JP7530010B2 - 巻鉄心の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、巻鉄心の製造方法及び製造装置に関する。本願は、２０２０年１０月２６日に、日本に出願された特願２０２０－１７８５６９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、（歪取り焼鈍がなされる）代表的な巻鉄心の一形態であるいわゆるトランココア（以下トランココア）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、ユニコアのコーナー部となる鋼板の部分を折り曲げ成形するに際して、具体的には、多角形状の鉄心を形成するために方向性電磁鋼板或いはそれを鋼板の圧延方向と平行にスリットしたストリップを鋼板の圧延方向に対して垂直な方向に沿う折り目（屈曲部）で複数個所折り曲げる際に、折り曲げ加工条件を厳しくすると、折り曲げ部に割れ・亀裂が生じる場合がある。また、割れ・亀裂が生じない場合であっても、方向性電磁鋼板表面の絶縁被膜が剥離・粉化して積層された鋼板の板間に堆積する、或いは、同一金型で折り曲げを繰り返すことで金型（パンチ）により鋼板の表面が疵付く虞がある。一方、折り曲げ加工条件を緩和すると、折り曲げ部においてスプリングバックが生じ、形状凍結性が不十分となって、鉄心とした場合に積層された鋼板の板間に大きな隙間が生じたり、コアとして組み立てるのに形状が不十分となったりする場合がある。

いずれの事象においても、鉄心の有効体積率が小さくなることが課題であり、副次的に鉄心の形状や表面の疵付きといった品質面でも課題が生じる。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、方向性電磁鋼板の折り曲げ加工に際して、鋼板折り曲げ部の割れ・亀裂を抑制でき、鋼板表面の疵付きや表面被膜の剥離・粉化も防止できるとともに、形状凍結性の改善を図ることができる巻鉄心の製造方法及び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、中心に矩形の中空部を有し、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であって、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箇所の接合部を介して複数枚の方向性電磁鋼板が互いに接続される巻鉄心の製造方法において、積層される前記方向性電磁鋼板のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの前記屈曲部は、前記方向性電磁鋼板の一方側をダイス上に載置して拘束するとともに、前記方向性電磁鋼板の他方の自由端側の屈曲されるべき部位に対してその厚さ方向でパンチを押し付けることによって形成され、前記ダイス及び前記パンチの外表面はそれぞれ、前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、所定の曲率を有する円弧部を有し、前記方向性電磁鋼板の厚さをＴ（ｍｍ）、前記屈曲部の曲げ角度をθ（°）、前記ダイスの前記円弧部の曲率半径をＲｄ（ｍｍ）、前記パンチの前記円弧部の曲率半径をＲｐ（ｍｍ）とすると、以下の（１）～（５）式の関係を満たし、
０．０２≦Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）≦０．１５ ・・・（１）
０．５≦Ｒｄ≦３．０ ・・・（２）
０．１５≦Ｔ≦０．３０ ・・・（３）
２．５≦Ｒｐ／Ｒｄ≦１０ ・・・（４）
１０°≦θ≦９０° ・・・（５）
前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき前記部位を前記パンチの前記円弧部によって加圧して前記ダイスの前記円弧部に沿って折り曲げることにより１枚の前記方向性電磁鋼板に関して前記屈曲部が４か所以上形成されることを特徴とする。

本発明者らは、ユニコアの形態を成す巻鉄心において、コーナー部となる鋼板の部分を折り曲げ成形する際には、折り曲げ加工条件を厳しくすると、折り曲げ部に割れ・亀裂が生じたり、鋼板表面の被膜が剥離・粉化して積層された鋼板の板間に堆積したり、或いは、金型により鋼板表面が疵付く虞があり、一方、折り曲げ加工条件を緩和すると、折り曲げ部においてスプリングバックが生じ、形状凍結性が不十分になるという実情を踏まえ、鋼板折り曲げ部の曲げ外側に引張方向で十分な塑性歪を付与することにより形状凍結性を改善でき、一方、鋼板折り曲げ部の曲げ外側の塑性歪を一定値以下にすることにより鋼板折り曲げ部の割れ・亀裂を抑制でき、また、鋼板折り曲げ部の曲げ内側の圧縮歪を小さくすることにより絶縁被膜の著しい剥離・粉化を抑制できることに着目した。本発明者らは、折り曲げ加工（屈曲）されるべき方向性電磁鋼板の板厚に応じた一定範囲の適正な塑性歪を付与するように制御された曲げ加工を行なうことにより、具体的には、ダイス上に一方側が載置された方向性電磁鋼板の他方側の自由端部をパンチにより加圧して折り曲げる片側自由曲げ工法を用いて、方向性電磁鋼板の屈曲されるべき部位をパンチの円弧部によって加圧してダイスの円弧部に沿って折り曲げるに際し、少なくともダイスの円弧部の曲率半径Ｒｄに対するパンチの円弧部の曲率半径Ｒｐの比率Ｒｐ／Ｒｄを一定の範囲内に設定することにより前述した一連の問題を解決できるという知見を得た。また、この場合、Ｒｐ／Ｒｄが小さすぎると、加工力が大きくなりすぎ、塑性歪を十分に付与できるもののパンチと鋼板表面との間の摩擦が大きくなって、鋼板表面に疵が付き易くなり、一方、Ｒｐ／Ｒｄが一定範囲を超えると、加工力が小さくなり、十分な塑性歪を付与することが難しくなることも分かった。

より具体的には、そのような片側自由曲げ工法において、積層される方向性電磁鋼板のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの前記屈曲部は、方向性電磁鋼板の一方側をダイス上に載置して拘束するとともに、方向性電磁鋼板の他方の自由端側の屈曲されるべき部位に対してその厚さ方向でパンチを押し付けることによって形成される。この場合、ダイス及びパンチの外表面はそれぞれ、方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、所定の曲率を有する円弧部を有し、方向性電磁鋼板の厚さをＴ（ｍｍ）、前記屈曲部の曲げ角度をθ（°）、前記ダイスの前記円弧部の曲率半径をＲｄ（ｍｍ）、前記パンチの前記円弧部の曲率半径をＲｐ（ｍｍ）とすると、以下の（１）～（５）式の関係を満たす。
０．０２≦Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）≦０．１５ ・・・（１）
（Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）は、計算上付与される歪）
０．５≦Ｒｄ≦３．０ ・・・（２）
０．１５≦Ｔ≦０．３０ ・・・（３）
２．５≦Ｒｐ／Ｒｄ≦１０ ・・・（４）
１０°≦θ≦９０° ・・・（５）
これにより、積層される鋼板の形状をその幅方向で且つ鋼板折り曲げ部の形状を稜線方向全体で均一にして優れた形状品質を実現でき、鉄心の有効体積率を向上させることができる。また、鋼板折り曲げ部に導入される歪を小さくして、鉄心の鉄損を低減させることができる。したがって、方向性電磁鋼板の折り曲げ加工に際して、鋼板折り曲げ部の割れ・亀裂を抑制でき、鋼板表面の疵付きや表面被膜の剥離・粉化も防止できるとともに、形状凍結性の改善を図ることができる。

なお、本開示において、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との間に生じた角度差を意味し、図６に示されるように、方向性電磁鋼板の外面において、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。
また、本開示において、方向性電磁鋼板には、該鋼板をその圧延方向と平行にスリットしたストリップ又は鋼帯も含まれる。また、屈曲部の曲げ角度θ（°）が１０°≦θ≦９０°の関係を満たす場合において、１枚の方向性電磁鋼板（又は一片の鋼帯）に関して屈曲部を４か所以上形成することは、工業的に扱いやすい直方体形状の巻鉄心を形成できるという利点を伴う。また、上記構成では、方向性電磁鋼板の屈曲されるべき部位を３０ｍｍ／分以上３０００ｍｍ／分以下の加工速度で折り曲げることによって屈曲部を形成することが好ましい。これにより、３０ｍｍ／分未満では生産性に乏しく且つ形状凍結性も得られにくく、３０００ｍｍ／分を超えるとパンチが鋼板と接触する際のなじみが悪く、折り曲げ形状がばらつきやすいという欠点がある。すなわち、３０ｍｍ／分以上３０００ｍｍ／分以下の範囲であれば生産性も良好でかつ形状も整い易く且つ形状凍結性確保に好ましいという利点が得られる。また、上記構成では、方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、ダイスとパンチとの間に、パンチの押し付け方向に対して直交する方向で所定のクリアランスＣ（ｍｍ）が設けられることが好ましく、用いる方向性電磁鋼板の厚さをＴ（ｍｍ）とした場合０．５Ｔ≦Ｃ≦１．５Ｔの範囲にあること好ましい。これにより、０．５Ｔ未満の場合、パンチと鋼板の接触面圧が大きくなるため、折り曲げ加工部の形状凍結性は得られやすくなるものの、接触面圧が大きくなることからパンチと方向性電磁鋼板の摩擦力により鋼板表面が疵つき易くなる。１．５Ｔを超えると、パンチと鋼板の接触面圧が小さくなるため折り曲げ加工部の形状凍結性は得られにくくなり、鉄心の形状が悪くなる。すなわち、鉄心の形状凍結性と鉄心表面の品質（疵つきなど）をバランスよく確保できるという利点が得られる。

また、本発明は、ユニコアの形態を成す巻鉄心の製造装置も提供する。具体的に、そのような製造装置は、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、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、ダイスとパンチとを有するとともに、前記ダイス及び前記パンチの外表面にそれぞれ、前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、所定の曲率を有する円弧部が形成され、前記方向性電磁鋼板の一方側を前記ダイス上に載置して拘束するとともに、前記方向性電磁鋼板の他方の自由端側の屈曲されるべき部位をその厚さ方向で前記パンチの前記円弧部により加圧して前記ダイスの前記円弧部に沿って折り曲げることにより、積層される前記方向性電磁鋼板のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの前記屈曲部を形成し、前記方向性電磁鋼板の厚さをＴ（ｍｍ）、前記屈曲部の曲げ角度をθ（°）、前記ダイスの前記円弧部の曲率半径をＲｄ（ｍｍ）、前記パンチの前記円弧部の曲率半径をＲｐ（ｍｍ）とすると、以下の（１）～（５）式の関係を満たすことを特徴とする。
０．０２≦Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）≦０．１５ ・・・（１）
０．５≦Ｒｄ≦３．０ ・・・（２）
０．１５≦Ｔ≦０．３０ ・・・（３）
２．５≦Ｒｐ／Ｒｄ≦１０ ・・・（４）
１０°≦θ≦９０° ・・・（５）。

上記構成の巻鉄心の製造装置によれば、積層される鋼板の形状をその幅方向で且つ鋼板折り曲げ部の形状を稜線方向全体で均一にして優れた形状品質を実現でき、鉄心の有効体積率を向上させることができる。また、鋼板折り曲げ部に導入される歪を小さくして、鉄心の鉄損を低減させることができる。したがって、方向性電磁鋼板の折り曲げ加工に際して、鋼板折り曲げ部の割れ・亀裂を抑制でき、鋼板表面の疵付きや表面被膜の剥離・粉化も防止できるとともに、形状凍結性の改善を図ることができる。

本発明によれば、方向性電磁鋼板の折り曲げ加工に際して、鋼板折り曲げ部の割れ・亀裂を抑制でき、鋼板表面の疵付きや表面被膜の剥離・粉化も防止できるとともに、形状凍結性の改善を図ることができる巻鉄心の製造方法及び製造装置を提供できる。

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。 本発明の片側自由曲げ工法により屈曲部を形成する態様を示す断面図である。 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、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、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ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。

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、巻鉄心の本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１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。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。

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４，４ａ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に存在する屈曲部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。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く、ある一定以上の変形箇所を少なくすれば用いる鋼板の鉄損により作成する鉄心の鉄損を小さくできる場合は、異なる角度の組み合わせの加工としてもよい。設計は鉄心加工にて重視するポイントから任意に選択することができる。

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と屈曲部の境界であり、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ｒ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。

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（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（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～０．３０ｍｍの範囲内であり、好ましくは０．１８ｍｍ～０．２７ｍｍ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１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℃程度で絶縁被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実施形態の効果を享受できる。

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（図４及び図５参照）を介して複数枚の方向性電磁鋼板１が互いに接続され、積層される方向性電磁鋼板１のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの屈曲部５が以下のように製造される。すなわち、屈曲部５は、図７に示されるように、片側自由曲げ工法による折り曲げ加工によって形成される。具体的には、図示のように、一方側１ｂがダイス３０上に載置された方向性電磁鋼板１の他方の自由端側の屈曲されるべき部位である片側自由端部１ａに対してパンチ４０を矢印で示されるように下向きに押し付けることにより、この片側自由端部１ａをその厚さＴ方向で加圧して折り曲げ加工している。この場合、ダイス３０上に載置される方向性電磁鋼板１の一方側１ｂは、この一方側１ｂに対して押え部材３８を矢印で示されるように下向きに押し付けることにより、固定状態で拘束される。また、方向性電磁鋼板１の厚さＴ方向に沿う図示の断面（方向性電磁鋼板１の厚さＴ方向および長手方向の両方向に沿う断面）において、ダイス３０は、パンチ４０との間で方向性電磁鋼板１を挟持する挟持部位（コーナー部の外表面）に所定の曲率を有する円弧部３０ａを有している。この円弧部３０ａは、方向性電磁鋼板１が載置されて固定される直線状の載置部３０ｂと、該載置部３０ｂと略直交するように延びる直線状の直交延在部３０ｃとを接続している。そして、このようなダイス３０は、該ダイス３０との間で方向性電磁鋼板１を挟持する挟持部位（外表面）に同様の円弧部４０ａを有して下方に押し込まれるパンチ４０との協働により、具体的には方向性電磁鋼板１の片側自由端部１ａをパンチ４０の円弧部４０ａによって加圧してダイス３０の円弧部３０ａに沿って折り曲げることにより、方向性電磁鋼板１の片側自由端部１ａを所定の曲率を以って折り曲げるようになっている。この時の屈曲部５の曲げ角度をθ（°）とする。なお、方向性電磁鋼板１の片側自由端部１ａを３０ｍｍ／分以上３０００ｍｍ／分以下の加工速度で折り曲げることによって屈曲部５を形成することが好ましい。ここで、加工速度とは、ダイス３０に対するパンチ４０の相対的な移動速度である。パンチ４０は、ダイス３０に対して直進移動する。また、このような折り曲げにより形成される屈曲部５は、１枚の方向性電磁鋼板１に関して４か所以上形成されることが好ましい。なお、積層される方向性電磁鋼板１のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの屈曲部５が形成されてもよい。

ここで、方向性電磁鋼板１の厚さをＴ（ｍｍ）、屈曲部５の曲げ角度をθ（°）、ダイス３０の円弧部３０ａの曲率半径をＲｄ（ｍｍ）、パンチ４０の円弧部４０ａの曲率半径をＲｐ（ｍｍ）とすると、以下の（１）～（５）式の関係を満たす。
０．０２≦Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）≦０．１５ ・・・（１）
（Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）は計算上付与される歪）
０．５≦Ｒｄ≦３．０ ・・・（２）
０．１５≦Ｔ≦０．３０ ・・・（３）
２．５≦Ｒｐ／Ｒｄ≦１０ ・・・（４）
１０°≦θ≦９０° ・・・（５）

また、方向性電磁鋼板１の厚さＴ方向に沿う図示の断面において、ダイス３０とパンチ４０との間には、パンチ４０の押し付け方向（図７の上下方向）に対して直交する方向で所定のクリアランスＣが設けられている。すなわち、パンチ４０による加圧時に互いに対向するダイス３０の直交延在部３０ｃとパンチ４０の対向面部４０ｂとがパンチ押し付け方向に対して直交する方向で所定のクリアランスＣ（ｍｍ）を隔てて離間されている。この場合、クリアランスＣは、０．５Ｔ≦Ｃ≦１．５Ｔの範囲に設定される。

また、以上のような片側自由曲げ工法を伴う巻鉄心の製造を可能にする装置が図８にブロック図で概略的に示されている。図８は、ユニコアの形態を成す巻鉄心の製造装置７０を概略的に示している。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折り曲げ加工部７１を備えており、また、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４，４ａ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、組み付け部７２を備えてもよい。

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５０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。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ｒ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、折り曲げ加工部７１は、前述したようなダイス３０とパンチ４０とを有しており、方向性電磁鋼板１の一方側１ｂをダイス３０上に載置して拘束するとともに、方向性電磁鋼板１の他方の自由端側の屈曲されるべき部位（片側自由端部１ａ）をその厚さＴ方向でパンチ４０の円弧部４０ａにより加圧してダイス３０の円弧部３０ａに沿って折り曲げることにより、積層される方向性電磁鋼板１のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの屈曲部５を形成する。

（実施例）
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。
この実施例では、表１に示す方向性電磁鋼板（鋼板Ｎｏ．１～８）を用いて、表２に示す鉄心を作成し、鉄心特性を測定した。詳細な製造条件および特性を表３に示す。

具体的に、表１には方向性電磁鋼板の化学組成（質量％）及び磁気特性が示されている。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）、更に、交流周波数：５０Ｈz、励磁磁束密度：１．７Ｔでの鉄損（Ｗ１７／５０（Ｗ／ｋｇ））を測定した。
また、表１には、各鋼板Ｎｏ．１～８に関して、鋼板板厚（ｍｍ）及びレーザ軸制御の有無も示されている。

また、本発明者らは、各鋼板Ｎｏ．１～８を素材として、表２および図９に示す形状を有する鉄心コアＮｏ．ａ～ｃを製造した。ここで、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は巻鉄心の前述した屈曲部５の曲げ角度θ（°）である。表２の略矩形状の鉄心コアＮｏ．ａ～ｃは、内面側平面部距離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．ｃ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巻鉄心である。このため、屈曲部５の曲率半径ｒは鋼板の積層位置により大きく変動する。一方、コアＮｏ．ａの鉄心は、１つのコーナー部３に２つの屈曲部５を有するユニコア形態の巻鉄心であり、コアＮｏ．ｂ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。また、表２中、曲率半径ｒに関しては、表３において詳細に示されている。

そして、本発明者らは、表３に示されるように、各鋼板Ｎｏ．１～８を素材として製造した鉄心コアＮｏ．ａ～ｃにおける３８個の試験品に関し、曲げ加工法として片側自由曲げ工法を適用するとともに、方向性電磁鋼板１の厚さＴ、巻鉄心の屈曲部５の曲げ角度φ（°）、ダイス３０の円弧部３０ａの曲率半径をＲｄ（ｍｍ）及びパンチ４０の円弧部４０ａの曲率半径をＲｐ（ｍｍ）（したがって、Ｒｐ／Ｒｄ）、クリアランスＣ（ｍｍ）、並びに、加工速度を様々に変えて、各鋼板を素材とする鉄心について無負荷損失を求め、表１に示す素材鋼板の磁気特性との比を取ることでビルディングファクタ（ＢＦ）を求めた。なお、表３中、鉄心形状における〇は、巻線可能であるとともにＢＦ測定可能である良好な形状を示し、△は、巻線可能であるとともにＢＦ測定可能であるがやや不良な形状を示し、×は、巻線不可能であるとともにＢＦ測定不可能である不良な形状を示す。また、表３中、鉄心表面における〇は、疵が少ない良好な表面を示し、△は、疵及び発粉があるものの巻線可能であるとともにＢＦ測定可能である表面を示し、×は、疵及び被膜剥離があるとともに短絡によりＢＦ測定不可能である不良な表面を示す。
前述した寸法要件、すなわち、０．０２≦Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）≦０．１５（（１）式）、０．５≦Ｒｄ≦３．０（（２）式）、０．１５≦Ｔ≦０．３０（（３）式）、２．５≦Ｒｐ／Ｒｄ≦１０（（４）式）、１０°≦θ≦９０°（（５）式）の関係を満たす実施例と、前記関係を満たさない比較例とを見れば分かるように、実施例においてはビルディングファクタ（ＢＦ）が１．１２以下に抑えられている（巻鉄心の鉄損が抑制されている）。このことは、巻鉄心の有効体積率及び鉄損が改善されて品質面が向上されていることを意味している。

本発明によれば、方向性電磁鋼板の折り曲げ加工に際して、鋼板折り曲げ部の割れ・亀裂を抑制でき、鋼板表面の疵付きや表面被膜の剥離・粉化も防止できるとともに、形状凍結性の改善を図ることができる巻鉄心の製造方法及び製造装置を提供することができる。

１ 方向性電磁鋼板
４ 平面部
５ 屈曲部
１０ 巻鉄心（巻鉄心本体）
３０ ダイス
３０ａ 円弧部
４０ パンチ
４０ａ 円弧部
７１ 折り曲げ加工部
７２ 組み付け部

Claims (6)

1. 中心に矩形の中空部を有し、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であって、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箇所の接合部を介して複数枚の方向性電磁鋼板が互いに接続される巻鉄心の製造方法において、
   積層される前記方向性電磁鋼板のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの前記屈曲部は、前記方向性電磁鋼板の一方側をダイス上に載置して拘束するとともに、前記方向性電磁鋼板の他方の自由端側の屈曲されるべき部位に対してその厚さ方向でパンチを押し付けることによって形成され、
   前記ダイス及び前記パンチの外表面はそれぞれ、前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、所定の曲率を有する円弧部を有し、
   前記方向性電磁鋼板の厚さをＴ（ｍｍ）、前記屈曲部の曲げ角度をθ（°）、前記ダイスの前記円弧部の曲率半径をＲｄ（ｍｍ）、前記パンチの前記円弧部の曲率半径をＲｐ（ｍｍ）とすると、以下の（１）～（５）式の関係を満たし、
   ０．０２≦Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）≦０．１５ ・・・（１）
   ０．５≦Ｒｄ≦３．０ ・・・（２）
   ０．１５≦Ｔ≦０．３０ ・・・（３）
   ２．５≦Ｒｐ／Ｒｄ≦１０ ・・・（４）
   １０°≦θ≦９０° ・・・（５）
   前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき前記部位を前記パンチの前記円弧部によって加圧して前記ダイスの前記円弧部に沿って折り曲げることにより１枚の前記方向性電磁鋼板に関して前記屈曲部が４か所以上形成されることを特徴とする巻鉄心の製造方法。
2. 前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき前記部位を３０ｍｍ／分以上３０００ｍｍ／分以下の加工速度で折り曲げることによって前記屈曲部を形成することを特徴とする請求項１に記載の巻鉄心の製造方法。
3. 前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、前記ダイスと前記パンチとの間には、前記パンチの押し付け方向に対して直交する方向で所定のクリアランスＣ（ｍｍ）が０．５Ｔ≦Ｃ≦１．５Ｔの範囲で設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻鉄心の製造方法。
4. 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、ダイスとパンチとを有するとともに、前記ダイス及び前記パンチの外表面にそれぞれ、前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、所定の曲率を有する円弧部が形成され、前記方向性電磁鋼板の一方側を前記ダイス上に載置して拘束するとともに、前記方向性電磁鋼板の他方の自由端側の屈曲されるべき部位をその厚さ方向で前記パンチの前記円弧部により加圧して前記ダイスの前記円弧部に沿って折り曲げることにより、積層される前記方向性電磁鋼板のうちのいずれか１枚以上の少なくとも１つの前記屈曲部を形成し、
   前記方向性電磁鋼板の厚さをＴ（ｍｍ）、前記屈曲部の曲げ角度をθ（°）、前記ダイスの前記円弧部の曲率半径をＲｄ（ｍｍ）、前記パンチの前記円弧部の曲率半径をＲｐ（ｍｍ）とすると、以下の（１）～（５）式の関係を満たすことを特徴とする巻鉄心の製造装置。
   ０．０２≦Ｔ／（２Ｒｄ＋Ｔ）≦０．１５ ・・・（１）
   ０．５≦Ｒｄ≦３．０ ・・・（２）
   ０．１５≦Ｔ≦０．３０ ・・・（３）
   ２．５≦Ｒｐ／Ｒｄ≦１０ ・・・（４）
   １０°≦θ≦９０° ・・・（５）
5. 前記折り曲げ加工部は、前記方向性電磁鋼板の屈曲されるべき前記部位を３０ｍｍ／分以上３０００ｍｍ／分以下の加工速度で折り曲げることによって前記屈曲部を形成することを特徴とする請求項４に記載の巻鉄心の製造装置。
6. 前記方向性電磁鋼板の厚さ方向に沿う断面において、前記ダイスと前記パンチとの間には、前記パンチの押し付け方向に対して直交する方向で所定のクリアランスＣ（ｍｍ）が０．５Ｔ≦Ｃ≦１．５Ｔの範囲で設けられることを特徴とする請求項４又は５に記載の巻鉄心の製造装置。

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