JP7564424B2

JP7564424B2 - 電磁鋼板及び積層コア

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Publication number: JP7564424B2
Application number: JP2020104242A
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: 2020-06-17
Publication date: 2024-10-09
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: JP2021197491A

Description

本発明は、電磁鋼板及び積層コアに関する。

回転電機には、複数枚の電磁鋼板を積層した積層コアが用いられている。これら電磁鋼板は、かしめ、溶接、接着等の方法により、積層された状態に一体化されている。しかし、かしめや溶接により積層した場合、加工時に加わる機械的応力や熱応力、さらには層間短絡によって各電磁鋼板の磁気特性が劣化し、積層コアの性能が十分に発揮されない場合がある。接着による積層は、この問題を解消する上で極めて有効である。

例えば特許文献１では、鋼板の板厚が薄い場合や表面粗度が高い場合に、接着していない面積が大きくなりやすく接着強度が十分に得られないことを問題としている。そして、この問題を解決するために、絶縁被膜に、所定の大きさを持つ凸部を、所定の個数密度で形成する構成を採用している。そして、この構成によれば、凸部が優先的に鋼板表面で融着すると共に押し潰されて拡がるため、未接着部の面積が大幅に減少し、鋼板同士の接着強度が向上すると説明されている。

特許文献２も、同様の問題を解決するために、絶縁被膜のベース中に、ベース厚よりも大きい粒径の粒状樹脂を含有させる構成を採用している。そして、この構成によれば、粒状樹脂が優先的に鋼板表面で融着すると共に押し潰されて拡がるため、未接着部の面積が大幅に減少し、鋼板同士の接着強度が向上すると説明されている。

特開２０１２－１７１１１１号公報特開２０１２－１７４７３９号公報

特許文献１及び特許文献２の双方とも、鋼板同士の接着強度向上を課題としており、未接着部の面積を減らして全面的に均等に接着することで課題を解決している。このように全面的に均等に接着することは、単純に接着強度を向上させる面では好ましいと言える。しかし、接着強度が高すぎると鋼板に与える応力も高くなりすぎ、その結果として磁気特性を低下させる懸念が残る。とはいえ、逆に十分な接着強度が保てないようでは、積層コアには採用できない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、必要十分な接着強度を持ちつつも高い磁気特性が得られる電磁鋼板と、この電磁鋼板を複数枚積層して構成した積層コアとの提供を目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用している。（１）本発明の一態様に係る電磁鋼板は、母材鋼板と、前記母材鋼板の片面または両面の全面に形成されて接着能を有する絶縁被膜と、を備え、前記絶縁被膜が、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂のうちの少なくとも一つを含む有機樹脂相と、前記有機樹脂相中に配置された硬化剤と、を含有し、前記硬化剤の粒子が集合することで単一のドットを形成し、前記ドットが複数、前記有機樹脂相内に斑点状に分散配置され、前記各ドットの平均円相当直径が、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である。
上記（１）に記載の電磁鋼板によれば、絶縁被膜の全面において他の電磁鋼板に接着する。この時、硬化剤の粒子が集合することで単一のドットを形成し、ドットが複数、有機樹脂相内に斑点状に分散配置されているため、硬化剤が多い硬質性の高い部分と硬化剤が少ない柔軟性の高い部分とが混在する接着状態を形成することができる。これにより、硬化剤を絶縁被膜の全面に配置させて絶縁被膜の全面を硬化させて接着する場合に比べて、接着力による応力を緩衝した状態にすることができる。このように、硬質性の高い部分と柔軟性の高い部分とを混在させることで、他の電磁鋼板に接着した際の磁気特性低下が抑制可能となる。
なお、ここで言う「接着能を有する」とは、加熱および加圧の少なくとも一方を与えられることにより、絶縁被膜が溶けて接着特性を発揮することを意味する。

（２）上記（１）に記載の電磁鋼板が、前記各ドット間の平均離間間隔が、前記各ドットの平均円相当直径の１．０倍以上３．０倍以下であってもよい。
上記（２）に記載の電磁鋼板によれば、積層コアを形成するために必要な接着力と、磁気特性低下を抑制するための接着力とをより好ましくバランスさせることができる。

（３）本発明の一態様に係る積層コアは、上記（１）または上記（２）に記載の電磁鋼板を２枚以上積層してなる。
上記（３）に記載の積層コアによれば、十分な接着強度を持ちつつも高い磁気特性が得られる電磁鋼板によって構成されているので、高い剛性と低い鉄損とを確実に得ることが出来る。

本発明の上記各態様によれば、必要十分な接着強度を持ちつつも高い磁気特性が得られる電磁鋼板と、この電磁鋼板を複数枚積層して構成した積層コアとの提供が可能になる。

本発明の一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。同積層コアを構成する電磁鋼板の平面図である。同電磁鋼板の素材である帯状鋼板の平面図である。同素材を示す図であって、図４のＢ部拡大図である。同素材を示す図であって、図５のＡ－Ａ断面図である。同素材より電磁鋼板を得て積層コアを製造する製造装置の一例を示す側面図である。表１，２の実施例を示すグラフであって、横軸が各ドットの平均円相当直径であり、紙面左側の縦軸がステータコアの剥離強度で紙面右側の縦軸がステータコアの鉄損を示す。

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（電磁鋼板）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を構成する複数枚の電磁鋼板４０は、それぞれ、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、各ティース部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、積層方向は、前記軸方向である。

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。

図３は、ステータコア２１を構成する複数の電磁鋼板４０のうちの１枚を示す。この電磁鋼板４０は、母材鋼板２と、母材鋼板２の片面または両面に形成された接着能を有する絶縁被膜３とを備える。
本実施形態では、母材鋼板２の上面のみに絶縁被膜３が形成された場合を説明する。絶縁被膜３は、コアバック部２２の上面と各ティース部２３の上面のみに形成されており、コアバック部２２及び各ティース部２３の各下面には形成されていない。なお、絶縁被膜３は、コアバック部２２の側面と各ティース部２３の側面を覆ってもよい。ここで言う側面とは、電磁鋼板４０を素材から打ち抜いて形成する場合には、打ち抜き後に形成される切断面であり、コアバック部２２の外形をなす外周側の側面と、ティース部２３の外形及びコアバック部２２の内形をなす側面とが含まれる。本実施形態では、絶縁被膜３がコアバック部２２の上面及び各ティース部２３の上面のみに形成されている場合を例示しているが、この構成のみに限らない。コアバック部２２及び各ティース部２３の各上面及び各下面の両方に、絶縁被膜３が形成されていてもよい。

各電磁鋼板４０は、例えば、図４から図６に示す素材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等が挙げられる。
ステータコア２１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、帯状の鋼板である場合、例えば、コイル１Ａ（図７参照）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、素材１としては、ＪＩＳＣ２５５８：２０１５の無方向性薄電磁鋼帯や方向性薄電磁鋼帯も採用できる。

素材１の平均板厚ｔ０の上下限値は、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（図７参照）の形状に巻き取られた帯状鋼板である場合、素材１の少なくとも一部を平板形状に巻き出す。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、電磁鋼板４０としての平均板厚ｔ０の上下限値としても採用できる。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。この電磁鋼板４０の状態で測定した平均板厚ｔ０は、素材１の状態で測定した平均板厚ｔ０に等しい。

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とを備える。すなわち、本実施形態の素材１は、帯状の母材鋼板２の片面である上面が、母材鋼板２よりも薄い絶縁被膜３によって被覆されてなる。なお、必要に応じ、母材鋼板２の上面に加えて下面にも絶縁被膜３が積層されていてもよい。

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。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および不純物

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、絶縁被膜３は接着能（自己融着機能）を有していて、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０間を接着する。より具体的には、絶縁被膜３は、加圧および加熱の少なくとも一方を受けること等により融着する。

図５及び図６に示すように、絶縁被膜３は、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂のうちの少なくとも一つを含む有機樹脂相３ａと、有機樹脂相３ａ中に斑点状に配置された硬化剤３ｂ１と、を含有する。硬化剤３ｂ１の粒子が集合することで単一のドット３ｂが形成される。すなわち、硬化剤３ｂ１の粒子群からなるドット３ｂが、複数、有機樹脂相３ａ内に斑点状に分散配置されている。各ドット３ｂの平均円相当直径は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である。各ドット３ｂの平均円相当直径をこの範囲にすることは、母材鋼板２の表面に絶縁被膜３を塗布する直前までに、有機樹脂相３ａと硬化剤３ｂ１とを含有する薬剤を、不図示のタンク内で攪拌することによって調整される。

上記構成を持つ素材１より得た電磁鋼板４０によれば、絶縁被膜３の全面において他の電磁鋼板４０に接着する。この時、硬化剤３ｂ１からなる各ドット３ｂが斑点状に配置されているため、硬化剤３ｂ１が多い硬質性の高い部分と硬化剤３ｂ１が少ない柔軟性の高い部分とが混在する接着状態を形成することができる。
これにより、硬化剤３ｂ１を全面に配置させて絶縁被膜３の全面を硬化させて接着する場合に比べて、接着力による応力を緩衝した状態にすることができる。このように、硬質性の高い部分と柔軟性の高い部分とを混在させることで、他の電磁鋼板４０に接着した際の磁気特性低下が抑制可能となる。
なお、ここで言う「接着能を有する」とは、加熱および加圧の少なくとも一方を与えられることにより、絶縁被膜３が溶けて接着特性を発揮することを意味する。

各ドット３ｂ間の平均離間間隔ｇは、各ドット３ｂの平均円相当直径ｄの１．０倍以上３．０倍以下であることが好ましい。ここで、平均離間間隔ｇは以下のように求める。まず、素材１の表面に沿ってかつ互いに直交するＸ方向及びＹ方向を規定する。素材１がコイル１Ａ（フープ）から巻き出したものであれば、その通板方向をＸ方向としてもよい。この場合、板幅方向がＹ方向となる。そして、Ｘ方向に隣り合う各ドット３ｂそれぞれの外縁間に形成される最短離間長さの平均値ｇ１を求める。同様に、Ｙ方向に隣り合う各ドット３ｂそれぞれの外縁間に形成される最短離間長さの平均値ｇ２を求める。そして、求めた平均値ｇ１，ｇ２の平均値を、平均離間間隔ｇとして採用する。なお、「ドット円相当径」を求めるには、まず各ドット３ｂそれぞれの平面積を求める。そして、各ドット３ｂそれぞれについて、同じ平面積を持つ円形とした場合の直径を求める。最後に、これら直径の平均値を得ることで、「ドット円相当径」が求められる。
このようにして求めた平均離間間隔ｇを上述の範囲内とすることで、積層コアを形成するために必要な接着力と、磁気特性低下を抑制するための接着力とをより好ましくバランスさせることができる。したがって、以上説明の構成を有する素材１によれば、必要十分な接着強度を持ちつつも高い磁気特性が得られる。

有機樹脂相３ａとしては、特に限定されず、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタンプレポリマーのうちの少なくとも一つを含むものが採用できる。

例えば、エポキシ樹脂（エポキシ系樹脂）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。

有機樹脂相３ａ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。

硬化剤３ｂ１は、有機樹脂相３ａとしてエポキシ樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂硬化剤が用いられる。この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。

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。

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。

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。

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。

絶縁被膜３は、単層構成であってもよく、あるいは複層構成であってもよい。
すなわち、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い。単層構成の場合、絶縁被膜３は、電磁鋼板用コーティング組成物を母材鋼板２上に直接塗布して形成したものである。絶縁被膜３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。

あるいは、図示を省略するが、絶縁被膜３が、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。この場合、下地絶縁被膜は、母材鋼板２の表面を隙間無く覆うように形成され、そして下地絶縁被膜の表面に上地絶縁被膜が重なって形成される。この上地絶縁被膜として、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂のうちの少なくとも一つを含む有機樹脂相３ａと、有機樹脂相３ａ中に斑点状に配置された硬化剤３ｂ１と、を含有する構成を採用できる。ここで、硬化剤３ｂ１の粒子が集合することで単一のドット３ｂが形成される。
なお、下地絶縁被膜によって絶縁性能が確保されるので、上地絶縁被膜は、接着性能を有するものの、絶縁性能は持たなくてもよい。

前述の絶縁性能や接着能が確保される範囲において、下地絶縁被膜は、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、下地絶縁被膜の一部が、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、その全面が露出しないように下地絶縁被膜によって覆われていることが好ましい。
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。
上地絶縁被膜は、電磁鋼板用コーティング組成物を母材鋼板２上に塗布して形成したものである。上地絶縁被膜は、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。

絶縁被膜３の平均厚みｔ１の上下限値は、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以下にすることができる。
一方、複層構成の絶縁被膜３の場合、下地絶縁被膜の平均厚みを、例えば、０．３μｍ以上１．２μｍ以下とすることができる。下地絶縁被膜の平均厚みは、０．７μｍ以上０．９μｍ以下とすることが好ましい。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、絶縁被膜３において例えば１０点の厚みを求め、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、以下の方法による。例えば、積層コアを形成する複数枚の電磁鋼板４０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、例えば１０点において絶縁被膜３の厚みを求める。これを、電磁鋼板４０の周方向に同等の間隔をあけて４か所それぞれにおいて（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を複数回打ち抜き加工することで複数枚の電磁鋼板４０が製造され、これら電磁鋼板４０を積層することによって積層コア（ステータコア２１やロータコア３１）が製造される。この積層コアによれば、十分な接着強度を持ちつつもより高い磁気特性が得られる電磁鋼板４０により構成されているので、低鉄損化が可能になる。

（積層コアの積層方法）
以下、積層コアの説明に戻る。図２に示すように、積層方向に隣り合う電磁鋼板４０間は、絶縁被膜３によって接着されている。すなわち、電磁鋼板４０の積層方向を向く面（以下、第１面と言う。また、第１面の裏面を第２面と言う）において、絶縁被膜３が、隣り合う他の電磁鋼板４０の第２面に接着されている。
なお、電磁鋼板４０の第１面及び第２面の両方に絶縁被膜３が形成されている場合は、電磁鋼板４０の第１面にある絶縁被膜３が、隣り合う他の電磁鋼板４０の第２面にある絶縁被膜３に対して一体に界面なく接着されている。

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が、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）
次に、以上のように構成されたステータコア２１を製造する積層コアの製造方法（以下、単に製造方法とも言う）について説明する。
図７に、本製造方法で好ましく用いられる積層コアの製造装置１００（以下、単に製造装置１００という）の側面図を示す。
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、既に積層済みである複数枚の電磁鋼板４０の上に積層した後、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同士を、絶縁被膜３により接着（あるいは融着）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を有する。この打ち抜きステーションは、二段であってもよく、三段以上であってもよい。
打ち抜きステーションが三段である場合を例示して説明すると、製造装置１００は、コイル１Ａに最も近い位置に一段目の打ち抜きステーション１１０と、この打ち抜きステーション１１０よりも素材１の搬送方向に沿った下流側に隣接配置された二段目の打ち抜きステーション１２０と、この打ち抜きステーション１２０よりも素材１の搬送方向に沿った下流側に隣接配置された三段目の打ち抜きステーション１３０と、を備えている。
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。
打ち抜きステーション１２０は、素材１の下方に配置された雌金型１２１と、素材１の上方に配置された雄金型１２２とを備える。
打ち抜きステーション１３０は、素材１の下方に配置された雌金型１３１と、素材１の上方に配置された雄金型１３２とを備える。

製造装置１００は、さらに、二段目の打ち抜きステーション１２０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、一例として、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。

なお、本実施形態では電磁鋼板４０の積層に加えて加圧及び加熱も行って接着しているが、本発明は本実施形態の装置及び方法のみに限定されない。例えば、製造装置１００では電磁鋼板４０の積層までを行い、各電磁鋼板４０間の接着を別装置による後工程で行うようにしてもよい。この場合、加熱装置１４１及び断熱部材１４３は製造装置１００では不要となり、別装置の方に装備されることになる。この場合、製造装置１００から別装置に未接着状体のステータコア２１を移動させる前に、各電磁鋼板４０間の位置ずれを防ぐために、図示されない治具で各電磁鋼板４０間を固定することが好ましい。

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、まず打ち抜きステーション１１０による打ち抜き加工を行う。続いて、この素材１に対し、打ち抜きステーション１２０による打ち抜き加工を行う。さらに、この素材１に対し、打ち抜きステーション１３０による打ち抜き加工を行う。これら打ち抜き加工を順次行うことにより、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。

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。この加熱により絶縁被膜３が硬化して、各電磁鋼板４０間が接着される。この時、硬化剤３ｂ１からなる各ドット３ｂが斑点状に配置されているため、硬化剤３ｂ１が多い硬質性の高い部分と硬化剤３ｂ１が少ない柔軟性の高い部分とが混在する接着状態を形成することができる。これにより、硬化剤３ｂ１を母材鋼板２の全面に配置させて絶縁被膜３の全面を硬化させて接着する場合に比べて、接着力をによる応力を緩衝した状態にすることができる。このように、硬質性の高い部分と柔軟性の高い部分とを混在させることで、接着後の磁気特性低下が抑制可能となる。
なお、絶縁被膜３を各電磁鋼板４０の片面だけに形成した場合には、積層方に隣接する電磁鋼板４０のうちの一方に形成された絶縁被膜３が、他方の電磁鋼板４０の表面に接着される。一方、絶縁被膜３を各電磁鋼板４０の両面に形成した場合には、積層方向に隣接する電磁鋼板４０のうちの一方に形成された絶縁被膜３が、他方の電磁鋼板４０に形成された絶縁被膜３に接着される。
以上の各工程により、積層コアが完成する。

図７に示す製造装置１００を用い、板厚が０．２０ｍｍの無方向性電磁鋼板にて各種製造条件を変えながら上記ステータコア２１（以下、ステータコア）を製造し、ステータコアの鉄損および剥離強度を評価した。なお、ステータコアの加熱条件は全て共通とし、加熱温度が２００℃で加熱時間が３０分とした。
評価の結果を表１，２にまとめる。表２において、ステータコアの鉄損とは、ステータコア中で発生するエネルギー損失であり、特許第２７４０５５３号公報に記載の方法により、回転磁界でのエネルギー損失にて評価した。すなわち、コアバック部の周方向の異なる４か所へサーチコイルを施し、４か所の平均値で１．２Ｔの磁束密度が得られるよう磁化した際のエネルギー損失を求めた。そして、このエネルギー損失をステータコアの重量で除算して単位Ｗ/ｋｇに換算し、これをもってステータコアの鉄損とした。上記エネルギー損失は、ステータコアを３００ｒｐｍで回転させ、ステータコア中央部に配置した励磁ヨークに励磁電流を流したときと切ったときとの誘起トルクの差から算出した。すなわち、誘起トルクと回転数の積がステータコア中で発生するエネルギーと等しいとの関係を利用して、当該エネルギー損失を求めた。

表２において、ステータコアの鉄損は、その値が小さいほど、磁気特性が高く好ましい。表２において、ステータコアの鉄損の判断基準は、鉄損の値が１．４０Ｗ／ｋｇ未満である場合に「優良」、１．４０Ｗ/ｋｇ以上１．５０Ｗ/ｋｇ未満である場合に「良好」、１．５０Ｗ/ｋｇ以上１．８０Ｗ/ｋｇ未満である場合に「可」、１．８０Ｗ/ｋｇ以上である場合に「不可」、とした。

一方、ステータコアの剥離強度は、積層面の中央部に楔を押込むことで積層面間が開いて鉄心が分離する際の最大荷重を測定した。ここで、楔はその先端角度が７度のものを用いた。そして、この楔をステータコアの積層方向において中央の高さ位置に押し込んだ。
表２において、ステータコアの剥離強度は、その値が大きいほど、ステータコアの剛性が高く好ましい。表２において、ステータコアの剛性の判断基準は、最大荷重が１４５０Ｎ以上である場合に「優良」、９８０Ｎ以上１４５０Ｎ未満である場合に「良好」、７８０Ｎ以上９８０Ｎ未満である場合に「可」、７８０Ｎ未満である場合に「不可」、とした。

比較例であるＮｏ．１においては、平均円相当直径ｄが小さく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．２においては、平均円相当直径ｄが小さく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．８においては、平均円相当直径ｄが大きく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．１２においては、平均円相当直径ｄが小さく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．１３においては、平均円相当直径ｄが小さく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．１９においては、平均円相当直径ｄが大きく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．２０においては、平均円相当直径ｄが小さく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．２１においては、平均円相当直径ｄが小さく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．２７においては、平均円相当直径ｄが大きく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。
比較例であるＮｏ．２９においては、平均円相当直径ｄが大きく、剥離強度及び鉄損が共に不可となった。

表１，２のＮｏ．１～２９を、横軸が平均円相当直径ｄで縦軸が剥離強度及び鉄損として表したグラフを図８に示す。
図８及び表１，２に示すように、発明例であるＮｏ．３～７，９～１１，１４～１８，２２～２６，２８において、平均円相当直径ｄが０．１μｍ以上５．０μｍ以下を満たすため、剥離強度及び鉄損の双方において「可」以上の好ましい結果が得られた。これらの中でも、各ドット間の平均離間間隔ｇが各ドットの平均円相当直径ｄの１．０倍以上３．０倍以下である、Ｎｏ．４，９，１５，２３，２８では、剥離強度及び鉄損の双方において「優良」というさらに優れた結果が得られた。

以上、本発明の一実施形態及び実施例について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら実施形態及び実施例の構成のみに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
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。
上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、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。

１素材（電磁鋼板）
２母材鋼板
３絶縁被膜
３ａ有機樹脂相
３ｂドット
３ｂ１硬化剤
２１ステータコア（積層コア）
２２コアバック部
２３ティース部
３１ロータコア（積層コア）
４０電磁鋼板

Claims

母材鋼板と、
前記母材鋼板の片面または両面の全面に形成されて接着能を有する絶縁被膜と、
を備え、
前記絶縁被膜が、
エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂のうちの少なくとも一つを含む有機樹脂相と、
前記有機樹脂相中に配置された硬化剤と、
を含有し、
前記硬化剤の粒子が集合することで単一のドットを形成し、
前記ドットが複数、前記有機樹脂相内に斑点状に分散配置され、
前記各ドットの平均円相当直径が、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である
ことを特徴とする電磁鋼板。
前記各ドット間の平均離間間隔が、前記各ドットの平均円相当直径の１．０倍以上３．０倍以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁鋼板。
請求項１または２に記載の電磁鋼板を２枚以上積層してなることを特徴とする積層コア。