JP2018160502A - 巻鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造する際の取り扱いを容易にすることができる巻鉄心の製造方法を提供する。【解決手段】実施形態の巻鉄心の製造方法は、所定の長さに切断したアモルファス材を積層してＵ字状に成形し（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、Ｕ字状に成形した状態でアモルファス材を焼鈍し（Ｓ４）、焼鈍したアモルファス材の開口部を閉じて環状に成形する（Ｓ６）。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態はリボン状のアモルファス材を巻回して形成される巻鉄心の製造方法に関する。

近年、例えば配電用変圧器等には、いわゆるトップランナー制度に代表されるように世界的にも高効率を求める規格が定められる等、省エネ化、高効率化が強く求められている。そして、鉄損と称される鉄心中で発生する無負荷損を低減するために、鉄心の材料として鉄系のアモルファス材を用いたものが増えつつある。

このようなアモルファス材は、溶融した材料を急冷することによりリボン状に形成されており、所定の鉄心形状に成型した後に焼鈍することにより、所望の鉄心特性を得ることができる。このとき、アモルファス材は、焼鈍する前には弾性を有しており、例えば鋭角に曲げたりしても損傷するおそれは小さいものの、焼鈍後には弾性が低下していわゆる粘り強さが低下することから、力が加わると小さな破片となって飛散するおそれがある。そのため、例えば特許文献１では、巻鉄心全体を覆うことで破片の飛散を防止することが提案されている。

特開２００３−１３３１４１号公報

しかしながら、アモルファス材の破損は、巻鉄心の製造時にも発生する可能性がある。例えば、焼鈍したアモルファス材を切断して積層したものを成型するときや、環状に成型した状態で焼鈍された巻鉄心の一部を切断して開口部を形成するとき等に、アモルファス材が破損するおそれがある。そのため、従来では、巻鉄心を製造する際に細心の注意を払って取り扱う必要があった。
そこで、製造する際の取り扱いを容易にすることができる巻鉄心の製造方法を提供する。

実施形態の巻鉄心の製造方法は、所定の長さに切断したアモルファス材を積層してＵ字状に成形し、Ｕ字状に成形した状態でアモルファス材を焼鈍し、焼鈍したアモルファス材の開口部を閉じて環状に成形する。

第１実施形態による巻鉄心を模式的に示す図 巻鉄心の製造工程の流れの一部を示す図 アモルファスリボンを切断する態様を模式的に示す図 アモルファスリボンの積層およびＵ字状に成型する態様を模式的に示す図 Ｕ字状に成型する際の他の態様を模式的に示す図その１ Ｕ字状に成型する際の他の態様を模式的に示す図その２ 巻鉄心に巻線を装着した態様を模式的に示す図 巻鉄心に巻線を装着した他の態様を模式的に示す図その１ 巻鉄心に巻線を装着した他の態様を模式的に示す図その２ 第２実施形態による巻鉄心の製造工程の流れの一部を示す図 巻鉄心を焼鈍する態様を模式的に示す図

以下、複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態において実質的に共通する部位には同一の符号を付して説明する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図９を参照しながら説明する。

図１に示すように、巻鉄心１は、リボン状に形成された鉄系のアモルファス材（以下、アモルファスリボン２と称する）を複数枚積層することにより、全体として環状に形成されている。この巻鉄心１は、概ねＵ字状に形成されている２つの鉄心片３を付き合わせることで環状に形成されている。また、各鉄心片３は、互いの接合面３ａに複数の凹凸形状、ここでは側面視において複数の三角形状が形成されており、その凹凸形状は、互いに噛み合うように設計されている。この巻鉄心１は、最終的には巻線４が装着され、例えば変圧器の鉄心などに利用される。

さて、アモルファスリボン２は、溶融した材料を急冷することによりリボン状に形成されている。このアモルファスリボン２は、焼鈍される前には弾性を有しており、比較的容易且つ手軽に成形することができる一方、焼鈍後には粘り強さが低下することから、破損しないようにその取り扱いに注意が必要とされる。製造工程で言えば、積層したアモルファスリボン２を成形するときや、積層したものを移送すると機等に細心の注意を払う必要がある。

そこで、本実施形態では、製造時における取り扱いを容易にするために、以下に説明する製造方法を採用している。
図２は、本実施形態における巻鉄心１の製造方法を、製造工程の一部の流れとともに示している。巻鉄心１の製造工程では、まず、アモルファスリボン２を所定の長さに切断（Ｓ１）。このＳ１の工程は、切断工程に相当する。アモルファスリボン２は、図３に示すように、フープ１０と称されるコイル状に巻回された状態で供給される。なお、フープ１０は、図示しない保持スプールに回転可能に保持されている。そして、切断工程では、フープ１０から巻解かれたアモルファスリボン２を切断工具１１によって所定の長さに切断する。

本実施形態では、アモルファスリボン２は、複数例えば２つのフープ１０から巻解いたものを重ねた状態で切断している。このため、本実施形態のアモルファスリボン２は、１つのフープ１０から巻解かれた際の厚み（Ｄ）にフープ１０の数（Ｘ）を乗じた厚み（Ｄ×Ｘ）となっている。なお、一般的には、Ｄは概ね数十μｍ程度である。また、切断された状態では、アモルファスリボン２は、所定の長さの薄い平板状に形成されている。

続いて、図１に示すように、切断されたアモルファスリボン２を所定の配置に積層する（Ｓ２）。このＳ２の工程は、積層工程に相当する。具体的には、アモルファスリボン２は、図４に示すように、上記した凹凸形状を形成するように端部（図示左右の両端）の位置を異ならせて積層される。

続いて、図１に示すように、積層したアモルファスリボン２をＵ字状に成型する（Ｓ３）。このＳ３の工程は、Ｕ字状成形工程に相当する。具体的には、図４に示すように、積層したアモルファスリボン２を上部から巻型１２で抑えつつ、巻型１２からはみ出ている端部を上方に折り曲げることで、図示上方に開口部３ｂを有する概ねＵ字状、且つ、接合面３ａが凹凸形状になった鉄心片３が形成される。

このとき、アモルファスリボン２は、まだ焼鈍されていないため、粘り強さを有しているため容易にＵ字状に成形することができるとともに、破損するおそれが低いため、手軽に成形作業を行うことができる。
また、巻型１２は、アモルファスリボン２に接する底面側と、その底面側から立ち上がっている側面側とのなす角が概ね９０度、且つ、角部が曲面状に形成されている。そのため、Ｕ字状に成形された鉄心片３も、角部（Ｒ）が概ね９０度の曲面状になる。

このとき、巻鉄心１の形状は、図４に示したものに限らない。これは、変圧器は運転中に励磁振動が生じることがあるため、巻鉄心１の形状に工夫を施すことがあるためである。具体的には、図５に示すように、角部をいわゆるＣ面加工したもの、つまりは、底面側から側面側に向かって概ね４５度の角度となる直線状部分を有する形状の巻型１２を用いることで、Ｕ字状に成形された状態における鉄心片３の角部（Ｒ）を概ね４５度の直線状に形成することができる。この場合、左右一対の角部のなす角は、概ね１３５度になる。

このような直線状の角部を形成する場合であっても、つまりは、巻鉄心１の角部（Ｒ）に明確な曲げ加工を施す場合でも、上記したようにアモルファスリボン２を焼鈍する前に曲げ加工を施すことから、アモルファスリボン２が破損するおそれを低減できる。すなわち、手軽に成形作業を行うことができる。なお、角部（Ｒ）は、９０度や４５度以外の他の角度にすることもできる。

また、上記した積層工程（Ｓ２）とＵ字状成形工程（Ｓ３）は、同時に行うことができる。具体的には、図６に示すように、巻型１２の上方にアモルファスリボン２を積層し、端部を自重で下方にたらすことにより、積層と成形とを同時に行うことができる。この場合、鉄心片３の接合面３ａは、凹凸形状ではなく平坦形状となるように積層および成型することもできる。

続いて、図１に示すように、Ｕ字状に成形した状態でアモルファスリボン２を焼鈍する（Ｓ４）。このＳ４は、焼鈍工程に相当する。この場合、いわゆる焼鈍炉を用いて焼鈍することもできるし、コイル等を用いてアモルファスリボン２内に磁束を生じさせる励磁焼鈍を行うこともできる。

その後、巻線４を装着し（Ｓ５）、Ｕ字状の開口部３ｂを閉じて環状に成形する（Ｓ６）。このＳ５は、巻線装着工程に相当し、Ｓ６は、環状成形工程に相当する。この環状成形工程では、図７に示すように、２つの鉄心片３を互いに接合面３ａを付き合わせて組み合わせ、開口部３ｂを閉じて環状に成形される。

このようにして、アモルファスリボン２を環状に積層した巻鉄心１が製造される。このとき、図８に示すように、１つの鉄心片３の接合面３ａを付き合わせることで、開口部３ｂを閉じて環状に形成した巻鉄心１を製造することもできる。また、図９に示すように、接合面３ａを平面状に形成した鉄心片３同士を組み合わせることで、接合面３ａが概ね中央に位置した巻鉄心１を製造することもできる。また、図４や図５に示した態様で製造した鉄心片３と、図６に示した態様で製造した鉄心片３とを組み合わせて巻鉄心１とすることもできる。また、図４あるいは図５に示した態様で製造した鉄心片３と図６に示した態様で製造した鉄心片３とを組み合わせて巻鉄心１を製造することもできる。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
実施形態の巻鉄心１の製造方法では、所定の長さに切断したアモルファスリボン２を積層してＵ字状に成形し、Ｕ字状に成形した状態でアモルファスリボン２を焼鈍し、焼鈍したアモルファスリボン２の開口部３ｂを閉じて環状に成形して巻鉄心１を製造する。

これにより、平板状のアモルファスリボン２を焼鈍後に積層および成形する手法に比べて、成形する際にアモルファスリボン２が破損してしまうおそれを大幅に低減することができる。

また、環状に成形したアモルファスリボン２を焼鈍した後に開口を形成するために一部を切断する手法に比べて、Ｕ字状に成形されていることから開口部３ｂが始めから形成されているため、切断時および切断後に巻鉄心１を破損するおそれを無くすことができるとともに、開口を形成する作業が不要となり、作業性を向上させることができる。

さらに、アモルファスリボン２が破損するおそれを低減できることから、破損して破棄しなければならない不具合品の発生を低減でき、生産性の改善を図ることもできる。
したがって、巻鉄心１を製造する際の取り扱いを容易にすることができる。

また、実施形態の巻鉄心１の製造方法では、アモルファスリボン２は、複数のフープ１０から巻解いたものを重ねた状態で所定の長さに切断される。上記したように、一般的なアモルファスリボン２は、その厚みが数十μｍ程度であり、巻鉄心１を形成する際には非常に多くのアモルファスリボン２を積層する必要がある。

そのため、切断時つまりは機械による作業が可能な段階で複数枚を積層し、見かけ上の厚みを増加させたアモルファスリボン２を積層することにより、単純計算で言えば積層作業に要する時間を重ねた枚数（Ｘ）分の１まで短縮することができる。これにより、製造に要する時間を大きく短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。

また、実施形態の巻鉄心１の製造方法では、アモルファスリボン２をＵ字状に成形する際、少なくとも１つの角部を曲面状に成形する。これにより、変圧器の運転中に生じる励磁振動への対策を施すことができる。また、Ｕ字状に成形する工程は焼鈍前に行われるため、成形中にアモルファスリボン２が破損するおそれを低減することができる。

また、実施形態の巻鉄心１の製造方法では、アモルファスリボン２をＵ字状に成形する際、少なくとも１つの角部を直線状に成形する。これにより、変圧器の運転中に生じる励磁振動への対策を施すことができる。また、Ｕ字状に成形する工程は焼鈍前に行われるため、角部を直線状に成形する際に明確な曲げ加工を施す場合であっても、成形中にアモルファスリボン２が破損するおそれを低減することができる。この場合、１つの鉄心片３の角部を図５に示したように直線状に形成し、開口部３ｂを閉じる際に開口部３ｂ側の角部を曲面状に形成することもできる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、図１０および図１１を参照しながら説明する。第２実施形態では、工程順が第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態の工程と共通する工程には同一のステップ番号を付して説明する。

図１０は、本実施形態での製造工程の流れを示している。この製造工程では、まず、第１実施形態と同様にアモルファスリボン２を所定の長さに切断し（Ｓ１）、積層したのち（Ｓ２）、Ｕ字状に成型する（Ｓ３）。このとき、第１実施形態と同様に、アモルファスリボン２を複数のフープ１０から巻解いたものを重ねた状態で所定の長さに切断したり、少なくとも１つの角部を曲面状に成形したり、少なくとも１つの角部を直線状に成形したりすることができる。また、積層と成型とを同時に行うこともできる。

続いて、アモルファスリボン２に断熱材１５を装着する（Ｓ１０）。このＳ１０は、断熱材装着工程に相当する。この断熱材装着工程では、図１１に示すように、少なくとも巻線４が装着される範囲において、巻線４の内周と鉄心片３の表面との間に、断熱材１５が装着される。

続いて、図１０に示すように、断熱材１５を装着した部分に巻線４を装着する（Ｓ５）。なお、断熱材装着工程（Ｓ１０）と巻線装着工程（Ｓ５）とは、その順序を入れ替えることができるし同時に行うこともできる。

続いて、Ｕ字状の鉄心片３の開口部３ｂを閉じて環状に成型する（Ｓ６）。この場合、第１実施形態と同様に、２つのＵ字状の鉄心片３を組み合わせて開口部３ｂを閉じて環状に成型することができるし、１つの鉄心片３の開口部３ｂを閉じて環状に成型することができる。

そして、この巻鉄心１を、真空環境を実現する真空炉２０内に配置して、巻線４が装着されて環状に成型された状態で焼鈍する（Ｓ４）。このとき、巻線４の入力端子４ａと出力端子４ｂとの間に高周波電圧（Ｅ）を印加することにより、アモルファスリボン２に磁束を流して励磁焼鈍する。つまり、本実施形態では、開口部３ｂを閉じて最終的な環状に形状に成型した状態のアモルファスリボン２つまりは鉄心片３を焼鈍している。

このように、所定の長さに切断したアモルファスリボン２を積層してＵ字状に成形し、成形した状態でアモルファスリボン２に巻線４を装着し、アモルファスリボン２の開口部３ｂを閉じて環状に成形した状態でアモルファスリボン２を焼鈍することによっても、成形中にアモルファスリボン２が破損するおそれを大きく低減できるとともに、生産性の改善を図ることができ、巻鉄心１を製造する際の取り扱いを容易にすることができる等、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、実施形態の巻鉄心１の製造方法では、開口部３ｂを閉じてから焼鈍するので、開口部３ｂを閉じて環状に成型する際にはアモルファスリボン２は柔軟性を有していることから、損傷するおそれを無くすことができる。

また、実施形態の巻鉄心１の製造方法では、アモルファスリボン２に、巻線４を装着する部位において当該巻線４との間に断熱材１５を配設した状態で巻線４を装着し、断熱材１５および巻線４を装着した状態でアモルファスリボン２を真空環境下に設置し、真空環境下に設置した状態で巻線４に高周波電圧（Ｅ）を印加してアモルファスリボン２を焼鈍する。つまり、最終的な巻鉄心１の状態で焼鈍する。

これにより、焼鈍後に巻鉄心１自体を成型したり加工したりする必要が無くなることから、アモルファスリボン２を破損させてしまうおそれを大きく低減することができる。

また、第１実施形態の図８に示したような１つの鉄心片３の接合面３ａを付き合わせることで開口部３ｂを閉じて環状に形成する巻鉄心１においても同様に、装着した巻線４を用いてアモルファスリボン２を焼鈍することができる。また、複数のフープ１０から巻解いたものを重ねた状態で所定の長さに切断したアモルファスリボン２を用いた巻鉄心１、少なくとも１つの角部を曲面状に成形した巻鉄心１、および少なくとも１つの角部を直線状に成形した巻鉄心１にも本実施形態の製造方法を適用することができる。

（その他の実施形態）
実施形態では２枚のアモルファスリボン２を重ねて切断したものを用いる例を示したが、３枚以上を重ねたアモルファスリボン２を切断して用いることができる。また、重ねずに１枚のアモルファスリボン２を切断したものを用いることもできる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は巻鉄心、２はアモルファスリボン（アモルファス材）、３は鉄心片(巻鉄心）、３ｂは開口部、４は巻線、１５は断熱材、２０は真空炉を示す。

Claims (6)

1. リボン状のアモルファス材を巻回して形成される巻鉄心の製造方法であって、
   所定の長さに切断した前記アモルファス材を積層してＵ字状に成形し、
   Ｕ字状に成形した状態で前記アモルファス材を焼鈍し、
   焼鈍した前記アモルファス材の開口部を閉じて環状に成形することを特徴とする巻鉄心の製造方法。
2. リボン状のアモルファス材を巻回して形成される巻鉄心の製造方法であって、
   所定の長さに切断した前記アモルファス材を積層してＵ字状に成形し、
   成形した状態で前記アモルファス材に巻線を装着し、
   前記アモルファス材の開口部を閉じて環状に成形し、
   環状に成形した状態で前記アモルファス材を焼鈍することを特徴とする巻鉄心の製造方法。
3. 前記アモルファス材に巻線を装着する部位に、当該巻線との間に断熱材を配設した状態で巻線を装着し、
   前記断熱材および前記巻線を装着した状態で前記アモルファス材を真空環境下に設置して前記巻線に高周波電圧を印加して前記アモルファス材を焼鈍することを特徴とする請求項１または２記載の巻鉄心の製造方法。
4. 前記アモルファス材は、複数のフープから巻解いたものを重ねた状態で所定の長さに切断されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の巻鉄心の製造方法。
5. 前記アモルファス材を成形する際、少なくとも１つの角部を曲面状に成形することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の巻鉄心の製造方法。
6. 前記アモルファス材を成形する際、少なくとも１つの角部を直線状に成形することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の巻鉄心の製造方法。

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