JPS6234832B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は電磁鋼板の表面に打抜性、積層溶接
性並びに電気絶縁性のすぐれた電気絶縁皮膜を形
成するための電磁鋼板の表面処理方法に関するも
のである。 〔従来の技術〕 電磁鋼板は渦電流損を減少するため、板厚をう
すくして、その表面に絶縁皮膜を施して使用され
ている。 家庭電化製品用のモーターや、トランスの鉄心
の製作は、電磁鋼板を連続的に鉄心形状に打抜
き、次いで所定枚数積層してこの積層鉄心のエツ
ジ部を溶接して固定される。したがつて上記の絶
縁皮膜としては絶縁抵抗の他に、打抜性、密着
性、積層溶接性、耐熱性、占積率、耐油性等の多
数の特性が要求される。これらの特性を満足させ
るため、絶縁皮膜の形成法に関する特許も多数報
告されている。しかし燐酸塩又はクロム酸塩等を
使用するものでは耐熱性、溶接性はすぐれている
が、打抜性、密着性が劣つている。 そこで打抜性を改善するため、燐酸塩、クロム
酸塩等の無機系処理液に水溶性又はエマルジヨン
樹脂等の有機物を添加する方法がある。 有機物添加により打抜性は著しく向上したが、
打抜後積層して溶接した場合に、これら有機物が
分解してガスを発生し、ビード部にブロホールを
生じて、溶接性が著しく悪い。そこで打抜性と溶
接性を同時に満足させるために、特公昭49―
19078で皮膜表面に２μHmax以上のあらさを有
する電磁鋼板が提供された。 ここで表面あらさ２μHmax以上をRa（中心線
平均アラサ）で表示すると約0.5μｍ以上とな
る。 第１図に電磁鋼板の表面に形成した絶縁皮膜の
表面粗さと積層溶接性の関係を示した。 なお、鋼板、皮膜量および判定は次のとおりで
あつた。 (1) 鋼 板：1.5％Si含有電磁鋼板 (2) 皮膜量：２ｇ／m²（粉末樹脂量の変化により
表面あらさを変更） (3) 判 定： ◎ブローホールなし 〇ブローホール若干発生 △ビードの約1/2にブローホール発生 ×全面にブローホール発生 この例からも明らかな如く、皮膜の表面粗さが
Ra0.5μｍになると溶接時に発生した揮発生ガス
が溶接部周辺より逸散しやすくなるために溶接性
向上に対する効果が現われ、Ra0.5μｍよりもあ
らくしていくと、従来標準とされていた60cm／分
以上をはるかに超えて100cm／分という驚威的な
溶接速度を採用しても全くブローホールが発生し
ない。 而して上記絶縁皮膜の表面に粗さを与える方法
として上記特公昭49―19078号公報には、次の３
つの方法が示されている。有機系皮膜を均一に塗
布し、焼付中の未硬化皮膜にあらさを有するロー
ルで処理する方法、ミゾ切り塗布ロールで鋼板表
面に縦ミゾ皮膜を形成し、次いで焼付け中の未硬
化皮膜にミゾ切りスチールロールで横ミゾを入れ
る方法、処理液中に約２μｍ以上の有機物粒子を
添加して塗布焼付ける方法等。 この中で、最も工業的に有効な方法は３番目の
有機物粒子を処理液中に添加し塗布焼付ける方法
であるが、有機物粒子を単に添加させるのみで
は、分散性、鋼板への付着性に問題があつた。 この有機物粒子の処理液中での分散性に問題が
あると、長時間安定して所定の表面粗さを有する
絶縁皮膜が形成されず、また、有機物粒子が凝集
した２次粒子状となつて有機物粒子の鋼板への付
着性が悪くなり、絶縁皮膜を有する電磁鋼板をス
リツトするさい、テンシヨンパツト等での鋼板の
締付けによつて有機物粒子が除去され、又皮膜そ
のものが剥離するといつた問題を引き起こすもの
である。 この欠点を有利に解決し、有機物粒子の分散性
及び鋼板への付着性の向上を図る技術が、特公昭
55―21111号によつて提案された。この提案の方
法は電磁鋼板の表面にリン酸系、クロム酸系の１
種又は２種と有機樹脂の混合皮膜を形成するに際
して、処理液中に有機樹脂粒子を配合することに
より電磁鋼板の表面に、表面粗さが２μHmax〜
10μHmaxの打抜性、溶接性のすぐれた電気絶縁
皮膜を形成する方法に於いて、粒径が５μ〜100
μ有機樹脂粒子を用い、これを予じめエマルジヨ
ン樹脂溶液に添加し、均一に分散させた後、この
溶液を上記無機物溶液と混合し、これを電磁鋼板
表面に塗布後400〜700℃で短時間焼付けることに
より上記有機樹脂粒子を一部溶融してその付着力
を向上させることを特徴とする打抜性、溶接性の
すぐれた絶縁皮膜を形成する方法である。 所が、本発明者らの実験によると、上記の提案
技術によるも、未だ有機樹脂粒子の処理液中での
分散状態が完全ではなくて、有機樹脂粒子が処理
液中で一部凝集を起す現象が見られ、その結果、 (a) 長時間連続して多量の電磁鋼板に塗布作業を
行つた場合に、皮膜表面粗さにバラツキが生じ
易い。（例、塗布初期小、後半大） (b) 処理液調合毎に表面粗さにに差が生じ易い。
などの問題点を有しており、工業的実施技術と
して改善すべき点を有していた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、上記従来技術によるよりもよ
り一層有機樹脂粒子の処理液中の分散性を高め、
もつて長時間極めて安定して絶縁皮膜の形成が可
能な電磁鋼板の表面処理方法を提供するところに
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 この目的は次にのべる本発明の要旨により達成
されるものである。 すなわち、本発明の要旨は、リン酸系、クロム
酸系の一種又は２種よりなる無機系溶液と、粒径
が２μｍ〜５μｍの有機樹脂粒子が予じめ添加分
散されたエマルジヨン樹脂溶液との混合溶液を電
磁鋼板の表面に塗布し焼付けて、電磁鋼板の表面
に、表面粗さがRa（中心線平均アラサ）で0.5μ
ｍ〜1.5μｍの打抜性、溶接性並びに絶縁性のす
ぐれた電気絶縁皮膜を形成する方法において、上
記有機樹脂粒子を、エマルジヨン樹脂溶液に添加
される前に分散性向上剤で表面処理することによ
り有機樹脂粒子のエマルジヨン樹脂溶液中での分
散性向上を図ることにある。 以下本発明の内容を更に説明する。 先づ本発明において用いる無機系溶液としては
次のものが用いられる。即ち、燐酸塩又はクロム
酸塩、重クロム酸塩としてはカルシウム、マグネ
シウム、亜鉛、アルミニウムの燐酸塩、クロム酸
塩、重クロム酸塩又はカルシウム、マグネシウ
ム、亜鉛、アルミニウムの酸化物、水酸化物、炭
酸塩を燐酸、無水クロム酸に溶解したものの１種
又は２種以上を混合した無機系溶液が用いられ
る。 次に樹脂粒子を分散させ、鋼板付着性を向上さ
せるエマルジヨン樹脂としてはアクリル酢ビ、ス
チレン、ブタジエンの単独又は２種以上の共重合
物で酸性側で安定して存在するものが使用され
る。 更に２μｍ〜５μｍの粒径を有する有機樹脂と
してはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミ
ド、ベンゾグアナミナ、ポリアクリル、ポリスチ
レン等の１種又は２種以上の共重合物又は混合物
が用いられるが、接着強度の点から特にポリエチ
レン及びその共重合物が好ましい。 又、上記の有機樹脂粒子の表面処理に用いる分
散性向上剤としては、非イオン系界面活性剤、ア
ニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両
性界面活性剤の一種又は２種以上を用いることが
できる。 本発明に於ける処理液としては以上述べた有機
樹脂粒子、エマルジヨン樹脂、燐酸塩、クロム酸
塩等の無機系溶液の３成分の他にグリセリン、ト
リエタノールアミン等の還元剤、コロイド状シリ
カ、コロイド状アルミナ、硼化物等のガラス形成
剤を添加してもよい。次にこれらの成分の添加量
としては燐酸塩、クロム酸塩等の無機系成分100
部に対して有機樹脂粒子とエマルジヨン樹脂等の
全有機系成分は３〜200部が好ましく、３部以下
では充分な打抜性、密着性が得られず、200部以
上では歪取り焼鈍時に皮膜の剥離を起こして充分
な耐熱性が得られない。全有機系成分に占める有
機樹脂粒子とエマルジヨン樹脂の関係は、有機樹
脂粒子としては全有機系成分の５〜60％が好まし
い。５％未満では焼付け後の皮膜表面のあらさを
Ra0.5μｍ〜15μｍに調節しにくく、このため良
好な溶接性が得られない。一方60％を越えると分
散性が均一になりにくく、焼付後の表面のざらつ
きが大きくなり、鋼板への付着性、占積率も劣化
する。 次にグリセリン等の還元剤は0.5〜30部コロイ
ド状シリカ等のガラス形成剤は0.5〜30部が適当
である。 本発明に於いては、有機物粒子としては、２μ
ｍ〜50μｍの粒径をする有機樹脂粒子を使用して
おり、これら粒子の分散性を著しく改善するため
の事前処理として、前述の分散性向上剤で表面処
理を行なうものである。の分散性向上剤による表
面処理は次の様にして行われるものである。クラ
ツシヤー、ボールミル、らいかい機等による有機
樹脂の粉砕工程、あるいは振動ふるい、ベンチユ
リー、サイクロン等による分級工程で所定量の分
散剤をスプレー、または、滴下方式で投入し、混
合することにより実施することが可能である。 分散剤の添加量としては、使用有機樹脂の表面
特性によつても変化するが、有機樹脂粒子100部
と対して0.05〜５部が好ましく、0.05部未満では
安定して充分な分散性を得ることがむづかしく、
凝集による２次粒子が形成されることがあり、焼
付後のコーデイング皮膜表面の粗さが不均一とな
り、ざらつきが大きくなり、鋼板への付着性、占
積率が劣ることがあつた。 これに対して、５部を越えると、発泡がはげし
くなり、コーテイング時にロールへの次のかみ込
みが起こり、表面が不均一となる危険性を有して
いた。 更に有機樹脂粒子の分散性と鋼板の付着性を改
善するために、エマルジヨン樹脂溶液に上記分散
性向上剤で表面処理をした有機樹脂粒子を添加、
分散させる。これによつて有機樹脂粒子表面はエ
マルジヨン樹脂によつて覆われることにより、分
散性が向上する。更に鋼板への付着に対しては表
面を覆つているエマルジヨン樹脂が接着剤の役目
をはたす事及び皮膜の焼付条件を調節することに
より２〜50μｍの粒径の有機樹脂粒子を皮膜の表
面粗さがRa0.5〜1.5μｍとなるよう半溶融状態で
止めている。これにより単に粒子を添加した場合
に比べて著しく鋼板への付着性が改善される。こ
の場合使用する有機樹脂粒の粒径が２μｍ未満で
は、半溶融処理後、Ra0.5μｍ以上の表面粗さが
得がたく、一方粒径が50μｍを越えると、分散
性、占積率が悪くなると同時に半溶融処理後の表
面粗さがRa1.5μｍをこえる場合が出てきて、ス
リツト時のパツドの接触により皮膜の剥離の危険
性がある。 かくして分散性向上剤で表面処理された有機樹
脂粒子が均一分散混合されたエマルジヨン樹脂溶
液は、前述の無機系溶液と混合され、ロールコー
ター等により電磁鋼板の表面に所定量塗布され、
そして焼付られる。この焼付条件は250〜700℃の
焼付温度で短時間焼付ける。 この場合、高温側で短時間加熱するよりも、低
温側で加熱する方が安定したあらさが得られる。
しかし250℃以下では長時間を要して工業的に採
用し難く、一方700℃を越えると半溶融状態のコ
ントロールが難しく、所定の表面粗さが得がた
い。 次に電磁鋼板の表面に形成する絶縁皮膜の皮膜
量については、0.5ｇ／m²〜５ｇ／m²の範囲が適
当で、0.5ｇ／m²未満では十分な打抜性が得られ
ず、一方５ｇ／m²を越えると、歪取り焼鈍時に絶
縁皮膜の剥離の危険性がある。 特に好ましい範囲は1.0〜2.5ｇ／m²で、打抜
性、積層溶接性、並びに耐熱性共にすぐれた絶縁
皮膜が得られる。 （作 用） 以上詳述した如く、本発明は従来技術に改良を
加えて、エマルジヨン樹脂溶液へ添加される前の
有機樹脂粒子を分散性向上剤により表面処理を行
なうものであり、これにより、特に有機樹脂粒子
の処理液中での均一分散性が飛躍的に向上し、而
してこの処理液を用いて電磁鋼板の表面処理を行
なうことにより打抜性、積層溶接性並びに絶縁性
のすぐれた良質の電気絶縁皮膜が工業的に長期間
安定して形成しうるものである。 次に本発明の実施例及び比較例を説明する。 実施例 １ 電磁鋼板（1.5％Si含有、板厚0.5mm、板巾960
mm、表面粗さRa0.22μｍ）の表面に、次記する
処理液Ａを塗布しゴムロールで絞り、450℃に設
定した焼付炉で40sec焼付けた。電磁鋼板約200〜
250ton毎に新しい処理液Ａを調合してタンクに補
給し、1000ton連続的に皮膜形成を行つた。焼付
け後の皮膜量、皮膜表面粗さ、スリツト時の皮膜
の剥離状況を第２図に示す。 この第２図からも明らかな如く、本実施例によ
れば、皮膜量は1.9〜2.2ｇ／m²で殆んど一定で、
新調合液の補給によつても表面粗さRaのバラツ
キ範囲が0.6〜0.9μｍと小さく、スリツト時の皮
膜剥離は全く認められなかつた。 一部分の皮膜の表面粗さを触針式表面粗さ計で
測定した結果の一例を第３図に示す。 次に、上記の如く処理して得られた材料を連続
打抜機で打抜型SKD―１、打抜油として軽油を
用いて250回／分で打抜いた。その結果、50μｍ
のカエリが発生するまでに200万回打抜くことが
できた。 この打抜き鉄心を積層後、TIG溶接（電流
120A、電極Th―Ｗ（2.4mmφ）、アルゴン流量６
／分、締付圧50Kg／cm²）としたところ、100
cm／分までブローホールの発生が認められず、健
全な溶接ビードが形成された。 又、本発明によつて処理した材料の絶縁抵抗を
JIS第２法により測定した結果、150Ω―cm²／枚で
あり良好な絶縁性が得られた。 一方、本発明方法によつて処理した材料から試
料を採取し750℃×2Hr in N₂で歪取り焼鈍して
皮膜剥離状況を調査したところ、皮膜の剥離、ス
テツキングもなく、絶縁抵抗は85Ω―cm²／枚と良
好なものであつた。

【表】 比較例 １ 電磁鋼板（1.5％Si含有、板厚0.5mm、板巾960
mm、表面粗さRa0.22μｍ）の表面に、次記の表
面液Ｂを塗布しゴムロールで絞り450℃に設定し
た焼付炉で40sec焼付けた。電磁鋼板約200〜
250ton毎に新しい処理液Ｂを調合して補給し、
850ton連続的に皮膜形成を行つた。 焼付け後に皮膜量、皮膜表面粗さ、スリツト時
の皮膜の剥離状況を第４図に示す。 この第４図から、本比較例は皮膜量においては
実施例１と遜色のないものであるが、表面粗さは
新液調合毎に変動しバラツキ範囲がRa0.4〜1.25
μｍと大きく、チヤンスによつては凝集による２
次粒子の生成により、スリツト時に皮膜の一部が
剥離する場合が認められた。

【表】 実施例 ２ 電磁鋼板（0.5％Si含有、板厚0.5mm、板巾960
mm、表面粗さRa0.18μｍ）の表面に、次記の処
理液Ｃを塗布しゴムロールで絞り、500℃に設定
した焼付炉で30sec焼付けた。電磁鋼板150〜
250ton毎に新しい処理液Ｃを調合してタンクに補
給し、1100ton連続的に皮膜形成を行つた。焼付
け後の皮膜量、表面粗さ、スリツト時の皮膜の剥
離状況を第５図に示す。 この第５図からも明らかな如く、本実施例によ
れば、皮膜量は1.9〜2.2ｇ／m²で殆んど一定であ
り、表面粗さRaのバラツキ範囲も0.6〜0.9μｍと
僅少であつた。又、スリツト時の皮膜の剥離は全
く認められなかつた。 120ton目のコイルより、打抜き試験、積層溶接
試験を実施例１と同じ条件で実施した結果、打抜
き試験においては、50μｍのカエリが発生するま
でに220万回打抜けた。又、積層溶接試験につい
ては140cm／分までブローホールぱ発生せず、健
全な溶接ビートが形成された。 また、本発明方法によつて処理した材料の絶縁
抵抗をJIS第２法により測定したところ、90Ω―
cm²／枚と良好な絶縁性が得られた。 又、実施例１と同様750℃×2Hr in N₂で歪取
り焼鈍を実施したところ、皮膜の剥離もなく、絶
縁抵抗も70Ω―cm²／枚と良好であつた。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は電磁鋼板の表面に形成した絶縁皮膜の
表面粗さと積層溶接性の関係を示す図、第２図は
実施例１における生産ライン通板結果を示す図、
第３図は実施例１における皮膜表面粗さの１例を
示す図、第４図及び第５図は、比較例１及び実施
例２における生産ライン通板結果を示す図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リン酸系、クロム酸系の一種又は２種よりな
   る無機系溶液と、粒径が２μｍ〜50μｍの有機樹
   脂粒子が予じめ添加分散されたエマルジヨン樹脂
   溶液との混合溶液を電磁鋼板の表面に塗布し焼付
   けて、電磁鋼板の表面に、表面粗さがRa（中心
   線平均アラサ）で0.5μｍ〜1.5μｍの打抜性、溶
   接性並びに絶縁性のすぐれた電気絶縁皮膜を形成
   する方法において、上記有機樹脂粒子を、エマル
   ジヨン樹脂溶液に添加される前に分散性向上剤で
   表面処理することを特徴とする電磁鋼板の表面処
   理方法。 ２ 分散性向上剤が非イオン界面活性剤、アニオ
   ン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活
   性剤の中から選ばれた一種又は二種以上である特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 有機樹脂粒子100部に対して分散性向上剤
   0.05〜５部用いる特許請求の範囲第１項記載の方
   法。