JP5621626B2 - 回転電機用螺旋コアの製造方法および回転電機用螺旋コアの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用螺旋コアの製造方法および回転電機用螺旋コアの製造装置に関する。

オルタネータなどの発電機や電動機等の回転電機に備えられるステータのコア（以下の説明では、ステータコアと称する場合がある。）として、電磁鋼板等の金属板を積層することにより形成されたものがある。ステータコアは、周方向に延在するヨークと、ヨークの内周面から回転軸の方向に延在する複数のティースとを有している。
このようなステータコアを製造する方法としては、ヨーク及びティースの厚み方向から見た形状（板面上の形状）と同一の形状を有するコア片を金属板から打ち抜き、それらコア片をその厚み方向に積層する方法がある。この方法を用いて製造されたステータコアは、製造工程において面方向における弾性変形が生じないため、優れた磁気特性を有するものとなる。

しかしながら、一般に、ステータコアのヨークの外周形は円形であり、ティースの形成されている部分を除くヨークの内周よりも内側の部分は開口している。したがって、上記の方法を用いてステータコアを製造すると、コア片が打ち抜かれる金属板に、使用されない部分が多く残ることになる。このため、上記の方法を用いてステータコアを製造した場合、歩留まりよく金属板を使用できなかった。

金属板を歩留まりよく使用して製造できるステータコアとして、螺旋巻状のコア（螺旋コア）がある（例えば、特許文献１参照）。螺旋コアは、ヨークおよびティースに対応する形に形成された帯状金属板を、板面方向に曲げ加工（ヘリカル加工）して螺旋状に加工しながら積層することによって形成できる。

また、発電機や電動機等のステータコアでは、発電機や電動機等の損失を低減するために、ステータコアの鉄損（磁気的な損失）を低減させることが要求されている。ステータコアの低鉄損化には、ステータコアの材料として用いる鋼板に、Ｓｉを添加することが有効である。しかし、鋼板にＳｉを添加すると、加工性が低下する（例えば、非特許文献１参照）。螺旋コアとなる鋼板の加工性が不十分であると、ヘリカル加工を用いて螺旋コアの形状を高精度で形成しにくくなり、生産性や歩留まりが低下する。この問題を解決する技術として、非特許文献１には、Ｃを極力低減させ、Ｎを適量添加した鋼板が記載されている。

特開２００４−１６２０８１号公報

デンソーテクニカルビュー、Ｖｏｌ.７、Ｎｏ.２、２００２、Ｐ２４−２７

しかしながら、従来の螺旋コアに用いられる鋼板では、より一層、鉄損を低減するとともに、より一層加工性を向上させることが要求されていた。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、鉄損が少なく、所定の形状を有する螺旋コアを容易に高精度で形成できる回転電機用螺旋コアの製造方法および回転電機用螺旋コアの製造装置を提供することを目的とする。

（１）Ｓｉを２〜７質量％含有する帯状鋼板を一方向に沿って延在させ、前記帯状鋼板に対して前記一方向に沿って延在するヨーク部と、このヨーク部の幅方向の一側縁より前記幅方向に向かって突出する複数のティース部とを形成する平面加工工程と、前記平面加工工程後の帯状鋼板を加熱し、４００〜７００℃に加熱された前記帯状鋼板を、前記幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工する螺旋加工工程とを備えることを特徴とする回転電機用螺旋コアの製造方法。
（２）前記螺旋加工工程後に、前記帯状鋼板を焼鈍して歪を取り除く焼鈍工程をさらに含むことを特徴とする上記（１）に記載の回転電機用螺旋コアの製造方法。

（３）Ｓｉを２〜７質量％含有する帯状鋼板を一方向に沿って延在させ、前記帯状鋼板に対して前記一方向に沿って延在するヨーク部と、このヨーク部の幅方向の一側縁より前記幅方向に向かって突出する複数のティース部とを形成する形状加工ユニットと、前記形状加工ユニットにより前記ヨーク部と前記ティース部とが形成された前記帯状鋼板を加熱する加熱ユニットと、前記加熱ユニットにより加熱された４００〜７００℃の前記帯状鋼板を、前記幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工する螺旋加工ユニットとを備えることを特徴とする回転電機用螺旋コアの製造装置。
（４）前記螺旋加工ユニットにより螺旋状に加工された前記帯状鋼板を焼鈍して、前記帯状鋼板の歪を取り除く焼鈍ユニットをさらに備えることを特徴とする上記（３）に記載の回転電機用コアの製造装置。

本発明の回転電機用螺旋コアの製造方法および製造装置では、回転電機用螺旋コアとなる材料として、Ｓｉを２〜４質量％含有する帯状鋼板を用いているので、鉄損の低減された螺旋コアが得られる。
しかも、本発明の回転電機用螺旋コアの製造方法では、ヨーク部とティース部とを形成する平面加工工程後の４００〜７５０℃に加熱された前記帯状鋼板を、幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工する螺旋加工工程を備えているので、帯状鋼板が加熱されることによって、螺旋状に加工される帯状鋼板の降伏応力が低減され、帯状鋼板の加工性が良好になるとともに、より一層鉄損の低減されたものとなる。

また、本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置は、形状加工ユニットにより前記ヨーク部と前記ティース部とが形成された前記帯状鋼板を加熱する加熱ユニットと、前記加熱ユニットにより加熱された４００〜７５０℃の前記帯状鋼板を、前記幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工する螺旋加工ユニットとを備えているので、螺旋加工ユニットは、加熱されて４００〜７５０℃とされた降伏応力の低い帯状鋼板を、螺旋状に加工するものとなる。したがって、本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置は、帯状鋼板を螺旋状に加工する際の帯状鋼板の加工性が良好で、より一層鉄損の低減されたものとなる。

このように本発明の回転電機用螺旋コアの製造方法および製造装置によれば、回転電機用螺旋コアとなる材料として、Ｓｉを２〜４質量％含有する帯状鋼板を用いるにもかかわらず、帯状鋼板を螺旋状に加工する際の加工性が良好となり、鉄損が少なく、所定の形状を有する螺旋コアを容易に高精度で形成できる。

回転電機用螺旋コアの適用例としての回転電機の一例を示した概略図であり、回転電機を、その回転軸に垂直な方向から切った断面図である。 平面加工工程後の帯状鋼板の形状の一例を説明するための概略図であり、帯状鋼板を、その板面に垂直な方向から見た図である。 本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の一例を鉛直方向の上方から見た概略図である。 平面加工工程において、１枚の帯状鋼板から２枚の帯状鋼板を形成した場合の帯状鋼板の形状の一例を説明するための概略図であり、帯状鋼板を、その板面に垂直な方向から見た図である。 本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を鉛直方向の上方から見た概略図である。 本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を水平方向から見た概略図である。 本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を水平方向から見た概略図である。 本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を鉛直方向の上方から見た概略図である。 鋼板の降伏応力と引張り試験温度との関係を示したグラフである。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
「螺旋コア」
まず、本実施形態に係る回転電機用螺旋コアの製造方法を用いて製造された螺旋コアの一例について説明する。図１は、回転電機用螺旋コアの適用例としての回転電機の一例を示した概略図であり、回転電機を、その回転軸に垂直な方向から切った断面図である。図１に示す回転電機１０は、回転電機用螺旋コア（固定子１１）と、回転子（ロータ）１２と、ケース１３と、回転軸１４とを備えている。なお、図１においては、図示の都合上、コイル等の部材を省略している。

固定子１１は、図１に示すように、回転電機１０の周方向に延在するヨークＡと、ヨークＡの内周側の端部（端面）から回転軸１４の方向に延在するティースＢとを備えている。回転電機１０の周方向において相互に隣接するティースＢの間の領域であるスロットには、ティースＢに巻き回されるようにコイル（不図示）が挿入されるようになっている。なお、図１においては、ティースＢの数が１２である場合を例に挙げて示しているが、ティースＢの数は、図１に示した例に限定されない。

回転子１２は、その外周面が、固定子１１のティースＢの先端面（すなわち固定子１１の内周面）と所定の間隔を有して相互に対向する位置に配置されている。また、回転子１２の軸心（回転軸１４）は、固定子１１の軸心（重心）と略一致している。なお、本実施形態では、回転子１２の構成を簡略化して示している。
ケース１３は、焼き嵌め等の組立加工を行うことにより、固定子１１の周囲（外周）から固定子１１に密接して配置され、固定子１１を固定している。ケース１３は、例えば、鉄等の磁性体（強磁性体）、或いはステンレス鋼等の非磁性体により構成されている。

「製造装置」
次に、図１に示す回転電機に備えられている回転電機用螺旋コア（固定子１１）を製造する製造装置および製造方法の一例について図面を用いて説明する。
図２は、平面加工工程後の帯状鋼板の形状の一例を説明するための概略図であり、帯状鋼板を、その板面に垂直な方向から見た図である。また、図３は、本発明の回転電機用螺旋コア（固定子１１）の製造装置の一例を示した概略図である。なお、図３に示す白抜きの矢印は、帯状鋼板が移動する方向を示す。

図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置は、形状加工ユニット３１と、加熱ユニット３２と、螺旋加工ユニット３３とを備えている。この回転電機用螺旋コアの製造装置は、帯状鋼板３４を連続的に通板させて図１に示す固定子１１を形成するものであり、図３に示すように、形状加工ユニット３１と加熱ユニット３２と螺旋加工ユニット３３は、帯状鋼板３４を通板させるライン上に配置されている。このことにより、図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置は、高い生産性を有するものとなっている。

図３に示す帯状鋼板３４は、Ｓｉを２〜７質量％含有する電磁鋼板である。帯状鋼板３４に含まれるＳｉの含有量が２％未満であると、鉄損の充分に低減された螺旋コアが得られない。帯状鋼板３４に含まれるＳｉの含有量は、より鉄損を低減するために、３質量％以上であることがより好ましい。また、帯状鋼板３４に含まれるＳｉの含有量が７質量％を超えると、帯状鋼板３４の加工性が不充分となり、所定の形状を有する固定子１１の形成が困難となる。帯状鋼板３４に含まれるＳｉの含有量は、より優れた加工性が得られるように、４質量％以下であることがより好ましい。なお、最良の鉄損特性を得るために多少の加工性の低下を犠牲にする場合には、６．５質量％以上のＳｉを含有する電磁鋼板とすることが好ましい。

帯状鋼板３４としては、具体的に例えば、Ｓｉ：２〜７質量％、Ａｌ：０〜２質量％、Ｍｎ：０〜１質量％の化学成分を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である電磁鋼板があげられる。
帯状鋼板３４の厚みは、特に限定されるものではないが、０．１０ｍｍ〜０．６５ｍｍであることが、固定子１１を形成するために好ましい。
帯状鋼板３４は、例えば、Ｓｉ：３質量％、Ａｌ：０．５質量％、Ｍｎ：０．３質量％、残部Ｆｅ、および不可避的不純物を含有する鋼を溶製し、鋳造によって２５０ｍｍ厚の鋼塊とした後、熱間圧延によって２．５ｍｍ厚の熱延板とし、結晶粒調整のために１０００℃の熱延板焼鈍を施し、冷間圧延によって０．３５ｍｍの最終板厚とした後、９５０℃×１分間の最終仕上げ焼鈍を施すことにより再結晶・結晶粒成長を行い、表面に鋼板間の絶縁を目的とした絶縁被膜を塗布する方法により製造できる。

形状加工ユニット３１は、帯状鋼板３４を一方向に沿って延在させ、帯状鋼板３４に対して一方向に沿って延在するヨーク部２２と、このヨーク部２２の幅方向の一側縁より幅方向に向かって突出する複数のティース部２３とを形成し、図２に示す帯状鋼板２１とするものである。形状加工ユニット３１は、帯状鋼板３４に対して、ロール刃によるスリッター切断加工、打ち抜き加工、レーザによる加工等などの切断加工を行うものである。

加熱ユニット３２は、形状加工ユニット３１によりヨーク部２２とティース部２３とが形成された帯状鋼板２１を、螺旋状に加工される際の加工される部分の温度が４００〜７５０℃、好ましくは５００〜６００℃となるように加熱するものである。したがって、加熱ユニット３２を用いて帯状鋼板２１を加熱する温度は、帯状鋼板２１が螺旋状に加工される際の加工される部分の温度よりも高い温度とされる。加熱ユニット３２を用いて帯状鋼板２１を加熱する温度は、加熱ユニット３２と螺旋加工ユニット３３との距離や、帯状鋼板２１の成分、厚みなどに応じて適宜決定される。
加熱ユニット３２は、帯状鋼板２１の螺旋状に加工される際の加工される部分の温度を所定の温度に加熱できるものであれば、如何なるものであってもよく、例えば、炉加熱、赤外加熱、誘導加熱、通電加熱、等を用いて加熱する装置とすることができる。

螺旋加工ユニット３３は、加熱ユニット３２により加熱された帯状鋼板３６を、幅方向（通板方向および板厚方向に垂直な方向）に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工し、芯金（不図示）を中心として回転しながら鉛直方向下向きに移動して、螺旋状に加工された帯状鋼板３６を螺旋加工ユニット３３の芯金に巻き回して積層するものである。このような螺旋加工ユニット３３を用いることで、帯状鋼板３４の通板高さを変更することなく帯状鋼板３４を通板させて、螺旋状に加工された帯状鋼板３６が積層されてなる固定子１１を製造できる。

螺旋加工ユニット３３としては、ヨーク部２２の長手方向（周方向）の長さが、ティース部２３の幅方向（周方向）の長さよりも長くなるように、不均圧ロールで帯状鋼板３６を螺旋状に加工したり、帯状鋼板３６を後述するガイドに沿わせて強制的に螺旋状に加工したりするものなどを用いることができる。

「製造方法」
図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置を用いて回転電機用螺旋コア（固定子１１）を製造するには、まず、帯状鋼板３４を一方向に沿って延在させて、形状加工ユニット３１を用いて、スリッター切断加工、打ち抜き加工、レーザによる加工等などの切断加工を行うことにより、ヨーク部２２と複数のティース部２３とを形成し、図２に示す帯状鋼板２１とする（平面加工工程）。なお、本実施形態においては、平面加工工程において、１枚の帯状鋼板３４から図２に示す１枚の帯状鋼板２１を形成した。

平面加工工程後に得られた一方向に沿って延在する帯状鋼板２１には、図２示すように、図１に示す固定子１１のヨークＡに対応するヨーク部２２と、図１に示す固定子１１のティースＢに対応するティース部２３ａ〜２３ｅ（２３）とが形成されている。なお、図２においては、図面を見やすくするために、ティース部２３を５つしか示していないが、実際には、固定子１１のティースＢの数に対応する数のティース部２３が帯状鋼板２１に形成されている。

図２に示すように、ティース部２３は、ヨーク部２２の幅方向の一側縁（端部）から幅方向に向かって突出するように帯状鋼板２１の長手方向（延在方向）に沿って等間隔で形成されている。
また、帯状鋼板２１のヨーク部２２の外側の端部（ヨーク部２２の幅方向における他端であり、かつヨーク部２２にティース部２３が形成されていない側の端部）には、例えば、固定子１１をケース１３に取付ける際に用いられる溝を形成しても良い。

図２に示す帯状鋼板２１では、ヨーク部２２の外側の端部は、直線状とされている。帯状鋼板２１のヨーク部２２の外側の端部を直線状にすることにより、帯状鋼板２１を螺旋状に加工する際における不均一な変形および予期せぬずれを防止でき、固定子１１の形状精度を高めることができる。このため、帯状鋼板２１のヨーク部２２の外側の端部（一端）は、曲線状であってもよいが、少なくとも一部が直線状であることが好ましい。また、図２に示す帯状鋼板２１のヨーク部２２の外側の端部の全部が直線状である場合、１枚の帯状鋼板３４から１枚の図２に示す帯状鋼板２１を形成する際に、帯状鋼板２１のヨーク部２２の外側の端部に曲線状である部分が含まれている場合と比較して、不要となる部分を少なくすることができ、好ましい。

次に、図３に示すように、平面加工工程後の帯状鋼板２１を、加熱ユニット３２を用いて加熱し、４００〜７５０℃に加熱された帯状鋼板３６を、螺旋加工ユニット３３により幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工（螺旋加工工程）し、鉛直方向下向きに移動させながら、螺旋加工ユニット３３の芯金（不図示）に巻き回して積層する。
その後、螺旋加工ユニット３３によって積層された帯状鋼板３６を、例えば、カシメ、接着、溶接等の結合方法によって所定の部分（例えば、積層方向）で結合し、必要に応じて所定の処理を行ない、固定子１１とする。

本実施形態においては、螺旋加工工程において、４００〜７５０℃の帯状鋼板３６を螺旋状に加工するので、帯状鋼板３６の加工性が一時的に改善される。したがって、帯状鋼板３６を効率良く、かつ高精度で所定の螺旋状に加工できる。螺旋加工工程において螺旋状に加工される帯状鋼板３６の温度は、５００〜６００℃であることが好ましく、帯状鋼板３６に含まれるＳｉの含有量などに応じて適宜決定できる。

螺旋状に加工される帯状鋼板３６の温度を４００℃以上とすることにより、帯状鋼板３６の降伏応力を低減させて、帯状鋼板３６の加工性を向上させる効果と、鉄損を低減させる効果とが得られる。また、螺旋状に加工される帯状鋼板３６の温度を５００℃以上とすることにより、帯状鋼板３６の降伏応力をより効果的に低減させて、帯状鋼板３６の加工性と、鉄損を低減させる効果とをより一層向上させることができる。しかし、螺旋状に加工される帯状鋼板３６の温度が７５０℃を超えると、鋼板表面の酸化が著しくなるため、好ましくない。また、高温となった鋼板が過度に軟化してコアの反り等、加工時の制御が難しくなることを防止して、容易に高精度で加工できるように、螺旋状に加工される帯状鋼板３６の温度を６００℃以下にすることがより好ましい。

本実施形態の回転電機用螺旋コアの製造方法および製造装置では、回転電機用螺旋コアとなる材料として、Ｓｉを２〜７質量％含有する帯状鋼板３４を用いるので、鉄損の低減された螺旋コアが得られる。しかも、本実施形態の回転電機用螺旋コアの製造方法および製造装置では、４００〜７５０℃に加熱された帯状鋼板３６を螺旋状に加工するので、帯状鋼板３６を螺旋状に加工する際の加工性が良好となる。
その結果、本実施形態の回転電機用螺旋コアの製造装置および製造方法によれば、鉄損が少なく、磁気特性に優れ、なおかつ、真円度や波高さ等の寸法精度に優れた固定子１１が得られる。

「他の例」
本発明は、本実施形態の回転電機用螺旋コアの製造方法及び製造装置に限定されるものではなく、以下の構成を含んでいてもよい。
例えば、本発明の回転電機用螺旋コアの製造方法では、図４に示すように、平面加工工程において、１枚の帯状鋼板３４ａから２枚の帯状鋼板４１、４２を形成してもよい。図４は、平面加工工程において、１枚の帯状鋼板から２枚の帯状鋼板を形成した場合の帯状鋼板の形状の一例を説明するための概略図であり、帯状鋼板を、その板面に垂直な方向から見た図である。

図４に示す例では、平面加工工程において、一方の帯状鋼板４１のティース部２３の先端側が、他方の帯状鋼板４２のスロットに対応する領域に配置されるように（すなわち、一方の帯状鋼板４１（４２）のティース部２３と他方の帯状鋼板４２（４１）のティース部２３とが互い違いに配置されるように）、帯状鋼板３４ａを切断加工している。この場合、帯状鋼板３４ａの不要な部分を可及的に少なくすることができる。

なお、図４に示すように、平面加工工程において、１枚の帯状鋼板３４ａから２枚の帯状鋼板４１、４２を形成する場合、一方の帯状鋼板４１の形状と、他方の帯状鋼板４２の形状とは、同じであってもよいし、異なってもよい。具体的には例えば、一方の帯状鋼板４１と他方の帯状鋼板４２とで、ティース部２３の長手方向の長さやヨーク部２２の幅の寸法が異なっていてもよい。

さらに、図４に示すように、平面加工工程において、１枚の帯状鋼板３４ａから２枚の帯状鋼板４１、４２を形成する場合、帯状鋼板３４ａを通板させるラインが形状加工ユニット３１よりも下流において２本に分離される。したがって、平面加工工程において、１枚の帯状鋼板３４ａから２枚の帯状鋼板４１、４２を形成する場合、図５〜図７に示すように、形状加工ユニット３１よりも下流の帯状鋼板３４ａを通板させる２本のライン上にそれぞれ、加熱ユニット３２（３２ａ、３２ｂ）と、螺旋加工ユニット３３（３３ａ、３３ｂ）とを備えることが好ましい。

図５〜図７に示す回転電機用螺旋コアの製造装置においては、加熱ユニット３２ａおよび加熱ユニット３２ｂとして、図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置と同じものを用いている。なお、本発明においては、加熱ユニット３２ａおよび加熱ユニット３２ｂは、図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置と異なるものであってもよいし、加熱ユニット３２ａと加熱ユニット３２ｂとが、それぞれ異なるものであってもよい。

また、図５〜図７に示す回転電機用螺旋コアの製造装置においては、螺旋加工ユニット３３ａおよび螺旋加工ユニット３３ｂとして、図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置と同じものを用いている。なお、本発明においては、螺旋加工ユニット３３ａおよび螺旋加工ユニット３３ｂは、図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置と異なるものであってもよいし、螺旋加工ユニット３３ａと螺旋加工ユニット３３ｂとが、それぞれ異なるものであってもよい。例えば、螺旋加工ユニット３３ａと螺旋加工ユニット３３ｂとは、芯金の直径が異なっていてもよい。

図５は、本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を鉛直方向の上方から見た概略図である。図５に示す回転電機用螺旋コアの製造装置では、２つの螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂが水平方向に並べて配置され、各螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂの上流の帯状鋼板３４ａを通板させる２本のライン上にそれぞれ、加熱ユニット３２ａ、３２ｂが配置されている。

図５に示す回転電機用螺旋コアの製造装置を用いて固定子１１（螺旋コア）を製造する場合、形状加工ユニット３１により形成された帯状鋼板４１、４２は、個々に分離され、それぞれ異なる方向に搬送され、それぞれ図３に示す回転電機用螺旋コアの製造装置を用いた場合と同様にして、加熱ユニット３２ａ、３２ｂおよび螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂによって加工され、固定子１１が製造される。

図６は、本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を水平方向から見た概略図である。図６に示す回転電機用螺旋コアの製造装置では、２つの螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂが鉛直方向に並べて配置され、各螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂの上流の帯状鋼板３４ａを通板させる２本のライン上にそれぞれ、加熱ユニット３２ａ、３２ｂが配置されている。
図６に示す回転電機用螺旋コアの製造装置においては、螺旋加工ユニット３３ａおよび螺旋加工ユニット３３ｂによって製造される固定子１１の鉛直方向の中心位置を一致させることができる。このため、螺旋加工ユニット３３ａおよび螺旋加工ユニット３３ｂの芯金（不図示）を１つの動力を用いて回すことができ、回転電機用螺旋コアの製造装置を小型化および簡素化できる。

図７は、本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を水平方向から見た概略図である。図７に示す回転電機用螺旋コアの製造装置では、２つの螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂが水平方向および鉛直方向で重なり合わないようにずらして配置され、各螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂの上流の帯状鋼板３４ａを通板させる２本のライン上にそれぞれ、加熱ユニット３２ａ、３２ｂが配置されている。

なお、図５〜図７に示す回転電機用螺旋コアの製造装置では、帯状鋼板４１と帯状鋼板４２とが分離されて、それぞれ異なる方向に搬送されるため、形状加工ユニット３１から螺旋加工ユニット３３ａ（３３ｂ）までの搬送距離を短くすると、帯状鋼板４１および帯状鋼板４２が変形して螺旋コアの磁気特性および形状が悪化することがある。そのため、分離された帯状鋼板４１および帯状鋼板４２の搬送方向がなす角度を十分低減できるように、形状加工ユニット３１から螺旋加工ユニット３３ａ（３３ｂ）までの搬送距離を充分に確保することが好ましい。

また、図８は、本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置の他の例を示した概略図である。本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置は、図８に示すように、螺旋加工ユニット３３により螺旋状に加工された帯状鋼板３６を焼鈍して、帯状鋼板３６の歪を取り除く焼鈍ユニット３９をさらに備えていてもよい。

螺旋加工ユニット３３により螺旋状に加工された帯状鋼板３６には、歪（例えば、打抜き歪や曲げ歪）が生じる。この歪は、固定子１１（螺旋コア）の磁気特性を低下させるものである。このため、螺旋加工工程後に、螺旋状に加工された帯状鋼板３６を、焼鈍ユニット３９を用いて焼鈍（ＳＲＡ）し、帯状鋼板３６の歪を取り除く（焼鈍工程）ことが好ましい。焼鈍工程は、固定子１１に要求される特性及び帯状鋼板３６の鋼種などに応じて、必要により行われる。

焼鈍工程における焼鈍温度は、例えば、７００〜８００℃とすることが好ましく、７５０℃程度とすることがより好ましい。

図８に示す焼鈍ユニット３９は、誘導加熱炉などからなるものであり、帯状鋼板３４を通板させるライン上に配置されている。より詳細には、図８に示す焼鈍ユニット３９は、螺旋加工ユニット３３により螺旋状に加工され、螺旋加工ユニット３３の芯金に巻き付けられている帯状鋼板３６上に配置されている。

なお、焼鈍ユニット３９は、図８に示すように、帯状鋼板３４を通板させるライン上に配置され、螺旋状に加工されて積層された帯状鋼板３６を焼鈍するものであってもよいが、螺旋状に加工されて積層された帯状鋼板３６が結合されてなる固定子１１を焼鈍するものであってもよい。この場合、焼鈍ユニット３９を用いて帯状鋼板３６を焼鈍することにより、帯状鋼板３６を結合する際に生じた歪も取り除くことができ、好ましい。また、帯状鋼板３６が結合されてなる固定子１１を焼鈍する焼鈍ユニット３９は、帯状鋼板３４を通板させるライン上とは別の位置に配置できる。

また、本発明の回転電機用螺旋コアの製造装置は、図８に示すように、帯状鋼板２１、３６の変形を抑制するガイド３７を備えていてもよい。ガイド３７は、少なくとも鉛直方向下側から帯状鋼板２１、３６を支持するように、形状加工ユニット３１と螺旋加工ユニット３３との間に配置されていることが好ましい。すなわち、ガイド３７は、図８に示すように、加熱ユニット３２と螺旋加工ユニット３３との間に配置されていてもよいし、形状加工ユニット３１と加熱ユニット３２との間に配置されていてもよいし、加熱ユニット３２を含む領域に配置されていてもよい。また、ガイド２７は、鉛直方向の上側及び下側から帯状鋼板３６を支持するものであってもよい。

以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものに過ぎず、これらのみによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明は、その主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施できる。

（実験例１）
表１に示す１〜３の化学組成からなる鋼塊を真空溶解によって溶製し、厚み１．０ｍｍの鋼板状の供試材を切断、切削により切出し、該供試材より、厚み１．０ｍｍ、平行部の幅１０ｍｍ、評点間距離３５ｍｍの特殊形状引っ張り試験片を得た。その後、得られた試験片に対して、１００℃〜１０００℃の範囲で引張り試験を行い、鋼板の降伏応力を調べた。その結果を図９に示す。

図９は、鋼板の降伏応力と引張り試験温度との関係を示したグラフである。図９に示すように、鋼板の降伏応力は、温度を４００℃以上とすることにより低減し、５００℃以上とすることにより大きく低減している。

（実験例２）
図５に示す回転電機用螺旋コアの製造装置を用いて、図１に示す固定子１１を製造した。すなわち、表２に示す化学組成からなる厚み０.５ｍｍ、幅４５ｍｍの帯状鋼板を一方向に沿って延在させ、形状加工ユニット３１によって、帯状鋼板に対して一方向に沿って延在するヨーク部と、ヨーク部の幅方向の一側縁より幅方向に向かって突出する複数のティース部とを形成（平面加工工程）し、図４に示す帯状鋼板４１、４２を形成した。この際、ヨーク部２２の幅は１２ｍｍであった。

そして、形状加工ユニット３１により形成された帯状鋼板４１、４２を、それぞれ異なる方向に搬送しながら、それぞれ図５に示す加熱ユニット３２ａ、３２ｂを用いて加熱し、表２に示す温度に加熱された帯状鋼板３６を、それぞれ螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂにより幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工（螺旋加工工程）し、鉛直方向下向きに移動させながら、螺旋加工ユニット３３の芯金（不図示）に巻き回して積層した。そして、螺旋加工ユニット３３により積層された帯状鋼板３６を、溶接によって積層方向で結合し、実施例１〜実施例３、参考例４、比較例１〜比較例２の固定子１１を得た。なお、比較例３は、螺旋加工工程中に破断したため、固定子１１を作製できなかった。

また、螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂにより螺旋状に加工され、螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂの芯金に巻き付けられている帯状鋼板３６上に、帯状鋼板３６の歪を取り除く焼鈍ユニットが配置されている製造装置を用いて、実施例５〜実施例６、比較例４〜比較例５の固定子１１を得た。

すなわち、表２に示す化学組成からなる帯状鋼板を用いて実施例１と同様にして平面加工工程を行い、図４に示す帯状鋼板４１、４２を形成した。
そして、形状加工ユニット３１により形成された帯状鋼板４１、４２を、それぞれ異なる方向に搬送しながら、それぞれ図５に示す加熱ユニット３２ａ、３２ｂを用いて加熱し、表２に示す温度に加熱された帯状鋼板３６を、それぞれ螺旋加工ユニット３３ａ、３３ｂにより幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工（螺旋加工工程）し、鉛直方向下向きに移動させながら、螺旋加工ユニット３３の芯金（不図示）に巻き回して積層し、焼鈍ユニットにより螺旋状に加工された帯状鋼板３６を、焼鈍ユニットを用いて表２に示す温度で焼鈍した。そして、螺旋加工ユニット３３により積層された帯状鋼板３６を実験例１と同様にして積層方向で結合し、実施例５〜実施例６、比較例４〜比較例５の固定子１１を得た。

このようにして得られた実施例１〜実施例３、参考例４、実施例５、実施例６、比較例１、比較例２、比較例４、比較例５の固定子１１について、以下に示す方法により、磁気特性および加工性を評価した。その結果を表３に示す。

「磁気特性の評価」
作製した固定子１１のコアバック部２２に一次巻線（励磁巻線）と二次巻線（サーチコイル）を施し、一次巻線に交流の励磁電流Ｉを流し、二次巻線に誘導される起電力からコアバック部２２に流れる磁束量φを測定した。コアバック部２２の磁束密度Ｂは磁束量をコアバック部２２の断面積Ｓで割ることによって求めた。また鉄損Ｐは、一次巻線の励磁電流Ｉと二次巻線の起電力とから電力計を用いて測定した。ここでＰ１５／５０は周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．５Ｔにおける鉄損を、Ｐ１０／４００は周波数４００Ｈｚ、最大磁束密度１．０Ｔにおける鉄損を示す。
螺旋加工時はもっぱらコアバック部が加工を受けるため、上記の評価で充分であるが、一部の固定子コアについては、回転子コアを組み込んでモータとしての損失を評価した。モータ構造としては、誘導モータとした。

「加工性の評価」
作製した固定子１１を円周方向に回転させながら、変位計を用いて最上層の高さ変化を連続的に測定し、最大高さと最小高さの差△Ｈを以って加工性の評価とした。すなわち螺旋加工性が良好な時には△Ｈが小さくなる。高さ変化はコアバック部２２の内周側、中心、外周側で行った。

表３に示すように、実施例１〜実施例３、参考例４、実施例５、実施例６では、磁気特性に優れ、なおかつ、寸法精度に優れた固定子１１が得られた。
これに対し、比較例１〜比較例２、比較例４では、螺旋状に加工される帯状鋼板の温度が４００℃未満であるため、帯状鋼板の降伏応力を充分に低減させることができず、磁気特性および加工性の評価が悪かった。また、比較例５では、螺旋状に加工される帯状鋼板の温度が７５０℃を超え、鋼板が過度に酸化したため、実施例１〜実施例３、参考例４、実施例５、実施例６と比較して、鉄損の評価が悪かった。
また、帯状鋼板に含まれるＳｉの含有量が７質量％を超える比較例３は、螺旋状に加工される帯状鋼板の温度を７５０℃に加熱したにも関わらず、加工性が悪く、螺旋加工工程中に破断した。

１０ 回転電機、１１ 固定子（螺旋コア）、１２ 回転子、１３ ケース、 １４ 回転軸、２１、３４、３４ａ、３６、４１、４２ 帯状鋼板、２２ ヨーク部、２３ ティース部、３１ 形状加工ユニット、３２、３２ａ、３２ｂ 加熱ユニット、３３、３３ａ、３３ｂ 螺旋加工ユニット、３７ ガイド、３９ 焼鈍ユニット、Ａ ヨーク、Ｂ ティース。

Claims (4)

1. Ｓｉを２〜７質量％含有する帯状鋼板を一方向に沿って延在させ、前記帯状鋼板に対して前記一方向に沿って延在するヨーク部と、このヨーク部の幅方向の一側縁より前記幅方向に向かって突出する複数のティース部とを形成する平面加工工程と、
   前記平面加工工程後の帯状鋼板を加熱し、４００〜７００℃に加熱された前記帯状鋼板を、前記幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工する螺旋加工工程とを備えることを特徴とする回転電機用螺旋コアの製造方法。
2. 前記螺旋加工工程後に、前記帯状鋼板を焼鈍して歪を取り除く焼鈍工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の回転電機用螺旋コアの製造方法。
3. Ｓｉを２〜７質量％含有する帯状鋼板を一方向に沿って延在させ、前記帯状鋼板に対して前記一方向に沿って延在するヨーク部と、このヨーク部の幅方向の一側縁より前記幅方向に向かって突出する複数のティース部とを形成する形状加工ユニットと、
   前記形状加工ユニットにより前記ヨーク部と前記ティース部とが形成された前記帯状鋼板を加熱する加熱ユニットと、
   前記加熱ユニットにより加熱された４００〜７００℃の前記帯状鋼板を、前記幅方向に向かって湾曲するように曲げて螺旋状に加工する螺旋加工ユニットとを備えることを特徴とする回転電機用螺旋コアの製造装置。
4. 前記螺旋加工ユニットにより螺旋状に加工された前記帯状鋼板を焼鈍して、前記帯状鋼板の歪を取り除く焼鈍ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の回転電機用螺旋コアの製造装置。

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