JP7166748B2

JP7166748B2 - 巻鉄心

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Publication number: JP7166748B2
Application number: JP2017142670A
Authority: JP
Inventors: 崇人水村; 雅人溝上; 史明高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2037-07-24
Also published as: JP2019024039A

Description

本開示は、巻鉄心に関する。

従来から、変圧器の鉄心（コア）用の鋼板として、特定の方向に優れた磁気特性を発揮する方向性電磁鋼板が知られている。この方向性電磁鋼板は、冷間圧延処理と焼鈍処理との組み合わせによって、結晶粒の磁化容易軸と圧延方向とが一致するように結晶方位が制御された鋼板である。方向性電磁鋼板の鉄損は可能な限り低いことが望ましい。
鉄損は、渦電流損とヒステリシス損とに分類される。さらに、渦電流損は、古典的渦電流損と異常渦電流損とに分類される。
古典的渦電流損を低減するために、上記のように結晶方位が制御された鋼板（地鉄）の表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板が一般的に知られている。
一方、異常渦電流損を低減するための方法として、圧延方向に交差する方向に延びる歪みを、圧延方向に沿って所定間隔で形成することにより、１８０°磁区の幅を狭くする（１８０°磁区の細分化を行う）磁区制御法が知られている。
この磁区制御法は、非破壊的な手段によって上記の歪みを方向性電磁鋼板の鋼板に与える非破壊的磁区制御法と、例えば鋼板の表面に溝を形成するなどの破壊的磁区制御法とに分類される。

方向性電磁鋼板を用いて変圧器用の巻鉄心を製造する場合、方向性電磁鋼板がコイル状に巻かれることに起因して生じる変形歪みを除去するために、歪み取り焼鈍処理を実施する必要がある。
非破壊的磁区制御法によって歪みが付与された方向性電磁鋼板を用いて巻コアを製造する場合、歪み取り焼鈍処理の実施によって歪みが消失するので、磁区細分化効果（すなわち、異常渦電流損の低減効果）も消失する。
一方、破壊的磁区制御法によって溝が付与された方向性電磁鋼板を用いて巻コアを製造する場合、歪み取り焼鈍処理の実施によって溝が消失しないので、磁区細分化効果を維持することができる。
従って、巻鉄心に対しては、異常渦電流損を低減するための方法として破壊的磁区制御法が一般的に採用されている。

特許文献１には、圧延方向に対して垂直な方向に５ｍｍ間隔で導入した線状の溝を有する一方向性電磁鋼板を用いた巻コアが開示されている。

特許文献２には、片表面に線状の溝を、溝巾３００μｍ以下、溝深さ１００μｍ以下、圧延方向における溝中心線間間隔１ｍｍ以上とし、圧延方向との角度３０°以上として形成した一方向性電磁鋼板を巻き重ねて成る巻き鉄心が開示されている。

また特許文献３には、磁区制御のためにレーザを用いて鋼板表層に溝形成した方向性電磁鋼板が開示されている。

特開昭６１－１５３０９号特公平６－２２１７９号国際公開第２０１６／１７１１２４号

巻鉄心の仕様として、上記磁区制御された鋼板を使用した巻鉄心において鉄損が劣化し、ビルディングファクター（ＢＦ）が劣位となる場合がある。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、鉄損の低い巻鉄心を提供することを目的とする。

本開示の巻鉄心は、圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる耐ＳＲＡ磁区制御のための溝が形成された鋼板表面を有する方向性電磁鋼板を含む巻鉄心であって、
前記溝が外巻側に面し、
圧延方向における前記溝の中心線間間隔が２ｍｍ以上５ｍｍ未満であり、
最内周部の曲げ加工部曲率半径が５０ｍｍ以下であり、
溝延在方向及び前記板厚方向を含む溝長手断面で前記溝を視た場合に、前記溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さＲａが１．１μｍ以上、２．７μｍ以下であり、
前記溝底領域の前記輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴とする。

本開示の巻鉄心においては、前記Ｒａが１．３μｍ以上、２．５μｍ以下であって、前記ＲＳｍは６０μｍ以上、１３０μｍ以下であってもよい。

本開示の巻鉄心においては、前記溝の圧延方向と交差する方向の角度が、圧延方向に対して０＜θ＜３０°であってもよい。

本開示の巻鉄心においては、前記最内周部の曲げ加工部曲率半径が３ｍｍ以上、１０ｍｍ未満であってもよい。

本開示によれば、鉄損の低い巻鉄心を提供することができる。

本開示の一実施形態に係る方向性電磁鋼板１の平面図である。図１のＡ－Ａ線における矢視断面図（溝延在方向を含む断面で溝５を視た図）である。図１のＢ－Ｂ線における矢視断面図（溝延在方向に直交する断面で溝５を視た図）である。溝５の溝基準線ＢＬの定義に関する第１説明図である。溝５の溝基準線ＢＬの定義に関する第２説明図である。溝５の溝基準線ＢＬの定義に関する第３説明図である。溝５の溝基準線ＢＬの定義に関する第４説明図である。図７のＣ－Ｃ線における矢視断面図であって且つ溝５の溝底領域５ａの定義に関する説明図である。溝底領域５ａの輪郭を成す粗さ曲線ＲＣを示す模式図である。図７のＥ－Ｅ線における矢視断面図であって且つ溝領域５ｂ、鋼板領域２ｂの定義に関する説明図である。本開示に係る巻鉄心の一実施形態を示す模式図である。

以下、本開示に係る巻鉄心について、詳細に説明する。
なお、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」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。

本研究者らは、上記巻鉄心における鉄損劣化の原因が、素材の溝面を鉄心の内側表層にくるように加工することにより、圧縮力が溝周辺で発生し、かつ双晶の発生を誘ったためであることを突き止めた。
また、本研究者らは、溝面を外側に配置させた場合であっても、鉄損が劣化し、ビルディングファクタ（ＢＦ）が非常に不安定に劣化する場合があることも突き止めた。
そして、本研究者らは、上記鉄損劣化を抑制するためには、鋼板に形成された溝を鉄心の外側になるよう加工すること、及び、溝底の形状（ＲａおよびＲＳｍ）を制御することが極めて重要であることを実験的に明らかにした。

ＲａおよびＲＳｍを上記所定の範囲にすることでＢＦが減少する機構については、鉄の溶融による溝内部で発生する応力が、曲げ加工部において発生する応力によって、還流磁区の発生を抑制する張力に変わるためであると推定される。
よって、鉄損を低くするためには、巻鉄心の曲げ加工部の曲率半径を所定の範囲の大きさにすることが重要である。
すなわち、巻鉄心の曲げ加工部の曲率半径を所定の範囲の大きさにすること、鋼板表層に形成された溝底の形状を制御すること、及び、溝が巻鉄心の外巻側に面することの相乗効果によって巻鉄心の鉄損をさらに減少させることができると推定される。

（１）方向性電磁鋼板
一般的に方向性電磁鋼板とは、鋼板中の結晶粒の方位が｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積され、磁化容易軸が長手方向に揃った鋼板をいう。磁化容易軸が長手方向に揃っているため、鉄損が少なく磁性に優れるという特性を有する電磁鋼板をいう。

本開示において方向性電磁鋼板は、少なくとも、母鋼板を有し、必要に応じ、母鋼板表面に皮膜を有していてもよい。皮膜としては、例えば、グラス皮膜、絶縁皮膜などが挙げられる。
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。
本開示において母鋼板は、特に限定されず、方向性電磁鋼板として公知のものの中から、適宜選択して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が、本開示において母鋼板は以下のものに限定されるものではない。

母鋼板の化学組成は、特に限定されるものではないが、例えば、質量％で、Ｓｉ：０．８％～７％、Ｃ：０％よりも高く０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０％～０．０６５％、Ｎ：０％～０．０１２％、Ｍｎ：０％～１％、Ｃｒ：０％～０．３％、Ｃｕ：０％～０．４％、Ｐ：０％～０．５％、Ｓｎ：０％～０．３％、Ｓｂ：０％～０．３％、Ｎｉ：０％～１％、Ｓ：０％～０．０１５％、Ｓｅ：０％～０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることが好ましい。上記母鋼板の化学組成は、結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位に集積させたＧｏｓｓ集合組織に制御するために好ましい化学成分である。

母鋼板中の元素のうち、ＳｉおよびＣが基本元素であり、酸可溶性Ａｌ、Ｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｓ、およびＳｅが選択元素である。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可避的不純物として含有されても、本開示の効果は損なわれない。母鋼板は、基本元素および選択元素の残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。
なお、本開示において、「不可避的不純物」とは、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不可避的に混入する元素を意味する。
また、方向性電磁鋼板では二次再結晶時に純化焼鈍を経ることが一般的である。純化焼鈍においてはインヒビター形成元素の系外への排出が起きる。特にＮ、Ｓについては濃度の低下が顕著で、５０ｐｐｍ以下になる。通常の純化焼鈍条件であれば、９ｐｐｍ以下、さらには６ｐｐｍ以下、純化焼鈍を十分に行えば、一般的な分析では検出できない程度（１ｐｐｍ以下）にまで達する。

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（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ－ＡｔｏｍｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。具体的には、例えば、皮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、母鋼板の化学成分は、方向性電磁鋼板から後述の方法により後述のグラス皮膜およびリンを含有する絶縁皮膜等を除去した鋼板を母鋼板としてその成分を分析した成分である。

母鋼板の製造方法は、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０．０４～０．１質量％とし、その他は上記母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、１０００℃程度で仕上焼鈍する方法などが挙げられる。
本開示において母鋼板の厚みは特に限定されないが、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１５ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下であることがより好ましい。

本開示において方向性電磁鋼板は、本開示の効果を損なわない範囲で表面に皮膜を有していてもよい。このような皮膜としては、例えば、母鋼板上に形成されるグラス皮膜、絶縁皮膜などが挙げられる。
グラス皮膜としては、例えば、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、及びコーディエライト（Ｍｇ_２Ａｌ_４Ｓｉ_５Ｏ_１６）より選択される１種以上の酸化物を有する被膜が挙げられる。
絶縁皮膜は、例えば、コロイダルシリカ及びリン酸塩を含有し、電気的絶縁性だけでなく、張力、耐食性及び耐熱性等を鋼板に与える役割を担っている。

グラス皮膜の形成方法は特に限定されず、公知の方法の中から適宜選択することができる。例えば、前記母鋼板の製造方法の具体例において、冷延鋼板にマグネシア（ＭｇＯ）及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）から選択される１種以上を含有する焼鈍分離剤を塗布した後で、前記仕上焼鈍を行う方法が挙げられる。なお当該焼鈍分離剤は、仕上焼鈍時の鋼板同士のスティッキングを抑制する効果も有している。例えば前記マグネシアを含有する焼鈍分離剤を塗布して仕上焼鈍を行った場合、母鋼板に含まれるシリカと反応して、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）を含むグラス被膜が母鋼板表面に形成される。
本開示においてグラス皮膜の厚みは特に限定されないが、０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

本開示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）溝
方向性電磁鋼板の表面に溝を形成する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。例えば、破壊的磁区制御法として、電解エッチングによって方向性電磁鋼板の鋼板表面に溝を形成する電解エッチング法（特公昭６２－５４８７３号公報参照）、機械的に歯車を方向性電磁鋼板の鋼板表面にプレスすることにより、鋼板表面に溝を形成する歯車プレス法（特公昭６２－５３５７９号公報参照）、レーザ照射によって方向性電磁鋼板の鋼板表面に溝を形成するレーザ照射法（特開平６－５７３３５号公報、国際公開第２０１６／１７１１２４号参照）等が挙げられる。
レーザ照射法の場合の照射条件としては、一般的には、レーザ出力を２００～２０００Ｗに、レーザの圧延方向における集光スポット径（レーザ出力の８６％を含む直径）を１０～１０００μｍに、レーザの板幅方向における集光スポット径を１０～１０００μｍに、レーザ走査速度を５～１００ｍ／ｓに、レーザ走査ピッチ（間隔）を２～１０ｍｍに設定することが好ましい。所望の溝形状は、これらのレーザ照射条件を上記範囲で適宜調整することで得ることが出来る。
なお、後述する実施例においてレーザ照射により溝を形成した場合の特性が良好であった条件の一例として、レーザ出力：２００Ｗ、レーザの圧延方向における集光スポット径（８６％径）：１００μｍ、レーザの板幅方向における集光スポット径（８６％径）：４００μｍ、レーザ走査速度：１６ｍ／ｓ、レーザ走査ピッチ：４ｍｍが挙げられる。

本開示の巻鉄心は、方向性電磁鋼板の表面に形成された溝が外巻側に面する。
溝が外巻側に面することにより、溝が内巻側に面する場合よりも、圧縮力が溝周辺で発生するのを抑制し、且つ双晶の発生を抑制することができると推定される。

本開示の巻鉄心は、圧延方向における前記溝の中心線間間隔が２ｍｍ以上５ｍｍ未満であればよく、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であってもよく、２ｍｍ以上３ｍｍ以下であってもよい。上記間隔が２ｍｍ未満であると、溝と溝の間隔が近すぎることで異常渦電流損が低減するための主磁区の細分化が効果を失い、ランセット型の補助磁区の導入により、むしろ拡がるため、好ましくない。また、上記間隔が５ｍｍ以上であると、所望の磁区細分化効果が得られにくくなる恐れがある。

本開示の巻鉄心は、当該巻鉄心の最内周部の曲げ加工部曲率半径が５０ｍｍ以下であればよい。
また、巻鉄心の鉄損を低下させる観点から、当該半径が３０ｍｍ未満であってもよく、２０ｍｍ以下であってもよく、１０ｍｍ未満であってもよく、５ｍｍ以下であってもよい。
さらに、製造しやすくする観点から、当該半径は２ｍｍ以上であってもよく、３ｍｍ以上であってもよい。
巻鉄心の最内周部の曲げ加工部曲率半径の大きさは、従来公知の加工機を用いて適宜調整することができる。

本開示においては、圧延方向と交差する方向に延在し、且つ、溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成された鋼板表面を有する方向性電磁鋼板において、溝延在方向及び前記板厚方向を含む溝長手断面で前記溝を視た場合に、前記溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さＲａが１．１μｍ以上、２．７μｍ以下、且つ、前記溝底領域の前記輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５０μｍ以上、１５０μｍ以下であればよい。
さらに、Ｒａ及びＲＳｍについて、Ｒａが１．３μｍ以上、２．５μｍ以下、且つ、ＲＳｍが６０μｍ以上、１３０μｍ以下の場合に鉄損低減効果が大きくなる。
表面粗さパラメータ（Ｒａ、ＲＳｍ）が上記の範囲を満たすことにより、溝底領域が一定度合いの粗面となり、曲げ加工部の曲率半径を適当に変えることで鉄の溶融による溝内部で発生する応力が、還流磁区の発生を抑制する張力の作用を有することとなり、巻鉄心の鉄損を低減させることができると推定される。
また、上記曲げ加工部において発生する応力が、巻鉄心の鉄損低減に関与することから、巻鉄心の最内周部の曲げ加工部の曲率半径を上記所定の範囲の大きさにすること、表面粗さパラメータ（Ｒａ、ＲＳｍ）が上記の範囲を満たすこと、及び、溝が巻鉄心の外巻側に面することの相乗効果によって巻鉄心の鉄損はさらに減少すると推定される。

粗さ曲線（ＲＣ）の算術平均高さＲａ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍの定義は、日本工業規格ＪＩＳＢ０６０１（２０１３）に準じる。
また、溝底領域の表面粗さを示す表面粗さパラメータ（Ｒａ、ＲＳｍ）の測定には、レーザ式表面粗さ測定器（キーエンス社製のＶＫ－９７００）を用いることができる。
溝延在方向の長さは、特に限定されないが、磁区細分化の効果を好ましく得るためには、２５０～３５０μｍであってもよい。
溝の溝深さＤは、特に限定されないが、磁区細分化の効果を好ましく得るためには、５μｍ以上４０μｍ以下であってもよい。
溝の溝幅Ｗは、特に限定されないが、磁区細分化の効果を好ましく得るためには、１０μｍ～２５０μｍであってもよい。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板１の平面図である。
図２は、図１のＡ－Ａ線における矢視断面図である。
図３は、図１のＢ－Ｂ線における矢視断面図である。
なお、図１～図３において、方向性電磁鋼板１の圧延方向をＸ、方向性電磁鋼板１の板幅方向（同一平面内で圧延方向に直交する方向）をＹ、方向性電磁鋼板１の板厚方向（ＸＹ平面に直交する方向）をＺと定義する。
図１～３に示すように、方向性電磁鋼板１は、冷間圧延処理と焼鈍処理との組み合わせによって、結晶粒の磁化容易軸と圧延方向Ｘとが一致するように結晶方位が制御された鋼板（地鉄）２と、鋼板２の表面（鋼板表面２ａ）に形成されたグラス皮膜３と、グラス皮膜３の表面に形成された絶縁皮膜４とを備えている。なお、図３に示すように、本実施形態では、絶縁皮膜４は、強度向上の観点から、円相当径が０．１μｍ以上２μｍ以下である鉄含有粒子６を含んでいてもよい。

図１に示すように、鋼板表面２ａには、磁区細分化のために、圧延方向Ｘに交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向Ｚと一致する複数の溝５が、圧延方向Ｘに沿って所定間隔で形成されている。
すなわち、図２は、１つの溝５を、溝延在方向及び板厚方向Ｚを含む断面で視た図である。
また、図３は、１つの溝５を、溝延在方向に直交する断面で視た図である。
なお、溝５は、圧延方向Ｘと交差するように設けられていればよく、必ずしも、溝延在方向と圧延方向Ｘとが直交している必要はない。
本開示の巻鉄心においては、溝５が方向性電磁鋼板１の圧延方向と交差する方向の角度が、圧延方向に対して０＜θ≦９０°であってもよく、還流磁区を制御しやすくする観点から、圧延方向に対して０＜θ≦６０°であってもよく、０＜θ＜３０°であってもよい。
ただし、本実施形態では、説明の便宜上、溝延在方向と圧延方向Ｘとが直交している場合を例示する。また、溝５は、板厚方向Ｚから視た場合（溝５を平面視した場合）に、弓状の形状を有してもよい。ただし、本実施形態では、説明の便宜上、直線形状を有する溝５を例示する。

ところで、図３に示すように、溝５の幅方向において、溝５の深さは必ずしも一定ではない。そこで、溝長手断面で溝５を視た場合の溝底領域５ａを明確にする必要がある。以下では、溝長手断面で溝５を視た場合の溝底領域５ａの特定方法の一例について説明する。

図４に示すように、板厚方向Ｚから溝５を視た場合（溝５を平面視した場合）に、観察範囲５０を溝５の一部に設定すると共に、溝延在方向に沿って複数（ｎ本）の仮想線Ｌ１～Ｌｎを観察範囲５０内に仮想的に設定する。
観察範囲５０は、溝５の延在方向における端部を除く領域（すなわち、溝底の形状が安定している領域）に設定することが望ましい。
例えば、観察範囲５０は、溝延在方向の長さが３００μｍ程度となるような観察領域とすればよい。
次に、レーザ式表面粗さ測定器等を用いて、溝５の表面粗さを仮想線Ｌ１に沿って測定すると、図５に示すように、溝５の溝延在方向の輪郭を成す測定断面曲線ＭＣＬ１が仮想線Ｌ１に沿う形で得られる。
上記のように仮想線Ｌ１について得られた測定断面曲線ＭＣＬ１に低域フィルタ（カットオフ値λｓ）を適用して断面曲線を得た後、その断面曲線に帯域フィルタ（カットオフ値λｆ、λｃ）を適用して、断面曲線から長い波長成分と短い波長成分を除去すると、図６に示すように、溝５の溝延在方向の輪郭を成すうねり曲線ＬＷＣ１が仮想線Ｌ１に沿う形で得られる。
うねり曲線は、後述の粗さ曲線ＲＣとともに輪郭曲線の一種であるが、粗さ曲線ＲＣが特に輪郭の表面粗さを精度良く示すのに適した輪郭曲線であるのに対して、うねり曲線は輪郭の形状そのものを滑らかな線で単純化するのに適した輪郭曲線である。

図６に示すように、うねり曲線ＬＷＣ１を用いると、仮想線Ｌ１に沿う複数（ｍ個）の位置のそれぞれにおいて、鋼板表面２ａと溝５の輪郭（つまりうねり曲線ＬＷＣ１）との間の板厚方向Ｚの距離（深さｄ１～ｄｍ：単位はμｍ）が得られる。さらに、これらの深さｄ１～ｄｍの平均値（溝平均深さＤ１）が得られる。同様な測定手法によって、他の仮想線Ｌ２～Ｌｎのそれぞれについても、溝平均深さＤ２～Ｄｎが得られる。
なお、鋼板表面２ａと溝５の輪郭（うねり曲線ＬＷＣ１）との間の距離を測定するためには、Ｚ方向における鋼板表面２ａの位置（高さ）を予め測定しておく必要がある。
例えば、観察範囲５０内の鋼板表面２ａにおける複数箇所のそれぞれについて、レーザ式表面粗さ測定器を用いてＺ方向の位置（高さ）を測定し、それらの測定結果の平均値を鋼板表面２ａの高さとして利用してもよい。

本実施形態では、上記の仮想線Ｌ１～Ｌｎのうち、溝延在方向に沿い且つ溝平均深さが最大になるという条件を満足する仮想線を溝基準線ＢＬとして選択する。
上記溝基準線ＢＬの溝平均深さを溝５の溝深さＤ（単位はμｍ）と定義する。
例えば、図７に示すように、仮想線Ｌ１～Ｌｎのそれぞれについて得られた溝平均深さＤ１～Ｄｎのうち、溝平均深さＤ３が最大である場合、仮想線Ｌ３が溝基準線ＢＬと定義され、仮想線Ｌ３の溝平均深さＤ３が溝５の溝深さＤと定義される。
なお、磁区細分化の効果を好ましく得るためには、本実施形態における溝５の溝幅Ｗが１０μｍ～２５０μｍであることが好ましい。この溝幅Ｗは、溝延在方向に直交する溝短手断面での溝５のうねり曲線上で、鋼板表面２ａから板厚方向Ｚに溝５の表面に向かう深さが、溝５の溝深さＤに対し０．０５×Ｄとなる２つの点を結ぶ線分の長さ（溝開口部）として求めればよい（図１０参照）。

図８は、図７のＣ－Ｃ線における矢視断面図である。すなわち、図８は、上記の溝基準線ＢＬ及び板厚方向Ｚを含む溝長手断面で溝５を視た図である。
本実施形態では、図８に示すように、溝基準線ＢＬ及び板厚方向Ｚを含む溝長手断面で溝５を視た場合に、観察範囲５０に現れる溝５の輪郭を溝底領域５ａと定義する。

以上のような手法によって溝５の溝底領域５ａが特定される。すなわち、本実施形態では、図９に示すように、溝基準線ＢＬ及び板厚方向Ｚを含む溝長手断面に現れる溝５の溝底領域５ａの輪郭を成す測定断面曲線を変換して得られた粗さ曲線ＲＣの算術平均高さＲａが、１．１μｍ以上、２．７μｍ以下、且つ、上記溝底領域５ａの輪郭を成す測定断面曲線を変換して得られた粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５０μｍ以上、１５０μｍ以下であればよい。
粗さ曲線ＲＣは、溝基準線ＢＬについて得られた測定断面曲線にカットオフ値λｓの低域フィルタを適用して断面曲線を得た後、その断面曲線に高域フィルタ（カットオフ値λｃ）を適用して、断面曲線から長い波長成分を除くことで得られる。

図３に示すように、溝延在方向に直交する溝短手断面で溝５を視た場合に、溝５と鋼板表面２ａとの境界Ｇが不明瞭な場合がある。そこで、溝５と鋼板表面２ａとの境界Ｇを明確にする必要がある。
以下では、溝短手断面で溝５を視た場合における溝５と鋼板表面２ａとの境界Ｇの特定方法の一例について説明する。

図１０は、図７のＥ－Ｅ線における矢視断面図である。すなわち、図１０は、溝延在方向に直交する溝短手断面で溝５を視た図である。
図１０に示すように、溝短手断面で溝５を視た場合に、溝短手断面に現れる溝５の輪郭を成す測定断面曲線をうねり曲線に変換したものを溝短手うねり曲線ＳＷＣと定義する。
図１０に示すように、ＸＹ平面内において溝基準線ＢＬに直交する仮想線Ｌｓを仮想的に設定し、レーザ式表面粗さ測定器等を用いて、溝５を含む鋼板２の表面粗さを仮想線Ｌｓに沿って測定すると、溝短手断面における溝５の輪郭を成す測定断面曲線が仮想線Ｌｓに沿う形で得られる。
溝短手断面に現れる溝短手うねり曲線ＳＷＣは、上記のように仮想線Ｌｓについて得られた測定断面曲線に低域フィルタ（カットオフ値λｓ）を適用して断面曲線を得た後、その断面曲線に帯域フィルタ（カットオフ値λｆ、λｃ）を適用して、断面曲線から長い波長成分と短い波長成分を除くことで得られる。

図１０に示すように、溝短手断面に現れる溝５の輪郭を成す溝短手うねり曲線ＳＷＣを用いると、仮想線Ｌｓに沿う複数（ｐ個）の位置のそれぞれにおいて、鋼板表面２ａと溝５の輪郭（つまり溝短手うねり曲線ＳＷＣ）との間の板厚方向Ｚの距離（深さｆ１～ｆｐ：単位はμｍ）が得られる。
本実施形態では、図１０に示すように、溝短手うねり曲線ＳＷＣにおいて、下記条件式（１）を満足する領域を溝領域５ｂと定義し、溝領域５ｂ以外の領域を鋼板領域２ｂと定義する。
溝領域５ｂと鋼板領域２ｂとの境界が、溝５と鋼板表面２ａとの境界Ｇとして特定される。
なお、溝領域５ｂの幅が、溝幅Ｗに相当する。
ｆｉ ≧ ０．０５×Ｄ …（１）
（ただし、ｉは、１～ｐの整数）

（３）巻鉄心
巻鉄心は、従来公知の方法で製造することができる。
例えば、巻鉄心は、フープをせん断してドーナツ状に巻き取った後、コーナー部をプレスし、矩形に成形し焼鈍を行い、歪取と形状保持を行うことによって製造される。
そして、鋼板の突合せ部分となる接合部が形成される。突合せ部分での磁気抵抗の上昇による鉄損劣化を抑えるため、この突合せは通常、ステップ状に配置される。
巻鉄心は、必要に応じて結束バンド等、公知の締付具等を用いて固定されていてもよい。
本開示においては、巻鉄心のコーナー部の形状は特に限定されない。
また、本開示においては、巻鉄心の接合部の数は特に限定されない。

なお、本開示は、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、本開示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開示の技術的範囲に包含される。
以下、本開示について実施例を示して具体的に説明する。これらの記載により本開示を制限するものではない。

［実施例１］
素材２３ＺＨ（鉄損Ｗ１７／５０＝０．８０Ｗ／ｋｇ）を溝底形状が変化するように、圧延方向における溝の中心線間間隔が３ｍｍであり、溝延在方向が、素材鋼板の圧延方向に対して１０°の角度で交差する溝を形成し、磁区制御した素材を準備した。
表１に示す条件の素材を用いて、溝が外巻側に面するように巻鉄心（鉄心質量：１８．７６ｋｇ、容量：５ＫＶＡ、寸法は図１１に記載（図１１において単位はｍｍ））を製造した。
そして、巻鉄心のＢＦについて、素材鉄損および巻鉄心鉄損をＪＩＳＣ２５５０－１記載の方法で評価し、それぞれの鉄損で除すことで算出した。結果について表１に示す。

［実施例２～６０、比較例１～１０４］
表１～３に記載の素材を準備し、実施例１と同様の方法で巻鉄心を製造し、ＢＦを算出した。結果について表１～３に示す。なお、表１～２は、最内周部の曲率半径を３ｍｍに統一して、Ｒａ及びＲＳｍを変化させて測定したデータをまとめたものである。また、表３は、ＲＳｍを１２０μｍに統一して、最内周部の曲率半径とＲａを変化させて測定したデータをまとめたものである。

［結果のまとめ］
表１～２の結果に示されるように、実施例の巻鉄心は、比較例の巻鉄心と比較してビルディングファクターが低減することが明らかとなった。
具体的には、最内周部の曲げ加工部曲率半径が３ｍｍで、Ｒａが１．１μｍ以上、２．７μｍ以下であり、ＲＳｍが５０μｍ以上、１５０μｍ以下であれば、溝が巻鉄心の外巻側に面するように配置することにより、内巻側に面する場合よりも巻鉄心の鉄損を低減することができることがわかった。
また、表３に示すように、最内周部の曲げ加工部曲率半径が３ｍｍ以上５０ｍｍ以下であれば、溝が巻鉄心の外巻側に面するように配置することにより、内巻側に面する場合と同等かそれ以下に巻鉄心の鉄損を低減することができることがわかった。
さらに、表３に示すように、最内周部の曲げ加工部曲率半径が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であれば、溝が巻鉄心の外巻側に面するように配置することにより、内巻側に面する場合よりも巻鉄心の鉄損を低減することができ、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であれば、より巻鉄心の鉄損低減効果が得られることがわかった。

１方向性電磁鋼板
２鋼板（母鋼板）
２ａ鋼板表面
２ｂ鋼板領域
３グラス皮膜
４絶縁皮膜
５溝
５ａ溝底領域
５ｂ溝領域
６鉄含有粒子
５０観察範囲
Ｇ境界
ＢＬ溝基準線
ＭＣＬ１測定断面曲線
ＬＷＣ１溝長手うねり曲線
ＳＷＣ溝短手うねり曲線
Ｌｓ仮想線
ｆ深さ
ＲＣ粗さ曲線
Ｗ溝幅
Ｘ圧延方向
Ｙ板幅方向
Ｚ板厚方向

Claims

圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる耐ＳＲＡ磁区制御のための溝が形成された鋼板表面を有する方向性電磁鋼板を含む巻鉄心であって、
前記溝が外巻側に面し、
圧延方向における前記溝の中心線間間隔が２ｍｍ以上５ｍｍ未満であり、
最内周部の曲げ加工部曲率半径が５０ｍｍ以下であり、
溝延在方向及び前記板厚方向を含む溝長手断面で前記溝を視た場合に、前記溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さＲａが１．１μｍ以上、２．７μｍ以下であり、
前記溝底領域の前記輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが５０μｍ以上、１５０μｍ以下であることを特徴とする巻鉄心。
前記Ｒａが１．３μｍ以上、２．５μｍ以下であって、前記ＲＳｍは６０μｍ以上、１３０μｍ以下である、請求項１に記載の巻鉄心。
前記溝の圧延方向と交差する方向の角度が、圧延方向に対して０＜θ＜３０°である、請求項１又は２に記載の巻鉄心。
前記最内周部の曲げ加工部曲率半径が３ｍｍ以上、１０ｍｍ未満である、請求項１～３のいずれか一項に記載の巻鉄心。