JP3898878B2 - 小型精密モータ用無方向性電磁鋼板 - Google Patents

小型精密モータ用無方向性電磁鋼板 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型精密モータ用無方向性電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無方向性電磁鋼板は、モータなどの電気機器の鉄芯に使用される。モータの製造は、無方向性電磁鋼板が所定の形状に打ち抜かれ、積層してクランプされ、その後鉄芯のティース部に銅線を巻線されてモータとなる。この巻線工程では、通常銅線を巻く部分に絶縁紙やプラスティック部品などにより電磁鋼板と銅線の絶縁を行う。
最近、携帯電話の振動部、ゲーム機コントローラの振動部などにモータが使われ、直径が１０mm以下の超小型のモータも大量に使われはじめている。このような超小型モータでは、ティース部の絶縁紙やプラスティック部品での絶縁を省略し、銅線の被覆のみで絶縁を行う場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅線の被覆にもピンホールがあり、被覆がなく銅がむき出しになっている箇所は皆無ではなく、電磁鋼板と銅線が短絡してしまう場合がある。本発明の目的は、電磁鋼板と銅線の短絡不良発生率を低く抑えることができる無方向性電磁鋼板を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。すなわち、
質量％で、
Ｃ ：０．００５％以下、 Ｓｉ：０．０５〜４．０％、
Ｍｎ：０．１〜１．５％、 Ｐ ：０．１５％以下、
Ｓ ：０．００８〜０．０１４％、 Ｓｏｌ．Ａｌ：０．１５〜０．３％、
Ｎ ：０．０１％以下、 Ｔ．Ｏ：０．０２％以下、
Ｓｎ：０．０１〜０．３％、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成からなる鋼板の表面に、リン酸系、クロム酸系の１種または２種の無機成分と有機樹脂からなる有機無機混合皮膜を１．２〜３．０ g/m2 有することを特徴とする、小型精密モータ用無方向性電磁鋼板である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について説明する。
本発明者らは、電磁鋼板と銅線の短絡不良発生率の少ない無方向性電磁鋼板を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、鋼成分と鋼板表面の絶縁皮膜を高度に制御することが非常に有効であることを見出した。
【０００６】
ここで本発明における「短絡不良発生率」とは、千個〜万個オーダーのある一定個数の小型精密モータ鉄芯に対し、鉄芯を作った後直ちに銅線を巻線し、電磁鋼板と銅線間に数百Ｖの電圧を印可し、電磁鋼板と銅線間で短絡の発生したモータ鉄芯の個数の比率のことを言う。
【０００７】
図１に鋼板の打ち抜き断面を示す。打ち抜き断面は、だれ、剪断面、破断面、かえりから成ることが知られている。電磁鋼板と銅線の短絡がどの部分で発生しているか調査したところ、短絡は銅線と剪断面との間で発生していることが分かった。
【０００８】
そこで、本発明者らは以下に示す実験を行った。
Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：０．１８％、Ｐ：０．０７％、Ｓ：０．００２％、Ａｌ：０．３％、Ｔ．Ｎ：０．００３１％、Ｓｎ：０．００１％を含み、クロム酸と有機樹脂からなる無機有機混合皮膜を表面に１ g/m2 有する無方向性電磁鋼板を供試材とした。打ち抜き金型のクリアランスを種々変更し、剪断面比率を変え、モータの鉄芯を作り、その後直ちに銅線を巻線し、電磁鋼板と銅線の短絡不良発生率を調査した。
【０００９】
図２に剪断面比率と短絡不良発生率の関係を示す。図２から、剪断面比率の少ない方が短絡不良発生率が少ないことが分かる。金型の調整で短絡不良は減らせることは分かったが、一方、クリアランスを過度に大きくすると、かえり、だれが大きくなるという問題も生じてしまう。更に、金型の調整は煩雑であり、また金型の摩耗の程度によっても剪断面比率は変化するため、剪断面比率を低位安定、継続維持することができなかった。つまり、実験に用いた上記無方向性電磁鋼板では、最初に金型クリアランスを調整し剪断面比率を３５％にしても、短絡不良発生率０．８％を継続維持することは困難であった。
【００１０】
そこで、剪断面比率が低位安定する鋼板の開発に取り組んだ。鋼成分の影響について研究した結果、ＳとＳｎを狭い範囲に制御することが非常に有効であることが判明した。
具体的には、Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：０．１８％、Ｐ：０．０７％、Ｓ：０．００２〜０．０３％、Ａｌ：０．３％、Ｔ．Ｎ：０．００３１％、Ｓｎ：０．００１〜０．１％を含む熱延板を冷間圧延し、８５０℃で連続焼鈍し、クロム酸と有機樹脂からなる無機有機混合皮膜を表面に１．０ g/m2 塗布し、製品とした。
【００１１】
この鋼板を供試材とし、打ち抜き金型のクリアランスは５％とし、各々１０００個のモータの鉄芯を作り、その後直ちに銅線を巻線し、電磁鋼板と銅線の短絡不良発生率を調査した。
図３に、Ｓ，Ｓｎの含有量と各々１０００個のモータの鉄芯を作った後の剪断面比率の関係、図４に、Ｓ，Ｓｎの含有量と短絡不良発生率の関係を示す。Ｓの含有量の増加と共に剪断面比率は低下するが、Ｓｎを複合添加すると、少ないＳ量で剪断面比率が少なくなることが分かる。そして、剪断面比率の低下と共に短絡不良発生率も低減する。
【００１２】
図５、にＳ，Ｓｎの含有量と鉄損の関係を示す。Ｓの含有量が多くなると共に鉄損は劣化するが、Ｓｎを０．０１％以上含有すると鉄損の劣化を抑えられることがわかる。Ｓｎが０．０１％以上でＳが０．００８〜０．０１４％の領域では、Ｓが０．００２％，Ｓｎが０．００１％含有の試料とほぼ同等の鉄損であることが分かる。
【００１３】
次に、鋼板表面の絶縁皮膜の影響について検討した。
Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：０．１８％、Ｐ：０．０７％、Ｓ：０．０１１％、Ａｌ：０．３％、Ｔ．Ｎ：０．００３１％、Ｓｎ：０．０２０％を含む熱延板を冷間圧延し、８５０℃で連続焼鈍し、クロム酸と有機樹脂からなる無機有機混合皮膜を表面に０〜３ g/m2 塗布し、製品とした。この鋼板を供試材とし、打ち抜き金型のクリアランスは５％とし、各々１０００個のモータの鉄芯を作り、その後直ちに銅線を巻線し、電磁鋼板と銅線の短絡不良発生率を調査した。
【００１４】
図６に、絶縁皮膜塗布量と短絡不良発生率の関係を示す。図６から、絶縁皮膜塗布量が１．２ g/m2 以上であれば、短絡不良発生率が著しく少なくなることが分かる。絶縁皮膜塗布量が１．２ g/m2 以上であれば、剪断面に絶縁皮膜がだれ込み絶縁層の役目を果たし、短絡不良発生率が著しく低減するものと考えられる。
【００１５】
本発明の小型精密モータ用無方向性電磁鋼板の限定理由を説明する。
以下の成分は、鋼中に含まれる量（質量％）である。
Ｃは、０．００５％を超えると磁気時効により製品の磁気特性を劣化させるので、０．００５％以下とした。
【００１６】
Ｓｉは、下限０．０５％未満では渦電流損が増大し良好な鉄損が得られず、４．０％を超えると加工性が著しく劣化する。
【００１７】
Ｍｎは、鋼板の硬度を増加させ、打ち抜き性を改善するために０．１％以上添加する。上限の１．５％は経済的理由によるものである。
【００１８】
Ｐは、鋼板の硬度を増加させ、打ち抜き性を改善するために添加する。上限の０．１５％を超えると脆化が著しい。
【００１９】
Ｓは、短絡不良発生率を抑え、かつ優れた鉄損を得るために０．００８〜０．０１４％とする（図３〜５参照）。
【００２０】
Ｓｏｌ．Ａｌは、磁気特性の改善と、酸化物系介在物を低減するために０．１５％以上添加する。上限は０．３％とする。
【００２１】
Ｎは、ＡｌＮなどの窒化物となり、鉄損を悪化させるので、０．０１％以下とする。
【００２２】
Ｔ．Ｏは、酸化物となり鉄損を悪化させるので、０．０２％以下とする。
【００２３】
Ｓｎは、短絡不良発生率を抑え、かつ優れた鉄損を得るために０．０１％以上とする（図３〜５参照）。上限の０．３％は経済的理由によるものである。
【００２４】
Ｓｂ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｇｅ，Ｂ，Ｔｅ，Ａｓ，ＣｒおよびＢｉは、磁気特性を改善するので、必要に応じて各々０．００３％以上の範囲で添加しても良い。上限は経済的理由により０．３％である。添加する元素は１種でもよいし、２種以上添加しても良い。
【００２５】
絶縁皮膜は、リン酸系、クロム酸系の１種または２種と有機樹脂の混合皮膜とする。リン酸系、クロム酸系の１種または２種を含ませるのは、表面張力が小さく、ぬれ性、付着性、絶縁性が良くなり、有機樹脂を含ませるのは打ち抜き性を改善するためである。
【００２６】
ここでリン酸系としては、例えばカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛のリン酸塩またはリン酸にカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛などの２価または３価の酸化物、水酸化物、炭酸塩を溶解したもの１種または２種以上の混合物、もしくはそれらに更に酸化チタン、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、ほう酸などを１種または２種以上添加したものである。
【００２７】
次にクロム酸系としては、例えばカルシウム、マグネシウム、亜鉛の重クロム酸塩または無水クロム酸にカルシウム、マグネシウム、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１種または２種以上の混合物、もしくはそれらに更に酸化チタン、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、ほう酸、有機還元剤などを１種または２種以上添加したものである。
絶縁皮膜の塗布量は、短絡不良発生率を抑えるため、１．２〜３．０ g/m2 とする（図６参照）。
【００２８】
以上のように本発明は、Ｓを０．００８〜０．０１４％とＳｎを０．０１〜０．３％複合添加することにより、鋼板の剪断面比率の低位安定と良好な鉄損を同時に達成し、更に鋼板の絶縁皮膜塗布量を１．２〜３．０ g/m2 とすることにより、短絡不良発生率を低く抑えたものである。
【００２９】
本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は以下の通りである。
溶鋼は、スラブ、または直接鋼帯に鋳造される。スラブに鋳造した場合は、通常の熱延方法でコイルに仕上げられる。次いで鋼帯または熱延コイルは、冷間圧延または熱延板焼鈍し冷間圧延され最終板厚とし、連続焼鈍そして最終コ−ティングを施し製品となる。
【００３０】
【実施例】
Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：０．５％、Ｍｎ：０．１９％、Ｐ：０．０７％、Ｓ：０．００２０〜０．０２２３％、Ａｌ：０．３％、Ｔ．Ｎ：０．００２９％、Ｓｎ：０．００１〜０．０２０％を含む熱延板を冷間圧延し、連続焼鈍し、クロム酸と有機樹脂からなる無機有機混合皮膜を表面に０〜３ g/m2 塗布し、製品とした。
この鋼板を供試材とし、打ち抜き金型のクリアランスは５％とし、各々１万個のモータの鉄芯を作り、その後直ちに銅線を巻線し、電磁鋼板と銅線の短絡不良発生率を調査した。表１に、Ｓ，Ｓｎ含有量、絶縁皮膜塗布量と短絡不良発生率の関係を示す。表１から、本発明範囲では短絡不良発生率が著しく少なくなることが分かる。
【００３１】
【表１】
Figure 0003898878
【００３２】
【発明の効果】
以上の如く本発明の無方向性電磁鋼板は、短絡不良発生率が少なく、優れた磁気特性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板の打ち抜き断面を示す図である。
【図２】剪断面比率と短絡不良発生率の関係図である。
【図３】Ｓ，Ｓｎの含有量と剪断面比率の関係図である。
【図４】Ｓ，Ｓｎの含有量と短絡不良発生率の関係図である。
【図５】Ｓ，Ｓｎの含有量と鋼板の鉄損Ｗ15/50 の関係図である。
【図６】絶縁皮膜塗布量と短絡不良発生率の関係図である。

Claims (1)

  1. 質量％で、
    Ｃ ：０．００５％以下、
    Ｓｉ：０．０５〜４．０％、
    Ｍｎ：０．１〜１．５％、
    Ｐ ：０．１５％以下、
    Ｓ ：０．００８〜０．０１４％、
    Ｓｏｌ．Ａｌ：０．１５〜０．３％、
    Ｎ ：０．０１％以下、
    Ｔ．Ｏ：０．０２％以下、
    Ｓｎ：０．０１〜０．３％、
    残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成からなる鋼板の表面に、リン酸系、クロム酸系の１種または２種の無機成分と有機樹脂からなる有機無機混合皮膜を１．２〜３．０ g/m2 有することを特徴とする、小型精密モータ用無方向性電磁鋼板。
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