JP7034064B2 - 熱活性化可能な硬化接着性コーティング - Google Patents

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Description

本発明は、板金コンポーネントを互いに接着して金属板スタックを製造する方法に使用するための熱活性化可能な接着剤組成物、板金コンポーネントを互いに接着して金属板スタックを製造する方法でのこの接着剤組成物の使用、板金コンポーネントを互いに接着して金属板スタックを製造する方法、この接着剤組成物でコーティングされた板金コンポーネント、及び１つ以上のこのような板金コンポーネントを含むステータコアまたはロータコアに関する。
電動モーターの効率は、複数のそのコンポーネントに影響され、その全体のコンセプトによって電気エネルギーを運動エネルギーへと変換することが可能になる。これらのコンポーネントとしては、プレートスタックが挙げられ、それによって力が伝達される。プレートスタックは、例えば、電動モーターのステータ及び／またはロテータの部品として使用される。プレートスタックは、多くの非常に薄い電気鋼板から製造される。電気鋼板は、磁場の伝導性及び増幅性に関して優れた性質を有する。個々の積層は、互いに絶縁されており、電動モーターの効率に決定的な影響を与える。ここで、金属板の組成及び電圧の欠如、金属板の電気抵抗値、及び絶縁の完全性は、重要な影響因子である。これらの影響因子は、特に面状または点状に金属板を互いに接合する方法、及び例えば打ち抜きバリなどの機械加工品質によって実質的に決定される。
電気工学の分野では、スタッキングという用語は、いわゆる積層のことで、個々の金属板を接合することでスタックを形成することを指す。スタックとは、固定して互いに接続された多くの金属板の整列したスタックのことである。このような金属板スタックは、大きな鉄心に置き換わる。スタックを形成するための金属板の接続は、例えば、ねじ止めによって、またはスタックの外部に付与されたクランプによって実現される。このような接続では、接続をはずすことが可能であるが、電気機械の性能は一般に、このような接続手段により、例えば接続手段領域における電気的な短絡や磁場の乱れなどにより悪影響を受ける。
更なる既知の接合方法は、溶接である。溶接の間に、金属板は熱的に一体に接合される。打ち抜かれスタックされた積層を、装置内でクランプし、積層平面に直行するように配向された複数の溶接シームによって外半径上で接合する。しかし、溶接は、積層及びこれらの絶縁層に損傷を与え、うず電流損の増加をもたらし、または磁場に影響を与え得る。設計の自由度は、溶接シームによってほとんど制限されないが、このような方法で製造されたスタックは、破壊せずに分離することができないのは事実である。
いわゆるインターロックは、１ステッププロセスとして知られている。インターロックされると、電気鋼板は、原材料から打ち抜かれ、スタック上に配置され、１マシンストロークでスタックに接合される。打ち抜かれ、及び／または配置もしくは固定される場合、隣接した電気鋼板の接続と相互作用する電気鋼板に機械的接続が形成される。これらの接続は、電気鋼板にエンボス加工された隆起部であり、カムまたはノブとも称される。変形領域内の絶縁コーティングが損傷する可能性があるため、短絡を不可能にすることはできない。更に、接続は設計を制限し、かつ局所的な接続手段により磁場に影響を与える。
接続手段としての接着剤の使用もまた公知である。接着の１つの形態は、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されているような、いわゆるベークエナメルを使用する。原材料である実質上無限の板金ストリップは、一般にベークエナメルでコーティングされている。個々の積層をベークエナメルでコーティングされた板金ストリップから分離後、それらを互いに対して位置合わせし、互いの上部に配置し、このようにしてスタックを形成する。この依然として未接続の金属板スタックを、その後にベークエナメルの反応温度まで、通常３０～１５０分の所定の時間をかけて加熱する。反応温度は、通常１５０℃～２５０℃である。加熱の間、スタックは、１平方ミリメートル当たり２～６ニュートンの圧力を受ける。これに続いて、最長６０分続く冷却段階がある。ベークエナメルを使用することにより、金属構造体または絶縁層を損傷することなく、個々の積層の全面的及び耐性のある接続を実現することが可能になるが、ベーキング及び冷却プロセスは、非常に時間がかかるため、連続的な大量生産に統合するのは難しいことは事実である。
ＤＥ３５０３０１９Ｃ２号 ＤＥ３８２９０６８Ｃ１号
本発明は、大量生産が大量にかつ短いサイクルタイムで可能になるように、金属板スタックの製造法を改善する目的に基づいている。
この目的は、第１の態様において、
１００重量部のエポキシ樹脂と、
４～８重量部の潜在性硬化剤と、
４～１０重量部の潜在性促進剤と、
を、含有する、熱活性化可能な接着剤組成物、及び板金コンポーネントを互いに接着して金属板スタックを製造する方法でのそれらの使用によって、達成される。
用語「潜在性硬化剤」は、エポキシ樹脂の硬化に使用されるが、化学的または熱的エネルギーを供給することによって最初に活性化される必要がある物質を指す。
したがって、用語「潜在性促進剤」は、硬化剤によるエポキシ樹脂の硬化を促進するために使用され、同様に化学的または熱的エネルギーを供給することによって最初に活性化される必要がある物質を指す。
接着剤が熱活性化可能な接着剤であることは必須である。それは板金コンポーネントが接続（接合）された後にのみ最終的に硬化するが、加工の様々な段階を通じて活性化され、接着状態になることができる。個々の機能の時間的及び／または空間的な分離は、このように提供される。２つのコンポーネントのうち１つへの接着剤の塗布は、第１の方法のステップ中に行われる。この後に、接着面がなくなるように、接着剤を乾燥して硬化させる。
本発明による接着剤組成物は、例えば０．５～１秒という極めて短い活性化時間と、例えば最大５秒という極めて短い硬化時間とを可能にする。更に、本発明による接着剤組成物は、例えば１９０℃の高温安定性ならびに高絶縁性及び経年劣化容量（ａｇｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ）を特徴とする。
本発明による接着剤組成物は、特にエポキシ樹脂成分、硬化剤、及び促進剤を含有する多成分接着剤である。
第１の構成成分は、２つ以上のエポキシ基を有する１つ以上のエポキシ樹脂によって形成され、そのエポキシ樹脂のうち、好ましくは少なくとも１つのエポキシ樹脂が、＞５０℃の軟化点を有する。
エポキシ樹脂は、脂肪族、脂環式、または芳香族エポキシ樹脂であることができる。脂肪族エポキシ樹脂は、１つの脂肪族基及び少なくとも２つのエポキシ樹脂基の両方を有する構成成分を含有する。
脂肪族エポキシ樹脂の例としては、ブタンジオールジグリシジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ジメチルペンタンジオキシド、ブタジエンジオキシド、ジエチレングリコールジグリシジルエーテルを挙げてよい。
脂環式エポキシ樹脂は、例えば、３－シクロヘキシルメチル－３－シクロヘキシルカルボキシレートジエポキシド、３，４－エポキシシクロヘキシルアルキル－３’，４’－エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、３，４－エポキシ－６－メチルシクロヘキシルメチル－３’，４’－エポキシ－６－メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビニルシクロヘキサンジオキシド、ビス（３，４－エポキシシクロヘキシルメチル）アジパート、ジシクロペンタジエンジオキシド、１，２－エポキシ－６－（２，３－エポキシプロポキシ）ヘキサヒドロ－４，７－メタノインダンである。
芳香族エポキシ樹脂は、例えば、ビスフェノールＡエポキシ樹脂、ビスフェノールＦエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ビフェニルエポキシ樹脂、ビフェノールエポキシ樹脂、４，４’－ビフェニルエポキシ樹脂、ジビニルベンゼン（ｄｉｖｉｎｙｌｂｅｎｚｎｅ）ジオキシド、２－グリシジルフェニルグリシジルエーテル、テトラグリシジルメチレンジアニリンである。
本発明の好ましい実施形態では、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡエポキシ樹脂の水性分散液である。
第２の構成成分は、好ましくは８０℃～２００℃の範囲の温度にて、接着剤組成物のエポキシ樹脂による硬化反応を受ける、エポキシ樹脂の硬化に使用される１つ以上の物質によって形成される。
硬化剤は、ジシアンジアミド、アジリジン誘導体、トリアジン誘導体、イミダゾリン、イミダゾール、ｏ－トリルビグアニド、環状アミジン、有機ヘキサフルオロアンチモネートもしくはヘキサフルオロリン酸塩化合物、またはＢＦ３アミン錯体を含有することができる。この化合物は、個別に（単独に）または混ぜ合わせて使用可能である。
例としては、２－メチルイミダゾール、２－ウンデシルイミダゾール、２－ヘプタデシルイミダゾール、１，２－ジメチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２－フェニルイミダジル（ｐｈｅｎｙｌｉｍｉｄａｚｌｅ）、２－フェニル－４－メチルイミダゾール、１－ベンジル－２－メチルイミダゾール、１－ベンジル－２－フェニルイミダゾール、１－シアノエチル－２－メチルイミダゾール、１－シアノエチル－２－ウンデシルイミダゾール、１－シアノエチル－２－エチル－４－メチルイミダゾール、１－シアノエチル－２－フェニルイミダゾール、１－シアノエチル－２－ウンデシルイミダゾリウムトリメリテート、１－シアノエチル－２－フェニルイミダゾリウムトリメリテート、２，４－ジアミノ－６－［２’－メチルイミダゾリル－（１’）］－エチル－ｓ－トリアジン、２，４－ジアミノ－６－［２’ウンデシルイミダゾリル－（１’）］－エチル－ｓ－トリアジン、２，４－ジアミノ－６－［２’－エチル－４’－メチルイミダゾリル－（１’）］－エチル－ｓ－２，４－ジアミノ－６－［２’－メチルイミダゾリル－（１’）］－エチル－ｓ－トリアジン、２－フェニルイミダゾール、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール、２－フェニル－４－メチル－５－ヒドロキシメチルイミダゾール、２，３－ジヒドロ－１Ｈ－ピロロ［１，２－ａ］ベンゾイミダゾール、（１－ドデシル－２－メチル－３－ベンジル）イミダゾリウムクロリド、２－メチルイミダゾリン、２－フェニルイミダゾリン、２，４－ジアミノ－６－ビニル－１，３，５－トリアジン、２，４－ジアミノ－６－ビニル－１，３，５－トリアジンイソシアン酸付加物、２，４－ジアミノ－６－メタクリロイルオキシエチル－１，３，５－トリアジン、２，４－ジアミノ－６－メタクリロイルオキシエチル－１，３，５－トリアジンイソシアン酸付加物、１，３，５－トリアジン、２，４－ジアミノ－６－メチル－１，３，５－トリアジン、２，４－ジアミノ－６－ノニル－１，３，５－トリアジン、２，４－ジアミノ－６－フェニル－１，３，５－トリアジン、２，４－ジメトキシ－６－メチル－１，３，５－トリアジン、２，４－ジメトキシ－６－フェニル－１，３，５－トリアジン、２－アミノ－４，６－ジメチル－１，３，５－トリアジン、２－アミノ－４－ジメチルアミノ－６－メチル－１，３，５－トリアジン、２－アミノ－４－エトキシ－６－メチル－１，３，５－トリアジン、２－アミノ－４－エチル－６－メトキシ－１，３，５－トリアジン、２－アミノ－４－メトキシ－６－メチル－１，３，５－トリアジン、２－アミノ－４－メチル－６－フェニル－１，３，５－トリアジン、２－クロロ－４，６－ジメトキシ－１，３，５－トリアジン、２－エチルアミノ－４－メトキシ－６－メチル－１，３，５－トリアジン、１－ｏ－トリルビグアニドが挙げられる。
本発明の好ましい実施形態では、硬化剤は、ジシアンジアミド、イミダゾール、ＢＦ３アミン錯体、またはこれらの組み合わせを含有する。
第３の構成成分は、エポキシ樹脂及び硬化剤間の反応を促進する、１つ以上の促進剤によって形成される。
本発明の好ましい実施形態では、促進剤は、尿素誘導体及び／またはイミダゾールを含有する。
本発明による接着剤組成物はまた、追加の成分を含有し得る。
好ましい実施形態では、本発明による接着剤組成物は、モリブデン酸リン酸亜鉛アルミニウム及びポリリン酸ストロンチウムアルミニウムからなる群から選択される、２～１２重量部の１つ以上の腐食防止添加剤を含有する。
本発明に従って使用することができる他の腐食防止添加剤は、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、オルトリン酸亜鉛アルミニウム、モリブデン酸オルトリン酸亜鉛、リン酸水素カルシウム、リン酸ケイ酸亜鉛ストロンチウム、ポリリン酸亜鉛アルミニウム、ポリリン酸カルシウムアルミニウム、リン酸ケイ酸亜鉛カルシウムストロンチウムアルミニウム、オキシアミノリン酸塩、亜鉛塩、または鉄雲母である。
別の好ましい実施形態では、本発明による接着剤組成物は、カオリンまたは雲母からなる群から選択される、５～１５重量部の１つ以上の絶縁添加剤を含有する。
本発明によると、絶縁添加剤は、電気的な絶縁効果を有する物質である。
別の好ましい実施形態では、本発明による接着剤組成物は、カーボンブラック及び酸化鉄からなる群から選択される、０．２～８重量部の吸収添加剤を含有する。
本発明によると、吸収添加剤は、熱放射を吸収する物質である。
別の好ましい実施形態では、本発明による接着剤組成物は、充填剤、分散剤、及びフィルム形成剤からなる群から選択される、１つ以上の添加剤を含有する。
分散剤の例としては、界面活性剤、ポリアニオン、及びリン酸塩が挙げられる。
フィルム形成剤の例としては、エステル、エーテルアルコール、及びグリコールが挙げられる。
混合プロセスの結果として接着剤が硬化することなく、２０～３０℃の範囲の温度が、混合中に選択され得るように、接着剤構成成分を選択することが好ましい。
塗布される接着剤は、保管庫内で室温にて数ヶ月間安定であり、後に１００℃超の温度、例えば１５０℃または１８０℃まで加熱することにより、非常に短時間の間で硬化することができる。
溶剤または分散剤が、接着剤組成物に添加されない場合、接着剤組成物は、例えばいわゆる「反応性ホットメルト接着剤」として塗布され得る。ホットメルト接着剤を、塗布前にその融解温度まで加熱し、液化させなければいけない。反応性ホットメルト接着剤の融解温度は、典型的には６０℃～１００℃の範囲内である。次いで、１５０℃～１８０℃の範囲の温度で、反応が生じる。
特に好ましい接着剤変異形（ａｄｈｅｓｉｖｅ ｖａｒｉａｎｔ）は、水性エポキシ樹脂分散体に基づいている。これらは、少なくとも上述の物質、すなわち、１００重量部のエポキシ樹脂と、４～８重量部の潜在性硬化剤と、４～１０重量部の潜在性促進剤と、を本質的に含有する。
必要ならば水性分散体を、吹付け、塗装、及び他の塗布方法によってプレコーティングされた金属板に、所望の層厚みで塗布することができるような程度に水で希釈する。塗布後に水を気化させ、乾燥した、２０℃にて非接着性の、熱活性化可能な接着剤層が残るようにする。
もちろん、言及された全ての構成成分はまた、有機溶剤中に溶解させて提供され得る。しかし、有機溶剤の使用は環境的な理由で減らすべきであり、その上、互いに反応する構成成分が溶液として存在するため、調製中にすでに互いに反応している可能性があるという理由で、この変異形（ｖａｒｉａｎｔ）は好ましくない。しかし、水性分散体中では、構成成分は分散粒子として分離して存在し、それは特に良好な調製の保存安定性をもたらす。
あるいは、接着剤混合物はまた、粉末として提供され得る。これらの粉末は、先行技術から公知の粉末コーティングの塗布方法を使用して、金属板上で焼結される。それにより、複合体が更なる金属板とともに製造された後に、形成される層は熱活性化される。
熱活性化可能な接着剤組成物、または好ましくは２０℃では非接着性（「不粘着性」）の接着剤で金属板をプレコーティングすると、かかる接着剤層を備えるコンポーネントは、時間的及び／または空間的に続くプロセスステップ中に、他のコンポーネントの反対の接着剤表面上に接合される。金属板のうち少なくとも１つを接着剤層でプレコーティングし、少なくとも２つの金属板を接合する。
接着剤層を、エポキシ樹脂、硬化剤、及び促進剤の間の必要な化学反応に十分な高い温度まで加熱することにより、接着剤は接合の前、最中、及び／または後に硬化する。
本発明による接着剤組成物の極めて短い活性化時間及び硬化時間によって、接合の最中にすでに硬化が開始するように、金属板スタックを接合する前であっても接着剤を活性化することが可能になる。これにより時間が節約され、金属板スタックを、高サイクル率で製造することが可能になる。
したがって、本発明はまた、板金コンポーネントを互いに接着して金属板スタックを製造する方法であって、少なくとも２つの板金コンポーネントが、間の接着剤層を介して接合されて複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｏｄｙ）を形成し、本明細書で記載され、接合の前または最中に熱活性化された、接着剤組成物を接着剤として使用することを特徴とする、方法に関する。
したがって、本発明によれば、スタッキングの直前または最中に電気鋼板を打ち抜くことができる、互いの上部にスタックした複数の金属板から製造された金属板スタックの製造方法を提供する。本発明による接着剤を含有するコーティングを少なくとも１面に備えた原材料の使用、ならびに作業ステップ中に可能な打ち抜き、スタッキング、及び接合により、短いサイクルタイムで、かつ大量での金属板スタックの大量生産が可能になる。
本発明による方法の好ましい実施形態では、板金コンポーネント部品のうちの１つが、複合体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｂｏｄｙ）を形成するための接合が行われる前に、接着剤組成物でコーティングされ、この接着剤組成物は、複合体を形成するための接合が行われる前に硬化するが、接着剤層の自由表面が接着性を有しないように硬化されることはない。
本発明による方法の別の好ましい実施形態では、熱活性化は赤外線によって生じる。赤外線によって、活性化時間を、好ましくは０．５秒より少なく、例えば０．３秒などまで削減することが可能になる。更に、それは費用対効果が高く、大きな装置やエネルギー消費がなくても使用可能である。
本発明の主題はまた、前述の接着剤組成物でコーティングした板金コンポーネントである。
本発明の好ましい実施形態では、板金コンポーネントは鋼板である。
本明細書に記載される発明による方法により作製された板金コンポーネントは、ステータコアまたはロータコアでの使用に特に適している。
したがって、本発明の更なる主題は、１つ以上の前述の板金コンポーネントを含むステータコアまたはロータコアである。
本発明を、次の実施例を参照して更に詳細に説明する。
本発明による２つの製品（実施例１及び２）、ならびに２つの比較可能な従来技術製品（Ａｘａｌｔａ製のＶｏｌｔａｔｅｘ １１７５Ｗ、及びＢａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ製のＤｉｓｐｅｒｃｏｌｌ Ｕ８７５５）用いて、実験を実施した。
実験条件
板厚０．３ｍｍの電気鋼板への接着剤の塗布
乾燥プロセス後の層厚み：５～６μｍ
サンプル形状：２５ｍｍｘ１００ｍｍ
ＤＩＮ ＥＮ１４６５に基づく重ねせん断力試験
重なり合った長さ：１２．５ｍｍ
ホットプレス中でのサンプルの接合：２００℃、１秒（実施例１参照）
または、ＮＩＲ放射線によるサンプルの接合（０．３秒）（実施例２参照）
Figure 0007034064000001

実験データは、本発明による接着剤組成物は、同じ活性化時間を有する従来技術の接着剤組成物により達成することができない、得られた板金複合体の重ね専断力をもたらすことを証明した。

Claims (16)

  1. １００重量部のエポキシ樹脂と、
    ４～８重量部の潜在性硬化剤と、
    ４～１０重量部の潜在性促進剤と、
    を含む水性分散体を、含有する、板金コンポーネントを互いに接着して積層されたコアを製造する方法に使用するための、熱活性化可能な接着剤組成物。
  2. モリブデン酸リン酸亜鉛アルミニウム及びポリリン酸ストロンチウムアルミニウムからなる群から選択される、２～１２重量部の１つ以上の腐食防止添加剤を更に含有する、請求項１に記載の熱活性化可能な接着剤組成物。
  3. カオリン及び雲母からなる群から選択される、５～１５重量部の１つ以上の絶縁添加剤を更に含有する、請求項１または２に記載の接着剤組成物。
  4. カーボンブラック及び酸化鉄からなる群から選択される、０．２～８重量部の吸収添加剤を更に含有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  5. 充填剤、分散剤、及びフィルム形成剤からなる群から選択される、１つ以上の添加剤を更に含有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  6. 前記エポキシ樹脂が、ビスフェノールＡエポキシ樹脂の水性分散液であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  7. 前記潜在性硬化剤が、ジシアンジアミド、イミダゾール、ＢＦ３アミン錯体、またはこれらの組み合わせを含有することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  8. 前記潜在性促進剤が、尿素誘導体及び／またはイミダゾールを含有することを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  9. 板金コンポーネントを互いに接着して積層されたコアを製造する方法での、請求項１～８のいずれか一項に記載の接着剤組成物の使用。
  10. 板金コンポーネントを互いに接着して積層されたコアを製造する方法であって、少なくとも２つの板金コンポーネントが、間の接着剤層を介して接合されて複合体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｏｄｙ）を形成し、接合の前または最中に熱活性化された、請求項１～８のいずれか一項に記載の接着剤組成物を接着剤として使用することを特徴とする、方法。
  11. 前記熱活性化が、赤外線によって行われることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記板金コンポーネントの部品のうちの１つが、前記複合体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｂｏｄｙ）を形成するための前記接合が行われる前に、前記接着剤組成物でコーティングされ、前記接着剤組成物は、前記複合体を形成するための前記接合が行われる前に硬化するが、前記接着剤層の自由表面が接着性を有しないようには硬化されないことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. １つ以上の前記板金コンポーネントを含み、
    前記１つ以上の板金コンポーネントが、請求項１～８のいずれか一項に記載の接着剤組成物で互いに接着される、ステータコア。
  14. 前記板金コンポーネントが鋼板であることを特徴とする、請求項１３に記載のステータコア。
  15. １つ以上の前記板金コンポーネントを含み、
    前記１つ以上の板金コンポーネントが、請求項１～８のいずれか一項に記載の接着剤組成物で互いに接着される、ロータコア。
  16. 前記板金コンポーネントが鋼板であることを特徴とする、請求項１５に記載のロータコア。
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