましい。そのためには、電磁鋼板間で絶縁を確保することが必要となる。

そこで、本形態のロータ９０のロータコア９５では、絶縁被膜２１，３１により各電磁鋼板２０，３０間における絶縁が確保されている。また、非磁性箇所Ｘにおける電磁鋼板対１０間に絶縁被膜が存在しない部分には、凹状に形成された被膜除去部２３，３３によって空間９６が構成されており、この空間９６により絶縁が確保されている。つまり、被膜除去部２３，３３に絶縁被膜を再度塗布しなくても十分な絶縁性を確保することができる。このように、本形態のロータコア９５においては、各電磁鋼板間における絶縁が十分に確保されていることから、ロータ９０では、渦電流損を小さくすることができる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る非磁性箇所Ｘを有する電磁鋼板対１０は、非磁性合金層４０を介して、両面に絶縁被膜２１，３１を有する２枚の電磁鋼板２０，３０を部分的に改質したものである。この電磁鋼板対１０は、電磁鋼板２０及び電磁鋼板３０を有効な磁気経路とするものである。一方、非磁性合金層４０は、有効な磁気経路とはならない。そして、絶縁被膜２１，３１により、各鋼板間における絶縁が確保されている。また、電極４５，４５によって加圧通電される箇所が、絶縁被膜２１，３１を除去した被膜除去部２３，３３であるので、電極４５，４５が鋼材に直接接触するため、未接合部が生じることなく非磁性合金層４０と各電磁鋼板２０，３０とがしっかりと改質される。従って、電磁鋼板対１０によれば、非磁性合金層を所望の箇所に形成するとともに、強度と、絶縁性と、有効な磁束経路とを確保することができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、上側に位置する電磁鋼板２０に形成する凹部２２の径を改質金属４０ａの径（凹部３２の径）よりも大きくしているが、図２１に示すように、凹部３２の径を改質金属４０ａの径（凹部２２の径）よりも大きくしてもよい。
また、図２２に示すように、改質金属として上記した改質金属４０ａの半分の厚さ（各凹部２２，３２の厚さ）の改質金属４０ｂを用いて、各凹部２２，３２に挿入した状態で各電磁鋼板２０，３０を重ね合わせることもできる。この場合には、上側に位置する電磁鋼板２０の凹部２２から改質金属４０ｂが落下しないようにすることが必要である。例えば、凹部２２と改質金属４０ｂとの嵌め合い公差を管理することにより、抱き合わせ工程において、凹部２２からの改質金属４０ｂの落下を防止することができる。

また、上記した実施の形態では、ロータコア９５を構成する鋼板対１０に非磁性箇所Ｘを形成する箇所として、センターブリッジ部９３及びペリブリッジ部９２の場合を例示したが、非磁性箇所Ｘを形成する箇所はこれに限られず、センターブリッジ部９３のみであってもよいし、ペリブリッジ部９２のみであってもよい。あるいは、センターブリッジ部９３と、２つのペリブリッジ部９２のうちの片方だけに非磁性箇所Ｘを設けてもよい。これらいずれの電磁鋼板を用いてロータコア９５を構成しても、非磁性箇所Ｘにより、ロータ９０における磁束のロスを減らすことができる。

また、非磁性箇所Ｘをもつ鋼材対１０の用途はロータコアに限らない。つまり、ステータ、変圧器のコア等であっても、部分的に非磁性であることが有効であるものであれば適用可能である。

１０ 電磁鋼板対
２０ 電磁鋼板
２１ 絶縁被膜
２２ 凹部
２３ 被膜除去部
３０ 電磁鋼板
３１ 絶縁被膜
３２ 凹部
３３ 被膜除去部
４０ 非磁性合金層
４０ａ 改質金属
４２ 空間
４５ 電極
８０ ステータ
９０ ロータ
９１ 磁石
９２ ペリブリッジ部
９３ センターブリッジ部
９４ 磁石取り付け穴
９５ ロータコア
９６ 空間
Ｆ 有効磁束
Ｘ 非磁性箇所

Claims (7)

1. 両面に絶縁被膜を有する２枚の鋼板を重ね合わせた鋼板対の製造方法において、
   前記各鋼板の絶縁被膜の一部を除去する除去工程と、
   前記除去工程で絶縁被膜が除去された前記各鋼板の被膜除去部分の片面側に凹部を形成する凹部形成工程と、
   前記凹部形成工程で前記凹部が形成された前記各鋼板の前記凹部の少なくとも一方に非磁性合金を挿入する添加工程と、
   前記添加工程で挿入された前記非磁性合金が前記各鋼板の凹部間に収容されるように、前記各鋼板を前記凹部同士を対向させて重ね合わせる抱き合わせ工程と、
   前記抱き合わせ工程で重ね合わせられた各鋼板に対し、前記凹部が形成された面と反対側の被膜除去部分から加圧通電して、前記各鋼板及び前記非磁性合金を改質して非磁性合金層を形成する非磁性改質処理工程と、
   を含むことを特徴とする鋼板対の製造方法。
2. 請求項１に記載する鋼板対の製造方法において、
   前記各鋼板に後工程における加工の基準となる基準穴を形成する基準穴あけ工程を含む
   ことを特徴とする鋼板対の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載する鋼板対の製造方法において、
   前記凹部形成工程で前記凹部を形成する際、前記各鋼板の表面が盛り上がらないように前記凹部形成時に発生する余肉を逃がす逃がし穴を形成する余肉逃がし穴形成工程を含む
   ことを特徴とする鋼板対の製造方法。
4. 請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの鋼板対の製造方法において、
   前記非磁性改質処理工程では、加圧通電する部分を前記各鋼板の表面に対して凹状にする
   ことを特徴とする鋼板対の製造方法。
5. 請求項４に記載する鋼板対の製造方法において、
   前記凹部形成工程では、前記抱き合わせ工程で前記各鋼板が重ね合わせられたときに前記各凹部により形成される空間の容積が、前記非磁性合金の体積よりも大きくなるように前記各凹部を形成する
   ことを特徴とする鋼板対の製造方法。
6. 請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの製造方法で製造された鋼板対を、所定の形状に加工する加工工程と、
   前記加工工程で所定形状に加工された鋼板対を、前記凹部が形成された面と反対側の絶縁被膜除去部同士が対向するように積層する積層工程と、
   を含むことを特徴とする積層鋼板の製造方法。
7. 請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの製造方法で製造された鋼板対を、所定の形状に加工する加工工程と、
   前記加工工程で所定形状に加工された鋼板対を、前記凹部が形成された面と反対側の絶縁被膜除去部同士が対向するように積層する積層工程と、
   を含むことを特徴とする回転電機コアの製造方法。

Images