JP2988326B2 - 方向性電磁鋼板の鉄損値評価方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンラインで非破壊的
に方向性電磁鋼板の鉄損値を測定する計測技術に係り、
特に幅方向鉄損値分布を評価する方法およびその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】交流トランス等の鉄心用材料として欠く
ことができない優れた磁気特性（鉄損値および磁束密
度）を有する鋼板として、方向性電磁鋼板が製造されて
いる。

【０００３】この方向性電磁鋼板の製造に当たっては、
製造工程での磁気特性評価、とりわけ鉄損値評価が重要
な品質管理ポイントとなる。

【０００４】この鉄損値とは、（ＪＩＳ Ｃ２５５０）
に鋼板を交流磁化した際、鋼板内で消費される電力（電
圧×電流）損失と定義されている。方向性電磁鋼板の場
合、５０Ｈｚで鉄板内最大磁束密度を１．７Ｔとしたと
きの、入力する電流と電圧値との積に対する、検出コイ
ルに流れる電流と電圧値との積の差（単位Ｗ17/50 ）で
規定されている。

【０００５】鉄損値の測定方法としては、種々の方法が
用いられるが、一般にはエプスタイン試験が多く用いら
れる。この試験方法は、正方形の辺の部分の中心軸に試
験片を入れられるようにして、１次コイル（励磁コイ
ル）と同じ位置に２次コイル（検出コイル）を巻いた枠
（エプスタイン枠）が配置されている。その各辺のコイ
ルに試験片（短冊状の切り板サンプル）を一枚づつ入れ
て、上述のＪＩＳ規定により測定を実施するものであ
り、あくまで破壊試験である。

【０００６】図３に、実用化されている代表的なオンラ
イン鉄損計の基本構成を示す。

【０００７】これは、検査ライン上に、鋼板１の全幅を
囲む励磁コイル２０および検出コイル２１を配設し、励
磁コイル２０を励磁電源２２で励磁し、その励磁電力と
検出コイル２１での検出電力とを電力計２３で測定し、
その値から上述のＪＩＳ規定により鉄損値を計測するも
のである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、エプス
タイン試験は破壊試験であり、オンライン試験には適用
できない。また、従来のオンライン鉄損計は、全幅の平
均値として鉄損値が出力されるのみで、幅方向の鉄損値
分布を測定することは不可能である。

【０００９】本発明は、係る従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、方向性電磁鋼板における板幅方向
の鉄損値分布をオンラインで確実に測定ならびに評価す
る方法およびその装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、方向性電磁鋼
板の鉄損値評価方法であって、次の手順で行われる。

【００１１】板波モードの超音波を一方向または異な
る複数方向に伝播させる。

【００１２】その一定距離間の伝播時間を測定する。

【００１３】前記で測定された一方向の伝播時間ま
たは異なる複数方向の伝播時間の比もしくは差に基づき
鉄損値を算出する。

【００１４】また本発明は、方向性電磁鋼板の鉄損値評
価装置であって、次の手段を備える。

【００１５】被測定板面に沿って対向する位置に配設
された一対の送信子および受信子、または前記送信子−
受信子対が互いに異なる方向を向くよう配置された複数
対の送信子および受信子。

【００１６】前記送信子から板波モードの超音波を発
信させるトリガ信号発生手段。

【００１７】送信子から受信子間の伝播時間を測定す
る伝播時間測定手段。

【００１８】前記で測定された伝播時間から鉄損値
を算出する鉄損値換算手段。

【００１９】ここで、「前記送信子−受信子対が互いに
異なる方向を向くよう配置」するとは、それぞれの、送
信子−受信子対が測定点を中心に鋼板の圧延方向に対
し、０±３５度と９０±４０度との異なる角度で交わる
ように配置することを云う。

【００２０】

【作用】方向性電磁鋼板は、圧延方向に優れた磁気特性
（特に低い鉄損値）を得るため、鉄の結晶粒の＜１００
＞軸方向（ゴス方位）が圧延方向に整列するように製造
されたものである。通常、この方向性電磁鋼板は、ゴス
結晶方位を含む結晶粒の成長が順調に行われ、圧延方向
に大きな結晶粒が整列するよう工程管理されて製造され
る。逆に、鉄損値が所定値から外れるということは、こ
の結晶方位の出来方、すなわち結晶粒の成長に乱れを生
じていることとなる。

【００２１】一方、超音波は、結晶方位の分布状況によ
って異なった音速を持っている。したがって、結晶方位
に乱れを生じている部分に超音波を伝播させれば音速
（伝播距離固定の場合には伝播時間）に変化が生じ、こ
の超音波の音速（伝播時間）変化から鉄損値の評価が可
能となる。

【００２２】以上のことより、本発明は、板波モードの
超音波を板面に沿って一方向または異なる複数方向に伝
播させ、その一定距離間の伝播時間を測定し、この伝播
時間または異なる複数方向の伝播時間の比もしくは差の
変化から鉄損値を推定することを骨子とする。なお、超
音波のモードとしては、薄板での測定に際し伝播時間の
測定に必要な伝播距離および伝播方向を容易に取れるこ
と、ならびにオンラインへの適応性を考慮して板波モー
ドを採用した。

【００２３】本発明を、さらに詳細に説明する。

【００２４】図６は、方向性電磁鋼板（板厚０．３ｍ
ｍ）の鉄損値合格品および不合格品サンプルにおける、
板波モード超音波〔Ｓ0 （０次対称）モード〕の伝播方
向θ（対鋼板の圧延方向）に対する伝播時間（音速）分
布の測定結果である。その測定結果を解析し、纏めたも
のを下記の表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】これらにより、発明者は方向性電磁鋼板に
おける板波モード超音波の伝播時間の方向依存性に関し
て、次の知見を得た。

【００２７】圧延方向に伝播させた場合の伝播時間
は、合格品（鉄損値の小さいもの）は大と（長く）な
り、不合格品（鉄損値の大きなもの）は小と（短く）な
る。

【００２８】板幅方向に伝播させた場合の伝播時間
は、合格品は小となり、不合格品は大となる。

【００２９】伝播方向が０度近傍と９０度近傍との伝
播時間比率を取ると、合格品で約７２〜７５％、不合格
品で約８５〜９２％となり、前記および項での両者
の差がさらに強調されて現出する。

【００３０】伝播方向が４５度近傍を除き、伝播時間
は前記〜項の関係を保ち、かつその伝播方向の微少
のふれに対する伝播時間の変動量は小さい。したがっ
て、伝播時間（結果的には鉄損値）の測定値は、測定対
象のふれ、超音波探触子の走査および測定装置の移動時
の振動等に伴う板波の伝播方向誤差の影響を受けにく
い。

【００３１】そこで、鋼板の圧延方向４５度近傍を除く
方向に板波の伝播方向を固定し、超音波探触子により板
波モードの超音波を送受信し、その方向での板波伝播時
間を測定することにより鉄損値の推定が可能となった。
また、簡単な走査装置に積載する、あるいはチャンネル
数を増やすことにより板幅方向の鉄損値分布が容易に測
定可能となる。

【００３２】前記図６の板波モードでの伝播方向と伝播
時間との測定結果に示すように、この板波の伝播方向と
しては、鋼板の圧延方向に対して０度近傍あるいは９０
度近傍とすることが望ましい。

【００３３】また、前述項の伝播時間の方向依存性を
活用し、鋼板の圧延方向に対し、０±３５度方向と９０
±４０度との異なる方向に複数の前記超音波探触子によ
り板波を受発信し、それらの伝播時間の比または差か
ら、鉄損値を推定することにより、更に精度の高い鉄損
値の評価が可能となる。なお、この場合も異なる複数方
向への板波の伝播方向としては、鋼板の圧延方向に対し
て０度近傍と９０度近傍との組み合わせを取ることが望
ましい。

【００３４】さらに、ここで伝播時間の測定に用いる超
音波探触子としては、接触媒質（水，油等）が不要で鋼
板表面に接触させずに使用可能であり、板波モードの超
音波を発生させやすく、伝播の方向および伝播時間の測
定に十分な伝播距離調整への対応がとれ、かつ板厚の薄
い電磁鋼板のオンライン計測に適応性のある電磁超音波
探触子を用いることが望ましい。

【００３５】

【実施例】図１は、本発明を適用した鉄損値評価装置の
一実施例の構成ブロック図である。

【００３６】送信子Ｔおよび受信子Ｒが対向する位置に
配設された電磁超音波探触子２を鋼板１の被測定板面に
沿って、その送信子−受信子軸（板波の伝播方向）が鋼
板１の圧延方向に対し任意の方向θを向くように配置す
る。なお、この実施例では板波の伝播方向θを鋼板１の
圧延方向（θ＝０度）とし、電磁超音波探触子２は走査
装置（図示せず）により被測定板面に沿って、測定点を
移動できる構造としている。

【００３７】前記送信子Ｔにトリガ回路１０およびパル
サ１１によりトリガ信号として電気パルスを与えて圧延
方向に対してθ方向に板波を伝播させる。この伝播して
きた板波を受信子Ｒで受け、電気信号に変換した後プリ
アンプ１３およびアンプ１４によって所定の大きさの電
気信号に変換する。

【００３８】この電気信号は、伝播時間測定回路１５に
入力され、トリガ回路１０から直接に来たトリガ信号に
対してどれだけ遅延して受信されたか、すなわち伝播時
間Ｔθを測定する。この伝播時間Ｔθに対応するアナロ
グ出力が鉄損値換算回路１６に入力された後、下記の
（１）式により伝播時間Ｔθが鉄損値Ｗに換算される。

【００３９】 Ｗ＝Ａ1 ・Ｔθ＋Ｂ1 ・・・・（１） ここで、Ａ1 ，Ｂ1 は定数で、過去の実積値から統計的
手法により事前に決定しておく。

【００４０】図５は、方向性電磁鋼板サンプルに対する
この鉄損値評価装置での実測伝播時間とエプスタイン試
験器で測定した鉄損値との関係を示したものである。こ
の図５に見られるように、伝播時間と鉄損値とは（１）
式の比例関係が成り立つていることが判る。従って、本
実施例の鉄損評価装置で十分精度良く鉄損値を測定出来
ることとなる。

【００４１】図２は、本発明を適用した鉄損値評価装置
の他の実施例の構成ブロック図である。

【００４２】送信子Ｔ1 および受信子Ｒ1 が対向する位
置に配設された電磁超音波探触子２−１ならびに同じく
送信子Ｔ2 および受信子Ｒ2 が対向する位置に配設され
た電磁超音波探触子２−２を鋼板１の被測定板面に沿っ
て、それぞれの送信子−受信子軸（板波の伝播方向）が
鋼板１の圧延方向に対し異なった方向θ1 およびθ2を
向くように配置する。なお、この実施例では板波の伝播
方向θ1 およびθ2 をそれぞれ鋼板１の圧延方向（θ1
＝０度）および幅方向（θ2 ＝９０度）とし、この２つ
の電磁超音波探触子２−１、２−２はお互いの位置関係
を保ちながら走査装置（図示せず）により被測定板面に
沿って、測定点を移動できる構造としている。

【００４３】前記送信子Ｔ1 にトリガ回路１０およびパ
ルサＡ１１−１によりトリガ信号として電気パルスを与
えて圧延方向に対してθ1 方向に板波を伝播させる。こ
の伝播してきた板波を受信子Ｒ1 で受け、電気信号に変
換した後プリアンプＡ１３−１およびアンプＡ１４−１
によって所定の大きさの電気信号に変換する。

【００４４】この電気信号は、伝播時間測定回路Ａ１５
−１に入力され、トリガ回路１０から直接に来たトリガ
信号に対してどれだけ遅延して受信されたか、すなはち
伝播時間Ｔθ1 を測定する。

【００４５】次いで、切換器１２で切り換えて送信子Ｔ
2 にトリガ回路１０およびパルサＢ１１−２によりトリ
ガ信号として電気パルスを与えて圧延方向に対してθ2
方向に板波を伝播させる。この伝播してきた板波を受信
子Ｒ2 で受け、電気信号に変換した後プリアンプＢ１３
−２およびアンプＢ１４−２によって所定の大きさの電
気信号に変換する。

【００４６】この電気信号は、伝播時間測定回路Ｂ１５
−２に入力され、トリガ回路１０から直接に来たトリガ
信号に対してどれだけ遅延して受信されたか、すなはち
伝播時間Ｔθ2 を測定する。

【００４７】これら２つの伝播時間Ｔθ1 、Ｔθ2 に対
応するアナログ出力が鉄損値換算回路１６に入力された
後、次の（２）式により２つの伝播時間の比Ｔθ1 ／Ｔ
θ2が鉄損値Ｗに換算される。

【００４８】 Ｗ＝Ａ2 ・（Ｔθ1 ／Ｔθ2 ）＋Ｂ2 ・・・・（２） ここで、Ａ2 ，Ｂ2 は、定数であり、過去の実積値から
統計的手法により事前に決定しておく。

【００４９】なお、この実施例では、Ｔθ1 ，Ｔθ2 か
らの鉄損値への換算に際しては、両者の比（Ｔθ1 ／Ｔ
θ2 ）を用いたが、Ｔθ1 とＴθ2 の差を用いて行って
も同様の効果が得られる。

【００５０】図４は、方向性電磁鋼板の同一サンプルで
の板幅方向の鉄損値分布の測定結果の比較例である。

【００５１】図４（ａ）は、評価基準としてエプスタイ
ン試験器による測定結果を板幅方向に展開したものであ
る。図４（ｂ）は、図３のオンライン鉄損計による測定
結果で、当然のことながら板幅方向で一点の測定値（平
均値）しか得られていない。

【００５２】図４（ｃ）は、上述の図２に示す本発明鉄
損値評価装置による板幅方向の鉄損値分布の測定結果
で、図４（ａ）の評価基準と良く一致している。

【００５３】

【発明の効果】本発明によると、方向性電磁鋼板におけ
る幅方向の鉄損値分布がオンラインで安定、かつ確実に
測定することが可能となった。

【００５４】そこで、従来のオンライン鉄損計では検知
出来なかった部分的な鉄損値不良が検知でき、高品質保
証が可能となった。また、従来のオンライン鉄損計では
実現出来なかった、スリッタラインでの不良部のみの切
り落としが可能となり、歩留まり向上にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成ブロック図である。

【図２】本発明の他の実施例の構成ブロック図である。

【図３】従来の代表的なオンライン鉄損計の基本構成図
である。

【図４】方向性電磁鋼板サンプルでの板幅方向の鉄損値
分布の測定結果例で、（ａ）は、エプスタイン試験器に
よるもの。（ｂ）は、図３のオンライン鉄損計によるも
の。（ｃ）は、図２の本発明の鉄損値評価装置によるも
のを示す。

【図５】方向性電磁鋼板サンプルにおける、本発明鉄損
値評価装置での実測伝播時間とエプスタイン試験器で測
定した鉄損値との関係を示すグラフである。

【図６】方向性電磁鋼板サンプルにおける、板波モード
での伝播方向と伝播時間との測定結果である。

【符号の説明】

１ 鋼板 ２， ２−１， ２−２ 電磁超音波探触子 Ｔ，Ｔ1 ，Ｔ2 送信子 Ｒ，Ｒ1 ，Ｒ2 受信子 １０ トリガ回路 １１，１１−１，１１−２ パルサ １２ 切換器 １３，１３−１，１３−２ プリアンプ １４，１４−１，１４−２ アンプ １５，１５−１，１５−２ 伝播時間測定回路 １６ 鉄損値換算回路 ２０ 励磁コイル ２１ 検出コイル ２２ 励磁電源 ２３ 電力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板波モードの超音波を一方向または異なる
   複数方向に伝播させ、一定距離間の伝播時間を測定し、
   前記測定された一方向の伝播時間または異なる複数方向
   の伝播時間の比もしくは差に基づき鉄損値を算出するこ
   とを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄損値評価方法。
2. 【請求項２】被測定板面に沿って対向する位置に配設さ
   れた一対の送信子および受信子、または前記送信子−受
   信子対が互いに異なる方向を向くよう配置された複数対
   の送信子および受信子と、前記送信子から板波モードの
   超音波を発信させるトリガ信号発生手段と、送信子から
   受信子間の伝播時間を測定する伝播時間測定手段と、こ
   の測定された伝播時間から鉄損値を算出する鉄損値換算
   手段とを具備することを特徴とする方向性電磁鋼板の鉄
   損値評価装置。