JP2007266184A

JP2007266184A - 積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法および閉磁路リアクトル用鉄芯

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Publication number: JP2007266184A
Application number: JP2006087436A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Kasai; 勝司笠井; Tsunehiro Yamaji; 常弘山路
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP5122754B2

Abstract

【課題】歩留まりを低下させることなく、生産性よく安定して積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯を製造する方法およびその方法により製造された閉磁路リアクトル用鉄芯を提供する。
【解決手段】Ｃ型形状コアとＩ型形状コアの組み合わせからなる鉄芯である。そして、Ｉ型形状コアの構成部材である薄板は全ての端面のバリ方向が同一方向となるように、例えば、総抜き型のプレスにより打ち抜き加工される。さらに、Ｃ型形状コアの構成部材である薄板とＩ型形状コアの構成部材である薄板の形状は図１に示すように、Ｃ型形状コアの構成部材である薄板の内寸の各辺は前記Ｉ型形状コアの構成部材である薄板の各辺と長さが等しくなるように設計する。このような形状とすることで、Ｉ型形状コアの構成部材である薄板の総抜き型のプレス後の抜きしろを、Ｃ型形状コアの構成部材である薄板の打ち抜きに用いることが可能となり、材料採取時の歩留まりが向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトル等に用いられる鉄芯の製造方法およびそれにより製造される鉄芯に関するものである。

薄板をコア構成部材とし、積層、接着したものは、モータ、リアクトル、トランスなどの鉄芯として従来より使用されている。
中でも、閉磁路リアクトル用鉄芯として使用される場合は、積層ブロックコア同士の突合せ部分（ギャップ）を巻き線内に入れることがギャップ部での漏れ磁束を抑制し全体の効率を改善する点から重要である。また、ブロックコアの積層精度はギャップ部の寸法精度に大きく影響し、鉄芯としてのエネルギー効率改善・騒音抑制の観点から寸法精度に優れていることが好ましいため、ギャップ部の積層精度を管理し、向上させることが重要となってくる。
以上の点を考慮し、閉磁路リアクトル用鉄芯としては、エネルギー効率及び騒音抑制の点から矩形ブロックコアを組み合わせた鉄芯よりも、Ｃ型形状ブロックコアと矩形形状ブロックコアを組み合わせた鉄芯が用いられる傾向にある。
上記鉄芯は、Ｃ型形状ブロックコア（以下、Ｃ型形状コアとも称す）と矩形形状ブロックコア（以下、Ｉ型形状コアとも称す）の各々を打ち抜き加工してから製造される。例えば、特許文献１には、形状は異なるものの、Ｃ型形状コア（もしくはＥ型形状コア）とＴ型形状コアの組み合わせからなる鉄心の打ち抜き方法が記載されている。特許文献１によれば、打ち抜くプレス型の寿命を長持ちさせる等を目的に、打ち抜きステージを３段階設け、それぞれのステージ毎に型抜きの仕方等が細かく規定されている。
しかしながら、特許文献１の方法により形状良く打ち抜こうとするには打ち抜き代が必要となり歩留まりが低下する。また、積層精度（寸法精度）については一切触れられていない。

一般的に、Ｃ型形状コアの構成部材である薄板（以下、Ｃ型形状コア用素材とも称す）の打ち抜き加工は、プレスにおける歩留まりが悪く、３割程度のロスとなっている。
また、Ｉ型形状コアの構成部材である薄板（以下、Ｉ型形状コア用素材とも称す）の打ち抜きについては、生産効率面を重視し、単純な切り落とし型のせん断を行った場合、積層精度が劣り、効率及び騒音抑制をリアクトル周辺機器で対応することになり、コストを上げる要因となる。一方、積層精度を向上させようとすれば端面のバリを全て同一方向とすることが望ましいことから、単純な切り落とし型のせん断ではなく、総抜き型のプレスを行なうことが望ましい。しかし、総抜き型は、ロスを発生させてしまい、歩留まりが低下する。
特開昭６３−１４１３０７号公報

以上のように、Ｃ型形状ブロックコアとI型形状ブロックコアを組み合わせた閉磁路リアクトル用鉄芯を製造するにあたっては、理想的な閉磁路リアクトルを得るために、良好な積層精度が求められているにも拘わらず、満足のいく十分な積層精度が得られていないのが現状である。

本発明は、上記の事情に鑑み、歩留まりを低下させることなく、生産性よく安定して積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯を製造する方法およびその方法により製造された閉磁路リアクトル用鉄芯を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した。まず、良好な積層精度を得るために、Ｉ型形状コア用素材を総抜き型のプレスにより打ち抜き加工することとし、そして、従来は、総抜き型のプレスではロスを発生させてしまい歩留まりが低下する問題を、Ｉ型形状コア用素材のプレス後の抜きしろをＣ型形状コア用素材の打ち抜き部分として用いられるように設計することで、生産性よく安定して積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯を製造することが可能となることを見出した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］Ｃ型形状コアとＩ型形状コアの組み合わせからなる、ギャップをコイル内に設定する閉磁路リアクトル用鉄芯であって、前記Ｉ型形状コアの構成部材である薄板は全ての端面のバリ方向が同一方向となるように打ち抜き加工され、前記Ｃ型形状コアの構成部材である薄板の内寸の各辺は前記Ｉ型形状コアの構成部材である薄板の各辺と長さが等しくなるように形成されることを特徴とする積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法。
［２］前記［１］において、前記Ｃ型形状コアの構成部材である薄板は全ての端面のバリ方向が同一方向となるように打ち抜き加工されることを特徴とする積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法。
［３］前記［１］または［２］に記載の閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法により製造された閉磁路リアクトル用鉄芯。

本発明によれば、高い生産効率で、積層精度良く、ブロックコアを製造することができる。特に、本発明の製造方法は板厚が０．２ｍｍ以下の薄い材料やＳｉ量：４．０mass％以上の高けい素鋼板に対して非常に有効な方法である。

まず、本発明者らは、良好な積層精度とするためには端面のバリを全て同一方向とすることが望ましいことから、Ｉ型形状コア用素材の打ち抜き加工においては、単純な切り落とし型のせん断ではなく、外形（外周）をプレス打ち抜きする総抜き型のプレスを行なうことが望ましいと考えた。そして、本発明ではＩ型形状コア用素材を総抜き型のプレスにより得ることを前提として検討を進めた。このように総抜き型のプレスとすることにより、Ｉ型形状コア用素材の全ての端面のバリ方向は同一方向となり、積層した場合にバリ方向が全て同一方向となり、積層精度が向上する。

しかし、従来から、総抜き型のプレスではロスを発生させてしまい歩留まりが低下する問題がある。そこで、Ｉ型形状コア用素材を総抜き型のプレスで鋼板から打ち抜く方法について改めて検討した。その結果、Ｉ型形状コア用素材のプレス後の抜きしろをＣ型形状コア用素材の打ち抜き部分として用いられるように設計することで、歩留まりよく、鋼板からＣ型形状コア用素材とＩ型形状コア用素材を採取できることを見出し、本発明を完成するに至った。
図1は本発明のＣ型形状コア用素材とＩ型形状コア用素材の各々の寸法長さの関係を示す図である。図１によれば、Ｃ型形状コア用素材の内寸の各辺長さであるａまたはｂは、Ｉ型形状コア用素材の各辺の長さであるｃまたはｄと等しくなるように形成され、具体的には、ａ＝ｃかつｂ＝ｄ、またはａ＝ｄかつｂ＝ｃとなるように設計される。これにより、図２に示すような鉄芯が得られることになる。図２は本発明の一実施形態である閉磁路リアクトル用鉄芯を示す図である。図２によれば、（ア）は図１において、ａ＝ｃかつｂ＝ｄとした場合であり、Ｃ型形状コアのギャップ部分に相当する一辺が、Ｉ型形状コアのギャップ部分の一辺：ｄと同じ長さとなっている。（イ）はａ＝ｄかつｂ＝ｃとした場合であり、Ｃ型形状コアのギャップ部分に相当する一辺が、Ｉ型形状コアのギャップ部分の１辺：ｃと同じ長さとなっている。
図３は、鋼板からＣ型形状コア用素材及びＩ型形状コア用素材を採取する方法の一例を示す図である。図３によれば、まず、Ｉ型形状コア用素材を総抜き型のプレスにより打ち抜く。次いで、Ｃ型形状コア用素材をＩ型形状コア用素材を打ち抜いた抜きしろから総抜き型のプレスにより打ち抜く。
このように、前記Ｃ型形状コア用素材の内寸の各辺は前記Ｉ型形状コア用素材の各辺と長さが等しくなるように設計し、鋼板から打ち抜き加工することで、歩留まりよく材料を採取し、生産することが可能となる。かつ、Ｉ型形状コア用素材を総抜きのプレスにより採取することで、全ての端面のバリ方向を同一方向に揃えた材料採取を実現でき、ブロックコアとして積層した場合の積層精度が向上する。なお、上述したように、本発明においては、全ての端面のバリ方向が同一方向となるようにＩ型形状コア用素材を打ち抜き加工することとするが、この打ち抜き加工としては、上記総抜きのプレス方法に限定されず、上記以外の方法を用いる事もできる。Ｃ型形状コア用素材を打ち抜き加工するにあたっては、その方法は特に限定しない。より一層優れた積層精度を得ようとする場合は、Ｉ型形状コア用素材を打ち抜き加工する場合と同様に総抜きのプレスによる方法が好ましい。さらに歩留まりよく材料採取を行おうとする場合は、Ｃ型形状コア用素材の採取をせん断方式で行うことも可能である。この場合、上記のＣ型形状コア、Ｉ型形状コアの製造にあたり、いずれも総抜きのプレスを用いる方法に比べ、打ち抜き加工によるロスを限りなくゼロに近くすることが可能となりより一層効率良く生産することが可能である。なお、この場合でも、Ｃ型形状コアはコイル外部に在していることから積み精度の影響は少なく、上記のＣ型形状コア、Ｉ型形状コアの製造にあたりいずれも総抜きのプレスを用いる方法に比べてリアクトルとしてのエネルギー効率・騒音特性の低下はあるものの、問題となるほどではない。

以下に、本発明の閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法を説明する。

まず薄板を打ち抜き素材として使用し、Ｃ型形状コア用素材およびＩ型形状コア用素材に打ち抜き加工する。この時の形状および加工方法は上述の通りである。なお、打ち抜き素材として使用する薄板としては特に限定しないが、軟磁性鋼板、例えばＳｉ量：４．０mass％以上の高けい素鋼板を用いることが磁気特性の点から好ましい。非晶質薄鋼板についても何ら問題なく使用することができる。また、板厚にも特別な制限はないが、特にかしめが困難な０．２ｍｍ以下、とりわけ０．１５ｍｍ以下の板厚の軟磁性鋼板に適しており、本発明ではこのような極く薄い鋼板についても何ら問題なく使用できる。

次いで、打ち抜き加工後、薄板を所定の枚数積層して積層体とする。この時、打ち抜いた個々の薄板がバラバラにならないように、仮接着し、積層体を固定し、直角度精度を整えることも可能である。

さらに接着剤を積層体全体に浸透させ、Ｃ型形状コアおよびＩ型形状コアを作成する。なお、接着剤を積層体に浸透後、乾燥、焼付を行うことが好ましい。この時、使用する接着剤の種類は特に限定されない。また、接着剤は乾燥、焼付工程までに硬化していることが好ましいが、必ずしも完全に硬化している必要はなく、ある程度の接着強度が得られるまで硬化していればよい。比較的短時間のうちにある程度の接着強度が得られるような接着剤を使用することもできる。塗布量は、コアの大きさ、積み厚により適量を加減する。例えば、アクリル系樹脂またはエポキシ系樹脂の熱硬化型接着剤とすることが好ましい。例えば、自動車用部品等で使用される場合は、零下から１５０℃程度までのヒートサイクルを受けながら使用されるため、温度変化に対する接着強度が必要であり、接着剤として、１液性のアクリル系接着剤やエポキシ系接着剤を使用することが好ましい。

接着剤を積層体全体に浸透させる場合、その方法としては、大気中毛細管現象を利用して浸透させる方法（常圧含浸方法）や真空含浸方法があげられる。ただし、積層体を接着剤の中に入れ、含浸するにあたっては、積層体と接着剤をトレー等に入れ、常圧で含浸する方法では、積層体の下部５分の１から５分の４程度まで接着剤中に浸漬するものとする。積層体を全て覆うように接着剤に浸漬した場合、全ての側面から接着剤が浸透し、積層体の中心部分に空気が溜まり、コア強度に悪影響を及ぼし好ましくない。真空含浸する方法では、積層体を接着剤の中に完全に浸漬させる必要がある。この時、使用する接着剤としては、熱硬化型接着剤が好ましい。
乾燥、焼付処理を行うことで、鋼板間が完全接着された積層コアを得られる。乾燥、焼付処理は、例えば電気炉、熱風乾燥炉、誘導加熱炉等を用いることができる。この時の乾燥、焼付処理は、通常１００〜２００℃で１０分以上行うことが好ましい。乾燥、焼付温度は１００℃〜２００℃、１０分以上、３時間以下が好ましい。接着剤に瞬間接着剤を使用する場合は、コア寸法の条件等により、焼付は省略することができる。

次いで、上記により得られたＣ型形状コアおよびＩ型形状コアを用いて閉磁路リアクトル用鉄芯を製造する。製造方法については、特に限定せず、一般に用いられている方法により製造することができる。例えば、Ｃ型形状コアとＩ型形状コアのギャップ部分にギャップ材をはさみ、接着剤により固定し、次いで、ギャップがコイル内におさまるようにコイルを巻いていく。

幅72mm、板厚0.1mmの6.5％Si材を打ち抜き素材として使用し、Ｃ型形状コア用素材（寸法70mm×40mm）およびＩ型形状コア用素材（寸法30mm×20mm）を各々打ち抜き加工により作成した。なお、打ち抜き加工方法としては、図３に示すようにＣ型形状コア用素材、Ｉ型形状コア用素材のいずれも総抜きのプレスによる方法を用いた。この時の材料歩留まりを表１に示す。

上記により得られたＣ型形状コア用素材およびＩ型形状コア用素材を所定の枚数積層して積層体（Ｃ型形状コア、Ｉ型形状コアとも積み厚（ST）＝30mm）として直角度精度を整え固定してＣ型形状コア、Ｉ型形状コアを作成し、鉄芯を製作した。得られたＩ型形状コアに対しての積層精度を図４に示す倒れ量により求めた。結果を図５に示す。
なお、比較例として、形状を実施例と同様とし、Ｉ型形状コア用素材の作成をせん断加工による方法で行った以外は実施例と同様の方法によりブロックコアを作成した。得られた比較例のブロックコア（Ｉ型形状コア）に対しても、実施例と同様の方法により、材料歩留まりと積層精度を測定した。結果を実施例と併せて、表1および図５に示す。

表1及び図５より、本発明例では、材料歩留まりが高く、倒れ量の値も低く抑えられており積層精度に優れたブロックコアが得られているのがわかる。一方、比較例では、Ｉ型形状コアをせん断加工による方法で行ったため、材料歩留まりも本発明例に比べて劣っており、倒れ量も高い値のところで多く発生している。

本発明の積層コアは磁気特性に優れており、なおかつ寸法精度にも優れているため、電気機器などの鉄心材料を中心に、多様な用途での使用が可能となる。

本発明のＣ型形状コア用素材とＩ型形状コア用素材の各々の寸法長さとの関係を示す図である。本発明の一実施形態であるブロックコアを示す図である。鋼板からＣ型形状コア用素材及びＩ型形状コア用素材を採取する方法の一例を示す図である。積層精度の評価方法の一つである倒れ量を示す図である（実施例１）倒れ量と発生頻度の結果を示す図である（実施例１）

Claims

Ｃ型形状コアとＩ型形状コアの組み合わせからなる、ギャップをコイル内に設定する閉磁路リアクトル用鉄芯であって、
前記Ｉ型形状コアの構成部材である薄板は全ての端面のバリ方向が同一方向となるように打ち抜き加工され、
前記Ｃ型形状コアの構成部材である薄板の内寸の各辺は前記Ｉ型形状コアの構成部材である薄板の各辺と長さが等しくなるように形成されることを特徴とする積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法。
前記Ｃ型形状コアの構成部材である薄板は全ての端面のバリ方向が同一方向となるように打ち抜き加工されることを特徴とする請求項１に記載の積層精度に優れた閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法。
請求項１または２に記載の閉磁路リアクトル用鉄芯の製造方法により製造された閉磁路リアクトル用鉄芯。