JP7207610B2 - 電磁鋼板用コーティング組成物、接着用表面被覆電磁鋼板及び積層鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、電磁鋼板用コーティング組成物、接着用表面被覆電磁鋼板及び積層鉄心に関する。本願は、２０２０年６月１７日に、日本に出願された特願２０２０－１０４２４４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

一般に、電磁鋼板を用いてモータやトランス等の積層鉄心を組み立てる場合、剪断加工あるいは打抜きにより単位鉄心とした後積層し、ボルト締め、カシメ、溶接あるいは接着により固着して積層コアとする。近年、モータの効率の更なる向上の要請があり、コア鉄損のより一層の低減が求められている。コア鉄損の低減には、電磁鋼板の厚さを薄くすることが有効である。しかし、電磁鋼板が薄い場合、カシメや溶接が難しいばかりか、積層端面が開きやすくなり、積層鉄心としての形状を維持しにくい。

こうした問題に対し、カシメや溶接で電磁鋼板を一体化することに代えて、表面に接着性の絶縁被膜を形成した電磁鋼板を熱圧着して積層コアを形成する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、エポキシ樹脂と硬化剤と特定の平均半径を有するナノ粒子とを含む電磁鋼板用コーティング組成物が提案されている。特許文献２では、水溶性エポキシ樹脂と無機ナノ粒子と無機添加物とを含む電磁鋼板用コーティング組成物が提案されている。特許文献３では、エポキシ樹脂と硬化剤と充填剤とを含む熱硬化性焼付けエナメル層が平面の１つに設けられた電磁鋼板が提案されている。

日本国特表２００８－５１８０８７号公報 日本国特表２０１６－５４０９０１号公報 日本国特表２０１８－５１８５９１号公報

特許文献１～３の技術では、絶縁被膜の結合強度、耐腐食性、電気絶縁性、電磁鋼板表面の品質、積層コアの形状の安定性を高めることが図られている。
しかしながら、積層コアを成形するときの生産性の向上については、何ら考慮されていない。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、積層コアの生産性を向上できる電磁鋼板用コーティング組成物、接着用表面被覆電磁鋼板及び積層鉄心を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
［１］エポキシ樹脂と、高温硬化型架橋剤と、無機微粒子とを含有する電磁鋼板用コーティング組成物であって、
前記エポキシ樹脂の１００質量部に対し、前記高温硬化型架橋剤が５～３０質量部であり、
前記無機微粒子は、金属水酸化物、２５℃で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物、及び水酸基を有する珪酸塩鉱物から選択される１種以上であり、
前記無機微粒子は、体積平均粒子径が０．０５～２．０μｍであり、
前記エポキシ樹脂の含有量は、前記電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、４５質量％以上であり、
前記無機微粒子の含有量は、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して、１～１００質量部である、電磁鋼板用コーティング組成物。
［２］前記無機微粒子が、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、タルク、マイカ及びカオリンから選択される１種以上である、［１］に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
［３］前記高温硬化型架橋剤が、芳香族アミン、フェノール系硬化剤及びジシアンジアミドから選択される１種以上である、［１］又は［２］に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
［４］［１］～［３］のいずれか一項に記載の電磁鋼板用コーティング組成物を塗布してなる絶縁被膜を表面に有する、接着用表面被覆電磁鋼板。
［５］［４］に記載の接着用表面被覆電磁鋼板を２枚以上積層してなる、積層鉄心。

本発明の電磁鋼板用コーティング組成物によれば、積層コアの生産性を向上できる。

本発明の一実施形態に係る積層コアを備えた回転電機の断面図である。 図１に示す積層コアの側面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 図１に示す積層コアを形成する素材の平面図である。 図４のＢ－Ｂ断面図である。 図５のＣ部の拡大図である。 図１に示す積層コアを製造するために用いられる製造装置の側面図である。 処理時間と接着強度の相関を示すグラフの一例である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る積層コア（積層鉄心）と、この積層コアを備えた回転電機と、この積層コアを形成する素材について説明する。なお、本実施形態では、回転電機として電動機、具体的には交流電動機、より具体的には同期電動機、より一層具体的には永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明する。この種の電動機は、例えば、電気自動車等に好適に採用される。

図１に示すように、回転電機１０は、ステータ２０と、ロータ３０と、ケース５０と、回転軸６０と、を備える。ステータ２０およびロータ３０は、ケース５０内に収容される。ステータ２０は、ケース５０内に固定される。
本実施形態では、回転電機１０として、ロータ３０がステータ２０の径方向内側に位置するインナーロータ型を採用している。しかしながら、回転電機１０として、ロータ３０がステータ２０の外側に位置するアウターロータ型を採用してもよい。また、本実施形態では、回転電機１０が、１２極１８スロットの三相交流モータである。しかしながら、極数、スロット数、相数等は、適宜変更することができる。
回転電機１０は、例えば、各相に実効値１０Ａ、周波数１００Ｈｚの励磁電流を印加することにより、回転数１０００ｒｐｍで回転することができる。

ステータ２０は、ステータ用接着積層コア（以下、ステータコア）２１と、図示しない巻線と、を備える。
ステータコア２１は、環状のコアバック部２２と、複数のティース部２３と、を備える。以下では、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の中心軸線Ｏ方向を軸方向と言い、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の径方向（中心軸線Ｏに直交する方向）を径方向と言い、ステータコア２１（又はコアバック部２２）の周方向（中心軸線Ｏ回りに周回する方向）を周方向と言う。

コアバック部２２は、ステータ２０を軸方向から見た平面視において円環状に形成されている。複数のティース部２３は、コアバック部２２の内周から径方向内側に向けて（径方向に沿ってコアバック部２２の中心軸線Ｏに向けて）突出する。複数のティース部２３は、周方向に同等の角度間隔をあけて配置されている。本実施形態では、中心軸線Ｏを中心とする中心角２０度おきに１８個のティース部２３が設けられている。複数のティース部２３は、互いに同等の形状でかつ同等の大きさに形成されている。よって、複数のティース部２３は、互いに同じ厚み寸法を有している。
前記巻線は、ティース部２３に巻回されている。前記巻線は、集中巻きされていてもよく、分布巻きされていてもよい。

ロータ３０は、ステータ２０（ステータコア２１）に対して径方向の内側に配置されている。ロータ３０は、ロータコア３１と、複数の永久磁石３２と、を備える。
ロータコア３１は、ステータ２０と同軸に配置される環状（円環状）に形成されている。ロータコア３１内には、前記回転軸６０が配置されている。回転軸６０は、ロータコア３１に固定されている。
複数の永久磁石３２は、ロータコア３１に固定されている。本実施形態では、２つ１組の永久磁石３２が１つの磁極を形成している。複数組の永久磁石３２は、周方向に同等の角度間隔をあけて配置されている。本実施形態では、中心軸線Ｏを中心とする中心角３０度おきに１２組（全体では２４個）の永久磁石３２が設けられている。

本実施形態では、永久磁石界磁型電動機として、埋込磁石型モータが採用されている。ロータコア３１には、ロータコア３１を軸方向に貫通する複数の貫通孔３３が形成されている。複数の貫通孔３３は、複数の永久磁石３２の配置に対応して設けられている。各永久磁石３２は、対応する貫通孔３３内に配置された状態でロータコア３１に固定されている。各永久磁石３２のロータコア３１への固定は、例えば、永久磁石３２の外面と貫通孔３３の内面とを接着剤により接着すること等により、実現できる。なお、永久磁石界磁型電動機として、埋込磁石型に代えて表面磁石型モータを採用してもよい。

ステータコア２１及びロータコア３１は、いずれも積層コアである。例えば、ステータコア２１は、図２に示すように、複数の電磁鋼板（接着用表面被覆電磁鋼板）４０が積層方向に積層されることで形成されている。
なお、ステータコア２１及びロータコア３１それぞれの積厚（中心軸線Ｏに沿った全長）は、例えば、５０．０ｍｍとされる。ステータコア２１の外径は、例えば、２５０．０ｍｍとされる。ステータコア２１の内径は、例えば、１６５．０ｍｍとされる。ロータコア３１の外径は、例えば、１６３．０ｍｍとされる。ロータコア３１の内径は、例えば、３０．０ｍｍとされる。ただし、これらの値は一例であり、ステータコア２１の積厚、外径や内径、及びロータコア３１の積厚、外径や内径は、これらの値のみに限られない。ここで、ステータコア２１の内径は、ステータコア２１におけるティース部２３の先端部を基準とする。すなわち、ステータコア２１の内径は、全てのティース部２３の先端部に内接する仮想円の直径である。

ステータコア２１及びロータコア３１を形成する各電磁鋼板４０は、例えば、図４から図６に示すような素材１を打ち抜き加工すること等により形成される。素材１は、電磁鋼板４０の母材となる鋼板（電磁鋼板）である。素材１としては、例えば、帯状の鋼板や切り板等が挙げられる。
積層コアの説明の途中ではあるが、以下では、この素材１について説明する。なお、本明細書において、電磁鋼板４０の母材となる帯状の鋼板を素材１という場合がある。素材１を打ち抜き加工して積層コアに用いられる形状にした鋼板を電磁鋼板４０という場合がある。

素材１は、例えば、コイル１Ａに巻き取られた状態で取り扱われる。本実施形態では、素材１として、無方向性電磁鋼板を採用している。無方向性電磁鋼板としては、ＪＩＳ Ｃ ２５５２：２０１４の無方向性電磁鋼帯を採用できる。しかしながら、素材１として、無方向性電磁鋼板に代えて方向性電磁鋼板を採用してもよい。この場合の方向性電磁鋼板としては、ＪＩＳ Ｃ ２５５３：２０１９の方向性電磁鋼帯を採用できる。また、ＪＩＳ Ｃ ２５５８：２０１５の無方向性薄電磁鋼帯や方向性薄電磁鋼帯を採用できる。

素材１の平均板厚ｔ０の上下限値は、素材１が電磁鋼板４０として用いられる場合も考慮して、例えば、以下のように設定される。
素材１が薄くなるに連れて素材１の製造コストは増す。そのため、製造コストを考慮すると、素材１の平均板厚ｔ０の下限値は、０．１０ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍ、より好ましくは０．１８ｍｍとなる。
一方で、素材１が厚すぎると、製造コストは良好になるが、素材１が電磁鋼板４０として用いられた場合に、渦電流損が増加してコア鉄損が劣化する。そのため、コア鉄損と製造コストとを考慮すると、素材１の平均板厚ｔ０の上限値は、０．６５ｍｍ、好ましくは０．３５ｍｍ、より好ましくは０．３０ｍｍとなる。
素材１の平均板厚ｔ０の上記範囲を満たすものとして、０．２０ｍｍを例示できる。

なお、素材１の平均板厚ｔ０は、後述する母材鋼板２の厚さだけでなく、絶縁被膜３の厚さも含まれる。また、素材１の平均板厚ｔ０の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、素材１がコイル１Ａの形状に巻き取られている場合、素材１の少なくとも一部を平板形状に巻き出す。平板形状に巻き出された素材１において、素材１の長手方向の所定の位置（例えば、素材１の長手方向の端縁から、素材１の全長の１０％分の長さ、離れた位置）を選定する。この選定した位置において、素材１を、その幅方向に沿って５つの領域に区分する。これらの５つの領域の境界となる４か所において、素材１の板厚を測定する。４か所の板厚の平均値を、素材１の平均板厚ｔ０とすることができる。

この素材１の平均板厚ｔ０についての上下限値は、電磁鋼板４０としての平均板厚ｔ０の上下限値としても当然に採用可能である。なお、電磁鋼板４０の平均板厚ｔ０の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、積層コアの積厚を、周方向に同等の間隔をあけて４か所において（すなわち、中心軸線Ｏを中心とした９０度おきに）測定する。測定した４か所の積厚それぞれを、積層されている電磁鋼板４０の枚数で割って、１枚当たりの板厚を算出する。４か所の板厚の平均値を、電磁鋼板４０の平均板厚ｔ０とすることができる。

図５及び図６に示すように、素材１は、母材鋼板２と、絶縁被膜３と、を備えている。素材１は、帯状の母材鋼板２の両面が絶縁被膜３によって被覆されてなる。本実施形態では、素材１の大部分が母材鋼板２によって形成され、母材鋼板２の表面に、母材鋼板２よりも薄い絶縁被膜３が積層されている。

母材鋼板２の化学組成は、以下に質量％単位で示すように、質量％で２．５％～４．５％のＳｉを含有する。なお、化学組成をこの範囲とすることにより、素材１（電磁鋼板４０）の降伏強度を、例えば、３８０ＭＰａ以上５４０ＭＰａ以下に設定することができる。

Ｓｉ：２．５％～４．５％
Ａｌ：０．００１％～３．０％
Ｍｎ：０．０５％～５．０％
残部：Ｆｅ及び不純物

素材１が電磁鋼板４０として用いられるときに、絶縁被膜３は、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０間での絶縁性能を発揮する。また、本実施形態では、絶縁被膜３は、接着能を備えていて、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０を接着する。絶縁被膜３は、単層構成であってもよく、複層構成であってもよい。より具体的には、例えば、絶縁被膜３は、絶縁性能と接着能とを兼ね備えた単層構成であってもよく、絶縁性能に優れる下地絶縁被膜と、接着性能に優れる上地絶縁被膜とを含む複層構成であってもよい。ここで接着能を備えるとは、所定の温度条件下で所定値以上の接着強度を有することをいう。

本実施形態では、絶縁被膜３は、母材鋼板２の両面を全面にわたって隙間なく覆っている。しかしながら、前述の絶縁性能や接着能が確保される範囲において、絶縁被膜３が、母材鋼板２の両面を隙間なく覆っていなくてもよい。言い換えると、絶縁被膜３が、母材鋼板２の表面に間欠的に設けられていてもよい。例えば、絶縁被膜３が、絶縁性能に優れる下地絶縁被膜と、接着性能に優れる上地絶縁被膜とを含む複層構成である場合、下地絶縁被膜を母材鋼板の全面にわたって隙間なく形成して、上地絶縁被膜を間欠的に設けても、絶縁性能と接着能の両立が可能である。

下地絶縁被膜を形成するコーティング組成物としては、特に限定されず、例えば、クロム酸含有処理剤、リン酸塩含有処理剤等の一般的な処理剤を使用できる。

接着能を備える絶縁被膜は、後述の電磁鋼板用コーティング組成物が母材鋼板上に塗布されてなる。接着能を備える絶縁被膜は、例えば、絶縁性能と接着能を兼ね備えた単層構成の絶縁被膜や、下地絶縁被膜上に設けられる上地絶縁被膜である。接着能を備える絶縁被膜は、積層コア製造時の加熱圧着前においては、未硬化状態又は半硬化状態（Ｂステージ）であり、加熱圧着時の加熱によって硬化反応が進行して接着能が発現する。

本発明の電磁鋼板用コーティング組成物は、エポキシ樹脂と、高温硬化型架橋剤と、無機微粒子とを含有する。

エポキシ樹脂は、一分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂であれば特に制限なく使用可能である。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、アクリル酸変性エポキシ樹脂（エポキシアクリレート）、リン含有エポキシ樹脂、及びこれらのハロゲン化物（臭素化エポキシ樹脂等）や水素添加物等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

エポキシ樹脂の含有量は、電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、４５質量％以上である。エポキシ樹脂の含有量は、電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、４５質量％～９０質量％が好ましく、５０～８０質量％がより好ましく、５０～７０質量％がさらに好ましい。エポキシ樹脂の含有量が上記下限値以上であると、電磁鋼板４０の接着強度をより高められる。エポキシ樹脂の含有量が上記上限値以下であると、電磁鋼板４０の応力歪みをより緩和できる。

高温硬化型架橋剤は、上記エポキシ樹脂を架橋することができればよい。ここで、高温硬化型架橋剤とは、室温（例えば、２０℃～３０℃）では硬化反応が進行せず、硬化温度（反応温度）が１００℃以上である架橋剤をいう。
エポキシ樹脂と高温硬化型架橋剤との混合物の硬化温度は、１５０℃以上が好ましい。一方、硬化温度の上限は特に限定されない。しかし、硬化温度が２００℃より高い場合、塗装焼付けの際の硬化が不十分となるためコイル巻取りが不可能となり、積層コアの製造に支障をきたす場合がある。そのため、硬化温度は２００℃以下が好ましい。

ここで、「硬化温度」は、剛体振り子型物性試験機で測定される粘弾性が、硬化に伴って低下する温度とする。硬化反応の進行に伴い架橋構造が発現すると、振り子の運動が制限され、振り子の振れ周期が急激に低下する。したがって、振り子の振れ周期の変化に基づいて硬化温度を決定することができる。

高温硬化型架橋剤としては、例えば、芳香族アミン、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ジシアンジアミド、ブロックイソシアネート等が挙げられる。高温硬化型の架橋剤を適用することで、焼付け工程における樹脂の過度の硬化を抑制することができる。これにより、得られた接着用表面被覆電磁鋼板を積層して加熱加圧することによって積層コアを製造する際に、硬化反応をさらに進行させることができるため、高温時の接着強度をより高められる。

芳香族アミンとしては、例えば、メタキシリレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等が挙げられる。
フェノール系硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、トリアジン変性フェノールノボラック樹脂、フェノールレゾール樹脂、クレゾールナフトールホルムアルデヒド縮合体等が挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、例えば、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水クロレンディック酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビス（アンヒドロトリメート）、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、無水トリメリット酸、ポリアゼライン酸無水物等が挙げられる。
ジシアンジアミドは、潜在性硬化剤としても知られる。潜在性硬化剤は、エポキシ樹脂と配合して、室温で安定に貯蔵でき、熱、光、圧力等により樹脂組成物を急速に硬化させる能力を有する。ジシアンジアミドは、融点２０７～２１０℃の無色斜方状晶又は板状晶である。１６０～１８０℃でエポキシ樹脂と反応し、２０～６０分間で硬化する。
ジシアンジアミドは、硬化促進剤と併用することが好ましい。硬化促進剤としては、三級アミン、イミダゾール類、芳香族アミン等が挙げられる。
ブロックイソシアネートは、ポリイソシアネートのイソシアネート基をブロック剤でマスクし反応を抑制した化合物である。ポリイソシアネートの原料としては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）等が挙げられる。ブロック剤としては、例えば、アルコール類やフェノール類等が挙げられる。
積層コアの生産性をより高められる観点から、高温硬化型架橋剤としては、芳香族アミン、フェノール系硬化剤及びジシアンジアミドから選択される１種以上が好ましく、メタキシリレンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールレゾール樹脂及びジシアンジアミドから選択される１種以上がより好ましい。
高温硬化型架橋剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

高温硬化型架橋剤の含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、５～３０質量部であり、１０～３０質量部が好ましく、１５～２５質量部がより好ましい。高温硬化型架橋剤の含有量が上記下限値以上であると、積層コアの生産性をより高められる。高温硬化型架橋剤の含有量が上記上限値以下であると、積層コアの接着強度をより高められる。

無機微粒子は、金属水酸化物、２５℃で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物、及び水酸基を有する珪酸塩鉱物から選択される１種以上である。本実施形態の無機微粒子は、水酸基を含有する。水酸基の存在は、高温硬化型架橋剤を活性化させ、エポキシ樹脂の架橋による硬化を効果的に促進する。その結果、本実施形態の無機微粒子を含有しない場合に比べて、電磁鋼板同士を接着する際の時間を短縮でき、積層コアの生産性を向上できる。
無機微粒子は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

金属水酸化物としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化マンガン、水酸化鉄（ＩＩ）、水酸化亜鉛等が挙げられる。金属水酸化物の中で、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムは、特に高温硬化型架橋剤を活性化させ、エポキシ樹脂の硬化促進効果が大きいため、好ましい。
金属水酸化物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

２５℃（室温）で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。
２５℃で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

水酸基を有する珪酸塩鉱物としては、例えば、タルク（滑石）、マイカ（雲母）、カオリン（カオリナイト）、モンモリロナイト、クロライト、グローコナイト等が挙げられる。水酸基を有する珪酸塩鉱物の中で、タルク、マイカ、カオリンは、特に高温硬化型架橋剤を活性化させ、エポキシ樹脂の硬化促進効果が大きいため、好ましい。
水酸基を有する珪酸塩鉱物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

無機微粒子の含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、１～１００質量部であり、５～７０質量部が好ましく、１０～５０質量部がより好ましい。無機微粒子の含有量が上記下限値以上であると、積層コアの生産性をより高められる。無機微粒子の含有量が上記上限値以下であると、積層コアの接着強度をより高められる。

無機微粒子の体積平均粒子径は、０．０５～２．０μｍであり、０．０５～１．５μｍが好ましく、０．０５～１．０μｍがより好ましい。さらに好ましい無機微粒子の体積平均粒子径は、０．２μｍ未満である。無機微粒子の体積平均粒子径が上記上限値以下であると、無機微粒子の含有する水酸基をより均一に分散できる。体積平均粒子径が０．０５μｍよりも小さい無機微粒子を安価に入手することは難しい。
無機微粒子の体積平均粒子径は、ＩＳＯ１３３２０及びＪＩＳ Ｚ ８８２５：２０１３に準拠したレーザ回折・散乱法によって得られる球相当径の分布曲線において、体積基準で、累積頻度５０％に相当する粒径で定義した数値（ｄ５０）である。

本実施形態の電磁鋼板用コーティング組成物は、エポキシ樹脂、高温硬化型架橋剤、無機微粒子以外の他の成分（以下、「任意成分」ともいう。）を含有してもよい。
任意成分としては、上述した高温硬化型架橋剤に該当しない硬化促進剤（硬化触媒）、消泡剤、界面活性剤等が挙げられる。
消泡剤としては、例えば、シリコーンオイル等が挙げられる。
界面活性剤としては、例えば、アルキルポリグルコシド等が挙げられる。

本実施形態の電磁鋼板用コーティング組成物は、シリコーン樹脂を含有してもよい。シリコーン樹脂を含有する場合、シリコーン樹脂の含有量は、電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、４０質量％以下であることが好ましい。なお、シリコーン樹脂はシロキサン（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）結合を有する樹脂である。シリコーン樹脂の含有量は、より好ましくは、３０質量％以下であり、さらに好ましくは２０質量％以下であり、特に好ましくは１０質量％以下である。シリコーン樹脂は含有しなくてもよいので下限は０質量％である。

本実施形態の電磁鋼板用コーティング組成物が任意成分を含む場合、任意成分の含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、０．１～５質量部が好ましい。

本実施形態の電磁鋼板用コーティング組成物を電磁鋼板に塗布した後、乾燥させて絶縁被膜３を得る。本実施形態の電磁鋼板用コーティング組成物を電磁鋼板に塗布する際は、焼き付けて塗布すること（焼付け工程）が好ましい。
焼付け工程における到達温度としては、例えば、１２０～２２０℃が好ましく、１３０～２１０℃がより好ましく、１４０～２００℃がさらに好ましい。到達温度が上記下限値以上であると、電磁鋼板用コーティング組成物が電磁鋼板と充分に接着し、剥離が抑制される。到達温度が上記上限値以下であると、エポキシ樹脂の硬化を抑制でき、電磁鋼板用コーティング組成物の接着能を維持できる。
焼付け工程における焼付け時間としては、例えば、５～６０秒間が好ましく、１０～３０秒間がより好ましく、１０～２０秒間がさらに好ましい。焼付け時間が上記下限値以上であると、電磁鋼板用コーティング組成物が電磁鋼板と充分に接着し、剥離が抑制される。焼付け時間が上記上限値以下であると、エポキシ樹脂の硬化を抑制でき、電磁鋼板用コーティング組成物の接着能を維持できる。

絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値は、素材１が電磁鋼板４０として用いられる場合も考慮して、例えば、以下のように設定される。
素材１が電磁鋼板４０として用いられる場合において、互いに積層される電磁鋼板４０間での絶縁性能を確保するために、絶縁被膜３の平均厚みｔ１（電磁鋼板４０（素材１）片面あたりの厚さ）は、互いに積層される電磁鋼板４０間での絶縁性能及び接着能を確保できるように調整する。

単層構成の絶縁被膜３の場合、絶縁被膜３の平均厚みｔ１（電磁鋼板４０（素材１）片面あたりの厚さ）は、例えば、１．５μｍ以上８．０μｍ以下とすることができる。
複層構成の絶縁被膜３の場合、下地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、０．１μｍ以上２．０μｍ以下とすることができ、０．３μｍ以上１．５μｍ以下が好ましい。上地絶縁被膜の平均厚みは、例えば、１．５μｍ以上８．０μｍ以下とすることができる。
なお、素材１における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の測定方法は、素材１の平均板厚ｔ０と同様の考え方で、複数箇所の絶縁被膜３の厚みを求め、それらの厚みの平均として求めることができる。絶縁被膜３の厚みは、例えば、素材１を厚み方向に切断した断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより求められる。

この素材１における絶縁被膜３の平均厚みｔ１についての上下限値は、電磁鋼板４０における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値としても当然に採用可能である。なお、電磁鋼板４０における絶縁被膜３の平均厚みｔ１の測定方法は、例えば、以下の測定方法による。例えば、積層コアを形成する複数の電磁鋼板のうち、積層方向の最も外側に位置する電磁鋼板４０（表面が積層方向に露出している電磁鋼板４０）を選定する。選定した電磁鋼板４０の表面において、径方向の所定の位置（例えば、電磁鋼板４０における内周縁と外周縁との丁度中間（中央）の位置）を選定する。選定した位置において、電磁鋼板４０の絶縁被膜３の厚みを、周方向に同等の間隔をあけて４か所において（すなわち、中心軸線Ｏを中心とした９０度おきに）測定する。測定した４か所の厚みの平均値を、絶縁被膜３の平均厚みｔ１とすることができる。
なお、このように絶縁被膜３の平均厚みｔ１を、積層方向の最も外側に位置する電磁鋼板４０において測定した理由は、絶縁被膜３の厚みが、電磁鋼板４０の積層方向に沿った積層位置で殆ど変わらないように、絶縁被膜３が作り込まれているからである。

以上のような素材１を打ち抜き加工することで電磁鋼板４０が製造され、電磁鋼板４０によって積層コア（ステータコア２１やロータコア３１）が製造される。

以下、積層コアの説明に戻る。ステータコア２１を形成する複数の電磁鋼板４０は、図３に示すように、絶縁被膜３を介して積層されている。

積層方向に隣り合う電磁鋼板４０は、絶縁被膜３によって全面にわたって接着されている。言い換えると、電磁鋼板４０において積層方向を向く面（以下、第１面という）は、全面にわたって接着領域４１ａとなっている。ただし、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０が、全面にわたって接着されていなくてもよい。言い換えると、電磁鋼板４０の第１面において、接着領域４１ａと非接着領域（不図示）とが混在していてもよい。

本実施形態では、ロータコア３１を形成する方の複数の電磁鋼板は、図１に示すかしめ４２（ダボ）によって互いに固定されている。しかしながら、ロータコア３１を形成する複数の電磁鋼板も、ステータコア２１と同様に絶縁被膜３により固定した積層構造を有してもよい。
また、ステータコア２１やロータコア３１等の積層コアは、いわゆる回し積みにより形成されていてもよい。

前記ステータコア２１は、例えば、図７に示す製造装置１００を用いて製造される。以下では、製造方法の説明にあたり、まず先に、積層コアの製造装置１００（以下、単に製造装置１００という）について説明する。
製造装置１００では、コイル１Ａ（フープ）から素材１を矢印Ｆ方向に向かって送り出しつつ、各ステージに配置された金型により複数回の打ち抜きを行って電磁鋼板４０の形状に徐々に形成していく。そして、打ち抜いた電磁鋼板４０を積層して昇温させながら加圧する。その結果、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０を絶縁被膜３によって接着させ（すなわち、絶縁被膜３のうちの接着領域４１ａに位置する部分に接着能を発揮させ）、接着が完了する。

図７に示すように、製造装置１００は、複数段の打ち抜きステーション１１０を備えている。打ち抜きステーション１１０は、二段であってもよく、三段以上であってもよい。各段の打ち抜きステーション１１０は、素材１の下方に配置された雌金型１１１と、素材１の上方に配置された雄金型１１２とを備える。

製造装置１００は、さらに、最も下流の打ち抜きステーション１１０よりも下流位置に積層ステーション１４０を備える。この積層ステーション１４０は、加熱装置１４１と、外周打ち抜き雌金型１４２と、断熱部材１４３と、外周打ち抜き雄金型１４４と、スプリング１４５と、を備えている。
加熱装置１４１、外周打ち抜き雌金型１４２、断熱部材１４３は、素材１の下方に配置されている。一方、外周打ち抜き雄金型１４４及びスプリング１４５は、素材１の上方に配置されている。なお、符号２１は、ステータコアを示している。

以上説明の構成を有する製造装置１００において、まずコイル１Ａより素材１を図７の矢印Ｆ方向に順次送り出す。そして、この素材１に対し、複数段の打ち抜きステーション１１０による打ち抜き加工を順次行う。これら打ち抜き加工により、素材１に、図３に示したコアバック部２２と複数のティース部２３を有する電磁鋼板４０の形状を得る。ただし、この時点では完全には打ち抜かれていないので、矢印Ｆ方向に沿って次工程へと進む。

そして最後に、素材１は積層ステーション１４０へと送り出され、外周打ち抜き雄金型１４４により打ち抜かれて精度良く、積層される。この積層の際、電磁鋼板４０はスプリング１４５により一定の加圧力を受ける。以上説明のような、打ち抜き工程、積層工程、を順次繰り返すことで、所定枚数の電磁鋼板４０を積み重ねることができる。さらに、このようにして電磁鋼板４０を積み重ねて形成された積層体は、加熱装置１４１によって例えば温度２００℃まで加熱される（加熱工程）。この加熱により、隣り合う電磁鋼板４０の絶縁被膜３同士が接着される。
なお、加熱装置１４１は、外周打ち抜き雌金型１４２に配置されていなくてもよい。すなわち、外周打ち抜き雌金型１４２で積層された電磁鋼板４０を接着させる前に、外周打ち抜き雌金型１４２外に取り出してもよい。この場合、外周打ち抜き雌金型１４２に断熱部材１４３がなくてもよい。さらにこの場合、積み重ねられた接着前の電磁鋼板４０を、図示されない治具で積層方向の両側から挟んで保持した上で、搬送したり加熱したりしてもよい。
以上の各工程により、ステータコア２１が完成する。

加熱工程における加熱温度としては、例えば、１２０～２２０℃が好ましく、１３０～２１０℃がより好ましく、１４０～２００℃がさらに好ましい。加熱温度が上記下限値以上であると、絶縁被膜３が充分に硬化し、積層コアの接着強度をより高められる。加熱温度が上記上限値以下であると、絶縁被膜３の劣化を抑制でき、電磁鋼板４０の応力歪みをより緩和できる。

絶縁被膜３を硬化させる際は、積層体を加圧することが好ましい。
積層体を加圧する際の圧力は、例えば、０．１～２０ＭＰａが好ましく、０．２～１０ＭＰａがより好ましく、０．５～５ＭＰａがさらに好ましい。積層体を加圧する際の圧力が上記下限値以上であると、絶縁被膜３が充分に硬化し、積層コアの接着強度をより高められる。積層体を加圧する際の圧力が上記上限値以下であると、絶縁被膜３の劣化を抑制でき、電磁鋼板４０の応力歪みをより緩和できる。
積層体を加熱及び加圧する際の処理時間は、例えば、５～１２分間が好ましく、６～１１分間がより好ましく、７～１０分間がさらに好ましい。処理時間が上記下限値以上であると、絶縁被膜３が充分に硬化し、積層コアの接着強度をより高められる。処理時間が上記上限値以下であると、積層コアの生産性をより高められる。
なお、無機微粒子を含有しない場合は、処理時間が２０分以上必要であるが、本実施形態では、電磁鋼板用コーティング組成物が無機微粒子を特定量含有するため、処理時間１２分以内で、充分な接着強度を有する積層コアを製造できる。

以上、本発明の一実施形態について説明した。ただし、本発明の技術的範囲は前記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ステータコア２１の形状は、上記実施形態で示した形態のみに限定されるものではない。具体的には、ステータコア２１の外径及び内径の寸法、積厚、スロット数、ティース部２３の周方向と径方向の寸法比率、ティース部２３とコアバック部２２との径方向の寸法比率等は、所望の回転電機の特性に応じて任意に設計可能である。
前記実施形態におけるロータ３０では、２つ１組の永久磁石３２が１つの磁極を形成しているが、本発明はこの形態のみに限られない。例えば、１つの永久磁石３２が１つの磁極を形成していてもよく、３つ以上の永久磁石３２が１つの磁極を形成していてもよい。

上記実施形態では、回転電機１０として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明したが、回転電機１０の構造は、以下に例示するようにこれのみに限られず、更には以下に例示しない種々の公知の構造も採用可能である。
上記実施形態では、回転電機１０として、永久磁石界磁型電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれのみに限られない。例えば、回転電機１０がリラクタンス型電動機や電磁石界磁型電動機（巻線界磁型電動機）であってもよい。
上記実施形態では、交流電動機として、同期電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機１０が誘導電動機であってもよい。
上記実施形態では、回転電機１０として、交流電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機１０が直流電動機であってもよい。
上記実施形態では、回転電機１０として、電動機を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、回転電機１０が発電機であってもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
質量％で、Ｓｉ：３．０％、Ｍｎ：０．２％、Ａｌ：０．５％、残部がＦｅ及び不純物からなる厚さ：０．２５ｍｍ、幅：１００ｍｍの無方向性電磁鋼板を製造した。電磁鋼板用コーティング組成物として、以下に示すエポキシ樹脂組成物を用いた。絶縁被膜の厚みは、平均で３μｍになるように、到達温度２００℃で、１０秒間、電磁鋼板用コーティング組成物を焼付けて塗布して電磁鋼板を得た。
＜エポキシ樹脂組成物＞
エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）：１００質量部。
高温硬化型架橋剤（ジシアンジアミド）：２０質量部。
無機微粒子（水酸化アルミニウム、体積平均粒子径０．５μｍ）：３０質量部。

＜接着強度の測定＞
剪断接着強度の測定には、３０ｍｍ×６０ｍｍサイズの単板を切出し、３０ｍｍ×１０ｍｍ分をラップするように重ねあわせた。鋼板温度２００℃、圧力２ＭＰａとし、処理時間それぞれ４分間、５分間、６分間、７分間、８分間で積層体（サンプル）を作製した。これらのサンプルを室温（２５℃）まで冷却したのち、剪断接着強度を測定し、接着面積で除した数値を接着強度とした。

［比較例１］
電磁鋼板用コーティング組成物として、無機微粒子を含有しないエポキシ樹脂組成物を用いた以外は、上記実施例１と同様にして電磁鋼板を得た。
得られた電磁鋼板から、３０ｍｍ×６０ｍｍサイズの単板を切出し、３０ｍｍ×１０ｍｍ分をラップするように重ねあわせた。鋼板温度２００℃、圧力２ＭＰａとし、処理時間をそれぞれ１２分間、１４分間、１６分間、１８分間、２０分間、２２分間とした以外は、上記実施例１と同様にして、積層体（サンプル）を作製し、剪断接着強度を測定した。

実施例１及び比較例１の接着強度の測定の結果を図８に示す。図８は、電磁鋼板用コーティング組成物の違いによる処理時間と接着強度の相関を表す。図８に示すように、本発明を適用した実施例１では、処理時間５分間で接着強度が２ＭＰａ以上、処理時間８分間で接着強度が１０ＭＰａであった。
一方、無機微粒子を含有しないエポキシ樹脂組成物を用いた比較例１は、接着強度が２ＭＰａ以上となるのに処理時間１４分を要し、接着強度が１０ＭＰａとなるのに処理時間２２分を要した。

［実施例２～２８、比較例２～８］
電磁鋼板用コーティング組成物として、表１～２に記載の無機微粒子、高温硬化型架橋剤及びエポキシ樹脂をエポキシ樹脂組成物として用いた以外は、上記実施例１と同様にして電磁鋼板を得た。 得られた電磁鋼板から、３０ｍｍ×６０ｍｍサイズの単板を切出し、３０ｍｍ×１０ｍｍ分をラップするように重ねあわせた。処理時間を８分間とした以外は、上記実施例１と同様にして、積層体（サンプル）を作製し、剪断接着強度を測定した。結果を表１～２に示す。表１中、比較例２の無機微粒子の欄の「－」は、無機微粒子を含有しないことを意味する。表１および表２のエポキシ樹脂以外の樹脂の欄の「－」は、エポキシ樹脂以外の樹脂を含有しないことを意味する。

表１～２に示すように、本発明を適用した実施例２～２８では、処理時間８分間で接着強度が６ＭＰａ以上であった。
一方、無機微粒子を含有しないエポキシ樹脂組成物を用いた比較例２は、処理時間８分間で接着強度が０ＭＰａであった。無機微粒子の添加量が本発明の範囲外である比較例３は、処理時間８分間で接着強度が１ＭＰａであった。無機微粒子の添加量が本発明の範囲外である比較例４は、処理時間８分間で接着強度が２ＭＰａであった。エポキシ樹脂の含有量が本発明の範囲外である比較例５は、処理時間８分間で接着強度が２ＭＰａであった。高温硬化型架橋剤の含有量が本発明の範囲外である比較例６は、処理時間８分間で接着強度が２ＭＰａであった。高温硬化型架橋剤の含有量が本発明の範囲外である比較例７は、処理時間８分間で接着強度が２ＭＰａであった。無機微粒子の体積平均粒子径が本発明の範囲外である比較例８は、処理時間８分間で接着強度が２ＭＰａであった。

以上の結果から、本発明の電磁鋼板用コーティング組成物によれば、積層コアを製造するのに要する処理時間を短縮でき、積層コアの生産性を向上できることが分かった。
加えて、本発明の電磁鋼板用コーティング組成物によれば、短い処理時間であっても、充分な接着強度を有する積層コアを製造できることが分かった。

１０ 回転電機
２０ ステータ
２１ ステータ用接着積層コア
３０ ロータ
４０ 電磁鋼板
５０ ケース
６０ 回転軸

Claims (5)

1. エポキシ樹脂と、高温硬化型架橋剤と、無機微粒子とを含有する電磁鋼板用コーティング組成物であって、
   前記エポキシ樹脂の１００質量部に対し、前記高温硬化型架橋剤が５～３０質量部であり、
   前記無機微粒子は、金属水酸化物、２５℃で水と反応して金属水酸化物になる金属酸化物、及び水酸基を有する珪酸塩鉱物から選択される１種以上であり、
   前記無機微粒子は、体積平均粒子径が０．０５～２．０μｍであり、
   前記エポキシ樹脂の含有量は、前記電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、４５質量％以上であり、
   前記無機微粒子の含有量は、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して、１～１００質量部である、電磁鋼板用コーティング組成物。
2. 前記無機微粒子が、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、タルク、マイカ及びカオリンから選択される１種以上である、請求項１に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
3. 前記高温硬化型架橋剤が、芳香族アミン、フェノール系硬化剤及びジシアンジアミドから選択される１種以上である、請求項１又は２に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の電磁鋼板用コーティング組成物を塗布してなる絶縁被膜を表面に有する、接着用表面被覆電磁鋼板。
5. 請求項４に記載の接着用表面被覆電磁鋼板を２枚以上積層してなる、積層鉄心。

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