JP2022070242A - 巻鉄心の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼鈍の有無にかかわらず低鉄損な巻鉄心を製造できる製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】積層される方向性電磁鋼板１のうちの１枚以上の任意の屈曲部５が、ダイス３０の略Ｖ字型の凹陥部３２と、この凹陥部３２の形状に対して相補的な形状を成すパンチ４０の凸部４２との間で、方向性電磁鋼板１の屈曲されるべき部位がその厚さＴ方向で挟圧されることによって形成される。凸部４２はその頂部に所定の曲率を有する円弧部４２ａを有し、凹陥部３２はＶ字の頂点から両側に斜めに延びる直線部３２ａ，３２ａを有し、円弧部４２ａの曲率半径ｒｄは０．２ｍｍ≦ｒ≦２．０ｍｍの関係を満たし、屈曲部５の曲げ角度θは１０°≦θ≦９０°の関係を満たし、方向性電磁鋼板１の厚さＴは０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍの関係を満たし、ダイス幅Ｌ（ｍｍ）は２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たす。【選択図】図７

Description

本発明は、巻鉄心の製造方法及び製造装置に関する。

トランスの鉄心には積鉄心と巻鉄心とがある。そのうち、巻鉄心を製造するには、まず一般に、方向性電磁鋼板の磁化容易軸が配向している圧延方向を長手方向として鋼板をドーナツ状（巻回形状）に巻回し、層状に積み重ねて巻回体を得る。その後、その巻回体の内窓側（ドーナツ状の内穴）に直方体状の金型を挿入すると共に、合わせて外側加圧して略角型に成形することにより製造される（本明細書中では、このようにして製造される巻鉄心をトランココアと称する場合がある）。このとき巻回体の内側は前記の直方体状の金型により直角に近い加工がなされる。一方、巻回体の外側は比較的緩やかな曲率を持った形をとる。この成形工程は巻回体全体を一体として成形するため、巻回体を形成する方向性電磁鋼板全体に機械的な加工歪（塑性変形歪）が入り、その加工歪が方向性電磁鋼板の鉄損を大きく劣化させる要因となるため、通常歪取り焼鈍がなされる。

一方、巻鉄心の別の製造方法として、巻鉄心のコーナー部となる鋼板の部分を曲率半径が３ｍｍ以下の比較的小さな屈曲領域が形成されるように予め曲げ加工し、当該曲げ加工された１枚以上の鋼板を巻き回して積層して巻鉄心とする、特許文献１乃至３のような技術が開示されている（本明細書中では、このようにして製造される巻鉄心をユニコア（登録商標）と称する場合がある）。当該製造方法によれば、従来のような上記のトランココアの製造方法に比べて大掛かりな成形工程および複雑な金型が不要で、鋼板は精緻に折り曲げられて鉄心形状が保持され、加工歪も曲げ部（角部）のみに集中するため上記焼鈍工程による歪除去の省略も可能となり、工業的なメリットは大きく適用が進んでいる。

特開２００５－２８６１６９号公報 特許第６２２４４６８号公報 特開２０１８－１４８０３６号公報

ところで、ユニコアのコーナー部となる鋼板の部分を鋼板折り曲げ加工により曲げ成形する際には、通常、片側自由曲げ工法により曲げ加工が行なわれる。具体的には、例えば、図１０に示されるように、ダイス１０２上に載置された方向性電磁鋼板１００の一方側１００ｂを、押え部材１３０によって押し付けて、一方側１００ｂが固定された状態で拘束しつつ方向性電磁鋼板１００の他方側である片側自由端部１００ａに対してパンチ１０４を矢印で示されるように下向きに押し付けることにより、この片側自由端部１００ａをその厚さＴ方向で加圧して折り曲げ加工している。この場合、方向性電磁鋼板１００の厚さＴ方向に沿う図示の断面（方向性電磁鋼板１の厚さＴ方向および長手方向の両方向に沿う断面）において、ダイス１０２は、パンチ１０４との間で方向性電磁鋼板１００を挟持する挟持部位（コーナー部の外表面）に円弧部１０２ａを有している。この円弧部１０２ａは、方向性電磁鋼板１００が載置されて固定される直線状の載置部１０２ｂと、該載置部１０２ｂと略直交するように延びる直線状の直交延在部１０２ｃとを接続している。そして、このようなダイス１０２は、該ダイス１０２との間で方向性電磁鋼板１００を挟持する挟持部位（外表面）に同様の円弧部１０４ａを有して下方に押し込まれるパンチ１０４との協働により、具体的には方向性電磁鋼板１００の片側自由端部１００ａをパンチ１０４の円弧部１０４ａによって加圧してダイス１０２の円弧部１０２ａに沿って折り曲げることにより、方向性電磁鋼板１００の片側自由端部１００ａを所定の曲率を以って折り曲げるようになっている。この時の屈曲部の曲げ角度をθ（°）とする。
このような簡素な金型と単純な工程で曲げ加工を実施することが、現在適用が拡大しているユニコアの一つの特徴となっている。

しかしながら、このような片側自由曲げ工法による曲げ加工では、加工時に屈曲部の曲げ角度θだけ鋼板１００を曲げても、鋼板１００中の残留応力による「スプリングバック」により、屈曲部の曲げ角度θが小さくなる。そのため、オーバーベンド（屈曲部をθよりも大きい角度で曲げること）を行ない、屈曲部の曲げ角度を所定のθに調整することが行なわれている。しかしながら、鋼板１００の機械特性は必ずしも各曲げ箇所で全く同じではないため、同じ加工を行なっても各曲げ箇所の残留応力も異なることから、結果的にスプリングバックにばらつきが生じ、屈曲部の曲げ角度θが異なるという現象が起こり得る。すなわち、曲げ箇所により屈曲部の曲げ角度θにばらつきが生じる。一方、鋼板１００の曲げ箇所ごとの機械特性とそのバラツキを把握することは困難である。この現象によりコア品質が低下することがある。
このようなスプリングバックに関連する問題は、曲げ加工の精度自体が低く、曲げ加工後の焼鈍を前提としているトランコアでは顧みられることがなかった視点であり、加工精度の影響が顕著に現れやすくなっているユニコア製法が拡大する現状況において認識された課題にもなっている。
また片側自由曲げ工法においては、方向性電磁鋼板１００の折り曲げ部に導入される歪が、特に図１０において円弧部１０２ａから曲げられる側に広く広範囲にわたることから、鉄心を未焼鈍で使用する際（例えばユニコアの場合など）には、焼鈍により使用される巻鉄心（トランココアなど）と比べて鉄心鉄損が劣位になる問題があった。そのため、より入手し難い低鉄損の方向性電磁鋼板を使用する必要があった。また、方向性電磁鋼板を焼鈍して使用する場合であっても、焼鈍条件によっては導入される歪が完全に解放されないことがあり、やはり鉄心鉄損が劣位になる虞がある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、焼鈍の有無にかかわらず低鉄損な巻鉄心を製造できる巻鉄心の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、ユニコアの形態を成す巻鉄心、すなわち、中心に矩形の中空部を有し、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続する方向性電磁鋼板が板厚方向に積み重ねられた部分を含む巻回形状の巻鉄心であって、１枚ずつ折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより形成され、一巻ごとに少なくとも１箇所以上の接合部を介して複数枚の方向性電磁鋼板が互いに接続される巻鉄心の製造方法において、積層される前記方向性電磁鋼板のうち１枚以上における少なくとも１つの前記屈曲部は、ダイスの略Ｖ字型の凹陥部と、この凹陥部の形状に対してほぼ相補的な形状を成すパンチの凸部との間で、前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき部位がその厚さ方向で挟圧されることによって形成され、前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、前記凸部はその頂部に所定の曲率を有する円弧部を有し、前記凹陥部はＶ字の頂点から両側に斜めに延びる直線部を有し、前記パンチの前記凸部における前記円弧部の曲率半径ｒｄ（ｍｍ）は、０．２０ｍｍ≦ｒｄ≦２．００ｍｍの関係を満たし、前記屈曲部の曲げ角度θ（°）は、１０°≦θ≦９０°の関係を満たし、前記方向性電磁鋼板の厚さＴ（ｍｍ）は、０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍの関係を満たし、前記ダイスの前記凹陥部における前記頂点から両側に延びる前記直線部の延在端部間を最短で結ぶ直線の長さであるダイス幅Ｌ（ｍｍ）は、２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たすことを特徴とする。

ユニコアの形態を成す巻鉄心においても、前述した片側自由曲げ工法において屈曲部を形成する場合には、導入される歪が大きく且つ屈曲部周辺に広範囲にわたる。そのため、焼鈍により使用される巻鉄心（トランココアなど）と比べて鉄心鉄損が劣位になり、また、方向性電磁鋼板を焼鈍して使用する場合であっても、導入される歪が完全に解放されない場合には、鉄心鉄損が劣位になる。このような実情を踏まえ、本発明者らは、同様の折り曲げ加工部を形成する場合において、屈曲部周辺で塑性歪の導入範囲を狭小な範囲に制限し、且つ塑性歪の導入量を小さくすれば低鉄損な巻鉄心が得られることに着目し、屈曲部における歪導入量を小さく且つ歪の導入範囲を狭小な範囲とするべく検討した。その結果、従来において汎用としてなされていた片側自由曲げ工法ではなく、Ｖ曲げ工法を用いることにより、焼鈍の有無にかかわらず低鉄損な巻鉄心を製造できるという知見を得た。さらに、折り曲げ加工を行なうためのダイス幅をより狭小とすることで、歪をより狭小な範囲に集中させるようにした。
また、Ｖ曲げ工法により折り曲げ加工を行う際、複数の鋼板をまとめて加工に供すると、内側の成形体の折曲げ凸部がV曲げパンチにより外側の成形体の折曲げ凹部に局部的に押圧されることで、方向性電磁鋼板の絶縁被膜が破壊され成形体同士の短絡が生じ鉄心の特性が悪くなる場合があった。そのため、積層する鋼板を一枚ずつ折り曲げ加工に供した後に、加工後の複数の鋼板を積層して巻回形状に組み付けることにより、前記の絶縁被膜の破壊が生じにくく、成形体同士の短絡が生じにくいため鉄心の鉄損特性が悪くならないという知見を得た。

具体的には、そのようなＶ曲げ工法において、積層される方向性電磁鋼板のうちの１枚以上の少なくとも１つの屈曲部は、ダイスの略Ｖ字型の凹陥部と、この凹陥部の形状に対して相補的な形状を成すパンチの凸部との間で、方向性電磁鋼板の屈曲されるべき部位がその厚さ方向で挟圧されることによって形成される。この場合、方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、凸部はその頂部に所定の曲率を有する円弧部を有し、凹陥部はＶ字の頂点から両側に斜めに延びる直線部を有し、パンチの凸部における円弧部の曲率半径ｒｄ（ｍｍ）は、０．２０ｍｍ≦ｒｄ≦２．００ｍｍの関係を満たし、屈曲部の曲げ角度θ（°）は、１０°≦θ≦９０°の関係を満たし、方向性電磁鋼板の厚さＴ（ｍｍ）は、０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍの関係を満たし、ダイスの凹陥部における頂点から両側に延びる直線部の延在端部間を最短で結ぶ直線の長さであるダイス幅Ｌ（ｍｍ）は、２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たす。これにより、屈曲部に導入される歪が小さくなり、焼鈍の有無にかかわらず鉄心鉄損が低減される巻鉄心を製造できる。したがって、より入手し難い低鉄損の方向性電磁鋼板を使用する必要もなくなる。

なお、本開示において、屈曲部の曲げ角度とは、方向性電磁鋼板屈曲部において、折り曲げ方向の後方側の直線部と前方側の直線部との間に生じた角度差を意味し、図６に示されるように、方向性電磁鋼板の外面において、屈曲部５を挟む両側の平面部４，４ａの表面である直線部分を延長して得られる２つの仮想線Ｌｂ－ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ１、Ｌｂ－ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ２がなす角の補角の角度φとして表わされる

また、本発明は、ユニコアの形態を成す巻鉄心の製造装置も提供する。具体的に、そのような製造装置は、方向性電磁鋼板を一枚ずつ折り曲げ加工する折り曲げ加工部と、前記折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続する方向性電磁鋼板が板厚方向に積み重ねられた部分を含む巻回形状の巻鉄心を形成する、組み付け部とを備え、前記折り曲げ加工部は、略Ｖ字型の凹陥部を有するダイスと、前記凹陥部の形状に対してほぼ相補的な形状を成す凸部を有するパンチとを備えるとともに、前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき部位を前記凹陥部と前記凸部との間で厚さ方向に狭圧することによって、積層される前記方向性電磁鋼板のうちの１枚以上の少なくとも１つの前記屈曲部を形成し、前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、前記凸部はその頂部に所定の曲率を有する円弧部を有し、前記凹陥部はＶ字の頂点から両側に斜めに延びる直線部を有し、前記パンチの前記凸部における前記円弧部の曲率半径ｒｄ（ｍｍ）は、０．２０ｍｍ≦ｒｄ≦２．００ｍｍの関係を満たし、前記屈曲部の曲げ角度θ（°）は、１０°≦θ≦９０°の関係を満たし、前記方向性電磁鋼板の厚さＴ（ｍｍ）は、０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍの関係を満たし、前記ダイスの前記凹陥部における前記頂点から両側に延びる前記直線部の延在端部間を最短で結ぶ直線の長さであるダイス幅Ｌ（ｍｍ）は、２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たすことを特徴とする。

上記構成の巻鉄心の製造装置によれば、屈曲部に導入される歪が小さくなり、焼鈍の有無にかかわらず鉄心鉄損が低減される巻鉄心を製造できる。したがって、より入手し難い低鉄損の方向性電磁鋼板を使用する必要もなくなる。

本発明によれば、巻鉄心の屈曲部における歪導入量を小さく且つ歪導入範囲を狭小な範囲とするべくＶ曲げ工法を用いるため、焼鈍の有無にかかわらず低鉄損な巻鉄心を製造できる巻鉄心の製造方法及び製造装置を提供できる。

本発明の一実施の形態に係る巻鉄心を模式的に示す斜視図である。 図１の実施形態に示される巻鉄心の側面図である。 本発明の他の実施の形態に係る巻鉄心を模式的に示す側面図である。 巻鉄心を構成する１層の方向性電磁鋼板の一例を模式的に示す側面図である。 巻鉄心を構成する１層の方向性電磁鋼板の他の一例を模式的に示す側面図である。 本発明の巻鉄心を構成する方向性電磁鋼板の屈曲部の一例を模式的に示す側面図である。 Ｖ曲げ工法により屈曲部を形成する態様を示す断面図である。 巻鉄心の製造装置の構成を概略的に示すブロック図である。 特性評価の際に製造した巻鉄心の寸法を示す模式図である。 従来の片側自由曲げ工法により屈曲部を形成する態様を示す断面図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る巻鉄心について順に詳細に説明する。ただし、本発明は本実施形態に開示の構成のみに制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。なお、下記する数値限定範囲には、下限値及び上限値がその範囲に含まれる。「超」又は「未満」と示す数値は、その値が数値範囲に含まれない。また、化学組成に関する「％」は、特に断りがない限り「質量％」を意味する。
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「垂直」、「同一」、「直角」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
また、本明細書において「方向性電磁鋼板」のことを単に「鋼板」又は「電磁鋼板」と記載し、「巻鉄心」のことを単に「鉄心」と記載する場合もある。

本発明の一実施の形態に係る巻鉄心は、側面視において略矩形状の巻鉄心本体を備える巻鉄心である。該巻鉄心本体は、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続した方向性電磁鋼板が、板厚方向に積み重ねられた部分を含み、側面視において略多角形状の積層構造を有する。該巻鉄心本体における前記屈曲部の側面視における内面側曲率半径ｒは、例えば、０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。前記方向性電磁鋼板は、一例として、質量％で、Ｓｉ：２．０～７．０％、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、Ｇｏｓｓ方位に配向する集合組織を有する。

次に、本発明の一実施の形態に係る巻鉄心及び方向性電磁鋼板の形状について具体的に説明する。ここで説明する巻鉄心及び方向性電磁鋼板の形状自体は、特に目新しいものではなく、公知の巻鉄心及び方向性電磁鋼板の形状に準じたものに過ぎない。
図１は、巻鉄心の一実施形態を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の実施形態に示される巻鉄心の側面図である。また、図３は、巻鉄心の別の一実施形態を模式的に示す側面図である。
なお、本発明において側面視とは、巻鉄心を構成する長尺状の方向性電磁鋼板の幅方向（図１におけるＹ軸方向）に視ることをいい、側面図とは側面視により視認される形状を表わした図（図１のＹ軸方向の図）である。

本発明の一実施の形態に係る巻鉄心は、側面視において略多角形状の巻鉄心本体１０を備える。当該巻鉄心本体１０は、方向性電磁鋼板１が、板厚方向に積み重ねられ、側面視において略矩形状の積層構造２を有する。当該巻鉄心本体１０を、そのまま巻鉄心として使用してもよいし、必要に応じて積み重ねられた複数の方向性電磁鋼板を一体的に固定するために、結束バンド等、公知の締付具等を備えていてもよい。

本実施の形態において、巻鉄心本体１０の鉄心長に特に制限はないが、鉄心において鉄心長が変化しても、屈曲部５の体積は一定であるため屈曲部５で発生する鉄損は一定である。鉄心長が長いほうが巻鉄心本体１０に対する屈曲部５の体積率は小さくなるため、鉄損劣化への影響も小さい。よって、巻鉄心本体１０の鉄心長は長いほうが好ましい。巻鉄心本体１０の鉄心長は、１．５ｍ以上であることが好ましく、１．７ｍ以上であるとより好ましい。なお、本実施形態において、巻鉄心本体１０の鉄心長とは、側面視による巻鉄心本体１０の積層方向の中心点における周長をいう。

このような本実施形態の巻鉄心は、従来公知のいずれの用途にも好適に用いることができる。

本実施の形態に係る鉄心は、側面視において略多角形状であることを特徴とする。以下の図を用いた説明においては、図示及び説明を単純にするため、一般的な形状でもある略矩形状（四角形）の鉄心で説明するが、屈曲部の角度や数、平面部の長さによって、様々な形状の鉄心が製造可能である。例えば、全ての屈曲部の角度が４５°で平面部の長さが等しければ、側面視は八角形になる。また、角度が６０°である６個の屈曲部を有し、平面部の長さが等しければ側面視は六角形となる。
図１及び図２に示されるように、巻鉄心本体１０は、長手方向に平面部４と屈曲部５とが交互に連続する方向性電磁鋼板１が、板厚方向に積み重ねられた部分を含み、側面視において中空部１５を有する略矩形状の積層構造２を有する。屈曲部５を含むコーナー部３は、側面視において、曲線状の形状を有する屈曲部５を２つ以上有しており、１つのコーナー部３に存在する屈曲５のそれぞれの曲げ角度の合計が例えば９０°となっている。コーナー部３は、隣り合う屈曲部５，５間に、側面視した場合の長手方向の長さが前記平面部４の長さよりも短い平面部４ａを有している。したがって、コーナー部３は、２以上の屈曲部５と、１つ以上の平面部４ａとを有する形態となっている。なお、図２の実施形態は１つのコーナー部３中に２つの屈曲部５を有する場合であって、１つの屈曲部５が４５°である。図３の実施形態は１つのコーナー部３中に３つの屈曲部５を有する場合であって、１つの屈曲部５が３０°である。

これらの例に示されるように、本実施の形態の鉄心は、様々な角度を有する屈曲部により構成できるが、加工時の変形による歪み発生を抑制して鉄損を抑える点からは、屈曲部５の曲げ角度φ（φ１、φ２、φ３）は６０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましい。１つの鉄心が有する屈曲部の曲げ角度φは任意に構成することが可能である。例えば、φ１＝６０°且つφ２＝３０°とすることができる。生産効率の点からは折り曲げ角度（曲げ角度）が等しいことが好ましく、ある一定以上の変形箇所を少なくすれば用いる鋼板の鉄損により作成する鉄心の鉄損を小さくできる場合は、異なる角度の組み合わせの加工としてもよい。設計は鉄心加工にて重視するポイントから任意に選択することができる。

図６を参照しながら、屈曲部５について更に詳細に説明する。
図６は、方向性電磁鋼板１の屈曲部（曲線部分）５の一例を模式的に示す図である。屈曲部５の曲げ角度とは、方向性電磁鋼板１の屈曲部５において、折り曲げ方向の後方側の直線部と前方側の直線部との間に生じた角度差を意味し、方向性電磁鋼板１の外面において、屈曲部５を挟む両側の平面部４，４ａの表面である直線部分を延長して得られる２つの仮想線Ｌｂ－ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ１、Ｌｂ－ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ２がなす角の補角の角度φとして表わされる。この際、延長する直線が鋼板表面から離脱する点が、鋼板外面側の表面における平面部と屈曲部の境界であり、図６においては、点Ｆ及び点Ｇである。

さらに、点Ｆ及び点Ｇのそれぞれから鋼板外表面に垂直な直線を延長し、鋼板内面側の表面との交点をそれぞれ点Ｅ及び点Ｄとする。この点Ｅ及び点Ｄが鋼板内面側の表面における平面部４，４ａと屈曲部５との境界である。
そして、本実施形態において屈曲部５とは、方向性電磁鋼板１の側面視において、上記点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、点Ｇにより囲まれる方向性電磁鋼板１の部位である。図６においては、点Ｄと点Ｅとの間の鋼板表面、すなわち、屈曲部５の内側表面をＬａ、点Ｆと点Ｇとの間の鋼板表面、すなわち、屈曲部５の外側表面をＬｂとして示している。

また、この図６には、屈曲部５の側面視における内面側曲率半径ｒ（以下、単に曲率半径ｒとも称する。）が表わされている。上記Ｌａを点Ｅ及び点Ｄを通過する円弧で近似することで、屈曲部５の曲率半径ｒを得る。曲率半径ｒが小さいほど屈曲部５の曲線部分の曲がりは急であり、曲率半径ｒが大きいほど屈曲部５の曲線部分の曲がりは緩やかになる。
本実施形態の巻鉄心では、板厚方向に積層された各方向性電磁鋼板１の各屈曲部５における曲率半径ｒは、ある程度の変動を有するものであってもよい。この変動は、成形精度に起因する変動であることもあり、積層時の取り扱いなどで意図せぬ変動が発生することも考えられる。このような意図せぬ誤差は、現在の通常の工業的な製造であれば０．２ｍｍ程度以下に抑制することが可能である。このような変動が大きい場合は、十分に多数の鋼板について曲率半径を測定し、平均することで代表的な値を得ることができる。また、何らかの理由で意図的に変化させることも考えられるが、本実施形態はそのような形態を除外するものではない。

なお、屈曲部５の曲率半径ｒの測定方法にも特に制限はない。例えば、市販の顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ ＥＣＬＩＰＳＥ ＬＶ１５０）を用いて２００倍で観察することにより測定することができる。具体的には、観察結果から、図６に示すような曲率中心Ａ点を求めるが、この求め方として、例えば、線分ＥＦと線分ＤＧを点Ｂとは反対側の内側に延長させた交点をＡと規定すれば、曲率半径ｒの大きさは、線分ＡＣの長さに該当する。本実施形態発明では、屈曲部５の曲率半径ｒは特に制限されないが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲としてよい。屈曲部５の曲率半径ｒは、好ましくは３ｍｍ以下である。この場合に、本実施形態発明の効果がより顕著に発揮される。

図４及び図５は巻鉄心本体１０における１枚分あるいは１層分の方向性電磁鋼板１の一例を模式的に示す図である。図４及び図５の例で用いられる方向性電磁鋼板１は、ユニコア形態の巻鉄心を実現するべく、折り曲げ加工されたものであって、２つ以上の屈曲部５と、平面部４とを有し、１つ以上の方向性電磁鋼板１の長手方向の端面である接合部（隙間）６を介して側面視において略多角形の環を形成する。
本実施の形態においては、巻鉄心本体１０が、全体として側面視が略多角形状の積層構造２を有していればよい。図４の例に示されるように、１つの接合部６を介して１枚の方向性電磁鋼板１が巻鉄心本体１０の１層分を構成する（一巻ごとに１箇所の接合部６を介して１枚の方向性電磁鋼板１が接続される）ものであってもよく、図５の例に示されるように１枚の方向性電磁鋼板１が巻鉄心の約半周分を構成し、２つの接合部６を介して２枚の方向性電磁鋼板１が巻鉄心本体１０の１層分を構成する（一巻ごとに２箇所の接合部６を介して２枚の方向性電磁鋼板１が互いに接続される）ものするものであってもよい。
当然ながら接合部の数が多ければ鉄心の特性に悪影響を及ぼし、また鉄心の形成工程数すなわち巻回体の形成を増加させる。そのため、接合部の数は少ない方がよい。一方、巻鉄心のサイズが大きい場合、前記巻回し作業に際し支障が生じることもある。したがって、接合部数はこれらを勘案して決めればよい。

本実施の形態において用いられる方向性電磁鋼板１の板厚は、特に限定されず、用途等に応じて適宜選択すればよいものであるが、通常０．１５ｍｍ～０．３５ｍｍの範囲内であり、好ましくは０．１８ｍｍ～０．２７ｍｍの範囲である。

また、方向性電磁鋼板１を製造する方法は、特に限定されず、従来公知の方向性電磁鋼板の製造方法を適宜選択することができる。製造方法の好ましい具体例としては、例えば、Ｃを０．０４～０．１質量％とし、その他は上記方向性電磁鋼板１の化学組成を有するスラブを１０００℃以上に加熱して熱間圧延を行った後、必要に応じて熱延板焼鈍を行ない、次いで、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷延により冷延鋼板とし、当該冷延鋼板を、例えば湿水素－不活性ガス雰囲気中で７００～９００℃に加熱して脱炭焼鈍し、必要に応じて更に窒化焼鈍し、焼鈍分離剤を塗布した上で、１０００℃程度で仕上げ焼鈍し、９００℃程度で絶縁被膜を形成する方法が挙げられる。さらに、その後、摩擦係数を調整するための塗装などを実施しても良い。なお、上記化学組成においては、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅおよび不純物に加え、本発明の効果を阻害しない範囲内で、Ｍｎ、Ａｌ、Ｎ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、ＴａおよびＷの１種以上を選択元素として含有してもよい。
また、一般的に歪や溝等を用いた「磁区制御」と呼ばれる処理を鋼板の製造工程において公知の方法で施した鋼板であっても本実施形態の効果を享受できる。

また、本実施の形態において、以上のような形態を備える方向性電磁鋼板１から構成される巻鉄心は、まず、一枚ずつ個別に折り曲げ加工された方向性電磁鋼板１を層状に積み重ねて巻回形状に組み付け、さらに、一巻ごとに少なくとも１箇所以上の接合部６を介して一枚もしくは複数枚の方向性電磁鋼板１が互いに接続されて形成される。
具体的には、一枚ずつ折り曲げ加工する際、積層される方向性電磁鋼板１のうち１枚以上の少なくとも１つの屈曲部５が以下のように製造される。すなわち、屈曲部５は、図７に示されるように、ダイス３０の略Ｖ字型の凹陥部３２と、この凹陥部３２の形状に対してほぼ相補的な形状を成すパンチ４０の凸部４２との間で、方向性電磁鋼板１の屈曲されるべき部位（巻鉄心の屈曲部５に相当する部位）がその厚さＴ方向で挟圧される（図７の例では、図中に矢印で示されるように、パンチ４０がダイス３０に対して下方に移動して方向性電磁鋼板１を加圧する）Ｖ曲げ工法によって形成される。この場合、方向性電磁鋼板１の厚さＴ方向に沿う図７の断面（つまり、方向性電磁鋼板１の厚さＴ方向および長手方向の両方向に沿う断面）において、凸部４２はその頂部表面に所定の曲率を有する円弧部４２ａを有し、ダイス３０の凹陥部３２はＶ字の頂点Ｐから両側に斜めに延びる直線部３２ａ，３２ａを有する。すなわち、凹陥部３２の底面は、Ｖ字の頂点Ｐから両側に斜め上方に延びる直線部３２ａ，３２ａを有し、また、凸部４２の外表面は、所定の曲率を有する円弧部４２ａと、円弧部４２ａの両端から延びる直線部４２ｂ，４２ｂとを有する。また、内面側曲率半径ｒを有する屈曲部５を形作るパンチ４０の凸部４２における円弧部４２ａの曲率半径ｒｄ（ｍｍ）は、０．２０ｍｍ≦ｒｄ≦２．００ｍｍの関係を満たし、方向性電磁鋼板１の屈曲部５の曲げ角度θ（°）は、１０°≦θ≦９０°の関係を満たし（図７では曲げ角度θ＝９０°）、方向性電磁鋼板１の厚さＴ（ｍｍ）は、０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍの関係を満たしている。そして、ダイス３０の凹陥部３２における頂点Ｐから両側に延びる直線部３２ａ，３２ａの延在端部３２ａａ，３２ａｂ間を最短で結ぶ直線の長さであるダイス幅Ｌ（ｍｍ）は、２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たしている。
なお、積層される方向性電磁鋼板１の全てにおける屈曲部５が、上記方法及び上記条件にて形成されることが望ましい。

また、以上のようなＶ曲げ工法を伴う巻鉄心の製造を可能にする装置が図８にブロック図で概略的に示されている。図８は、ユニコアの形態を成す巻鉄心の製造装置７０を概略的に示しており、この製造装置７０は、方向性電磁鋼板１を一枚ずつ折り曲げ加工する折り曲げ加工部７１と、折り曲げ加工された方向性電磁鋼板１を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、長手方向に平面部４と屈曲部５とが交互に連続する方向性電磁鋼板１が板厚方向に積み重ねられた部分を含む巻回形状の巻鉄心を形成する、組み付け部７２とを備える。

折り曲げ加工部７１には、方向性電磁鋼板１をロール状に巻き回して形成されたフープ材を保持する鋼板供給部５０から方向性電磁鋼板１が所定の搬送速度で繰り出されることによって供給される。このようにして供給された方向性電磁鋼板１は、折り曲げ加工部７１において、適宜適当なサイズに切断されるとともに、１枚ずつ折り曲げられる、折り曲げ加工を受ける。こうして得られた方向性電磁鋼板１では、折り曲げ加工で生じる屈曲部５の曲率半径ｒが０．２ｍｍから２．０ｍｍの範囲と極めて小さくなるため、折り曲げ加工によって方向性電磁鋼板１に付与される加工歪はトランココアに比べて極めて小さいものとなる（トランココアの場合コア外側の曲率半径は数十ｍｍにおよぶため内側の曲率半径が小さい場合でも、付与される歪付与部分の大きさはコア外側で極めて大きくなる）。このように、加工歪が大きくなると想定される一方で、加工歪の影響がある体積を小さくすることができれば、焼鈍工程を省くことができる。

また、折り曲げ加工部７１は、前述したような、略Ｖ字型の凹陥部３２を有するダイス３０と、凹陥部３２の形状に対してほぼ相補的な形状を成す凸部４２を有するパンチ４０とを備えるとともに、方向性電磁鋼板１の屈曲されるべき部位を凹陥部３２と凸部４２との間で厚さＴ方向に狭圧することによって、積層される方向性電磁鋼板１のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つ、好ましくは全ての屈曲部５を形成する。

（実施例）
以下、本発明の実施例を挙げながら、本発明の技術的内容について更に説明する。以下に示す実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した条件例であり、本発明は、この条件例に限定されるものではない。また本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
この実施例では、表１に示す方向性電磁鋼板（鋼板Ｎｏ．１～８）を用いて、表２に示す鉄心を作成し、鉄心特性を測定した。詳細な製造条件および特性を表３に示す。

具体的に、表１には方向性電磁鋼板の化学組成（残部はＦｅおよび不純物；質量％）及び磁気特性が示されている。方向性電磁鋼板の磁気特性は、ＪＩＳ Ｃ ２５５６：２０１５に規定された単板磁気特性試験法（Single Sheet Tester：ＳＳＴ）に基づいて測定した。磁気特性として、８００Ａ／ｍで励磁したときの鋼板の圧延方向の磁束密度Ｂ８（Ｔ）、更に、交流周波数：５０Ｈz、励磁磁束密度：１．７Ｔでの鉄損（Ｗ１７／５０（Ｗ／ｋｇ））を測定した。また、表１には、各鋼板Ｎｏ．１～８に関して、鋼板板厚（ｍｍ）及びレーザー磁区制御の有無も示されている。

また、本発明者らは、各鋼板Ｎｏ．１～８を素材として、表２および図９に示す形状を有する鉄心コアＮｏ．ａ～ｃを製造した。ここで、Ｌ１はＸ軸方向に平行で、中心ＣＬを含む平断面での巻鉄心の最内周にある互いに平行な方向性電磁鋼板１間の距離（内面側平面部間距離）であり、Ｌ２はＺ軸方向に平行で、中心ＣＬを含む縦断面での巻鉄心の最内周にある互いに平行な方向性電磁鋼板１間の距離（内面側平面部間距離）であり、Ｌ３はＸ軸方向に平行で、中心ＣＬを含む平断面での巻鉄心の積層厚さ（積層方向の厚さ）であり、Ｌ４はＸ軸方向に平行で中心ＣＬを含む平断面での巻鉄心の積層鋼板幅であり、Ｌ５は巻鉄心の最内部の互いに隣り合って、かつ、合わせて直角をなすように配置された平面部間距離（屈曲部間の距離）である。言い換えると、Ｌ５は、最内周の方向性電磁鋼板の平面部４，４ａのうち、最も長さが短い平面部４ａの長手方向の長さである。ｒは巻鉄心の内面側の屈曲部５の曲率半径（ｍｍ）、φは巻鉄心の前述した屈曲部５の曲げ角度θ（°）である。表２の略矩形状の鉄心コアＮｏ．ａ～ｃは、内面側平面部距離Ｌ１である平面部が距離Ｌ１のほぼ中央で分割されており、「略コの字」の形状を有する２つの鉄心を結合した構造となっている。
ここで、コアＮｏ．ｃの鉄心は、従来から一般的な巻鉄心として利用されている、鋼板を筒状に巻き取った後、筒状積層体のままコーナー部を一定曲率になるようにプレスし、略矩形に形成する方法により製造された、いわゆるトランココア形態の巻鉄心である。このため、屈曲部５の曲率半径ｒは鋼板の積層位置により大きく変動する。一方、コアＮｏ．ａの鉄心は、１つのコーナー部３に２つの屈曲部５を有するユニコア形態の巻鉄心であり、コアＮｏ．ｂの鉄心は、１つのコーナー部３に３つの屈曲部５を有するユニコア形態の巻鉄心である。また、表２中、屈曲部の曲率半径ｒに関しては、表３において詳細に示されている。

そして、本発明者らは、表３に示されるように、各鋼板Ｎｏ．１～８を素材として製造した鉄心コアＮｏ．ａ～ｃにおける４７個の試験品に関し、曲げ加工法として片側自由曲げ工法及びＶ曲げ工法を適用するとともに、巻鉄心の屈曲部５の曲げ角度φ（°）、パンチ４０の凸部における曲率半径ｒｄ（ｍｍ）、及び、ダイス幅Ｌ（ｍｍ）を様々に変えて、各鋼板を素材とする鉄心について無負荷損失を求め、表１に示す素材鋼板の磁気特性との比を取ることでビルディングファクタ（ＢＦ）を求めた。なお、表３中、加工調整における（※１）は、片側自由曲げ工法において、φ＝４５°となるように金型（パンチ）のストローク調整がなされていることを示し、（※２）は、φ＝３０°となるようにストローク調整がなされていることを示し、（※３）は、φ＝９０°となるようにストローク調整がなされていることを示している。
表３から分かるように、試験番号Ｎｏ．２，１７，２６，３７は、ダイス幅Ｌが小さく、折り曲げ部のスプリングバックが生じφが指定の角度付近に調整できなかったため、鉄心形状が悪く（×）、鉄心に巻線を設置できなかったことから、鉄心特性の測定ができなかった。また試験番号Ｎｏ．８，９，２３，２４，３１，３２，３６についてはダイス幅Ｌが大きく、Ｖ曲げ工程時に鋼板が曲げおよび曲げ戻しを繰り返されることからＶ曲げ部およびその周辺に付与される加工歪の影響が大きくなり結果鉄心特性およびＢＦが大きくなった。
また、試験番号Ｎｏ．３３，３４は、曲率半径ｒｄが小さく、折り曲げ部のスプリングバックが生じ、鉄心形状が悪く（×）、鉄心に巻線を設置できなかったことから、鉄心特性の測定ができなかった。また、試験番号Ｎｏ．３９，４０は、曲率半径ｒｄが大きく、加工歪部が大きくなったため、結果、ＢＦが大きくなった。また、試験番号Ｎｏ．４１，４２は、曲率半径ｒｄが大きいためＶ曲げ加工によっても折り曲げ形状が凍結できず、スプリングバックが生じφが指定の角度付近に調整できなかったため、鉄心形状が悪く（×）鉄心に巻線を設置できなかったことから、鉄心特性の測定ができなかった。
続いて本発明者らは、鋼板Ｎｏ．１～３を用いて鉄心コアＮｏ．ｃとほぼ同じ大きさのトランココアを作成した。具体的には板幅１５０ｍｍの各鋼板フープを用いて、内径１８０ｍｍ、積厚５５ｍｍのドーナツ状の巻回体を作成した。次いで、各巻回体の内側に１９７ｍｍ×６６ｍｍ×１５０ｍｍの直方体のＳＫＤ１１製の金型を挿入し、巻回体を略長方形の鉄心に変形させた後、巻回体の外側の４つのコーナーに外側から凹陥部を有するＳＫＤ１１製の金型を配置し押圧し鉄心を変形・成形した。除荷後、金型を取り除き前記同様の方法で鉄心に巻線を行い各鉄心について無負荷損を測定した。結果は、試験番号Ｎｏ.４５～４７に示すように巻鉄心の鉄損が大きく測定ができなかった。このことから巻回体を予め作成し巻鉄心（いわゆるトランココア）を成形する方法では、鋼板および鉄心に大きな歪が付与され、鉄損が上昇することが判りこれらを巻鉄心として使用するには歪取り焼鈍が必須であることが判る。
前述した寸法要件、すなわち、０．２ｍｍ≦ｒｄ≦２．０ｍｍ、１０°≦θ（φ）≦９０°、０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍ、２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たす実施例と、前記関係を満たさない比較例とを見れば分かるように、実施例においてはビルディングファクタ（ＢＦ）が１．１２以下に抑えられている（巻鉄心の鉄損が低減されている）。

１ 方向性電磁鋼板
４，４ａ 平面部
５ 屈曲部
１０ 巻鉄心（巻鉄心本体）
３０ ダイス
３２ 凹陥部
３２ａ 直線部
４０ パンチ
４２ 凸部
４２ａ 円弧部
７１ 折り曲げ加工部
７２ 組み付け部

Claims (2)

1. 中心に矩形の中空部を有し、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続する方向性電磁鋼板が板厚方向に積み重ねられた部分を含む巻回形状の巻鉄心であって、一枚ずつ折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより形成され、一巻ごとに少なくとも１箇所以上の接合部を介して複数枚の方向性電磁鋼板が互いに接続される巻鉄心の製造方法において、
   積層される前記方向性電磁鋼板のうちの１枚以上における少なくとも１つの前記屈曲部は、ダイスの略Ｖ字型の凹陥部と、この凹陥部の形状に対してほぼ相補的な形状を成すパンチの凸部との間で、前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき部位がその厚さ方向で挟圧されることによって形成され、
   前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、前記凸部はその頂部に所定の曲率を有する円弧部を有し、前記凹陥部はＶ字の頂点から両側に斜めに延びる直線部を有し、
   前記パンチの前記凸部における前記円弧部の曲率半径ｒｄ（ｍｍ）は、０．２０ｍｍ≦ｒｄ≦２．００ｍｍの関係を満たし、
   前記屈曲部の曲げ角度θ（°）は、１０°≦θ≦９０°の関係を満たし、
   前記方向性電磁鋼板の厚さＴ（ｍｍ）は、０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍの関係を満たし、
   前記ダイスの前記凹陥部における前記頂点から両側に延びる前記直線部の延在端部間を最短で結ぶ直線の長さであるダイス幅Ｌ（ｍｍ）は、２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たす、
   ことを特徴とする巻鉄心の製造方法。
2. 方向性電磁鋼板を一枚ずつ折り曲げ加工する折り曲げ加工部と、
   前記折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続する方向性電磁鋼板が板厚方向に積み重ねられた部分を含む巻回形状の巻鉄心を形成する、組み付け部と、
   を備え、
   前記折り曲げ加工部は、略Ｖ字型の凹陥部を有するダイスと、前記凹陥部の形状に対してほぼ相補的な形状を成す凸部を有するパンチとを備えるとともに、前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき部位を前記凹陥部と前記凸部との間で厚さ方向に狭圧することによって、積層される前記方向性電磁鋼板のうちの１枚以上の少なくとも１つの前記屈曲部を形成し、
   前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、前記凸部はその頂部に所定の曲率を有する円弧部を有し、前記凹陥部はＶ字の頂点から両側に斜めに延びる直線部を有し、
   前記パンチの前記凸部における前記円弧部の曲率半径ｒｄ（ｍｍ）は、０．２０ｍｍ≦ｒｄ≦２．００ｍｍの関係を満たし、
   前記屈曲部の曲げ角度θ（°）は、１０°≦θ≦９０°の関係を満たし、
   前記方向性電磁鋼板の厚さＴ（ｍｍ）は、０．１５ｍｍ≦Ｔ≦０．３５ｍｍの関係を満たし、
   前記ダイスの前記凹陥部における前記頂点から両側に延びる前記直線部の延在端部間を最短で結ぶ直線の長さであるダイス幅Ｌ（ｍｍ）は、２（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθ≦Ｌ≦６（ｒｄ＋Ｔ）／ｓｉｎθの関係を満たす、
   ことを特徴とする巻鉄心の製造装置。

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