JP2022188962A - 帯状鋼板の圧延方法及びステータコアの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状の板材を連続送りしながら、幅方向の圧延を行って、磁気特性及び生産性を向上することが可能な、帯状鋼板の圧延方法を提供する。【解決手段】帯状鋼板１０を長手方向Ｌに送りながら、圧延ロール群２０を用いて圧延する圧延加工工程Ｓ１を備える圧延方法において、圧延ロール群２０は、帯状鋼板１０を板厚方向Ｔに挟んで対向し、かつ、板幅方向Ｗをロール幅方向とするロール対２１～２Ｎが、長手方向Ｌにわたって多段に配置されて構成されており、最前段を含む１段以上のロール対は、ロール幅方向の中央部が一定幅で周方向の全周にわたって外方へ突出する突出部３の先端面が圧延面３０となる段付きロール対であり、圧延加工工程Ｓ１において、帯状鋼板１０を、圧延ロール群２０へ順次送り込み、段付きロール対の圧延面３０間において帯状鋼板１０を挟圧して、板幅方向Ｗに圧延する。【選択図】図１

Description

本発明は、帯状鋼板を幅方向に圧延する方法と、圧延された帯状鋼板を用いてステータコアを製造するための装置に関する。

従来、車両用の回転電機等に用いられるステータコアは、無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工して積層したもの、あるいは、方向性電磁鋼板をティース部とコアバック部で分割して組み合わせたものとして構成されている。方向性電磁鋼板は、圧延により磁化容易軸である＜１００＞方位を特定方向に配向させたものであり、磁束の流れる向きに結晶方位を揃えることによって磁気特性を向上させることが期待される。また、ステータコアは、ティース部とコアバック部とで、磁束の流れる向きが異なることから、クロス圧延によって製造される二方向性電磁鋼板を用いることが検討されている。

例えば、特許文献１には、予め特定方位（｛１１０｝＜００１＞方位）に集積した一方向性電磁鋼板を準備し、その圧延方向と直交する方向に、２０％～５０％の圧下率で冷間圧延することにより、その一部を方位変化させる方法が開示されている。このようにして得られる二方向性電磁鋼板は、特定の主方位と副方位を有し、その後のステータコアの製造工程において、打ち抜き加工性又は曲げ加工性の改善に有効とされている。

特開２０１７－２２２９１０号公報

特許文献１に記載されるステータコアの製造工程において、得られた二方向性電磁鋼板は、例えば、所定のステータコア形状に打ち抜かれ、所定枚数の打ち抜き板を積層して一体化される。あるいは、所定の帯状に打ち抜かれた板材を曲げ加工し、所定のらせん状に巻回して、ステータコアが構成される。その場合、前者の方法では、円環状のコアバック部の内周にティース部が放射状に配置される打ち抜き形状となり、ステータコアの全周において、ティース部の磁束の向きに結晶方位を揃えることは難しい。また、打ち抜きによる材料ロスが生じやすく、歩留まりが低下する。

一方、後者の方法では、帯状の板材の幅方向と平行にティース部が配置されることから、この方向に磁化容易軸を配向させるためには、例えば、板材に幅方向のひずみを導入し熱処理することが考えられる。ところが、圧延によって板幅方向にひずみを導入しようとすると、圧延ロールの移動方向が、板材の長手方向と直交する方向となるために、板材を間欠送りしながら、圧延加工する必要がある。そのため、歩留まり向上は期待されるものの、生産性が低下することから、現実的な方法とは言えなかった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、帯状の板材を連続送りしながら、幅方向の圧延を行って、磁気特性及び生産性を向上することが可能な帯状鋼板の圧延方法及びステータコアの製造装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
帯状鋼板（１０）を長手方向（Ｌ）に送りながら、圧延ロール群（２０）を用いて圧延する圧延加工工程（Ｓ１）を備える圧延方法であって、
上記圧延ロール群は、上記帯状鋼板を板厚方向（Ｔ）に挟んで対向し、かつ、板幅方向（Ｗ）をロール幅方向とするロール対（２１～２Ｎ）が、上記長手方向にわたって多段に配置されて構成されており、
最前段を含む１段以上の上記ロール対は、上記ロール幅方向の中央部が一定幅で周方向の全周にわたって外方へ突出する突出部（３）を有し、上記突出部の先端面が圧延面（３０）となる段付きロール対であり、
上記圧延加工工程において、上記帯状鋼板を、連続的に上記圧延ロール群へ送り込み、上記段付きロール対の上記圧延面の間において上記帯状鋼板を挟圧して、上記板幅方向に圧延する、帯状鋼板の圧延方法にある。

本発明の他の態様は、
コアバック部（Ｃ１）及び複数のティース部（Ｃ２）を備えるステータコア（Ｃ）の製造装置（１）であって、
圧延ロール群（２０）を備え、帯状鋼板（１０）を長手方向（Ｌ）に送りながら、板幅方向（Ｗ）に圧延する幅圧延加工部（４０）と、
圧延加工された上記帯状鋼板を、上記板幅方向の端縁部を上記コアバック部とし、上記コアバック部の内側に、複数の上記ティース部が上記板幅方向に平行配置される形状の打ち抜き片（５）に加工する打ち抜き加工部（５０）と、
上記打ち抜き片を、円柱状の巻き取り軸（６１）周りに上記コアバック部が径方向外側となるように、らせん状に巻き取りながら積層して、上記ステータコア形状の積層体（６）に加工するヘリカル加工部（６０）と、
上記積層体を熱処理する焼鈍部（７０）と、を備えており、
上記幅圧延加工部において、
上記圧延ロール群は、上記帯状鋼板を板厚方向（Ｔ）に挟んで対向し、かつ、板幅方向（Ｗ）をロール幅方向とするロール対（２１～２Ｎ）が、上記長手方向にわたって多段に配置されて構成されており、
最前段を含む１段以上の上記ロール対を、上記ロール幅方向の中央部が一定幅で周方向の全周にわたって外方へ突出する突出部（３）を有し、上記突出部の先端面が圧延面（３０）となる段付きロール対として、上記段付きロール対の上記圧延面間において上記帯状鋼板を挟圧して、上記板幅方向に圧延する、ステータコアの製造装置にある。

上記圧延方法において、帯状鋼板は、圧延ロール群のロール対に順次送り込まれる。長手方向にわたって多段に配置されたロール対は、最前段を含む１段以上が段付きロール対で構成されており、ロール幅方向の中央部に設けられる突出部の先端面が圧延面となって、帯状鋼板の板幅方向の中央部を圧下する。このとき、段付きロール対の圧延面間に挟圧される鋼板材料は、板幅方向の中央部から両側へ流動し、板幅方向のひずみが増加する。圧延ロール群の１段目においてひずみが付与された帯状鋼板は、２段目以降へ送られ、さらに圧延加工される。したがって、段付きロール対を含む圧延ロール群を、所望のひずみが得られるように構成し、帯状鋼板を長手方向に連続送りしながら、板幅方向の圧延加工を行うことができる。

また、上記構成のステータコアの製造装置は、幅圧延加工部を備え、段付きロール対を備える圧延ロール群を用いて、帯状鋼板を長手方向に連続送りしながら、板幅方向の圧延加工を行うことができる。そして、続く打ち抜き加工部において、板幅方向がティース部の方向となるように打ち抜き、得られた打ち抜き片を、さらに、ヘリカル加工部において、コアバック部が径方向外側となるようにらせん状に巻回して、所定のステータコア形状の積層体とすることができる。これを、焼鈍部にて熱処理することにより、ティース部の磁束の向きに合わせて材料組織の結晶方位を制御し、磁気特性を向上させることができる。

以上のごとく、上記態様によれば、帯状の板材を連続送りしながら、幅方向の圧延を行って、磁気特性及び生産性を向上することが可能な帯状鋼板の圧延方法及びステータコアの製造装置を提供しようとするものである。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、帯状鋼板の圧延方法に用いられる圧延ロール群の概略構成を示す模式的な図。 実施形態１における、圧延ロール群を用いた帯状鋼板の圧延加工工程を示す模式的な断面図。 実施形態１における、圧延ロールによる帯状鋼板の加工部と、作用効果を説明するための模式的な図。 実施形態１における、ステータコアの製造装置の概略構成図。 実施形態１における、ステータコアの製造装置の各部構成と、製造工程を説明するための概略図。 実施形態１における、帯状鋼板を用いて製造されるステータコアの概略構成を示す斜視図。 実施形態１における、ステータコアを用いて製造されるモータの概略構成を示す斜視図とそのＡ部拡大図。 実施形態１における、ステータコアの構成を示す部分拡大図で、図７のＢ部拡大図。 実施形態１における、圧延加工された帯状鋼板とステータコアの磁束の向きを対比させて示す模式的な図。 実施形態２における、ステータコアの製造装置の概略構成図。 実施形態２における、ステータコアの製造装置の各部構成及び工程を説明するための概略斜視図。 実施形態３における、ステータコアの製造装置の概略構成図。 実施形態３における、ステータコアの製造装置の各部構成と、製造工程を説明するための概略図。 実施形態３における、ヘリカル加工部による帯状鋼板の加工工程と製造される積層体の構成を、実施形態２と比較して示す模式的な図。 実施形態４における、圧延ロール群の詳細構成例を示す模式的な断面図。 試験例１における、ＣＡＥ解析用のモデルとなる幅圧延加工部の構成を示す模式的な図。 試験例１における、ＣＡＥ解析条件と解析結果を示す図。

（実施形態１）
以下に、帯状鋼板の圧延方法及びステータコアの製造装置に係る実施形態１について、図１～図９を参照して説明する。図１、図２に示すように、本形態の圧延方法は、圧延ロール群２０を用いて実施される圧延加工工程Ｓ１を備える。圧延加工工程Ｓ１において、帯状鋼板１０は、その長手方向Ｌが送り方向（すなわち、図１中に矢印で示す方向）となるように、連続的に送られながら、板幅方向Ｗに圧延される。帯状鋼板１０は、例えば、薄板帯状に成形された電磁鋼板であり、圧延ロール群２０は、長手方向Ｌにわたって所定の間隔をおいて多段に配置されたロール対２１～２Ｎにて構成される。

図２において、圧延ロール群２０を構成するロール対２１～２Ｎは、それぞれ、帯状鋼板１０を板厚方向Ｔに挟んで対向し、かつ、板幅方向Ｗをロール幅方向とする一対のロール２ａ、２ｂからなる。一対のロール２ａ、２ｂは、板厚方向Ｔを上下方向として対向配置されており、各段において、上側のロール２ａと下側のロール２ｂとは、同一の周面形状に成形されている。以下、各段を構成するこれら一対のロール２ａ、２ｂを、適宜、圧延ロール２と称する。圧延ロール群２０は、後述するステータコアＣの製造装置１において、幅圧延加工部４０を構成する（例えば、図４参照）。

図１において、ロール対２１～２Ｎは、圧延ロール群２０が所定段数（例えば、Ｎ段）となるように、それぞれ、板幅方向Ｗをロール幅方向として、長手方向Ｌに整列している。圧延ロール群２０は、多段配置されたロール対２１～２Ｎのうち、最前段を含む１段以上が、ロール幅方向の中央部に突出部３を有する段付きロール対にて構成されている。ここでは、例えば、Ｎ段の圧延ロール２のうち、１段目からｎ段目（すなわち、Ｎ＞ｎ）となるロール対２１～２ｎを段付きロール対として図示している。段付きロール対は、ロール幅方向（すなわち、板幅方向Ｗ）の中央部が一定幅で周方向の全周にわたって外方へ突出して、突出部３を形成し、突出部３の先端面が圧延面３０となって、帯状鋼板１０の板面を圧延加工する。具体的には、段付きロール対となる各ロール対２１～２ｎは、それぞれ、ロール幅方向の中央部が拡径した突出部３１～３ｎを有し、突出部３１～３ｎの圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂｎは、各段で異なっている。

最後段のロール対２Ｎは、周面の全面が平坦面であるフラットロール対として構成される。具体的には、フラットロール対は、板厚方向Ｔに帯状鋼板１０を挟んで対向する一対のロール２ａ、２ｂが、ロール幅方向の中央部に突出部３を有しておらず、平坦な全周面が圧延面となるフラットロールからなる。好適には、圧延ロール群２０は、三段以上の圧延ロール２を有し、その複数段が段付きロール対であることが望ましい。その場合には、例えば、最後段のロール対２Ｎをフラットロール対とし、それ以外の複数段（例えば、Ｎ－１段）の圧延ロール２を、段付きロール対とすることができる。

図２に示すように、圧延加工工程Ｓ１において、帯状鋼板１０は、連続的に圧延ロール群２０へ送り込まれ、各段のロール対２１～２Ｎによって、帯状鋼板１０が、順次圧延される。このとき、段付きロール対では、圧延面３０となる突出部３１～３ｎの先端面間において、帯状鋼板１０が挟圧される。これにより、圧延面３０の間において、帯状鋼板１０の中央部が板厚方向Ｔに圧縮され、拘束の小さい圧延面３０の両側へ材料流動が生じやすくなることにより、板幅方向Ｗのひずみが増加する。

複数段の段付きロール対を有する場合には、好適には、各ロール対２１～２ｎに形成される突出部３１～３ｎは、各段の圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂｎが、周方向の全周において一定であると共に、後段側ほど、圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂｎが広くなるように形成される。より好適には、各ロール対２１～２ｎの突出部３１～３ｎは、周方向の断面形状が、台形形状であることが望ましい。具体的には、ロール幅方向（すなわち、板幅方向Ｗ）の中央部が、先端側ほど幅狭となる台形断面の段付き状に突出して、突出部３１～３ｎを形成している。このように、基端側ほど幅広となる裾拡がりの形状であると、突出部３の座屈を抑制し、また、次段の突出部３が導入されやすくなる利点がある。

このように、圧延ロール群２０は、複数の圧延ロール２が、それぞれ異なる大きさの突出部３を有する段付き形状であり、後段側ほど圧延面３０の幅Ｂｎが広くなることにより、帯状鋼板１０を、圧延ロール群２０へ連続送りしながら、板幅方向Ｗへ圧延することができる。具体的には、後段側へ向かうほど、圧延面３０により押圧される帯状鋼板１０の加工部が、板幅方向Ｗへ拡がり、板幅方向Ｗへの材料流動によりひずみが増加する。これにより、圧延加工後の熱処理の際に、ひずみの方向に結晶が配向しやすくなり、材料組織の結晶方位の制御が可能になる。

ここで、図３の左図に示すように、段付きロール対であるｎ段目のロール対２ｎは、板幅方向Ｗの中央部に、幅Ｂｎの圧延面３０を有する突出部３ｎとなる大径部を備え、圧延加工工程Ｓ１において、突出部３ｎに対向する帯状鋼板１０の中央部のみを、所定の圧下量ｒｎで圧下する。突出部３ｎは、台形の段付き形状を有し、基端部の幅ｂｎは、圧延面３０の幅Ｂｎよりも広くなっている。具体的には、ロール対２ｎは、円柱状のロール本体の外周面から外方へ突出する突出部３ｎが、ロール幅方向の中心線に対して対称な台形形状であることが望ましい。ロール対２ｎは、ロール幅方向を回転軸の方向として回転し、ロール本体の外周面を環状に取り巻く突出部３ｎの一部が、順次、帯状鋼板１０を押圧する。

図３の右図に示すように、帯状鋼板１０は、図中に矢印で示す送り方向に送られながら、加工部となる一部が、突出部３ｎによって押圧される。このとき、帯状鋼板１０の加工部では、より多くの材料が存在する長手方向Ｌへの変形が拘束されるために、長手方向Ｌと比較して材料が少ない板幅方向Ｗの両側へ向けて、材料が積極的に流動することになる。そのために、帯状鋼板１０の長手方向ひずみは小さくなり、これに比較して、幅方向ひずみは大きくなるので、結晶方位が板幅方向Ｗに揃いやすくなり、板幅方向Ｗへの圧延が可能になる。

図３中に示すように、ひずみの大きさは圧下率ｒと相関があり、以下の関係で表される。
圧下率：ｒ＝（１－ｔ／ｔ₀）・・・（１）
ひずみ(絶対値)＝（２／√３）ｌｎ（１－ｒ）・・・（２）
なお、上記式（２）は、圧延による相当塑性ひずみの算出式を、上記式（１）を用いて変形したものである。図３の左図において、圧下率ｒは、初期の板厚ｔ₀と圧延後の板厚ｔとから、上記式（１）で求められる。圧延後の板厚ｔは、初期の板厚ｔ₀から圧下量ｒｎを減じた値である。この式（１）を変形すると、以下のようになる。
ｌｎ（ｔ₀／ｔ）＝－ｌｎ（１－ｒ）・・・（１１）
また、圧延による相当塑性ひずみの算出式は、一般に下記式で表されるから、
算出式：－（２／√３）ｌｎ（ｔ／ｔ₀）
ここに、上記式（１１）を代入すると、上記式（２）となる。

後述する試験例に示すように、多段の圧延ロール群２０を用いた圧延加工工程Ｓ１において、突出部３を備えるロール対２１～２ｎにより、帯状鋼板１０を連続的に幅方向Ｗに圧延し、例えば、圧下率２０％相当以上の幅方向ひずみを付与することができる。

図４、図５に装置構成と製造工程の一例を示すように、このようにして、板幅方向Ｗに圧延加工された帯状鋼板１０は、ステータコア材として好適であり、らせん状に巻き取るヘリカル加工を行って、ステータコアＣを製造することができる。図６に示すように、ステータコアＣは、コアバック部Ｃ１及び複数のティース部Ｃ２を備える構成であり、例えば、円環状のコアバック部Ｃ１の内周側に、複数のティース部Ｃ２が放射状に配置されて、全体が円筒状の積層体となっている。

このとき、ステータコアＣの磁気特性を向上させるには、図６中に矢印で示すように、磁化容易軸である＜１００＞方位が、ステータコアＣを流れる磁束の方向に揃うことが望ましい。すなわち、ティース部Ｃ２においては、磁束の向きは径方向となり、コアバック部Ｃ１においては、磁束の向きは周方向となる。そして、予め板幅方向Ｗに圧延加工された帯状鋼板１０を、さらにヘリカル加工することによって、ティース部Ｃ２の磁束の向きに、結晶方位を揃えることができる。また、帯状鋼板１０の長手方向Ｌの圧延は、従来の方法により比較的容易にできるので、さらに、コアバック部Ｃ１の磁束の向きに結晶方位を揃え、所望の磁気特性が得られるように、材料組織を制御することができる。

図４において、ステータコアＣの製造装置１は、幅圧延加工部４０と、打ち抜き加工部５０と、ヘリカル加工部６０と、焼鈍部７０とを備えている。幅圧延加工部４０においては、帯状鋼板１０を板幅方向Ｗに圧延加工する、圧延加工工程Ｓ１が実施される。また、打ち抜き加工部５０において、打ち抜き加工工程Ｓ２が、ヘリカル加工部６０において、ヘリカル加工工程Ｓ３が、焼鈍部７０において、焼鈍工程Ｓ４が実施されて、ステータコアＣとなる積層体６が製造される。

打ち抜き加工部５０は、図５に示す打ち抜き加工工程Ｓ２において、圧延加工された帯状鋼板１０を、板幅方向Ｗの端縁部を両端縁部の一方をコアバック部Ｃ１とし、コアバック部Ｃ１の内側に、複数のティース部Ｃ２が板幅方向Ｗに平行配置される形状の打ち抜き片５に加工する。続くヘリカル加工工程Ｓ３において、ヘリカル加工部６０は、打ち抜き片５を、円柱状の巻き取り軸６１周りにコアバック部Ｃ１が径方向外側となるように、らせん状に巻き取りながら積層して、ステータコアＣ形状の積層体６に加工する。

次に、ステータコアＣの製造装置１の各部構成と、帯状鋼板１０の圧延方法を利用したステータコアＣの製造工程について、詳細に説明する。図４において、製造装置１は、予めアンコイラ１１に巻回された状態で保持されている帯状鋼板１０を、所定の送り速度で連続的に送り出し、幅圧延加工部４０と、打ち抜き加工部５０と、ヘリカル加工部６０と、焼鈍部７０とを経て、ステータコアＣを製造する。打ち抜き加工部５０は、上下一対のプレス型５１ａ、５１ｂ及び送り装置５２を有するプレス機５１を備え、巻き取り装置６２を有するヘリカル加工部６０との間には、バッファ装置１２が介設される。焼鈍部７０は、焼成炉７１を備えている。

図５に示されるように、幅圧延加工部４０の圧延ロール群２０は、ここでは、３段の圧延ロール２からなり、各圧延ロール２はロール幅方向を回転軸の方向として、図示しないモータにより回転駆動される。これら圧延ロール２は、前段側の２つのロール対２１、２２が、突出部３１、３２を有する段付きロール対にて構成され、最後段のロール対２３がフラットロール対となっている。段付きロール対の２つの突出部３は、１段目のロール対２１の突出部３１の幅Ｂ１よりも、２段目の突出部３２の幅Ｂ２が大きくなっている（例えば、図２参照）。圧延加工工程Ｓ１において、帯状鋼板１０は、ロール対２１、２２にて、板幅方向Ｗに順次圧延された後、最後段のフラットなロール対２３にて、全体がフラットに仕上げられる。

圧延加工工程Ｓ１にて、圧延加工された帯状鋼板１０は、次いで、打ち抜き加工部５０へ送られる（例えば、図４参照）。打ち抜き加工工程Ｓ２では、プレス機５１の送り装置５２によって、帯状鋼板１０が、上下一対のプレス型５１ａ、５１ｂの間に間欠的に送り出され、上プレス型５１ａが下プレス型５１ｂに対して往復動作することによって、所定の打ち抜き片５に加工される（例えば、図５参照）。

打ち抜き片５は、帯状鋼板１０の板幅方向Ｗの端縁部をコアバック部Ｃ１とし、コアバック部Ｃ１の内側に、複数のティース部Ｃ２が板幅方向Ｗに平行配置される形状を有する。その際、好適には、図５中に示すように、帯状鋼板１０の両端縁部を一対のコアバック部Ｃ１とし、複数のティース部Ｃ２が互い違いに配置されるようにすると、対称形状の一対の打ち抜き片５として打ち抜くことができ、材料ロスをなくすことができる。

帯状鋼板１０から打ち抜かれた打ち抜き片５は、バッファ装置１２を介して、ヘリカル加工部６０へ送られる（例えば、図４参照）。バッファ装置１２は、間欠的に送り出される打ち抜き片５を収容しつつ、ヘリカル加工部６０へ連続的に供給する。ヘリカル加工工程Ｓ３では、巻き取り装置６２を用いて、巻き取り軸６１周りに打ち抜き片５を巻き取りながら積層する。このとき、図５中に示すように、巻き取り軸６１の径方向の外側に、打ち抜き片５のコアバック部Ｃ１が位置するようにして、らせん状に曲げ加工しながら巻き回すことにより、所定形状の積層体６とすることができる。また、曲げ加工する際には、コアバック部Ｃ１となる外周側が、長手方向Ｌに引き伸ばされることになり、コアバック部Ｃ１における磁束の向きにひずみが導入されやすくなる。

その後、所定のステータコアＣ形状に積層された積層体６を、焼鈍部７０に送り、焼鈍工程Ｓ４において、焼成炉７１にて熱処理する。熱処理は、所定温度（例えば、７５０℃～９５０℃の範囲）に昇温し、所定時間（例えば、２時間～１０時間の範囲）保持することにより行う。その過程で、付加されたひずみが除去され、再結晶した材料組織の結晶方位を所望の方向に揃えることができる。

このようにして、帯状鋼板１０を、板幅方向Ｗに圧延加工し、打ち抜き加工、ヘリカル加工を施して、上記図６に示した積層体状のステータコアＣとすることができる。ステータコアＣは、例えば、図７に示す車両用モータＭを構成することができ、図８に示すように、その材料組織を所望の結晶方位に制御することができる。図７において、モータＭは、磁界を形成するステータの内側にロータが配置されたインナロータ型で、永久磁石を保持するロータコアＲの外周に、ステータコアＣが配置されて、コイルＣ３が装着されている。ステータコアＣは、環状のコアバック部Ｃ１の内周から径方向に延出する多数のティース部Ｃ２とからなり、隣り合うティース部Ｃ２の間に、コイルＣ３が巻回されるスロットが形成される。

図８左図に示すように、従来は、ステータコアＣの構成材として、結晶粒の磁化容易軸の方向がランダムな無方向性電磁鋼板が用いられており、図中に矢印で示す磁束の向きと結晶方位が必ずしも一致しない。また、方向性電磁鋼板を用いることも検討されているが、上記図６に示したように、ステータコアＣの磁束の向きは、径方向又は周方向となるため、打ち抜き加工により、その向きを全周で合わせることは困難であった。これに対して、図９に示すように、無方向性電磁鋼板からなる帯状鋼板１０を、予め板幅方向Ｗに圧延し、さらにヘリカル加工することにより、ティース部Ｃ２となる部位と、コアバック部Ｃ１となる部位とを、それぞれ磁束の向きに合わせることが可能になる。これにより、図８右図に示すように、ティース部Ｃ２及びコアバック部Ｃ１の両方において、結晶粒の磁化容易軸の方向が揃い、磁気特性を向上させることができる。

（実施形態２）
以下に、帯状鋼板の圧延方法とステータコアの製造装置に係る実施形態２について、図１０～図１１を参照して説明する。図１０に示すように、本形態において、ステータコアＣの製造装置１の基本構成及び基本の製造工程は、上記実施形態１と同様であり、幅圧延加工部４０の後段に、長手方向圧延部４１を有し、長手方向圧延工程Ｓ１１が追加される点が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

図１０において、幅圧延加工部４０は、上記図４と同様の３段の圧延ロール群２０を有する構成であり、圧延ロール群２０は、段付きロール対であるロール対２１、２２と、フラットロール対であるロール対２３とを備える。長手方向圧延部４１は、圧延ロール群２０よりも後段に配置される、長手方向用フラットロール対（以下、適宜、フラットロール対と略称する）２００を備えており、圧延ロール群２０のロール対２１～２３による圧延加工に引き続いて、連続的に、フラットロール対２００による、長手方向Ｌの圧延加工を行うことができる。

図１１に示すように、長手方向圧延部４１を構成するフラットロール対２００は、帯状鋼板１０を板厚方向Ｔに挟んで対向する一対の上下ロール２ｃ、２ｄを有する。上下ロール２ｃ、２ｄは、いずれも圧延面となる周面が平坦なフラットロールであり、ロール幅方向（すなわち、板幅方向Ｗ）を回転軸の方向として、図示しないモータにより回転駆動される構成となっている。長手方向圧延部４１の後段には、上記実施形態１と同様の打ち抜き加工部５０、ヘリカル加工部６０、焼鈍部７０が配置される。

本形態では、圧延加工工程Ｓ１において、帯状鋼板１０を、圧延ロール群２０のロール対２１～２３により板幅方向Ｗに順次圧延した後、さらに、長手方向圧延工程Ｓ１１において、帯状鋼板１０の全体を、長手方向Ｌに圧延することができる。その場合には、帯状鋼板１０の板幅全体に、板幅方向Ｗと長手方向Ｌの圧延加工が施されるため、最終的なひずみとしては合算されて、斜め方向にひずみが加わることになる。その後、上記実施形態１と同様にして、帯状鋼板１０を、打ち抜き加工工程Ｓ２、ヘリカル加工工程Ｓ３、焼鈍工程Ｓ４に供することにより、ステータコアＣを製造することができる。

このように、圧延加工工程Ｓ１の後に、長手方向圧延工程Ｓ１１を追加することにより、帯状鋼板１０に対して、打ち抜き加工工程Ｓ２に先立って、ティース部Ｃ２の方向と、コアバック部Ｃ１の方向の両方に、圧延加工を施すことができる。このような帯状鋼板１０を打ち抜いた打ち抜き片５を、ヘリカル加工し、さらに熱処理を行うことにより、磁気特性に優れたステータコアＣを製造することができる。

（実施形態３）
以下に、帯状鋼板の圧延方法とステータコアの製造装置に係る実施形態３について、図１２～図１３を参照して説明する。図１２に示すように、本形態において、ステータコアＣの製造装置１の基本構成及び基本の製造工程は、上記実施形態１と同様であり、幅圧延加工部４０の後段に、長手方向圧延部を兼ねるヘリカル加工部６３を有し、長手方向圧延工程Ｓ３１が追加される点が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。

図１２において、幅圧延加工部４０は、２段の圧延ロール群２０を有する構成であり、圧延ロール群２０は、段付きロール対であるロール対２１、２２を備える。図１３に示すように、本形態において、圧延ロール群２０は、ロール対２１、２２の後段にフラットロール対を備えておらず、帯状鋼板１０は、幅方向Ｗの両端縁を含む一部が加工されない。そのため、圧延加工工程Ｓ１を経た帯状鋼板１０は、図１２中に示すように、両端縁部に、圧延加工が施されていない肉厚の非加工部１０ａを有する材料断面形状となる。

幅圧延加工部４０の後段には、打ち抜き加工部５０と、長手方向圧延部を兼ねるヘリカル加工部６３と、焼鈍部７０とが配置される。打ち抜き加工部５０は、上記実施形態１と同様の構成であり、帯状鋼板１０は、打ち抜き片５の両端縁部に、肉厚の非加工部１０ａを有する状態で、打ち抜き加工される（例えば、図１２参照）。ヘリカル加工部６０は、長手方向圧延用のフラットロール対２００が付設された巻き取り装置６３を備えて、フラットロール対２００により帯状鋼板１０の表面を平坦化する。焼鈍部７０は、上記実施形態１と同様の構成である。

図１３において、巻き取り装置６３は、上記実施形態１と同様に、巻き取り軸６１の周りに、打ち抜き片５を曲げ加工しながら巻き取る構成となっており、巻き取り軸６１の前段にフラットロール対２００が配置されている。フラットロール対２００は、一対の上下ロール２ｅ、２ｆを有し、上下ロール２ｅ、２ｆの間に送り込まれる打ち抜き片５の非加工部１０ａを挟圧する。

具体的には、図１４に示されるように、上下ロール２ｅ、２ｆは、コアバック部Ｃ１となる材料を、外径側へ下り傾斜するテーパ状の圧延面２０１にて潰して、曲げ加工しやすくする。このとき、帯状鋼板１０に非加工部１０ａを設けておくことで、外径側をより多く潰しながら、全体がフラットになるように仕上げることができる。これにより、巻き取り後の積層体６の各層の板厚が均一になり、磁気特性に優れたステータコアＣを製造することができる。一方、上記実施形態２のように、予め平坦に加工されて、非加工部１０ａを有しない場合には、外径側の板厚が薄くなり、巻き取り後の積層体６の層間に隙間が生じるおそれがある。

したがって、製造しようとするステータコアＣの仕様に応じて、製造装置１の構成を適宜選択又は変更し、所望の特性が得られるように、板幅方向Ｗの圧延加工工程Ｓ１に、長手方向Ｌの圧延加工を組み合わせて、ステータコアＣを製造するのがよい。

（実施形態４）
以下に、帯状鋼板の圧延方法とステータコアの製造装置に係る実施形態４について、図１５～図１６を参照して説明する。本形態では、上記実施形態１において、帯状鋼板１０の圧延方法に用いられる圧延ロール群２０の具体的構成例を示している。このような圧延ロール群２０は、上記各実施形態に示したステータコアＣの製造装置１に適用されて、幅圧延加工部４０を構成し、圧延ロール群２０を用いた圧延加工工程Ｓ１に用いられる。製造装置１の基本構成は、上記各実施形態と同様であり、説明を省略する。

上記実施形態１に示したように（例えば、図１、図２参照）、圧延ロール群２０は、任意のＮ段のロール対２１～２Ｎにて構成することができ、段付きロール対の段数が増えることで、圧延加工工程Ｓ１にて付与される幅方向ひずみを増加することができる。好適には、３段～６段程度の段数とすることが望ましく、例えば、図１５には、５段の圧延ロール２からなる圧延ロール群２０を用いて、段階的に帯状鋼板１０を板幅方向Ｗに圧延する例を示している。圧延ロール群２０は、突出部３１～３４を有する段付きロール対であるロール対２１～２４と、フラットロール対であるロール対２５とを含む。

ロール対２１～２４は、それぞれロール本体の中央部に、所定幅の突出部３１～３４を有し、ロール本体の径及び幅は、いずれもロール対２５と同径及び同幅となっている。突出部３１～３４は、ロール本体から突出する突出部３の形状が、図示の周方向の断面において、先端側ほど幅が狭くなる台形形状となっている。言い換えれば、突出部３１～３４は、圧延面３０となる平坦な先端面と、その両側へ裾拡がりに傾斜する両側面を有する。圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂ４は、後段側ほど、幅広となるように形成されている。また、圧延加工工程Ｓ１において、ロール対２１～２４による圧下量ｒ１～ｒ４は、後段側ほど、大きくなっている。

このように、突出部３が、台形の段付き形状であると、圧延面３０が平坦面であることで、帯状鋼板１０の加工部を凹凸のないフラットな面に加工しやすい。また、突出部３の基端側が幅広となることで、突出部３の座屈を抑制すると共に、次段の突出部３が導入されやすくなる。好適には、突出部３がロール本体と接続する基端側の幅（すなわち、突出部３の最大幅）ｂ１～ｂ４が、次段の圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂ４よりも幅広に形成されることが望ましい。このとき、ｎ段目の圧延面３０の幅Ｂｎは、ｎ－１段目の突出部３ｎ－１の最大幅ｂｎ－１と、下記式に示す関係にある。
ｂｎ－１＞Ｂｎ

各ロール対２１～２４は、突出部３１～３４が、上下一対のロール２ａ、２ｂにおいて同一形状であり、また、板幅方向Ｗにおいて、突出部３１～３４とロール本体の中心線とが一致する線対称形状で、帯状鋼板１０の中心線とが一致するように配置されることが望ましい。これらの中心線が一致しないと、帯状鋼板１０の加工形状が非対称となって、板厚方向Ｔの反りが生じたり、板幅方向Ｗの曲がりが生じたりするおそれがある。

各段における圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂ４、又は、ロール対２１～２４による圧下量ｒ１～ｒ４は、帯状鋼板１０の初期サイズ等に応じて任意に設定され、例えば、それぞれ後段側へ向けて、均等に増加するように設定することができる。その場合には、ｎ段目の圧延面３０の幅Ｂｎは、帯状鋼板１０の初期の板幅をＷ₀、全体の段数をＮとしたとき、下記式を満たすように設定される。
Ｂｎ＝（Ｗ₀／Ｎ）ｎ・・・（３）
また、ｎ段目の圧下量ｒｎは、最終圧下率をａ、全体の段数をＮとしたとき、下記式を満たすように設定される。
ｒｎ＝（ａｔ₀／Ｎ）ｎ・・・（４）

なお、段数を多くすることで、幅方向ひずみは増加するが、好適には、最大の段数Ｎが、下記式を満たすように設定されることが望ましい。
（Ｗ₀／Ｎ）＞０．５・・・（５）
上記式（５）の左辺は、上記式（３）における１段目の圧延面３０の幅Ｂ１に相当し、圧延面３０の幅Ｂｎの最小幅を示す。このとき、幅Ｂｎが０．５ｍｍを下回ると、突出部３の製作が容易でなく、また、段数が多くなることで、装置構成が複雑になりやすい。

一例として、図１５中に示すように、帯状鋼板１０の初期の板幅Ｗ₀を５ｍｍ、初期の板厚ｔ₀を１ｍｍとし、最終段の圧下量ｒＮを０．２５ｍｍとしたとき、圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂ４を、最前段から順に、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍと増加させ、圧下量ｒ１～ｒ４を、０．１ｍｍ（０．２ｍｍ）、０．１５ｍｍ（０．３ｍｍ）、０．２ｍｍ（０．４ｍｍ）、０．２５ｍｍ（０．５ｍｍ）と増加させることができる。圧下量ｒ１～ｒ４は、ロール対２１～２４の突出部３１～３４が、帯状鋼板１０の一面側を圧下する量（単位：ｍｍ）であり、括弧内の数値は、各ロール対２１～２４の上下一対のロール２ａ、２ｂによる両側の圧下量の合計である。

このとき、図１５中に示すように、圧延ロール群２０の各圧延ロール２によって、帯状鋼板１０が、板幅方向Ｗに徐々に圧延加工される。帯状鋼板１０は、初期の板幅Ｗ₀（すなわち、Ｗ₀＝５ｍｍ）から徐々に引き伸ばされ、圧延加工後の板幅Ｗ１１～Ｗ１４は、最前段から順に、５．１ｍｍ、５．４ｍｍ、５．９ｍｍ、６．６ｍｍと増加する。その後、最終段のフラットなロール対２５にて全体がフラットに仕上げられた帯状鋼板１０は、板幅Ｗ１が７．５ｍｍ、板厚ｔ１が０．５ｍｍと、それぞれ５０％増、５０％減となる。

なお、本形態では、圧延面３０の幅Ｂ１～Ｂ４、又は、ロール対２１～２４による圧下量ｒ１～ｒ４は、それぞれ後段側へ向けて均等に増加するように構成しているが、必ずしも均等になっていなくてもよい。また、最終段のロール対２５は、圧延加工後の帯状鋼板１０の板幅Ｗ１よりも、幅広となるように構成される。ロール対２１～２４の幅は、必ずしもロール対２５と同じ幅でなくてもよく、好適には、各段の圧延加工後の板幅Ｗ１１～Ｗ１４よりも幅広となるように、ロール対２５の幅と同等ないしそれ以下の範囲で、適宜設定される。

（試験例）
本形態による効果を確認するために、図１６に示す幅圧延加工部４０の三次元構造モデルをメッシュ分割し、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析用のモデルを作成して、圧延ロール群２０を用いた圧延加工によるひずみの解析を行った。図１６において、複数の圧延ロール２からなる圧延ロール群２０は、段付きのロール対２１～２ｎが多段配置された構成であり、その１段目と２段目について、図１７中に示す条件で、帯状鋼板１０の幅方向圧延を行ったときのひずみ分布から、板幅方向Ｗ（すなわち、Ｘ軸方向）に付与されるＸ方向ひずみを算出した。

図１７において、帯状鋼板１０は、初期の板厚ｔ₀：０．２５ｍｍ、板幅Ｗ₀：１０ｍｍとし、１段目のロール対２１と２段目のロール対２２の圧延面の幅Ｂ及び圧下量ｒｎは、それぞれ、以下のように設定した。
・１段目：Ｂ１：１ｍｍ、ｒ１：０．０２ｍｍ
・２段目：Ｂ２：２ｍｍ、ｒ２：０．０４ｍｍ
このとき、１段目と２段目の間、及び、２段目と３段目の間において、帯状鋼板１０に付与されるひずみを、以下のＣＡＥ解析ソフトウェアを用いて解析した結果を、図１７中に比較して示した。
・ＣＡＥソルバ：ＬＳ－Ｄｙｎａ；株式会社ＪＳＯＬ製
・メッシュサイズ:０．０５ｍｍ×０．０５ｍｍ×０．０５ｍｍ

その結果、１－２段目のＸ方向ひずみは、０．６２、２－３段目のＸ方向ひずみは、１．１６であり、それぞれ、板幅方向Ｗにおいて、圧下率４２％、圧下率６４％に相当する相当塑性ひずみとなった。ここで、相当塑性ひずみは、上述したように、上記図３に基づく式（１）、（２）に基づくものである。そして、目標ひずみ量を、圧下率２０％に相当する相当塑性ひずみである０．２６を超える値としたとき、いずれも必要なひずみ量を満たしていることが確認された。
圧下率：ｒ＝（１－ｔ／ｔ₀）・・・（１）
ひずみ(絶対値)＝（２／√３）ｌｎ（１－ｒ）・・・（２）
・目標ひずみ量：Ｘ(板幅)方向ひずみ＞０．２６
なお、圧下率２０％は、上述の特許文献１において、幅方向圧延による一方向電磁鋼板の方位変化に必要とされる圧下率である。

このようにして、帯状鋼板１０を、多段の圧延ロール群２０を用いて、連続的に板幅方向Ｗに圧延し、磁気特性のすぐれたステータコアＣを製造することができる。具体的には、従来の間欠送りによる幅方向圧延では、例えば、加工速度が５０ｍ／ｍｉｎ以下であるのに対し、多段の圧延ロール群２０を用いて、連続加工する場合には、例えば、加工速度を１２０ｍ／ｍｉｎ以上に向上させて、生産性を高めることができる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、上記実施形態では、帯状鋼板１０を、車両用のステータコア材として説明したが、車両用に限らず、電動航空機用モータや発電機等といった回転電機全般の電気機器コア材料として好適に使用され、板幅方向の磁気特性を向上させることができる。また、帯状鋼板１０をステータコアＣに製造するための製造装置１の各部構成は、上記実施形態に例示した構成に限らず、適宜変更することができる。

１ 製造装置
１０ 帯状鋼板
２０ 圧延ロール群
２１～２Ｎ ロール対
３、３１～３ｎ 突出部
３０ 圧延面
４０ 幅圧延加工部
５０ 打ち抜き加工部
６０ ヘリカル加工部
７０ 焼鈍部

Claims (10)

1. 帯状鋼板（１０）を長手方向（Ｌ）に送りながら、圧延ロール群（２０）を用いて圧延する圧延加工工程（Ｓ１）を備える圧延方法であって、
   上記圧延ロール群は、上記帯状鋼板を板厚方向（Ｔ）に挟んで対向し、かつ、板幅方向（Ｗ）をロール幅方向とするロール対（２１～２Ｎ）が、上記長手方向にわたって多段に配置されて構成されており、
   最前段を含む１段以上の上記ロール対は、上記ロール幅方向の中央部が一定幅で周方向の全周にわたって外方へ突出する突出部（３）を備え、上記突出部の先端面が圧延面（３０）となる段付きロール対であり、
   上記圧延加工工程において、上記帯状鋼板を、連続的に上記圧延ロール群へ送り込み、上記段付きロール対の上記圧延面の間において上記帯状鋼板を挟圧して、上記板幅方向に圧延する、帯状鋼板の圧延方法。
2. 上記圧延ロール群は、最後段の上記ロール対が、周面の全面が平坦面であるフラットロール対にて構成されている、請求項１に記載の帯状鋼板の圧延方法。
3. 上記圧延ロール群は、複数段の上記段付きロール対を備えており、各段の上記突出部は、後段側ほど上記圧延面の幅（Ｂ１～Ｂｎ）が広くなるように形成されている、請求項１又は２に記載の帯状鋼板の圧延方法。
4. 上記段付きロール対は、上記ロール幅方向の中央部が、先端側ほど幅狭となる台形断面の段付き状に径方向外方へ突出して、上記突出部を形成している、請求項１～３のいずれか１項に記載の帯状鋼板の圧延方法。
5. 上記圧延加工工程の後に、さらに、長手方向圧延工程（Ｓ１１、Ｓ３１）を備えており、
   上記長手方向圧延工程は、上記圧延ロール群の後段側に配置され、上記帯状鋼板を上記板厚方向に挟んで対向し、上記板幅方向をロール幅方向とする長手方向用フラットロール対（２００）を用いて、上記帯状鋼板を長手方向（Ｌ）に送りながら、長手方向（Ｗ）に圧延する、請求項１～４のいずれか１項に記載の帯状鋼板の圧延方法。
6. 上記帯状鋼板は、コアバック部（Ｃ１）及び複数のティース部（Ｃ２）を備えるステータコア（Ｃ）の構成材料として用いられ、上記板幅方向を複数の上記ティース部の延出方向とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の帯状鋼板の圧延方法。
7. コアバック部（Ｃ１）及び複数のティース部（Ｃ２）を備えるステータコア（Ｃ）の製造装置（１）であって、
   圧延ロール群（２０）を備え、帯状鋼板（１０）を長手方向（Ｌ）に送りながら、板幅方向（Ｗ）に圧延する幅圧延加工部（４０）と、
   圧延加工された上記帯状鋼板を、上記板幅方向の端縁部を上記コアバック部とし、上記コアバック部の内側に、複数の上記ティース部が上記板幅方向に平行配置される形状の打ち抜き片（５）に加工する打ち抜き加工部（５０）と、
   上記打ち抜き片を、円柱状の巻き取り軸（６１）周りに上記コアバック部が径方向外側となるように、らせん状に巻き取りながら積層して、上記ステータコア形状の積層体（６）に加工するヘリカル加工部（６０）と、
   上記積層体を熱処理する焼鈍部（７０）と、を備えており、
   上記幅圧延加工部において、
   上記圧延ロール群は、上記帯状鋼板を板厚方向（Ｔ）に挟んで対向し、かつ、板幅方向（Ｗ）をロール幅方向とするロール対（２１～２Ｎ）が、上記長手方向にわたって多段に配置されて構成されており、
   最前段を含む１段以上の上記ロール対を、上記ロール幅方向の中央部が一定幅で周方向の全周にわたって外方へ突出する突出部（３）を備え、上記突出部の先端面が圧延面（３０）となる段付きロール対として、上記段付きロール対の上記圧延面の間において上記帯状鋼板を挟圧して、上記板幅方向に圧延する、ステータコアの製造装置。
8. 上記圧延ロール群の最後段の上記ロール対が、周面の全面が平坦面であるフラットロール対である、請求項７に記載のステータコアの製造装置。
9. 上記圧延ロール群は、複数段の上記段付きロール対を備えており、
   各段の上記突出部は、上記ロール幅方向の中央部が、先端側ほど幅狭となる台形断面の段付き状に径方向外方へ突出して形成されており、後段側ほど上記圧延面の幅（Ｂ１～Ｂｎ）が広くなるように形成される、請求項７又は８に記載のステータコアの製造装置。
10. 上記圧延ロール群の後段側に長手方向圧延部（４１）を備えるか、又は、上記ヘリカル加工部が、長手方向圧延部を兼ねている、請求項７～９のいずれか１項に記載のステータコアの製造装置。

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