JPH04361508A - 超高珪素電磁鋼板を用いた低騒音の積層鉄芯及び巻き鉄芯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は励磁状態での騒音が極め
て低い、ほぼ暗騒音レベルをも可能にする鉄芯に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉを含有する鋼板は、優れた軟磁気特
性を有するため、電力用変圧器或は回転機の鉄芯として
用いられている。この種磁性材料においては、Ｓｉ含有
量が増加すると、鉄損特性が向上する（鉄損値が低くな
る）。特にＳｉ含有量６．５％近傍では鉄損特性が良好
である上に磁歪が零に近付くところから、透磁率も一段
と向上し、従来にない新しい機能をもつ磁性材料となり
得る。しかしながら、この６．５％Ｓｉ含有鉄は、冷間
加工、例えば冷間圧延する上で種々の問題があり、実用
化されていなかった。

【０００３】最近、省エネルギーを目的として、鉄損値
が低く、かつ電気機器の多様な磁気特性上の要求を満足
する新しい磁性鋼板として、Ｓｉ６．５％或はその近傍
を含有する高珪素鋼板が見直され始めた。特に冷間加工
上の問題を解決することに多くの努力が傾けられ、種々
提案がなされている。例えば中岡らは板破断を招き易い
という問題に関連して、特開昭６１−１６６９２３号公
報に、冷間圧延の素材となる熱延板について、連続仕上
熱間圧延板条件を規定することによって金属組織を圧延
方向に繊維状に伸びた状態とすることを提案している。 また、中岡らは特開昭６２−１０３３２１号公報に、連
続仕上熱間圧延前の材料の結晶粒を限定することにより
、熱延板組織を圧延方向に延伸した繊維状にする方法を
提案している。これらの方法は、連続仕上熱間圧延条件
を限定することによって熱延板組織を制御し、こうして
得られた熱延板を素材とすることによって冷間圧延を可
能ならしめようとするものである。

【０００４】冷間圧延性を改善する方法として、６．５
％Ｓｉ鉄中に第３元素を合金化する方法が発表されてい
る。例えばＣ．Ａ．ＣｌａｒｋらはＩＥＥ．１１３（１
９６６）ｐ３４５に、Ｎｉを添加することによる効果を
、Ｋ．ＮａｒｉｔａらはＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ．Ｍａ
ｇ．ＭＡＧ−１４（１９７８）ｐ２５８に、Ｍｎを添加
することによる効果を示している。

【０００５】次に、高Ｓｉ鉄の磁気特性について説明す
る。高Ｓｉ軟磁性鋼板の開発動機は、元々製造上の困難
さは十分確認されていたところであるけれども、従来に
ない高い機能性、たとえば鉄損特性、磁化特性の実現に
ある。従って、製造の容易さ、就中冷間圧延し易さに意
を用いるのは勿論であるが、良好な磁気特性を有する製
品を得ることを第一の狙いとして製造プロセスを設計す
る必要がある。このような観点からすれば、高Ｓｉ軟磁
性鋼板、就中磁歪が最小となる６．５％Ｓｉ材に最適な
磁気特性を具備せしめる製造プロセスについて十分な技
術は確立していない。特に、６．５％前後のＳｉを含有
する場合には磁気歪が略ゼロになることから磁気歪に起
因する騒音の低くなることが期待されるにかかわらず、
この特徴を最大限発揮させて、より一層低騒音を狙った
技術は開示されていない。次に、従来の軟磁性材料とし
ての無方向性電磁鋼板においては板表面に絶縁コーティ
ングを施すことが通常行われている。

【０００６】電磁鋼板は、渦電流による鉄損を減少させ
るために、表面に絶縁皮膜が塗布され、焼付け処理され
た後、使用される。電磁鋼板を用いるモータ或はトラン
スの鉄芯は、電磁鋼板或はストリップを所定の幅にスリ
ットした後、連続的に鉄芯形状に打抜き加工或は切断し
、次いで積層し、そのエッジ部を溶接し或はカシめて固
定した後、必要に応じて７００〜８００℃の温度域で歪
取焼鈍を施し、次いで巻線加工した後、ケースに挿入し
て最終製品とするプロセスによって製造される。従って
、電磁鋼板における絶縁皮膜は、絶縁抵抗が高いことは
勿論、密着性、打抜き性、耐熱性、耐油性に優れ、鋼板
を積層したときの占積率を低下せしめないといった特性
が要求される。また特殊なケースとして、トランス用鉄
芯或はＥＩコアのように、焼鈍後に再積層工程がある場
合には、焼鈍後の鋼板の滑り性が再積層工程における作
業能率を左右するから、皮膜は滑り性が良好であること
が併せ要求される。

【０００７】これらの特性を電磁鋼板皮膜に具備せしめ
るべく、これまで多くの絶縁皮膜形成方法が提案されて
きている。これらは、１）燐酸塩またはクロム酸を主成
分とする全無機成分系の表面処理剤を用いるもの、２）
クロム酸塩をベースとし、有機樹脂を添加配合する半有
機成分系の表面処理剤を用いるもの、３）全量有機物か
らなる全有機成分系の表面処理剤を用いるもの、に大別
される。上記要求特性の他に、所定の形状に打抜き或は
切断加工された電磁鋼板の溶接性を良好ならしめる手段
として、鋼板表面を粗くすることが特公昭４９−１９０
７８号公報に開示されている。

【０００８】絶縁コーティングに要求されている機能、
言いかえれば絶縁コーティングの制御により可能な機能
付加として、以上の事項が知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、６．５％前
後のＳｉを含有した磁気歪が小さい超高珪素電磁鋼板の
特徴を最大限に発揮させることにより、励磁状態での騒
音が極めて低い鉄芯を得ることを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、磁気歪の
小さい超高珪素電磁鋼板を用いて鉄芯を成形するうえで
、その鋼板表面の絶縁コーティングの粗度を一定以上に
粗くして、板間に一定量以上の接着機能を兼ねた含浸剤
を挿入させることにより、使用鋼板の磁気歪が小さく鋼
板振動の少ないが故に、含浸剤程度の比較的に少ない挿
入（厚みが薄い）量でも振動を吸収させることが可能と
なり、ほぼ暗騒音レベルまでの鉄芯を実現できた。

【００１１】以下にその詳細を説明する。６．５３％Ｓ
ｉを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
０．２３ｍｍ厚の超高珪素電磁鋼板で、その表面絶縁コ
ーティングの粗度が図１に示す６種類の製品を図２に示
す形状に打ち抜き、その加工片を４５枚積層し、締め付
けした状態で、樹脂系接着剤（商品名スリーボンド２２
８７）を含浸させ、ＥＩ鉄芯として、周波数２ｋＨｚで
、励磁Ｂｍ＝１．０Ｔ状態で、１０ｃｍ離れた個所の騒
音を測定した（Ａ特性）。その時の騒音（ｄＢ）と絶縁
コーティング粗度との関係を図３に示した。

【００１２】なお、図３中には３．１０％Ｓｉを含む従
来の無方向性電磁鋼板を比較のために示した。図３から
わかるように、６．５３％Ｓｉ材はＲｍａｘで示される
表面粗度が大きくなると騒音が小さくなり、７μｍ以上
になると騒音の減少率は小さくなる。１２μｍ程度にな
ると、この測定時の暗騒音である２９ｄＢにほぼ近付く
。一方、３．１０％Ｓｉを含む従来の無方向性電磁鋼板
については表面粗度を変えても、騒音は殆ど減少しない
。このように、３．１０％Ｓｉ材では騒音はほとんど下
らないのに、６．５３％Ｓｉ材で顕著に下るのは新規な
知見である。これは、３．１０％Ｓｉ材の磁気歪は１１
×１０−６程度であるのに対し、６．５３％Ｓｉ材では
０．５×１０−６以下と１／２０以下と小さいことに原
因すると考えられる。すなわち、鋼板間に挿入された含
浸剤は金属に比べ粘弾性係数が大きいので鋼板の振動を
吸収する（騒音を下る）能力があるが、３．１０％Ｓｉ
材では磁気歪（鋼板の振動）が大きくこの含浸剤の振動
吸収能以上であるため騒音は下らない。一方、６．５３
％Ｓｉ材は磁気歪（鋼板の振動）が小さいため、この含
浸剤により振動が吸収され、特に表面粗度が大きくなり
、含浸量が多くなるほど騒音が顕著に下ったものと思わ
れる。

【００１３】本発明は以上の新知見に基づいて構成され
たものである。Ｓｉ量と共に磁気歪は減少し、６．５％
前後で最も小さくなり、さらに増やすと磁気歪は逆に大
きくなる。したがって、本発明の効果を最も発揮するの
は、６．５％前後のＳｉを含有する電磁鋼板であるので
、本発明では６．５％を中心として若干の上下幅を持つ
範囲内であればよい。Ｓｉ含有量の下限は、本発明が従
来にない超低騒音鉄芯を目的としていることから、従来
大量には市販されていない範囲で４．９％とする。Ｓｉ
含有量の上限は、６．５％を超えると磁気歪が増加し、
磁気特性上なんの利点もないので、可及的に６．５％に
近い量が望ましいが、製品の製造上のバラツキがあるの
で、６．５％より若干多い７．１％とする。

【００１４】使用する電磁鋼板の板厚にかかわらず本発
明は適用できるが、板厚が薄いほど、鋼板の振動力は小
さくなるので、少ない振動吸収能で低騒音となる。した
がって絶縁コーティングの必要粗度も小さい。板厚０．
２３ｍｍ以下になると容易に暗騒音レベルが得られる。 次に、この高Ｓｉを含有する電磁鋼板表面の絶縁コーテ
ィングであるが、その組成は無機成分系，有機成分系は
問わない。要求される皮膜特性に応じて決めればよい。 本発明で必須とする要件は一定量以上の接着機能を持つ
含浸剤を挿入できるように適当な粗度を与えた絶縁コー
ティングである。この粗度を規定するものとして、Ｒｍ
ａｘを採り、これが３．５μｍ未満では顕著な騒音低減
効果は得られない。Ｒｍａｘが大きいほど、騒音は減少
する効果が得られるが、他方、挿入含浸量が多くなり過
ぎ、鉄芯断面積に占める磁性体割合が減じ、必要励磁電
流が増えることになり不利である。励磁電流の増加分が
実質的に問題のない範囲で、かつ騒音低下割合が飽和す
る値として、Ｒｍａｘは１２μｍ程度以下が望ましい。

【００１５】本発明で適用する含浸剤は、通常に使用さ
れている金属，樹脂，セラミックス等を接着するところ
の接着剤であれば、その種別、例えば有機物系成分，シ
ラン系成分等は問わない。本発明では含浸剤の振動吸収
能をうまく活用することが一つの特徴となっているので
、適用できる鉄芯は板間に円滑かつ均一に含浸剤を挿入
できる範囲内の大きさが適当である。本発明では含浸に
際して真空含浸技術を用いる。現時点の技術では、鉄芯
が１０ｃｍ前後以内の大きさであれば、安定して含浸で
きる。鉄芯構造としては、打ち抜き加工あるいは放電加
工等で切り出した素材を積ねた積層鉄芯（ＥＩコアと呼
ばれるものが大部分）や、鋼板を円筒形に巻いた巻き鉄
芯（カット・コアと通称される）があり、いずれも本発
明が適用され得る。一般にＥＩコア，カット・コアのよ
うに磁束の流れに断線部のある鉄芯では、上下の鋼板間
に磁束の渡りが生じるため騒音が大きくなるので、本発
明の適用鉄芯として効果が大きい。

【００１６】なお、積層鉄芯用の打ち抜き加工、巻き鉄
芯用の巻き加工のいずれについても加工歪が鋼板に残る
と磁気特性が劣化（例えば鉄損増加、保磁力大等）する
ので、歪除去のため加工後に７５０〜８５０℃の温度で
焼鈍する。

【００１７】

【実施例】（実施例１）Ｓｉを５．６％と６．６％含有
する板厚０．３５ｍｍと０．２０ｍｍの４種類の電磁鋼
板について、表面粗度がＲｍａｘで２．０μｍと１２．
５μｍの絶縁コーティングを付与した。これらの鋼板を
図２に示すＥとＩ形状に打ち抜き、板厚０．３５ｍｍの
ものは２８枚、板厚０．２０ｍｍものは４９枚積層して
、締め付けた状態で、その板間に樹脂系接着剤を含浸さ
せた。これら鉄芯について１ｋＨｚの周波数で、励磁Ｂ
ｍ＝１．０Ｔで、１０ｃｍ離れた個所で騒音を測定した
。その結果を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１から、コーティング粗度がＲｍａｘで
本発明範囲内にある１２．５μｍの鉄芯は比較例である
２．０μｍのものに比べ、いずれも騒音が小さい。そし
て、その減少割合はＳｉ含有量が多いほど、かつ板厚が
薄いほど大きく、６．６％Ｓｉで板厚０．２０ｍｍの鉄
芯で最も低騒音であることがわかる。 （実施例２）Ｓｉを３．１％と６．６％含有する板厚０
．２３ｍｍの２種類の電磁鋼板について、表面粗度がＲ
ｍａｘで２．０μｍと１２．５μｍの絶縁コーティング
を付与した。これらの鋼板を内径２０ｍｍ，外径３０ｍ
ｍ，幅２０ｍｍの巻き加工をした後、締め付けた状態で
樹脂系接着剤を含浸し、カットコアに巻き線を施してチ
ョークコイルとして、１ｋＶＡの無停電電源装置に実装
して３０ｋＨｚで騒音を測定した。その結果を表２に示
す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２から、３．１％Ｓｉ材ではコーティン
グ粗度を変えても騒音は変らないが、本発明範囲内にあ
る６．６％Ｓｉ材では、コーティング粗度を１２．５μ
ｍと大きくすることにより騒音が減少することがわかる
。 （実施例３）実施例２に従い、巻き加工した後に７８０
℃×１ｈｒの焼鈍を追加した場合の実施例２と同一条件
で測定した騒音を表３に示す。

【００２２】

【表３】

【００２３】表３から、鉄芯加工後に加工歪を除去する
焼鈍を追加することにより約１．０ｄＢ弱だけ騒音の減
少することがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】絶縁コーティング表面の機械的触針式粗度計に
よる粗さプロファイルとＲｍａｘを示した図である。

【図２】鋼板の打ち抜き片のＥＩ片の形状と、鉄芯にし
た時のＥ片とＩ片の接触を示した図である。

【図３】絶縁コーティングの表面粗度Ｒｍａｘと励磁状
態での鉄芯の騒音との関係を示した図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｓｉを４．９〜７．１％含有し、表面
   粗度がＲｍａｘで３．５μｍ以上の絶縁コーティングを
   有する軟磁性電磁鋼板を用いた積層鉄芯であって、板間
   に接着機能を兼ねた含浸剤を挿入したことを特徴とする
   励磁状態での騒音が極めて低い超高珪素電磁鋼板を用い
   た低騒音の積層鉄芯。
2. 【請求項２】　　Ｓｉを４．９〜７．１％含有し、表面
   粗度がＲｍａｘで３．５μｍ以上の絶縁コーティングを
   有する軟磁性電磁鋼板を用いた巻き鉄芯であって、板間
   に接着機能を兼ねた含浸剤を挿入したことを特徴とする
   励磁状態での騒音が極めて低い超高珪素電磁鋼板を用い
   た低騒音の巻き鉄芯。
3. 【請求項３】　　軟磁性電磁鋼板の板厚が０．２３ｍｍ
   以下である請求項１記載の超高珪素電磁鋼板を用いた低
   騒音の積層鉄芯。
4. 【請求項４】　　軟磁性電磁鋼板の板厚が０．２３ｍｍ
   以下である請求項２記載の超高珪素電磁鋼板を用いた低
   騒音の巻き鉄芯。
5. 【請求項５】　　鉄芯への加工歪が実質的にない請求項
   １〜４の何れかに記載の鉄芯。