JP7103555B1 - 巻鉄心 - Google Patents

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Abstract

側面視において略矩形状の巻鉄心本体を備え、巻鉄心本体は、長手方向に平面部とコーナー部とが交互に連続し、各コーナー部を挟んで隣り合う２つの平面部のなす角が９０°である方向性電磁鋼板が、板厚方向に積み重ねられた部分を含み、側面視において略矩形状の積層構造を有し、各コーナー部は、方向性電磁鋼板１の側面視において、曲線状の形状を有する屈曲部を２つ以上有しており、且つ、一つのコーナー部に存在する各屈曲部それぞれの曲げ角度の合計が９０°であり、各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、少なくとも平面部の一部において、積層される方向性電磁鋼板の動摩擦係数である層間摩擦係数が０．２以上である。

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２０２０－１７８８９１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
方向性電磁鋼板とは、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では、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、主要な磁気特性である高磁束密度、低鉄損に加え、振動・騒音の原因となる磁歪が小さいことが求められている。結晶方位はこれら特性との強い相関が知られており、例えば、特許文献１～３のような精緻な方位制御技術が開示されている。
さらに、方向性電磁鋼板における鋼板表面の動摩擦係数の制御による特性改善技術としては、加工時に生ずる歪などへの影響を考慮した特許文献４が開示されている。また、鉄心として積層された鋼板間の鋼板表面の動摩擦係数の制御による騒音改善技術としては特許文献５、６などが開示されている。
また、巻鉄心の製造は従来、例えば特許文献７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８～１０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、加工時に生ずる歪も曲げ部（角部）のみに集中する。そのため、上記焼鈍工程による歪取り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。
日本国特開２００１－１９２７８５号公報 日本国特開２００５－２４００７９号公報 日本国特開２０１２－０５２２２９号公報 日本国特開平１１－１２４６８５号公報 国際公開第２０１８／１２３３３９号 日本国特開２０１１－９０４５６号公報 日本国特開２００５－２８６１６９号公報 日本国特許第６２２４４６８号公報 日本国特開２０１８－１４８０３６号公報 豪国特許出願公開第２０１２３３７２６０号明細書
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、鉄心形状と使用する鋼板の組み合わせに起因する騒音の発生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。
本願発明者らは、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騒音特性を詳細に検討した。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歪の大きさもほぼ同等である鋼板を素材とした場合であっても、鉄心の騒音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、問題となる騒音の差は素材の表面状態の影響を受けており、さらに鉄心の寸法形状によっても現象の程度に違いが生じることを知見した。
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騒音への影響を分類した結果、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、鉄心の騒音が抑制できるとの結果を得た。
前記目的を達成するために、本発明は、以下の態様を採用した。
すなわち、本発明の一態様は、側面視において略矩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コーナー部とが交互に連続し、当該各コーナー部を挟んで隣り合う２つの平面部のなす角が９０°である方向性電磁鋼板が、板厚方向に積み重ねられた部分を含み、側面視において略矩形状の積層構造を有し、
前記各コーナー部は、前記方向性電磁鋼板の側面視において、曲線状の形状を有する屈曲部を２つ以上有しており、且つ、一つのコーナー部に存在する各屈曲部それぞれの曲げ角度の合計が９０°であり、前記各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、且つ少なくとも前記平面部の一部において、積層される前記方向性電磁鋼板の動摩擦係数である層間摩擦係数について、異なる複数の積層厚さ位置で得られる測定値の半数以上が０．２０～０．７０であり、かつその平均値が０．２０～０．７０である。
また、前記態様において、前記方向性電磁鋼板の磁歪λppの標準偏差が０．０１×１０-6～０．１０×１０-6であることが好ましい。
但し、前記標準偏差は、積層された前記方向性電磁鋼板から任意に複数枚を抜き出し、各方向性電磁鋼板の前記平面部で測定された磁歪のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ値により決定する。
また、前記態様において、前記平面部において、前記方向性電磁鋼板が積層されて対向する総面積のうち、前記層間摩擦係数が０．２０以上で対向する面積の割合が５０％以上であることが好ましい。
また、前記態様において、前記平面部において、前記巻鉄心の内面側からの前記方向性電磁鋼板の積層厚さの５０％以内の領域において、積層される前記方向性電磁鋼板の前記層間摩擦係数が０．２０～０．７０であることが好ましい。
本発明の上記態様によれば、曲げ加工された方向性電磁鋼板を積層してなる巻鉄心において、鉄心形状と使用する鋼板の組み合わせに起因する騒音の発生を効果的に抑制することが可能となる。
本発明に係る巻鉄心の一実施形態を模式的に示す斜視図である。 図１の実施形態に示される巻鉄心の側面図である。 本発明に係る巻鉄心の別の一実施形態を模式的に示す側面図である。 本発明の実施形態に係る巻鉄心を構成する１層の方向性電磁鋼板の一例を模式的に示す側面図である。 本発明の実施形態に係る巻鉄心を構成する１層の方向性電磁鋼板の別の一例を模式的に示す側面図である。 本発明の実施形態に係る巻鉄心を構成する方向性電磁鋼板の屈曲部の一例を模式的に示す側面図である。 実施例および比較例で製造した巻鉄心の寸法を示す模式図である。
以下、本発明に係る巻鉄心の実施形態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。
本発明の実施形態に係る巻鉄心は、側面視において略矩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コーナー部とが交互に連続し、当該各コーナー部を挟んで隣り合う２つの平面部のなす角が９０°である方向性電磁鋼板が、板厚方向に積み重ねられた部分を含み、側面視において略矩形状の積層構造を有し、前記各コーナー部は、方向性電磁鋼板の側面視において、曲線状の形状を有する屈曲部を２つ以上有しており、且つ、一つのコーナー部に存在する各屈曲部それぞれの曲げ角度の合計が９０°であり、前記各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、且つ少なくとも前記平面部の一部において、積層される鋼板の少なくとも一部の鋼板の動摩擦係数である層間摩擦係数について、異なる複数の積層厚さ位置で得られる測定値の半数以上が０．２０～０．７０であり、かつその平均値が０．２０～０．７０である。
１．巻鉄心及び方向性電磁鋼板の形状
まず、本発明の実施形態に係る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８～１０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、本明細書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）に視ることをいい、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。
本発明の実施形態に係る巻鉄心は、側面視において略矩形状の巻鉄心本体を備える。当該巻鉄心本体は、方向性電磁鋼板が、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を有する。当該巻鉄心本体を、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。
本明細書において、巻鉄心本体の鉄心長に特に制限はないが、鉄心において鉄心長が変化しても、屈曲部体積は一定であるため屈曲部で発生する鉄損は一定であり、鉄心長が長いほうが屈曲部の体積率は小さくなるため、鉄損劣化への影響も小さいことから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、本発明において、巻鉄心本体の鉄心長とは、側面視による巻鉄心本体の積層方向の中心点における周長をいう。
また、本明細書において、巻鉄心本体の鋼板積層厚さに特に制限はないが、後述するように本発明の効果は、鋼板積層厚さに依存する鉄心中の励磁磁束の鉄心中心領域への偏在を原因として発生していると考えられることから、偏在が起きやすい鋼板積層厚さが厚い鉄心において発明メリットを享受しやすい。このことから、鋼板積層厚さは、４０ｍｍ以上であることが好ましく、５０ｍｍ以上であるとより好ましい。なお、本発明において、巻鉄心本体の鋼板積層厚さとは、側面視による巻鉄心本体の平面部における積層方向の最大の厚さをいう。
本発明の実施形態に係る巻鉄心は、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が、特に騒音が問題となる送電変圧器用の鉄心において顕著なメリットを有する。
図１及び図２に示すように、巻鉄心本体１０は、長手方向に第１の平面部４とコーナー部３とが交互に連続し、当該各コーナー部３を挟んで隣り合う２つの第１の平面部４のなす角が９０°である方向性電磁鋼板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。なお、本明細書において、「第１の平面部」および「第２の平面部」をそれぞれ単に「平面部」と記載する場合もある。
方向性電磁鋼板１の各コーナー部３は、側面視において、曲線状の形状を有する屈曲部５を２つ以上有しており、且つ、一つのコーナー部３に存在する屈曲部それぞれの曲げ角度の合計が９０°となっている。コーナー部３は、隣り合う屈曲部５、５の間に第２の平面部４ａを有している。したがって、コーナー部３は２以上の屈曲部５と１以上の第２の平面部４ａとを備えた構成となっている。
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。
これらの例に示されるように、本発明では、１つのコーナー部は２つ以上の屈曲部により構成できるが、加工時の変形による歪みの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）はそれぞれ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。
１つのコーナー部に２つの屈曲部を有する図２の実施形態では、鉄損低減の点から、例えば、φ１＝６０°且つφ２＝３０°とすることや、φ１＝４５°且つφ２＝４５°等とすることができる。また、１つのコーナー部に３つの屈曲部を有する図３の実施形態では、鉄損低減の点から、例えばφ１＝３０°、φ２＝３０°且つφ３＝３０°等とすることができる。更に、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ため、１つのコーナー部に２つの屈曲部を有する場合には、φ１＝４５°且つφ２＝４５°とすることが好ましく、また、１つのコーナー部に３つの屈曲部を有する図３の実施形態では、鉄損低減の点から、例えばφ１＝３０°、φ２＝３０°且つφ３＝３０°とすることが好ましい。
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、方向性電磁鋼板屈曲部において、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、方向性電磁鋼板の外面において、屈曲部を挟む両側の平面部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と屈曲部の境界であり、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と屈曲部の境界である。
そして本明細書において屈曲部とは、方向性電磁鋼板の側面視において、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、すなわち屈曲部の外側表面をＬｂとして示している。また、点Ａと点Ｂを直線で結んだ際に鋼板屈曲部の内側の円弧ＤＥ上の交点をＣとする。
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。
本発明の実施形態に係る巻鉄心では、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、本発明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、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。
本明細書では、屈曲部の内面側曲率半径ｒを、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲として、下記に説明する層間摩擦係数が制御された特定の方向性電磁鋼板と合わせることによって、巻鉄心の騒音を抑制することが可能となった。屈曲部の内面側曲率半径ｒは、好ましくは３ｍｍ以下の場合に、本明細書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明細書が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。本発明の実施形態に係る内面側曲率半径ｒを満足する屈曲部と満足しない屈曲部が存在する場合は、少なくとも半数以上の屈曲部が本発明が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は巻鉄心本体における１層分の方向性電磁鋼板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発明に用いられる方向性電磁鋼板は、折り曲げ加工されたものであって、２つ以上の屈曲部５から構成されるコーナー部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矩形の環を形成する。
本明細書においては、巻鉄心本体が、全体として側面視が略矩形状の積層構造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が巻鉄心本体の１層分を構成す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が巻鉄心本体の１層分を構成するものであってもよい。
本明細書において用いられる方向性電磁鋼板の板厚は、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、巻鉄心本体を構成する方向性電磁鋼板の構成について説明する。本明細書においては、隣接して積層される方向性電磁鋼板の間の層間摩擦係数、積層される方向性電磁鋼板の磁歪λpp、層間摩擦係数を制御した方向性電磁鋼板の巻鉄心内での配置部位、層間摩擦係数を制御した方向性電磁鋼板の巻鉄心内での使用割合を特徴とする。
（１）隣接して積層される方向性電磁鋼板の層間摩擦係数
本発明の実施形態に係る巻鉄心を構成する方向性電磁鋼板は、少なくとも平面部の一部において、積層される鋼板の層間摩擦係数が０．２０以上となっている。平面部の層間摩擦係数が０．２０未満では本実施形態での鉄心形状を有する鉄心における騒音低減効果が発現しない。
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、本規定の必要性は以下のように考えられる。
本明細書が対象とする鉄心は、非常に狭い領域に限定された屈曲部と、屈曲部に比べると非常に広い領域である平面部が交互に配置された構造を有している。一般的に閉磁路を形成する鉄心を励磁すると、鉄心内の磁束は磁路が短くなるように閉磁路の内周側に偏在することが知られているが、本発明が対象とする上記のような構造の巻鉄心を励磁すると、鉄心内の磁束の偏在も変化することが考えられる。このため、平面部では、内周側の磁束密度と外周側の磁束密度に大きな差異を生じるようになり、内周側と外周側での磁歪の大きさも異なるものとなる。つまり内周側から外周側に積層されている鋼板において、隣接して対向する鋼板同士が物理的にずれて摩擦を生じることとなる。このような摩擦は平面部が比較的小さく、全周にわたって隣接する鋼板が緩やかな曲率により形状として拘束されている従来の巻鉄心では特に目立つ作用を及ぼさなかったと考えられる。
一方で、本明細書が対象とするような比較的広い平面部を有する鉄心では平面部では形状としての拘束がほとんど作用しないため、磁歪の差（磁束密度の差）による隣接鋼板（積層方向に隣接する方向性電磁鋼板）との摩擦による生じる作用が大きく表れると考えられる。その作用の一つが騒音であり、本実施形態の巻鉄心においては、騒音への摩擦の寄与が大きく作用する。本明細書では層間摩擦係数を大きくすることで騒音が低減されるが、この作用は単純に鋼板（方向性電磁鋼板）の磁歪の差で生じる寸法の変化を摩擦で抑制するというものとは考えられない。というのは、磁歪の差で生じる寸法変化を抑制するには非常に大きな摩擦抵抗が必要であり、また寸法変化を強制的に抑制してしまうと磁区構造の変化にも障害となるため、鉄心の磁気効率を低下させることにもなり兼ねない。実際に本明細書においては寸法変化を過度に抑制しない適切な範囲で層間摩擦係数を大きくしても鉄心の磁気効率は低下せず、むしろ向上する傾向さえ見られる。これらを考慮すると、本発明効果は層間摩擦係数を増大することで磁歪による方向性電磁鋼板の運動エネルギーを摩擦による熱エネルギーとして消費することで振動のエネルギー、すなわち騒音を低減するものと考えられる。鉄心の効率が向上する傾向も消費された熱エネルギーにより鋼板の温度が上昇し電気抵抗が増大することで渦鉄損による損失が小さくなる効果が現れているものと解釈ができる。このように本明細書の作用機序は従来とはかなり異なったものになっている可能性がある。
注意を要するのは、本明細書は鉄心を規定するものであることから、方向性電磁鋼板の層間摩擦係数は、鉄心を形成するための素材で測定するのではなく、鉄心を分解して得られる方向性電磁鋼板で測定されることである。本明細書における方向性電磁鋼板の層間摩擦係数は、積層された鋼板から任意に積層順のままの３枚を１組として１０組（積層された鋼板が３０枚未満の場合はすべての鋼板）を抜き出し、各鋼板の平面部で測定される層間摩擦係数により層間摩擦係数を決定する。サンプルをランダムに抽出することで、発明効果の発現に好ましい代表的な状態を測定できる。
層間摩擦係数は、３枚重ねた鋼板の接触面に積層方向の荷重をかけながら中央の鋼板を引き抜き、その際の積層方向の荷重と引き抜き荷重の関係から求める。本明細書では積層方向の荷重を１．９６Ｎ、引き抜き速度を１００ｍｍ／ｍｉｎとし、接触面間の相対的なずれが開始する際の引き抜き力の変化（これは一般的には静摩擦力のピークとして現れる）を無視し、相対的なずれを開始した後の最初の６０ｍｍまでの平均値を引き抜き荷重とする。つまり、本明細書における層間摩擦係数は、動摩擦係数である。
本明細書における層間摩擦係数は、引き抜き荷重の単位を［Ｎ］として
（層間摩擦係数）＝（引き抜き荷重）／１．９６／２
により求められる。ここでの「／２」は引き抜かれる鋼板に作用する両表面からの動摩擦力を考慮したものであるが、各表面についての摩擦係数が異なっているとしてもそのことは考慮せず、上記式により中央の鋼板に作用する両表面からの平均的な層間摩擦係数として評価する。
言うまでもないが、上記測定における積層の順は鉄心から抜き出した通りの順で重ねられ、引き抜き方向は鉄心における磁化方向、すなわち平面部を挟む一方の屈曲部から他方の屈曲部への方向であり、鉄心素材として一般的な方向性電磁鋼板が用いられた通常の鉄心であれば素材である方向性電磁鋼板の圧延方向となる。
試験片のサイズは上記条件での引き抜きが実施できれば特に限定はしないが、接触面の面圧が過度に高くなると測定値がばらつく原因にもなるため、接触面の面積は、元の材料である鉄心から抜き出した鋼板のサイズと上記測定で使用する試験機のサイズを考慮し十分な大きさとすべきである。一般的な引張試験を用いる場合の適用可能なサンプルは幅が２０～１５０ｍｍ程度、長さが５０～４００ｍｍ程度である。また、測定中の接触面での積層方向の荷重分布を安定させるため、中央の引き抜きサンプルを挟み込む鋼板の大きさを中央の引き抜きサンプルよりも十分に小さくし、試験中の接触面の面積が中央の引き抜きサンプルを挟み込む鋼板の大きさで一定となるように３枚の鋼板を配置することは試験値を安定させるために好ましい。例えば３枚の鋼板の幅を同一とし、３枚の鋼板の長さが３００ｍｍである場合、挟み込む側の鋼板２枚の長さを１００ｍｍとなるように切断しこの２枚の鋼板で中央の鋼板を挟み込めば、接触面積を幅×１００ｍｍと厳密に一定としたまま、中央の板の引き抜きのためのつかみ部の長さを無視すれば２００ｍｍに亘って安定した引き抜き荷重の測定が可能となる。ただし、サンプルを切り出す鉄心の大きさや装置上の制約などにより、相対的なずれを開始した後の最初の６０ｍｍまでの安定した引き抜きが困難な場合が考えられる。この場合は、引き抜き荷重の平均値を６０ｍｍより短い距離での測定データで得ることは容認される。ただしこの場合でも、平均する引き抜き距離は１０ｍｍ以上であることが好ましい。なお、本明細書が採用する上記の試験条件は、ＪＩＳ Ｋ７１２５：１９９９に準じたものであり、より精緻な測定のため必要な条件等があればＪＩＳ Ｋ７１２５：１９９９に従い実行できる。
層間摩擦係数（積層される方向性電磁鋼板の層間摩擦係数）は好ましくは０．２５以上、さらに好ましくは０．３０以上である。上限は、鋼板のずれが起きる範囲に制御する必要があることから０．７０以下とする。好ましくは０．６０以下である。
本発明の実施形態に係る層間摩擦係数は上述の通り１０組の測定値の平均値として求めるが、平均値が上記範囲内であっても、個々の測定値が上記範囲外の値では発明効果を得ることができない状況が考えられる。例えば、５組の測定値が０．１０であり、５組の測定値が０．９０であり、計１０組の平均値が０．５０となるような場合である。一般的には工業的に製造された同一規格の鋼板を積層しているのであれば表面の状態がそれほど大きく変化することはなく層間摩擦係数の変動（ばらつき）もせいぜい０．２０程度の範囲内に抑えられるため、このような状況を考慮する必要はないが、意図的に表面状態が大きく異なる複数種の鋼板を積層するような場合は、上記のような状況が発生しうる。これを考慮し、本明細書では測定した層間摩擦係数データの半数以上が平均値として適している数値範囲内にあるものとする。１０組の測定値で層間摩擦係数を求める場合、５組以上の測定値が０．２０～０．７０の範囲内にあることを必要とする。
（２）層間摩擦係数を制御した積層部材（方向性電磁鋼板）の配置
本発明の効果は上で説明したように鉄心内の磁束の偏在に起因した、平面部で対向して積層された方向性電磁鋼板の磁歪による寸法変化の違いによって発生する。原理的にはすべての平面部において積層された方向性電磁鋼板が、本明細書が規定する摩擦状態になっている必要はなく、一部でも本明細書が想定している現象が発現すれば騒音の低減は期待できる。とは言え、その割合が非常に小さい場合は、騒音の低減量も小さくなり、実用的に意味をなさない程度にとどまってしまうことが考えられる。本明細書ではこのような状況も考慮して、隣接して積層された方向性電磁鋼板の層間摩擦係数を上記のように鉄心からランダムに抜きだした１０組の平均値で規定している。すなわち本明細書は、鉄心内で非常に層間摩擦係数が低く本発明が想定する現象がほとんど発現していない部位と、層間摩擦係数が十分に高く本発明が想定する現象が顕著に発現している部位が混在することを許容する。
このような層間摩擦係数の偏在を意図的に設定する場合、層間摩擦係数が相対的に高い方向性電磁鋼板どうしの対向構造を平面部のどの領域に配置するかについても好ましい形態を想定できる。例えば、上で説明したように、本発明効果の原因でもある磁束の偏在による磁束密度の変化率は鉄心の内面部ほど大きくなる。すなわち、層間摩擦係数が相対的に高い方向性電磁鋼板どうしの対向面は、鉄心内周部に配置する方が、外面部に配置するよりも騒音低減に有効となり、発明効果を効率的に享受することが可能となる。
また、本実施形態では、平面部において、鋼板が積層されて対向する総面積のうち、層間摩擦係数が０．２０～０．７０で対向する面積の割合が５０％以上であるのが好ましい。この割合が５０％以上であれば、どのような形状の巻鉄心であっても十分な騒音低減効果を得ることができる。好ましくは７０％以上で、もちろん平面部のすべての対向面の層間摩擦係数が本発明規定を満足する状態が最高であることは言うまでもない。
さらに本明細書が規定する摩擦条件を満足する対向構造を平面部のどの領域に配置するかについても好ましい形態を規定する。上で説明したように、本発明効果の原因でもある磁束の偏在による磁束密度の変化率は鉄心の内面部ほど大きくなる。すなわち、摩擦条件を満足する対向面は、鉄心内周部に配置する方が、外面部に配置するよりも騒音低減に有効となる。この配置を本実施形態では、平面部において、巻鉄心の内面側からの鋼板積層厚さの５０％以内の領域において、積層される鋼板の層間摩擦係数が０．２０～０．７０と規定する。内面側に重点的に配置することで発明効果を効率的に享受することが可能となる。好ましくは７０％以上で、もちろん平面部の鋼板積層厚さのすべての対向面の層間摩擦係数が本実施形態の規定を満足する状態が最高であることは言うまでもない。
（３）方向性電磁鋼板
本明細書において用いられる方向性電磁鋼板は層間摩擦係数および磁歪λppの標準偏差を特定範囲で限定されたものではあるが、母鋼板や基本的な被膜構造等については公知の方向性電磁鋼板であれば良い。上述のように、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。
本明細書において母鋼板は、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。
（３－１）母鋼板の化学組成
母鋼板の化学組成は、質量％で、Ｓｉ：２．０～７．０％を含有し、残部がＦｅ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く、Ｆｅに置き換えて、公知の元素を公知の範囲で含有することが許容される。代表的な元素の代表的な含有範囲を以下に示す。
Ｃ：０～０．０７０％、
Ｍｎ：０～１．０％、
Ｓ：０～０．０２５０％、
Ｓｅ：０～０．０１５０％、
Ａｌ：０～０．０６５０％、
Ｎ：０～０．００８０％、
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、本発明の効果は損なわれない。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。
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、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、母鋼板の成分である。測定試料となる方向性電磁鋼板が、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。
（３－２）方向性電磁鋼板の磁歪
本発明の実施形態に係る鉄心に適用する方向性電磁鋼板は前述のように層間摩擦係数（積層される方向性電磁鋼板の層間摩擦係数）に特徴を有するが、発明効果の発現に関してもう一つ重要な特性について説明する。本発明効果は前述のように隣接して積層された方向性電磁鋼板の磁歪の大きさの差異を要因として生じるものである。前述の説明では、磁歪の大きさの差異を生じる原因の一つを磁束密度の不均一として説明したが、製造される鋼板の磁歪特性のばらつきも原因となり、これを利用することも可能である。本明細書ではこれを積層された方向性電磁鋼板の磁歪λppの標準偏差により規定し、磁歪の標準偏差を０．０１×１０-6～０．１０×１０-6とすることを特徴とする。
磁歪λppの標準偏差がゼロの場合、隣接して積層された鋼板のずれは磁束密度の不均一だけで生じるものとなるが、標準偏差が有意の値であれば、磁束密度の不均一に加え、磁歪そのものの大きさの違いにより隣接して積層された鋼板のずれが生じて騒音低減に作用する。有意の差を生じる下限として０．０１×１０-6以上とすることが好ましい。さらに好ましくは０．０３×１０-6以上である。
一方で磁歪λppの標準偏差を大きくしようとする場合、磁歪λppの下限がゼロであるため、磁歪λppが大きい方の鋼板の磁歪λppを大きくせざるを得ない。このようにして積層された鋼板の磁歪λppが大きくなることは騒音の増大につながる。これを避けるには、上限を０．１０×１０-6以下とすることが好ましい。さらに好ましくは０．０８×１０-6以下である。
注意を要するのは、磁束密度の不均一に応じて磁歪特性に差を有する鋼板を配置すると発明効果が現れにくくなる場合があることである。例えば磁束密度が高くなる内面側に磁歪λppが小さい鋼板を配置し、磁束密度が低くなる外面側に磁歪λppが高い鋼板を配置すれば、磁歪λppの標準偏差が本発明範囲内であるにも関わらず磁歪λppの標準偏差がゼロの場合よりも発明効果が小さくなる場合が考えられる。ただし、このように磁束密度の変動に応じて磁歪λppの変動を有する鋼板を配置するのは多大な手間を要するため現実的ではない。本明細書における磁歪λppの標準偏差は、積層された鋼板から任意に複数枚を抜き出し、各鋼板の平面部で測定された磁歪λppの特性値により標準偏差を決定する。複数枚とは、例えば２０枚（積層された鋼板が２０枚未満の場合はすべての鋼板）を抜き出す。このようにサンプルをランダムに抽出することで上記のような恣意的な配置を除外し、発明効果の発現に好ましい代表的な条件を規定できる。
（４）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、特に限定されず、従来公知の方向性電磁鋼板の製造方法を適宜選択することができる。製造方法の好ましい具体例としては、例えば、Ｃを０～０．０７０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、必要に応じて熱延板焼鈍を行い、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とし、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し、焼鈍分離剤を塗布した上で、１０００℃程度で仕上焼鈍し、９００℃程度で絶縁被膜を形成する方法が挙げられる。さらにその後、層間摩擦係数を調整するための塗装などを実施しても良い。
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発明効果を享受できる。
本明細書で使用される方向性電磁鋼板の特徴である層間摩擦係数は、被膜の種類と表面粗さ等の表面状態によって調整する。その方法は特に限定されるものでなく、公知の方法を適宜用いればよい。例えば、熱延鋼板及び冷延鋼板のロール粗度を適宜制御することや、母鋼板の表面を研削すること、さらには酸洗などの化学的なエッチングによって、母鋼板の粗度を制御することができる。また例えば、被膜の焼付温度を上げたり、時間を延長することで、ガラス質の被膜の表面平滑化を促進し、粗度を低下させ、鋼板同士の接触面積を増やして静摩擦係数を上げる方法があげられる。これにより、層間摩擦係数は上昇し、すべりを悪くすることができる。
現実的には、実際に試作製造した鋼板の表面状況を観察しながら、最終的に目的とする層間摩擦係数に制御することを要する場合もあるが、日常的に圧延や表面処理を実施しながら製品の表面状態を調整している当業者であれば困難なものではない。
また、層間摩擦係数を制御するための処理を施すタイミングも特に限定されない。上記の圧延、化学的エッチング、被膜焼付であれば、一般的な方向性電磁鋼板の製造工程の中で適宜実施することが考えられる。これに限らず、例えば鋼板をスリットし、鉄心として積層する折り曲げた鋼板部材を作成する作業で、折り曲げの直前または直後のタイミングおいて、何らかの潤滑物質をスプレー噴射やロールコーターなどで塗布するような方法も考えられる。また、折り曲げ直前に圧延ロールを配置して、軽い圧延で表面粗度を変化させて層間摩擦係数を制御するような方法も可能である。
３．巻鉄心の製造方法
本発明の実施形態に係る巻鉄心の製造方法は、前記本発明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８～１０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良い。特にＡＥＭ ＵＣＯＲＥ社のＵＮＩＣＯＲＥ（登録商標：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。
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良い。また得られた巻鉄心本体は、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。
本発明の実施形態は、上記に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本明細書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明細書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、本明細書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、本明細書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、本明細書は、この条件例に限定されるものではない。また本明細書は、本明細書の要旨を逸脱せず、本明細書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）を有する最終製品とした。
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。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。
Figure 0007103555000001
Figure 0007103555000002
製造工程は一般的な公知の方向性電磁鋼板の製造条件に準じたものである。
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脱窒を行うために窒化処理（窒化焼鈍）を施した。また、磁区制御は、レーザ照射により鋼板表面に周期的な線状溝を形成した。
さらに、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、仕上焼鈍を施した。仕上焼鈍を施した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。
層間摩擦係数については、焼鈍分離剤に添加される酸化物の粒子径を変化させたり、絶縁被膜形成時の焼付温度および時間を変化させるなど公知の手法により、最終的な最表面となるガラス質の絶縁被膜の表面平滑の程度（粗度）を制御することで層間摩擦係数を調整した。
さらに一部の材料について、粘度が異なるエポキシ系樹脂を２ｇ／ｍ２で塗布し、２００℃で焼き付けることで層間摩擦係数が異なる表面被膜を形成した。
また、磁歪λppの変動の制御は、鉄心を構成するために使用する方向性電磁鋼板の切板の方向性電磁鋼板コイルからの採取位置を調整することで実施した。工業的に製造される方向性電磁鋼板コイルは、二次再結晶時点でのコイルセット（コイル内での曲率：内周部ほど曲率が大きい）による結晶方位、特に「潜り角」とも称される鋼板の圧延直角方向を軸とした回転角βの変動や、絶縁被膜形成熱処理過程での張力変動やコイル取り扱いに起因する歪の残存などにより、コイル内での磁歪λppの変動が存在する。この変動はコイル中の近接領域内では小さいが、トップ部～ボトム部のようなコイル全長を考えると大きくなる。本実施例では、近接領域内で採取した切板のみを使用することで磁歪λppの変動が小さな鉄心を製造するとともに、トップ部～ボトム部からまんべんなく採取した切板を使用することで磁歪λppの変動が大きな鉄心を製造した。
鉄心の素材とした方向性電磁鋼板および鉄心から採取した方向性電磁鋼板について、以下の手法により各種特性を測定した。方向性電磁鋼板の特性を、層間摩擦係数を制御した系列については表３に、磁歪λppの変動を制御した系列については表４に示す。なお、表３および表４、表６および表７において「層間摩擦係数」を「摩擦係数」と略して記載している。
Figure 0007103555000003
Figure 0007103555000004
（鉄心）
各鋼板を素材として、表５および図７に示す形状を有する巻鉄心ａ～ｅ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）である。なお、平面部は屈曲部以外の直線の部分をいう。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）である。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）である。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る。Ｌ５は巻鉄心の最内部の互いに隣り合って、かつ、合わせて直角を為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、φは巻鉄心の屈曲部の曲げ角度である。略矩形状の鉄心ａ～ｅは、内面側平面部間距離が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Ｕ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．ｅ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、鋼板をせん断した後、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形状保持を行う方法により製造された鉄心である。このため、屈曲部の曲率半径は鋼板の積層位置により大きく変動する。表５のｒは最内面でのｒである。rは外側に従って増加し、最外周部では約７０ｍｍとなっている。
Figure 0007103555000005
（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。各特性は、製造されたコイルから巻き出された帯状の電磁鋼板の長手５カ所（全長の１／１０、３／１０、５／１０、７／１０、９／１０の位置）、それぞれの位置において幅４カ所（幅の１／５、２／５、３／５、４／５の位置）の計２０点について測定し、その平均値を鋼板の特性とした。また、磁歪λppについては２０点の測定値より標準偏差を求めた。
なお、測定される電磁鋼板は、その幅が前記単板磁気特性試験法（ＳＳＴ）で使用される単板（電磁鋼板）の幅と同等か広いものを使用する。
（２）方向性電磁鋼板（素材）の層間摩擦係数
方向性電磁鋼板の層間摩擦係数は、基本的には前述の鉄心に積層されている方向性電磁鋼板の層間摩擦係数と同様に求めた。ただしサンプルの採取については以下のように実施した。まず上記２０カ所（２０点）から幅方向長さ５０ｍｍ、圧延方向長さ３５０ｍｍで２０枚の鋼板を切り出し、その中から任意に１８枚を選択し、さらにこれを３枚ずつ６組に分けた。各組について１枚を引き抜き用サンプルとし、残り２枚は圧延方向サイズを１００ｍｍに調整して挟み込み用サンプルとした。引き抜き用サンプルの圧延方向の端部５０ｍｍをつかみ部とし、つかみ部に隣接する部分を挟み込み用サンプルで挟み、挟み込み用サンプルに均一に１．９６Ｎの荷重を負荷した。この状態で引き抜き用サンプルの引き抜くことで、約２００ｍｍに亘る引き抜き荷重の変化を測定した。そして接触面間の相対的なずれが開始する際の引き抜き力の変化を無視し、相対的なずれを開始した後の３０～９０ｍｍまでの６０ｍｍの引き抜き距離における引き抜き荷重の平均値を１組の試験における引き抜き荷重として各組について層間摩擦係数を得た。さらに６組についての層間摩擦係数の平均値を方向性電磁鋼板の層間摩擦係数とした。
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）、さらに交流周波数：５０Ｈz、励磁磁束密度：１．７Ｔでの磁歪の測定値のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ値を測定した。
（３）鉄心の騒音特性
各鉄心について騒音測定時のマイクの数およびマイクの配置、マイクと鉄心との距離等を規定したＩＥＣ６００７６－１０の方法に基づいて騒音を測定した。
（４）鉄心において積層されている方向性電磁鋼板の層間摩擦係数
鉄心において積層されている方向性電磁鋼板の層間摩擦係数は、以下のように求めた。鉄心を分解し、積層された鋼板から任意に積層順のままの３枚を１組として１０組を選択し、上記内面側平面部間距離がＬ１である平面部より、幅方向中央部から幅８０ｍｍ、圧延方向長さ９０ｍｍ、計６０枚の鋼板を切り出す。さらに各組について積層中央の１枚を引き抜き用サンプルとし、残り２枚は圧延方向長さを１０ｍｍに調整して挟み込み用サンプルとした。引き抜き用サンプルの圧延方向の端部２０ｍｍをつかみ部とし、つかみ部に隣接する部分を挟み込み用サンプルで挟み、挟み込み用サンプルに均一に１．９６Ｎの荷重を負荷した。この状態で引き抜き用サンプルの引き抜くことで、約６０ｍｍに亘る引き抜き荷重の変化を測定した。そして接触面間の相対的なずれが開始する際の引き抜き力の変化を無視し、相対的なずれを開始した後の１０～５０ｍまでの４０ｍｍの引き抜き距離における引き抜き荷重の平均値を１組の試験における引き抜き荷重として各組について層間摩擦係数を得た。さらに１０組についての層間摩擦係数の平均値を鉄心において積層されている方向性電磁鋼板の層間摩擦係数とした。また、各鉄心において１０個の測定値のうち０．２０～０．７０の範囲内であった測定値の個数を得る。
（５）鉄心において積層されている方向性電磁鋼板の磁歪λppおよびその標準偏差
鉄心において積層されている方向性電磁鋼板の磁歪λppの標準偏差は、以下のように求めた。鉄心を分解し、積層された鋼板から任意に２０枚の鋼板を選択し、その平面部を切り出しサンプルとする。このサンプルで、交流周波数：５０Ｈz、励磁磁束密度：１．７Ｔでの磁歪のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ値を測定した。２０枚の平均値を鉄心において積層されている方向性電磁鋼板の磁歪λppとするとともに、その標準偏差を求めた。
（実施例１）
層間摩擦係数が異なる各種鋼板を用いて製造した各種鉄心における騒音を評価した。また各鉄心を分解して積層されている方向性電磁鋼板の層間摩擦係数を求めた。結果を表６に示す。同じ鋼種でほぼ同じ磁歪λppである素材を用いた場合であっても、層間摩擦係数を適切に制御することにより鉄心の低騒音化が達成できることがわかる。
また、表６には、鉄心形状が本発明範囲内にある場合に騒音に大きな差がみられた層間摩擦係数が大きく異なる鋼板を素材として、屈曲部の曲率半径が大きな鉄心（コアＮｏ．ｅ）を製造した例（試験Ｎｏ．１－２５～１－２８）を示している。コアＮｏ．ｅ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により製造された鉄心である。本事例では、７００℃で２時間の歪取り焼鈍を実施している。表では鉄心を分解して得られた鋼板特性値は「－」としているが、これはコアＮｏ．ｅの鉄心では上記製造過程における歪の付与および熱処理により分解して得られる鋼板の形状が良好でなく妥当な特性値が得られなかったためである。これらの事例では最終的な歪取り焼鈍により騒音自体は小さくなってはいるものの、少なくとも素材鋼板の層間摩擦係数を大きく変化させたとしても、本発明のような効果は期待できないことがわかる。
Figure 0007103555000006
（実施例２）
層間摩擦係数、磁歪λpp、磁歪λppの標準偏差が異なる各種鋼板を用いて製造した各種鉄心における騒音を評価した。また各鉄心を分解して積層されている方向性電磁鋼板の層間摩擦係数、磁歪λpp、磁歪λppの標準偏差を求めた。結果を表７に示す。層間摩擦係数に加え、磁歪λppの標準偏差の適正化により鉄心の低騒音化が達成できることがわかる。
Figure 0007103555000007
以上の結果より、本発明の巻鉄心は、少なくとも平面部の一部において積層される鋼板の少なくとも一部の方向性電磁鋼板の層間摩擦係数について、異なる複数の積層厚さ位置で得られる測定値の半数以上が０．２０～０．７０であり、かつその平均値が０．２０～０．７０であり、また方向性電磁鋼板の磁歪λppの標準偏差が０．０１×１０-6～０．１０×１０-6であるから、鉄心形状と使用する鋼板の組み合わせに起因する騒音の発生を効果的に抑制できることが明らかとなった。
本発明の各態様によれば、曲げ加工された方向性電磁鋼板を積層してなる巻鉄心において、鉄心形状と使用する鋼板の組み合わせに起因する騒音の発生を効果的に抑制することが可能となる。よって、産業上の利用可能性は大である。
１ 方向性電磁鋼板
２ 積層構造
３ コーナー部
４ 第１の平面部（平面部）
５ 屈曲部
６ 接合部
１０ 巻鉄心本体

Claims (3)

  1. 側面視において略矩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コーナー部とが交互に連続し、当該各コーナー部を挟んで隣り合う２つの平面部のなす角が９０°である方向性電磁鋼板が、板厚方向に積み重ねられた部分を含み、側面視において略矩形状の積層構造を有し、
    前記各コーナー部は、前記方向性電磁鋼板の側面視において、曲線状の形状を有する屈曲部を２つ以上有しており、且つ、一つのコーナー部に存在する各屈曲部それぞれの曲げ角度の合計が９０°であり、
    前記各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
    少なくとも前記平面部の一部において、積層される前記方向性電磁鋼板の動摩擦係数である層間摩擦係数について、異なる複数の積層厚さ位置で得られる測定値の半数以上が０．２０～０．７０であり、かつその平均値が０．２０～０．７０であることを特徴とする、巻鉄心。
  2. 積層された前記方向性電磁鋼板から任意に複数枚を抜き出した各方向性電磁鋼板の前記平面部で測定された磁歪のＰｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ値により決定した、前記方向性電磁鋼板の磁歪λppの標準偏差が、０．０１×１０-6～０．１０×１０-6であることを特徴とする、請求項１に記載の巻鉄心。
  3. 前記平面部において、前記巻鉄心の内面側からの前記方向性電磁鋼板の積層厚さの５０％以内の領域において、積層される前記方向性電磁鋼板の前記層間摩擦係数が０．２０～０．７０であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の巻鉄心。
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