JP4581228B2 - 加工性に優れる積層電磁鋼板 - Google Patents
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Description
【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、JIS K7121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 (1)
- 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。
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