JP2013089883A - 積層コアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着強度と寸法精度に優れた積層コアを効率的且つ安価に製造する。
【解決手段】打ち抜き加工された複数枚のコア材が積層し、隣接するコア材間が部分的に塗布された瞬間接着剤ｘにより仮接着された積層体を得る工程Ａと、この積層体に熱硬化型接着剤ｙを含浸させる工程Ｂと、熱硬化型接着剤ｙを含浸させた積層体を加熱し、熱硬化型接着剤ｙを硬化させる工程Ｃを有し、この工程Ｃは、熱硬化型接着剤ｙを瞬間接着剤ｘの耐熱温度以下の加熱温度で仮硬化させる工程Ｃ1と、この工程Ｃ1での加熱温度よりも高い加熱温度で熱硬化型接着剤ｙを本硬化させる工程Ｃ2を有する。熱硬化型接着剤ｙの熱硬化を２段階の加熱処理で行うことにより、加熱処理の途中で瞬間接着剤ｘの強度劣化により積層体の寸法が崩れるようなことがなく、製品の高い寸法精度を確保することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁性材料である薄鋼板を用いた積層コアの製造方法に関するものである。

従来、電気機器などの鉄心となる積層コアの製造方法として、薄鋼板から打ち抜き加工された複数枚のコア材を積層させ、且つ隣接するコア材どうしを部分的に塗布された瞬間接着剤により仮接着して積層体とした後、この積層体に樹脂を含浸させ、次いで、積層体を焼付処理して含浸させた樹脂を硬化させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
この製造方法によれば、接着剤（瞬間接着剤）によりコア材どうしを部分的に仮接着して積層体を得る工程と、この積層体に樹脂含浸及び焼付処理を施す工程を組み合わせることにより、積層コアを効率的に製造することができる。

特開２００３−２６４９６２号公報

しかし、このような従来技術の製造方法では、積層体に含浸させた樹脂の焼付温度が瞬間接着剤の耐熱温度よりも高いため、積層体を通常の焼付温度で加熱すると、この焼付処理の途中で瞬間接着剤が強度劣化して積層体の寸法が崩れてしまい、製品の寸法精度が低下してしまう問題を生じる。このような問題を回避するには、積層体を治具で固定した状態で焼付処理する必要あるが、その治具の取り付け・取り外しのために生産性が大きく低下するという新たな問題が生じてしまう。また、繰り返し使用する治具の清掃が不可欠であるとともに、完全には清掃しきれないために、治具起因による製品の寸法不良が生じることもある。

したがって本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、接着強度と寸法精度に優れた積層コアを効率的且つ安価に製造することができる積層コアの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］薄鋼板から打ち抜き加工された複数枚のコア材が積層し、隣接するコア材間が部分的に塗布された瞬間接着剤（ｘ）により仮接着された積層体を得る工程（Ａ）と、該工程（Ａ）で得られた積層体に熱硬化型接着剤（ｙ）を含浸させる工程（Ｂ）と、該工程（Ｂ）で熱硬化型接着剤（ｙ）を含浸させた積層体を加熱し、熱硬化型接着剤（ｙ）を硬化させる工程（Ｃ）を有し、
前記工程（Ｃ）は、熱硬化型接着剤（ｙ）を瞬間接着剤（ｘ）の耐熱温度以下の加熱温度で仮硬化させる工程（Ｃ1）と、該工程（Ｃ1）に引き続き、工程（Ｃ1）での加熱温度よりも高い加熱温度で熱硬化型接着剤（ｙ）を本硬化させる工程（Ｃ2）を有することを特徴とする積層コアの製造方法。

［2］上記［1］の製造方法において、工程（Ａ）では、コア材の打ち抜き加工前又は打ち抜き加工時に瞬間接着剤（ｘ）を塗布するとともに、打ち抜き加工された複数枚のコア材をそのまま順次積層させることで、隣接するコア材間が瞬間接着剤（ｘ）で仮接着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。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、工程（Ａ）では、コア材の面積の
０．５〜８０％の範囲に瞬間接着剤（ｘ）を塗布することを特徴とする積層コアの製造方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、工程（Ｃ1）では、熱硬化型接着剤（ｙ）を８０℃以上で、且つ瞬間接着剤（ｘ）の接着強度が常温での接着強度の４０％以上に維持される加熱温度で３０分以上加熱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、瞬間接着剤（ｘ）によりコア材どうしを部分的に仮接着した積層体に熱硬化型接着剤（ｙ）を含浸させた後、積層体を加熱して熱硬化型接着剤（ｙ）を熱硬化させる際に、熱硬化型接着剤（ｙ）の熱硬化を２段階の加熱処理で行うことにより、治具を使用しなくても、加熱処理の途中で瞬間接着剤（ｘ）の強度劣化により積層体の寸法が崩れるようなことがなく、製品の高い寸法精度を確保することができる。このため、接着強度と寸法精度に優れた積層コアを効率的且つ安価に製造することができる。

本発明の工程（Ａ）の一実施形態を示すもので、図１（ア）は工程（Ａ）を構成する各工程での薄鋼板の加工・処理状況を示す説明図、図１（イ）は積層体の製造装置の断面を示す説明図 実施例の本発明例及び比較例における、熱硬化型接着剤を含浸させた積層体の加熱（焼付）処理の熱サイクルを示す図面

本発明の積層コアの製造方法は、打ち抜き加工で得られた複数枚のコア材が瞬間接着剤ｘで仮接着された積層体を得る工程（Ａ）と、この積層体に熱硬化型接着剤ｙを含浸させる工程（Ｂ）と、積層体を加熱して熱硬化型接着剤ｙを熱硬化させる工程（Ｃ）を有するが、この工程（Ｃ）を、比較的低い加熱温度で熱硬化型接着剤ｙを仮硬化させる工程（Ｃ1）と、それよりも高い加熱温度で熱硬化型接着剤ｙを本硬化させる工程（Ｃ2）の２段階で行うことが特徴である。

ここで、接着剤による積層体の固定（コア材どうしの接着）を瞬間接着剤ｘだけでできない理由は、一般に瞬間接着剤の耐熱温度（所定の接着強度を維持できる温度）が１２０℃程度であるのに対し、例えば、自動車用リアクトル等に使用する積層コアに要求される耐熱温度はそれよりも高く、瞬間接着剤では耐用できないからである。
コア材を構成する薄鋼板の種類や組成に特に制限はなく、例えば、Ｓｉ含有量が３．５mass％以上の高珪素鋼板や非晶質薄鋼板などを用いることができる。また、薄鋼板の板厚にも特別な制限はないが、一般には０．２ｍｍ以下のものが好ましい。

まず、工程（Ａ）では、薄鋼板から打ち抜き加工された複数枚のコア材が積層し、隣接するコア材間が部分的に塗布された瞬間接着剤ｘにより仮接着された積層体を得る。
この工程（Ａ）では、コア材を得るための打ち抜き加工と、コア材に対する瞬間接着剤ｘの塗布及びコア材どうしの接着を行う工程をオフラインで行ってもよいが、オンラインで薄鋼帯からコア材を順次打ち抜き加工し、打ち抜き加工されたコア材が順に積層する一連の工程内で、コア材に対する瞬間接着剤ｘの塗布及びコア材どうしの接着を行うことが好ましい。すなわち、工程（Ａ）において、コア材を得るための打ち抜き加工前又は打ち抜き加工時に瞬間接着剤ｘを塗布するとともに、打ち抜き加工された複数枚のコア材をそのまま順次積層させることで、隣接するコア材間が瞬間接着剤ｘで仮接着された積層体を得るようにするものである。その場合、工程（Ａ）は、例えば、薄鋼板にコア材外周以外の打ち抜き加工を施す打ち抜き工程（Ａ1）と、コア材となる薄鋼板部分に部分的に瞬間接着剤ｘを塗布する接着剤塗布工程（Ａ2）と、薄鋼板にコア材外周の打ち抜き加工を施す打ち抜き工程（Ａ3）と、打ち抜かれたコア材を積層させてコア材どうしを前記瞬間接着剤ｘで接着するコア材積層・接着工程（Ａ4）とを有する。また、接着剤塗布工程（Ａ2）と打ち抜き工程（Ａ3）が同時に行われるようにしてもよい。さらに、例えば特許文献１に示されるように、帯状の複数枚の薄鋼板を積層させ、且つこの複数枚の薄鋼板間を瞬間接着剤ｘで部分的に接着することにより積層コア用帯材を形成し、この積層コア用帯材の下面又は上面に部分的に瞬間接着剤ｘを塗布した後又は塗布と同時に、打ち抜き加工を行い、この打ち抜かれた積層コア用材料（＝複数枚のコア材が瞬間接着剤ｘで接着された材料）を打ち抜き装置内で順次積層させることにより積層体を得るようにしてもよい。この工程（Ａ）の一実施形態については後に説明する。

本発明で使用する瞬間接着剤ｘは、常温雰囲気において使用した場合に接着強度（引張せん断接着強さ）５Ｎ／ｍｍ^２以上になるまでの時間が６０秒以内の接着剤であると定義する。接着剤が塗布されたコア材を順次積層させ、コア材どうしを接着させる場合、接着剤が硬化するまでの時間が長いと積層コア寸法に変化が生じるおそれがあるため、接着硬化時間は短い方がよい。この点、瞬間接着剤ｘを使用するとコア材どうしが瞬時に接着されるので、プレス精度がより良く反映できる。
瞬間接着剤ｘの種類は特に限定されないが、例えば、シアノアクリレート系などの瞬間接着剤が挙げられる。通常、瞬間接着剤ｘの耐熱温度は１２０℃程度である。

瞬間接着剤ｘの塗布面積は、コア材の面積全体の０．５〜８０％程度が適当である。瞬間接着剤ｘの塗布面積がコア材の面積全体の０．５％未満では十分な接着強度が得られないおそれがあり、一方、８０％を超えると工程（Ｂ）で含浸させる熱硬化型接着剤ｙによる接着面積が不足し、製品の接着強度が不十分になるおそれがある。なお、瞬間接着剤ｘは熱硬化型接着剤ｙに較べて安価であるので、塗布面積を上記の範囲で比較的広くすることにより、製造コストを低く抑えることができる。

また、工程（Ｂ）における熱硬化型接着剤ｙの含浸を妨げないようにするために、コア材の外縁部に相当する部分には、瞬間接着剤ｘは塗布しないことが望ましい。また、瞬間接着剤ｘによる接着剤層が、この接着剤層に囲まれた非接着領域が存在しないように形成されることが好ましい。これにより、工程（Ｂ）の熱硬化型樹脂の含浸において、瞬間接着剤ｘによる接着剤層を除くコア材間全体に熱硬化型接着剤ｙを浸透させることができる。

次の工程（Ｂ）では、前記工程（Ａ）で得られた積層体に熱硬化型接着剤ｙを含浸させる。熱硬化型接着剤ｙとしては、例えば、アクリル系熱硬化型接着剤、エポキシ系接着剤などを使用できる。
積層体に熱硬化型接着剤ｙを含浸させる方法としては、（i）真空含浸する方法、（ii）ドブ付け（浸漬）する方法、（iii）スポイト管等で樹脂を供給する方法等があるが、いずれを用いてもよい。
次の工程（Ｃ）では、前記工程（Ｂ）で熱硬化型接着剤ｙを含浸させた積層体を加熱（焼付）し、熱硬化型接着剤ｙを硬化させるが、この工程（Ｃ）は、熱硬化型接着剤ｙを瞬間接着剤ｘの耐熱温度以下の加熱温度で仮硬化させる工程（Ｃ1）と、この工程（Ｃ1）に引き続き、工程（Ｃ1）での加熱温度よりも高い加熱温度で熱硬化型接着剤ｙを本硬化させる工程（Ｃ2）の２段階で行う。

このように熱硬化型接着剤ｙの加熱硬化を２段階で行うのは、瞬間接着剤ｘの耐熱温度は熱硬化型接着剤ｙを本硬化（完全硬化）させるための加熱温度よりも低いため、熱硬化型接着剤ｙをその本硬化に必要な加熱温度で最初から加熱すると、瞬間接着剤ｘの接着強度が著しく低下し、コア材の仮接着状態が維持できなくなるためである。このため工程（Ｃ1）では、瞬間接着剤ｘの接着強度が大きく低下しない加熱温度で熱硬化型接着剤ｙを仮硬化（半硬化）させることで、瞬間接着剤ｘと熱硬化型接着剤ｙの両方で積層体の接着強度を維持させ、引き続き工程（Ｃ2）において、所定の加熱温度で熱硬化型接着剤ｙを本硬化（完全硬化）させるものである。
このように熱硬化型接着剤ｙの熱硬化を２段階で行うことにより、治具を使用しなくても、加熱処理の途中で瞬間接着剤の強度劣化により積層体の寸法が崩れるようなことがなく、製品の高い寸法精度を確保することができる。

工程（Ｃ1）では、熱硬化型接着剤ｙを瞬間接着剤ｘの耐熱温度以下の温度で加熱することにより、熱硬化型接着剤ｙの硬化反応の一部が生じ、熱硬化型接着剤ｙの接着強度が一部発現する状態とする。具体的には、熱硬化型接着剤ｙを８０℃以上で、且つ瞬間接着剤ｘの接着強度が常温での接着強度の４０％以上に維持される加熱温度で加熱することが好ましい。熱硬化型接着剤ｙをある程度の接着強度が発現するように硬化させるには、上記のように８０℃以上（好ましくは９０℃以上）で加熱することが望ましい。一方、瞬間接着剤ｘの接着強度が常温での接着強度の４０％以上に維持されれば、加熱処理の途中で瞬間接着剤の強度劣化により積層体の寸法が崩れる恐れはほとんどない。一般的な瞬間接着剤ｘの耐熱温度は１２０℃前後であるので、瞬間接着剤ｘの接着強度を上記の範囲に維持するには、加熱温度は１２０℃以下、好ましくは１１０℃以下が望ましい。
また、工程（Ｃ1）における上記加熱温度での加熱時間は、３０分以上、特に６０分以上が好ましく、通常は３０分〜９０分程度である。

工程（Ｃ2）では、前記工程（Ｃ1）に引き続き、熱硬化型接着剤ｙの本硬化に必要な温度まで昇温し、本硬化のための加熱処理を行う。一般の熱硬化型接着剤ｙの加熱（焼付）温度は１５０℃以上であるので、そのような熱硬化型接着剤ｙを用いる場合には、工程（Ｃ2）では、熱硬化型接着剤ｙを１５０℃以上、好ましくは１７０℃以上の加熱温度で本硬化（完全硬化）させる。また、この工程（Ｃ2）の上記加熱温度での加熱時間は３０〜９０分程度が適当である。
工程（Ｃ）での加熱処理は、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。

図１は、工程（Ａ）の一実施形態を示すもので、図１（ア）は工程（Ａ）を構成する各工程での薄鋼板の加工・処理状況を示す説明図、図１（イ）は積層体の製造装置の断面を示す説明図である。
この積層体の製造装置は、装置本体ａが上下金型１，２で構成され、上金型１が打抜パンチを備える可動金型、下金型２がダイを備える固定金型となっている。上金型１は、図示しない油圧式駆動機構などにより上下動する。

このような上下金型１，２からなる装置本体ａは、鋼板送り方向の上流側から、薄鋼板ｓにコア材外周以外の打ち抜き加工を施す打ち抜き機構部３と、薄鋼板ｓにコア材外周の打ち抜き加工を施す外周打ち抜き機構部４を備えるとともに、打ち抜き機構部３と外周打ち抜き機構部４との間には、コア材となる薄鋼板部分に瞬間接着剤を塗布する接着剤塗布機構部５を備えている。また、装置本体ａの入側には、帯状の薄鋼板ｓを装置本体ａ内に順送りするための材料送り機構ｂ（送りロール）が設けられている。

図１の製造装置において、薄鋼板ｓの打ち抜き、瞬間接着剤ｘの塗布は、上金型１（可動金型）が下金型２に対して下降することによりなされる。また、薄鋼板ｓは、材料送り機構ｂにより装置本体ａ内に送り込まれるとともに、各工程に対して順送りされる。図において、７は板状のストリッパ（板押さえ）であり、打ち抜き加工する際に薄鋼板ｓを下金型２に対して押さえるための手段である。このストリッパ７は、パンチ３０、接着剤吐出部５０およびパンチ４０を、それぞれ挿通させる挿通孔７０，７１，７２を有している。

装置本体ａ内に送り込まれた薄鋼板ｓには、まず、打ち抜き機構部３において、パンチ３０とダイ３１によりコア材外周以外（本実施形態ではコア材内周）の打ち抜き加工が施される。ここで行われる加工は、コア材内周やティースなどの打ち抜き加工である。なお、このようなコア材外周以外の打ち抜き加工は複数の工程で行われる場合があり、その場合には、複数の工程毎に打ち抜き機構部３が設けられ、薄鋼板ｓが順送りされる。

次いで、薄鋼板ｓは接着剤塗布機構部５に送られ、コア材となる薄鋼板部分の上面に接着剤吐出部５０によって瞬間接着剤ｘが部分的に塗布される。８は接着材供給部であり、接着剤吐出部５０に瞬間接着剤ｘを供給する。
次いで、薄鋼板ｓは外周打ち抜き機構部４に送られ、ここでパンチ４０とダイ４１によりコア材外周の打ち抜き加工が施され、コア材ｃが薄鋼板ｓから打ち抜かれる。打ち抜かれたコア材ｃは、ダイ４１の抜き孔４２内に積層し、この抜き孔４２内とその下方のコア材積層・接着機構部６において、積層したコア材ｃどうしが前記瞬間接着剤ｘで結合する。この際、パンチ４０により、打ち抜かれたコア材ｃをその下側のコア材ｃに対して押圧（加圧）し、接着性を高めるようにしてもよい。

前記接着剤塗布機構部５では、積層コアの最上部のコア材ｃを構成する薄鋼板部分には瞬間接着剤ｘを塗布しないので、所定枚数のコア材ｃのみが瞬間接着剤ｘで一体に結合された積層コアｄが得られる。支持体６０は、抜き孔４２の下方で積層したコア材ｃおよび積層コアｄを支持し、打ち抜かれたコア材ｃが積層する毎に順次下降する。

積層体の製造装置を用い、薄鋼帯（Ｓｉ含有量６．５mass％、板厚０．１ｍｍ）からコア材を打ち抜き加工して積層させ、３００枚のコア材からなる積層体を作成した。この際、コア材に打ち抜かれる薄鋼帯部分の片面には、シアノアクリレート系瞬間接着剤（耐熱温度：１２０℃、１００℃での接着強度：常温での接着強度の４０％）を部分的に塗布し（塗布面積：コア材面積の２０％）、隣接するコア材どうしが瞬間接着剤により仮接着された積層体を作成した。なお、接着強度は、引張試験による引張せん断接着強さを求めた。このようにして得られた積層体に真空含浸によりアクリル系熱硬化型接着剤（推奨硬化温度１５０℃以上）を含浸させた。次いで、熱硬化型接着剤を硬化させるため積層体を加熱（焼付）処理した。この加熱処理では、図２に示す熱サイクルで熱風炉を用いて積層体を加熱し、積層コア（製品）を得た。

表１は、本発明例及び比較例の加熱（焼付）条件、積厚、製品の評価を示したものである。ここで、表１の「積厚」とは、加熱前後でのコアの積厚変化を評価したものである。また、「製品不具合」に記載された“直角度”とは、板を積み上げた時に垂直に積み上がっているかどうかの指標であり、“湾曲発生”とは、加熱後、コアにうねりが発生している場合を指す。

１ 上金型
２ 下金型
３ 打ち抜き機構部
４ 外周打ち抜き機構部
５ 接着剤塗布機構部
６ コア材積層・接着機構部
７ ストリッパ
８ 接着剤供給部
３０，４０ パンチ
３１，４１ ダイ
４２ 抜き孔
５０ 接着剤吐出部
６０ 支持体
７０，７１，７２ 挿通孔
ａ 装置本体
ｂ 材料送り機構
ｓ 薄鋼板
ｃ コア材
ｄ 積層コア
ｘ 瞬間接着剤

Claims (4)

1. 薄鋼板から打ち抜き加工された複数枚のコア材が積層し、隣接するコア材間が部分的に塗布された瞬間接着剤（ｘ）により仮接着された積層体を得る工程（Ａ）と、該工程（Ａ）で得られた積層体に熱硬化型接着剤（ｙ）を含浸させる工程（Ｂ）と、該工程（Ｂ）で熱硬化型接着剤（ｙ）を含浸させた積層体を加熱し、熱硬化型接着剤（ｙ）を硬化させる工程（Ｃ）を有し、
   前記工程（Ｃ）は、熱硬化型接着剤（ｙ）を瞬間接着剤（ｘ）の耐熱温度以下の加熱温度で仮硬化させる工程（Ｃ1）と、該工程（Ｃ1）に引き続き、工程（Ｃ1）での加熱温度よりも高い加熱温度で熱硬化型接着剤（ｙ）を本硬化させる工程（Ｃ2）を有することを特徴とする積層コアの製造方法。
2. 工程（Ａ）では、コア材の打ち抜き加工前又は打ち抜き加工時に瞬間接着剤（ｘ）を塗布するとともに、打ち抜き加工された複数枚のコア材をそのまま順次積層させることで、隣接するコア材間が瞬間接着剤（ｘ）で仮接着された積層体を得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. 工程（Ａ）では、コア材の面積の０．５〜８０％の範囲に瞬間接着剤（ｘ）を塗布することを特徴とする請求項１又は２に記載の積層コアの製造方法。
4. 工程（Ｃ1）では、熱硬化型接着剤（ｙ）を８０℃以上で、且つ瞬間接着剤（ｘ）の接着強度が常温での接着強度の４０％以上に維持される加熱温度で３０分以上加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の積層コアの製造方法。

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