JP2022000888A

JP2022000888A - 積層コアの製造方法

Info

Publication number: JP2022000888A
Application number: JP2021098417A
Authority: JP
Inventors: 一郎田中; Ichiro Tanaka; 和年竹田; Kazutoshi Takeda; 美菜子福地; Minako Fukuchi; 真介高谷; Shinsuke Takaya; 修一山崎; Shuichi Yamazaki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2041-06-14
Also published as: JP7636669B2

Abstract

【課題】生産性に優れた積層コアの製造方法の提供。
【解決手段】絶縁被膜を備える電磁鋼帯を打ち抜き加工することでコア単板を得て、前記コア単板を積層することで積層コアを製造する方法であって、前記打ち抜き加工と同時に、コア単板を加圧することで仮接着し、前記仮接着後且つ前記打ち抜き加工後の前記コア単板を加熱することで本接着を行う、ことを特徴とする積層コアの製造方法を採用する。
【選択図】図８

Description

本発明は、積層コアの製造方法に関する。

モータ（回転電機）に用いられる積層コアは、打ち抜き加工によって電磁鋼板が所定の形状に打抜かれた後、金型ダイ内で積層されることで製造される。近年、モータの製品における鉄損低減のため、これらの製品には薄手化された電磁鋼板が使用されている。しかし、薄手化された電磁鋼板においては、従来の積層コアの製造方法では生じていなかった課題がある。例えば、打ち抜き回数が増加することが挙げられる。電磁鋼板の板厚を従来の半分に低減した場合には、打ち抜き回数が倍となるためである。

特許文献１には、打ち抜き加工を行って金属薄板を得て、当該金属薄板を所定枚数積層接着することによって金属薄板積層体を製造する、金属薄板積層体の製造方法が記載されている。特許文献１では、打ち抜き加工後に積層および接着を行っているため、生産性を十分に向上できない。
生産性を向上して従来と同等の生産性を確保するために、かしめ、溶接および接着等により接着した複数枚の電磁鋼板を打抜く方法がある。この方法では、単に工数が増えるだけであり、生産性を十分に向上できない。

さらに、接着による電磁鋼板の接合では、接着剤の硬化によって鋼板に応力歪が発生し、電磁鋼板の鉄損を増加させるよう作用する。上記のようにコア鉄損低減には電磁鋼板の薄手化が有力である。しかし薄手化に伴って鋼板の剛性が低下すると応力歪の悪影響も増大するため、この悪影響を軽減することが求められている。

特開２００６−３３４６４８号公報

本発明は上記実情に基づいてなされたものであり、電磁鋼板から積層コアを製造する過程においてコアを熱処理することで電磁鋼板を接着する方法において、熱処理と接着に伴う応力歪の悪影響を軽減し、かつ生産性に優れた積層コアの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る積層コアの製造方法は、絶縁被膜を備える電磁鋼帯を打ち抜き加工することでコア単板を得て、前記コア単板を積層することで積層コアを製造する方法であって、
前記打ち抜き加工と同時に、コア単板を加圧することで仮接着し、
前記仮接着後且つ前記打ち抜き加工後の前記コア単板を加熱することで本接着を行う。
（２）上記（１）に記載の積層コアの製造方法は、前記打ち抜き加工時および前記仮接着時の前記コア単板の表面温度が１５〜５０℃であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の積層コアの製造方法は、前記打ち抜き加工時および前記仮接着時の加圧力が３．０〜１０．０ＭＰａであってもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法は、前記絶縁被膜が接着能を有してもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法は、前記打ち抜き加工後および前記仮接着後、且つ前記本接着前の前記コア単板の剥離強度が５Ｎ／ｃｍ^２以上であってもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法は、前記本接着では、前記コア単板を１８０〜２５０℃の温度域に加熱してもよい。

本発明に係る上記態様によれば、生産性に優れた積層コアの製造方法を提供することができる。

積層コアを備えた回転電機の断面図である。同積層コアの側面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。同積層コアを形成する素材の平面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。図５のＣ部の拡大図である。同積層コアを製造するために用いられる製造装置の側面図である。本実施形態に係る積層コアの製造方法のフロー図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る積層コアの製造方法について説明する。まず、本実施形態に係る積層コアの製造方法により製造される積層コアと、この積層コアを備えた回転電機と、この積層コアを形成する素材とについて説明する。なお、本実施形態では、回転電機として電動機、具体的には交流電動機、より具体的には同期電動機、より一層具体的には永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明する。この種の電動機は、例えば、電気自動車などに好適に採用される。

（回転電機１０）
図１に示すように、回転電機１０は、ステータ２０と、ロータ３０と、ケース５０と、回転軸６０と、を備える。ステータ２０およびロータ３０は、ケース５０内に収容される。ステータ２０は、ケース５０内に固定される。
本実施形態では、回転電機１０として、ロータ３０がステータ２０の径方向内側に位置するインナーロータ型を採用している。しかしながら、回転電機１０として、ロータ３０がステータ２０の外側に位置するアウターロータ型を採用してもよい。また、本実施形態では、回転電機１０が、１２極１８スロットの三相交流モータである。しかしながら、極数、スロット数、相数などは、適宜変更することができる。
回転電機１０は、例えば、各相に実効値１０Ａ、周波数１００Ｈｚの励磁電流を印加することにより、回転数１０００ｒｐｍで回転することができる。

ステータ２０は、ステータ用接着積層コア（以下、ステータコア）２１と、図示しない巻線と、を備える。
ステータコア２１は、環状のコアバック部２２と、複数のティース部２３と、を備える。以下では、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の中心軸線Ｏ方向を軸方向と言い、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の径方向（中心軸線Ｏに直交する方向）を径方向と言い、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の周方向（中心軸線Ｏ回りに周回する方向）を周方向と言う。

コアバック部２２は、ステータ２０を軸方向から見た平面視において円環状に形成されている。
複数のティース部２３は、コアバック部２２の内周から径方向内側に向けて（径方向に沿ってコアバック部２２の中心軸線Ｏに向けて）突出する。複数のティース部２３は、周方向に同等の角度間隔をあけて配置されている。本実施形態では、中心軸線Ｏを中心とする中心角２０度おきに１８個のティース部２３が設けられている。複数のティース部２３は、互いに同等の形状でかつ同等の大きさに形成されている。よって、複数のティース部２３は、互いに同じ厚み寸法を有している。
前記巻線は、ティース部２３に巻回されている。前記巻線は、集中巻きされていてもよく、分布巻きされていてもよい。

ロータ３０は、ステータ２０（ステータコア２１）に対して径方向の内側に配置されている。ロータ３０は、ロータコア３１と、複数の永久磁石３２と、を備える。
ロータコア３１は、ステータ２０と同軸に配置される環状（円環状）に形成されている。ロータコア３１内には、前記回転軸６０が配置されている。回転軸６０は、ロータコア３１に固定されている。
複数の永久磁石３２は、ロータコア３１に固定されている。本実施形態では、２つ１組の永久磁石３２が１つの磁極を形成している。複数組の永久磁石３２は、周方向に同等の角度間隔をあけて配置されている。本実施形態では、中心軸線Ｏを中心とする中心角３０度おきに１２組（全体では２４個）の永久磁石３２が設けられている。

本実施形態では、永久磁石界磁型電動機として、埋込磁石型モータが採用されている。ロータコア３１には、ロータコア３１を軸方向に貫通する複数の貫通孔３３が形成されている。複数の貫通孔３３は、複数の永久磁石３２の配置に対応して設けられている。各永久磁石３２は、対応する貫通孔３３内に配置された状態でロータコア３１に固定されている。各永久磁石３２のロータコア３１への固定は、例えば永久磁石３２の外面と貫通孔３３の内面とを接着剤により接着すること等により、実現できる。なお、永久磁石界磁型電動機として、埋込磁石型に代えて表面磁石型モータを採用してもよい。

ステータコア２１およびロータコア３１は、いずれも積層コアである。例えばステータコア２１は、図２に示すように、複数のコア単板４０が積層方向に積層されることで形成されている。
なお、ステータコア２１およびロータコア３１それぞれの積厚（中心軸線Ｏに沿った全長）は、例えば５０．０ｍｍとされる。ステータコア２１の外径は、例えば２５０．０ｍｍとされる。ステータコア２１の内径は、例えば１６５．０ｍｍとされる。ロータコア３１の外径は、例えば１６３．０ｍｍとされる。ロータコア３１の内径は、例えば３０．０ｍｍとされる。ただし、これらの値は一例であり、ステータコア２１の積厚、外径や内径、およびロータコア３１の積厚、外径や内径は、これらの値のみに限られない。ここで、ステータコア２１の内径は、ステータコア２１におけるティース部２３の先端部を基準とする。すなわち、ステータコア２１の内径は、全てのティース部２３の先端部に内接する仮想円の直径である。

ステータコア２１およびロータコア３１を形成する各コア単板４０は、例えば、図４から図６に示すような素材１を打ち抜き加工すること等により形成される。素材１は、コア単板４０の母材となる鋼板（電磁鋼板）である。素材１としては、例えば、帯状の鋼板や切り板などが挙げられる。
積層コアの説明の途中ではあるが、以下では、この素材１について説明する。なお本明細書において、コア単板４０の母材となる帯状の鋼板を素材１、または電磁鋼帯１という場合がある。素材１または電磁鋼帯１を打ち抜き加工して積層コアに用いられる形状にした鋼板をコア単板４０という場合がある。

（素材１）
素材１は、例えば、コイル１Ａに巻き取られた状態で取り扱われる。本実施形態では、素材１として、無方向性電磁鋼板を採用している。無方向性電磁鋼板としては、ＪＩＳＣ２５５２：２０１４の無方向性電磁鋼帯を採用できる。しかしながら、素材１として、無方向性電磁鋼板に代えて方向性電磁鋼板を採用してもよい。この場合の方向性電磁鋼板としては、ＪＩＳＣ２５５３：２０１９の方向性電磁鋼帯を採用できる。また、ＪＩＳＣ２５５８：２０１５の無方向性薄電磁鋼帯および方向性薄電磁鋼帯を採用できる。

素材１の平均板厚ｔ０の上下限値は、素材１がコア単板４０として用いられる場合も考慮して、例えば以下のように設定される。
素材１が薄くなるに連れて素材１の製造コストは増す。そのため、製造コストを考慮すると、素材１の平均板厚ｔ０の下限値は、０．１０ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍ、より好ましくは０．１８ｍｍとなる。
一方で素材１が厚すぎると、製造コストは良好になるが、素材１がコア単板４０として用いられた場合に、渦電流損が増加してコア鉄損が劣化する。そのため、コア鉄損および製造コストを考慮すると、素材１の平均板厚ｔ０の上限値は、０．６５ｍｍ、好ましくは０．３５ｍｍ、より好ましくは０．３０ｍｍとなる。
素材１の平均板厚ｔ０の上記範囲を満たすものとして、０．２０ｍｍを例示できる。

なお、素材１の平均板厚ｔ０は、後述する母材鋼板２の厚さだけでなく、絶縁被膜３の厚さも含まれる。また、素材１の平均板厚ｔ０の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、素材１がコイル１Ａの形状に巻き取られている場合、素材１の少なくとも一部を平板形状に巻きだす。平板形状に巻き出された素材１において、素材１の長手方向の所定の位置（例えば、素材１の長手方向の端縁から、素材１の全長の１０％分の長さ、離れた位置）を選定する。この選定した位置において、素材１を、その幅方向に沿って５つの領域に区分する。これらの５つの領域の境界となる４か所において、素材１の板厚を測定する。４か所の板厚の平均値を、素材１の平均板厚ｔ０とすることができる。

この素材１の平均板厚ｔ０についての上下限値は、コア単板４０としての平均板厚ｔ０の上下限値としても当然に採用可能である。なお、コア単板４０の平均板厚ｔ０の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、積層コアの積厚を、周方向に同等の間隔をあけて４か所において（すなわち、中心軸線Ｏを中心とした９０度おきに）測定する。測定した４か所の積厚それぞれを、積層されているコア単板４０の枚数で割って、１枚当たりの板厚を算出する。４か所の板厚の平均値を、コア単板４０の平均板厚ｔ０とすることができる。

図５および図６に示すように、素材１は、母材鋼板２と、絶縁被膜３と、を備えている。素材１は、帯状の母材鋼板２の両面が絶縁被膜３によって被覆されてなる。本実施形態では、素材１の大部分が母材鋼板２によって形成され、母材鋼板２の表面に、母材鋼板２よりも薄い絶縁被膜３が形成されている。

母材鋼板２の化学組成は、以下に質量％単位で示すように、質量％で２．５％〜４．５％のＳｉを含有する。なお、化学組成をこの範囲とすることにより、素材１（コア単板４０）の降伏強度を、例えば、３８０〜５４０ＭＰａに設定することができる。

Ｓｉ：２．５％〜４．５％
Ａｌ：０．００１％〜３．０％
Ｍｎ：０．０５％〜５．０％
残部：Ｆｅ及び不純物

素材１がコア単板４０として用いられるときに、絶縁被膜３は、積層方向に隣り合うコア単板４０間での絶縁性能を発揮する。また本実施形態では、絶縁被膜３は、接着能を備えていて、積層方向に隣り合うコア単板４０を接着する。絶縁被膜３は、単層構成であってもよく、複層構成であってもよい。より具体的には、例えば、絶縁被膜３は、絶縁性能と接着能とを兼ね備えた単層構成であってもよく、絶縁性能に優れる下地絶縁被膜と、接着性能に優れる上地絶縁被膜とを含む複層構成であってもよい。

本実施形態では、絶縁被膜３は、母材鋼板２の両面を全面にわたって隙間なく覆っている。しかしながら、前述の絶縁性能や接着能が確保される範囲において、絶縁被膜３の一部の層は、母材鋼板２の両面を隙間なく覆っていなくてもよい。言い換えると、絶縁被膜３の一部の層が、母材鋼板２の表面に間欠的に設けられていてもよい。ただし、絶縁性能を確保するには、母材鋼板２の両面は全面が露出しないように絶縁被膜３によって覆われている必要がある。具体的には、絶縁被膜３が絶縁性能に優れる下地絶縁被膜を有さず、絶縁性能と接着能を兼ね備えた単層構成である場合は、絶縁被膜３は母材鋼板２の全面にわたって隙間なく形成されている必要がある。これに対し、絶縁被膜３が、絶縁性能に優れる下地絶縁被膜と、接着能に優れる上地絶縁被膜とを含む複層構成である場合、下地絶縁被膜と上地絶縁被膜の両方を母材鋼板２の全面にわたって隙間なく形成する他に、下地絶縁被膜を母材鋼板の全面にわたって隙間なく形成し、上地絶縁被膜を間欠的に設けても、絶縁性能と接着能の両立が可能である。

下地絶縁被膜を形成するコーティング組成物としては、特に限定されず、例えば、クロム酸含有処理剤、リン酸塩含有処理等の一般的な処理剤を使用できる。

接着能を備える絶縁被膜は、後述の電磁鋼板用コーティング組成物が母材鋼板上に塗布されてなる。接着能を備える絶縁被膜は、例えば、絶縁性能と接着能を兼ね備えた単層構成の絶縁被膜や、下地絶縁被膜上に設けられる上地絶縁被膜である。接着能を備える絶縁被膜は、積層コア製造時の加熱圧着前においては、未硬化状態又は半硬化状態（Ｂステージ）であり、加熱圧着時の加熱によって硬化反応が進行して接着能が発現する。

電磁鋼板用コーティング組成物としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、を含有する組成物が挙げられる。すなわち、接着能を備える絶縁被膜としては、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、を含有する膜が、一例として挙げられる。

エポキシ樹脂としては、一般的なエポキシ樹脂が使用でき、具体的には、一分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂であれば特に制限なく使用できる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、アクリル酸変性エポキシ樹脂（エポキシアクリレート）、リン含有エポキシ樹脂、及びこれらのハロゲン化物（臭素化エポキシ樹脂等）や水素添加物等が挙げられる。エポキシ樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

電磁鋼板用コーティング組成物は、アクリル樹脂を含有してもよい。
アクリル樹脂としては、特に限定されない。アクリル樹脂に用いるモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和カルボン酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレートを例示できる。なお、（メタ）アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。アクリル樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

アクリル樹脂は、アクリルモノマー以外の他のモノマーに由来する構成単位を有していてもよい。他のモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、スチレン等が挙げられる。他のモノマーとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

アクリル樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂にアクリル樹脂をグラフトさせたアクリル変性エポキシ樹脂として用いてもよい。電磁鋼板用コーティング組成物においては、アクリル樹脂を形成するモノマーとして含まれていてもよい。

エポキシ樹脂硬化剤としては、潜在性を持つ加熱硬化タイプのものが使用可能であり、例えば、芳香族ポリアミン、酸無水物、フェノール系硬化剤、ジシアンジアミド、三フッ化ホウ素−アミン錯体、有機酸ヒドラジッド等が挙げられる。芳香族ポリアミンとしては、例えば、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。フェノール系硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、トリアジン変性フェノールノボラック樹脂、フェノールレゾール樹脂等が挙げられる。なかでも、エポキシ樹脂硬化剤としては、フェノール系硬化剤が好ましく、フェノールレゾール樹脂がより好ましい。エポキシ樹脂硬化剤としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

電磁鋼板用コーティング組成物中のエポキシ樹脂硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、５〜３５質量部が好ましく、１０〜３０質量部がより好ましい。

電磁鋼板用コーティング組成物は、硬化促進剤（硬化触媒）、乳化剤、消泡剤等の添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値は、素材１がコア単板４０として用いられる場合も考慮して、例えば以下のように設定される。素材１がコア単板４０として用いられる場合において、絶縁被膜３の平均厚みｔ１（コア単板４０（素材１）片面あたりの厚さ）は、互いに積層されるコア単板４０間での絶縁性能及び接着能を確保できるように調整する。

単層構成の絶縁被膜３の場合、絶縁被膜３の平均厚みｔ１（コア単板４０（素材１）片面あたりの厚さ）は、例えば、１．５μｍ以上８．０μｍ以下とすることができる。
複層構成の絶縁被膜３の場合、下地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、０．３μｍ以上１．２μｍ以下とすることができ、０．７μｍ以上０．９μｍ以下が好ましい。上地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、１．５μｍ以上８．０μｍ以下とすることができる。
なお、素材１における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の測定方法は、素材１の平均板厚ｔ０と同様の考え方で、複数箇所の絶縁被膜３の厚みを求め、それらの厚みの平均として求めることができる。

この素材１における絶縁被膜３の平均厚みｔ１についての上下限値は、コア単板４０における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値としても当然に採用可能である。なお、コア単板４０における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、積層コアを形成する複数のコア単板４０のうち、積層方向の最も外側に位置するコア単板４０（表面が積層方向に露出しているコア単板４０）を選定する。選定したコア単板４０の表面において、径方向の所定の位置（例えば、コア単板４０における内周縁と外周縁との丁度中間（中央）の位置）を選定する。選定した位置において、コア単板４０の絶縁被膜３の厚みを、周方向に同等の間隔をあけて４か所において（すなわち、中心軸線Ｏを中心とした９０度おきに）測定する。測定した４か所の厚みの平均値を、絶縁被膜３の平均厚みｔ１とすることができる。
このように絶縁被膜３の平均厚みｔ１を、積層方向の最も外側に位置するコア単板４０において測定する理由は、絶縁被膜３の厚みが、コア単板４０の積層方向に沿った積層位置で殆ど変わらないように、絶縁被膜３が作り込まれているからである。

以上のような素材１を打ち抜き加工することでコア単板４０が製造され、コア単板４０によって積層コア（ステータコア２１やロータコア３１）が製造される。

（積層コアの積層方法）
以下、積層コアの説明に戻る。ステータコア２１を形成する複数のコア単板４０は、図３に示すように、絶縁被膜３を介して積層されている。

積層方向に隣り合うコア単板４０は、絶縁被膜３によって全面にわたって接着されている。言い換えると、コア単板４０において積層方向を向く面（以下、第１面という）は、全面にわたって接着領域となっている。ただし、積層方向に隣り合うコア単板４０が、全面にわたって接着されていなくてもよい。言い換えると、コア単板４０の第１面において、接着領域４１ａと非接着領域（不図示）とが混在していてもよい。

本実施形態では、ロータコア３１を形成する方の複数のコア単板は、図１に示すかしめ４２（ダボ）によって互いに固定されている。しかしながら、ロータコア３１を形成する複数のコア単板も、ステータコア２１と同様に絶縁被膜３により固定した積層構造を有してもよい。
また、ステータコア２１やロータコア３１などの積層コアは、いわゆる回し積みにより形成されていてもよい。

（積層コアの製造方法）
以下、図７および８を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る積層コアの製造方法について説明する。なお、図７は、積層コアを製造するために用いられる製造装置の側面図であり、図８は、本実施形態に係る積層コアの製造方法のフロー図である。以下、製造方法の説明にあたり、まず先に、積層コアの製造装置１００（以下、単に製造装置１００という）について説明する。

製造装置１００では、コイル１Ａ（フープ）から素材１を搬送方向上流側（図７の右側）に向かって送り出しつつ、各ステージに配置された金型により複数回の打ち抜きを行ってコア単板４０の形状に徐々に形成していく。打ち抜き金型のなかで、最も後段の金型における打ち抜きでは、コア単板４０が積層され、且つ打ち抜きと同時に、加圧によりコア単板４０を仮接着する。次に、積層されたコア単板４０を不図示の加熱装置に搬送し、加熱する。その結果、積層方向に隣り合うコア単板４０を絶縁被膜３によって接着させ（すなわち、絶縁被膜３のうちの接着領域４１ａに位置する部分に接着能を発揮させ）、本接着が完了する。

図７では、製造装置１００は、複数段の打ち抜きステーション１１０を備える。打ち抜きステーション１１０は、二段であってもよく、三段以上であってもよい。各段の打ち抜きステーション１１０は、素材１の下方に配置された雌金型１１１と、素材１の上方に配置された雄金型１１２とを備える。なお、複数段の打ち抜きステーション１１０を総称して、打ち抜き金型という場合がある。また、製造装置１００は、積層されたコア単板４０を再度加圧する機構を有していてもよい。

本実施形態に係る積層コアの製造方法は、絶縁被膜を備える電磁鋼帯を打ち抜き加工することでコア単板を得て、前記コア単板を積層することで積層コアを製造する方法であって、前記打ち抜き加工と同時に、コア単板を加圧することで仮接着し、前記仮接着後且つ前記打ち抜き加工後のコア単板を加熱することで本接着を行う。
以下、詳細について説明する。

（打ち抜き加工時の加圧による仮接着）
素材１を打ち抜き金型に挿入し、所望の形状に徐々に打ち抜き加工する。所望の形状とは、例えば、ステータコア２１またはロータコア３１の形状を有するコア単板４０の形状である。

打ち抜き金型のなかで、最も後段の金型における打ち抜き加工により、素材１はコア単板４０の形状に加工されて、雌金型１１１内に積層される。この時、打ち抜き加工と同時に、コア単板４０に加圧力が加わり、積層されたコア単板４０と仮接着される。すなわち、打ち抜かれたコア単板４０は、打ち抜き加工時の加圧により、雌金型１１１に積層された最上層のコア単板４０と仮接着される。以上説明した、打ち抜き加工、加圧および積層を順次繰り返すことで、所定枚数のコア単板４０を積み重ねる。
仮接着されるコア単板４０は、両面に絶縁被膜３を有する。この絶縁被膜３は、平均厚みｔ１が上述した範囲となるように形成されていることが好ましい。また、上述したように、この絶縁被膜３は、絶縁性能および接着能を備える。

本実施形態において、仮接着とは、加熱することなく、コア単板４０を加圧により接着することを意味する。仮接着後は、積層コアが仮止めの状態となる。仮接着された積層コアは、後述する加熱により本接着される。

上述の通り、本実施形態では、打ち抜き加工時および仮接着時にコア単板４０を加熱する必要はない。打ち抜き加工時および仮接着時にコア単板４０を加熱するためには、加熱装置が必要となり、また加熱に時間を要するため、生産性が著しく低下する。打ち抜き加工時および仮接着時のコア単板４０の表面温度は、常温とすればよく、例えば１５〜５０℃とすればよい。コア単板４０の表面温度は、赤外線放射温度計を用いて、打ち抜き加工時および仮接着時のコア単板４０の幅方向の中央部の温度をそれぞれ測定し、それらの平均値を算出することで得る。

打ち抜き加工時および仮接着時の加圧力の下限は、３．０ＭＰａとすることが好ましい。さらに好ましくは５．０ＭＰａ以上である。上限は特に限定する必要はないが装置の巨大化や金型の変形抑止などを考えると３０．０ＭＰａ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは２０．０ＭＰａ以下、さらに好ましくは１０．０ＭＰａ以下とすることが好ましい。加圧力をこの範囲とすることで、コア単板４０を確実に仮接着することができる。

コア単板４０が仮接着された状態であるか否かは、以下の方法により判断する。
所定のサイズの試験片を採取し、この試験片を引張試験（ＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験）に供する。引張試験により得られた単位面積当たりの剥離強度が５Ｎ／ｃｍ^２以上である場合を、コア単板４０が仮接着された状態であると判断する。下限は特に限定されるものではなく、金型からの取り出し、および取り出した後の積層状態の乱れを回避できれば目的を達することができる。好ましくは１０Ｎ／ｃｍ^２以上、さらに好ましくは１５Ｎ／ｃｍ^２以上である。上限は特に限定されるものではなく、本発明においては加熱により達成される本接着強度未満である場合を、仮接着された状態であると判断する。本接着強度未満の範囲内において、好ましくは２００Ｎ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは１５０Ｎ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは１００Ｎ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは５０Ｎ／ｃｍ^２以下である。仮接着強度は、必要な本接着強度が得られる接着剤に応じ、上記の加圧力等との兼ね合いで自ずと決まるものでもある。

このようにコア単板４０を金型の中で仮接着された状態とすることで、積層されたコア単板４０を金型から取り出す際、および取り出した後に積層状態が乱れてしまうことが回避される。その後の積層されたコア単板４０の取り扱いも容易になり生産性の向上に寄与する。さらに、この段階での仮接着は、その後に積層されたコア単板４０を加熱し本接着する過程における応力歪の悪影響の抑制にも寄与する。これについては実施例を含めて後述する。

（本接着）
積層され、仮接着されたコア単板４０を不図示の加熱装置へ搬送し、例えば１８０〜２５０℃の温度域まで加熱することで、本接着する。この加熱により、接着剤（絶縁被膜３）が硬化して接着領域４１ａが形成される。加熱装置へ搬送する際は、積層されたコア単板４０を、図示されない治具で積層方向の両側から挟んで保持した上で、搬送すればよい。
以上説明した方法により、積層コアを製造することができる。

なお、本実施形態において、コア単板４０が本接着された状態であるか否かは、仮接着の判断時と同様にせん断引張試験を行うことで判断する。剥離強度が２５０Ｎ／ｃｍ^２以上である場合を、コア単板４０が本接着された状態であると判断する。

本発明の態様として、表面に絶縁被膜を形成させ、所定のスリット幅に加工した板厚：０．２０ｍｍの無方向性電磁鋼帯のコイルを準備した。無方向性電磁鋼帯としては、質量％で、Ｓｉ：３．３％、Ａｌ：０．７％、Ｍｎ：０．２％を有し、残部がＦｅ及び不純物であるものを使用した。絶縁被膜は、絶縁性能および接着能を備える単層の絶縁被膜とした。絶縁被膜の平均厚みは、コア単板片面あたり１．５μｍ以上８．０μｍ以下であった。この無方向性電磁鋼帯を打ち抜き金型に挿入し、所定のコア単板形状に打ち抜き、最も後段の金型における打ち抜き加工と同時に加圧することで、既に積層されているコア単板と仮接着した。この動作を同期して繰り返すことで金型内にコア単板を仮接着状態で積層した。なお、打ち抜き加工時および仮接着時において、加圧力は３．０〜１０．０ＭＰａであり、コア単板の表面温度は１５〜５０℃であった。仮接着後の無方向性電磁鋼板をＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験に供したところ、得られた単位面積当たりの剥離強度は５Ｎ／ｃｍ^２以上であった。

次に、積層したコア単板を加熱装置に搬送し、１８０〜２５０℃に加熱することで本接着した。本接着後の無方向性電磁鋼板をＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験に供したところ、得られた単位面積当たりの剥離強度は２５０Ｎ／ｃｍ^２以上であった。
上記無方向性電磁鋼帯には接着能を有する絶縁被膜が形成されていた。そのため、雌金型内に積層されたコア単板を加熱することで、本接着された積層コアが得られた。

次に、質量％で、Ｓｉ：３．３％、Ａｌ：０．７％、Ｍｎ：０．２％を有し、残部がＦｅ及び不純物であり、表面に絶縁被膜を備える板厚：０．２０ｍｍの無方向性電磁鋼帯を用意した。絶縁被膜としては、下地絶縁被膜を形成するコーティング組成物として、クロム酸含有処理剤を使用し、この下地絶縁被膜上に設ける上地絶縁被膜として、絶縁性能および接着能を有する絶縁被膜を形成した。絶縁被膜の下地絶縁被膜の平均厚みは０．３μｍ以上１．２μｍ以下であり、上地絶縁被膜の平均厚みは１．５μｍ以上８．０μｍ以下であった。この無方向性電磁鋼帯を２５ｍｍ×２００ｍｍに切断し、２５ｍｍ×２５ｍｍの面積で重ね合わせ、表１に示す種々の加圧力で加圧した。その際、打ち抜き加工を模擬するため、打ち抜き用の油（出光興産株式会社製ダフニーニューパンチングオイル）を重ね合わせ面に滴下した後に加圧した。その後、重ね合わせ部がせん断される方向へ、３ｍｍ／ｍｉｎの試験速度でＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験に供し、剥離強度を測定した。
また、上記無方向性電磁鋼帯を図７の装置で打ち抜き、表１の通り加圧力を変化させて仮接着した。積層させたコア単板を机上面５ｃｍの高さから落下させ、コア単板が仮接着された状態を保った場合を良好（ＯＫ）と判断し、仮接着された状態を保てなかった場合を不良（ＮＧ）と判断した。

加圧力の小さい試験番号１および２では仮接着できなかった。試験番号３では十分な剥離強度は得られず、積層したコア単板を落下させた場合には仮接着状態を保つことができなかった。これに対して、試験番号４〜６では加圧力が適正範囲なため、剥離強度が適正範囲となり、良好な仮接着状態が実現された。

さらに、上記無方向性電磁鋼帯を図７の装置でステータ形状に打ち抜き、表２の通り加圧力を変化させて仮接着した。金型から取り出した積層されたコア単板を加熱装置に搬入し、加熱温度２００℃、加熱時間３０分で加熱し本接着を行った。また、比較材として、上地絶縁被膜のみを常温硬化する皮膜に代えた電磁鋼板を製造し、加圧力を変化させて仮接着した後、金型から取り出し常温で保持することで本接着を行った。そして、得られた積層ステータコアの鉄損を評価した。

ステータコアの鉄損とは、ステータコア中で発生するエネルギー損失であり、特許第２７４０５５３号公報に記載の方法により、回転磁界でのエネルギー損失にて評価した。すなわち、コアバック部の周方向の異なる４か所へサーチコイルを施し、４か所の平均値で１．５Ｔの磁束密度が得られるよう磁化した際のエネルギー損失を求めた。そして、このエネルギー損失をステータコアの重量で除算して単位Ｗ／ｋｇに換算し、これをもってステータコアの鉄損とした。上記エネルギー損失は、ステータコアを３００ｒｐｍで回転させ、ステータコア中央部に配置した励磁ヨークに励磁電流を流したときと切ったときとの誘起トルクの差から算出した。すなわち、誘起トルクと回転数の積がステータコア中で発生するエネルギーと等しいとの関係を利用して、当該エネルギー損失を求めた。結果を表２に示す。

加圧力の小さい試験番号１１〜１３に比較し、加圧力の大きい試験番号１４〜１６では鉄損が低く抑えられている。この原因のひとつとして、仮接着から本接着までの取り扱い過程における積層形状のくずれが抑制されたことが考えられる。試験番号１１〜１３は試験番号１〜３と、試験番号１４〜１６は試験番号４〜６とそれぞれ同じ条件で仮接着されており、試験番号１４〜１６はその剥離強度が取り扱い過程における積層形状のくずれを抑制するに充分なものになっていたと考えられる。

また、試験番号１７と１８では加圧力に大きな差があるものの鉄損にはそれほど大きな違いが見られなかった。試験番号１７と１８で使用した電磁鋼板は上地絶縁被膜が常温硬化型であり高温硬化型の試験番号１１〜１６と比較しても、常温での加圧による仮接着の機能は遜色ないものである。つまり、試験番号１７と比較において、試験番号１８では仮接着から本接着までの取り扱い過程における積層形状のくずれを抑制する効果は発揮されていると考えられる。

このことから試験番号１１〜１６で見られた鉄損低減には、仮接着から本接着までの取り扱い過程における積層形状のくずれの抑制に加え、さらに本接着のための加熱の有無が関係している可能性が考えられる。例えば、本発明のように適度な仮接着を行うことで、加熱中のコアの変形の悪影響を効果的に抑制できたと考えられる。特にコアのように鋼板を積層したバルク形状の部材の加熱においては、部材内の局所的な温度差を生じやすく不用意な応力歪が発生することが考えられる。仮接着がこのような応力歪の発生を緩和し、その悪影響を抑制したと考えられる。詳細なメカニズムは不明ではあるが、本発明例の製造法では仮接着において従来ほとんど考慮されていない効果が示された。

以上、本発明の一実施形態及び実施例について説明した。ただし、本発明の技術的範囲は前記実施形態及び実施例のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ステータコア２１の形状は、上記実施形態で示した形態のみに限定されるものではない。具体的には、ステータコア２１の外径および内径の寸法、積厚、スロット数、ティース部２３の周方向と径方向の寸法比率、ティース部２３とコアバック部２２との径方向の寸法比率等は、所望の回転電機の特性に応じて任意に設計可能である。
前記実施形態におけるロータ３０では、２つ１組の永久磁石３２が１つの磁極を形成しているが、本発明はこの形態のみに限られない。例えば、１つの永久磁石３２が１つの磁極を形成していてもよく、３つ以上の永久磁石３２が１つの磁極を形成していてもよい。

上記実施形態では、回転電機１０として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明したが、回転電機１０の構造は、以下に例示するようにこれのみに限られず、更には以下に例示しない種々の公知の構造も採用可能である。
上記実施形態では、回転電機１０として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれのみに限られない。例えば、回転電機１０がリラクタンス型電動機や電磁石界磁型電動機（巻線界磁型電動機）であってもよい。
上記実施形態では、交流電動機として、同期電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機１０が誘導電動機であってもよい。
上記実施形態では、回転電機１０として、交流電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機１０が直流電動機であってもよい。
上記実施形態では、回転電機１０として、電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機１０が発電機であってもよい。また、トランスに適用してもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１素材、電磁鋼帯
１Ａコイル
２母材鋼板
３絶縁被膜
１０回転電機
２１ステータコア
２２コアバック部
２３ティース部
３０ロータ
３１ロータコア
３２永久磁石
３３貫通孔
４０コア単板
４１ａ接着領域
５０ケース

Claims

絶縁被膜を備える電磁鋼帯を打ち抜き加工することでコア単板を得て、前記コア単板を積層することで積層コアを製造する方法であって、
前記打ち抜き加工と同時に、コア単板を加圧することで仮接着し、
前記仮接着後且つ前記打ち抜き加工後の前記コア単板を加熱することで本接着を行う、ことを特徴とする積層コアの製造方法。
前記打ち抜き加工時および前記仮接着時の前記コア単板の表面温度が１５〜５０℃である、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。
前記打ち抜き加工時および前記仮接着時の加圧力が３．０〜１０．０ＭＰａである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の積層コアの製造方法。
前記絶縁被膜が接着能を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法。
前記打ち抜き加工後および前記仮接着後、且つ前記本接着前の前記コア単板の剥離強度が５Ｎ／ｃｍ^２以上である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法。
前記本接着では、前記コア単板を１８０〜２５０℃の温度域に加熱する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法。