JP3756674B2

JP3756674B2 - Magnetic steel sheet for laminated adhesive cores with stable adhesive strength

Info

Publication number: JP3756674B2
Application number: JP19716298A
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: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2018-07-13
Also published as: JP2000030923A

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作製できる積層接着鉄心用電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁鋼板から電気機器、特にモーターのステーター、ローターなどの鉄心を製作する場合、鋼板を所定の形状に打ち抜きまたは剪断加工後、積層し、端面を溶接や、かしめ等の方法によって固着させて鉄心とする方法が一般的である。
これに対して、特公昭５５−９８１５号公報あるいは特開平２−２０８０３４号公報などにおいて、前記の溶接法や、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ておき、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ものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
固着された鉄心はこの時、鋼板同士の接着強度が不足すると鉄心が回転している時に剥離を起こす場合がある。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の他、皮膜量、乾燥温度、鉄心製作時の加熱温度と印加圧力などに影響される。そのため工業的には、これらを精密に調整するという方法で製造されてきた。ところが、同じ皮膜量でかつ同じ乾燥温度で乾燥しても、なお接着強度にばらつきが生じるという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような接着強度のばらつきを低減させる技術を提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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、鋼板表面に接着機能を有する絶縁皮膜を形成した積層接着鉄心用電磁鋼板であって、前記皮膜がエポキシ樹脂を質量百分率で２０〜７５％およびフェノール樹脂を１０〜６０％含み、かつ、前記皮膜の接着前の硬度が鉛筆硬度２Ｈ以上５Ｈ以下であることを特徴とする安定した接着強度をもつ積層接着鉄心用電磁鋼板である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前記の接着強度にばらつきが生じるという問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の接着前の硬度が接着強度に影響しているのではないかと考えるに至った。以下、そうした考えに至った経緯を述べる。
【０００７】
積層接着鉄心用電磁鋼板を用いた鉄心の製造方法は、所定の形状と寸法をもつ鉄心用素材を剪断あるいは打ち抜き等の手段で切り出し、積層し、加圧状態で加熱することによる。
このような方法で製造される積層接着鉄心用電磁鋼板について、発明者らはその接着強度に影響を及ぼす因子について吟味し直した。前述したように、接着強度に影響を及ぼすものとして皮膜材質、皮膜厚さ、鉄心製作時の加熱温度と印加圧力などがあげられる。発明者らはこれらの他に、界面の接触面積が大きく影響しているのではないかと考えた。
【０００８】
一般に、２相の接合界面の強度はその界面の面積に依存し、面積が大きいほどその接合強度は高い。そのため、接合前の表面凹凸が激しい場合は、界面同士の接触面積が小さいため、十分な接合強度が得られない。接着鋼板においても、皮膜が相互に接触できれば十分な接触面積を確保でき、高い接着強度をもつ鉄心が製作できる。そしてそのためには、皮膜がある程度変形できるもの、すなわち、或る程度の柔らかさを持っていれば、圧着により変形して接触面積が増大し、高い接着強度をもつ皮膜になる。
【０００９】
発明者らは以上のような考えに基づき、積層接着鉄心用電磁鋼板として接着強度が最も安定する接着前の皮膜硬度を求めるため、種々の硬度をもつ皮膜を形成させ、それらの接着強度を調べた。
まず、板厚０．５ｍｍの電磁鋼板に、樹脂組成が、アクリル樹脂：エポキシ樹脂：フェノール樹脂＝２０：６０：２０（質量％）で固形分質量分率２０質量％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／ｍ² になるよう塗布した。次に、これらの乾燥温度と乾燥時間を調整して種々の皮膜硬度になるようにした。接着前の皮膜硬度は鉛筆によって皮膜に疵がはいるかどうかで判定する、いわゆる鉛筆硬度法により判定した。
【００１０】
こうして作製した試料から試験片を切り出し、２枚の試験片を重ね１０ｋｇｆ／ｃｍ²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。また、皮膜の受ける損傷度合いについては作製した試料を工場ラインの鋼板支持ロールに押し付けて擦りあわせ、その時に皮膜の受ける損傷度合いを目視で判定した。結果を表１に示す。
【００１１】
【表１】

【００１２】
表１から接着前の皮膜の鉛筆硬度がＨＢ、Ｈと低い場合（実験番号（１）（２））接着強度の平均値はそれぞれ１７２kg／cm² ，１７１kg／cm² ，と高く、また接着強度のばらつきも小さいが、皮膜損傷を受けやすかった。一方、鉛筆硬度が６Ｈ、７Ｈと高い場合（実験番号（７）（８））皮膜損傷度は良好であるが、接着強度の平均値が１２６kg／cm² 、１１８kg／cm² と低く、また接着強度がそれぞれ１１３kg／cm² から１４５kg／cm² 、１０５kg／cm² から１３９kg／cm² とばらついた。これらに対し、鉛筆硬度が２Ｈ以上５Ｈ以下の範囲（実験番号（３）（４）（５）（６））では接着強度の平均値が概ね１７０kg／cm² 以上と高く、ばらつきも小さく安定していた。また、皮膜損傷度も良好であった。
【００１３】
これらの結果から、積層接着鉄心用電磁鋼板として安定した接着強度を得るためには接着前の皮膜の鉛筆硬度を２Ｈ以上５Ｈ以下にすれば良いことがわかった。
次に、本発明の接着皮膜の製造方法について説明する。
本発明に用いる鋼板は通常の圧延・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。特に無方向性電磁鋼板を用いるモーター鉄心に適用する場合、その効果が最も発揮できる。
【００１４】
また、絶縁皮膜についても、接着機能を発揮する絶縁皮膜形成用のコーティング液であれば、本発明を適用できる。例えば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂のような加圧・加熱により鋼板同士を接着させる際、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＝２０：２０：６０（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。
【００１５】
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、正回転ロールコーターや逆回転ロールコーターやあるいはバーコーターでも良い。また、スプレー法でもかまわない。
塗布量は片面当たり１ｇ／ｍ²以上２０ｇ／ｍ²以下が望ましい。塗布量が１ｇ／ｍ²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／ｍ²より多いと加圧・加熱した際、端面から樹脂がにじみ出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／ｍ²以上から２０ｇ／ｍ²以下が良い。
【００１６】
乾燥温度および時間は絶縁皮膜の接着前の硬度を調整する重要な工程である。最適な条件は使用する有機樹脂や溶媒によって異なるが、一般的には鋼帯温度で８０〜３００℃に１０〜３０秒加熱される。
接着前の皮膜硬度は主に乾燥温度を調整することにより、鉛筆硬度で２Ｈから５Ｈになるように調整する。接着前の硬度が５Ｈより高い場合、接着させたときの接着強度は低下する。逆に、接着前の硬度が２Ｈより低い場合、接着強度は高いものの、鋼板の製造時やその後の取り扱いの際に疵がつく場合や、圧着加熱しなくても融着する場合などがあるため好ましくない。
【００１７】
乾燥後の冷却は、空冷法でも良いし水冷あるいは気水冷却法なども適用できる。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
板厚０．３５ｍｍの電磁鋼板に、樹脂組成が、アクリル樹脂：エポキシ樹脂：フェノール樹脂＝１５：７５：１０（質量％）で固形分質量分率２０質量％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６ｇ／ｍ² になるよう塗布した。これらを乾燥温度１１０℃、１５０℃、１９０℃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／ｃｍ² 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。
【００１９】
【表２】

【００２０】
表２から鉛筆硬度がＨである比較例では接着強度の平均値が１７３kg／cm² と高く、またばらつきも小さいが、皮膜損傷度が大きい。また、鉛筆硬度が７Ｈである比較例では皮膜損傷度は良好であるが、接着強度の平均値が１１４kg／cm² と低く、また、ばらつきも大きい。これらに対し、鉛筆硬度が４Ｈである実施例では接着強度の平均値が１７３kg／cm² と高く、またばらつきも小さく、また、皮膜損傷度も良好で優れている。
＜実施例２＞
板厚０．６ｍｍの電磁鋼板に、樹脂組成が、アクリル樹脂：エポキシ樹脂：フェノール樹脂＝１５：７０：１５（質量％）で固形分質量分率２０質量％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／ｍ² になるよう塗布した。これらを乾燥温度１００℃、１６０℃、１８０℃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／ｃｍ² 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３に示す。
【００２１】
【表３】

【００２２】
表３から、鉛筆硬度がＨＢである比較例では接着強度の平均値が１７３kg／cm²と高く、またばらつきも小さいが、皮膜損傷度が大きい。また、鉛筆硬度が６Ｈである比較例では皮膜損傷度は良好であるが、接着強度の平均値が１２２kg／cm²と低く、また、ばらつきも大きい。これらに対し、鉛筆硬度が５Ｈである実施例では接着強度の平均値が１７２kg／cm²と高く、またばらつきも小さく、また、皮膜損傷度も良好で優れている。
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic steel sheet for a laminated adhesive iron core that can produce an iron core by bonding steel sheets by pressurization and heating after punching or shearing.
[0002]
[Prior art]
When producing iron cores such as stators and rotors for electrical equipment from electromagnetic steel sheets, the steel sheets are punched or sheared into a predetermined shape, laminated, and the end surfaces are fixed by welding, caulking, or other methods. The method to do is common.
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 55-9815 or Japanese Patent Laid-Open No. 2-208034 proposes an iron core fixing method that does not depend on the welding method or the caulking method. In the technique disclosed in the above publication, an insulating film having adhesiveness is formed in advance on the surface of the steel sheet, and after forming a predetermined shape by punching or shearing, these are laminated and then pressed and heated. They are fixed together to form an iron core.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
At this time, if the bonded iron core has insufficient adhesion strength between steel plates, peeling may occur when the iron core is rotating. For this reason, the degree of adhesion between the steel sheets in the laminated bonded iron core electromagnetic steel sheet, so-called adhesive strength, is very important. This adhesive strength is influenced by the film material, the film amount, the drying temperature, the heating temperature and the applied pressure during the manufacture of the iron core. Therefore, industrially, it has been manufactured by a method of precisely adjusting them. However, there is a problem that even if the film is dried at the same coating amount and at the same drying temperature, the adhesive strength varies.
[0004]
The present invention proposes a technique for reducing such variations in adhesive strength.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an insulating film having an adhesive function on the surface of a steel sheet for forming a predetermined shape by punching or shearing and then laminating them and then pressing and heating to fix the steel sheets to form an iron core. A laminated magnetic steel sheet for laminated adhesive iron core, wherein the coating contains 20 to 75% by weight of epoxy resin and 10 to 60% of phenolic resin, and the hardness before bonding of the coating is 2H or more of pencil hardness of 5H An electromagnetic steel sheet for laminated adhesive iron cores having stable adhesive strength, characterized in that:
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of intensive studies in order to solve the above-mentioned problem that the adhesive strength varies, the present inventors have found that the hardness before bonding of the insulating film having the bonding effect may affect the bonding strength. I came to think. The following is the background that led to such an idea.
[0007]
The manufacturing method of an iron core using a laminated bonded iron core electromagnetic steel sheet is obtained by cutting out an iron core material having a predetermined shape and size by means such as shearing or punching, laminating, and heating in a pressurized state.
The inventors reexamined the factors affecting the adhesive strength of the laminated steel core magnetic steel sheet produced by such a method. As described above, the film material, the film thickness, the heating temperature and the applied pressure at the time of manufacturing the iron core, and the like can affect the adhesive strength. In addition to these, the inventors considered that the contact area of the interface may have a great influence.
[0008]
In general, the strength of the two-phase bonding interface depends on the area of the interface, and the larger the area, the higher the bonding strength. Therefore, when the surface unevenness before joining is severe, the contact area between the interfaces is small, so that sufficient joining strength cannot be obtained. Even in a bonded steel sheet, if the coatings can contact each other, a sufficient contact area can be secured, and an iron core having high adhesive strength can be manufactured. For this purpose, if the film can be deformed to some extent, that is, if it has a certain degree of softness, the film is deformed by pressure bonding to increase the contact area, resulting in a film having high adhesive strength.
[0009]
Based on the above-mentioned idea, the inventors have determined the film hardness before bonding that provides the most stable adhesion strength as a laminated bonded iron core electrical steel sheet. It was.
First, the electromagnetic steel sheet having a thickness of 0.5 mm, the resin composition, acrylic resin: epoxy resin: phenol resin = 20: 60: 20 solids in (mass%) Weight fraction 20 mass% of water emulsion type The coating solution was applied using a roll coater so that the coating amount was 8 g / m ² per side. Next, the drying temperature and drying time were adjusted so that various film hardnesses were obtained. The film hardness before bonding was determined by the so-called pencil hardness method, which is determined by whether or not the film is wrinkled with a pencil.
[0010]
A test piece was cut out from the sample thus prepared, heated to 200 ° C. in a state where ^two test pieces were stacked and pressurized at 10 kgf / cm ² , and held for 60 seconds to prepare a test piece for measuring adhesive strength.
The test piece was measured for tensile strength using a tensile tester. Further, the degree of damage received by the film was determined by visually observing the degree of damage received by the prepared sample by pressing it against a steel sheet support roll in a factory line and rubbing it. The results are shown in Table 1.
[0011]
[Table 1]

[0012]
The pencil hardness of the coating before the adhesive from Table 1 HB, H and lower case (Experiment No. (1) (2)) respectively mean adhesion strength ^{172kg / cm 2, 171kg / cm} 2, a high, and adhesion strength Although the variation of the film was small, the film was easily damaged. On the other hand, when the pencil hardness is as high as 6H and 7H (experiment number (7) (8) ), the film damage degree is good, but the average value of the adhesive strength is low as 126 kg / cm ² and 118 kg / cm ² The strength varied from 113 kg / cm ² to 145 kg / cm ² and 105 kg / cm ² to 139 kg / cm ² , respectively. On the other hand, when the pencil hardness is in the range of 2H to 5H (Experiment No. (3) (4) (5) (6) ), the average value of the adhesive strength is as high as 170 kg / cm ² or more, and the variation is stable and stable. It was. Also, the degree of film damage was good.
[0013]
From these results, it was found that the pencil hardness of the film before bonding should be 2H or more and 5H or less in order to obtain a stable bonding strength as a laminated bonded iron core electromagnetic steel sheet.
Next, the manufacturing method of the adhesive film of this invention is demonstrated.
The steel plate used in the present invention can be applied regardless of the type such as a unidirectional electrical steel plate and a non-oriented electrical steel plate as long as it is an electrical steel plate manufactured by ordinary rolling and annealing. In particular, when applied to a motor iron core using a non-oriented electrical steel sheet, the effect can be exhibited most.
[0014]
Further, the present invention can be applied to any insulating film as long as it is a coating liquid for forming an insulating film that exhibits an adhesive function. For example, when bonding steel plates by pressure and heating such as phenol resin and epoxy resin, it can be applied to thermosetting resins that cause a curing reaction, as well as heating such as acrylic resins and methacrylic resins. Also, it can be applied to a thermoplastic resin that does not cause a curing reaction. As an example, there is a water emulsion type coating liquid having a resin composition of acrylic resin: epoxy resin: phenol resin = 20: 20: 60 (wt%) and a solid content weight fraction of 20 wt%.
[0015]
Moreover, it is not specifically limited about the method of making a coating liquid adhere to a steel plate. For example, a forward rotating roll coater, a reverse rotating roll coater, or a bar coater may be used. The spray method may also be used.
The coating amount is desirably 1 g / m ² or more and 20 g / m ² or less per side. If the coating amount is less than 1 g / m ^2, it is difficult to sufficiently cover the entire surface of the steel sheet, so that sufficient adhesive strength cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 20 g / m ² , the resin oozes out from the end face when pressed and heated. The problem that it is easy to occur arises, and the space factor also decreases. Therefore, the coating amount is preferably 1 g / m ² or more and 20 g / m ² or less.
[0016]
The drying temperature and time are important steps for adjusting the hardness before bonding of the insulating film. Optimum conditions vary depending on the organic resin and solvent used, but generally the steel strip is heated to 80 to 300 ° C. for 10 to 30 seconds.
The film hardness before bonding is adjusted so that the pencil hardness is 2H to 5H mainly by adjusting the drying temperature. When the hardness before bonding is higher than 5H, the bonding strength when bonded is lowered. On the contrary, when the hardness before bonding is lower than 2H, although the bonding strength is high, there are cases where wrinkles occur during the manufacture of the steel sheet and the subsequent handling, and there are cases where it is fused without heating by pressure bonding. It is not preferable.
[0017]
The cooling after drying may be an air cooling method, a water cooling method or an air-water cooling method.
[0018]
【Example】
<Example 1>
The electromagnetic steel sheet having a thickness of 0.35 mm, the resin composition, acrylic resin: epoxy resin: phenol resin = 15: 75: 10 (mass%) in the solids mass fraction 20 mass% of water emulsion type coating The liquid was applied using a roll coater so that the coating amount was 6 g / m ² per side. These were dried at a drying temperature of 110 ° C., 150 ° C., and 190 ° C. and cooled. A test piece was cut out from the sample thus prepared. Next, two test pieces were stacked and heated to 200 ° C. in a state of being pressurized at 10 kgf / cm ² and held for 60 seconds to prepare a test piece for measuring adhesive strength. The test piece was measured for tensile strength using a tensile tester. The results are shown in Table 2.
[0019]
[Table 2]

[0020]
From Table 2, in the comparative example where the pencil hardness is H, the average value of the adhesive strength is as high as 173 kg / cm ² and the variation is small, but the degree of film damage is large. Further, in the comparative example in which the pencil hardness is 7H, the film damage degree is good, but the average value of the adhesive strength is as low as 114 kg / cm ² and the variation is large. On the other hand, in the example where the pencil hardness is 4H, the average value of the adhesive strength is as high as 173 kg / cm ² , the variation is small, and the degree of film damage is good and excellent.
<Example 2>
The electromagnetic steel sheet having a thickness of 0.6 mm, the resin composition, acrylic resin: epoxy resin: phenol resin = 15: 70: 15 rolls (mass%) in the solids mass fraction 20 mass% of the coating liquid coater Was applied so that the coating amount was 9 g / m ² per side. These were dried at a drying temperature of 100 ° C., 160 ° C., and 180 ° C. and cooled. A test piece was cut out from the sample thus prepared. Next, two test pieces were stacked and heated to 200 ° C. in a state of being pressurized at 10 kgf / cm ² and held for 60 seconds to prepare a test piece for measuring adhesive strength. The test piece was measured for tensile strength using a tensile tester. The results are shown in Table 3.
[0021]
[Table 3]

[0022]
From Table 3, in the comparative example where the pencil hardness is HB, the average value of the adhesive strength is as high as 173 kg / cm ² and the variation is small, but the degree of film damage is large. Further, in the comparative example having a pencil hardness of 6H, the film damage degree is good, but the average value of the adhesive strength is as low as 122 kg / cm ² and the variation is large. On the other hand, in the example where the pencil hardness is 5H, the average value of the adhesive strength is as high as 172 kg / cm ² , the variation is small, and the degree of film damage is good and excellent.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an electromagnetic steel sheet for a laminated adhesive iron core having stable adhesive strength.

Claims

Laminate bonding in which an insulating film having an adhesive function is formed on the surface of a steel sheet to form a predetermined core by punching or shearing, and then laminating them and then pressing and heating to fix the steel sheets together to form an iron core An electrical steel sheet for iron core, wherein the coating contains 20 to 75% by mass of epoxy resin and 10 to 60% of phenolic resin, and the hardness before adhesion of the coating is 2H or more and 5H or less of pencil hardness. An electrical steel sheet for laminated bonded iron cores with stable adhesive strength.