JP7176648B2

JP7176648B2 - 積層コアの製造方法

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Publication number: JP7176648B2
Application number: JP2021559782A
Authority: JP
Inventors: 一郎田中; 和年竹田; 美菜子福地; 真介高谷; 修一山崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2041-06-17
Also published as: EP4170876A1; EP4170876A4; JPWO2021256537A1; BR112022016208A2; WO2021256537A1; CN119070571A; US12005487B2; CN115298774A; US20230080376A1; TW202220345A; KR20220137100A; KR102664817B1; MX2022010916A; CA3165613A1; TWI794839B

Description

本発明は、積層コアの製造方法に関する。
本願は、２０２０年６月１７日に、日本に出願された特願２０２０－１０４２５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

モータ（回転電機）に用いられる積層コアは、打ち抜き加工によって電磁鋼板が所定の形状に打抜かれた後、金型ダイ内で積層されることで製造される。近年、モータの製品における鉄損低減のため、これらの製品には薄手化された電磁鋼板が使用されている。しかし、薄手化された電磁鋼板においては、従来の積層コアの製造方法では生じていなかった課題がある。例えば、打ち抜き回数が増加することが挙げられる。電磁鋼板の板厚を従来の半分に低減した場合には、打ち抜き回数が倍となるためである。従来と同等の生産性を確保するためには、打ち抜きスピードを速くする必要がある。電磁鋼板の板厚が薄くなることで、打ち抜き金型のクリアランスを狭くする必要があり、打ち抜きスピードを速くすることには、打ち抜き金型の寿命を確保する上で限界がある。

特許文献１には、積層鉄心の製造方法が記載されている。特許文献１では、生産性の向上のため、２枚以上の電磁鋼板を張り合わせてから打ち抜き加工する技術が記載されている。しかし、特許文献１では、電磁鋼板同士の間に形成した接着層を完全硬化または不完全硬化させるために加熱を行っているため、生産性を十分に向上できない。

日本国特開２００５－１９１０３３号公報

本発明は上記実情に基づいてなされたものであり、生産性に優れた積層コアの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の一態様に係る積層コアの製造方法は、接着能を有する絶縁被膜を備える電磁鋼帯を打ち抜き加工することでコア単板を得て、前記コア単板を積層することで積層コアを製造する方法であって、
前記打ち抜き加工直前に、ガイドローラーを用いて２枚以上の電磁鋼帯を、接着剤を塗布することなく、加圧することで仮接着し、
前記仮接着後の前記２枚以上の前記電磁鋼帯を打ち抜き金型に挿入してから、前記打ち抜き加工を行うことで前記コア単板を得る（ただし、前記コア単板を積層する際に接着剤を塗布するもの、前記加圧前、前記加圧中および前記加圧後且つ前記打ち抜き加工前に加熱するものを除く）。
（２）上記（１）に記載の積層コアの製造方法は、前記仮接着時の前記２枚以上の前記電磁鋼帯の表面温度が１５～５０℃であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の積層コアの製造方法は、前記ガイドローラーによる前記加圧時の加圧力が２．０～１０．０ＭＰａであってもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法は、前記打ち抜き加工後に、前記コア単板を１８０～２５０℃に加熱することで本接着してもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法は、前記仮接着後の前記電磁鋼帯の剥離強度が５．０Ｎ／ｃｍ ^２以上であってもよい。

本発明に係る上記態様によれば、生産性に優れた積層コアの製造方法を提供することができる。

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。本実施形態に係る積層コアの製造方法のフロー図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る積層コアの製造方法について説明する。まず、本実施形態に係る積層コアの製造方法により製造される積層コアと、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とについて説明する。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およびロータコア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、複数のコア単板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およびロータコア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、およびロータコア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およびロータコア３１を形成する各コア単板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、コア単板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、コア単板４０の母材となる帯状の鋼板を素材１、または電磁鋼帯１という場合がある。素材１または電磁鋼帯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コア単板４０という場合がある。

（素材１）
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、ＪＩＳＣ２５５２：２０１４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、ＪＩＳＣ２５５３：２０１９の方向性電磁鋼帯を採用できる。また、ＪＩＳＣ２５５８：２０１５の無方向性薄電磁鋼帯および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がコア単板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がコア単板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、コア鉄損および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巻きだす。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、コア単板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、コア単板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、積層されているコア単板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、コア単板４０の平均板厚ｔ０とすることができる。

図５および図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が形成されている。

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（コア単板４０）の降伏強度を、例えば、３８０～５４０ＭＰａ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がコア単板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コア単板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コア単板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、クロム酸含有処理剤、リン酸塩含有処理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。

通常の絶縁皮膜は絶縁性能を備えるが、接着能を備えない。上述の通り本実施形態に係る絶縁皮膜は、接着能と絶縁性能とを備える点で、通常の絶縁被膜、および接着剤により形成された接着層とは大きく異なる。

また、接着能を備えない絶縁被膜を形成した母材鋼板２同士を接着する方法として、上記母材鋼板２同士を、接着性を示す熱硬化性樹脂からなる接着剤により接着する方法がある。この方法により接着され、製造されたコア単板４０は、打ち抜き加工前に２枚あるいはそれ以上の母材鋼板２同士が接着しているためコア単板４０自体は接着しているものの、２枚あるいはそれ以上が接着した状態のコア単板４０同士は接着しない。そのため、これらコア単板４０同士の表裏面のどちらか一方に別途接着剤を塗布する工程が必要となり、生産性に劣る。接着能と絶縁性能とを備える絶縁被膜に、さらに接着剤を使用した場合は占積率が低下するため、磁気特性に劣った積層コアとなる。

電磁鋼板用コーティング組成物としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、を含有する組成物が挙げられる。すなわち、接着能を備える絶縁被膜としては、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、を含有する膜が、一例として挙げられる。

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。なかでも、エポキシ樹脂硬化剤としては、フェノール系硬化剤が好ましく、フェノールレゾール樹脂がより好ましい。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は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、５～３５質量部が好ましく、１０～３０質量部がより好ましい。

電磁鋼板用コーティング組成物は、硬化促進剤（硬化触媒）、乳化剤、消泡剤等の添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、１種のみを使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値は、素材１がコア単板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がコア単板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（コア単板４０（素材１）片面あたりの厚さ）は、互いに積層されるコア単板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（コア単板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１．２μｍ以下とすることができ、０．７μｍ以上０．９μｍ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、コア単板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、コア単板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コア単板４０のうち、積層方向の最も外側に位置するコア単板４０（表面が積層方向に露出しているコア単板４０）を選定する。選定したコア単板４０の表面において、径方向の所定の位置（例えば、コア単板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、コア単板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。
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コア単板４０において測定する理由は、絶縁被膜３の厚みが、コア単板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コア単板４０が製造され、コア単板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を形成する複数のコア単板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コア単板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、コア単板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となっている。ただし、積層方向に隣り合うコア単板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、コア単板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コア単板は、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を形成する複数のコア単板も、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）
以下、図７および８を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る積層コアの製造方法について説明する。なお、図７は、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り、図８は、本実施形態に係る積層コアの製造方法のフロー図である。以下、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、２つのコイル１Ａ（フープ）から素材１を搬送方向上流側（図７の右側）に向かって送り出しつつ、ガイドローラー２Ａにより２枚の素材１を仮接着する。次に、仮接着した２枚の素材１を更に搬送方向上流側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コア単板４０の形状に徐々に形成していく。そして、打ち抜いたコア単板４０を積層して、不図示の加熱装置に搬送し、昇温させながら加圧する。その結果、積層方向に隣り合うコア単板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）、本接着が完了する。

図７では、製造装置１００は、２つのコイル１Ａを備えているが、３つ以上のコイル１Ａを備えていてもよい。
また、製造装置１００は、複数段の打ち抜きステーション１１０を備える。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。なお、複数段の打ち抜きステーション１１０を総称して、打ち抜き金型という場合がある。

本実施形態に係る積層コアの製造方法は、絶縁被膜を備える電磁鋼帯を打ち抜き加工することでコア単板を得て、前記コア単板を積層することで積層コアを製造する方法であって、前記打ち抜き加工直前に、ガイドローラーを用いて２枚以上の電磁鋼帯を加圧することで仮接着し、前記仮接着後の前記２枚以上の前記電磁鋼帯を打ち抜き金型に挿入してから、前記打ち抜き加工を行うことで前記コア単板を得る。
以下、詳細について説明する。

（加圧による仮接着）
まず、打ち抜き金型による打ち抜き加工直前に、２枚以上の素材１（電磁鋼帯）を、ガイドローラー２Ａを用いた加圧により仮接着する。仮接着される素材１は、両面に絶縁被膜３を有する。この絶縁被膜３は、平均厚みｔ１が上述した範囲となるように形成されていることが好ましい。また、上述したように、この絶縁被膜３は、絶縁性能および接着能を備える。
なお、ガイドローラー２Ａとは、素材１を打ち抜き金型に搬送するためのローラーであり、打ち抜き金型の搬送方向上流側（図７の左側）に配置される。また、打ち抜き加工直前とは、仮接着後、且つ打ち抜き加工前に何ら加工を行わないことを意味する。

本実施形態において、仮接着とは、加熱することなく、加圧により打ち抜き加工前の２枚以上の素材１を接着することを意味する。仮接着後は、素材同士が仮止めの状態となる。仮接着された２枚以上の素材１は、打ち抜き加工後、後述する加熱により本接着される。
なお、本実施形態では、２枚以上の素材１同士を接着するときに、接着剤を使用しない。加圧による仮接着ではなく、接着剤により接着した場合には、占積率が低下するため、磁気特性に劣った積層コアとなる。そのため、接着剤を使用することは望ましくない。

上述の通り、本実施形態では、仮接着時に２枚以上の素材１を加熱する必要はない。仮接着時に素材１を加熱するためには、加熱装置が必要となり、また素材１の加熱に時間を要するため、生産性が著しく低下する。仮接着時の２枚以上の素材１の表面温度は、常温とすればよく、例えば１５～５０℃とすればよい。素材１の表面温度は、赤外線放射温度計を用いて、仮接着時の２枚以上の素材１の幅方向の中央部の温度をそれぞれ測定し、それらの平均値を算出することで得る。

仮接着時のガイドローラー２Ａによる加圧力は、２．０～１０．０ＭＰａとすることが好ましい。加圧力をこの範囲とすることで、２枚以上の素材１を確実に仮接着することができる。

２枚以上の素材１が仮接着された状態であるか否かは、以下の方法により判断する。
所定のサイズの試験片を採取し、この試験片を引張試験（ＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験）に供する。引張試験により得られた単位面積当たりの剥離強度が５Ｎ／ｃｍ^２以上である場合を、２枚以上の素材１が仮接着された状態であると判断する。

（打ち抜き加工）
仮接着された２枚以上の素材１をガイドローラー２Ａにより打ち抜き金型（図７の複数段の打ち抜きステーション１１０）に挿入し、所望の形状に徐々に打ち抜き加工する。所望の形状とは、例えば、ステータコア２１またはロータコア３１の形状を有するコア単板４０の形状である。所望の形状に打抜かれたコア単板４０は、打ち抜き金型のなかで最も下流方向に位置する雌金型１１１内に積層される。以上説明した、打ち抜き加工および積層を順次繰り返すことで、所定枚数のコア単板４０を積み重ねる。

（本接着）
積層されたコア単板４０を不図示の加熱装置へ搬送し、加熱装置によって例えば１８０～２５０℃の温度域まで加熱することで、本接着する。この加熱により、接着剤（絶縁被膜３）が硬化して接着領域４１ａが形成される。加熱装置へ搬送する際は、積層されたコア単板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、搬送すればよい。
以上説明した方法により、積層コアを製造することができる。

なお、本実施形態において、コア単板４０が本接着された状態であるか否かは、仮接着の判断時と同様にせん断引張試験を行うことで判断する。剥離強度が２５０Ｎ／ｃｍ^２以上である場合を、コア単板４０が本接着された状態であると判断する。

（実施例１）
本発明の態様として、表面に絶縁被膜を形成させ、所定のスリット幅に加工した板厚：０．２０ｍｍの無方向性電磁鋼帯のコイルを二つ準備した。無方向性電磁鋼帯としては、質量％で、Ｓｉ：３．３％、Ａｌ：０．７％、Ｍｎ：０．２％を有し、残部がＦｅ及び不純物であるものを使用した。絶縁被膜は、絶縁性能および接着能を備える単層の絶縁被膜とした。絶縁被膜の平均厚みは、コア単板片面あたり１．５μｍ以上８．０μｍ以下であった。２枚の無方向性電磁鋼帯を、ガイドローラーを用いて加圧することで仮接着した。なお、ガイドローラーの加圧力は２．０～１０．０ＭＰａであり、仮接着時の無方向性電磁鋼帯の表面温度は１５～５０℃であった。仮接着後の２枚の無方向性電磁鋼帯をＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験に供したところ、得られた単位面積当たりの剥離強度は５Ｎ／ｃｍ^２以上であった。

次に、仮接着後の無方向性電磁鋼帯を打ち抜き金型に挿入し、仮接着状態のまま、所定のコア単板形状に打ち抜いた。この動作を同期して繰り返すことで、打ち抜き金型のなかで最も下流方向に位置する雌金型内にコア単板を積層した。積層したコア単板を加熱装置に搬送し、１８０～２５０℃に加熱することで本接着した。本接着後の無方向性電磁鋼板をＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験に供したところ、得られた単位面積当たりの剥離強度は２５０Ｎ／ｃｍ^２以上であった。
上記無方向性電磁鋼帯には接着能を有する絶縁被膜が形成されていた。そのため、雌金型内に積層されたコア単板を加熱装置により加熱することで、本接着された積層コアが得られた。

（実施例２）
質量％で、Ｓｉ：３．３％、Ａｌ：０．７％、Ｍｎ：０．２％を有し、残部がＦｅ及び不純物であり、表面に絶縁被膜を備える板厚：０．２０ｍｍの無方向性電磁鋼帯を用意した。絶縁被膜としては、下地絶縁被膜を形成するコーティング組成物として、クロム酸含有処理剤を使用し、この下地絶縁被膜上に設ける上地絶縁被膜として、絶縁性能および接着能を有する絶縁被膜を形成した。絶縁被膜の下地絶縁被膜の平均厚みは０．３μｍ以上１．２μｍ以下であり、上地絶縁被膜の平均厚みは１．５μｍ以上８．０μｍ以下であった。この無方向性電磁鋼帯を２５ｍｍ×２００ｍｍに切断し、２５ｍｍ×２５ｍｍの面積で重ね合わせ、表１に示す種々の加圧力で加圧した。その後、重ね合わせ部がせん断される方向へ、３ｍｍ／ｍｉｎの試験速度でＪＩＳＫ６８５０：１９９９に準じたせん断引張試験に供した。

加圧力の小さい試験番号１および２では十分な剥離強度は得られず、仮接着状態を実現することはできなかった。これに対して、試験番号３～６では加圧力が適正範囲なため、剥離強度が適正範囲となり、良好な仮接着状態が実現された。

（実施例３）
所定のスリット幅に加工した板厚：０．２０ｍｍの無方向性電磁鋼帯のコイルを二つ準備した。無方向性電磁鋼帯としては、質量％で、Ｓｉ：３．３％、Ａｌ：０．７％、Ｍｎ：０．２％を有し、残部がＦｅ及び不純物であるものを使用した。

Ｎｏ．７および９については、表面に絶縁被膜を形成した。この絶縁被膜は、絶縁性能および接着能を備える単層の絶縁被膜とした。絶縁被膜の平均厚みは、コア単板片面あたり１．５μｍ以上８．０μｍ以下であった。
Ｎｏ．８については、絶縁被膜を形成しなかった。

Ｎｏ．７について、２枚の無方向性電磁鋼帯を加熱した後、ガイドローラーを用いて加圧した。
Ｎｏ．８について、無方向性電磁鋼帯同士の間に接着剤を塗布してから、ガイドローラーを用いて加圧した。
Ｎｏ．９について、上記絶縁被膜を備える無方向性電磁鋼帯の間に接着剤を塗布してから、ガイドローラーを用いて加圧した。

なお、Ｎｏ．７～９について、ガイドローラーの加圧力は２．０～１０．０ＭＰａであった。Ｎｏ．７について、加圧時の無方向性電磁鋼帯の表面温度は５０℃超であった。Ｎｏ．８および９について、接着剤として、接着性を示す熱硬化性樹脂を使用し、加圧時の無方向性電磁鋼帯の表面温度は１５～５０℃とした。

次に、加圧後の無方向性電磁鋼帯を打ち抜き金型に挿入し、所定のコア単板形状に打ち抜いた。この動作を同期して繰り返すことで、打ち抜き金型のなかで最も下流方向に位置する雌金型内にコア単板を積層した。積層したコア単板を加熱装置に搬送し、１８０～２５０℃に加熱することで接着した。

Ｎｏ．７については、加圧前に加熱を行ったため、打ち抜き加工前の無方向性電磁鋼帯は接着しているものの、打ち抜き後のコア単板同士は接着していなかった。このようなコア単板同士を接着するためには、接着剤による接着、カシメ、溶接、溶着等が必要となり、生産性に劣る。

Ｎｏ．８については、絶縁被膜を形成せずに接着剤により無方向性電磁鋼帯同士を接着したため、Ｎｏ．７と同様に、打ち抜き加工前の無方向性電磁鋼帯は接着しているものの、打ち抜き後のコア単板同士は接着していなかった。また、絶縁被膜が形成されていないことから絶縁性に劣り、磁気特性に劣った。

Ｎｏ．９については、絶縁皮膜の上に接着剤を塗布したため、接着剤を使用しない実施例１と比較して占積率が劣った。

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。また、トランスに適用してもよい。

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。

１素材、電磁鋼帯
１Ａコイル
２母材鋼板
３絶縁被膜
１０回転電機
２１ステータコア
２２コアバック部
２３ティース部
３０ロータ
３１ロータコア
３２永久磁石
３３貫通孔
４０コア単板
４１ａ接着領域
５０ケース

Claims

接着能を有する絶縁被膜を備える電磁鋼帯を打ち抜き加工することでコア単板を得て、前記コア単板を積層することで積層コアを製造する方法であって、
前記打ち抜き加工直前に、ガイドローラーを用いて２枚以上の電磁鋼帯を、接着剤を塗布することなく、加圧することで仮接着し、
前記仮接着後の前記２枚以上の前記電磁鋼帯を打ち抜き金型に挿入してから、前記打ち抜き加工を行うことで前記コア単板を得る、ことを特徴とする積層コアの製造方法（ただし、前記コア単板を積層する際に接着剤を塗布するもの、前記加圧前、前記加圧中および前記加圧後且つ前記打ち抜き加工前に加熱するものを除く）。
前記仮接着時の前記２枚以上の前記電磁鋼帯の表面温度が１５～５０℃である、ことを特徴とする請求項１に記載の積層コアの製造方法。
前記ガイドローラーによる前記加圧時の加圧力が２．０～１０．０ＭＰａである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の積層コアの製造方法。
前記打ち抜き加工後に、前記コア単板を１８０～２５０℃に加熱することで本接着する、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法。
前記仮接着後の前記電磁鋼帯の剥離強度が５．０Ｎ／ｃｍ ^２以上である、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の積層コアの製造方法。