JP4792756B2 - 寸法精度に優れた積層コアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器などの鉄心等に用いられる積層コアの製造方法に関するものである。

電気機器などの鉄心となる薄鋼帯の打抜き及び積層接着加工方法としては、まず打抜きプレス加工によりバラの切り板を加工し、次いで同切り板を積層後、接着剤やボルト等により固定し、鉄心とする方法等があげられる。しかし、前記全工程を行う中で積層コアのハンドリングによる寸法変化を起こす場合があり、積層コアを高精度で製造するには、この寸法変化は大きな課題であり、量産を前提とした工程においては、重要な問題である。

上記問題に対し、発明者らは検討を進め、特許文献１を出願した。特許文献１は、軟磁性鋼板を打ち抜き加工し、打ち抜き加工により得られた軟磁性鋼板を複数枚積層し、該積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させ、乾燥、焼付処理を施すことにより積層コアを製造するに際し、積層後の積層体側面の一部に瞬間接着剤を塗布し、その後含浸、乾燥焼き付けを行うものである。
特願２００３−１８１６２９

特許文献１の方法は、含浸前に瞬間接着剤の側面塗布を行っているため、含浸工程において、ある程度の寸法精度の変化は防げるものの、側面の一部への塗布であるため、拘束力が弱く、積層体が傾いたりする等寸法精度を保持する点では不十分であった。また、特許文献１は積層工程時、成型用治具による拘束を前提としているため、治具本体と試料（積層体）の接着を防止する為の離型剤が必要となることや、治具メンテナンスなどコスト面でも問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、工程間での積層コアの寸法変化を起こさず、寸法精度に優れた積層コアを製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上述した従来技術の課題を解決すべく検討した。その結果、積層工程前に、軟磁性鋼板板面の表裏両面若しくは片面に接着剤を塗布することが、寸法精度向上に対して有効であることが判った。

このように積層工程前の軟磁性鋼板各々の板面（表裏面若しくは片面）に接着剤を塗布することで、軟磁性鋼板の側面（積層体の側面）に比べ、接着面積を広くとることができ、積層工程において（軟磁性鋼板を積層し、コアとしての寸法出しを行う時点で）、軟磁性鋼板板面に塗布していた接着剤により鋼板どうしの拘束力が増し、熱硬化性接着剤含浸以降の工程において寸法変化を起こさずに寸法精度が良好な積層コアが得られることになる。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］軟磁性鋼板を打ち抜き加工する打ち抜き工程と、打ち抜き加工により得られた軟磁性鋼板を複数枚積層する積層工程と、該積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる含浸工程と、乾燥、焼付処理を施す工程とをこの順でなる積層コアの製造方法であって、前記打ち抜き工程後で、前記積層工程前に、軟磁性鋼板板面の表裏両面若しくは片面にあらかじめ接着剤を塗布する塗布工程を有することを特徴とする寸法精度に優れた積層コアの製造方法。
［２］さらに、前記［１］の積層工程において、積層体を成型用治具で拘束することを特徴とする寸法精度に優れた積層コアの製造方法。
［３］さらに、前記［１］または［２］において、前記含浸工程後、積層体を成型用治具で拘束し成型する工程を有することを特徴とする積層コアの製造方法。
［４］さらに、前記［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記軟磁性鋼板をＳｉ含有量：２．５〜７．０ｍａｓｓ％の高珪素鋼板とすることを特徴とする積層コアの製造方法。

本発明によれば、寸法精度の良好な積層コアを製造することができる。本発明の製造方法により得られた積層コアは、コア寸法、コア強度、磁気特性といった製品特性がいずれも良好なため、電気機器などの鉄心、トランス、リアクトル等の材料として非常に有用である。

さらに、本発明の製造方法では成型用治具の劣化を発生させずに繰り返し寸法精度の良好な積層コアを得られる。

本発明は、コア構成部材である軟磁性鋼板を積層・接着して得られる積層コアであり、その形状等は特に限定しない。例えば、鉄心タイプ、EIコア等が挙げられる。そして本発明の特徴は、積層コアを製造するに対し、積層工程前に、軟磁性鋼板板面の表裏両面若しくは片面に接着剤を塗布することである。このように積層工程前に軟磁性鋼板に接着剤を塗布することにより、積層工程において軟磁性鋼板を積層し、コアとしての寸法出しを行う時点での拘束力が増し、最終的に寸法精度の優れた積層コアが得られる。

なお、本発明において、コア構成部材としては、板厚0.2mm以下の軟磁性鋼板が好ましい。また、上記軟磁性鋼板としては、優れた軟磁気特性を持つ珪素鋼板が好ましく、Si含有量2.5〜7.0％の高珪素鋼板を使用することが好ましい。

以下に、本発明の積層コアの製造方法を詳細に説明する。

打抜き工程
打抜き工程では、軟磁性鋼板（フ−プ状含む）を使用し、まず、軟磁性鋼板を所定の形状に打抜き加工しバラコアとする。この時、生産性の観点から、鋼板またはフ−プ状の軟磁性鋼板をプレス機を用いて連続打ち抜き加工することが望ましい。

また、プレス機を用いて連続打ち抜き加工する場合、金型の刃の研磨寿命を延ばすため、揮発性潤滑油を使用することが好ましい。潤滑油は特に限定しないが、揮発性であり引火点の低い（例えば、70℃以下）ものが好ましい。このように、打ち抜き加工時に潤滑油を用いることにより、潤滑油を用いないで打ち抜き加工を行った場合に比べ、約3倍以上の研磨寿命が得られることになる。

潤滑油を用いた場合は、打ち抜き加工後、プレスバラコアを乾燥し、潤滑油を除去することが好ましい。潤滑油の除去方法は特に限定しない。アセトン等による化学的な脱脂も可能である。しかし、コスト及び安全面からは乾燥による潤滑油の除去が好ましい。なお、工程簡素化、コスト低減の観点から、刃の研磨頻度を考慮し、潤滑油を使用せず、油除去乾燥を省略することもできる。

塗布工程
次いで、所定の形状に打抜かれた上記軟磁性鋼板（以下、鋼板と称す）板面の表裏両面若しくは片面に接着剤を塗布する。これは本発明において、重要な要件である。
鋼板への接着剤の塗布は、鋼板板面の全体に塗布する必要はなく、鋼板どうしが接着可能な程度に接着剤が塗布されていればよく、打抜く鋼板の形状、大きさを考慮し、所定の割合（所定の塗布量）をもって鋼板の板面へ接着剤を塗布することができる。この時、使用する接着剤の種類は特に限定しないが、揮発性の溶剤と（粉末）固体型の接着剤の混合品がコア形状への鋼板整列時の作業負荷を軽減できる点から好ましい。

上記のように、本発明においては、積層工程前の各々の鋼板に対して塗布を行うため、鋼板の板面に対して接着剤を塗布することが可能となる。従来は積層後に積層コアの側面に塗布していたため、拘束力が弱く、積層後に積層コアが傾いたりするなど、寸法精度の点で不十分であった。しかし、本発明では板面全体（あるいは板面の一部）に接着剤を塗布することが可能となるので、塗布面積を広くとることができ、接着剤による拘束力が増し、寸法精度が向上する。

さらに、積層工程前に上記のようにあらかじめ板面に接着剤の塗布を行うことにより、積層工程時の整列が容易となり、治具による整列を必須としない。そのため、従来は治具を用いていたために、離型材を必須としていたのが、これを省略することができ、離型材使用によるコスト面の問題点を解消することができる。

積層工程
積層工程では、打ち抜き加工により得られた鋼板を複数枚積層する。なお、この時、本発明では、各々の鋼板板面に接着剤が塗布されているため、積層工程において、鋼板を積層し、コアとしての整列寸法出しを行う時点で、鋼板板面に塗布していた接着剤により鋼板が接着し、積層・成形時の拘束力が増す。また、積層コアに対してより一層寸法精度が要求される場合には、積層体を成型用治具で拘束することが好ましい。しかし、本発明では板面接着を行っているため、治具による拘束は必須ではなく、治具を用いなくても十分な寸法精度が得られる。積層体を成型用治具で拘束する場合には、まず積層体を整列させ、次いで端面を揃え、固定し、治具に積層体が接している極力全ての面において積層体をしめつけるように行う。

また、工程間での積層コアの寸法変化を抑制し、寸法精度の優れた積層コアとするためには、この積層時において、鋼板板面の接着剤は、乾燥固化していることが望ましい。この場合の乾燥は接着剤に含まれる溶媒を除去することを目的とするため、乾燥条件としては例えば常温放置とすることができる。

積層前の接着剤の乾燥固化が不十分な場合には、接着時の強度を安定させる為、積層工程後、積層体を乾燥し、積層工程前に鋼板板面に塗布した接着剤を乾燥させることが好ましい。この時の乾燥条件については特に限定しないが、例えば、150℃×3分とすることができる。

積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる工程
より高い強度を確保するために、積層体に対して接着剤を含浸させる。この時、使用する接着剤は熱硬化型接着剤とする。特に、アクリル系樹脂またはエポキシ系樹脂の熱硬化型接着剤とすることが好ましい。例えば、自動車用部品等で使用される場合は、零下から150℃程度までのヒートサイクルを受けながら使用されるため、温度変化に対応する接着強度が必要であり、接着剤として、1液性のアクリル系接着剤やエポキシ系接着剤を使用することが好ましい。また、熱硬化型接着剤の粘度は、積層間への浸透性を良くするため200cP以下とすることが好ましい。

積層体を接着剤の中に含浸させる方法としては、1)真空含浸する方法、2)常圧（大気圧）で含浸する方法等があるが、いずれを用いてもよい。ただし、積層体を接着剤の中に入れ、含浸するにあたっては、積層体と接着剤をトレー等に入れ、1)真空含浸する方法では、積層体を接着剤の中に完全に浸漬させる必要がある。また、2)常圧で含浸する方法では、毛細管現象を利用する場合は、コアの積層面が上部に出るよう整列し、そのコアの高さに対し、接着剤の液面高さは、2分の1から10分の1とする。積層体を全て覆うように接着剤に浸漬した場合、全ての側面から接着剤が浸透し、積層体の中心部分に空気が溜まり、製品コアの強度のばらつきとなる等コア強度に悪影響を及ぼす。そのため、積層コアの下から接着剤が上昇し、コア積層間の空気を上部まで押し出すように接着剤の液面高さを設定することが重要である。

また、積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる際の熱硬化型接着剤の温度は50℃以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、熱硬化型接着剤温度は常温とする。熱硬化型接着剤の温度が50℃を超えると、熱により熱硬化型接着剤粘度劣化が起こると同時に、徐々に硬化が始まってしまい、好ましくない。50℃以下であれば、粘度を下げ、熱硬化型接着剤の劣化なく、積層間への浸透を促進することができる。
また、上記含浸工程により積層間へ接着剤を浸透させ積層体を接着させた後、余分な接着剤を回収することもできる。

なお、本発明においては、積層工程前に、鋼板板面に接着剤を塗布することにより事前接着を行っているため、上記含浸の際の熱硬化型接着剤は必要最低限の量で十分である。従来は、積層体を接着させた後の余分な接着剤が成型用治具にくっつき、乾燥後に残存するため、治具を次回使用するに際しては、この余分な接着剤を除去することが寸法精度を出す上で必須となり作業負荷が増えてしまうという問題があった。また、治具を乾燥焼き付けを繰り返し行うことにより治具に熱負荷がかかり、治具本体の寸法精度を劣化させてしまうという問題もあった。しかし、本発明では事前接着をおこなっているため、熱硬化型接着剤の塗布量は最低限で済み、成型に治具を用いた場合においても、上記作業負荷の問題や治具劣化の問題が解消される。

乾燥、焼付処理を施す工程
熱硬化型接着剤を含浸させた積層体に対して、乾燥、焼付処理を行い、軟磁性鋼板間が完全接着された積層コアを得る。乾燥、焼付処理は、例えば電気炉、熱風乾燥炉、誘導加熱炉等を用いることができる。この時の乾燥、焼付処理は、通常100〜200℃で10分以上行うことが好ましい。しかしこれに限定されず、接着剤乾燥条件としては、コア自体の温度及び保持時間が、接着剤硬化に必要な条件を満足するよう適宜選定される。

乾燥、焼付処理後、余分な接着剤がコア周囲に付着している場合には、コアの寸法精度を向上させるため、カッターナイフ等を用いて、コアの周囲の余分な接着剤を1個ずつ除去することが好ましい。

さらに、必要に応じて、治具を用いて、上記積層コアを成型する。

以上により、本発明の積層コアが製造される。

なお、本発明において、軟磁性鋼板の組成に特に制限はない。しかし磁気特性等コア成形後の特性を考慮した場合、Ｓｉ含有量が2.5ｍａｓｓ％以上の高珪素鋼板や非晶質薄鋼板を用いることが好ましい。また、絶縁皮膜を有した軟磁性鋼板でも、例えばアモルファス等の絶縁皮膜なしの軟磁性鋼板どちらも本発明の対象鋼板とする。

また、打抜き加工後の軟磁性鋼板の板厚にも特別な制限はないが、特に０．２ｍｍ以下、とりわけ０．１５ｍｍ以下の板厚の軟磁性鋼板に対して本発明の製造方法を適用した場合、本発明の効果がより一層発揮される。

（本発明例1）板厚0.1mm、幅50mmの6.5%けい素鋼板を用い、打抜き長さ（切断長さ）20mmで打抜き加工を行った。次いで、打抜き加工後のバラ板のけい素鋼板それぞれに対し、板面の表裏両面に接着剤を塗布し、乾燥後、バラ板を成型用治具で拘束し、複数枚を積層し積み厚20mmのコアを得た。この時、接着剤は、溶剤系の接着剤を用いた。

次いで、上記積層体に大気含浸法により熱硬化型接着剤を含浸させ、再度、成型用治具で拘束することにより成型した。なお、この時、0.3mm厚のフッ素樹脂コ−ティング鋼板を離型材として使用し、固定され一体化しているコアを治具に挟み込む状態として成型し、治具などを用いた整列作業は行わなかった。次いで乾燥炉装入前に、治具及びコアの周囲の余分な接着剤をウエスで拭取った後、120℃×45分間で乾燥、焼付処理を行い、積層コアを得た。

（本発明例２）成型用治具を使用せずに乾燥・焼付けを行った以外は本発明例１と同様に行い、積層コアを得た。

（比較例１）一方、比較例として、板厚0.1mm、幅50mmの6.5%けい素鋼板を用い、打抜き長さ（切断長さ）20mmで打抜き加工を行い、バラ板のけい素鋼板へ接着剤を塗布することなしに、けい素鋼板を成型治具を用いて整列作業を行い積層した後、大気含浸法により熱硬化型接着剤を含浸させ、成型用治具で拘束することにより成型した。次いで、乾燥炉装入前に、治具及びコアの周囲の余分な接着剤をウエスで拭取った後、120℃×45分間で乾燥、焼付処理を行い、積層コアを得た。

（比較例２）けい素鋼板を治具により整列積層した後、熱硬化型接着剤含浸前に、コア積層面への瞬間接着剤塗布をさらに行った以外は比較例１と同様に行い積層コアを得た。

以上により、得られた本発明例及び比較例の積層コアに対して寸法精度を比較した。寸法精度は、直角度不良率を算出することにより評価した。なお、直角度不良率は、製作数量0,3000,5000,10000,15000個の時点において、それ以降に製作された1000個分の直角度測定を行いその不良率を比較したものであり、直角度は、積み厚方向に垂直面から0.2mm以上の倒れが発生しているものを不良とした。得られた結果を図１に示す。

図１より、本発明例においては、本発明例１、２いずれも直角度不良率は0.4％以下といずれも低く、寸法精度よく製造されていることがわかる。一方、比較例では熱硬化型接着剤含浸前にコア積層面への瞬間接着剤塗布した積層コアについては、熱硬化型接着剤含浸前にコア積層面への瞬間接着剤塗布しなかった積層コアに比べ、若干直角度不良率はさがっているものの、いずれも直角度不良率は高く、コア製作数量が2000を超えた時点で1.0％を超えている。

電気機器などの鉄心、トランス、リアクトル等の材料として非常に有用である

コア製作数量と直角度不良率との関係を示す図である。（実施例1）

Claims (4)

1. 軟磁性鋼板を打ち抜き加工する打ち抜き工程と、打ち抜き加工により得られた軟磁性鋼板を複数枚積層する積層工程と、該積層体に対して熱硬化型接着剤を含浸させる含浸工程と、乾燥、焼付処理を施す工程とをこの順でなる積層コアの製造方法であって、前記打ち抜き工程後で、前記積層工程前に、軟磁性鋼板板面の表裏両面若しくは片面にあらかじめ接着剤を塗布する塗布工程を有することを特徴とする寸法精度に優れた積層コアの製造方法。
2. さらに、前記積層工程において、積層体を成型用治具で拘束することを特徴とする請求項１に記載の寸法精度に優れた積層コアの製造方法。
3. さらに、前記含浸工程後、積層体を成型用治具で拘束し成型する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の寸法精度に優れた積層コアの製造方法。
4. 前記軟磁性鋼板をＳｉ含有量：２．５〜７．０ｍａｓｓ％の高珪素鋼板とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の寸法精度に優れた積層コアの製造方法。

Images