JP7107471B1 - 巻鉄心、巻鉄心の製造方法及び巻鉄心製造装置 - Google Patents

Abstract

この巻鉄心（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、個別に折り曲げ加工された方向性電磁鋼板（１）を層状に積み重ね巻回形状に組み付けることで形成された巻鉄心であって、方向性電磁鋼板（１）の屈曲部（５）の表面を成す長手方向と交差する幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｂ）、方向性電磁鋼板（１）の平面部４の表面を成す幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｓ）とするときに、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすことを特徴とする。

Description

本発明は、巻鉄心、巻鉄心の製造方法及び巻鉄心製造装置に関する。本願は、２０２０年１０月２６日に、日本に出願された特願２０２０－１７８５６０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

トランスの鉄心には積鉄心と巻鉄心とがある。そのうち、巻鉄心は、一般に、方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて、ドーナツ状（巻回形状）に巻回し、その後、その巻回体を加圧してほぼ角型に成形することにより製造される（本明細書中では、このようにして製造される巻鉄心をトランココアと称する場合がある）。この成形工程によって方向性電磁鋼板全体に機械的な加工歪（塑性変形歪）が入り、その加工歪が方向性電磁鋼板の鉄損を大きく劣化させる要因となるため、歪取り焼鈍を行なう必要がある。

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１乃至３のような技術が開示されている（本明細書中では、このようにして製造される巻鉄心をユニコア（登録商標）と称する場合がある）。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。

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

ところで、ユニコアの製造では、方向性電磁鋼板を折り曲げ加工した際に角となる部位において、曲げ角度調整を行なう必要がある。しかしながら、これまでの折り曲げ加工では、鉄損低減のために方向性電磁鋼板の表面に形成された皮膜の張力の影響もあり、曲げ角度の調整が容易ではなかった。すなわち、曲げ戻りによって、角度が制御できず、鋼板を重ね合わせた後の鉄心において、弾性応力が発生し、鉄損が劣位になっていた。例えば、特許文献３では、方向性電磁鋼板の粗さ曲線要素の平均長さを制御していないため、弾性応力が発生していた。そのため、特許文献３に記載の方法では、弾性応力の発生を抑制できなかった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、折り曲げ加工後の曲げ戻りを抑えて、鉄損劣化を抑制できる巻鉄心、巻鉄心の製造方法及び巻鉄心製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続す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、個別に折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ね巻回形状に組み付けることで形成された巻鉄心であって、前記方向性電磁鋼板の前記屈曲部の表面を成す前記長手方向と交差する幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｂ）、前記方向性電磁鋼板の前記平面部の表面を成す前記幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｓ）とするときに、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすことを特徴とする。

上記構成に係る本発明の巻鉄心は、個別に折り曲げ加工された各方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けて成るもの（歪取り焼鈍を省くことができる、いわゆるユニコア）であって、折り曲げられるべき鋼板の端面（Ｌ断面）全体に幅方向で圧縮応力をかけつつ曲げ加工することにより、方向性電磁鋼板の屈曲部の表面（の輪郭）を成す長手方向と交差する幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｂ）、方向性電磁鋼板の平面部の表面（の輪郭）を成す幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｓ）とするときに、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすようになる、巻鉄心である。ここで、屈曲部の表面及び平面部の表面とは、巻鉄心の外側に面する表面（屈曲部及び平面部の外側表面）を指す。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ（ａ）およびＲｓｍ（ｂ）は、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に規定される粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍである。

前述したように、ユニコアの製造では、方向性電磁鋼板を折り曲げ加工した際に角となる部位において曲げ角度調整を行なう必要があるが、従来にあっては、鋼板の皮膜張力の影響もあり、折り曲げ加工において、曲げ角度の調整が容易ではなかった。そのため、曲げ戻りによって、角度が制御できず、鋼板を重ね合わせた後の鉄心において、弾性応力が発生し、鉄損が劣位になるという問題がある。そこで、本発明者らは、幅方向で圧縮応力を付与しつつ方向性電磁鋼板を折り曲げ加工すると鋼板曲げ加工後の曲げ戻りが小さくなることに着目し、折り曲げられるべき鋼板の端面（Ｌ断面）全体に幅方向で圧縮応力をかけつつ曲げ加工することにより、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすようにした（あるいは、方向性電磁鋼板の屈曲部の内側及び外側の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを制御した）ところ、鉄心全体の鉄損が改善されるという知見を得た。これは、曲げ戻りの抑制に起因して、鋼板を重ねて組み上げた際に鉄心内に働く弾性応力が小さくなり、鉄損劣化が小さくなったものと考えられる。また、弾性応力が小さくなることにより、騒音特性も改善されようになる。

なお、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に準じて決定する。また、上記構成では、方向性電磁鋼板の屈曲部の曲率半径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、屈曲部の曲率半径とは、屈曲部の側面視における内面側曲率半径を意味する。

また、本発明は、方向性電磁鋼板を個別に折り曲げ加工する折り曲げ加工工程と、折り曲げ加工された方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続す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む巻回形状の巻鉄心を形成する、組み付け工程とを含み、折り曲げ加工工程は、方向性電磁鋼板に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力を幅方向で付与しつつ方向性電磁鋼板を折り曲げ加工する、巻鉄心の製造方法も提供する。

また、本発明は、方向性電磁鋼板を個別に折り曲げ加工する折り曲げ加工部と、折り曲げ加工された方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続す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む巻回形状の巻鉄心を形成する、組み付け部とを備え、折り曲げ加工部は、方向性電磁鋼板に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力を幅方向で付与しつつ方向性電磁鋼板を折り曲げ加工する、巻鉄心の製造装置も提供する。

上記構成の製造方法及び製造装置では、各方向性電磁鋼板を個別に折り曲げ加工するに際し、方向性電磁鋼板に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力を幅方向（鋼板長手方向である圧延方向と交差する方向）で付与しつつ方向性電磁鋼板を折り曲げ加工する。このような条件下で圧縮応力をかけつつ鋼板を折り曲げ加工することにより、結果として、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすようになり、前述した巻鉄心と同様の作用効果が得られるようになる。すなわち、幅方向で印加される圧縮応力の影響により、鋼板の曲げ加工後の曲げ戻りが小さくなり、結果として、鋼板を重ねて組み上げた際に鉄心内に働く弾性応力が小さくなって、鉄心全体の鉄損劣化が小さくなる。また、弾性応力が小さくなることにより、騒音特性も改善される。また、上記構成の製造方法及び製造装置において、折り曲げ加工では、方向性電磁鋼板に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力を幅方向で付与しつつ５ｍｍ／秒以上１００ｍｍ／秒以下の歪速度で方向性電磁鋼板が折り曲げられることが好ましい。また、折り曲げ加工では、方向性電磁鋼板の屈曲部の曲率半径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように方向性電磁鋼板が折り曲げられることが好ましい。

本発明によれば、方向性電磁鋼板に幅方向で圧縮応力を付与しつつ折り曲げ加工を施して、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすようにするため、折り曲げ加工後の曲げ戻りを抑制して鉄損劣化を低減できる。

本発明の一実施の形態に係る巻鉄心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。 本発明の他の実施の形態に係る巻鉄心を模式的に示す側面図である。 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。 巻鉄心を構成する１層の方向性電磁鋼板の他の一例を模式的に示す側面図である。 本発明の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。 屈曲部の表面を成す幅方向における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ（ｂ）及び平面部の表面を成す幅方向における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ（ｓ）の測定手法の一例を示す図である。 折り曲げられるべき鋼板の端面全体に幅方向で圧縮応力を付与しつつ鋼板を折り曲げる折り曲げ加工を実現するための装置の一例を示す概略斜視図である。 平面部に弾性変形を伴う方向性電磁鋼板を含むユニコアの形態を成す巻鉄心の製造装置の構成を概略的に示すブロック図である。 特性評価の際に製造した巻鉄心の寸法を示す模式図である。

以下、本発明の一実施の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」又は「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」又は「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。

本発明の一実施の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、該巻鉄心本体は、長手方向に平面部と屈曲部と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する。前記屈曲部の側面視における内面側曲率半径ｒは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。前記方向性電磁鋼板は、一例として、質量％で、Ｓｉ：２．０～７．０％、を含有し、残部がＦｅ及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する。方向性電磁鋼板としては、例えば、ＪＩＳ Ｃ ２５５３：２０１９に記載の方向性電磁鋼帯を採用することができる。

次に、本発明の一実施の形態に係る巻鉄心及び方向性電磁鋼板の形状について具体的に説明する。ここで説明する巻鉄心及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く、公知の巻鉄心及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、本発明において、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わした図（図１のＹ軸方向の図）である。

本発明の一実施の形態に係る巻鉄心１０は、側面視において略多角形状の巻鉄心本体を備える。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。

本実施の形態において、巻鉄心本体１０の鉄心長に特に制限はない。屈曲部５の数が同じであれば、巻鉄心本体１０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の体積率が小さくなるため、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、本発明において、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。

このような巻鉄心は、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。

本実施の形態に係る鉄心は、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、図示及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５の角度や数、平面部４の長さによって、様々な形状の鉄心が製造可能である。例えば、全ての屈曲部５の角度が４５°で平面部４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５を有し、平面部４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に示されるように、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、側面視において中空部１５を有する略矩形状の積層構造２を有する。屈曲部５を含むコーナー部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、１つのコーナー部３に存在する屈曲５のそれぞれの曲げ角度の合計が例えば９０°となっている。コーナー部３は、隣り合う屈曲部５，５間に、前記平面部４よりも短い平面部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つ以上の平面部４ａとを有する形態となっている。なお、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。

これらの例に示されるように、本実施の形態の巻鉄心は、様々な角度を有する屈曲部により構成できるが、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。１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（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１の屈曲部（曲線部分）５の一例を模式的に示す図である。屈曲部５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と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として表わされる。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と屈曲部５の境界であり、図６においては、点Ｆ及び点Ｇである。

さらに、点Ｆ及び点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及び点Ｄとする。この点Ｅ及び点Ｄが鋼板内面側の表面における平面部４と屈曲部５との境界である。
そして、本発明において屈曲部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との間の鋼板表面、すなわち、屈曲部５の内側表面をＬａ、点Ｆと点Ｇとの間の鋼板表面、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、この図には、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。
本発明の巻鉄心１０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０．３ｍｍ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、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を直線で結んだ際に鋼板屈曲部の内側の円弧ＤＥ上の交点をＣとする。

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１の一例を模式的に示す図である。図４及び図５の例で用いられる方向性電磁鋼板１は、ユニコア形態の巻鉄心を実現するべく、折り曲げ加工されたものであって、２つ以上の屈曲部５と、平面部４とを有し、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（隙間）を介して側面視において略多角形の環を形成する。
本実施の形態においては、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１０の１層分を構成する（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が巻鉄心本体の１層分を構成する（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）ものするものであってもよい。

本実施の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。

また、方向性電磁鋼板１を製造する方法は、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０．０４～０．１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、必要に応じて熱延板焼鈍を行ない、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℃程度で仕上げ焼鈍し、９００℃程度で絶縁皮膜を形成する方法が挙げられる。さらに、その後、動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、一般的に歪や溝等を用いた「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。

また、本実施の形態において、以上のような形態を備える方向性電磁鋼板１から構成される巻鉄心１０は、個別に折り曲げ加工された方向性電磁鋼板１を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより形成され、一巻ごとに少なくとも１箇所の接合部６を介して複数枚の方向性電磁鋼板１が互いに接続される。また、個別に折り曲げ加工するに際し、折り曲げられるべき鋼板の端面（Ｌ断面）全体に幅方向で圧縮応力をかけつつ曲げ加工する。これにより、方向性電磁鋼板の屈曲部５の表面（の輪郭）を成す長手方向（図７の圧延方向Ｌ）と交差する幅方向（図１におけるＹ軸方向）における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｂ）、方向性電磁鋼板１の平面部４（４ａ）の表面（の輪郭）を成す幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｓ）とするときに、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすようになっている。また、この場合、屈曲部５の前述した曲率半径（屈曲部５の側面視における内面側曲率半径）ｒは１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることが好ましい。曲率半径ｒを１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることで、ビルディングファクタ（ＢＦ）をさらに抑制することができる。

ここで、屈曲部５の表面を成す幅方向における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ（ｂ）及び平面部４（４ａ）の表面を成す幅方向における粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍ（ｓ）に関しては、例えば、デジタルマイクロスコープ（キーエンス社製のＶＨＸ－７０００）を用いて屈曲部５及び平面部４（４ａ）でそれぞれ１０視野測定を行なった平均値とする。具体的には、例えば、図７の（ａ）に破線で示されるように巻鉄心を構成する方向性電磁鋼板１の一部を剪断して切り出し、図７の（ｂ）に示されるような１つのコーナー部３及びその両側の平面部４を含む切り出し鋼板１Ａを得る。切り出す際は、屈曲部５を潰さないように平面部４（４ａ）を切断にすることが望ましい。そして、この切り出し鋼板１Ａに関し、前記デジタルマイクロスコープを用いて巻鉄心の外側に面する方向性電磁鋼板１の平面部４（４ａ）の外側表面及び屈曲部５の外側表面（Ｌｂ）を測定する。測定の位置としては、鋼板１Ａの端面から遠い、鋼板幅中心部（図７の（ｂ）の測定位置Ｐ，Ｑ参照）で測定することが望ましい。ここでは、図７の（ｃ）に示されるように、屈曲部５、すなわち、図６の点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、つまり、幅方向Ｃ及び長手方向Ｌに延在する平面を表わす図７の（ｃ）では点Ｆ、点Ｆ’、点Ｇ、点Ｇ’により囲まれる外側表面（Ｌｂ）部位を、上側から前記デジタルマイクロスコープを用いて破線矢印で示されるように幅方向Ｃに沿って走査し、ＲＳｍ（ｂ）を測定する。ここで必要であれば、測定する屈曲部５を事前にマジック等で印をつけておいてもよい。同様に、平面部４（４ａ）に関しても、その外側表面部位を上側から前記デジタルマイクロスコープを用いて破線矢印で示されるように幅方向Ｃに沿って走査し、ＲＳｍ（ｓ）を測定する。この平面部４（４ａ）については、別途同じ鉄心の平面部４（４ａ）から採取してもよいし、鉄心製造の残フープから採取してもよい。いずれにしても塑性変形していない鋼板であればよい。測定視野については、例えば、図７の（ｃ）に示される１視野の広さが５００μｍ×５００μｍとなるように例えば倍率を２００倍に設定する。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍはＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に準拠して測定する。また、デジタルマイクロスコープで粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定する場合、カットオフ値λs＝０μｍ及びカットオフ値λc=０ｍｍとして振動補正を行って測定してもよい。測定倍率は、１００倍以上が好ましく、より好ましくは５００倍～７００倍である。そして、このような測定を例えば１０枚の切り出し鋼板１Ａに関して行ない、それらの平均値をＲＳｍ（ｂ），ＲＳｍ（ｓ）とする。なお、Ｒｓｍ（ｂ）は、好ましくは０．５μｍ～３．５μｍである。Ｒｓｍ（ｂ）は、より好ましくは０．８～３．１μｍである。また、Ｒｓｍ（ｓ）は、好ましくは０．５μｍ～１．０μｍである。Ｒａ（ｓ）は、より好ましくは０．５μｍ～０．７μｍである。

また、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすべく成される曲げ加工、すなわち、折り曲げられるべき鋼板の端面（Ｌ断面）全体に幅方向Ｃで圧縮応力をかけつつ成される曲げ加工は、例えば、図８に示されるような装置５０を備える折り曲げ加工部７１によって行なわれる。図８に示される装置５０は、方向性電磁鋼板１の一方側部位１ａを例えば挟持状態で押さえて固定する鋼板押さえ部５２と、折り曲げられるべき方向性電磁鋼板１の他方側端部１ｂを保持しながら幅方向Ｃで圧縮応力を両側から付与しつつ長手方向Ｌ及び幅方向Ｃと直交する方向Ｚに屈曲させる折り曲げ機構５４とを備える。具体的に、折り曲げ機構５４は、方向性電磁鋼板１の他方側端部１ｂを例えば長手方向Ｌ及び幅方向Ｃと直交する方向Ｚから挟持しつつ保持する保持部６２と、幅方向Ｃで保持部６２の両側に設けられるとともに保持部６２に保持される方向性電磁鋼板１の他方側端部１ｂに対して保持部６２を介して幅方向Ｃで３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力を印加する圧縮応力印加部６３と、保持部６２をＺ方向に押し下げることにより保持部６２に保持される方向性電磁鋼板１の他方側端部１ｂを例えば５ｍｍ／秒以上１００ｍｍ／秒以下の歪速度で折り曲げて屈曲部５を形成する屈曲部形成部５９とを有する。圧縮応力印加部６３は、スプリング５５を使用した荷重計５６によって圧縮応力を制御できるとともに、ハンドル５７により荷重を設定できる。また、屈曲部形成部５９は、サーボモータ５８と、サーボモータ５８により駆動するポンプ６０と、保持部６２の上端に結合する昇降部６１とを有し、ポンプ６０により生起される圧力により昇降部６１が昇降することによって保持部６２をＺ方向で移動させることができる。

図９は、ユニコアの形態を成す巻鉄心の製造装置７０を概略的に示しており、この製造装置７０は、方向性電磁鋼板１を個別に折り曲げ加工する前述した装置５０を含む折り曲げ加工部７１を備え、折り曲げ加工された方向性電磁鋼板１を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、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む巻回形状の巻鉄心を形成する。この場合、折り曲げ加工された方向性電磁鋼板１を層状に積み重ねて巻回形状に組み付ける組み付け部７２を更に備えてもよい。

折り曲げ加工部７１には、方向性電磁鋼板１をロール状に巻き回して形成されたフープ材を保持する鋼板供給部９０から方向性電磁鋼板１が所定の搬送速度で繰り出されることによって供給される。このようにして供給された方向性電磁鋼板１は、折り曲げ加工部７１において、適宜適当なサイズに切断されるとともに、１枚ずつといったように、少数枚毎に個別に折り曲げられる、折り曲げ加工を受ける（折り曲げ加工工程）。この折り曲げ加工では、前述したように、方向性電磁鋼板１に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力が幅方向Ｃで付与されつつ例えば５ｍｍ／秒以上１００ｍｍ／秒以下の歪速度で方向性電磁鋼板１が折り曲げられて屈曲部５が形成される。従来のユニコアの製造方法において、圧縮応力を負荷しながら方向性電磁鋼板１の折り曲げは行われなかった。そのため、従来の製造方法で製造されたユニコアは１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００を満たしていなかった。本開示の製造方法では、方向性電磁鋼板１に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力が付与されることで、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００を満たすことができる。折り曲げ加工工程では、屈曲部の曲率半径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように、方向性電磁鋼板１を折り曲げることが好ましい。こうして得られた方向性電磁鋼板１では、折り曲げ加工で生じる屈曲部５の曲率半径が極めて小さくなるため、折り曲げ加工によって方向性電磁鋼板１に付与される加工歪は極めて小さいものとなる。このように、加工歪の密度が大きくなると想定される一方で、加工歪の影響がある体積を小さくすることができれば、焼鈍工程を省くことができる。また、このようにして切断されて折り曲げられた方向性電磁鋼板１は、例えば組み付け部７２により、層状に積み重ねられて巻回形状に組み付けられることにより、巻鉄心を構成する（組み付け工程）。

次に、以上のような構成を成す本実施の形態に係る巻鉄心１０によって鉄損が抑制されることを実証するデータを以下に示す。
実証データの取得に際し、本発明者らは、各鋼板を素材として、表１および図１０に示す形状を有する鉄心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）である。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５の曲率半径、φは巻鉄心の屈曲部５の曲げ角度である。表１の略矩形状の鉄心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．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、筒状に巻き取った後、筒状積層体のままプレスし、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巻鉄心である。このため、屈曲部５の曲率半径は鋼板の積層位置により大きく変動する。このコアＮｏ．ｅの鉄心に関し、表１中、※は、rが外側に従って増加し、最内周部で、ｒ＝５ｍｍ、最外周部でｒ＝６０ｍｍであることを示す。また、コアＮｏ．ｃの鉄心は、曲率半径ｒがコアＮｏ．ａ，ｂ，ｄ，ｆの鉄心（ユニコア形態の巻鉄心）と比べて大きな（曲率半径ｒが５ｍｍを超える）ユニコア形態の巻鉄心であり、コアＮｏ．ｄの鉄心は、１つのコーナー部３に３つの屈曲部５を有するユニコア形態の巻鉄心である。

表２～表５は、以上のような様々なコア形状に基づき、狙い曲げ角度φ（°）、鋼板板厚（ｍｍ）、幅方向Ｃで印加する圧縮応力（ＭＰａ）をそれぞれ設定した８１例の素材に関して、測定して得られた、前述した屈曲部５におけるＲＳｍ（ｂ）の１０箇所測定（１０視野測定）平均値（μｍ）、前述した平面部４（４ａ）におけるＲＳｍ（ｓ）の１０箇所測定（１０視野測定）平均値（μｍ）、比率ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）、実測曲げ角度φ’（°）を示しており、また、鉄心の鉄損（Ｗ／ｋｇ）及び鋼板の鉄損（Ｗ／ｋｇ）に基づきビルディングファクタ（ＢＦ）を測定して評価したものである。なお、上記の１０箇所測定というのは、屈曲部５であれば、１体の巻鉄心の中から、任意に１０枚の鋼板を抜き取って、それぞれの各屈曲部１箇所を１視野とし、ＲＳｍ（ｂ）および実測曲げ角度φ’を測定することを意味する。粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｂ）およびＲＳｍ（ｓ）は、ともにデジタルマイクロスコープ（キーエンス社製のＶＨＸ－７０００）を用いて測定した粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍである。粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に基づいて測定した。カットオフ値は、λｓ＝０、λｃ＝０として、振動補正を行い測定した。測定倍率は５００～７００倍とした。

ビルディングファクタの測定は、以下の方法で測定した。表１のコアＮｏ．aからＮｏ．ｆの巻鉄心に関し、ＪＩＳ Ｃ ２５５０－１：２０１１に記載の励磁電流法を用いた測定を、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．７Ｔの条件で行ない、巻鉄心の鉄損値（鉄心鉄損）Ｗ_Ａを測定した。また、鉄心に使用した方向性電磁鋼板のフープ（板幅１５２．４ｍｍ）から、幅１００ｍｍ×長さ５００ｍｍの試料を採取し、この試料に対して、ＪＩＳ Ｃ ２５５６：２０１５に記載のＨコイル法を用いた電磁鋼板単板磁気特性試験による測定を、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．７Ｔの条件で行ない、素材鋼板単板の鉄損値（鋼板の鉄損）Ｗ_Ｂを測定した。得られた鉄損値Ｗ_Ａを鉄損値Ｗ_Ｂで除することによりビルディングファクタ（ＢＦ）を求めた。結果を表２～表５に示す。ビルディングファクタが１．０６以下である場合を合格とした。

表２～表５から分かるように、ユニコア形態を成すコアＮｏ．ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆの鉄心に関しては、鋼板板厚０．１５ｍｍ～０．３５ｍｍの範囲内であればその板厚にかかわらず、３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲内の圧縮応力を幅方向Ｃで付与することにより、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たす比率ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）が得られ、それにより、ビルディングファクタ（ＢＦ）が１．０６以下に抑えられた（巻鉄心の鉄損が抑制されている）。また、これらに関しては騒音特性も改善されていた。一方、屈曲部の曲率半径が小さい（５ｍｍ以下）のＮｏ．ａ，ｂ，ｄ，ｆは、屈曲部の曲率半径が６ｍｍのユニコア形態を成すコアＮｏ．ｃの鉄心よりもＢＦが低く抑えらえていた。トランココアの形態を成すコアＮｏ．ｅの鉄心の場合には、３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲内の圧縮応力を幅方向Ｃで付与することにより、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすようにしても、ビルディングファクタ（ＢＦ）を十分に抑制できてなかった。

以上の結果により、本発明の巻鉄心は、折り曲げられるべき鋼板の端面（Ｌ断面）全体に幅方向で圧縮応力をかけつつ曲げ加工することにより、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすようにしているため、折り曲げ加工後の曲げ戻りの抑制に起因して、鋼板を重ねて組み上げた際に鉄心内に働く弾性応力が小さくなり、鉄損劣化が小さくなることが明らかになった。

１ 方向性電磁鋼板
４，４ａ 平面部
５ 屈曲部
１０ 巻鉄心（巻鉄心本体）
５０ 装置
７０ 製造装置
７１ 折り曲げ加工部
７２ 組み付け部

Claims (6)

1. 長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続す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、個別に折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ね巻回形状に組み付けることで形成された巻鉄心であって、
   前記方向性電磁鋼板の前記屈曲部の表面を成す前記長手方向と交差する幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｂ）、前記方向性電磁鋼板の前記平面部の表面を成す前記幅方向における粗さ曲線要素の平均長さをＲＳｍ（ｓ）とするときに、１．００＜ＲＳｍ（ｂ）／ＲＳｍ（ｓ）≦５．００の関係を満たすことを特徴とする巻鉄心。
2. 前記屈曲部の曲率半径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の巻鉄心。
3. 方向性電磁鋼板を個別に折り曲げ加工する折り曲げ加工工程と、
   前記折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続す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む巻回形状の巻鉄心を形成する、組み付け工程と、
   を含み、
   前記折り曲げ加工工程は、前記方向性電磁鋼板に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力を幅方向で付与しつつ前記方向性電磁鋼板を折り曲げ加工することを特徴とする巻鉄心の製造方法。
4. 前記折り曲げ加工工程は、前記方向性電磁鋼板の前記屈曲部の曲率半径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように前記方向性電磁鋼板を折り曲げることを特徴とする請求項３に記載の巻鉄心の製造方法。
5. 方向性電磁鋼板を個別に折り曲げ加工する折り曲げ加工部と、
   前記折り曲げ加工された前記方向性電磁鋼板を層状に積み重ねて巻回形状に組み付けることにより、長手方向に平面部と屈曲部とが交互に連続す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む巻回形状の巻鉄心を形成する、組み付け部と、
   を備え、
   前記折り曲げ加工部は、前記方向性電磁鋼板に対して３ＭＰａ以上１７ＭＰａ以下の範囲の圧縮応力を幅方向で付与しつつ前記方向性電磁鋼板を折り曲げ加工することを特徴とする巻鉄心製造装置。
6. 前記折り曲げ加工部は、前記方向性電磁鋼板の前記屈曲部の曲率半径が１ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように前記方向性電磁鋼板を折り曲げることを特徴とする請求項５に記載の巻鉄心製造装置。

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