(57)【要約】  実機変圧器の騒音特性に優れた方向性電磁鋼板を提供する。  方向性電磁鋼板の磁歪特性を、磁歪の速度レベル：dλ/dtにおける加減速ポイントを磁歪振動１周期内で４つとし、かつ、磁歪振動の加速領域または減速領域内における隣接する速度変化ポイントの速度レベル変化量を3.0×10-4sec-1以下とする。
2016125504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にフォルステライト被膜および絶縁コーティングを備えた方向性電磁鋼板であって、
上記方向性電磁鋼板の磁歪特性が、以下の条件ＩおよびＩＩを満足し、
前記フォルステライト被膜と前記絶縁コーティングの合計張力の表裏差が0.5MPa未満であって、
前記フォルステライト被膜の張力の表裏差が0.5MPa以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
Ｉ  磁歪の速度レベル：dλ/dtにおいて、加減速ポイントが磁歪振動１周期内で４つである。
ＩＩ  磁歪振動の加速領域または減速領域内における隣接する磁歪の速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量が3.0×10-4sec-1以下である。
【請求項２】
請求項１に記載の方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法であって、
スラブを、熱間圧延して熱延板を得る工程と、
必要に応じて前記熱延板に熱延板焼鈍を施す工程と、
その後、前記熱延板に１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚を有する冷延板を得る工程と、
その後、前記冷延板に脱炭焼鈍を施して脱炭焼鈍板を得る工程と、
その後、前記脱炭焼鈍板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、その後、最終仕上げ焼鈍を行って、前記フォルステライト被膜が形成された最終仕上げ焼鈍板を得る工程と、
その後、前記最終仕上げ焼鈍板に絶縁コーティング処理液を塗布して、その後、焼付けを兼ねた平坦化焼鈍を実施して、前記絶縁コーティングを形成する工程と、を有し、
前記フォルステライト被膜および前記絶縁コーティングを形成するとき、前記フォルステライト被膜と前記絶縁コーティングの合計張力の表裏差を0.5MPa未満に調整し、前記フォルステライト被膜の張力の表裏差を0.5MPa以上に調整することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記フォルステライト被膜の張力の調整を、前記脱炭焼鈍時における鋼板表裏面での内部酸化層の形成条件の変更、前記焼鈍分離剤の種類の変更および塗布量の変更、並びに、前記最終仕上げ焼鈍前までに行う電着処理における電着量の変更のうちから選んだ少なくとも一の変更により行う請求項２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁コーティングの張力の調整を、前記絶縁コーティングの膜厚および／または組成の変更により行う請求項２または３に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】
表面にフォルステライト被膜および絶縁コーティングを備えた方向性電磁鋼板を用いた変圧器の騒音特性を予測する方法であって、該変圧器の以下に示す磁歪特性ＩＩＩおよび磁歪特性ＶＩを用いることを特徴とする変圧器騒音特性の予測方法。
磁歪特性ＩＩＩ：磁歪の速度レベル：dλ/dtにおける加減速ポイントの磁歪振動１周期内の数
磁歪特性ＶＩ：磁歪振動の加速領域または減速領域内における隣接する磁歪の速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器などの鉄心材料に用いる方向性電磁鋼板およびその製造方法並びに変圧器騒音特性の予測方法に関し、特に変圧器騒音が小さい方向性電磁鋼板およびその製造方法と、その方向性電磁鋼板を用いた変圧器の騒音特性の予測に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランス（変圧器）は、その鉄心（コア）に、方向性電磁鋼板を積層したもの（積鉄心）、あるいは巻いたもの（巻鉄心）を用いるのが普通である。トランスに求められる重要な特性としては、鉄損（無負荷損）特性と、励磁電流特性に優れることが挙げられる。さらに、昨今では、トランスが設置される周辺環境への配慮などから、騒音特性に優れる、即ち、低騒音であることも重要となってきている。【０００３】
トランスの騒音は、鉄心に使用される電磁鋼板の磁歪特性に大きく依存することが知られている。また、非特許文献１に開示されているように、方向性電磁鋼板の磁歪特性は、鋼板が有する磁束密度Ｂ8（磁界の強さ８００Ａ／ｍにおける磁束密度）で決まるとされており、Ｂ8が高いものほど磁歪（磁歪振幅）が小さいことが知られている。非特許文献２には、この磁歪振幅を小さくした電磁鋼板を用いることで実際の変圧器の騒音レベルが低減された例が示されている。すなわち、低騒音トランスを製造するには、磁歪振幅が小さい方向性電磁鋼板を鉄心に用いるのが普通である。【０００４】
磁束密度以外で磁歪（磁歪振幅λ）を低減する検討が特許文献１、２および３などで行われている。
また、磁歪振幅以外に騒音に影響を与える磁歪特性として、特許文献４では、磁歪振動の速度波形に注目し、この速度波形を周波数分析して聴感補正を施したパラメータ、すなわち磁歪の速度成分が有する高調波成分に着目したパラメータが変圧器騒音の低減に有効であると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３３４号公報
【特許文献２】特開２００９−２３１４７７号公報
【特許文献３】特開２００１−１８１８０３号公報
【特許文献４】特開２００９−２３６９０４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ８（１９７２）ｐ．６７７
【非特許文献２】電気学会技術報告第６１６号「静止器の騒音対策技術の現状とその動向」、電気学会、１９９６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、磁束密度Ｂ8の高い方向性電磁鋼板や、特許文献１〜３などに開示されている磁歪低減技術を適用して製造した方向性電磁鋼板を用いて、複数台の変圧器を製造した場合、その変圧器の騒音値は、Ｂ8の低い方向性電磁鋼板や特許文献１〜３などの先行磁歪低減技術を適用しない方向性電磁鋼板と比較すれば、全体としては低い騒音値の変圧器が得られることが分かっている。
しかしながら、騒音ばらつきが大きいなど、必ずしも期待通りの効果が得られるわけではない。【０００８】
さらに、近年における環境重視型の社会において要求されている変圧器騒音レベルを満足するためには、従来技術では、未だ対応することができない。
また、特許文献４に記載されたパラメータで磁歪特性と変圧器騒音を整理した場合、パラメータの値が同じでも変圧器騒音が異なる場合が多々あり、変圧器騒音が低い方向性電磁鋼板の選択指標とするには不十分である。【０００９】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、実機変圧器の騒音特性に優れた方向性電磁鋼板を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、更なる実機変圧器の騒音低減が可能な方向性電磁鋼板を検討するにあたって、従来の磁歪特性パラメータでは変圧器騒音を十分に説明できないという問題点の原因を探るべく検討を重ねた。その結果、トランスの騒音特性に影響を及ぼす方向性電磁鋼板の因子としては、従来から知られている磁束密度Ｂ8や磁歪振動の速度成分が有する高調波成分以外に、磁歪振動の速度変化（加減速の頻度や程度）が従来知見のパラメータ以上に変圧器騒音に影響を及ぼしていることを見出した。【００１１】
具体的には、磁歪振動の速度変化挙動を以下の条件にすることで、従来技術以上に変圧器騒音を低減可能であることを突き止めた。
1)磁歪の速度レベル：dλ/dtにおいて、加減速ポイントが磁歪振動１周期内で４つであること
2)磁歪振動の加速領域または減速領域内における速度レベルの変化が、隣接する極大値と極小値の差で3.0×10-4sec-1以下であること【００１２】
また、磁歪振動の速度変化挙動を上記条件内に収めるためには、フォルステライト被膜および張力コーティングの張力を制御することが有効であることを見出した。
具体的には以下のとおりである。
1)フォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力の表裏差が0.5MPa未満2)フォルステライト被膜の張力の表裏差が0.5MPa以上【００１３】
そして、被膜の張力制御方法は以下のとおりである。
1)フォルステライト被膜の張力調整手段は、脱炭焼鈍時における鋼板表裏面での内部酸化層の形成条件、焼鈍分離剤の種類および塗布量、並びに最終仕上げ焼鈍前までに行う電着処理における電着量の少なくともいずれかを変更する。
2)絶縁コーティングの張力調整手段は、絶縁コーティングの膜厚および／または組成の変更で実施する。【００１４】
以下に、この知見を導くに到った実験結果について述べる。
＜実験１＞
まず、加減速ポイントと変圧器騒音の関係を調査した。最初の検討では、磁歪特性を変化させるために励磁電圧に高調波を重畳させた。0.27mmの方向性電磁鋼板を用いて、300kVAの実機トランスを組上げ、50Hz、1.7Ｔで騒音を評価した。図１に磁歪振動の速度レベルの一例を示す。ここでは、加減速を繰り返しながら振動することは騒音を増大させる原因になり得ると考え、磁歪振動１周期における加減速ポイントの頻度と騒音の関係を調査した。周波数：50Hzで評価したので１周期の間隔は0.02secである。図中では、加減速ポイントは、８つ認められるが、磁歪振動が理想的な正弦波の場合、加減速ポイント(dλ/dt=0)は４つになるので、加減速ポイントの最小値は４つである。【００１５】
図２に、加減速ポイントの数と実機変圧器騒音の関係を示す。これによれば、ポイント数の増加によって騒音は増加する傾向を示し、加減速ポイントの数は最小値である４個にする必要があることが判明した。【００１６】
ついで、磁歪振動の加速領域または減速領域における速度変化の影響を調査した。ここでは速度変化の評価パラメータとして、隣接する極大値と極小値の差を調査した（図３参照）。ここで注目したのは、加速/減速領域内のそれぞれの速度変化であり、両方の領域にわたる場合の速度変化は含まない。【００１７】
磁歪波形１周期の中には、極大値と極小値は図３に示すように複数存在する。
さらに、隣接する極大値と極小値の磁歪の速度レベルの差（速度レベル変化量）の最大値と実機変圧器騒音の関係を調査した結果を図４に示す。同図から、変化量の最大値が3.0×10-4sec-1以下の場合に良好な実機変圧器の騒音特性が得られることが分かる。【００１８】
上記実験では、速度レベル変化量の最大値と騒音の関係を調査したが、次に、最大の速度レベル変化量がほぼ同じ3.0×10-4sec-1であるが、速度レベル変化ポイントの数が異なるように励磁電圧へ高調波を重畳し、速度レベル変化ポイント数と騒音値の関係をさらに調査した。速度レベル変化ポイントとは図３に示す星印の位置で、
１）加速割合が増加から減少に変化する、
２）加速割合が減少から増加に変化する、
３）減速割合が増加から減少に変化する、
４）減速割合が減少から増加に変化する、
いずれかの点である。
図５に、上記調査で得られた速度レベル変化ポイントの数と騒音値の関係を評価した結果を示すが、速度レベル変化量の最大値が3.0×10-4sec-1程度であれば、それより小さい速度変化は、騒音特性に大きな影響を及ぼしていないことが分かる。【００１９】
以上の結果より、実機変圧器の騒音特性を改善するためには、
５）磁歪の速度レベル：dλ/dtにおいて、加減速ポイントが磁歪振動１周期内で４つにすること、
６）磁歪振動の加速領域または減速領域内において、隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量を3.0×10-4sec-1以下にすること、
が重要であることが判明した。【００２０】
また、磁歪特性を改善する手段を検討する上で、新規な知見は、隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量のうち、小さい速度レベル変化量の数の増加の影響は騒音特性に対して極軽微である一方で、最大速度レベル変化量の影響は極めて大きいため、最大速度レベル変化量を低減することが重要であることが判明したことである。【００２１】
＜実験２＞
次に、磁歪特性を制御する具体的な方法の検討を行った。
まず、磁歪特性は被膜張力によって変化するというのは一般的に知られているので、被膜張力の影響を調査した。
公知な方法で製造した0.23mm厚の脱炭焼鈍板の片側面に、０〜３mg/m2の範囲でCuを電着させた後に、MgO：100質量部に対しTiO2を５質量部配合した焼鈍分離剤を表裏面にそれぞれ７g/m2ずつ塗布し、乾燥後に最終仕上げ焼鈍を10℃/hの昇温速度で1220℃×５hの条件で行った。その後、未反応焼鈍分離剤を除去し、60％のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる絶縁コートを表裏面それぞれに5.0〜9.0g/m2塗布し、850℃にて焼付けた。【００２２】
磁歪振動は、歪みゲージ法やレーザ変位計、レーザドップラ振動計により測定することができるが、簡便である点から、ここではレーザドップラ振動計を用いて磁歪振動特性を評価した。
表１にCu電着量、絶縁コーティング塗布量、フォルステライト被膜の裏表張力差、絶縁コーティングの裏表張力差、磁歪振動１周期内の加減速ポイント、磁歪振動の加速領域または減速領域内における隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量をそれぞれ示す。【００２３】
【表１】
2016125504.tif 000003
【００２４】
図６、７にフォルステライト被膜と絶縁コーティングの表裏張力差と磁歪特性との関係を示す。磁歪振動１周期内の加減速ポイントについては、フォルステライト被膜と絶縁コーティングの表裏張力差の影響に違いは確認できなかったが、隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量に及ぼす影響はフォルステライト被膜の表裏張力差と絶縁コーティングの表裏張力差とで異なっており、フォルステライト被膜の表裏張力差の方が、磁歪特性改善効果が大きいことが判明した。
なお、絶縁コーティングの圧延方向の張力は、圧延直角方向：280mm×圧延方向：30mmのサンプルを切り出した後、片面の張力コーティングを除去し、その除去前後の鋼板反り量を測定して得られた反り量を、以下の換算式にて張力換算して算出する。【００２５】
【数１】
2016125504.tif 000004
【００２６】
もう一面の被膜の張力についても同じ製品の別のサンプルを用いて、同様の方法で求めた。また、フォルステライト被膜の圧延方向の張力は、圧延直角方向：280mm×圧延方向：30mmのサンプルを切り出した後、両面の絶縁コーティングを除去し、鋼板反り量を測定し、その後片側のフォルステライト被膜を除去して、再度反り量を測定、そのそり量差を換算式にて張力換算した。【００２７】
以上の測定結果から、フォルステライト被膜、絶縁コーティングともに表裏面の張力差を0.5MPa以上つけることで磁歪特性が改善することが判明した。表裏に張力差が存在するということは、鋼板に反りが生じることになる。この鋼板を平らな面に置くと、反りが矯正されると同時に鋼板全体に応力が付与される。この応力が磁歪特性を良好な方向に変化させたと発明者らは考えている。【００２８】
また、フォルステライト被膜と絶縁コーティングで、張力差が磁歪特性に及ぼす影響が異なったのは、磁歪は応力への感度が高いので、上述した張力評価方法では評価できないわずかな応力分布差などが影響を及ぼしている可能性がある。【００２９】
鋼板全体に応力を付与する方法として、次に述べる方法がある。一般的に、最終仕上げ焼鈍は鋼板をコイル状に巻き取った状態で行われる。焼鈍終了時にはコイルの曲率半径分の鋼板反りが発生している。通常この反りはその後の平坦化焼鈍で解消されるが、この鋼板の反りを残しておくという方法である。【００３０】
次に、鋼板のそりを利用した磁歪特性改善を検討した。これまでに公知な方法で製造した脱炭焼鈍板にMgO：100質量部に対しTiO2を５質量部配合した焼鈍分離剤を表裏面にそれぞれ７g/m2ずつ塗布し、乾燥後に最終仕上げ焼鈍を10℃/hの昇温速度で1220℃×５hの条件で行った。その後、未反応焼鈍分離剤を除去し、60％のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる絶縁コートを表裏面それぞれに5.0g/m2塗布し、焼付け温度を750〜850℃にて焼付けた。その後鋼板そり量を測定し、そり量と磁歪特性の関係を評価した。図８、９に鋼板そり量と磁歪特性の関係を示す。【００３１】
磁歪振動１周期内の加減速ポイント数、隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量は、共に、騒音に対しては好ましくない方向に磁歪特性が変化した。発明者らは、鋼板の反りが、フォルステライト被膜張力や絶縁コーティングと傾向が異なった原因について、次のように考えている。【００３２】
通常、鋼板は、連続的に巻き取ってコイル状にしているので、鋼板の曲率半径は一定ではなく連続的に変化している。よって、鋼板の曲率半径に起因した鋼板の反り量もわずかずつではあるが連続的に変化している。この連続的な変化によって、鋼板全体に均一な応力を付与することができずに、磁歪特性の変化が異なったものと考えている。【００３３】
しかしながら、鋼板の表裏に張力差をつけて応力を付与することは、鉄損の大幅な劣化を招くおそれがあるので、従来では、採用されてこなかった。
発明者らは、実験２のサンプルについて磁気測定を行い、鉄損劣化量を評価した。図10にその結果を示すが、フォルステライト被膜・絶縁コーティングともに0.5MPa以上の張力の表裏差が生じた場合に、やはり鉄損が大きく劣化することが判明した。【００３４】
鉄損についてはフォルステライト被膜と絶縁コーティングの応力差の影響は同じであった。一般的に、応力に対する感度は、磁歪特性の方が高いので、鉄損ではわずかな応力分布差などの影響がでなかったものと考えられる。【００３５】
以上の結果から、鉄損の観点からは、そり量差はない方が好ましく、磁歪特性の観点からは一定のそり量差があるほうが好ましいと言える。
そこで、鉄損と磁歪が両立する方法として、鉄損に関してはフォルステライト被膜の張力と絶縁コーティングの張力の影響が等しく、磁歪特性に関しては影響がそれぞれに異なる点に注目した。
すなわち、フォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力の鋼板表裏差を0.5MPa未満にしつつ、鋼板表裏でフォルステライト被膜と絶縁コーティングの張力バランスを変化させてやれば、鋼板表裏で磁歪特性への影響度合いが異なるので、磁歪特性は改善するのではないかと考えたのである。【００３６】
＜実験３＞
公知の方法で脱炭焼鈍まで行った0.3mm厚みの方向性電磁鋼板の脱炭焼鈍板の表裏面を研削によって酸素目付量：1.2〜2.0g/m2に変更した後、湿Ｈ2雰囲気中にて840℃、２分間の脱炭焼鈍を行った。
その後、焼鈍分離剤としてMgO：100質量部、TiO2：５質量部の配合割合になる焼鈍分離剤を表裏面にそれぞれ７g/m2ずつ塗布し、10℃/hの昇温速度で1180℃、５時間均熱する最終仕上げ焼鈍を施した。その後、未反応焼鈍分離剤を除去し、60％のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなる絶縁コートを表裏面それぞれに5.0〜9.0g/m2塗布し、850℃にて焼付けた。ここでは、酸素目付け量および絶縁コーティング目付け量の表裏面バランスを変更することで、フォルステライト被膜と絶縁コーティング被膜の張力を変更した。【００３７】
これまでと同じ方法で、フォルステライト被膜と絶縁コーティング合計張力の表裏差、フォルステライト被膜張力、絶縁コーティング張力をそれぞれ測定し、磁歪特性・鉄損の関係を調査した。その結果を図11、12、13にそれぞれ示す。【００３８】
合計張力はフォルステライト被膜と絶縁コーティングの和なので、合計張力差が-1.2MPaで、フォルステライト被膜張力差が0.5MPaの場合、絶縁コーティングの張力差は-1.7MPaになっている。この場合には、期待通り、フォルステライト被膜の磁歪特性改善効果が高く、フォルステライト被膜張力差が絶対値で0.5MPa以上であれば、絶縁コーティングの張力差にかかわらず磁歪特性が改善することが確認できた（図11、12）。【００３９】
一方、鉄損については、図13に示すように合計の張力差が絶対値で0.5MPa未満であれば良好な鉄損特性を示している。【００４０】
以上より、フォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力に関して、その表裏差が0.5MPa未満、フォルステライト被膜張力の表裏差が0.5MPa以上の条件とした場合に限って、鉄損と磁歪特性の両立が可能であることを見出した。【００４１】
以上より、変圧器騒音を低減する磁歪特性を得るには、以下のポイントを抑えることが重要である。
１）磁歪の速度レベル：dλ/dtにおいて、加減速ポイントが磁歪振動１周期内で４つである
２）磁歪振動の加速領域または減速領域内における隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量が3.0×10-4sec-1以下であること
３）フォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力に関して、その表裏差が0.5MPa未満
４）フォルステライト被膜張力の表裏差が0.5MPa以上【００４２】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．表面にフォルステライト被膜および絶縁コーティングを備えた方向性電磁鋼板であって、
上記方向性電磁鋼板の磁歪特性が、以下の条件ＩおよびＩＩを満足し、
前記フォルステライト被膜と前記絶縁コーティングの合計張力の表裏差が0.5MPa未満であって、
前記フォルステライト被膜の張力の表裏差が0.5MPa以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
Ｉ  磁歪の速度レベル：dλ/dtにおいて、加減速ポイントが磁歪振動１周期内で４つである。
ＩＩ  磁歪振動の加速領域または減速領域内における隣接する磁歪の速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量が3.0×10-4sec-1以下である。【００４３】
２．前記１に記載の方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法であって、
スラブを、熱間圧延して熱延板を得る工程と、
必要に応じて前記熱延板に熱延板焼鈍を施す工程と、
その後、前記熱延板に１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して、最終板厚を有する冷延板を得る工程と、
その後、前記冷延板に脱炭焼鈍を施して脱炭焼鈍板を得る工程と、
その後、前記脱炭焼鈍板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、その後、最終仕上げ焼鈍を行って、前記フォルステライト被膜を形成が形成された最終仕上げ焼鈍板を得る工程と、
その後、前記最終仕上げ焼鈍板に絶縁コーティング処理液を塗布して、その後、焼付けを兼ねた平坦化焼鈍を実施して、前記絶縁コーティングを形成する工程と、を有し、
前記フォルステライト被膜および前記絶縁コーティングを形成するとき、前記フォルステライト被膜と前記絶縁コーティングの合計張力の表裏差を0.5MPa未満に調整し、前記フォルステライト被膜の張力の表裏差を0.5MPa以上に調整することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。【００４４】
３．前記フォルステライト被膜の張力の調整を、前記脱炭焼鈍時における鋼板表裏面での内部酸化層の形成条件の変更、前記焼鈍分離剤の種類の変更および塗布量の変更、並びに、前記最終仕上げ焼鈍前までに行う電着処理における電着量の変更のうちから選んだ少なくとも一の変更により行う前記２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。【００４５】
４．前記絶縁コーティングの張力の調整を、前記絶縁コーティングの膜厚および／または組成の変更により行う前記２または３に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。【００４６】
５．表面にフォルステライト被膜および絶縁コーティングを備えた方向性電磁鋼板を用いた変圧器の騒音特性を予測する方法であって、該変圧器の以下に示す磁歪特性ＩＩＩおよび磁歪特性ＶＩを用いることを特徴とする変圧器騒音特性の予測方法。
磁歪特性ＩＩＩ：磁歪の速度レベル：dλ/dtにおける加減速ポイントの磁歪振動１周期内の数
磁歪特性ＶＩ：磁歪振動の加速領域または減速領域内における隣接する磁歪の速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、より実機変圧器の騒音特性に優れた方向性電磁鋼板の製造が可能になる。また、本発明によれば、表面にフォルステライト被膜および絶縁コーティングを備えた方向性電磁鋼板を用いた変圧器の騒音特性を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】磁歪振動の速度レベルの一例を示した図である。
【図２】加減速ポイントの数と実機変圧器騒音の関係を示す図である。
【図３】磁歪振動の隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量を示す図である。
【図４】速度レベル変化量の最大値と騒音の関係を示す図である。
【図５】加減速ポイントの数と実機変圧器騒音の関係を示す図である。
【図６】被膜張力差と磁歪特性（磁歪振動１周期内の加減速ポイント数）の関係を示す図である。
【図７】被膜張力差と磁歪特性（隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量）の関係を示す図である。
【図８】鋼板そり量と磁歪特性（磁歪振動１周期内の加減速ポイント数）の関係を示す図である。
【図９】鋼板そり量と磁歪特性（隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量）の関係を示す図である。
【図１０】実験２のサンプルについて磁気測定を行い、鉄損劣化量を評価した結果を示す図である。
【図１１】種々のフォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力の表裏差（合計差）における、フォルステライト被膜の張力差と、磁歪特性（隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量）との関係を示す図である。
【図１２】種々のフォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力の表裏差（合計差）における、フォルステライト被膜の張力差と、磁歪特性（磁歪振動１周期内の加減速ポイント数）との関係を示す図である。
【図１３】種々のフォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力の表裏差（合計差）における、フォルステライト被膜の張力差と、鉄損との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明の構成要件の限定理由について述べる。
１）実機変圧器の騒音は、従来から知られているパラメータ以上に、磁歪振動の速度変化が大きな影響を及ぼしていることが明らかになった。
理由は明らかになっていないものの、加減速を繰り返しながら鋼板伸縮運動をするにはより大きなエネルギーが必要であるところから、この伸縮エネルギー増大が騒音増大の原因になっているものと推測している。
【００５０】
ここで、本発明では、磁歪の速度レベル：dλ/dtにおいて、加減速ポイント、すなわち、速度変化が極めて大きくなる加減速の発生回数は、磁歪振動１周期内で、理想的な正弦波磁歪振動でも発生する最小値の４回に限定する。また、加速領域または減速領域内での隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量についても小さいほうが好ましく、3.0×10-4sec-1以下に限定する。
なお、速度レベル変化量は小さいほど良いが、工業的には、1.0×10-5sec-1程度以上が好ましい。
【００５１】
２）鋼板表裏の圧延方向におけるフォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力の表裏差は0.5MPa未満とする一方で、フォルステライト被膜の張力の表裏差を0.5MPa以上とすることが好ましい。なお、本発明において、張力の表裏差といった場合は、鋼板の表面の張力と鋼板の裏面の張力との差の絶対値を意味する。
なお、フォルステライト被膜と絶縁コーティングの合計張力の表裏差の下限に特に制限はないが、工業的には、0.1MPa程度が好ましい。また、フォルステライト被膜と絶縁コーティングの各々の表裏張力差の上限に特に制限はないが、工業的には、10MPa程度が好ましい。
【００５２】
ここで、鋼板両面のフォルステライト被膜張力および絶縁コーティングの合計張力差を0.5MPa未満に限定するのは、反り量が大きくなると導入された応力により鉄損が劣化するためである。他方、フォルステライト被膜の張力の表裏差を0.5MPa以上に限定するのは、フォルステライト被膜の張力を鋼板の表裏で差をつけることで大きく磁歪特性が改善するためである。
【００５３】
そして、鋼板全体の張力の表裏差を0.5MPa未満にすることは、フォルステライト被膜張力が少ない側により高い絶縁被膜張力を付与することによって可能になる。フォルステライト被膜の張力が高い面と絶縁被膜の張力の高い面を反対にした場合、フォルステライト被膜により発生するそりの方向と張力被膜により発生するそりの方向とが正反対になり、それぞれの磁歪特性改善効果は打ち消しあうと考えられる。しかしながら、それぞれの改善効果代が異なることから、打ち消しあった後でも、フォルステライト被膜による磁歪改善効果は残存するため、磁歪特性が改善する。
【００５４】
次に、フォルステライト被膜張力および絶縁被膜張力の張力変更手段について述べる。これらの方法については特開2009-235472や特開2009-235473などに記載の従来から公知の方法を用いればよい。
【００５５】
まずは、フォルステライト被膜張力の制御方法について述べる。素材は、通常の方法で製造された方向性電磁鋼板の冷延板である。素材成分や最終冷延までの製造条件については特に限定されることはなく、従来公知の方法で行えば良い。ついで、冷延板に脱炭焼鈍を施して脱炭焼鈍板としたのち、この脱炭焼鈍板の表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布して、その後、最終仕上げ焼鈍を施してフォルステライト被膜が形成される。鋼板の表裏面でフォルステライト被膜の張力を変更するために、以下のいずれかの方法により表裏面で被膜性状を変更させる。
【００５６】
まず、前処理に研削を行う場合には、表裏面で研削量が異なるように研削する。通常、残留酸素目付量で0.2g/m2以下となるようにするが、片面をさらに強く研削して残留酸素目付量が表裏面で0.05g/m2以上差が付くようにすることが好ましい。また、前処理に電着処理を行う場合には、電着量によって張力の表裏差をつけることができる。電着物としては、例えば特開平９−87744に開示さているような、Cu、Ni、CoおよびSn等の金属を、表裏面で電着量に0.2mg/m2以上の差が付くようにコイル湾曲内面側を高く電着させる。なお、このような電着処理は、脱炭焼鈍前のみならず、脱炭焼鈍後に行うことも可能である。
【００５７】
さらに、本発明では、焼鈍分離剤として、MgOを主体とする分離剤を用いる。このとき公知の添加物として、TiやSb、Mg、Ca、Sr、Sn、Ｂ、Na、Ｋ、Cl、Ｆ、Brなどの元素を含む化合物を用いることができる。
ここで、表裏面でフォルステライト被膜張力を変えるために、これらの添加物を利用することもできる。すなわち、表裏面でこれらの添加物量が異なるように添加すれば、これによりフォルステライト被膜張力も変化する。張力の表裏差をつける条件としては、添加物の種類により異なるが、TiやSb、Mg、Ca、Sr、Snであれば該金属換算でMgO：100質量部あたり0.2質量部程度、またＢ、Na、Ｋ、Cl、Ｆ、BrであればMgO：100質量部あたり0.001質量部以上の差をつけるのが好ましい。
【００５８】
次に、絶縁コーティングの張力の制御方法について述べる。素材は、コイル焼鈍によって二次再結晶させた方向性電磁鋼板の最終仕上げ焼鈍板である。素材成分については特に限定されない。最終仕上げ焼鈍は、通常、数日にわたるような長時間で行われるため、コイルに巻き取った状態のまま焼鈍されるのが定法であり、本発明でも従来どおりこの方法で行うことが好ましい。
【００５９】
この仕上げ焼鈍済みのコイルは、絶縁コーティング処理液を塗布する前に、水洗やリン酸酸洗により表面を清浄化するが、これも従来どおりの方法でよい。その後、絶縁コーティング処理液を塗布する。コーティングとしては、従来の張力付与型のコーティングでよいが、フォルステライト被膜張力を高めた面の反対面の絶縁コーティング張力を高めることが本発明のポイントである。
【００６０】
ここで、好適な張力付与型のコーティングを示すと、次のとおりである。通常、最もよく用いられるコーティングは、リン酸塩−シリカ系のコーティングであるが、このときコーティング成分としては、固形分比率でコロイド状シリカ：20質量部に対し、Al、Mg、Ca、FeおよびMn等のリン酸塩のうちから選んだ一種または二種以上を10〜80質量部程度の配合とすることが好ましい。
リン酸塩の割合が少なすぎると耐吸湿性が十分でなく、一方多すぎるとコロイド状シリカが相対的に少なくなるため、張力が低下して鉄損低減効果が低減する。また、これに、吸湿性の改善を目的として、無水クロム酸および／またはクロム酸化合物を合計で３〜20質量部配合してもよい。さらに、シリカやアルミナ等の無機鉱物粒子（粉末等）を配合すると、耐スティッキング性が改善されるので、これらを使用することも可能である。配合量は、占積率を低下させないために最大でも１質量部程度とするのが好ましい。
【００６１】
また、最近、環境調和型のコーティングとして、クロムを用いない技術も開発されているが、これを使用する場合には、無水クロム酸やクロム酸化合物の代りにMg、Al、Fe、Bi、Co、Mn、Zn、Ca、Ba、SrおよびNi等の金属硫酸塩、塩化物、コロイド状酸化物およびほう酸塩等を配合する。配合量は合計で３〜30質量部程度とするのが好ましい。
【００６２】
本発明において、絶縁コーティングの張力の変更手段としては、絶縁コーティングの膜厚および／または組成の変更、すなわち、コーティングの塗布量を変える方法や、コーティングの種類を変更する方法などがある。コーティング塗布量は、従来、片面あたり２〜８g/m2、両面合計で４〜16g/m2程度塗布されていたが、塗布量を変える場合でも両面合計はこれと同様にすることが好ましい。多すぎると占積率が低下して磁気特性が劣化し、少なすぎると張力が低下してやはり良好な磁気特性が得られない。
【００６３】
また、コーティングの種類を変更する方法としては、たとえば「IEEE Transactions on Magnetics，Vol．Mag−15，No.6，November1979」に開示されているとおり、リン酸塩の種類を変更したり、コーティングの配合比を変更したりする方法がある。その後、コーティングを塗布、乾燥した後、焼付けを兼ねて平坦化焼鈍を行う。その際、焼鈍温度や鋼板に付与する張力を制御して、できるだけ仕上げ焼鈍起因のコイル湾曲が残留しないようにすることが重要である。このコイル湾曲が残留すると、フォルステライト被膜や絶縁コーティングの張力を制御して本発明の範囲内にしても所望の磁歪特性が得られなくなるためである。なお、本発明の張力制御によって、所望の磁歪特性が得られている場合は、コイル湾曲の影響は無視し得るレベルになっている。
【００６４】
また、本発明では、磁歪の速度レベル：dλ/dtにおいて、加減速ポイント、すなわち、磁歪振動１周期内で速度変化が極めて大きくなる加減速の発生回数（磁歪特性ＩＩＩ）と、加速領域または減速領域内での隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量（磁歪特性ＶＩ）を用いることで、方向性電磁鋼板を用いた変圧器の騒音特性を予測することができる。
【００６５】
加減速ポイント測定方法の一例を以下に説明する。
まず、磁歪特性を変化させるために励磁電圧に高調波を重畳させる。例えば、0.27mm厚の方向性電磁鋼板を用いて、300kVAの実機トランスを組上げ、50Hz、1.7Ｔで騒音を測定する。そして、磁歪振動１周期における加減速ポイントの頻度を数えれば、加減速ポイント（磁歪特性ＩＩＩ）を求めることができる。なお、磁歪振動は、歪みゲージ法やレーザ変位計、レーザドップラ振動計により測定することができるが、簡便である点から、本発明ではレーザドップラ振動計を用いて磁歪振動特性を評価することが好ましい。
【００６６】
ついで、加速領域または減速領域内での隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量を求める方法について説明する。
本発明では、速度変化の評価パラメータとして、隣接する極大値と極小値の差を調査する。ここで注目するのは、加速/減速領域内のそれぞれの速度変化であり、両方の領域にわたる場合の速度変化は含まないことである。
磁歪波形１周期の中には、極大値と極小値は、前掲図３に示したように複数存在する。
さらに、隣接する極大値と極小値の磁歪の速度レベルの差（速度レベル変化量）の最大値を調べることで、本発明における、加速領域または減速領域内での隣接する速度レベル変化ポイントの速度レベル変化量（磁歪特性ＶＩ）を求めることができる。
【００６７】
なお、速度変化ポイントとは図３に示した星印の位置で、
１）加速割合が増加から減少に変化する、
２）加速割合が減少から増加に変化する、
３）減速割合が増加から減少に変化する、
４）減速割合が減少から増加に変化する、
いずれかの点である。
【００６８】
以上のように、磁歪振動の速度変化挙動を測定することによって、上記加減速の発生回数と上記速度レベル変化量とを求め、加減速の発生回数（磁歪特性ＩＩＩ）の場合は、４回であるか否か、速度レベル変化量（磁歪特性ＶＩ）の場合は、3.0×10-4sec-1以下を満足するか否かを確認する。
磁歪特性ＩＩＩと磁歪特性ＶＩとが上記条件をともに満足する（すなわち、磁歪特性ＩＩＩが４回であって、磁歪特性ＶＩが3.0×10-4sec-1以下である）場合は、変圧器の騒音特性が良好ということになる。
【実施例】
【００６９】
（実施例１）
公知の方法で脱炭焼鈍まで行った0.3mm厚みの成分の異なる複数の方向性電磁鋼板の脱炭焼鈍板（素材Ａ、Ｂ：成分組成を表２に示す。なお、表中の％は質量％、ppmは質量ppmを示し、残部はFe及び不可避的不純物である。）を使用し、脱炭焼鈍板の表裏面をそれぞれ、研削により酸素目付量を0.9〜2.0g/m2に変更した後、表裏面にNiをそれぞれ０〜0.4mg/m2の範囲で電着させて、湿Ｈ2雰囲気中にて860℃、２分間の脱炭焼鈍を行った。
その後、焼鈍分離剤としてMgO：100質量部、TiO2：５質量部の配合割合になる焼鈍分離剤を表裏面にそれぞれ８g/m2ずつ塗布し、10℃/hの昇温速度で1200℃、５時間均熱する最終仕上げ焼鈍を施した。
ついで、余分の焼鈍分離剤を除去し、表裏で絶縁被膜の種類を表３に示すように変更した。表３中「リン酸マグネシウム」とあるのは、リン酸マグネシウム：50質量％、コロイド状シリカ：40質量％、無水クロム酸：9.5質量％、シリカ粉末：0.5質量％の配合割合になる絶縁コーティング処理液である。また、表３中「リン酸アルミニウム」とあるのは、リン酸アルミニウム：50質量％、コロイド状シリカ：40質量％、無水クロム酸：9.5質量％、シリカ粉末：0.5質量％の配合割合になる絶縁コーティング処理液である。これらを、乾燥質量で片面それぞれが５〜８g/m2になるように塗布し、300℃で１分間の乾燥後、乾Ｎ2雰囲気中にて850℃で２分間、付与張力が13MPaとなる条件で平坦化焼鈍を行って、方向性電磁鋼板とした。
かくして得られた方向性電磁鋼板の磁気特性および磁歪特性を測定すると共に、鋼板両面のフォルステライト被膜、絶縁張力、その合計張力の差を求めた。さらに、その電磁鋼板を素材とした1000kVAの変圧器を作成し、1.5Ｔ/60Hzの騒音特性を評価した。
酸素目付け量等の製造条件の詳細および鋼板張力および鉄損・磁歪特性を表３に示す。なお、表中の張力差は、張力の表裏差の素値を意味し、本発明の張力の表裏差の規定と比較する時は絶対値で比較する。【００７０】
【表２】
2016125504.tif 000005
【００７１】
【表３】
2016125504.tif 000006
【００７２】
従来の張力差がないNo.１、No.６を比較して、素材Ａ、Ｂの特徴を述べると、素材Ｂは、素材Ａよりも磁歪特性パラメータが大きく、また鉄損特性も悪いことが分かる。よって、従来より磁歪特性や鉄損に影響を与えるといわれている張力以外のパラメータ（磁束密度や結晶方位など）は、素材Ａの方が良好な値となっており、本技術を適用する前の磁気特性および磁歪特性は素材Ａの方が優れていると言える。【００７３】
同表より、本発明範囲内のNo.３、No.５では、変圧器騒音の低減化と鉄損の低減化は両立していることが分かる。一方、サンプルNo.７は被膜張力に関しては本発明の範囲内で、発明範囲外のものと比較して若干磁歪特性が改善しているものの、もともとの磁歪特性（サンプルNo.６）が悪く、騒音特性が良好になるまでには磁歪特性が改善しなかった。【００７４】
（実施例２）
公知の方法で脱炭焼鈍まで行った0.23mm厚みの成分の異なる複数の方向性電磁鋼板の脱炭焼鈍板（素材Ｃ、Ｄ：成分組成を表４に示す。なお、表中の％は質量％、ppmは質量ppmを示し、残部はFe及び不可避的不純物である。）を使用し、焼鈍分離剤としてMgO：100質量部、TiO2：4.5質量部の配合割合になる焼鈍分離剤を、表裏面それぞれに８g/m2ずつ塗布したのち、ほう酸ナトリウムの水溶液を表面および裏面にスプレー塗布により、MgO：100質量部に対してＢおよびNaがそれぞれ０〜0.03質量部になるように調整して両面に塗布した。その後、120℃/hの昇温速度で1200℃、20時間均熱する最終仕上げ焼鈍を施した。
ついで、余分の焼鈍分離剤を除去し、リン酸マグネシウム：50質量％、コロイド状シリカ：40質量％、無水クロム酸：9.5質量％、シリカ粉末：0.5質量％の配合割合になる絶縁コーティング処理液を、乾燥質量で片面がそれぞれ５〜10g/m2になるように塗布した。さらに、250℃で１分間の乾燥後、乾Ｎ2雰囲気中にて820℃で２分間、付与張力が15MPaとなる条件で平坦化焼鈍を行って、方向性電磁鋼板とした。
かくして得られた方向性電磁鋼板の磁気特性および磁歪特性を測定すると共に、鋼板両面のフォルステライト被膜、絶縁張力、その合計張力の差を求めた。さらに、その電磁鋼板を素材とした750kVAの変圧器を作成し、1.6Ｔ/60Hzの騒音特性を評価した。
MgO：100質量部に対するＢ量およびNa量等の被膜付与条件の詳細および鋼板張力および鉄損・磁歪特性を表５に示す。なお、表中の張力差は、張力の表裏差の素値を意味し、本発明の張力の表裏差の規定と比較する時は絶対値で比較する。【００７５】
【表４】
2016125504.tif 000007
【００７６】
【表５】
2016125504.tif 000008
【００７７】
実施例１と同じように、従来の張力差がないNo.１、No.６を比較して、素材Ｃ、Ｄの特徴を述べると、素材Ｄは素材Ｃよりも磁歪特性パラメータが大きく、また鉄損特性も悪いことが分かる。よって、従来より磁歪特性や鉄損に影響を与えるといわれている張力以外のパラメータ（磁束密度や結晶方位など）は素材Ｃの方が好適な値となっており、本技術を適用する前の磁気特性および磁歪特性は素材Ｃの方が優れていると言える。【００７８】
同表より、本発明範囲内のNo.３、No.５では変圧器騒音および鉄損は両立している。一方、サンプルNo.７は被膜張力に関しては本発明の範囲内で、発明範囲外のものと比較して若干磁歪特性が改善しているものの、もともとの磁歪特性（サンプルNo.６）が悪く、騒音特性が良好になるまでには磁歪特性が改善しなかった。【００７９】
また、No.８のようにフォルステライト被膜と絶縁コーティングの張力が高い面を同じにすると、フォルステライト被膜と絶縁コーティングによる磁歪改善効果が相殺されることがないので、騒音レベルが改善する磁歪特性が得られているが、その場合鋼板に反りが発生するため鉄損特性が大幅に劣化し、磁歪と鉄損が両立していないことが分かる。
【図１】
2016125504.tif 000009
【図２】
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【図３】
2016125504.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2016125504.tif 000016
【図９】
2016125504.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
2016125504.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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