方向性電磁鋼板の製造方法
【課題】 レーザ光を照射することにより方向性電磁鋼板の表面に溝を形成して当該方向性電磁鋼板における磁区を制御するに際し、当該溝の縁の部分に形成される溶融物の高さを低減すると共に、当該方向性電磁鋼板に対する当該レーザ光の焦点位置の変動によって生じる当該溝の深さの変動を低減する。
【解決手段】 仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板１００、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板１００の表面に、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射して、幅Ｗが５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さＤが方向性電磁鋼板１００の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、長手方向が方向性電磁鋼板１００の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向にある複数の溝１０１を、方向性電磁鋼板１００の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔Ｉで形成するようにした。
【解決手段】 仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板１００、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板１００の表面に、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射して、幅Ｗが５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さＤが方向性電磁鋼板１００の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、長手方向が方向性電磁鋼板１００の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向にある複数の溝１０１を、方向性電磁鋼板１００の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔Ｉで形成するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板の製造方法に関し、特に、方向性電磁鋼板の表面に溝を形成して当該方向性電磁鋼板における磁区を制御するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板の鉄損を低減させる方法として、方向性電磁鋼板の表面にレーザ光を照射することにより、方向性電磁鋼板に歪みを導入して磁区を細分化する方法がある。しかしながら、例えば、巻き鉄心を製造する場合には、方向性電磁鋼板を曲げ加工して成形する（所謂レーシングを行う）ため、歪取り焼鈍が必要になる。したがって、このような方法では、歪取り焼鈍によって、方向性電磁鋼板に導入された歪みが解放されてしまう。よって、レーザ光による磁区の制御の効果が得られない。
【０００３】
そこで、従来から、巻き鉄心用の方向性電磁鋼板の鉄損を低減する場合には、方向性電磁鋼板の表面に、耐熱性を有する溝であって、圧延方向に対して略直角な方向に延びる溝を形成することによって、当該方向性電磁鋼板における磁区を細分化することが行われている。
このような技術として、特許文献１には、電解又は化学エッチングにより地鉄内部に達する線状の溝を形成する技術が開示されている。
また、特許文献２には、歯車型ロールを用いて、方向性電磁鋼板の表面に溝を形成する技術が開示されている。
また、特許文献３には、高ピーク出力、高パルスエネルギのレーザ光を照射して、方向性電磁鋼板の表面に溝を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−５７８５７号公報
【特許文献２】特公昭６２−５３５７９号公報
【特許文献３】特許第２５６３７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エッチングを利用しているため、製造コストが高くなるという問題点がある。
また、特許文献２に記載の技術では、歯車型ロールを繰り返し何度も使用していると、当該歯車型ロールの刃が摩耗してしまう。そうすると、歯車型ロールの使用頻度によって、方向性電磁鋼板の表面に形成する溝の深さや幅にバラツキが生じるという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載の技術では、方向性電磁鋼板の溶融物が溝の縁の部分に付着することにより、当該溶融物の殆どが、当該溝の縁の部分において突起となる。よって、仕上げ焼鈍された方向性電磁鋼板の表面に絶縁皮膜を形成した後に、特許文献３に記載の技術を適用した場合には、溝の縁の部分に、導電性を有する高い突起が露出する。また、仕上げ焼鈍された方向性電磁鋼板の表面に特許文献３に記載の技術を適用した後に絶縁皮膜を形成する場合でも、当該突起の高さが当該絶縁皮膜の厚みよりも高いと、溝の縁の部分に、導電性を有する高い突起が露出する。このように、溝の縁の部分に導電性を有する高い突起が露出した方向性電磁鋼板を用いて巻き鉄心を製造すると、巻き鉄心における層間の電気絶縁性が劣化するという問題点がある。
また、一般に、レーザ光のビーム径は、その焦点から少しずれた位置でも広がってしまう。よって、特許文献３に記載の技術では、方向性電磁鋼板に対するレーザ光の焦点の位置を安定させないと（好ましくはレーザ光の焦点を方向性電磁鋼板の表面に一致させないと）、方向性電磁鋼板の表面に形成する溝の深さにバラツキが生じるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ光を照射することにより方向性電磁鋼板の表面に溝を形成して当該方向性電磁鋼板における磁区を制御するに際し、当該溝の縁の部分に形成される溶融物の高さを低減すると共に、当該方向性電磁鋼板に対する当該レーザ光の焦点位置の変動によって生じる当該溝の深さの変動を低減することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の方向性電磁鋼板の製造方法は、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板の表面に、噴流液柱内に閉じ込められた状態でレーザ光を照射して、幅が５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さが当該方向性電磁鋼板の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、且つ、長手方向が当該方向性電磁鋼板の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向である複数の溝を、当該方向性電磁鋼板の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔で形成する方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記レーザ光を照射することによって前記溝の縁の部分に形成される溶融物の少なくとも一部を、前記噴流液柱によって、前記方向性電磁鋼板の外部に流すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、噴流液柱内に閉じ込められた状態でレーザ光を方向性電磁鋼板の表面に照射することにより、当該レーザ光によって形成された溝の縁の部分に付着する溶融物の少なくとも一部を、当該噴流液柱によって、当該方向性電磁鋼板の外部に流すようにした。したがって、レーザ光を照射することにより方向性電磁鋼板の表面に溝を形成して当該方向性電磁鋼板における磁区を制御するに際し、当該溝の縁の部分に形成される溶融物の高さを低減すると共に、当該方向性電磁鋼板に対する当該レーザ光の焦点の位置の変動によって生じる当該溝の深さの変動を低減することができ、その結果として良好な磁気特性を安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を示し、磁区制御装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、溝が形成された方向性電磁鋼板を、その圧延方向に沿って切ったときの断面の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１を示し、溝の深さと、突起部の高さとの関係を表形式で示す図である。
【図４】本発明の実施例２を示し、焦点からの距離と、溝の深さとの関係を表形式で示す図である。
【図５】本発明の実施例２を示し、比較例における焦点からの距離と、実施例における焦点からの距離を概念的に示す図である。
【図６】本発明の実施例３を示し、溝の幅と、突起部の高さとの関係を表形式で示す図である。
【図７】本発明の実施例４を示し、方向性電磁鋼板の板厚に対する溝の深さの割合と、溝の深さと、溝の間隔と鉄損と、突起部の高さとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例５を示し、溝の間隔と、溝の深さと、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】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
［磁区制御装置の構成］
図１は、磁区制御装置の概略構成の一例を示す図である。具体的に図１（ａ）は、磁区制御装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、方向性電磁鋼板をその上方（磁区制御装置側）から見た概略図である。
図１（ａ）において、磁区制御装置は、レーザ発生部１０と、高圧水発生部２０と、加工ヘッド３０と、を有する。
本実施形態では、磁区制御装置は、例えば、以下のようにして製造される方向性電磁鋼板１００の表面（表層部）に対して、長手方向がその圧延方向に略直角の方向の溝１０１ａ〜１０１ｃを形成して方向性電磁鋼板１００の磁区を細分化するようにする。
【００１２】
まず、質量％で、Ｓｉ：２．５［％］〜４．０［％］、Ｃ：０．０２［％］〜０．１０［％］、Ｍｎ：０．０５［％］〜０．２０［％］、酸可溶性Ａｌ：０．０２０［％］〜０．０４０［％］、Ｎ：０．００２［％］〜０．０１２［％］、Ｓ：０．００１［％］〜０．１０［％］、Ｐ：０．００１［％］〜０．０５［％］、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるスラブを加熱して熱間圧延する。次に、得られた熱延板を焼鈍し、必要に応じて中間焼鈍を挟む一回又は二回の冷間圧延を実施する。次に、得られた冷延板を最終板厚とし、当該冷延板に対して脱炭焼鈍（及び窒化焼鈍）を実施した後、二次再結晶焼鈍を行い、更に二次再結晶焼鈍を行う。このようにして方向性電磁鋼板１００が製造される。この方向性電磁鋼板１００は、後述するようにして磁区制御装置によりその表面に溝が形成された後、その表面上に絶縁皮膜が形成される。
【００１３】
尚、方向性電磁鋼板１００は、このようなものに限定されず、方向性電磁鋼板であれば、どのようなものでもよい。また、表面に絶縁皮膜が形成されたものを方向性電磁鋼板１００として用いてもよい。
【００１４】
以下に、磁区制御装置の構成を簡単に説明する。
レーザ発生部１０は、レーザ光を発生させ、発生させたレーザ光を、光ファイバ４０を介して加工ヘッド３０に供給するためのものである。レーザ光としては、例えば、高圧水を用いる場合に水への吸収の少ない、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍波（λ＝５３２ｎｍ）のパルスレーザを用いることができる。また、レーザ光の出力は、方向性電磁鋼板１００の表面に形成する溝１０１ａ〜１０１ｃの深さ等に応じて適宜決定することができ、例えば、１００［Ｗ］以上２００［Ｗ］以下の範囲で適宜決定することができる。
【００１５】
高圧水発生部２０は、給水タンクから水を吸い上げて増圧して高圧水を生成し、生成した高圧水を、高圧配管５０を介して加工ヘッド３０に供給するためのものである。
加工ヘッド３０は、光学部品３１とノズル３２とを有し、レーザ発生部１０から供給されたレーザ光の径を光学部品３１により絞って照射用のレーザ光Ｌを生成すると共に、高圧水発生部２０から供給された高圧水により噴流水柱Ｃを生成する。加工ヘッド３０は、噴流水柱Ｃ内にレーザ光Ｌを導き、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを、ノズル３２から、通板中の方向性電磁鋼板１００に照射する。このように、本実施形態では、レーザ光Ｌを噴流水柱Ｃで導光するので、レーザ光Ｌは、水を透過し易いものが好ましい。
【００１６】
以上のように、本実施形態の磁区制御装置は、所謂ウォータージェットレーザを利用したものである。ウォータージェットレーザの構成自体は、公知の技術を利用して実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。ただし、本実施形態では、噴流水柱Ｃは、レーザ光Ｌのガイド（案内）と、後述するようにして方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に溶融物が堆積しないよう、系外への排出とを目的とし、地鉄や絶縁皮膜の除去には利用されないので、その吐出圧は所定の径の水流を材料（方向性電磁鋼板１００）まで安定して到達させることができる程度であればよい。また、水柱に照射されるレーザ光の径（直径）は、噴流水柱Ｃの径（直径）よりも若干小さくなるようにする。よって、高圧水発生部２０から加工ヘッド３０に供給する高圧水の圧力及び流量は、このような条件を満足する範囲で適宜決定される。
【００１７】
［レーザ光Ｌのスキャン方向（溝１０１の方向）］
図１に示すように、レーザ光Ｌ（加工ヘッド３０）をスキャン（走査）する方向は、圧延方向（図１の矢印Ａの通板方向）に対して直角の方向（図１の矢印Ｂの幅方向）であるのが好ましい。ただし、レーザ光Ｌをスキャンする方向は、圧延方向（図１の矢印Ａの通板方向）に対して直角の方向に限定されず、圧延方向に対して直角の方向に対し±１５［°］以内の方向であってもよい（すなわち、図１（ｂ）のθ［°］が０［°］≦θ≦１５［°］であってもよい）。このようにすることによって、方向性電磁鋼板１００に形成される溝１０１ａ〜１０１ｃの長手方向を、圧延方向に対して直角の方向に対し±１５［°］以内の方向（圧延方向に対して略直角の方向）にすることができる。このような範囲の方向に溝１０１ａ〜１０１ｃを形成した理由は、このような範囲の方向に溝１０１ａ〜１０１ｃを形成すれば、溝１０１ａ〜１０１ｃを形成したことによる磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が大きくなるからである。一方、これ以外の方向に溝１０１ａ〜１０１ｃを形成した場合でも鉄損の改善効果はあるが、その程度は小さくなる。
【００１８】
［レーザ光Ｌのスキャン速度］
また、レーザ光Ｌのスキャン速度は、方向性電磁鋼板１００の表面に形成する溝１０１ａ〜１０１ｃの深さに応じて適宜決定することができ、例えば、２０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上１０００［ｍｍ／ｓｅｃ］以下の範囲で適宜決定することができる。
［レーザ光Ｌのスポット径］
また、レーザ光Ｌのスポットの径は、方向性電磁鋼板１００の表面に形成する溝１０１ａ〜１０１ｃの幅に応じて適宜決定することができ、当該形成しようとする溝１０１ａ〜１０１ｃの幅と同じか、又は、当該形成しようとする溝１０１ａ〜１０１ｃの幅よりも若干大きな径若しくは小さな径にすることができる。尚、レーザ光Ｌのスポットの径は、ノズル３２の径を変更することにより変えることができる。
【００１９】
［溝１０１の構成］
以上のようにして方向性電磁鋼板１００に対してレーザ光Ｌをスキャンすることにより、方向性電磁鋼板１００の表面に、長手方向が圧延方向に対して略直角の方向の溝１０１ａ〜１０１ｃが形成される。
【００２０】
図２は、溝が形成された方向性電磁鋼板を、その圧延方向に沿って切ったときの断面の一例を示す図である。具体的に図２（ａ）は、特許文献３に記載された技術のように、レーザ光（ＣＯ2レーザ）のみを方向性電磁鋼板１００に照射することにより形成された溝の様子を概念的に示す図である。図２（ｂ）は、本実施形態のように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを方向性電磁鋼板１００に照射することにより形成された溝の様子を概念的に示す図である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、特許文献３に記載された技術では、方向性電磁鋼板１００に形成された溝２０１の縁の部分に導電性の突起部２０２ａ、２０２ｂが形成される。この突起部２０２ａ、２０２ｂによって、溝２０１の縁の部分には、相対的に高い突起が形成される。一方、図２（ｂ）に示すように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射すれば、溶融物の少なくとも一部は、噴流水柱Ｃと共に方向性電磁鋼板１００の外部に流される。よって、方向性電磁鋼板１００に形成された溝１０１の縁の部分には、相対的に低い突起（突起部１１１ａ、１１１ｂ）が形成される。
【００２２】
すなわち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）からの高さＨは、図２（ａ）に示す突起部２０２よりも、図２（ｂ）に示す突起部１１１の方が低くなる。本実施形態では、この突起部１１１の高さＨが３［μｍ］以下になるようにしている。突起部１１１の高さＨを３［μｍ］以下にすれば、方向性電磁鋼板１００の表面に絶縁皮膜が形成されたときに、当該絶縁皮膜の厚みよりも極端に高い導電部が露出することがなくなり（好ましくは、導電部が露出しなくなり）、巻き鉄心における層間の電気絶縁性が劣化することを防止できるからである。
【００２３】
[[溝１０１の間隔]］
また、本実施形態では、圧延方向で相互に隣り合う２つの溝１０１の間隔Ｉを、２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の範囲、好ましくは２［ｍｍ］以上８［ｍｍ］以下の範囲で略等間隔にしている。溝１０１の間隔Ｉの上限値をこのようにした理由は、溝１０１の間隔Ｉが８［ｍｍ］を超えると、磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が減少傾向になり、１５［ｍｍ］を超えると、その効果がより減少するからである。一方、溝１０１の間隔Ｉの下限値をこのようにした理由は、溝１０１の間隔Ｉを２［ｍｍ］未満にしても、磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が殆ど変わらず、しかも、生産性が著しく悪化するからである。尚、本実施形態では、溝１０１を形成している面のうち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）と同じ高さの位置１１２ａ、１１２ｂを、溝１０１の間隔Ｉを測定する際の基準となる位置としている。また、溝１０１の間隔Ｉのそれぞれは、前述した範囲であれば、必ずしも略等間隔である必要はない。
【００２４】
[[溝１０１の幅]］
また、本実施形態では、各溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗ（圧延方向における長さ）を、５［μｍ］以上２００［μｍ］以下の範囲で略同じにしている。溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗの上限値をこのようにした理由は、溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗが２００［μｍ］を超えると、方向性電磁鋼板１００における磁束密度の低下が大きくなると共に、既存のウォータージェットレーザの標準的な仕様の範囲で噴流水柱Ｃを形成した場合、突起部１１１の高さＨが３［μｍ］を超える虞があるからである。一方、溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗの下限値をこのようにした理由は、溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗが５［μｍ］未満であると、噴流水柱の溝からの排出が不安定になり、溝１０１の安定性が著しく低下するからである。尚、本実施形態では、溝１０１を形成している面のうち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）と同じ高さの位置１１２ａ、１１２ｂを、溝１０１の幅Ｗを測定する際の基準となる位置としている。また、溝１０１の幅Ｗのそれぞれは、前述した範囲であれば、必ずしも略同じである必要はない。
【００２５】
[[溝１０１の深さ]]
また、本実施形態では、各溝１０１ａ〜１０１ｃの深さＤを、方向性電磁鋼板１００の板厚の４［％］以上１５［％］以下の範囲、好ましくは６［％］以上１２［％］以下の範囲で略同じにしている。溝１０１の深さＤの上限値をこのようにした理由は、溝１０１の深さＤが、方向性電磁鋼板１００の板厚の１２［％］を超えると、磁束密度の低下が大きくなり、１５［％］を超えると、その傾向が顕著になって溝１０１を形成することによって却って鉄損が大きくなる虞があるからである。一方、溝１０１の深さＤの下限値をこのようにした理由は、溝１０１の深さＤが、方向性電磁鋼板１００の板厚の６［％］未満になると、磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が小さくなり、４［％］未満になると、磁区制御の効果が殆ど得られないからである。尚、本実施形態では、溝１０１を形成している面のうち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）と同じ高さの位置１１２ａ、１１２ｂを、溝１０１の深さＤの頂部の位置としている。また、溝１０１の深さＤのそれぞれは、前述した範囲であれば、必ずしも略同じである必要はない。
【００２６】
［実施例］
次に、本発明の実施例を説明する。
[[実施例１]]
実施例１では、特許文献３に記載の技術に対する本実施形態の技術の優位性について示す。
実施例１では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。比較例１でも、実施例１と同じ条件で製造した、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を使用した。
【００２７】
図３は、溝１０１、２０２の深さＤと、突起部１１１、２０２の高さＨとの関係を表形式で示す図である。
実施例１では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍波（λ＝５３２ｎｍ）のパルスレーザ（２０ｋＨｚ）を用い、噴流水柱を通して照射した。溝１０１の深さＤが図３に示す値になるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整すると共に、溝１０１の幅Ｗが１００［μｍ］で一定となるようにノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整し、更に、溝１０１の間隔Ｉが３［ｍｍ］で一定となるようにした。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。
一方、比較例１では、ＣＯ2レーザを使用して、実施例１と同じ条件の溝２０１を形成した。
図３に示すように、溝１０１、２０１の深さＤが同じである場合、突起部１１１、２０２の高さＨは、実施例１の方が比較例１に比べ格段に低くなることが分かる。
【００２８】
[[実施例２]]
実施例２でも、実施例１と同様に、特許文献３に記載の技術に対する本実施形態の技術の優位性について示す。
実施例２及び比較例２では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
図４は、焦点からの距離と、溝１０１、２０２の深さＤとの関係を表形式で示す図である。図５は、比較例における焦点からの距離（図５（ａ））と、実施例における焦点からの距離（図５（ｂ））を概念的に示す図である。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、レーザ光Ｌのみを照射する場合には、そのビーム径は、その焦点５１０の位置で最も小さく、焦点５１０から離れるに従って大きくなる。図４の比較例における焦点からの距離とは、焦点５１０と、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面５１１ａ、５１１ｂとの、方向性電磁鋼板１００の厚み方向における位置の差Ｓであり、焦点５１０を基準にしてレーザ光Ｌの照射口から遠ざかる方向（図５（ａ）の下側）を正（プラス）とする値である。例えば、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面が照射面５１１ａの位置にあるときに、焦点からの距離は０［ｍｍ］となる。
【００３０】
一方、図５（ｂ）に示すように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射する場合には、そのビーム径は、ノズル３２を出てから略一定となる。前述したように、ウォータージェットレーザでは、レーザ光Ｌを噴流水柱Ｃで導光する。ウォータージェットレーザでは、レーザ光Ｌの焦点を明確に定義できない。そこで、本実施形態では、ノズル３２の先端面５２０から方向性電磁鋼板１００のある方向（図５（ｂ）の下側）に５［ｍｍ］の位置５２１を焦点と見なす。図４の実施例における焦点からの距離とは、この位置５２１と、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面５２２ａ、５２２ｂとの、方向性電磁鋼板１００の厚み方向における位置の差Ｔであり、この位置５２１を基準にしてレーザ光Ｌの照射口から遠ざかる方向（図５（ｂ）の下側）を正（プラス）とする値である。例えば、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面が照射面５２２ａの位置にあるときに、焦点からの距離は０［ｍｍ］となる。
【００３１】
図４に示すように、比較例２では、焦点からの距離が変わると、溝２０１の深さＤが大きく変動するのに対し、実施例２では、焦点からの距離が変わっても、溝１０１の深さＤは殆ど変更しないことが分かる。
【００３２】
[[実施例３]]
実施例３では、溝１０１の幅Ｗを調査した結果を示す。
実施例３では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
【００３３】
図６は、溝１０１の幅Ｗと、突起部１１１の高さＨとの関係を表形式で示す図である。
実施例３では、溝１０１の幅Ｗが図６に示す値になるように、ノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整すると共に、溝１０１の深さＤが１０［μｍ］で一定になるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整し、更に、溝１０１の間隔Ｉが３［ｍｍ］で一定となるようにした。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。
【００３４】
図６に示すように、溝１０１の幅Ｗが、５［μｍ］以上２００［μｍ］以下の範囲であれば、突起部１１１の高さＨを３［μｍ］以下にすることができることが分かる。尚、今回使用した加工ヘッド３０（ウォータージェットレーザ）では、スキャン速度を、その仕様の下限である２０［ｍｍ／ｓｅｃ］にしても、幅Ｗが３［μｍ］以下であり、且つ、深さＤが１０［μｍ］である溝１０１を形成することができなかった。
【００３５】
[[実施例４]]
実施例４では、溝１０１の深さＤを調査した結果を示す。
実施例４では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
図７は、方向性電磁鋼板１００の板厚に対する溝１０１の深さの割合（＝（溝の深さ／方向性電磁鋼板の板厚）×１００［％］）と、溝１０１の深さＤと、溝１０１の間隔Ｉと鉄損と、突起部１１１の高さＨとの関係を示す図である。尚、以下の説明では、「方向性電磁鋼板１００の板厚に対する溝１０１の深さの割合」を必要に応じて「溝１０１の深さ割合」と称する。
【００３６】
実施例４では、溝１０１の深さＤが図７に示す値になるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整すると共に、溝１０１の幅Ｗが１００［μｍ］で一定になるように、ノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整し、更に、溝１０１の深さＤのそれぞれの値において、溝１０１の間隔Ｉが２［ｍｍ］、３［ｍｍ］、及び１５［ｍｍ］で一定となるようにした。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。そして、このような条件で溝１０１が形成された方向性電磁鋼板１００を、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損と、突起部１１１の高さＨを測定した。ここで、溝１０１を形成する前の方向性電磁鋼板１００（原板）の、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損は、０．８５［Ｗ／ｋｇ］であった。
【００３７】
図７に示すように、溝の深さ割合を４［％］以上１５［％］以下にすれば、原板の鉄損よりも低い鉄損となり、且つ、突起部１１１の高さＨが３［μｍ］以下になることが分かる。更に、図７に示すように、溝の深さ割合を６［％］以上１２［％］以下にすれば鉄損の改善代が大きくなるので好ましく、溝の深さ割合を８［％］又は１２［％］にすれば鉄損が最小となるので最も好ましいことが分かる。
【００３８】
[[実施例５]]
実施例５では、溝１０１の間隔Ｉを調査した結果を示す。実施例５では、厚みが０．２７［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
図８は、溝１０１の間隔Ｉと、溝１０１の深さＤと、鉄損との関係を示す図である。
【００３９】
実施例５では、溝１０１の間隔Ｉが図８に示す値になるようにすると共に、溝１０１の幅Ｗが８０［μｍ］で一定になるように、ノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整し、更に、溝１０１の間隔Ｉのそれぞれの値において、溝１０１の深さＤが１１［μｍ］、２１［μｍ］、及び４０［μｍ］で一定となるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整した。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。そして、このような条件で溝１０１が形成された方向性電磁鋼板１００を、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損を測定した。ここで、溝１０１を形成する前の方向性電磁鋼板１００（原板）の、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損は、０．９４［Ｗ／ｋｇ］であった。尚、溝１０１の間隔Ｉを２［ｍｍ］以下にすると、溝１０１の生産性が著しく低下するので、溝１０１の間隔Ｉが２［ｍｍ］未満のものについては調査しなかった。
【００４０】
図８に示すように、溝の間隔Ｉを２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下にすれば、原板の鉄損よりも低い鉄損となり、２［ｍｍ］以上８［ｍｍ］以下にすれば鉄損の改善代が大きくなるので好ましいことが分かる。
【００４１】
［まとめ］
以上のように本実施形態では、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板１００、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板１００の表面に、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射して、幅Ｗが５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さＤが方向性電磁鋼板１００の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、長手方向が方向性電磁鋼板１００の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向にある複数の溝１０１を、方向性電磁鋼板１００の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔Ｉで形成するようにした。このように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌを噴流水柱Ｃで導光するので、溝１０１の縁の部分に形成される突起部１１１の高さＨを低減することができると共に、焦点からの距離の変動による溝１０１の深さＤの変動を低減することができる。よって、例えば、巻き鉄心における層間の電気絶縁性が劣化することを防止することができると共に、レーザ光Ｌの焦点からの距離の変動によって溝１０１による磁区制御の効果にバラツキが生じることを防止することができる。よって、良好な磁気特性を有する方向性電磁鋼板１００を安定的に得ることができる。また、以上の数値範囲の条件で溝１０１を形成するので、方向性電磁鋼板１００に溝１０１を導入することによって鉄損を確実に改善することができる。
【００４２】
本実施形態では、噴流水柱Ｃを用いるようにしたが、レーザ光Ｌにより方向性電磁鋼板１００に溝１０１を形成することにより溝１０１の縁の部分に形成される突起部の少なくとも一部を方向性電磁鋼板１００の外部に流すことができれば、必ずしも水を使用する必要はなく、他の液体（噴流液柱）を用いるようにしてもよい。
尚、本実施形態では、溝１０１を線状（直線状）に形成しているが、圧延方向に対して略直角の方向に形成するようにしていれば、必ずしも溝１０１を線状に形成する必要はなく、例えば、破線状又は点線状の溝を形成するようにしてもよい。
【００４３】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０ レーザ発生部
２０ 高圧水発生部
３０ 加工ヘッド
３１ 光学部品
３２ ノズル
１００ 方向性電磁鋼板
１０１ 溝
１１１ 突起部
Ｄ 溝の深さ
Ｈ 突起部の高さ
Ｉ 溝の間隔
Ｌ レーザ光
Ｔ 焦点からの距離
Ｗ 溝の幅
θ 圧延方向に対して直角の方向からの角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板の製造方法に関し、特に、方向性電磁鋼板の表面に溝を形成して当該方向性電磁鋼板における磁区を制御するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板の鉄損を低減させる方法として、方向性電磁鋼板の表面にレーザ光を照射することにより、方向性電磁鋼板に歪みを導入して磁区を細分化する方法がある。しかしながら、例えば、巻き鉄心を製造する場合には、方向性電磁鋼板を曲げ加工して成形する（所謂レーシングを行う）ため、歪取り焼鈍が必要になる。したがって、このような方法では、歪取り焼鈍によって、方向性電磁鋼板に導入された歪みが解放されてしまう。よって、レーザ光による磁区の制御の効果が得られない。
【０００３】
そこで、従来から、巻き鉄心用の方向性電磁鋼板の鉄損を低減する場合には、方向性電磁鋼板の表面に、耐熱性を有する溝であって、圧延方向に対して略直角な方向に延びる溝を形成することによって、当該方向性電磁鋼板における磁区を細分化することが行われている。
このような技術として、特許文献１には、電解又は化学エッチングにより地鉄内部に達する線状の溝を形成する技術が開示されている。
また、特許文献２には、歯車型ロールを用いて、方向性電磁鋼板の表面に溝を形成する技術が開示されている。
また、特許文献３には、高ピーク出力、高パルスエネルギのレーザ光を照射して、方向性電磁鋼板の表面に溝を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−５７８５７号公報
【特許文献２】特公昭６２−５３５７９号公報
【特許文献３】特許第２５６３７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エッチングを利用しているため、製造コストが高くなるという問題点がある。
また、特許文献２に記載の技術では、歯車型ロールを繰り返し何度も使用していると、当該歯車型ロールの刃が摩耗してしまう。そうすると、歯車型ロールの使用頻度によって、方向性電磁鋼板の表面に形成する溝の深さや幅にバラツキが生じるという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載の技術では、方向性電磁鋼板の溶融物が溝の縁の部分に付着することにより、当該溶融物の殆どが、当該溝の縁の部分において突起となる。よって、仕上げ焼鈍された方向性電磁鋼板の表面に絶縁皮膜を形成した後に、特許文献３に記載の技術を適用した場合には、溝の縁の部分に、導電性を有する高い突起が露出する。また、仕上げ焼鈍された方向性電磁鋼板の表面に特許文献３に記載の技術を適用した後に絶縁皮膜を形成する場合でも、当該突起の高さが当該絶縁皮膜の厚みよりも高いと、溝の縁の部分に、導電性を有する高い突起が露出する。このように、溝の縁の部分に導電性を有する高い突起が露出した方向性電磁鋼板を用いて巻き鉄心を製造すると、巻き鉄心における層間の電気絶縁性が劣化するという問題点がある。
また、一般に、レーザ光のビーム径は、その焦点から少しずれた位置でも広がってしまう。よって、特許文献３に記載の技術では、方向性電磁鋼板に対するレーザ光の焦点の位置を安定させないと（好ましくはレーザ光の焦点を方向性電磁鋼板の表面に一致させないと）、方向性電磁鋼板の表面に形成する溝の深さにバラツキが生じるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ光を照射することにより方向性電磁鋼板の表面に溝を形成して当該方向性電磁鋼板における磁区を制御するに際し、当該溝の縁の部分に形成される溶融物の高さを低減すると共に、当該方向性電磁鋼板に対する当該レーザ光の焦点位置の変動によって生じる当該溝の深さの変動を低減することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の方向性電磁鋼板の製造方法は、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板の表面に、噴流液柱内に閉じ込められた状態でレーザ光を照射して、幅が５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さが当該方向性電磁鋼板の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、且つ、長手方向が当該方向性電磁鋼板の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向である複数の溝を、当該方向性電磁鋼板の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔で形成する方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記レーザ光を照射することによって前記溝の縁の部分に形成される溶融物の少なくとも一部を、前記噴流液柱によって、前記方向性電磁鋼板の外部に流すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、噴流液柱内に閉じ込められた状態でレーザ光を方向性電磁鋼板の表面に照射することにより、当該レーザ光によって形成された溝の縁の部分に付着する溶融物の少なくとも一部を、当該噴流液柱によって、当該方向性電磁鋼板の外部に流すようにした。したがって、レーザ光を照射することにより方向性電磁鋼板の表面に溝を形成して当該方向性電磁鋼板における磁区を制御するに際し、当該溝の縁の部分に形成される溶融物の高さを低減すると共に、当該方向性電磁鋼板に対する当該レーザ光の焦点の位置の変動によって生じる当該溝の深さの変動を低減することができ、その結果として良好な磁気特性を安定的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を示し、磁区制御装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示し、溝が形成された方向性電磁鋼板を、その圧延方向に沿って切ったときの断面の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１を示し、溝の深さと、突起部の高さとの関係を表形式で示す図である。
【図４】本発明の実施例２を示し、焦点からの距離と、溝の深さとの関係を表形式で示す図である。
【図５】本発明の実施例２を示し、比較例における焦点からの距離と、実施例における焦点からの距離を概念的に示す図である。
【図６】本発明の実施例３を示し、溝の幅と、突起部の高さとの関係を表形式で示す図である。
【図７】本発明の実施例４を示し、方向性電磁鋼板の板厚に対する溝の深さの割合と、溝の深さと、溝の間隔と鉄損と、突起部の高さとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例５を示し、溝の間隔と、溝の深さと、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】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
［磁区制御装置の構成］
図１は、磁区制御装置の概略構成の一例を示す図である。具体的に図１（ａ）は、磁区制御装置の概略構成の一例を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、方向性電磁鋼板をその上方（磁区制御装置側）から見た概略図である。
図１（ａ）において、磁区制御装置は、レーザ発生部１０と、高圧水発生部２０と、加工ヘッド３０と、を有する。
本実施形態では、磁区制御装置は、例えば、以下のようにして製造される方向性電磁鋼板１００の表面（表層部）に対して、長手方向がその圧延方向に略直角の方向の溝１０１ａ〜１０１ｃを形成して方向性電磁鋼板１００の磁区を細分化するようにする。
【００１２】
まず、質量％で、Ｓｉ：２．５［％］〜４．０［％］、Ｃ：０．０２［％］〜０．１０［％］、Ｍｎ：０．０５［％］〜０．２０［％］、酸可溶性Ａｌ：０．０２０［％］〜０．０４０［％］、Ｎ：０．００２［％］〜０．０１２［％］、Ｓ：０．００１［％］〜０．１０［％］、Ｐ：０．００１［％］〜０．０５［％］、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるスラブを加熱して熱間圧延する。次に、得られた熱延板を焼鈍し、必要に応じて中間焼鈍を挟む一回又は二回の冷間圧延を実施する。次に、得られた冷延板を最終板厚とし、当該冷延板に対して脱炭焼鈍（及び窒化焼鈍）を実施した後、二次再結晶焼鈍を行い、更に二次再結晶焼鈍を行う。このようにして方向性電磁鋼板１００が製造される。この方向性電磁鋼板１００は、後述するようにして磁区制御装置によりその表面に溝が形成された後、その表面上に絶縁皮膜が形成される。
【００１３】
尚、方向性電磁鋼板１００は、このようなものに限定されず、方向性電磁鋼板であれば、どのようなものでもよい。また、表面に絶縁皮膜が形成されたものを方向性電磁鋼板１００として用いてもよい。
【００１４】
以下に、磁区制御装置の構成を簡単に説明する。
レーザ発生部１０は、レーザ光を発生させ、発生させたレーザ光を、光ファイバ４０を介して加工ヘッド３０に供給するためのものである。レーザ光としては、例えば、高圧水を用いる場合に水への吸収の少ない、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍波（λ＝５３２ｎｍ）のパルスレーザを用いることができる。また、レーザ光の出力は、方向性電磁鋼板１００の表面に形成する溝１０１ａ〜１０１ｃの深さ等に応じて適宜決定することができ、例えば、１００［Ｗ］以上２００［Ｗ］以下の範囲で適宜決定することができる。
【００１５】
高圧水発生部２０は、給水タンクから水を吸い上げて増圧して高圧水を生成し、生成した高圧水を、高圧配管５０を介して加工ヘッド３０に供給するためのものである。
加工ヘッド３０は、光学部品３１とノズル３２とを有し、レーザ発生部１０から供給されたレーザ光の径を光学部品３１により絞って照射用のレーザ光Ｌを生成すると共に、高圧水発生部２０から供給された高圧水により噴流水柱Ｃを生成する。加工ヘッド３０は、噴流水柱Ｃ内にレーザ光Ｌを導き、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを、ノズル３２から、通板中の方向性電磁鋼板１００に照射する。このように、本実施形態では、レーザ光Ｌを噴流水柱Ｃで導光するので、レーザ光Ｌは、水を透過し易いものが好ましい。
【００１６】
以上のように、本実施形態の磁区制御装置は、所謂ウォータージェットレーザを利用したものである。ウォータージェットレーザの構成自体は、公知の技術を利用して実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。ただし、本実施形態では、噴流水柱Ｃは、レーザ光Ｌのガイド（案内）と、後述するようにして方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に溶融物が堆積しないよう、系外への排出とを目的とし、地鉄や絶縁皮膜の除去には利用されないので、その吐出圧は所定の径の水流を材料（方向性電磁鋼板１００）まで安定して到達させることができる程度であればよい。また、水柱に照射されるレーザ光の径（直径）は、噴流水柱Ｃの径（直径）よりも若干小さくなるようにする。よって、高圧水発生部２０から加工ヘッド３０に供給する高圧水の圧力及び流量は、このような条件を満足する範囲で適宜決定される。
【００１７】
［レーザ光Ｌのスキャン方向（溝１０１の方向）］
図１に示すように、レーザ光Ｌ（加工ヘッド３０）をスキャン（走査）する方向は、圧延方向（図１の矢印Ａの通板方向）に対して直角の方向（図１の矢印Ｂの幅方向）であるのが好ましい。ただし、レーザ光Ｌをスキャンする方向は、圧延方向（図１の矢印Ａの通板方向）に対して直角の方向に限定されず、圧延方向に対して直角の方向に対し±１５［°］以内の方向であってもよい（すなわち、図１（ｂ）のθ［°］が０［°］≦θ≦１５［°］であってもよい）。このようにすることによって、方向性電磁鋼板１００に形成される溝１０１ａ〜１０１ｃの長手方向を、圧延方向に対して直角の方向に対し±１５［°］以内の方向（圧延方向に対して略直角の方向）にすることができる。このような範囲の方向に溝１０１ａ〜１０１ｃを形成した理由は、このような範囲の方向に溝１０１ａ〜１０１ｃを形成すれば、溝１０１ａ〜１０１ｃを形成したことによる磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が大きくなるからである。一方、これ以外の方向に溝１０１ａ〜１０１ｃを形成した場合でも鉄損の改善効果はあるが、その程度は小さくなる。
【００１８】
［レーザ光Ｌのスキャン速度］
また、レーザ光Ｌのスキャン速度は、方向性電磁鋼板１００の表面に形成する溝１０１ａ〜１０１ｃの深さに応じて適宜決定することができ、例えば、２０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上１０００［ｍｍ／ｓｅｃ］以下の範囲で適宜決定することができる。
［レーザ光Ｌのスポット径］
また、レーザ光Ｌのスポットの径は、方向性電磁鋼板１００の表面に形成する溝１０１ａ〜１０１ｃの幅に応じて適宜決定することができ、当該形成しようとする溝１０１ａ〜１０１ｃの幅と同じか、又は、当該形成しようとする溝１０１ａ〜１０１ｃの幅よりも若干大きな径若しくは小さな径にすることができる。尚、レーザ光Ｌのスポットの径は、ノズル３２の径を変更することにより変えることができる。
【００１９】
［溝１０１の構成］
以上のようにして方向性電磁鋼板１００に対してレーザ光Ｌをスキャンすることにより、方向性電磁鋼板１００の表面に、長手方向が圧延方向に対して略直角の方向の溝１０１ａ〜１０１ｃが形成される。
【００２０】
図２は、溝が形成された方向性電磁鋼板を、その圧延方向に沿って切ったときの断面の一例を示す図である。具体的に図２（ａ）は、特許文献３に記載された技術のように、レーザ光（ＣＯ2レーザ）のみを方向性電磁鋼板１００に照射することにより形成された溝の様子を概念的に示す図である。図２（ｂ）は、本実施形態のように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを方向性電磁鋼板１００に照射することにより形成された溝の様子を概念的に示す図である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、特許文献３に記載された技術では、方向性電磁鋼板１００に形成された溝２０１の縁の部分に導電性の突起部２０２ａ、２０２ｂが形成される。この突起部２０２ａ、２０２ｂによって、溝２０１の縁の部分には、相対的に高い突起が形成される。一方、図２（ｂ）に示すように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射すれば、溶融物の少なくとも一部は、噴流水柱Ｃと共に方向性電磁鋼板１００の外部に流される。よって、方向性電磁鋼板１００に形成された溝１０１の縁の部分には、相対的に低い突起（突起部１１１ａ、１１１ｂ）が形成される。
【００２２】
すなわち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）からの高さＨは、図２（ａ）に示す突起部２０２よりも、図２（ｂ）に示す突起部１１１の方が低くなる。本実施形態では、この突起部１１１の高さＨが３［μｍ］以下になるようにしている。突起部１１１の高さＨを３［μｍ］以下にすれば、方向性電磁鋼板１００の表面に絶縁皮膜が形成されたときに、当該絶縁皮膜の厚みよりも極端に高い導電部が露出することがなくなり（好ましくは、導電部が露出しなくなり）、巻き鉄心における層間の電気絶縁性が劣化することを防止できるからである。
【００２３】
[[溝１０１の間隔]］
また、本実施形態では、圧延方向で相互に隣り合う２つの溝１０１の間隔Ｉを、２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の範囲、好ましくは２［ｍｍ］以上８［ｍｍ］以下の範囲で略等間隔にしている。溝１０１の間隔Ｉの上限値をこのようにした理由は、溝１０１の間隔Ｉが８［ｍｍ］を超えると、磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が減少傾向になり、１５［ｍｍ］を超えると、その効果がより減少するからである。一方、溝１０１の間隔Ｉの下限値をこのようにした理由は、溝１０１の間隔Ｉを２［ｍｍ］未満にしても、磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が殆ど変わらず、しかも、生産性が著しく悪化するからである。尚、本実施形態では、溝１０１を形成している面のうち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）と同じ高さの位置１１２ａ、１１２ｂを、溝１０１の間隔Ｉを測定する際の基準となる位置としている。また、溝１０１の間隔Ｉのそれぞれは、前述した範囲であれば、必ずしも略等間隔である必要はない。
【００２４】
[[溝１０１の幅]］
また、本実施形態では、各溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗ（圧延方向における長さ）を、５［μｍ］以上２００［μｍ］以下の範囲で略同じにしている。溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗの上限値をこのようにした理由は、溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗが２００［μｍ］を超えると、方向性電磁鋼板１００における磁束密度の低下が大きくなると共に、既存のウォータージェットレーザの標準的な仕様の範囲で噴流水柱Ｃを形成した場合、突起部１１１の高さＨが３［μｍ］を超える虞があるからである。一方、溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗの下限値をこのようにした理由は、溝１０１ａ〜１０１ｃの幅Ｗが５［μｍ］未満であると、噴流水柱の溝からの排出が不安定になり、溝１０１の安定性が著しく低下するからである。尚、本実施形態では、溝１０１を形成している面のうち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）と同じ高さの位置１１２ａ、１１２ｂを、溝１０１の幅Ｗを測定する際の基準となる位置としている。また、溝１０１の幅Ｗのそれぞれは、前述した範囲であれば、必ずしも略同じである必要はない。
【００２５】
[[溝１０１の深さ]]
また、本実施形態では、各溝１０１ａ〜１０１ｃの深さＤを、方向性電磁鋼板１００の板厚の４［％］以上１５［％］以下の範囲、好ましくは６［％］以上１２［％］以下の範囲で略同じにしている。溝１０１の深さＤの上限値をこのようにした理由は、溝１０１の深さＤが、方向性電磁鋼板１００の板厚の１２［％］を超えると、磁束密度の低下が大きくなり、１５［％］を超えると、その傾向が顕著になって溝１０１を形成することによって却って鉄損が大きくなる虞があるからである。一方、溝１０１の深さＤの下限値をこのようにした理由は、溝１０１の深さＤが、方向性電磁鋼板１００の板厚の６［％］未満になると、磁区制御の効果（すなわち、鉄損の改善代）が小さくなり、４［％］未満になると、磁区制御の効果が殆ど得られないからである。尚、本実施形態では、溝１０１を形成している面のうち、方向性電磁鋼板１００の表面の平らな部分（突起の影響がない部分）と同じ高さの位置１１２ａ、１１２ｂを、溝１０１の深さＤの頂部の位置としている。また、溝１０１の深さＤのそれぞれは、前述した範囲であれば、必ずしも略同じである必要はない。
【００２６】
［実施例］
次に、本発明の実施例を説明する。
[[実施例１]]
実施例１では、特許文献３に記載の技術に対する本実施形態の技術の優位性について示す。
実施例１では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。比較例１でも、実施例１と同じ条件で製造した、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を使用した。
【００２７】
図３は、溝１０１、２０２の深さＤと、突起部１１１、２０２の高さＨとの関係を表形式で示す図である。
実施例１では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍波（λ＝５３２ｎｍ）のパルスレーザ（２０ｋＨｚ）を用い、噴流水柱を通して照射した。溝１０１の深さＤが図３に示す値になるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整すると共に、溝１０１の幅Ｗが１００［μｍ］で一定となるようにノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整し、更に、溝１０１の間隔Ｉが３［ｍｍ］で一定となるようにした。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。
一方、比較例１では、ＣＯ2レーザを使用して、実施例１と同じ条件の溝２０１を形成した。
図３に示すように、溝１０１、２０１の深さＤが同じである場合、突起部１１１、２０２の高さＨは、実施例１の方が比較例１に比べ格段に低くなることが分かる。
【００２８】
[[実施例２]]
実施例２でも、実施例１と同様に、特許文献３に記載の技術に対する本実施形態の技術の優位性について示す。
実施例２及び比較例２では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
図４は、焦点からの距離と、溝１０１、２０２の深さＤとの関係を表形式で示す図である。図５は、比較例における焦点からの距離（図５（ａ））と、実施例における焦点からの距離（図５（ｂ））を概念的に示す図である。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、レーザ光Ｌのみを照射する場合には、そのビーム径は、その焦点５１０の位置で最も小さく、焦点５１０から離れるに従って大きくなる。図４の比較例における焦点からの距離とは、焦点５１０と、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面５１１ａ、５１１ｂとの、方向性電磁鋼板１００の厚み方向における位置の差Ｓであり、焦点５１０を基準にしてレーザ光Ｌの照射口から遠ざかる方向（図５（ａ）の下側）を正（プラス）とする値である。例えば、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面が照射面５１１ａの位置にあるときに、焦点からの距離は０［ｍｍ］となる。
【００３０】
一方、図５（ｂ）に示すように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射する場合には、そのビーム径は、ノズル３２を出てから略一定となる。前述したように、ウォータージェットレーザでは、レーザ光Ｌを噴流水柱Ｃで導光する。ウォータージェットレーザでは、レーザ光Ｌの焦点を明確に定義できない。そこで、本実施形態では、ノズル３２の先端面５２０から方向性電磁鋼板１００のある方向（図５（ｂ）の下側）に５［ｍｍ］の位置５２１を焦点と見なす。図４の実施例における焦点からの距離とは、この位置５２１と、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面５２２ａ、５２２ｂとの、方向性電磁鋼板１００の厚み方向における位置の差Ｔであり、この位置５２１を基準にしてレーザ光Ｌの照射口から遠ざかる方向（図５（ｂ）の下側）を正（プラス）とする値である。例えば、方向性電磁鋼板１００におけるレーザ光Ｌの照射面が照射面５２２ａの位置にあるときに、焦点からの距離は０［ｍｍ］となる。
【００３１】
図４に示すように、比較例２では、焦点からの距離が変わると、溝２０１の深さＤが大きく変動するのに対し、実施例２では、焦点からの距離が変わっても、溝１０１の深さＤは殆ど変更しないことが分かる。
【００３２】
[[実施例３]]
実施例３では、溝１０１の幅Ｗを調査した結果を示す。
実施例３では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
【００３３】
図６は、溝１０１の幅Ｗと、突起部１１１の高さＨとの関係を表形式で示す図である。
実施例３では、溝１０１の幅Ｗが図６に示す値になるように、ノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整すると共に、溝１０１の深さＤが１０［μｍ］で一定になるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整し、更に、溝１０１の間隔Ｉが３［ｍｍ］で一定となるようにした。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。
【００３４】
図６に示すように、溝１０１の幅Ｗが、５［μｍ］以上２００［μｍ］以下の範囲であれば、突起部１１１の高さＨを３［μｍ］以下にすることができることが分かる。尚、今回使用した加工ヘッド３０（ウォータージェットレーザ）では、スキャン速度を、その仕様の下限である２０［ｍｍ／ｓｅｃ］にしても、幅Ｗが３［μｍ］以下であり、且つ、深さＤが１０［μｍ］である溝１０１を形成することができなかった。
【００３５】
[[実施例４]]
実施例４では、溝１０１の深さＤを調査した結果を示す。
実施例４では、厚みが０．２３［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
図７は、方向性電磁鋼板１００の板厚に対する溝１０１の深さの割合（＝（溝の深さ／方向性電磁鋼板の板厚）×１００［％］）と、溝１０１の深さＤと、溝１０１の間隔Ｉと鉄損と、突起部１１１の高さＨとの関係を示す図である。尚、以下の説明では、「方向性電磁鋼板１００の板厚に対する溝１０１の深さの割合」を必要に応じて「溝１０１の深さ割合」と称する。
【００３６】
実施例４では、溝１０１の深さＤが図７に示す値になるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整すると共に、溝１０１の幅Ｗが１００［μｍ］で一定になるように、ノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整し、更に、溝１０１の深さＤのそれぞれの値において、溝１０１の間隔Ｉが２［ｍｍ］、３［ｍｍ］、及び１５［ｍｍ］で一定となるようにした。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。そして、このような条件で溝１０１が形成された方向性電磁鋼板１００を、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損と、突起部１１１の高さＨを測定した。ここで、溝１０１を形成する前の方向性電磁鋼板１００（原板）の、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損は、０．８５［Ｗ／ｋｇ］であった。
【００３７】
図７に示すように、溝の深さ割合を４［％］以上１５［％］以下にすれば、原板の鉄損よりも低い鉄損となり、且つ、突起部１１１の高さＨが３［μｍ］以下になることが分かる。更に、図７に示すように、溝の深さ割合を６［％］以上１２［％］以下にすれば鉄損の改善代が大きくなるので好ましく、溝の深さ割合を８［％］又は１２［％］にすれば鉄損が最小となるので最も好ましいことが分かる。
【００３８】
[[実施例５]]
実施例５では、溝１０１の間隔Ｉを調査した結果を示す。実施例５では、厚みが０．２７［ｍｍ］の方向性電磁鋼板を前述したようにして製造したものを使用した。
図８は、溝１０１の間隔Ｉと、溝１０１の深さＤと、鉄損との関係を示す図である。
【００３９】
実施例５では、溝１０１の間隔Ｉが図８に示す値になるようにすると共に、溝１０１の幅Ｗが８０［μｍ］で一定になるように、ノズル３２の径（レーザ光Ｌのスポットの径）を調整し、更に、溝１０１の間隔Ｉのそれぞれの値において、溝１０１の深さＤが１１［μｍ］、２１［μｍ］、及び４０［μｍ］で一定となるように、レーザ光Ｌのスキャン速度を調整した。また、レーザ光Ｌのスキャン方向を、圧延方向に対して直角の方向とした。また、噴流水柱Ｃの圧力と流量は、レーザ光Ｌをガイド（案内）することができ、且つ、方向性電磁鋼板１００の溝２０１の縁の部分に形成される突起部２０２ａ、２０２ｂを流出できる範囲で一定となるようにした。そして、このような条件で溝１０１が形成された方向性電磁鋼板１００を、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損を測定した。ここで、溝１０１を形成する前の方向性電磁鋼板１００（原板）の、磁束密度が１．７［Ｔ］、周波数が５０［Ｈｚ］の条件で励磁させたときの鉄損は、０．９４［Ｗ／ｋｇ］であった。尚、溝１０１の間隔Ｉを２［ｍｍ］以下にすると、溝１０１の生産性が著しく低下するので、溝１０１の間隔Ｉが２［ｍｍ］未満のものについては調査しなかった。
【００４０】
図８に示すように、溝の間隔Ｉを２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下にすれば、原板の鉄損よりも低い鉄損となり、２［ｍｍ］以上８［ｍｍ］以下にすれば鉄損の改善代が大きくなるので好ましいことが分かる。
【００４１】
［まとめ］
以上のように本実施形態では、仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板１００、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板１００の表面に、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射して、幅Ｗが５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さＤが方向性電磁鋼板１００の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、長手方向が方向性電磁鋼板１００の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向にある複数の溝１０１を、方向性電磁鋼板１００の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔Ｉで形成するようにした。このように、噴流水柱Ｃ内に閉じ込められた状態でレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌを噴流水柱Ｃで導光するので、溝１０１の縁の部分に形成される突起部１１１の高さＨを低減することができると共に、焦点からの距離の変動による溝１０１の深さＤの変動を低減することができる。よって、例えば、巻き鉄心における層間の電気絶縁性が劣化することを防止することができると共に、レーザ光Ｌの焦点からの距離の変動によって溝１０１による磁区制御の効果にバラツキが生じることを防止することができる。よって、良好な磁気特性を有する方向性電磁鋼板１００を安定的に得ることができる。また、以上の数値範囲の条件で溝１０１を形成するので、方向性電磁鋼板１００に溝１０１を導入することによって鉄損を確実に改善することができる。
【００４２】
本実施形態では、噴流水柱Ｃを用いるようにしたが、レーザ光Ｌにより方向性電磁鋼板１００に溝１０１を形成することにより溝１０１の縁の部分に形成される突起部の少なくとも一部を方向性電磁鋼板１００の外部に流すことができれば、必ずしも水を使用する必要はなく、他の液体（噴流液柱）を用いるようにしてもよい。
尚、本実施形態では、溝１０１を線状（直線状）に形成しているが、圧延方向に対して略直角の方向に形成するようにしていれば、必ずしも溝１０１を線状に形成する必要はなく、例えば、破線状又は点線状の溝を形成するようにしてもよい。
【００４３】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０ レーザ発生部
２０ 高圧水発生部
３０ 加工ヘッド
３１ 光学部品
３２ ノズル
１００ 方向性電磁鋼板
１０１ 溝
１１１ 突起部
Ｄ 溝の深さ
Ｈ 突起部の高さ
Ｉ 溝の間隔
Ｌ レーザ光
Ｔ 焦点からの距離
Ｗ 溝の幅
θ 圧延方向に対して直角の方向からの角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板の表面に、噴流液柱内に閉じ込められた状態でレーザ光を照射して、幅が５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さが当該方向性電磁鋼板の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、且つ、長手方向が当該方向性電磁鋼板の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向である複数の溝を、当該方向性電磁鋼板の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔で形成する方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記レーザ光を照射することによって前記溝の縁の部分に形成される溶融物の少なくとも一部を、前記噴流液柱によって、前記方向性電磁鋼板の外部に流すようにしたことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項１】
仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板、又は、仕上焼鈍後に表面に絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板の表面に、噴流液柱内に閉じ込められた状態でレーザ光を照射して、幅が５［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、深さが当該方向性電磁鋼板の板厚の４［％］以上１５［％］以下であり、且つ、長手方向が当該方向性電磁鋼板の圧延方向に対し±１５［°］以内の方向である複数の溝を、当該方向性電磁鋼板の圧延方向において２［ｍｍ］以上１５［ｍｍ］以下の間隔で形成する方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記レーザ光を照射することによって前記溝の縁の部分に形成される溶融物の少なくとも一部を、前記噴流液柱によって、前記方向性電磁鋼板の外部に流すようにしたことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８７３３２（Ｐ２０１２−８７３３２Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２９４３（Ｐ２０１０−２３２９４３）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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