JP2015010242A

JP2015010242A - 絶縁被膜付き電磁鋼板及びその製造方法

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Publication number: JP2015010242A
Application number: JP2013134412A
Authority: JP
Inventors: 松島　朋裕; Tomohiro Matsushima; 朋裕松島; 名越　正泰; Masayasu Nagoshi; 正泰名越; 窪田　隆広; Takahiro Kubota; 隆広窪田; 千代子多田; Chiyoko Tada
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-01-19
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP5987790B2

Abstract

【課題】絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも絶縁性、耐テンションパッド性、及び打抜き性のいずれにも優れた絶縁被膜付き電磁鋼板及びその製造方法を提供する。【解決手段】電磁鋼板と、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン及びテトラアルコキシシランから選択される少なくとも１種のシラン化合物（Ａ）と、シランカップリング剤（Ｂ）と、シリカ粒子（Ｃ）とを含む表面処理剤を用いて、電磁鋼板表面に形成してなる絶縁被膜と、を備え、電磁鋼板の表面のスキューネスＲｓｋが１．００以下であることを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板とする。【選択図】なし

Description

本発明は、絶縁被膜付き電磁鋼板及びその製造方法に関する。本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板は、絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも絶縁性、耐テンションパッド性及び打抜き性のいずれにも優れる。

モータや変圧器などに使用される絶縁被膜付き電磁鋼板には、重ねた鋼板間の絶縁性能である層間抵抗だけでなく、打抜き性など種々の特性が要求される。また、絶縁被膜付き電磁鋼板は多様な用途に使用されるため、その用途に応じて種々の特性が要求される。例えばコイルのスリットなどを行う場合には、鋼板を押さえるために用いるフェルト状のテンションパッドで絶縁被膜付き電磁鋼板表面をこする際の絶縁被膜の剥がれにくさ、いわゆる耐テンションパッド性が求められる。

電磁鋼板の表面に形成される絶縁被膜は、大別して、（１）溶接性、耐熱性を重視し、歪取り焼鈍に耐える無機被膜、（２）打抜き性、溶接性の両立を目指し歪取り焼鈍に耐える樹脂含有の無機被膜（すなわち、半有機被膜）、（３）特殊用途で歪取り焼鈍不可の有機被膜の３種に分類される。そして、汎用品として歪取り焼鈍に耐えられる絶縁被膜は、上記（１）、（２）に示した無機成分を含む絶縁被膜である。従来、無機成分を含む絶縁被膜は、クロム化合物を含むものが一般的であった。

しかし、昨今、環境意識が高まり、電磁鋼板の分野においても、クロム化合物を含まない絶縁被膜を表面に有するクロメートフリーの製品が需要家などから望まれている。クロム化合物を含まず、有機成分と無機成分の両方を含む表面処理剤を電磁鋼板表面に塗布して、上記（２）に該当する絶縁被膜を形成する技術には、以下のようなものがある。

特許文献１には、コロイド状シリカ、アルミナゾル、ジルコニアゾルの１種又は２種以上よりなる無機コロイド状物質に対して、水溶性又はエマルジョンタイプの樹脂の１種又は２種以上からなる有機物を加えた水溶液を表面処理剤として、歪取り焼鈍前の耐食性などに優れた絶縁被膜を形成する技術が記載されている。

特開平１０−４６３５０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、絶縁性、耐テンションパッド性及び打抜き性のいずれも良好な絶縁被膜付き電磁鋼板が得られない。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも絶縁性、耐テンションパッド性及び打抜き性のいずれにも優れた絶縁被膜付き電磁鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、電磁鋼板の表面のスキューネスＲｓｋが、絶縁被膜付き電磁鋼板の絶縁性などの性質に大きな影響を与えることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的に、上記目的を達成することが可能な本発明の要旨構成は、以下のとおりである。

（１）電磁鋼板と、下記一般式（Ｉ）で表されるトリアルコキシシラン、下記一般式（ＩＩ）で表されるジアルコキシシラン及び下記一般式（ＩＩＩ）で表されるテトラアルコキシシランから選択される少なくとも１種のシラン化合物（Ａ）と、シランカップリング剤（Ｂ）と、シリカ粒子（Ｃ）とを含む表面処理剤を用いて、前記電磁鋼板表面に形成してなる絶縁被膜と、を備え、前記電磁鋼板の表面のスキューネスＲｓｋが１．００以下であることを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板。
Ｘ^１Ｓｉ（ＯＲ^１）_３（Ｉ）
（Ｘ^２）_２Ｓｉ（ＯＲ^２）_２（ＩＩ）
Ｓｉ（ＯＲ^３）_４（ＩＩＩ）
（上記一般式のＸ^１、Ｘ^２は、水素、アルキル基又はフェニル基である。また、Ｘ^２は同一でも互いに異なってもよい。Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は、アルキル基である。また、Ｒ^１は同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^２も同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^３も同一でも互いに異なってもよい）
（２）電磁鋼板の表面のスキューネスＲｓｋを１．００以下にするＲｓｋ調整工程と、下記一般式（Ｉ）で表されるトリアルコキシシラン、下記一般式（ＩＩ）で表されるジアルコキシシラン及び下記一般式（ＩＩＩ）で表されるテトラアルコキシシランから選択される少なくとも１種のシラン化合物（Ａ）と、シランカップリング剤（Ｂ）と、シリカ粒子（Ｃ）とを含む表面処理剤を用いて、Ｒｓｋ調整工程後の前記電磁鋼板の表面に、絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、を有することを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
Ｘ^１Ｓｉ（ＯＲ^１）_３（Ｉ）
（Ｘ^２）_２Ｓｉ（ＯＲ^２）_２（ＩＩ）
Ｓｉ（ＯＲ^３）_４（ＩＩＩ）
（上記一般式のＸ^１、Ｘ^２は、水素、アルキル基又はフェニル基である。また、Ｘ^２は同一でも互いに異なってもよい。Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は、アルキル基である。また、Ｒ^１は同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^２も同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^３も同一でも互いに異なってもよい）

本発明によれば、絶縁被膜がクロム化合物を含まないにもかかわらず、絶縁性、耐テンションパッド性及び打抜き性に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板が得られる。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

絶縁被膜付き電磁鋼板
本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板は、電磁鋼板と、該電磁鋼板の表面に形成された絶縁被膜とを有する。以下、電磁鋼板、絶縁被膜について説明する。

＜電磁鋼板＞
本発明において、素材である電磁鋼板としては、特に制限はなく、従来から公知のもののいずれもが使用可能である。すなわち、磁束密度の高いいわゆる軟鉄板（電気鉄板）やＳＰＣＣなどの一般冷延鋼板、また比抵抗を上げるためにＳｉやＡｌを含有させた無方向性電磁鋼板などのいずれもが有利に適合する。

また、電磁鋼板の成分組成は特に限定されないが、通常の電磁鋼板の成分組成は、Ｓｉ：１〜４．５％、残部がＦｅ及び不可避不純物である。また、電磁鋼板は、Ｃ：０．０１％以下、Ｍｎ：０．０２〜３％、Ｃｒ：０．８％以下、Ｃｕ：０．０１〜２％、Ｐ：０．０３〜０．２％、Ｎ：０．００５％以下、Ｍｏ：０．００５〜０．１％、Ｓｎ：０．００５〜０．２％、Ｓｂ：０．００５〜０．２％、Ｓ：０．００５％以下及びＡｌ：０．００１〜３％から選択される少なくとも１種を含有する場合がある。

本発明で使用する電磁鋼板は、電磁鋼板表面のスキューネスＲｓｋが１．００以下である。スキューネスＲｓｋを１．００以下にすることで、層間抵抗（絶縁被膜付き電磁鋼板を重ね合わせたときの鋼板間の抵抗）が低下しにくくなる。

従来、鋼板表面のスキューネスと層間抵抗との関係は知られていなかったが、本発明者らは鋼板表面のＲａ、鋼板表面に形成される絶縁被膜の厚みが同一でありながら、層間抵抗が異なる場合があることを見出し、更に、この現象の原因を調査する中で、鋼板表面のスキューネスＲｓｋと層間抵抗との関係を見出した。

ここで、スキューネスＲｓｋとは、実施例に記載のとおり、光干渉表面形状測定装置を用いて３次元形状の測定を行うことで得た値を意味する。

特に、本発明のように、表面のスキューネスＲｓｋが１．００以下の電磁鋼板と、後述する特定の絶縁被膜との組み合わせであれば、絶縁被膜付き電磁鋼板は、絶縁被膜がクロム化合物を含まないにもかかわらず、絶縁性、耐テンションパッド性、打抜き性に優れる。

上記スキューネスＲｓｋを調整することが、優れた絶縁被膜付き電磁鋼板を得るために必要であり、鋼板表面の表面粗さＲａは特に限定されない。通常の表面粗さで、問題なく本発明の効果を奏する。通常の表面粗さＲａとは０．８０μｍ以下である。なお、ここで、表面粗さＲａは、スキューネスＲｓｋと同様に、光干渉表面形状測定装置を用いて３次元形状の測定を行うことで得た値を意味する。

＜絶縁被膜＞
本発明における絶縁被膜とは、シラン化合物（Ａ）と、シランカップリング剤（Ｂ）と、シリカ粒子（Ｃ）とを含む表面処理剤を用いて、上記電磁鋼板の表面に形成される。

本発明に用いる表面処理剤では、有機成分として、トリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン及びテトラアルコキシシランから選択される少なくとも１種のシラン化合物（Ａ）とシランカップリング剤（Ｂ）との組み合わせを用いる。このようなシラン化合物（Ａ）とシランカップリング剤（Ｂ）の組み合わせにより、絶縁被膜付き電磁鋼板の耐食性が高まる。

また、シラン化合物（Ａ）、シランカップリング剤（Ｂ）に由来するシラン成分のみの絶縁被膜では、電磁鋼板表面の微小な凹凸の凸部において膜厚が薄くなり、使用時に絶縁被膜に掛かる圧力で層間抵抗が低下し過ぎる場合がある。また、シラン化合物（Ａ）、シランカップリング剤（Ｂ）に由来するシラン成分のみの絶縁被膜では、膜が破損しやすく層間抵抗が低下する場合がある。しかし、シリカ粒子（Ｃ）を用いれば、絶縁被膜は一定の厚みを確保しやすくなるため、使用時に絶縁被膜に圧力が掛かっても層間抵抗が低下し過ぎる問題を抑えられる。また、シリカ粒子（Ｃ）を用いれば、絶縁被膜を破損しにくくできるため、層間抵抗の低下を抑えやすい。なお、シリカ粒子（Ｃ）を用いれば、同様の理由で、絶縁被膜付き電磁鋼板を重ねて加圧焼鈍する際に、鋼板同士が接触することで鉄損が上昇することの起こりにくさを表す耐スティッキング性も向上する。

上記成分（Ａ）〜（Ｃ）を含む表面処理剤を用いて、上記電磁鋼板に絶縁被膜を形成すれば、絶縁被膜がクロム化合物を含まないにもかかわらず、絶縁性、耐テンションパッド性、打抜き性を向上させる効果に加えて、耐食性や耐スティッキング性などが向上する効果も得られる。したがって、上記特定の表面処理剤を用いれば、優れた絶縁被膜付き電磁鋼板が得られる。

以下、シラン化合物（Ａ）、シランカップリング剤（Ｂ）、シリカ粒子（Ｃ）について更に具体的に説明する。

シラン化合物（Ａ）とは、一般式（Ｉ）で表されるトリアルコキシシラン、一般式（ＩＩ）で表されるジアルコキシシラン及び一般式（ＩＩＩ）で表されるテトラアルコキシシランから選択される少なくとも１種である。

一般式（Ｉ）で表されるトリアルコキシシランとは、Ｘ^１Ｓｉ（ＯＲ^１）_３である。Ｘ^１は水素、アルキル基及びフェニル基から選ばれる非反応性置換基である。Ｘ^１がアルキル基の場合、Ｘ^１は炭素数１〜６の直鎖又は分岐のアルキル基であることが好ましく、更に好ましくは炭素数１〜３の直鎖又は分岐のアルキル基である。また、Ｒ^１はアルキル基であり、好ましくは炭素数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数１〜２の直鎖又は分岐のアルキル基である。ここで、１分子のトリアルコキシシランは、３つのＲ^１を持つが、この３つのＲ^１は同一でも互いに異なってもよい。一般式（Ｉ）で表されるトリアルコキシシランの具体例としては、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン及びこれらの加水分解物などが挙げられる。本発明においては、絶縁被膜付き電磁鋼板の耐食性をより高める観点からアルキル基を有するトリアルコキシシランが好ましい。また、表面処理剤は、２種類以上の上記トリアルコキシシランを含んでもよい。

一般式（ＩＩ）で表されるジアルコキシシランとは、（Ｘ^２）_２Ｓｉ（ＯＲ^２）_２である。ここで、Ｘ^２は水素、アルキル基及びフェニル基から選ばれる非反応性置換基である。Ｘ^２は炭素数１〜６の直鎖又は分岐のアルキル基であることが好ましく、更に好ましくは炭素数１〜３の直鎖又は分岐のアルキル基である。ここで、１分子のジアルコキシシランは２つのＸ^２を持つが、この２つのＸ^２は同一でも互いに異なってもよい。Ｒ^２はアルキル基であり、好ましくは炭素数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数１〜２の直鎖又は分岐のアルキル基である。ここで、１分子のジアルコキシシランは２つのＲ^２を持つが、この２つのＲ^２は同一でも互いに異なってもよい。一般式（ＩＩ）で表されるジアルコキシシランの具体例としては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン及びこれらの加水分解物などが挙げられる。本発明においては、絶縁被膜付き電磁鋼板の耐食性がより優れるという観点からアルキル基を有するジアルコキシシランが好ましい。また、表面処理剤は、２種類以上の上記ジアルコキシシランを含んでもよい。

一般式（ＩＩＩ）で表されるテトラアルコキシシランとは、Ｓｉ（ＯＲ^３）_４である。ここで、Ｒ^３はアルキル基であり、好ましくは炭素数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数１〜２の直鎖又は分岐のアルキル基である。ここで、１分子のテトラアルコキシシランは４つのＲ^３を持つが、この４つのＲ^３は同一でも互いに異なってもよい。上記一般式（ＩＩＩ）で表されるテトラアルコキシシランの具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン及びこれらの加水分解物などが挙げられる。本発明においては、絶縁被膜付き電磁鋼板の耐食性がより優れるという観点から、テトラエトキシシラン及びテトラメトキシシランが好ましい。また、表面処理剤は、２種類以上の上記テトラアルコキシシランを含んでもよい。

表面処理剤中のシラン化合物（Ａ）の含有量は特に限定されないが、表面処理剤の全固形分に対して、１〜３０質量％であることが好ましい。シラン化合物（Ａ）の含有量が１質量％以上であれば電磁鋼板のＴＩＧ接着性が高まるという理由で好ましく、シラン化合物（Ａ）の含有量が３０質量％以下であればシランカップリング剤（Ｂ）が主成分となるため絶縁被膜の強靭性を十分に得ることができるという理由で好ましい。

シランカップリング剤（Ｂ）の種類は特に限定されず、例えば、一般式Ｘ^３Ｓｉ(Ｒ^４)_ｎ(ＯＲ^５)_３−ｎ（ここで、ｎの範囲は０〜２）で示されるものを好ましく使用できる。ここで、Ｘ^３は活性水素含有アミノ基、エポキシ基、メルカプト基及びメタクリロキシ基から選ばれる少なくとも１種の反応性官能基である。Ｒ^４はアルキル基であり、好ましくは炭素数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数１〜２の直鎖又は分岐のアルキル基である。ｎが２の場合、１分子のシランカップリング剤が２つのＲ^４を有するが、この場合に２つのＲ^４は同一でも互いに異なってもよい。ＯＲ^５は任意の加水分解性基であり、Ｒ^５は例えばアルキル基であり、好ましくは炭素数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数１〜２の直鎖又は分岐のアルキル基である。また、Ｒ^５は例えばアシル基（−ＣＯＲ^６）でもよい。Ｒ^６は好ましくは炭素数１〜４の直鎖又は分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数１〜２の直鎖又は分岐のアルキル基である。ｎが１以下の場合には、１分子のシランカップリング剤が２以上の(ＯＲ^５)を有するが、このとき２以上の(ＯＲ^５)は同一でも互いに異なってもよい。シランカップリング剤（Ｂ）の具体例としては、Ｎ−（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、２−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン及びこれらの加水分解物などが挙げられる。本発明においては、絶縁被膜付き電磁鋼板の耐食性がより優れるという観点からアミノ基又はエポキシ基を有するシランカップリング剤が好ましい。また、表面処理剤は、２種以上のシランカップリング剤を含んでもよい。

シランカップリング剤（Ｂ）の含有量は特に限定されないが、シラン化合物（Ａ）とシランカップリング剤（Ｂ）との質量比（Ａ／Ｂ）が、０．０５〜１．０の範囲になるようにシランカップリング剤（Ｂ）を含有することが好ましい。質量比（Ａ／Ｂ）が１．０以下になるように、十分な量のシランカップリング剤（Ｂ）を使用することで、絶縁被膜の強靭性を十分に高めることができる。その結果、より十分な耐テンションパッド性を有する絶縁被膜付き電磁鋼板を得ることができる。また、質量比が０．０５以上であれば、絶縁被膜付き電磁鋼板のＴＩＧ溶接性が十分に得られるため好ましい。

シリカ粒子（Ｃ）の種類は特に限定されず、コロイダルシリカや乾式シリカ（気相シリカとも称される）を用いることができる。コロイダルシリカとしては、例えば、日産化学（株）製のスノーテックスＣ、Ｎ、２０、ＯＳ、ＯＸＳ、ＯＬ（いずれも商品名）などが挙げられる。また、乾式シリカとしては日本アエロジル（株）製のＡＥＲＯＳＩＬ５０、１３０、２００、３００、３８０（いずれも商品名）などが挙げられる。本発明においては、シリカ粒子（Ｃ）として、これらの１種以上を用いることができる。

また、シリカ粒子（Ｃ）として、異方性を有する板状のシリカ粒子を用いてもよい。板状シリカとしては、例えば、ＡＧＣエスアイテック（株）製のサンラブリーなどが挙げられる。

シリカ粒子（Ｃ）の化合物形態は非晶質、結晶質を問わず、製造方法も問わない。シリカ粒子（Ｃ）には分散性やシランとの反応性を高めるための表面処理が施されていてもよい。

シリカ粒子（Ｃ）としては、板状シリカを用いることが、絶縁被膜付き電磁鋼板の絶縁性を高める観点から有効であるが、本発明によれば、板状シリカを用いずに、安価なコロイダルシリカ、乾式シリカを用いても、良好な絶縁性を有する絶縁被膜付き電磁鋼板が得られる。

また、本発明においては、板状シリカとコロイダルシリカを併用することが好ましい。併用することで、絶縁被膜付き電磁鋼板の絶縁性を顕著に高めることができる。併用する場合には、板状シリカとコロイダルシリカを質量比（板状シリカの質量／コロイダルシリカの質量）で１以下の範囲にすることが好ましい。

シリカ粒子（Ｃ）の大きさは特に限定されないが、レーザー回折・散乱法という方法で測定した平均粒子径が１０〜２００ｎｍの範囲にあることが、層間抵抗や溶接性を確保できるという理由で好ましい。

シリカ粒子（Ｃ）の含有量は特に限定されないが、表面処理剤の全固形分に対して、５〜４０質量％であることが層間抵抗、溶接性、耐スティッキング性を確保できるという理由で好ましい。

さらに、本発明に使用される表面処理剤には、耐テンションパッド性を更に向上させるため、潤滑剤（Ｄ）を添加することができる。潤滑剤（Ｄ）としては、ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、酸化ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、パラフィンワックス、モンタンワックス、ライスワックス、テフロン（登録商標）ワックス、２硫化炭素、グラファイトなどの固体潤滑剤が挙げられる。また潤滑剤（Ｄ）として、ノニオン性アクリル樹脂を用いてもよい。ノニオン性アクリル樹脂としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレンなどのビニル系モノマーをポリエチレンオキサイド或いはポリプロピレンオキサイドを構造上に持つノニオン系界面活性剤（乳化剤）の存在下、水中で乳化重合した水系エマルションなど、ノニオン性乳化剤で乳化されたアクリル樹脂が挙げられる。これらの固体潤滑剤の中から、１種又は２種以上を用いることができる。

潤滑剤（Ｄ）の含有量は、特に限定されないが、表面処理剤の全固形分に対し１．０〜１５．０質量％含有することが好ましく、１．５〜１３．０質量％がより好ましい。１．０質量％以上の場合、耐テンションパッド性を更に向上させることができ、１５．０質量％以下の場合、十分なＴＩＧ溶接性を維持することができる。

表面処理剤は、脱イオン水、蒸留水などの水中で、上記した成分を混合することにより得られる。表面処理剤の固形分割合は適宜選択すればよい。また、表面処理剤には、必要に応じてアルコール、ケトン、セロソルブ系の水溶性溶剤、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤、ｐＨ調整剤、防菌防黴剤などを添加してもよい。これらを添加することにより、表面処理剤の乾燥性、塗布外観、作業性、意匠性が向上する。ただし、これらは本発明で得られる品質を損なわない程度に添加することが重要であり、添加量は多くても表面処理剤の全固形分に対して５質量％未満である。

上記のような表面処理剤を用いて形成される絶縁被膜の付着量は特に限定されない。例えば、表面粗さＲａに応じて、絶縁被膜の付着量を適宜設定することができる。具体的には、表面粗さＲａをより大きくすると、付着量をより多くする方が好ましく、表面粗さＲａをより小さくすると、付着量をより少なくできる。

電磁鋼板上に形成される絶縁被膜の量を表す被膜付着量は特に限定しないが、通常の電磁鋼板の表面粗さＲａが０．２〜０．８μｍの範囲にあることを考慮すると、片面当たり０．０５〜５ｇ／ｍ^２程度とすることが好ましい。被膜付着量がこの範囲にあれば、絶縁性、耐テンションパッド性、打抜き性を向上させる効果を十分に高めることができる。より好ましい被膜付着量の範囲は０．１〜３．０ｇ／ｍ^２である。最も好ましい被膜付着量の範囲は、０．３〜３．０ｇ／ｍ^２である。

また、本発明によれば、従来よりも少ない被膜付着量でありながら、絶縁性、耐テンションパッド性、打抜き性に優れた絶縁被膜付き電磁鋼板を得ることができる。例えば、電磁鋼板表面の表面粗さＲｓｋが１．００μｍ以下であれば、付着量を０．３０〜０．５０ｇ／ｍ^２に調整しても、優れた絶縁被膜付き電磁鋼板になる。

被膜付着量の合計、すなわち絶縁被膜の全固形分質量は、アルカリ剥離による被膜除去後の重量減少から測定することができる。また、被膜付着量が少ない場合には、アルカリ剥離法によって測定した付着量既知の標準試料を蛍光Ｘ線分析により測定して得た検量線から測定することができる。

上記絶縁被膜は、電磁鋼板の両面に形成されていることが好ましいが、目的によっては片面のみでもよい。また、他面には他の絶縁被膜が形成されていてもよい。

絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法
本発明の製造方法は、電磁鋼板の表面のスキューネスＲｓｋを調製するＲｓｋ調整工程と、Ｒｓｋ調整後の鋼板表面に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程とを有する。

＜Ｒｓｋ調整工程＞
Ｒｓｋ調整工程は、本発明で使用する上記電磁鋼板の製造途中で行われる。本発明において、電磁鋼板の製造方法は、一般的な方法を採用できる。例えば、方向性電磁鋼板の場合には、所定の成分組成に調整した鋼を溶製して鋼素材（スラブ）とした後、そのスラブを熱間圧延して熱延板とし、必要に応じて熱延板焼鈍し、１回もしくは中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終板厚の冷延板とする。続いて、脱炭を兼ねた再結晶焼鈍を施した後、二次再結晶と純化を兼ねた仕上焼鈍を施す方法が一般的である。また、無方向性電磁鋼板の場合には、所望の成分組成に調整された溶鋼を連続鋳造法によって鋼素材（スラブ）とした後、これを熱間圧延して熱延板とする。これに必要に応じて熱延板焼鈍した後、必要に応じて中間焼鈍を挟んで１回以上の冷間圧延を施して最終板厚に仕上げ、得られた冷延板に連続焼鈍を施す方法が一般的である。

例えば、電磁鋼板を最終板厚にするための冷間圧延の際にＲｓｋ調整工程を行うことで、電磁鋼板表面のスキューネスＲｓｋを所望の範囲に調整できる。最終の冷間圧延において、電磁鋼板表面のスキューネスＲｓｋを調整するためには、ロールの粗度と、ロール圧が重要な役割を果たす。ロールの粗度及びロール圧の条件の決め方については、特に限定されないが、例えば、電磁鋼板表面のスキューネスＲｓｋが１．００を超えるときには、ロールの粗度を小さくして、ロール圧を高くする。このようなロール粗度とロール圧の調整で、電磁鋼板表面のスキューネスＲｓｋを１．００以下に調整できる。

＜絶縁被膜形成工程＞
絶縁被膜形成工程とは、上記Ｒｓｋ調整工程後の電磁鋼板の表面に表面処理剤を塗布、乾燥、好ましくは加熱乾燥することにより、絶縁被膜を電磁鋼板表面に形成する工程である。

表面処理剤を電磁鋼板表面に塗布する方法としては、ロールコート法、バーコート法、浸漬法、スプレー塗布法などが挙げられ、処理される電磁鋼板の形状などによって適宜最適な方法が選択される。より具体的には、例えば、電磁鋼板がシート状であればロールコート法、バーコート法又はスプレー塗布法を選択できる。スプレー塗布法は、表面処理剤を電磁鋼板にスプレーしてロール絞りや気体を高圧で吹きかけて塗布量を調整する方法である。電磁鋼板が成型品とされている場合であれば、表面処理剤に浸漬して引き上げ、場合によっては圧縮エアーで余分な表面処理剤を吹き飛ばして塗布量を調整する方法などが選択される。なお、塗布量の調整により、絶縁被膜の付着量を調整できる。

電磁鋼板の表面に塗布した表面処理剤を、乾燥する際の加熱温度（最高到達板温）は、通常８０〜３５０℃であり、１００〜３００℃であることがより好ましい。加熱温度が８０℃以上であれば絶縁被膜中に主溶媒である水分が残存しないため、また、加熱温度が３５０℃以下であれば絶縁被膜のクラック発生が抑制されるため、電磁鋼板の耐食性低下などの問題を生じることがない。また、加熱時間は、使用される電磁鋼板の種類などによって適宜最適な条件が選択される。なお、生産性などの観点からは、０．１〜６０秒が好ましく、１〜３０秒がより好ましい。

また、電磁鋼板の前処理については特に限定されず、表面処理剤を塗布する前に、必要に応じて、電磁鋼板の油分、汚れ及び／又は酸化膜を除去することを目的とした前処理を電磁鋼板に施してもよい。電磁鋼板は、防錆目的で防錆油が塗られている場合が多く、また、防錆油が塗油されていない場合でも、作業中に付着した汚れや酸化膜などが存在する場合もある。また、これらの塗油、汚れ或いは酸化膜は、電磁鋼板の表面の濡れ性を阻害し、均一な絶縁被膜を形成する上で支障をきたすが、上記の前処理を施すことにより、電磁鋼板の表面が清浄化され、均一に濡れやすくなる。電磁鋼板の表面上に油分、汚れ或いは酸化膜などがなく、表面処理剤が均一に濡れる場合は、前処理工程は特に必要はない。なお、前処理の方法は特に限定されず、例えば湯洗、溶剤洗浄、アルカリなどによる脱脂処理や、塩酸、硫酸、リン酸などによる酸洗処理などの方法が挙げられる。

また、絶縁被膜付き電磁鋼板は、歪取り焼鈍を施して、例えば、打抜き加工による歪みを除去することができる。好ましい歪取り焼鈍雰囲気としては、Ｎ_２雰囲気、ＤＸガス雰囲気などの鉄が酸化されにくい雰囲気が適用される。ここで、露点を高く、例えばＤｐ：５〜６０℃程度に設定し、表面及び切断端面を若干酸化させることで耐食性を更に向上させることができる。また、好ましい歪取り焼鈍温度としては７００〜９００℃、より好ましくは７００〜８００℃である。歪取り焼鈍温度の保持時間は長い方が好ましく、例えば２時間以上とする。

以下、実施例を用いて、本発明を更に詳細に説明する。

（１）素材
板厚が０．５ｍｍの電磁鋼板〔Ａ２３０（ＪＩＳＣ２５５２（２０００））〕を供試材として使用した。なお、上記電磁鋼板は、Ｓｉ：１〜４．５％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。

（２）スキューネスＲｓｋの調整
表１に示すとおり、本実施例では、表面のスキューネスＲｓｋが異なる多くの電磁鋼板を用いた。スキューネスＲｓｋの調整は、最終板厚０．５ｍｍにするための冷間圧延時のロール圧とロール粗度を変化させることで行った。

（３）Ｒａ、スキューネスＲｓｋの測定
電磁鋼板表面のスキューネスＲｓｋ、表面粗さＲａの測定を、光干渉表面形状測定装置（Ｃａｎｎｏｎ製、Ｚｙｇｏ）を用いて、３次元形状の測定により求めた。結果を表１に示した。

（４）表面処理剤
表１に示す成分（Ａ）の含有量が７５質量％（表面処理剤の全固形分に対して）になるように、表１に示す成分（Ａ）と３官能のエポキシ系でＳｉＯ_２比率が２７％のシランカップリング剤（Ｂ）（３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）を質量比が１：４になるように、表１に示す成分（Ｃ）の含有量が２５質量％（表面処理剤の全固形分に対して）になるように水中で混合し、３０分間撹拌を行い、表面処理剤を得た。なお、表１中の成分（Ａ）を表すＡ１〜Ａ４は、それぞれ、Ａ１がテトラメトキシシラン、Ａ２がメチルトリメトキシシラン、Ａ３がジメチルジメトキシシラン、Ａ４がフェニルトリメトキシシランである。

（５）処理方法
連続焼鈍ラインにおいて所定の材質を得るための焼鈍を行った後、鋼板が冷却された段階でロールコーター塗装にて表面処理剤を塗布し、オーブンにて最高到達板温が１４０℃となるようにして乾燥させ、表１に示される片面当たりの被膜付着量の絶縁被膜を両面に形成させて試験板とした。ロールコーター条件としては、３ロールでフルリバース方式とした。なお、乾燥温度は試験板表面の到達温度を示す。

絶縁被膜付き電磁鋼板の評価
絶縁被膜付き電磁鋼板（試験板）の層間抵抗、耐テンションパッド性、打抜き性、耐食性、耐スティッキング性について、以下の方法で評価を行った。評価結果は、表１に示した。

（１）層間抵抗
接触子を有する市販の層間抵抗試験機を用いてＪＩＳＣ２５５０に準拠して層間抵抗（Ω・ｃｍ^２／枚）測定した。１０点測定の平均値が１．５Ω・ｃｍ^２／枚以上を合格とした。

（２）耐テンションパッド性（ラビング被膜残存率）
面積が１０ｍｍ×１０ｍｍのテンションパッドを用い、太平理化工業（株）製ラビングテスターにて、２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）の荷重をかけ試験板表面を１００往復擦った。擦った部分とその近傍の付着量測定を行い、１００往復後の絶縁被膜残存率を算出した。絶縁被膜の付着量はＳｉの蛍光Ｘ線強度を測定し、付着量既知の標準板により得られた検量線から求めた。被膜残存量が８５．０％以上を良好とした。

（３）打抜き性
試験板に対して、１５ｍｍφスチールダイスを用いて、かえり高さが５０μｍに達するまで打抜きを行い、その打抜き数で評価した。
（判定基準）
○：１００万回以上
△：３０万回以上、１００万回未満
×：３０万回未満
（４）耐食性
試験板に対して湿潤試験（５０℃、相対湿度≧９８％）を行い、４８時間後の赤錆発生率を目視で観察し、赤錆が発生した面積の面積率で評価した。なお、面積率とは、目視による観察全面積に対する、錆び発生面積の合計の百分率である。
（判定基準）
◎：面積率２０％未満
○：面積率２０％以上４０％未満
△：面積率４０％以上６０％未満
×：面積率６０％以上
（５）耐スティッキング性
５０ｍｍ角の試験板を１０枚重ねて、２０ｋＰａ（２００ｇ／ｃｍ^２）の荷重をかけながら窒素雰囲気下で７５０℃、２時間の条件にて焼鈍を行った。ついで、焼鈍後の試験板上に５００ｇの分銅を落下させ、５分割するときの落下高さを調査した。
（判定基準）
◎：１０ｃｍ以下
○：１０ｃｍ超え、１５ｃｍ以下
△：１５ｃｍ超え、３０ｃｍ以下
×：３０ｃｍ超え

電磁鋼板表面のスキューネスＲｓｋが１．００以下の発明例、１．００を超える比較例、本発明範囲外の表面処理剤を用いた比較例の結果から、鋼板表面のスキューネスを１．００以下にすることと特定の絶縁被膜との組み合わせにより、絶縁被膜がクロム化合物を含まないにもかかわらず、絶縁性、耐テンションパッド性、打抜き性に優れる絶縁被膜付き電磁鋼板が得られる。

コロイダルシリカを用いた発明例（Ｎｏ．９〜１２）、乾式シリカを用いた発明例（Ｎｏ．１３〜１６）、板状シリカを用いた発明例（Ｎｏ．１７〜２０）から、板状シリカ以外のコロイダルシリカ、乾式シリカを用いても、板状シリカを用いた場合と同等の性能の絶縁被膜付き電磁鋼板になることが確認された。

コロイダルシリカと板状シリカの併用の発明例（Ｎｏ．２２）、コロイダルシリカ単独使用の発明例（Ｎｏ．１０）、板状シリカ単独使用の発明例（Ｎｏ．１８）から、コロイダルシリカと板状シリカの併用で、絶縁性が顕著に高まることが確認された。

以上のように、本発明によれば、層間抵抗、耐テンションパッド性、打抜き性に優れた絶縁被膜付き電磁鋼板を提供できる。また、耐食性など他の性能に従来技術と比較して著しく劣る部分はなく、特に耐スティッキング性では従来技術より高い値を示した。

Claims

電磁鋼板と、
下記一般式（Ｉ）で表されるトリアルコキシシラン、下記一般式（ＩＩ）で表されるジアルコキシシラン及び下記一般式（ＩＩＩ）で表されるテトラアルコキシシランから選択される少なくとも１種のシラン化合物（Ａ）と、シランカップリング剤（Ｂ）と、シリカ粒子（Ｃ）とを含む表面処理剤を用いて、前記電磁鋼板表面に形成してなる絶縁被膜と、を備え、
前記電磁鋼板の表面のスキューネスＲｓｋが１．００以下であることを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板。
Ｘ^１Ｓｉ（ＯＲ^１）_３（Ｉ）
（Ｘ^２）_２Ｓｉ（ＯＲ^２）_２（ＩＩ）
Ｓｉ（ＯＲ^３）_４（ＩＩＩ）
（上記一般式のＸ^１、Ｘ^２は、水素、アルキル基又はフェニル基である。また、Ｘ^２は同一でも互いに異なってもよい。Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は、アルキル基である。また、Ｒ^１は同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^２も同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^３も同一でも互いに異なってもよい）
電磁鋼板の表面のスキューネスＲｓｋを１．００以下にするＲｓｋ調整工程と、
下記一般式（Ｉ）で表されるトリアルコキシシラン、下記一般式（ＩＩ）で表されるジアルコキシシラン及び下記一般式（ＩＩＩ）で表されるテトラアルコキシシランから選択される少なくとも１種のシラン化合物（Ａ）と、シランカップリング剤（Ｂ）と、シリカ粒子（Ｃ）とを含む表面処理剤を用いて、Ｒｓｋ調整工程後の前記電磁鋼板の表面に、絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、を有することを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
Ｘ^１Ｓｉ（ＯＲ^１）_３（Ｉ）
（Ｘ^２）_２Ｓｉ（ＯＲ^２）_２（ＩＩ）
Ｓｉ（ＯＲ^３）_４（ＩＩＩ）
（上記一般式のＸ^１、Ｘ^２は、水素、アルキル基又はフェニル基である。また、Ｘ^２は同一でも互いに異なってもよい。Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は、アルキル基である。また、Ｒ^１は同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^２も同一でも互いに異なってもよく、Ｒ^３も同一でも互いに異なってもよい）