JP6589564B2 - アモルファス積層コアおよびアモルファス積層コアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、トランスや誘導加熱装置（電気加熱装置）などの電機機器に使用されるアモルファス積層コアおよびその製造方法に関する。

従来から、地球温暖化防止のために二酸化炭素など、温室効果を有するガスの排出量を削減するニーズは大きく、トランスや誘導加熱装置など、コア（鉄心）を使用する電機機器の高効率化が要求されている。その要求に対して、これまでは、フェライトで製作した磁性コアや、方向性あるいは無方向性のケイ素鋼板などの軟磁性薄材料で製作した積層コアなどが多く用いられてきている。しかしながら、近年、電機機器の更なる高効率化の要求があり、その要求に応えるため、前述したコアを用いる場合よりも高効率の電機機器を実現することができるコアが求められている。このような背景の下、低損失、高透磁率、高強度、耐食性といった磁気特性および機械特性に優れたアモルファス薄板材が注目されている。

アモルファス薄板材をコアとして使用するためには、薄板材から積層コアを製造する方法が必要である。この種の技術として、特許文献１〜３に記載の技術がある。

特許文献１には、アモルファス薄板材から、かしめ用貫通穴を含むコア片の外形を打ち抜くことによりコア片を作製し、作製した複数のコア片を積層し、積層した複数のコア片のかしめ用貫通穴に棒状体を挿入し、挿入した棒状体をプッシュバックすることにより、積層した複数のコア片をかしめることが記載されている。

特許文献２には、アモルファス巻鉄心をモールド成形して金型に入れ、その中に樹脂を注入して真空含浸を施し、金型とアモルファス巻鉄心との隙間に樹脂を多量に含浸させることにより樹脂付鉄心を作製し、その後、樹脂付鉄心を丸刃で扇型状に切断することが記載されている。

特許文献３には、厚さ約２５μｍのアモルファス薄板材の表裏に厚さ０.５〜１０μｍ程度の絶縁樹脂を塗布し、絶縁樹脂が塗布されたアモルファス薄板材を複数枚積層した積層体をワイヤー放電加工で所定の形状に切断した後、その切断面をエッチング処理することが記載されている。

特許第３８６９７３１号公報 特許第５２５５９９６号公報 特開２００８−１９８８９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、コア片をかしめる。したがって、積層コアのかしめ部分に応力が過大に集中し、積層コアとしての品質が劣化する虞がある。また、特許文献１に記載の技術では、金型でコア片を打ち抜く。アモルファス金属は薄く、硬く、脆い。このため、アモルファス金属を金型で打ち抜くと、金型の摩耗が激しく、寿命が短くなる。また、コアの形状毎に金型を準備する必要があり、製造コストが非常に高くなる。

また、特許文献２に記載の技術は、モータのコアに特化した技術である。したがって、任意の形状のアモルファス積層コアを製造することは容易ではない。

また、特許文献３に記載の技術では。約２５μmのアモルファス薄板材に対して、厚さ０.５〜１０μm程度の絶縁樹脂を積層前に塗布する。したがって、積層コアとしての占積率（コア全体に占めるアモルファス薄板材の割合）が９８％〜６０％となる。よって、積層コアとしての品質が不安定になる虞がある。

また、アモルファス金属は、一般的には、液体急冷法の一種である片ロール法によって製造される。片ロール法は、ノズルから高速で回転するロールに溶融金属を吹き出し、吹き出した溶融金属をロール面との接触面で連続的に急冷することにより、結晶化する前に凝固させることによりのアモルファス薄板材を製造する方法である。片ロール法で製造されるアモルファス薄板材では、ロールに接している面は平滑であるが、ロールに接していない面は急冷皺が残っており、数μｍの凹凸が発生する。

また、絶縁樹脂を塗布するには塗布工程が必要であり、素材として高価になることや、コアとした場合に占積率が悪化してしまうことなどから、一般的には、アモルファス薄板材に絶縁樹脂は塗布されていない。

このような数μｍの凹凸のあり、且つ、絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材を複数枚積層して使用する場合に、特許文献３に記載の技術のように、コアの切断後にエッチング処理を行うと、コアの切断面のみならず、アモルファス薄板材の凹凸により発生している各層間の隙間にもエッチング処理液が浸透し、アモルファス薄板材の表裏が荒らされる虞がある。その結果、コアとしての性能劣化を招く虞がある。よって、絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材を使用する場合には実質上エッチング処理は困難である。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、絶縁樹脂が塗布されていない薄板状のアモルファス金属から、高品質、且つ、任意の形状のアモルファス積層コアを製造できるようにすることを目的とする。

本発明のアモルファス積層コアは、積層された複数の鉄系アモルファス金属板により構成される積層体であって、厚み部分に切断面を有する積層体と、前記積層体の切断面を含む領域に形成された、厚みが１μｍ以上の化合物と、前記化合物を覆う領域と、前記積層された複数のアモルファス金属板の間の領域とを含む領域に形成された樹脂と、を有し、前記化合物は、前記アモルファス金属板中の金属を含む絶縁作用を有する化合物であり、鉄を含む水酸化物、鉄を含むフッ化物、鉄を含むりん酸塩、鉄を含むシュウ酸塩、または鉄を含むクロム酸塩であることを特徴とする。

本発明のアモルファス積層コアの製造方法は、アモルファス積層コアの製造方法であって、表面に樹脂が形成されていない複数のアモルファス金属板を製造し、前記複数のアモルファス金属板を積層して積層体を製造する積層体製造工程と、前記積層体を、その厚み部分に切断面が形成されるように、前記アモルファス積層コアの形状に合わせて切断する積層体切断工程と、ヤスリを用いて、あるいは、ワイヤー電極を用いて前記切断面に形成されたバリの少なくとも一部を除去するバリ取り工程と、前記バリ取り工程により前記バリが除去された前記切断面を含む領域に１μｍ以上の厚みを有する化合物を生成させる化合物生成工程と、前記化合物を覆う領域と、前記積層された複数のアモルファス金属板の間の領域とを含む領域に樹脂を形成する樹脂形成工程と、を有し、前記化合物は、前記アモルファス金属板中の金属を含む絶縁作用を有する化合物であることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁樹脂が塗布されていない薄板状のアモルファス金属から、高品質、且つ、任意の形状のアモルファス積層コアを製造することができる。

アモルファス積層コアの製造過程の一例を概念的に示す図である。 積層体切断工程の一例を説明する図である。 バリ取り工程の第１の例を説明する図である。 バリ取り工程の第２の例を説明する図である。 化合物生成工程の一例を説明する図である。 樹脂形成工程の一例を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
トランスや誘導加熱装置などの電機機器に使用されるコアの形状には様々な形状があり、例えば、Ｃ型、Ｅ型、Ｉ型、Ｔ型などがある。以下に説明する本実施形態の方法では、任意の形状のコアを製造することができるが、その一例として、Ｅ型コアを製造する場合について説明する。

図１は、アモルファス積層コアの製造過程の一例を概念的に示す図である。図１では、複数の薄板状のアモルファス金属（アモルファス金属板）を積層したものを、その厚み方向に沿って切った場合の断面を示す。尚、図１では、アモルファス積層コアの製造過程を分かりやすくするため、構成の一部を省略・誇張して示す。例えば、図１では、薄板状のアモルファス金属を２枚だけ積層させた状態を示しているが、実際には、より多くの薄板状のアモルファス金属が積層される（図１の各図の下に付している「・・・」はこのことを表している）。以下に、本実施形態のアモルファス積層コアの一例を、その製造方法の一例とともに説明する。

（積層体製造工程）
まず、薄板状のアモルファス金属を製造する。本実施形態では、片ロール法を用いて、薄板状のアモルファス金属を製造する。ただし、薄板状のアモルファス金属を製造する方法は、片ロール法を用いる方法に限定されない。例えば、双ロール法を用いて薄板状のアモルファス金属を製造してもよい。また、本実施形態では、アモフファス金属として、鉄系アモルファス金属（Fe-B、Fe-B-Si、Fe-B-Cなど）を用いる。

本実施形態では、薄板状のアモルファス金属の表面に絶縁樹脂を塗布する工程を行わない。本実施形態では、このように絶縁樹脂が塗布されていない複数のアモルファス薄板材を積層させて積層体１とする。尚、以下の説明では、「薄板状のアモルファス金属」を必要に応じて「アモルファス薄板材」と称する。また、積層とは、相互に隣接する２つのアモルファス薄板材の板面が相互に対向するように、複数のアモルファス薄板材を積み重ねることをいう。

（積層体切断工程）
次に、アモルファス薄板材をアモルファス積層コアの形状に合わせて切断する。
図２は、積層体切断工程の一例を説明する図である。
ワイヤー放電加工用の固定枠（図示せず）に積層体１をはめ込み、積層体１をはめ込んだ状態の固定枠をワイヤー放電加工装置の装置本体内（装置本体は図示せず）にセット（固定）した後、ワイヤー放電加工装置を動作させることにより、積層体１を切断する。

本実施形態では、アモルファス積層コア（積層体１）をボルトで固定するものとする。したがって、このボルトを通すための穴（ボルト固定用の穴）を積層体１に形成する必要がある。コアの切断予定部２の切断を行う前に、ボルト固定用の穴の切断予定部３の切断を、例えば、パイプ電極を用いた放電加工により行い、ボルト固定用の穴を事前に貫通させておく。そして、ボルト固定用の穴にボルトを通して積層体１を固定する。この状態で、ワイヤー放電加工用の固定枠（図示せず）に積層体１をはめ込む。そして、ワイヤー電極４と積層体１との間に数ｋＶの高電圧を印加し（ワイヤー電極４に電気的に接続される電源装置は図示せず）、積層体１とワイヤー電極４との間に放電を発生させ、コアの切断予定部２に沿って積層体１を切断する。これにより、積層体１の厚み部分に切断面が形成される。

切断予定部２、３の切断に関しては、油中または水中のどちらで行ってもよく、切断面に錆びを発生させてはいけない厳格なコアに関しては油中で行うのが好ましい。本実施形態では、以上の手順で積層体１を切断する。
以上のように本実施形態では、コアの切断予定部２の切断方法として、ワイヤー放電加工を採用する。以下に、その理由を説明する。

コアの一般的な切断方法には、機械的切断方法（丸刃による切断、ウォータジェットによる切断など）と、溶融切断方法（レーザービームによる切断、電子ビームによる切断、ワイヤー放電加工による切断など）がある。これらの切断方法の原理、特徴を整理すると以下のようになる。

まず、丸刃による切断について説明する。アモルファス薄板材は、薄く、硬く、脆い。このため、積層された複数のアモルファス薄板材を丸刃により直接切断すると、切断面を直角に切断することは可能であるものの、切断面に割れが入る。その対策として、特許文献２には、アモルファス薄板材を事前にモールド成形することが必要であることが開示されている。しかしながら、前述したように、特許文献２に記載の技術では、任意の形状には切断できない。

次に、ウォータジェットによる切断について説明する。ウォータジェットによる切断方法は、研削液（水と研磨材の混合液）を高圧で被切断物の切断予定部に噴射することにより被切断物を切断する方法である。ウォータジェットによる切断では、任意の形状に被切断物を切断することは可能であるものの、丸刃による切断と同様に切断面に割れが入る。したがって、その対策として、被切断物を事前にモールド成形することが必要である。また、ウォータジェットによる切断では、被切断物の厚さが厚くなる（積層枚数が多くなる）と、研削液が拡散するので切断面が直角にならない。

次に、レーザービームによる切断について説明する。レーザービームによる切断方法は、被切断物の切断予定部にレーザービームを照射することで、被切断物の表面で光エネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーにより被切断物を溶融して切断する方法である。レーザービームによる切断では、任意の形状に被切断物を切断することは可能であるものの、被切断物の厚さが厚くなる（積層枚数が多くなる）と、熱拡散の影響で切断面が直角にならない。また、レーザービームによる切断では、切断面が部分的または全面的に溶着した状態になる。

次に、電子ビームによる切断について説明する。電子ビームによる切断方法は、真空中で細く絞った電子ビームを被切断物に照射することで、そのエネルギーを熱エネルギーに変換し、その熱エネルギーにより被切断物を局所的に溶融して切断する方法である。電子ビームによる切断では、任意の形状に被切断物を切断することは可能であるものの、被切断物の厚さが厚くなる（積層枚数が多くなる）と、熱拡散の影響で切断面が直角にならない。また、電子ビームによる切断では、切断面が部分的または全面的に溶着した状態になる。

最後に、ワイヤー放電加工による切断について説明する。ワイヤー放電加工による切断は、水中または油中で被切断物とワイヤー電極との間に数ｋＶの高電圧を印加して放電を発生させることにより、被切断物を溶融して切断する方法である。ワイヤー放電加工による切断では、被切断物の厚さが厚くなっても（積層枚数が多くなっても）、切断面を直角にすることが可能である。また、切断面は部分的または全面的に溶着した状態になるが、任意の形状に被切断物を切断することが可能である。

以上のことから、本実施形態では、切断面に溶着した状態は残るが、事前にモールド成形が不要であり、且つ、被切断物の厚さが厚くなっても板面に対して切断面を直角にすることができ、且つ、任意の形状に被切断物の切断が可能なワイヤー放電加工による切断を採用することとした。ただし、積層体１を切断する方法は、ワイヤー放電加工による切断に限定されない。例えば、ウォータジェットによる切断、レーザービームによる切断、または電子ビームによる切断などを採用することができる。これらの方法では、例えば、積層体１の厚みが薄い場合には、切断面を板面に対して直角にすることができるからである。

以上のようにしてコアの切断予定部２に沿って積層体１を切断すると、図１の一番上の図に示すように、積層体１を構成するアモルファス薄板材の切断面には、バリ１１０ａ〜１１０ｄが形成される。尚、以下の説明では、積層体切断工程により切断された積層体１を必要に応じて積層コアと称する。

（バリ取り工程）
積層体切断工程の後、積層コア（アモルファス薄板材）の切断面に形成されたバリ１１０ａ〜１１０ｄの少なくとも一部を除去する。
図３は、バリ取り工程の第１の例を説明する図である。尚、図３〜図６では、表記の都合上、ボルト固定用の穴に通されているボルトの図示を省略しているが、積層コアは、このボルトにより固定された状態のままとなっている。

図３に示す例では、ヤスリ６を用いて、積層コア５の切断面に形成されたバリ１１０ａ〜１１０ｄを除去する。ヤスリ６を回転させながら積層コア５の切断面に沿って移動させることにより、積層コア５の切断面に形成されたバリ１１０ａ〜１１０ｄを除去する。尚、積層コア５の切断面に沿ってヤスリ６を移動させる装置は、精密に位置を制御ができる装置であればどのような装置であってもよい。

図４は、バリ取り工程の第２の例を説明する図である。
図４に示す例では、ワイヤー電極４を用いて、積層コア５の切断面に形成されたバリ１１０ａ〜１１０ｄを除去する。例えば、積層体切断工程で用いるワイヤー放電加工装置と同じ装置を用いてバリ取り工程を実行することができる。ただし、積層体切断工程における切断時よりも、ワイヤー電極４に印加する電圧を抑制して放電現象を抑制しつつ、積層コア５とワイヤー電極４との間の隙間を適切に保ち、積層コア５の切断面（の溶着部）に対して放電処理を行い、バリ１１０ａ〜１１０ｄを除去する。このような放電処理の回数を多くすると、バリ取り効果が大きくなる。放電処理の回数は、例えば、事前に実験を行い確認し決定するとよい。
以上のようにして積層コア５の切断面に形成されたバリ１１０ａ〜１１０ｄを除去すると、図１の上から２番目の図に示すように、積層コア５の切断面に形成されたバリ１１０ａ〜１１０ｄが除去される。ただし、この図に示すように、バリ取り工程により、バリを完全に除去することは容易ではなく、バリ１１０ａ〜１１０ｄ（の一部）が残った状態になる。

（化合物生成工程）
バリ取り工程の後、積層コア５切断面を含む領域に、例えばＦｅ（鉄）を含む酸化物を生成させる。
図５は、化合物生成工程の一例を説明する図である。
前述したようにバリ取り工程によりバリ１１０ａ〜１１０ｄを完全に除去することは容易ではないため、バリ取り工程後の積層コア５の表裏抵抗（上面と底面との間の電気抵抗）を電気抵抗測定テスターで測定すると１Ω以下になる場合がある。この状態で積層コア５に磁界を印加すると、各層間（相互に隣接しているアモルファス薄板材の間）で点接触しているバリ１１０ａ〜１１０ｄの部分を経由し、渦電流の閉ループが形成され、積層コア５の渦電流損が大きくなる。

以上の知見の下、本発明者らは、積層コア５の表裏抵抗を大きくすることが必要であることに想到した。具体的には、各層間で点接触しているバリの部分の接触抵抗を大きくして、バリの部分を経由して流れる渦電流を小さくし、積層コア５の損失を減少させる必要があることを見出した。

そして、種々の実験を行い、積層コア５の切断面に、Ｆｅ（鉄）を含む酸化物を付着させたところ、積層コア５の表裏抵抗を数Ω〜数十Ωまで増大させることができ、積層コア５の渦電流損の抑制に成功した。これは、積層コア５の端面に付着させたＦｅを含む酸化物が絶縁体であるため、このＦｅを含む酸化物が、前述したバリ１１０ａ〜１１０ｄの部分の接触抵抗の上昇に寄与したためと考えられる。

このことから、Ｆｅを含む酸化物だけでなく、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物につき、その効果を検討したところ、Ｆｅを含む水酸化物、Ｆｅを含むフッ化物、Ｆｅを含むりん酸塩、Ｆｅを含むシュウ酸塩、およびＦｅを含むクロム酸塩にて同様の効果が得られることを見出した。

以下に、これらの化合物を積層コア５の端面に付着させる方法の一例を説明する。
例えば、所定の温度および湿度（例えば、温度６５℃、湿度９３％ＲＨ）に設定した恒温恒湿装置７の中に、バリ取り工程によりバリ１１０ａ〜１１０ｄが除去された積層コア５を置き、この状態を２時間保持することにより、Ｆｅを含む水酸化物（FeOOH）を積層コア５の端面に付着させることができる。また、大気中あるいは水性ガスを含む加熱炉内に、バリ取り工程によりバリ１１０ａ〜１１０ｄが除去された積層コア５を置き、加熱炉内で積層コア５を１５０〜４５０℃に加熱することにより、Ｆｅを含む酸化物（Fe₃O₄）を積層コア５の端面に付着させることができる。Ｆｅを含む水酸化物は、Fe(OH)₂あるいはFe(OH)₃でもよい。また、Ｆｅを含む酸化物は、FeOあるいはFe₂O₃でもよい。すなわち、Ｆｅを含む酸化物あるいはＦｅを含む水酸化物であれば、組成を限定するものではない。

前述したように、積層コア５の端面に付着させる物質は、Ｆｅを含む酸化物、Ｆｅを含む水酸化物以外にも、Ｆｅを含むフッ化物、Ｆｅを含むりん酸塩、Ｆｅを含むシュウ酸塩、またはＦｅを含むクロム酸塩であってもよい。これらは、積層コア５の端面のＦｅと反応して析出する金属塩であり、積層コア５の端面を均一且つ緻密に被覆し、さらに、密着性がよいため、その後に付着させる樹脂との密着性もよい。

フッ化物を積層コア５の端面に付着させる場合には、例えば、フッ素と金属（主にＴｉやＺｒ）とを含む酸性水溶液を、りん酸塩を積層コア５の端面に付着させる場合には、例えば、りん酸と金属（主にＺｎやＮｉ、Ｍｎ、Ｃａ）とを含む酸性水溶液を、シュウ酸塩を積層コア５の端面に付着させる場合には、例えば、シュウ酸とフッ化アンモニウムとを含む酸性水溶液を、クロム酸塩を積層コア５の端面に付着させる場合には、例えば、クロム酸水溶液を、それぞれ用意する。

そして、用意した水溶液中に積層コア５を浸漬させる。また、用意した水溶液を積層コア５の端面にスプレー等により接液してもよい。その後、乾燥および水洗を行い、積層コア５を乾燥させる。乾燥温度は４０℃以上が好ましい。

また、積層コア５の端面に付着させる物質の厚みは１μｍ以上であるのが好ましい。この厚みが薄いと、バリの部分の接触抵抗を大きくすることができず、積層コア５の渦電流損を十分に低減させることができない。一方、積層コア５の端面に付着させる物質の厚みの上限値は特に限定されないが、積層コア５の端面に付着させる物質の厚みがある程度厚くなると、それ以上厚くしても、積層コア５の渦電流損の低減効果が飽和し、積層コア５の鉄損は大きく低減しない。したがって、積層コア５の端面に付着させる物質の厚みを厚くすることは、アモルファス積層コアの製造面から考えると非効率である。このような観点から、例えば、積層コア５の端面に付着させる物質の厚みを４０μｍ以下にすることができる。
以上のようにして、図１の上から３番目の図に示すように、積層コア５の端面には、前述した物質（Ｆｅを含む酸化物、Ｆｅを含む水酸化物、Ｆｅを含むフッ化物、Ｆｅを含むりん酸塩、Ｆｅを含むシュウ酸塩、およびＦｅを含むクロム酸塩のうちの１種）１２０ａ、１２０ｂが、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物として付着する。

（樹脂形成工程）
化合物生成工程により、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物１２０ａ、１２０ｂを積層コア５の端面に付着させた後、積層コア５に樹脂を含浸させる。
図６は、樹脂形成工程の一例を説明する図である。本実施形態では、真空含浸を行う。図６に示す例では、まず、積層コア５の全体が樹脂９に浸るように積層コア５と樹脂９をＳＵＳタンク８に入れる。そして、真空ポンプ１０でＳＵＳタンク（ステンレス製のタンク）８内の空気を吸引し、その状態を、樹脂９から発生する気泡がなくなるまで継続する。これにより、積層コア５の端面の領域と、積層コア５を構成するアモルファス薄板材の表面および裏面の領域と、相互に隣接する２つアモルファス薄板材の間の領域に、樹脂９が形成される。尚、所定の真空度になるまで、ＳＵＳタンク８内の空気を吸引してもよい。

以上のようにして真空含浸を行うことにより、積層コア５に樹脂９を付着させる目的は以下の３つである。
絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材を使用しているので、ワイヤー放電加工により積層体１を切断しただけでは、アモルファス薄板材が１枚１枚バラバラの状態である。このような観点から、真空含浸を行う第１の目的は、各層間に樹脂を浸透させ、各アモルファス薄板材を接着することで積層コアとして成形することである。

絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材を使用した場合でも、各アモルファス薄板材の表面には、自然酸化膜（を含む絶縁膜）が存在する。このため磁界強度が小さい領域ではコアとしての性能は発揮するが、磁界強度を大きくしていくとコアが絶縁破壊し、コアの損失が急激に増加する。このような観点から、真空含浸を行う第２の目的は、磁界強度を大きくした場合のコアの絶縁破壊を防止することである。

化合物生成工程において、例えば、温度６５℃、湿度９３％ＲＨに設定した恒温恒湿装置７の中に、バリ取り工程によりバリ１１０ａ〜１１０ｄが除去された積層コア５を置き、この状態を２時間保持することにより、積層コア５の切断面にＦｅを含む水酸化物（FeOOH）を付着させる場合においては、大気中に積層コア５を放置しておくと水酸化物の付着が進展する。このような観点から、真空含浸を行う第３の目的は、水酸化物の付着の進展を阻止することである。

真空含浸時の温度は、常温でも、１７５℃程度の高い温度でもよい。
また、真空含浸に使用する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂など使用することができ、使用するコアの耐熱温度やコアを使用する電機機器の絶縁階級によって使い分けるとよい。

以上のようにして、図１の一番下の図に示すように、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物１２０ａ、１２０ｂを覆うように積層コア５の表面に樹脂１３０ａが形成されると共に、積層コア５を構成するアモルファス薄板材の間の領域に樹脂１３０ｂ、１３０ｃが形成される。
そして、ボルト固定用の穴からボルトを外す。
以上のようにしてアモルファス積層コアが得られる。

［実施例］
次に、実施例を説明する。
＜実施例１＞
本実施例では、バリ取り工程および化合物生成工程の有無が、アモルファス積層コアの品質に与える影響を調査した。
（薄板材製造工程）
板幅１７０ｍｍ×長さ５００ｍｍ×厚さ０.０２８ｍｍの絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材を７００枚準備した。アモルファス薄板材は片ロール法で製造した。これら７００枚のアモルファス薄板材を積層させて、厚さが１９．６ｍｍの積層体１を構成した。

（積層体切断工程）
積層体１に対してコアの切断予定部とボルト固定用の穴の切断予定部とを設定し、ボルト固定用の穴の切断予定部の切断を行うことにより、ボルト固定用の穴を形成した。尚、ボルト固定用の穴の切断予定部は、コアの切断予定部よりも内側に設定される。このボルト固定用の穴にボルトを通して積層体１を固定した。この状態で、ワイヤー放電加工用の固定枠に積層体１をはめ込み、積層体１をはめ込んだ状態の固定枠をワイヤー放電加工装置の装置本体内にセット（固定）した。そして、ワイヤー放電加工により、外径１５０ｍｍ、内径９０ｍｍのリング状に積層体１を切断し、積層コアを形成した。ワイヤー放電加工による切断は油中で行った。

（バリ取り工程）
ボルト固定用の穴に通したボルトによりコアを固定したままの状態で、ヤスリを用いて積層コアの切断面を研磨することにより、積層コアの切断面に形成されたバリを除去した。
（化合物生成工程）
バリを除去した積層コアを、湿度９３％ＲＨ、温度６５℃に設定した恒温恒湿装置内に２時間曝露した。これにより、積層コアの切断面にＦｅを含む水酸化物（FeOOH）を付着させた。Ｆｅを含む水酸化物（FeOOH）の厚みは２０μｍであった。

ここで、Ｆｅを含む水酸化物の厚みは、全ての測定が終了した後、以下のようにして測定した。アモルファス積層コアを、アモルファス薄板材の厚み方向に沿って切断して、エポキシ樹脂に埋め込み硬化させた後、研磨を行い、観察断面を得た。そして、埋め込み樹脂を走査型電子顕微鏡に入れ、加速電圧１５ｋＶにて、観察断面に形成されているＦｅを含む水酸化物の厚みを観察した。任意の５か所の厚みの平均値を、Ｆｅを含む水酸化物の厚みとした。

（樹脂形成工程）
積層コアの切断面にＦｅを含む水酸化物を生成させた後、常温で真空含浸を行い、積層コアの表面（積層コア５の切断面、上面および底面）と各層間（アモルファス薄板材の間）にポリエステル樹脂を付着させた。

[[発明例]]
発明例では、以上の薄板材製造工程、積層体切断工程、バリ取り工程、化合物生成工程、および樹脂形成工程の全てを行った。
その結果、真空含浸後の積層コア（アモルファス積層コア）厚さは２０.１ｍｍであり占積率は約９７％と高い数値を得た。また、アモルファス積層コアの表裏抵抗は、電気抵抗測定テスターで測定した結果、約１５Ωであった。また、周波数１０ｋＨｚ、磁束密度０.３Ｔの条件でアモルファス積層コアを励磁し、アモルファス積層コアの損失（鉄損）をパワーメーターで測定した結果、アモルファス積層コアの損失（鉄損）は、約１００Ｗ／ｋｇであった。

[[比較例１]]
本比較例では、以上の薄板材製造工程、積層体切断工程、バリ取り工程、化合物生成工程、および樹脂形成工程のうち、薄板材製造工程、積層体切断工程、バリ取り工程、および樹脂形成工程を行い、化合物生成工程を行わなかった。すなわち、本比較例では、化合物生成工程を行わないこと以外は、発明例と同一の条件でアモルファス積層コアを製造した。

その結果、真空含浸後のコア（アモルファス積層コア）の厚さは２０.１ｍｍであり占積率は約９７％と高い数値を得た。また、アモルファス積層コアの表裏抵抗は、電気抵抗測定テスターで測定した結果、約１．５Ωであり、発明例に比べて小さな値になった。また、周波数１０ｋＨｚ、磁束密度０.３Ｔの条件でアモルファス積層コアを励磁し、アモルファス積層コアの損失（鉄損）をパワーメーターで測定した結果、アモルファス積層コアの損失（鉄損）は、約１５０Ｗ／ｋｇであり、発明例に比べて大きな値になった。

[[比較例２]]
本比較例では、以上の薄板材製造工程、積層体切断工程、バリ取り工程、化合物生成工程、および樹脂形成工程のうち、薄板材製造工程、積層体切断工程、化合物生成工程、および樹脂形成工程を行い、バリ取り工程を行わなかった。すなわち、本比較例では、バリ取り工程を行わないこと以外は、発明例と同一の条件でアモルファス積層コアを製造した。

その結果、真空含浸後のコア（アモルファス積層コア）の厚さは２０.１ｍｍであり占積率は約９７％と高い数値を得た。また、アモルファス積層コアの表裏抵抗は、電気抵抗測定テスターで測定した結果、約０．２Ωであり、発明例および比較例１に比べて小さな値になった。また、周波数１０ｋＨｚ、磁束密度０.３Ｔの条件でアモルファス積層コアを励磁し、アモルファス積層コアの損失（鉄損）をパワーメーターで測定した結果、アモルファス積層コアの損失（鉄損）は、約２４０Ｗ／ｋｇであり、発明例および比較例１に比べて大きな値になった。

以上のように、発明例では、全ての処理工程を実施し、比較例１では、化合物生成工程を省略し、比較例２では、バリ取り工程を省略した。各々の結果を比較すると、化合物生成工程を省略した比較例１とバリ取り工程を省略した比較例２では、全ての処理工程を実施した発明例に比べ、アモルファス積層コアの品質が劣る結果となった（すなわち、表裏抵抗が小さくなり、鉄損が大きくなった）。以上の結果から、コアの切断面のバリを取ることと、その後、コアの切断面に酸化物等（Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物）を付着させることが重要であることが分かる。

［実施例２］
本実施例では、化合物生成工程でコアの端面に付着される物質の厚みおよび種類の違いが、アモルファス積層コアの品質に与える影響を調査した。本実施例では、何れも、薄板材製造工程、積層体切断工程、バリ取り工程、および樹脂形成工程については、実施例１で説明したのと同じ条件で実施した。すなわち、本実施例では、化合物生成工程の条件が実施例１と異なる。

まず、Ｆｅを含む酸化物の厚みを異ならせたアモルファス積層コアを製造した。
化合物生成工程では、バリを除去した積層コアを、湿度９３％ＲＨ、温度６５℃に設定した恒温恒湿装置内に曝露し、積層コアの端面にＦｅを含む酸化物を形成させた。恒温恒湿装置内における積層コアの曝露時間を適宜変更することで、Ｆｅを含む酸化物の厚みを変化させた。その後、恒温恒湿装置からコアを取り出し、１３０℃に設定した乾燥炉内でコアを２時間乾燥した。コアの端面に生成された酸化物は、Fe₂O₃とFe₃O₄の混合物であることを確認した。

この他、Ｆｅを含む酸化物を形成しないで（化合物生成工程を実施せずに）アモルファス積層コアを製造した。前述したように、何れの場合も、薄板材製造工程、積層体切断工程、バリ取り工程、および樹脂形成工程については、実施例１で説明したのと同じ条件で実施した。すなわち、化合物生成工程の条件、有無以外は、何れも同一の条件でアモルファス積層コアを製造した。表１に、それぞれのアモルファス積層コアにおける付着物（Ｆｅを含む酸化物）の種類・組成式、（付着物の）厚み、表裏抵抗、および鉄損を示す。尚、付着物の厚みの測定方法は、実施例１で説明した方法と同じである。

表１において、表裏抵抗は、前述したように、アモルファス積層コアの上面と底面との間の抵抗である。ここでは、電気抵抗測定テスターによって表裏抵抗を測定した。また、実施例１と同様に、周波数１０ｋＨｚ、磁束密度０.３Ｔの条件でアモルファス積層コアを励磁し、アモルファス積層コアの損失（鉄損）をパワーメーターで測定した。

ここでは、実用上の観点から、表裏抵抗が２Ωを上回り、且つ、鉄損が１２０Ｗ／ｋｇを下回る場合を良（発明例）とした。表１に示すように、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物（付着物）の厚みが１μｍを下回ると、表裏抵抗が低下し、鉄損が大きくなることが分かる。

次に、化合物生成工程において、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物として、Ｆｅを含む水酸化物、Ｆｅを含むフッ化物、Ｆｅを含むりん酸塩、Ｆｅを含むシュウ酸塩、およびＦｅを含むクロム酸塩のそれぞれを用いてアモルファス積層コアを製造した。

以下に、それぞれの化合物の生成方法を説明する。
・Ｆｅを含む水酸化物
バリを除去した積層コアを、湿度９３％ＲＨ、温度６５℃に設定した恒温恒湿装置内に１時間曝露し、積層コアの端面にＦｅを含む水酸化物を形成させた。その後、恒温恒湿装置から積層コアを取り出し、積層コアの端面に生成された水酸化物は、水酸化鉄であることを確認した。

・Ｆｅを含むフッ化物
Ｔｉを２質量％含むＴｉフッ化物とフッ酸を含有する５０℃の水溶液の浸漬槽に積層コアを浸漬し、この状態を３分間保持した後、積層コアを浸漬槽から取り出した。浸漬槽から取り出した積層コアをイオン交換水で水洗し、５０℃で乾燥させた。積層コアの端面には、Ｆｅを含むフッ化物を有する化合物が生成されていたことを確認した。

・Ｆｅを含むりん酸塩
第一リン酸亜鉛を２質量％含むりん酸塩処理液を６０℃に加温したものを、積層コア全体にスプレーにより付着させた。その後、水道水で１分間、イオン交換水で１分間、積層コアを水洗し、５０℃で乾燥させた。積層コアの端面には、リン酸亜鉛鉄が生成されていたことを確認した。

・Ｆｅを含むシュウ酸塩
２質量％のフッ化アンモニウムと５質量％のシュウ酸四水和物を含む水溶液を４０℃に加温し、この加温した水溶液の浸漬槽に積層コアを浸漬し、この状態を２分間保持した後、積層コアを浸漬槽から取り出した。浸漬槽から取り出した積層コアをイオン交換水で水洗し、５０℃で乾燥させた。積層コアの端面には、シュウ酸鉄を含む化合物が生成されていたことを確認した。

・Ｆｅを含むクロム酸塩
１．２質量％のクロム酸ナトリウム、３．５質量％の７５％りん酸、０．３質量％の酸性フッ化ナトリウムを含む水溶液を４０℃に加温し、この加温した水溶液の浸漬槽に積層コアを浸漬し、この状態を２分間保持した後、積層コアを浸漬槽から取り出した。浸漬槽から取り出した積層コアを、水道水で１分間、イオン交換水で１分間水洗し、５０℃で乾燥させた。積層コアの端面には、Ｆｅを含むクロメート被膜が生成されていたことを確認した。

表２に、それぞれのアモルファス積層コアにおける付着物（Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物）の種類・組成式、（付着物の）厚み、表裏抵抗、および鉄損を示す。尚、付着物の厚みの測定方法は、実施例１で説明した方法と同じである。

表２に示すように、Ｆｅを含む水酸化物、Ｆｅを含むフッ化物、Ｆｅを含むりん酸塩、Ｆｅを含むシュウ酸塩、またはＦｅを含むクロム酸塩を、Ｆｅを含む酸化物に代えて用いても、Ｆｅを含む酸化物を用いた場合と同様に、表裏抵抗が２Ωを上回り、且つ、鉄損が１２０Ｗ／ｋｇを下回るアモルファス積層コアを得ることができることが分かる。

（まとめ）
従来、絶縁樹脂が塗布されたアモルファス薄板材を使用する場合には、背景技術で説明した特許文献３に記載の技術のように、コアの切断面の溶着したバリをエッチング処理により除去する方法がある。しかしながら、絶縁樹脂が塗布されていない複数のアモルファス薄板材を積層してワイヤー放電加工による切断を行うと、絶縁被膜が塗布されている場合に比べ、コアの切断面が更に溶着しやすくなり、また、背景技術で説明したようにエッチング処理を行うことが容易ではない。一方で、絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材であっても、厳密に言えば自然酸化膜程度の絶縁膜は存在する。このため、磁界強度の低い領域では、アモルファス薄板材を巻回して製造した巻鉄心として使用することが可能であり、これまでは、巻鉄心による適用が主流となっていた。しかしながら、絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材を巻回さずに積層させたコアとして、高品質、且つ、任意の形状のアモルファス積層コアを製造することができなかった。

そこで、本実施形態では、まず、絶縁樹脂が塗布されていない複数のアモルファス薄板材を積層させて積層体１を構成する。この積層体１を切断して積層コア５を形成し、この切断により積層コア５に形成されたバリ１１０ａ〜１１０ｄの少なくとも一部を除去した後、積層コア５の切断面に、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物１２０ａ、１２０ｂを生成させる。その後、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物１２０ａ、１２０ｂを覆うように、積層コア５の表面および層間に樹脂１３０ａ〜１３０ｃを形成する。したがって、絶縁樹脂が塗布されていないアモルファス薄板材から、高品質、且つ、任意の形状のアモルファス積層コアを製造することができる。よって、トランス、誘導加熱装置、回転電機など、コアを有する電機機器に本実施形態のアモルファス積層コアを適用すれば、高効率、且つ、低コストの電機機器を製造することが可能となる。

また、本実施形態では、複数のアモルファス薄板材を積層させた積層体１を切断する。したがって、金型で１枚ごとにアモルファス薄板材をコアの形状に打ち抜き、この打ち抜き後のアモルファス薄板材を積層する場合に比べ、アモルファス積層コアの品質を向上させることができる。

すなわち、金型で１枚ごとにアモルファス薄板材を打ち抜く場合には、打ち抜き後の複数のアモルファス薄板材を、それらの端部を揃えて積層することは容易ではない。また、アモルファス金属は薄く、硬く、脆いため、金型の刃部の摩耗が発生する。したがって、切断に重要な上刃と下刃とのクリアランスの管理が容易ではなく、切断回数が増加するとともにアモルファス薄板材の切断面にバリが徐々に増加していく。このため、アモルファス積層コアの品質が不安定になる。また、アモルファス積層コアの形状を変更する毎に、金型も変更する必要があり多額の費用も必要である。これに対し、本実施形態では、複数のアモルファス薄板材を積層させた積層体１をコアの形状に切断するので、このような問題を解決することができる。

本実施形態では、アモルファス金属として、鉄系アモルファス金属を用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、アモルファス金属は鉄系に限定されない。例えば、コバルト系アモルファス金属（Co-B、Co-Fe-Si-Bなど）を用いてもよい。尚、鉄系アモルファス金属以外のアモルファス金属を用いる場合には、Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物の代わりに、アモルファス金属中の金属を含む絶縁作用を有する化合物がコアの切断面に生成されるようにする。

尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１：積層体、２：コアの切断予定部、３：ボルト固定用の穴の切断予定部、４：ワイヤー電極、５：積層コア、６：ヤスリ、７：恒温恒湿装置、８：ＳＵＳタンク、９：樹脂、１０：真空ポンプ、１１０ａ〜１１０ｄ：バリ、１２０ａ〜１２０ｂ：Ｆｅを含む絶縁作用を有する化合物、１３０ａ〜１３０ｃ：樹脂

Claims (7)

1. 積層された複数の鉄系アモルファス金属板により構成される積層体であって、厚み部分に切断面を有する積層体と、
   前記積層体の切断面を含む領域に形成された、厚みが１μｍ以上の化合物と、
   前記化合物を覆う領域と、前記積層された複数のアモルファス金属板の間の領域とを含む領域に形成された樹脂と、を有し、
   前記化合物は、前記アモルファス金属板中の金属を含む絶縁作用を有する化合物であり、鉄を含む水酸化物、鉄を含むフッ化物、鉄を含むりん酸塩、鉄を含むシュウ酸塩、または鉄を含むクロム酸塩であることを特徴とするアモルファス積層コア。
2. アモルファス積層コアの製造方法であって、
   表面に樹脂が形成されていない複数のアモルファス金属板を製造し、前記複数のアモルファス金属板を積層して積層体を製造する積層体製造工程と、
   前記積層体を、その厚み部分に切断面が形成されるように、前記アモルファス積層コアの形状に合わせて切断する積層体切断工程と、
   ヤスリを用いて、あるいは、ワイヤー電極を用いて前記切断面に形成されたバリの少なくとも一部を除去するバリ取り工程と、
   前記バリ取り工程により前記バリが除去された前記切断面を含む領域に１μｍ以上の厚みを有する化合物を生成させる化合物生成工程と、
   前記化合物を覆う領域と、前記積層された複数のアモルファス金属板の間の領域とを含む領域に樹脂を形成する樹脂形成工程と、を有し、
   前記化合物は、前記アモルファス金属板中の金属を含む絶縁作用を有する化合物であることを特徴とするアモルファス積層コアの製造方法。
3. 前記アモルファス金属板は、鉄系アモルファス金属板であることを特徴とする請求項２に記載のアモルファス積層コアの製造方法。
4. 前記化合物生成工程は、前記バリ取り工程により前記バリが除去された前記切断面を含む領域に、鉄を含む酸化物、鉄を含む水酸化物、鉄を含むフッ化物、鉄を含むりん酸塩、鉄を含むシュウ酸塩、または鉄を含むクロム酸塩を、前記化合物として生成させることを特徴とする請求項３に記載のアモルファス積層コアの製造方法。
5. 前記樹脂形成工程は、真空含浸により、前記化合物を覆う領域と、前記積層された複数のアモルファス金属板の間の領域とを含む領域に樹脂を形成することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のアモルファス積層コアの製造方法。
6. 前記積層体製造工程は、片ロール法を用いて、前記複数のアモルファス金属板を製造することを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載のアモルファス積層コアの製造方法。
7. 前記積層体切断工程は、ワイヤー放電加工により、前記積層体を切断することを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載のアモルファス積層コアの製造方法。

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