JP7103553B1 - 巻鉄心 - Google Patents
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Abstract
この巻鉄心は、側面視において複数の多角形環状の方向性電磁鋼板が積層された巻鉄心本体を備える巻鉄心であって、方向性電磁鋼板は長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続し、少なくとも一つの屈曲部近傍の平面部において、屈曲部の延伸方向に等間隔に配置した点列における隣り合う２点間の３次元的な結晶方位差をφ、φの全測定データ数をＮｘ、φ≧１．０°を満足するデータ数をＮｔ、φが１．０°以上２．５°未満を満足するデータ数をＮａ、φが２．５°以上４．０°未満を満足するデータ数をＮｂ、φが４．０°以上であるデータ数をＮｃとすると、以下の（１）～（４）式を満足する。０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
Description
本発明は、巻鉄心に関する。本願は、２０２０年１０月２６日に、日本に出願された特願２０２０－１７９２６７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
方向性電磁鋼板は、Ｓｉを７質量％以下含有し、二次再結晶粒が｛１１０｝＜００１＞方位（Ｇｏｓｓ方位）に集積した二次再結晶集合組織を有する鋼板である。方向性電磁鋼板の磁気特性は、｛１１０｝＜００１＞方位への集積度に大きく影響される。近年、実用されている方向性電磁鋼板は、結晶の＜００１＞方向と圧延方向との角度が５°程度の範囲内に入るように制御されている。
方向性電磁鋼板は積層されて変圧器の鉄心などに用いられるが、主要な磁気特性として高磁束密度、低鉄損であることが求められている。結晶方位はこれら特性と強い相関を有することが知られており、例えば、特許文献１～３のように、方向性電磁鋼板の実際の結晶方位と理想的な｛１１０｝＜００１＞方位とのずれを、圧延面法線方向周りにおけるずれ角α、圧延直角方向周りにおけるずれ角β、および圧延方向周りにおけるずれ角γのように分けた精緻な方位制御技術が開示されている。
また、巻鉄心の製造は従来、例えば特許文献４に記載されているような、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、略矩形に形成した後、焼鈍することにより歪取りと形状保持を行う方法が広く知られている。
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鋼板を積層して巻鉄心とする、特許文献５～７のような技術が開示されている。当該製造方法によれば、従来のような大掛かりなプレス工程が不要で、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。
本発明は鋼板を曲率半径が５ｍｍ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鋼板を積層して巻鉄心とする方法により製造した巻鉄心において、曲げ加工に伴う鉄心効率の悪化が抑制されるように改善した巻鉄心を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋼板を曲率半径が５ｍｍ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鋼板を積層して巻鉄心とする方法により製造した変圧器鉄心の効率を詳細に検討した。その結果、結晶方位の制御がほぼ同等で、単板で測定される磁束密度および鉄損もほぼ同等である鋼板を素材とした場合であっても、鉄心の効率に差が生じる場合があることを認識した。
この原因を探究したところ、問題となる効率の差は、素材ごとの屈曲時の鉄損劣化の程度の差が原因となっていることが推測された。
この観点で様々な鋼板製造条件、鉄心形状について検討して鉄心効率への影響を分類した。その結果、特定の製造条件により製造した鋼板を、特定の寸法形状の鉄心素材として使用することで、鉄心の効率が鋼板素材の磁気特性に見合った最適な効率になるように制御できるとの結果を得た。
この観点で様々な鋼板製造条件、鉄心形状について検討して鉄心効率への影響を分類した。その結果、特定の製造条件により製造した鋼板を、特定の寸法形状の鉄心素材として使用することで、鉄心の効率が鋼板素材の磁気特性に見合った最適な効率になるように制御できるとの結果を得た。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
本発明の一実施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を備える巻鉄心であって、
前記巻鉄心本体は、長手方向に平面部と屈曲部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し、
前記屈曲部の側面視における内面側曲率半径ｒは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記方向性電磁鋼板が
質量％で、
Ｓｉ：２．０～７．０％、
を含有し、残部がＦｅおよ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し、且つ
少なくとも一つの前記屈曲部に隣接する前記平面部の１つ以上において、以下の（１）～（４）式を満足することを特徴とする。
０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）
０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）
１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）
Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
ここで、上記（１）式中のＮｘは、前記屈曲部に隣接する前記平面部の領域内に、前記屈曲部と前記平面部の境界である屈曲部境界に対して平行方向に５ｍｍ間隔で複数個の測定点を配置したとき、前記平行方向で隣接する２つの測定点の中央に存在し、２つの測定点の間に粒界が存在するか否かを判断するための粒界判定点の総数である。
また、前記方向性電磁鋼板で観測される結晶方位に関し、
圧延面法線方向Ｚを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をαと定義し、
圧延直角方向Ｃを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をβと定義し、
圧延方向Ｌを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をγと定義し、
前記２つの測定点で測定する結晶方位のずれ角を（α１ β１ γ１）および（α２ β２ γ２）と表したとき、前記ずれ角α、ずれ角β、およびずれ角γの３次元的な方位差を下記式（６）により得られる角度φ３Ｄとして定義するとき、
上記式（１）、（２）中のＮｔは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（３）中のＮａは、φ３Ｄが１．０°以上２．５°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（２）、（３）中のＮｂは、φ３Ｄが２．５°以上４．０°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（４）中のＮｃは、φ３Ｄが４．０°以上である粒界判定点の数である。
φ３Ｄ＝［（α２－α１）２＋（β２－β１）２＋（γ２－γ１）２］１／２ ・・・・・（６）
本発明の一実施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を備える巻鉄心であって、
前記巻鉄心本体は、長手方向に平面部と屈曲部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し、
前記屈曲部の側面視における内面側曲率半径ｒは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記方向性電磁鋼板が
質量％で、
Ｓｉ：２．０～７．０％、
を含有し、残部がＦｅおよ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し、且つ
少なくとも一つの前記屈曲部に隣接する前記平面部の１つ以上において、以下の（１）～（４）式を満足することを特徴とする。
０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）
０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）
１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）
Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
ここで、上記（１）式中のＮｘは、前記屈曲部に隣接する前記平面部の領域内に、前記屈曲部と前記平面部の境界である屈曲部境界に対して平行方向に５ｍｍ間隔で複数個の測定点を配置したとき、前記平行方向で隣接する２つの測定点の中央に存在し、２つの測定点の間に粒界が存在するか否かを判断するための粒界判定点の総数である。
また、前記方向性電磁鋼板で観測される結晶方位に関し、
圧延面法線方向Ｚを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をαと定義し、
圧延直角方向Ｃを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をβと定義し、
圧延方向Ｌを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をγと定義し、
前記２つの測定点で測定する結晶方位のずれ角を（α１ β１ γ１）および（α２ β２ γ２）と表したとき、前記ずれ角α、ずれ角β、およびずれ角γの３次元的な方位差を下記式（６）により得られる角度φ３Ｄとして定義するとき、
上記式（１）、（２）中のＮｔは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（３）中のＮａは、φ３Ｄが１．０°以上２．５°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（２）、（３）中のＮｂは、φ３Ｄが２．５°以上４．０°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（４）中のＮｃは、φ３Ｄが４．０°以上である粒界判定点の数である。
φ３Ｄ＝［（α２－α１）２＋（β２－β１）２＋（γ２－γ１）２］１／２ ・・・・・（６）
また、本発明の一実施形態の前記構成において、少なくとも一つの前記屈曲部に隣接する前記平面部において、以下の（５）式を満足してもよい。
φ３Ｄａｖｅ：２．０°～４．０° ・・・・・・（５）
ここで、φ３Ｄａｖｅは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点におけるφ３Ｄの平均値である。
φ３Ｄａｖｅ：２．０°～４．０° ・・・・・・（５）
ここで、φ３Ｄａｖｅは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点におけるφ３Ｄの平均値である。
本発明によれば、曲げ加工された鋼板を積層してなる巻鉄心において、曲げ加工に伴う鉄心効率の悪化を効果的に抑制することが可能となる。
以下、本発明の一実施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」または「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」または「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。
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」または「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。
本実施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を備える巻鉄心であって、前記巻鉄心本体は、長手方向に平面部と屈曲部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し、
前記屈曲部の側面視における内面側曲率半径ｒは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記方向性電磁鋼板が質量％で、Ｓｉ：２．０～７．０％、を含有し、残部がＦｅおよ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し、且つ、少なくとも一つの屈曲部に隣接する平面部の１つ以上において、以下の（１）～（４）式を満足することを特徴とする。
０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）
０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）
１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）
Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
ここで、上記（１）式中のＮｘは、屈曲部に隣接する平面部の領域内に記屈曲部と平面部の境界である屈曲部境界に対して平行方向に５ｍｍ間隔で複数個の測定点を配置したとき、平行方向で隣接する２つの測定点の中央に存在し、２つの測定点の間に粒界が存在するか否かを判断するための粒界判定点の総数である。
また、方向性電磁鋼板で観測される結晶方位に関し、
圧延面法線方向Ｚを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をαと定義し、
圧延直角方向Ｃを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をβと定義し、
圧延方向Ｌを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をγと定義し、
２つの測定点で測定する結晶方位のずれ角を（α１ β１ γ１）および（α２ β２ γ２）と表したとき、ずれ角α、ずれ角β、およびずれ角γの３次元的な方位差を下記式（６）により得られる角度φ３Ｄとして定義するとき、
上記式（１）、（２）中のＮｔは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（３）中のＮａは、φ３Ｄが１．０°以上２．５°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（２）、（３）中のＮｂは、φ３Ｄが２．５°以上４．０°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（４）中のＮｃは、φ３Ｄが４．０°以上である粒界判定点の数である。
φ３Ｄ＝［（α２－α１）２＋（β２－β１）２＋（γ２－γ１）２］１／２ ・・・・・（６）
前記屈曲部の側面視における内面側曲率半径ｒは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記方向性電磁鋼板が質量％で、Ｓｉ：２．０～７．０％、を含有し、残部がＦｅおよ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し、且つ、少なくとも一つの屈曲部に隣接する平面部の１つ以上において、以下の（１）～（４）式を満足することを特徴とする。
０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）
０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）
１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）
Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
ここで、上記（１）式中のＮｘは、屈曲部に隣接する平面部の領域内に記屈曲部と平面部の境界である屈曲部境界に対して平行方向に５ｍｍ間隔で複数個の測定点を配置したとき、平行方向で隣接する２つの測定点の中央に存在し、２つの測定点の間に粒界が存在するか否かを判断するための粒界判定点の総数である。
また、方向性電磁鋼板で観測される結晶方位に関し、
圧延面法線方向Ｚを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をαと定義し、
圧延直角方向Ｃを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をβと定義し、
圧延方向Ｌを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をγと定義し、
２つの測定点で測定する結晶方位のずれ角を（α１ β１ γ１）および（α２ β２ γ２）と表したとき、ずれ角α、ずれ角β、およびずれ角γの３次元的な方位差を下記式（６）により得られる角度φ３Ｄとして定義するとき、
上記式（１）、（２）中のＮｔは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（３）中のＮａは、φ３Ｄが１．０°以上２．５°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（２）、（３）中のＮｂは、φ３Ｄが２．５°以上４．０°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（４）中のＮｃは、φ３Ｄが４．０°以上である粒界判定点の数である。
φ３Ｄ＝［（α２－α１）２＋（β２－β１）２＋（γ２－γ１）２］１／２ ・・・・・（６）
１．巻鉄心及び方向性電磁鋼板の形状
まず、本実施形態の巻鉄心の形状について説明する。ここで説明する巻鉄心およ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い。例えば背景技術において特許文献５～７として紹介した公知の巻鉄心およ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、本実施形態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）に視ることをいう。側面図とは側面視により視認される形状を表した図（図１のＹ軸方向の図）である。
まず、本実施形態の巻鉄心の形状について説明する。ここで説明する巻鉄心およ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い。例えば背景技術において特許文献５～７として紹介した公知の巻鉄心およ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、本実施形態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）に視ることをいう。側面図とは側面視により視認される形状を表した図（図１のＹ軸方向の図）である。
本実施形態に係る巻鉄心は、側面視において略多角形状（略矩形状）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１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。
本実施形態において、巻鉄心本体１０の鉄心長に特に制限はない。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。
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。
本実施形態の鉄心は、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、図示およ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、平面部の長さが適宜変更されてもよく、それにより様々な形状の鉄心が製造可能である。例えば、すべ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に示すように、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、側面視において略矩形状の積層構造２を有する。平面部４は、巻鉄心本体１０の側面視において、当該巻鉄心本体１０の周方向における長さが平面部４ｂよりも長い４つの平面部４ａと、巻鉄心本体１０の周方向における長さが平面部４ａよりも短い４つ平面部４ｂとの２種類を有する。ただし、平面部４ａと平面部４ｂとの長さは等しくてもよい。
また、図３に示す巻鉄心本体１０では、平面部４は、巻鉄心本体１０の側面視において、当該巻鉄心本体１０の周方向における長さが長い４つの平面部４ａと、巻鉄心本体１０の周方向における長さが短い８つ平面部４ｂとの２種類を有する。
図２の実施形態は１つの屈曲部５が４５°である。図３の実施形態は１つの屈曲部５が３０°である。つまり、いずれの実施形態においても、一つのコーナー部３に存在する屈曲部のそれぞれの曲げ角度の合計が９０°となっている。
また、巻鉄心本体１０は、４つのコーナー部３を有している。図２に示す巻鉄心本体１０の各コーナー部３は、１つの平面部４ｂとその両端部に接続されている２つの屈曲部５とを有する。図３に示す巻鉄心本体１０の各コーナー部３は、隣り合う２つの平面部４ｂ，４ｂと、当該平面部４ｂ，４ｂ間に設けられて平面部４ｂ，４ｂに接続されている屈曲部５と、２つの平面部４ｂ，４ｂの端部にそれぞれ接続された屈曲部５とを有する。すなわち、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を有する場合である。
なお、以下の説明では、平面部４ａおよび平面部４ｂのいずれも平面部４として説明する。
図１及び図２に示すように、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、側面視において略矩形状の積層構造２を有する。平面部４は、巻鉄心本体１０の側面視において、当該巻鉄心本体１０の周方向における長さが平面部４ｂよりも長い４つの平面部４ａと、巻鉄心本体１０の周方向における長さが平面部４ａよりも短い４つ平面部４ｂとの２種類を有する。ただし、平面部４ａと平面部４ｂとの長さは等しくてもよい。
また、図３に示す巻鉄心本体１０では、平面部４は、巻鉄心本体１０の側面視において、当該巻鉄心本体１０の周方向における長さが長い４つの平面部４ａと、巻鉄心本体１０の周方向における長さが短い８つ平面部４ｂとの２種類を有する。
図２の実施形態は１つの屈曲部５が４５°である。図３の実施形態は１つの屈曲部５が３０°である。つまり、いずれの実施形態においても、一つのコーナー部３に存在する屈曲部のそれぞれの曲げ角度の合計が９０°となっている。
また、巻鉄心本体１０は、４つのコーナー部３を有している。図２に示す巻鉄心本体１０の各コーナー部３は、１つの平面部４ｂとその両端部に接続されている２つの屈曲部５とを有する。図３に示す巻鉄心本体１０の各コーナー部３は、隣り合う２つの平面部４ｂ，４ｂと、当該平面部４ｂ，４ｂ間に設けられて平面部４ｂ，４ｂに接続されている屈曲部５と、２つの平面部４ｂ，４ｂの端部にそれぞれ接続された屈曲部５とを有する。すなわち、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を有する場合である。
なお、以下の説明では、平面部４ａおよび平面部４ｂのいずれも平面部４として説明する。
これらの例に示されるように、本実施形態の鉄心は、様々な角度を有する屈曲部により構成できる。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。
一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が、生産効率の点からは折り曲げ角度が等しいことが好ましい。
一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が、生産効率の点からは折り曲げ角度が等しいことが好ましい。
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、方向性電磁鋼板の屈曲部（曲線部分）の一例を模式的に示す図である。屈曲部の曲げ角度とは、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、４ｂ）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４（４ａ、４ｂ）と屈曲部５の境界であり、図６においては、点Ｆおよび点Ｇである。
さらに、点Ｆおよび点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および点Ｄとする。この点Ｅおよび点Ｄが鋼板内面側の表面における平面部４（４ａ、４ｂ）と屈曲部５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。
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、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。
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の内面側曲率半径ｒの測定方法にも特に制限はないが、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、内面側曲率半径ｒの大きさは、線分ＡＣの長さに該当する。ここで、点Ａと点Ｂを直線で結んだ際、屈曲部５の内面側の円弧ＤＥとの交点を点Ｃとする。
本実施形態では、屈曲部５の曲率半径ｒを、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲として、かつ下記に説明する、粒界を挟む結晶方位の差が大きな粒界が比較的高い頻度で存在するように制御された特定の方向性電磁鋼板を用いて巻鉄心とすることで、鉄心の効率を磁気特性に見合った最適な効率とすることが可能となる。屈曲部５の内面側曲率半径ｒは、好ましくは３ｍｍである。この場合に、本実施形態の効果がより顕著に発揮される。
また、鉄心内に存在するすべての屈曲部が本実施形態にて規定する内面側曲率半径ｒを満足することが最も好ましい形態である。巻鉄心において本実施形態の内面側曲率半径ｒを満足する屈曲部と、満足しない屈曲部とが存在する場合は、少なくとも半数以上の屈曲部が本実施形態にて規定する内面側曲率半径ｒを満足することが望ましい形態である。
本実施形態では、屈曲部５の曲率半径ｒを、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲として、かつ下記に説明する、粒界を挟む結晶方位の差が大きな粒界が比較的高い頻度で存在するように制御された特定の方向性電磁鋼板を用いて巻鉄心とすることで、鉄心の効率を磁気特性に見合った最適な効率とすることが可能となる。屈曲部５の内面側曲率半径ｒは、好ましくは３ｍｍである。この場合に、本実施形態の効果がより顕著に発揮される。
また、鉄心内に存在するすべての屈曲部が本実施形態にて規定する内面側曲率半径ｒを満足することが最も好ましい形態である。巻鉄心において本実施形態の内面側曲率半径ｒを満足する屈曲部と、満足しない屈曲部とが存在する場合は、少なくとも半数以上の屈曲部が本実施形態にて規定する内面側曲率半径ｒを満足することが望ましい形態である。
図４及び図５は巻鉄心本体１０における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の例に示されるように本実施形態に用いられる方向性電磁鋼板１は、折り曲げ加工されたものであって、２つ以上の屈曲部５を含むコーナー部３と、平面部４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（つまり、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（つまり、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）ものであってもよい。
本実施形態においては、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（つまり、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（つまり、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）ものであってもよい。
本実施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～０．２３ｍｍの範囲である。
２．方向性電磁鋼板の構成
次に、巻鉄心本体１０を構成する方向性電磁鋼板１の構成について説明する。本実施形態においては、隣接して積層される方向性電磁鋼板１の屈曲部５に隣接する平面部４（４ａ、４ｂ）における方向性電磁鋼板１の幅方向（図８に示す境界線Ｂの延伸方向）の結晶方位の変動の制御、および制御した電磁鋼板の鉄心内での配置位置を特徴とする。
次に、巻鉄心本体１０を構成する方向性電磁鋼板１の構成について説明する。本実施形態においては、隣接して積層される方向性電磁鋼板１の屈曲部５に隣接する平面部４（４ａ、４ｂ）における方向性電磁鋼板１の幅方向（図８に示す境界線Ｂの延伸方向）の結晶方位の変動の制御、および制御した電磁鋼板の鉄心内での配置位置を特徴とする。
（１）屈曲部に隣接する平面部の結晶方位の変動
本実施径形態の巻鉄心を構成する方向性電磁鋼板１は、少なくとも屈曲部５近傍の一部領域において、積層される鋼板１の結晶方位が、屈曲部５とそれに隣接する平面部４（４ａ、４ｂ）との境界（以下、屈曲部境界ともいう。）に平行な方向（方向性電磁鋼板の幅方向）で適切に変動するよう制御される。屈曲部近傍の結晶方位の変動が小さくなると、本実施形態での鉄心形状を有する鉄心における効率劣化の回避効果が発現しない。これは言い換えると、屈曲部５近傍に方位変化が大きい結晶粒界を配置することで効率劣化が抑制されやすいことを示している。
このような現象が発生するメカニズムは明確ではないが、以下のように考えられる。
本実施形態が対象とする鉄心は、曲げによる巨視的な歪（変形）は非常に狭い領域である屈曲部５内に制限されている。しかしミクロな歪は、鋼板内部の結晶組織としてみると、屈曲部５の外側、すなわち平面部４（４ａ、４ｂ）にも広がると考えられる。特に方向性電磁鋼板の圧延方向への引張変形が顕著となる鉄心外面側の鋼板表層では、平面部４（４ａ、４ｂ）内への歪の影響が広く及び、屈曲部５近傍の平面部４（４ａ、４ｂ）領域で双晶変形が生じるようにもなる。一般的に加工により形成される双晶変形は鉄損を著しく劣化させることが知られている。そのため、屈曲部での双晶の発生数を回避することで鉄損の劣化を抑制できる。また双晶の発生数の回避に限らず、上記のような状況を考慮すれば、平面部領域４（４ａ、４ｂ）への双晶発生域の拡大の抑制も鉄損劣化を抑制する上で重要となる。双晶の発生は結晶の変形、すなわちすべり系が限定されることが一因となって発生すると考えられる。そのため、屈曲部５近傍の粒界粒の方位分散が非常に小さく、全体が均一な変形状態に拘束されることで、双晶発生域が拡大してしまうと考えられる。逆に、屈曲部５近傍の粒界粒の方位分散が適度に大きいと変形挙動が複雑化し、拘束された均一な変形状態が緩和されるため、変形領域、すなわち双晶形成領域を縮小できることが期待される。本実施形態は、この作用により鉄心効率の低下を抑制できるものと考えられる。このような本実施形態の作用機序は本実施形態が対象とする特定形状の鉄心での特別な現象であると考えられ、これまでほとんど考慮されてはいないが、本発明者らが得た知見と合致する解釈が可能である。
本実施径形態の巻鉄心を構成する方向性電磁鋼板１は、少なくとも屈曲部５近傍の一部領域において、積層される鋼板１の結晶方位が、屈曲部５とそれに隣接する平面部４（４ａ、４ｂ）との境界（以下、屈曲部境界ともいう。）に平行な方向（方向性電磁鋼板の幅方向）で適切に変動するよう制御される。屈曲部近傍の結晶方位の変動が小さくなると、本実施形態での鉄心形状を有する鉄心における効率劣化の回避効果が発現しない。これは言い換えると、屈曲部５近傍に方位変化が大きい結晶粒界を配置することで効率劣化が抑制されやすいことを示している。
このような現象が発生するメカニズムは明確ではないが、以下のように考えられる。
本実施形態が対象とする鉄心は、曲げによる巨視的な歪（変形）は非常に狭い領域である屈曲部５内に制限されている。しかしミクロな歪は、鋼板内部の結晶組織としてみると、屈曲部５の外側、すなわち平面部４（４ａ、４ｂ）にも広がると考えられる。特に方向性電磁鋼板の圧延方向への引張変形が顕著となる鉄心外面側の鋼板表層では、平面部４（４ａ、４ｂ）内への歪の影響が広く及び、屈曲部５近傍の平面部４（４ａ、４ｂ）領域で双晶変形が生じるようにもなる。一般的に加工により形成される双晶変形は鉄損を著しく劣化させることが知られている。そのため、屈曲部での双晶の発生数を回避することで鉄損の劣化を抑制できる。また双晶の発生数の回避に限らず、上記のような状況を考慮すれば、平面部領域４（４ａ、４ｂ）への双晶発生域の拡大の抑制も鉄損劣化を抑制する上で重要となる。双晶の発生は結晶の変形、すなわちすべり系が限定されることが一因となって発生すると考えられる。そのため、屈曲部５近傍の粒界粒の方位分散が非常に小さく、全体が均一な変形状態に拘束されることで、双晶発生域が拡大してしまうと考えられる。逆に、屈曲部５近傍の粒界粒の方位分散が適度に大きいと変形挙動が複雑化し、拘束された均一な変形状態が緩和されるため、変形領域、すなわち双晶形成領域を縮小できることが期待される。本実施形態は、この作用により鉄心効率の低下を抑制できるものと考えられる。このような本実施形態の作用機序は本実施形態が対象とする特定形状の鉄心での特別な現象であると考えられ、これまでほとんど考慮されてはいないが、本発明者らが得た知見と合致する解釈が可能である。
本実施形態においては、結晶方位の変動は以下のように測定される。
本実施形態では、方向性電磁鋼板１で観測される結晶方位に関連する以下の４つの角度α、β、γ、φ３Ｄを使用する。なお、後述するとおり、角度αは、圧延面法線方向Ｚを回転軸とする理想的な｛１１０｝＜００１＞方位（Ｇｏｓｓ方位）からのずれ角、角度βは、圧延直角方向（板幅方向）Ｃを回転軸とする理想的な｛１１０｝＜００１＞方位からのずれ角、角度γは、圧延方向Ｌを回転軸とする理想的な｛１１０｝＜００１＞方位からのずれ角を意味する。
ここで、「理想的な｛１１０｝＜００１＞方位」とは、実用鋼板の結晶方位を表示する際の｛１１０｝＜００１＞方位ではなく、学術的な結晶方位としても｛１１０｝＜００１＞方位である。
一般的に再結晶した実用鋼板の結晶方位の測定では、±２．５°程度の角度差は厳密に区別せずに結晶方位が規定される。従来の方向性電磁鋼板であれば、幾何学的に厳密な｛１１０｝＜００１＞方位を中心とする±２．５°程度の角度範囲域を「｛１１０｝＜００１＞方位」とする。しかし、本実施形態では、±２．５°以下の角度差も明確に区別する必要がある。
このため、幾何学的に厳密な結晶方位としての｛１１０｝＜００１＞方位を規定する本実施形態では、従来の公知文献などで用いられる｛１１０｝＜００１＞方位との混同を回避するため、「理想｛１１０｝＜００１＞方位（理想Ｇｏｓｓ方位）」と記載する。
ここで、「理想的な｛１１０｝＜００１＞方位」とは、実用鋼板の結晶方位を表示する際の｛１１０｝＜００１＞方位ではなく、学術的な結晶方位としても｛１１０｝＜００１＞方位である。
一般的に再結晶した実用鋼板の結晶方位の測定では、±２．５°程度の角度差は厳密に区別せずに結晶方位が規定される。従来の方向性電磁鋼板であれば、幾何学的に厳密な｛１１０｝＜００１＞方位を中心とする±２．５°程度の角度範囲域を「｛１１０｝＜００１＞方位」とする。しかし、本実施形態では、±２．５°以下の角度差も明確に区別する必要がある。
このため、幾何学的に厳密な結晶方位としての｛１１０｝＜００１＞方位を規定する本実施形態では、従来の公知文献などで用いられる｛１１０｝＜００１＞方位との混同を回避するため、「理想｛１１０｝＜００１＞方位（理想Ｇｏｓｓ方位）」と記載する。
ずれ角α：方向性電磁鋼板１で観測される結晶方位の、圧延面法線方向Ｚ周りにおける理想｛１１０｝＜００１＞方位からのずれ角。
ずれ角β：方向性電磁鋼板１で観測される結晶方位の、圧延直角方向Ｃ周りにおける理想｛１１０｝＜００１＞方位からのずれ角。
ずれ角γ：方向性電磁鋼板１で観測される結晶方位の、圧延方向Ｌ周りにおける理想｛１１０｝＜００１＞方位からのずれ角。
上記のずれ角α、ずれ角β、及びずれ角γの模式図を、図７に示す。
ずれ角β：方向性電磁鋼板１で観測される結晶方位の、圧延直角方向Ｃ周りにおける理想｛１１０｝＜００１＞方位からのずれ角。
ずれ角γ：方向性電磁鋼板１で観測される結晶方位の、圧延方向Ｌ周りにおける理想｛１１０｝＜００１＞方位からのずれ角。
上記のずれ角α、ずれ角β、及びずれ角γの模式図を、図７に示す。
角度φ３Ｄ：方向性電磁鋼板の圧延面上で隣接し且つ間隔が５ｍｍである２つの測定点で測定する結晶方位の上記ずれ角を、それぞれ（α１、β１、γ１）および（α２、β２、γ２）と表したとき、φ３Ｄ＝［（α２－α１）２＋（β２－β１）２＋（γ２－γ１）２］１／２により得られる角度。
この角度φ３Ｄを、「空間３次元的な方位差」と記述することがある。
この角度φ３Ｄを、「空間３次元的な方位差」と記述することがある。
現在、実用的に製造されている方向性電磁鋼板の結晶方位は、圧延方向と＜００１＞方向とのずれ角が、概ね５°以下となるよう制御されている。この制御は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板１でも同様である。このため、方向性電磁鋼板の「粒界」を定義するとき、一般的な粒界（大傾角粒界）の定義である「隣接する領域の方位差が１５°以上となる境界」を適用することができない。例えば、従来の方向性電磁鋼板では、鋼板面のマクロエッチングにより粒界を顕出するが、この粒界の両側領域の結晶方位差は平均的には、２～３°程度である。
本実施形態では、後述するように、結晶と結晶との境界を厳密に規定する必要がある。このため、粒界の特定法として、マクロエッチングのような目視をベースとする方法は採用しない。
本実施形態では、粒界を特定するために、方向性電磁鋼板１の圧延面上に５ｍｍ間隔で測定点を設定し、測定点ごとに結晶方位を測定する。例えば、結晶方位は、Ｘ線回折法（ラウエ法）により測定すればよい。ラウエ法とは、鋼板にＸ線ビームを照射して、透過または反射した回折斑点を解析する方法である。回折斑点を解析することによって、Ｘ線ビームを照射した場所の結晶方位を同定することができる。照射位置を変えて複数箇所で回折斑点の解析を行えば、各照射位置の結晶方位分布を測定することができる。ラウエ法は、粗大な結晶粒を有する金属組織の結晶方位を測定するのに適した手法である。
図８に示すように、本実施形態では、屈曲部５に隣接する平面部４（４ａ、４ｂ）領域内のうち、屈曲部５と平面部４（４ａ、４ｂ）との境界である略直線状の境界Ｂ（屈曲部境界）から垂直方向に２ｍｍ離れた位置に、境界Ｂの延伸方向と平行に直線ＳＬを設定する。そして、この平面部４（４ａ、４ｂ）内の直線ＳＬ上に、境界（線）Ｂに対して平行方向に５ｍｍ間隔で測定点を配置する。このとき、直線ＳＬの中央（鋼板の幅方向中央）を起点とし両側に同数の測定点を配置する。ただし、直線ＳＬの両端の測定点が鋼板の幅方向端部に近い場合は、方位測定の誤差が大きくなり異常なデータとなりやすいので、測定の際には当該端部に近い測定点を避ける。
ここで、測定点の位置（直線ＳＬ）と境界（線）Ｂとの距離を２ｍｍの地点とするのは、これより屈曲部５に近い領域内では鋼板表層に双晶が発生し、目的とする結晶方位の変動の測定がばらつく懸念があるためである。一方、これ以上離れた領域では、屈曲部５の歪の伝播に直接影響する屈曲部の結晶の方位とは異なる結晶粒の方位を測定することになる可能性が高くなるためである。つまり、直線ＳＬと境界Ｂとの距離は、必ずしも２ｍｍに設定する必要はない。しかし、２ｍｍよりも超えた距離に直線ＳＬを設定する場合は、その設定位置が、屈曲部５の歪の伝播に影響する結晶方位が測定される領域に入るよう、考慮する必要がある。
ここで、測定点の位置（直線ＳＬ）と境界（線）Ｂとの距離を２ｍｍの地点とするのは、これより屈曲部５に近い領域内では鋼板表層に双晶が発生し、目的とする結晶方位の変動の測定がばらつく懸念があるためである。一方、これ以上離れた領域では、屈曲部５の歪の伝播に直接影響する屈曲部の結晶の方位とは異なる結晶粒の方位を測定することになる可能性が高くなるためである。つまり、直線ＳＬと境界Ｂとの距離は、必ずしも２ｍｍに設定する必要はない。しかし、２ｍｍよりも超えた距離に直線ＳＬを設定する場合は、その設定位置が、屈曲部５の歪の伝播に影響する結晶方位が測定される領域に入るよう、考慮する必要がある。
その上で、各測定点に関して、上記したずれ角α、ずれ角β、及びずれ角γを特定する。特定した各測定点での各ずれ角に基づいて、隣接する２つの測定点間に粒界が存在するか否かを判断する。本実施形態においては、２つの測定点の間において、２つの測定点の中央に存在し、かつ２つの測定点の方位差によって決定される境界（粒界）の有無を判断するための「粒界判定点」（以下、粒界点、ともいう）という概念を定義して規定する。
具体的には、隣接する２つの測定点についての上記角度φ３Ｄが、φ≧１．０°である場合は該２点間の中央に粒界が存在すると判断する。すなわち１．０°未満の方位変動は本発明の効果には寄与しない方位変動、または単なる測定誤差として無視する。
φ３Ｄが２°以上である粒界は、マクロエッチングで認識されていた従来の二次再結晶粒の粒界とほぼ同じであると言える。通常の方向性電磁鋼板では、粒界を挟む２点間の方位差は上述の通り、平均で２～３°程度であるので、本実施形態では一般的には粒界とは認識されない小さな方位差まで考慮することとなる。また、通常の方向性電磁鋼板では頻度がそれほど多くはない、φ３Ｄが３°を超えるような粒界の存在を加味した評価を行う。
まず、φ３Ｄを計測した粒界点の総数をＮｘとし、そのうち、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界点の数をＮｔとする。本実施形態においては、上記のように屈曲部５に隣接する平面部４（４ａ、４ｂ）領域内において、境界線Ｂに対して平行方向に等間隔で、かつ鋼板の幅方向位置に関しては鋼板の幅中央を起点とし両側に同数の測定点が配置される。そして、隣接する２つの測定点の間で粒界点を定義し、粒界点でのφ３Ｄを決定する。さらに、粒界点については、Ｎｔが６０点以上となるよう設定する。１枚の鋼板でＮｔが６０点に満たない場合、例えば鋼板の幅が狭い場合や、またはφ３Ｄが１．０°未満の粒界点の割合が多いような場合は、複数枚の鋼板で測定を行うものとする。そして、φ３Ｄ：１．０°以上２．５°未満を満足する粒界点の数をＮａとし、φ３Ｄ：２．５°以上４．０°未満を満足する粒界点の数をＮｂとし、φ３Ｄ：４．０°超である粒界点の数をＮｃとする。さらに、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界点のφ３Ｄの平均値をφ３Ｄａｖｅとする。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板１は、粒界を挟む結晶方位の差が大きな粒界を比較的高い頻度で存在させることで、屈曲部５近傍での双晶の発生、および平面部領域４（４ａ、４ｂ）への双晶発生域の拡大を効果的に抑制する。その結果、鉄心効率が改善される。
本実施形態に係る巻鉄心の一つの実施形態においては、積層された任意の方向性電磁鋼板１の少なくとも一つの屈曲部５近傍の平面部４（４ａ、４ｂ）において、以下の（１）～（４）式を満足することを特徴とする。
０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）
０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）
１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）
Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
この規定は、φ３Ｄ：１．０°以上を満足する粒界の存在率を限定しつつ、屈曲部５近傍の平面部４（４ａ、４ｂ）において、双晶発生の抑制効果が大きな粒界を主体とすべきことを示すものである。
（１）式については、測定点の間隔を５ｍｍとしていることから、該粒界の平均間隔が約５０ｍｍ以下、すなわち平均して約５０ｍｍの領域内に少なくとも１つの該粒界が存在することを示している。本実施形態の効果は粒界の存在によってもたらされるものであるため、粒界の存在頻度があまりに低いと効果が発現しない。好ましくはＮｔ／Ｎｘは０．１３以上（平均間隔として約３８ｍｍ以下）、さらに好ましくは０．２０以上（平均間隔として約２５ｍｍ以下）である。一方でこの比が大きいということは結晶粒径が微細であることを意味し、磁気特性低下の原因ともなるため、Ｎｔ／Ｎｘの上限は０．８０以下（平均間隔として約６ｍｍ以上）とする。
（２）式は、双晶を抑制する効果が大きい角度差の大きな粒界の頻度が高いことを示す。一般的には方向性電磁鋼板における結晶方位制御は、Ｇｏｓｓ方位への集積度を高め、粒界の角度差を小さくし、究極的な単結晶化を指向するものである。これを考えると、角度差が比較的大きな粒界の存在頻度を高めに制御する本実施形態の規定は特殊なものと言える。ただし、Ｎｂの存在頻度が高いということは、Ｇｏｓｓ方位への方位集積度が低いことにもつながるため、過度に高くすることは避けるべきである。好ましくはＮｂ／Ｎｔは０．４０～０．７０、さらに好ましくは０．４５～０．６５である。
（３）式は、上記（２）式で規定される双晶を抑制する効果が大きい角度差の大きな粒界の頻度を、双晶を抑制する効果が小さい角度差の小さい粒界の頻度との比で規定したものである。好ましくはＮｂ／Ｎａは１．４以上、さらに好ましくは１．７以上である。
（４）式は、角度差が過度に大きな粒界の形成は単純にＧｏｓｓ方位への集積を顕著に低下させ、磁気特性の低下につながるので、これを回避するための規定である。好ましくはＮｂ／Ｎｃは２．０以上、さらに好ましくは３．０以上である。また、巻鉄心に存在する屈曲部に隣接する平面部のすべてにおいて上記（１）～（３）式全てを満足することが好ましいことは言うまでもない。
０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）
０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）
１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）
Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
この規定は、φ３Ｄ：１．０°以上を満足する粒界の存在率を限定しつつ、屈曲部５近傍の平面部４（４ａ、４ｂ）において、双晶発生の抑制効果が大きな粒界を主体とすべきことを示すものである。
（１）式については、測定点の間隔を５ｍｍとしていることから、該粒界の平均間隔が約５０ｍｍ以下、すなわち平均して約５０ｍｍの領域内に少なくとも１つの該粒界が存在することを示している。本実施形態の効果は粒界の存在によってもたらされるものであるため、粒界の存在頻度があまりに低いと効果が発現しない。好ましくはＮｔ／Ｎｘは０．１３以上（平均間隔として約３８ｍｍ以下）、さらに好ましくは０．２０以上（平均間隔として約２５ｍｍ以下）である。一方でこの比が大きいということは結晶粒径が微細であることを意味し、磁気特性低下の原因ともなるため、Ｎｔ／Ｎｘの上限は０．８０以下（平均間隔として約６ｍｍ以上）とする。
（２）式は、双晶を抑制する効果が大きい角度差の大きな粒界の頻度が高いことを示す。一般的には方向性電磁鋼板における結晶方位制御は、Ｇｏｓｓ方位への集積度を高め、粒界の角度差を小さくし、究極的な単結晶化を指向するものである。これを考えると、角度差が比較的大きな粒界の存在頻度を高めに制御する本実施形態の規定は特殊なものと言える。ただし、Ｎｂの存在頻度が高いということは、Ｇｏｓｓ方位への方位集積度が低いことにもつながるため、過度に高くすることは避けるべきである。好ましくはＮｂ／Ｎｔは０．４０～０．７０、さらに好ましくは０．４５～０．６５である。
（３）式は、上記（２）式で規定される双晶を抑制する効果が大きい角度差の大きな粒界の頻度を、双晶を抑制する効果が小さい角度差の小さい粒界の頻度との比で規定したものである。好ましくはＮｂ／Ｎａは１．４以上、さらに好ましくは１．７以上である。
（４）式は、角度差が過度に大きな粒界の形成は単純にＧｏｓｓ方位への集積を顕著に低下させ、磁気特性の低下につながるので、これを回避するための規定である。好ましくはＮｂ／Ｎｃは２．０以上、さらに好ましくは３．０以上である。また、巻鉄心に存在する屈曲部に隣接する平面部のすべてにおいて上記（１）～（３）式全てを満足することが好ましいことは言うまでもない。
別の実施形態としては、積層された任意の方向性電磁鋼板の少なくとも一つの屈曲部近傍の平面部において、さらに以下の（５）式を満足することを特徴とする。
φ３Ｄａｖｅ：２．０°～４．０° ・・・・・・（５）
この規定は、単純に結晶方位の変動の大きさを評価するものである。またこの規定は、上記（１）～（４）式を満たすことを前提として本実施形態の効果が発揮される状況において、粒界を挟んだ結晶方位の角度差の平均の適正値を示すもので、本実施形態の好ましい形態の一つに対応する。すなわち、φ３Ｄａｖｅを２．０°～４．０°とすることで、平面部領域での双晶の発生を十分に抑制することができる。φ３Ｄａｖｅについては、好ましくは２．５°～３．５°である。また、巻鉄心に存在する屈曲部に隣接する平面部のすべてにおいて、φ３Ｄａｖｅが２．０°～４．０°であることが好ましいことは言うまでもない。
φ３Ｄａｖｅ：２．０°～４．０° ・・・・・・（５）
この規定は、単純に結晶方位の変動の大きさを評価するものである。またこの規定は、上記（１）～（４）式を満たすことを前提として本実施形態の効果が発揮される状況において、粒界を挟んだ結晶方位の角度差の平均の適正値を示すもので、本実施形態の好ましい形態の一つに対応する。すなわち、φ３Ｄａｖｅを２．０°～４．０°とすることで、平面部領域での双晶の発生を十分に抑制することができる。φ３Ｄａｖｅについては、好ましくは２．５°～３．５°である。また、巻鉄心に存在する屈曲部に隣接する平面部のすべてにおいて、φ３Ｄａｖｅが２．０°～４．０°であることが好ましいことは言うまでもない。
（２）方向性電磁鋼板
上述のように、本実施形態において用いられる方向性電磁鋼板１において母鋼板は、当該母鋼板中の結晶粒の方位が｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積された鋼板であり、圧延方向に優れた磁気特性を有するものである。
本実施形態において母鋼板は、公知の方向性電磁鋼板を用いることができる。以下、好ましい母鋼板の一例について説明する。
上述のように、本実施形態において用いられる方向性電磁鋼板１において母鋼板は、当該母鋼板中の結晶粒の方位が｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積された鋼板であり、圧延方向に優れた磁気特性を有するものである。
本実施形態において母鋼板は、公知の方向性電磁鋼板を用いることができる。以下、好ましい母鋼板の一例について説明する。
母鋼板の化学組成は、質量％で、Ｓｉ：２．０％～６．０％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。この化学組成は、結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位に集積させたＧｏｓｓ集合組織に制御し、良好な磁気特性を確保するためである。その他の元素については、特に限定されるものではないが、本実施形態では、Ｓｉ、Ｆｅおよび不純物に加えて、本発明の効果を阻害しない範囲の元素を含有してもよい。例えば、Ｆｅの一部に置き換えて、下記元素を以下の範囲で含有することが許容される。代表的な選択元素の含有範囲は以下のとおりである。
Ｃ：０～０．００５０％、
Ｍｎ：０～１．０％、
Ｓ：０～０．０１５０％、
Ｓｅ：０～０．０１５０％、
Ａｌ：０～０．０６５０％、
Ｎ：０～０．００５０％、
Ｃｕ：０～０．４０％、
Ｂｉ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．０８０％、
Ｐ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．０１５０％、
Ｓｎ：０～０．１０％、
Ｓｂ：０～０．１０％、
Ｃｒ：０～０．３０％、
Ｎｉ：０～１．０％、
Ｎｂ：０～０．０３０％、
Ｖ：０～０．０３０％、
Ｍｏ：０～０．０３０％、
Ｔａ：０～０．０３０％、
Ｗ：０～０．０３０％。
これらの選択元素は、その目的に応じて含有させればよいので下限値を制限する必要がなく、実質的に含有していなくてもよい。また、これらの選択元素が不純物として含有されても、本実施形態の効果は損なわれない。また、実用鋼板においてＣ含有量を０％とすることは、製造上困難であるため、Ｃ含有量は０％超としてもよい。なお、不純物は意図せず含有される元素を指し、母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、または製造環境等から混入する元素を意味する。不純物の合計含有量の上限は、例えば、５％であればよい。
Ｃ：０～０．００５０％、
Ｍｎ：０～１．０％、
Ｓ：０～０．０１５０％、
Ｓｅ：０～０．０１５０％、
Ａｌ：０～０．０６５０％、
Ｎ：０～０．００５０％、
Ｃｕ：０～０．４０％、
Ｂｉ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．０８０％、
Ｐ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．０１５０％、
Ｓｎ：０～０．１０％、
Ｓｂ：０～０．１０％、
Ｃｒ：０～０．３０％、
Ｎｉ：０～１．０％、
Ｎｂ：０～０．０３０％、
Ｖ：０～０．０３０％、
Ｍｏ：０～０．０３０％、
Ｔａ：０～０．０３０％、
Ｗ：０～０．０３０％。
これらの選択元素は、その目的に応じて含有させればよいので下限値を制限する必要がなく、実質的に含有していなくてもよい。また、これらの選択元素が不純物として含有されても、本実施形態の効果は損なわれない。また、実用鋼板においてＣ含有量を０％とすることは、製造上困難であるため、Ｃ含有量は０％超としてもよい。なお、不純物は意図せず含有される元素を指し、母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、または製造環境等から混入する元素を意味する。不純物の合計含有量の上限は、例えば、５％であればよい。
母鋼板の化学成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、母鋼板の化学成分は、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。具体的には、例えば、被膜除去後の母鋼板の中央の位置から３５ｍｍ角の試験片を取得し、島津製作所製ＩＣＰＳ－８１００等（測定装置）により、予め作成した検量線に基づいた条件で測定することにより特定できる。なお、ＣおよびＳは燃焼－赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解－熱伝導度法を用いて測定すればよい。
なお、上記の化学組成は、母鋼板としての方向性電磁鋼板１の成分である。測定試料となる方向性電磁鋼板１が、表面に酸化物等からなる一次被膜（グラス被膜、中間層）、絶縁被膜等を有している場合は、これらを公知の方法で除去してから化学組成を測定する。
（３）方向性電磁鋼板の製造方法
方向性電磁鋼板の製造方法は、特に限定されないが、後述するように製造条件を緻密に制御することによって、方位変化の大きい結晶粒界の頻度を高めることができる。このような結晶粒界を有する方向性電磁鋼板を用い、かつ後述する好適な加工条件によって巻鉄心を製造することで、鉄心効率の悪化を効率的に抑制することが可能な巻鉄心を得ることができる。製造方法の好ましい具体例としては、例えばまず、Ｃを０．０４～０．１質量％とし、その他は上記方向性電磁鋼板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、４００～８５０℃にて巻き取る。必要に応じて熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍の条件は特に限定されないが、析出物制御の観点から、焼鈍温度：８００～１２００℃、焼鈍時間:１０～１０００秒としてよい。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を得る。この時の冷延率は、集合組織の制御の観点から８０～９９％としてよい。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を行う。窒化焼鈍時の通板張力ならびに窒化量は、析出物制御と集合組織制御の観点から大きいほど好ましい。具体的には、通板張力は３．０（Ｎ／ｍｍ２）以上とすることが好ましく、窒化量は２４０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。その後、焼鈍後の鋼板上に焼鈍分離剤を塗布した上で、最高到達温度：１０００℃～１２００℃、４０～９０時間で仕上げ焼鈍し、９００℃程度で絶縁皮膜を形成する。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よい。上記各条件のうち、特に窒化量、通板張力は結晶方位の変動に影響を及ぼす。そのため、巻鉄心を製造する際には、上記条件の範囲内で製造された方向性電磁鋼板を用いることが好ましい。
また、一般的に「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。
方向性電磁鋼板の製造方法は、特に限定されないが、後述するように製造条件を緻密に制御することによって、方位変化の大きい結晶粒界の頻度を高めることができる。このような結晶粒界を有する方向性電磁鋼板を用い、かつ後述する好適な加工条件によって巻鉄心を製造することで、鉄心効率の悪化を効率的に抑制することが可能な巻鉄心を得ることができる。製造方法の好ましい具体例としては、例えばまず、Ｃを０．０４～０．１質量％とし、その他は上記方向性電磁鋼板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、４００～８５０℃にて巻き取る。必要に応じて熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍の条件は特に限定されないが、析出物制御の観点から、焼鈍温度：８００～１２００℃、焼鈍時間:１０～１０００秒としてよい。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を得る。この時の冷延率は、集合組織の制御の観点から８０～９９％としてよい。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を行う。窒化焼鈍時の通板張力ならびに窒化量は、析出物制御と集合組織制御の観点から大きいほど好ましい。具体的には、通板張力は３．０（Ｎ／ｍｍ２）以上とすることが好ましく、窒化量は２４０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。その後、焼鈍後の鋼板上に焼鈍分離剤を塗布した上で、最高到達温度：１０００℃～１２００℃、４０～９０時間で仕上げ焼鈍し、９００℃程度で絶縁皮膜を形成する。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よい。上記各条件のうち、特に窒化量、通板張力は結晶方位の変動に影響を及ぼす。そのため、巻鉄心を製造する際には、上記条件の範囲内で製造された方向性電磁鋼板を用いることが好ましい。
また、一般的に「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。
上記のとおり、本実施形態で使用される方向性電磁鋼板１の特徴である角度差の大きな粒界は、例えば、Ｇｏｓｓ方位への集積度を極限まで高めるように製造される（すなわち結晶粒界の角度を極限まで小さくするように製造される）公知の方向性電磁鋼板の製造条件の一部を最適条件から外すことで達成できる。具体的には、仕上げ焼鈍の到達温度と滞留時間によって、Ｇｏｓｓ方位の極限までの成長を停止し、Ｇｏｓｓ方位からわずかに方位がずれた結晶粒が残存するように調整する。また仕上げ焼鈍に限らず、スラブの化学組成や熱延条件、脱炭焼鈍条件、窒化条件、焼鈍分離剤の塗布条件など、その方法は特に限定されるものでなく、種々の工程および条件を適宜調整することで、Ｇｏｓｓ方位への集積度の高まりを抑制してよい。このように鋼板全体で角度差の大きな粒界の形成頻度を高めておくことで、巻鉄心を製造する際に屈曲部５が任意の位置に形成された場合でも、巻鉄心において上記の各式が満足されることが期待される。または、屈曲部５近傍に多くの角度差の大きな粒界が配置された巻鉄心を製造するためには、角度差の大きな粒界の存在頻度の高い領域が屈曲部５近傍に配置されるように鋼板を折り曲げる位置を制御する方法も有効である。この方法においては、鋼板製造時点で一次再結晶組織、窒化条件や焼鈍分離剤塗布の状態を局所的に変更するなど公知の方法に応じて二次再結晶の粒成長が局所的に変動した鋼板を製造し、角度差の大きな粒界の頻度を高めた箇所を選択して折り曲げ加工することでもよい。
３．巻鉄心の製造方法
本実施形態に係る巻鉄心の製造方法は、前記本実施形態に係る巻鉄心を製造することができれば特に制限はなく、例えば背景技術において特許文献５～７として紹介した公知の巻鉄心に準じた方法を適用すればよい。特にＡＥＭ ＵＮＩＣＯＲＥ社のＵＮＩＣＯＲＥ（https://www.aemcores.com.au/technology/unicore/）製造装置を使用する方法は最適と言える。
なお、屈曲部５近傍における角度差の大きな粒界の存在頻度を高める観点からは、コア加工時の条件を制御することが好ましい。例えば、コア加工時の加工速度（パンチ速度、ｍｍ／秒）および加工発熱による鋼板温度の上昇量ΔＴ（℃）を制御することで達成できる。具体的には、パンチ速度は２０～１００（ｍｍ／秒）とすることが好ましい。また、加工発熱による鋼板温度の上昇量をΔＴとした場合、ΔＴは５．０℃以下に抑制することが好ましい。
本実施形態に係る巻鉄心の製造方法は、前記本実施形態に係る巻鉄心を製造することができれば特に制限はなく、例えば背景技術において特許文献５～７として紹介した公知の巻鉄心に準じた方法を適用すればよい。特にＡＥＭ ＵＮＩＣＯＲＥ社のＵＮＩＣＯＲＥ（https://www.aemcores.com.au/technology/unicore/）製造装置を使用する方法は最適と言える。
なお、屈曲部５近傍における角度差の大きな粒界の存在頻度を高める観点からは、コア加工時の条件を制御することが好ましい。例えば、コア加工時の加工速度（パンチ速度、ｍｍ／秒）および加工発熱による鋼板温度の上昇量ΔＴ（℃）を制御することで達成できる。具体的には、パンチ速度は２０～１００（ｍｍ／秒）とすることが好ましい。また、加工発熱による鋼板温度の上昇量をΔＴとした場合、ΔＴは５．０℃以下に抑制することが好ましい。
さらに公知の方法に準じて、必要に応じて熱処理を実施してもよい。また得られた巻鉄心本体１０は、そのまま巻鉄心として使用してもよいが、更に必要に応じて積み重ねられた複数の方向性電磁鋼板１を結束バンド等、公知の締付具等を用いて一体的に固定して巻鉄心としてもよい。
本実施形態は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
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。
（方向性電磁鋼板）
表１に示す化学組成（質量％、表示以外の残部はＦｅ）を有するスラブを素材として、表２に示す化学組成（質量％、表示以外の残部はＦｅ）を有する最終製品（製品板）を製造とした。得られた鋼板の幅は１２００ｍｍであった。
表１および表２において、「－」は含有量を意識した制御および製造をしておらず含有量の測定を実施していない元素であることを意味する。また、「＜０．００２」および「＜０．００４」は含有量を意識した制御および製造を実施し、含有量の測定を実施したが、精度の信憑性として十分な測定値が得られなかった（検出限界以下）元素であることを意味する。
表１に示す化学組成（質量％、表示以外の残部はＦｅ）を有するスラブを素材として、表２に示す化学組成（質量％、表示以外の残部はＦｅ）を有する最終製品（製品板）を製造とした。得られた鋼板の幅は１２００ｍｍであった。
表１および表２において、「－」は含有量を意識した制御および製造をしておらず含有量の測定を実施していない元素であることを意味する。また、「＜０．００２」および「＜０．００４」は含有量を意識した制御および製造を実施し、含有量の測定を実施したが、精度の信憑性として十分な測定値が得られなかった（検出限界以下）元素であることを意味する。
なお、鋼板の製造工程および条件の詳細は表３に示すとおりである。
具体的には、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延を実施した。一部については、脱炭焼鈍後の冷延鋼板に、水素－窒素－アンモニアの混合雰囲気で窒化処理（窒化焼鈍）を施した。
さらに、主成分をマグネシアまたはアルミナとし、これらの混合割合を変化させた焼鈍分離剤を塗布し、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍鋼板の表面に形成された一次被膜の上に、燐酸塩とコロイド状シリカを主体としクロムを含有する絶縁被膜コーティング溶液を塗布し、これを熱処理して、絶縁被膜を形成した。この過程で、脱炭焼鈍および窒化焼鈍時の鋼板の張力および窒素量を適宜変化させることでより結晶方位の分散の程度を変化させた。
具体的には、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延を実施した。一部については、脱炭焼鈍後の冷延鋼板に、水素－窒素－アンモニアの混合雰囲気で窒化処理（窒化焼鈍）を施した。
さらに、主成分をマグネシアまたはアルミナとし、これらの混合割合を変化させた焼鈍分離剤を塗布し、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍鋼板の表面に形成された一次被膜の上に、燐酸塩とコロイド状シリカを主体としクロムを含有する絶縁被膜コーティング溶液を塗布し、これを熱処理して、絶縁被膜を形成した。この過程で、脱炭焼鈍および窒化焼鈍時の鋼板の張力および窒素量を適宜変化させることでより結晶方位の分散の程度を変化させた。
このようにして、屈曲部に隣接する平面部での結晶方位の変動の制御した鋼板を製造した。製造された鋼板の詳細は表３Ｂに示す。
（鉄心）
各鋼板を素材として、表４および図９に示す形状を有する鉄心コアＮｏ．ａ～ｆを製造した。なお、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の曲率半径（ｍｍ）、φは巻鉄心の屈曲部の曲げ角度（°）である。略矩形状の鉄心コアＮｏ．ａ～ｆは、内面側平面部距離が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．ｆ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鉄心である。このため、屈曲部の曲率半径ｒ（ｍｍ）は鋼板の積層位置により大きく変動する。表４において、コアＮｏ．ｆの曲率半径ｒ（ｍｍ）は、外周側に従って増加し、最内周部で、ｒ＝６ｍｍ、最外周部でｒ＝６０ｍｍである（表４の「※」マーク）。
各鋼板を素材として、表４および図９に示す形状を有する鉄心コアＮｏ．ａ～ｆを製造した。なお、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の曲率半径（ｍｍ）、φは巻鉄心の屈曲部の曲げ角度（°）である。略矩形状の鉄心コアＮｏ．ａ～ｆは、内面側平面部距離が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．ｆ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鉄心である。このため、屈曲部の曲率半径ｒ（ｍｍ）は鋼板の積層位置により大きく変動する。表４において、コアＮｏ．ｆの曲率半径ｒ（ｍｍ）は、外周側に従って増加し、最内周部で、ｒ＝６ｍｍ、最外周部でｒ＝６０ｍｍである（表４の「※」マーク）。
（評価方法）
（１）方向性電磁鋼板の磁気特性
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）と、交流周波数：５０Ｈz、励磁磁束密度：１．７Ｔでの鋼板の鉄損を測定した。
（２）鉄心特性
前述の通り鉄心から抜き出した鋼板について、Ｎｔ／Ｎｘ、Ｎｂ／Ｎｔ、Ｎｂ／Ｎａ、Ｎｂ／Ｎｃおよびφａｖｅを求めた。なお、測定はＮｔが６０になるように実施した。
（３）鉄心の効率
各鋼板を素材とする鉄心についてコア鉄損を求め、（１）で求めた鋼板の磁気特性との比（コア鉄損／素材鉄損）を取ることでビルディングファクタ（ＢＦ）を求めた。ここでＢＦとは、巻鉄心の鉄損値を、巻鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で割った値である。ＢＦが小さいほど、素材鋼板に対する巻鉄心の鉄損が低減することを示している。なお本実施例では、ＢＦが１．０８以下であった場合を、鉄損効率の悪化を抑制できたものとして評価した。
（１）方向性電磁鋼板の磁気特性
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）と、交流周波数：５０Ｈz、励磁磁束密度：１．７Ｔでの鋼板の鉄損を測定した。
（２）鉄心特性
前述の通り鉄心から抜き出した鋼板について、Ｎｔ／Ｎｘ、Ｎｂ／Ｎｔ、Ｎｂ／Ｎａ、Ｎｂ／Ｎｃおよびφａｖｅを求めた。なお、測定はＮｔが６０になるように実施した。
（３）鉄心の効率
各鋼板を素材とする鉄心についてコア鉄損を求め、（１）で求めた鋼板の磁気特性との比（コア鉄損／素材鉄損）を取ることでビルディングファクタ（ＢＦ）を求めた。ここでＢＦとは、巻鉄心の鉄損値を、巻鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で割った値である。ＢＦが小さいほど、素材鋼板に対する巻鉄心の鉄損が低減することを示している。なお本実施例では、ＢＦが１．０８以下であった場合を、鉄損効率の悪化を抑制できたものとして評価した。
屈曲部に隣接する平面部での結晶方位が異なる各種鋼板を用いて製造した各種鉄心における効率を評価した。結果を表５に示す。表５において、Ｎｂ／Ｎｃについての「－」の記載は、分母のＮｃがゼロであったため値が無限大（数値の計算が不能）となったことを示す。これらについては、Ｎｂ／Ｎｃは十分大きいものとして（４）式を満足すると判断する。同じ鋼種を用いた場合であっても、結晶方位を適切に制御することにより鉄心の効率を向上できることがわかる。 なお、試験Ｎｏ「１－２１」～「１－２８」は、屈曲部の曲率半径ｒが大きい発明範囲外のコアであり、φ３Ｄへの影響を確認した例である。これらの事例から、屈曲部の曲率半径ｒが特定値より小さく設計された特殊な形状を有する鉄心でなければ、屈曲部近傍のφ３Ｄを大きく変化させたとしても、本発明のような特徴的な鉄心効率の改善効果は期待できないことがわかる。
以上の結果により、本発明の巻鉄心は、積層された任意の方向性電磁鋼板の少なくとも一つの屈曲部近傍の平面部において、上述した（１）～（５）式を満足するから、低鉄損な特性を備えることが明らかとなった。
本発明によれば、曲げ加工された鋼板を積層してなる巻鉄心において、鉄心効率の悪化を効果的に抑制することが可能となる。
１ 方向性電磁鋼板
２ 積層構造
３ コーナー部
４（４ａ，４ｂ） 平面部
５ 屈曲部
６ 接合部
１０ 巻鉄心本体
２ 積層構造
３ コーナー部
４（４ａ，４ｂ） 平面部
５ 屈曲部
６ 接合部
１０ 巻鉄心本体
Claims (2)
- 側面視において略多角形状の巻鉄心本体を備える巻鉄心であって、
前記巻鉄心本体は、長手方向に平面部と屈曲部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し、
前記屈曲部の側面視における内面側曲率半径ｒは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記方向性電磁鋼板が
質量％で、
Ｓｉ：２．０～７．０％、
を含有し、残部がＦｅおよ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し、且つ
少なくとも一つの前記屈曲部に隣接する前記平面部の１つ以上において、以下の（１）～（４）式を満足することを特徴とする、巻鉄心。
０．１０≦Ｎｔ／Ｎｘ≦０．８０ ・・・・・（１）
０．３７≦Ｎｂ／Ｎｔ≦０．８０ ・・・・・（２）
１．０７≦Ｎｂ／Ｎａ≦４．００ ・・・・・（３）
Ｎｂ／Ｎｃ≧１．１０ ・・・・・（４）
ここで、上記（１）式中のＮｘは、前記屈曲部に隣接する前記平面部の領域内に、前記屈曲部と前記平面部の境界である屈曲部境界に対して平行方向に５ｍｍ間隔で複数個の測定点を配置したとき、前記平行方向で隣接する２つの測定点の中央に存在し、２つの測定点の間に粒界が存在するか否かを判断するための粒界判定点の総数である。
また、前記方向性電磁鋼板で観測される結晶方位に関し、
圧延面法線方向Ｚを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をαと定義し、
圧延直角方向Ｃを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をβと定義し、
圧延方向Ｌを回転軸とする理想Ｇｏｓｓ方位からのずれ角をγと定義し、
前記２つの測定点で測定する結晶方位のずれ角を（α１ β１ γ１）および（α２ β２ γ２）と表したとき、前記ずれ角α、ずれ角β、およびずれ角γの３次元的な方位差を下記式（６）により得られる角度φ３Ｄとして定義するとき、
上記式（１）、（２）中のＮｔは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（３）中のＮａは、φ３Ｄが１．０°以上２．５°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（２）、（３）中のＮｂは、φ３Ｄが２．５°以上４．０°未満を満足する粒界判定点の数であり、
上記式（４）中のＮｃは、φ３Ｄが４．０°以上である粒界判定点の数である。
φ３Ｄ＝［（α２－α１）２＋（β２－β１）２＋（γ２－γ１）２］１／２ ・・・・・（６） - 少なくとも一つの前記屈曲部に隣接する前記平面部において、以下の（５）式を満足することを特徴とする、請求項１に記載の巻鉄心。
φ３Ｄａｖｅ：２．０°～４．０° ・・・・・・（５）
ここで、φ３Ｄａｖｅは、φ３Ｄ≧１．０°を満足する粒界判定点におけるφ３Ｄの平均値である。
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