TWI781804B - 捲鐵心 - Google Patents

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TWI781804B
TWI781804B TW110139728A TW110139728A TWI781804B TW I781804 B TWI781804 B TW I781804B TW 110139728 A TW110139728 A TW 110139728A TW 110139728 A TW110139728 A TW 110139728A TW I781804 B TWI781804 B TW I781804B
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牛神義行
山本信次
荒牧毅郎
國田雄樹
新井聰
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日商日本製鐵股份有限公司
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Abstract

本發明之捲鐵心係具備在側面視角下為大致矩形之捲鐵心本體者，在捲鐵心本體中，第1平面部與角落部交替連續，並且，在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個滿足以下(1)~(3)式。 Tave≦40nm　　　　　　・・・・・・(1) (To-Tu)/Tave≦0.50　　　・・・・・・(2) Tave(To-Tu)≦240nm 2・・・・・・(3)

Description

捲鐵心
本發明涉及捲鐵心。本案係依據已於2020年10月26日於日本提出申請之特願2020-178900號主張優先權，並在此援引其內容。
方向性電磁鋼板為含有7質量%以下之Si且具有二次再結晶晶粒聚集於{110}＜001＞方位(Goss方位)之二次再結晶集合組織的鋼板。方向性電磁鋼板之磁特性會受到往{110}＜001＞方位聚集之聚集度的大幅影響。近年來，實用之方向性電磁鋼板係被控制成使結晶之＜001＞方向與軋延方向之角度落在5°左右的範圍內。
方向性電磁鋼板可積層後用於變壓器之鐵心等，作為主要之磁特性係要求具高磁通密度與低鐵損。已知結晶方位與該等特性強烈相關，且已揭示譬如專利文獻1~3之細膩的方位控制技術。
為了使鐵損降低，會於鋼板表面形成皮膜。該皮膜之目的在於對鋼板賦予張力使作為鋼板單板之鐵損降低，除此之外，還有一目的是在將鋼板予以積層來使用時確保鋼板之間的電絕緣性，藉此使作為鐵心之鐵損降低。
作為於鋼板表面形成有皮膜之方向性電磁鋼板，例如有在母鋼板表面形成有以鎂橄欖石(Mg 2SiO 4)作為主體之中間層(一次被膜)、且於中間層表面形成有絕緣皮膜者。
其密著性主要是藉母鋼板與中間層之界面的凹凸所帶來之錨定效應來確保，但該界面的凹凸也會成為電磁鋼板磁化時之磁疇壁移動的障礙，因此也成為了妨礙鐵損降低作用的主要原因。於是，揭示了如專利文獻4~7之技術，該等技術係為了要在不存在精加工退火皮膜下使鐵損降低，而在使上述界面平滑化後之狀態下，利用由SiO 2或TiN等所構成之數nm~數10nm的特殊中間層來確保絕緣皮膜之密著性。
又，關於製造捲鐵心，迄今已廣為人知的方法係譬如專利文獻8所記載這般，在將鋼板捲取成筒狀之後，直接將筒狀積層體進行壓製而形成為大致矩形，以使角落部成為固定曲率，然後再藉由進行退火來消除應力與維持形狀。
另一方面，作為捲鐵心之另一製造方法揭示了如專利文獻9~11之技術，該技術係事先將鋼板要成為捲鐵心之角落部的部分進行彎曲加工以形成曲率半徑為3mm以下之較小的撓曲區域，再將該經彎曲加工之鋼板積層做成捲鐵心。根據該製造方法，不需要如以往之大規模的壓製步驟，且鋼板被細膩地彎折並維持鐵心形狀，加工應變也僅集中於彎曲部(角部)，因此也可省略上述藉退火步驟來去除應變，工業上之優點大，其應用持續擴展。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2001-192785號公報 專利文獻2：日本專利特開2005-240079號公報 專利文獻3：日本專利特開2012-052229號公報 專利文獻4：日本專利特許第4025514號公報 專利文獻5：日本專利特開2002-322566號公報 專利文獻6：日本專利特開2019-019360號公報 專利文獻7：日本專利特開2005-264236號公報 專利文獻8：日本專利特開2005-286169號公報 專利文獻9：日本專利特許第6224468號公報 專利文獻10：日本專利特開2018-148036號公報 專利文獻11：澳大利亞發明專利申請案公開第2012337260號說明書
發明欲解決之課題 本案發明人等詳細研討了變壓器鐵心的效率，該變壓器鐵心係藉由下述方法製出者：事先將鋼板進行彎曲加工以形成曲率半徑為5mm以下之較小的撓曲區域，再將該經彎曲加工之鋼板積層做成捲鐵心。其結果認知到即便在將結晶方位之控制幾乎同等且以單板測定之磁通密度及鐵損也幾乎同等的鋼板當作胚料的情況下，鐵心效率有時仍會產生差異。
在探究其原因之後，得知會成為問題之效率差異也會依鐵心之尺寸形狀不同而在現象之程度上產生差別。若比較由鋼種所致之效率差異，可確認是中間層之種類、尤其是中間層厚度與形態的影響。若進一步詳細研討該現象，可推測尤以中間層之形態會改變藉由在撓曲部之撓曲所帶來的阻礙磁化的程度，因此，在包含撓曲部之鋼板的鐵損劣化的程度上會產生差異。 在此觀點下，針對各種鋼板製造條件與鐵心形狀進行了研討，並將對鐵心效率之影響加以分類的結果，獲得以下結果：藉由最佳化控制胚料之中間層形態，可將鐵心效率控制成與鋼板胚料之磁特性相應之適當效率。
本發明係有鑑於上述課題而作成者，其目的在於提供一種捲鐵心，係藉由下述方法製出者：事先將鋼板進行彎曲加工以形成曲率半徑為5mm以下之較小的撓曲區域，再將該經彎曲加工之鋼板積層做成捲鐵心；該捲鐵心經過改善而可抑制不小心之效率惡化。 用以解決課題之手段
為了達成前述目的，本發明為一種捲鐵心，特徵在於：其具備在側面視角下為大致矩形之捲鐵心本體； 前述捲鐵心本體具有在側面視角下為大致矩形之積層結構，該積層結構包含方向性電磁鋼板在板厚方向上疊合之部分，該方向性電磁鋼板係在長邊方向上第1平面部與角落部交替連續，且夾著該各角落部而相鄰之2個第1平面部所形成之角度為90°者； 在前述方向性電磁鋼板之側面視角下，前述各角落部具有2個以上具曲線狀形狀的撓曲部，並且於相鄰之前述撓曲部之間具有第2平面部，且存在於一個角落部中之撓曲部各自的彎曲角度合計為90°； 前述撓曲部之側面視角下之內表面側曲率半徑r為1mm以上且5mm以下； 前述方向性電磁鋼板具有以下化學組成： 以質量%計含有Si：2.0~7.0%，且剩餘部分由Fe及不純物所構成； 該方向性電磁鋼板具有於Goss方位定向之集合組織；並且， 在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個滿足以下(1)~(3)式。 Tave≦40nm　　　　　　・・・・・・(1) (To-Tu)/Tave≦0.50　　　・・・・・・(2) Tave(To-Tu)≦240nm 2・・・・・・(3) 在此，於與前述撓曲部鄰接之第1及第2平面部區域的複數處測定設於前述方向性電磁鋼板之母鋼板表面之中間層的厚度T(nm)，令該中間層厚度T(nm)之平均厚度為Tave(nm)，令最大厚度為Tmax(nm)，令最小厚度為Tmin(nm)，令T＞Tave之數據的平均值為To(nm)且令T＜Tave之數據的平均值為Tu(nm)。
又，在本發明之前述構成中，在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個亦可滿足以下(4)式。 N(To-Tu)≦24nm　　　　　　・・・・・・(4) 在此，在沿著鋼板表面方向之前述中間層的厚度分布中，將成為T＞Tave之測定值連續的區域算作一個區域，且令整個測定區域內之數量為N。
又，在本發明之前述構成中，在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個亦可滿足以下(5)式。 N≧2　　　　　　　　　　・・・・・・(5)
又，在本發明之前述構成中，在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個亦可滿足以下(6)式。 (Tmax-Tmin)＜Tave　　　　　　・・・・・・(6) 發明效果
根據本發明，在積層經彎曲加工之鋼板所形成之捲鐵心中，可有效抑制不小心之效率惡化。
以下，依序詳細說明本發明之捲鐵心。惟，本發明並非僅限於本實施形態所揭示之構成，可在不脫離本發明主旨之範圍內進行各種變更。此外，在下述之數值限定範圍中，下限值及上限值被包含於該範圍內。顯示為「大於」或「小於」的數值，該值不包含在數值範圍內。又，有關化學組成之「%」只要無特別說明則意指「質量%」。 又，有關在本說明書中所使用之形狀、幾何學之條件以及用以特定其等之程度的譬如「平行」、「垂直」、「相同」、「直角」等用語、長度及角度之值等，不拘泥於嚴格意義而是包含可期待相同機能之程度的範圍來解釋。 又，在本說明書中，有時會將「方向性電磁鋼板」僅記載為「鋼板」或「電磁鋼板」，有時也會將「捲鐵心」僅記載為「鐵心」。
本實施形態之捲鐵心之特徵在於：其具備在側面視角下為大致矩形之捲鐵心本體； 前述捲鐵心本體具有在側面視角下為大致矩形之積層結構，該積層結構包含方向性電磁鋼板在板厚方向上疊合之部分，該方向性電磁鋼板係在長邊方向上第1平面部與角落部交替連續，且夾著該各角落部而相鄰之2個第1平面部所形成之角度為90°者； 在前述方向性電磁鋼板之側面視角下，前述各角落部具有2個以上具曲線狀形狀的撓曲部，並且於相鄰之前述撓曲部之間具有第2平面部，且存在於一個角落部中之撓曲部各自的彎曲角度合計為90°； 前述撓曲部之側面視角下之內表面側曲率半徑r為1mm以上且5mm以下； 前述方向性電磁鋼板具有以下化學組成：以質量%計含有Si：2.0~7.0%，且剩餘部分由Fe及不純物所構成，該方向性電磁鋼板具有於Goss方位定向之集合組織，並且，在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個滿足以下(1)~(3)式。 Tave≦40nm　　　　　　・・・・・・(1) (To-Tu)/Tave≦0.50　　　・・・・・・(2) Tave(To-Tu)≦240nm 2・・・・・・(3) 在此，於與前述撓曲部鄰接之第1及第2平面部區域的複數處測定設於前述方向性電磁鋼板之母鋼板表面之中間層的厚度T(nm)，令該中間層厚度T(nm)之平均厚度為Tave(nm)，令最大厚度為Tmax(nm)，令最小厚度為Tmin(nm)，令T＞Tave之數據的平均值為To(nm)且令T＜Tave之數據的平均值為Tu(nm)。
1.捲鐵心及方向性電磁鋼板之形狀 首先，說明本實施形態之捲鐵心的形狀。在此所說明之捲鐵心及方向性電磁鋼板之形狀本身並非特別新穎之物。其只不過是依循例如在先前技術中作為專利文獻9~11所介紹之公知捲鐵心及方向性電磁鋼板的形狀。 圖1為示意顯示捲鐵心之一實施形態的立體圖。圖2為圖1之實施形態所示之捲鐵心的側視圖。並且，圖3為示意顯示捲鐵心之另一實施形態的側視圖。 此外，在本實施形態中，所謂側面視角係指在構成捲鐵心之長條狀方向性電磁鋼板的寬度方向(圖1中之Y軸方向)上觀看。所謂側視圖係顯示出自側面視角所識別之形狀的圖(圖1之Y軸方向的圖)。
本實施形態之捲鐵心具備在側面視角下為大致矩形(大致多角形)之捲鐵心本體10。該捲鐵心本體10具有方向性電磁鋼板1在板厚方向上疊合且在側面視角下為大致矩形之積層結構2。該捲鐵心本體10可直接當作捲鐵心來使用，亦可視需求具備有捆束帶等公知的緊固件等以將所疊合之複數片方向性電磁鋼板1固定成一體。
在本實施形態中，捲鐵心本體10之鐵心長度並無特別限制。在鐵心中，即便鐵心長度改變，撓曲部5之體積仍為固定，因此在撓曲部5所產生之鐵損固定。鐵心長度越長，撓曲部5相對於捲鐵心本體10之體積率越變小，故對鐵損劣化之影響也小。由此，捲鐵心本體10之鐵心長度越長越好。捲鐵心本體10之鐵心長度宜為1.5m以上，且較佳為1.7m以上。此外，在本實施形態中，所謂捲鐵心本體10之鐵心長度係指藉側視之在捲鐵心本體10之積層方向的中心點的周長。
本實施形態之捲鐵心也適合使用於迄今公知之所有用途上。
如圖1及2所示，捲鐵心本體10具有在側面視角下為大致矩形之積層結構2，該積層結構2包含方向性電磁鋼板1在板厚方向上疊合之部分，該方向性電磁鋼板1係在長邊方向上第1平面部4與角落部3交替連續，且在該各角落部3中鄰接之2個第1平面部4所形成之角度為90°者。此外，在本說明書中，有時也會將「第1平面部」及「第2平面部」各自僅記載為「平面部」。 方向性電磁鋼板1之各角落部3在側面視角下具有2個以上具曲線狀形狀的撓曲部5，且存在於一個角落部3中之撓曲部5各自的彎曲角度合計成為90°。角落部3係在相鄰的撓曲部5之間具有第2平面部4a。因此，角落部3係形成為具備有2個以上撓曲部5與1個以上第2平面部4a之構成。 圖2之實施形態係在1個角落部3中具有2個撓曲部5的情況。圖3之實施形態係在1個角落部3中具有3個撓曲部5的情況。
如該等例子所示，在本實施形態中，1個角落部可藉由2個以上撓曲部來構成，而從抑制因加工時之變形所產生之應變來抑制鐵損的觀點，撓曲部5之彎曲角度φ(φ1、φ2、φ3等)宜為60°以下，且較佳為45°以下。 在1個角落部具有2個撓曲部之圖2的實施形態中，從減少鐵損的觀點，譬如可設為φ1=60°且φ2=30°，或者設為φ1=45°且φ2=45°等。又，在1個角落部具有3個撓曲部之圖3的實施形態中，從減少鐵損的觀點，譬如可設為φ1=30°、φ2=30°且φ3=30°等。此外，從生產效率的觀點，彎折角度(彎曲角度)宜相等，因此當1個角落部具有2個撓曲部時，宜設為φ1=45°且φ2=45°，又，在1個角落部具有3個撓曲部之圖3的實施形態中，從減少鐵損的觀點，例如宜設為φ1=30°、φ2=30°且φ3=30°。
參照圖4來進一步詳細說明撓曲部5。圖4為示意顯示方向性電磁鋼板之撓曲部(曲線部分)之一例的圖。所謂撓曲部5之彎曲角度，意指在方向性電磁鋼板1之撓曲部5中，於彎折方向之後方側的直線部與前方側的直線部之間所產生的角度差，並且係以2條假想線Lb延長線1(Lb-elongation1)、Lb延長線2(Lb-elongation2)所形成之角的補角角度φ來表示，該等假想線為將方向性電磁鋼板1外表面中、屬於夾住撓曲部5之兩側平面部4、4a之表面的直線部分延長而獲得的假想線。此時，延長之直線從鋼板表面脫離的點為平面部與撓曲部在鋼板外表面側之表面上的邊界，於圖6中為點F及點G。
此外，從點F及點G各自延長與鋼板外表面垂直之直線，將該直線與鋼板內表面側之表面的交點各自定為點E及點D。該點E及點D為平面部與撓曲部在鋼板內表面側之表面上的邊界。 並且，在本實施形態中，所謂撓曲部係在方向性電磁鋼板1之側面視角下，由上述點D、點E、點F及點G所包圍之方向性電磁鋼板1的部位。在圖6中，係將點D與點E之間的鋼板表面、亦即撓曲部5之內側表面定為La來表示，且將點F與點G之間的鋼板表面、亦即撓曲部5之外側表面定為Lb來表示。
又，在圖4中顯示出撓曲部5之側面視角下之內表面側曲率半徑r。透過以通過點E及點D之圓弧將上述La作近似，可獲得撓曲部5之曲率半徑r。曲率半徑r越小，撓曲部5之曲線部分的彎曲程度越險急，曲率半徑r越大，撓曲部5之曲線部分的彎曲程度越平緩。 在本實施形態之捲鐵心中，在板厚方向上積層之各方向性電磁鋼板1中，各撓曲部5之曲率半徑r亦可具有某程度的變動。此變動有時係因成形精度所致之變動，亦可推測係在積層時的處理等中發生非刻意之變動。如上述之非刻意之誤差若在現在之一般工業製造中可抑制到0.2mm左右以下。當如上述之變動大時，可藉由針對數量夠多的鋼板測定曲率半徑r並加以平均來獲得代表的值。又，亦可推測係因某種理由而刻意使其改變，本實施形態並未排除如所述這般之形態。
此外，撓曲部5之內表面側曲率半徑r之測定方法亦無特別限制，譬如可藉由使用市售之顯微鏡(Nikon ECLIPSE LV150)在200倍下進行觀察來測定。具體而言，係從觀察結果求出曲率中心A點，作為該求算方式，例如若使線段EF與線段DG往與點B為相反側之內側延長而將其等的交點規定為A，則內表面側曲率半徑r的大小就相當於線段AC之長度。 在本實施形態中，係將撓曲部5之內表面側曲率半徑r設為1mm以上且5mm以下之範圍，並最佳化控制下述說明之方向性電磁鋼板1之設於母鋼板表面之中間層的形態，藉此使鐵心效率成為與磁特性相應之最佳效率。撓曲部5之內表面側曲率半徑r宜為3mm以下，此時，可更明顯發揮本實施形態之效果。 並且，最佳形態為存在於鐵心內之所有撓曲部5皆滿足本實施形態所規定之內表面側曲率半徑r。當存在滿足本實施形態之內表面側曲率半徑r的撓曲部5與未滿足該內表面側曲率半徑r的撓曲部5時，所期望之形態為至少半數以上的撓曲部5滿足本實施形態所規定之內表面側曲率半徑r。
圖5及圖6為示意顯示在捲鐵心本體10中之1層方向性電磁鋼板1之一例的圖。如圖5及圖6之例所示，本實施形態所使用之方向性電磁鋼板1係經彎折加工者，其具有由2個以上撓曲部5所構成之角落部3與平面部4，並且透過1個以上的接合部6(間隙)來形成在側面視角下為大致矩形的環，該接合部6為方向性電磁鋼板1之長邊方向的端面。 在本實施形態中，捲鐵心本體10若以整體而言具有側面視角為大致矩形之積層結構2即可。其可如圖5之例所示這般為1片方向性電磁鋼板1透過1個接合部6構成捲鐵心本體10之1層者(在每一圈透過1處之接合部6來連接1片方向性電磁鋼板1)，亦可如圖6之例所示這般為1片方向性電磁鋼板1構成捲鐵心之大約半周，且2片方向性電磁鋼板1透過2個接合部6構成捲鐵心本體10之1層者(在每一圈透過2處之接合部6來將2片方向性電磁鋼板1互相連接)。
在本實施形態中所使用之方向性電磁鋼板1的板厚並無特別限定，只要因應用途等來適當選擇即可，通常係在0.15mm~0.35mm之範圍內，且宜為0.18mm~0.23mm之範圍。
2.方向性電磁鋼板之構成 接著，說明用以構成捲鐵心本體10之方向性電磁鋼板1之構成。在本實施形態中，特徵在於：鄰接積層之電磁鋼板之撓曲部5附近的中間層形態、及控制中間層形態後之電磁鋼板在鐵心內之配置部位。
(1)與撓曲部鄰接之平面部的中間層形態 用以構成本實施形態之捲鐵心的方向性電磁鋼板1係在至少一部分的撓曲部5附近，以使所積層之鋼板的中間層形態成為薄且平滑的方式來加以控制。撓曲部5附近之中間層形態若變厚且凹凸程度嚴重，則在具有本實施形態中之鐵心形狀之鐵心中，效率會明顯劣化。 雖然產生所述現象之機制尚不明確，但吾等認為如下。 本實施形態定為對象之鐵心，係將幾乎不會產生應變之平面部4、4a設計成相對非常地寬廣，且將藉彎曲所致之應變(變形)限制在撓曲部5附近之非常狹窄的區域中，以使胚料之鋼板的磁特性作為鐵心特性被充分反映出來。因此，在撓曲部5附近區域中之磁特性的劣化會左右整個鐵心的特性。在撓曲部5中之磁特性的劣化基本上係起因於如差排密度之晶格缺陷的導入量、及由其所致之包含結晶方位的變化之磁域結構的變化。關於藉由在如本實施形態定為對象這般的極小徑的彎曲變形下之應變所帶來的磁域結構的變化，幾乎無法找到實用的控制方針，但根據成為本實施形態之基礎的知識見解，吾等認為中間層形態薄且平滑時，在賦予了相同應變的情況下磁域結構的變化會較小，而呈容易維持良好的磁特性的狀況。單純來說，若較母鋼板更硬質之中間層相對較厚且與母鋼板具有複雜的界面形態，則在母鋼板之尤其在表層(與中間層之界面附近)區域會產生複雜的應變，該應變會將磁域結構複雜化而使磁特性大幅劣化。吾等認為如上述之本實施形態之作用機制係在本實施形態定為對象之特定形狀的鐵心中之特別現象，至今幾乎未被考慮，但可做與本案發明人等所獲得之知識見解一致的解釋。
在本案說明書中，所謂的「中間層」基本上係指：為了確保α-Fe相之母鋼板與會對方向性電磁鋼板1賦予張力與絕緣性之絕緣被膜的密著性而存在於兩者之間的層狀(膜狀)區域。其不限於前述之先前技術所例示之鎂橄欖石、SiO 2、TiN，而係將為了上述目的所形成之公知物質當作對象。另外，若考慮到本實施形態之效果的作用機制，則係將變形能力與母鋼板之變形能力具有相當程度之差的物質當作對象。在本實施形態中，係將其作為化合物種來規定。亦即，本實施形態定為對象之中間層係設為以金屬元素之氧化物、碳化物、氮化物及該等複合而成之物質所構成者。該等為已知會在方向性電磁鋼板1中，存在於母鋼板與絕緣被膜之間來負責確保密著性的機能之物質。 當母鋼板與中間層之變形能力的差異小時，不論中間層的厚度或形態如何，整個界面區域皆會均勻變形，故無須應用本實施形態之效果，同時也不會展現出本實施形態之效果。
在本實施形態中，中間層形態係如以下方式來測定。 對從鐵心所抽取之方向性電磁鋼板1在與鐵心側面平行的截面上進行觀察。觀察方法只要是一般的方法即可，不須為特別的方法，由於本實施形態定為對象之中間層的厚度非常薄，故係以STEM(掃描穿透型電子顯微鏡)來觀察截面，測定中間層的厚度。
具體而言，係在上述觀察截面之與撓曲部5鄰接之第1平面部4及第2平面部4a區域中，在沿著鋼板表面之方向(長邊方向)上以0.1µm之間隔決定出101處(亦即，10µm之測定區域)，針對該101處依據將電子束直徑設為10nm之能量色散型X射線分光法(EDS)沿板厚方向以1nm間隔進行定量分析。然後，將被假設為中間層之物質之構成元素的合計濃度為50原子%以上之區域當作中間層來決定厚度，若中間層為SiO 2則為Si與O之合計濃度，若中間層為TiN則為Ti與N之合計濃度，將該合計濃度為50原子%以上之區域當作中間層來決定厚度。 在本實施形態中，作為與撓曲部5鄰接之第1平面部4及第2平面部4a區域，係將從撓曲部5與第1平面部4及第2平面部4a之邊界起離開撓曲部5的長度的2倍以上之第1平面部4及第2平面部4a區域當作中間層之測定區域來設定。在此，設為2倍以上之原因在於：若為從撓曲部5離開該程度的區域，就可避免因彎曲所致之中間層變形的影響。須留意的點為本實施形態之效果本來係藉由如上述這般因應撓曲部5內之中間層之形態的作用機制而展現者，本質上係以撓曲部5內之中間層係以何種方式變形或以何種方式影響了母鋼板之變形來加以評估。然而，如上述，撓曲部5內之中間層會因應其形態而複雜地變形，而且母鋼板之組織也會複雜地變化，所以吾等認為難以將其作為本實施形態之規定來定量化。因此，在本實施形態中，係根據賦予彎曲變形前的狀態、亦即第1平面部4及第2平面部4a之中間層形態，來規定與上述作用機制之發揮相對應的定量值。 此外，第2平面部4a區域位於角落部3內，第1平面部4區域位於角落部3外，而以至少一個撓曲部5而言，在第2平面部4a及/或第1平面部4中決定中間層形態。
在本實施形態中，係從以上述方式獲得之101點的中間層厚度之測定值進一步依以下方式決定中間層形態的相關特性值。 例如，如圖7所示，首先令101處(測定處)之中間層厚度T(nm)之平均厚度為Tave(nm)，令最大厚度為Tmax(nm)，令最小厚度為Tmin(nm)，令T＞Tave之數據的平均值為To(nm)且令T＜Tave之數據的平均值為Tu(nm)。並且，在沿著鋼板表面方向(長度方向)的厚度分布中，將成為T＞Tave之測定值連續的區域算作一個區域，且令整個測定區域內之數量為N。該N會成為10µm之測定區域內之凸部區域的數量。亦即，在10µm之測定區域中將連續且較Tave更厚的區域(在厚度方向上突出的區域)定為凸部區域時，N會成為凸部區域的數量。 在此，上述中間層形態之測定係在鋼板之外表面側與內表面側各自進行，將在各面中獲得之各自的值加以平均來求算鋼板之Tave、Tmax、Tmin、To、Tu、N。又，在圖7中係示意顯示鋼板之外表面側，關於中間層厚度，為了便於說明而將其加以變形。並且，雖然於中間層上會形成絕緣被膜，但省略該絕緣被膜之圖示。
在本實施形態中，特徵在於：在至少一個角落部3中，存在的2個以上撓曲部5中之至少一個滿足以下(1)~(3)式。 Tave≦40nm　　　　　　・・・・・・(1) (To-Tu)/Tave≦0.50　　　・・・・・・(2) Tave(To-Tu)≦240nm 2・・・・・・(3) (1)式之規定並不特別，其係依循一般的中間層界面經鏡面化之方向性電磁鋼板1之規定。(1)式之左邊宜為20nm以下，且更佳為10nm以下。 (2)式可說是表現出本實施形態之特別特徵之規定之一。該規定代表著若考慮到上述所說明之機制，必要條件就是中間層厚度之變動(凸部與凹部之差)要小。(2)式之左邊宜為0.3以下，且更佳為0.2以下。 (3)式為表現出本實施形態之特別特徵之規定。該規定代表著中間層厚度越薄，越可容許中間層厚度之變動(凸部與凹部之差)。吾等認為其為相當於以下指標之規定：可評估在將被較母鋼板更硬之被膜所覆蓋之鋼板進行彎曲變形時，對於母鋼板之影響的大小之指標。(3)式之左邊宜為200nm 2以下，且更佳為180nm 2以下。 藉由滿足上述式(1)至(3)，撓曲部5之磁域結構便成為抑制了彎折所帶來之影響的結構，而會展現本實施形態之效果。又，當然宜為在一個角落部3中，存在於角落部3內之所有撓曲部5皆滿足上述式(1)至(3)。而且，當然宜在存在於捲鐵心中之4個角落部3中皆滿足上述式(1)至(3)。
作為另一個實施形態，特徵在於：在至少一個角落部3中，存在的2個以上撓曲部5中之至少一個滿足以下(4)式。 N(To-Tu)≦24nm　　　　　　・・・・・・(4) 該規定代表著中間層之板厚變動的急遽度、亦即在沿著中間層之區域中板厚分布之涵蓋從凸部至凹部之板厚變化的程度。該值若大，在中間層之局部區域中板厚會急遽變化，在撓曲部5中母鋼板的變形會成為複雜狀況，磁域結構複雜化而致使鐵心效率降低。又，當然宜為在一個角落部3中，存在於角落部3內之所有撓曲部5皆滿足上述式(4)。而且，當然宜在存在於捲鐵心中之4個角落部3中皆滿足上述式(4)。
作為再另一個實施形態，特徵在於：在至少一個角落部3中，存在的2個以上撓曲部5中之至少一個滿足以下(5)式。 N≧2　　　　　　　　　　　・・・・・・(5) 若從上述(4)式之觀點來看，此規定意味著提高上述急遽度因而亦會令人感到奇怪。然而，其代表著若N成為某個程度以上的數量、亦即若在沿著中間層之區域中板厚分布之涵蓋從凸部至凹部之板厚變化的間隔非常窄的話，就算(4)式所評估之急遽度為高至某程度之值，仍可抑制撓曲部5中之磁域結構之複雜化。其理由尚不明確，不過吾等認為其原因在於即便界面形態之變動大小微細化至某個程度，磁域結構之複雜化及微細化也有其極限，因此在某種意義上會成為發揮與平坦界面同樣的作用。根據上述(5)式，板厚變化之間隔(間距)若為5µm以下，可解釋成以對於母鋼板之磁域構造的影響而言係接近平坦的界面。又，當然宜為在一個角落部3中，存在於角落部3內之所有撓曲部5皆滿足上述式(5)。而且，當然宜在存在於捲鐵心中之4個角落部皆滿足上述式(5)。
作為再另一個實施形態，特徵在於：在至少一個角落部3中，存在的2個以上撓曲部5中之至少一個滿足以下(6)式。 (Tmax-Tmin)＜Tave　　　　　　・・・・・・(6) 此規定為單純表示中間層之板厚變動之絕對大小的指標。雖然直覺上也可理解(6)式之值越小越好，不過在本實施形態中其具有特別意義。亦即，本實施形態定為對象之中間層非常薄，因此無法避免因工業製造條件的變動而產生異常部的疑慮。譬如有可能會存在些許中間層缺漏之區域。本實施形態係規定宜抑制如上述之區域。又，當然宜為在一個角落部3中，存在於角落部3內之所有撓曲部5皆滿足上述式(6)。而且，當然宜在存在於捲鐵心中之4個角落部3中皆滿足上述式(6)。
(2)方向性電磁鋼板 如上述，在本實施形態中所使用之方向性電磁鋼板1中，母鋼板係該母鋼板中之晶粒方位高度聚集於{110}＜001＞方位之鋼板，且係在軋延方向具有優異磁特性者。 在本實施形態中，母鋼板可使用公知之方向性電磁鋼板。以下，說明較佳母鋼板之一例。
母鋼板之化學組成為以質量%計含有Si：2.0%~6.0%，且剩餘部分由Fe構成。該化學組成係為了控制成使結晶方位聚集於{110}＜001＞方位之Goss集合組織，以確保良好磁特性。針對其他元素並無特別限定，可容許取代Fe而在公知範圍內含有公知元素。代表性的元素之代表性的含有範圍如下。 C：0~0.0050%、 Mn：0~1.0%、 S：0~0.0150%、 Se：0~0.0150%、 Al：0~0.0650%、 N：0~0.0050%、 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%、 該等選擇元素只要因應其目的來含有即可，因此無須限制下限值，亦可實質上不含有。又，即便係作為不純物含有該等選擇元素，也不會損及本實施形態之效果。此外，不純物係指非刻意含有之元素，意指在工業製造母鋼板時，從作為原料之礦石、廢料或從製造環境等混入之元素。
母鋼板之化學成分只要利用鋼之一般分析方法來測定即可。例如，母鋼板之化學成分使用感應耦合電漿原子發射光譜法(ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry))來測定即可。具體而言，例如可藉由從去除被膜後之母鋼板的中央位置取得35mm見方之試驗片，並利用島津製作所製ICPS-8100等(測定裝置)在根據事先做成之檢量線的條件下進行測定來予以特定。此外，C及S係採用燃燒-紅外線吸收法來測定，N採用非活性氣體熔解-熱傳導率法來測定即可。
又，上述化學組成為母鋼板之成分。當會成為測定試樣之方向性電磁鋼板1的表面具有由氧化物等構成之一次被膜(玻璃被膜、中間層)、絕緣被膜等時，係在以公知方法去除該等之後測定化學組成。
(3)方向性電磁鋼板之製造方法 方向性電磁鋼板1之製造方法並無特別限定，可適當選擇迄今公知之方向性電磁鋼板之製造方法。作為製造方法之較佳具體例，可舉例如以下方法：在將扁胚加熱到1000℃以上進行熱軋延之後，視需求進行熱軋板退火，接著，藉由1次的冷軋或間隔著中間退火之2次以上的冷軋來做成冷軋鋼板，然後將該冷軋鋼板在譬如濕氫-非活性氣體環境中加熱至700~900℃進行脫碳退火，且視需求更進一步進行氮化退火，在塗佈退火分離劑之後於1000℃左右進行精加工退火，並且在900℃左右形成絕緣被膜，前述扁胚係將C設為0.04~0.1質量%且其他具有上述方向性電磁鋼板1之化學組成者。而且，在之後還可實施用以調整動摩擦係數之塗裝等。 又，就算是在鋼板之製造步驟中以公知方法施行一般被稱為「磁域控制」之處理後的鋼板也能享受本實施形態之效果。
用以控制中間層形態的方法並無特別限定，適當使用公知方法即可，該中間層形態為本實施形態所使用之方向性電磁鋼板1之特徵。例如，可利用在精加工退火之後的熱氧化來形成各種形態的中間層，該精加工退火係使用以氧化鋁(Al 2O 3)作為主成分之退火分離劑。或者可在使用以氧化鎂(MgO)作為主成分之退火分離劑的精加工退火之後，藉由酸洗或磨削將形成於鋼板表面之鎂橄欖石予以剝離，並控制後續用以形成絕緣被膜之烘烤退火的升溫過程中之氧化行為來形成各種形態之中間層。
3.捲鐵心之製造方法 關於本實施形態之捲鐵心之製造方法，若能製造前述之本實施形態之捲鐵心則無特別限制，例如應用依循在先前技術中作為專利文獻9~11來介紹之公知捲鐵心的方法即可。尤其，可以說最佳為使用AEM UNICORE公司之UNICORE(https://www.aemcores.com.au/technology/unicore/)製造裝置的方法。
還可進一步依循公知方法來視需求實施熱處理。又，所獲得之捲鐵心本體10可直接當作捲鐵心來使用，亦可進一步視需求使用捆束帶等公知的緊固件等來將所疊合之複數片方向性電磁鋼板1固定成一體而做成捲鐵心。
本實施形態不限於上述實施形態。上述實施形態為範例，實質上具有與本發明之申請專利範圍中記載之技術思想相同構成而會發揮相同作用效果者，不論何者皆包含於本發明之技術範圍內。 實施例
以下，將舉本發明之實施例，同時進一步說明本發明之技術內容。以下所示實施例中之條件係用以確認本發明之可實施性及效果而採用的條件例，本發明不限於該條件例。又，只要不脫離本發明之主旨且可達成本發明之目的，則本發明可採用各種條件。
(方向性電磁鋼板) 將具有表1所示化學組成(質量%，所示以外的剩餘部分為Fe)之扁胚當作胚料，做成具有表2所示化學組成(質量%，所示以外的剩餘部分為Fe)之最終製品。 在表1及表2中，「-」為未有意識地控制含量及進行製造而未實施含量之測定的元素。
[表1]
Figure 02_image001
[表2]
Figure 02_image003
製造步驟係依循一般公知之方向性電磁鋼板的製造條件。 實施了熱軋延、熱軋板退火及冷軋延。關於其一部分，係在氫-氮-氨之混合氣體環境下對脫碳退火後之冷軋鋼板施行了氮化處理(氮化退火)。 並且進一步塗佈退火分離劑來實施精加工退火，該退火分離劑係將主成分定為氧化鎂或氧化鋁，並改變其等之混合比率而成者。在形成於精加工退火鋼板表面的一次被膜上，塗佈以磷酸鹽與膠體狀氧化矽為主體且含鉻之絕緣被膜塗敷溶液，並將其進行熱處理，形成絕緣被膜。關於一部分之材料，係針對在精加工退火鋼板的時間點上將一次被膜剝離使其鏡面化後之母鋼板表面，藉由離子鍍覆來形成TiN之被膜之後，塗佈以磷酸鹽與膠體狀氧化矽為主體且含鉻之絕緣被膜塗敷溶液，並將其進行熱處理，形成絕緣被膜。
以上述方式進行，製造出經調整中間層之種類及形態的鋼板，該中間層為存在於母鋼板與絕緣被膜之間來確保兩者之密著性者。所製造之鋼板的詳細內容列示於表3。
[表3]
Figure 02_image005
(鐵心) 將各鋼板當作胚料，製造出具有表4及圖8所示形狀之鐵芯No.a~h的鐵心。此時，鐵芯No.g及h之鐵心並非各自作為單獨的鐵心來供給於試驗，而是分別準備3個來當作單元鐵心，如圖9所示這般將該等配置成正三角筒狀，並於各自之柱部(包含第1平面部4之部位)纏繞線圈而製造出三相捲鐵心(例如日本專利特開2005-333057號公報所示之鐵心)。又，3個單元鐵心係將正三角筒之軸當作中心來對稱地配置。圖9(a)係顯示三相捲鐵心之概略構成的正面圖，圖9(b)係圖9(a)中的A-A線截面圖。 此外，L1為在平行於X軸方向且包含中心CL之平截面中，位於捲鐵心最內周的互相平行之方向性電磁鋼板1之間的距離(內表面側平面部之間的距離)。L2為在平行於Z軸方向且包含中心CL之縱截面中，位於捲鐵心最內周的互相平行之方向性電磁鋼板1之間的距離(內表面側平面部之間的距離)。L3為在平行於X軸方向且包含中心CL之平截面中的捲鐵心之積層厚度(積層方向之厚度)。L4為在平行於X軸方向且包含中心CL之平截面中的捲鐵心之積層鋼板寬度。L5為捲鐵心最內部之彼此相鄰且以會合時會形成直角之方式配置的平面部之間的距離(撓曲部之間的距離)。換言之，L5為最內周之方向性電磁鋼板的平面部4、4a中長度最短的平面部4a的長邊方向長度。r為捲鐵心之內表面側之撓曲部的曲率半徑，φ為捲鐵心之撓曲部的彎曲角度。大致矩形之鐵芯No.a~h的鐵心係呈2個鐵心締結之結構，該2個鐵心係內表面側平面部之間的距離為L1之平面部在距離L1之幾乎中央作分割、且具有「大致ㄈ字」形狀者。在此，鐵芯No.f之鐵心係利用以下方法所製造之鐵心：將迄今作為一般的捲鐵心會利用之鋼板捲取成筒狀之後，直接將筒狀積層體進行壓製來而成為大致矩形，以使角落部3成為固定曲率，然後再藉由進行退火來維持形狀。因此，撓曲部5之曲率半徑r會依鋼板之積層位置不同而大幅變動。表4之r為在最內表面之r。r會隨著越往外側而增加，在最外周部會成為約90mm。
[表4]
Figure 02_image007
(評估方法) (1)方向性電磁鋼板之磁特性 方向性電磁鋼板1之磁特性係根據JIS C 2556：2015所規定之單板磁特性試驗法(Single Sheet Tester：SST)進行了測定。 作為磁特性，係測定以800A/m激磁時鋼板之軋延方向的磁通密度B8(T)，並且還測定在交流頻率：50Hz、激磁磁通密度：1.7T下之鐵損。 (2)中間層之形態 如前述，藉由觀察從鐵心所抽取之鋼板的截面來測定中間層之形態。 (3)鐵心之效率 針對將各鋼板當作胚料之鐵心，根據瓦特計之測量來測定鐵心效率。
評估使用磁域寬度不同之各種鋼板所製出之各種鐵心的效率。將結果列示於表5。可知即便採用了相同鋼種類，藉由適當控制中間層形態仍可提升鐵心效率。
[表5]
Figure 02_image009
根據以上結果明白可知，本發明之捲鐵心係在至少一個角落部3中，存在的2個以上撓曲部5中之至少一個滿足上述(1)~(3)式，因此具備高效率。 產業上之可利用性
根據本發明，在積層經彎曲加工之鋼板所形成之捲鐵心中，可有效抑制不小心之效率惡化。
1:方向性電磁鋼板 2:積層結構 3:角落部 4:第1平面部 4a:第2平面部 5:撓曲部 6:接合部 10:捲鐵心本體 A:曲率中心 B,C,D,E,F,G:點 CL:中心 La:撓曲部之內側表面 Lb:撓曲部之外側表面 L1:內表面側平面部之間的距離 L2:內表面側平面部之間的距離 L3:積層厚度(積層方向之厚度) L4:積層鋼板寬度 L5:最內部平面部之間的距離(撓曲部之間的距離) r:內表面側曲率半徑 φ,φ1,φ2,φ3:彎曲角度 X,Y,Z:三軸方向
圖1為示意顯示本發明捲鐵心之一實施形態的立體圖。 圖2為圖1之實施形態所示之捲鐵心的側視圖。 圖3為示意顯示本發明捲鐵心之另一實施形態的側視圖。 圖4為示意顯示方向性電磁鋼板之撓曲部之一例的側視圖，該方向性電磁鋼板係用以構成本發明之捲鐵心的鋼板。 圖5為示意顯示1層方向性電磁鋼板之一例的側視圖，該方向性電磁鋼板係用以構成本發明之捲鐵心的鋼板。 圖6為示意顯示1層方向性電磁鋼板之另一例的側視圖，該方向性電磁鋼板係用以構成本發明之捲鐵心的鋼板。 圖7為用以說明測定方向性電磁鋼板之中間層厚度的方法的示意圖，該方向性電磁鋼板係用以構成本發明之捲鐵心的鋼板。 圖8為顯示實施例及比較例所製出之捲鐵心之尺寸的示意圖。 圖9為顯示實施例及比較例所製出之三相捲鐵心之概略構成的圖，(a)為正面圖，(b)為(a)中之A-A線截面圖。
(無)

Claims (4)

  1. 一種捲鐵心，特徵在於：其具備在側面視角下為大致矩形之捲鐵心本體； 前述捲鐵心本體具有在側面視角下為大致矩形之積層結構，該積層結構包含方向性電磁鋼板在板厚方向上疊合之部分，該方向性電磁鋼板係在長邊方向上第1平面部與角落部交替連續，且夾著該各角落部而相鄰之2個第1平面部所形成之角度為90°者； 在前述方向性電磁鋼板之側面視角下，前述各角落部具有2個以上具曲線狀形狀的撓曲部，並且於相鄰之前述撓曲部之間具有第2平面部，且存在於一個角落部中之撓曲部各自的彎曲角度合計為90°； 前述撓曲部之側面視角下之內表面側曲率半徑r為1mm以上且5mm以下； 前述方向性電磁鋼板具有以下化學組成： 以質量%計含有Si：2.0~7.0%，且剩餘部分由Fe及不純物所構成； 該方向性電磁鋼板具有於Goss方位定向之集合組織；並且， 在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個滿足以下(1)~(3)式： Tave≦40nm　　　　　　・・・・・・(1)； (To-Tu)/Tave≦0.50　　　・・・・・・(2)； Tave(To-Tu)≦240nm 2・・・・・・(3)； 在此，於與前述撓曲部鄰接之第1及第2平面部區域的複數處測定設於前述方向性電磁鋼板之母鋼板表面之中間層的厚度T(nm)，令該中間層厚度T(nm)之平均厚度為Tave(nm)，令最大厚度為Tmax(nm)，令最小厚度為Tmin(nm)，令T＞Tave之數據的平均值為To(nm)且令T＜Tave之數據的平均值為Tu(nm)。
  2. 如請求項1之捲鐵心，其中在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個滿足以下(4)式： N(To-Tu)≦24nm　　　　　　・・・・・・(4)； 在此，在沿著鋼板表面方向之前述中間層的厚度分布中，將成為T＞Tave之測定值連續的區域算作一個區域，且令整個測定區域內之數量為N。
  3. 如請求項2之捲鐵心，其中在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個滿足以下(5)式： N≧2　　　　　　　　　　　・・・・・・(5)。
  4. 如請求項1之捲鐵心，其中在至少一個角落部中，存在的2個以上撓曲部中之至少一個滿足以下(6)式： (Tmax-Tmin)＜Tave　　　　　　・・・・・・(6)。
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