JP4568029B2 - 優れた端面絶縁性を有する鉄心と鉄心端面の絶縁被膜処理方法 - Google Patents

Description

本発明は電磁鋼板を用いた鉄心加工工程において、鉄心の切断、打ち抜き等によって生じた端面を絶縁性、密着性、耐蝕性等に極めて優れる絶縁被膜によって被覆処理した鉄心、および、その絶縁処理方法に関する。

無方向性電磁鋼板をモータ鉄心に使用する場合、電磁鋼板コイルをスリットし、所定の形状に打ち抜き加工し、所定枚数積層し、溶接、かしめ、ボルト締め、バンドクランプ、金型或いは接着等によりクランプされることにより、鉄心とされる。この際、大型モータの場合には、必要に応じて歪取り焼鈍やワニス処理等が施される。小型モータの場合には焼鈍、ブルーイング、アルミダイキャスト等の工程を経て組み立てられる。

電磁鋼板表面には通常、絶縁被膜処理が施されているが、ワニス処理やブルーイング焼鈍は表面や鉄心端面（打ち抜き、剪断等による加工面）の耐蝕性や絶縁性を向上する目的で行われるものである。このようにして用いられる電磁鋼板の表面絶縁被膜は、耐蝕性、打ち抜き性、溶接性、絶縁性に影響する。特に、絶縁性向上については、渦電流損失による鉄損増加を抑えるために積層時の鋼板板間の絶縁性向上という観点で数々の研究がなされてきた。

従来、鋼板表面の絶縁被膜剤としては、無機系、有機系、無機−有機複合系の被膜剤が使用用途や目的に応じて適用されてきた。一般に無機系被膜は耐熱性や溶接性に優れるが打ち抜き性が劣る。一方、有機被膜の場合には打ち抜き性、密着性が優れるが耐熱性と溶接性が劣る欠点がある。近年では、このような両者の欠点を解決すべく、中間的な性能を発揮できる無機−有機系被膜が一般的に用いられるようになった。

しかしながら、鋼板製造時に形成する絶縁被膜のみでは絶縁性が十分でなかったり、焼鈍工程を含む場合、絶縁性が極めて低下することから、ワニス処理等の絶縁が必要となっている。

特に近年では、打ち抜きや切断加工で生じた鉄心端面の絶縁が、鉄心効率に大きい影響を及ぼすことが見出され、工業的に優れた鉄心端面処理技術の開発の要望が高まってきた。しかしながら、従来、一般的に行われて来た鉄心端面の絶縁処理方法では、耐蝕性や絶縁性向上にそれなりに有効ではあるものの、密着性や膜強度、絶縁性が不十分である。

例えば、ブルーイング処理の場合、絶縁性、耐蝕性に乏しいばかりでなく、安定性に劣り、熱処理工程に多大なコストアップをもたらす。

さらに、有機化合物や有機化合物を主体とするワニス処理の場合、耐蝕性や絶縁性についてはそれなりに有効であるものの、密着性、膜強度、絶縁性、耐熱性等が不十分である。特に、塗れ性不良の問題は前処理として洗浄や焼鈍を必要とする。更に、耐熱性についても、鉄心加工工程にＡｌダイキャスト等の熱処理工程を含む場合には不向きである。

また、リン酸塩等の無機系の絶縁被膜処理の場合、有機系、半有機系被膜処理時と同様に前処理が必要で、高温度の乾燥が必要である。被膜性能上も厚塗りが困難、密着性不良、焼鈍による絶縁被膜が脱落する等の問題がある。これら従来技術については、作業環境や効率の面から問題が多く、更なる改善が望まれている。

本発明は、従来の鉄心端面の耐蝕性、絶縁性を向上するためのブルーイング焼鈍やワニス処理を中心とする絶縁被膜処理では、焼付け後の絶縁被膜の密着性、絶縁性、耐蝕性、耐熱性、作業性或いは磁気特性において、多くの問題があることから、これらの解決策として極めて迅速で容易な端面被覆被膜を提供する。

本発明は、従来のワニス処理、ブルーイング等の熱処理に変わる新しい鉄心端面の絶縁被覆処理技術として、以下の構成を要旨とする。

（１）無方向性電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き或いは剪断後、積層して作られた鉄心の、電気機器の鉄心の加工端部の絶縁被膜が施されていない部位に、平均膜厚２〜２０μｍの、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される物質であって、Ｒ ₁ およびＲ ₂ のアルキル基の炭素数が４以下であるテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリイソプロポキシラン、モノメチルトリブトキシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリイソプロポキシシラン、モノエチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどの中から選ばれる１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物である純シリコンポリマー、（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物である変性シリコンポリマー、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される化合物の１種または２種以上と（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物であることを特徴とする混合シリコンポリマー、の１種または２種以上からなる乾燥膜であるシリコン化合物をＳｉＯ₂換算で３０質量部以上からなる絶縁被膜が処理され、
（ｉ）前記絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）以外の金属元素または半金属元素Ｍがシリコン（Ｓｉ）であり、該ＳｉはＳｉ−Ｏの結合を有する形で存在し、Ｓｉ以外の該Ｍが、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉから選ばれる１種または２種以上であり、
（ii）前記絶縁被膜の耐電圧が３０Ｖ以上であり、かつ、前記絶縁被膜が空気中において４００℃×１時間以上の耐熱性を有する
ことを特徴とする優れた端面絶縁性を有する鉄心。

（２）前記絶縁被膜部位が電気機器の他の部材と接触する部位であることを特徴とする前記（１）に記載の優れた端面絶縁性を有する鉄心。

（３）前記変性シリコンポリマーが、アクリル変性シリコンポリマー、アルキド変性シリコンポリマー、ポリエステルアクリル変性シリコンポリマー、エポキシ変性シリコンポリマー、アミノ変性シリコンポリマー、ビニル変性シリコンポリマー、フッ素変性シリコンポリマーの１種または２種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の優れた端面絶縁性を有する鉄心。

（４）前記絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）以外の元素の総質量に対し、前記絶縁被膜中のＳｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉの総質量割合が９０質量部以上であり、前記絶縁被膜中のＯ，Ｃ，Ｈ，Ｎ，Ｓ以外の元素の総質量に対してＳｉの質量割合が５０質量部以上であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の優れた端面絶縁性を有する鉄心。

（５）鉄心を製造するに際し、無方向性電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き或いは剪断後、積層し、クランプし、焼鈍しもしくは焼鈍を省略し、鉄心端面に絶縁被膜処理をし、乾燥および／または焼付け処理をすることからなる鉄心を加工し、その端面を絶縁被膜処理する方法において、絶縁被膜処理剤として、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される物質であって、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリイソプロポキシラン、モノメチルトリブトキシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリイソプロポキシシラン、モノエチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどの中から選ばれる１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を含む溶液である純シリコンポリマーゾル、（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を含む溶液である変性シリコンポリマーゾル、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される化合物の１種または２種以上と（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を含む溶液である混合シリコンポリマーゾルの中から選ばれるシリコン化合物の１種または２種以上を用いて浸漬処理および／またはスプレー処理し、乾燥および／または焼き付け後の平均膜厚で２〜２０μｍとし、絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）以外の金属元素または半金属元素Ｍがシリコン（Ｓｉ）であり、該ＳｉはＳｉ−Ｏの結合を有する形で存在し、シリコン以外の該Ｍが、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

（６）前記変性シリコンポリマーゾルが、アクリル変性シリコンポリマー、アルキド変性シリコンポリマー、ポリエステルアクリル変性シリコンポリマー、エポキシ変性シリコンポリマー、アミノ変性ポリマー、ビニル変性ポリマー、フッ素変性ポリマーを１種または２種以上含む溶液であることを特徴とする前記（５）に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

（７）前記絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）以外の元素の総質量に対し、前記絶縁被膜中のＳｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉの総質量割合が９０％以上であり、前記絶縁被膜中の酸素、炭素、水素、窒素以外の元素の総質量に対してＳｉの質量割合が５０質量％であることを特徴とする前記（５）または（６）に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

（９）前記絶縁被膜処理剤に、さらに、充填剤として、純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、および／または、混合シリコンポリマーゾルのＳｉＯ₂分１００質量部当り、無機酸化物粉体粒子、無機酸化物コロイド状物質、有機樹脂紛体粒子、有機樹脂エマルジョン溶液の１種または２種以上を固形分として０．１〜５０質量部添加することを特徴とする前記（５）〜（７）のいずれかに記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

（９）前記無機粉体粒子或いはコロイド状物質として、一次粒子径７〜５０００ｎｍのＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および／または、これらの複合物質の中から選ばれる１種または２種以上を用いることを特徴とする前記（８）に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

（１０）前記有機樹脂粉体粒子またはそのエマルジョン溶液物質として、粒子径５０〜１００００ｎｍのアクリル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、メラミン、フェノール、エポキシ樹脂、および／または、これらの共重合体の中から選ばれる１種または２種以上を用いることを特徴とする前記（８）に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

（１１）前記鉄心端面の処理に際し、常温〜３００℃で３０秒以上の乾燥を挟む２回以上の重ね塗り処理することを特徴とする前記（５）〜（１０）のいずれかに記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

（１２）前記重ね塗り処理に際し、少なくとも１回の塗布処理において、前記（８）または（９）に記載の充填剤を添加配合した絶縁被膜剤を塗布して、前記充填剤を含む層が乾燥後の厚みで０．２〜１０μｍとなるように処理し、かつ、少なくとも最後の塗布処理に前記充填剤を添加配合しない絶縁被膜剤を塗布して、全絶縁被膜剤平均厚みを２〜２０μｍとすることを特徴とする前記（５）〜（１１）のいずれかに記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

モータなどのエネルギー変換機器に使用される鉄心において、鉄心の端部、表面で、二次導体、ケース、ボルトなどと短絡すると、機器の損失が増加し、トルク、推力や出力は低下し、さらには、これらの性能がばらつく原因ともなるので、鉄心の端部、表面の絶縁処理は機器性能の向上、安定化に非常に重要であり、この絶縁処理が短時間で容易にできることは工業的に価値がある。

本発明によれば、絶縁性、耐蝕性、密着性、耐熱性、磁気特性改善効果等に極めて優れる鉄心の端面の絶縁処理を、脱脂洗浄や焼鈍等の前処理なしに、低温且つ短時間で行うことができる。

このため、機器性能の向上と安定化に効果的な方法であり、工程が簡単であるため、低コスト化できるので、非常に工業的な価値が高い技術である。機器の高効率化/低損失化はエネルギー・環境問題において重要であり、この発明を活用することは社会的にも価値がある。家電機器、ＦＡ機器、ＯＡ機器をはじめ、自動車、電車など幅広い活用が考えられる。

本発明における鉄心は、モータ、アクチュエータ、発電機、トランス、リアクトル等のエネルギー変換機器の鉄心で、電磁鋼板（磁性材料として用いられるステンレス鋼板、鉄板も含む）の積層鉄心（線状、棒状、塊状等の鉄心、粉末成型鉄心なども含む）である。

鉄心の加工端部、表面に絶縁被膜が施されていないか、殆どない部分があり、鉄心の端面や表面で絶縁性がないか或いは乏しい鉄心では、鉄心と接触する部材、例えば、誘導機の二次導体、モータ発電機等における鉄心を固定するケース、ボルト、その他固定部材、巻線、磁石などが鉄心に短絡し、短絡電流による損失の発生増加、トルクや推力或いは出力の低減を引き起こす場合がある。

また、鉄心の端面や表面で耐食性が低い場合には、端面や表面に錆が発生し易く、この錆は記録装置のメディア、エンコーダなどの精密センサに損傷を与えたり、機械的な諸問題を引き起こすので耐食性の向上は重要である。

従来、電磁鋼板を用いる鉄心加工工程における鉄心端面と表面の絶縁や耐蝕性向上策としては、フープ材を鉄心に打ち抜いた後、ワニス、塗料処理或いはブルーイング等の熱処理が採用されている。

しかしながら、従来技術では、ワニス処理を行うに際し、前処理として、打ち抜き時に付着した打ち抜きオイルを除去のための洗浄、焼鈍等を行う必要があり、設備、時間、コスト面で問題があった。さらに、形成したワニスの密着力や絶縁性、耐蝕性が不安定であったり、十分な効果が得られにくいことから、ワニス処理の場合には必要以上の厚塗りをせざるを得ない問題があった。

また、ブルーイング処理においても、焼鈍のための時間やコストの問題の他、酸化膜の安定性や耐蝕性、絶縁性効果においても問題であった。

本発明者等は、このような問題を解決すべく、液組成、塗布条件および乾燥或いは、焼付け条件に付いて絶縁被膜の改善に取り組んだ。その結果、シリコン化合物を主成分とする溶液を端面処理剤として用いることにより、極めて優れた絶縁性を有する鉄心が得られることを見出した。

ＳｉＯ₂換算で３０質量部以上からなる被膜は絶縁性に優れ、とりわけ、有機珪素化合物を主成分とするゾルを、浸漬或いはスプレー塗布することにより形成される純シリコンポリマー、変性シリコンポリマー、および／または、混合シリコンポリマーからなる絶縁皮膜により、前処理や高温乾燥等を必要とせず、短時間で外観、密着性、耐熱性、耐蝕性、耐磨耗性、高絶縁性の優れる鉄心端面被膜および被膜処理方法の開発に成功した。

ここで、ＳｉＯ₂換算とはシリコン化合物中にシロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合の形で存在するＳｉを全てＳｉＯ₂の形にした場合のことを指す。

また、純シリコンポリマーとは、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を意味し、変性シリコンポリマーは、（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を意味し、混合シリコンポリマーは、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される化合物の１種または２種以上と（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を意味する。

また、これらのシリコンポリマーの溶液状態をそれぞれ純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、混合シリコンポリマーゾルとする。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明においては、鉄心端面への絶縁被膜の処理方法に特徴がある。液組成としては、シリコン化合物の成分として、シリコン樹脂、アルキルシリケート、アルカリシリケート、コロイダルシリカ、低融点ガラスフリット、純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、混合シリコンポリマーゾルの１種または２種以上を用いることを特徴とする。これらの溶液に鉄心材料を浸漬するか、スプレーで被覆処理することにより、打ち抜き時形成された鉄の露出面である鉄心端面やスロット部に均一で緻密な塗膜を形成できる。

特に、シリコン化合物が純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、混合シリコンポリマーゾルの１種または２種以上を適用した場合には、乾燥が低温、短時間で終了し鉄心端面に緻密で密着性、絶縁性の良い塗膜を形成する。

これらのゾルから形成されたシリコンポリマーの中でも純シリコンポリマーの被膜には、より優れた耐熱性が得られ、焼鈍工程を有する鉄心製造に最適であることが判明した。

また、より低温かつ短時間で被膜を形成する方法として架橋点作用のあるＳｉ以外の金属あるいは半金属であるＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉを溶媒に溶解するアルコキシドや塩化物の形で導入し、シリコン化合物とともに脱水縮合反応を起こすことも、シロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合ネットワークの形成を加速させることになり有効である。

高い絶縁抵抗や耐電圧、耐蝕性、耐熱性を得ようとする場合には、前記シリコン化合物の中でも、特に、シリコンポリマーに充填剤として、全シリコンポリマーのＳｉＯ₂分１００質量部当り、無機酸化物粉体粒子、無機酸化物コロイド状物質、有機樹脂粉体粒子、有機樹脂エマルジョン溶液の１種または２種以上を、固形分として０．１〜５０質量部添加することにより、極めて顕著な絶縁性と耐電圧の向上効果が得られ、さらに、複合効果として鉄心端面や鋼板表面への付着力を改善することができる。

このような被膜剤の処理にあたっては、従来の有機系ワニスや無機系絶縁剤を使用する場合のように、洗浄、焼鈍のような前処理は必ずしも必要とせず、打ち抜きした鉄心材料をクランプした後、直接絶縁被膜処理できる利点がある。

絶縁剤溶液を塗布する場合は、溶剤の種類、溶剤の割合、濃度、粘性を制御することにより、鉄心端面への溶液付着性を制御する。浸漬法においては引き抜き速度を、またスプレー法の場合にはノズル形状、噴射速度等を前記溶液条件と組み合わせて制御することにより、所定の膜厚みに塗布する。この際、１回の処理で所望の膜厚みが得られない場合には、一度塗膜処理後、低温で乾燥し、再度浸漬やスプレー処理を行うことにより、厚膜が得られる。

乾燥条件は、本発明のシリコン化合物の場合、３００℃未満のような低温度、短時間での乾燥・焼付け処理が容易に行える。

特に、シランを原料として得られる純シリコンポリマー、変性シリコンポリマー、混合シリコンポリマーを用いる場合、常温〜１２０℃程度の乾燥で十分であり、特に、変性シリコンポリマーや混合シリコンポリマーは変性官能基の作用により低温、短時間の乾燥が可能である。短時間乾燥を必要とする場合は、他のシリコン化合物を用いる場合と同様に３００℃程度までの乾燥を行うことにより、極めて迅速な鉄心端面処理が可能となる。

次に、本発明の限定理由について述べる。

先ず、高絶縁性を有する鉄心材料の限定理由について述べる。

本発明における鉄心の特徴は、平均膜厚が２μｍ以上で、被膜中のＳｉ化合物がＳｉＯ₂換算で３０質量部以上含有することである。

鉄心端面の平均膜厚を２μｍ以上としたのは、絶縁性と耐食性の向上効果を得るのに必要なためである。平均膜厚２μｍ未満では局所的に被膜の薄い部分が生じた場合に十分な絶縁性や耐食性が得られない。

また、被膜中のＳｉ化合物がＳｉＯ₂として３０質量部以上含有することが必要な理由は、被膜の緻密性、絶縁性、耐熱性のために重要で、特に、絶縁性、耐熱性の向上のためには、５０質量部以上さらには７５質量部以上あることが望ましい。

もう一つの特徴はシリコン化合物として、純シリコンポリマー、変性シリコンポリマー、混合シリコンポリマーの１種または２種以上からなることである。

これらのシリコン化合物で処理し、乾燥を行った場合、絶縁被膜は緻密で、且つ、均一な被膜が形成される。

これらシリコン化合物の中でも、特に、純シリコンポリマー、変性シリコンポリマー、混合シリコンポリマーと呼ばれる有機珪素化合物被膜を有する鉄心においては、緻密で均一性に富み、耐蝕性、絶縁性において優れた性能が得られる。とりわけ、純シリコンポリマー被膜を有する鉄心の場合には、より高温での耐熱性に優れる利点がある。

最も好ましい絶縁被膜条件としては、前記シリコン化合物の中で、純シリコンポリマー、変性シリコンポリマーおよび／または混合シリコンポリマーの乾燥膜からなり、平均厚みで２．０μｍ以上、好ましくは２．５〜２０μｍの絶縁被膜を鉄心端面に有し、その耐電圧が３０Ｖ以上である。

これは、鉄心材料は、剪断や打ち抜き加工において条件によってはその端面の形状、粗度が変化する。２．０μｍ以上であれば、これらのばらつきを吸収して安定した絶縁性が得られる。また、膜厚が厚すぎる場合には、コストの問題や絶縁被膜の密着性を低下させる問題が生じることによる。

次に、本発明の鉄心のもうひとつの特徴は、耐熱性が４００℃以上である。本発明で言う耐熱性とは、その温度で焼鈍した場合に、密着性や絶縁性性を損なわないことを意味する。本発明に使用する処理剤のうち、とりわけ、純シリコンポリマーゾルを使用した場合に耐熱性が優れ、鉄心をＡｌダイキャストしたり、Ｃｕダイキャストする場合に適している。

さらに、このシリコンポリマーゾルにおいては、熱硬化型のシリコンポリマーゾルがより好ましい処理剤である。これは熱硬化型の場合には、ディップ処理等の塗布工程で鋼板間にしみ込んだ溶液が加熱乾燥時に短時間で乾燥できる利点があるためである。

本発明者等はモータ鉄心の絶縁性と鉄心の効率について調査したところ、コア端面の絶縁性を向上することにより、鉄心と接触する部材との電気絶縁性の改善効果が得られ、損失増加と出力低下を引き起こす板間の短絡電流が抑制され、モータのトルク（推力）や出力が増加することを見出した。

例えば、高速回転の誘導モータ（１８万ｒｐｍ、二極）では、回転し鉄心における二次導体間隔２ｃｍ、鉄心高さ（電磁鋼板積層高さ）５０ｃｍ、鉄心励磁磁束密度１Ｔにおいて、少なくとも３４Ｖの耐電圧〔参考：１８０，０００ｒｐｍ／６０ｓ＝３ｋＨｚ、√２π×３，０００×０．０２ｍ×０．５ｍ／２×１Ｔ×端面２個＝３３．３Ｖ〕が必要であり、従って、実用的には５０Ｖ以上が必要である。

本発明の純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル及び混合シリコンポリマーゾルで得られる塗膜は溶液中に含まれるアルコール類等の溶剤分の脱溶剤過程において、層状や三次元的な硬化によるＳｉＯ₂主体の緻密で密着性の優れた絶縁被膜を低温、短時間乾燥で形成する。

こうして形成された絶縁被膜により、乾燥後膜厚で２μｍ以上とすると３０Ｖ以上の高耐電圧が得られることから、平均膜厚の下限を２μｍと制限した。

しかしながら、膜厚が２０μｍ超では乾燥や焼付け条件によっては処理後の被膜密着性が低下したり、亀裂を生じ、鉄心端面での安定性に欠ける。特に、熱処理加工を受ける場合には密着不良が生じる場合がある。また、乾燥に長時間を要したり、コストアップにも繋がるため制限される。

絶縁皮膜として、純シリコンポリマー、変性シリコンポリマー、混合シリコンポリマーの１種または２種以上を用いることを特徴とする。純シリコンポリマーゾルは、公知の（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上を無溶媒或いは有機溶媒中で加水分解し、部分的脱水縮重合して製造される。

この際、用いる原料シランモノマーの種類を変えることにより、ゾルから形成する塗膜に種々の性能を付与することができる。

また、本発明者らは、純シリコンポリマーを使用して絶縁性、耐熱性の良好な厚膜を得るため条件について膨大な実験と検討を重ねた結果、上記一般式で表される組成の中でｎ＝０、と１で表されるいわゆる４官能、３官能のシリコンポリマーゾルを使用するのが熱処理工程を含む場合には圧倒的に有利であることを突き止めた。

とりわけｎ＝０，１の組み合わせの中で、ｎ＝１成分を２０〜８０％の範囲で組み合わせることにより厚膜で外観、絶縁、耐熱性、密着性の極めて優れる絶縁被膜処理が可能である。

変性シリコンポリマーは、純シリコンポリマーゾルの原料モノマーをアルキル基、フェニル基以外の有機樹脂により変性を行ったものであり、変性方法としては公知のコールドブレンドや縮合反応等によって変性が行われたものである。

混合シリコンポリマーは純シリコンポリマーを形成する原料モノマーと変性シリコンポリマーゾ形成する原料モノマーを所望の配分で加水分解および脱水縮合して製造され、純シリコンポリマー成分と変性シリコンポリマー成分が分子レベルでネットワーク化された構造となっている。

純シリコンポリマーを得るためのゾルの原料は、アルキル基の炭素数が４以下であるテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリイソプロポキシラン、モノメチルトリブトキシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリイソプロポキシシラン、モノエチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等、さらには塩化シランとして四塩化シラン、メチル三塩化チタン等の１種または２種以上が用いられる。

アルキル基あるいはフェニル基の導入は被膜に柔軟性、加工性を付与することができるとともに、他の有機官能基に比較して耐熱性も発現することができる。

しかしながら、アルキル基の炭素数が増加するにつれて耐熱性の低下、造膜性の低下や乾燥温度の高温化などの課題が生じるので、４以下の炭素数が望ましく、特に５００〜６００℃程度の耐熱性を考慮する場合は１以下の炭素数が望ましい。

変性シリコンポリマーとしては、例えば、アクリル変性シリコンポリマー、アルキド変性シリコンポリマー、ポリエステルアクリル変性シリコンポリマー、エポキシ変性シリコンポリマー、アミノ変性シリコンポリマー、ビニル変性シリコンポリマー、フッ素変性シリコンポリマーの１種または２種以上が用いられる。これらの変性シリコンポリマーはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合以外に有機官能基同士の結合も生じるため低温で緻密な絶縁皮膜となる。

混合シリコンポリマーとしては、上記純シリコンポリマーを得るための原料モノマーと変性シリコンポリマーの原料モノマーの各１種または２種以上が用いられることにより形成される。純シリコンポリマーの耐熱性等と変性シリコンポリマーの低温硬化性、撥水等の機能性の両立を分子レベルで可能とするポリマーである。

また、これらいずれのシリコンポリマーに対しても縮合反応を促進する触媒あるいは架橋点として他金属酸化物を導入できるが、その際の原料の金属アルコキシドとしては、チタンテトラエトキシド、チタンイソプロポキシド、アルミブトキシドなどがある。

これらシリコンポリマーからなる絶縁皮膜は脱溶剤と脱水が同時におこる極めて速い乾燥過程により緻密で強固なＳｉＯ₂主体の被膜を形成する。したがって、形成された絶縁被膜は緻密で耐蝕性があり、圧縮応力に強い性質があり、後工程で種々の加工を行う場合に有利である。

さらに、有機基がメチル基のようなアルキル基もしくはフェニル基さらにはＣＦ₃基のようにフッ素を含む基の場合、撥水性があり、より優れた耐食性が得られることから耐食性の向上に寄与する。

これらのシリコンポリマーの場合、何れも従来技術に比較して良好な膜は得られるが、特に純シリコンポリマーの場合、より緻密で絶縁性、耐熱性、密着性の良い被膜を生成するのに対し、変性シリコンポリマーや混合シリコンポリマーの場合、含有する有機樹脂成分によって絶縁性、膜強度、耐蝕性、耐熱性等において前者に比しやや劣る傾向が見られる。

また、前記絶縁被膜の好ましい条件として酸素、炭素、水素、窒素以外の金属元素又は半金属元素Ｍが主としてシリコン(Ｓｉ)であり、該Ｓｉは主としてＳｉ−Ｏの結合を有する形で存在し、シリコン以外の該ＭがＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉから選ばれる１種または２種以上を含有する場合の利点は次の理由による。

絶縁性の付与のためには絶縁被膜は緻密でアモルファスな構造が望ましい。したがって、比較的高温までアモルファス構造を有するＳｉ−Ｏ−Ｓｉネットワーク構造を被膜マトリックスの基本骨格にすることが必要である。

しかしながら、溶液（ゾル）から被膜を形成する方法においては脱溶剤時あるいは縮合時に生じる体積収縮による被膜の剥離という課題がある。

その解決策として、溶剤中で安定な酸化物を分散させ被膜中に取り込む方法があり、溶剤に適したＳｉ以外の金属あるいは半金属の酸化物、複合酸化物の添加の利点がある。

また、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ系の縮合反応は一般に反応性が低いという欠点があり、その反応性の改善として金属・半金属触媒の添加あるいはＳｉ−Ｏ−Ｓｉネットワークの架橋点となるＳｉ以外の金属、半金属（Ｍ）によるＭ−Ｏ結合の導入をＭのアルコキシドやアセチルアセテート錯体や塩化物を用いることで行い、短時間化で緻密なＭを含んだ膜が形成される。結果としてＭを含む被膜はクラックも少なく緻密な絶縁被膜が得られる。

次に、前記絶縁被膜中の酸素、炭素、水素、窒素、イオウ、フッ素以外の元素の総質量に対し、前記絶縁被膜中のＳｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉの総質量割合が９０質量部以上であり、前記絶縁被膜中の酸素、炭素、水素、窒素、イオウ、フッ素以外の元素の総質量に対してＳｉの質量割合が５０質量部以上である理由は以下による。

高い絶縁性は基本的に被膜中の絶縁性酸化物によって保持される。したがって、絶縁性酸化物の成分金属Ｓｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉの割合が、加工性や撥水性等を付与するために導入されることがある有機官能基に含有される酸素、炭素、水素、窒素、イオウ、フッ素を除き、さらに、金属成分に限定するために酸素を除いた成分において９０質量部以上さらには９５質量部以上であることが望ましい。

その中でも、前述したように、被膜のマトリックス構造はＳｉ−Ｏ−Ｓｉのネットワークの寄与が大きく、絶縁皮膜には、基本骨格成分であるＳｉの質量割合が酸素、炭素、水素、窒素、イオウ、フッ素以外の元素の総質量５０質量部以上あることが必要であり、絶縁性の向上および膜強度の向上の観点から７５質量部以上存在することが望ましい。

本発明を適用するにあたっては、鉄心材料として、特に、無方向性電磁鋼板を用い、鉄心に組み立てる際の端面絶縁に用いると有利である。即ち、モーターコア等の鉄心材料においては、殆どのケースにおいて、積層された鉄心の防錆、絶縁のために焼鈍や有機ワニス処理の一方或いは両者が行われており、実施効果は絶大である。

次に、本発明を用いた鉄心の製造方法においては、鉄心加工工程に無方向性電磁電磁鋼板鉄心は打ち抜きし、積層し、クランプし、必要に応じて焼鈍し、防錆、絶縁等の目的で処理されるが、本発明の技術は、優れた被膜性能を有する簡易、低コスト、高生産性無方向性電磁鋼板鉄心が容易に得られる。

絶縁被膜剤の成分として適用されるシリコン化合物としては、純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、混合シリコンポリマーゾルの１種または２種以上で処理される。

絶縁被膜の平均膜厚は２μｍ〜２０μｍとして製造することに特徴がある。これらのシリコン化合物で処理し、乾燥を行った場合、絶縁被膜は緻密で、且つ、均一な被膜が形成される。

特に、有機珪素化合物からなる純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、混合シリコンポリマーゾルを用いた場合には、絶縁被膜剤の処理行程において洗浄、焼鈍等の前処理を必要としないため、工業的な処理コストの低下に効果的である。

また、絶縁被膜特性としては、緻密で均一性に富み、耐蝕性、絶縁性において優れた性能が得られる。さらに、純シリコンポリマーの場合には、より高温での耐熱性に優れる利点があり、焼鈍や、アルミダイキャスト等の熱処理工程を含む場合に有利である。

このような本発明被膜の場合、平均膜厚が２μｍ未満の場合には、十分な絶縁性と耐食性の向上効果が得られない。一方、膜厚が２０μｍ超では局所的な厚膜部が生じて鉄心の積み厚が増加したり、密着性を劣化する。特に、焼鈍工程を含む場合、絶縁被膜の局部的な剥離や脱落を生じやすくなることから制限される。

これらの塗布にあたっては浸漬法、スプレー等があるが、浸漬法の方が塗布設備が簡単で、液の使用効率を考えると有利である。

本発明の特徴とする被膜剤は、液組成として、純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、混合シリコンポリマーゾルの１種または２種以上を用いることを特徴とする。

純シリコンポリマーゾルは、公知の（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上を無溶媒或いは有機溶媒中で加水分解し、部分的脱水縮重合して製造され、ゾル状態で保持されたものである。

変性シリコンポリマーゾルは、純シリコンポリマーゾルの原料モノマーをアルキル基、フェニル基以外の有機樹脂により変性を行ったものを加水分解と部分脱水縮合した化合部の溶液であり、変性方法としては公知のコールドブレンドや縮合反応等によって変性が行われたものである。

混合シリコンポリマーゾルは、純シリコンポリマーゾルを形成する原料モノマーと変性シリコンポリマーゾルを形成する原料モノマーを所望の配分で加水分解および脱水縮合して製造され、純シリコンポリマーゾル成分と変性シリコンポリマーゾル成分が分子レベルでネットワーク化された構造となっている。

また、これらの被膜剤には、Ｓｉ以外の金属、半金属（Ｍ）をアルコキシドあるいは塩化物として一緒に加水分解、部分脱水縮合をさせてＯ−Ｍ−Ｏ−Ｓｉ−という結合を付与したゾルにすることも可能である。

純シリコンポリマーゾルの原料は、アルキル基の炭素数が４以下であるテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリイソプロポキシラン、モノメチルトリブトキシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリイソプロポキシシラン、モノエチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等、さらには塩化シランとして四塩化シラン、メチル三塩化チタン等の１種または２種以上が用いられる。

変性シリコンポリマーゾルとしては、例えば、アクリル変性シリコンポリマー、アルキド変性シリコンポリマー、ポリエステルアクリル変性シリコンポリマー、エポキシ変性シリコンポリマー、アミノ変性シリコンポリマー、ビニル変性シリコンポリマー、フッ素変性シリコンポリマーの１種または２種以上が用いられる。これらは、水および／またはアルコール類等の溶媒で適宜希釈して用いられる。

特に、極性官能基を有する変性シリコンポリマーはアルコールを溶媒として必要としないことから操業的に有効である。また、変性シリコンポリマーでは有機官能基同士の結合がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合以外にも生じ、低温で緻密な絶縁膜を形成するために有効である。

混合シリコンポリマーとしては、上記純シリコンポリマーを得るための原料モノマーと変性シリコンポリマーの原料モノマーの各１種または２種以上が用いられる。また、マトリックスの架橋点として用いられる金属アルコキシドとしてはチタンテトラエトキシド、チタンイソプロポキシド、アルミブトキシドなどがある。

これらシリコンポリマーにより鉄心端面、表面等に処理された溶液は、脱溶媒と脱水が同時に行われるため、乾燥が極めて速く、その過程で緻密で強固なＳｉＯ₂主体の被膜を形成する。また、形成された絶縁被膜は緻密で耐蝕性があり、圧縮応力に強い性質があり、後工程で種々の加工を行う場合に有利である。

これらのシリコンポリマーゾルを用い、乾燥および／または焼付け後の被膜厚が０．５〜２０μｍの場合には何れも密着性が良好で、絶縁性、耐電圧、耐食性、耐熱性の優れた鉄心端面の絶縁処理が達成できる。特に、純シリコンポリマーにおいては、より耐熱性の優れた絶縁被膜が得られる。

とりわけ、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等の１種または２種以上を用いた場合には優れた耐熱性が得られる。反面、前記変性シリコンポリマーや混合シリコンポリマーの場合、耐熱性が劣る傾向が見られることから、焼鈍を施さない用途に適している。

純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾルおよび混合シリコンポリマーゾルの１種または２種以上を用いる塗布液には、充填剤として、純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾルおよび混合シリコンポリマーゾルのＳｉＯ₂分１００質量部当り、無機酸化物粉体粒子、有機樹脂粉体粒子、および／または、これらのエマルジョン溶液、コロイド溶液の１種または２種以上を固形分として０．１〜５０質量部添加することにより極めて顕著な絶縁性と耐電圧の向上効果が得られ、さらに、複合効果として鉄心端面や鋼板表面への付着力を改善する。

また、乾燥時の体積収縮を減少させることによりクラック発生を抑え、厚膜化が容易に出来る。

この際に添加する充填物としては、無機物質の場合、粉体粒子或いはコロイド状物質として、一次粒子径７〜５０００ｎｍのＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および、これらの複合物質の中から選ばれる１種または２種以上を０．１〜５０質量部添加配合する。

有機物質の場合は樹脂紛体粒子、エマルジョン物質物質として、粒子径５０〜１００００ｎｍのアクリル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、メラミン、フェノール、エポキシ樹脂、及び、これらの共重合体の中から選ばれる１種または２種以上を０．１〜５０質量部添加配合すると絶縁性向上に効果的である。

添加量が全シリコンポリマーのＳｉＯ₂分１００質量部当り０．１質量部未満では、絶縁性と密着性向上効果が弱い。一方、５０質量部超になると塗膜の耐電圧はより向上するが、膜の緻密性が損なわれたり、液の寿命を低下するため制限される。

充填剤としては、無機酸化物系の場合、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、或いは、これらの複合物質の紛体やコロイド状物質が低コストで良好な分散と添加による絶縁性向上効果が得られるため有利である。

有機系の場合には、アクリル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、メラミン、フェノール、エポキシ樹脂の中から選ばれる１種または２種以上の粉体、或いは、エマルジョン等が適切な組み合わせで用いられる。

しかしながら、添加した場合の安定性、強度、絶縁効果、耐熱性等を総合すると、無機系添加剤の方がより低コストで良好な分散と安定した絶縁性、密着性改善効果が得られため有利である。特に、歪み取り焼鈍などの熱処理工程を行う場合には効果が顕著である。

充填剤の粒子径は重要である。無機系充填剤の場合、粒子径が７ｎｍ未満の場合、溶液に分散する場合、凝集性が強まって塗膜厚みが不均一化したり、溶液のｐＨに影響して液の安定性を劣化する問題があるため制限される。

一方、５０００ｎｍ超では、粗粒子による表面粗さが大きくなりすぎて、摩擦等により粒子物質が鉄心端面より脱落する恐れがあるため制限される。この範囲であれば、膜厚み、添加量とのバランスで密着性が良好で、高耐電圧の絶縁被膜を形成できる。有機系充填剤の場合も同様な理由で制限される。

また、添加剤をシリコンポリマーに添加するに際しては、より均一な分散が望ましく、予め、紛体物質をアルコール等の溶剤に分散後添加すると優れた分散効果が得られ、均一な厚みの塗膜を得るのに有利である。特に、超音波振動による分散を使用或いは他のミキサー等の分散法と併用すると均一な分散が得られる。

溶液を塗布後の鉄心の乾燥にあたっては、常温乾燥でも良いが、短時間の乾燥や工程を効率化しようとする場合には、３００℃以下の乾燥炉中で３０秒以上の乾燥をすると、脱溶媒および脱水縮合が十分に進み、良好な被膜性能が得られる。好ましい乾燥方法としては徐加熱するのが良好な被膜特性が得られる。

これは、急速に加熱すると、水、アルコール等の溶媒の乾燥が急速に生じ、突沸状の表面欠陥が生じやすいことによる。

本発明の液を用いて重ね塗りを行い、厚膜を得ようとする場合には、先ず、充填剤入りの溶液を塗布し、常温〜１２０℃で低温乾燥後、次いで充填剤を含まない液を処理乾燥するのが、厚膜化と良好な絶縁性能を得るのに有利である。

重ね塗りに際しては、充填剤入りの被膜剤を乾燥後平均膜厚で０．２〜１０μｍになるよう塗布し、次いで充填剤を添加しない溶液を処理し、乾燥後で２〜２０μｍとなるように塗布するのがよい。

充填剤入りを少なく処理するのは充填剤による凹凸を平坦化するためには充填剤なしの方を多めに塗布する組み合わせが、高絶縁性と均一で密着性、耐蝕性等を兼ね備えた絶縁被膜が得られやすいことによる。

（実施例１）Ｓｉ；０．３５％、Ａｌ；０．００２％、Ｍｎ；０．２５％を含有する板厚０．５０ｍｍの無方向性電磁鋼板冷延コイルを連続焼鈍ラインで焼鈍後、絶縁被膜剤として、固形分で重クロム酸Ｍｇ４５０質量部、硼酸１２０質量部、アクリル−スチレン樹脂エマルジョン５質量部からなる溶液を、同ラインにて、焼付け後の質量で、板温３５０℃で焼き付け処理を行い製品とした。

次いで、このコイルから２．２ｋＷ、２００Ｖ、６０Ｈｚの三相４極かご型誘導モータの回転子の鉄心〔４４スロット、半閉、スキュー（固定子スロットピッチの１．２３倍）有〕を打ち抜き、かしめで製作した。

この鉄心を、表１に示す組成の溶液を用いて端面に付着する被膜剤の乾燥後の塗膜厚みを変更して浸漬処理し、常温で乾燥し、１００℃×１０分間の焼付け処理を行った。その後、この鉄心にアルミダイキャストにより二次導体バーをつくり、軸を挿入して上記誘導モータの回転子製作した。このモータの無負荷特性より損失を求めて本発明の効果を確認した。

また、この際、前記、無方向性電磁鋼板の製造ラインにおいて焼鈍後の材料（絶縁被膜処理前）を採取し、１０×３０ｃｍのサンプルを切り出し、バーコーターを用いて前記溶液を乾燥後膜厚を変更して塗布し、同様にして焼付け処理し、耐電圧、被膜密着性、耐蝕性等の評価材とした。

この試験における鉄心の被膜状況および磁気特性及び鋼板面に塗布した材料による焼鈍前後の絶縁被膜の評価結果を、表２および表３に示す。

この試験の結果、本発明の絶縁被膜剤を鉄心端面に処理した場合、光沢の良い透明被膜を形成し、極めて優れた耐蝕性と耐熱性を示した。これに対し、比較材の従来ワニスや絶縁被膜剤を処理した場合には、打ち抜き時に付着した油の影響が大で、絶縁被膜が不均一に付着したため、耐食性が本発明剤を塗布した鉄心に比較して極めて劣る結果となった。

また、比較例１、２において前処理としてアセトンを用いて油洗浄を行った場合も、端面被膜の付着状況が不均一で、被膜特性においても本発明に比しかなり劣る結果となった。

また、鉄心の損失低減率の比較結果は、本発明１〜１２で処理したモータの損失は７〜１７％低減した。これに対して、比較例１の場合は殆ど損失の低減は見られず、また、比較例２の場合は５％低減した。このようにモータ性能においても、本発明の絶縁処理を行うと、従来の無絶縁処理や従来処理に比べ、明らかに損失が低減しており、モータの高効率化が実現した。

また、切り板剤を用いて、バーコーターによる塗布試験を行った場合の被膜特性は、表３の如く、本発明剤を用いた場合、耐蝕性、絶縁性、密着性のいずれにおいても極めて良好な特性であった．特に、本発明１〜８，１０，１１のアルコキシランの加水分解による純シリコンポリマーを塗布した場合には、焼鈍後の耐電圧も極めて良好な結果が得られることを確認した。

本発明１２の混合シリコンポリマーの例においてもかなり良好な耐電圧と被膜特性が得られた。

これに対し、比較例１、２の場合、耐蝕性、密着性が本発明に比し極めて悪く、特に、従来ワニス塗布では、焼鈍後の被膜がほぼ焼失し、黒変し、耐蝕性、絶縁性特性が本発明に比し極めて劣る結果となった。

（実施例２）表４に示す純シリコンポリマー組成の本発明剤を実施例１と同様にして、板厚０．５ｍｍの無方向性電磁鋼板の表面に乾燥後膜厚で５μｍになるよう絶縁被膜の焼き付け処理を行った。ついで、これらの絶縁被膜つきの鋼板を積層し、４００℃×１Ｈｒ、空気中で焼鈍処理を行い、被膜の耐熱性について調査した。結果を同表４に示す。

この試験の結果、本発明の純シリコンポリマーをベースとした溶液を処理した場合、何れも４００℃×１時間の焼鈍の後も透明で光沢のある被膜状態が維持され、密着性、絶縁性の低下も見られなかった。これに対し、比較材の有機系ワニスの場合には、焼鈍による表面外観、密着性や絶縁性の低下が顕著に発生した。

（実施例３）本発明を利用して端面処理した固定子（電機子）鉄心を用いて、マイクロタービン発電機を製作した。固定子鉄心は電磁鋼板を打ち抜き加工し、かしめたもので、鉄心固定用のボルト穴が付いているものである。

その後、実施例１の処理条件本発明１で固定子鉄心を処理し、固定子鉄心をケースに挿入後、ボルトで固定した。従来は、鉄心がケースやボルトと接触し、かしめでの層間接触もあるため、鉄心に短絡電流が流れるので、損失が増加し、固定子の温度上昇が大きかった。本発明を適用すると、前記の短絡電流が低減回避でき、温度上昇を平均３度低くできた。

（実施例４）本発明を利用して端面処理した鉄心を組み合わせて、ＸＹリニアモータを製作した。ＸＹリニアモータでは磁束の流れが３次元になるので、通常の電磁鋼板打ち抜き鉄心を直交させて組み合わせた。

従来の鉄心間は、お互いの端面が接触しているか、鉄心間に絶縁紙をはさんでいるので、端面接触の場合は、端面接触による損失増加や性能のばらつきが多く、他方、絶縁紙をはさむと空隙が比較的広くなり、励磁電流が大きくなり、無負荷銅損の増加を引き起こした。

本発明の絶縁処理法を用いてＵ型鉄心の端面を処理し、２つの鉄心を組み合わせると、損失が低減し、性能のばらつきも軽減した。

（実施例５）ポンプ用モータの鉄心は、腐食から守るために、鉄心素材に電磁鋼板を用いている場合にはそれぞれ回転子固定子間の空隙側にステンレスカバーを巻いて、鉄心を保護したり、或いは鉄心素材にフェライト系ステンレスを用いたりしている。

しかし、前者は構造が複雑であり、ステンレスカバーに渦電流損が生じると共に、空隙の大きさが大きくなるなどで出力の低下が免れなく、後者ではフェライト系ステンレスの飽和磁化が低いので、出力の低下が生じる。そこで、電磁鋼板を素材とした鉄心に本発明の処理を行って、モータを製作した。

本発明で絶縁処理した鉄心は端面も処理され、耐蝕性に優れていることは言うまでもなく、構造がシンプルで、高飽和磁化の電磁鋼板が使用できるので、出力低下の問題もない。使用運転時間１００時間でも錆の発生はなく、モータ性能はポンプ用モータ以外の普通のモータと同じ性能を示した。

実施例１における本発明例３と本発明例６の液を乾燥後の付着厚みを変化させて焼付け処理した場合の被膜厚みと耐電圧の関係を表す図である。

Claims (12)

1. 無方向性電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き或いは剪断後、積層して作られた鉄心の、電気機器の鉄心の加工端部の絶縁被膜が施されていない部位に、平均膜厚２〜２０μｍの、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される物質であって、Ｒ ₁ およびＲ ₂ のアルキル基の炭素数が４以下であるテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリイソプロポキシラン、モノメチルトリブトキシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリイソプロポキシシラン、モノエチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどの中から選ばれる１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物である純シリコンポリマー、（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物である変性シリコンポリマー、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される化合物の１種または２種以上と（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物であることを特徴とする混合シリコンポリマー、の１種または２種以上からなる乾燥膜であるシリコン化合物をＳｉＯ₂換算で３０質量部以上からなる絶縁被膜が処理され、
   （ｉ）前記絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）以外の金属元素または半金属元素Ｍがシリコン（Ｓｉ）であり、該ＳｉはＳｉ−Ｏの結合を有する形で存在し、Ｓｉ以外の該Ｍが、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉから選ばれる１種または２種以上であり、
   （ii）前記絶縁被膜の耐電圧が３０Ｖ以上であり、かつ、前記絶縁被膜が空気中において４００℃×１時間以上の耐熱性を有する
   ことを特徴とする優れた端面絶縁性を有する鉄心。
2. 前記絶縁被膜部位が電気機器の他の部材と接触する部位であることを特徴とする請求項１に記載の優れた端面絶縁性を有する鉄心。
3. 前記変性シリコンポリマーが、アクリル変性シリコンポリマー、アルキド変性シリコンポリマー、ポリエステルアクリル変性シリコンポリマー、エポキシ変性シリコンポリマー、アミノ変性シリコンポリマー、ビニル変性シリコンポリマー、フッ素変性シリコンポリマーの１種または２種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の優れた端面絶縁性を有する鉄心。
4. 前記絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）以外の元素の総質量に対し、前記絶縁被膜中のＳｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉの総質量割合が９０質量部以上であり、前記絶縁被膜中のＯ，Ｃ，Ｈ，Ｎ，Ｓ以外の元素の総質量に対してＳｉの質量割合が５０質量部以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の優れた端面絶縁性を有する鉄心。
5. 鉄心を製造するに際し、無方向性電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き或いは剪断後、積層し、クランプし、焼鈍しもしくは焼鈍を省略し、鉄心端面に絶縁被膜処理をし、乾燥および／または焼付け処理をすることからなる鉄心を加工し、その端面を絶縁被膜処理する方法において、絶縁被膜処理剤として、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される物質であって、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、モノメチルトリメトキシシラン、モノメチルトリエトキシシラン、モノメチルトリイソプロポキシラン、モノメチルトリブトキシラン、モノエチルトリメトキシシラン、モノエチルトリエトキシシラン、モノエチルトリイソプロポキシシラン、モノエチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどの中から選ばれる１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を含む溶液である純シリコンポリマーゾル、（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を含む溶液である変性シリコンポリマーゾル、（Ｒ₁）_nＳｉ（Ｘ₁）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₁はアルキル基またはフェニル基でｎ＝２，３の時は複数のＲ₁が異なっていても良く、Ｘ₁はＣｌまたはＯ（Ｒ₂）で表されるアルコキシ基でＲ₂はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₂が異なっても良い〕で表される化合物の１種または２種以上と（Ｒ₃）_nＳｉ（Ｘ₂）_4-n〔但し、ｎ＝０〜３の整数、Ｒ₃はアルキル基またはフェニル基以外の有機官能基で、ｎ＝２，３の時は複数のＲ₃が異なっていても良く、Ｘ₂はＣｌまたはＯ（Ｒ₄）で表されるアルコキシ基でＲ₄はアルキル基であり、ｎ＝０，１，２の時は複数のＲ₄が異なっても良い〕で表される物質の１種または２種以上の加水分解反応と脱水縮合反応によって生成する化合物を含む溶液である混合シリコンポリマーゾルの中から選ばれるシリコン化合物の１種または２種以上を用いて浸漬処理および／またはスプレー処理し、乾燥および／または焼き付け後の平均膜厚で２〜２０μｍとし、絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、フッ素（Ｆ）以外の金属元素または半金属元素Ｍがシリコン（Ｓｉ）であり、該ＳｉはＳｉ−Ｏの結合を有する形で存在し、シリコン以外の該Ｍが、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする鉄心端面の絶縁被膜処理方法。
6. 前記変性シリコンポリマーゾルが、アクリル変性シリコンポリマー、アルキド変性シリコンポリマー、ポリエステルアクリル変性シリコンポリマー、エポキシ変性シリコンポリマー、アミノ変性ポリマー、ビニル変性ポリマー、フッ素変性ポリマーを１種または２種以上含む溶液であることを特徴とする請求項５に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。
7. 前記絶縁被膜中の酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）以外の元素の総質量に対し、前記絶縁被膜中のＳｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ，Ｓｂ，Ｂｉの総質量割合が９０％以上であり、前記絶縁被膜中の酸素、炭素、水素、窒素以外の元素の総質量に対してＳｉの質量割合が５０質量％であることを特徴とする請求項５または６に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。
8. 前記絶縁被膜処理剤に、さらに、充填剤として、純シリコンポリマーゾル、変性シリコンポリマーゾル、および／または、混合シリコンポリマーゾルのＳｉＯ₂分１００質量部当り、無機酸化物粉体粒子、無機酸化物コロイド状物質、有機樹脂紛体粒子、有機樹脂エマルジョン溶液の１種または２種以上を固形分として０．１〜５０質量部添加することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。
9. 前記無機粉体粒子或いはコロイド状物質として、一次粒子径７〜５０００ｎｍのＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および／または、これらの複合物質の中から選ばれる１種または２種以上を用いることを特徴とする請求項８に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。
10. 前記有機樹脂粉体粒子またはそのエマルジョン溶液物質として、粒子径５０〜１００００ｎｍのアクリル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、メラミン、フェノール、エポキシ樹脂、および／または、これらの共重合体の中から選ばれる１種または２種以上を用いることを特徴とする請求項８に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。
11. 前記鉄心端面の処理に際し、常温〜３００℃で３０秒以上の乾燥を挟む２回以上の重ね塗り処理することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。
12. 前記重ね塗り処理に際し、少なくとも１回の塗布処理において、請求項８または９に記載の充填剤を添加配合した絶縁被膜剤を塗布して、前記充填剤を含む層が乾燥後の厚みで０．２〜１０μｍとなるように処理し、かつ、少なくとも最後の塗布処理に前記充填剤を添加配合しない絶縁被膜剤を塗布して、全絶縁被膜剤平均厚みを２〜２０μｍとすることを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載の鉄心端面の絶縁被膜処理方法。

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