特許 7665105 電磁鋼板およびその製造方法、並びに積層体および回転機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-10

(45)【発行日】2025-04-18

(54)【発明の名称】電磁鋼板およびその製造方法、並びに積層体および回転機

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20250411BHJP

   C22C 38/06 20060101ALI20250411BHJP

   C21D 9/46 20060101ALI20250411BHJP

   H01F 1/147 20060101ALI20250411BHJP

   C21D 8/12 20060101ALI20250411BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 303U

C22C38/06

C21D9/46 501B

H01F1/147 125

C21D8/12 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024543228

(86)(22)【出願日】2024-03-08

(86)【国際出願番号】 JP2024009116

【審査請求日】2024-07-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 亮人

(72)【発明者】

【氏名】浦田 空

(72)【発明者】

【氏名】小谷 直人

【審査官】鈴木 葉子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０９０７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－０３７００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２９４１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１６６８９４９０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３２９３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｄ ８／１２， ９／４６

Ｃ２２Ｃ ３８／００

Ｈ０１Ｆ １／１４７

Ｂ３２Ｂ １５／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、１．０％以上６．５％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、主成分がＦｅである、複数の結晶粒の結晶方位がランダムな板状の基材と、
前記基材の少なくとも一方の表面に形成される前記基材のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度を有し、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる結晶質の膜と、
を備え、
前記膜には、前記基材の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒が、前記膜が無配向となるように存在し、
前記膜を構成する前記結晶粒の平均の結晶粒径は、前記基材を構成する前記結晶粒の平均の結晶粒径の１／１０以下であることを特徴とする電磁鋼板。

【請求項2】

前記基材に含まれる前記結晶粒の平均粒径は、１５０μｍ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3】

前記膜には、２つ以上の異なる結晶方位で成長した結晶粒が存在し、
ある結晶方位で成長した結晶粒が別の結晶方位で成長した結晶粒に覆われていることを特徴とする請求項１に記載の電磁鋼板。

【請求項4】

前記膜の厚みは１０μｍ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5】

請求項１から４のいずれか１つに記載の電磁鋼板の製造方法であって、
質量％で、１．０％以上６．５％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、主成分がＦｅである前記基材の表面を洗浄する洗浄工程と、
めっき法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、放電表面処理方法、クラッドおよび溶接のうちの１つの方法を用いて前記基材の少なくとも一方の表面に前記基材のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度を有し、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる結晶質の前記膜を形成する膜形成工程と、
を含むことを特徴とする電磁鋼板の製造方法。

【請求項6】

前記膜形成工程では、Ｆｅイオンを含むめっき浴を用いて前記基材の表面の少なくとも一部にめっき処理を行って前記膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の電磁鋼板の製造方法。

【請求項7】

前記膜が形成された前記基材の前記膜の表面に防錆剤を用いた防錆膜または前記膜の絶縁性を担保する絶縁膜を形成する被膜形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の電磁鋼板の製造方法。

【請求項8】

請求項１から４のいずれか１つに記載の電磁鋼板を複数枚積層させることを特徴とする積層体。

【請求項9】

回転子と、
前記回転子が配置される部分に開口部を有し、前記回転子に向かって突出したティースが設けられる請求項８に記載の積層体、および前記ティースに備え付けられる巻線を有し、前記回転子に対向配置される固定子と、
を備えることを特徴とする回転機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、主としてモータ、発電機などの鉄心として用いられる電磁鋼板およびその製造方法、並びに積層体および回転機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、世界的な電力およびエネルギ節減、さらにはフロンガス規制等の地球環境保全の動きの中で、電気機器に対する省エネルギ化、高効率化への要求が高まっている。これに伴い、回転機の鉄心、すなわちモータコアに用いられる電磁鋼板に対し、従来よりも優れた磁気特性が要求されるようになってきている。特に、ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle：ＨＥＶ）および電気自動車（Battery Electric Vehicle：ＢＥＶ）の駆動モータにおいては、小型かつ高出力であることが必要であり、モータコアの素材となる電磁鋼板には、より優れた磁気特性の向上、すなわち高磁束密度化および低鉄損化が求められるようになってきている。

【0003】

電磁鋼板の低鉄損化は、主としてＳｉ（ケイ素），Ａｌ（アルミニウム）の添加によって電気抵抗率、すなわち固有抵抗を増加させ、使用時に鉄心を形成する各々の電磁鋼板に流れる渦電流損によるジュール熱損失を低減させる方法、あるいは電磁鋼板の板厚を薄型化する方法によって行われてきた。さらに、近年では、固有抵抗の増加または薄型化以外の鉄損低減手法として、無方向性電磁鋼板に張力を加えることでヒステリシス損を改善する手法が知られている。また、磁束密度向上には結晶粒の配向制御またはナノ結晶化が有効な手段であると言われている。さらには、モータコア材として打ち抜く際の打ち抜き加工歪による磁気特性の劣化を抑制すること、またモータコアとして組み付ける際に圧縮応力がモータコア材に付加された場合においても磁気特性の劣化が小さい材料にすることが有効であると言われている。しかしながら、電磁鋼板の低鉄損化および高磁束密度化を両立させる手法は確立されておらず、新たな材料技術革新が望まれている。

【0004】

一例では、特許文献１には、質量％で、０．００５％以下のＣ（炭素）、１．０％以上７．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ（マンガン）、０．００１％以上４．０％以下のＳｏｌ．Ａｌ、０．００１％以上０．２％以下のＰ（リン）、０．００５％以下のＳ（硫黄）、および０．００５％以下のＮ（窒素）を含有し、残部がＦｅ（鉄）および不可避的不純物からなる成分組成を有し、格子定数が、板厚中心の格子定数よりも０．００２Å以上大きい領域であるＡ層を両表面に有し、Ａ層の表面から板厚方向への深さが２０μｍ以下である無方向性電磁鋼板が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、鋼板表面に酸化物層を形成することなく、鋼板に張力を付与した無方向性電磁鋼板を提供することができる。つまり、打ち抜き加工での生産性と優れた鉄損特性を両立する無方向性電磁鋼板が得られる。なお、Ｓｏｌ．Ａｌは酸可溶性（soluble）Ａｌを示している。

【0005】

特許文献２には、板厚方向に複数の結晶配向層を有する軟磁性Ｆｅ系金属板が開示されている。具体的には、特許文献２に記載の軟磁性Ｆｅ系金属板は、板面に対するαＦｅ相の｛２２２｝面集積度が５５％以上９９％以下であり、板面内の平均の飽和磁歪が－０．２×１０^-6以下である領域をＡ層とし、板面に対するαＦｅ相の｛２００｝面集積度が２５％以上であり、αＦｅ相の｛２２２｝面集積度が４０％以下である領域をＢ層として、板厚方向にＡ層とＢ層とが存在し、かつ板表面と、該板表面から該板表面の反対側の板表面に向かって最初に確認されるＢ層との間に、Ａ層が存在する積層構成となっている。特許文献２に記載の技術によれば、従来の軟磁性鋼板では達成できない高い磁束密度を有するとともに、打抜き加工、組み付けなどの製品製造の際にも磁気特性の劣化を抑えた軟磁性Ｆｅ系金属板を提供することができる。

【0006】

特許文献３には、無方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。特許文献３に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法では、質量％で、０．１％≦Ｓｉ≦２．０％、Ａｌ≦１．０％、かつ０．１％≦Ｓｉ＋２Ａｌ≦２．０％を満たし、０．００４％以下のＣ、０．００３％以下のＳ、０．００３％以下のＮ、および０．０９％以下のＰを含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼をスラブとする。熱間圧延において粗圧延および引き続く仕上げ熱延をスラブに施して熱延板とし、熱延板に、酸洗および１回の冷間圧延工程を施し、そして仕上げ焼鈍を施す。特許文献３に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法では、仕上げ熱延のスラブ加熱温度ＳＴ、仕上げ熱延開始温度Ｆ０Ｔ、仕上げ熱延終了温度ＦＴをそれぞれ７００℃≦ＳＴ≦１１５０℃、６５０℃≦Ｆ０Ｔ≦８５０℃、５５０℃≦ＦＴ≦８００℃のように定める。特許文献３に記載の技術によれば、磁束密度の高い無方向性電磁鋼板を低コストで製造することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０２２－３０６８４号公報

【文献】特開２０１６－１２５１０６号公報

【文献】特開２０１０－１５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載の無方向性電磁鋼板は、表層にＡｌ，Ｍｎ，Ｓｂ（アンチモン），Ｓｎ（錫），Ｗ（タングステン），Ｚｎ（亜鉛）の各元素を固溶させていることから、酸化物層を形成することなく、鋼板に張力を付与できたとしても、Ｆｅ成分以外の元素が含まれることによって、Ｆｅ成分の含有量が相対的に減少することから、磁気特性の向上は見込めないという問題があった。また、特許文献２に記載の電磁鋼板および特許文献３に記載の製造方法で製造された電磁鋼板は、結晶配向の異なる層または部位によって集合組織の異なる組織形態を有し、さらに熱処理が加えられる工程を経ることによって高い磁気特性を得ることができ、また磁気特性の劣化を抑制することができる。しかしながら、熱処理を加えることは、結晶粒の成長を促すことから、低鉄損および高磁気特性を得るために必要な微細な結晶粒を維持することが困難となり、低鉄損化および高磁束密度化を両立できない可能性があった。

【0009】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、従来に比して低鉄損化かつ高磁束密度化を実現することができる電磁鋼板を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電磁鋼板は、質量％で、１．０％以上６．５％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、主成分がＦｅである、複数の結晶粒の結晶方位がランダムな板状の基材と、基材の少なくとも一方の表面に形成される基材のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度を有し、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる結晶質の膜と、を備える。膜には、基材の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒が、膜が無配向となるように存在する。膜を構成する結晶粒の平均の結晶粒径は、基材を構成する結晶粒の平均の結晶粒径の１／１０以下である。

【発明の効果】

【0011】

本開示に係る電磁鋼板は、従来に比して低鉄損化かつ高磁束密度化を実現することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係る電磁鋼板の断面構造の一例を模式的に示す図

【図2】実施の形態２に係る電磁鋼板の断面構造の一例を模式的に示す図

【図3】実施の形態３に係る電磁鋼板の断面構造の一例を模式的に示す図

【図4】実施の形態４に係る電磁鋼板の製造方法の手順の一例を示すフローチャート

【図5】実施の形態５に係る積層体の構成の一例を示す斜視図

【図6】実施の形態６に係る回転機の構成の一例を示す断面図

【図7】実施例１から５による電磁鋼板の表面から高周波グロー放電発光分析（Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy：ＧＤ－ＯＥＳ）で得られたＦｅ濃度の結果の一例を示す図

【図8】実施例１から６による電磁鋼板の断面を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）と後方散乱電子回折（Electron BackScatter Diffraction Pattern：ＥＢＳＤ）装置とを組み合わせることによって分析して得られた結果の一例を示す図

【図9】実施例１から６による電磁鋼板の断面をＳＥＭとＥＢＳＤ装置とを組み合わせることによって分析して得られた結果の一例を示す図

【図10】実施例１から６による電磁鋼板の断面をＳＥＭとＥＢＳＤ装置とを組み合わせることによって分析して得られた結果の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本開示の実施の形態に係る電磁鋼板およびその製造方法、並びに積層体および回転機を図面に基づいて詳細に説明する。

【0014】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電磁鋼板の断面構造の一例を模式的に示す図である。なお、各元素の含有量を示す「％」は、特に断らない限り質量％を意味する。実施の形態１に係る電磁鋼板１は、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１と、基材１１の表面の少なくとも一部に形成される基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２と、を有する。言い換えれば、Ｆｅを主成分とする２種類の材料が層構造を形成しており、基材１１として定義される材料のＦｅ濃度よりも、膜１２として定義される材料のＦｅ濃度の方が高いということを意味している。これは、膜１２は、純鉄に近い材料で形成されているのに対し、基材１１は、Ｆｅ成分以外にも、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む材料を用いているためである。このように、Ｆｅ成分以外の元素をほとんど含まない基材１１よりも高Ｆｅ濃度の純鉄に近い材料、すなわち強磁性体で高い飽和磁化を有する材料からなる膜１２を表面に形成することによって、高い磁気特性を有する電磁鋼板１が作製される。

【0015】

次に、実施の形態１に係る電磁鋼板１の成分組成について説明する。板厚方向で濃度が変化する元素は、板厚方向での平均値をこの元素の含有量とする。

【0016】

実施の形態１に係る電磁鋼板１では、Ｓｉは、電磁鋼板１の固有抵抗を高め、鉄損を低減するのに有効な元素であるので、０．１％以上添加される。一方、Ｓｉが１０．０％を超えて添加されると鋼を著しく脆化する。よって、Ｓｉ含有量は０．１％以上１０．０％以下の範囲とする。Ｓｉ含有量は、好ましくは１．０％以上６．５％以下の範囲であり、より好ましくは１．５％以上４．５％以下の範囲である。

【0017】

実施の形態１に係る電磁鋼板１では、Ｍｎは、熱間圧延時の赤熱脆性を抑制するため、０．０２％以上添加される。しかし、Ｍｎ含有量が４．０％を超えて添加されると、磁束密度が低下し、脆化も顕著となる。よって、Ｍｎ含有量は０．０２％以上４．０％以下の範囲とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０２％以上２．０％以下の範囲である。

【0018】

実施の形態１に係る電磁鋼板１では、Ａｌは、電磁鋼板１の固有抵抗を高め、鉄損を低減するのに有効な元素であるので、０．００１％以上添加される。しかし、Ａｌ含有量が４．０％を超えて添加されると、Ｓｉと同様に脆化が問題になる。よって、Ａｌ含有量は、０．００１％以上４．０％以下の範囲とする。

【0019】

また、実施の形態１に係る電磁鋼板１は、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含むものであるが、これらは不純物レベルの含有量となる。Ｃは、磁気時効の原因となり、製品板の磁気特性を劣化させる有害元素であるので、Ｃ含有量は０．００５％以下、好ましくは０．００３％以下がよい。Ｐは、多く含まれると鋼の脆化が激しく、生産性を著しく低下させるので、Ｐ含有量は０．２％以下、好ましくは０．００１％以下がよい。Ｓは、ＭｎＳ（硫化マンガン）等の硫化物を生成し、鉄損を増加させる有害元素であるため、Ｓ含有量は０．００５％以下、好ましくは０．００３％以下がよい。Ｎは、窒化物を生成し、鉄損を増加させる有害元素であるため、Ｎ含有量は０．００５％以下、好ましくは０．００３％以下がよい。Ｏは、酸化物を生成し、磁気特性を悪化させる有害元素であるため、Ｏ含有量は０．００５％以下、好ましくは０．００３％以下がよい。

【0020】

さらに、実施の形態１に係る電磁鋼板１において、膜１２を構成する結晶粒２１の平均の結晶粒径は、基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下である。膜１２を構成する結晶粒２１の結晶粒径は微細であればあるほど、渦電流による損失を低減し、低鉄損化を実現する。よって、膜１２の平均の結晶粒径は、基材１１の平均の結晶粒径の１／１０以下でも効果を奏するが、好ましくは１／１００以下、さらに好ましくは１／１０００以下である。

【0021】

実施の形態１に係る電磁鋼板１の基材１１および膜１２を構成する結晶粒３１，２１の平均の結晶粒径は、ＳＥＭ法、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）法または金属顕微鏡法で得た像を用いて計測される値である。観察した範囲内で、異相界面および結晶粒界だけではなく全ての結晶境界を観察し、結晶境界に囲まれた部分の結晶領域の径を結晶粒径とする。結晶境界が見えにくい場合には、ナイタール溶液などを用いた湿式法、ドライエッチング法などを用いて結晶境界をエッチングすることが好ましい。平均の結晶粒径は、観察した範囲内の代表的な部分を選び、最低１００個の結晶粒３１，２１が含まれている領域で計測することを原則とする。結晶粒３１，２１の数はこれよりも少なくてもよいが、この場合には、統計的に十分全体を代表する部分が存在している部分を計測することが求められる。平均の結晶粒径は、観測領域を撮影して、この写真平面、すなわち対象の撮影面への拡大射影面上に適当な直角四角形領域を定め、この内部にJeffries法を適用して求められる。Jeffries法は、面積計量法とも称される。なお、ＳＥＭまたは金属顕微鏡で観察した場合には、分解能に対して結晶境界幅が小さすぎて観測されないこともあるが、この場合の平均の結晶粒径の計測値は実際の結晶粒径の上限値を与える。具体的には、上限５０μｍの平均の結晶粒径の測定値であれば問題ない。ただし、一例ではＸ線回折（X‐ray diffraction：ＸＲＤ）法上で明確な回折ピークを持たない、超常磁性が磁気曲線上で確認されるなどの現象から、磁性材料の一部または全部が結晶粒径の下限である１ｎｍを切る可能性が示された場合には、改めてＴＥＭ観察によって実際の結晶粒径を決定しなければならない。

【0022】

また、平均の結晶粒径は、顕微鏡観察の結果を用いる方法ではなく、ＸＲＤ法の結果を用いて求められてもよい。この場合には、ＸＲＤの実験から得られたＸ線回折パターン中の（１１０）面からの回折ピークの半値全幅を用いて、シェラー（Scherrer）の式から求めることができる。（１１０）面からの回折ピークの半値全幅は回折パターンに対する擬Voigt関数を用いたピーク分解を行うことによって求めることができる。半値全幅をＢとし、ブラッグ（Bragg）角をθとし、シェラー定数をＫとし、Ｘ線の波長をλとすると、次式（１）で与えられるシェラーの式から平均の結晶粒径Ｄが求まる。ただし、実施の形態１の場合、Ｘ線の波長λが０．１５４ｎｍであり、シェラー定数Ｋが０．８９１であると仮定する。なお、ブラッグ角は回折角２θの半分である。

【0023】

Ｄ=Ｋλ／Ｂcosθ ・・・（１）

【0024】

実施の形態１に係る電磁鋼板１における結晶質の膜１２の厚みは、０μｍより大きく１０μｍ以下であり、好ましくは７μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下である。これは、１０μｍよりも厚くなりすぎると基材１１と膜１２との間に内部応力が発生し、基材１１と膜１２との剥離の要因および鉄損の大幅な増加を招くことになるためである。

【0025】

膜１２は、基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度で結晶質の膜１２として存在させることで形成できる。このような膜１２は、後述するめっき法によって形成することができるが、めっき法に限られず、化学気相成長（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法、物理蒸着（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）法、放電表面処理（Micro Spark Coating）方法等の成膜方法、クラッド、溶接等を用いて形成してもよい。クラッドは、２種類以上の異なる金属を貼り合わせる方法であり、溶接は、２個以上の母材を、接合される母材間に連続性があるように、熱、圧力またはこれらの両方で一体にする方法である。後述するような膜１２の製造条件を最適化にすることで、膜１２の結晶粒径の調節が可能となる。

【0026】

実施の形態１に係る電磁鋼板１は、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１と、基材１１の表面の少なくとも一部に形成される基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２と、を有することを特徴とする。また、膜１２を構成する結晶粒２１は、基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下の平均の結晶粒径で存在することを特徴とする。言い換えれば、基材１１であるケイ素鋼板のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の微細結晶を有する膜１２をケイ素鋼板の表面に形成する。これによって、従来の技術に比較して膜１２にはＦｅ成分以外の元素が含まれないので磁気特性が向上する。また、膜１２を構成する結晶粒２１が基材１１を構成する結晶粒３１の平均粒径の１／１０以下に維持されるので、低損失化および高磁束密度化を両立することができる。この結果、従来に比して低鉄損化かつ高磁束密度化した電磁鋼板１を得ることができるという効果を奏する。

【0027】

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る電磁鋼板の断面構造の一例を模式的に示す図である。実施の形態２に係る電磁鋼板１は、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１と、基材１１の表面の少なくとも一部に形成される基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２と、を有する。これは実施の形態１と同様の構成である。

【0028】

さらに、実施の形態２に係る電磁鋼板１では、膜１２は、基材１１の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒２１が、膜１２が無配向となるように存在する。つまり、膜１２は、基材１１の配向の方位とは異なるランダムな面方位で基材１１上に成長した結晶粒２１によって構成され、この結果、膜１２は無配向膜となっている。このように、膜１２に形成される結晶粒２１が無配向であることで、言い換えればランダムに並んでいることで、外部磁化の極、すなわちＮ極とＳ極との間をバランスよく切り替えることができる。このことから、実施の形態２に係る電磁鋼板１は、モータまたは発電機としての性能を効果的に発揮することができる。図２では、結晶粒２１のハッチングの付け方によって、結晶粒２１の結晶方位の違いを模式的に示している。図３でも同様である。また、この明細書で、ある結晶方位で成長した結晶粒２１における「結晶方位」は、膜１２の表面または基材１１の膜１２が形成される面と平行な面を構成する結晶粒２１の面の方位を指すものとする。

【0029】

実施の形態２に係る電磁鋼板１の基材１１および膜１２の結晶粒３１，２１の配向または結晶方位は、ＳＥＭに付属したＥＢＳＤ装置を用いた方法によって調べることができる。この方法によって、基材１１および膜１２の結晶粒３１，２１の結晶の方位とこの結晶系とを求めることができる。基材１１の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒２１が、膜１２が無配向となるように存在するというのは、ＥＢＳＤ装置の測定結果から得られる、逆極点図をカラーキーとし、色で結晶方位を表す逆極点図結晶方位マップ（Inverse Pole Figure Map：ＩＰＦ ＭＡＰ）において、基材１１の結晶粒３１とは異なるカラーで形成されており、かつ膜１２の結晶粒２１は特定のカラーのみで形成されていないこと、言い換えれば膜１２の結晶粒２１は様々なカラーで形成されていることを意味する。

【0030】

実施の形態２に係る電磁鋼板１における結晶質の膜１２の厚みは、１０μｍ以下であり、好ましくは７μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下である。これは、１０μｍよりも厚くなりすぎると基材１１と膜１２との間に内部応力が発生し、基材１１と膜１２との剥離の要因および鉄損の大幅な増加を招くことになるためである。

【0031】

膜１２は、基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度で結晶質の膜１２として存在させることで形成できる。このような膜１２は、後述するめっき法によって形成することができるが、めっき法に限られず、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、放電表面処理方法等の成膜方法、クラッド、溶接等を用いて形成してもよい。

【0032】

実施の形態２に係る電磁鋼板１は、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１と、基材１１の表面の少なくとも一部に形成される基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２と、を有することを特徴とする。また、膜１２には、基材１１の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒２１が、膜１２が無配向となるように存在することを特徴とする。言い換えれば、基材１１であるケイ素鋼板のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度で無配向の結晶粒２１を有する膜１２をケイ素鋼板の表面の少なくとも一部に形成する。これによって、従来の技術に比較して膜１２にはＦｅ成分以外の元素が含まれないので磁気特性が向上する。この結果、低鉄損化かつ高磁束密度化した電磁鋼板１を得ることができるという効果を奏する。また、膜１２を無配向の膜とすることで、外部磁化の極をバランスよく切り替えることができる。

【0033】

実施の形態３．
図３は、実施の形態３に係る電磁鋼板の断面構造の一例を模式的に示す図である。実施の形態３に係る電磁鋼板１は、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１と、基材１１の表面の少なくとも一部に形成される基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２と、を有する。これは実施の形態１，２と同様の構成である。

【0034】

さらに、実施の形態３に係る電磁鋼板１では、膜１２には、２つ以上の異なる結晶方位で成長した結晶粒２１が存在し、ある配向を持つ結晶粒が別の配向で成長した結晶粒に覆われていることを特徴としている。このようにある結晶方位で成長した結晶粒が別の結晶方位で成長した結晶粒で覆われた組織形態を有することで、隣接する結晶粒が同じ結晶方位を有する結晶粒ではなくなることから、配向のランダム化が促進され、膜１２においては無配向の状態になりやすくなる。

【0035】

図３に示される例では、膜１２において異なる配向を有する複数の結晶粒２１が示されている。符号２１を付した結晶粒は、膜１２を構成する結晶粒を示すものであり、それぞれの結晶粒２１は基本的には異なる結晶方位を有するもの、すなわち異なる結晶方位で成長したものである。ただし、中には同じ結晶方位を有する結晶粒２１が存在していてもよい。

【0036】

これらの結晶粒２１のうちの１つの結晶粒２１１ａに着目する。この結晶粒２１１ａは、ある結晶方位で成長したものである。この結晶粒２１１ａが、結晶粒２１１ａとは異なる結晶方位で成長した結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅに囲まれている。この明細書では、結晶粒２１１ａのように、結晶粒２１１ａの方位とは異なる方位で成長した複数の結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅによって囲まれている場合には、結晶粒２１１ａが結晶粒２１１ａとは異なる結晶方位で成長した結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅに不完全に覆われているとも称される。なお、結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅの結晶方位は、互いに異なっていてもよいし、一部の結晶粒同士で同じとなっていてもよい。また、結晶粒２１のうちの１つの結晶粒２１ｂに着目すると、ある結晶方位で成長した結晶粒２１１ｂは、結晶粒２１１ｂとは異なる結晶方位で成長した結晶粒２１２ｆに覆われている。この明細書では、結晶粒２１１ｂのように、結晶粒２１１ｂとは異なる結晶方位で成長した１つの結晶粒２１２ｆに覆われている場合には、結晶粒２１１ｂが結晶粒２１１ｂとは異なる結晶方位で成長した結晶粒２１２ｆに完全に覆われているとも称される。これらのように実施の形態３に係る電磁鋼板１の膜１２には、ある結晶方位で成長した結晶粒２１とは異なる結晶方位で成長した結晶粒２１で囲まれる形態の結晶粒２１が含まれている。

【0037】

配向のランダム化という観点から、ある結晶方位で成長した結晶粒２１１ａが別の結晶方位で成長した結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅで覆われた組織形態を持てばよいが、結晶粒２１ｂのようにある結晶方位で成長した結晶粒２１１ｂが別の結晶方位で成長した結晶粒２１２ｆで完全に覆われる結晶構造をもつと磁気分断が起き、ランダム化が促進される。つまり、電磁鋼板１がこのような組織形態となることで、電磁鋼板１を低鉄損化かつ高磁束密度化させる効果を有する。また、このような構成の電磁鋼板１を使用したモータおよび発電機は、よりよい性能を効果的に発揮することができる。

【0038】

実施の形態３に係る電磁鋼板１における結晶質の膜１２の厚みは、１０μｍ以下であり、好ましくは７μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下である。これは、１０μｍよりも厚くなりすぎると基材１１と膜１２との間に内部応力が発生し、基材１１と膜１２との剥離の要因および鉄損の大幅な増加を招くことになるためである。

【0039】

また、膜１２は、基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度で結晶質の膜１２として存在させることで形成できる。このような膜１２は、後述するめっき法によって形成することができるが、めっき法に限られず、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、放電表面処理方法等の成膜方法、クラッド、溶接等を用いて形成してもよい。

【0040】

実施の形態３に係る電磁鋼板１は、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１と、基材１１の表面の少なくとも一部に形成される基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２と、を有する。また、膜１２には、２つ以上の異なる結晶方位で成長した結晶粒２１が存在し、ある結晶方位で成長した結晶粒２１１ａ，２１１ｂが別の結晶方位で成長した結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆに完全にまたは不完全に覆われている構成を有することを特徴とする。これによって、従来の技術に比較して膜１２にはＦｅ成分以外の元素が含まれないので磁気特性が向上する。この結果、低鉄損化かつ高磁束密度化した電磁鋼板１を得ることができるという効果を奏する。

【0041】

実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１から３で説明した電磁鋼板１を製造する方法について説明する。

【0042】

図４は、実施の形態４に係る電磁鋼板の製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。一例では、基材１１といわれるケイ素鋼板の表面にケイ素鋼板よりも高いＦｅ濃度の材料をめっきして膜１２を形成することで電磁鋼板１が製造される。膜１２をめっき法で形成する電磁鋼板１の製造方法は、基材１１を脱脂する脱脂工程（ステップＳ１）と、基材１１を洗浄する酸洗工程（ステップＳ２）および電解洗浄工程（ステップＳ３）と、めっきを効率的に行うための活性処理工程（ステップＳ４）と、基材１１に膜１２を形成するめっき処理工程（ステップＳ５）と、膜１２の錆を抑制するための防錆膜または膜１２の絶縁性を担保するための絶縁膜を形成する被膜形成工程（ステップＳ６）と、乾燥工程（ステップＳ７）と、を含む。これらの工程を経ることによって、実施の形態１から３で説明した電磁鋼板１、特に、実施の形態２で説明したような電磁鋼板１を製造することができる。基材１１に形成された膜１２には、基材１１と異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒２１が無配向で存在する。なお、ステップＳ１からステップＳ３までの工程は、洗浄工程に対応する。洗浄工程では、ステップＳ１からステップＳ３までの工程が実行されることが望ましいが、いずれかの工程が省略されてもよい。また、ステップＳ５のめっき処理工程は、膜形成工程の一例である。

【0043】

以下に、上記で示した各工程について説明する。なお、工程間には直前の工程で基材１１に付着した汚れや処理液を洗い落して、次工程に持ち込まないことを目的とする水洗工程が含まれるが、ここでは省略している。

【0044】

ステップＳ１の脱脂工程は、金属、すなわち基材１１の表面に付着している油または油性の汚れを落とす目的で行われる工程である。脱脂工程は、アルカリ化合物に少量の界面活性剤を添加した溶液に、５０℃で１０分間、基材１１を浸漬することによって行われる。アルカリ化合物には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水酸ナトリウム、オルト珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、リン酸ナトリウムなどを用いることができる。さらに、浸漬条件は一例であり、適宜変更してもよい。なお、ここでは、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１が使用される。

【0045】

次のステップＳ２の酸洗工程は、めっき前の基材１１には錆が発生している場合、あるいは基材１１が酸化皮膜等の絶縁皮膜で覆われている場合があり、このような状態でめっきを施すと密着不良の原因となるので、これらの錆または絶縁被膜を除去する目的で行われる工程である。酸洗工程は、重量％で１０％以上３０％以下の濃度の塩酸に、室温で３分間、基材１１を浸漬することによって行われる。ここでは、塩酸を用いているが、このほかに硫酸等を用いてもよい。また、浸漬条件は適宜変更してもよい。

【0046】

次のステップＳ３の電解洗浄工程は、基材１１を陰極または陽極として電流を通じ、基材１１の表面を洗浄する工程である。電解洗浄工程は、電解液にアルカリ化合物を用いながら６０℃で１分間実施される。アルカリ化合物には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水酸ナトリウム等が挙げられるが、条件とともに適宜変更してもよい。

【0047】

次のステップＳ４の活性処理工程は、基材１１の表面に存在する薄い酸化膜等と共に基材１１を薄く溶解させ、密着性を上げる目的で行われる工程である。活性処理工程は、重量％で１０％以上３０％以下の濃度の塩酸に、室温で１分間、基材１１を浸漬させる。酸の種類は硫酸でも問題ないが、条件とともに適宜変更してもよい。

【0048】

次のステップＳ５のめっき処理工程は、Ｆｅイオンを含むめっき浴を用いて基材１１の表面の少なくとも一部にめっき処理を行って膜１２を形成する工程である。めっき処理工程では、硫酸鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩ）またはこれらの混合物からなり、ｐＨは０．１以上３．５以下、好ましくは０．５以上２．５以下の範囲であり、浴の温度は３０℃以上８０℃以下、好ましくは４０℃以上６０℃以下のめっき浴が使用される。さらに、電解めっきを行う際の電流密度は０．１Ａ／ｄｍ²以上１００Ａ／ｄｍ²以下、好ましくは０．５Ａ／ｄｍ²以上３０Ａ／ｄｍ²以下であり、めっき処理時間は、１分以上１５０分以下の範囲、好ましくは５分以上９０分以下の範囲でめっき処理工程が実施されるとよい。また、膜１２の厚みが、１０μｍ以下、好ましくは７μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下となるように、めっき処理の条件が調整されるとよい。これは、膜１２の厚みが１０μｍよりも厚くなりすぎると基材１１と膜１２との間に内部応力が発生し、基材１１と膜１２との剥離の要因および鉄損の大幅な増加を招くことになるためである。以上のような条件で制御しながら、めっき処理を実施することで、平均の結晶粒径が基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下の結晶粒２１が存在する膜１２が基材１１の表面の少なくとも一部に形成される実施の形態１で説明したような電磁鋼板１を製造することができる。言い換えれば、基材１１であるケイ素鋼板のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の微細結晶を有する膜１２がケイ素鋼板の表面の少なくとも一部に形成される電磁鋼板１を製造することができる。

【0049】

このように、めっき処理工程では、硫酸鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩ）またはこれらの混合物からなるめっき浴を用いるため、Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌを副成分として含まず、またＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む微量成分も含まない。つまり、Ｆｅに対する不純物元素が少ないめっき浴を用いるため、めっき処理によって形成される膜１２は、基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度を有し、不純物元素が少ない純鉄に近い膜１２となる。

【0050】

次のステップＳ６の被膜形成工程は、形成した膜１２の錆を抑制する目的で、または絶縁性を担保する目的で行われる工程である。被膜形成工程では、膜１２が形成された基材１１の膜１２の表面に防錆剤を用いた防錆膜または膜１２の絶縁性を担保する絶縁膜を形成する被膜形成処理が行われる。防錆膜を形成する防錆処理では、一例では水溶性防錆剤を用いて膜１２の表面に防錆膜が形成される。絶縁膜を形成する絶縁処理では、一例ではリン酸塩またはクロム酸塩と有機樹脂との有機無機混合皮膜等の絶縁膜が膜１２の表面に形成される。

【0051】

最後のステップＳ７の乾燥工程は、被膜形成処理が行われた電磁鋼板１を乾燥させる工程である。乾燥工程では、膜１２を形成した基材１１の電磁鋼板１をエアブローで乾燥させた後、５０℃以上８０℃以下の温度に設定された乾燥炉で５分以上６０分以下の範囲の時間保持することで電磁鋼板１が乾燥される。以上によって、電磁鋼板１の製造方法が終了する。

【0052】

以上の製造方法における製造条件のうち、特にめっき処理工程における浴のｐＨ、浴の温度、電流密度および処理時間の少なくとも１つのめっき処理条件を制御することによって、実施の形態１から３で説明した特徴的な構造の膜１２を有する電磁鋼板１を製造することができる。つまり、めっき処理条件を制御することで、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１と、基材１１の表面の少なくとも一部に形成された基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２と、を備え、膜１２を構成する結晶粒２１の平均の結晶粒径は、基材１１の結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下である実施の形態１で説明した電磁鋼板１を製造することができる。また、めっき処理条件を変えることで、膜１２には、基材１１の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒２１が、膜１２が無配向となるように存在する実施の形態２で説明した電磁鋼板１を製造することができる。さらに、膜１２には、２つ以上の異なる結晶方位で成長した結晶粒２１が存在し、ある結晶方位で成長した結晶粒２１１ａ，２１１ｂが別の結晶方位で成長した結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆに不完全にまたは完全に覆われているような組織形態を有する実施の形態３で説明した電磁鋼板１を製造することができる。

【0053】

実施の形態４では、表面の洗浄を行った基材１１にめっき処理を施して基材１１の表面の少なくとも一部に基材１１のＦｅ濃度よりも高い結晶質のＦｅ濃度の結晶質の膜１２であり、膜１２を構成する結晶粒２１の平均の結晶粒径が基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下である膜１２を有する電磁鋼板１を製造することができる。また、めっき処理条件を変えることで、基材１１の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒２１で形成され、結晶粒２１が無配向で存在する膜１２を有する電磁鋼板１を製造することができる。さらに、めっき処理条件を変えることで、２つ以上の異なる結晶方位で成長した結晶粒２１が存在し、ある結晶方位で成長した結晶粒２１１ａ，２１１ｂが別の結晶方位で成長した結晶粒２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆに不完全にまたは完全に覆われているような組織形態を有する膜１２が形成された電磁鋼板１を製造することができる。

【0054】

また、上記した電磁鋼板１の製造方法は熱処理工程を含まないので、膜１２の結晶粒２１が成長することがない。つまり、膜１２は微細な結晶粒２１によって形成され、その後も大きさが維持されるため、低損失化および高磁束密度化を両立した電磁鋼板１を得ることができる。

【0055】

なお、上記した説明では、膜１２をめっき法によって形成する例を説明したが、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、放電表面処理方法等の成膜方法、クラッド、溶接等で膜１２を形成してもよい。すなわち、ステップＳ５の膜形成工程では、めっき法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、放電表面処理方法、クラッドおよび溶接のうちの１つの方法を用いて基材１１の表面の少なくとも一部に基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２が形成されるものであればよい。

【0056】

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態４の製造方法で製造された実施の形態１から３に係る電磁鋼板１を用いた積層体について説明する。図５は、実施の形態５に係る積層体の構成の一例を示す斜視図である。図５には、積層体１００の軸方向に対して斜め方向から見た場合の断面概略図が示されている。

【0057】

積層体１００は、複数枚の円板状の電磁鋼板１を電磁鋼板１の厚さ方向に積層させた構造を有する。この例では、積層体１００を構成する電磁鋼板１は、円環状の板状部材であり、中心に向かって突出したティース構成部５を有する。具体的には、電磁鋼板１は、中心部に円形状の開口部６を有する円環状の構造を有している。円環状の部分には、開口部６と接続される複数の切込み部７が設けられている。隣接する２つの切込み部７の間の部分がティース構成部５となる。複数枚の電磁鋼板１が切込み部７の位置を合わせた状態で積層される。このように複数枚の電磁鋼板１が積層されることによって形成される積層体１００は、中心部に円形状の開口部１０６を有する円筒状の構造を有する。また、積層体１００は、各電磁鋼板１のティース構成部５を重ね合わせることによって形成されるティース１０５を有する。このような積層体１００は、一例ではモータコアとして使用される。なお、積層体１００の構成は図５に示されるものに限定されるものではなく、既存の構成を採用することができる。また、積層体１００は、ティース１０５に巻き付けられる巻線を備えていてもよい。巻線の巻き方の一例は、集中巻き、分布巻きである。巻線を備え付けることで、積層体１００はモータの固定子にもなる。

【0058】

積層体１００に使用される電磁鋼板１は、ティース構成部５が設けられる円環状の板状部材である基材１１と、基材１１の積層方向に垂直な２つの面に形成される実施の形態１から３で説明した膜１２と、を有する。

【0059】

このように、実施の形態５に係る積層体１００は、低鉄損でかつ高磁束密度である実施の形態１から３で説明した電磁鋼板１を複数枚積層させたものとすることによって、低損失で高効率な固定子の動作に寄与することが可能となる。

【0060】

実施の形態６．
実施の形態６では、実施の形態５に係る積層体１００を搭載した回転機について説明する。図６は、実施の形態６に係る回転機の構成の一例を示す断面図である。図６には、回転機１３０の回転軸ＲＡである軸方向に垂直な断面模式図が示されている。

【0061】

回転機１３０は、回転軸ＲＡを中心に回転可能な回転子１４０と、回転子１４０と同軸に設けられ、回転子１４０に対向配置された環状の固定子１５０と、を備える。

【0062】

回転子１４０は、回転子鉄心１４１と、回転子１４０の周方向に沿って回転子鉄心１４１に設けられた磁石挿入穴１４２に挿入された磁石１４３と、を備えている。磁石１４３の一例は希土類焼結磁石である。図６では、４つの磁石挿入穴１４２および４つの磁石１４３を用いる例を示したが、磁石挿入穴１４２および磁石１４３の数は回転子１４０の設計に応じて変更してもよい。

【0063】

固定子１５０は、実施の形態５で説明した積層体１００と、積層体１００のティース１０５に備え付けられる巻線１５１と、を備える。積層体１００は、回転子１４０が配置される部分に開口部１０６を有し、回転子１４０に向かって突出したティース１０５が設けられる。巻線１５１の巻き方は、集中巻きでもよいし、分布巻きでもよい。つまり、積層体１００と巻線１５１とによって固定子１５０が形成されている。そして、固定子１５０は、開口部１０６に回転子１４０を配置することで、回転子１４０に対向配置される構造となる。なお、回転機１３０の構成は図６に示されるものに限定されるものではなく、回転子１４０および積層体１００の設計に応じて変更してもよいし、既存の構成を採用してもよい。

【0064】

このように、実施の形態６に係る回転機１３０は、低鉄損かつ高磁束密度である実施の形態１から３の電磁鋼板１を用いることによって、低損失で高効率な固定子１５０の動作を実現し、従来よりも小型で、高性能で、低損失でそして高効率な回転機１３０を実現することができる。さらに、省エネルギ化にも寄与する回転機１３０を提供可能になる。

【実施例】

【0065】

以下に、実施例および比較例によって本開示の電磁鋼板１の詳細を説明する。

【0066】

実施例１から６では、実施の形態４に示される製造方法によって電磁鋼板１を製造する。比較例１，３，４では、特許文献１から３に代表されるような一般的な製造方法によって実験的に電磁鋼板１を製造する。比較例２は、膜１２を形成せず、基材１１のみの場合を示している。

【0067】

比較例１では、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１を用いて、特許文献１に代表されるような製造方法を例として用い、電磁鋼板１を製造する。

【0068】

比較例２は、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１のみによって構成される電磁鋼板１である。

【0069】

比較例３では、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１を用いて、特許文献２に代表されるような製造方法を例として用い、電磁鋼板１を製造する。

【0070】

比較例４は、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１を用いて、特許文献３に代表されるような製造方法を例として用い、電磁鋼板１を製造する。

【0071】

実施例１から６では、実施の形態４に示される製造方法によって、基材１１よりも高いＦｅ濃度を有する膜１２、言い換えれば不純物元素が少なく、純鉄に近い膜１２を基材１１に形成することで、電磁鋼板１を製造する。さらに、製造条件、より具体的にはめっき処理条件を最適化することで、微細な結晶粒２１および無配向の結晶粒２１を有する膜１２を形成する。

【0072】

表１は、実施例および比較例による電磁鋼板の基材および膜の特徴と特性の判定結果とを示す表である。電磁鋼板１の基材１１および膜１２の特徴として、ここでは、基材１１の組成と、基材１１に対する膜１２のＦｅ濃度、基材１１に対する膜１２の結晶粒２１の大きさ、基材１１に対する膜１２の結晶粒径および膜１２を構成する結晶粒２１が無配向を示しているか否かとを測定している。また、電磁鋼板１の特性として、ここでは磁束密度および鉄損を測定し判定している。ここでいう無配向とは、膜１２の表面に平行な方向における結晶粒２１の結晶方位がランダムであり、特定の配向性を有していないことをいうものとする。

【0073】

【表1】

【0074】

次に、実施例１から６および比較例１から４の電磁鋼板１のＦｅ濃度を分析する方法について説明する。電磁鋼板１のＦｅ濃度は、一例では、ＧＤ－ＯＥＳによって測定される。ここでは、ＧＤ－ＯＥＳとして、マーカス型高周波グロー放電発光表面分析装置（株式会社堀場製作所製、製品名：ＧＤ－Ｐｒｏｆｉｌｅｒ ２（登録商標））を用いる。表面分析の条件は、圧力が６００Ｐａであり、出力が３５Ｗであり、周波数が１００Ｈｚであり、測定時間は２００秒である。ＧＤ－ＯＥＳ以外にも、電界放出型電子プローブマイクロアナライザ（Field Emission-Electron Probe Micro Analyzer：ＦＥ－ＥＰＭＡ）等で検出強度に明確に差が出ており、基材１１と膜１２とのＦｅ濃度の差が分析できるものであれば、元素マッピング等の分析でも問題ない。

【0075】

次に、実施例１から６および比較例１から４の電磁鋼板１の結晶粒径および結晶粒の配向を分析する方法について説明する。電磁鋼板１の結晶粒径および結晶粒の配向は、ＳＥＭとＥＢＳＤ装置とを組み合わせることによって分析される。ここでは、ＳＥＭ－ＥＢＳＤとして、高分解能のＦＥショットキー型走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、製品名：ＪＳＭ－７００１Ｆ）に電子線後方散乱回折法による結晶方位解析装置（株式会社ＴＳＬソリューションズ製、製品名：ＥＢＳＤ装置）とこのソフトフェア（株式会社ＴＳＬソリューションズ製、製品名：ＯＩＭ６．０）とエネルギ分散型Ｘ線分析装置（日本電子株式会社製、製品名：ＪＥＤ－２３００Ｆ）とを取り付けた装置を用いる。ＳＥＭ－ＥＢＳＤ分析に用いられる条件は、加速電圧が５．０ｋＶ以上１５．０ｋＶ以下であり、照射電流が２．２５０ｅ^-008Ａ以上２．００ｅ^-007Ａ以下であり、照射時間が５０ｍｓであり、倍率が１００倍以上２０００倍以下である。ＥＢＳＤ装置を用いた結晶粒径は、指定方位差が５°以上ある境界を結晶粒界と定義して、結晶粒と同じ面積Ａをもつ円の直径Ｄで示され、次式（２）によって算出される。

【0076】

Ｄ=（４Ａ／π）^1/2 ・・・・（２）

【0077】

次に、実施例１から６および比較例１から４の電磁鋼板１の磁気特性の評価方法について説明する。磁気特性の評価は、交流式のＢＨアナライザを用いて、複数の試料の磁気ヒステリシスを測定することによって行われる。周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、印加磁界が５０００Ａ／ｍであるときに電磁鋼板１の磁束密度Ｂ₅₀が得られ、周波数が５０Ｈｚであり、最大磁束密度が１．５Ｔであるときに電磁鋼板１の鉄損Ｗ_15/50が測定される。交流式のＢＨアナライザのほかにも、これらの測定条件を満たすことができれば、直流式のＢＨアナライザまたはＢＨトレーサ等を用いてもよい。各試料の磁気特性は、印加磁場によって電磁鋼板１に発生した磁化をサーチコイルを用いて検出することによって測定される。

【0078】

まず、実施例１から６および比較例１から４による各試料における分析結果について説明する。図７は、実施例１から５による電磁鋼板の表面からＧＤ－ＯＥＳで得られたＦｅ濃度の結果の一例を示す図である。図７において、横軸は測定時間を示し、縦軸はＦｅ濃度を示している。なお、ＧＤ－ＯＥＳは、試料表面からスパッタリングされた原子をプラズマ励起状態にして生じる発光を測定するものであるので、時間の経過とともに試料の内部の組成を分析していることになる。このため、横軸の測定時間は、電磁鋼板１の表面からの距離と読み替えることもできる。図７ではわかりやすくするために、膜１２と基材１１との部分を明示している。なお、実施例１から６による電磁鋼板１は、すべて同様の結果を示しているので、図７では、実施例１から６のうちの代表の実施例について示している。

【0079】

図７に示されるように、実施例１から６の各試料において、基材１１および膜１２のＦｅ濃度を比較したときに、膜１２の方が基材１１よりも相対的に高いＦｅ濃度を示す結果が得られている。このことから、基材１１の少なくとも一方の表面には、基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の膜１２が形成されているといえる。

【0080】

図８から図１０は、実施例１から６による電磁鋼板の断面をＳＥＭとＥＢＳＤ装置とを組み合わせることによって分析して得られた結果の一例を示す図である。図８は、結晶粒を識別するためのマップであるＧｒａｉｎ ＭＡＰを示し、図９および図１０は、結晶方位を色付けしたマップであるＩＰＦ ＭＡＰを示している。ただし、図８から図１０では、カラー画像をグレースケールに変換したものを示している。なお、実施例１から６による電磁鋼板１は、すべて同様の結果を示しているので、図８から図１０では、実施例１から６のうちの代表の実施例について示している。

【0081】

図８のＧｒａｉｎ ＭＡＰに示されるように、電磁鋼板１の膜１２は結晶質の膜であるとともに、微細な結晶粒径の結晶粒２１によって形成されていることが分かる。膜１２を構成する結晶粒２１の結晶粒径は、基材１１を構成する結晶粒３１の結晶粒径と比較しても、明らかに微細となっていることが確認できる。（２）式によって算出した結晶粒径について比較すると、基材１１では平均粒径が１５０μｍであるのに対し、膜１２では平均粒径が１０μｍである。つまり、膜１２に形成される結晶粒２１の平均の結晶粒径は、基材１１に形成される結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下であることが確認できる。

【0082】

図９のＩＰＦ ＭＡＰに示されるように、電磁鋼板１の膜１２は特定の配向をもつ結晶の膜であるわけではなく、ランダム配向、言い換えれば無配向の膜になっていることが確認できる。さらに、基材１１の配向の方位とは異なる結晶方位で成長した複数の結晶粒２１で形成される膜１２であること、つまり基材１１を構成する結晶粒３１の配向とは関係のない無配向の膜１２であることが確認できる。

【0083】

図１０は、図９に示される実施例とは異なる製造条件で製造された電磁鋼板１のＩＰＦ ＭＡＰである。図１０のＩＰＦ ＭＡＰに示されるように、電磁鋼板１の膜１２には、２つ以上の異なる結晶方位で成長した結晶粒２１が存在すること、またある結晶方位で成長した結晶粒２１１ｂが別の結晶方位で成長した結晶粒２１２ｆに完全に覆われている結晶粒２１ｂが存在することを確認できる。

【0084】

表１の「Ｆｅ濃度（対基材）」の項目には、基材１１よりも膜１２の方が高いＦｅ濃度を有していることが確認できた試料については、丸印で示し、確認できなかった試料については、バツ印で示している。また、表１の「結晶粒の大きさ（対基材）」の項目には、膜１２を構成する結晶粒２１の平均粒径が基材１１を構成する結晶粒３１の平均粒径の１／１０以下であることを確認できた試料については、丸印で示し、確認できなかった試料については、バツ印で示している。さらに、表１の「基材に対する膜の結晶粒径」の項目には、膜１２を構成する結晶粒２１の平均粒径が基材１１を構成する結晶粒３１の平均粒径の１／１０以下である試料について、平均粒径を具体的な数値で記載している。さらにまた、表１の「結晶粒が無配向」の項目には、膜１２の結晶粒２１が無配向になっていることを確認できた試料については、丸印で示し、確認できなかった試料については、バツ印で示している。

【0085】

次に、実施例１から６および比較例１から４による各試料における磁気特性の測定結果について説明する。磁気特性の測定を行う各試料の形状は、縦が１５０ｍｍであり、横が２０ｍｍである単板形状である。測定温度は室温の２３℃で行う。

【0086】

実施例１から６および比較例１から４による各試料における磁束密度Ｂ₅₀および鉄損Ｗ_15/50の判定は、比較例１と比較して行う。各試料の２３℃における磁束密度Ｂ₅₀および鉄損Ｗ_15/50の値が、比較例１でのそれぞれの値と比較して明確に差が出ているか否かで判定する。磁束密度Ｂ₅₀の場合には、より高い値を示した方が良好な特性であると言えることから、明確に差が出ていると考えられる比較例１の値の１０％を基準として判定を行う。つまり、磁束密度Ｂ₅₀の値が、比較例１の値の１１０％以上の高い値を示す場合には、「良」と判定する。また、磁束密度Ｂ₅₀の値が比較例１の値の９０％以下の低い値を示す場合には、「不良」と判定する。そして、磁束密度Ｂ₅₀の値が比較例１の値の９０％よりも大きく１１０％未満の場合には、「同等」と判定する。鉄損Ｗ_15/50の場合には、より低い値の方がモータの損失低減につながり、良好な特性であると言えることから、明確に差が出ていると考えられる比較例１の値の１０％を基準として判定を行う。つまり、鉄損Ｗ_15/50の値が比較例１の値の９０％以下の低い値を示す場合には、「良」と判定する。また、鉄損Ｗ_15/50の値が比較例１の値の１１０％以上の高い値を示す場合には、「不良」と判定する。そして、鉄損Ｗ_15/50の値が比較例１の値の９０％よりも大きく１１０％未満の場合には、「同等」と判定する。以上の磁束密度Ｂ₅₀および鉄損Ｗ_15/50の判定結果は、表１に示されている。

【0087】

比較例１では、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１を用いて、特許文献１に代表されるような製造方法を例として用い、電磁鋼板１を製造する。この試料のＦｅ濃度を上述した方法に従って分析すると、基材１１と膜１２とのＦｅ濃度に大きな差は確認できない。さらに、結晶粒径および結晶配向を上述した方法に従って分析すると、膜１２の結晶粒２１は微細構造ではなく、膜１２を構成する結晶粒２１の平均の結晶粒径は、基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下で存在していることも確認できない。さらに、膜１２の配向がランダムであること、すなわち結晶方位がランダムである結晶粒２１が膜１２に存在していることも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁束密度Ｂ₅₀は１．７５Ｔであり、鉄損Ｗ_15/50は４．２５Ｗ／ｋｇである。比較例１のこれらの値がリファレンスとして用いられる。

【0088】

比較例２では、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１のみを用いた電磁鋼板１である。この試料のＦｅ濃度を上述した方法に従って分析しても基材１１のみであることから、Ｆｅ濃度の差は確認できない。さらに、結晶粒径および結晶配向を上述した方法に従って分析しても、基材１１の結晶粒径および結晶配向が確認されるだけであり、膜１２は存在しないことから、比較結果はない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁束密度Ｂ₅₀は「不良」であり、鉄損Ｗ_15/50は「不良」である。これは、磁気特性が向上するとされる膜１２が存在しないことを反映した結果となっている。

【0089】

比較例３では、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１を用いて、特許文献２に代表されるような製造方法を例として用い、電磁鋼板１を製造する。この試料のＦｅ濃度を上述した方法に従って分析すると、基材１１と膜１２とのＦｅ濃度に大きな差は確認できない。さらに、結晶粒径および結晶配向を上述した方法に従って分析すると、膜１２の結晶粒２１は微細構造ではなく、膜１２を構成する結晶粒２１の平均の結晶粒径は、基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下で存在していることも確認できないが、無配向の膜１２が形成されていることは確認できる。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁束密度Ｂ₅₀は「良」であるが、鉄損Ｗ_15/50は「同等」である。これは、無配向の膜１２が形成されることよって、磁束密度の向上には寄与した結果になっているものの、微結晶の膜１２が形成されていないことから、鉄損の改善には寄与していないことを反映した結果となっている。

【0090】

比較例４では、２．１５ｗｔ％のＳｉ、０．２５ｗｔ％のＭｎ、および０．３０ｗｔ％のＡｌを含み、残部はＦｅである基材１１を用いて、特許文献３に代表されるような製造方法を例として用い、電磁鋼板１を製造する。この試料のＦｅ濃度を上述した方法に従って分析すると、基材１１と膜１２とのＦｅ濃度に大きな差は確認できない。さらに、結晶粒径および結晶配向を上述した方法に従って分析すると、膜１２の結晶粒２１は微細構造ではなく、膜１２を構成する結晶粒２１の平均の結晶粒径は、基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下で存在していることも確認できない。さらに、膜１２の配向がランダムであること、すなわち結晶方位がランダムである結晶粒２１が膜１２に存在していることも確認できない。また、この試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁束密度Ｂ₅₀は「同等」であり、鉄損Ｗ_15/50は「同等」である。これは、比較例１と同様、膜１２がＦｅ濃度の高い膜でもない上、微結晶かつ無配向の膜でもないことを反映した結果となっている。

【0091】

実施例１から６では、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材１１を用いて、実施の形態４で説明した製造方法によって、基材１１の表面の少なくとも一部に膜１２が形成された電磁鋼板１を製造する。これらの試料のＦｅ濃度を上述した方法に従って分析すると、基材１１のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜１２が形成されていることが確認できる。さらに、結晶粒径および結晶配向を上述した方法に従って分析すると、膜１２を構成する結晶粒２１の平均の結晶粒径は、基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１０以下であることが確認できる。また、膜１２の配向もランダムであること、すなわち結晶方位がランダムである結晶粒２１が膜１２に存在していることも確認できる。つまり、実施例１から６には、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせた試料、実施の形態１と実施の形態３とを組み合わせた試料、および実施の形態１と実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせた試料が含まれている。さらにまた、これらの試料の磁気特性を上述した方法に従って評価すると、磁束密度Ｂ₅₀は「良」であり、鉄損Ｗ_15/50は「良」である。特に、実施例４から６が、実施例１から３と比較して、膜１２の結晶粒２１が基材１１を構成する結晶粒３１の平均の結晶粒径の１／１００以下の微細なものとなっているが、これは、実施の形態４に記載のめっき処理条件を最適化することで実現できる。この結果、比較例１に比して低鉄損化かつ高磁束密度化を実現する電磁鋼板１を得ることができるという効果を奏する。

【0092】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0093】

１ 電磁鋼板、５ ティース構成部、６，１０６ 開口部、７ 切込み部、１１ 基材、１２ 膜、２１，２１ｂ，３１，２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆ 結晶粒、１００ 積層体、１０５ ティース、１３０ 回転機、１４０ 回転子、１４１ 回転子鉄心、１４２ 磁石挿入穴、１４３ 磁石、１５０ 固定子、１５１ 巻線。

【要約】

電磁鋼板（１）は、質量％で、０．１％以上１０．０％以下のＳｉ、０．０２％以上４．０％以下のＭｎ、および０．００１％以上４．０％以下のＡｌを含み、微量成分としてＣ，Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏを含む主成分がＦｅである基材（１１）と、基材（１１）の表面の少なくとも一部に形成される基材（１１）のＦｅ濃度よりも高いＦｅ濃度の結晶質の膜（１２）と、を備える。膜（１２）を構成する結晶粒（２１）の平均の結晶粒径は、基材（１１）を構成する結晶粒（３１）の平均の結晶粒径の１／１０以下である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】