KR100886236B1 - 내열 접착성 절연 피막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적층한 후에 가압 및 가열에 의하여 접착할 수 있고, 또한 변형 제거 소둔을 행할 수 있는 내열 접착성 절연막으로 표면 피복된 전자 강판 및 그것을 사용한 철심과 그 제조 방법을 제공하는 것으로, 실온 이상 300℃ 이하에서 연화되는 수지와, 시차 열 분석법으로 측정한 연화점 온도가 1000℃ 이하인 저융점 무기 성분을 포함하는 내열 접착성 절연 피막으로 피복한 전자 강판을 얻는다. 이 전자 강판을 적층하여 가압 고정함으로써, 변형 제거 소둔이 가능한 접착 고착 철심을 얻을 수 있다.

내열 접착성 절연 피막, 전자 강판, 변형 제거 소둔

Description

내열 접착성 절연 피막{HEAT RESISTANT ADHESIVE INSULATING FILM}

본 발명은 적층한 후, 가압 및 가열(본 발명에서는 특별히 언급하지 않는 한 실온 이상 300℃ 이하의 가열 처리를 말함)에 의하여 접착할 수 있고, 또한 그 후에 변형 제거 소둔 등의 소둔 처리(본 발명에서는 특별히 언급하지 않는 한 300℃ 초과의 가열 처리를 말함)를 실시하여도 접착 성능을 유지할 수 있는 내열 접착성 피막 조성물 및 표면 피복된 전자 강판에 관한 것이다.

전자 강판은 주로 모터나 트랜스 등의 철심으로서 사용된다. 통상적으로, 전자 강판의 표면에는 절연 피막이 형성되어 있고, 소정의 형상으로 연속적으로 타발한 후에 적층하여 용접 또는 코킹이라고 하는 요철부를 맞물리게 하는 방법 등에 의하여 일체화시켜서 철심을 형성하는 것이 일반적이다.

일체화된 철심은 그대로 전기 기기에 조립되어 사용되는 것과, 700℃에서 800℃ 전후의 온도에서 소둔된 후에 전기 기기에 조립되는 것이 있다. 후자의 소둔을 변형 제거 소둔이라고 하며, 타발/전단시에 강판에 도입된 전단 변형, 단면부의 용접에 의하여 발생되는 열 변형 또는 코킹부의 소성 변형 등을 소둔에 의하여 제거 또는 저감하여 철심으로서의 자기 특성을 높이는 목적으로, 높은 전기 효율이 요구되는 전기 기기 용도에 사용되는 철심에 대해 실시된다.

용접이나 코킹에 의해 적층된 전자 강판을 일체화시키는 방법에는 철심 에지부가 단락되어 절연성이 저하되는 문제와 가공 변형에 의하여 자기 특성이 열화되는 문제가 있다. 용접이나 코킹에 의한 결함을 회피하는 방법으로서 열 압착에 의하여 접착성을 발휘하는 절연 피막을 미리 전자 강판 상에 성막하고 타발 또는 전단 가공한 후에 적층하여 열 압착하는 기술이 제안되어 있다.

예를 들면, 잠재성 경화제를 배합한 아크릴 변성 에폭시 수지 에멀젼을 주성분으로 하는 혼합액을 도포하여 불완전하게 가열 경화시키는 것을 특징으로 하는 접착용 표면 피복 전자 강판의 제조 방법(일본 특허공보 제2613725호), 발포제를 함유하는 접착성 수지로 피복된 절연 피막 부착 전자 강판(일본 공개 특허 공보 제2002-260910호), 일본 공개 특허 공보 소55-9815호 공보 및 일본 공개 특허 공보 평 2-208034호 공보의 기술이 제안되었다. 이러한 이른바 접착 코팅 기술은 코킹이나 용접에서 발생되는 문제를 경감시킬 수 있지만, 모두 유기물만으로 강판 표면이 피복되어 있기 때문에 대부분은 300℃ 이상의 온도에서 분해되고, 변형 제거 소둔을 하면 접착력을 유지할 수 없다. 따라서, 변형 제거 소둔을 하지 않는 철심에 대하여는 접착 코팅을 실시한 전자 강판을 사용할 수 있지만, 철손 저감을 위한 변형 제거 소둔을 한 철심에 대하여는 사용할 수 없는 문제가 있었다.

한편, 타발 등에 의하여 소정의 형상으로 가공한 전자 강판을 변형 제거 소둔한 후, 접착제에 의하여 고착시키는 방법도 생각할 수 있지만, 작은 타발 단편 한 장마다 접착제를 도포하여야 하기 때문에 작업성이 나쁘다.

또한, 일본 공개 특허 공보 소42-24519호 공보, 일본 특개소 58-128715호 공보, 일본 공개 특허 공보 소47-47499호 공보에는 이른바 무기 피막이라고 불리는, 수지 성분을 포함하지 않는 피막이 개시되어 있다. 특공소 42-24519호 공보는 강판끼리 접착 기능을 가진 것은 아니기 때문에, 코킹이나 용접 등의 접착 이외의 고정법을 실시하지 않으면 일체형의 철심을 얻을 수 없다. 특개소 58-128715호 공보 및 특공소 47-47499호 공보는, 저융점 유리 성분만으로 이루어지는 무기 피막이기 때문에 막이 딱딱하고 타발 금형에 악영향을 미치며, 먼지가 많이 난다는 문제가 있었다.

본 발명은 접착성 절연 피막 부착 전자 강판의 접착성 절연 피막의 내열성을 향상시켜 변형 제거 소둔을 하여도 접착 상태 및 절연성이 유지되는 내열 접착성 절연 피막 및 그것을 피복한 내열 접착성 피막 부착 전자 강판, 그리고 그 전자 강판을 사용한 철심 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 아래와 같은 수단을 사용한다.

(1) 연화점 온도가 실온 이상 300℃ 이하인 수지와, 연화점 온도가 1000℃ 이하인 저융점 무기 성분을 포함하는 내열 접착성 절연 피막.

(2) (1)에 있어서, 250℃ 접착 강도 = 10kg/cm² 이상, 750℃ 접착 강도 = 1kg/cm² 이상인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.

(3) (1)에 있어서, 30℃에서 300℃에 있어서의 선 열팽창 계수가 10×10^－7(℃^－1) 이상 150×10^－7(℃^－1) 이하인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.

(4) (1)에 있어서, 저융점 무기 성분이 저융점 유리 프릿(frit), 물유리, 혹은 이들에 콜로이달 실리카를 추가적으로 혼합한 것인 내열 접착성 절연 피막.

(5) (4)에 있어서, 저융점 무기 성분의 평균 입경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.

(6) (4)에 있어서, 저융점 무기 성분에 대한 수지의 혼합 비율이 질량 분율로 20% 이상 500% 이하인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.

(7) (4)에 있어서, 저융점 무기 성분이 SiO₂-B₂O₃-R₂O계 저융점 유리(R은 알칼리 금속)인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.

(8) (4)에 있어서, 물유리가 규산 소다인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.

(9) (1)에 있어서, 수지가 에폭시 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 미리 잠재성 경화제를 배합한 아크릴 변성 에폭시 수지 에멀젼을 주성분으로 하는 혼합액을 불완전 상태로 가열 경화시킨 수지 또는 실록산 폴리머 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.

(10) 강판의 적어도 한 면에 (1)에 기재된 피막을 갖는 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판.

(11) (10)에 있어서, 내열 접착성 절연 피막의 막 두께가 0.5㎛ 이상 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판.

(12) (10)의 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판을 사용한 철심.

(13) (10)의 전자 강판을 적층, 가압 고정하여 전자 강판 적층체를 제작한 후, 600~900℃에서 소둔을 행하여 일체화된 철심을 얻는 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판을 사용한 철심의 제조 방법.

(14) (13)에 있어서, 적어도 가압 고정의 단계에서 가열을 행하여 접착 고정하거나, 코킹 또는 치구에 의하여 고정을 행하거나, 혹은 이들을 병용하는 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판을 사용한 철심의 제조 방법.

본 발명은 전자 강판의 절연 피막의 조성을 복합화하여 2종류의 접착성을 갖게 하는 것이며, 그 구체적 수단으로서 실온 이상 300℃ 이하에서 연화되는 수지와, 시차 열 분석법으로 측정한 연화점 온도가 1000℃ 이하인 저융점 무기 성분을 포함하는 피막인 것을 특징으로 하는 것이다. 피막의 수지는 열간 프레스 시에 연화되어 철심을 접착 일체화시키는 기능을 하고, 저융점 무기 성분은 철심의 변형 제거 소둔 시에 철심을 일체화된 상태로 유지시키는 기능을 하는 것이다.

강판으로부터 변형을 제거하기 위한 소둔 온도로는 통상 700℃에서 800℃ 정도의 온도가 필요하다. 이러한 소둔 온도에서는 유기물은 분해되어 구조를 유지할 수 없기 때문에 접착성도 유지할 수 없다. 본 발명자들은 700℃에서 800℃의 고온에서도 구조를 유지할 수 있고, 강판 사이의 접착성을 발휘하게 할 수 있는 것으로는 무기 화합물이 적합하다고 착안해서 각종 무기 화합물에 대하여 검토를 거듭하였다. 그 결과, 이른바 저융점 유리 프릿이라고 불리는 일군의 저융점 무기 성분과 물유리, 콜로이달 실리카 등의 저융점 무기 성분이 소둔 온도 조건 750℃ 부근에서 강판 사이의 양호한 접착성을 나타내는 것을 발견하였다. 그러나, 이러한 저융점 무기 성분만으로는 소둔 완료 전 단계에서 접착성을 발휘하지 못하기 때문에 철심의 일체 유지를 할 수 없다. 따라서, 이들에 수지를 복합시킴으로써, 변형 제거 소둔을 하기 전부터 접착 고정이 가능하고 또한 변형 제거 소둔 후에도 접착 고정 성능이 유지되는 철심을 얻을 수 있는 것을 발견하였다.

이하, 우선 저융점 무기 성분에 대하여 설명한다. 본 발명자들은 변형 제거 소둔 온도 영역에 있어서의 접착 작용 여부를 결정하는 것은 저융점 무기 성분의 연화점 온도인 것을 발견하였다.

이하, 발명을 완성하기 위한 실험 내용을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 상기 연화점 온도의 중요성을 확인하기 위하여, 다음과 같은 조건으로 시료를 제작하여 그 접착 강도를 검사하였다. 우선, 판 두께가 0.5 mm이고 표면에 절연성 피막이 형성되어 있지 않은 무방향성 전자 강판을 다수 준비하였다. 이들에 대하여 저융점 무기 성분으로서 평균 입경이 5 ㎛이고 다양한 연화점 온도를 갖는 저융점 유리 프릿과, 수지로서 에폭시 수지:아크릴 수지:페놀 수지 = 15:3:3(질량%)이고 고형분 분율 20질량%인 물 에멀젼액을 사용해서 양자를 혼합하여 롤 코터로 도포하였다. 유리 프릿에 대한 수지의 혼합 비율은 고형분 비율로 100%, 즉 같은 질량이 되도록 하였다. 피막량이 한 면당 8g/m²이 되도록 하여 판 온도 160℃로 건조시켰다. 이렇게 해서 제작한 시료에서 시험편을 절취하였다. 다음으로, 250℃ 접착 강도와 750℃ 접착 강도를 측정하였다.

여기서 연화점 온도란, 도 1에 도시한 시차 열 분석법의 측정 곡선에 있어서, 측정 개시 후 4번째에 관측된 변곡점의 온도, 혹은 JIS-R3103-1 『초자 연화점 시험 방법』(ISO 7884-6:1987, ASTM C338)에서의 낮은 쪽의 온도를 말하지만, 상기 어느 방법으로도 측정이 어려운 경우에는 다른 연화점 온도로 대체할 수도 있다.

또한, 250℃ 접착 강도란, 압연 방향 길이 10cm, 압연 방향에 대한 직각 방향 길이 3cm인 2매의 시료에 있어서, 단변부 1cm, 면적 3cm²로 겹쳐진 상태에서 가압력 10kg/3cm², 가열 온도 250℃, 가열 시간 60초의 조건으로 접착시킨 후, 실온에서 압연 방향으로 인장하여 박리하였을 때의 강도를 면적 3cm²로 나눈 값을 말한다. 또한, 본 발명에 있어서, 가압력, 접착 강도는 스프링 저울의 지시값(kg)을 면적으로 나눈 값으로, kg/cm²를 사용하지만 이는 9.8×10⁴Pa에 상당한다.

또한, 750℃ 접착 강도란, 상기 저온 접착 조건으로 접착시킨 시료에 대하여, 추가적으로 가압하지 않는 상태에서 가열 온도 750℃, 가열 시간 2시간의 조건으로 가열한 후, 실온에서 압연 방향으로 인장하여 박리하였을 때의 강도를 면적 3cm²로 나눈 값을 말한다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 있어서, 조건 번호 1부터 조건 번호 8의 연화점 온도가 1000℃ 이하인 유리 프릿을 사용하였을 때, 250℃ 접착 강도가 10kg/cm² 이상이고, 또한 750℃ 접착 강도가 1kg/cm²이며, 양쪽 값이 양호한 것을 알 수 있다. 한편, 조건 번호 9의 연화점 온도가 1050℃인 유리 프릿을 사용하였을 때는 250℃ 접착 강도는 10kg/cm²로 양호하지만, 750℃ 접착 강도는 소둔 후에 접착면이 용이하게 박리하여 측정할 수 없을 정도로 약했다. 이상으로부터 연화점 온도가 1000℃ 이하인 유리 프릿을 사용하였을 때, 250℃ 접착 강도가 10kg/cm² 이상, 750℃ 접착 강도가 1kg/cm²로 양쪽의 특성이 양호하다는 것이 판명되었다.

다음으로, 750℃ 접착 강도가 저융점 무기 성분의 연화점 온도에 의존하는 이유에 대하여, 본 발명자들은 다음과 같은 기구를 고려하고 있다. 250℃ 부근에서의 가압·가열 접착 시에는 수지가 연화·용융되고, 양면 도포의 경우에는 피막 계면이 소실되어 피막간 접착이 달성된다. 다만, 이 단계에서는 온도 안정성이 높은 저융점 무기 성분은 거의 반응을 일으키지 않았다. 다음으로, 750℃로 가열 시에, 이번에는 저융점 무기 성분이 연화(저융점 무기 성분의 종류에 따라서는 용융)되어 접촉하는 저융점 무기 성분끼리 결합된다. 그 결과, 대향하는 피막이 일체화되어 강판끼리의 접착이 완성된다. 따라서, 750℃ 부근의 가열 단계에 있어서는 저융점 무기 성분이 연화 또는 용융되는 것이 중요하다.

표 1의 조건 번호 9와 같이, 연화점 온도가 높은 저융점 무기 성분에서는, 비록 저융점 무기 성분끼리 접촉하고 있더라도 750℃의 온도 영역에서는 연화가 진행되지 않기 때문에, 저융점 무기 성분 사이에서 충분한 접촉 면적을 얻을 수 없다. 따라서, 저융점 무기 성분간 결합이 충분하게 형성되지 않는다. 그 결과, 접착 강도를 얻을 수 없다.

한편, 표 1의 조건 번호 1부터 조건 번호 8과 같이, 연화점 온도가 낮은 저융점 무기 성분에서는, 저융점 무기 성분끼리 접촉하고 있으면 750℃의 온도 영역에서 연화가 진행되므로, 저융점 무기 성분 사이에서 일정한 접촉 면적을 얻을 수 있다. 따라서, 저융점 무기 성분간 결합이 형성된다. 그 결과, 접착 강도를 얻을 수 있다.

또한, 880℃나 1000℃ 등 가열 온도인 750℃보다 높은 연화점 온도를 갖는 저융점 무기 성분에 있어서도 일정한 750℃ 접착 강도를 얻을 수 있는 이유는 완전히 해명되지는 않았지만, 연화점 온도가 880℃나 1000℃인 저융점 무기 성분에서도 750℃의 온도 영역에 있어서, 일종의 연화 유사 반응이 일어나서 저융점 무기 성분끼리 결합되어 피막 일체화, 강판 접착이 실현되는 것으로 추측하고 있다.

250℃ 접착 강도를 10kg/cm² 이상으로 한 것은, 저온에서의 접착에 의한 임시 고정 후에 본 고정할 때까지의 제조 공정에 있어서, 박리되지 않고 취급할 수 있는 접착 강도를 규정한 것이다. 또한, 750℃ 접착 강도를 1kg/cm² 이상으로 한 것은 전기 기기에 조립한 후에 박리되지 않는 접착 강도를 규정한 것이다.

본 발명의 저융점 무기 성분으로는 저융점 유리 프릿, 물유리 또는 이들에 콜로이달 실리카를 혼합한 것 등을 사용할 수 있다.

사용하는 저융점 무기 성분이 무기물 분말인 경우에는 그 입경도 중요하다. 입경이 지나치게 크면 피막 표면에 조대한 돌기가 형성되어 피막 사이에서의 접촉이 방해 받는다. 피막 사이 혹은 분말 사이에서 충분한 접촉을 실현하기 위해서는 사용하는 저융점 무기 성분의 평균 입경은 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 특히, 평균 입경 4㎛ 이하, 그 중에서도 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명자들은 저융점 무기 성분과 수지의 혼합 비율에 대하여 검토하였다.

우선, 판 두께가 0.35mm이고 표면에 크롬산마그네슘을 주체로 하는 절연 피막을 갖는 무방향성 전자 강판을 다수 준비하였다. 이들에 대하여 저융점 무기 성분으로서 평균 입경이 3㎛이고 연화점 온도가 550℃인 저융점 유리 프릿(B₂O₃ = 30%, SiO₂ = 20%, BaO = 30%, Na₂O = 10%, ZnO = 10%)과, 수지 조성이 에폭시 수지:아크릴 수지:페놀 수지 = 20:5:3(질량%)이고 고형분 분율 20질량%인 물 에멀젼액을 혼합하여 롤 코터로 도포하였다. 이 때, 유리 프릿에 대한 수지의 혼합 비율이 다양한 값이 되도록 조제하였다. 피막량은 한 면당 5g/m²가 되도록 하여 판 온도 150℃로 건조시켰다. 이렇게 해서 제작한 시료에서 시험편을 절취하였다. 다음으로, 250℃ 접착 강도와 750℃ 접착 강도를 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2에 있어서, 조건 번호 2부터 조건 번호 6, 즉 수지/유리 프릿 혼합 비율이 20% 이상 500% 이하일 때, 250℃ 접착 강도가 10kg/cm² 이상이고, 또한 750℃ 접착 강도가 1kg/cm²이며, 양쪽 값이 양호한 것을 알 수 있다. 한편, 조건 번호 1의 수지/유리 프릿 혼합 비율이 10%인 조건에서는 250℃ 접착 강도가 5kg/cm², 750℃ 접착 강도가 0.5kg/cm²로 모두 낮다. 또한, 조건 번호 7의 수지/유리 프릿 혼합 비율이 700%인 조건에서는 250℃ 접착 강도는 40kg/cm²로 양호하지만, 750℃ 접착이 0.5kg/cm²로 낮았다. 이상으로부터 수지/유리 프릿의 혼합 비율이 20% 이상 500% 이하의 조건일 때, 250℃ 접착 강도와 750℃ 접착 강도 모두가 양호한 것을 알 수 있다.

또한, 접착 강도가 저융점 무기 성분에 대한 수지 비율에 의존하는 이유에 대하여, 본 발명자들은 다음과 같은 기구를 고려하고 있다. 수지는 250℃ 가열 시의 접착 기능을, 저융점 무기 성분은 750℃ 가열 시의 접착 기능을 각각 분담하고 있다. 따라서, 각각의 가열 온도에 있어서, 양자가 기능을 발휘할 수 있는 상태에 있는지를 고찰하는 것으로 접착 강도에 대한 수지/저융점 무기 성분 비율 의존성 기구를 추측할 수 있다. 즉, 250℃ 접착 강도는 250℃ 가열 시에 접착 기능을 하는 유기 수지의 표면 점유 상태를, 또한 750℃ 접착 강도는 750℃ 가열 시에 접착 기능을 하는 저융점 무기 성분의 표면 점유 상태를 각각 고려하면 된다.

저융점 무기 성분에 대하여 수지의 비율이 적은 경우, 예를 들면 표 2의 조건 번호 1과 같은 경우, 표면의 대부분을 저융점 무기 성분이 차지하여 표면에서는 수지를 거의 찾아볼 수 없다. 이와 같은 경우에 피막끼리 겹쳐져서 가압된 상태에서 250℃로 가열하더라도 수지끼리 충분한 접촉 면적을 가질 수 없기 때문에 피막간 접착을 하여야 할 수지가 충분히 기능할 수 없다. 따라서, 250℃ 접착 강도는 작은 값이 된다(조건 번호 1의 경우, 250℃ 접착 강도 = 5kg/cm²). 250℃ 가열 시에 충분한 접착이 실현되지 않은 상태에서 750℃ 가열을 하여 저융점 무기 성분이 연화·용융되어도, 미리 250℃ 가열 시에 피막간 접촉이 충분히 실현되어 있지 않으면 저융점 무기 성분끼리 접촉·결합이 충분히 실현될 수 없다. 그 결과, 750℃ 접착 강도도 작은 값이 된다(조건 번호 1의 경우, 750℃ 접착 강도 = 0.5kg/cm²). 이러한 기구에 의해 저융점 무기 성분에 대한 수지의 비율이 지나치게 작은 경우, 250℃ 접착 강도, 750℃ 접착 강도 모두가 낮은 값을 나타낸다.

한편, 저융점 무기 성분에 대한 수지의 혼합 비율이 큰 경우, 피막 표면에는 수지가 충분히 존재하여 250℃ 가열 시에는 수지가 충분히 접착 기능을 하므로, 큰 접착 강도를 얻을 수 있다(조건 7의 경우, 250℃ 접착 강도 = 40kg/cm²). 그러나, 750℃ 가열 시에는 접착 기능을 발휘해야 할 저융점 무기 성분이 피막 표면에 충분히 존재하지 않기 때문에, 750℃ 접착 강도는 작은 값이 된다(조건 번호 7의 경우, 750℃ 접착 강도 = 0.5kg/cm²).

또한, 30℃부터 300℃에 있어서의 저융점 무기 성분의 선 열팽창 계수를 10×10^－7(℃^－1) 이상 150×10^－7(℃^－1) 이하로 함으로써, 철심 성형 시의 자기 특성의 불균일도 방지할 수 있다.

본 발명자들은 다음과 같은 조건으로 피막 부착 강판과 그 강판을 소재로 하는 철심을 제작하여 그 자기 특성을 검사하였다. 우선, 판 두께가 0.5mm이고 표면에 절연성 피막을 갖지 않는 무방향성 전자 강판을 다수 준비하였다. 이들에 대하여 저융점 무기 성분으로서 평균 입경이 5㎛이고 다양한 열팽창 계수를 갖는 저융점 유리 프릿과 수지 조성이 에폭시 수지:아크릴 수지:페놀 수지 = 10:4:5(질량%)이고 고형분 분율 20질량%인 물 에멀젼액을 혼합하여 롤 코터로 도포하였다. 유리 프릿에 대한 수지의 혼합 비율은 고형분 비율로 200%가 되도록 하였다. 피막량이 한 면당 10g/m²가 되도록 하여 판 온도 150℃로 건조시켰다.

이러한 시료로부터 내경 10.16cm(4인치), 외경 12.7cm(5인치)인 환형의 시료를 제작하고, 20매 적층한 상태에서 가압력 10kg/cm², 온도 250℃에서 4시간 동안 가열하여 피막 접착형 철심을 제작하였다. 다음으로, 이 철심을 가압하지 않는 상태에서 온도 750℃에서 2시간 동안 소둔하였다. 마지막으로, 주파수 50Hz, 자속 밀도 1.5테슬라로 철손값을 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3에 있어서, 조건 번호 2부터 조건 번호 9일 때, 즉 30℃에서 300℃에 있어서의 저융점 무기 성분의 선 열팽창 계수가 10×10^－7(℃^－1) 이상 150×10^－7(℃^－1) 이하일 때, 소둔 후의 철심 성형 시의 철손이 3.1(W/kg)보다 작고 양호한 것을 알 수 있다. 한편, 조건 번호 1의 선 열팽창 계수가 160×10^－7(℃^－1)인 유리 프릿을 사용하였을 때는 철손값이 3.27(W/kg)로 크고, 또한 조건 번호 10의 선 열팽창 계수가 5×10^－7(℃^－1)인 유리 프릿을 사용하였을 때도 철손값이 3.26(W/kg)으로 크다. 이상으로, 30℃에서 300℃에 있어서의 저융점 무기 성분의 선 열팽창 계수가 10×10^－7(℃^－1) 이상 150×10^－7(℃^－1) 이하일 때, 소둔 후의 철심 성형 시의 철손이 양호한 것이 판명되었다.

소둔 후의 철심 상태에서의 철손이 저융점 무기 성분의 선 열팽창 계수에 의존하는 이유에 대하여, 본 발명자들은 다음과 같은 기구를 고려하고 있다. 250℃에서의 가압, 가열 접착에 의하여 피막 중의 수지가 연화·용융되고, 양면 도포의 경우에는 피막 계면이 소실되어 피막간 접착이 실현된다. 다만, 이 단계에서는 온도 안정성이 높은 저융점 무기 성분은 거의 반응을 일으키지 않았다. 다음으로, 750℃로 가열 시에, 이번에는 저융점 무기 성분이 연화, 저융점 무기 성분의 종류에 따라서는 용융되어 접촉하는 저융점 무기 성분끼리 결합된다. 그 결과, 대향하는 피막이 일체화되어 강판끼리의 접착이 완성된다. 그리고, 실온까지 냉각된 후 철손값의 측정이 이루어진다. 여기서, 고찰하여야 할 것은 750℃이라고 하는 고온 상태에서 강판 표면이 전면 접착되어 실온까지 냉각되었을 때, 성형 철심에 발생되는 응력의 문제이다.

일반적으로, 철심에 대하여 응력이 작용하면 자기 특성은 열화된다. 여기서, 우선 물질의 열팽창 계수와 응력의 관계에 대하여 설명한다. 일반적으로, 열팽창 계수가 큰 물질과 열팽창 계수가 작은 물질을 고온에서 접착시켜서 실온까지 냉각시키면 열팽창 계수가 큰 물질에는 인장 응력이, 또한 열팽창 계수가 작은 물질에는 압축 응력이 각각 작용된다. 전자 강판의 선 열팽창 계수는 방향성 전자 강판도 무방향성 전자 강판도 대체로 100×10^－7(℃^－1)이다. 한편, 실험에 사용한 저융점 무기 성분의 열팽창 계수는 5×10^－7(℃^－1)에서 160×10^－7(℃^－1)이다. 따라서, 강판보다 작은 열팽창 계수를 갖는 무기 분말을 사용하였을 경우에는 인장 응력이, 또한 강판보다 큰 열팽창 계수를 갖는 무기 분말을 사용하였을 경우에는 압축 응력이 각각 성형 철심에 작용하게 된다.

본 실험에 대하여 고려하면, 조건 번호 1에서 가장 큰 선 열팽창 계수를 갖는 무기 분말의 경우에는 성형 철심에 대하여 큰 압축력이, 또한 조건 번호10에서 가장 작은 선 열팽창 계수를 갖는 무기 분말의 경우에는 성형 철심에 대하여 큰 인장 응력이 각각 작용되는 것으로 추정된다. 강판과 가장 큰 선 열팽창 계수의 차이를 가지고, 따라서 가장 큰 응력이 발생되는 것으로 추측되는 조건 번호 1과 조건 번호 10의 성형 철심은 이 응력 부여로 인하여 철손값이 큰 것으로 고려된다. 한편, 조건 번호 2부터 조건 번호 9의 경우에서는 사용한 무기 분말의 열팽창 계수는 강판의 열팽창 계수와 다르지만, 그 차이가 작기 때문에 비록 성형 철심에 대한 인장 응력이나 압축 응력이 작용하더라도 그 값은 작고, 그 결과, 철손값에 대하여 큰 영향이 미치지 않았던 것으로 추정된다.

본 발명의 저융점 무기 성분은 변형 제거 소둔 후의 접착성 발현에 기여하는 것이며, 연화점이 통상의 변형 제거 소둔 온도인 750℃ 이하의 저융점 유리인 것이 바람직하다. 저융점 유리는 변형 제거 소둔 중에 연화·용융되어 냉각에 의하여 고체화되고, 변형 제거 소둔 후에 2매의 판을 접착시킬 수 있다. 저융점 유리의 조성으로서는 SiO₂-B₂O₃-R₂O(R은 알칼리 금속)계, P₂O₅-R₂O(R은 알칼리 금속)계, SiO₂-PbO-B₂O₃계, B₂O₃-Bi₂O₃계, SiO₂-B₂O₃-ZnO계, SnO-P₂O₅계, SiO₂-B₂O₃-ZrO₂계 등을 들 수 있다. 특히, SiO₂-B₂O₃-R₂O(R은 알칼리 금속)계는 무연이고 변형 제거 소둔 후의 접착력이 높기 때문에 바람직하다.

저융점 무기 성분은 물유리와 같이 액체로 첨가할 수도 있다. 물유리는 규산 소다가 특히 바람직하다. 물유리를 사용하는 이점으로서, 분말 입자를 포함하지 않기 때문에 도포면에 입자에 기인하는 요철이 없고 평활면을 쉽게 얻을 수 있는 점을 들 수 있다. 특히, 규산 소다를 이용하였을 경우에는 변형 제거 소둔 후의 접착 강도로서 1.0 MPa 이상의 높은 강도를 얻을 수 있다. 또한, 규산 칼륨을 이용하였을 경우에는 변형 제거 소둔 전의 접착 강도로서 4.0~7.0 MPa 정도의 높은 강도를 얻을 수 있다.

본 발명의 저융점 무기 성분으로서 상기 무기 성분에 추가적으로 콜로이달 실리카를 혼합한 것을 이용할 수도 있다. 콜로이달 실리카 등을 혼합함으로써, 변형 제거 소둔 중에 무기 성분이 연화되었을 때의 점도를 조정할 수 있다. 또한, 콜로이달 실리카는 변형 제거 소둔 중에 연화되지 않고 남았을 경우에도, 막 중의 골재로서 기능하고 있어서 변형 제거 소둔 후의 접착 강도를 높일 수 있다.

본 발명에 적용할 수 있는 수지는 페놀 수지나 에폭시 수지와 같은 가압·가열에 의하여 강판끼리 접착시킬 때에 경화 반응을 일으키는 열경화성 수지를 적용할 수 있는 것은 물론이고, 아크릴 수지나 메타크릴 수지와 같은 가열하여도 경화 반응이 일어나지 않는 열가소성 수지도 적용할 수 있다. 열가소성, 열경화성 어느 수지라도 적용할 수 있지만, 접착 작용을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 수지는 실온 이상 300℃ 이하에서 연화되지만 블로킹성 등을 고려하여, 바람직하게는 50℃ 이상, 80℃ 이상, 100℃ 이상, 특히, 120℃ 이상 300℃ 이하의 가열로 유동성이 발현되는 정도로 연화되는 것이 바람직하다. 유동성이 발현되는 정도의 연화란, 점도가 1×10⁸dPa·s 이하가 되는 것을 기준으로 한다. 강판 표면상에 가열 경화에 의하여 경화시킨 수지가 300℃ 이하의 가열에 의하여 연화되는 기구로서는, 경화시킨 수지가 열가소성 수지이며 또한 열가소성이 발현되는 온도가 120℃ 이상 300℃ 이하인 경우를 들 수 있다.

또한, 수지가 열경화성일 때의 연화의 기구로서는, 유리 전이 온도보다 고온으로 가열함으로써 고무 상태 혹은 유동 상태로 연화되는 경우를 들 수 있다. 특히, 200℃ 이하의 저온으로 수십 초 이하의 단시간 동안 가열 경화 처리로 경화시킨 수지의 경우, 가열에 의하여 삼차원적인 골격을 형성하는 가교 반응이 진행되면서도, 유리 전이를 거침으로써 일단 연화되고, 보다 고온으로 가열하면 다시 가교 반응이 진행되어 경화될 수 있다.

본 발명의 수지로서 사용하는 미리 잠재성 경화제를 배합한 아크릴 변성 에폭시 수지 에멀젼이란, 에폭시 수지에 잠재성 경화제를 배합한 후, 아크릴 수지를 화학 반응시켜서 에폭시 수지와 잠재성 경화제의 혼합물의 주위를 피복하여 에멀젼으로 한 것이다. 여기서 말하는 에폭시 수지란, 모노머 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 수지를 가리키고, 비스페놀 A형, 비스페놀 F형, 비스페놀 AD형, 나프탈렌형, 페놀 노볼락형, 오르토크레졸 노볼락형, 글리시딜 에스테르형, 지환형 등이 있다. 잠재성 경화제로서는 디시안디아미드, 멜라민, 유기산 디히드라지드, 아민이미드, 켈라민, 제3 아민염, 이미다졸염, 3불화붕소 아민염, 마이크로 캡슐형 경화제, 분자체형 경화제 등을 들 수 있다. 상기 에폭시 수지와 에폭시 수지 경화제의 혼합계에 아크릴 수지를 변성시킨다.

여기서 말하는 변성이란, 에폭시 수지와 에폭시 수지 경화제 혼합물의 표면에 화학적으로 아크릴 수지를 결합시키는 것을 말한다. 이러한 변성에 제공하는 아크릴 수지는 메타크릴산, 메타크릴산 에스테르, 아크릴산, 아크릴산 에스테르, 스틸렌, 초산비닐 등 중의 1종 혹은 2종 이상을 중합 혹은 공중합시킨 것이다. 에폭시 수지와 잠재성 에폭시 수지 경화제의 배합 비율은 에폭시 수지의 종류, 경화제의 종류에 따라 크게 변동하지만, 통상적으로 에폭시 수지 1질량부에 대하여 0.05~2질량부가 적당하다. 미리 잠재성 경화제를 배합한 아크릴 변성 에폭시 수지 에멀젼을 주성분으로 하는 혼합액은 강판 표면에 도포한 후, 불완전 상태로 가열 경화시키는 것이 필수적이며, 불완전 상태란, 끈적거림이나 블로킹이 발생되지 않고 또한 전단 가공하여 적층한 후에 가압 가열에 의하여 접착되는 상태를 말한다. 통상적으로는 100~300℃의 로 온도에서 10~90초간 건조시킴으로써 불완전 상태로 가열 경화시킬 수 있다.

또한, 가열에 의하여 연화되는 수지로서 실록산 폴리머를 사용할 수 있다. 실록산 폴리머는 Si-0-Si의 무기 결합으로 주골격이 구성되어 있는 폴리머이다. Si는 C와 마찬가지로, Si-CH₃, Si-C₆H₅, Si-H와 같이 Si가 직접 유기기나 H와 화학 결합할 수 있으므로, 유기기나 H로 골격이 구성된 실록산 폴리머를 얻을 수 있다.

Si의 4개의 결합 중 1개가 Si-R(R은 유기기 또는 H) 결합을 형성하여 나머지 3개가 Si-O 결합을 형성한 것을 T핵이라고 한다. T핵 중에서 O를 통하여 Si와 결합하는 수가 3개인 것, 즉 Rsi(-O-Si)₃를 T3핵이라고 한다. Si핵 종류는 NMR에 의하여 분석할 수 있다. 일반적으로, 실록산 폴리머를 형성하는 Si핵으로서는 T핵 이외에 D핵과 Q핵을 들 수 있다. D핵은 Si의 4개의 결합 중 2개가 Si-R(R은 유기기 또는 H) 결합을 형성하여 나머지 2개가 Si-0 결합을 형성한 것이다. Q핵은 Si의 4개의 결합 중 4개가 Si-0 결합을 형성한 것이다.

T3핵의 Si가 일정한 규칙에 따라 결합을 반복하였을 경우, 도 2에 도시된 바와 같은 사다리형 분자가 형성된다.

사다리형 분자로 이루어지는 집합체는 도포, 가열 경화에 의하여 사다리형 분자 사슬의 얽힘 등이 일어나고, 끈적거림이나 블로킹이 발생되지 않는 경화된 표면 상태를 얻을 수 있다. 100℃ 이상으로 얽혀 있던 분자 사슬이 풀리고 유동성을 나타낸다. 유동성을 나타내는 범위 내이면 메틸기가 결합된 Si핵 이외에 에폭시기가 결합된 Si핵을 포함할 수도 있다.

본 발명의 실록산 폴리머는 오가노트리알콕시실란 또는 오가노트리클로로실란 중의 하나 또는 양자 모두를 출발 원료로 하여 염산 촉매하에서 가수분해하여 얻는다. 오가노트리알콕시실란으로서는 트리에톡시실란, 트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다. 오가노트리클로로실란으로서는 메틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란, 페닐트리클로로실란 등을 들 수 있다.

오가노트리알콕시실란 또는 오가노트리클로로실란 중의 하나 또는 양자 모두는 유기 용매에 분산시킨 후에 가수분해할 수도 있다. 용매로서는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 각종 알코올, 아세톤, 톨루엔, 크실렌 등을 사용할 수 있다. 가수분해 시의 오가노알콕시실란에 대한 유기 용매의 질량 비율은 1:0.5~1:2인 것이 바람직하다.

가수분해는 출발 원료 중의 전체 알콕시기의 몰수에 대하여 0.1~1배의 물을 첨가하여 실시한다. 가수분해의 촉매로서 염산을 첨가한다. 오가노트리클로로실란을 원료로 사용하였을 때는 물을 첨가함으로써 염산이 부생성물로 생성되어 별도의 조치를 하지 않아도 염산 촉매 하에서 가수분해를 하게 되므로, 염산을 첨가하지 않아도 되는 경우도 있다.

가수분해된 졸은 통상적으로 농축 등의 프로세스에 의하여 중축합 반응을 촉진시켜서 실록산 폴리머로 한다. 농축은 로터리 증발기 등으로 유기 용매나 부생성물인 알코올 등을 제거하여 농축물의 질량이 농축 전의 용액 질량의 15~60% 정도가 되도록 실시하는 것이 가열에 의한 연화성 발현의 관점에서 바람직하다. 농축 이외의 방법으로서 수산화칼륨(KOH) 등의 알칼리를 첨가하고 질소 분위기 등에서 환류를 행하여 중축합 반응을 촉진시켜서 실록산 폴리머를 얻을 수도 있다. 얻어진 실록산 폴리머는 유기 용매나 물에 1.5~10배 정도로 희석하여 도포액으로 한다. 통상적으로 100~200℃에서 15~120초간 가열 경화시킴으로써 가압 가열에 의하여 접착되는 상태가 된다.

또한, 본 발명에서의 수지나 저융점 무기 성분은 가열, 소둔의 분위기 등의 조건에 따라서는, 본 발명의 피막 중에서 외관상의 용융을 볼 수 없고 알갱이가 그대로 잔존하는 것처럼 보이는 경우도 있지만, 해당 가열, 소둔에 의하여 접착 기능이 발현되면 본 발명에 있어서 아무런 문제가 되지 않는다.

본 발명은 통상적인 압연, 소둔에 의하여 제조된 전자 강판이면 방향성 전자 강판, 무방향성 전자 강판 등 종류를 불문하고 적용할 수 있지만, 특히 모터 철심용 무방향성 전자 강판에 적용하는 경우에 그 효과를 가장 많이 발휘할 수 있다.

방향성 전자 강판이나 무방향성 전자 강판의 통상적인 제조법에 있어서는 양자의 강판 모두가 마무리 소둔에 의하여 강판 표면에 표면 피막이 형성된다. 방향성 전자 강판의 경우에는 실리카 성분을 함유한 인산염계의 피막이 형성되고, 또한 무방향성 전자 강판의 경우에는 크롬산염계의 피막이 형성된다. 특히, 방향성 전자 강판의 경우에는 마무리 소둔 중에 포스테라이트질의 규산염을 주체로 한 피막을 형성시키는 제법, 의도적으로 형성시키지 않는 제법, 생성되는 포스테라이트질 피막을 산세 등의 수단으로 제거하는 제법 등이 있다. 본 발명은 이러한 다양한 표면 피막의 유무에 상관없이 적용할 수 있다.

본 발명의 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판은 내열 접착성 절연 피막 조성물을 포함하는 도포액을 롤 코터, 바 코터, 플로우 코터, 딥 코터, 스프레이 등의 방법으로 전자 강판에 도포한다. 도포량은 1g/m² 이상 30g/m² 이하, 특히 2g/m² 이상 10g/m² 이하인 것이 바람직하다.

내열 접착성 절연 피막 조성물은 수지와 저융점 무기 성분이 혼합된 것이 바람직하지만, 양자가 덩어리 상태로 분산 혼합된 것 혹은 양자가 2층 분리 도포된 것일 수도 있다. 유기 성분에 의한 매트릭스 중에 저융점 무기 성분이 점, 줄무늬 등의 형상으로 분산될 수도 있고, 실록산 결합 등에 의한 무기 매트릭스 중에 유기 성분이 점, 줄무늬 등의 형상으로 분산될 수도 있다.

막 두께는 한 면당 0.5㎛ 이상 20㎛ 이하가 바람직하다. 막 두께가 0.5㎛ 미만에서는 강판 상의 표면 전체를 충분하게 피복하는 것이 어렵기 때문에 충분한 접착 강도를 얻지 못하고 또한 20㎛보다 크면 가압·가열하였을 때에 점적율이 크게 저하된다. 따라서 막 두께는 0.5㎛ 이상, 20㎛ 이하가 바람직하다.

본 발명의 피막 조성물은 전자 강판 표면에 도포한 후, 끈적거림이나 블로킹이 발생되지 않도록 먼저 가열 경화시킨다. 도포한 후, 50~200℃에서 가열 경화시킴으로써 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판을 제작할 수 있다. 이 공정은 철심 타발 혹은 철심 적층 직전에 행할 수도 있지만, 강판 제조 시에 도포해 두고 이른바 프리 코트(pre coat) 상태의 전자 강판으로 하는 것이 철심 제조 공정을 간편하게 하기 위하여 특히 바람직하다. 이 강판으로부터 원하는 형상으로 타발된 강판 단편을 적층하여 블록화할 때에 상기 가열 경화 온도보다 고온으로 가열함으로써 수지가 연화된다.

본 발명의 피막을 양면에 갖는 전자 강판 단편을 적층하여 열간 프레스를 하였을 경우, 열간 프레스 시의 가열에 의하여 연화된 수지가 일체가 되기 때문에 냉각 시에 전자 강판 단편을 접착할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 피막을 한 면에만 갖는 전자 강판 단편을 같은 방향으로 적층하였을 경우, 본 발명의 피막층이 없는 전자 강판 단편의 표면에 가열에 의하여 연화된 수지 성분이 균일하게 퍼지기 때문에 냉각 시에 접착할 수 있다. 고온의 열간 프레스는 고비용이 들기 때문에, 열간 프레스 온도는 300℃ 이하인 것이 바람직하다. 열간 프레스의 압력은 0.1 MPa 이상 50 MPa 이하인 것이 바람직하고, 1 MPa 이상 20 MPa 이하인 것이 특히 바람직하다. 열간 프레스의 압력이 낮은 경우에는 충분한 접착성을 얻을 수 없기 때문에 철심으로 일체화시키는 것이 어렵게 된다. 열간 프레스의 압력이 높은 경우에는 접착층이 유동하고 층 사이에서 밖으로 나올 수 있다.

본 발명의 전자 강판은 원하는 형상으로 타발한 후에 적층하여 가압, 가열을 행하면 철심으로 일체화될 수 있다. 그 후, 필요에 따라 변형 제거 소둔을 하였을 경우에도 적층 강판 사이의 접착 성능은 유지된다. 변형 제거 소둔의 온도는 통상적으로 650℃ 이상 850℃ 이하이며, 700℃ 이상 800℃ 이하에서 행하는 경우가 많다.

또한, 본 발명의 피막은 변형 제거 소둔 등의 소둔을 행하지 않아도 접착 성능을 가지고 있으므로, 변형 제거 소둔을 행하지 않는 철심에도 이용할 수 있다. 즉, 변형 제거 소둔용, 비 변형 제거 소둔용 겸용의 접착 피막으로서 이용 가능하다.

또한, 변형 제거 소둔용의 경우, 가압, 가열에 의하여 고정할 때에 코킹이나 치구에 의한 고정을 병용할 수도 있다.

도 1은 유리의 일반적인 시차 열 분석 곡선을 나타내는 도면.

도 2는 사다리 형상 실록산 폴리머를 나타내는 도면.

이하에서는 실시예를 설명한다.

실시예 1

아크릴 수지:에폭시 수지:페놀 수지 = 10:4:3(질량%)의 조성으로 고형분 비 율 20질량%인 수지 수분산액에 연화점 온도가 450℃에서 다양한 입경을 갖는 유리 프릿을 배합한 액을 조제하였다. 유리 프릿을 배합한 액에 있어서의 수지/유리 프릿 혼합 비율은 200%가 되도록 하였다. 이 도포액을 판 두께가 0.5mm이며 강판 표면에 절연 피막을 갖지 않는 마무리 소둔 처리한 무방향성 전자 강판에 대하여, 롤 코터로 피막량이 한 면당 6g/m²가 되도록 도포하였다. 다음으로 건조 온도 150℃에서 건조시켜서 냉각하였다. 한 면당의 피막 두께는 10㎛이었다. 이렇게 해서 제작한 시료로부터 압연 방향 길이 10cm, 압연 방향에 대한 직각 방향 길이 3cm의 치수인 시험편을 절취하였다. 그리고, 단변부에서 길이 1cm, 중복 면적 3cm²로 2매의 시험편을 겹쳐서 10kg/cm²로 가압한 상태에서 250℃까지 가열하고 60초간 유지하여 냉각해서 250℃ 접착 강도 측정용 시험편을 조제하였다. 또한, 250℃ 접착 강도 측정용 시험편의 일부에 대하여, 하중이 걸리지 않는 상태에서 750℃까지 가열하고 2시간 동안 유지하고 냉각해서 750℃ 접착 강도 측정용 시험편을 조제하였다. 이와 같이 조제한 시험편에 대하여 인장 시험기를 이용하여 접착 강도를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

표 4에 있어서, 조건 번호 1부터 조건 번호 5의 유리 프릿의 평균 입경이 2㎛부터 20㎛인 시료군에서는 250℃ 접착 강도가 10kg/cm² 이상이면서 750℃ 접착 강도도 1kg/cm² 이상으로 양호하였으며, 이에 비하여 조건 번호 6의 유리 프릿의 평균 입경이 25㎛인 시료에 있어서는 250℃ 접착 강도가 5kg/cm²이고 750℃ 접착 강도는 측정할 수 없을 정도로 작은 값이 되어 양호하지 않았다.

유리 프릿의 평균 입경이 20㎛ 이하인 실시예가 평균 입경이 25㎛인 비교예에 비하여 우수하다.

실시예 2

아크릴 수지:에폭시 수지:페놀 수지 = 11:3:4(질량%)의 조성으로 고형분 비율 20질량%인 수지 수분산액에, 조성이 B₂O₃ = 25질량%, SiO₂ = 65질량%, Na₂O = 10질량%이고 30℃부터 300℃에 있어서의 선 열팽창 계수가 40×10^－7(℃^－1)인 유리 프릿(실시예)을 배합한 액과, 상기 수지 수분산액에. 조성이 B₂O₃ = 50질량%, SiO₂ = 25질량%, K₂0 =25질량%인 30℃에서 300℃에 있어서의 선 열팽창 계수가 170×10^－7(℃^－1)인 유리 프릿(비교예)을 혼합한 액을 조제하였다. 유리 프릿은 모두 평균 입경이 10㎛인 것을 사용하였다. 또한, 유리 프릿을 배합한 액에 있어서의 수지/유리 프릿 혼합 비율은 모두 100%가 되도록 하였다.

이 도포액을 판 두께가 0.5 mm이고 강판 표면에 크롬산마그네슘계의 절연 피막을 갖는 마무리 소둔 처리한 무방향성 전자 강판에 대하여, 롤 코터로 피막량이 한 면당 8 g/m²가 되도록 도포하였다. 다음으로 건조 온도 140℃에서 건조시켜서 냉각하였다. 한 면당의 피막 두께는 6㎛이었다. 이렇게 해서 제작한 시료로부터 내경 10.16cm(4인치), 외경 12.7cm(5인치)인 환형의 시료를 제작하여 20매 적층한 상태에서 가압력 10kg/cm², 온도 250℃에서 4시간 동안 가열하여 피막 접착형 철심을 제작하였다. 다음으로, 이 철심을 가압하지 않는 상태에서 온도 750℃에서 2시간 동안 소둔하였다. 마지막으로 주파수 50Hz, 자속 밀도 1.5테슬라로 철손값을 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

표 5에 있어서, 조건 번호 1의 선 열팽창 계수가 40×10^－7(℃^－1)인 유리 프릿을 사용하여 제작한 철심의 철손이 3.05(W/kg)로 양호하였으며, 이에 비하여 조건 번호 2의 선 열팽창 계수가 170×10^－7(℃^－1)인 유리 프릿을 사용하여 제작한 철심의 철손이 3.27(W/kg)로 큰 값이 되어 양호하지 않았다. 이와 같이, 본 발명에 의한 실시예가 비교예에 비하여 우수한 것을 알 수 있다.

실시예 3

도포액으로서 이하의 4종류를 제작하였다.

도포액A

물 100질량부에 대하여, 잠재성 경화제를 20질량% 배합한 아크릴 변성 에폭시 수지 에멀젼 40질량부, 메틸에틸케톤 5질량부를 배합하였다. 이 도포액을 도포·가열 경화시켜서 얻은 수지의 유리 전이 온도는 104℃이며 120℃ 이상에서 연화되었다.

도포액B

물 100질량부, 아크릴 수지 에멀젼 40질량부, 에폭시 수지 에멀젼 40질량부, 아민계 에폭시 경화제 4질량부를 배합하였다. 이 도포액을 도포·가열 경화시켜서 얻은 수지는 150℃ 이상에서 연화되었다.

도포액C

메틸트리에톡시실란 178g과 에탄올 138g의 혼합 용액 중에, 물 35.3g과 35% 염산 1.04g을 혼합한 수용액을 적하하고 가수분해를 행하였다. 가수분해한 액은 로터리 증발기를 이용하여 58℃에서 용매가 나오지 않을 때까지 농축하였다. 농축물의 질량은 농축 전의 용액 질량의 30%이었다. 이 농축물의 질량 평균 분자량은 10000이었다. 이 농축물은 예사성을 나타냈으므로 사슬 모양 고분자의 형태로 메틸트리에톡시실란이 중합되는 것으로 생각할 수 있다. 이 농축물에 대하여, 70℃에서 15분간 열처리를 행하였으며, 그 결과 고체화되었지만 180℃ 부근에서 연화되었다. 이 농축물 100질량부에 대하여 에탄올을 200질량부 배합하였다.

도포액D

메틸트리에톡시실란 178g, 테트라메톡시실란 152g을 2-에톡시에탄올 270.3g 중에 분산시킨다. 초산 4.8g을 촉매로 하고 물 36g을 첨가하여 가수분해함으로써 도포액을 제조하였다. 이 실록산 폴리머는 가열에 의하여 연화되지 않았다.

표 6에 있어서, 도포액의 중단의 유리 조성 뒤의 괄호 안에 기재한 온도는 유리의 연화 온도이다. 표 6에 기재한 유리는 모두 평균 입경 2㎛인 분말이다. 실시예 및 비교예는 두께 0.5mm의 무방향성 전자 강판의 양면에 각각의 도포액을 롤 코터로 도포하여 70℃로 설정한 로에서 15분간 가열 경화하였다. 도포량은 7 g/m²이었다. 모두 가열 경화 후에 막 표면의 끈적거림은 없었다.

폭 3cm, 길이 10cm의 시험편을 2매 사용하고, 접착 부분의 면적이 6cm²가 되도록 시험편의 일부를 겹쳐서 열간 프레스를 행하였다. 열간 프레스 전에 접착 부분 이외에 도포된 막은 깎아서 제거하였다. 200℃, 1분, 10 MPa의 열간 프레스에 의하여 2매의 시험편을 접착시켰다. 변형 제거 소둔은 질소 중에서 750℃에서 2시간 동안 행하였다. 변형 제거 소둔 전후의 접착 강도는 접착한 면의 수평 방향 강도인 전단 인장 강도를 이용하여 평가하였다.

비교예 1은 연화 온도가 변형 제거 소둔 온도보다 높은 유리이므로 소둔 후에 접착성이 없었다. 비교예 2는 수지가 가열에 의하여 연화되지 않는 타입이므로 열간 프레스에 의하여 접착할 수 없었다. 비교예 3은 저융점 유리를 포함하지 않기 때문에 변형 제거 소둔 후에 접착성을 얻을 수 없었다.

실시예 4

도포액으로서 이하의 4종류를 제작하였다.

도포액A

물 100질량부에 대하여, 잠재성 경화제를 20질량% 배합한 아크릴 변성 에폭시 수지 에멀젼 40질량부, 메틸에틸케톤 5질량부를 배합하였다. 이 도포액을 도포·가열 경화시켜서 얻은 수지의 유리 전이 온도는 104℃이며 120℃ 이상에서 연화되었다.

도포액B

물 100질량부, 아크릴 수지 에멀젼 40질량부, 에폭시 수지 에멀젼 40질량부, 아민계 에폭시 경화제 4질량부를 배합하였다. 이 도포액을 도포·가열 경화시켜서 얻은 수지는 150℃ 이상에서 연화되었다.

도포액C

메틸트리에톡시실란 178g과 에탄올 138g의 혼합 용액 중에, 물 35.3g과 35% 염산 1.04g을 혼합한 수용액을 적하하여 가수분해를 행하였다. 가수분해한 액은 로터리 증발기를 이용하여 58℃에서 용매가 나오지 않을 때까지 농축하였다. 농축물의 질량은 농축 전의 용액 질량의 30%이었다. 이 농축물의 질량 평균 분자량은 10000이었다. 이 농축물은 예사성을 나타냈으므로 사슬 모양 고분자의 형태로 메틸트리에톡시실란이 중합되는 것으로 생각할 수 있다. 이 농축물에 대하여, 70℃에서 15분간 열처리를 행하였으며, 그 결과 고체화되었지만 180℃ 부근에서 연화되었다. 이 농축물 100질량부에 대하여 에탄올을 200질량부 배합하였다.

실시예에 있어서, 도포액 A~C를 물로 희석한 후, 다양한 물유리를 첨가하여 도포액을 제작하였다. 실시예 및 비교예는 두께 0.5mm의 무방향성 전자 강판의 양면에 각각의 도포액을 롤 코터로 도포하여 70℃로 설정한 로에서 15분간 가열 경화하였다. 도포량은 10g/m²이었다. 모두 가열 경화 후에 막 표면의 끈적거림은 없었다.

폭 3cm, 길이 10cm의 시험편을 2매 사용하고, 접착 부분의 면적이 6cm²가 되도록 시험편의 일부를 겹쳐서 열간 프레스를 행하였다. 열간 프레스 전에 접착 부분 이외에 도포된 막은 깎아서 제거하였다. 200℃, 1분, 10MPa의 열간 프레스에 의하여 2매의 시험편을 접착시켰다. 변형 제거 소둔은 질소 중에서 750℃에서 2시간 동안 행하였다. 변형 제거 소둔 전후의 접착 강도는 접착한 면의 수평 방향 강도인 전단 인장 강도를 이용하여 평가하였다.

실시예 5

실시예 3에서 기재한 도포액 D를 제작하였다. 도포액 D l00질량부에 대하여, 평균 입경 4㎛이고 연화 온도가 200℃인 폴리에스테르의 구상 입자 10질량부를 혼합·분산시켰다. 무기-유기 혼합 처리액에 의한 표면 피막이 형성된 무방향성 전자 강판에 롤 코터로 도포한 후, 100℃로 설정한 로에서 2분간 가열 경화하였다. 도포량은 10g/m²이었다. 폭 3cm, 길이 10cm의 시험편을 2매 사용하고, 접착 부분의 면적이 6cm²가 되도록 시험편의 일부를 겹쳐서 열간 프레스를 행하였다. 열간 프레스 전에 접착 부분 이외에 도포된 막은 깎아서 제거하였다. 230℃, 1분, 10MPa의 열간 프레스에 의하여 2매의 시험편을 접착시켰다. 변형 제거 소둔은 질소 중에서 750℃에서 2시간 동안 행하였다. 변형 제거 소둔 전후의 접착 강도는 접착한 면의 수평 방향 강도인 전단 인장 강도를 이용하여 평가하였다. 변형 제거 소둔 전후의 접착 강도는 각각 1.0MPa, 2.1MPa이었다.

본 발명에 의하면, 타발 또는 전단 가공한 후에 가압 및 가열에 의하여 접착시키고 철심으로 일체화할 수 있으며, 그 후, 추가적으로 변형 제거 소둔을 행하여도 접착 성능을 유지할 수 있는 내열 접착성 절연 피막 부착 전자 강판을 제공할 수 있다. 용접, 코킹을 행하지 않고 철심의 일체화가 가능하고 용접이나 코킹에 의한 철손 열화를 회피할 수 있게 되며, 또한 변형 제거 소둔 후에도 접착 상태 및 절연성이 유지되므로 자기 특성이 우수한 철심을 제작할 수 있다.

Claims (14)

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5. 연화점 온도가 50℃ 이상, 300℃ 이하인 열가소성 수지 또는 열경화성 수지와, 연화점 온도가 1000℃ 이하인 저융점 무기 성분을 포함하고, 상기 저융점 무기 성분은 저융점 유리 프릿, 물유리, 혹은 이들에 콜로이달 실리카를 추가적으로 혼합한 것으로서, 상기 저융점 무기 성분의 평균 입경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.
6. 삭제
7. 연화점 온도가 50℃ 이상, 300℃ 이하인 열가소성 수지 또는 열경화성 수지와, 연화점 온도가 1000℃ 이하인 저융점 무기 성분을 포함하고, 상기 저융점 무기 성분은 저융점 유리 프릿, 물유리, 혹은 이들에 콜로이달 실리카를 추가적으로 혼합한 것으로서, 저융점 유리가 SiO₂-B₂O₃-R₂O계(R은 알칼리 금속)인 것을 특징으로 하는 내열 접착성 절연 피막.
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