JPWO2010146821A1 - 絶縁被膜を有する電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、表面に絶縁被膜を備える電磁鋼板であって、前記絶縁被膜が、リン酸金属塩を含有するバインダー液固形分と；前記バインダー液固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーと；を有する電磁鋼板を提供する。

Description

本発明は、例えば電気機器の鉄芯材料として使用される電磁鋼板とその製造方法に関する。本発明は特に、層間抵抗が高く、且つ、絶縁被膜の室温付近における耐ブロッキング性（耐癒着性）が良好で、且つ、クロム酸を含有しない絶縁被膜を有する電磁鋼板とその製造方法に関する。
本願は、２００９年６月１７日に、日本に出願された特願２００９−１４４７５９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
電気機器の高効率化・小型化は、地球環境保全の観点から、また、世界的な電力・エネルギー節約の観点から近年強く要望されている。電気機器を高効率化・小型化するには様々な方策が必要である。発電機用モータなどでは、磁気特性の向上や加工性の向上などとともに高い信頼性が求められている。
発電機用モータは、特に送電網の発達していない地域が電化する際に極めて重要な装置であり、小型化しても信頼性がとりわけ重要視される。
一般にモータを製造する際には、フープ状の電磁鋼板を所定形状に打抜き加工した後、積層及び固着して鉄芯を得る。そして、銅線をティース等に巻きつけ、ワニスへの含浸や、粉体塗料の吹き付け等を行う。その後、焼き付け乾燥させ、銅線接続用のターミナルやフランジや軸受け等を取り付け、ケースに固定する。
電磁鋼板には通常、鉄芯中で短絡が発生しないように表面に０．５〜２．０μｍの絶縁被膜が施されている。しかしながら、短絡が発生すると巻き線に過大な電流が流れてトリップしたり、発熱によりモータが故障したりして信頼性が低下することから、積層鉄芯が高い絶縁性を持つことが必要である。
従来、発電機用モータに使用される積層鉄芯では、一般の電磁鋼板に１枚ずつワニス処理をしたり、あらかじめ有機樹脂を３μｍ以上に塗布したりしたものを使用して、絶縁性を向上させていた。
しかしながら、電磁鋼板１枚ずつにワニス処理をすることは非効率で工業的にコスト高となることから、電磁鋼板の絶縁被膜に高い絶縁性を付与することでワニス処理の省略が可能である。
一方、電磁鋼板の表面に施される絶縁被膜には、絶縁性の他に、打抜き性、かしめ性などの加工性、さらには耐熱性や耐蝕性などの耐久性といった多岐に亘る被膜特性が必要とされている。
電磁鋼板の絶縁被膜に関する技術として、特許文献１には、重クロム酸塩と酢酸ビニル、ブタジエン−スチレン共重合物、アクリル樹脂等の有機樹脂エマルジョンを主成分とする処理液を用いて絶縁被膜を形成する方法が記載されている。また、特許文献２には、クロム酸水溶液とエマルジョンタイプの樹脂と有機還元剤とを混合し、易溶性アルミニウム化合物、２価金属の酸化物等及びＨ３ＢＯ３、さらにクロム酸溶液中のＭｅ２＋／Ａｌ３＋のモル比が０〜７．０、且つ、（Ａｌ３＋＋Ｍｅ２＋）／ＣｒＯ３のモル比が０．２〜０．５、Ｈ３ＢＯ３／ＣｒＯ３のモル比が０．１〜１．５の範囲にある処理液を用いて絶縁被膜を形成する技術が開示されている。
さらに、特許文献３には、有機被膜系、又はリン酸系、クロム酸系の無機成分に有機樹脂を混合した無機有機混合被膜に、さらにベークライト、メラミン樹脂などの約２μｍ以上の粒子を添加して表面粗さを付与する技術が開示されている。
近年では、環境問題に対する意識の高まりから、６価クロムを含有するクロム酸水溶液を用いない絶縁被膜の開発が進められている。そのような技術としては、特許文献４に特定組成のリン酸塩とホウ酸及び／又はコロイダルシリカと特定粒径の有機樹脂エマルジョンとを特定割合配合し、鋼板に焼き付けることにより、クロム化合物を含まない処理液で従来のクロム化合物を含有する絶縁被膜と同等の被膜特性を有し、且つ、優れた歪み取り焼鈍後のすべり性を保持する処理方法が記載されている。
また、特許文献５では、エチレン−不飽和カルボン酸共重合体、エポキシ樹脂、シランカップリング剤、シリカの特定比率で構成される絶縁被膜に関する技術が開示されている。
また、表面処理鋼板の分野では、以下に示した特許文献６に、耐熱プレコート鋼板において、塗膜に分散させる鱗片状粉末にアルミフレーク、アルミナフレーク、ステンレス鋼フレーク、ガラスフレーク、マイカ粉、タルク粉、板状カオリン、硫酸バリウムフレーク等を配合する表面処理組成物に関する技術が開示されている。
日本国特公昭５０−１５０１３号公報 日本国特開平０３−３６２８４号公報 日本国特公昭４９−１９０７８号公報 日本国特開平０６−３３０３３８号公報 日本国特開平０９−３２３０６６号公報 日本国特開２００４−５２０００号公報
このようなモータの高効率化・小型化に伴い、高い信頼性と優れた被膜諸特性が課題となってきたことにより、特に発電機用モータにおいて、絶縁性と耐ブロッキング性の両立が求められている。すなわち、これまでの絶縁被膜を持つ電磁鋼板では、加工性や耐久性が優れている代わりに絶縁性が比較的低く、絶縁性を確保するために厚塗りすると電磁鋼板間が癒着（ブロッキング）して引き剥がす時に被膜が剥離したり、密着性が低下したりするという問題点があった。
また、表面処理鋼板用に開発されたコーティングでは、電磁鋼板の絶縁被膜に求められる密着性や耐蝕性といった被膜特性が得られず、絶縁被膜として採用できないという問題点があった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、優れた絶縁性と密着性や耐ブロッキング性といった電磁鋼板に要求される諸特性を両立させることが可能な絶縁被膜を備えた電磁鋼板及びその製造方法を提供することである。
本発明は、上記課題を解決するために以下の構成を採用する。
（１）本発明の第１の態様は、表面に絶縁被膜を備える電磁鋼板であって、前記絶縁被膜が、リン酸金属塩を含有するバインダー液固形分と；前記バインダー液固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーと；を備える電磁鋼板である。
（２）上記（１）に記載の電磁鋼板では、前記バインダー液固形分が、前記リン酸金属塩１００質量部に対して１〜５０質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂を更に含有し、前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物であってもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の電磁鋼板では、前記シリカが破砕シリカであってもよい。
（４）上記（１）又は（２）に記載の電磁鋼板では、前記電磁鋼板が、無方向性電磁鋼板であってもよい。
（５）前記絶縁被膜の膜厚が、２．５〜１２．０μｍであり、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きくてもよい。
（６）本発明の第２の態様は、表面に絶縁被膜を備える電磁鋼板であって、前記絶縁被膜は、コロイダルシリカと、前記コロイダルシリカ１００質量部に対して４０〜４００質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂とを含有するバインダー液固形分と；前記バインダー液固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーと；を備え、前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物である電磁鋼板である。
（７）上記（６）に記載の電磁鋼板では、前記シリカが破砕シリカであってもよい。
（８）上記（６）又は（７）に記載の電磁鋼板では、前記電磁鋼板が、無方向性電磁鋼板であってもよい。
（９）上記（６）又は（７）に記載の電磁鋼板では、前記絶縁被膜の膜厚が、２．５〜１２．０μｍであり、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きくてもよい。
（１０）本発明の第３の態様は、リン酸金属塩を含有するバインダー液に、バインダー固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーを混合して得られる混合溶液を電磁鋼板の表面に塗布する工程と；前記電磁鋼板を、２５０〜４５０℃の到達温度で５〜３５秒間焼付け乾燥する工程と；を備える、絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法である。
（１１）上記（１０）に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法では、前記バインダー液が、前記リン酸金属塩１００質量部に対して１〜５０質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂を更に含有し、前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物であってもよい。
（１２）上記（１０）又は（１１）に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法では、前記シリカとして破砕シリカを用いてもよい。
（１３）上記（１０）又は（１１）に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法では、前記電磁鋼板として、無方向性電磁鋼板を用いてもよい。
（１４）上記（１０）又は（１１）に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法では、焼付け乾燥後の前記絶縁被膜の膜厚を、２．５〜１２．０μｍ、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きくしてもよい。
（１５）本発明の第４の態様は、コロイダルシリカと、前記コロイダルシリカ１００質量部に対して４０〜４００質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂とを含有するバインダー液に、バインダー固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーを混合して得られる混合溶液を電磁鋼板に塗布する工程と；前記電磁鋼板を、２００〜４００℃の到達温度で５〜２５秒間焼付け乾燥する工程と；を備え、前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物である、絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法である。
（１６）上記（１５）に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法では、前記シリカとして破砕シリカを用いてもよい。
（１７）上記（１５）又は（１６）に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法では、前記電磁鋼板として、無方向性電磁鋼板を用いてもよい。
（１８）上記（１５）又は（１６）に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法では、焼付け乾燥後の前記絶縁被膜の膜厚を、２．５〜１２．０μｍ、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きくしてもよい。
本発明によれば、電磁鋼板の絶縁被膜の信頼性を向上することにより、電磁鋼板として必要な絶縁被膜特性を保持し、発電機用として良好な特性を持つ電磁鋼板を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る絶縁被膜を有する電磁鋼板の概略図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁被膜１０２を有する電磁鋼板１０１の概略図を示す。本実施形態において用いられる電磁鋼板１０１は、０．１ｍａｓｓ％以上のＳｉと、０．０５ｍａｓｓ％以上のＡｌとを含有する。Ｓｉは、含有量が増加するに従って電気抵抗が大きくなり磁気特性が向上するが、同時に脆性が増大する。このため、Ｓｉは０．１〜４．０ｍａｓｓ％の範囲で含有させてもよい。また、Ａｌについても、含有量が増加するに従って磁気特性が向上するが圧延性が低下する。このため、Ａｌは０．０５〜３．０ｍａｓｓ％の範囲で含有させてもよい。また、電磁鋼板１０１は、無方向性電磁鋼板であってもよい。
電磁鋼板１０１には、Ｓｉ、Ａｌ以外に、Ｍｎを０．０１〜１．０ｍａｓｓ％の範囲で含有させてもよい。また、Ｓ、Ｎ、Ｃのような典型元素は、それぞれ１００ｐｐｍ未満、又は２０ｐｐｍ未満に制限して含有させてもよい。
電磁鋼板１０１は、例えば、上記鋼成分を持つスラブを１１５０〜１２５０℃に加熱して熱延し、コイル状に巻き取り、必要に応じて熱延板の状態で８００℃から１０５０℃の範囲に焼鈍した後、０．１５ｍｍから０．５ｍｍ程度の厚さに冷延し、さらに７５０〜１１００℃で焼鈍して得られる。
また、絶縁被膜１０２が形成される電磁鋼板１０１の表面は、後述する処理液を塗布する前に、アルカリなどによる脱脂処理や、塩酸、硫酸、リン酸などによる酸洗処理など、任意の前処理を施してもよい。また、このような前処理を施さず、仕上げ焼鈍後のままの表面を用いてもよい。
電磁鋼板１０１の表面粗度に関しては、圧延方向の、及び、圧延方向に対して直角方向の中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．３〜１．０μｍ、又は、０．３５〜０．６５μｍであってもよい。Ｒａが０．３μｍ未満では、冷延工程でコスト高になる傾向があり、１．０μｍ超では、磁性が劣化する傾向がある。
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る電磁鋼板１０１に付与される絶縁被膜１０２は、リン酸金属塩１０３ａを有するバインダー１０３に対し、シリカ又はケイ酸塩フィラー１０４を混合した混合溶液を用いて形成される。この場合、リン酸金属塩１０３ａは、リン酸と金属イオンとを主成分とする水溶液を乾燥させたときの固形分である。
リン酸の種類としては、例えば、オルトリン酸、メタリン酸、ポリリン酸などが挙げられる。
また、金属イオンの種類としては、例えば、Ｌｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｔｉなどの軽金属が挙げられる。Ａｌ、Ｃａを用いる場合、比較的低温で均一な被膜を形成し易い。リン酸金属塩溶液は、例えば、オルトリン酸に金属イオンの酸化物、炭酸塩、水酸化物を混合して調製される。
ここで、リン酸金属塩１０３ａは、単独で使用してもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、バインダー１０３には、ホスホン酸やホウ酸などの添加剤を加えてもよい。
バインダー１０３は、リン酸金属塩１０３ａの代わりにコロイダルシリカ１０３ｂを含有するバインダー１０３’であってもよい。コロイダルシリカ１０３ｂは、粒径が５〜４０ｎｍでＮａ含有量が０．０１〜０．５ｍａｓｓ％以下、又は０．０１〜０．３ｍａｓｓ％であってもよい。
リン酸金属塩１０３ａ又はコロイダルシリカ１０３ｂを含有するバインダー１０３、１０３’には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂の１種、混合物、又は共重合物である有機樹脂１０３ｃを混合してもよい。特にコロイダルシリカ１０３ｂを用いるバインダー１０３’の場合には、アクリル樹脂又はエポキシ樹脂をバインダー１０３’に混合することで、均質な絶縁被膜１０２が形成し易くなる。
上述の、リン酸金属塩１０３ａ又はコロイダルシリカ１０３ｂと、粒径が０．０５〜０．５０μｍのアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル樹脂の１種、混合物、又は共重合物である有機樹脂１０３ｃとを含有するバインダー１０３、１０３’は、後述するフィラーを添加する際の絶縁被膜１０２の下地構造として用いられる。
本実施形態で使用するアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等の有機樹脂１０３ｃは、一般に市販されている各樹脂エマルジョンを用いてもよい。
アクリル系樹脂としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｉ−ブチルアクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、ｉ−オクチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ｎ−ノニルアクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−ドデシルアクリレートなどの通常のモノマーを使用してもよい。
また、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸などの、官能基を持つモノマーを使用してもよい。
また、２−ヒドロキシルエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシルプロピル（メタ）アクリレート、３−ヒロドキシルブチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシルエチル（メタ）アリルエーテルなどの水酸基を持つモノマーを共重合させたものを使用してもよい。
エポキシ系樹脂の場合、例えば、アミン変性エポキシ樹脂に無水カルボン酸を反応させたものが挙げられる。
具体的には、ビスフェノールＡ−ジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ−ジグリシジルエーテルのカプロラクトン開環付加物、ビスフェノールＦ−ジグリシジルエーテル、ビスフェノールＳ−ジグリシジルエーテル、ノボラックグリシジルエーテル、ダイマー酸グリシジルエーテル等を使用してもよい。
また、変性するアミンとしては、イソプロパノールアミン、モノプロパノールアミン、モノブタノールアミン、モノエタノールアミン、ジエチレントリアミン、エチレンジアミン、ブタルアミン、プロピルアミン、イソホロンジアミン、テトラヒドロフルフリルアミン、キシレンジアミン、ヘキシルアミン、ノニルアミン、トリエチレンテトラミン、テトラメチレンペンタミン、ジアミノジフェニルスルホン等を使用してもよい。
また、無水カルボン酸としては、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸等を反応させたものを使用してもよい。
ポリエステル樹脂の例としては、ジカルボン酸として、テレフタル酸、イソフタル酸、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、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等と、グリコールとして、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルジオール、１，６−ヘキサンジオール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール及び、ポリエチレングリコール等を反応させたものを使用してもよい。
さらに、これらのポリエステル樹脂に、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メタクリル酸無水物をグラフト重合させてもよい。
上記有機樹脂１０３ｃの平均粒径は、０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍの範囲であってもよい。また、上記有機樹脂１０３ｃの１種又は２種以上の混合物、又は共重合物を用いてもよい。平均粒径が０．０５μｍ未満では処理液中で凝集し易く、絶縁被膜１０２の均一性が低下する傾向があり、０．５μｍ超では液の安定性が低下する傾向がある。
リン酸金属塩１０３ａと、上述の有機樹脂１０３ｃとの混合比率は、リン酸金属塩１００質量部に対し、有機樹脂１〜５０質量部であればよい（固形分換算）。１質量部未満では、樹脂濃度が薄過ぎて凝集が発生し易く液安定性に劣る傾向があり、５０質量部超では、耐熱性に劣る傾向がある。
また、コロイダルシリカ１０３ｂと、上述の有機樹脂１０３ｃとの混合比率は、コロイダルシリカ１００質量部に対し、樹脂４０〜４００質量部であればよい（固形分換算）。４０質量部未満では、造膜性が悪く、絶縁被膜１０２が発粉する傾向があり、４００質量部超では耐熱性に劣る傾向がある。
次に、本実施形態で使用するシリカ又はケイ酸塩フィラー１０４について説明する。
本実施形態で使用するシリカ又はケイ酸塩フィラー１０４は、平均粒径が２．０μｍ〜１５．０μｍの範囲であり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇの範囲である。
平均粒径の測定原理はＭｉｅ散乱理論によるもので、サンプルの粒度分布の個数中位径である。また、平均比表面積とは、ガス吸着法によるもので、ＪＩＳ−Ｋ６２１７に準拠する。
シリカ又はケイ酸塩フィラー１０４の粒径が２．０未満では十分な密着性が得られず、１５．０μｍ超では占積率が低下する傾向がある。このため、本実施形態では、平均粒径が５．０〜１２．０μｍの範囲であるシリカ又はケイ酸塩フィラー１０４を用いる。
また、シリカ又はケイ酸塩フィラー１０４の比表面積が１．０未満の場合、処理液中でフィラーが沈降や浮遊し易くなって混合するのに手間がかかり、比表面積が４０．０超では処理液中のフィラーが乾燥焼付け時に凝集して被膜欠陥となる傾向がある。このため、本実施形態では、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇの範囲であるシリカ又はケイ酸塩フィラー１０４を用いる。
尚、これらの微粒子を粉末として利用してもよく、或いはあらかじめ水に分散させたディスパージョン溶液として利用してもよい。
本実施形態で使用するシリカは、真球状のシリカや多孔質のシリカなど、市販されている様々なシリカが利用でき、特に限定されるものではない。例えば、クリストバライトやトリディマイトを用いてもよい。また、乾式粉砕したシリカを用いてもよい。
ケイ酸塩フィラーとして、例えば、カンラン石、ザクロ石、藍晶石、ゲーレン石、斜方輝石、鉄珪輝石、単斜輝石、角閃石、カオリン、ハロイ石、蛇紋石、モンモリロナイト、ヘクトライト、葉ろう石、滑石、緑泥石、長石、沸石、ダンブリ石、ヘルバイトなどが挙げられる。
特に、ヘクトライト、葉ろう石、滑石、カオリンなどの板状の単結晶又は多結晶体が層状構造を呈するものを使用してもよい。これらのシリカやケイ酸塩は単独で用いられてもよく、２種以上が混合されたものが用いられてもよい。
また、シリカ又はケイ酸塩フィラー１０４を他の鉱物質フィラーと混合して使用してもよいが、多くの鉱物質フィラーはリン酸金属塩１０３ａとの密着性に劣る傾向があり、配合比率が増加するのは好ましくない。このため、他の鉱物質フィラーを混合する場合は、その含有量を添加フィラーの３０ｍａｓｓ％未満とする。
フィラーとして粒状フィラーを用いる場合、粒径が６．０〜１２．０μｍであり、且つ、比表面積が１．０〜８．０ｍ２／ｇの範囲であればよい。また、フィラーが板状フィラーの場合、粒径が５．０〜８．０μｍであり、且つ、比表面積が８．０〜１５．０ｍ２／ｇの範囲であればよい。
本実施形態で使用するシリカ又はケイ酸塩フィラー１０４は、一般に市販されているものを用いてもよい。
リン酸金属塩１０３ａ、又はリン酸金属塩１０３ａと有機樹脂１０３ｃとを含有するバインダー１０３と、シリカ又はケイ酸塩フィラー１０４との配合比率は、バインダー１０３の固形分１００質量部に対して、１〜４０質量部のシリカ又はケイ酸塩フィラー１０４であればよい。１質量部未満では耐ブロッキング性が劣る傾向があり、４０質量部超では、スリット時にフィラー微粒子が取れて発粉する傾向がある。
コロイダルシリカ１０３ｂと有機樹脂１０３ｃとを含有するバインダー１０３’と、シリカ又はケイ酸塩フィラー１０４との配合比率も、バインダー１０３’の固形分１００質量部に対して、１〜４０質量部のシリカ又はケイ酸塩フィラー１０４であればよい。１質量部未満ではやはり耐ブロッキング性が劣る傾向があり、４０質量部超では、被膜の耐熱性が低く、耐疵付き性が劣化する傾向がある。
本実施形態では、処理液を電磁鋼板１０１の表面に塗布する場合、塗布方式を特に限定するものではなく、ロールコーター方式を採用してもよい。また、スプレー方式、ディップ方式などの塗布方式を採用してもよい。ロールコーターもしくはディップ方式を用いる場合、目詰まりを回避することができる。
また、処理液を乾燥焼き付けるための加熱方式も、通常の輻射炉や熱風炉が使用可能であり、誘導加熱方式などの電気を用いた加熱でもよい。
乾燥条件としては、到達温度が２５０〜４５０℃の範囲で、焼付け時間が５秒から３５秒間とすればよい。さらに好適には、リン酸金属塩１０３ａの場合には、到達温度は３００〜３７０℃の範囲としてもよい。また、コロイダルシリカ１０３ｂを用いる場合には、到達温度が２００℃〜３５０℃の範囲で、焼付け時間が５秒から２５秒間としてもよい。５秒未満の焼付けでは突沸が起こる傾向があり、３５秒超では工業的にコスト高となる。また、コロイダルシリカ１０３ｂを用いる場合には、２５秒超では、密着性が劣化して発粉する傾向がある。尚、到達温度とは、電磁鋼板１０１の表面の温度を意味する。
上述の処理液を電磁鋼板１０１の表面に塗布し、上述のような加熱方法で処理を行うことにより、電磁鋼板１０１の上に、シリカ又はケイ酸塩フィラー１０４が分散された絶縁被膜１０２が形成される。
ここで、本実施形態に係る絶縁被膜１０２の膜厚は、例えば、２．５〜１２μｍ、好ましくは５〜８μｍの範囲が適当である。２．５μｍ未満では、層間抵抗は満足しても耐電圧が低い場合があり、１２μｍ超では被膜の密着性が劣化して発粉する傾向がある。ここで、本実施形態に係る絶縁被膜１０２の膜厚（乾燥後）は、バインダー１０３、１０３’の膜厚だけでなく、これらに含まれるフィラーの高さを含む値である。
さらに本実施形態では、上述の絶縁被膜１０２に対して、界面活性剤などの添加剤を加えてもよい。界面活性剤としては、非イオン系界面活性剤が適当で、その他光沢剤などを添加してもよい。
上記シリカはリン酸塩中に馴染み易く、また、ケイ酸塩フィラーは加熱工程でリン酸塩から放出される余剰リン酸成分と反応して相互に馴染むことで密着性が向上すると推定される。ケイ酸塩以外の鉱物質フィラーでは、そもそもリン酸塩との反応性が期待できず、したがって十分な密着性や耐ブロッキング性といった被膜特性が劣位である。板状結晶体が層状構造を呈するものが特に好適である理由は、詳細には明らかではないが、リン酸塩との反応において、板状形状が反応し易く、且つ、フィラーが層状構造であれば下地成分と入り組んだ構造を取ることにより著しく密着性が向上するためと推定される。
Ｓｉ：２．５％、Ａｌ：０．５％、Ｍｎ：０．０５％を含有する板厚０．３５ｍｍで、表面粗度がＲａ（中心線平均粗さ）で０．３６μｍの無方向性電磁鋼板の表面に、表１に示す処理液を表中に示す乾燥温度で塗布し、焼付けた。
リン酸金属塩として、オルトリン酸とＭｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３などの各金属水酸化物、酸化物、炭酸塩を混合撹拌して各リン金属酸塩処理液を調製し、４０ｍａｓｓ％水溶液とした。コロイダルシリカは、市販されている粒径１５ｎｍで濃度２０ｍａｓｓ％のものを使用した。
さらに、各有機樹脂エマルジョンについては、以下（Ａ）〜（Ｇ）を３０ｍａｓｓ％エマルジョン溶液として調製した。
（Ａ）メチルメタクリレート６０ｍａｓｓ％と、２−ヒドロキシエチルメタクリレート１５ｍａｓｓ％と、ラウリルメタクリレート２５ｍａｓｓ％とを共重合させたアクリル系樹脂１
（Ｂ）フマル酸２０ｍａｓｓ％と、メチルアクリレート３０ｍａｓｓ％と、ブチルアクリレート３５ｍａｓｓ％と、スチレンモノマー１５ｍａｓｓ％とを混合させたアクリル系樹脂２
（Ｃ）メチルアクリレート４０ｍａｓｓ％と、スチレンモノマー３０ｍａｓｓ％と、イソブチルアクリレート３０ｍａｓｓ％とを共重合させたアクリル系樹脂３
（Ｄ）ビスフェノールＡをトリエタノールアミンで変性した後無水マレイン酸を反応させたカルボキシル基変性エポキシ樹脂１
（Ｅ）フェノールノボラック型エポキシ樹脂にエチレンプロピレンブロックコポリマーを配合してノニルフェニルエーテルエチレンオキサイドを付加し自己乳化型としたエポキシ樹脂２
（Ｆ）ジカルボキシテレフタレート５０ｍａｓｓ％とネオペンチルグリコール３０ｍａｓｓ％を共重合させた後フマル酸２０ｍａｓｓ％をグラフト重合させたカルボキシル基含有ポリエステル樹脂
（Ｇ）既知の方法で、ヘキサメチレンジイソシアネートとポリエチレングリコールから合成された水性ポリウレタン、及びレゾール型フェノール樹脂水系エマルジョン
さらに粘度調整剤、界面活性剤を適量加えて、表１の組成の処理液を調製した。なお、処理液に用いた各樹脂の、Ｍｉｅ散乱理論に基づく個数平均粒径（ＪＩＳ−Ｚ８８２６）は、以下の通りである。なお、表１中の質量部は、リン酸金属塩又はコロイダルシリカ１００質量部に対する固形分換算の値である。
アクリル系樹脂１の平均粒径：０．１６μｍ
アクリル系樹脂２の平均粒径：０．２１μｍ
アクリル系樹脂３の平均粒径：０．５６μｍ
エポキシ系樹脂１の平均粒径：０．２２μｍ
エポキシ系樹脂２の平均粒径：０．５４μｍ
ポリエステル樹脂の平均粒径：０．３μｍ
フェノール樹脂エマルジョンの平均粒径：０．６５μｍ
これらのバインダー処理液に、下記に示すケイ酸塩フィラー、炭酸塩フィラー、各種無機鉱物系フィラー及び有機樹脂フィラーを、表２に示す所定量添加した。表２中の質量部は、固形分換算である。
合成ヘクトライト（粒径２．６μｍ、比表面積２１．９ｍ２／ｇ）
カオリン１（粒径５．６μｍ、比表面積１０．１ｍ２／ｇ）
カオリン２（粒径２．１μｍ、比表面積３７．５ｍ２／ｇ）
滑石１（粒径４．５μｍ、比表面積９．５ｍ２／ｇ）
滑石２（粒径１３．０μｍ、比表面積４．５ｍ２／ｇ）
滑石３（粒径２０．０μｍ、比表面積０．８ｍ２／ｇ）
雲母１（粒径１０μｍ、比表面積３．５ｍ２／ｇ）
雲母２（粒径１５μｍ、比表面積４２．５ｍ２／ｇ）
硫酸バリウム（粒径７．０μｍ、比表面積３４．６ｍ２／ｇ）
アルミナ１（粒径３．９μｍ、比表面積５．６ｍ２／ｇ）
アルミナ２（粒径８．０μｍ、比表面積２．０ｍ２／ｇ）
ギブサイト（粒径２．２μｍ、比表面積２０．５ｍ２／ｇ）
炭酸カルシウム１（粒径５．２μｍ、比表面積７．０ｍ２／ｇ）
炭酸カルシウム２（粒径３．２μｍ、比表面積８．０ｍ２／ｇ）
ベントナイト１（粒径２．１μｍ、比表面積３６．６ｍ２／ｇ）
ベントナイト２（粒径１．３μｍ、比表面積８０ｍ２／ｇ）
シリカ１（粒径２．５μｍ、比表面積１３．６ｍ２／ｇ）
シリカ２（粒径６．５μｍ、比表面積０．１ｍ２／ｇ）
シリカ３（粒径２．２μｍ、比表面積５４．０ｍ２／ｇ）
カオリン・滑石混合物１（粒径１０．６μｍ、比表面積３８．０ｍ２／ｇ）
カオリン・滑石混合物２（粒径８．５μｍ、比表面積４６．０ｍ２／ｇ）
シリカ・カオリン混合物（粒径１４μｍ、比表面積２８．０ｍ２／ｇ）
シリカ・滑石混合物（粒径１６μｍ、比表面積１．３ｍ２／ｇ）
また、有機樹脂フィラーとしては、平均粒径６μｍで比表面積５．１ｍ２／ｇのポリエチレンワックスを使用した。
なお、粒径を測定する際には、各粉末サンプルを蒸留水中に約１分間超音波洗浄機で分散させたものを用い、ＪＩＳ法（ＪＩＳ−Ｚ８８２６）に準じた市販のレーザー回折法による粒径測定装置（堀場製作所社製 ＬＡ−９５０）にて数平均粒径を測定した。比表面積は、ＪＩＳ法（ＪＩＳ−Ｋ６２１７）に準じて窒素吸着法で測定した。
各微粒子は、濃度を４０ｍａｓｓ％に調製したディスパージョン液として実験に用いた。
処理液の塗布にはロールコーター方式を用い、バインダー膜厚が４．０μｍになるようロール圧下量等を調整した。乾燥は、輻射炉を用いて行い、表２中に記した所定の加熱条件が得られるよう炉温設定を調整した。到達板温と焼付け時間はサンプルによって異なるが、１５０〜４１０℃の範囲で焼付け時間は５〜３５秒の間になるよう調整した。得られたサンプルの評価測定結果を表３に示す。なお、得られたサンプルの表面粗さは、実施例で０．２２〜０．７８μｍ、比較例で０．２４〜０．８８μｍの範囲であった。
Figure 2010146821
Figure 2010146821
絶縁性は、ＪＩＳ法（ＪＩＳ−Ｃ２５５０）に準じて測定した層間抵抗を基に、以下の基準に基づいて判定を行った。ここで、Ｇｏｏｄ、Ｖｅｒｙ Ｇｏｏｄと評価されたものを合格とした。
５Ω・ｃｍ２／枚未満 ：Ｂａｄ
５〜１０Ω・ｃｍ２／枚 ：Ｆａｉｒ
１０〜５０Ω・ｃｍ２／枚：Ｇｏｏｄ
５０Ω・ｃｍ２／枚以上 ：Ｖｅｒｙ Ｇｏｏｄ
密着性は、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの直径の金属棒に粘着テープを貼った歪取り焼鈍（焼鈍温度７５０℃×２時間、窒素雰囲気中）後の鋼板サンプルを巻きつけた後、粘着テープを引き剥がし、剥れた痕跡から密着性を評価した。１０ｍｍφの曲げで剥れなかったものを１０ｍｍφＯＫとし、２０ｍｍφの曲げで剥れなかったものを２０ｍｍφＯＫ、３０ｍｍφの曲げで剥れなかったものを３０ｍｍφＯＫとし、剥がれたものをＮＧと評価した。
耐蝕性は、ＪＩＳ法の塩水噴霧試験（ＪＩＳ−Ｚ２３７１）に準じて行い、７時間経時後のサンプルを用いて１０点評価で行った。ここで、評価７以上のものを合格とした。
１０：錆発生が無かった
９：錆発生が極少量（面積率０．１％以下）
８：錆の発生した面積率＝０．１％超過０．２５％以下
７：錆の発生した面積率＝０．２５％超過０．５０％以下
６：錆の発生した面積率＝０．５０％超過１％以下
５：錆の発生した面積率＝１％超過２．５％以下
４：錆の発生した面積率＝２．５％超過５％以下
３：錆の発生した面積率＝５％超過１０％以下
２：錆の発生した面積率＝１０％超過２５％以下
１：錆の発生した面積率＝２５％超過５０％以下
外観は、光沢があり、平滑で均一であるものを５とし、以下、光沢はあるが均一性に若干劣るものを４、やや光沢があり平滑ではあるが均一性に劣るものを３、光沢が少なく、平滑性にやや劣り均一性に劣るものを２、光沢、均一性、平滑性の劣るものを１とした。ここで、評価４以上のものを合格とした。
耐熱性は、歪取り焼鈍（焼鈍温度７５０℃×２時間、窒素雰囲気中）後、鋼板表面に１００ｇｆ（約０．９８Ｎ）の荷重で２ｍｍ×３０ｍｍのガーゼを擦り付けて、絶縁被膜の剥離状況で評価した。剥離しなかったものを５、少し剥離したものを４、はっきり剥離したものを３、剥離状況が酷いものを２、ガーゼで擦らなくても剥離したものを１とした。
ここで、評価４以上のものを合格とした。
耐ブロッキング性は、３ｃｍ×４ｃｍの大きさにサンプルを切断した後、長辺と短辺が交互に重なるように積層し、４０ｋｇｆ／ｃｍ２（約３９２Ｎ／ｃｍ２）で加圧して、温度５０℃、湿度９０％の恒温室中で７日間経時した後、垂直方向に引張り引き剥がす際の力を測定した。ここで、引き剥がす際に要する力が１５０ｇｆ／ｃｍ２（約１．４７Ｎ／ｃｍ２）未満のものを合格とした。
Figure 2010146821
表３より本発明の効果が明らかとなった。
表３によれば、本発明の実施例に該当するサンプルは、良好な絶縁性、密着性、耐蝕性、耐熱性、耐ブロッキング性を有し、良好な外観を備えることがわかった。また、比較例に該当するサンプルでは、絶縁性、密着性、耐蝕性、外観、耐熱性及び耐ブロッキング性の全てに優れたものは存在しなかった。
上述の実施例からも明らかなように、本発明の実施形態に係る電磁鋼板では、主に発電用モータに使用される電磁鋼板において、優れた絶縁性、密着性、耐ブロッキング性などの電磁鋼板に要求される諸特性を両立させることが可能である。
以上のように、バインダーに対するフィラーの分散性を高めることで、フィラーの分散状態の影響を大きく受ける絶縁性、密着性、耐ブロッキング性などの電磁鋼板の諸特性を向上させることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明によれば、優れた絶縁性と密着性や耐ブロッキング性といった電磁鋼板に要求される諸特性を両立させることが可能な絶縁被膜を備えた電磁鋼板及びその製造方法を提供することができる。従って、本発明は産業上の利用可能性を十分に有する。
１０１ 電磁鋼板
１０２ 絶縁被膜
１０３、１０３’ バインダー
１０３ａ リン酸金属塩
１０３ｂ コロイダルシリカ
１０３ｃ 有機樹脂
１０４ シリカ又はケイ酸塩フィラー

Claims (18)

  1. 表面に絶縁被膜を備える電磁鋼板であって、
    前記絶縁被膜は、
    リン酸金属塩を含有するバインダー液固形分と；
    前記バインダー液固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーと；
    を備えることを特徴とする電磁鋼板。
  2. 前記バインダー液固形分が、前記リン酸金属塩１００質量部に対して１〜５０質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂を更に含有し、
    前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物である
    ことを特徴とする、請求項１に記載の電磁鋼板。
  3. 前記シリカが破砕シリカである
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁鋼板。
  4. 前記電磁鋼板が、無方向性電磁鋼板である
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁鋼板。
  5. 前記絶縁被膜の膜厚が、２．５〜１２μｍであり、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁鋼板。
  6. 表面に絶縁被膜を備える電磁鋼板であって、
    前記絶縁被膜は、
    コロイダルシリカと、前記コロイダルシリカ１００質量部に対して４０〜４００質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂とを含有するバインダー液固形分と；
    前記バインダー液固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーと；
    を備え、
    前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物である
    ことを特徴とする電磁鋼板。
  7. 前記シリカが破砕シリカである
    ことを特徴とする請求項６に記載の電磁鋼板。
  8. 前記電磁鋼板が、無方向性電磁鋼板である
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電磁鋼板。
  9. 前記絶縁被膜の膜厚が、２．５〜１２μｍであり、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きい
    ことを特徴とする請求項６又は７に記載の電磁鋼板。
  10. リン酸金属塩を含有するバインダー液に、バインダー固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーを混合して得られる混合溶液を電磁鋼板の表面に塗布する工程と；
    前記電磁鋼板を、２５０〜４５０℃の到達温度で５〜３５秒間焼付け乾燥する工程と；
    を備えることを特徴とする、絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法。
  11. 前記バインダー液が、前記リン酸金属塩１００質量部に対して１〜５０質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂を更に含有し、
    前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物である
    ことを特徴とする、請求項１０に記載の絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法。
  12. 前記シリカとして破砕シリカを用いる
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電磁鋼板の製造方法。
  13. 前記電磁鋼板として、無方向性電磁鋼板を用いる
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電磁鋼板の製造方法。
  14. 焼付け乾燥後の前記絶縁被膜の膜厚を、２．５〜１２μｍ、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きくする
    ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の電磁鋼板の製造方法。
  15. コロイダルシリカと、前記コロイダルシリカ１００質量部に対して４０〜４００質量部の、平均粒径が０．０５〜０．５０μｍである有機樹脂とを含有するバインダー液に、バインダー固形分１００質量部に対して１〜４０質量部の、平均粒径が２．０〜１５．０μｍであり、且つ、平均比表面積が１．０〜４０．０ｍ２／ｇであるシリカ又はケイ酸塩フィラーを混合して得られる混合溶液を電磁鋼板に塗布する工程と；
    前記電磁鋼板を、２００〜４００℃の到達温度で５〜２５秒間焼付け乾燥する工程と；
    を備え、
    前記有機樹脂が、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエステル樹脂の、１種、混合物、又は共重合物である
    ことを特徴とする、絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法。
  16. 前記シリカとして破砕シリカを用いる
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電磁鋼板の製造方法。
  17. 前記電磁鋼板として、無方向性電磁鋼板を用いる
    ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の電磁鋼板の製造方法。
  18. 焼付け乾燥後の前記絶縁被膜の膜厚を、２．５〜１２μｍ、且つ、前記シリカ又はケイ酸塩フィラーの平均粒径よりも大きくする
    ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の電磁鋼板の製造方法。
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