KR20190089982A - 권철심, 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 권철심은, 표면에 인을 함유하는 피막이 형성된 방향성 전자 강판으로 형성된 복수의 굽힘 가공체를, 그 판 두께 방향으로 적층함으로써 구성된 권철심이며, 상기 굽힘 가공체는, 평면부와, 상기 평면부에 인접하는 코너부를 각각 4개 가짐으로써 직사각 형상으로 형성되고, 상기 코너부는 측면에서 보아, 굽힘 각도의 합계가 대략 90°인 굴곡 영역을 갖고, 측면에서 보아, 상기 굴곡 영역에 존재하는 변형 쌍정의 수가, 상기 굴곡 영역에 있어서의 상기 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당 5개 이하이고, 수중에서 30분간 자비한 경우의 상기 코너부로부터의 인의 용출량이, 상기 코너부의 표면적 1㎡당 6.0㎎ 이하이다.

Description

권철심, 및 그 제조 방법

본 발명은, 권철심, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본원은 2017년 1월 10일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2017-001829호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

권철심은, 트랜스, 리액터, 노이즈 필터 등의 자심으로서 널리 사용되고 있다. 종래부터 고효율화 등의 점에서 철심으로부터 발생하는 철손의 저감이 중요한 과제의 하나로 되어 있고, 다양한 관점에서 저철손화의 검토가 행해지고 있다.

권철심의 제조 방법의 하나로서, 예를 들어 강판을 통상으로 권취한 후, 코너부를 일정 곡률이 되도록 프레스하고, 대략 직사각형으로 형성한 후, 어닐링함으로써 변형 제거와 형상 유지를 행하는 방법이 널리 알려져 있다. 이 제법의 경우, 권철심의 치수에 따라 코너부의 곡률 반경은 상이하지만, 당해 곡률 반경은 대략 4㎜ 이상의 비교적 큰 완만한 곡면으로 되어 있다.

권철심의 다른 제조 방법으로서, 전자 강판의 권철심의 코너부가 되는 부분을 미리 굽힘 가공하고, 당해 굽힘 가공된 전자 강판을 중첩함으로써, 전자 강판을 적층하여 권철심으로 하는 방법이 검토되어 있다.

당해 제조 방법에 의하면, 상기 프레스 공정이 불필요하고, 또한 전자 강판을 절곡되어 있기 때문에 형상이 유지되고, 상기 어닐링 공정에 의한 형상 유지가 필수의 공정이 되지는 않기 때문에, 제조가 용이하다는 장점이 있다. 이 제법에서는, 전자 강판을 굽힘 가공하기 위해, 당해 가공 부분에는 곡률 반경이 3㎜ 이하인 비교적 작은 굴곡 영역이 형성된다.

굽힘 가공을 포함하는 제조 방법에 의해 제조된 권철심으로서, 예를 들어 특허문헌 1에는 환상으로 절곡된 길이가 상이한 복수의 자성 강판이 외주 방향으로 중첩되어 형성되고, 각 자성 강판의 대향한 단부면이, 그 적층 방향에 걸쳐서 소정 치수씩 균등하게 어긋나고, 접합부가 계단상으로 이루어진 권철심의 구조가 개시되어 있다.

일본 실안 등록 제3081863호

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이고, 굴곡 영역을 가지면서, 철손이 억제된 권철심, 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 내용은 하기와 같다.

(1) 본 발명의 제1 양태는, 표면에 인을 함유하는 피막이 형성된 방향성 전자 강판으로 형성된 복수의 굽힘 가공체를, 그 판 두께 방향으로 적층함으로써 구성된 권철심이며, 상기 굽힘 가공체는, 평면부와, 상기 평면부에 인접하는 코너부를 각각 4개 가짐으로써 직사각 형상으로 형성되고, 상기 코너부는, 측면에서 보아, 굽힘 각도의 합계가 대략 90°인 굴곡 영역을 갖고, 측면에서 보아, 상기 굴곡 영역에 존재하는 변형 쌍정의 수가, 상기 굴곡 영역에 있어서의 상기 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당 5개 이하이고, 수중에서 30분간 자비한 경우의 상기 코너부로부터의 인의 용출량이, 상기 코너부의 표면적 1㎡당 6.0㎎ 이하이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 권철심에서는, 상기 방향성 전자 강판이, 표면에 국소적인 변형이 부여된 강판, 또는 표면에 홈이 형성된 강판이어도 된다.

(3) 상기 (1)에 기재된 권철심에서는, 상기 방향성 전자 강판의 Si 함유량이 2.0 내지 5.0질량％여도 된다.

(4) 상기 (1)에 기재된 권철심에서는, 상기 굴곡 영역은, 상기 굽힘 가공체의 측면에서 보아, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La 상의 점 D 및 점 E, 그리고 상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb 상의 점 F 및 점 G를 하기와 같이 정의한 때에, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La 상에서 점 D와 점 E로 구획된 선, 상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb 상에서 점 F와 점 G로 구획된 선, 상기 점 D와 상기 점 G를 연결하는 직선, 및 상기 점 E와 상기 점 F를 연결하는 직선에 의해 둘러싸이는 영역이어도 된다.

<점 D, 점 E, 점 F 및 점 G의 정의>

측면에서 보아, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La에 포함되는 곡선 부분에 있어서의 곡률 반경의 중심점 A와, 상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 곡선 부분의 양측 각각에 인접하는 직선 부분을 연장하여 얻어지는 상기 2개의 가상선 Lb-elongation1, Lb-elongation2의 교점 B를 연결한 직선 AB가, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선과 교차하는 점을 원점 C라고 하고,

당해 원점 C로부터 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La를 따라, 한쪽 방향으로 하기 식(1)로 표시되는 거리 m만큼 이격된 점을 점 D라고 하고,

당해 원점 C로부터 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La를 따라, 다른 방향으로 상기 거리 m만큼 이격된 점을 점 E라고 하고,

상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 상기 직선 부분 중, 상기 점 D에 대향하는 직선 부분과, 당해 점 D에 대향하는 직선 부분에 대하여 수직으로 그어지고 또한 상기 점 D를 통과하는 가상선과의 교점을 점 G라고 하고,

상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 상기 직선 부분 중, 상기 점 E에 대향하는 직선 부분과, 당해 점 E에 대향하는 직선 부분에 대하여 수직으로 그어지고 또한 상기 점 E를 통과하는 가상선의 교점을 점 F라고 한다.

식(1):m＝r×(π/4)

[식(1) 중, m은 원점 C로부터의 거리를 나타내고, r은 중심점 A부터 원점 C까지의 거리(곡률 반경)를 나타낸다].

(5) 본 발명의 제2 양태는, 상기 (1)에 기재된 권철심을 제조하는 방법이며, 표면에 인을 함유하는 피막을 갖는 복수의 방향성 전자 강판을 준비하는 준비 공정과, 복수의 상기 방향성 전자 강판에 대하여 미리 할당한 각 코너부 형성 영역마다, 상기 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하로 한 상태에서 굽힘 가공함으로써, 측면에서 보아 대략 직사각 형상인 복수의 굽힘 가공체를 성형하는 굽힘 공정과, 복수의 상기 굽힘 가공체를, 판 두께 방향으로 적층하는 적층 공정을 갖는다.

본 발명에 따르면, 굴곡 영역을 가지면서, 철손이 억제된 권철심, 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 권철심의 사시도이다.
도 2는 동 실시 형태에 관한 권철심의 측면도이다.
도 3은 권철심의 제1 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 4는 권철심의 제2 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 권철심의 코너부 부근을 확대한 측면도이다.
도 6은 제1 변형예에 관한 권철심의 코너부 부근을 확대한 측면도이다.
도 7은 제2 변형예에 관한 권철심의 코너부 부근을 확대한 측면도이다.
도 8은 굴곡 영역에 관한 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 권철심의 굽힘 가공체의 측면도이다.
도 10은 굽힘 가공체의 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 11은 굽힘 가공체의 다른 변형예를 도시하는 측면도이다.
도 12는 권철심의 시료의 채취 위치의 일례를 도시하는 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 권철심의 제조 방법에 있어서의 굽힘 공정의 설명도이다.
도 14는 실시예에서 제조한 권철심의 치수를 도시하는 모식도이다.
도 15는 종래의 권철심을 구성하는 굽힘 가공체의 굴곡 영역의 측면을 광학 현미경을 사용하여 촬영한 확대 사진이다.

(철손의 원인과 그 억제의 메커니즘)

본 발명자들은, 방향성 전자 강판을 절곡 가공한 때에 형성된 굴곡 영역에 있어서, 철손이 증대된다는 지견을 얻었다. 도 15는 종래의 권철심을 구성하는 방향성 전자 강판으로 형성되는 굽힘 가공체(이하, 단순히 굽힘 가공체라고 호칭함)의 굴곡 영역의 측면을 광학 현미경을 사용하여 촬영한 확대 사진이다.

당해 도 15의 예에 도시된 바와 같이, 굽힘 가공체의 굴곡 영역에는, 당해 강판 표면으로부터 내부를 향해 줄무늬상의 변형 쌍정(7)(deformation twin)이 관찰되었다. 또한, 변형 쌍정인 것은 주사 전자 현미경과 결정 방위 해석 소프트웨어(EBSD)를 사용하여 해석 평가함으로써 확인되었다. 방향성 전자 강판은, 강판 중의 결정립의 방위를 {110} <001>방위(이하, Goss 방위라고 하는 경우가 있음)에 고도로 집적시킨 강판이지만, 변형 쌍정 발생 부분은 결정 방위가 Goss 방위와는 상이하기 때문에, 철손의 원인이 되는 것이라고 추측되었다. 또한 권철심 형성 후에 750℃ 정도의 어닐링을 행해도, 굽힘 가공 시에 발생한 변형 쌍정을 소실시킬 수는 없었다.

본 발명자들은, 굽힘 가공 시의 변형 쌍정 발생을 억제하는 관점에서 예의 검토를 진행시킨 결과, 방향성 전자 강판을 가열하면서 굽힘 가공을 행함으로써 변형 쌍정이 억제되는 것이 명확해졌다. 이와 같은 효과를 발휘하는 작용에 대해서는 불분명한 부분도 있지만, 가공 부분이 고온으로 됨으로써, 소성 변형에 의해 도입된 전위가 운동되기 쉬워져, 변형 쌍정의 발생을 억제할뿐만 아니라, 발생한 변형 쌍정이 성장하기 어려워지기 때문에, 줄무늬상으로 연신되지 않는 것이라고 추정된다. 결과, 전체 강판 중에서의 변형 쌍정의 면적 분율이 작아져, 철손에 미치는 영향이 작아지는 것이라고 추정된다.

또한, 방향성 전자 강판의 굽힘 가공 시의 온도를 고온으로 할수록, 변형 쌍정의 발생은 억제되는 경향이 보여졌지만, 고온으로 한 경우에는 변형 쌍정의 발생이 억제되어도 권철심의 철손이 억제되지 않는 경우가 있었다. 이 원인은 불분명한 부분도 있지만, 고온에서 가공함으로써 굴곡 영역에 피막의 균열이 발생하고, 굴곡 영역에 있어서 노출된 모강판끼리의 스티킹이 발생하는 것이 원인이라고 추정되었다.

본 발명자들은, 이들 지견으로부터, 절곡 가공 시에 있어서의 방향성 전자 강판의 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하로 조정함으로써, 변형 쌍정의 발생과, 피막의 균열이 모두 억제되는 것을 명확하게 하고, 굴곡 영역을 가지면서, 철손이 억제된 본 발명의 권철심을 완성시키는 데 이르렀다.

이하, 상기한 지견에 기초하여 이루어진 본 발명에 관한 권철심, 및 그 제조 방법에 대하여 순서대로 상세하게 설명한다.

또한, 본 명세서에 있어서 사용하는, 형상이나 기하학적 조건, 그리고 그것들의 정도를 특정하는, 예를 들어 「평행」, 「수직」, 「동일」 등의 용어나 길이나 각도의 값 등에 대해서는, 엄밀한 의미에 속박되는 일 없이, 동일한 기능을 기대할 수 있는 정도의 범위를 포함하여 해석하는 것으로 한다. 또한, 본원 발명에 있어서, 대략 90°란, ±3°의 오차를 허용하는 것이고, 87° 내지 93°의 범위를 의미한다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 권철심(10)을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 2는 동 실시 형태에 관한 권철심(10)의 측면도이다.

또한, 본 발명에 있어서 측면시란, 권철심을 구성하는 긴 형의 방향성 전자 강판의 폭 방향(도 1에 있어서의 Y축 방향)으로 보는 것을 말하고, 측면도란, 측면시에 의해 시인되는 형상을 표시한 도면(도 1의 Y축 방향의 도면)이다. 또한, 판 두께 방향이란, 방향성 전자 강판의 판 두께 방향이고, 직사각 형상의 권철심으로 성형된 상태에 있어서는 권철심의 주위면에 수직인 방향을 의미한다.

본 실시 형태에 관한 권철심(10)은, 표면에 인을 함유하는 피막이 형성된 방향 전자 강판으로 형성된 복수의 굽힘 가공체(1)를, 그 판 두께 방향으로 적층함으로써 구성된다. 즉, 권철심(10)은, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 굽힘 가공체(1)에 의한 대략 직사각 형상의 적층 구조를 갖는다. 이 권철심(10)은 그대로 권철심으로서 사용해도 되지만, 필요에 따라 공지의 결속 밴드 등의 체결구를 사용하여 권철심을 고정해도 된다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 굽힘 가공체(1)는, 주위 방향을 따라 4개의 평면부(4)와 4개의 코너부(3)가 교대로 연속함으로써 직사각 형상으로 형성된다. 각 코너부(3)에 인접하는 2개의 평면부(4)가 이루는 각은, 대략 90°이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 권철심(10)에 있어서는, 굽힘 가공체(1)의 코너부(3)의 각각이, 측면에서 보아, 굽힘 각도의 합계가 대략 90°인 2개의 굴곡 영역(5)을 갖는다. 굴곡 영역(5)은 굽힘 가공체(1)의 측면에서 보아 곡선상으로 굴곡된 형상을 갖는 영역이고, 더 구체적인 정의에 대해서는 후술한다.

굽힘 가공체(1)의 코너부(3)의 각각은, 도 3에 도시하는 제1 변형예에 관한 권철심(10A)과 같이, 3개의 굴곡 영역(5)을 가져도 되고, 또한 도 4에 도시하는 제2 변형예에 관한 권철심(10B)과 같이, 하나의 굴곡 영역(5)을 가져도 된다. 즉, 굽힘 가공체(1)의 코너부(3)의 각각은, 하나 이상의 굴곡 영역(5)을 갖고 있으면 된다.

도 5는 본 실시 형태에 관한 권철심(10)에 있어서의 코너부(3)의 부근을 확대한 측면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 코너부가 2개의 굴곡 영역(5a, 5b)을 갖는 경우에는, 굽힘 가공체(10)의 평면부(4a)를 나타내는 직선상의 부분에 굴곡 영역(5a)(곡선 부분)이 연속되고, 그 끝에는 직선 부분, 굴곡 영역(5b)(곡선 부분), 및 평면부(4b)가 연속된다.

본 실시 형태에 관한 권철심(10)에서는, 도 5에 있어서의 선분 A-A'부터 선분 B-B'까지의 영역이 코너부(3)이다. 점 A는 권철심(10)의 가장 내측에 배치된 굽힘 가공체(1a)의 굴곡 영역(5a)에 있어서의 평면부(4a)측의 단부점이고, 점 A'은, 점 A를 통해 굽힘 가공체(1a)의 판면에 수직 방향의 직선과, 권철심(10)의 가장 외측의 면과의 교점이다. 마찬가지로 점 B는, 권철심(10)의 가장 내측에 배치된 굽힘 가공체(1a)의 굴곡 영역(5b)에 있어서의 평면부(4b)측의 단부점이고, 점 B'은, 점 B를 통해 굽힘 가공체(1a)의 판면에 수직 방향의 직선과, 권철심(10)의 가장 외측의 면과의 교점이다. 도 5에 있어서, 당해 코너부(3)를 통해 인접하는 2개의 평면부(4a, 4b)가 이루는 각은 θ이고, 본 발명에 있어서 당해 θ는 대략 90°이다. 굴곡 영역(5a, 5b)의 굽힘 각도 φ에 대해서는 후술하지만, 도 5에 있어서 φ1＋φ2는 대략 90°이다.

이어서, 하나의 코너부(3)가 굴곡 영역(5)을 3개 갖는 경우에 대하여 설명한다. 도 6은 도 3에 도시된 제1 변형예에 관한 권철심(10A)에 있어서의 코너부(3)의 부근을 확대한 측면도이다. 도 6에 있어서도 도 5와 마찬가지로, 선분 A-A'부터 선분 B-B'까지의 영역이 코너부(3)이다. 도 6에 있어서, 점 A는 평면부(4a)에 가장 가까운 굴곡 영역(5a)의 평면부(4a)측의 단부점이고, 점 B는 평면부(4b)에 가장 가까운 굴곡 영역(5b)의 평면부(4b)측의 단부점이다. 굴곡 영역(5)이 3개 이상 있는 경우, 각 굴곡 영역 사이에는 직선 부분이 존재한다. 어느 평탄부가 평면부(4a, 4b)를 구성할지에 대해서는, 코너부(3)를 통해 인접하는 2개의 평면부(4a, 4b)가 이루는 각θ가 대략 90°인 것을 고려하여 결정하면 되고, 이로써 평면부(4)에 인접하는 굴곡 영역(5)이 결정된다. 또한 도 6의 예에서는, φ1＋φ2＋φ3이 대략 90°로 되고, 일반적으로 코너부(3)가 n개의 굴곡 영역(5)을 갖는 경우,φ1＋φ2＋…＋φn은 대략 90°로 된다.

이어서, 하나의 코너부(3)가 굴곡 영역(5)을 하나 갖는 경우에 대하여 설명한다. 도 7은 도 4에 도시된 제2 변형예에 관한 권철심(10B)에 있어서의 코너부(3)의 부근을 확대한 측면도이다. 도 7에 있어서도 도 5 및 도 6과 마찬가지로, 선분 A-A'부터 선분 B-B'까지의 영역이 코너부(3)이다. 도 7에 있어서, 점 A는 굴곡 영역(5)의 평면부(4a)측의 단부점이고, 점 B는 굴곡 영역(5)의 평면부(4b)측의 단부점이다. 또한 도 7의 예에서는, φ1은 대략 90°이다.

본원에 있어서는, 전술한 코너부의 각도 θ가 대략 90°인 점에서, φ는 대략 90° 이하이다. 변형 쌍정의 발생을 억제하여 철손을 억제하는 점에서는, φ는 60° 이하인 것이 바람직하고, 45° 이하인 것이 보다 바람직하다. 그 때문에, 하나의 코너부(3)는 2개 이상의 굴곡 영역(5)을 갖는 것이 바람직하다. 단, 하나의 코너부(3)에 4개 이상의 굴곡 영역(5)을 성형하는 것은, 제조 설비 설계의 제약상 곤란하기 때문에, 하나의 코너부에 있어서의 굴곡 영역(5)의 수는 3개 이하인 것이 바람직하다.

도 5에 도시하는 본 실시 형태에 관한 권철심(10)과 같이, 하나의 코너부가 2개의 굴곡 영역(5a, 5b)을 갖는 경우, 철손 저감의 점에서 φ1＝45° 또한 φ2＝45°로 하는 것이 바람직하지만, 예를 들어 φ1＝60° 또한 φ2＝30°로 하는 것이나, φ1＝30° 또한 φ2＝60° 등으로 해도 된다.

또한, 도 6에 도시하는 제1 변형예에 관한 권철심(10A)과 같이, 하나의 코너부가 3개의 굴곡 영역(5a, 5b, 5c)을 갖는 경우, 철손 저감의 점에서 φ1＝30°, φ2＝30° 또한 φ3＝30°로 하는 것이 바람직하다.

또한, 생산 효율의 점에서는 절곡 각도가 동등한 것이 바람직하기 때문에, 하나의 코너부가 2개의 굴곡 영역(5a, 5b)을 갖는 경우(도 5)에는, φ1＝45° 또한 φ2＝45°로 하는 것이 바람직하고, 하나의 코너부가 3개의 굴곡 영역(5a, 5b, 5c)을 갖는 경우(도 6)에는, 철손 저감의 점에서, 예를 들어 φ1＝30°, φ2＝30° 또한 φ3＝30°로 하는 것이 바람직하다.

도 8을 참조하면서, 굴곡 영역(5)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 8은 굽힘 가공체(1)의 굴곡 영역(5)의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 굴곡 영역(5)의 굽힘 각도란, 굽힘 가공체(1)의 굴곡 영역(5)에 있어서, 절곡 방향의 후방측의 직선부와 전방측의 직선부 사이에 생긴 각도차를 의미한다. 구체적으로는, 굴곡 영역(5)의 굽힘 각도는 굴곡 영역(5)에 있어서, 굽힘 가공체(1)의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 곡선 부분의 양측(점 F 및 점 G)의 각각에 인접하는 직선 부분을 연장하여 얻어지는 2개의 가상선 Lb-elongation1, Lb-elongation2가 이루는 각의 보각의 각도 φ로서 표현된다.

각 굴곡 영역(5)의 굽힘 각도는 대략 90° 이하이고, 또한 하나의 코너부(3)에 존재하는 모든 굴곡 영역(5)의 굽힘 각도의 합계는 대략 90°이다.

본원에 있어서 굴곡 영역(5)이란, 굽힘 가공체(1)의 측면에서 보아, 굽힘 가공체(1)의 내면을 나타내는 선 La 상의 점 D 및 점 E, 그리고 굽힘 가공체(1)의 외면을 나타내는 선 Lb 상의 점 F 및 점 G를 하기와 같이 정의한 때에, 굽힘 가공체(1)의 내면을 나타내는 선 La 상에서 점 D와 점 E로 구획된 선, 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb 상에서 점 F와 점 G로 구획된 선, 상기 점 D와 상기 점 G를 연결하는 직선, 및 상기 점 E와 상기 점 F를 연결하는 직선에 의해 둘러싸이는 영역을 나타낸다.

여기서, 점 D, 점 E, 점 F 및 점 G는 다음과 같이 정의한다.

측면에서 보아, 굽힘 가공체(1)의 내면을 나타내는 선 La에 포함되는 곡선 부분에 있어서의 곡률 반경의 중심점 A와, 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 곡선 부분의 양측 각각에 인접하는 직선 부분을 연장하여 얻어지는 상기 2개의 가상선 Lb-elongation1, Lb-elongation2의 교점 B를 연결한 직선 AB가, 굽힘 가공체(1)의 내면을 나타내는 선과 교차하는 점을 원점 C라고 하고,

당해 원점 C로부터 굽힘 가공체(1)의 내면을 나타내는 선 La를 따라, 한쪽 방향으로 하기 식(1)로 표시되는 거리 m만큼 이격된 점을 점 D라고 하고,

당해 원점 C로부터 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La를 따라, 다른 방향으로 상기 거리 m만큼 이격된 점을 점 E라고 하고,

굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 상기 직선 부분 중, 상기 점 D에 대향하는 직선 부분과, 당해 점 D에 대향하는 직선 부분에 대하여 수직으로 그어지고 또한 상기 점 D를 통과하는 가상선과의 교점을 점 G라고 하고,

굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 상기 직선 부분 중, 상기 점 E에 대향하는 직선 부분과, 당해 점 E에 대향하는 직선 부분에 대하여 수직으로 그어지고 또한 상기 점 E를 통과하는 가상선과의 교점을 점 F라고 한다.

식(1):m＝r×(π/4)

[식(1) 중, m은 원점 C로부터의 거리를 나타내고, r은 중심점 A부터 원점 C까지의 거리(곡률 반경)를 나타낸다].

즉, r은 원점 C 부근의 곡선을 원호라고 간주한 경우의 곡률 반경을 나타내는 것이고, 본원에서는, 굴곡 영역(5)의 측면시에 있어서의 내면측 곡률 반경을 나타낸다. 곡률 반경 r이 작을수록 굴곡 영역(5)의 곡선 부분의 구부러짐은 급하고, 곡률 반경 r이 클수록 굴곡 영역(5)의 곡선 부분의 구부러짐은 완만해진다.

본원에 있어서는, 절곡 가공에 의해 곡률 반경 r이 3㎜ 이하인 굴곡 영역(5)이 형성된 경우라도, 당해 굴곡 영역(5)에 있어서의 변형 쌍정의 발생이나, 인을 함유하는 피막의 균열이 억제되어 있기 때문에, 저철손의 권철심이 얻어진다.

도 9는 본 실시 형태에 관한 권철심(10)의 굽힘 가공체(1)를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 굽힘 가공체(1)는, 방향성 전자 강판이 절곡 가공된 것이며, 4개의 코너부(3)와, 4개의 평면부(4)를 갖고, 이로써, 1매의 방향성 전자 강판이 측면에서 보아 대략 직사각형의 환을 형성한다. 보다 구체적으로는, 굽힘 가공체(1)는 하나의 평면부(4)는 긴 변 방향의 단부면인 접합부(6)(간극)를 포함하고, 다른 3개의 평면부(4)는 접합부(6)를 포함하지 않는 구조로 되어 있다.

단, 권철심(10)은, 전체적으로 측면에서 보아 대략 직사각형 형상의 적층 구조를 갖고 있으면 된다. 따라서, 변형예로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 2개의 평면부(4)가 접합부(6)를 포함하고, 다른 2개의 평면부(4)가 접합부(6)를 포함하지 않는 굽힘 가공체(1A)를 사용해도 된다. 이 경우, 2매의 방향성 전자 강판이 굽힘 가공체를 구성한다.

또한, 2매의 방향성 전자 강판이 굽힘 가공체를 구성하는 경우에 있어서의 가일층의 변형예로서, 도 11에 도시한 바와 같이, 하나의 평면부(4)가 2개의 접합부(6)를 포함하고, 다른 3개의 평면부(4)가 접합부(6)를 포함하지 않는 굽힘 가공체(1B)를 사용해도 된다. 즉, 굽힘 가공체(1B)는 대략 직사각형의 3변에 상당하는 방향성 전자 강판과, 나머지 1변에 상당하는 쭉 뻗은(측면에서 보아 직선상의) 방향성 전자 강판을 조합하여 구성되어 있다. 이와 같이 2매 이상의 방향성 전자 강판이 굽힘 가공체를 구성하는 경우, 강판의 굽힘 가공체와, 쭉 뻗은(측면에서 보아 직선상의) 강판을 조합해도 된다.

어느 경우라도 권철심 제조 시에 인접하는 2층 사이에 간극이 생기지 않도록 하기 위해, 인접하는 2층의 굽힘 가공체에 있어서, 내측에 배치되는 굽힘 가공체의 평면부(4)의 외주 길이과, 외측에 배치되는 굽힘 가공체의 평면부(4)의 내주 길이가 동등해지도록 강판의 길이 및 굴곡 영역의 위치가 조정되어 있다.

(방향성 전자 강판의 구성)

방향성 전자 강판은 적어도, 모강판과, 모강판 표면에 인을 함유하는 피막을 갖는 것이고, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 필요에 따라 또 다른 층을 갖고 있어도 된다. 다른 층으로서는, 예를 들어 상기 모강판과, 상기 인을 함유하는 피막 사이에 마련된 글라스 피막 등을 들 수 있다. 이하, 방향성 전자 강판의 각 구성에 대하여 설명한다.

(1) 모강판

본 실시 형태에 관한 권철심(10)에서 사용되는 방향성 전자 강판에 있어서, 모강판은, 당해 모강판 중의 결정립의 방위가 {110} <001> 방위에 고도로 집적된 강판이고, 압연 방향으로 우수한 자기 특성을 갖는다.

본 발명에 있어서 모강판은 특별히 한정되지 않고, 방향성 전자 강판으로서 공지의 것 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 이하, 바람직한 모강판의 일례에 대하여 설명하지만, 본 발명에 있어서 모강판은 이하의 것에 한정되는 것은 아니다.

모강판의 화학 조성은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 질량％로, Si:0.8％ 내지 7％, C:0％보다도 높고 0.085％ 이하, 산 가용성 Al:0％ 내지 0.065％, N:0％ 내지 0.012％, Mn:0％ 내지 1％, Cr:0％ 내지 0.3％, Cu:0％ 내지 0.4％, P:0％ 내지 0.5％, Sn:0％ 내지 0.3％, Sb:0％ 내지 0.3％, Ni:0％ 내지 1％, S:0％ 내지 0.015％, Se:0％ 내지 0.015％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 모강판의 화학 조성은, 결정 방위를 {110} <001> 방위에 집적시킨 Goss 집합 조직으로 제어하기 위해 바람직한 화학 성분이다. 모강판 중의 원소 중, Si 및 C가 기본 원소이고, 산 가용성 Al, N, Mn, Cr, Cu, P, Sn, Sb, Ni, S 및 Se이 선택 원소이다. 이들 선택 원소는, 그 목적에 따라 함유시키면 되므로 하한값을 제한할 필요가 없고, 실질적으로 함유하고 있지 않아도 된다. 또한, 이들 선택 원소가 불가피적 불순물로서 함유되어도, 본 발명의 효과는 손상되지 않는다. 모강판은 기본 원소 및 선택 원소의 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

단, 모강판의 Si 함유량이, 질량％로 2.0％ 이상인 경우, 제품의 고전적 와전류손이 억제되기 때문에 바람직하다. 모강판의 Si 함유량은 3.0％ 이상인 것이 보다 바람직하다.

또한, 모강판의 Si 함유량이, 질량％로 5.0％ 이하인 경우, 열연 공정 및 냉간 압연에서 강판에 균열이 일어나기 어렵기 때문에 바람직하다. 모강판의 Si 함유량은 4.5％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본원에 있어서, 「불가피적 불순물」이란, 모강판을 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 불가피하게 혼입되는 원소를 의미한다.

또한, 방향성 전자 강판에서는 2차 재결정 시에 순화 어닐링을 거치는 것이 일반적이다. 순화 어닐링에 있어서는 인히비터 형성 원소의 계 외로의 배출이 일어난다. 특히 N, S에 대해서는 농도의 저하가 현저하고, 50ppm 이하로 된다. 통상의 순화 어닐링 조건이라면, 9ppm 이하, 나아가 6ppm 이하, 순화 어닐링을 충분히 행하면, 일반적인 분석에서는 검출할 수 없는 정도(1ppm 이하)까지 도달한다.

모강판의 화학 성분은, 강의 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, 모강판의 화학 성분은, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. 구체적으로는, 예를 들어 피막 제거 후의 모강판의 중앙 위치로부터 한 변이 35㎜인 정사각형의 시험편을 취득하고, 시마즈 세이사쿠쇼제 ICPS-8100 등(측정 장치)에 의해, 미리 작성한 검량선에 기초한 조건에서 측정함으로써 특정할 수 있다. 또한, C 및 S은 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N는 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하여 측정하면 된다.

또한, 모강판의 화학 성분은, 방향성 전자 강판으로부터 후술하는 방법에 의해 후술하는 글라스 피막 및 인을 함유하는 피막 등을 제거한 강판을 모강판으로 하고 그 성분을 분석한 성분이다.

모강판의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 종래 공지의 방향성 전자 강판의 제조 방법을 적절히 선택할 수 있다. 제조 방법의 바람직한 구체로서는, 예를 들어 C를 0.04 내지 0.1질량％로 하고, 그 밖에는 상기 모강판의 화학 조성을 갖는 슬래브를 1000℃ 이상으로 가열하여 열간 압연을 행한 후, 필요에 따라 열연판 어닐링을 행하고, 이어서 1회 또는 중간 어닐링을 끼우는 2회 이상의 냉연에 의해 냉연 강판으로 하고, 당해 냉연 강판을, 예를 들어 습수소-불활성 가스 분위기 중에서 700 내지 900℃로 가열하여 탈탄 어닐링, 필요에 따라 다시 질화 어닐링, 1000℃ 정도에서 마무리 어닐링하는 방법 등을 들 수 있다.

모강판의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1㎜ 이상 0.5㎜ 이하이면 되고, 0.15㎜ 이상 0.40㎜ 이하여도 된다.

또한, 방향성 전자 강판은, 표면으로의 국소적인 변형의 부여, 또는 표면으로의 홈의 형성에 의해, 자구가 세분화된 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 강판을 사용함으로써, 철손을 더욱 억제할 수 있다.

(2) 인을 함유하는 피막

방향성 전자 강판은 주로 절연성을 부여하기 위해, 인을 함유하는 피막을 갖는다. 당해 인을 함유하는 피막은 방향성 전자 강판의 최표면에 마련되는 것이고, 방향성 전자 강판이 후술하는 글라스 피막이나 산화 피막을 갖는 경우에는 당해 각 피막 상에 마련된다.

인을 함유하는 피막은, 종래 공지의 것 중에서 적절히 선택할 수 있다. 인을 함유하는 피막으로서는, 인산염계 피막이 바람직하고, 특히, 인산알루미늄 및 인산마그네슘 중 1종 이상을 주성분으로 하고, 부성분으로서 크롬 및 산화규소 중 1종 이상을 더 함유하는 피막인 것이 바람직하다. 인산염계 피막에 의하면, 강판의 절연성을 확보함과 함께, 강판에 장력을 부여하여 저철손화에도 우수하다.

인을 함유하는 피막의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 방법 중에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 피막용 조성물을 용해한 코팅액을 모강판 상에 도포한 후, 베이킹하는 방법이 바람직하다. 이하, 바람직한 구체예를 설명하지만, 인을 함유하는 피막의 형성 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다.

콜로이드상 실리카 4 내지 16질량％, 인산알루미늄 3 내지 24질량％(중인산알루미늄으로서 산출), 무수 크롬산 및 중크롬산염 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.2 내지 4.5중량％ 함유하는 코팅액을 준비한다. 그리고, 이 코팅액을, 모강판 또는 모강판 상에 형성된 글라스 피막 등 그 밖의 피막 상에 도포하고, 약 350℃ 또는 그 이상의 온도에서 베이킹한다. 그 후, 800℃ 내지 900℃에서 열처리함으로써, 인을 함유하는 피막을 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 형성된 피막은, 절연성을 가짐과 함께, 강판에 장력을 부여할 수 있고, 철손 및 자기 변형 특성을 개선할 수 있다.

인을 함유하는 피막의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 절연성을 확보하는 점에서 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.

(3) 그 밖의 피막

방향성 전자 강판은, 모강판과, 최표면에 형성되는 인을 함유하는 피막 외에, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 또 다른 피막을 갖고 있어도 된다. 이와 같은 그 밖의 피막으로서는, 예를 들어 모강판 상에 형성되는 글라스 피막 등을 들 수 있다. 방향성 전자 강판은, 상기 인을 함유하는 피막의 밀착성을 향상시키는 점에서 글라스 피막을 갖는 것이 바람직하다. 글라스 피막으로서는, 예를 들어 포르스테라이트(Mg₂SiO4), 스피넬(MgAl₂O₄) 및 코디에라이트(Mg₂Al₄Si₅O₁₆)에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 갖는 피막을 들 수 있다.

글라스 피막의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 공지의 방법 중에서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 모강판의 제조 방법의 구체예에 있어서, 냉연 강판에 마그네시아(MgO) 및 알루미나(Al₂O₃)에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 어닐링 분리제를 도포한 후에, 마무리 어닐링을 행하는 방법을 들 수 있다. 또한, 어닐링 분리제는 마무리 어닐링 시의 강판끼리의 스티킹을 억제하는 효과도 갖고 있다. 예를 들어, 상기 마그네시아를 함유하는 어닐링 분리제를 도포하여 마무리 어닐링을 행한 경우, 모강판에 포함되는 실리카와 반응하여, 포르스테라이트(Mg₂SiO₄)를 포함하는 글라스 피막이 모강판 표면에 형성된다.

글라스 피막의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 인을 함유하는 피막과의 밀착성 등의 점에서 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.

방향성 전자 강판의 판 두께는 특별히 한정되지 않고, 용도 등에 따라 적절히 선택하면 되는 것이지만, 통상 0.15㎜ 내지 0.35㎜의 범위 내이고, 바람직하게는 0.18㎜ 내지 0.23㎜의 범위이다.

(굴곡부의 특성)

본 실시 형태에 관한 권철심(10)에 있어서는, 측면에서 보아, 굴곡 영역(5)에 존재하는 변형 쌍정의 수가, 굴곡 영역(5)에 있어서의 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당 5개 이하이다.

즉, 「권철심(10)의 하나의 굽힘 가공체(1)의, 하나의 코너부(3)에 포함되는, 모든 굴곡 영역(5)」에 있어서의 판 두께 방향의 중심선의 길이를 L_Total(㎜)이라고 하고, 당해 「권철심(10)의 하나의 굽힘 가공체(1)의, 하나의 코너부(3)에 포함되는, 모든 굴곡 영역(5)」에 포함되는 변형 쌍정의 수를 N_Total(개)이라고 한 경우, N_Total/L_Total(개/㎜)의 값이 5 이하이다.

굴곡 영역(5)에 존재하는 변형 쌍정의 수는, 굴곡 영역(5)에 있어서의 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당 4개 이하인 것이 바람직하고, 3개 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 관한 권철심(10)에 있어서는, 수중에서 30분간 자비한 경우의 코너부(3)로부터의 인의 용출량이, 코너부(3)의 표면적 1㎡당 6.0㎎ 이하이다.

즉, 「권철심(10)의 하나의 굽힘 가공체(1)의, 하나의 코너부(3)」로부터의 인의 용출량을 P_elution(㎎)이라고 하고, 당해 「권철심(10)의 하나의 굽힘 가공체(1)의, 하나의 코너부(3)」의 표면적을 S_A(㎡)라고 한 경우, P_elution/S_A(㎎/㎡)의 값이 6.0 이하이다.

수중에서 30분간 자비한 경우의 코너부(3)로부터의 인의 용출량은, 코너부(3)의 표면적 1㎡당 5㎎ 이하인 것이 바람직하고, 4㎎ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

이하, 변형 쌍정의 수와 인의 용출량에 대하여 상세하게 설명한다.

(1) 변형 쌍정의 수

측면에서 보아 굴곡 영역(5)에 존재하는 변형 쌍정의 수는, 굴곡 영역(5)의 단면을 광학 현미경을 사용하여 촬영하고, 강판 표면으로부터 내부를 향하는 줄무늬상의 변형 쌍정(7)의 수를 하나하나 카운트하면 된다. 도 15의 예에 보이는 바와 같이, 변형 쌍정은 강판의 권철심 외주면 및 권철심 내주면에 형성되어 있다. 본원에 있어서는, 외주면에 형성된 변형 쌍정과, 내주면에 형성된 변형 쌍정을 합계한다. 또한, 변형 쌍정인 것은, 주사 전자 현미경과 결정 방위 해석 소프트웨어(EBSD)를 사용하여 해석 평가함으로써 확인할 수 있다.

여기서, 굴곡 영역(5)의 단면 관찰용의 시료의 작성 방법에 대하여, 본 실시 형태에 관한 권철심(10)을 예로 들어 설명한다.

굴곡 영역(5)의 단면 관찰용의 시료는, 도 12에 도시한 바와 같이, 권철선(10)을 구성하는 복수의 굽힘 가공체(1) 중, 서로 대응하는 코너부(3)(도면 중에 나타내는 영역 A)로부터 채취한다. 이 영역 A로부터, 전단기를 사용하여, 굴곡 영역(5)을 포함하는 시료를 채취한다. 이때, 셔링 날로부터의 클리어런스는 0.1 내지 2㎜ 정도로 세트하고, 굴곡 영역(5)에 전단면이 횡단하지 않도록 전단한다. 또한, 겹쳐진 굽힘 가공체(1)를 한번에 전단하는 것은 곤란하기 때문에, 1매씩 전단한다.

이어서, 1매씩 전단된 부재를 중첩한 상태에서, 판 폭의 편측을 에폭시 수지로 매립을 행하고, 매립한 면을 연마한다. 연마에 있어서는, SiC 연마지를 JIS R 6010 중에 있는 입도의 연마지 #80으로부터 #220, #600, #1000, #1500으로 바꾼 후, 6㎛, 3㎛, 1㎛의 다이아몬드 연마를 행하여 경면에 마무리한다.

마지막으로 조직을 부식시키기 위해, 3％ 나이탈에 대하여 피크르산과 염산을 각각 2 내지 3방울 더한 용액에 20초 약침지하고, 조직을 부식시킴으로써, 굴곡 영역(5)의 단면 관찰용 시료로 한다.

또한, 방향성 전자 강판의 판 두께 방향의 중심선의 길이는, 도 8에 있어서의 곡선 KJ의 길이이고, 구체적으로는 이하와 같이 결정된다. 전술한 바와 같이 정의되는 직선 AB와, 방향성 전자 강판의 외측을 나타내는 선의 교차하는 점을 점 H라고 하고, 당해 점 H와 전술한 원점 C의 중점을 점 I라고 한다. 이때 중심점 A부터 점 I까지의 거리(곡률 반경)를 ｒ'이라고 하고, 하기 식(2)로부터, ｍ'이 산출된다. 이때 방향성 전자 강판의 판 두께 방향의 중심선의 길이는 ｍ'의 2배(2m')로 된다. 또한, 점 K는 선분 EF의 중점, 점 J는 선분 GD의 중점이다.

식(2):ｍ'＝ｒ'×(π/4)

[식(2) 중, ｍ'은 점 I부터 점 K 및 점 J까지의 길이를 나타내고, ｒ'은 중심점 A부터 점 I까지의 거리(곡률 반경)를 나타낸다].

채취된 시료는, 상술한 바와 같이, 1매씩 전단된 부재가 중첩한 것이기 때문에, 복수의 굴곡 영역(5)을 포함한다. 따라서, 시료에 있어서의 모든 굴곡 영역(5)의 중심선의 합계 길이와, 시료에 있어서의 모든 굴곡 영역(5)에 존재하는 변형 쌍정의 수에 기초하여, 굴곡 영역(5)에 있어서의 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당의, 당해 굴곡 영역(5)에 포함되는 변형 쌍정의 수를 구할 수 있다.

(2) 인의 용출량

굴곡 영역(5)에 있어서 피막의 균열이 존재하는 경우, 수중에서 자비한 때에 그 균열 부분으로부터 인이 용출된다. 따라서, 본원에 있어서는, 수중에서 30분 자비한 경우의, 코너부의 표면적 1㎡당의 당해 코너부(3)로부터의 인의 용출량을, 굴곡 영역(5)에 있어서의 강판끼리의 스티킹의 발생의 용이함의 지표로서 사용한다.

여기서, 코너부(3)로부터의 인의 용출량을 측정하기 위한 시료 작성 방법에 대하여, 본 실시 형태에 관한 권철심(10)을 예로 들어 설명한다.

코너부(3)로부터의 인의 용출량을 측정하기 위한 시료는, 도 12에 도시한 바와 같이, 권철선(10)을 구성하는 복수의 굽힘 가공체(1) 중, 서로 대응하는 코너부(3)(도면 중에 나타내는 영역 B1) 및 서로 대응하는 평면부(4)(도면 중에 나타내는 영역 B2)로부터 채취한다. 영역 B1로부터는, 전단기를 사용하여, 코너부(3)와, 당해 코너부(3)에 인접하는 평면부(4, 4)의 일부를 포함하는 시료를 채취한다. 영역 B2로부터는, 전단기를 사용하여, 평판부만으로 이루어지는 시료를 채취한다. 이때, 영역 B1로부터 채취되는 시료의 평판부(4)의 면적과, 영역 B2로부터 채취되는 시료의 평판부(4)의 면적이 동일해지도록 전단을 행한다. 평판부의 면적은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 영역 B2로부터 채취되는 1매의 시료의 면적을 폭 30㎜×길이 280㎜ 등으로 적절히 설정한다. 또한, 어느 채취에 있어서도, 셔링 날로부터의 클리어런스는 0.1 내지 2㎜ 정도로 세트하고, 굴곡 영역(5)에 전단면이 횡단하지 않도록 전단한다. 또한, 겹쳐진 굽힘 가공체(1)를 한번에 전단하는 것은 곤란하기 때문에, 1매씩 전단한다.

이어서, 영역 B1과 영역 B2로부터 채취된 시료를, 각각 동량의 수중에 투입하고, 30분간 약 100℃에서 자비한 후, 몰리브덴 청(아스코르브산 환원) 흡광 광도법에 의해 수중에 용출된 인을 인산 이온으로서 측정한다. 영역 B1로부터 채취된 시료로부터의 인의 용출량을 P_B1, 영역 B2로부터 채취된 시료로부터의 인의 용출량을 P_B2라고 하고, P_B1－P_B2를 산출함으로써, 코너부(3)로부터의 인의 용출량이 구해진다.

상술한 바와 같이, 시료는 복수의 굽힘 가공체(1)로부터 채취된 부재의 집합이기 때문에, 각각의 부재[굽힘 가공체(1)의 코너부(3)]의 표면적의 합계와, P_B1－P_B2에 의해 산출된 인의 용출량에 기초하여, 코너부의 표면적 1㎡당의, 수중에서 30분간 자비한 경우의 코너부(3)로부터의 인의 용출량을 구할 수 있다.

하나의 굽힘 가공체의 하나의 코너부의 표면적은, (굽힘 가공체(1)의 두께 방향의 중심선의 긴 변 방향의 길이)×(굽힘 가공체(1)의 폭)×2의 계산식으로부터 산출할 수 있다.

코너부(3)로부터의 인의 용출량을 측정하기 위해서는, 영역 B1로부터 채취되는 시료 중, 코너부만을 포함하는 부재를 전단하여 시료로 하는 것도 생각할 수 있지만, 그 경우, 굴곡부에 가까운 부위가 전단될 우려가 있고, 정확한 측정 결과가 얻어지지 않게 될 우려가 있기 때문에, 본원에 있어서는 상술한 바와 같이 영역 B1과 영역 B2로부터 각각 시료를 채취하는 것으로 하고 있다.

또한, 본 발명자들은, 전단에 의해 잘라내는 시료의 크기를 다양하게 변경하여 인의 용출량을 측정한 결과, 시료의 측면부(절단면)로부터의 인의 용출의 영향은 매우 작고, 상기한 방법에 의하면, 절단 면적이 상이해도 인을 함유하는 피막이 존재하는 방향성 전자 강판 표층의 면적이 동일하면, 그곳으로부터 용출되는 단위 면적당의 인의 용출량이 동일한 것을 확인하고 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 권철심(10)은, 굴곡 영역(5)에 있어서의 변형 쌍정이 적고, 또한 코너부(3)에 있어서의 인의 용출량이 적기 때문에, 굴곡 영역(5)을 가지면서도 철손이 억제되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 권철심(10)은 트랜스, 리액터, 노이즈 필터 등의 자심 등, 종래 공지의 어느 용도에도 적합하게 사용할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 상술한 권철심(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 제2 실시 형태에 관한 권철심의 제조 방법은, 표면에 인을 함유하는 피막을 갖는 복수의 방향성 전자 강판을 준비하는 준비 공정과, 복수의 상기 방향성 전자 강판에 대하여 미리 할당한 각 코너부 형성 영역마다, 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하로 한 상태에서 굽힘 가공함으로써, 측면에서 보아 대략 직사각 형상인 복수의 굽힘 가공체를 성형하는 굽힘 공정과, 복수의 굽힘 가공체를, 판 두께 방향으로 적층하는 적층 공정을 구비한다.

상기한 제조 방법에 의하면, 굴곡 영역(5)을 가지면서 저철손의 권철심을 제조할 수 있다. 이하, 권철심의 제조 방법에 대하여, 순서대로 상세하게 설명한다.

(준비 공정)

먼저, 표면에 인을 함유하는 피막을 구비한 방향성 전자 강판을 준비한다. 방향성 전자 강판은 제조해도 되고, 시판품을 입수해도 된다. 방향성 전자 강판의 제조 방법이나 화학 조성에 대해서는 전술한 바와 같기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.

(굽힘 공정)

이어서, 필요에 따라 방향성 전자 강판을 원하는 길이로 절단한 후, 방향성 전자 강판 상에 미리 할당한 각 코너부 형성 영역마다 적어도 한 개소를 굽힘 가공한다. 이로써, 방향성 전자 강판을, 평면부와 코너부가 교대로 연속하고, 각 코너부에 있어서 인접하는 2개의 평면부가 이루는 각이 대략 90°인 굽힘 가공체(1)를 성형한다.

굽힘 가공의 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도 13은 권철심(10)의 제조 방법에 있어서의 굽힘 가공 방법의 일례를 도시하는 모식도이다.

가공기의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 도 13의 (A)에 도시된 바와 같이, 통상, 프레스 가공을 위한 다이스(22)와 펀치(24)를 갖고, 또한 방향성 전자 강판(21)을 고정하는 가이드(23) 등을 갖고 있다. 방향성 전자 강판(21)은 반송 방향(25)의 방향으로 반송되고, 미리 설정된 위치에서 고정된다[도 13의 (B)]. 이어서 펀치(24)로 미리 설정된 소정의 힘으로 가압함으로써, 절곡 각도 φ의 굴곡 영역을 갖는 굽힘 가공체가 얻어진다.

굽힘 공정에 있어서는, 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하로 제어한다. 당해 온도 범위로 설정함으로써, 변형 쌍정의 발생이 억제되고, 또한 인을 함유하는 피막의 균열도 억제할 수 있기 때문이다.

여기서, 온도를 제어하는 부위는, 굽힘 가공 시에 절곡되는 부위만이면 된다. 즉, 평판부의 온도는 특별히 한정되지 않는다. 단, 방향성 전자 강판으로서, 자구를 세분화하기 위해 표면에 국소적인 변형이 부여된 강판을 사용하는 경우에는, 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하로 제어하면서, 코너부 형성 영역을 제외한 영역의 온도를 300℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

코너부 형성 영역의 온도는, 예를 들어 펀치(24)에 열전대를 설치하고, 펀치(24)가 방향성 전자 강판(21)에 접촉한 때의 온도를 측정함으로써 구해진다. 방향성 전자 강판에 있어서의 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하로 제어하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 다이스(22) 등 방향성 전자 강판과 접촉하고 있는 부재를 가온하는 것이나, 적외선 히터 등에 의해 제어할 수 있다. 다이스(22)를 가온하는 경우, 그 온도는, 강판의 두께나 반송 시간 등에 의해 적절히 설정하는 것이지만, 목표로서, 다이스(22)의 온도를 200℃ 내지 500℃로 설정하면 된다.

여기서, 굽힘 가공 시에 있어서의 방향성 전자 강판의 온도는 이하와 같이 측정한다. 먼저, 도 13의 (B)에 있어서 방향성 전자 강판(21)의 반송 방향(25)(방향성 전자 강판의 긴 변 방향)을 x축, 강판(21)의 폭 방향을 y축, 강판의 판 두께 방향을 z축이라고 하고, 다이스(22)의 펀치(24)에 가까운 측의 면을 x＝0, 방향성 전자 강판의 폭 방향의 중앙을 y＝0, 방향성 전자 강판의 다이스(22)측의 표면을 z＝0이라고 하여 원점을 정의한다[도 11의 (B)에 x＝0, y＝0, z＝0의 위치를 나타낸다]. 이때 원점(0, 0, 0)에 있어서의 온도와, 원점에 있어서 다이스(22)는 반대측의 표면[즉, 점(0, 0, t)]에 있어서의 온도와의 평균값을, 굽힘 가공 시에 있어서의 방향성 전자 강판의 온도라고 정의한다. 원점(0, 0, 0)과 점(0, 0, t)의 온도는 펀치가 강판에 접촉한 때의 온도를 열전대에서 측정함으로써 평가할 수 있다. 또한 상기 t를 방향성 전자 강판의 판 두께라고 한다.

(적층 공정)

이어서, 적층 공정에서는, 복수의 굽힘 가공체를, 판 두께 방향으로 적층한다. 즉, 굽힘 가공체(1)를, 코너부(3)끼리를 위치 정렬하고, 판 두께 방향으로 겹쳐서 적층하고, 측면에서 보아 대략 직사각 형상의 적층체를 형성한다. 이로써, 권철심을 얻을 수 있다. 얻어진 권철심은, 또한 필요에 따라 공지의 결속 밴드나 체결구를 사용하여 고정해도 된다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시이고, 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떤 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들어, 상기한 설명에서는, 굽힘 가공체(1)를 4개 적층시키는 경우에 대하여 설명했지만, 적층시키는 굽힘 가공체(1)의 수는 한정되는 것은 아니다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를 들면서, 본 발명의 기술적 내용에 대하여 더 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 조건예이고, 본 발명은 이 조건예에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

실험예 A1 내지 A14로서, 두께가 0.27㎜인 모강판에 대하여, 포르스테라이트(Mg₂SiO₄)를 포함하는 글라스 피막(두께 1.0㎛)과, 인산알루미늄을 함유하는 피막(두께 2.0㎛)을 이 순서로 형성하고, 또한 강판 표면에 압연 방향과 직각 방향으로 4㎜ 간격으로 레이저 조사를 행함으로써 자구를 세분화한 방향성 전자 강판을 준비했다.

이들 방향성 전자 강판의 코너부 형성 영역을 25℃ 내지 1000℃의 온도 범위로 조정하면서 굽힘 가공을 행하고, 굴곡 각도 φ가 45°인 굴곡 영역을 갖는 굽힘 가공체를 얻었다. 이어서, 이 굽힘 가공체를 적층함으로써, 도 12에 도시되는 치수의 권철심을 얻었다.

또한, 실험예 B1 내지 B14, C1 내지 C14, 및 D1 내지 D14에서는, 모강판의 두께를 각각 0.23㎜, 0.20㎜, 0.18㎜로 한 방향성 전자 강판을 사용하여 동일한 권철심을 얻었다.

[변형 쌍정의 수의 측정]

상기 실험예의 권철심으로부터, 도 12에 도시하는 영역 A로부터 시료를 전단했다. 이 시료를 광학 현미경으로 관찰하고, 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당의, 굽힘 가공체의 굴곡 영역의 각각에 존재하는 변형 쌍정의 수를 산출했다. 결과를 표 1, 표 2에 나타낸다.

또한, 변형 쌍정인 것은 주사 전자 현미경과 결정 방위 해석 소프트웨어(EBSD)를 사용하여 해석 평가함으로써 확인했다.

[인의 용출량의 측정]

상기 실험예의 권철심으로부터, 도 12에 도시하는 영역 B1, B2로부터 시료를 전단했다.

이때, 영역 B1, B2로부터 얻어지는 시료의 평판부의 크기가 모두 폭 30㎜×길이 280㎜로 되도록 전단했다.

이들 시료를, 각각 200cc의 수중에 투입하고, 30분간, 약 100℃에서 자비한 후, 몰리브덴 청(아스코르브산 환원) 흡광 광도법에 의해 수중에 용출된 인을 인산 이온으로서 측정했다. 영역 B1로부터 채취한 시료로부터의 인의 용출량 P_B1과 영역 B2로부터 채취한 시료로부터의 인의 용출량 P_B2의 차로부터, 코너부로부터의 인의 용출량을 산출했다. 결과를 표 1, 표 2에 나타낸다.

또한, 미리 수중의 인산 이온을 측정하여, 정량 하한(0.005㎎/리터) 미만인 것을 확인했다.

또한, 상기 인의 용출량의 측정에 있어서, 폭 50㎜×길이 336㎜의 시료를 제작하고, 마찬가지로 인 용출량의 측정을 행한바, 단위 면적당의 인 용출량은, 상기 폭 30㎜×길이 280㎜의 시료와 동일했던 것을 확인했다.

[평가]

(1) 권철심의 철손값 측정

실험예의 권철심에 대하여, 각각 JIS C 2550-1에 기재된 엡스타인 시험기에 의한 전자 강대의 자기 특성의 측정 방법에 있어서의 여자 전류법을, 주파수 50㎐, 자속 밀도 1.7T의 조건에서 측정을 행하여, 철손값 W_A를 구했다.

(2) 방향성 전자 강판의 철손값 측정

실험예의 권철심으로부터, 방향성 전자 강판을 취출하여 전단하고, 평판부만으로 이루어지는 폭 60㎜×길이 300㎜의 시료를 채취하고, JIS C 2556에 기재된 H코일법에 의한 전자 강판 단판 자기 특성 시험을, 주파수 50㎐, 자속 밀도 1.7T의 조건에서 측정을 행하여, 철손값 W_B를 구했다.

(3) 빌딩 팩터

상기 (1)에서 구한 권철심의 철손값 W_A를, 상기 (2)에서 구한 전자 강판 단판의 철손값 W_B로 나눔으로써 빌딩 팩터(BF)를 구했다. 본 발명에 있어서는 BF가 작을수록 적층 시에 모강판끼리의 스티킹이 발생하지 않고, 철손이 저감된 권철심이라고 평가할 수 있다. 또한, 본원에 있어서는, BF의 값이 1.00 미만인 경우를 발명예라고 하고 있다.

결과를 표 1, 표 2에 나타낸다.

[결과의 정리]

굽힘 가공 시의 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 이상으로 함으로써, 단위 길이당의 변형 쌍정의 수를 5개 이하로 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 굽힘 가공 시의 코너부 형성 영역의 온도를 올릴수록 변형 쌍정의 수를 억제하는 것이 가능하게 되어 있지만, 굽힘 가공 시의 코너부 형성 영역의 온도가 600℃ 이상으로 되면, 코너부로부터의 인의 용출량이 증가하여, BF값이 상승하고 있다. 이 결과로부터, 굽힘 가공 시의 코너부 형성 영역의 온도가 600℃ 이상인 경우에는, 굴곡 영역에 있어서의 인을 함유하는 피막의 균열이 발생하고, 강판끼리의 스티킹이 발생하고 있는 것이라고 추측된다.

굽힘 가공 시의 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 내지 500℃로 제어한 발명예에 있어서는, 측면에서 보아, 굴곡 영역에 존재하는 변형 쌍정의 수가, 굴곡 영역에 있어서의 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당 5개 이하이고, 또한 수중에서 30분간 자비한 경우의 코너부로부터의 인의 용출량이, 코너부의 표면적 1㎡당 6.0㎎ 이하로 되고, 권철심으로서의 철손값도, BF값도 낮고, 굴곡 영역을 가지면서, 철손이 억제된 권철심으로 되어 있는 것이 명확해졌다.

본 발명에 따르면, 굴곡 영역을 가지면서, 철손이 억제된 권철심, 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

1, 1a : 방향성 전자 강판
2 : 적층체
3 : 코너부
4, 4a, 4b : 평면부
5, 5a, 5b, 5c : 굴곡 영역
6 : 접합부
7 : 변형 쌍정
10 : 권철심
21 : 방향성 전자 강판
22 : 다이스
23 : 가이드
24 : 펀치
25 : 반송 방향
26 : 가압 방향

Claims (5)

1. 표면에 인을 함유하는 피막이 형성된 방향성 전자 강판으로 형성된 복수의 굽힘 가공체를, 그 판 두께 방향으로 적층함으로써 구성된 권철심이며,
   상기 굽힘 가공체는, 평면부와, 상기 평면부에 인접하는 코너부를 각각 4개 가짐으로써 직사각 형상으로 형성되고,
   상기 코너부는, 측면에서 보아, 굽힘 각도의 합계가 대략 90°인 굴곡 영역을 갖고,
   측면에서 보아, 상기 굴곡 영역에 존재하는 변형 쌍정의 수가, 상기 굴곡 영역에 있어서의 상기 판 두께 방향의 중심선의 길이 1㎜당 5개 이하이고,
   수중에서 30분간 자비한 경우의 상기 코너부로부터의 인의 용출량이, 상기 코너부의 표면적 1㎡당 6.0㎎ 이하인 것을 특징으로 하는 권철심.
2. 제1항에 있어서, 상기 방향성 전자 강판이, 표면에 국소적인 변형이 부여된 강판, 또는 표면에 홈이 형성된 강판인 것을 특징으로 하는 권철심.
3. 제1항에 있어서, 상기 방향성 전자 강판의 Si 함유량이 2.0 내지 5.0질량％ 인 것을 특징으로 하는 권철심.
4. 제1항에 있어서, 상기 굴곡 영역은, 상기 굽힘 가공체의 측면에서 보아, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La 상의 점 D 및 점 E, 그리고 상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb 상의 점 F 및 점 G를 하기와 같이 정의한 때에, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La 상에서 점 D와 점 E로 구획된 선, 상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb 상에서 점 F와 점 G로 구획된 선, 상기 점 D와 상기 점 G를 연결하는 직선, 및 상기 점 E와 상기 점 F를 연결하는 직선에 의해 둘러싸이는 영역인 것을 특징으로 하는 권철심.
   <점 D, 점 E, 점 F 및 점 G의 정의>
   측면에서 보아, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La에 포함되는 곡선 부분에 있어서의 곡률 반경의 중심점 A와, 상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 곡선 부분의 양측 각각에 인접하는 직선 부분을 연장하여 얻어지는 상기 2개의 가상선 Lb-elongation1, Lb-elongation2의 교점 B를 연결한 직선 AB가, 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선과 교차하는 점을 원점 C라고 하고,
   당해 원점 C로부터 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La를 따라, 한쪽 방향으로 하기 식(1)로 표시되는 거리 m만큼 이격된 점을 점 D라고 하고,
   당해 원점 C로부터 상기 굽힘 가공체의 내면을 나타내는 선 La를 따라, 다른 방향으로 상기 거리 m만큼 이격된 점을 점 E라고 하고,
   상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 상기 직선 부분 중, 상기 점 D에 대향하는 직선 부분과, 당해 점 D에 대향하는 직선 부분에 대하여 수직으로 그어지고 또한 상기 점 D를 통과하는 가상선과의 교점을 점 G라고 하고,
   상기 굽힘 가공체의 외면을 나타내는 선 Lb에 포함되는 상기 직선 부분 중, 상기 점 E에 대향하는 직선 부분과, 당해 점 E에 대향하는 직선 부분에 대하여 수직으로 그어지고 또한 상기 점 E를 통과하는 가상선과의 교점을 점 F라고 한다.
   식(1):m＝r×(π/4)
   [식(1) 중, m은 원점 C로부터의 거리를 나타내고, r은 중심점 A부터 원점 C까지의 거리(곡률 반경)를 나타낸다].
5. 제1항에 기재된 권철심을 제조하는 방법이며,
   표면에 인을 함유하는 피막을 갖는 복수의 방향성 전자 강판을 준비하는 준비 공정과,
   복수의 상기 방향성 전자 강판에 대하여 미리 할당한 각 코너부 형성 영역마다, 상기 코너부 형성 영역의 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하로 한 상태에서 굽힘 가공함으로써, 측면에서 보아 대략 직사각 형상인 복수의 굽힘 가공체를 성형하는 굽힘 공정과,
   복수의 상기 굽힘 가공체를, 판 두께 방향으로 적층하는 적층 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 권철심의 제조 방법.

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