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発明の名称 低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性が良好な絶縁被膜付き電磁鋼板
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−34812
公開日 平成10年(1998)2月10日
出願番号 特願平8−194564
出願日 平成8年(1996)7月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 望稔 (外1名)
発明者 小 森 ゆ か / 山 口 勝 郎 / 佐 藤 圭 司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】電磁鋼板用絶縁被膜に関し、樹脂とシリカを含み、樹脂のガラス転移点が30〜150℃であり、被膜中のCl,S量がSiO2 100重量部に対してそれぞれ0.005重量部以下、0.05重量部以下であることを特徴とする低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性が良好な絶縁被膜付き電磁鋼板。
【請求項2】電磁鋼板用絶縁被膜に関し、樹脂とシリカを含み、樹脂のガラス転移点が30〜150℃であり、被膜中のCl,S量がSiO2 100重量部に対してそれぞれ0.005重量部以下、0.05重量部以下であり、Li,Na,Kの中より選ばれる1種以上のアルカリ金属をSiO2 100重量部に対してM2 O換算で0.1〜5重量部含むことを特徴とする低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性が良好な絶縁被膜付き電磁鋼板。
【請求項3】前記樹脂(固型分)100重量部に対するシリカがSiO2 換算で3〜300重量部である請求項1または2に記載の低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性が良好な絶縁被膜付き電磁鋼板。
【請求項4】前記絶縁被膜の付着量が乾燥量で0.05〜4g/m2 である請求項1〜3のいずれかに記載の低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性が良好な絶縁被膜付き電磁鋼板。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は六価クロムのように有害な化合物を含まず、また、低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性も良好な絶縁被膜付き電磁鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】モータや変圧器等に使用される電磁鋼板の絶縁被膜は層間抵抗だけでなく、加工成形時及び保管時の利便さの観点から種々の特性が要求される。また、打抜加工後に磁気特性を向上させるため750〜850℃程度で歪取り焼鈍を行う場合が多く、歪取り焼鈍に耐える必要がある場合がある。このように、電磁鋼板は多様に使用されるため、用途に応じて種々の絶縁被膜の開発が行われている。
【0003】絶縁被膜は、■溶接性、耐熱性を重視し、歪取り焼鈍に耐える無機質皮膜、■打抜性、溶接性の両立を目指し歪取り焼鈍に耐える、樹脂含有の半有機質被膜、■特殊用途で歪取り焼鈍不可の有機質被膜の3種に大別されるが、汎用品として歪取り焼鈍に耐えるのは■、■の無機質を含む被膜であり、特に、有機樹脂を含有したクロム酸塩系絶縁被膜は、1コート1ベークの製造で無機系絶縁被膜に比較して打抜性を格段に向上させることができるので広く利用されている。例えば、特公昭60−36476号公報には、少なくとも1種の2価金属を含む重クロム酸塩系水溶液に、該水溶液中のCrO3 :100重量部に対し有機樹脂として酢酸ビニル/ベオバ比が90/10〜40/60の比率になる樹脂エマルジョンを樹脂固形分で5〜120重量部及び有機還元剤を10〜60重量部の割合で配合した処理液を生地鉄板の表面に塗布し、常法による焼き付け工程を経て得たものであることを特徴とする電磁鋼板の絶縁被膜形成法が開示されている。しかしながら、少なくとも1種の2価金属を含むクロム酸塩系被膜は六価クロムを三価に還元して不溶化するために比較的高温で焼き付けることが必要である。また、六価クロムは毒性が高いため、環境汚染の問題が懸念され、また、廃液処理にコストがかかる問題がある。
【0004】クロム酸以外を主剤とする技術として、リン酸塩を主剤とする半有機質絶縁被膜も検討されている。しかしながら、リン酸塩は脱水反応を進行させて不溶化するために塗装後に高温で焼き付けることが必要である。比較的低温で焼き付け可能な絶縁被膜として、連続焼鈍時の熱を利用して調質圧延前に被膜を形成して歪取り焼鈍時の焼き付き防止被膜を施す方法が知られている。例えば、特公昭59−21927号では無機コロイド状物質を主成分とし、水溶性またはエマルジョンタイプの樹脂を加えた水溶液を塗布しそのまま調質圧延する方法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特公昭59−21927号公報に記載の方法によれば、無機コロイド状物質は確かにクロム酸塩系、リン酸塩系皮膜と比較して低温で焼き付けることが可能である。すなわち、クロム酸塩系、リン酸塩系はベトツキを防止するため、水溶性物質を水不溶性にするための造膜反応を進行させる必要があるが、無機コロイド状物質はその必要がなく、中でもシリカは最も低温で脱水反応が終了するため、低温焼き付け時には有利である。しかしながら、樹脂/シリカの混合物を塗布しても調質圧延及び歪取り焼鈍時の焼き付き防止には効果があるものの、耐食性はばらつきが大きく、良好な場合と不良な場合が発生しており、また耐溶剤性も劣るという問題があった。電磁鋼板の加工工程では溶剤洗浄、各種油(打抜油、絶縁油等)との接触等、有機溶剤に触れる場合が多く、絶縁被膜には耐溶剤性は必要な性能である。また、電磁鋼板は焼鈍前後の耐食性も要求される場合が多く、特公昭59−21927号公報の絶縁被膜はこのような用途には適していなかった。本発明は上述した問題点を解決すべくなされたもので、低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で、耐食性、耐溶剤性にも優れる汎用コートを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記問題点を解決するべく、まず、樹脂/シリカ系の各種被膜性能に及ぼす影響因子を詳細に検討した。その結果、製品板耐食性は樹脂種及びシリカ種ともに影響が強く、焼鈍後耐食性は被膜中不純物アニオンの影響が強く、耐溶剤性は樹脂自身の耐溶剤性をあげることが必要であり、さらに特定のシリカ種を用いればより高いことをつきとめ、各種被膜性能の向上を目指し、鋭意検討を行った。その結果、製品板耐食性、耐溶剤性向上のために樹脂のガラス転移点を規制し、製品板及び焼鈍後耐食性向上のために、被膜中のCl,S量を規制する。さらに、被膜中のアルカリ金属量を規制すれば耐溶剤性がより向上することを知見し目的を達成した。
【0007】すなわち、第1の発明は、電磁鋼板用絶縁被膜に関し、樹脂とシリカを含み、樹脂のガラス転移点が30〜150℃であり、被膜中のCl,S量がSiO2 100重量部に対してそれぞれ0.005重量部以下、0.05重量部以下であることを特徴とする低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性が良好な絶縁被膜付き電磁鋼板を提供する。
【0008】第2の発明は、第1の発明の被膜中に、さらにLi,Na,Kの中より選ばれる1種以上のアルカリ金属をSiO2 100重量部に対してM2 O換算で0.1〜5重量部含む低温焼き付けで製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐食性、耐溶剤性が良好な絶縁被膜付き電磁鋼板を提供する。第2の発明は第1の発明の耐溶剤性レベルをさらに向上させることをねらったものである。
【0009】ここで、第1、第2の発明それぞれの場合に以下であることが好ましい。樹脂(固型分)100重量部に対するシリカがSiO2 換算で3〜300重量部である。絶縁被膜の付着量が乾燥量で0.05〜4g/m2 である。
【0010】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。本発明の出発素材としては、電磁鋼板を用いる。絶縁被膜の形成に用いる処理液中には歪取り焼鈍後の性能を確保するためにシリカを配合するが、製品板及び焼鈍後耐食性はシリカ種により差があることがわかった。シリカ種の差を詳細に検討したところ、シリカ中のCl- 及びSO42-のアニオン量が少ないほど良好であることをつきとめた。上記アニオンは樹脂及び希釈水からも混入の可能性があるため、希釈水、樹脂にはイオン交換水を使用して極力アニオンの混入を防止することが有効である。このようにして、被膜中のCl,S量をSiO2 100重量部に対してそれぞれ0.005重量部以下となるようにする。Cl,S量が規定量超であると製品板及び焼鈍後耐食性が低下するためこの範囲とする。
【0011】処理液中に配合する樹脂は、水性樹脂(エマルジョン、ディスパージョン、水溶性)を用いる。被膜中アニオン量が規定範囲であれば、樹脂種によらず耐食性のレベルは向上するが、樹脂のガラス転移点が30℃未満であると耐溶剤性(特にアセトンのように極性の強い溶剤の場合)、製品板耐食性が不足する。また、樹脂のガラス転移点が150℃超であると低温焼き付け時の造膜性、被膜密着性が劣るため、樹脂ガラス転移点は30〜150好ましくは60〜150℃とする。樹脂100重量部に対するシリカがSiO2 換算で3〜300重量部であることが好ましい。シリカが3重量部未満であると樹脂分は歪取り焼鈍時には熱分解してしまうため、被膜残分が少なく焼鈍後の性能(スティキング性、耐食性等)が不足する。また、シリカが300重量部超であると、打抜性が低下し、密着性も低下するからである。好ましくは、30〜300重量部である。絶縁被膜の付着量が0.05g/m2 未満であると、均一塗布が困難になり、スティキング性、耐食性が不足するし、付着量が4g/m2 超であると、低温乾燥時にふくれが発生するなど塗装性が低下するため、絶縁被膜の付着量は0.05〜4g/m2 が好ましい。より好ましくは0.1〜2g/m2 とする。
【0012】樹脂/シリカブレンド系は、クロム化合物のような不動態化の効果がないため、耐食性低下の原因となるCl- ,SO42- 等のアニオンの悪影響が強くでるものと考え、アニオン除去を試み、製品板及び歪取り焼鈍後ともに耐食性を向上することに成功した。
【0013】また、第2の発明では、シリカ種によってもさらに耐溶剤性が異なることに着目し、アルカリ金属を含有したシリカを使用することで耐溶剤性をさらに向上した。Li,Na,Kの中より選ばれる1種以上のアルカリ金属を添加する。被膜中の含有量はSiO2 100重量部に対してM2 O(Li2 O,Na2 O,K2O)換算で0.1〜5特に0.1〜3重量部とする。0.1重量部未満であると樹脂ガラス転移点下限近傍での耐溶剤性が不足し、5重量部以上ではそれ以上の耐溶剤性向上効果が望めずに添加が無意味である。コロイダルシリカの場合はpHの安定領域が存在するため、アルカリ金属量が少なく中性の不安定領域になる場合は、アンモニア等を添加してpH調整すればよい。耐溶剤性に関しては、樹脂とシリカ両方の影響があることがわかったが、シリカ自身の耐溶剤性は優れていることから、樹脂自身の耐溶剤性をあげ、さらに樹脂とシリカの架橋を促進することで耐溶剤性をより向上できると考えた。すなわち、樹脂自身の耐溶剤性をあげるには、樹脂のガラス転移点をあげることが有効であり、ガラス転移点30℃以上で良好な性能を示すが、30℃近傍では溶剤種によっては程度は軽いものの若干侵される場合があり、この場合、シリカ中にアルカリ金属を含んでいるものが樹脂単体より優れた耐溶剤性を示す。このメカニズムについては明らかではないが、アルカリ金属がシリカと樹脂との架橋を促進する金属架橋剤として働いているとも考えられる。
【0014】ここに用いる樹脂組成としては特に規制するものではないが、例えば、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等の1種または2種以上の樹脂が好適に適用できる。樹脂のガラス転移点は30〜150℃になるようなモノマー組成をとることが必要である。樹脂ガラス転移点はモノマー組成によって一定で樹脂固有の特性である。通常、樹脂は数種のモノマーを組み合わせることが多い。本特許に適合する樹脂はガラス転移点が30〜150℃となるならどのような樹脂組成でも適用可能である。ガラス転移点の測定には種々の方法が利用できるが、例えばDSC(示差走査熱量計)、TMA(熱機械分析)、熱膨張等があるが、特に定めるものではなく、物理的性質が大幅にかわることを利用する方法で確認可能である。また、共重合体のガラス転移点は計算も可能であるため、測定困難な時は組成から計算すればよい。樹脂はガラス転移点を境に性質が大きく変化するため、耐溶剤性試験を行う環境温度よりガラス転移点が高いことが好ましいと考えられる。
【0015】処理液中に配合するシリカの形状は水に分散するものならどのような製法のものでもよく、コロイダルシリカ、気相シリカ、凝集タイプシリカ等形状は種々のものが適用可能である。ただし、シリカは予めCl- ,SO42- 等のアニオンをイオン交換法等により取り除いておき、樹脂合成時の水、希釈水には純水を用いるなどして、被膜中のCl,S量がSiO2 100重量部に対してそれぞれ0.005重量部以下、0.05重量部以下となるように制御する。また、シリカ中には耐溶剤性を一層向上させるために、Li,Na,Kの中より選ばれる1種以上のアルカリ金属を含有させてもよい。コロイダルシリカ表面はアニオンに帯電しているため、アルカリ金属で安定化することでアルカリ金属の導入が可能であるが、樹脂/シリカブレンド液にアルカリ金属を後添加してもよい。被膜中の含有量はSiO2 100重量部に対してLi2 O,Na2 O,K2 O換算で0.1〜5重量部とする。0.1重量部未満であると樹脂ガラス転移点下限近傍での耐溶剤性が不足し、5重量部以上ではそれ以上の耐溶剤性向上効果が望めずに添加が無意味である。また、特にNa,Kでは過剰に添加するとシリカ表面でナトリウムシリケート、カリウムシリケート等の耐水性が劣る組成が発生しやすく、耐水性に問題が出る場合がある。従って、被膜中のアルカリ金属含有量はSiO2 100重量部に対してLi2 O,Na2 O,K2 O換算で0.1〜5重量部とする。
【0016】以上の薬剤を電磁鋼板上に塗布して焼き付けることにより被膜を形成させる。絶縁被膜形成方法は工業的に一般に用いられるロールコーター法、フローコーター、スプレー塗装、ナイフコーター等種々の方法が適用可能である。焼き付け方法についても通常実施されるような熱風式、赤外式、誘導加熱式等、特に規制するものではなく、被膜中の水分が蒸発する程度の低温加熱で十分であり、例えば、50〜250℃程度の低い到達板温で1分以内の短時間焼き付けをすることが可能である。なお、被膜の性能を一層向上させるために、防錆剤等添加剤を配合してもよい。この場合、歪取り焼鈍後の性能を確保するために有機物質100重量部に対する無機物質の合計量は3〜300重量部の範囲とすることが好ましい。
【0017】
【実施例】以下、本発明の効果を実施例に基づいて具体的に説明する。
(実施例)板厚0.5mmの電磁鋼板の表面に表1に記載の被膜を形成した。塗布は、ロールコーターで行い、到達板温150℃で焼き付け放冷した後、試験に供した。なお、各性能評価法の詳細は以下の通りである。表1および表2から明らかなように本発明例はいずれも耐溶剤性、打抜性、歪取り焼鈍前後耐食性、密着性、スティキング性等に優れた絶縁被膜付き電磁鋼板である。なお、表中の実施例は基本として着眼している性能のみの改善を目指すものであるが、その中でもさらに他の各種性能を向上させる例もあり、他の各種性能について比較例となるものを備考に示した。
【0018】耐溶剤性各種溶剤(ヘキサン、キシレン、メタノール、エタノール、アセトン)を脱脂綿にしみこませ、鋼板を5往復した後の外観変化を調査した。
◎:変化なし○:変化ほとんどなし△:若干変色×:変化大【0019】打抜性15mmφスチールダイスにおいて、かえり高さが50μmに達するまでの打ち抜き数で評価した。
◎:50万回超○:30万〜50万回△:10万〜30万回未満×:10万回未満【0020】密着性製品板及び歪取り焼鈍板(窒素中750℃×2h焼鈍)で評価した。20mmφでの180°曲げ戻し試験後の被膜剥離率で評価した。
◎:剥離なし○:〜剥離20%未満△:剥離20%〜剥離40%未満×:剥離40%〜全面剥離【0021】耐食性(製品板)湿潤試験(50℃、相対湿度100%)試験48h後の赤錆面積率で評価した。
◎:0〜20%未満○:20〜40%未満△:40〜60%未満×:60〜100%【0022】耐食性(焼鈍後)窒素中750℃×2h焼鈍後、恒温恒湿試験(50℃、相対湿度80%)14日後の赤錆面積率で評価した。
◎:0〜20%未満○:20〜40%未満△:40〜60%未満×:60〜100%【0023】スティキング性50mm角の鋼板10枚を重ねて荷重(200g/cm2 )をかけながら窒素雰囲気下で750℃×2時間焼鈍した後、鋼板上に分銅500gを落下させ、5分割するときの落下高さを調査した。
◎:10cm未満○:10〜15cm未満△:15〜30cm×:30cm超【0024】
【表1】

【0025】
【表2】

【0026】
【表3】

【0027】
【表4】

【0028】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されているので、低温焼付で製造でき、歪取り焼鈍が可能で耐溶剤性、耐食性も良好であり、その他、電磁鋼板の絶縁被膜として必要な性能を兼ね備えているので、モーター、トランス等の用途をはじめ広く利用することができる。




 

 


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