JP4581228B2

JP4581228B2 - 加工性に優れる積層電磁鋼板

Info

Publication number: JP4581228B2
Application number: JP2000346579A
Authority: JP
Inventors: 一道佐志; ゆか小森; 修近藤; 正樹河野; 厚人本田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: JP2002146492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機、変圧器等の積層コアに用いられる積層電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転機や変圧器等は近年の高効率化の風潮により、鉄心に使用される電磁鋼板にも高性能化が求められている。積層コアに用いられる電磁鋼板の板厚を薄くすれば、鉄損が低下することは良く知られるところであり、そのため、板厚を薄くして高性能化を達成しようとする試みが多くなされている。しかしながら、０．２ｍｍ以下の板厚の電磁鋼板を用いる場合、コア積層時に積層回数が多くなり作業効率が低下し、また、鋼板自体の強度が低いため折れ曲がり、座屈してしまうなどの不具合があった。
【０００３】
そこで、特開２０００−１７８１５号公報には、鉄損改善およびコア加工時の作業性を両立させた接着積層電磁鋼板が提案されている。しかしながら、電磁鋼板を積層接着させただけでは、せん断、打ち抜きなどの実際の加工において、曲がり、剥離などが生じ、不具合があった。特に、ティース部分や巾が狭いコアなどを作製する場合のようにせん断間隔が狭い場合には、この問題が顕著化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、せん断加工性に優れ、巾の狭いコアにせん断加工しても、曲がり、剥離などが生じにくい、加工性に優れる加熱接着型絶縁被膜付き積層電磁鋼板を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するため、図１に示すとおり、２枚の電磁鋼板１ａと１ｂの間に、有機系樹脂層２を設けて両鋼板を接着し、さらに電磁鋼板１ａの外表面３ａ、および電磁鋼板１ｂの外表面３ｂに、それぞれ有機系樹脂被膜４ａおよび４ｂを設けた積層電磁鋼板のサンプルを作製し、積層した電磁鋼板の板厚およびＣｒ量、ならびに用いる有機系樹脂のガラス転移温度と、得られる積層電磁鋼板のせん断加工性との関係について、実験１、２および３を行った。
【０００６】
実験１は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系電磁鋼板（成分組成：Ｃｒ４．５質量％、Ｓｉ３．９質量％、Ｃ＋Ｎ１９質量ｐｐｍ以下、残部鉄および不可避的不純物）と、Ｆｅ−Ｓｉ系電磁鋼板（Ｓｉ：１．８５質量％）とについて、それぞれ板厚を変えて、有機系樹脂としてガラス転移温度が８０℃のアクリル系樹脂を用いて、後記の実施例と同様の方法で積層電磁鋼板サンプルを作製し、後記の方法と同様にして、せん断加工性を評価した。その結果を図２に示す。
【０００７】
実験２は、前記の成分組成を有する板厚０．１ｍｍのＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系電磁鋼板およびＦｅ−Ｓｉ系電磁鋼板を用い、有機系樹脂としてガラス転移温度の異なるアクリル系樹脂を用いて図１に示す構造の積層電磁鋼板のサンプルを作製し、後記の方法と同様にして、せん断加工性を評価した。その結果を図３に示す。
【０００８】
実験３は、板厚０．１ｍｍのＣｒ含有量の異なる３種のＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系電磁鋼板を用い、有機系樹脂として、それぞれガラス転移温度が８０℃および３５℃のアクリル系樹脂を用いて、図１に示す構造の積層電磁鋼板のサンプルを作製し、後記の方法と同様にして、せん断加工性を評価した。その結果を図４に示す。
【０００９】
上記実験１〜３の結果、積層電磁鋼板のせん断加工性については、板厚０．２５ｍｍ以下の電磁鋼板を用いることが有効であり、さらにせん断加工性については、有機系樹脂のガラス転移温度の影響が非常に大きく、ガラス転移温度が５０℃以上の有機樹脂を用いることによって、良好なせん断加工性が得られることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、前記知見に基づき、厚さ０．２５ｍｍ以下の電磁鋼板を２枚以上積層した積層電磁鋼板であって、各電磁鋼板の間および外側の電磁鋼板の表面に、ガラス転移温度または軟化温度が５０℃以上の有機系樹脂からなる接着層および被膜を設けたことを特徴とする加工性に優れる積層電磁鋼板（以下「本発明の積層電磁鋼板」という）を提供する。
また、上記実験３の結果から知見されるとおり、Ｃｒ１．５〜２０質量％を含有する電磁鋼板を用いることが、良好なせん断加工性を得るために必要である。
【００１１】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の積層電磁鋼板は、２枚以上の電磁鋼板（電気鋼板）が積層接着されたものである。積層する各電磁鋼板は公知のものを使用することができ、無方向性、１方向性、２方向性などいずれのものでもよい。
【００１２】
積層される電磁鋼板の化学組成について、Ｃｒ：１．５〜２０質量％を含有する電磁鋼板を用いた場合には、せん断加工性がさらに改善される。この理由は明らかではないが、このような電磁鋼板の表面にはＣｒ系の表面酸化被膜が生成し、有機系樹脂との密着性が高くなったためと考えられる。また、このような電磁鋼板の場合、靱性が向上するが、極薄鋼板１枚では曲がりなどによる不具合が生じやすい傾向にある。２枚以上重ね合わせることにより強度が増し、よりいっそうせん断加工性が向上することも影響していると考えられる。
【００１３】
また、Ｃｒは、Ｓｉとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に向上させて高周波域での鉄損を低減し、更には耐食性を向上させる基本的な合金成分であり、しかも、２．５質量％程度以上のＳｉを含有した場合であっても温間圧延可能な程度の靱性を得るのにきわめて有効であり、その観点からは２質量％以上が好ましい。Ｓｉ量が上記の場合よりも少ないときには、Ｃｒ量を更に減じても加工性が確保できるが、Ｃｒの加工性向上効果を発揮させ、かつ、合金の比抵抗を６０μΩｃｍ以上として高周波域の鉄損を改善するためには、１．５質量％以上のＣｒが必要である。一方、２０質量％を超えると靱性向上の効果が飽和するとともに、コスト上昇を招くので、Ｃｒの含有量は１．５〜２０質量％、好ましくは２〜１０質量％、より好ましくは、３〜７質量％の範囲である。
【００１４】
Ｓｉは、Ｃｒとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に上昇させ、高周波域での鉄損を低減するのに有効な成分である。ただし、１０質量％を超えるとＣｒを含有させても温間圧延可能なまでの靱性が確保できないので、Ｓｉの含有量は１０質量％以下、好ましくは２．５〜７質量％以下、より好ましくは３．０〜５質量％以下の範囲である。
【００１５】
ＣおよびＮは、Fe−Ｃｒ−Ｓｉ系合金の靱性を劣化させるためにできる限り低減するのが好ましく、その許容量は本発明においてＣｒ量１．５質量％以上およびＳｉ量２．５質量％以下とした場合には、高靱性を確保するために合計量で１００質量ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。好ましくは６０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは３０質量ｐｐｍ以下である。なお、ＣまたはＮの各々は、Ｃが３０質量ｐｐｍ以下、Ｎが８０質量ｐｐｍ以下が良く、より好ましくはＣが１０質量ｐｐｍ以下、Ｎが２０質量ｐｐｍ以下が良い。また、Ｃ、Ｎ以外の不純物量は特に限定されないが、Ｓ：２０質量ｐｐｍ以下、好ましくは１０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは５質量ｐｐｍ以下がよい。Ｏ：５０質量ｐｐｍ以下、好ましくは３０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは１５質量ｐｐｍ以下が良い。または、不純物Ｃ＋Ｓ＋Ｎ＋Ｏの合計量で１２０質量ｐｐｍ以下が好ましく、より好ましくは５０質量ｐｐｍ以下が良い。
【００１６】
ＭｎおよびＰは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金にさらに添加することにより、一層の電気抵抗の上昇を与えることが知られている。これらの成分の添加により、この発明の趣旨が損なわれることなく、更なる鉄損の低減が達成できる。そこで、この発明では、Ｍｎ、Ｐの中から選ばれる１種または２種を含有させることができる。とはいえ、これらの成分を大量に添加するとコスト上昇を招くので、それぞれの添加量は１質量％を上限とする。より好ましくは０．５質量％以下が良い。
【００１７】
また、本発明において、磁気特性、耐食性、加工性などを更に向上させる目的で、従来知られている合金成分を追加添加することは、この発明の効果を損なうものではなく、それらの成分を含有させることも可能である。それらの成分の代表例を以下に列記する。５質量％以下のＮｉは、耐食性改善成分であるとともに、延性−脆性遷移温度を下げ、加工性を向上させるほか、結晶粒を微細にさせ易いため、渦電流損を抑制し、高周波鉄損の低減にも効果がある。1 質量％以下のＣｕにもＮｉと同様の効果がある。５質量％以下のＭｏやＷは耐食性を改善する。１質量％以下のＬａ、ＶやＮｂ、０．１質量％以下のＴｉ、ＹやＺｒ、０．１質量％以下のＢは、靱性を高めて加工性を向上させる効果がある。５質量％以下のＣｏは、磁束密度を向上させ、ひいては鉄損低減に効果がある。０．１質量％以下のＳｂやＳｎは、集合組織を改善し、ひいては鉄損低減に有効である。
【００１８】
本発明に用いられる各電磁鋼板の板厚は０．２５ｍｍ以下であることが必要であり、好ましくは０．０５〜０．２３ｍｍである。この場合、板厚が薄いため、有機系樹脂と電磁鋼板の接着力が板自体の曲げ応力にくらべ相対的に強くなる。
その結果、せん断加工に対して剥離が生じにくくなると思われる。一方、板厚が０．２５ｍｍを超えると、せん断加工時に曲がりやすくなり、剥離しやすい。
【００１９】
本発明において、各電磁鋼板の間および外側の電磁鋼板の表面に設けられる被膜を構成する有機系樹脂は、特に限定されず、例えば、アクリル系、エポキシ系、フェノール系、ウレタン系、スチレン系、ビニル系等の加熱加圧により接着性を示す有機系樹脂を用いることができる。アクリル系樹脂としては、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ステアリルアクリレート、グリシジルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、グリシジルメタクリレート等が挙げられる。エポキシ系樹脂としては、ビスフェノールＡ型、ハロゲン化ビスフェノールＡ型、ノボラック型、ポリグリコール型、ビスフェノールＦ型等のエポキシ樹脂が挙げられる。フェノール系樹脂としては、例えば、ノボラック型、レゾール型のフェノール系樹脂が挙げられる。ウレタン系樹脂としては、例えば、アミン変性ウレタン、エポキシ変性ウレタン、フェノキシ変性ウレタン等が挙げられる。スチレン系樹脂としては、例えば、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂等、ビニル系樹脂としては、ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。また、有機系樹脂として、２種以上の有機系樹脂の混合物を用いてもよい。
【００２０】
この有機系樹脂は、必要に応じて、アミン系硬化剤やシリカなどの添加物を本発明の効果を損なわない程度に添加してもよい。
【００２１】
本発明で用いられる有機系樹脂は、ガラス転移温度または軟化温度（軟化点）が５０℃以上であることが必要であり、特に、６０〜１５０℃のものが好ましい。ガラス転移温度または軟化温度は上記の樹脂を適宜混合することや、添加物の添加量により調整することができる。例えば、メチルメタクリレート９８部にアクリル酸２部を混合すると、ガラス転移温度１０５℃の樹脂が得られ、メチルメタクリレート７５部、ヒドロキシエチルメタクリレート７部、アクリル酸３部、エチルアクリレート１５部を混合するとガラス転移温度７５℃の樹脂が得られる。せん断加工においては張り合わされた板がずれたり、曲がったり、剥離したりしないことが必要であるが、ガラス転移温度または軟化温度が５０℃未満であると実際の作業環境温度に近くなるため、有機系樹脂自体の強度が低下し、板同士のずれ、剥離が起きやすくなり、重ね合わせた効果が低減するため、せん断加工性が悪化するものと考えられる。
【００２２】
また、被膜の性能を一層向上させるために、防錆剤等の添加剤を配合してもよい。この場合、歪取り焼鈍後の性能を確保するために有機系樹脂１００部に対する添加剤の合計量は３〜３００部の範囲とすることが好ましい。
【００２３】
本発明の積層電磁鋼板において、各電磁鋼板の間に設けられる有機系樹脂被膜の厚さは、特に限定されないが、１〜５０μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは５〜２０μｍである。１μｍ未満では十分な接着面積が得られず接着強度が低下する。また５０μｍを超えると０．２５ｍｍ＝２５０μｍ以下の電磁鋼板の板厚に対して有機系樹脂層の比率が高まり、占積率が低下する。
【００２４】
また、本発明の積層電磁鋼板において、積層された電磁鋼板の外側の表面に設けられる有機系樹脂被膜の厚さも特に限定されないが、０．５〜２５μｍ程度が好ましく、さらに好ましくは２．５〜１０μｍである。この厚さであれば、十分な層間抵抗があり、加熱・加圧による接着においても十分な接着強度を発揮できる。なお、図１における４ａもしくは４ｂのいずれか一方の表面に設けても良いし、両方に設けてもよい。
【００２５】
本発明の積層電磁鋼板の製造方法は特に限定されないが、例えば、次の方法が挙げられる。有機系樹脂の水性エマルジョンまたはディスパージョンをロールコーター法、フローコーター法、スプレー塗装、ナイフコーター等の種々の方法で電磁鋼板の両面に塗布し、熱風式、赤外式、誘導加熱式等の常法にしたがって焼付処理を行い、両面に有機系樹脂からなる被膜を形成する。この鋼板を必要枚数だけ積層して、ホットプレス、加熱圧着ロール等を用いて加熱加圧して電磁鋼板同士を接着させる方法、あるいは両面に有機系樹脂からなる被膜を有する電磁鋼板を、必要枚数だけ積層してコイル状に巻き取った後、加熱して行う方法など、いずれの方法にしたがって行ってもよい。コイル状で行う方法が生産性が高く実用的と考えられる。
【００２６】
本発明の積層電磁鋼板は、コアに打ち抜き加工された後、そのまま積層して使用することができるが、表面に接着性を有する有機系樹脂被膜があることを利用して、更に加熱・加圧してブロック化することもできる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１〜９、比較例１〜２１）
各例において、表１に記載の板厚、成分組成および比抵抗を有する電気鋼板（電磁鋼板）に、表１に示すガラス転移温度または軟化温度を有する水系の有機系樹脂をロールコーターで塗布し、到達板温２６０℃で焼き付け後、放冷し、片側の被膜厚さが５μｍの絶縁被膜付き電磁鋼板を得た。次に、この電磁鋼板を、表１に示す枚数積層し、ホットプレスを用いて温度２００℃、圧力１０ｋｇ／ｃｍ² 、時間１分の条件で加熱加圧して積層電磁鋼板を得た。
【００２８】
有機系樹脂
アクリル系有機系樹脂は、前記に例示したアクリル樹脂を１種以上混合し、ガラス転移温度を表１に示す値になるように調整した。
エポキシ系有機系樹脂は、前記に例示したエポキシ樹脂を１種以上混合し、軟化温度が表１に示す値になるように調整した。
なお、ガラス転移温度は、ＪＩＳＫ７１２１に基づいて、軟化温度はＪＩＳＫ７２０６に基づいて、それぞれ測定を行った。
【００２９】
得られた積層電磁鋼板について、下記の方法にしたがって、せん断加工性を評価した。結果を表１に示す。
【００３０】
せん断加工性
積層接着鋼板（５０×１００ｍｍ）をせん断機により巾５ｍｍにせん断し、せん断された小片の剥離状態を目視により観察し以下の基準で評価した。
◎；曲がり、剥離なし
○；一部亀裂など剥離があるが、板は曲がったり分離することなく問題ないレベル
△；若干曲がりが見られ、一部剥離がみられる状態
×；曲がりや剥離が見られ、多少の力で分離してしまう、または分離した状態
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
表１から明らかなように、本発明例である実施例は、比較例に比して、いずれもせん断加工性に優れている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の積層電磁鋼板は、せん断加工性に優れるため、巾の狭いコアにせん断加工、打ち抜きなどのせん断加工を行っても曲がりによって板形状が損なわれたり、剥離したりしにくい。そのため、本発明の積層電磁鋼板は、回転機、変圧器等の積層コアの素材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁鋼板の板厚およびＣｒ含有量、ならびに有機系樹脂のガラス転移温度と、せん断加工性についての実験に用いた積層電磁鋼板を示す模式断面図である。
【図２】電磁鋼板の板厚とせん断加工性についての実験結果を示す図である。
【図３】有機系樹脂のガラス転移温度とせん断加工性についての実験結果を示す図である。
【図４】電磁鋼板のＣｒ含有量とせん断加工性についての実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ電磁鋼板
２有機系樹脂層
３ａ，３ｂ電磁鋼板の外表面
４ａ，４ｂ有機系樹脂被膜

Claims

厚さ０．２５ｍｍ以下のＣｒを１．５〜２０質量％含有する電磁鋼板を２枚以上積層した積層電磁鋼板であって、各電磁鋼板の間および外側の電磁鋼板の表面に、ガラス転移温度または軟化温度が５０℃以上の有機系樹脂からなる接着層および被膜を設けたことを特徴とする加工性に優れる積層電磁鋼板。