JP4844181B2 - 寸法精度に優れた積層コアの製造方法および積層コア - Google Patents

Description

本発明は、リアクトル鉄芯等に用いられる積層コアの製造方法およびそれにより製造される積層コアに関するものである。

電気機器などの鉄心となる薄鋼板の打ち抜き加工は、プレスにより鉄板をかしめて一体化させた状態で打抜き加工する方法により行われる。

しかしながら、上記かしめにより加工する方法は、板厚が０．２ｍｍ以下の薄鋼板に対しては、かしめ部の圧着強度が弱いために十分にかしめることができないという問題があり、用いることができない。また、Ｓｉ：４．０％以上の軟磁性鋼板についても、材料が脆くなってしまうため用いることができない。

そのため、上記板厚が０．２ｍｍ以下の薄い鋼板やＳｉ：４．０％以上の軟磁性鋼板を用いて積層コアを製造する場合、積層接着方式がとられている。この積層接着方式とは、例えば軟磁性鋼板をまず所定の形状に打ち抜き加工し、次いで、複数枚積層し、得られた積層体を治具により固定する方法である。

しかしながら、上記積層接着方式は手作業に頼る部分が多いため、生産性が悪く、加工コストが高くなってしまう。加工コストを低減するために、プレス型内で接着させたとしても製品コアの直角度が悪化し寸法制度が劣化するという問題がある。

このような状況を受けて、本発明者らは、上記技術の課題を解決する積層コアの製造方法として、打ち抜き加工後の軟磁性鋼板（バラコアともいう）を複数枚積層した後、積層体に対して接着剤を含浸させ、離型材としてフッ素樹脂コ−ティング板を用いて、成型用治具で拘束して成型した後に乾燥、焼付を行う方法を提案している（特許文献１）
しかしながら、特許文献１をもってしても、寸法精度に優れた積層コアを生産性よく製造することは難しいのが現状である。

一方、軟磁性鋼板をプレスにより所定の形状に打ち抜き加工する際に、打ち抜き加工面に鉄粉が生じ、これが積層コア間に入り込み、積層コア間に隙間を生じさせることがある。積層コア間に隙間を生じると、占積率が下がることで磁気特性が劣化してしまう。また、後工程での接着や、コアどうしを接合するためやリアクトル全体の騒音防止のために行う樹脂モールド（以下、ポッティングと称す）において高熱の樹脂を積層コア間に流しこみ加工する際に、コア割れを起こしてしまう。特にSi量が4.0％以上の高けい素鋼板は脆いため、鉄粉が発生しやすい。
特開２００５−１９６４０号公報

本発明は、上記の事情に鑑み、寸法精度に優れた積層コアを生産性よく安定して製造する方法およびその方法により製造された積層コアを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した。その結果、積層体を固定する際にリベットを用いることが寸法精度の向上に対して有効であり、リベットを用いるにあたっては、位置決め用穴を軟磁性鋼板に事前に設け、位置決め用穴にリベットを差込むことにより、生産性を悪くすることなく、寸法精度に優れた積層コアが得られることを見出した。また、位置決め用穴に差込まれたリベットを支点に積層体を回転させることで、プレス打ち抜き加工面に発生した鉄粉を除去することが可能となることも見出した。例えば、リベットを支点に積層体を回転させ、この時、遠心力を利用することにより、積層コア間に隙間を生じさせる原因となっていた鉄粉が完全に除去され、磁気特性の劣化が防止される。

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］所定の形状に打ち抜き加工して得られる板厚が０．２mm以下である軟磁性鋼板を、複数枚積層し積層体となし積層コアを製造する方法において、
前記打ち抜き加工する際に、リベット穴径：２〜１０mmの位置決め用穴を板幅方向あるいは板長さ方向の中心線に対し左右対称となるよう２ヶ所、前記軟磁性鋼板に設け、
前記複数枚積層する際に、前記位置決め用穴のうち1カ所にリベットを差込み、該リベットを支点に積層体を回転させ、打ち抜き加工面に発生した鉄粉を除去した後、前記位置決め用穴のうちの残りの1カ所にリベットを差込み、次いで積層体を固定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］前記［１］において、リベットにより積層体を固定後、前記積層体積層部を接着剤で接着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］前記［１］または［２］において、前記軟磁性鋼板をＳｉ量：４．０mass％以上の高けい素鋼板と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。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の積層コアの製造方法により製造された積層コア。

発明によれば、安価に且つ高い生産効率で、寸法精度良く、積層コアを製造することができる。さらに、本発明の積層コアは、積層コア間に隙間を生じさせる原因となっていた鉄粉等が完全に除去されているので、コア割れを生じることもなく、磁気特性にも優れている。
特に、本発明の製造方法は板厚が０．２ｍｍ以下の薄い材料やＳｉ量：４．０mass％以上の高けい素鋼板に対して非常に有効な方法である。

以下に、本発明の積層コアの製造方法を、工程を追って詳細に説明する。

軟磁性鋼板を打ち抜き素材として使用し、所定形状に打ち抜き加工する。生産性の観点から、打ち抜き加工を施される素材鋼板として帯状の鋼板（鋼帯ともいう）を用い、プレス機を用いてプレスにより連続打ち抜き加工することが望ましい。
また、本発明では生産性の観点から、打ち抜き加工する際、リベットを差込むための位置決め用穴を軟磁性鋼板に設けることが好ましい。例えば、プレスによる打ち抜き加工工程において、鋼帯に位置決め用の穴を形成し、次いで所定形状に打ち抜くようにすればよく、具体的には、１台のプレス機に上記穴形成用金型と打ち抜き用の金型をセットし、軟磁性鋼板への穴形成、所定形状の打ち抜きを連続して行うようにすればよい。また、若干生産性は劣るが、所定形状に打ち抜き後、積層する前に別工程にて穴形成を行ってもよい。
このように、軟磁性鋼板に位置決め用の穴をあけ、そこにリベットを差し込み、積層体を固定することで、直角度精度に優れる積層コアが生産効率良く得られることになる。

なお、位置決め用穴は積層コアに１ヶ所以上設けることとするが、積層体のズレ防止、位置決め精度向上のために、２ヶ所以上設けることが好ましい。
リベット穴径は、磁路を阻害しないよう、可能な限り小さくすることが好ましい。例えば、板厚0.10mm、Si量：６．５mass％の高けい素鋼板を使用し、Ｉ型形状コアを製造しようとする場合、コアサイズにもよるが、リベット穴径は２〜１０ｍｍ程度が好ましい。
リベット外径は、穴との公差を可能な限り小さくすることが好ましい。
また、穴あけ位置は、特に限定するものではないが、積層鋼板間に隙間ができずに積層体の形状が保てるように適宜設定すればよく、例えば、１ヶ所の場合は積層体中央、２ヶ所以上の場合は板幅方向あるいは板長さ方向の中心線に対し、左右対称となるなど、対称な配置となるように位置決めをすることが好ましい。

次いで、打ち抜き加工後、位置決め用穴が設けられた軟磁性鋼板（バラコア）を所定の枚数積層して積層体とする。この時、打ち抜いた個々の軟磁性鋼板がバラバラにならないように、位置決め用穴にリベットを差込み、積層体を固定し、直角度精度を整える。穴に差込むリベットの材質は、特に規定はしないが、コア形状を維持するための強度を有する材質であれば良い。例えばアルミ製リベット等が挙げられる。また、絶縁物であればさらに好ましい。
なお、このリベットで固定した段階で最終製品としても良いし、リベットで位置決めし仮固定した状態で、さらに接着剤を積層体全体に浸透させ、最終製品とすることもできる。
リベットで固定した段階で最終製品とする場合、積層体の積層部に対して接着剤を塗布し、乾燥、焼付を行うことが好ましい。積層部に接着剤を塗布することにより、より一層直角度精度が向上する。
この時、使用する接着剤の種類は特に限定されない。また、接着剤は乾燥、焼付工程までに硬化していることが好ましいが、必ずしも完全に硬化している必要はなく、ある程度の接着強度が得られるまで硬化していればよい。比較的短時間のうちにある程度の接着強度が得られるような接着剤を使用することもできる。塗布量は、コアの大きさ、積み厚により適量を加減する。乾燥、焼付温度は１００℃〜２００℃、１０分以上、３時間以下が好ましい。接着剤に瞬間接着剤を使用する場合は、コア寸法の条件等により、焼付は省略することができる。

積層体をリベットで位置決めし仮固定した状態で、さらに浸透接着剤を積層体全体に含浸させる場合、その方法としては、大気中毛細管現象を利用して浸透させる方法（常圧含浸方法）や真空含浸方法があげられる。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、常圧で含浸する方法では、積層体の下部５分の１から５分の４程度まで接着剤中に浸漬するものとする。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、コア強度に悪影響を及ぼし好ましくない。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。
この時、使用する接着剤としては、熱硬化型接着剤が好ましい。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。
次いで、接着剤含浸後の積層体に対して、乾燥、焼付処理をし、軟磁性鋼帯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。

なお、本発明では、打ち抜き加工後の軟磁性鋼板の組成に特に制限はなく、Ｓｉ含有量が４．０ｍａｓｓ％以上の高珪素鋼板や非晶質薄鋼板についても何ら問題なく使用することができる。

また、打ち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、特にかしめが困難な０．２ｍｍ以下、とりわけ０．１５ｍｍ以下の板厚の軟磁性鋼板に適しており、本発明ではこのような極く薄い鋼板についても何ら問題なく使用できる。

（本発明例）
本発明例の製作工程を表１に示す。
板厚0.1mm、材料幅60mm、の6.5%けい素鋼板を使用し、打ち抜き長さ（切断長さ）を３０ｍｍでプレスにより打ち抜き加工した。この時、図１に示すように、２ヶ所にリベットを差し込むための位置決め用穴を設けた。なお、穴を設けるにあたっては、穴径は4ｍｍ、リベット外径は3.6ｍｍ、穴あけの位置は板幅方向の中心線に対して左右対称となるよう、それぞれフープ幅の３分の１の位置（幅方向端部から２０ｍｍ）とした。
次いで、位置決め用穴にリベットを差込み、所定の枚数積層して積層体として直角度精度を整え固定し図１に示す積層コア（幅６０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、積み厚４０ｍｍ）を製作した。なお、リベットとしてはアルミ製リベットを用いた。

（比較例）
上記本発明例と同様の材料を用いて、同様に打ち抜き加工を行った。次いで、表１に示す工程により、積層コアを製作した。なお、製作するにあたって、接着剤としては、アクリル系接着剤を用い、乾燥・焼き付けは150℃、90分間とした。
上記により得られた本発明例および比較例の積層コアに対して、コア検査として寸法精度を測定したところ、比較例と本発明例は同等の直角度１％以下寸法精度を示した。なお、寸法精度は、図２に示すように、積層体の積層方向の厚みａと積層体の側面と直角度ゲージ垂直面の最大すき間ｂを用いて直角度をａ／ｂを求め、このａ／ｂの値（100倍して％表示）で評価した。

表1より、本発明例では、同等の寸法精度であるにも拘わらず、比較例に比べ、工程が大幅に省略されている。これにより、寸法精度を維持しつつ、工程を大幅に省略することによりコスト低減が図れることがわかる。

（本発明例）
本発明例の製作工程を表２に示す。
板厚0.1mm、材料幅80mmの6.5%けい素鋼板を使用し、総抜きで、Ｕ型形状の打ち抜き加工を行った。この時、図３に示すように、２ヶ所にリベットを差し込むための位置決め用穴を設けた。なお、穴を設けるにあたっては、穴径は5ｍｍ、リベット外径は4.6mm、穴あけの位置は図３の位置とした。
次いで、位置決め用穴にリベットを差込み、所定の枚数積層して積層体として仮固定した後、アクリル系接着剤を用いて真空含浸し、150℃×２時間の条件で乾燥・焼き付けを行い、図３に示す積層コアを製作した。なお、リベットとしてはアルミ製リベットを用いた。

（比較例）
比較例として、上記実施例２、本発明例と同様の材料を用いて、同様に打ち抜き加工を行った。次いで、表２に示す工程により、積層コアを製作した。なお、製作するにあたって、接着剤としては、アクリル系接着剤を用い、乾燥・焼き付けは150℃、2時間とした。
上記により得られた本発明例および比較例の積層コアに対して、コア検査として寸法精度を測定したところ、比較例と本発明例は同等の直角度１％以下の寸法精度を示した。なお、寸法精度は実施例１と同様の方法で行った。

表２より、本発明例では、同等の寸法精度であるにも拘わらず、比較例に比べ、工程が大幅に省略されている。これにより、寸法精度を維持しつつ、工程を大幅に省略することによりコスト低減が図れることがわかる。

（本発明例）
板厚0.1mm、材料幅80mmの6.5%けい素鋼板を使用し、図３に示すように、総抜きで、Ｕ型形状の打ち抜き加工を行った。この時、図３に示すように、２ヶ所にリベットを差し込むための位置決め用穴を設けた。なお、穴を設けるにあたっては、穴径は5ｍｍ、リベット外径は4.6mm、穴あけの位置は図３の位置とした。
次いで、位置決め用穴のうち１ヶ所にリベットを差込み、所定の枚数積層して積層体とした後、このリベットを支点に積層体を回転させ、遠心力でプレス加工面にある鉄粉を除去した。その後、位置決め用穴のうちの残りの１ヶ所にもリベットを差込み直角度精度を整え仮固定し、次いで、アクリル系接着剤を真空含浸し、150℃×２時間の条件で乾燥・焼き付けを行い、積層コアを製作した。なお、リベットとしてはアルミ製リベットを用いた。

（比較例）
比較例としては、上記実施例３、本発明例において、リベットを支点に積層体を回転させることなしに（遠心力による鉄粉除去を実施せず）、それ以外を実施例３本発明例と同様の方法にて行い積層、コアを製作した。
上記により得られた本発明例および比較例の積層コアに対して、積層コア間にすき間が発生しているかどうかの検査を目視にて行った。なお、積層コア間の積層面にできたすきま長さが５ｍｍ以上の場合をすき間発生ありとした。
その結果、本発明例ではすき間は発生しておらず、比較例ではすき間が発生していた。このように、本発明例では、鉄粉を除去することにより、積層コア間のすきま発生を防止し、これにより、後工程の接着やポッティングでのコア割れを防止することができた。

本発明の積層コアは磁気特性に優れており、なおかつ寸法精度にも優れているため、電気機器などの鉄心材料を中心に、多様な用途での使用が可能となる。

打ち抜き加工後、リベット差し込み前の積層体を示す斜視図である。（実施例１） 積層体の積層面と側面の直角度を示す図である。（実施例１、２） 打ち抜き加工後、リベット差し込み前の積層体を示す斜視図である。（実施例２、３）

Claims (4)

1. 所定の形状に打ち抜き加工して得られる板厚が０．２mm以下である軟磁性鋼板を、複数枚積層し積層体となし積層コアを製造する方法において、
   前記打ち抜き加工する際に、リベット穴径：２〜１０mmの位置決め用穴を板幅方向あるいは板長さ方向の中心線に対し左右対称となるよう２ヶ所、前記軟磁性鋼板に設け、
   前記複数枚積層する際に、前記位置決め用穴のうち1カ所にリベットを差込み、該リベットを支点に積層体を回転させ、打ち抜き加工面に発生した鉄粉を除去した後、前記位置決め用穴のうちの残りの1カ所にリベットを差込み、次いで積層体を固定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. リベットにより積層体を固定後、前記積層体積層部を接着剤で接着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. 前記軟磁性鋼板をＳｉ量：４．０mass％以上の高けい素鋼板と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. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法により製造された積層コア。

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