(57)【要約】【課題】低コストかつ簡便な方法で、開放すべき歪を優先的に開放させることが可能な鉄心の歪取り焼鈍方法を提供する。【解決手段】電磁鋼板から巻鉄心を製造する際に電磁鋼板に蓄積された歪の少なくとも一部を開放させるために行う焼鈍方法であって、加工面の最高到達温度が７００℃以上、且つ、鉄心内部の領域の最高到達温度が５００℃未満である、巻鉄心の歪取り焼鈍方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板から巻鉄心を製造する際に前記電磁鋼板に蓄積された歪の少なくとも一部を開放させるために行う焼鈍方法であって、
加工面の最高到達温度が７００℃以上、且つ、鉄心内部の領域の最高到達温度が５００℃未満であることを特徴とする、巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項２】
前記加工面を、１００秒間以下に亘って加熱することを特徴とする、請求項１に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項３】
前記加工面と前記鉄心内部との温度差を５００℃以上にするように加熱することを特徴とする、請求項１または２に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項４】
前記電磁鋼板の板面に歪を伴う磁区制御加工が施されていることを特徴する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項５】
前記磁区制御加工がレーザー照射による磁区制御加工であることを特徴とする、請求項４に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項６】
前記巻鉄心を加熱する加熱手段と、前記巻鉄心の鋼板面との間に、防熱部材が設置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項７】
前記巻鉄心を加熱する際に、前記巻鉄心の鋼板面の少なくとも一部を冷却することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項８】
さらに、前記局所的な加熱の前に、前記巻鉄心の全体を予め５００℃未満に加熱する予熱工程を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法。
【請求項９】
質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜７．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる珪素鋼素材を熱間圧延し、一回の冷間圧延もしくは中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して最終板厚の鋼板とし、続いて仕上焼鈍を施す一連の工程を経て巻鉄心を製造する方法において、
前記仕上焼鈍を施した後に、電磁鋼板を巻鉄心へと加工する加工工程と、
前記加工工程の後に、前記巻鉄心に蓄積された歪の少なくとも一部を開放する歪取り焼鈍工程と、を有し、
前記歪取り焼鈍工程が、請求項１〜８のいずれか１項に記載の巻鉄心の歪取り焼鈍方法によって、前記歪の少なくとも一部を開放する工程であることを特徴とする、巻鉄心の製造方法。
【請求項１０】
巻鉄心の加工面を形成する電磁鋼板の切断面の歪量が、ＩＱ値で１０００以上であり、且つ、
鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の成形加工部の歪量が、ＩＱ値で１０００未満であることを特徴とする、巻鉄心。
【請求項１１】
鉄心内部において巻鉄心を形成する前記電磁鋼板は、鋼板の板面に線状の高歪領域が形成されており、該領域の歪量が、ＩＱ値で１０００未満であることを特徴とする、請求項１０に記載の巻鉄心。
【請求項１２】
鉄心内部において巻鉄心を形成する前記電磁鋼板は、鋼板の板面に溝が形成されており、該溝の底部の歪量が、ＩＱ値で１０００未満であることを特徴とする、請求項１０に記載の巻鉄心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器などの用途で利用される、巻鉄心の歪取り焼鈍方法およびこれを用いる巻鉄心の製造方法、ならびに、巻鉄心に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板（以下において、単に「鋼板」と称することがある。）の低鉄損化手段として、磁区細分化を狙った磁区制御がある。具体的手段としては、鋼板表面に、細い線状の加工を結晶粒径より短い間隔で施すものであり、プレス加工、レーザー照射などが利用される。
【０００３】
プレスによる方法は、細い線状の凸部を有する金型やロールを鋼板表面に押し付け、鋼板表面に溝（凹部）を形成するものである。この方法は金型やロールへの凸部形成の微細加工の限界もあり、溝は比較的広くて浅く、磁区細分化は主として溝に蓄積する歪により生ずる。プレスによる磁区制御に関する技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
レーザーによる方法では、照射パワーが小さい場合は、主として照射部の急速な加熱膨張と冷却収縮による熱歪により、磁区細分化が起きる。照射パワーが大きい場合は、照射部が溶融飛散し、形状として比較的深く鋭い溝が形成されて形状による磁区細分化が生じるとともに、熱歪による磁区細分化も生じる。レーザーによる磁区制御に関する技術は、例えば特許文献２および特許文献３に開示されている。
【０００５】
一方、鋼板は巻鉄心とするために、スリット、剪断、打ち抜き加工などにより所定の形状に整えられた上で曲げ加工が施される。この際に鋼板に不可避的に導入されてしまう歪（磁区制御のための加工により導入される歪ではなく、素材となる鋼板を巻鉄心の形状へ加工するために導入される歪をいう。以下において同じ。）は鉄損に悪影響をおよぼすため、これを開放するために、加工後の巻鉄心は歪取り焼鈍が実施されることが多い。ここの歪取り焼鈍では、鉄心全体をいかに均一に加熱するかが課題とされている。このため、巻鉄心を熱処理炉内に挿入し、全体が均一に加熱されるよう、高温で長時間に亘って保持する必要があり、熱処理コスト低減や簡便化が求められている。鉄心の部位による温度差を小さくするためには、鉄心内の温度偏差を意識することは当然であり、局所的な加熱効率の変動を解消するため、特定の部位を優先的に加熱したり、全体が均一に加熱されるように加熱装置に工夫を加えたりしたものが例えば特許文献４〜６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１１７２１８号公報
【特許文献２】特開平７−２２８９７７号公報
【特許文献３】特開２０００−３３６４３０号公報
【特許文献４】特開昭６３−２３４５０９号公報
【特許文献５】特開２０１５−１２６６２５号公報
【特許文献６】特開平６−１６３２９４号公報
【特許文献７】特開２０１５−１４１９３０号公報
【特許文献８】実用新案登録第３０８１８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者は、前記の磁区制御された電磁鋼板を素材として製造された鉄心の低鉄損化のために、歪取り焼鈍の条件に注目した開発を実施した。その中で、磁区制御鋼板を素材とした巻鉄心を歪取り焼鈍すると、磁区細分化のために導入した歪の少なからざる部分が消失してしまい、磁区細分化による低鉄損化の効果が十分に得られない場合があることに気付いた。これを回避するには、歪取り焼鈍中の鉄心内に局所的な温度差を許容し、歪を積極的に解放する部位と歪の解放を抑制する部位を意図的に制御することが必要と考え、従来半ば常識となっていた均一加熱との得失については検討の余地があるとの結論に至った。
【０００８】
そこで本発明は、低コストかつ簡便な方法で、開放すべき歪を優先的に開放させることが可能な巻鉄心の歪取り焼鈍方法およびこれを用いる巻鉄心の製造方法、ならびに、開放すべき歪を優先的に開放させた巻鉄心を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
巻鉄心を８００℃程度に加熱された熱処理炉内に挿入して２時間に亘って保持する、従来の一般的な歪取り焼鈍における歪解放は、温度と時間の積算効果によるＦｅ原子の拡散との関係で理解される。しかしながら、磁区制御、剪断加工、曲げ加工などで鋼板に導入される歪量、および歪取り焼鈍条件と磁気特性との変化の関係を実用的な範囲で詳細に検討した結果、本発明者は、磁区制御のために導入された歪は熱処理時間の長時間化によるよりも熱処理温度の高温化により容易に解放されてしまうこと、また剪断加工で導入された歪解放のためには短時間化がより効果的であり、曲げ加工で導入された歪の解放のためには温度上昇がより効果的となる場合があることを知見した。このように歪により熱処理で解放される挙動が異なり、巻鉄心での曲げ加工歪が多少残存しても、磁区制御のために導入した歪の解放を抑制した状態で剪断加工歪を適切に解放すれば、鉄心全体を均一に加熱して全体の歪を解放してしまうよりも、鉄心特性としては同等またはそれ以上となる場合があることを知見した。これらの知見から、高温短時間の熱処理により剪断加工部の歪を優先的かつ効果的に開放することに想到して本発明を完成させた。以下、本発明について説明する。
【００１０】
まず本発明で使用する用語について説明する。
本発明において、「巻鉄心」は、短冊状に整形された電磁鋼板を、板面と平行な方向の軸に巻きつける曲げ加工を施して鉄心を形成するものをいう。代表的なものとしては、特許文献７に例を示す、比較的長い短冊状の鋼板を何重にも巻いた円筒状フープをさらにプレスなどで四角筒状に加工する巻鉄心、および特許文献８に例を示す、比較的短い短冊状の鋼板をプレスなどで一重の角筒状に加工し、これを何重にも重ねることで巻鉄心とする巻鉄心が含まれる。
本発明における「電磁鋼板」には、歪や化学的エッチングによる磁区制御加工が施された電磁鋼板のほか、磁区制御をしていない電磁鋼板も含まれる。
本発明における「巻鉄心（への）加工」とは、素材となる電磁鋼板から巻鉄心が完成するまでに実施される全ての加工をいう。本発明に関連する具体的な加工としては、スリット、剪断、打ち抜き、曲げ、プレス、穴空けなどを含む。
本発明における「切断加工」とは、電磁鋼板を所定の大きさに整えるための加工をいう。本発明に関連する具体的な加工としては、スリット、剪断、打ち抜きなどの他、穴空け、研磨などがあり、切断加工により新たに生じる鋼板表面が、後述の「切断面」である。
本発明における「成形加工」とは、上記切断加工を施した電磁鋼板を鉄心の形状にするために実施される加工をいう。本発明に関連する具体的な加工としては、曲げ、プレスなどである。
本発明における「成形加工部」とは、上記成形加工が施された部位をいう。
本発明における「（鋼板の）板面」とは、鋼板の表面のうち、板厚方向に垂直な面をいう。なお「板面」に溝が形成される場合、溝に相当する領域の鋼板表面は板厚方向に垂直な面とはならないが、このような溝に関しては、「板面に形成された溝」、「溝が板面に形成される」、「板面に磁区制御加工を施す」などと記述する。
本発明における「切断面」とは、鋼板の表面のうち、上記切断加工により新たに生成した面であり、板厚方向に実質的に平行な面をいう。
本発明において、「加工面」とは、巻鉄心の表面のうち、上記切断面で形成される面をいう。切断面は、一般的には剪断、金型による打ち抜き、スリットなどで形成され、巻鉄心は切断面を有する鋼板が、切断面をほぼ面一として積層された構造であるため、「加工面」は、巻鉄心表面のうち、鋼板の厚さ方向に亘る切断面が積層して形成される面となる。
切断面と対比する巻鉄心表面で、素材鋼板の板面で形成される巻鉄心表面が「鋼板面」である。
また、「局所的に加熱する」とは、巻鉄心を加熱する際に、巻鉄心全体が均一に加熱されず、巻鉄心の表面のうち、加工面の少なくとも一部が相対的に高温になるように加熱することをいう。
また、「鉄心内部」とは、巻鉄心の表面から内部に向かって一定距離以上離れた、巻鉄心の内部領域であり、本発明では特に、表面からの深さが積層した素材鋼板の板厚以上である内部領域を「鉄心内部」と呼ぶ。
【００１１】
本発明の第１の態様は、電磁鋼板から巻鉄心を製造する際に電磁鋼板に蓄積された歪の少なくとも一部を開放させるために行う焼鈍方法であって、加工面の最高到達温度が７００℃以上、且つ、鉄心内部の領域の最高到達温度が５００℃未満であることを特徴とする、巻鉄心の歪取り焼鈍方法である。
【００１２】
また、加工面を、１００秒間以下に亘って加熱することが好ましい。
【００１３】
また、加工面と鉄心内部との温度差を５００℃以上にするように加熱することが好ましい。
【００１４】
また、電磁鋼板の板面に、歪を伴う磁区制御加工が施されていることが好ましい。
【００１５】
また、電磁鋼板の板面に歪を伴う磁区制御加工が施されている上記本発明の第１の態様において、上記磁区制御加工がレーザー照射による磁区制御加工であることが好ましい。
【００１６】
また、巻鉄心を加熱する加熱手段と、巻鉄心の鋼板面との間に、防熱部材が設置されていることが好ましい。
ここで、「加熱手段」とは、電気炉やガス炉など高温雰囲気との接触による伝熱により加熱するものや、赤外線やフラッシュランプなど直線的な光線により加熱するものなど、巻鉄心の少なくとも一部の温度を上昇させる手段をいう。前者は巻鉄心が雰囲気と接触するすべての表面から比較的均一に加熱される傾向があり、後者は光源に対向する特定の面のみを優先的に加熱するのに有利である。また、高温塩や加熱金型など、巻鉄心と接触する高温物質を液体や固体にすることで、気体である雰囲気との接触よりも局所的な加熱は容易になる。この他に金属材料の加熱手段としては、誘導加熱や通電加熱などが適用されることもある。本発明において加熱方法は特に限定されるものではないが、誘導加熱や通電加熱は加熱部材が部材表面および内部を含めて均一に加熱される傾向が他の手段より強いため、本発明においてはこれらの方法は好ましいものではない。また、「防熱部材」とは、金属や酸化物など、本発明で想定する最高到達温度である７００℃以上まで形状を保ちうる物質で形成される部材であり、高温雰囲気や光源などの熱源と、鉄心との間に設置されることで、熱源による巻鉄心の加熱を妨げる部材をいう。
【００１７】
また、巻鉄心を加熱する際に、巻鉄心の鋼板面の少なくとも一部を冷却することが好ましい。
【００１８】
また、上記本発明の第１の態様において、さらに、上記局所的な加熱の前に、巻鉄心の全体を予め５００℃未満に加熱する予熱工程を有することが好ましい。
【００１９】
本発明の第２の態様は、質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜７．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる珪素鋼素材を熱間圧延し、一回の冷間圧延もしくは中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して最終板厚の鋼板とし、続いて仕上焼鈍を施す一連の工程を経て巻鉄心を製造する方法において、上記仕上焼鈍を施した後に、電磁鋼板を巻鉄心へと加工する加工工程と、該加工工程の後に、巻鉄心に蓄積された歪の少なくとも一部を開放する歪取り焼鈍工程と、を有し、該歪取り焼鈍工程が、上記本発明の第１の態様にかかる巻鉄心の歪取り焼鈍方法によって、歪の少なくとも一部を開放する工程である、巻鉄心の製造方法である。
【００２０】
本発明の第２の態様にかかる巻鉄心の製造方法は、上記本発明の第１の態様にかかる巻鉄心の歪取り焼鈍方法によって、歪の少なくとも一部を開放する工程を有している。したがって、このような形態にすることにより、開放すべき歪を優先的に開放させることが可能な、巻鉄心の製造方法を提供することができる。
【００２１】
本発明の第３の態様は、巻鉄心の加工面を形成する電磁鋼板の切断面の歪量が、ＩＱ値で１０００以上であり、且つ、鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の成形加工部の歪量が、ＩＱ値で１０００未満であることを特徴とする、巻鉄心である。
【００２２】
本発明において、「歪量」とは、鋼板中に蓄積された転位の密度を表す指標であり、本発明では、ＥＢＳＤ（Electron BackScatter Diffraction）装置によるＩＱ（Image  Quality）値を用いて定義する。Hough変換（直線を点に変換する手法で画像中から直線を検出するのに有効、Illingworth  and  Kitter, 1988）をした際のhough空間上のバンドを示すピークの強度をプロットしたものであるが、バンドが鮮明な程値は大きくなる。つまり、パターンの発生領域の結晶性がよいことを示している。特に加工で歪が多くなった部分は結晶性が悪くなるので、ＩＱ値が低くなる。定量的には、焼鈍で十分に再結晶させた組織のＩＱ値は１０００以上となり、磁区制御のために導入された歪を有する溝近傍領域ではＩＱ値は数１００程度まで低下し、通常の条件で剪断した切断面のＩＱ値は１００程度以下まで低下する。本発明ではＩＱ値を歪量として使用する。
【００２３】
また、上記本発明の第３の態様において、鉄心内部において巻鉄心を形成する上記電磁鋼板は、鋼板の板面に線状の高歪領域が形成されており、該領域の歪量が、ＩＱ値で１０００未満であることが好ましい。
また、上記本発明の第３の態様において、鉄心内部において巻鉄心を形成する上記電磁鋼板は、鋼板の板面に溝が形成されており、該溝の底部の歪量が、ＩＱ値で１０００未満であることが好ましい。
【００２４】
本発明において、鉄心内部において巻鉄心を形成する上記電磁鋼板の板面または溝底に存在する高歪領域は、特別なものである必要はなく、磁区制御を目的とした公知のものであり、例えばレーザーによる熱歪により、鋼板圧延方向に２〜８ｍｍ程度の間隔で、高歪領域の幅を１〜１０００μｍ程度とし、鋼板幅方向に１０〜３０ｃｍ程度の長さで細長い線状に形成されるものであり、さらに溝となっている場合は、高出力レーザー、プレス加工などにより板厚方向に１〜４０μｍ程度の深さで形成されるものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、低コストかつ簡便な方法で、開放すべき歪を優先的に開放させることが可能な巻鉄心の歪取り焼鈍方法およびこれを用いる巻鉄心の製造方法、ならびに、開放すべき歪を優先的に開放させた巻鉄心を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】巻鉄心１を説明する図である。
【図２Ａ】巻鉄心１を説明する図である。
【図２Ｂ】巻鉄心１の上面を説明する図である。
【図２Ｃ】巻鉄心１の１つの側面を説明する図である。
【図２Ｄ】巻鉄心１の他の１つの側面を説明する図である。
【図３Ａ】巻鉄心１および加熱手段３ａを説明する図である。
【図３Ｂ】巻鉄心１、加熱手段３ｂ、および、防熱部材４を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例であり、本発明は以下に示す形態に限定されない。
【００２８】
１．巻鉄心の歪取り焼鈍方法
図１は、巻鉄心１の「加工面１ａ」および「鋼板面１ｂ」を説明する図である。図１に示したように、加工面１ａは、巻鉄心１の表面のうち、鋼板の厚さ方向に亘る切断面を積層して形成される面であり、鋼板面１ｂは、巻鉄心１の表面のうち、素材鋼板の板面で形成される面である。
また、図２Ａ乃至図２Ｄは、巻鉄心１の「鉄心内部１ｃ」および「鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の板面１ｄ」を説明する図である。図２Ｂ乃至図２Ｄは、それぞれ、図２Ａに示した巻鉄心１を、ＩＩＢ乃至ＩＩＤの側から見た図である。鉄心内部１ｃの概要を説明するために、図２Ｂおよび図２Ｄでは、便宜上、鉄心内部１ｃの外面側の輪郭のみを透過させて示し、当該外面側の輪郭によって囲まれる箇所に模様が付されている。また、図２Ｃでは、透過させて示した鉄心内部１ｃに相当する箇所に、模様が付されている。特に図２Ｂ乃至図２Ｄに示したように、「鉄心内部１ｃ」とは、巻鉄心の表面から内部に向かって、素材鋼板の厚さｔ以上離れた、鉄心の内部領域をいい、「鉄心内部において鉄心を形成する電磁鋼板の板面１ｄ」とは、この鉄心内部１ｃにおける電磁鋼板の板面をいう。
また、図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の巻鉄心の歪取り焼鈍方法（以下において、「本発明の焼鈍方法」と称することがある。）で使用可能な加熱手段と、この加熱手段によって加熱される巻鉄心とを説明する図である。図３Ａは加熱手段３ａ（赤外線加熱装置３ａ）によって巻鉄心１の加工面１ａのみを優先的に加熱する様子を説明する図である。また、図３Ｂは加熱手段３ｂ（電気炉３ｂ）によって巻鉄心１の全面を加熱する様子を説明する図であり、巻鉄心１の鋼板面１ｂと加熱手段３ｂとの間に防熱部材４が配置された様子を示している。以下、図１Ａ乃至図３Ｂを適宜参照しつつ、本発明の歪取り焼鈍方法（以下において、「本発明の焼鈍方法」と称することがある。）について、以下に説明する。
本発明の焼鈍方法は、電磁鋼板から巻鉄心を製造する際に電磁鋼板に蓄積された少なくとも加工面を含めた一部の領域の歪を解放させるために行う焼鈍方法である。
本発明の焼鈍方法は、巻鉄心１の加工面１ａの最高到達温度が７００℃以上、且つ、鉄心内部の領域の最高到達温度が５００℃未満である、巻鉄心の歪取り焼鈍方法である。以下において、巻鉄心１を単に「鉄心」と称することがある。
【００２９】
本発明の焼鈍方法では、加工面１ａ（以下において、単に「加工面」と称することがある。）を加熱する。これは、切断加工により導入された歪を開放させる必要があるためである。この歪領域は、素材鋼板の切断面から鋼板内部に鋼板板厚程度の深さまで広がることがあるので、この領域を温度上昇させることにより、十分な効果が得られる。一方で、これ以上深い部位は温度上昇させる必要がなく、磁区制御歪を残すためには、むしろ温度上昇させないことが好ましい。本発明では、材料の表面である加工面の温度で、この焼鈍を規定するが、暴露時間などによって温度が十分に上昇する深さが鋼板板厚程度に満たない場合、例えば、当該深さが１μｍ程度の場合であっても、歪解放の効果は得られる。
【００３０】
本発明の焼鈍方法では、加工面の最高到達温度が７００℃以上、且つ、鉄心内部の領域の最高到達温度が５００℃未満とする。このような形態にすることより、鉄心の磁気特性に多大な悪影響を及ぼしている加工面近傍に残存する歪を除去するとともに鉄心内部を無駄に加熱せず有効な歪の解放を回避することが可能になる。
【００３１】
また、本発明の焼鈍方法では、少なくとも加工面の一部または全部を加熱する。この加熱条件は特に限定されるものでなく、熱が鉄心内部を含めた鉄心全体に伝熱し、磁区制御材においてはレーザー照射等により生ずる歪による磁区細分化効果を消失させないように、また、磁区制御材でない場合は無駄な加熱を避けるように設定される。この条件を決定することは鋼材の熱処理を制御している当業者であれば困難なものではない。熱源の温度や放射されるエネルギー、加熱対象の表面状態や伝熱挙動を考慮すれば、経験や適当数の試行、さらには計算などにより適宜決定することができる。
また、鉄心内部の少なくとも一部の領域の温度を５００℃未満とする。５００℃未満である領域は、磁区制御に有効な歪の解放を抑制することができ、鉄心成形加工部の歪が残存したとしても全体としての鉄損特性を同等以上にできる。また、磁区制御のための歪が存在しない場合でも、鉄損特性の悪影響が大きい加工面の歪は解放しているため、実用的な使用に耐え得る鉄心を低エネルギーコストで得ることが可能となる。
本発明の焼鈍方法では、一般的な電磁鋼板を通常の切断加工で部材形状に加工し積層して得られる一般的な巻鉄心を想定して、以下のような条件を特徴的な熱処理条件として規定する。
まず、本発明の焼鈍方法では、加工面の温度を７００℃以上にする。加工面の温度を７００℃以上にするのは、電磁鋼板の剪断加工において不可避的に導入される程度の歪を鉄心特性に好適な影響をおよぼす程度に解放できる温度だからである。加工面の表面の温度が７００℃以上になるように加熱することにより、巻鉄心の磁気特性に多大な悪影響を及ぼしている加工面近傍に残存する歪を除去することが可能になる。
本発明の焼鈍方法において、加工面の温度は、局所的な加熱により７００℃以上にすれば良い。一方、高温による形状悪化が懸念されるため、加熱された後の加工面の温度の上限値は、例えば、９００℃以下にすることができる。すなわち、局所的な加熱により、加工面の温度を、７００〜９００℃にすることが好ましい。
一方で、鉄心内部の温度は５００℃未満とする。これはエネルギーコスト低減の効果を大きくするとともに、磁区制御を目的として鋼板の板面に意図的に導入した歪の解放を回避できる温度だからである。これ以上になるとエネルギーコスト低減のメリットが小さくなるだけでなく、磁区制御を目的とした歪が解放されてしまう。好ましくは、４００℃未満、さらに好ましくは３００℃未満である。
【００３２】
次に、加工面を加熱する時間を１００秒間以下にする。これは、上述の通り、鉄心内外の歪解放の制御および無駄な加熱の回避を実現するためである。加熱時間を１００秒以下にすることにより、本来熱処理が必要でない鉄心内部の加熱を回避することが可能になる。これは磁区制御において歪が導入された鋼板、機械加工やレーザー照射により溝を形成した鋼板が積層されている場合には、精緻に導入された歪の開放を回避するものである。また磁区制御において歪が導入されない化学エッチングや放電による磁区制御鋼板や、磁区制御がなされていない鋼板においても、単純に無駄な熱エネルギー消費を回避するメリットをもたらすものである。
加熱時間は合計で１００秒間以下であれば良く、加熱の回数が一回以上であってもよい。加熱時間の下限値は、加工面の温度を７００℃以上にするための所要時間、および、加工面の温度が７００℃以上である状態を維持する時間から決定される。この時間は加熱方法、特に熱源の温度や付与するエネルギーにもよるので一概に決定はできないが、例えば、８００℃程度の雰囲気への暴露であれば２０秒程度、高エネルギーのフラッシュランプや大熱量の高温金型との接触であれば１秒程度で素材板厚程度の深さまでの領域の温度を７００℃以上にすることが可能である。また、局所的に加熱するのは、板面のレーザー細分化効果を消失させないためである。このような加熱は、例えば、電気加熱、赤外線加熱、誘導加熱、フラッシュランプアニーリングにより、当該熱処理を１回または数回、試料剪断後の鋼板断面または鉄心積層後の鋼板端面に向けて実施することにより実施することができる。
【００３３】
さらに、本発明の焼鈍方法では、加工面と鉄心内部との温度差を５００℃以上にすることが好ましい。５００℃以上にするのは、加工面の歪解放を十分に行い、鉄心内部の歪解放（または無駄な加熱）の回避を十分にするためである。温度差が５００℃以上になるように加熱することにより、鉄心の磁気特性に悪影響を及ぼす加工面の歪を除去しつつ、磁区制御のために意図的に導入した鉄心内部領域の鋼板の板面に形成された高歪領域の歪の消失を回避することが可能になる。
これは、上述の通り加工面の歪を解放するために加工面を７００℃以上に加熱することを考慮すると、鉄心内部の温度を２００℃以下とすれば必ず満足できる条件でもある。これはすなわち鉄心内部に磁区制御のために導入された歪の解放を回避できる温度であり、また無駄な加熱を回避することにもなっている。つまり鉄心内部は全く加熱される必要がない、言い換えれば加熱を避けるべき領域であるため、加工面と鉄心内部との温度差は室温をＴｒ℃とすれば、（７００−Ｔｒ）℃以上であることが好ましい。
【００３４】
また、本発明の焼鈍方法では、巻鉄心を構成する電磁鋼板の板面に、歪を伴う磁区制御加工が施されていることが好ましい。本発明の焼鈍方法をこのような巻鉄心に適用することで、これまで焼鈍により消失してしまっていた磁区制御効果を維持したまま、磁気特性に顕著な悪影響を及ぼす切断加工による歪のみを除去することができ、これにより、より高効率な鉄心の供給が可能になる。
また、電磁鋼板の板面に、歪を伴う磁区制御加工が施されている場合、磁区制御加工がレーザー照射による磁区制御加工であることが好ましい。レーザー照射時の熱によって導入された歪は、その後の熱処理において消失しにくく熱耐性が強いと考えられるので、レーザー照射による磁区制御加工が施されている巻鉄心に本発明を適用することにより、巻鉄心へと加工するために電磁鋼板に不可避的に導入された歪のみを優先的に開放させやすくなる。
【００３５】
また、本発明の焼鈍方法において、巻鉄心を加熱する加熱手段と、巻鉄心の鋼板面との間に、防熱部材が設置されていることが好ましい。このような形態にすることにより、巻鉄心の鋼板面の温度上昇が抑えられるので、加熱エネルギー効率が高まるだけでなく、有用な効果を狙って素材鋼板に導入された歪の開放を回避しつつ、鉄心の加工に際し不可避的に導入され、鉄心特性を劣化させる歪のみを優先的に開放しやすくなる。本発明の焼鈍方法において、防熱部材としては、例えば一般的に高温環境で使用されるステンレス鋼板、アルミめっき鋼板、耐火材として用いられる石膏ボード、耐火煉瓦等を用いることができる。
【００３６】
また、本発明の焼鈍方法において、巻鉄心を加熱する際に、巻鉄心の鋼板面を冷却することが好ましい。このような形態にすることにより、巻鉄心の鋼板面の温度上昇が抑えられるので、加熱エネルギー効率が高まるだけでなく、有用な効果を狙って素材鋼板に導入された歪の開放を回避しつつ、鉄心の加工に際し不可避的に導入され、鉄心特性を劣化させる歪のみを優先的に開放しやすくなる。具体的には巻鉄心の表面の加熱を避けたい鋼板面部位に、水冷金型や熱容量の大きな金型などを接触させれば良い。
【００３７】
また、本発明の焼鈍方法において、さらに、上記局所的な加熱の前に、巻鉄心の全体を予め５００℃未満に加熱する予熱工程を有することができる。このような形態にすることにより、素材鋼板の材質、巻鉄心のサイズ設計などの条件によっては、鉄心表面と内部の温度差が過度に大きくなってしまった場合に、その後の冷却において巻鉄心に不用意な熱歪が発生して巻鉄心の特性向上を阻害することを回避することが可能になる。
本発明は巻鉄心の表面と内部に温度差を生じるように加熱することが特徴であるため、このような冷却に伴う熱歪が生じる懸念があり、これを前記のような予熱で回避することは重要である。または冷却速度を制御することでも同様の効果を得ることが可能である。巻鉄心は複雑な形状となる場合もあり、これら条件を一律に規定することはできないが、本発明の適用条件および適用巻鉄心のサイズや形状などが決まれば、計算や数度の試行により適切な回避条件を設定することは当業者であれば困難なことではない。
【００３８】
本発明の焼鈍方法が実施される巻鉄心は、開放すべき歪が蓄積されている巻鉄心であれば良く、磁区制御の有無は問わない。磁区制御がなされた巻鉄心に本発明の焼鈍方法を実施することにより、磁区細分化による鉄損低減効果を失わないという効果が得られる。これに対し、磁区制御がなされていない巻鉄心に本発明の焼鈍方法を実施することにより、熱処理エネルギーを大幅に低減した上で、磁気特性の面では標準的な歪取り焼鈍方法とほぼ同様の効果が得られる。
【００３９】
２．巻鉄心の製造方法
本発明の製造方法は、一般的な公知の電磁鋼板製造工程と、巻鉄心加工工程と、歪取り焼鈍工程とを有している。以下にその製造方法を説明するが、本発明で規定する条件以外はあくまでも一例であり、公知の範囲で適宜変更が可能なものである。何らかの公知の効果を得るために、下記条件を修正したとしても、本発明で規定する条件が本発明の範囲内であれば、本発明効果が失われるものではない。
また以下の鋼板製造工程は、いわゆる「方向性電磁鋼板」の製造条件で説明するが、本発明で使用する電磁鋼板はいわゆる「無方向性電磁鋼板」であっても良い。一般的には変圧器用途で用いられる巻鉄心は方向性電磁鋼板を素材とすることが多い。
【００４０】
２．１．熱間圧延工程
熱間圧延工程は、質量％で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：１．０〜７．０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる珪素鋼素材（スラブ）を熱間圧延する工程である。以下、珪素鋼素材の成分の限定理由について説明する。
【００４１】
＜Ｃ：０．１０質量％以下＞
Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼす。このため、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍を行う。Ｃの含有量が０．１０質量％を超えると、脱炭焼鈍時間が長くなり、工業生産における生産性が損なわれてしまう。それゆえ、本発明では、Ｃの含有量が０．１０質量％以下である珪素鋼素材を対象にする。Ｃの含有量は、０．０７０質量％以下であることが好ましい。下限値としては、特に限定されないが、０．０２０質量％以上にすることが好ましく、より好ましくは０．０５０質量％以上である。
【００４２】
＜Ｓｉ：１．０〜７．０質量％＞
Ｓｉは、電気抵抗を高めて鉄損を低下させる。しかし、Ｓｉ含有量が７．０質量％を超えていると、冷間圧延が極めて困難となり、冷間圧延時に割れが生じやすくなる。このため、Ｓｉ含有量は７．０質量％以下とし、好ましくは４．５質量％以下であり、より好ましくは４．０質量％以下である。一方、Ｓｉ含有量が１．０質量％未満であると、仕上げ焼鈍時に変態が生じ、方向性電磁鋼板の結晶方位が損なわれてしまう。このため、Ｓｉ含有量は１．０質量％以上とし、好ましくは２．０質量％以上であり、より好ましくは２．５質量％以上である。
【００４３】
このほか、珪素鋼素材に含有され得る成分について、以下に説明する。
【００４４】
＜酸可溶性Ａｌ：０．０４質量％以下＞
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合して（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎとして析出し、インヒビターとして機能する。二次再結晶を安定化させるために、酸可溶性Ａｌは０．０４質量％以下とし、好ましくは０．０３０質量％以下である。また、酸可溶性Ａｌの含有量は０．０２０質量％以上であることが好ましく、０．０２５質量％以上であることが更に好ましい。
【００４５】
＜Ｎ＞
Ｎは、Ａｌと結合してインヒビターとして機能する。Ｎ含有量が０．００７５質量％を超えていると、冷間圧延時に鋼板中にブリスターとよばれる空孔が生じる。このため、Ｎ含有量は０．００７５質量％以下とすることが好ましい。
【００４６】
＜Ｍｎ、ＳおよびＳｅ＞
Ｍｎ、ＳおよびＳｅは、ＭｎＳおよびＭｎＳｅを生成し、複合析出物がインヒビターとして機能する。Ｍｎ含有量が０．０２質量％〜０．２０質量％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。このため、Ｍｎ含有量は、０．０２質量％〜０．２０質量％とすることが好ましい。また、Ｍｎ含有量は、０．０８質量％以上であることが好ましく、０．０９質量％以上であることが更に好ましい。また、Ｍｎ含有量は０．５０質量％以下であることが好ましい。
ＳおよびＳｅの含有量は、Ｓ＋０．４０６×Ｓｅで求められるＳｅｑが、０．００３質量％〜０．０５質量％の範囲内にある場合に、二次再結晶が安定する。このため、Ｓｅｑの含有量は０．００３質量％〜０．０５質量％とすることが好ましい。なお、Ｓ又はＳｅのいずれかのみが珪素鋼素材に含有されていても良く、ＳおよびＳｅの双方が含有されていても良い。
【００４７】
また、珪素鋼素材には質量％で、０．０１％≦Ｃｕ≦０．３０％が含まれても良い。
【００４８】
＜その他＞
その他、珪素鋼素材は、上記成分に加えて、必要に応じて、質量％で、Ｃｒ≦０．３０％、Ｐ≦０．５０％、Ｓｎ≦０．３０％、Ｓｂ≦０．３０％、Ｎｉ≦１．０％、Ｍｏ≦０．１０％、Ｔｉ≦０．０１５％、およびＢｉ≦０．０１％からなる群から選ばれる少なくとも１種を含有しても良い。
【００４９】
Ｃｒは、脱炭焼鈍時に形成される酸化層を改善し、グラス皮膜の形成に有効である。しかし、Ｃｒ含有量が０．３０質量％を超えていると、脱炭が著しく阻害されやすい。このため、Ｃｒ含有量は０．３０質量％以下（０．００質量％を含む）とすることが良い。
【００５０】
Ｐは、比抵抗を高めて鉄損を低減させやすい。しかし、Ｐ含有量が０．５０質量％を超えていると、圧延性に問題が生じやすくなる。このため、Ｐ含有量は０．５０質量％以下（０．００質量％を含む）とすることが良い。
【００５１】
ＳｎおよびＳｂは、粒界偏析元素である。本発明で用いられる珪素鋼素材は、Ａｌを含有しているため、仕上げ焼鈍の条件によっては、焼鈍分離剤から放出される水分により、Ａｌが酸化される場合がある。この場合、方向性電磁鋼板内の部位によって、インヒビター強度にばらつきが生じ、磁気特性もばらつくことがある。しかし、粒界偏析元素が含有されている場合には、Ａｌの酸化を抑制することができる。つまり、ＳｎおよびＳｂは、Ａｌの酸化を抑制して、磁気特性のばらつきを抑制する。但し、ＳｎおよびＳｂの含有量が総量で０．３０質量％を超えていると、脱炭焼鈍時に酸化層が形成されにくくなり、グラス皮膜の形成が不十分となりやすい。また、脱炭が著しく阻害されやすい。このため、ＳｎおよびＳｂの含有量は総量で０．３０質量％以下（０．００質量％を含む）とすることが良い。
【００５２】
Ｎｉは、比抵抗を高めて鉄損を低減させやすい。また、Ｎｉは、熱間圧延鋼板の金属組織を制御して磁気特性を向上させやすい。しかし、Ｎｉ含有量が１．０質量％を超えていると、二次再結晶が不安定になりやすい。このため、Ｎｉ含有量は１．０質量％以下（０．０質量％を含む）とすることが良い。
【００５３】
Ｍｏは、熱間圧延時の表面性状を改善する。しかし、Ｍｏ含有量が０．１０質量％を超えるとこの効果が飽和しやすい。このため、Ｍｏ含有量は０．１０質量％以下（０．００質量％を含む）とすることが良い。
【００５４】
Ｔｉは、窒化物等の析出物を形成してインヒビターとしての機能を強化しやくなる。しかし、Ｔｉ含有量が０．０１５質量％を超えていると、磁束密度が低下することがある。このため、Ｔｉ含有量は０．０１５質量％以下（０．０００質量％を含む）とすることが良い。
【００５５】
Ｂｉは、硫化物等の析出物を安定化してインヒビターとしての機能を強化しやくなる。しかし、Ｂｉ含有量が０．０１０質量％を超えていると、グラス皮膜の形成に悪影響を及ぼすことがある。このため、Ｂｉ含有量は０．０１０質量％以下（０．０００質量％を含む）とすることが良い。
【００５６】
＜残部＞
残部はＦｅおよび不純物元素である。不純物元素とは、原材料に含まれる成分、または、製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼板に含有させたものではない成分を指す。さらにＦｅに代えて、公知効果を有する添加元素を公知の範囲で含有しても、本発明効果が失われるものではない。
【００５７】
上記珪素鋼素材の化学成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すれば良い。例えば、珪素鋼素材の化学成分は、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すれば良い。具体的には、皮膜除去後の鋼板の中央の位置から３５ｍｍ角の試験片を、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良い。
【００５８】
上記のごとく成分を調整した電磁鋼板製造用溶鋼をスラブにした後、これを所定の温度（例えば１１５０〜１４００℃）に加熱し、加熱されたスラブを熱間圧延する工程が、熱間圧延工程である。これにより、例えば、１．８〜３．５ｍｍの厚さを有する熱延鋼板が得られる。
【００５９】
２．２．熱延板焼鈍工程
熱延板焼鈍工程は、熱間圧延工程で得られた熱延鋼板に対して、所定の条件（例えば７５０〜１２００℃で３０秒間〜１０分間に亘って加熱する条件）の下で焼鈍する工程である。
【００６０】
２．３．冷間圧延工程
冷間圧延工程は、熱延板焼鈍工程の後に、一回の冷間圧延もしくは中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施すことにより、最終板厚の鋼板を得る工程である。これにより、例えば、０．１５〜０．３５ｍｍの厚さを有する冷延鋼板が得られる。
【００６１】
２．４．脱炭焼鈍工程
脱炭焼鈍工程は、冷間圧延工程で得られた最終板厚の鋼板を脱炭焼鈍することにより、最表面に酸化膜を有する脱炭板を得る工程である。より具体的には、脱炭焼鈍工程は、冷間圧延工程で得られた冷延鋼板に対して、所定の条件（例えば７００〜９００℃で１〜３分間に亘って加熱する条件）の下で熱処理を行う工程である。このような脱炭焼鈍処理を実施することにより、冷延鋼板の炭素含有量が所定値以下に低減され、一次再結晶組織が形成される。
【００６２】
２．５．焼鈍分離剤塗布工程
焼鈍分離剤塗布工程は、マグネシア（ＭｇＯ）を主成分として含有する焼鈍分離剤を、冷延鋼板の表面（酸化膜の表面）に塗布する工程である。
【００６３】
２．６．仕上焼鈍工程
仕上焼鈍工程は、焼鈍分離剤が塗布された冷延鋼板に対して、所定の条件（例えば１１００〜１３００℃で２０〜２４時間に亘って加熱する条件）の下で熱処理（仕上焼鈍処理）を行う工程である。このような仕上焼鈍処理を行うことにより、冷延鋼板に二次再結晶が生じるとともに、冷延鋼板が鈍化される。
また、上記のような仕上焼鈍処理を実施することにより、シリカを主成分として含有する酸化物層が、マグネシアを主成分として含有する焼鈍分離剤と反応して、鋼板の表面にフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）等の複合酸化物を含むグラス皮膜が形成される。仕上焼鈍工程では、鋼板がコイル状に巻かれた状態で仕上焼鈍処理が実施される。仕上焼鈍処理中に鋼板の表面にグラス皮膜が形成されることにより、コイル状に巻かれた鋼板に焼き付きが発生することを防止することができる。
【００６４】
２．７．絶縁被膜形成工程
絶縁被膜形成工程は、仕上焼鈍工程の後に行われる工程であり、仕上焼鈍された鋼板の表面に、絶縁被膜を形成する工程である。具体的には、例えば、コロイダルシリカおよびリン酸塩を含有する絶縁コーティング液が、グラス皮膜の上から塗布される。その後、所定の温度条件（例えば８４０〜９２０℃）の下で熱処理が行われる。これにより、最終的に、方向性電磁鋼板が得られる。
上記絶縁被膜形成工程までの工程は、鉄鋼メーカーにて実施されることが多く、後述するこれ以降の工程は、部材加工メーカーやトランス製造メーカーで実施されることが多い。
【００６５】
２．８．加工工程
加工工程は、絶縁被膜形成工程で絶縁被膜が形成された鋼板を、巻鉄心へと加工する工程である。より具体的には、電磁鋼板に歪を付与することにより、巻鉄心へと加工する工程である。加工工程は、より具体的には、巻鉄心を成形する際の切断、および、曲げ加工を行う工程である。
【００６６】
２．９．歪取り焼鈍工程
歪取り焼鈍工程は、加工工程の後に行われる工程であり、巻鉄心に蓄積された歪の少なくとも一部を開放するための焼鈍を行う工程である。より具体的には、歪取り焼鈍工程は、上記本発明の焼鈍方法によって、巻鉄心に蓄積された歪の少なくとも一部を開放するための焼鈍を行う工程である。
【００６７】
このように、本発明の製造方法は、本発明の焼鈍方法によって巻鉄心に蓄積された歪の少なくとも一部を開放するための焼鈍を行う、歪取り焼鈍工程を有している。このような形態にすることにより、本発明によれば、開放すべき歪を優先的に開放させた巻鉄心を製造することが可能な、巻鉄心の製造方法を提供することができる。
【００６８】
本発明の製造方法において、歪取り焼鈍工程は、加工工程の後であれば、製造工程のどこに配置しても良い。
【００６９】
本発明の製造方法に関する上記説明では、電磁鋼板に低鉄損化のための磁区制御を施す工程（磁区制御工程）を有しない形態を例示したが、本発明の製造方法は当該形態に限定されない。本発明の製造方法は、磁区制御工程を有する形態であっても良い。この場合、磁区制御工程は、冷間圧延工程と加工工程との間に行うことができる。さらに鋼板の板面に高歪領域を形成する磁区制御工程を有することが好ましい。この場合、磁区制御工程は、絶縁被膜形成工程と加工工程との間に行うことが好ましい。
【００７０】
また、本発明の焼鈍方法と同様に、本発明の製造方法は、歪取り焼鈍工程により歪の少なくとも一部を開放する前に、巻鉄心の全体を予め５００℃未満に加熱する予熱工程を有しても良い。この予熱工程は、歪取り焼鈍工程で局所的に加熱する前に、行うことができる。
【００７１】
３．巻鉄心
図１は、本発明の巻鉄心を説明する図である。
例えば図１および図２Ａ乃至図２Ｄに示した本発明の巻鉄心１の場合、巻鉄心の加工面１ａを形成する電磁鋼板の切断面の歪量が、ＩＱ値で１０００以上であることを必須の条件とする。これに加えて、鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の成形加工部の歪量を、ＩＱ値で１０００未満とすることにより、発明の効果を得る。
巻鉄心は構造上、鋼板の板面と平行な方向を軸とした曲げ加工部を有する。本発明では、曲げ加工部のうち、最も曲げ半径が小さい部位、すなわち最も厳しい曲げ加工が施されている部位の鋼板において、鋼板の板厚中心での歪量を、鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の成形加工部の歪量として、前述のＩＱ値によって規定する。板厚中心のＩＱ値は、該部位の鋼板を断面研磨し、さらに研磨表層の研磨歪が残存する領域として２０μｍの化学エッチングを行った断面で測定する。
本発明において、巻鉄心の歪量を規定する領域の一形態は、鋼板の板面１ｄに磁区制御を目的としてレーザー照射等により形成された高歪領域であり、この領域の歪量を、ＩＱ値で１０００未満とする。このような磁区制御を目的とした高歪領域は公知のものであり、必要により表面の被膜を剥離した電磁鋼板の板面をＥＢＳＤにより観察し、ＩＱ値の低い線状の領域として存在を確認することができる。
また、本発明において、巻鉄心の歪量を規定する領域の他の一形態は、鋼板の板面に磁区制御を目的としてレーザー照射等により形成された溝であり、この溝の底部の歪量を、ＩＱ値で１０００未満とする。このような磁区制御を目的とした溝は公知のものであり、必要により表面の被膜を剥離すれば、目視でも確認できる。なお、この溝は電磁鋼板の表面に形成されているように記述しているが、実用的な耐食性などを考慮して、溝形成後に電磁鋼板を再塗装して溝を埋めるように表面を被膜で覆う技術が知られている。この場合は電磁鋼板の表面には認められなくなるが、被膜を除いた母鋼板の表面には明確な溝が形成されている。本発明ではこのように母鋼板の表面に溝が認められる場合も、電磁鋼板の表面に溝が形成されているものとして扱うものとし、これを特に区別せず、単に「電磁鋼板の表面の溝」として記述している。
【００７２】
巻鉄心の加工面の歪量がＩＱ値で１０００以上であることにより、巻鉄心の磁性が良好となる。また、鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の成形加工部での歪量がＩＱ値で１０００未満であることは、鉄心が内部まで加熱されず簡易な熱処理が実施されたことを示している。これにより、鉄心効率への悪影響が比較的小さい成形加工部の歪を無闇に解放することなく、鉄心の切断加工において電磁鋼板に不可避的に導入され、鉄心効率への悪影響が非常に大きい加工面の歪のみを優先的に開放した、低コストの巻鉄心を提供することが可能になる。さらに、鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の磁区制御のために形成された鋼板の板面の高歪領域または溝の底部での歪量がＩＱ値で１０００未満であることにより、磁区制御効果を維持したまま、鉄心効率への悪影響が大きい加工面の歪のみを優先的に開放した、高効率の巻鉄心を提供することが可能になる。
【００７３】
なお、鉄心内部において巻鉄心を形成する上記電磁鋼板の板面または溝底に存在する高歪領域は、特別なものである必要はなく、磁区制御を目的とした公知のものであり、例えばレーザーによる熱歪により鋼板圧延方向に２〜８ｍｍ程度の間隔で、高歪領域の幅を１〜１０００μｍ程度とし、鋼板幅方向に１０〜３０ｃｍ程度の長さで細長い線状に形成されるものであり、さらに溝を伴う場合は、高出力レーザー、プレス加工などにより板厚方向に１〜４０μｍ程度の深さで形成されるものである。この高歪領域の歪量がＩＱ値で１０００未満となるように形成条件を公知技術の範囲内で調整することは当業者であれば困難なことではない。具体的には例えばレーザーによる磁区制御であればレーザー照射強度などにより、プレスによる磁区制御であればプレス加工条件などにより歪量を調整することが可能である。
【００７４】
このように構成される巻鉄心は、上記本発明の製造方法によって製造することができる。したがって、本発明によれば、開放すべき歪（鉄心の切断加工の際に蓄積された歪）を優先的に開放させた巻鉄心を提供することができる。
【実施例】
【００７５】
実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明を続ける。
【００７６】
巻鉄心の素材となる電磁鋼板は、３．２％のＳｉを含有し、鋼組成および磁区制御以外の製造条件を一定とし、磁区制御なし、および各種の磁区制御手段により作り分けた板厚０．２３ｍｍの公知の方向性電磁鋼板である。この鋼板を板幅１２０ｍｍにスリットし、内径１３７ｍｍ、外径２７７ｍｍで巻き取ったフープ（狭幅のコイル）とし、さらにフープの周方向の４カ所について内側の曲げ半径を５ｍｍとするプレス成形を行い、高さ３００ｍｍ、幅２００ｍｍ、奥行き１２０ｍｍの巻鉄心を作製する。この巻鉄心は特別なものでなく一般的に採用されているものである。本発明効果は巻鉄心のサイズや形状によらず発現するものであるため、本実施例では上記規格の巻鉄心をモデル鉄心として発明効果を確認する。まず、この時点で各鉄心の磁気効率を測定する。その後、これら巻鉄心を鉄心の特定部位の温度を測定しながら各種条件で熱処理を行い、熱処理後に再度磁気効率を測定するとともに、鉄心内の各部位の歪量を計測する。
【００７７】
結果を示す表において、素材磁区制御欄の「あり」は、磁区制御が施された電磁鋼板が素材であることを意味し、「なし」は、磁区制御が施されていない電磁鋼板が素材であることを意味する。また、素材磁区制御欄の「あり（レーザー）」は、照射パワーが小さく、照射部の急速な加熱膨張と冷却収縮による熱歪により、磁区細分化が起きていることを意味し、「あり（高出力レーザー）」は、照射パワーが大きく、照射部が溶融飛散し、形状として比較的深く鋭い溝が形成されて形状による磁区細分化が生じているとともに、熱歪による磁区細分化も生じていることを意味する。また、素材磁区制御欄の「あり（プレス）」は、細い線状の凸部を有する金型やロールを鋼板表面に押し付けることにより、鋼板表面に歪を伴う溝（凹部）を形成する磁区制御手段であることを意味し、「あり（化学エッチング）」は、鋼板表面を化学的にエッチングし、アーク放電では特殊な電極による放電により、鋼板表面に溝を形成する磁区制御手段であることを意味する。
また、熱処理方法欄の「赤外線加熱」は、光源から赤外線を放射し、吸収されたエネルギーで分子運動の摩擦により熱を発生させる熱処理方法であることを意味し、「高温炉保持」は、一般的な歪取り条件で実施する熱処理方法であることを意味する。また、「なし」は歪取り焼鈍相当の熱処理を実施しないことを意味する。
また、「加工面温度」は、熱処理における加工面表面の最高到達温度を意味し、「鉄心内部の温度」は、熱処理における巻鉄心の加工面から５ｍｍ離れた鉄心内部の最高到達温度を意味する。巻鉄心の加工面の温度は巻鉄心の内周径と外周径の中間の径で加工面に設置した熱電対で行う。また鉄心内部の温度は、鋼板の熱伝導シミュレーションにより、巻鉄心の内周径と外周径の中間の径で加工面から５ｍｍの深さの温度で評価する。
「鋼板面防熱」は、熱処理の熱源と鉄心の鋼板面の間に、鋼板面の加熱を妨げる防熱材を配置することを示し、「鋼板面冷却」は、鉄心の鋼板面に熱容量の大きな物質を接触させて、熱処理中に鋼板面を冷却することを示す。また、「予熱」は、「熱処理方法」および「加熱時間」に従う加熱の前に、予め鉄心を所定の温度に予熱することを示す。
また、「加工面の歪量」は、巻鉄心の加工面を形成する電磁鋼板断面の歪量を意味し、「成形加工部の歪量」は、鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の板厚中心での歪量を意味し、「板面の歪量」は、鉄心内部において巻鉄心を形成する電磁鋼板の板面の歪量を意味する。これらの歪量は、ＥＢＳＤのＩＱ値である。
加工面の歪は巻鉄心の内周径と外周径の中間の径での加工面のＩＱ値を用いる。成形加工部の歪は、巻鉄心の曲げ加工部の内周側から２枚目の鋼板について、加工面から５ｍｍ深さの位置を断面研磨し、さらに研磨表層の研磨歪が残存する領域として２０μｍの化学エッチングを行った断面のＩＱ値を用いる。板面の歪は、巻鉄心の曲げ加工が行われていない直辺部の内周径と外周径の中間の径での加工面から５ｍｍ離れた位置の板面のＩＱ値を用いる。鋼板の板面に溝が見られる場合は溝の底部で、見られない場合はＥＢＳＤにより確認される高歪領域で測定するため、５ｍｍよりも多少離れた位置となることもある。ここで５ｍｍとしたのは、鉄心内部の境界である加工面から板厚（本実施例の場合は０．２３ｍｍ）の距離だけ離れた面よりも十分に離れた鉄心内部の領域として設定したものである。
また、「熱処理前効率」は、予熱等焼鈍前の巻鉄心のビルディングファクターであり、「熱処理後効率」は、焼鈍後の巻鉄心のビルディングファクターである。ここで、ビルディングファクターは、電磁部材で測定した鉄損を、素材である電磁鋼板の鉄損で割った値であり、電磁部材の磁気効率の指標として用いられるものである。部材の鉄損が素材の鉄損を上回る（鉄損が増加する）と１を超す。これは素材を部材に加工する過程で鉄損を増加させる何らかの現象が生じていることを示しており、本実施例においては加工時の切断による歪がビルディングファクター上昇の主な要因であると考えられる。
また、「熱処理コスト」は、焼鈍に必要となる時間や熱量を意味する。熱処理コストは、用途や生産量などにも依存するため単純に定量的な評価を行うことは困難であるが、熱処理コスト欄に記載された「○」は、相対的に安価な手段で工業的に好ましい方法であることを意味し、「×」は相対的に高価な手段で工業的には好ましくない方法であることを意味する。基本的には加熱時間が短い熱処理条件であれば好ましいものとなる。
【００７８】
（実施例１）
本発明の熱処理方法により巻鉄心の特定部位のみを優先的に歪解放させることにより、有利な熱処理コストで、従来材と同等以上の特性を有する巻鉄心が得られる。なお、本実施例においては、「鋼板面防熱」、「鋼板面冷却」、「予熱」は実施しない。この結果を表１に示す。
Ｎｏ．１、１０、１３は素材鋼板の磁区制御が異なるが、熱処理をしない成形加工ままの巻鉄心である。加工面、成形加工部ともＩＱ値が低く、鉄心特性にとって有害な歪が蓄積していることがわかる。このうちＮｏ．１と１０は、板面について、鉄心特性にとって有効な磁区制御歪が付与されているものの、鉄心特性は劣位にある。
Ｎｏ．２〜９、１１、１２、１４〜２０は、成形後に熱処理を施した巻鉄心である。熱源温度に多少の違いはあるが、加熱により巻鉄心の表面である加工面の温度が比較的短時間で上昇するとともに、加熱時間とともに鉄心内部の温度が加工面より遅れて上昇していく。これに伴い、加工面の歪は比較的短時間で解放されて鉄心特性に好ましい影響を及ぼす状況となる。また鉄心内部の温度の上昇に伴い、成形加工部の歪解放と板面の歪解放が同時におきる。ただし、これらの解放挙動は熱処理条件により微妙な差異があり、結果として適度な熱処理条件において鉄心特性は最適な値を示す。例えば、素材磁区制御がレーザーの場合はＮｏ．４が、素材磁区制御がプレスの場合はＮｏ．８が、素材磁区制御が高出力レーザーの場合はＮｏ．１１の条件で最適な鉄心特性となる。それぞれの素材磁区制御において、これらを超える熱処理を施したＮｏ．５、９などは板面の歪解放が進み過ぎて、鉄心特性にとってはむしろ悪影響となる。さらにこれまで一般的に行われている均一加熱条件であるＮｏ．６、１２、１８、２０では、鉄心全体の歪が解放され、鉄心特性としては良好なものとはなるものの、長時間の熱処理によりコストをかけている割には、Ｎｏ．６、１２では、磁区制御効果を適度に残存させた本発明鋼の最適な形態の鉄心の特性よりはむしろ悪くなってしまう。むしろ、Ｎｏ．１４〜１７、１９のように磁区制御歪を付与していない鋼板を素材とした場合でも、本発明の熱処理により加工面さえ十分に歪を解放すれば鉄心特性は実用的な値となるため、熱処理コスト削減のメリットが大きくなる。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
（実施例２）
熱処理中に鋼板面の加熱を積極的に妨げる場合の効果を示す。本実施例は、熱処理方法は高温炉保持で実施した。というのは、例えば赤外線加熱では、加熱方法自体に指向性があり、特定の加熱面のみ、本発明の場合は鉄心の加工面のみを優先的に加熱することが容易であり、本実施例で検討する鋼板面の加熱を妨げる効果を確認しにくいためである。これはもちろん、赤外線加熱では鋼板面の防熱や冷却の効果が全く見られないということではない。しかし、鉄心を全方位から比較的均一に加熱する「高温炉保持」の場合に、鋼板面の防熱や冷却の効果が現れやすいことは自明でもあり、本実施例ではこれらの効果が顕著に現れる高温保持において効果を確認する。
防熱部材としては、熱処理の熱源と鉄心の鋼板面の間に、鋼板面から１０ｍｍ離して、鋼板面と同じ形で厚さ１０ｍｍの石膏ボードを設置した状態で、鉄心と防熱部材を高温炉に挿入する。鋼板面の冷却は、鉄心の鋼板面に、鋼板面と同じ形で、金型内に水冷配管を通した厚さ１０ｍｍのステンレス製金型を接触させた状態で、鉄心と防熱部材を高温炉に挿入する。
結果を表２に示す。
防熱または冷却を実施したＮｏ．２２、２３、２５、２６、２８、２９は、これらを実施していないＮｏ．２１、２４、２７よりも、鉄心内部の温度のみが低下し、鉄心板面に磁区制御のために付与した歪の消失を抑制し、その結果、鉄心特性が向上することがわかる。Ｎｏ．２１のように本発明内であるが、それほど好ましくない熱処理条件において、鉄心の歪をより好ましい状態にする効果が確認できるとともに、Ｎｏ．２４やＮｏ．２７のように、防熱や冷却をしなければ、鉄心内部の温度が非常に高くなってしまい発明効果が失われてしまう熱処理条件で、鉄心内部の温度上昇を抑えて発明範囲内の歪状態を維持させることも可能である。特に後者の場合は、加工面は十分に加熱し歪を完全に解放するとともに、板面の歪はほとんど解放させないような、単一の鉄鋼材料の熱伝導だけでは実現できないような大きな温度差を作り出すことが可能となり、鉄心の特性としても非常に好ましい状態を実現できる。
また、防熱よりも冷却の方が、鉄心内部の温度上昇を抑えて鉄心板面の歪を保持するのに有利であることがわかる。これは、本実施例の場合は、防熱部材は高温炉の炉壁からの照射による加熱を妨げることはできるものの、炉内で対流移動する雰囲気の接触による加熱は防ぐことができないためであり、また、今回配置した冷却金型は鋼板面を冷却するだけでなく防熱材としての効果も有していることから、自明な結果とも言える。
【００８１】
【表２】
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【００８２】
（実施例３）
熱処理前の予熱は、特に熱処理による鉄心の表層と内部の温度差が大きくなる場合、冷却過程での熱歪を回避するために有効であることは前述の通りである。本実施例では予熱の効果を確認するため、特に鉄心の表層と内部の温度差が大きくなる条件における条件を選定している。一つは鋼板面を冷却する場合であり、もう一つは赤外線加熱により加工面のみを短時間急速に加熱する場合である。予熱は、各予熱温度に設定した電気炉中で３０分保持して鉄心全体を均一に加熱し、電気炉から取り出し、直ちに歪取りのための熱処理を実施する。この場合、予熱を含めた熱処理全体の処理時間は長くなるが、予熱の温度は低く消費エネルギー的にも小さいので、熱処理コストの評価において予熱の寄与については無視している。
結果を表３に示す。
Ｎｏ．３０やＮｏ．３５のように鉄心の表層（加工面）と内部（鉄心内部）の温度差が大きい場合は、表２のＮｏ．２２と２３の比較もそうであるが、鉄心効率は非常に良好ではあるものの、効果に飽和感がある。これに対し、Ｎｏ．３１〜３３、３６〜３８のように適切な温度範囲で予熱を行うと、板面の歪量だけを見ると多少解放が進むにも関わらず、鉄心効率はさらに良好となる。この理由は明確ではないが、前述のように熱歪の影響が現れているものと考えている。すなわち、Ｎｏ．３０や３５の材料は板面の歪量としては解放が抑制されてはいるが、この歪量には熱歪で入った、鉄心特性にとっては好ましくない歪量も含まれてしまっているものと考えられる。この意味では、熱歪までを考慮すると、鉄心において本発明で測定している板面の歪量と鉄心特性の相関にずれを生じることとなっており、鉄心内部まで含めた鋼板の歪分布を測定することで、この相関の精度は高くなると考えられる。とは言え、熱処理による鉄心の表層と内部の温度差が大きくなる場合の予歪の効果としては本実施例で明確に示されているものである。
なお、表３に示されている鉄心内部の温度は、鉄心内部が到達した最高温度を記述しており、予熱を実施したものにおいては予熱中の温度に一致する温度となっている。
【００８３】
【表３】
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【符号の説明】
【００８４】
１…巻鉄心
１ａ…加工面
１ｂ…鋼板面
１ｃ…鉄心内部
１ｄ…鉄心内部において鉄心を形成する電磁鋼板の板面
３ａ、３ｂ…加熱手段
４…防熱部材
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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