特開 2024-33550 鋼材、電磁鉄心、電磁接触器、鋼材の製造方法及び電磁鉄心の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024033550

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】鋼材、電磁鉄心、電磁接触器、鋼材の製造方法及び電磁鉄心の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 8/26 20060101AFI20240306BHJP

   C21D 1/09 20060101ALI20240306BHJP

   C21D 9/00 20060101ALI20240306BHJP

   C21D 1/06 20060101ALI20240306BHJP

   C21D 6/00 20060101ALI20240306BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20240306BHJP

   C22C 38/04 20060101ALI20240306BHJP

   H01H 50/16 20060101ALI20240306BHJP

【ＦＩ】

C23C8/26

C21D1/09 A

C21D9/00 S

C21D1/06 A

C21D6/00 C

C22C38/00 303U

C22C38/04

H01H50/16 Y

H01H50/16 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022137187

(22)【出願日】2022-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】508296738

【氏名又は名称】富士電機機器制御株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】野田 蒼平

(72)【発明者】

【氏名】中島 悠也

【テーマコード（参考）】

4K028

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K028AA02

4K028AB01

4K028AC07

4K028AC08

4K042AA25

4K042BA03

4K042CA15

4K042DA01

4K042DA06

4K042DB04

4K042DC02

4K042DC03

4K042DC04

4K042EA01

(57)【要約】

【課題】高い硬度を有する鋼材を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様は、表面に窒化層が設けられた鋼材であって、前記窒化層は、前記表面から順に設けられた、窒素濃化層と、窒素拡散層とを含み、前記窒素濃化層における窒素濃度は、３ａｔ％以上３０ａｔ％以下であり、前記窒素拡散層における窒素濃度は、０．２ａｔ％以上３ａｔ％未満であり、前記表面から深さ１５μｍまでにおける組織は、前記表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に窒化層が設けられた鋼材であって、
前記窒化層は、前記表面から順に設けられた、窒素濃化層と、窒素拡散層とを含み、
前記窒素濃化層における窒素濃度は、３ａｔ％以上３０ａｔ％以下であり、前記窒素拡散層における窒素濃度は、０．２ａｔ％以上３ａｔ％未満であり、
前記表面から深さ１５μｍまでにおける組織は、前記表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む鋼材。

【請求項2】

前記窒素濃化層における組織は、前記表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む請求項１に記載の鋼材。

【請求項3】

前記窒素濃化層及び前記窒素拡散層は、それぞれ１μｍ以上の厚さを有する請求項２に記載の鋼材。

【請求項4】

前記窒素濃化層は、最大１５μｍの厚さを有する請求項３に記載の鋼材。

【請求項5】

前記窒素拡散層は、最大４５μｍの厚さを有する請求項４に記載の鋼材。

【請求項6】

前記窒素濃化層の硬さは、４２０Ｈｖ以上であり、前記窒素拡散層の硬さは、２５０Ｈｖ以上４２０Ｈｖ未満である請求項５に記載の鋼材。

【請求項7】

板状である請求項１から６のいずれか一項に記載の鋼材。

【請求項8】

磁性を有する請求項７に記載の鋼材。

【請求項9】

請求項８に記載の鋼材が複数積層されてなる電磁鉄心。

【請求項10】

請求項９に記載の電磁鉄心を有する電磁接触器。

【請求項11】

前記電磁鉄心は、固定鉄心と、前記固定鉄心と対向して可動自在に配設された可動鉄心とを含み、
前記固定鉄心及び前記可動鉄心は、前記固定鉄心と前記可動鉄心とが接触したときに接触する接触面を有し、
前記鋼材の前記表面は、前記接触面を構成する請求項１０に記載の電磁接触器。

【請求項12】

前記固定鉄心及び前記可動鉄心は、平面視形状がＥ字状となるように設けられた、３つの凸部を有し、
前記３つの凸部は、両側部に位置するサイド凸部と、中央に位置する中央凸部とを含み、
前記サイド凸部は、前記接触面を含み、
前記固定鉄心と前記可動鉄心とが接触したとき、前記中央凸部同士は、接触しない請求項１１に記載の電磁接触器。

【請求項13】

ＮＨ_３ガス雰囲気下において、鋼材の母材の表面に、特定の照射範囲でレーザー光を照射することにより、前記母材の表面温度が１０００℃～１４００℃となる状態で３秒～９秒間、前記母材を加熱し、前記鋼材の表面から深さ１５μｍまでにおいて、前記鋼材の表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む組織を形成する鋼材の製造方法。

【請求項14】

前記母材は、電磁鋼板であり、
前記電磁鋼板の表面に、前記レーザー光を照射する前に、前記電磁鋼板の前記表面における絶縁被膜を取り除き、素地を露出させる請求項１３に記載の鋼材の製造方法。

【請求項15】

電磁鋼板を複数積層した積層体からなる電磁鉄心の製造方法であって、
前記積層体の表面における絶縁被膜を取り除き、素地を露出させた後、ＮＨ_３ガス雰囲気下において、前記積層体の前記素地に、特定の照射範囲でレーザー光を照射することにより、前記積層体の表面温度が１０００℃～１４００℃となる状態で３秒～９秒間、前記積層体を加熱し、前記電磁鉄心の表面から深さ１５μｍまでにおいて、前記電磁鉄心の表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む組織を形成する電磁鉄心の製造方法。

【請求項16】

前記積層体は、平面視形状がＥ字状となるように設けられた、３つの凸部を有し、
前記３つの凸部は、両側部に位置するサイド凸部と、中央に位置する中央凸部とを含み、
前記サイド凸部の表面に、前記レーザー光を照射し、前記中央凸部の表面には、前記レーザー光を照射しない請求項１５に記載の電磁鉄心の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼材、電磁鉄心、電磁接触器、鋼材の製造方法及び電磁鉄心の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種の機械部品や金型類等において、鋼材が広く用いられており、耐摩耗性を向上させる目的で、その表面に窒素を侵入させることにより、表面硬度を向上させる方法が適用されている。具体的には、ガス窒化処理、塩浴窒化処理、イオン窒化処理、プラズマ窒化処理等が挙げられる。

【0003】

特に、電磁接触器の電磁鉄心に用いられる鋼材は、高い耐摩耗性が求められている。電磁接触器の電磁鉄心は、互いに対向して一対設けられており、開閉動作によって電磁鉄心同士が衝突することから、衝突により接触する接触面が摩耗する。そして、電磁鉄心の接触面の摩耗が進むと、電磁接触器は、電気接点の接触状態が変化し、開閉不良となる。

【0004】

例えば、特許文献１には、電磁鉄心の接触面の耐摩耗性を向上させるため、塩浴窒化処理法により、接触面の硬化処理を行うことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－２２６１１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の電磁鉄心では、窒化層の構造や組織については検討されておらず、電磁鉄心等の高い耐摩耗性が求められる鋼材としては、硬度が不足している可能性がある。

【0007】

上記の点に鑑みて、本発明の一態様は、高い硬度を有する鋼材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、表面に窒化層が設けられた鋼材であって、前記窒化層は、前記表面から順に設けられた、窒素濃化層と、窒素拡散層とを含み、前記窒素濃化層における窒素濃度は、３ａｔ％以上３０ａｔ％以下であり、前記窒素拡散層における窒素濃度は、０．２ａｔ％以上３ａｔ％未満であり、前記表面から深さ１５μｍまでにおける組織は、前記表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、高い硬度を有する鋼材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態による鋼材の断面の模式図である。

【図2】一実施形態による電磁鉄心の斜視図である。

【図3】一実施形態による電磁接触器の断面図である。

【図4】一実施形態による電磁鉄心の製造方法を説明するための模式図である。

【図5】実施例の電磁鉄心の表面からの深さと、窒素濃度及び硬さとの関係を示すグラフである。

【図6】実施例の電磁鉄心の断面を示すＳＥＭ観察像である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本明細書において数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。

【0012】

＜鋼材＞
図１は、一実施形態による鋼材１の断面の模式図である。図１に示すように、鋼材１の表面には、窒化層３が設けられている。換言すると、鋼材１の表面は、窒化処理面である。窒化層３は、表面から順に設けられた、窒素濃化層３１と、窒素拡散層３２とを含む。

【0013】

鋼材１の母材２は、特に限定されないが、例えば、炭素濃度が０質量％～０．７質量％の鋼材を用いることができる。母材２は、板状であってよく、電磁鋼板であってよい。

【0014】

鋼材１の表面から深さ１５μｍまでにおける組織は、表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む。これにより、鋼材１は、高い硬度を有し、優れた耐摩耗性を発揮することができる。特に、鋼材１が電磁接触器の電磁鉄心に用いられ、鋼材１同士が繰り返し衝突する場合においても、優れた耐摩耗性を発揮することができる。なお、深さとは、鋼材１の表面と垂直な方向の距離を意味する。

【0015】

ここで、マルテンサイトの面積率は、次のように算出することができる。鋼材１の表面に垂直な断面の表面から深さ１５μｍまでにおいて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で７００倍の倍率にて１５μｍ×２００μｍの方形領域を観察し、撮影した組織写真を画像解析することにより、マルテンサイトの面積率を算出する。マルテンサイトは、ＳＥＭ画像において、他の部分より薄い灰色を呈する部分である。

【0016】

窒素濃化層３１は、鋼材１の最表面に形成され、窒化処理により、母材２に窒素が拡散浸透して窒素が濃化された層である。窒素濃化層３１は、Ｆｅ_２～３Ｎ又はＦｅ_４Ｎを含んでいてよい。窒素濃化層３１における窒素濃度は、３ａｔ％以上３０ａｔ％以下である。鋼材１は、窒素濃度が３ａｔ％以上３０ａｔ％以下である窒素濃化層３１を有することにより、高い硬度を有し、優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0017】

窒素濃化層３１は、１μｍ以上の厚さを有することが好ましい。これにより、鋼材１は、より高い硬度を有することができる。窒素濃化層３１は、最大１５μｍの厚さを有することが好ましい。これにより、鋼材１は、硬度が高くなりすぎて、脆性破壊することを抑制することができる。

【0018】

窒素濃化層３１における組織は、表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含んでいることが好ましい。これにより、鋼材１は、より高い硬度を有し、より優れた耐摩耗性を発揮することができる。特に、鋼材１が電磁接触器の電磁鉄心に用いられ、鋼材１同士が繰り返し衝突する場合においても、より優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0019】

窒素濃化層３１の硬さは、４２０Ｈｖ以上であることが好ましい。これにより、鋼材１は、さらに優れた耐摩耗性を発揮することができる。また、窒素濃化層３１の硬さは、４２０Ｈｖ以上１０００Ｈｖ以下であることがより好ましい。これにより、鋼材１は、硬度が高くなりすぎて、脆性破壊することを抑制しつつ、さらに優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0020】

なお、本明細書において、硬さとは、マイクロビッカース硬さを意味し、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠して、マイクロビッカース試験機を用いて測定することができる。また、窒素濃化層３１の硬さとは、表面からの深さが、窒素濃化層３１の厚さの２／３となる位置の硬さを示す。

【0021】

窒素拡散層３２は、窒素濃化層３１の母材２側に形成され、窒化処理により、母材２に窒素が拡散浸透して窒素が拡散された層であり、且つ窒素濃化層３１よりも窒素濃度が低い層である。窒素拡散層３２は、γ－ＦｅＮ_{０．０９５}を含んでいてよい。窒素拡散層３２における窒素濃度は、０．２ａｔ％以上３ａｔ％未満である。鋼材１は、窒素濃度が０．２ａｔ％以上３ａｔ％未満である窒素拡散層３２を有することにより、高い硬度を有し、優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0022】

窒素拡散層３２は、１μｍ以上の厚さを有することが好ましい。これにより、鋼材１は、より高い硬度を有することができる。窒素拡散層３２は、最大４５μｍの厚さを有することが好ましい。これにより、鋼材１は、硬度が高くなりすぎて、脆性破壊することを抑制することができる。

【0023】

窒素拡散層３２の硬さは、２５０Ｈｖ以上４２０Ｈｖ未満であることが好ましい。即ち、窒素拡散層３２の硬さは、窒素濃化層３１の硬さよりも軟らかい。窒素拡散層３２の硬さが２５０Ｈｖ以上４２０Ｈｖ未満であることにより、鋼材１は、より一層優れた耐摩耗性を発揮することができると共に、硬度が高くなりすぎて、脆性破壊することをより抑制することができる。ここで、窒素拡散層３２の硬さとは、窒素拡散層３２の窒素濃化層３１側の面からの深さが、窒素拡散層３２の厚さの２／３となる位置の硬さを示す。

【0024】

窒素濃化層３１の硬さは、４２０Ｈｖ以上であり、窒素拡散層３２の硬さは、２５０Ｈｖ以上４２０Ｈｖ未満であることが好ましい。これにより、鋼材１は、より一層優れた耐摩耗性を発揮することができると共に、硬度が高くなりすぎて、脆性破壊することを抑制することができる。

【0025】

鋼材１は、板状であってよい。これにより、鋼材１が所望の枚数積層された、所望の厚みの鋼製品を得ることができる。鋼材１が板状である場合、鋼材１の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．５ｍｍ～２０ｍｍとすることができる。

【0026】

鋼材１が板状である場合、鋼材１の端面に、窒化層３が設けられていてよい。換言すると、鋼材１の端面は、窒化処理面である。窒化層３は、端面から順に設けられた、窒素濃化層３１と、窒素拡散層３２とを含んでいてよい。

【0027】

鋼材１は、磁性を有していてよい。鋼材１は、磁性を有することにより、鋼材１からなる電磁鉄心又は電磁鋼板を提供することができる。

【0028】

＜電磁鉄心＞
図２は、一実施形態による電磁鉄心１０の斜視図である。本実施形態の電磁鉄心１０は、図２に示すように、板状であり、且つ磁性を有する鋼材１が、板厚の方向に複数積層されてなる。複数の鋼材１は、ピン５により固定されている。鋼材１は、平面視形状がＥ字状となるように設けられた、３つの凸部を有していてよい。電磁鉄心１０は、固定鉄心として使用されてもよいし、固定鉄心と対向して可動自在に配設された可動鉄心として使用されてもよい。

【0029】

電磁鉄心１０は、平面視形状がＥ字状となるように設けられた、３つの凸部４ａ、４ｂ、４ｃを有していてよい。両側部に位置するサイド凸部４ａ、４ｂの高さは、同一であり、中央に位置する中央凸部４ｃの高さよりも高い。ここで、高さとは、電磁鉄心１０の底面６からの高さを意味する。これにより、電磁鉄心１０が、固定鉄心及び可動鉄心である場合、互いの３つの凸部４ａ、４ｂ、４ｃを対向して接触させたとき、サイド凸部４ａ、４ｂ同士は接触するが、中央凸部４ｃ同士は接触しないため、互いの中央凸部４ｃの間に間隙を形成する。換言すると、電磁鉄心１０が、固定鉄心及び可動鉄心である場合、サイド凸部４ａ、４ｂは、固定鉄心と可動鉄心とが接触したときに接触する接触面７ａ、７ｂを含み、中央凸部４ｃは、固定鉄心と可動鉄心とが接触したときに接触しない非接触面７ｃを含む。

【0030】

サイド凸部４ａ、４ｂの高さと中央凸部４ｃの高さの差は、特に限定されないが、例えば、０ｍｍ超え０．１ｍｍ以下とすることができる。

【0031】

鋼材１の表面は、電磁鉄心１０の接触面７ａ、７ｂを構成する。即ち、電磁鉄心１０の接触面７ａ、７ｂには、窒化層３が設けられている。窒化層３は、接触面７ａ、７ｂから順に設けられた、窒素濃化層３１と、窒素拡散層３２とを含む。また、接触面７ａ、７ｂから深さ１５μｍまでにおける組織は、接触面７ａ、７ｂに垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む。よって、電磁鉄心１０の接触面７ａ、７ｂは、高い硬度を有し、電磁鉄心１０同士が繰り返し衝突する場合においても、優れた耐摩耗性を発揮することができる。なお、電磁鉄心１０の非接触面７ｃには、窒化層３は設けられなくてよい。

【0032】

＜電磁接触器＞
図３は、一実施形態による電磁接触器１００の断面図である。本実施形態の電磁接触器１００は、本実施形態の電磁鉄心１０を有する。

【0033】

電磁接触器１００は、さらに、上部ケース２１ａと下部ケース２１ｂとからなる２分割構造を有する本体ケース２１と、上部ケース２１ａに固定配置された固定接触子２２と、固定接触子２２に接離自在に配設された可動接触子２３とを有していてよい。

【0034】

下部ケース２１ｂには、可動接触子２３を駆動する電磁鉄心１０が配設されている。電磁鉄心１０は、固定鉄心１０Ａと、固定鉄心１０Ａと対向して可動自在に配設された可動鉄心１０Ｂとを含んでいてよい。固定鉄心１０Ａ及び可動鉄心１０Ｂの構成は、上述の電磁鉄心１０と同様である。

【0035】

固定鉄心１０Ａの後述する中央凸部１５ｃには、コイルホルダ２７に巻装された単相交流が供給される電磁コイル２８が固定されている。また、コイルホルダ２７の上面と可動鉄心１０Ｂの後述する中央凸部１４ｃの付け根との間に、可動鉄心１０Ｂを固定鉄心１０Ａから離れる方向に付勢する復帰スプリング２９が配設されている。

【0036】

可動鉄心１０Ｂの上端には、接触子ホルダ４１が連結されている。この接触子ホルダ４１は、その上端側に配置された可動接触子２３と接続され、上部ケース２１ａ内に設けられた挿通孔に固定されている。可動接触子２３は、接触スプリング４３によって、固定接触子２２に対して所定の接触圧を得るように下方に押圧されて保持されている。

【0037】

固定鉄心１０Ａは、固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂとが接触したときに接触する接触面１８ａ、１８ｂを有する。固定鉄心１０Ａを構成する鋼材１の表面は、接触面１８ａ、１８ｂを構成する。可動鉄心１０Ｂは、固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂとが接触したときに接触する接触面１７ａ、１７ｂを有する。可動鉄心１０Ｂを構成する鋼材１の表面は、接触面１７ａ、１７ｂを構成する。即ち、固定鉄心１０Ａの接触面１８ａ、１８ｂ及び可動鉄心１０Ｂの接触面１７ａ、１７ｂには、それぞれ窒化層３が設けられている。窒化層３は、それぞれの接触面１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂから順に設けられた、窒素濃化層３１と、窒素拡散層３２とを含む。また、接触面１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂから深さ１５μｍまでにおける組織は、接触面１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂに垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む。よって、固定鉄心１０Ａの接触面１８ａ、１８ｂ及び可動鉄心１０Ｂの接触面１７ａ、１７ｂは、高い硬度を有し、固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂが繰り返し衝突する場合においても、優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0038】

固定鉄心１０Ａは、平面視形状がＥ字状となるように設けられた、３つの凸部１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有していてよい。３つの凸部は、両側部に位置するサイド凸部１５ａ、１５ｂと、中央に位置する中央凸部１５ｃとを含む。サイド凸部１５ａ、１５ｂは、接触面１８ａ、１８ｂを含んでいてよい。即ち、サイド凸部１５ａ、１５ｂの接触面１８ａ、１８ｂには、それぞれ窒化層３が設けられている。この場合、中央凸部１５ｃには、窒化層３が設けられていない。

【0039】

固定鉄心１０Ａは、サイド凸部１５ａ、１５ｂの接触面１８ａ、１８ｂより下方に、シェーディングコイル３０を有していてもよい。シェーディングコイル３０は、単相交流電磁石において交番磁束の変化による電磁吸引力の変動、騒音及び振動を抑制する。

【0040】

可動鉄心１０Ｂも、固定鉄心１０Ａと同様に、平面視形状がＥ字状となるように設けられた、３つの凸部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを有していてよい。３つの凸部は、両側部に位置するサイド凸部１４ａ、１４ｂと、中央に位置する中央凸部１４ｃとを含む。サイド凸部１４ａ、１４ｂは、接触面１７ａ、１７ｂを含んでいてよい。即ち、サイド凸部１４ａ、１４ｂの接触面１７ａ、１７ｂには、それぞれ窒化層３が設けられている。この場合、中央凸部１４ｃには、窒化層３が設けられていない。

【0041】

固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂとが接触したとき、固定鉄心１０Ａのサイド凸部１５ａ、１５ｂと、可動鉄心１０Ｂのサイド凸部１４ａ、１４ｂとは、接触するが、中央凸部１４ｃ、１５ｃ同士（固定鉄心１０Ａの中央凸部１４ｃと可動鉄心１０Ｂの中央凸部１５ｃ）は、接触しない。換言すると、固定鉄心１０Ａの中央凸部１５ｃは、固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂとが接触したときに接触しない非接触面１８ｃを含み、可動鉄心１０Ｂの中央凸部１４ｃは、固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂとが接触したときに接触しない非接触面１７ｃを含む。即ち、固定鉄心１０Ａの非接触面及び可動鉄心１０Ｂの非接触面には、窒化層３が設けられていない。

【0042】

固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂとが接触したとき、固定鉄心１０Ａ及び可動鉄心１０Ｂの中央凸部１４ｃ、１５ｃ同士が接触しないことにより、中央凸部１４ｃ、１５ｃの間に間隙を形成する。間隙は、固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂの間に働く磁力を適切な大きさに調整する役割を担っている。通常の電磁接触器では、固定鉄心及び可動鉄心の接触面の摩耗に伴い間隙が減少すると、固定鉄心と可動鉄心の間に働く磁力が適正値より大きくなり、開閉不良を生じる場合がある。本実施形態の電磁接触器１００は、固定鉄心１０Ａのサイド凸部１５ａ、１５ｂの接触面１８ａ、１８ｂ、及び可動鉄心１０Ｂのサイド凸部１４ａ、１４ｂの接触面１７ａ、１７ｂに窒化層３が設けられているため、それぞれの接触面１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂが高い硬度を有し、優れた耐摩耗性を発揮することができる。よって、電磁接触器１００は、固定鉄心１０Ａ及び可動鉄心１０Ｂの中央凸部１４ｃ、１５ｃの間の間隙を維持することができ、寿命を向上させることができる。

【0043】

また、固定鉄心１０Ａ及び可動鉄心１０Ｂのうち、接触面１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂのみに窒化層３が設けられ、耐摩耗性が必要でない非接触面１７ｃ、１８ｃには窒化層３が設けられていないため、固定鉄心１０Ａ及び可動鉄心１０Ｂ（電磁鉄心１０）、並びに電磁接触器１００の製造コストを低減させることができる。

【0044】

可動接触子２３は、細長い扁平板状の導電部２３ａと、導電部２３ａの左右両端側の下面にそれぞれ形成された可動接点部２３ｂ、２３ｃとを有する。また、導電部２３ａの左右方向の中央部上面に、磁性材料で構成されたアーマチュア４２が、接着等の固着手段によって固定されている。アーマチュア４２の上面と挿通孔の下面との間に接触スプリング４３が配置され、接触スプリング４３によって可動接触子２３が下方に押圧されている。

【0045】

固定接触子２２は、可動接触子２３の可動接点部２３ｂ、２３ｃと対向する、一対の固定接点部２２ａ、２２ｂと、可動接触子２３の導電部２３ａと平行に配置された細長い扁平板状の一対の導電部２２ｃ、２２ｄとを有する。導電部２２ｃ及び２２ｄの外側端部には、外部接続端子４４ａ及び４４ｂが連結されている。そして、上部ケース２１ａ内の導電部２２ｃ及び２２ｄ間の固定部４５には、アーマチュア４２と対向する、磁性材料で構成されたヨーク４６が固定されている。

【0046】

次に、電磁接触器の動作について説明する。電磁コイル２８が非通電状態である状態では、固定鉄心１０Ａ及び可動鉄心１０Ｂ間に電磁吸引力が生じることはなく、図３に示すように、復帰スプリング２９によって、可動鉄心１０Ｂが固定鉄心１０Ａから上方に離れる方向に付勢される。この状態では、可動接触子２３の可動接点部２３ｂ、２３ｃが固定接触子２２の固定接点部２２ａ、２２ｂから上方に離間しており、接点が開成状態となっている。

【0047】

この接点の開成状態から、電磁コイル２８に単相交流を供給すると、固定鉄心１０Ａと可動鉄心１０Ｂとの間で吸引力が発生し、可動鉄心１０Ｂが復帰スプリング２９に抗して下方に吸引される。これにより、接触子ホルダ４１に支持されている可動接触子２３が下降して、可動接点部２３ｂ、２３ｃが固定接触子２２の固定接点部２２ａ、２２ｂに接触スプリング４３の接触圧で接触し、接点が閉成状態となる。

【0048】

接点が閉成状態となると、例えば、直流電源（図示せず）に接続された固定接触子２２の外部接続端子４４ａから入力される電流が導電部２２ｃ及び固定接点部２２ａを通じて可動接触子２３の可動接点部２３ｂに供給される。可動接点部２３ｂに供給された電流は、導電部２３ａ、可動接点部２３ｃを通じて固定接触子２２の導電部２２ｄにおける固定接点部２２ｂに供給される。固定接点部２２ｂに供給された電流は、導電部２２ｄを通じて外部接続端子４４ｂを通じて外部の負荷に供給され、通電路が形成される。

【0049】

なお、電磁接触器１００において、固定鉄心１０Ａ及び可動鉄心１０Ｂ以外の部材は、上述の構成に限らず、他の構成であってもよい。

【0050】

＜鋼材の製造方法＞
本実施形態の鋼材１の製造方法について説明する。本実施形態の鋼材１の製造方法では、ＮＨ_３ガス雰囲気下において、鋼材１の母材２の表面に、特定の照射範囲でレーザー光を照射することにより、母材２の表面温度が１０００℃～１４００℃となる状態で３秒～９秒間、母材２を加熱し、鋼材１の表面から深さ１５μｍまでにおいて、鋼材１の表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む組織を形成する。この製造方法により、鋼材１は、高い硬度を有し、優れた耐摩耗性を発揮することができる。特に、鋼材１が電磁接触器の電磁鉄心に用いられ、鋼材１同士が繰り返し衝突する場合においても、優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0051】

また、特定の照射範囲でレーザー光を照射することにより、母材２の表面のうち、窒化処理を行う特定の範囲、即ち、耐摩耗性が必要な特定の範囲のみに、上述のマルテンサイトを含む組織を形成することができるため、鋼材１の製造コストを低減させることができる。

【0052】

さらに、本実施形態の鋼材１の製造方法では、所定の条件でレーザー光を照射することで、窒化処理を行い、上述のマルテンサイトを含む組織を形成することができるため、簡便に製造することができる。

【0053】

鋼材１が板状である場合、板状の母材２の端面に、特定の照射範囲でレーザー光を照射することにより、母材２の表面温度が１０００℃～１４００℃となる状態で３秒～９秒間、母材２を加熱してもよい。

【0054】

本実施形態の鋼材１の製造方法では、母材２が、電磁鋼板であってよく、この場合、電磁鋼板の表面に、レーザー光を照射する前に、電磁鋼板の表面における絶縁被膜を取り除き、素地を露出させることが好ましい。これにより、窒化の阻害要因となる絶縁被膜を取り除いた状態で、電磁鋼板の素地にレーザー光を照射し、窒化処理を行うことができるため、母材２が電磁鋼板である場合においても、鋼材１は、高い硬度を有し、優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0055】

＜電磁鉄心の製造方法＞
電磁鋼板を複数積層した積層体からなる本実施形態の電磁鉄心１０の製造方法について説明する。図４は、一実施形態による電磁鉄心１０の製造方法を説明するための模式図である。母材２としての、電磁鋼板の積層体２０を、例えば、真空チャンバ５１内のステージ５４に設置し、真空引きした後、ＮＨ_３ガスで置換する。真空チャンバ５１の上面には、レーザー透過用のサファイアガラス５２と、サファイアガラス５２を固定するフランジ５３が設けられていてよい。真空チャンバ５１の上方には、半導体レーザー５５が固定されている。

【0056】

本実施形態の電磁鉄心１０の製造方法では、積層体２０の表面における絶縁被膜を取り除き、素地を露出させた後、ＮＨ_３ガス雰囲気下において、積層体２０の素地に、特定の照射範囲でレーザー光を照射することにより、積層体２０の表面温度が１０００℃～１４００℃となる状態で３秒～９秒間、積層体２０を加熱し、電磁鉄心１０の表面から深さ１５μｍまでにおいて、電磁鉄心１０の表面に垂直な断面の１５μｍ×２００μｍの方形領域に対する面積率が９０％以上のマルテンサイトを含む組織を形成する。この製造方法により、電磁鉄心１０は、高い硬度を有し、優れた耐摩耗性を発揮することができる。特に、電磁鉄心１０が電磁接触器に用いられ、電磁鉄心１０同士が繰り返し衝突する場合においても、優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0057】

また、特定の照射範囲でレーザー光を照射することにより、積層体２０の表面のうち、窒化処理を行う特定の範囲、即ち、耐摩耗性が必要な特定の範囲のみに、上述のマルテンサイトを含む組織を形成することができるため、電磁鉄心１０の製造コストを低減させることができる。

【0058】

本実施形態の電磁鉄心１０の製造方法では、図４に示すように、積層体２０が、平面視形状がＥ字状となるように設けられた、３つの凸部２ａ、２ｂ、２ｃを有し、３つの凸部２ａ、２ｂ、２ｃは、両側部に位置するサイド凸部２ａ、２ｂと、中央に位置する中央凸部２ｃとを含む場合、サイド凸部２ａ、２ｂの表面Ｓ１、Ｓ２に、レーザー光を照射し、中央凸部２ｃの表面Ｓ３には、レーザー光を照射しないことが好ましい。この製造方法により、積層体２０の表面のうち、電磁鉄心１０の接触面７ａ、７ｂ（図２参照）となる、サイド凸部２ａ、２ｂの表面Ｓ１、Ｓ２のみに、レーザー光を照射し窒化処理を行い、上述のマルテンサイトを含む組織を形成することができる。よって、電磁鉄心１０の接触面７ａ、７ｂは、高い硬度を有し、電磁鉄心１０が電磁接触器に用いられ、電磁鉄心１０同士が繰り返し衝突する場合においても、優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0059】

レーザーの照射範囲は、サイド凸部２ａの表面Ｓ１、及びサイド凸部２ｂの表面Ｓ２の面積と同じであることが好ましい。これにより、サイド凸部２ａ、２ｂの表面Ｓ１、Ｓ２のみに、レーザー光を照射し窒化処理を行い、上述のマルテンサイトを含む組織を形成することができるため、電磁鉄心１０の接触面７ａ、７ｂは、全面に亘って高い硬度を有し、電磁鉄心１０が電磁接触器に用いられ、電磁鉄心１０同士が繰り返し衝突する場合においても、より優れた耐摩耗性を発揮することができる。

【0060】

また、照射されたレーザー光の全てを、電磁鉄心１０の接触面７ａ、７ｂとなる、サイド凸部２ａ、２ｂの表面Ｓ１、Ｓ２の窒化処理に使用することができるため、接触面７ａ、７ｂと非接触面７ｃを有する電磁鉄心１０を低コストで製造することができる。

【実施例0061】

次に、本発明の実施例について説明する。本発明は、以下で説明する実施例に限定されるものではない。

【0062】

まず、複数積層された電磁鋼板の積層体（窒化処理前の電磁鉄心）の表面の絶縁被膜を取り除き素地を露出させた。そして、電磁鋼板の積層体を真空チャンバ内のステージに設置し、真空ポンプで真空引きした後、窒化ガス（ＮＨ_３ガス）を１．２Ｌ／ｍｉｎの流量で真空チャンバ内に流し、真空チャンバ内の雰囲気を窒化ガスに置換させた。その後、半導体レーザー（波長：９４０ｎｍ～９８７ｎｍ）を用いて、照射範囲を電磁鉄心の接触面の面積と同じ８ｍｍ×１５ｍｍとし、出力２５００Ｗで積層体の素地表面にレーザー光を照射することにより、積層体の表面温度が１３００℃程度となる状態で６秒間、積層体を加熱し、窒化処理した電磁鉄心を得た。

【0063】

得られた電磁鉄心の表面からの深さ（表面と垂直な方向）に対する窒素濃度を、グロー放電発光分析法（ＧＤ－ＯＥＳ）により測定した。図５に、実施例の電磁鉄心の表面からの深さと、窒素濃度との関係を示すグラフを示す。図５に示すように、窒素濃度が３ａｔ％以上３０ａｔ％以下である領域を窒素濃化層とし、窒素濃度が、０．２ａｔ％以上３ａｔ％未満である領域を窒素拡散層としたとき、１５μｍの厚さを有する窒素濃化層が形成され、窒素濃化層の下に４５μｍの厚さを有する窒素拡散層が形成されていることを確認した。

【0064】

また、得られた電磁鉄心の窒素濃化層及び窒素拡散層を、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により分析したところ、窒素濃化層において、Ｆｅ_２～３Ｎ、及びＦｅ_４Ｎの形成が確認され、窒素拡散層において、γ－ＦｅＮ_{０．０９５}の形成が確認された。

【0065】

得られた電磁鉄心の表面に垂直な断面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。図６に、実施例の電磁鉄心の断面を示すＳＥＭ観察像を示す。図６に示すように、深さ１５μｍまでにおいて、マルテンサイトの組織が確認できた。７００倍の倍率にて１５μｍ×２００μｍの方形領域を観察し、撮影した組織写真を画像解析することにより、マルテンサイトの面積率を算出したところ、９０％であった。

【0066】

得られた電磁鉄心の表面からの深さに対するマイクロビッカース硬さを、マイクロビッカース試験機を用いて、荷重２０ｇ、負荷時間８秒の条件で測定した。図５に、実施例の電磁鉄心の表面からの深さと、硬さとの関係を示すグラフを示す。図５に示す硬さは、実測値である。窒素濃化層について、表面からの深さが、窒素濃化層の厚さの２／３（１０μｍ）となる位置の硬さを測定した結果、４２０Ｈｖであった。また、窒素拡散層について、窒素拡散層の窒素濃化層側の面からの深さが、窒素拡散層の厚さの２／３（３０μｍ）となる位置の硬さを測定した結果、２８０Ｈｖであった。

【0067】

本実施形態の鋼材１は、電磁鉄心及び電磁接触器の他、摺動部を有する機構部品等に適用することができる。

【0068】

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0069】

１ 鋼材
２ 母材
３ 窒化層
３１ 窒素濃化層
３２ 窒素拡散層
２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ サイド凸部
２ｃ、４ｃ、１４ｃ、１５ｃ 中央凸部
５ ピン
６ 底面
７ａ、７ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ 接触面
７ｃ、１７ｃ、１８ｃ 非接触面
１０ 電磁鉄心
１０Ａ 固定鉄心
１０Ｂ 可動鉄心
２０ 積層体
５１ 真空チャンバ
５２ サファイアガラス
５３ フランジ
５４ ステージ
５５ 半導体レーザー
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 表面
１００ 電磁接触器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】