JP3480132B2 - 打抜性及び高速溶接性に優れた積層鉄心用電磁鋼板 - Google Patents

打抜性及び高速溶接性に優れた積層鉄心用電磁鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、積層鉄心用電磁
鋼板として用いられる無方向性電磁鋼板に関し、とくに
その打抜性と共に、溶接速度が100cm/min以上
での高速溶接性の一層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が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20Hr.m.s.μinch以上の表面粗さ
を付与したのち、有機質被膜を被成する方法(特公昭4
9−6744号公報)や有機質被膜自体に粗さを与え、
溶接時に発生するガスを逃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。しかしながらこれらの方法
でも、溶接速度が100cm/min以上の場合には依
然として、安定した溶接性が得られないことが判明し
た。
【0003】 すなわち、上記した特公昭49−674
4号公報に開示の方法では、鋼板表面に確保した粗さの
凹部に有機質被膜が入り、溶接時に発生するガスが逃散
できない場合があり、また特公昭49―19078号公
報に開示の方法では、スリット時のテションパッドに
より被膜が剥離し、凸部が小さくなることから、いずれ
溶接速度が100cm/min以上という高速での溶
接は極めて不安定だったのである。さらに、特公昭49
―19078号公報に開示の方法では、剥離した粉末が
飛散することによるスリット時の環境悪化や、打抜時に
粉末の金型への付着による打ち抜き不良なども問題とな
っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、打抜性は勿論のこと、溶接
性とくに溶接速度が100cm/min以上での高速溶
接性に優れた積層用電磁鋼板を提案することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上記の
目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、電磁鋼板の積
層端面溶接に際しては、鋼板表面の粗さもさることなが
ら、圧延模様や圧延疵などの表面の凸部が強く関与して
い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、鋼板表面における凹凸模様、すなわち凸
部、凹部の形態を制御することにより、打抜性を確保し
た上で、溶接速度が100cm/min以上での高速溶
接性の安定化を図ったものである。
【0006】 すなわちこの発明の要旨構成は次のとお
りである。1.3次元表面粗さが、中心面平均粗さSR
aで0.86〜2.00μmでかつ、負荷曲線における
切断面面積率が10%のときの凸部の高さが2.5μm
以上であるダル仕上げ鋼板の表面に、有機樹脂系の絶縁
被膜をそなえることを特徴とする打抜性及び溶接速度が
100cm/min以上での高速溶接性に優れた積層鉄
心用電磁鋼板(第1発明)。2.上記の第1発明におい
て、負荷曲線における切断面面積率が90%のときの凹
部の深さが5.0μm以下である打抜性及び溶接速度が
100cm/min以上での高速溶接性に優れた積層鉄
心用電磁鋼板(第2発明)。
【0007】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SM 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 )。
【0008】また負荷曲線とは、図1に示されるような
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
SRmax 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、切断
面面積率が10%のときの凸部の高さとは図中にxで、ま
た切断面面積率が90%のときの凹部の深さとは図中にy
で示される値である。
【0009】 以下、この発明の解明経緯について説明
する。さて発明者らは、溶接速度が100cm/min
以上での高速溶接性(以下、単に高速溶接性という)
改善のためには、基本的に表面粗さを従来よりも大きく
する必要があるとの認識に立って、素材鋼板の表面に予
めダル仕上げ処理を施し、各種の表面粗さを有するダル
仕上げ鋼板の表面に重クロム酸塩−有機樹脂系処理液を
塗布・焼付けて得た絶縁被膜付き鋼板を用い、それぞれ
積層したのち、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次元表面粗さの
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。
【0010】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次元粗さを測定して再検討を行っ
た。しかしながら、3次元表面粗さの指標のうち中心面
平均粗さSRa や最大高さSRmax でも厳密な意味での正確
な評価はできなかった。
【0011】そこで次に、3次元表面粗さによる負荷曲
線を用い、溶接性の良好なものと不良なものについて評
価したところ、図2に示す結果が得られた。同図より明
らかなように、中心面平均粗さSRa や最大高さSRmax は
ほぼ同じ材料でも、負荷曲線はかなり相違し、とくに切
断面面積率が10%程度における性状が異なっている。
【0012】上記の結果から、発明者らは、切断面面積
率が10%付近で凸部に大きな差が有ることが、溶接性の
差異として表れたものと推察するに到った。すなわち3
次元表面粗さにおけるSRa やSRmax が同等でも、凸部に
差があると、この差により溶接時に発生したガスの逃げ
易さが異なるとの考えに想い到ったのである。
【0013】そこで、凸部形状の異なる種々の材料につ
いて、以下の要領で溶接試験を行った。すなわち種々の
表面性状になるダル仕上げ鋼板の表面に、以下に示す配
合割合になる処理液1を塗布、焼付けて、付着量が 3.1
g/m2 (片面当たり)の有機樹脂を含む被膜を被成し
た。得られた被覆鋼板を、切断後、積層し、積層端面を
TIG溶接したときの、溶接状況について調べた結果を、
図3に示す。なおこの時、凸部の高さは、負荷曲線にお
ける切断面面積率が10%のときにおける高さである。
【0014】 〔処理液1〕 ・30%重クロム酸マグネシウム溶液 : 130重量部 CrO3分 :32.5重量部 ・アクリル−酢酸ビニル樹脂エマルジョン (樹脂固形分:50%) : 20重量部 ・エチレングリコール : 10重量部 ・ほう酸 : 10重量部
【0015】 同図から明らかなように、凸部の高さが
2.5μm以上の場合に良好な高速溶接性が得られてい
る。しかしながらこの凸部は、高ければ高いほど良いと
いうわけではない。というのは凸部が高くなれば占積率
が低下するからである。しかしこの点については、中心
面平均粗さSRaが2.00μm以下であれば占積率は
97%以上であり、問題はない。とはいえ、SRaが
0.86μm未満になると、やはりこの発明で所期した
ほど良好な高速溶接性は望み難くなる。そこでこの発明
では、中心面平均粗さSRaが0.86〜2.00μm
でかつ、負荷曲線における切断面面積率が10%のとき
の凸部の高さが2.5μm以上の範囲に限定したのであ
る。
【0016】ところで発明者らの研究によれば、より高
い占積率や高速溶接性を達成するには、上記の調整に加
え、鋼板表面の凹部の深さを制御することが有効である
ことが判明した。表1に、中心面平均粗さSRa 、負荷曲
線における切断面面積率が10%のときの凸部の高さ、同
じく負荷曲線における切断面面積率が90%のときの凹部
の深さを種々に変化させたダル仕上げ鋼板の表面に、前
記の処理液1を塗布、焼付けて、付着量が 2.5 g/m
2 (片面当たり)の有機樹脂を含む被膜を被成して得た
被覆鋼板を、切断後、積層し、積層端面を TIG溶接した
ときの、溶接性及び占積率について調べた結果を示す。
【0017】
【表1】
【0018】同表から明らかなように、SRa が2.00μm
を超えると、溶接性は良好であるものの、占積率の低下
を招く。この点、SRa が2.00μm 以下でかつ、凸部の高
さが 2.5μm 以上の場合には、溶接性及び占積率とも良
好で、とくに凹部の深さが 5.0μm 以下の場合には、と
りわけ良好な溶接性及び占積率が得られている。
【0019】
【発明の実施の形態】次に、図4に、中心面平均粗さSR
a が1.02μm 、負荷曲線における切断面面積率が10%の
ときの凸部の高さが 3.8μm 、同じく負荷曲線における
切断面面積率が90%のときの凹部の深さが 3.6μm であ
るダル仕上げ鋼板の表面に、前記の処理液1を塗布、焼
付けて、有機樹脂を含む絶縁被膜を種々の目付け量で被
成した。 得られた被覆鋼板を、切断後、積層し、積層
端面を TIG溶接したときの、打抜性及び溶接性について
調べた結果を示す。なお打抜性については、ダイス径15
mmφスチールダイスにより打抜いたときのかえり高さが
50μm に達するまでの打抜き回数で評価した。
【0020】同図より明らかなように、絶縁被膜の目付
け量(厚み)が増加するにつれて、打抜性は向上する。
また、溶接性(ブローホールが発生することなく溶接で
きる最大速度)はいずれも良好であり、高速溶接が可能
であった。
【0021】この発明で対象とする積層鉄心用電磁鋼板
において、その成分組成はとくに限定されることはな
く、従来公知の無方向性電磁鋼板いずれもが適合する。
また、ダル仕上げは、圧延の最終スタンドにショットダ
ル、レーザーダル等で表面粗さ調整を施したダルロール
を用いて行えば良い。
【0022】次に、この発明で鋼板表面に被成する絶縁
被膜としては、打抜性を良好にする目的から、有機樹脂
系のものを用いる。ここに絶縁被膜として有機樹脂被膜
を単独で用いる場合には、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、メラミン樹脂、シ
リコ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。
【0023】また絶縁被膜としては、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等の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シリカ、アル
ミナ及びチタニアなどの金属酸化物微粉末や、コロイド
状シリカ、コロイド状アルミナ、ほう酸など及び有機還
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シリカ、アル
ミナ及びチタニアなどの金属酸化物微粉末や、コロイド
状シリカ、コロイド状アルミナなど及びほう酸等を1種
又は2種以上添加したものである。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。
【0024】さらに絶縁被膜は、2層被膜とすることも
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ることが好ましい。
【0025】
【実施例】
実施例1 C:0.003 %及びSi:0.11%を含有し、残部は実質的に
Feの組成になる電磁鋼板で、3次元表面粗さが、中心面
平均粗さSRa :0.95μm 、負荷曲線における切断面面積
率が10%のときの凸部の高さが 2.8μm のダル仕上げ鋼
板の表面に、以下に示す処理液2を、被膜目付量が2.7
g/m2(片面当たり)となるように塗布した後、 400℃で
70秒間焼付けた。
【0026】 〔処理液2〕 ・30%重クロム酸マグネシウム溶液 : 130重量部 CrO3分 :32.5重量部 ・アクリル−エポキシ−スチレン樹脂エマルジョン (樹脂固形分:50%) : 20重量部 ・エチレングリコール : 15重量部 ・ほう酸 : 10重量部
【0027】かくして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板の
占積率、打抜性及び溶接性について調べた結果は、次の
とおりであった。 占積率: 98.4 % 打抜性:180 万回 溶接性:120 cm/minでいずれも良好
【0028】比較例1 C:0.025 %及びSi:0.09%を含有し、残部は実質的に
Feの組成になる電磁鋼板で、3次元表面粗さが、中心面
平均粗さSRa :0.87μm 、負荷曲線における切断面面積
率が10%のときの凸部の高さが 2.3μm のダル仕上げ鋼
板の表面に、以下に示す処理液3を、被膜目付量が2.7
g/m2(片面当たり)となるように塗布した後、 400℃で
70秒間焼付けた。
【0029】 〔処理液3〕 ・30%重クロム酸マグネシウム溶液 : 130重量部 CrO3分 :32.5重量部 ・酢酸ビニル−ベオバ樹脂エマルジョン (樹脂固形分:50%) : 20重量部 ・エチレングリコール : 10重量部 ・ほう酸 : 10重量部
【0030】かくして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板の
占積率、打抜性及び溶接性について調べた結果は、次の
とおりであった。 占積率: 98.6 % 打抜性:180 万回 溶接性: 80 cm/minで不良
【0031】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、打抜性に優
れ、しかも高速溶接性が安定して得られる積層鉄心用電
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】負荷曲線の違いによる溶接性の違いを示したグ
ラフである。
【図3】溶接性に及ぼす負荷曲線における凸部の影響
を、溶接速度との関係で示したグラフである。
【図4】被膜目付け量と溶接性及び打抜性との関係を示
したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−267034(JP,A) 特開 平6−330257(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 1/12 - 1/38 C22C 38/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3次元表面粗さが、中心面平均粗さSR
    aで0.86〜2.00μmでかつ、負荷曲線における
    切断面面積率が10%のときの凸部の高さが2.5μm
    以上であるダル仕上げ鋼板の表面に、有機樹脂系の絶縁
    被膜をそなえることを特徴とする打抜性及び溶接速度が
    100cm/min以上での高速溶接性に優れた積層鉄
    心用電磁鋼板。
  2. 【請求項2】 請求項1において、負荷曲線における切
    断面面積率が90%のときの凹部の深さが5.0μm以
    下である打抜性及び溶接速度が100cm/min以上
    での高速溶接性に優れた積層鉄心用電磁鋼板。
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