JP3634155B2

JP3634155B2 - 接着強度安定性に優れる積層接着鉄心用電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3634155B2
Application number: JP20037598A
Authority: JP
Inventors: 浩康藤井; 和年竹田; 聖一妹尾
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: JP2000037062A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、打ち抜きまたは剪断加工後、加圧及び加熱により鋼板同士を接着することで鉄心を形成できる積層接着鉄心用電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モーターのステーター、ローターなどに使用される電気機器等の鉄心を製作する場合、電磁鋼板を打ち抜き、または剪断加工後、積層し、さらに端面を溶接やかしめ等の方法によって固着させ、鉄心とする方法が一般的である。
近年、特公昭５５−９８１５号公報あるいは特開平２−２０８０３４号公報などにはこれら溶接法や、かしめ法によらない鉄心固着法が提案されている。前記公報に開示された技術は、接着性を有する絶縁皮膜をあらかじめ鋼板表面に形成し、打ち抜きまたは剪断加工によって所定の形状にした後、これらを積層した上で加圧、加熱することによって鋼板どうしを固着させ鉄心とするものである。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】
接着皮膜により固着された鉄心の接着強度が不足すると、電気機器が動作している時に剥離を起こす恐れがある。そのため、積層接着鉄心用電磁鋼板における鋼板同士の固着度合い、いわゆる接着強度は非常に重要である。
この接着強度は皮膜材質、皮膜量、乾燥温度などの影響を受けるため、生産管理においてはこれらを調整するという方法で積層接着鉄心用電磁鋼板は製造されてきた。ところが、同じ皮膜量でかつ同じ乾燥温度で乾燥しても、接着強度にばらつきが生じるという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上のような課題を解決すべくなされたもので、以下の要旨からなる。
（１）打ち抜きまたは剪断加工によって所定の形状にした後、これらを積層した上で加圧、加熱することによって鋼板同士を固着させ鉄心とするための、接着作用を有する絶縁皮膜を電磁鋼板上に形成するに先立ち、前記電磁鋼板を１５０℃以上５００℃以下の温度に加熱して、電磁鋼板の表面に酸化層を形成し、次いで、コーティング直前の鋼帯温度を、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂の１種または２種以上からなる絶縁皮膜形成用コーティング液が突沸・分解しない１００℃以下にし、前記コーティング液を鋼帯表面に塗布し乾燥することを特徴とする接着強度安定性に優れる積層接着鉄心用電磁鋼板の製造方法。
【０００５】
（２）上記絶縁皮膜形成に先立ち前記電磁鋼板を加熱する際の雰囲気が空気及び／または窒素であることを特徴とする（１）記載の接着強度安定性に優れる積層接着鉄心用電磁鋼板の製造方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
発明者らは、前記の課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、接着作用を有する絶縁皮膜を鋼板上に形成するのに先立ち、鋼板を加熱し、鋼板表面に酸化皮膜を形成させることにより、絶縁皮膜と鋼板との密着性を向上させ、もって接着強度を向上・安定化させることを着想した。
【０００７】
発明者らは上述の考えに基づき、酸化物形成による接着強度安定化効果を確認するため、次のような条件で実験を行った。
まず、板厚０．５ｍｍの電磁鋼板を多数用意した。これらを空気中で、１００℃から５５０℃までの温度領域で熱処理した。
次に、樹脂組成がアクリル樹脂：エポキシ樹脂：フェノール樹脂＝２０：３：４（重量％）で固形分重量分率２０重量％の水エマルジョン型コーティング液をロールコーターを用いて皮膜量が片面当たり８ｇ／ｍ^２になるよう塗布した。これらを乾燥温度１５０℃で乾燥した。
【０００８】
こうして作製した試料から試験片を切り出した。ついで、２枚の試験片を重ね１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で２００℃まで加熱し、６０秒間保持することで接着強度測定用の試験片を調製した。この試験片を引張り試験機を用い、その接着強度を測定した。その結果、熱処理を施さなかった条件では、接着強度のばらつきがおよそ±２０ｋｇ／ｃｍ ^２程度みられるのに対し、１５０℃以上５００℃以下の温度域で熱処理を施した条件では接着強度のばらつきがおよそ±１０ｋｇ／ｃｍ ^２まで低減していることがわかった。更に、接着強度の平均値を比較した場合、熱処理を施さなかった条件に比べ、熱処理を施した条件の方が約１０ｋｇ／ｃｍ ^２程度高いことも分かった。
【０００９】
以上のことから、接着作用を有する絶縁皮膜を鋼板上に形成する積層接着鉄心用電磁鋼板製造方法において、前記皮膜を前記鋼板上に形成するのに先立ち、前記鋼板を１５０℃以上５００℃以下の温度に加熱することで接着強度の安定性が図れることが確認できた。
以上のように積層接着絶縁皮膜の形成に先立ち、鋼板に熱処理を加えることで、接着強度の安定性が向上する理由を説明する。
【００１０】
接着層をはさみ接合させた２枚の鋼板が外部からの力によって剥離する場合、その剥離の仕方には大別して２つの機構がある。１つは皮膜自体が破壊し、剥離するもので、凝集破壊と呼ばれる。もう１つは皮膜と鋼板との界面で破壊が起き、剥離するもので、界面破壊と呼ばれる。発明者らはこのうち後者、即ち界面破壊を抑制することを考え、その手段として鋼板と皮膜との仲立ちをする中間層を形成させることを思いついた。中間層には鋼板と皮膜のいずれとも密着性が良いことが求められる。発明者らは中間層物質のうち、鋼板上の酸化物に着目した。
【００１１】
接着作用を有する絶縁皮膜は主に有機物で構成されており、その構成元素の１つとして酸素がある。また、鋼板表層に酸化物を形成させたとき、鋼板の構成元素であるＦｅやＳｉと酸素の密着性は一般的に良好である。したがって、皮膜中の酸素と鋼板上に形成された酸化物中の酸素との間で酸素原子の共有が実現できれば、界面破壊を抑制でき、ひいては接着強度の向上・安定化が期待できる。
【００１２】
次に本発明の限定理由について説明する。
本発明は通常の圧延・焼鈍により製造された電磁鋼板であれば一方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板など種類を問わず適用できるが、特に、モーター鉄心用の無方向性電磁鋼板に適用する場合、その効果が最も発揮できる。
熱処理を施す雰囲気はどのようなものでも良いが、水素などのような強還元性ガスでは酸化層が形成されないため好ましくない。通常は窒素などの中性ガスに水分および／もしくは酸素が１０ｐｐｍ以上含有していれば酸化層は形成されるため、コスト面からは空気および／または窒素が好ましい。
【００１３】
熱処理を施す温度は１５０℃未満では殆んど酸化しないため効果がない。一方、温度が５００℃を超えると逆に接着強度が低下してしまうので、熱処理温度は１５０℃以上５００℃以下でなければならない。この熱処理温度が高い場合に発生する接着強度低下の原因は明らかではないが、高温で生成される酸化物は本発明の温度範囲において生成されるものと組成が異なるため、密着性を確保しにくいのではないかと考えられる。
【００１４】
加熱時間は特に規定しない。前記の温度範囲に短時間でも達すれば、工業的には前後の加熱・冷却時間もあわせた中で必要な酸化層が形成される。ただし、このため非常に短時間の加熱後に水冷などの急速冷却を行うことは好ましくない。
加熱された鋼板は一旦常温まで冷却される。通常、絶縁皮膜塗布後に加熱乾燥させるため、温度を下げない方が燃料コストの面からは好ましいが、あまり温度が高いと、コーティング液が突沸したり、有機物が分解してしまう恐れがある。このためコーティング直前の鋼帯温度は１００℃以下にする必要がある。
【００１５】
また、接着機能を発揮する絶縁皮膜形成用のコーティング液の樹脂組成を問わず、本発明は適用できる。例えば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂のような加圧・加熱により鋼板どうしを接着させる際、硬化反応を起こす熱硬化性樹脂に適用できるのは勿論のこと、アクリル樹脂やメタクリル樹脂のような加熱しても硬化反応の起こらない熱可塑性樹脂にも適用できる。一例として、樹脂組成が、アクリル樹脂：エポキシ樹脂：フェノール樹脂＝２０：３：４（重量％）で固形分重量分率２０重量％の水エマルジョン型コーティング液がある。
【００１６】
また、鋼板にコーティング液を付着させる方法についても特に限定されない。例えば、ロールコーターやバーコーターでも良いし、あるいはスプレー法でもかまわない。
塗布量は片面当たり１ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下が望ましい。塗布量が１ｇ／ｍ^２未満だと鋼板上表面全体を十分に被覆しにくいため十分な接着強度が得られず、一方２０ｇ／ｍ^２より多いと加圧・加熱した際、端面から樹脂がにじみ出しやすいという問題が生じたり、また、占積率も低下してしまう。そのため、塗布量は１ｇ／ｍ^２以上から２０ｇ／ｍ^２以下が良い。
【００１７】
乾燥温度は使用する有機樹脂によってその最適温度が異なるので、接着強度が最大となる温度を選択すれば良い。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
まず、板厚０．５ｍｍの電磁鋼板であって、空気中２２５℃で熱処理したものと全く熱処理しなかったものとを用意した。ついで、これらに樹脂組成が、アクリル樹脂：エポキシ樹脂：フェノール樹脂＝１５：３：３（重量％）で固形分比率２０重量％の水エマルジョン型のコーティング液をロールコーターを用いて皮膜量が片面当たり８ｇ／ｍ^２になるよう塗布した。これらを乾燥温度１５０℃で乾燥し、冷却した。こうして作製した試料から試験片を切り出した。ついで、２枚の試験片を重ね１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で２００℃まで加熱し、６０秒間保持することで接着強度測定用の試験片を調製した。この試験片を引張り試験機を用い接着強度を測定した。結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１から熱処理を施さなかった比較例は、接着強度の平均値が１６６ｋｇ／ｃｍ^２と低く、接着強度のばらつきも±１６ｋｇ／ｃｍ^２と大きいのに対し、空気中２２５℃の熱処理を施した実施例は接着強度の平均値が１７２ｋｇ／ｃｍ^２と高く、接着強度のばらつきも±１１ｋｇ／ｃｍ^２と小さく優れている。
＜実施例２＞
まず、板厚０．３５ｍｍの電磁鋼板であって、窒素中２７５℃で熱処理したものと全く熱処理しなかったものとを用意した。ついで。これらに樹脂組成が、アクリル樹脂：エポキシ樹脂：フェノール樹脂＝１８：４：３（重量％）で固形分重量分率２０重量％のコーティング液をロールコーターを用いて皮膜量が片面当たり９ｇ／ｍ^２になるよう塗布した。これらを乾燥温度１６０℃で乾燥し、冷却した。こうして作製した試料から試験片を切り出した。ついで、２枚の試験片を重ね１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で２００℃まで加熱し、６０秒間保持することで接着強度測定用の試験片を調製した。この試験片を引張り試験機を用い接着強度を測定した。結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
表２から熱処理を施さなかった比較例は、接着強度の平均値が１６５ｋｇ／ｃｍ^２と低く、接着強度のばらつきも±１５ｋｇ／ｃｍ^２と大きいのに対し、窒素中２７５℃の熱処理を施した実施例は接着強度の平均値が１７１ｋｇ／ｃｍ^２と高く、接着強度のばらつきも±１０ｋｇ／ｃｍ^２と小さく優れている。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば安定した接着強度をもつ積層接着鉄心用電磁鋼板を得られる。

Claims

打ち抜きまたは剪断加工によって所定の形状にした後、これらを積層した上で加圧、加熱することによって鋼板同士を固着させ鉄心とするための、接着作用を有する絶縁皮膜を電磁鋼板上に形成するに先立ち、前記電磁鋼板を１５０℃以上５００℃以下の温度に加熱して、電磁鋼板の表面に酸化層を形成し、次いで、コーティング直前の鋼帯温度を、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂の１種または２種以上からなる絶縁皮膜形成用コーティング液が突沸・分解しない１００℃以下にし、前記コーティング液を鋼帯表面に塗布し乾燥することを特徴とする接着強度安定性に優れる積層接着鉄心用電磁鋼板の製造方法。
前記絶縁皮膜形成に先立ち前記電磁鋼板を加熱する際の雰囲気が空気及び／または窒素であることを特徴とする請求項１記載の接着強度安定性に優れる積層接着鉄心用電磁鋼板の製造方法。