JP3419026B2 - 搬送性及び端面溶接性に優れる無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面に精緻な凹凸パ
ターンを有する無方向性電磁鋼板に関し、特にその搬送
性及び端面溶接性の改善を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】モーター、トランス等に使用される電磁
鋼板は、磁気特性に優れるだけでなく、量産性の観点か
ら良好な打抜性も要求され、この要請を満たすために一
般に有機樹脂を含む絶縁被膜が被成される。しかしなが
ら、この被膜は、溶接時に有機樹脂から発生する多量の
ガスに起因してブローホールを発生するなど溶接性の点
に問題を残していた。この点を解消するものとして、鋼
板表面に20 Hr.m.s.μinch以上の表面粗さを付与したの
ち有機質又は半有機質被膜を被成する方法（特公昭49−
6744号公報)や、有機質又は半有機質被膜自体に粗さを
与え、溶接時に発生するガスを逸散させることによりブ
ローホールの発生を防止する方法（特公昭49-19078号公
報) 等が提案されている。

【０００３】また特開昭54−134043号公報においては、
表面粗さを中心線平均粗さRaで0.35〜0.6 μm とした鋼
板上に被膜厚み１〜2.5 g/m²の有機質被膜を被成する方
法が提案された。しかしながらこの方法では、溶接箇所
によってはブローホールの発生が見られ、必ずしも良好
な溶接性が安定して得られるとは限らなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、これ
まではブローホールの発生を完全に防止することが難し
く、その改善が望まれていた。また、無方向性電磁鋼板
のユーザー、例えばモーターの製造工場においては、近
年自動化が進み、鋼板を真空パッドで吸着して搬送する
ことが多くなってきたが、その際、鋼板と真空パッドと
の間の密着性が悪いために、搬送の際、鋼板が落下する
という問題が生じた。特に端面溶接性の向上を目的とし
て、特公昭49−6744号公報や特公昭49-19078号公報に開
示のように表面粗さを粗くした鋼板においては、真空パ
ッドの吸着性が劣化することから、この搬送性が特に問
題となる。

【０００５】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、従来、相反する性質と考えられてきた端面溶接
性と搬送性の両者を共に改善した無方向性電磁鋼板を提
案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上記の
問題を解決すべく、各種の調査及び検討を行なった結
果、電磁鋼板の端面溶接性及び搬送性はいずれも、鋼板
表面の凹凸のパターンと強い相関があり、この凹凸パタ
ーンを適正に制御することによって、有利に改善される
ことの知見を得た。この発明は、上記の知見に立脚する
ものである。

【０００７】すなわち、この発明は、鋼板表面の３次元
表面粗さが、中心面平均粗さSRa で0.5 μm 以下、最大
高さSR_max が 0.1〜2.0 μm でかつ、各凹部につき、負
荷曲線で深さ方向落差が最も大きい点Ｐ（切断面面積率
が０％又は 100％の点を除く負荷曲線の微分係数が最小
である点）より切断面面積率が５％小さい点Ｓにおける
凸部高さＺ_S とSR_max との差（SR_max −Ｚ_S ）が 0.1μ
m 以下を満足し、さらに点Ｐにおける切断面面積率が50
〜80％を満足することを特徴とする搬送性及び端面溶接
性に優れる無方向性電磁鋼板である。

【０００８】この発明において、鋼板表面に被覆する絶
縁被膜の目付量は 0.2〜2.5 g/m²とするのが好ましい。

【０００９】ここに中心面平均粗さSRa とは、粗さ曲面
からその中心面上に面積Ｓ_M を抜き取り、この抜き取り
部分の中心面上に直交座標軸、Ｘ軸、Ｙ軸をおき、中心
面に直交する軸をＺ軸として粗さ曲面をＺ＝ｆ（Ｘ，
Ｙ）で表したとき、次の数式

【数１】 で与えられる値のことである（単位μm ）。

【００１０】また負荷曲線とは、図１に示されれるよう
な曲線を意味する。すなわち単位面積における最大高さ
SR_max を縦軸の最大点として、任意の切断高さｚ（μm
）を縦軸とする。一方、横軸は、単位面積に対する各
切断レベルにおける切り口面積の 100分率（切断面面積
率）とする。かかる座標において、切断高さｚを、最大
高さSR_max から次第に低減したときの切断高さと切断面
面積率との関係を示したのが負荷曲線である。従って、
たとえば切断面面積率が10％のときの凸部の高さとは図
中にｘで示される値である。なお、ここで言う凹部と
は、いわゆる穴であっても、または溝であってもいずれ
でもかまわない。

【００１１】以下、この発明を具体的に説明する。さて
発明者らは、以前に、各種の表面粗さを有する有機樹脂
含有絶縁被膜付き鋼板を用い、これを積層した後、断面
を溶接し、その溶接性について調査した。その結果、従
来使用されてきた２次元表面粗さによる評価では、同一
の表面粗さとされたものでも溶接性にばらつきが生じ、
必ずしも２次元表面粗さでは溶接性を正確に評価できな
いことが判明した。そこで、新たに３次元表面粗さによ
る評価に想到し、改めて３次元粗さ測定器で測定して再
調査したところ、以下に述べる結果が得られた。

【００１２】得られた結果を、中心面平均粗さSRa と中
心面における切断面面積率との関係で図２に示す。ここ
に、中心面における切断面面積率は、単位面積Ｓ_M にお
ける中心面で切断された面積Ｓ′の面積率Ｓ′／Ｓ_M ×
100 （％）で与えられる。同図より明らかなように、表
面粗さが中心面平均粗さSRa で0.50μm を超えると占積
率が低下した。かかる表面粗さの影響は従来どおりであ
ったが、同一粗さでも溶接性に相違が見られた。すなわ
ち、従来溶接性が良くないとされた SRaが0.50μm 以下
の占積率が良好な範囲であっても、中心面における切断
面面積率が80％以下の場合には良好な溶接性が得られた
のである。

【００１３】また同様に、３次元表面粗さで搬送性を調
査した結果を図３に示す。同図より明らかなように、SR
a が大きくなると、搬送性は急激に劣化する傾向を示し
た。

【００１４】発明者らは、上記の事実に鑑み、鋼板の表
面粗さと端面溶接性及び搬送性との関係についてさらに
詳細に調査を行った。その結果、搬送性は、凹部が少な
く、真空パッドと鋼板ができるだけ密着するほど良好と
なり、一方溶接性は、鋼板の表面に凹部が多く、鋼板を
積層して TIG溶接を行った時にガスの逃げ道が確保され
ている場合に良好となることが知見された。

【００１５】そこでさらに、凹部の形状について検討し
た結果、３次元表面粗さが、中心面平均粗さSRa で 0.5
μm 以下、最大高さSR_max が 0.1〜2.0 μm でかつ、負
荷曲線で深さ方向落差が最も大きい点（切断面面積率が
０％又は 100％の点を除く負荷曲線の微分係数が最小で
ある点）を中心として切断面面積率がそれぞれ±10％異
なる２点間における高さ方向の差がSR_max の50％以上の
場合に、とりわけ良好な溶接性が得られることが判明し
たのである。

【００１６】ここに、負荷曲線で深さ方向落差が最も大
きい点、すなわち負荷曲線の微分係数が最も小さい点と
は、図４に点Ｐで示すような点であり、この点から切断
面面積率がそれぞれ±10％異なる点Ｑ及びＲの点の高さ
の差をΔＨとすると、このΔＨが大きい程凹部底面と凹
部の肩が接する角度が直角に近くなり、逆にΔＨが小さ
い程鈍角となり、なだらかであることを示している。な
お、微分係数が最小の点を求める際に、切断面面積率が
０％及び 100％の点を除いた理由は、これらの点では、
高い山あるいは深い谷が少しでもあるとその影響を受け
易く、微分係数は直ちに−∞となるからである。

【００１７】しかしながら、上記のような表面粗度にな
る鋼板では、溶接性は優れるものの、搬送性は必ずしも
良好というわけではなかった。そこで、さらに搬送性の
改善を目指して種々検討を重ねた結果、搬送性は凸部上
面の平坦性、さらには凸部と凹部の割合と強い相関があ
り、これらを厳密に制御することによって初めて、溶接
性を損なうことなしに、優れた搬送性が得られることが
究明されたのである。

【００１８】図５に、凸部上面の平坦性に関する指標と
して、負荷曲線で深さ方向落差が最も大きい点Ｐより切
断面面積率が５％小さい点Ｓ（図４参照）における凸部
高さＺ_S と最大高さSR_max との差（SR_max −Ｚ_S ）を採
用し、この値が搬送性に及ぼす影響について調べた結果
を示す。なお、このときのSRa は 0.3〜0.4 μm 、また
SR_max は 1.5〜1.8 μm であった。同図より明らかなよ
うに、この指標は搬送性の良否判断に極めて有効で、こ
の（SR_max −Ｚ_S ）を 0.1μm 以下とすれば、優れた搬
送性が得られることが判明した。

【００１９】次に、凸部と凹部の好適割合について調べ
た結果を、図６に、負荷曲線で深さ方向落差が最も大き
い点Ｐにおける切断面面積率と1000枚搬送時落下枚数及
び溶接速度との関係で示す。なお、このときのSRa は
0.3〜0.4 μm 、またSR_max は1.5 〜1.8 μm 、さらに
（SR_max −Ｚ_S ）は0.03〜0.06μm であった。同図より
明らかなように、点Ｐにおける切断面面積率が50〜80％
である場合に優れた搬送性と良好な溶接性の両者が得ら
れている。

【００２０】さてこの発明において、凹部形状を上記の
ように限定した理由について説明する。まず SRaについ
ては、前掲図２に示したとおり、この値が 0.5μm を超
えると占積率の低下を招くので、 0.5μm 以下とした。
次に、SR_max が 0.1μm に満たないと、絶縁被膜処理を
施した時に凹部が埋まり、ガスの抜け道が十分に確保さ
れないので TIG溶接性の低下を招き、一方 2.0μm を超
えると、やはり占積率の低下を招くので、 0.1〜2.0 μ
m の範囲に限定した。

【００２１】さらに、負荷曲線で深さ方向落差が最も大
きい点すなわち負荷曲線の微分係数が最小である点Ｐよ
りも切断面面積率が５％小さい点Ｓにおける凸部高さと
SR_{ma x} との差（SR_max −Ｚ_S ）を 0.1μm 以下に限定し
たのは、前掲図５に示したとおり、（SR_max −Ｚ_S ）が
0.1μm を超えると凸部上面が粗くなることから、真空
パッド吸着時の密着性ひいては搬送性が劣化するからで
ある。またさらに、点Ｐにおける切断面面積率を50〜80
％の範囲に限定したのは、前掲図６に示したとおり、こ
の面積率が50％に満たないと搬送性が劣化し、一方80％
を超えると溶接性が劣化するからである。

【００２２】次に、この発明鋼板の製造方法について説
明する。鋼板表面に適正な凹凸パターンを形成するに
は、圧延ロールの表面に、所望の鋼板表面凹凸に見合う
凹凸パターンを形成し、その転写を利用するのが有利で
ある。

【００２３】従来から、スキンパス圧延用ロールの表面
をダル仕上げするための方法としては、ショットブラス
トによる方法や放電加工による方法、さらには特開昭62
−224405号公報に開示のようなレーザー加工による方
法、特開平２-99208号公報に開示のようなスクリーン印
刷とエッチング又はスクリーン印刷とめっきとを組合せ
た方法などがある。しかしながら、ショットブラスト法
や放電加工法によってダル仕上げされた圧延用ロール
は、表面に形成された粗度パターンが不規則であるた
め、かかるロールを用いて圧延した場合には、鋼板表面
の粗度パターンも不規則となる。しかも任意の凹凸パタ
ーンを形成することは不可能である。

【００２４】一方、レーザー加工による場合は、規則的
な粗度パターンは得ることができるけれども、図７に示
すように、レーザー照射によりレーザー中心から離れた
部位が同心円状に盛り上がり、これにより微細なパター
ンを得ることができないし、凹部形状を任意に選択する
ことも難しい。またロールに直接レーザービームを用い
て穿孔するため、圧延ロールのように広い面積を持つ被
加工物を能率よく加工するためには、レーザー発振器は
しては１kW以上の高出力が要求され、必然的に炭酸ガス
レーザーとならざるを得ず、加工装置が大型化し、費用
・保守の面での負担が大きい。さらに、レーザービーム
によって金属が溶融されて形成された凹凸パターンは、
その凹凸部の組織がオーステナイトとなるので、このよ
うなロールは耐摩耗性に劣る。しかも、凹凸パターンの
凹部の直径は、集光レンズで収束したレーザービームの
直径により決まるが、この直径は炭酸ガスレーザー光の
波長が長い（10.6μm ）ため、物理的に約100 μm 以下
にすることができない不利もある。

【００２５】他方、スクリーン印刷法を用いる方法は、
特開平２-99207号公報に見られるように、微細模様をス
クリーン印刷により圧延ロールの表面に印刷し、その
後、エッチング又はめっきを行って微細模様をロール表
面に形成し、該圧延ロールにより鋼板表面に微細模様を
転写することからなる方法であるが、この方法では、シ
ョットブラスト法のようにグリッド粒子を機械的にロー
ル表面に叩きつけてダル目付け加工を行った場合のよう
なうねりがロール表面に発生せず、また放電加工やレー
ザーによる加工法のように高エネルギーを加工部に集中
させることもないので、ロール表面の硬さが劣化せず均
一で、ロールから鋼板への微細模様の転写が可能であ
る。

【００２６】また、特公昭62-11922号公報には、耐酸腐
食性物質で表面を覆い、これをレーザー光で局所的に破
壊し、覆われていない部分を化学的に腐食する方法が開
示されている。さらに、特開平２−175882号公報には、
この技術を能率よく精密に容易に実施できるように改善
した方法及び装置を用い、次の工程から成る、整列され
た又は任意配列の凹凸を有するロールを加工する方法が
開示されている。すなわち、(1) 圧延ロール表面に光吸
収材を混入した耐酸腐食樹脂液を塗布して耐酸腐食性樹
脂膜を形成したのち、(2) この樹脂膜を連続的に平均で
５〜10Ｗの出力を有するＱスイッチ・ＹＡＧレーザーを
用いてマーキング加工し、所要の模様に該ロール表面を
露出させ、(3) しかる後、エッチング処理を施してロー
ル表面に所望の模様を付与する方法である。

【００２７】上掲した各種凹凸パターン形成方法のう
ち、スクリーン印刷法あるいは耐酸腐食性樹脂膜とＱス
イッチ・ＹＡＧレーザーとを組み合わせた方法は、上述
したとおり、規則的に微細な凹凸模様を形成することが
できるので、これらの方法を用いることによって、この
発明の要件を満足する任意の凹部形状を得ることができ
る。

【００２８】

【作用】この発明を適用して好適な電磁鋼板の成分組成
は次のとおりである。 Ｃ：0.01wt％（以下単に％で示す）以下 Ｃは、磁気特性の面からは有害な元素であり、極力低減
することが望ましいので、0.01％以下程度とするのが好
ましい。 Si：3.5 ％以下 Siは、固有抵抗を高めることによって鉄損を低減する有
用元素であるが、 3.5％を超えると冷延性が阻害される
ので、 3.5％以下程度が好ましい。 Mn：0.1 〜1.5 ％ Mnは、熱間脆性を抑制するために添加されるものである
が、 0.1％未満ではその添加効果に乏しく、一方 1.5％
を超えると磁気特性の劣化を招くので、 0.1〜1.5 ％程
度が好ましい。 Al：2.0 ％以下 Alは、鉄損と磁束密度を同時に改善するのに有効な元素
であるが、 2.0％を超えると冷延性の劣化を招くので、
2.0 ％以下程度とするのが好ましい。なお、ＰやＳは、
必要に応じて以下の範囲に制限することが望ましい。 Ｐ：0.005 〜0.2 ％ Ｐは、打抜性の改善に有効であるが、 0.005％に満たな
いとその効果に乏しく、一方 0.2％を超えると冷延性が
低下するので、 0.005〜0.2 ％程度とするのが好まし
い。 Ｓ：0.01％以下 Ｓは、鉄損特性の面からは少ないほど好ましいので、0.
01％以下に抑制することが望ましい。その他、Sb, Sn,
Cu及びNiなどを添加することもできる。

【００２９】次に、この発明において使用する絶縁被膜
としては、有機樹脂被膜、クロム酸塩系及び／又はりん
酸塩系と有機樹脂との混合被膜あるいはクロム酸塩系及
び／又はりん酸塩系被膜上に有機樹脂被膜を被成した２
層被膜などを用いることができる。

【００３０】ここに被膜が、有機樹脂被膜単独であれ
ば、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、エチレン樹脂、メラミン樹脂、シリコー
ン樹脂及びアミノ樹脂、あるいはそれらの変性物のうち
から選んだ１種又は２種以上が有利に適合する。

【００３１】また、クロム酸塩系及びりん酸塩系の１種
又は２種と有機樹脂との混合被膜を用いることもでき
る。ここでクロム酸塩系とは、カルシウム、マグネシウ
ム及び亜鉛の重クロム酸塩又は無水クロム酸にカルシウ
ム、マグネシウム及び亜鉛などの２価の酸化物、水酸化
物、炭酸塩を溶解したものの１種又は２種以上の混合
物、あるいはそれらにさらに酸化チタン、コロイド状シ
リカ、コロイド状アルミナ、ほう酸及び有機還元剤等の
１種又は２種以上を添加したものである。また、りん酸
塩系としては、カルシウム、マグネシウム、アルミニウ
ム及び亜鉛のりん酸塩又はりん酸にカルシウム、マグネ
シウム、アルミニウム及び亜鉛等の２価又は３価の酸化
物、水酸化物、炭酸塩を溶解したものの１種又は２種以
上の混合物、あるいはそれらにさらに酸化チタン、コロ
イド状シリカ、コロイド状アルミナ及びほう酸等を１種
又は２種以上添加したものである。

【００３２】さらに混合する有機樹脂としては、水溶性
又はエマルジョンタイプのアクリル樹脂及びその共重合
物、酢酸ビニル樹脂及びその共重合物、ベオバ樹脂スチ
レン樹脂共重合物、アミノ樹脂、アルキッド樹脂、フェ
ノール樹脂、無水マレイン酸共重合物、エポキシ樹脂又
はその変性物等の１種又は２種以上が有利に適合する。
さらに絶縁被膜は、２層構造とすることもできる。この
場合は上記したクロム酸塩系及びりん酸塩系の１種又は
２種の被膜を被成したのち、その上に重ねて有機樹脂被
膜を被成すれば良い。

【００３３】ここに、かかる絶縁被膜の付着量は 0.2〜
2.5 g/m²とすることが好ましい。というのは、付着量が
0.2 g/m² に満たないと十分な絶縁性が得られず、一方
2.5 g/m²を超えると溶接性が劣化するからである。

【００３４】なお、表面粗さを得る手法についは、上述
したように、Ｑスイッチ−ＹＡＧレーザーを用いてロー
ル表面に予め、圧延後の表面パターンがこの発明の範囲
となるような表面加工を施しておく方法や、スクリーン
印刷法を利用する方法が好適であるが、これらの方法に
特に限定されることはなく、以下のような方法も使用可
能である。すなわち、鋼板表面を研磨やエッチングによ
り、所定の表面パターンになるように処理する方法、あ
るいは圧延速度の変更又は圧延時に使用する圧延油の変
更により、所定の表面パターンになるよう処理する方法
等である。

【００３５】

【実施例】

実施例１ Ｃ：0.0030％, Si：0.12％, Mn：0.25％, Ｐ：0.08％及
びAl：0.25％を含有し、残部実質的にFeの組成になる熱
延鋼板を、板厚：0.5 mmまで冷間圧延した後、800 ℃で
20秒間焼鈍した。ついで、表１に示す種々のロール加工
法によって表面粗さを調整した圧延ロールを用い、鋼板
表面に表１に示す凹部形状になる凹凸を形成した。その
後、得られた電磁鋼板の表面に、表２に示す処理液１〜
４を所定量塗布したのち、 300℃で２分間焼付けた。か
くして得られた、絶縁被膜付き電磁鋼板の溶接性及び搬
送性について調べた結果を、表１に併記する。

【００３６】なお溶接性は、電極：Th−ｗ，加圧力：10
0 kg/cm²，電極−材料間距離：1.5mm，Arガス量：６ l/
min，電流：120 Ａの条件下に各種速度で溶接を行った
時、ブローホールが発生しない臨界溶接速度で評価し
た。また搬送性は、３cm×28cmに打ち抜いた鋼板：1000
0 枚を真空パッドで搬送した時、途中で落下した鋼板の
枚数で評価した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】表１より明らかなように、この発明に従い
得られた鋼板はいずれも、優れ溶接性だけでなく、良好
な搬送性も併せて具備していた。

【００４０】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、従来、両立
が困難とされた溶接性と搬送性とを共に兼ね備える無方
向性電磁鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】負荷曲線の説明図である。

【図２】溶接性に及ぼす SRaと切断面面積率との関係を
示したグラフである。

【図３】SR_max と搬送性との関係を示したグラフであ
る。

【図４】表面凹凸を切断面面積率と凸部高さとの関係で
示したグラフである。

【図５】（SR_max −Ｚ_S ）と搬送性との関係を示したグ
ラフである。

【図６】点Ｐにおける切断面面積率と搬送性及び溶接性
との関係を示したグラフである。

【図７】従来法に従う凹部を示す模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−346673（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−309304（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−230209（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217446（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−217447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−83618（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−134043（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−19078（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 303 C21D 8/12 H01F 1/16 H01F 1/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板表面の３次元表面粗さが、中心面平
   均粗さSRa で 0.5μm 以下、最大高さSR_max が 0.1〜2.
   0 μm でかつ、各凹部につき、負荷曲線で深さ方向落差
   が最も大きい点Ｐ（切断面面積率が０％又は 100％の点
   を除く負荷曲線の微分係数が最小である点）より切断面
   面積率が５％小さい点Ｓにおける凸部高さＺ_S とSR_max
   との差（SR_max −Ｚ_S ）が 0.1μm 以下を満足し、さら
   に点Ｐにおける切断面面積率が50〜80％を満足すること
   を特徴とする搬送性及び端面溶接性に優れる無方向性電
   磁鋼板。
2. 【請求項２】 請求項１において、鋼板表面に、付着量
   が 0.2〜2.5 g/m²の絶縁被膜をそなえてなる搬送性及び
   端面溶接性に優れる無方向性電磁鋼板。