JP2012511628A - 改善された電磁鋼帯を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電磁鋼帯とくに電気機械器具製造業向けの薄肉電磁鋼帯として使用するための酸化鉄被膜層形成された鋼帯を製造するための方法であって、薄肉の鋼帯は連続工程において閉鎖された処理空間に供給され、その際、前記電磁鋼帯は４５０℃〜５５０℃の温度にて前記処理空間に進入させられ、同所にて、圧縮空気と、総炉内空間雰囲気で測定して、０．０５％〜０．２％の酸素濃度とに曝露され、その際、水の露点は−１０℃以下に調整されて、炉内空間雰囲気が還元性を有するように構成した方法ならびに薄肉電磁鋼帯とその使用に関する。

Description

本発明は、改善された電磁鋼帯を製造するための方法ならびに前記方法で製造された電磁鋼帯とその使用に関する。

電動機のステータはいわゆる電磁鋼帯から製造される。電磁鋼帯とは、たとえば０．３ｍｍ〜１．２ｍｍの厚さを有する鋼帯である。

この鋼帯は所要の形状に打ち抜かれ、打ち抜かれた個々の構成部材は束ねられて、対応するステータ積層鉄心に組み付けられ、続いて、該鉄心に相応したコイルが巻き付けられる。コイル内にこの種の鉄心が挿入されると、鉄鋼メーカーによってあらかじめ調整される、または少なくともユーザのもとでの最終的な焼きなましによって調整されるようになされている鉄心の強磁性によって、透磁率と共にコイル内の磁束密度も高められる。これにより、巻き数を減少させて、所要のインダクタンスを達成することができる。

鉄心は導電体であることから、交流が流れる鉄心付きコイルのこの箇所に、巻き線がいわば短絡した形で、渦電流と称される電流が流れる。鉄心が１枚の鉄板ではなく、上述の積層鉄板で構成されていれば、この渦電流は減少する。ただし、この渦電流を効果的に減少させるには、鉄板ないし積層薄板が互いに絶縁されなければならない。

これらの電磁鋼帯を互いに絶縁するには、常用の３つの方法がある。つまり、鋼板表面を有機塗装でコートする、または鋼板表面を無機塗装でコートする、あるいは鋼板表面を酸化する方法である。鋼板表面の酸化はとりわけ、小型モータ、つまり、たとえば家庭用電気機器工業で使用されるモータ、のステータに使用される電磁鋼帯の場合に実施される。

ブルーイングによって達成されるこの種の被膜層は、ほぼ等量のＦｅ_２Ｏ_３とＦｅ_３Ｏ_４とからなる混合被膜層である。こうしたブルーイングはユーザのもとで、電気帯鋼炉における露点の引き上げによって実施され、あるいは特にそのために設計されたブルーイング炉において同じく露点引き上げによって実施される。図２は、多くの電気鋼板ユーザのもとで使用されている従来の技術によるこの種のブルーイング装置を示したものである。

この設備１０１において、巻き付けられた鋼帯１０３の巻き束１０２から、取出しステーション１０４において、鋼帯１０３が取り出される。この鋼帯１０３は打ち抜きステーション１０５に供給され、同所において、ポンチプレス機によって薄板、たとえば、コイル鉄心用の薄板、が鋼帯１０３から打ち抜かれる。こうして打ち抜かれた薄板は束ねられて薄板スタック１０６とされ、続いて、これらのスタックは焼きなまし炉１０７に供給される。６５０℃〜７５０℃にて所定の通過時間が経過した後、薄板スタック１０６はブルーイング炉１０８に達する。ブルーイング炉１０８において内部空間１０９には露点が＞１０℃、特に＞２０℃の雰囲気が調整され、その際、この雰囲気は温度約５００℃にて酸化性を有する。所定の十分な通過時間が経過した後、薄板スタックは完成積層製品１１０としてブルーイング炉から取り出されるが、その際、これらの完成品はそれぞれほぼ等量のＦｅ_２Ｏ_３とＦｅ_３Ｏ_４とからなる混合被膜層を有しており、混合被膜層の厚さは一般に２００ｎｍである。

従来の方法においては、塗装による絶縁に相対的に手間とコストがかかると共に、塗装に際して基本的に環境関連の問題が生じ、また、とりわけ爾後の安全処理・処分に関する問題も生ずる点が短所である。

ブルーイングを用いる場合においても、それが同じく付加的な工程であって、しかも、ブルーイング処理による絶縁性能が塗装処理時のそれに劣っており、さらに、この種の処理はユーザのもとで実施されることが多く、実際に均一な特性の達成に関して信頼度に欠けるという点が短所である。

そこで本発明の目的は、容易にかつ低コストで実施可能であって、十分に制御可能な均一な特性による確実な絶縁を行う絶縁被膜層の達成を保証する安価な電磁鋼帯製造方法を創作することである。

上記課題は請求項１に記載の特徴を有する方法によって解決される。

好適な実施形態は従属請求項に記載した通りである。

本発明のもう一つの目的は、優れた絶縁性を具えて形成されると共に、さらにその他の爾後加工なしに積層鉄心の製造に使用することのできる電磁鋼帯を提供することである。

上記課題は請求項７に記載の特徴を有する電磁鋼帯によって解決される。

好適な実施形態は上記請求項の従属請求項に記載した通りである。

本発明により、電磁鋼帯はすでに鉄鋼メーカーのもとで連続的な工程により、特に、再結晶焼きなまし中の連続的焼きなまし（Ｋｏｎｔｉｇｌuｈｅｎ）処理によって絶縁被膜層が形成される。この場合、電磁鋼帯は実際に青色を帯びるが、ただしこうして形成された絶縁被膜層は、通例のブルーイング処理によって形成された被膜層に比較して大幅に改善された絶縁特性を有する。本発明によって製造された電磁鋼帯は、厚さ僅か１００ｎｍの絶縁被膜層を有しているにすぎず、その際、この被膜層はほぼ基本的にＦｅ_３Ｏ_４から形成されている。したがって、この被膜層はＦｅ_２Ｏ_３をごく僅かに含有しているにすぎない。この場合、本発明によるブルーイング処理によって得られた厚さ１００ｎｍの被膜層が通例のブルーイング処理によって得られた厚さ２００ｎｍの被膜層に比較して優れた絶縁性能を有していることからして、絶縁性能の主因をなしているのがＦｅ_３Ｏ_４であることは明らかであると思われる。

こうした絶縁性能により、本発明によって製造されたブルーイング電磁鋼帯は通常の塗装処理を不要とすることができ、これにより、塗装処理薄板に比較して大幅なコストメリットがもたらされる。

本発明による方法において、電磁鋼帯はゾーン内でそれが４５０℃〜５００℃の温度を有する閉鎖冷却ゾーンへの進入する際に圧縮空気により吹付け曝露される。その際、酸素濃度は閉鎖冷却ゾーンの炉内空間で測定して０．０５％〜０．２％に調整される。達成される酸化物被膜層の絶対的な均一性は、一方で、閉鎖冷却ブロワのブロワハウジング内への圧縮空気の導入により、他方で、鋼帯温度ならびに酸素濃度により保証される。

さらに、本発明により、圧縮空気の吹込みと酸素含有量の調整とは、露点が−４０℃以下かつ還元性雰囲気が設定されるようにして実施される。

水の露点が＞１０℃の通常のブルーイング処理時の酸化性雰囲気とは異なり、本発明による方法によれば、被膜厚さが大幅に減少しても９０％以上のＦｅ_３Ｏ_４成分を有すると共に、厚さが低下しても、塗装処理された電磁鋼帯に容易に代替して使用することのできる高い絶縁性能を有する被膜層が達成される。

本発明による方法によれば、さらに、被膜層の絶縁性能および組成ならびに被膜層の厚さの点で、非常に高度な均一性が達成される。

以下、図面を参照して、本発明を説明する。
本発明による方法フローを非常に簡略化して示した図である。 従来の技術による方法フローを非常に簡略化して示した図である。

本発明による方法にあっては、特に、連続式焼きなまし装置１が使用される。この場合、先ず、取出しステーション４において、巻き付けられた鋼帯３の巻き束２から鋼帯３が取り出され、この素材は続いて鋼帯浄化装置５を通過させられる。次いで、鋼帯３は鋼帯浄化装置５から流入調節ステーション６に達する。それ自体公知の流入調節ステーション６は爾後の装置を通過する鋼帯３の流れを均等化して連続的な処理を保証することを役割としており、取出しステーション４において第１の巻き束からの取出しが行われた後、第２の巻き束からの取出しが行われ、新しい巻き束の前端が先の巻き束の後端に溶接継ぎされて、新しい鋼帯３も連続処理装置を通過させられることになる。鋼帯３は流入調節ステーション６から本来の焼きなまし炉ないし本来の焼きなまし装置７に達する。その際、鋼帯は先ず加熱・冷却ゾーン８に達し、続いて、加熱・冷却ゾーン８からいわゆる熟成ゾーン９に達する。鋼帯３はさらにこの熟成ゾーン９から閉鎖吹付け冷却ゾーン１０に達するが、その際、鋼帯は約４５０℃〜５００℃の温度にて熟成ゾーン９から閉鎖吹付け冷却ゾーンに進入させられる。閉鎖吹付け冷却ゾーンでは、本発明により、当該領域１１において鋼帯３に圧縮空気が吹付けられ、その際、熟成ゾーンの内部空間１２においても閉鎖吹付け冷却ゾーンにおいても雰囲気１２ないし露点は−２０℃以下、特に−４０℃以下、好ましくは−５０℃以下に調整される。続いて、鋼帯３は閉鎖吹付け冷却ゾーン（閉鎖吹付け冷却ゾーン）を離れ、第１の鋼帯が取出し巻き付けされている間に、後続する第２の鋼帯が第１の鋼帯から分断され、続いて取出し巻き付けされるようにすることを目的とした流出調節ステーション１３に達する。

鋼帯３はそれに続く仕上げゾーン１４を通過し、続いて、取出し巻き付けステーション１５で再び巻き付けられてコイル１６とされる。

本発明の利点は、電磁鋼帯として使用するための鋼帯のブルーイング処理ないし鋼帯表面への絶縁性酸化物被膜層の形成が非常に高度な均一性と卓越した品質を実現して行われるために、こうして形成された酸化物被膜層の絶縁性能は９０％以上のＦｅ_３Ｏ_４からなる組成によって僅か１００ｎｍの被膜層厚さですでに卓越した絶縁性能を達成し得るという点にある。

したがって、本発明によって製造された酸化物被膜層を有する電磁鋼帯はその製造にかなり高いコストを要する塗装コート電磁鋼帯に代替することが可能である。

さらに、最終ユーザのもとで塗装処理装置あるいはブルーイング処理装置が不要となり、これによって一方で投資上のメリットが保証されると共に、他方で特にユーザのもとにブルーイング処理装置が設けられていようとも、本発明による酸化物被膜層を具えた鋼帯は、ユーザのもとで従来のブルーイング炉で製造される鋼帯に比較して遥かに改善された品質を有するという利点をもたらす。

１ 連続式焼きなまし装置
２ 巻き束
３ 鋼帯
４ 取出しステーション
５ 鋼帯浄化装置
６ 流入調節ステーション
７ 焼きなまし装置
８ 加熱・冷却ゾーン
９ 熟成ゾーン
１０ 閉鎖吹付け冷却ゾーン
１１ 領域
１２ 雰囲気
１３ 流出調節ステーション
１４ 仕上げゾーン
１５ 取出し巻き付けステーション
１６ コイル
１０１ ブルーイング装置
１０２ 巻き束
１０３ 鋼帯
１０４ 取出しステーション
１０５ 打ち抜きステーション
１０６ 打ち抜き薄板スタック
１０７ 焼きなまし炉
１０８ ブルーイング炉
１０９ 内部空間
１１０ 完成積層製品

Claims (10)

1. 電気機械器具製造業向けの薄肉電磁鋼帯などの電磁鋼帯として使用するための酸化鉄被膜層形成された鋼帯を製造するための方法であって、前記鋼帯は連続工程において処理空間に供給され、その際、前記電磁鋼帯は４５０℃〜５５０℃の温度にて前記処理空間に進入させられ、同所にて、前記処理空間雰囲気中で測定して、０．０５％〜０．２％の酸素濃度に曝露され、その際、水の露点は−１０℃以下に調整されて、炉内空間雰囲気が還元状態となっている方法。
2. 前記方法は前記電磁鋼帯の表面に形成される前記酸化物被膜層が１５０ｎｍ以下の厚さを有するようにして実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記酸化物被膜層の厚さは１００ｎｍ以下に調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記酸化物皮膜層中のＦｅ_３Ｏ_４とＦｅ_２Ｏ_３との比は少なくとも９：１であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記方法は連続式再結晶焼きなまし装置の閉鎖冷却ゾーンにおいて実施されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 露点は−４０℃以下に調整されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 電気機械器具製造業において電機子積層鉄心等のための電機子鉄板として使用するための、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法によって製造された電磁鋼帯であって、前記電磁鋼帯は表面に酸化物被膜層を有し、前記酸化物皮膜層は９０％以上のＦｅ_３Ｏ_４を含有していることを特徴とする電磁鋼帯。
8. 前記酸化物皮膜層の厚さは１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の電磁鋼帯。
9. 前記酸化物被膜層の厚さは１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の電磁鋼帯。
10. 互いに絶縁された薄鋼板からなる積層鉄心を製造するための請求項１から６のいずれか一項に記載の方法によって製造された、請求項７から９のいずれか一項に記載の電磁鋼帯の電動機、発電機等のステータ、ロータへの使用。

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