JP7485931B2

JP7485931B2 - 電磁鋼板用コーティング組成物、電磁鋼板、積層コア及び回転電機

Info

Publication number: JP7485931B2
Application number: JP2020104241A
Authority: JP
Inventors: 和年竹田; 真介高谷; 美菜子福地; 一郎田中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2024-05-17
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: JP2021195606A

Description

本発明は、電磁鋼板用コーティング組成物、電磁鋼板、積層コア及び回転電機に関する。

回転電機に使用されるコア（鉄心）として、複数の電磁鋼板が互いに接合されて積層された積層コアが知られている。電磁鋼板同士の接合方法としては、かしめや溶接が知られている。しかし、かしめや溶接では、加工時の機械歪や熱歪によって電磁鋼板の磁気特性（コア鉄損）が劣化しやすい。

かしめ、溶接以外の接合方法としては、例えば、表面に接着能を有する絶縁被膜が形成された電磁鋼板を互いに接着させる方法が知られている（特許文献１）。前記絶縁被膜を用いた接着は機械歪や熱歪を与えないため、かしめや溶接に比べてコア鉄損に優れる。エポキシ樹脂は、体積変化が少なく、耐熱性や耐油性、耐薬品性に優れており、電磁鋼板同士を接着する接着剤として非常に優れている。

近年、モータ効率の更なる向上の要請を受け、より一層のコア鉄損の低減が求められている。コア鉄損の低減には、電磁鋼板の薄手化が有力である。しかし、鋼板は板厚の減少に伴ってヤング率が低下するため、鉄損劣化の原因となる応力歪を鋼板に付与しないことが求められる。エポキシ樹脂は硬く靱性が低いことから、接着時の硬化によって鋼板に応力歪が付与されるため、鋼板が薄くなると鉄損劣化の原因となる。また、靱性が低いと駆動時の振動衝撃によって接着が剥がれたりする恐れがある。特に電気自動車用モータのような用途では、駆動時に高温に曝された状態でも十分な接着強度を保持できる耐熱性を有することが重要である。

特開２０００－１７３８１６号公報

本発明は、積層コアの磁気特性と、駆動時の高温状態でも電磁鋼板同士の接着強度を保持できる耐熱性とを両立できる電磁鋼板用コーティング組成物、それを用いた電磁鋼板、積層コア及び回転電機を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を有する。
［１］エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、ウレタンプレポリマーとを含有し、前記ウレタンプレポリマーは、ジイソシアネートとポリエーテルポリオールとの反応物、及びジイソシアネートとポリエステルポリオールとの反応物のいずれか一方又は両方を含有し、前記ウレタンプレポリマーは、末端にイソシアネート基又は水酸基のいずれかを有し、かつ数平均分子量が２０００以上５００００以下である、電磁鋼板用コーティング組成物。
［２］前記ウレタンプレポリマーの含有量が、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して、５質量部以上４０質量部以下である、［１］に記載の電磁鋼板用コーティング組成物。
［３］［１］又は［２］に記載の電磁鋼板用コーティング組成物が塗布されてなる絶縁被膜を表面に有する、電磁鋼板。
［４］［３］に記載の電磁鋼板が複数積層され、互いに接着されている、積層コア。
［５］［４］に記載の積層コアを備える回転電機。

本発明によれば、積層コアの磁気特性と、駆動時の高温状態でも電磁鋼板同士の接着強度を保持できる耐熱性とを両立できる電磁鋼板用コーティング組成物、それを用いた電磁鋼板、積層コア及び回転電機を提供できる。

本発明の第１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。同積層コアの側面図である。図２のＡ－Ａ断面図である。同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。同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。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る積層コアと、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、電気自動車などに好適に採用される。

（回転電機１０）
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及びロータ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、相数などは、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などが挙げられる。
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）
素材１は、例えば、図７に示すコイル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、ＪＩＳＣ２５５２：２０１４の無方向性電磁鋼板を採用できる。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、ＪＩＳＣ２５５３：２０１９の方向性電磁鋼板を採用できる。また、ＪＩＳＣ２５５８：２０１５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ほどく。平板形状にほどかれた素材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。

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の一部の層は、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の一部の層が、母材鋼板２の表面に間欠的に設けられていてもよい。ただし、絶縁性能を確保するには、母材鋼板２の両面は全面が露出しないように絶縁被膜３によって覆われている必要がある。具体的には、絶縁被膜３が絶縁性能に優れる下地絶縁被膜を有さず、絶縁性能と接着能を兼ね備えた単層構成である場合は、絶縁被膜３は母材鋼板２の全面にわたって隙間なく形成されている必要がある。これに対し、絶縁被膜３が、絶縁性能に優れる下地絶縁被膜と、接着能に優れる上地絶縁被膜とを含む複層構成である場合、下地絶縁被膜と上地絶縁被膜の両方を母材鋼板２の全面にわたって隙間なく形成する他に、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、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、公知の下地処理剤を制限なく使用できる。具体例としては、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３は、以下に説明する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。
電磁鋼板用コーティング組成物からなる絶縁被膜は、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。

電磁鋼板用コーティング組成物は、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、ウレタンプレポリマーとを含有する。

エポキシ樹脂としては、一般的なエポキシ樹脂が使用でき、具体的には、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できる。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、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。エポキシ樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

電磁鋼板用コーティング組成物は、アクリル樹脂を含有してもよい。
アクリル樹脂としては、特に限定されない。アクリル樹脂に用いるモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和カルボン酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ－ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレートを例示できる。なお、（メタ）アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味する。アクリル樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

アクリル樹脂は、アクリルモノマー以外の他のモノマーに由来する構成単位を有していてもよい。他のモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、スチレン等が挙げられる。他のモノマーとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

アクリル樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂にアクリル樹脂をグラフトさせたアクリル変性エポキシ樹脂として用いてもよい。電磁鋼板用コーティング組成物においては、アクリル樹脂を形成するモノマーとして含まれていてもよい。

エポキシ樹脂硬化剤としては、潜在性を持つ加熱硬化タイプのものが使用可能であり、例えば、芳香族ポリアミン、酸無水物、フェノール系硬化剤、ジシアンジアミド、三フッ化ホウ素－アミン錯体、有機酸ヒドラジッド等が挙げられる。芳香族ポリアミンとしては、例えば、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等が挙げられる。

ポットライフの点から、エポキシ樹脂硬化剤としては、フェノール系硬化剤、芳香族ポリアミン、ジシアンジアミドが好ましく、フェノールレゾール樹脂、芳香族ポリアミンがより好ましい。エポキシ樹脂硬化剤としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

電磁鋼板用コーティング組成物中のエポキシ樹脂硬化剤の含有量の下限値は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、好ましくは１質量部、より好ましくは３質量部である。エポキシ樹脂硬化剤の含有量の上限値は、好ましくは２０質量部、より好ましくは１５質量部である。

ウレタンプレポリマーは、ジイソシアネートとポリオールとの反応物からなり、分子鎖の末端にイソシアネート基又は水酸基のいずれか一方のみを有するウレタン樹脂である。すなわち、ウレタンプレポリマーにおいては、すべての末端基がイソシアネート基であるか、水酸基であるかのいずれかであり、末端が水酸基である方が好ましい。

ジイソシアネートとしては、特に限定されず、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート等が挙げられる。なかでも、作業性の点から、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネートが好ましい。ジイソシアネートとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

ウレタンプレポリマーを形成するポリオールとしては、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、脂肪族系等が市販されているが、本発明ではポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールを用いる。すなわち、電磁鋼板用コーティング組成物は、ウレタンプレポリマーとして、ポリエーテルポリオールとジイソシアネートとの反応物（プレポリマー）か、ポリエステルポリオールとジイソシアネートとの反応物（プレポリマー）のどちらか一方、又はそれらの両方を含有する。

ポリエーテルポリオールは、多価アルコールにエチレンオキシドやプロピレンオキシドを重合したものが挙げられ、比較的高分子量の直鎖のものが好ましい。ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等が挙げられる。なかでも、耐加水分解性の点から、ポリテトラメチレングリコールが好ましい。ポリエーテルポリオールとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

ポリエステルポリオールとしては、例えば、カルボン酸又はその誘導体（酸無水物、酸ハロゲン化物等）と、ジオールとを縮重合させて得られるものが挙げられる。
カルボン酸及びその誘導体としては、特に限定されず、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、無水マレイン酸、フマル酸、１，３－シクロペンタンジカルボン酸、１，４－シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、オルソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、ポリカプロラクトン等が挙げられる。なかでも、耐熱性の点から、ポリカプロラクトンが好ましい。ジカルボン酸及びその誘導体としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

ジオールとしては、特に限定されず、例えば、エチレングリコール、１，２－プロパンジオール、１，３－プロパンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、２－ブチル－２－エチル－１，３－プロパンジオール、２－メチル－１，３－プロパンジオール、１，４－シクロヘキサンジオール、１，４－シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。なかでも、分子量を制御し易い点から、１，４－ブタンジオールが好ましい。ジオールとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
ポリエステルポリオールとしては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

電磁鋼板用コーティング組成物がウレタンプレポリマーとしてポリエーテルポリオールを用いたプレポリマーとポリエステルポリオールを用いたプレポリマーの両方を含有する場合、ポリエステルポリオールの含有量Ｗ_Ｓに対するポリエーテルポリオールの含有量Ｗ_Ｈの質量比Ｗ_Ｈ／Ｗ_Ｓは、０．１以上１０以下が好適である。質量比Ｗ_Ｈ／Ｗ_Ｓが前記下限値以上であれば、耐食性に優れる。質量比Ｗ_Ｈ／Ｗ_Ｓが前記上限値以下であれば、耐熱性に優れる。
質量比Ｗ_Ｈ／Ｗ_Ｓの下限値は、好ましくは１、より好ましくは３である。質量比Ｗ_Ｈ／Ｗ_Ｓの上限値は、好ましくは９、より好ましくは８である。

ウレタンプレポリマーに用いるポリオールは、本発明の効果を損なわない範囲であれば、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールに加えて、ポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリオールを構成するジオールとして例示したもの等の他のポリオールを含んでもよい。本発明の効果が得られやすい点では、ウレタンプレポリマーに用いるポリオールは、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールのいずれか、又はそれらのいずれかと１，４－ブタンジオールとの組み合わせが好ましい。

ウレタンプレポリマーの数平均分子量（Ｍｎ）は、２０００以上５００００以下が好ましい。ウレタンプレポリマーのＭｎが前記下限値以上であれば、電磁鋼板同士の接着強度が高くなる。ウレタンプレポリマーのＭｎが前記上限値以下であれば、高温時でも電磁鋼板同士の接着強度を確保できる耐熱性と磁気特性を両立できる。
ウレタンプレポリマーのＭｎの下限値は、好ましくは５０００、より好ましくは８０００である。ウレタンプレポリマーのＭｎの上限値は、好ましくは４５０００、より好ましくは４００００である。

ウレタンプレポリマーの末端基は、ジイソシアネートとポリオールとを反応させる際のイソシアネート基と水酸基とのモル比ＮＣＯ／ＯＨによって制御できる。例えば、モル比ＮＣＯ／ＯＨを１．００以上３．００以下、好ましくは１．０３以上２．００以下とすることで、末端基がイソシアネート基であるウレタンプレポリマーとすることができる。また、モル比ＮＣＯ／ＯＨを０．５０以上０．８０以下、好ましくは０．６０以上０．８０以下とすることで、末端基が水酸基であるウレタンプレポリマーとすることができる。

電磁鋼板用コーティング組成物中のウレタンプレポリマーの含有量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、５質量部以上４０質量部以下である。ウレタンプレポリマーの含有量が前記範囲内であれば、磁気特性に優れた積層コアが得られる。
ウレタンプレポリマーの含有量の下限値は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、好ましくは１０質量部、より好ましくは２０質量部である。ウレタンプレポリマーの含有量の上限値は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、好ましくは３９質量部、より好ましくは３８質量部である。

電磁鋼板用コーティング組成物は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤及びウレタンプレポリマー以外の他の成分を含有してもよい。他の成分としては、例えば、硬化促進剤（硬化触媒）、乳化剤、消泡剤、鉱物等が挙げられる。
電磁鋼板用コーティング組成物中の他の成分の含有量の上限値は、電磁鋼板用コーティング組成物の総質量に対して、好ましくは３０質量％、より好ましくは２０質量％である。

絶縁被膜３は、例えば電磁鋼板用コーティング組成物を母材鋼板の表面に塗布して乾燥し、焼き付けることで形成できる。
焼き付ける際の到達温度の下限値は、好ましくは１２０℃、より好ましくは１５０℃である。焼き付ける際の到達温度の上限値は、好ましくは２５０℃、より好ましくは２３０℃である。
焼き付け時間の下限値は、好ましくは５秒、より好ましくは８秒である。焼き付け時間の上限値は、好ましくは６０秒、より好ましくは３０秒である。

一般に耐熱性の高いエポキシ樹脂接着剤は、高温での接着強度を担保すると常温付近ではヤング率が大きくなり過ぎるため、鋼板に応力が付与されてコア鉄損が劣化しやすい。一方、常温付近で適度な強度を持つ樹脂組成では耐熱性が不十分となりやすい。
これに対し、本発明では、エポキシ樹脂と相溶するウレタンプレポリマーをエポキシ樹脂に特定の割合で配合する。これにより、硬化後のウレタン樹脂は弾性体として機能し、常温付近での応力付与を緩和できるため、コア鉄損の劣化が抑制される。また、硬化後のウレタン樹脂同士はつながっておらず、高温でも樹脂の流動が抑制されるため、高温での接着強度が担保される。このように、特定のウレタンプレポリマーを特定量用いることで、磁気特性（コア鉄損）と耐熱性が両立される。

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、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、０．３μｍ以上２．５μｍ以下とすることができ、０．５μｍ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。

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。

（積層コアの積層方法）
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などの積層コアは、いわゆる回し積みにより形成されていてもよい。

（積層コアの製造方法）
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コアは、加熱装置１４１によって例えば温度２００℃まで加熱される。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。

以上説明したように、本発明では、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤及び特定のウレタンプレポリマーを特定の比率で組み合わせた電磁鋼板用コーティング組成物によって電磁鋼板の表面に絶縁被膜を形成する。これにより、積層コアの優れた磁気特性（コア鉄損）と、駆動時の高温状態でも電磁鋼板同士の接着強度を保持できる優れた耐熱性とを両立できる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態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。
ステータコアの形状は、前記実施形態で示した形態に限定されるものではない。具体的には、ステータコアの外径及び内径の寸法、積厚、スロット数、ティース部の周方向と径方向の寸法比率、ティース部とコアバック部との径方向の寸法比率、など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、本発明はこれに限られない。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。

以上、本発明の一実施形態及び実施例について説明した。ただし、本発明の技術的範囲は前記実施形態及び実施例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の外径および内径の寸法、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、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。

［原料］
実施例で使用した原料を以下に示す。
（エポキシ樹脂）
Ｅ１：フェノールノボラック型エポキシ樹脂
Ｅ２：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂

（エポキシ樹脂硬化剤）
Ａ１：フェノールレゾール樹脂
Ａ２：ジシアンジアミド

（ウレタンプレポリマー）
Ｂ１：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：６０００）
撹拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、及び窒素導入管を備えた反応容器に、ポリエステルジオール（株式会社クラレ製「クラレポリオールＰ－２０１０」、Ｍｎ＝２０００）１００質量部に、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート４５質量部（ＮＣＯ／ＯＨ（モル比）＝１．０５）、及びジラウリン酸ジ－ｎ－ブチルスズ０．０１質量部を仕込み、窒素雰囲気下８０℃で２時間反応させ、ウレタンプレポリマー（Ｍｎ＝６０００）溶液を得た。

Ｂ２：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：１１０００）
Ｂ３：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：２６０００）
Ｂ４：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：４６０００）
Ｂ５：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：３０００）
Ｂ６：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：７０００）
ウレタンプレポリマーＢ２～Ｂ６は、仕込みを表１に示すとおりに変更した以外は、ウレタンプレポリマーＢ１と同様の方法で合成した。

（ウレタンプレポリマー（比較対象））
Ｃ１：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：１６００）
Ｃ２：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：５５０００）
Ｃ３：ウレタンプレポリマー（Ｍｎ：８９０００）
ウレタンプレポリマーＣ１～Ｃ３は、仕込みを表１に示すとおりに変更した以外は、ウレタンプレポリマーＢ１と同様の方法で合成した。

なお、表１中の記号は以下の意味を示す。
Ｐ－２０１０：ポリエステルジオール（株式会社クラレ製「クラレポリオールＰ－２０１０」、Ｍｎ＝２０００）
Ｐ－１０１０：ポリエステルジオール（株式会社クラレ製「クラレポリオールＰ－１０１０」、Ｍｎ＝１０００）
ＰＴＧ（６５０）：ポリエーテルジオール（保土ヶ谷化学工業株式会社製「ＰＴＧ」、Ｍｎ＝６５０）
ＰＴＧ（２０００）：ポリエーテルジオール（保土ヶ谷化学工業株式会社製「ＰＴＧ」、Ｍｎ＝２０００）
ＭＤＩ：４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート
ＴＤＩ：トリレンジイソシアネート
１，４－ＢＤ：１，４－ブタンジオール

［磁気特性］
各例の電磁鋼帯から５５ｍｍ×５５ｍｍサイズの矩形の電磁鋼板を切り出し、鋼板温度１８０℃、圧力１０ＭＰａ、加圧時間１時間の条件で電磁鋼板２枚を積層接着して積層コアを作製した。得られた積層コアについて、ＪＩＳＣ２５５６に規定された単板磁気測定法により、圧延方向と圧延方向に対して直角方向の単板磁気特性を測定し、それらの値の平均値を磁気特性として求めた。なお、磁気特性（磁性）としては、鉄損として「Ｗ１０／４００（Ｗ／ｋｇ）」を評価した。「Ｗ１０／４００」は、周波数４００Ｈｚ、最大磁束密度１．０Ｔのときの鉄損である。

［接着強度］
各例の電磁鋼帯から、幅３０ｍｍ×長さ６０ｍｍの長方形の電磁鋼板を２枚切り出し、互いの幅３０ｍｍ×長さ１０ｍｍの先端部分同士を重ね合わせ、鋼板温度２３０℃、圧力３０ＭＰａ、加圧時間１時間で接着してサンプルを作製した。雰囲気温度２５℃、引張速度２ｍｍ／分として剪断引張強度を測定し、接着面積で除した数値を接着強度（ＭＰａ）とした。

［判定］
各例について、以下の基準で判定を行った。
○（優良）：２５℃の接着強度が５ＭＰａ以上、１８０℃の接着強度が０．５ＭＰａ以上、かつ磁気特性が１２Ｗ／ｋｇ未満である。
△（可）：２５℃の接着強度が４ＭＰａ以上５ＭＰａ未満、１８０℃の接着強度が０．５ＭＰａ以上、かつ磁気特性が１２Ｗ／ｋｇ未満である。
×（不良）：２５℃の接着強度が４ＭＰａ以上、１８０℃の接着強度が０．５ＭＰａ以上、かつ磁気特性が１２Ｗ／ｋｇ未満のいずれか１つ以上を満たさない。

［実施例１］
母材鋼板として、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板厚０．２５ｍｍ、幅１００ｍｍの無方向性電磁鋼板を用いた。
表２に示す各成分を混合して電磁鋼板用コーティング組成物を調製した。得られた電磁鋼板用コーティング組成物を母材鋼板の表面に塗布し、２００℃で１０秒間焼き付けて平均厚みが３．０μｍの絶縁被膜を形成して電磁鋼帯を得た。

［実施例２～６、比較例１～８］
電磁鋼板用コーティング組成物の組成及び焼き付け条件を表２に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして電磁鋼帯を得た。

各例の磁気特性（磁性）及び接着強度の評価結果を表３に示す。

表３に示すように、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤及び特定のウレタンプレポリマーを特定の比率で組み合わせた実施例１～６では、１５０℃での十分な接着強度が確保され、耐熱性に優れるうえ、磁気特性にも優れていた。
一方、ウレタンプレポリマーの含有量及びＭｎが本発明の範囲外の比較例１～７では、耐熱性と磁気特性が両立できなかった。ウレタンプレポリマーを配合していない比較例８では、磁気特性が劣っていた。

本発明によれば、積層コアの耐熱性と磁気特性を両立できる。よって、産業上の利用可能性は大である。

１…素材、２…母材鋼板、３…絶縁被膜、１０…回転電機、２０…ステータ、２１…ステータコア、４０…電磁鋼板。

Claims

エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、ウレタンプレポリマーとを含有し、前記ウレタンプレポリマーは、ジイソシアネートとポリエーテルポリオールとの反応物、及びジイソシアネートとポリエステルポリオールとの反応物のいずれか一方又は両方を含有し、前記ウレタンプレポリマーは、末端にイソシアネート基又は水酸基のいずれかを有し、かつ数平均分子量が２０００以上５００００以下であり、前記ウレタンプレポリマーの含有量が前記エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上４０質量部以下である、電磁鋼板用コーティング組成物。
請求項１に記載の電磁鋼板用コーティング組成物が塗布されてなる絶縁被膜を表面に有する、電磁鋼板。
請求項２に記載の電磁鋼板が複数積層され、互いに接着されている、積層コア。
請求項３に記載の積層コアを備える回転電機。