JP6750524B2 - ブランク、鉄心構成部材および積み鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、ブランク、鉄心構成部材および積み鉄心に関し、具体的には、低損失かつ高効率の変圧器用のブランク、鉄心構成部材および積み鉄心に関する。

ＣＯ_２の排出削減や省エネ指向の潮流の中、変圧器の損失のさらなる低減が求められている。この動きに対して鉄心材料である方向性電磁鋼板の鉄損を下げる開発が精力的に進められている。しかし、方向性電磁鋼板の低鉄損化を図るだけでは、変圧器の損失を十分に低減することはできない。このため、鉄心全体としての低損失化も強く求められている。

特に、例えば発電所や変電所で用いられる大型の積み鉄心では、鉄心の内周側の磁路長と外周側の磁路長が大きく相違する。このため、板幅方向に均一な磁束密度を有する方向性電磁鋼板により大型の積み鉄心を製造すると、必然的に内周側に磁束が集中し、高磁束密度励磁による高鉄損は避けられない。もちろん、上述する大型の積み鉄心だけではなく、受電用や配電用の中〜小型の積み鉄心においても、内周側と外周側の磁路長は異なる。このため、中〜小型の積み鉄心においても、大型の積み鉄心程ではないものの、内周側への磁束の集中による高鉄損化は避けられない。

鉄心全体としての低損失化を図る発明がこれまでにも開示されている。

特許文献１には、［００１］の圧延方向からのずれ角の平均値：４゜以内、圧延直角方向の最大長さが６０ｍｍ以上の二次再結晶粒の面積率：８５％以上である方向性電磁鋼板に係る発明が開示されている。この発明によれば、高磁束密度（Ｂ８≧１．９６Ｔ）の方向性電磁鋼板の結晶粒サイズレベルでの磁束密度の不均一を解消でき、磁区細分化処理を施さなくても安定して低鉄損を得られるとしている。

特許文献２には、巻き鉄心または積み鉄心の内周側ｍと外周側ｎの材料を変更し、内周側の透磁率μｍ＞外周側の透磁率μｎ、および内周側の鉄損Ｗｍ＜外周側の鉄損Ｗｎであり、ビルディングファクター（ＢＦ；変圧器の鉄心の鉄損を方向性電磁鋼板の圧延方向の鉄損で除した値であり、ＢＦが小さいほど方向性電磁鋼板を鉄心に加工した際の鉄損の劣化度が小さいことを意味する）を改善する発明が開示されている。この発明によれば、異なる透磁率および鉄損を有する複数の材料を用いて鉄心を製造することにより、鉄心の損失を低減できるとしている。

さらに、特許文献３には、巻き鉄心の内周側を高配向性ケイ素鋼板とするとともに外周側を磁区制御ケイ素鋼板とし、内周側の電磁鋼板を巻き鉄心の積層全厚さの２５％とすることにより、鉄損を、磁区制御ケイ素鋼板のみから構成される巻き鉄心の鉄損よりも改善する発明が開示されている。この発明によれば、異なる透磁率および鉄損の複数の材料を用いて巻き鉄心を製造することにより、鉄心の損失を低減できるとしている。

特開２０００−２６９４２号公報（特許３３９０３４５号明細書） 特開２００６−１８５９９９号公報 特開２００７−４３０４０号公報（特許４９５９１７０号明細書）

本発明者らの検討結果によれば、特許文献１〜３により開示された発明では、積み鉄心の損失やＢＦを低減することはできない。例えば特許文献２により開示された発明では、鉄心における低鉄損の材料部分に磁束を集中させて鉄心全体としての低鉄損化を図る。しかし、方向性電磁鋼板の励磁磁束密度Ｂｍが高くなると鉄損Ｗが概ねＷ∝Ｂｍ^２で急激に増加する。このため、むしろ鉄心全体が均一に励磁されるほうが鉄心の鉄損は低くなる。この現象は、大型の積み鉄心で特に顕著である。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、圧延方向ＲＤへの磁束密度Ｂ８が板幅方向（圧延方向と直交する方向）について変動する磁束密度分布を有する方向性電磁鋼板からブランクを切り出し、このブランクを用いて積み鉄心を組み立てることにより、積み鉄心の内周側および外周側の磁束密度（透磁率）の不均一を顕著に改善でき、これにより、積み鉄心の損失を大幅に低減できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。本発明は以下に列記の通りである。

（１）方向性電磁鋼板から切り出されて得られる変圧器の鉄心用のブランクであって、
前記鉄心の磁化方向に垂直な方向への第１の特定位置であるＡ点における前記磁化方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、前記鉄心の磁化方向に垂直な方向への第２の特定位置であるＢ点における前記磁化方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とについて、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上、好ましくは０．０３（Ｔ）以上、より好ましくは０．０４（Ｔ）以上となるＡ点およびＢ点が存在する、ブランク。

（２）前記磁化方向に平行な方向へのブランク存在領域の長さの最小値をＬＳとするとともに該長さの最大値をＬＬとし、それぞれの部位での前記磁化方向の磁束密度をＢ８ＳおよびＢ８Ｌとしたとき、
Ｂ８Ｌ／Ｂ８Ｓ：１．０超ＬＬ／ＬＳ以下である、１項に記載のブランク。

（３）前記鉄心は積み鉄心である、１または２項に記載のブランク。

（４）前記方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：２．０〜４．５％、Ｍｎ：０．０２〜１．００％、ＳおよびＳｅの合計：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３％以上、Ｎ：０．００５％以下、残部Ｆｅおよび不純物である、１〜３項のいずれかに記載のブランク。

（５）方向性電磁鋼板から切り出されて得られるブランクを単独で、または複数枚積層して形成される変圧器の鉄心構成部材であって、前記変圧器の鉄心の磁化方向に垂直な方向への第１の特定位置であるＡ点における磁化方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、前記変圧器の鉄心の磁化方向に垂直な方向への第２の特定位置であるＢ点におけるコイル長手方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とについて、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上、好ましくは０．０３（Ｔ）以上、より好ましくは０．０４（Ｔ）以上となるＡ点およびＢ点が存在する、鉄心構成部材。

（６）前記磁化方向に平行な方向へのブランク存在領域の長さの最小値をＬＳ（ｍｍ）とし、該長さの最大値をＬＬ（ｍｍ）とし、それぞれの部位での前記磁化方向の磁束密度をＢ８Ｓ（Ｔ），Ｂ８Ｌ（Ｔ）とするとき、Ｂ８Ｌ／Ｂ８Ｓ：１．０超（ＬＬ／ＬＳ）以下である、５項に記載の鉄心構成部材。

（７）前記方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：２．０〜４．５％、Ｍｎ：０．０２〜１．００％、ＳおよびＳｅの合計：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３％以上、Ｎ：０．００５％以下、残部Ｆｅおよび不純物である、５または６項に記載の鉄心構成部材。

（８）複数の鉄心構成部材を組合わせて形成される変圧器の積み鉄心であって、前記複数の鉄心構成部材のうちの少なくとも一つが５〜７項のいずれかに記載の鉄心構成部材である、積み鉄心。

本発明において「ブランク」とは、変圧器のヨーク鉄心や脚鉄心の素材であり、方向性電磁鋼板を略四角形、略六角形または多角形に切断して得られる鋼板片を意味する。

本発明において「鉄心構成部材」とは、ブランク単独で、または略同一形状のブランクを複数枚積層した、略四角柱、略六角柱または多角柱の形状を有する、鉄心を構成する部材を意味し、例えばヨーク鉄心や脚鉄心が例示される。

さらに、本発明において「変圧器の鉄心」とは、磁気的な閉回路を構成するように２個以上（通常の単相変圧器用の鉄心では４個、３相３脚変圧器の鉄心では５個）の鉄心構成部材を組み合わせて構成された積み鉄心であり、コイルなどの部材とさらに組み合わせることにより変圧器が構成される。

本発明に係る鉄心構成部材および鉄心は、コイル長手方向の磁束密度Ｂ８が板幅方向について変動する方向性電磁鋼板のコイルを素材として製造される。この方向性電磁鋼板には、板幅方向への第１の特定位置であるＡ点におけるコイル長手方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、板幅方向への第２の特定位置であるＢ点におけるコイル長手方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とについて、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上、好ましくは０．０３（Ｔ）以上、より好ましくは０．０４（Ｔ）以上となるＡ点およびＢ点が少なくとも１つずつ存在する。

Ａ点およびＢ点は、ｎを１以上の自然数として、板幅の１／ｎで交互に存在することが好ましい。

複数存在する前記Ａ点の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）の最大値および最小値の差が０．０１Ｔ以下であるとともに、複数存在する前記Ｂ点の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）の最大値および最小値の差が０．０１（Ｔ）以下であることが好ましい。

Ａ点からＢ点に亘る磁束密度Ｂ８は略直線的に変化することが好ましい。

例えば、この方向性電磁鋼板は、板幅方向の一方のエッジ部における長手方向の磁束密度Ｂ８Ｒ（Ｔ）と、板幅方向の他方のエッジ部における長手方向の磁束密度Ｂ８Ｌ（Ｔ）とについて、Ｂ８Ｌ＞Ｂ８Ｒ、かつＢ８Ｌ−Ｂ８Ｒが０．０２（Ｔ）以上、好ましくは０．０３（Ｔ）以上、より好ましくは０．０４（Ｔ）以上である。ここで、エッジ部の磁束密度Ｂ８Ｒ，Ｂ８Ｌとは、板幅方向の最端面から板幅方向へ向けて１００ｍｍまでの範囲の平均値を意味する。

両エッジ部の間の磁束密度は、Ｂ８Ｒ（Ｔ）およびＢ８Ｌ（Ｔ）を直線で結ぶように変化することが理想的であるが、工業生産された方向性電磁鋼板で通常に見られる０．０１（Ｔ）程度の凹凸が存在してもよく、積み鉄心での鉄損低減効果は十分に得られる。

少なくとも、両エッジ部の磁束密度値のうち高い側の磁束密度値が全幅平均の磁束密度値以上であり、両エッジ部の磁束密度値のうち低い側の磁束密度値が全幅平均の磁束密度値以下であることが好ましい。

この方向性電磁鋼板の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：２．０〜４．５％、Ｍｎ：０．０２〜１．００％、ＳおよびＳｅの合計：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３％以上、Ｎ：０．００５％以下を含有し、好ましくはＳｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＴｅまたはＰｂの１種以上を合計で０．０３０％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不純物である。

この方向性電磁鋼板は、如何なる製造方法により製造されてもよく、特定の製造方法には限定されない。例えば、以下に示す基本的な製造工程（ｉ）〜（ｖ）を含む製造方法により製造される。

（ｉ）質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０〜４．５％、Ｍｎ：０．０４〜１．００％、Ｓ：０．００２〜０．０５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０５％およびＮ：０．００１〜０．０２０％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物である化学組成を有する熱延鋼板に、必要に応じて９００℃以上の均熱温度で熱延板焼鈍を行った後、例えば８０％以上の冷延率で冷間圧延を行って冷延鋼板とする冷間圧延工程。

（ｉｉ）冷延鋼板に８００〜８５０℃の均熱温度で脱炭焼鈍を行って圧延による加工歪みを取り除き、一次再結晶を発現して結晶粒径を６〜２５μｍ程度とする脱炭焼鈍工程。

（ｉｉｉ）必要に応じて行われる、冷延鋼板にアンモニア含有雰囲気で鋼板中の窒素濃度を増加させる焼鈍を施す窒化焼鈍工程。

（ｉｖ）脱炭焼鈍後の鋼板の表面にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を含有する水性スラリーを塗布および乾燥（焼付け）し、コイルに巻取った後に１１５０℃以上で長時間の仕上げ焼鈍を行って二次再結晶を発現し、鋼板の圧延方向が＜１００＞方向で鋼板の面方向は｛１１０｝方向であるＧｏｓｓ方位粒がその周囲の結晶粒を蚕食しながら１〜２ｃｍ程度の結晶粒径まで成長して結晶方位が揃うとともに、焼鈍分離剤中のＭｇＯと、脱炭焼鈍時に冷延鋼板の表面に形成された内部酸化層中のＳｉＯ_２とが反応し、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）を主成分とする一次被膜を表面に形成する仕上げ焼鈍工程。

この方向性電磁鋼板は、例えば、
（ａ）窒化焼鈍工程での窒化量を、冷延鋼板の板幅方向について変化させて板幅方向のインヒビターの強度を変動させること、または
（ｂ）仕上げ焼鈍におけるコイルの板間隙間を、コイルの板幅方向について変化させて脱インヒビター量を板幅方向について変動させること
により、製造される。

冷延鋼板の窒化量を板幅方向について変化させる方法としては、例えば、鋼板の窒化に関する特開平３−２３２４号公報や特開平５−１１２８２７公報の開示内容に、特開平１１−２１６２７公報により開示された幅方向吹付け流量変更装置に関する開示内容を組み合わせれば容易に実現できる。例えば、窒化焼鈍工程において、アンモニア含有雰囲気の吹付け流量を板幅方向について変化させる方法や、アンモニア含有雰囲気中のアンモニア含有濃度を板幅方向について変化させる方法等が適用可能である。この際のアンモニア濃度は、窒化量を高める領域では、１〜２体積％、窒化量を低める領域では、０．１〜０．９体積％などとすればよい。

仕上げ焼鈍におけるコイル板間隙間を板幅方向について変化させる方法としては、粒度の異なるＭｇＯ焼鈍分離剤を板幅方向について塗り分け、乾燥後の空隙率をコイルの板幅方向について変化させる方法や、静電塗布によってコイルの板幅方向について部分的に粗粒のＭｇＯを塗布することにより板幅方向の空隙率を変化させる方法等が適用可能である。この際のＭｇＯの粒度は、空隙率を高める領域では、５〜２０μｍ、空隙率を低める領域では、０．１〜４μｍなどとすればよい。

本発明により、例えば発電所や変電所で用いられる大型の積み鉄心や、受電用や配電用の中〜小型の積み鉄心の損失やＢＦを低減することができる。

図１は、本発明での磁束密度Ｂ８の板幅方向位置の変化（板幅方向についての磁束密度Ｂ８の分布）の一例を示すグラフである。 図２は、Ａ点およびＢ点が板幅の１／ｎで交互に存在する状況の一例を示すグラフである。 図３は、複数存在するＡ点の磁束密度Ｂ８Ａおよび／または複数存在するＢ点の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）の最大値および最小値の差が０．０１（Ｔ）以下であることの一例を示すグラフである。 図４は、Ａ点からＢ点に至る領域での磁束密度Ｂ８の変化が略直線的であることの一例を示すグラフである。 図５（ａ）は、単相変圧器用の鉄心構成部材および積み鉄心を示す平面図であり、図５（ｂ）は、単相変圧器用の鉄心構成部材および積み鉄心を示す斜視図である。 図６（ａ）は、３相３脚変圧器の鉄心構成部材および積み鉄心を示す平面図であり、図６（ｂ）は、３相３脚変圧器の鉄心構成部材および積み鉄心を示す斜視図である。 図７（ａ）は、単相変圧器用の内鉄型の積み鉄心を模式的に示す平面図であり、図７（ｂ）は、３相変圧器の内鉄型の積み鉄心を模式的に示す平面図である。また、図７（ｃ）は、単相変圧器用の外鉄型の積み鉄心を模式的に示す平面図であり、図７（ｄ）は、３相変圧器の外鉄型の積み鉄心を模式的に示す平面図である。

本発明に係るブランク、鉄心構成部材および鉄心と、これらの素材である方向性電磁鋼板およびその製造方法を説明する。以降の説明では、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、本発明に係るブランクは、本発明で用いる方向性電磁鋼板から所定の形状に切り出されて得られるため、本発明に係るブランクと方向性電磁鋼板をまとめて説明する。

１．本発明に係るブランク，方向性電磁鋼板
（１）母材鋼板の化学組成
本発明に係るブランクまたは方向性電磁鋼板の母材鋼板は、この種のブランクまたは方向性電磁鋼板の母材鋼板の一般的な化学組成を有すればよく、特定の化学組成には限定されない。以下に、本発明に係るブランクまたは方向性電磁鋼板の母材鋼板の化学組成の一例を説明する。

（１−１）Ｃ：０．００５％以下
Ｃは、製造工程における脱炭焼鈍工程の完了までの組織制御に有効である。しかし、Ｃ含有量が０．００５％を超えると、長時間の使用中に鉄炭化物が析出する磁気時効現象によってブランクまたは方向性電磁鋼板の磁気特性が低下する。したがって、Ｃ含有量は、好ましくは０．００５％以下であり、より好ましくは０．００２％以下である。

一方、Ｃ含有量は低いほうが好ましいが、Ｃ含有量を０．０００１％未満に低減しても、磁気時効の抑制効果は飽和し、製造コストが嵩むだけとなる。したがって、Ｃ含有量は、好ましくは０．０００１％以上である。

（１−２）Ｓｉ：２．０〜４．５％
Ｓｉは、鋼の電気抵抗を高めて渦電流損を低減する。Ｓｉ含有量が２．０％未満では、鋼板がフェライト単相ではなくなり磁気特性が著しく劣化する。したがって、Ｓｉ含有量は、好ましくは２．０％以上であり、より好ましくは２．８％以上であり、さらに好ましくは３．０％以上である。

一方、Ｓｉ含有量が４．５％を超えると鋼の冷間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は、好ましくは４．５％以下であり、より好ましくは４．２％以下であり、さらに好ましくは４．０％以下である。

（１−３）Ｍｎ：０．０２〜１．００％
Ｍｎは、製造工程中に後述のＳおよびＳｅと結合してＭｎＳおよびＭｎＳｅを形成する。これらの析出物は、インヒビター（正常結晶粒成長の抑制剤）として機能し、二次再結晶を発現する。Ｍｎは、さらに鋼の熱間加工性も高める。一方でＭｎは、ブランクまたは方向性電磁鋼板の電気抵抗を高め、鉄損特性を向上させる。このため、Ｍｎ含有量は、優れた磁気特性を得るためには、高いほうが好ましい。

Ｍｎ含有量が０．０２％未満であると、これらの効果を十分に得られない。したがって、Ｍｎ含有量は、好ましくは０．０２％以上であり、より好ましくは０．０５％以上であり、さらに好ましくは０．０７％以上である。

一方、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると、フェライト相が不安定となり、磁気特性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は、好ましくは１．００％以下であり、より好ましくは０．４０％以下であり、さらに好ましくは０．２０％以下である。

（１−４）ＳおよびＳｅの合計：０．００５％以下
ＳおよびＳｅは、製造工程において、Ｍｎと結合してインヒビターとして機能するＭｎＳおよびＭｎＳｅを形成する。しかし、ブランクまたは方向性電磁鋼板のＳ，Ｓｅ含有量が合計で０．００５％を超えると、残存する析出物により、磁気特性が低下するとともに、ＳおよびＳｅの偏析により、ブランクまたは方向性電磁鋼板に表面欠陥が発生することがある。したがって、ＳおよびＳｅの合計含有量は、好ましくは０．００５％以下である。

ブランクまたは方向性電磁鋼板におけるＳおよびＳｅの合計含有量はなるべく低いほうが好ましい。しかし、ブランクまたは方向性電磁鋼板のＳおよびＳｅの合計含有量を０．０００１％未満に低減しても、製造コストが嵩むだけである。したがって、ブランクまたは方向性電磁鋼板のＳおよびＳｅの合計含有量は、好ましくは０．０００１％以上である。

（１−５）ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３％以上
Ａｌは、方向性電磁鋼板の製造工程においてＮと結合してＡｌＮを形成し、インヒビターとして機能する。一方で、ｓｏｌ．Ａｌは方向性電磁鋼板の電気抵抗を高め、鉄損特性を向上させる。このため、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は、磁気特性のためには高いほうが好ましい。ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．００３％未満であるとこの効果が小さいため、磁気特性が低下する。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は、好ましくは０．００３％以上であり、より好ましくは０．００５％以上であり、さらに好ましくは０．０２％以上である。なお、本明細書において、ｓｏｌ．Ａｌは酸可溶Ａｌを意味する。

（１−６）Ｎ：０．００５％以下
Ｎは、製造工程においてＡｌと結合してＡｌＮを形成し、インヒビターとして機能する。しかし、仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板のＮ含有量が０．００５％を超えると、ブランクまたは方向性電磁鋼板に析出物が残存して磁気特性が低下する。したがって、Ｎ含有量は、好ましくは０．００５％以下であり、より好ましくは０．００３％以下であり、さらに好ましくは０．００１％以下である。Ｎ含有量は低いほうが好ましい。

しかし、Ｎ含有量を０．０００１％未満に低減しても、製造コストが嵩むだけである。したがって、Ｎ含有量は、好ましくは０．０００１％以上である。

（１−７）残部:Ｆｅおよび不純物
ブランクまたは方向性電磁鋼板の母材鋼板の化学組成の残部は、Ｆｅおよび不純物である。ここで、不純物とは、母材鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるもの、仕上げ焼鈍中に鋼中から取り除かれず（純化されず）に鋼中に残存する下記の元素である。不純物は、ブランクまたは方向性電磁鋼板の作用に悪影響を及ぼさない含有量での含有は許容される元素を意味する。

ブランクまたは方向性電磁鋼板の母材鋼板の不純物は、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、ＴｅまたはＰｂの１種以上であり、これらの元素の合計含有量は好ましくは０．０３０％以下である。

これらの元素は、いずれも、ブランクまたは方向性電磁鋼板の磁束密度を高めるが、仕上げ焼鈍により母材鋼板から除去されるためいずれも不純物である。このため、上述の通り、これらの元素の含有量は好ましくは合計で０．０３０％以下である。

（２）磁束密度分布
方向性電磁鋼板の圧延方向の磁束密度Ｂ８は、板幅方向について変動する。すなわち、方向性電磁鋼板には、板幅方向の第１の特定位置であるＡ点における圧延方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、板幅方向の第２の特定位置であるＢ点における圧延方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とについて、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上、好ましくは０．０３（Ｔ）以上、より好ましくは０．０４（Ｔ）以上となるＡ点およびＢ点が少なくとも１つずつ存在する。ブランクには、Ａ点およびＢ点が１つ存在する。

図１は、この状況に適合する磁束密度Ｂ８の板幅方向位置の変化、すなわち板幅方向についての磁束密度Ｂ８の分布の一例を模式的に示すグラフである。図１のグラフにおいて、Ａ点，Ｂ点は、方向性電磁鋼板の板幅方向についての任意の位置であり、その間の磁束密度Ｂ８の変化も任意である。

方向性電磁鋼板からブランクを、Ａ点からＢ点にわたる磁束密度Ｂ８の変化に適合するように、切り出す。このため、磁束密度Ｂ８の分布が図１のグラフに例示されるような状況では、方向性電磁鋼板をその板幅方向について有効に活用することができない。

このため、Ａ点およびＢ点は、ｎを１以上の自然数として、板幅の１／ｎで交互に板幅方向へ存在することが好ましい。図２は、Ａ点およびＢ点が板幅の１／ｎで交互に存在する状況の一例を模式的に示すグラフである。図２のグラフでは、ｎ＝３として、方向性電磁鋼板の板幅の１／３の周期で、磁束密度Ｂ８が略Ｎ型に周期的に変動する。

図２のグラフに示すｎ＝３の場合とは異なる場合を簡単に説明する。ｎ＝１の場合には、方向性電磁鋼板の全板幅においてＡ点からＢ点へ磁束密度Ｂ８が単調に増加する。ｎ＝２では、方向性電磁鋼板の板幅の１／２の周期でＡ点からＢ点へ磁束密度Ｂ８が略Ｖ型または逆Ｖ型に周期的に変動する。さらに、ｎ＝４では、方向性電磁鋼板の板幅の１／２の周期でＡ点からＢ点へ磁束密度Ｂ８が略Ｍ型または略Ｗ型に周期的に変動する。

大型の変圧器では、方向性電磁鋼板のコイルの幅をそのまま変圧器の鉄心として使用することがある。このような用途であれば、板幅方向の一方のエッジ部における磁束密度Ｂ８Ａ１と、板幅方向の他方のエッジ部における磁束密度Ｂ８Ｂ２との差の絶対値を０．０２（Ｔ）以上とすること、すなわちｎ＝１とする形態も例示される。

さらに、図２のグラフに示すように、方向性電磁鋼板の板幅方向において１／ｎの周期で特性が変化する場合、一のコイルから１／ｎの幅を有するブランクを切り出す場合、これらのブランクの特性は概ね均一であることが好ましい。このため、方向性電磁鋼板では、複数存在するＡ点それぞれの磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）の最大値および最小値の差が０．０１（Ｔ）以下であることが好ましく、複数存在するＢ点それぞれの磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）の最大値および最小値の差が０．０１（Ｔ）以下であることが好ましい。

図３は、この状況の一例を模式的に示すグラフである。図３のグラフを図２のグラフと比較すると、複数存在するＡ，Ｂ点それぞれの磁束密度Ｂ８の特性差が、図２のグラフでは大きいのに対し、図３のグラフでは小さいことが分かる。

さらに、Ａ，Ｂ点以外の領域における磁束密度Ｂ８、すなわちＡ点からＢ点に至る領域での磁束密度Ｂ８の分布は、特に限定されるものではない。しかし、工業的な製造工程で製造された方向性電磁鋼板に通常見られる０．０１（Ｔ）程度の増減が存在しても、本発明の効果は十分に奏される。

しかし、Ａ点からＢ点に至る領域での磁束密度Ｂ８の変化は、略直線的であることが、工業的な製造管理および品質管理の点からも好ましい。図４は、この状況の一例を模式的に示すグラフである。

（３）一次被膜
本発明で用いる方向性電磁鋼板は、基本的に、母材鋼板の表面に、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）を主成分として含有する一次被膜を有する。しかし、特開平８−２２５９００号公報により開示されるような、一次被膜を有さない方向性電磁鋼板（グラスレス材）であっても、その効果が損なわれることはない。

２．方向性電磁鋼板の製造方法
本発明で用いる方向性電磁鋼板は、如何なる製造方法により製造されてもよく、特定の製造方法には限定されない。この方向性電磁鋼板は、例えば、以下に示す冷間圧延工程、脱炭焼鈍工程、必要に応じて採用される窒化焼鈍工程、および仕上げ焼鈍工程を経て製造される。

（１）冷間圧延工程
質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：２．０〜４．５％、Ｍｎ：０．０４〜１．００％、Ｓ＋Ｓｅ：０．００２〜０．０５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．０５％およびＮ：０．００１〜０．０３０％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物である化学組成を有する熱延鋼板に、必要に応じて９００℃以上の均熱温度で熱延板焼鈍を行った後、例えば８０％以上の冷延率で冷間圧延を行って冷延鋼板とする。

上記冷間圧延工程における熱延鋼板の化学組成を説明する。はじめに必須元素を説明する。

熱延鋼板のＣ含有量が０．１％を超えると、脱炭焼鈍に必要な時間が長くなり、製造コストが嵩み、かつ、生産性も低下する。したがって、熱延鋼板のＣ含有量は、好ましくは０．１％以下であり、より好ましくは０.０８％以下であり、さらに好ましくは０．０７％以下である。

Ｓｉは、鋼の電気抵抗を高めるが、過剰に含有すると冷間加工性が低下する。Ｓｉ含有量が２．０〜４．５％であれば、仕上げ焼鈍工程後の方向性電磁鋼板のＳｉ含有量が２．０〜４．５％となる。

Ｍｎは、製造工程中においてＳおよびＳｅと結合して析出物を形成し、インヒビターとして機能する。さらに、Ｍｎは鋼の熱間加工性を高める。熱延鋼板のＭｎ含有量が０．０４〜１．００％であれば、仕上げ焼鈍後の方向性電磁鋼板のＭｎ含有量が０．０２〜１．００％となる。

ＳおよびＳｅは、製造工程において、Ｍｎと結合して、ＭｎＳおよびＭｎＳｅを形成する。ＭｎＳおよびＭｎＳｅは、いずれも、二次再結晶中の結晶粒成長を抑制するために必要なインヒビターとして機能する。

ＳおよびＳｅの合計含有量が０．００２％未満であると、ＭｎＳおよびＭｎＳｅを形成する効果を得られ難い。したがって、ＳおよびＳｅの合計含有量は、０．００２％以上であり、好ましくは０．０１％以上である。

一方、ＳおよびＳｅの合計含有量が０．０５％を超えると、製造工程において二次再結晶が発現せず、鋼の磁気特性が低下する。したがって、ＳおよびＳｅの合計含有量は、０．０５％以下であり、好ましくは０．０３％以下である。

Ａｌは、製造工程中において、Ｎと結合してＡｌＮを形成する。ＡｌＮはインヒビターとして機能する。ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．００５％未満であると、Ｎと結合してＡｌＮを形成する効果を得られない。したがって、熱延鋼板のｓｏｌ．Ａｌ含有量は、０．００５％以上であり、好ましくは０．０１％以上であり、さらに好ましくは０．０２％以上である。

一方、熱延鋼板のｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．０５％を超えると、ＡｌＮが粗大化し、ＡｌＮがインヒビターとして機能し難くなり、二次再結晶が発現しないことがある。したがって、熱延鋼板のｓｏｌ．Ａｌ含有量は、０．０５％以下であり、好ましくは０．０４％以下であり、さらに好ましくは０．０３％以下である。

Ｎは、製造工程中にＡｌと結合してインヒビターとして機能するＡｌＮを形成する。Ｎ含有量が０．００１％未満であると、この効果を得られない。したがって、Ｎ含有量は０．００１％以上であり、好ましくは０．００５％以上であり、さらに好ましくは０．００７％以上である。

一方、Ｎ含有量が０．０２０％を超えると、すべてのＮが溶鋼中に溶解せず、方向性電磁鋼板にボイドが発生することがある。したがって、Ｎ含有量は、０．０２０％以下であり、好ましくは０．０１２％以下であり、さらに好ましくは０．０１０％以下である。

次に、任意元素を説明する。熱延鋼板は、さらに、Ｓｂ、ＳｎまたはＣｕの１種以上を任意元素として合計で０．３％以下含有してもよい。

Ｓｂ、ＳｎまたはＣｕは、いずれも必要に応じて含有する任意元素であり、含有しなくてもよい。Ｓｂ、ＳｎまたはＣｕを含有することにより、方向性電磁鋼板の磁束密度を高める効果を得られる。

しかし、Ｓｂ、ＳｎまたはＣｕの合計含有量が０．３％を超えると、脱炭焼鈍時に内部酸化層が形成され難くなる。このため、仕上げ焼鈍時に、焼鈍分離剤のＭｇＯおよび内部酸化層のＳｉＯ_２が反応して進行する一次被膜の形成が遅延し、形成される一次皮膜の密着性が低下する。したがって、Ｓｂ、ＳｎまたはＣｕの合計含有量は、０〜０．３％である。

Ｓｂ、ＳｎまたはＣｕの合計含有量は、好ましくは０．００５％以上であり、さらに好ましくは０．００７％以上である。一方、Ｓｂ、ＳｎまたはＣｕの合計含有量は、好ましくは０．２５％以下であり、さらに好ましくは０．２％以下である。

Ｂｉ、ＴｅまたはＰｂは、いずれも必要に応じて含有する任意元素であり、含有しなくてもよい。Ｂｉ、ＴｅまたはＰｂを含有することにより、方向性電磁鋼板の磁束密度を高めることができる。

しかし、これらの元素の合計含有量が０．０３％を超えると、仕上げ焼鈍時にこれらの元素が表面に偏析する。このため、一次被膜と鋼板の界面が平坦化し、一次被膜の密着性が低下する。

したがって、Ｂｉ、ＴｅおよびＰｂの１種以上の合計含有量は０〜０．０３％である。Ｂｉ、ＴｅおよびＰｂの１種以上の合計含有量は、好ましくは０．０００５％以上であり、さらに好ましくは０．００１％以上である。

熱延鋼板の化学組成の残部はＦｅおよび不純物である。ここで、不純物とは、熱延鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入されるものである。不純物は、方向性電磁鋼板の作用に悪影響を及ぼさない含有量での含有は許容される元素を意味する。

次に、熱延鋼板の製造方法を説明する。

上述の化学組成を有する熱延鋼板は、周知の方法により製造される。熱延鋼板の製造方法の一例は次のとおりである。上述の熱延鋼板と同じ化学組成を有するスラブを準備する。スラブは周知の精錬工程および鋳造工程を経て、製造される。

次に、スラブを加熱する。スラブの加熱温度は、例えば１１５０℃超１４００℃以下である。加熱されたスラブに対して熱間圧延を行い、熱延鋼板を製造する。

次に、冷間圧延の条件を説明する。準備された熱延鋼板に冷間圧延を行って、母材鋼板である冷延鋼板を製造する。冷間圧延は１回のみ行ってもよいし、複数回行ってもよい。冷間圧延を複数回行う場合には、冷間圧延を行った後に軟化を目的として中間焼鈍を行い、その後に冷間圧延を行う。１回または複数回の冷間圧延を行うことにより、製品板厚（製品としての板厚）を有する冷延鋼板を製造する。

１回または複数回の冷間圧延における冷延率のうち、１回の冷延率は８０％以上であることが好ましい。ここで、冷延率（％）は次のとおりに定義される。

冷延率（％）＝｛１−（最後の冷間圧延後の冷延鋼板の板厚）／（最初の冷間圧延開始前の熱延鋼板の板厚）｝×１００
なお、冷延率は好ましくは９５％以下である。また、熱延鋼板に冷間圧延を行う前に、熱延鋼板に熱処理を行ってもよいし、酸洗を行ってもよい。熱延板焼鈍の条件は、延伸した熱延鋼板の金属組織を再結晶・粒成長により等軸粒へと整粒化するため、９００℃以上であることが好ましい。また長時間の箱焼鈍を用いるときには、８００℃程度でも構わない。

（２）脱炭焼鈍工程および窒化焼鈍工程
脱炭焼鈍工程では、冷間圧延工程を経た冷延鋼板に対して脱炭焼鈍を行って一次再結晶を発現し、必要に応じて窒化焼鈍を行う。

脱炭焼鈍は、周知の水素−窒素含有湿潤雰囲気中で行われる。脱炭焼鈍により、方向性電磁鋼板のＣ濃度を５０ｐｐｍ以下に低減する。脱炭焼鈍では、鋼板に一次再結晶が発現して、冷間圧延により導入された加工ひずみが解放される。さらに、脱炭焼鈍工程では、鋼板の表層部にＳｉＯ_２を主成分とする内部酸化層が形成される。脱炭焼鈍での焼鈍温度は、周知であり、例えば７５０〜９５０℃である。焼鈍温度での保持時間は例えば１〜５分間である。

窒化焼鈍は、必要に応じて、脱炭焼鈍工程の加熱後から仕上げ焼鈍前までの間に行われる。窒化焼鈍では、冷延鋼板に、アンモニア含有雰囲気で鋼板中の窒素濃度を増加させる焼鈍を施す。

（３）仕上げ焼鈍工程
冷延鋼板の表面にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を含有する水性スラリーを塗布および乾燥（焼付け）する。この冷延鋼板をコイルに巻取った後に仕上げ焼鈍を行って二次再結晶を発現する。さらに、焼鈍分離剤中のＭｇＯと、脱炭焼鈍時に冷延鋼板の表面に形成された内部酸化層中のＳｉＯ_２とが反応し、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）を主成分とする一次被膜が表面に形成される。

仕上げ焼鈍工程では、はじめに、脱炭焼鈍後の冷延鋼板の表面に、焼鈍分離剤を含有する水性スラリーを塗布し、冷延鋼板の表面上の水性スラリーを乾燥する。水性スラリーを塗布および乾燥された鋼板に対して焼鈍（仕上げ焼鈍）を行う。水性スラリーは、後述する焼鈍分離剤に水を加え攪拌して精製する。

仕上げ焼鈍工程は、例えば次の条件で行う。仕上げ焼鈍の前に焼付け処理を行う。初めに、鋼板の表面に水性スラリーの焼鈍分離剤を塗布する。表面に焼鈍分離剤が塗布された鋼板を４００〜１０００℃に保持した炉内に装入して保持する（焼付け処理）。これにより、鋼板の表面に塗布された焼鈍分離剤が乾燥する。保持時間は例えば１０〜９０秒間である。

焼鈍分離剤を乾燥した後に仕上げ焼鈍を行う。仕上げ焼鈍では、焼鈍温度を１１５０〜１２５０℃とし、母材鋼板（焼鈍分離剤を塗布および乾燥させた鋼板）を均熱する。均熱時間は例えば１５〜３０時間である。仕上げ焼鈍における炉内雰囲気は周知の雰囲気である。

以上の製造工程により製造された方向性電磁鋼板では、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４を主成分として含有する一次被膜が形成される。

脱炭焼鈍工程および仕上げ焼鈍工程により、熱延鋼板の化学組成の各元素が鋼中成分からある程度取り除かれる。特に、インヒビターとして機能するＳ，Ｎ等は仕上げ焼鈍工程において大幅に取り除かれる。そのため、熱延鋼板の化学組成と比較して、方向性電磁鋼板の母材鋼板の化学組成中の元素含有量は上記のように低くなる。上述の化学組成を有する熱延鋼板を用いて上記製造方法を行うことにより、上記化学組成を有する母材鋼板を備える方向性電磁鋼板を製造できる。

以上の製造方法において、例えば、
（ａ）窒化焼鈍工程での窒化量を冷延鋼板の板幅方向について変化させて板幅方向のインヒビターの強度を変動させること、または
（ｂ）仕上げ焼鈍におけるコイルの板間隙間を、コイルの板幅方向について変化させて脱インヒビター量を板幅方向について変動させること
により、製造される。

冷延鋼板の窒化量を板幅方向について変化させる方法としては、上述したように、例えば、窒化焼鈍工程において、アンモニア含有雰囲気の吹付け流量を板幅方向について変化させる方法や、アンモニア含有雰囲気中のアンモニア含有濃度を板幅方向について変化させる方法等が例示される。

仕上げ焼鈍におけるコイル板間隙間を板幅方向について変化させる方法としては、上述したように、粒度の異なるＭｇＯ焼鈍分離剤を板幅方向について塗り分け、乾燥後の空隙率をコイルの板幅方向について変化させる方法や、静電塗布によってコイルの板幅方向について部分的に粗粒のＭｇＯを塗布することにより板幅方向の空隙率を変化させる方法等が適用可能である。

３．本発明に係る鉄心構成部材および積み鉄心
（１）単相変圧器用の鉄心構成部材２，３および積み鉄心１
図５（ａ）は、単相変圧器用の鉄心構成部材２，３および積み鉄心１を示す平面図であり、図５（ｂ）は、単相変圧器用の鉄心構成部材２，３および積み鉄心１を示す斜視図である。図５（ａ）および図５（ｂ）において、符号１は鉄心であり、符号２は脚鉄心であり、符号３はヨーク鉄心であり、符号４は、脚鉄心２とヨーク鉄心３がＬ字型に交わるコーナー部であり、符号５は直辺部であり、符号８は磁束であり、ＲＤは圧延方向である。なお、図５（ｂ）には、脚鉄心２に巻かれたコイル７を模式的に併せて示す。

上述した方向性電磁鋼板を素材として用い、単相変圧器用の本発明に係る積み鉄心１を構成することができる。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、この積み鉄心１は、方向性電磁鋼板から切り出したブランクを単独で、または複数枚積層して形成される鉄心構成部材２，３を含む、複数の鉄心構成部材２，３を組合わせて、組立てられる。図５（ａ）および図５（ｂ）に示す積み鉄心１では、２つのヨーク鉄心３および２つの脚鉄心２の合計４つの鉄心構成部材２，３が用いられる。

複数の鉄心構成部材２，３のうちの少なくとも一つが上述した方向性電磁鋼板からなる鉄心構成部材であればよい。全ての鉄心構成部材２，３が上述した方向性電磁鋼板からなる鉄心構成部材であることが好ましいことは言うまでもない。

良好な磁化特性を得るために、ヨーク鉄心３および脚鉄心２それぞれのブランクは、ヨーク鉄心３および脚鉄心２それぞれの磁化方向が素材である方向性電磁鋼板の圧延方向（ＲＤ）と平行になるように、方向性電磁鋼板から板取りされる。

さらに、ブランクにおける磁束密度が低いＡ点側を磁気抵抗の低い鉄心内周側に配置し、ブランクにおける磁束密度が高いＢ点側を磁気抵抗の高い鉄心外周側に配置する。

ここで、「磁気抵抗」は、透磁率（磁束密度／磁場）と磁路長（鉄心中の磁束の流れる経路長）に対して概略、（磁路長）／（透磁率）となるため、上記のように電磁鋼板を配置することにより、鉄心幅方向で磁束流れが均一化される。

鉄心構成部材２，３では、鉄心１の磁化方向（図５（ｂ）における両方向矢印が示す方向）に垂直な方向の第１の特定位置であるＡ点における磁化方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、鉄心の磁化方向に垂直な方向の第２の特定位置であるＢ点における磁化方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とが、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上、好ましくは０．０３（Ｔ）以上、より好ましくは０．０４（Ｔ）以上となる関係を有する。

この鉄心構成部材２，３では、磁化方向に平行な方向へのブランク存在領域の長さの最小値をＬＳとし、この長さの最大値をＬＬとし、それぞれの部位での磁化方向の磁束密度をＢ８Ｓ，Ｂ８Ｌとしたとき、Ｂ８Ｌ／Ｂ８Ｓ：１．０超ＬＬ／ＬＳ以下であることが好ましい。これにより、積み鉄心１の損失やＢＦをいっそう低減することができる。

すなわち、本発明に係る方向性電磁鋼板を用いる鉄心構成部材２，３および鉄心１では、ヨーク鉄心３および脚鉄心２それぞれの磁化方向が方向性電磁鋼板の圧延方向（ＲＤ）と平行になるように配置され、かつ、方向性電磁鋼板における磁束密度が低いＡ点側が磁気抵抗の低い鉄心内周側に配置され、磁束密度が高いＢ点側が磁気抵抗の高い鉄心外周側に配置される。

（２）３相３脚変圧器の鉄心構成部材２，３および積み鉄心１−１
図６（ａ）は、３相３脚変圧器の鉄心構成部材２，３および積み鉄心１−１を示す平面図であり、図６（ｂ）は、３相３脚変圧器の鉄心構成部材２，３および積み鉄心１−１を示す斜視図である。図６（ａ）および図６（ｂ）において、符号２は脚鉄心であり、符号３はヨーク鉄心であり、符号４は脚鉄心２とヨーク鉄心３がＬ字型に交わるコーナー部であり、符号４_Ｔは脚鉄心２とヨーク鉄心３がＴ字型に交わるコーナー部であり、符号５は直辺部であり、符号８は磁束であり、符号１０は窓部であり、ＲＤは圧延方向である。

上述した方向性電磁鋼板を素材として用い、３相３脚変圧器の積み鉄心１−１を構成することができる。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、この積み鉄心１−１は、方向性電磁鋼板から切り出されて得られるブランクを、単独で、または複数枚積層して形成される鉄心構成部材２，３を含む、複数の鉄心構成部材２，３を組合わせて形成される。図６（ａ）および図６（ｂ）に示す例では２つのヨーク鉄心３および３つの脚鉄心２の合計５つの鉄心構成部材２，３が用いられる。

複数の鉄心構成部材２，３のうちの少なくとも一つが上述した方向性電磁鋼板からなる鉄心構成部材であればよい。全ての鉄心構成部材２，３が上述した方向性電磁鋼板からなる鉄心構成部材であることが好ましいことは言うまでもない。

良好な磁化特性を得るために、ヨーク鉄心３および脚鉄心２それぞれのブランクは、ヨーク鉄心３および脚鉄心２それぞれの磁化方向が方向性電磁鋼板の圧延方向（ＲＤ）に平行になるように、方向性電磁鋼板から板取りされる。

さらに、ブランクにおける磁束密度が低いＡ点側を磁気抵抗の低い側に配置し、ブランクにおける磁束密度が高いＢ点側を磁気抵抗の高い側に配置することは、上述した単相変圧器と同様であるが、特に中央脚については以下に示す配置が考えられる。

一つは、板幅方向にＡ点およびＢ点が１／２周期で存在するブランクを用いる場合である。この場合は、Ｂ点を中央脚の幅方向の中央側に配置し、Ａ点を中央脚の幅方向の両端側に配置する。

もう一つは、板幅方向にＡ点およびＢ点が１／１周期で存在するブランクを用いる場合である。この場合は、Ｂ点が中央脚の幅方向の中央側に位置し、Ａ点が中央脚の両端に位置するように、２枚のブランクを配置する。

この鉄心構成部材２，３では、鉄心の磁化方向に垂直な方向の第１の特定位置であるＡ点における磁化方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、鉄心の磁化方向に垂直な方向の第２の特定位置であるＢ点における磁化方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とが、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上、好ましくは０．０３（Ｔ）以上、より好ましくは０．０４（Ｔ）以上の関係を満足する。

この鉄心構成部材２，３では、磁化方向に平行な方向へのブランク存在領域の長さの最小値をＬＳとし、この長さの最大値をＬＬとし、それぞれの部位での磁化方向の磁束密度をＢ８Ｓ，Ｂ８Ｌとしたとき、Ｂ８Ｌ／Ｂ８Ｓ：１．０超（ＬＬ／ＬＳ）以下であることが好ましい。これにより、積み鉄心１−１の損失やＢＦをいっそう低減することができる。

鉄心構成部材２，３および鉄心１−１では、板幅方向の中央部で剪断された上述した本発明に係る方向性電磁鋼板における、磁束密度Ｂ８ＲおよびＢ８Ｌのうちで磁束密度が低い側が中央脚の両端に配置され、または、中央部の磁束密度Ｂ８に較べ両端部の磁束密度が低い方向性電磁鋼板が中央脚に配置され、あるいは十分に幅の広い中央脚の場合には、磁束密度Ｂ８ＲおよびＢ８Ｌが異なる２本の方向性電磁鋼板コイルを中央脚の両端に磁束密度が低い側が配置されるようにすることが有効である。

このように、本発明では、板幅方向へ磁束密度分布（透磁率分布）を有する方向性電磁鋼板から板取りされたブランクを鉄心構成部材の一部または全部に用い、積み鉄心の内周側にこのブランクの透磁率が低い部分を配置するとともに外周側にこのブランクの透磁率が高い部分を配置することによって、例えば発電所や変電所で用いられる大型の積み鉄心や、受電用や配電用の中〜小型の積み鉄心を構成する。これにより、鉄心全体として磁束密度の不均一を抑制でき、積み鉄心の鉄心損失やＢＦを低減できる。

（３）磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状
上述したように、本発明に係る積み鉄心は、上述した方向性電磁鋼板から切り出されたブランクを、一枚または複数枚積層した鉄心構成部材を、磁気的な閉回路を構成するように２個以上（図５（ａ）および図５（ｂ）に示す単相変圧器用の鉄心では４個、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す３相３脚変圧器用の鉄心では５個）組み合わせて、構成される。鉄心構成部材の磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状を説明する。

一般的に、鉄心構成部材は、図５（ａ），図５（ｂ）および図６（ａ），図６（ｂ）に示すように、板幅が略同一の複数枚のブランクを、ブランク板厚方向へ積層して形成される。この場合には、鉄心構成部材の磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状は、四角形となる。

一方、大型の変圧器の鉄心では、鉄心構成部材の磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状が円形である鉄心構成部材を用いることがある。この鉄心構成部材は、
（ａ）複数枚のブランクをブランク板厚方向へ積層した際に、磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状が円形になるように、板幅が徐々に変化するように調整して切り出した複数枚のブランクをブランク板厚方向へ積層すること、または
（ｂ）板幅が略同一の複数枚のブランクをブランク板厚方向へ積層した後に、切削加工等により、磁化方向に垂直な断面での形状を円形に加工すること
により、形成される。

しかし、本発明は、鉄心構成部材の上記断面形状が四角形であるか、あるいは円形であるかには関係なく、積層したブランクの一部において本発明で規定するＡ点およびＢ点を有してれば、本発明の効果を得られる。

磁化方向に垂直な断面での鉄心構成部材の形状が円形である場合、板幅が徐々に変化する複数枚のブランクの全てが、本発明で規定するＡ点およびＢ点を有することが最も好ましい。しかし、板幅が狭いブランクでは、板幅方向への位置による磁束密度の変動幅が小さくなり、Ａ点およびＢ点を有さないことが避けられない。また、同一形状のブランクを積層した、磁化方向に垂直な断面の形状が四角形の鉄心構成部材においても、板取りの関係などからＡ点およびＢ点を有さないブランクが混在することもある。

このため、好ましくは積層枚数の３０％以上、より好ましくは積層枚数の６０％以上、さらに好ましくは積層枚数の８０％以上のブランクが、Ａ点およびＢ点を有するように、鉄心構成部材を形成することが好ましい。

（４）外鉄型の鉄心１１，１１−１
図７（ａ）は、単相変圧器用の内鉄型の積み鉄心１を模式的に示す平面図であり、図７（ｂ）は、３相変圧器の内鉄型の積み鉄心１−１を模式的に示す平面図である。また、図７（ｃ）は、単相変圧器用の外鉄型の積み鉄心１１を模式的に示す平面図であり、図７（ｄ）は、３相変圧器の外鉄型の積み鉄心１１−１を模式的に示す平面図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）において、符号２は脚鉄心を示し、符号３はヨーク鉄心を示し、符号７は脚鉄心２に巻かれたコイルを示す。

以上の説明では、本発明を図７（ａ）および図７（ｂ）に示す内鉄型の積み鉄心に本発明を適用した場合を例にとった。しかし、本発明は、内鉄型の積み鉄心１，１−１に限定されるものではなく、図７（ｃ）および図７（ｄ）に示す外鉄型の積み鉄心１１，１１−１にも同様に適用される。

質量％で、Ｃ：０．０４５％、Ｓｉ：３．４％、Ｍｎ：０．０９％、Ｓ：０．０１％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００７％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物である化学組成を有する鋼材を素材とし、１２００℃でスラブ加熱を行った後、板厚２．５ｍｍまで熱間圧延し、１０００℃で熱延板焼鈍を施した後、板厚０．３０ｍｍまで冷間圧延して、８４０℃で２分間の脱炭焼鈍を施す際にアンモニア含有雰囲気で窒化焼鈍を行った。

この際、アンモニア含有雰囲気の流量を板幅方向で変化させ、鋼板の窒化量を板幅方向で変化させた。この脱炭焼鈍板にＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布した後乾燥し、コイル状に巻き取ったものを１２００℃で２０時間焼鈍した。

このようにして、Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：３．４％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓ：０．００１％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２％、Ｎ：０．００１％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物である化学組成を有するとともに、板幅が１０００ｍｍ、板幅方向への磁束密度Ｂ８の分布を有する、表１に示す方向性電磁鋼板Ｓ２，Ｓ３を製造した。

また、上述した製造工程において、窒化焼鈍の際に、アンモニア含有雰囲気の流量を板幅方向で変化させずに鋼板の窒化量を板幅方向で変化させないことにより、上記化学組成を有するとともに、板幅方向への磁束密度Ｂ８の分布を有さない、表１に示す比較例の方向性電磁鋼板Ｓ１を製造した。

これらの素材である方向性電磁鋼板Ｓ１〜Ｓ３について、前述の方法にて、１０ｃｍ幅の測定試料により幅方向にわたる磁束密度Ｂ８を測定し、一方の端からもう一方の端に向かう１０点（ａ〜ｊ）のデータを得た。表１に、ａ点（板幅の一方の端）、ｊ点（板幅のもう一方の端）での磁束密度Ｂ８ａ，Ｂ８ｊに加え、板幅中央での磁束密度、ｂ点〜ｅ点の平均の磁束密度Ｂ８ｂ−ｅ，ｆ点〜ｉ点の平均の磁束密度Ｂ８ｆ−ｉ、さらには鋼板全体の特性として、ａ点〜ｊ点の１０点の平均の磁束密度Ｂ８ａ−ｊを示す。

表１に示すように、方向性電磁鋼板Ｓ１の板幅方向への磁束密度の変化はほぼ均一で小さい。一方、方向性電磁鋼板Ｓ２，Ｓ３の板幅方向への磁束密度の変化は大きい。、ａ点側が本発明のＡ点側となり、測定のｊ点が本発明のＢ点側となるように、略直線で磁束密度が変化（ｎ＝１）している。また、板幅全体での平均の磁束密度は、方向性電磁鋼板Ｓ１〜３でほぼ同等である。

これらの方向性電磁鋼板Ｓ１〜Ｓ３から切り出された、表２および図５（ａ）〜図５（ｂ）に示すブランクＡ〜Ｄを、鉄心の内周側に磁束密度が低い側が配置されるとともに外周側に磁束密度が高い側が配置されるようにして、表２に示す試験Ｎｏ．１〜８の１００ＭＶＡの容量の単相積み鉄心変圧器（上下のヨーク鉄心：ブランクＡ，Ｂ、左右の脚鉄心：ブランクＣ，Ｄ）を作製した。

本実施例では、同一幅のブランクを積層しており、変圧器の鉄心断面は四角形とした。変圧器サイズはＡＢ＝３２００ｍｍ、ＤＢ＝３８００ｍｍである。またブランクＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの幅は全て１０００ｍｍであり、鋼板を全幅そのままで使用した。

また、表２および図５（ａ）〜図５（ｂ）では、各ブランクＡ〜Ｄの短磁路側（内側）をＡと表記し（例えばブランクＤの内周側をＤＡとする）、長磁路側（外側）をＢと表記した。例えば、ブランクＤの外周側をＤＢと表記した。

そして、試験Ｎｏ．１〜８の１００ＭＶＡの容量の単相積鉄心変圧器の鉄損およびＢＦを測定した。

表２における試験Ｎｏ．２〜６は本発明の規定を全て満足する本発明例であり、試験Ｎｏ．１は本発明を実施しない従来例であり、試験Ｎｏ．７はブランクＣ，Ｄの配置が本発明を満足しない比較例であり、試験Ｎｏ．８はブランクＡ〜Ｄの配置が本発明を満足しない比較例である。

試験Ｎｏ．２ではブランクＣ，Ｄに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ２を使用し、試験Ｎｏ．３ではブランクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ２を使用し、試験Ｎｏ．４ではブランクＣに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ３を使用し、試験Ｎｏ．５ではブランクＣ，Ｄに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ３を使用し、さらに試験Ｎｏ．６ではブランクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ３を使用した。このため、鉄損：１１．５〜１２．７ｋＷ，ＢＦ：０．９４〜１．０３の優れた値が得られた。

これに対し、試験Ｎｏ．１では、ブランクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄともに従来例の方向性電磁鋼板Ｓ１を使用したため、鉄損およびＢＦともに劣った値であった。

試験Ｎｏ．７では、ブランクＣ，Ｄに本発明を満足しないように方向性電磁鋼板Ｓ２を使用したため、鉄損およびＢＦともに劣った値であった。

さらに、試験Ｎｏ．８では、ブランクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに本発明を満足しないように方向性電磁鋼板Ｓ３を使用したため、鉄損およびＢＦともに劣った値であった。

このように、本発明によれば、例えば発電所や変電所で用いられる大型の積み鉄心や、受電用や配電用の中〜小型の積み鉄心の損失やＢＦを低減できることが分かる。

Ｃ：０．０７％、Ｓｉ：３．１％、Ｍｎ：０．０８％、Ｓ：０．０３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２５％、Ｎ：０．００８％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物である化学組成を有する鋼材を素材とし、１４００℃でスラブ加熱を行った後、板厚２．２ｍｍまで熱間圧延し、１１００℃で熱延板焼鈍を施した後、板厚０．２７ｍｍまで冷間圧延して、８５０℃で１分間の脱炭焼鈍を施した。

この脱炭焼鈍板にＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布する際に、粗い粒と細かい粒のＭｇＯを板幅方向に分布させて塗布し、乾燥後の板間の空隙率を板幅方向で変化させた。こうして得られた鋼板コイルを１２００℃で２０時間焼鈍した。

このようにして、Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：３．１％、Ｍｎ：０．０７％、Ｓ：０．０００５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０１５％、Ｎ：０．０００８％を含有し、残部Ｆｅおよび不純物である化学組成を有し、板幅が９００ｍｍであるとともに、板幅方向への磁束密度Ｂ８の分布を有する、表３に示す方向性電磁鋼板Ｓ５，Ｓ６を製造した。

また、上述した製造工程において、焼鈍分離剤を水スラリーで塗布する際に、粗い粒と細かい粒のＭｇＯを板幅方向に分布させずに塗布し、鋼板の窒化量を板幅方向で変化させないことにより、上記化学組成を有するとともに、板幅方向への磁束密度Ｂ８の分布を有さない、表３に示す比較例の方向性電磁鋼板Ｓ４を製造した。

これらの素材である方向性電磁鋼板Ｓ４〜Ｓ６について、前述の方法にて、１０ｃｍ幅の測定試料により幅方向にわたる磁束密度Ｂ８を測定し、一方の端からもう一方の端に向かう９点（ａ〜ｉ）のデータを得た。表３には、ａ点（板幅の一方の端），ｉ点（板幅のもう一方の端）での磁束密度Ｂ８ａ，Ｂ８ｉに加え、板幅中央での特性として、ｂ点〜ｄ点の平均の磁束密度Ｂ８ｂ−ｄ、ｅ点（板幅中央）の磁束密度Ｂ８ｅ、ｆ点〜ｈ点の平均の磁束密度Ｂ８ｆ−ｈ、さらには鋼板全体の特性として、ａ点〜ｉ点の９点の平均の磁束密度Ｂ８ａ−ｉを示す。

表３に示すように、方向性電磁鋼板Ｓ４の板幅方向への磁束密度の変化は、ほぼ均一で小さい。一方、方向性電磁鋼板Ｓ５，６の板幅方向への磁束密度変化は大きい。方向性電磁鋼板Ｓ５のａ点側が本発明のＡ点側となり、方向性電磁鋼板Ｓ５のｉ点側が本発明のＢ点側となるように略直線的に変化（ｎ＝１）している。また、方向性電磁鋼板Ｓ６のａ，ｉ点側が本発明のＡ点側となり、方向性電磁鋼板Ｓ６のｅ点側が本発明のＢ点側となるように板幅方向の中央の磁束密度が高い（ｎ＝２）分布となっている。また、板幅全体での平均の磁束密度Ｂ８ａ−ｉは、方向性電磁鋼板Ｓ４〜６について略同等である。

これらの素材である方向性電磁鋼板Ｓ４〜Ｓ６から切り出された、表３および図６（ａ）〜図６（ｂ）に示すブランクＡ〜Ｅを、鉄心の内周側に磁束密度が低い側が配置されるとともに外周側に磁束密度が高い側が配置されるようにし、表４に示す試験Ｎｏ．９〜１５の１６０ＭＶＡの容量の３相積み鉄心変圧器（上下のヨーク鉄心：ブランクＡ，Ｂ、左右の脚鉄心：ブランクＣ，Ｄ、中央脚の鉄心：ブランクＥ）を作製した。

これらの素材である方向性電磁鋼板Ｓ４〜Ｓ６から切り出された、表２および図６（ａ）〜図６（ｂ）に示すブランクＡ〜Ｅを、鉄心の内周側に磁束密度が低い側が配置されるとともに外周側に磁束密度が高い側が配置されるようにし、表４に示す試験Ｎｏ．９〜１５の１６０ＭＶＡの容量の３相積み鉄心変圧器（上下のヨーク鉄心：ブランクＡ，Ｂ、左右の脚鉄心：ブランクＣ，Ｄ、中央脚の鉄心：ブランクＥ）を作製した。

変圧器サイズはＡＢ＝５８００ｍｍ、ＤＢ＝３６００ｍｍである。またブランクＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの幅は全て９００ｍｍであり、鋼板を全幅そのままで使用している。

本実施例では、同一幅のブランクを積層しており、変圧器の鉄心断面は四角形とした。また、表４および図６（ａ）〜図６（ｂ）では、各ブランクＡ〜Ｅの短磁路側（内側）をＡと表記し（例えばブランクＥの内周側をＥＡとする）、長磁路側（外側）をＢと表記し（例えばブランクＥの外周側をＥＢとする）、中央側をＥと表記した。例えば、ブランクＥの中央側をＥＥと表記した。

そして、試験Ｎｏ．９〜１５の１６０ＭＶＡの容量の３相積み鉄心変圧器の鉄損およびＢＦを測定した。

表４における試験Ｎｏ．１０〜１３では、ブランクＡ〜Ｄには方向性電磁鋼板Ｓ５（特性変動ｎ＝１）を用い、ブランクＥには方向性電磁Ｓ６（特性変動ｎ＝２）を用いた。すなわち、試験Ｎｏ．１０ではブランクＣ，Ｄに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ５を使用し、試験Ｎｏ．１１ではブランクＥに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ６を使用し、試験Ｎｏ．１２ではブランクＣ，Ｄに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ５を使用するとともにブランクＥに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ６を使用し、さらに、試験Ｎｏ．１３ではブランクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに本発明を満足するように方向性電磁鋼板Ｓ５、Ｓ６を使用した。このため、鉄損：２８．５〜２９．５ｋＷ，ＢＦ：１．２３〜１．２７の優れた値が得られた。

これに対し、試験Ｎｏ．９では、ブランクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅともに従来例の方向性電磁鋼板Ｓ４を使用したため、鉄損およびＢＦともに劣った値であった。

試験Ｎｏ．１４では、ブランクＣ，Ｄの配置が本発明を満足しないように方向性電磁鋼板Ｓ５を使用したため、鉄損およびＢＦともに劣った値であった。

さらに、試験Ｎｏ．１５では、ブランクＣ，Ｄに本発明を満足しないように方向性電磁鋼板Ｓ５を使用したため、鉄損およびＢＦともに劣った値であった。

このため、本発明によれば、例えば発電所や変電所で用いられる大型の積み鉄心や、受電用や配電用の中〜小型の積み鉄心の損失やＢＦを低減できることが分かる。

１，１−１ 内鉄型の積み鉄心
２ 脚鉄心
３ ヨーク鉄心
４ 脚鉄心とヨーク鉄心がＬ字型に交わるコーナー部
４_Ｔ 脚鉄心とヨーク鉄心がＴ字型に交わるコーナー部
５ 直辺部
８ 磁束
１０ 窓部
１１，１１−１ 外鉄型の鉄心
ＲＤ 圧延方向

Claims (8)

1. 方向性電磁鋼板から切り出されて得られる変圧器の鉄心用のブランクであって、
   前記鉄心の磁化方向に垂直な方向への第１の特定位置であるＡ点における前記磁化方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、前記鉄心の磁化方向に垂直な方向への第２の特定位置であるＢ点における前記磁化方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とについて、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上となるＡ点およびＢ点が存在する、ブランク。
2. 前記磁化方向に平行な方向へのブランク存在領域の長さの最小値をＬＳとするとともに該長さの最大値をＬＬとし、それぞれの部位での前記磁化方向の磁束密度をＢ８ＳおよびＢ８Ｌとしたとき、
   Ｂ８Ｌ／Ｂ８Ｓ：１．０超ＬＬ／ＬＳ以下である、請求項１に記載のブランク。
3. 前記鉄心は積み鉄心である、請求項１または２に記載のブランク。
4. 前記方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：２．０〜４．５％、Ｍｎ：０．０２〜１．００％、ＳおよびＳｅの合計：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３％以上、Ｎ：０．００５％以下、残部Ｆｅおよび不純物である、請求項１〜３のいずれかに記載のブランク。
5. 方向性電磁鋼板から切り出されて得られるブランクを単独で、または複数枚積層して形成される変圧器の鉄心構成部材であって、前記変圧器の鉄心の磁化方向に垂直な方向への第１の特定位置であるＡ点における磁化方向の磁束密度Ｂ８Ａ（Ｔ）と、前記変圧器の鉄心の磁化方向に垂直な方向への第２の特定位置であるＢ点におけるコイル長手方向の磁束密度Ｂ８Ｂ（Ｔ）とについて、Ｂ８Ｂ＞Ｂ８Ａ、かつＢ８Ｂ−Ｂ８Ａが０．０２（Ｔ）以上となるＡ点およびＢ点が存在する、鉄心構成部材。
6. 前記磁化方向に平行な方向へのブランク存在領域の長さの最小値をＬＳ（ｍｍ）とし、該長さの最大値をＬＬ（ｍｍ）とし、それぞれの部位での前記磁化方向の磁束密度をＢ８Ｓ（Ｔ），Ｂ８Ｌ（Ｔ）としたとき、
   Ｂ８Ｌ／Ｂ８Ｓ：１．０超（ＬＬ／ＬＳ）以下である、請求項５に記載の鉄心構成部材。
7. 前記方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：２．０〜４．５％、Ｍｎ：０．０２〜１．００％、ＳおよびＳｅの合計：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３％以上、Ｎ：０．００５％以下、残部Ｆｅおよび不純物である、請求項５または６に記載の鉄心構成部材。
8. 複数の鉄心構成部材を組合わせて形成される変圧器の積み鉄心であって、前記複数の鉄心構成部材のうちの少なくとも一つが請求項５〜７のいずれかに記載の鉄心構成部材である、積み鉄心。