電気鋼板の磁区微細化装置及び方法
電気鋼板の磁区微細化装置及び磁区微細化方法を開示する。前記電気鋼板の磁区微細化装置は，レーザー発光部；前記レーザー発光部から発光されたレーザービームを第１楕円形ビームに変形させるトロイダルミラー；前記トロイダルミラーから伝送された前記第１楕円形ビームを前記スキャンミラーに伝送するスイッチミラー；前記スイッチミラーから伝送されたビームをスキャンして伝送する一対のスキャンミラー；及び前記一対のスキャンミラーから前記第１楕円形ビームを受けて第２楕円形ビームに変形させ，電気鋼板に前記第２楕円形ビームを照射するシリンダーミラーを含んでなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低鉄損及び低騒音の方向性電気鋼板の製造装置に係り，より詳しくは電気鋼板の磁区微細化装置，前記装置を用いて電気鋼板の磁区を微細化する方法，及び前記方法を用いて磁区を微細化させた電気鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電気鋼板は圧延方向に｛１１０｝＜００１＞方位の集合組職を発達させたものである。アメリカ特許第１，９６５，５５９号は方向性電気鋼板の製造方法を初めに開示した。その後，製造方法の多くの改善とともに新しい製造方法が提示されて来た。方向性電気鋼板の製造において共通的なものは，抑制剤と呼ばれる１次再結晶粒の成長抑制機能をする析出物又は粒界偏析元素を用いるものである。この抑制剤は１次再結晶された結晶粒の成長を抑制し，成長が抑制された結晶粒の中で｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒が優先的に成長するようにする役目をするものである。これを２次再結晶といい，このように適切な抑制剤を使用して｛１１０｝＜００１＞方位の２次再結晶粒を圧延方向に発達させることが方向性電気鋼板の製造技術の核心である。
【０００３】
しかし，実際の電気鋼板においては，各結晶粒の（１１０）面は板面から少し傾き，また［００１］方向は圧延方向からも僅かに傾いている。ところが，電気鋼板の磁気的特性はこの傾いた程度に大きく影響され，この分野の研究者らはすべての結晶粒を（１１０）［００１］理想方位に近くなるようにすることで，鉄損を低めることに最大の努力を傾けている。その結果，現在は，板厚が０．２３ｍｍであるとき，Ｗ１７／５０が０．８５ｗａｔｔ／ｋｇ程度の低い鉄損値を持つ電気鋼板が工業的に生産される。ここで，Ｗ１７／５０は磁束密度１．７Ｔｅｓｌａ，５０Ｈｚの鉄損を言う。
【０００４】
しかし，各結晶粒を理想方位に近接させることだけで，鉄損を低めるのには限界がある。一般に，鉄損は結晶方位の外にも結晶粒度にも依存する。方向性電気鋼板において結晶粒サイズは前述した（１１０）［００１］結晶方位を得るために数ｍｍないし数ｃｍの範囲である。この結晶粒サイズは現在研究者が任意に調節することができない。その理由は，長期間の熱処理過程によって（１１０）［００１］結晶方位を優先的に得なければならないからである。したがって，研究者は人為的な結晶粒サイズの調節のための技術を開発するに至った。人為的な結晶粒サイズの調節技術は，２次再結晶が完了し，最終の絶縁及び張力コーティングが施された後，硬化が済んだ最終製品を用いて，アメリカ特許第３，６４７，５７５号のように，鋼板表面に先の鋭い道具，つまり刀や鉄ブラシなどで鋭い傷を出す方法が登場した。
【０００５】
その後，より進歩した方法として，レーザーを鋼板の表面に照射して人為的な結晶粒界のような不連続面を提供することで鉄損を減少させるものが現れた。また，レーザー種類はＮｄ−ＹＡＧレーザーであり，Ｑ−スイッチモードが使用されている。これは，鋼板にレーザービームを照射するとき，鋼板の表面に塗布されたコーティング層がレーザービームの衝撃によって蒸発するため，さらにコーティングを施さなければならず，これは生産性を阻害する要因となる。
その後，レーザービームをスキャンする装置として，平面鏡を用いて，鋼板の幅方向にレーザービームを往復運動させるレーザー照射装置が登場したが，この装置はそれ以上発展できなかった。その理由は次の通りである。第１に，レーザービームが鏡の一点を継続して照射するので，鏡がレーザー出力エネルギーを受けて一部を反射しながら一部は吸収することによって内部温度が上昇することにより破損しやすかった。結局，鏡の熱的問題を解決することができなかったので，この技術はそれ以上発展しなかった。第２に，鏡が往復運動することにより鋼板上の照射線がジグザグ形に形成される。これは，照射線の間隔が連続して変化するため，効果が均一に得られない欠点があった。第３に，鏡の往復速度が速くなかったため，生産性が低かった。
【０００６】
前記平面鏡から生じる問題点を解決するために，多面鏡を用いるレーザービーム照射鏡が提案された。これは，円形の回転体の表面に多数枚の平面鏡を付着し回転体を回転させるので，それぞれの鏡は短時間の間にレーザービームを鋼板表面に照射し，ついで隣接した他の鏡がレーザービームを受けて照射することを連続して生じさせる方式である。しかし，多面鏡の方式は，回転体の直径が３００ｍｍ以上で，高価な鏡を数十枚も装着するため，騒音が大きく，値段が高いという問題点がある。また，Ｎｄ−ＹＡＧレーザーとＱ−スイッチモードを使用するため，鋼板のコーティングが劣化することを避けることができなかった。
【０００７】
また，レーザービームが平行レンズを通じて平行ビームに集束されるとき，平行ビームが多面鏡に入射した後，入射平行ビームはＦθレンズを通じて集束されてから鋼板に照射される。集束されたレーザービームは距離に比例して拡散されるため，多面鏡とＦθレンズとの間の距離増加に限界があり，よって多面鏡を用いるレーザービームの照射距離は大きくても数十ｍｍである。したがって，多面鏡を用いるレーザー照射装置において，多面鏡を用いる照射幅は数十ｍｍであるため，電気鋼板の幅が１０００ｍｍであると仮定すれば，少なくとも１０個の多面鏡とこの多面鏡の数に対応するレーザーが必要である。また，照射領域間の境界が二重に照射されるので，鉄損の改良効果が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって，本発明は前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので，その目的は，方向性電気鋼板の表面にレーザービームを照射することで，鉄損を減少させるとともに騒音の原因となる磁気歪を低減させる装置を提供することであり，特に二つのレーザーと６枚の平面鏡を用いて鋼板幅にレーザービームを照射することにより，磁区微細化効果に優れ，コーティング層の劣化がないので再コーティングが必要でない磁区微細化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために，本発明の第１の側面は，レーザービームを発生させるレーザー発光部と；前記レーザー発光部から発生されたレーザービームを受けて伝送方向を変換しながら交互に伝送するスイッチミラーと；前記スイッチミラーから交互に伝送されるレーザービームをスキャンして電気鋼板に交互に照射する一対のスキャンミラーと；を含む光学系を含んでなる，電気鋼板の磁区微細化装置を提供する。
【００１０】
前記装置において，前記一対のスキャンミラーは互いに反対方向に左右に往復運動をする。
【００１１】
また，前記スイッチミラーは，スキャンミラーが特定の方向に駆動するときだけビームを伝送し，反対方向に駆動するときはビームを伝送しないようにすることで，一対のスキャンミラーのそれぞれにレーザービームを交互に伝送する。
【００１２】
この際，前記装置は，前記レーザー発光部とスイッチミラーの間に備えられ，レーザー発光部から伝送されたレーザービームを楕円形に変形させてスイッチミラーに伝送するトロイダルミラーと；前記電気鋼板の上部に備えられ，スキャンミラーから伝送された楕円形のレーザービームを他の形態の楕円形レーザービームに変形させて電気鋼板に照射するシリンダーミラーと；をさらに含む。
【００１３】
前記磁区微細化装置は，前記電気鋼板の幅方向にレーザービームの照射範囲を倍加させるために，複数の光学系を備える。
【００１４】
前記装置において，前記一対のスキャンミラーのそれぞれは銅の支持部上に接着され，前記銅の支持部の内部には冷却水が通過するように微細な管が形成されている。
【００１５】
また，前記装置において，前記一対のスキャンミラーのそれぞれの表面には冷却用窒素が噴射されることにより，スキャンミラーの冷却とほこり汚染を防止する。
【００１６】
また，前記装置において，前記レーザーとしては連続波モードを持つ二酸化炭素レーザーが使用されることにより，鋼板のコーティング被膜の損傷を防止し，前記レーザー発光部と前記トロイダルミラーの間には，前記レーザービームを反射して前記トロイダルミラーに伝送する反射ミラーが備えられる。
【００１７】
本発明の別の側面では，レーザービームを電気鋼板に照射して鋼板の幅方向にジグザグ線を有しないスクラッチを形成する電気鋼板の磁区微細化方法において，前記レーザービームを左右に往復運動する一対のスキャンミラーのそれぞれに交互に伝送する段階と；前記一対のスキャンミラーを交互にスキャン方向に移動させることでレーザービームを鋼板に照射する段階と；を含んでなる，電気鋼板の磁区微細化方法を提供する。
【００１８】
前記電気鋼板の磁区微細化方法は，レーザービームの形状を楕円形に変形させることで，楕円形レーザービームの長軸をレーザービームの照射方向と平行にしてレーザービームの照射速度を向上させる段階をさらに含む。
【００１９】
前記方法において，前記レーザービームを楕円形に変形させる段階は２回以上実施してレーザービームのスポットの形状をさらに微細にする。
【００２０】
この際，前記レーザービームを楕円形に変形させる段階は，曲面状のトロイダルミラー又は曲面状のシリンダーミラーにレーザービームを伝送することによって実施する。
【００２１】
本発明のさらに別の側面は，絶縁皮膜がコーティングされた電気鋼板上にレーザービームによって電気鋼板の幅方向に多数のスクラッチが形成された電気鋼板において，前記電気鋼板には長さ３００ｍｍ以上の連続した直線形スクラッチが形成され，コーティングされた絶縁皮膜はスクラッチによって損傷されていない，磁区微細化処理された電気鋼板を提供する。
【００２２】
この際，前記電気鋼板は２０ｍｐｍ以上の鋼板速度で磁区微細化処理される。また，前記電気鋼板はジグザグ線がないスクラッチを備える。また，前記電気鋼板は，幅１０００ｍｍ以上の鋼板上にスクラッチが鋼板の幅方向に一つないし四つ形成される。
【００２３】
本発明のさらに別の側面は，前記磁区微細化方法によって磁区微細化処理された電気鋼板を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による方向性電気鋼板の磁区微細化装置は，鉄損を１０％以上減少するとともにコーティング層が劣化しない利点がある。また，本発明による方向性電気鋼板の磁区微細化装置は，従来の大型多面鏡型とは異なり，極小型の平面スキャンミラーとスイッチミラーを互いに連動させてレーザービームを鋼板上に連続して照射するので，ジグザグ形のラインパターンのスクラッチを形成せずに３００ｍｍ以上の連続したスクラッチが電気鋼板上に形成され，その結果，鋼板の広い幅に照射することができ，トロイダルミラーとシリンダーミラーが最少のレーザー及びミラー（スイッチミラー及びスキャンミラー）とともに使用され，よって電気鋼板の照射範囲が倍加され，電気鋼板の磁区微細化を速いライン速度でなすことができる利点がある。また，本発明による方向性電気鋼板の磁区微細化装置は，騒音がなくて管理補修が極めて容易であるので，従来の装置に比べ，環境に優しく，且つ生産コストを格段に節減することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化過程を説明する概略図である。
【図２】本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化装置を説明する図である。
【図３】本発明の実施例による磁区微細化装置におけるレーザービームの形状変化を説明する図である。
【図４】本発明の実施例によってシリンダーミラーが鋼板に斜めに配置された状態を説明する図である。
【図５】レーザー出力強度による鉄損改善効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下，本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者が本発明の技術的思想を容易に実施することができるように本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。しかし，本発明は以下の実施例に限定されることなく他の形態においても具現化可能である。以下の実施例は，本発明の範囲及び精神を完全に理解できるようにかつ本発明の技術的思想を当業者に十分に伝達することができるように提供するものである。
【００２７】
本発明の実施例において，第１及び第２などの用語は本発明の構成要素を説明するために使用するもので，本発明の構成要素をこれら用語に限定して解釈してはいけない。これら用語は所定の構成要素を他の構成要素と区別するために使用される。
【００２８】
以下，図面を参照するが，同一符号は全図にわたって同一ないし類似の構成要素を指示するのに使用される。
【００２９】
図１は電気鋼板の磁区微細化過程を説明する概略図である。図１を参照すれば，ロール状態の鋼板２は巻出リール(pay off reel)１から解けて，第１ピンチロール(pinch roll)３及び第２ピンチロール３’によって経路ライン(path line)をなす。これにより，鋼板２は巻出リール１から解けて巻取ロール１４に再び巻き取られる。第１レーザー発光部６から発光した第１レーザービーム９は一対の第１スキャンミラー１２に到逹する。一対の第１スキャンミラー１２は左右に往復運動しながら第１レーザービーム９を放物面反射鏡であるシリンダーミラー５に照射する。
【００３０】
シリンダーミラー５はその下で移送される鋼板２上にレーザービームを照射して鋼板２の磁区を微細化させる。同様な方式で，第２レーザー発光部７，第２レーザービーム８，一対の第２スキャンミラー１３，シリンダーミラー５によって鋼板２の磁区が微細化される。
【００３１】
レーザービームが照射された鋼板２は連続式鉄損測定器３０を通過すると同時に鋼板の鉄損が測定される。磁区微細化装置を通過するに先立ち，鋼板２上にＸ線厚さ測定器４が配置される。測定された鉄損とＸ線厚さの信号によって，単位重量当たり鉄損を表示することできる。これにより，作業者が磁区微細化の効果を認識することができる。
【００３２】
以下，図２を参照して，本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化装置を詳細に説明する。
【００３３】
電気鋼板の磁区微細化装置１００は，第１光学系と第２光学系でなり，第１光学系と第２光学系は鋼板２の幅方向にそれぞれ２分の１領域にレーザービームを照射する。例えば，第１及び第２光学系はそれぞれ幅方向に６００ｍｍにわたってレーザービームを照射する。前記第１光学系は，第１レーザー発光部６，一対の第１反射鏡１５，１６，第１トロイダルミラー１７，第１スイッチミラー１１，一対の第１スキャンミラー１２，及びシリンダーミラー５で構成される。前記第２光学系は，第２レーザー発光部７，一対の第２反射鏡１８，１９，第２トロイダルミラー２０，第２スイッチミラー１０，一対の第２スキャンミラー１３，及びシリンダーミラー５で構成される。
【００３４】
前記第１光学系と第２光学系は同一方式で駆動するので，第１光学系についてだけ以下に説明する。
【００３５】
前記第１光学系は，第１レーザー発光部６から円形の第１レーザービーム９が発光される。前記第１レーザービーム９としては，ビームの進行の際に拡散しない連続波モード(continuous wave mode)の二酸化炭素（ＣＯ2）レーザーが適当であり，発光された第１レーザービーム９を集光するためのコリメートレンズを必要としない。前記第１レーザービーム９は一対の第１反射鏡１５，１６によって経路が修正されて第１トロイダルミラー１７に到逹する。前記第１トロイダルミラー１７は曲面鏡であって，円形の第１レーザービーム９を第１楕円形ビーム２１に変形させる。第１楕円形ビーム２１は第１トロイダルミラー１７から第１スイッチミラー１１に伝送される。第１スイッチミラー１１は一対の第１スキャンミラー１２のいずれか一方に第１楕円形ビーム２１を交互に伝送する。二つの第１スキャンミラー１２は互いに反対方向に往復運動する。すなわち，第１スキャンミラー１２のいずれか一方１２ａがシリンダーミラー５の左側から右側にスキャンするために，第１スイッチミラー１１から第１楕円形ビーム２１を受ける瞬間，第１スキャンミラー１２の他方１２ｂはシリンダーミラー５に第１楕円形ビーム２１を伝送して右側から左側に復帰する。
【００３６】
前記スイッチミラー１１は，第１スキャンミラー１２が一方向にだけ第１楕円形レーザービーム２１をシリンダーミラー５に伝送するとき第１楕円形レーザービーム２１を第１スキャンミラー１２に伝送し，第１スキャンミラー１２が反対方向に第１楕円形ビーム２１をシリンダーミラー５に伝送するとき第１楕円形レーザービーム２１を遮断するので，スイッチミラー１１は第１楕円形レーザービーム２１がジグザグに照射されることを防止することができる。
【００３７】
前記第１スキャンミラー１２から伝送された第１楕円形ビーム２１はビームの進行の際，拡散しないので，第１スキャンミラー１２とシリンダーミラー５間の距離を大きくすることができ，第１スキャンミラー１２とシリンダーミラー５間の距離を増加させることにより第１楕円形ビーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さを増加させることで鋼板上に連続したスクラッチを長く形成することができる。
【００３８】
また，第１スキャンミラー１２の往復回転角度を変化させることにより，第１楕円形ビーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さを容易に調節することができる。この際，第１楕円形ビーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さが増加するように，第１スキャンミラー１２の往復回転角度を設定して鋼板上に３００ｍｍ以上の連続したスクラッチを付与することが好ましい。これにより，幅１０００ｍｍ以上の鋼板，特に約１２００ｍｍ幅の鋼板上に連続したスクラッチが鋼板幅に四つ以下で付与されるので，四つ以下のレーザーとミラー（スイッチミラー，トロイダルミラー，シリンダーミラー）及び４対以下のスキャンミラーによって効果的に磁区を微細化することができ，生産設備の効率性を極大化して維持補修コストを節減することになる。
【００３９】
シリンダーミラー５に到逹した第１楕円形ビーム２１はシリンダーミラー５によって第２楕円形ビーム２２に変形される。第２楕円形ビーム２２が鋼板２に照射されることにより，鋼板２の磁区が微細化される。
【００４０】
本発明の実施例において，レーザービームがミラー（トロイダルミラー，スイッチミラー，スキャンミラー，シリンダーミラーなど）に継続して照射されるので，ミラーの温度上昇を防ぐための冷却とほこりによる汚染を防止することが必要である。ミラーの冷却のために冷却水を利用することができる。例えば，支持部上にミラーを接着し，支持部の内部に微細管を形成し，冷却水を流すことができ（又は，ミラーそのものが支持体をも兼ねる場合には，ミラーそのものに冷却水を流すことができる），冷却水の流量調節によって冷却能を調節することができる。一方，レーザービームが照射されるミラーの表面のほこり汚染を防止するために，ミラーの表面上にエアカーテンを形成することができる。例えば，ミラーの表面に冷却用窒素を供給してミラーのほこり汚染及びミラーの温度上昇を同時に防止することができる。
【００４１】
図３を参照して，本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化装置のレーザービーム形状変化を説明する。第１レーザービーム９は円形である。第１レーザービーム９はトロイダルミラー１７によって第１楕円形ビーム２１に変形される。第１楕円形ビーム２１はシリンダーミラー５によって長い形態の第２楕円形ビーム２２に変形される。一対の第１スキャンミラー１２及び一対の第２スキャンミラー１３によって，鋼板２上に照射線２３，２４が交互に形成される。本発明の実施例によれば，円形ビームでない楕円形ビームを使用して磁区微細化を向上させるので，速いライン速度に対応することができる。これは，楕円形ビームが円形ビームより短時間に微細化をなすことができるからである。
【００４２】
図４を参照すれば，一対の第１スキャンミラー１２及び一対の第２スキャンミラー１３は前記シリンダーミラー５の長手方向に沿って前記第１楕円形ビーム２１を伝送する。前記シリンダーミラー５はその長手方向が鋼板２の幅方向に対して斜めに配置され，第２楕円形ビーム２２が鋼板２の幅方向に平行に照射される（図４で矢印は鋼板の進行方向を示す）。よって，鋼板にビームがジグザグに照射されないので，照射線の間隔が一定であって磁区微細化の効果を均一にすることができる。
【００４３】
前述したような電気鋼板の磁区微細化装置によって電気鋼板の磁区を微細化する方法を以下に説明する。まず，第１スキャンミラー１２ａ，１２ｂを運動方向が互いに反対になるように左右に往復運動させた状態で，レーザー発光部６から第１レーザービーム９を発生させる段階を遂行する。
【００４４】
ついで，円形の第１レーザービーム９をトロイダルミラー１７に伝送して第１楕円形ビーム９に変形する段階を遂行する。この際，前記第１楕円形ビーム２１の短軸の長さが第１レーザービーム９の直径より小さくなるようにすることが好ましい。これは，鋼板に照射されるビームの長軸が照射方向に形成されるようにするためである。
【００４５】
その後，第１楕円形ビーム２１を受けた第１スイッチミラー１１はスキャンミラー１２ａ，１２ｂに交互に第１楕円形ビーム２１を伝送する段階を遂行する。
【００４６】
前記スキャンミラー１２ａ，１２ｂのそれぞれは交互にスキャン方向に運動しながらスイッチミラー１１から交互に伝送された第１楕円形ビーム２１をスキャンする段階を遂行する。
【００４７】
ついで，鋼板に照射されるビームの形態をより適切に形成するために，前記第１楕円形ビーム２１をシリンダーミラー５によって第２楕円形ビーム２２に変形する段階を遂行する。第２楕円形ビーム２２は鋼板の幅方向に照射されてスクラッチを形成することで電気鋼板の磁区を微細化させる。
【００４８】
前述したような方法によって磁区微細化処理された鋼板はジグザグ形スクラッチなしに直線形のスクラッチが形成されるので，鉄損が大きく改善される。
【００４９】
また，照射方向に長軸を成す楕円形ビームによって照射されるので，レーザー照射速度が向上し，スクラッチの形成過程で鋼板表面にコーティングされた絶縁皮膜が損傷されることを防止することができる。
【００５０】
通常の鋼板は１０００ｍｍ以上の幅，特に約１２００ｍｍの幅を持つので，スクラッチの長さが３００ｍｍ未満の場合，五つ以上のスクラッチが鋼板の幅方向に付与される。これは磁区微細化による鉄損の改善効果を低下させる要因として作用するだけでなく，五つ以上のレーザーとミラー（スイッチミラー，トロイダルミラー，シリンダーミラー）及び５対以上のスキャンミラーを必要とするものなので，生産設備の効率性の面で適合せず維持補修コストを増加させる問題をもたらすことになる。したがって，長さ３００ｍｍ以上の連続したスクラッチを鋼板上に付与して，１０００ｍｍ以上の幅の鋼板，特に約１２００ｍｍ幅の鋼板上に一つないし四つのスクラッチを形成することが好ましい。
【００５１】
本発明の実施例で使用されるレーザーは連続波モードの二酸化炭素（ＣＯ2）レーザーである。レーザー出力強度は鉄損改善率が良好でありながらも鋼板表面のコーティング層が蒸発しない適正範囲内で調節する。
【００５２】
それぞれのレーザー発光部から発光された二つのレーザービーム８，９は鋼板２上にそれぞれ幅方向に６００ｍｍずつ照射することが効果的である。これは，現在までスキャンミラー１０，１１の運動速度の限界に起因する。本発明の一実施例によれば，スキャンミラー１０，１１の往復運動速度を考慮して，それぞれのレーザー発光部から発光された二つのビーム８，９を幅１２００ｍｍの鋼板２上にそれぞれ幅方向に６００ｍｍずつ照射して二つのスクラッチを形成した。レーザー発光部から発光されたレーザービーム９は直径が２５ｍｍ程度である円形であり，トロイダルミラー１７によってビームの形状が直径２５ｍｍの円形から長軸２５ｍｍ，短軸８ｍｍの楕円形に変化され，シリンダーミラー５によってビームの形状が長軸８ｍｍ，短軸０．２ｍｍ程度の楕円形に変化される。
【００５３】
鋼板速度２０ｍｐｍ，スクラッチ間隔５ｍｍの条件下でレーザーを照射して磁区を微細化した結果，ジグザグ線が発生しない６００ｍｍの連続した直線形スクラッチが鋼板上に形成され，鉄損改善率は平均１０％で，良好であった。また，鋼板の速度を３０ｍｐｍ，５０ｍｐｍ，８０ｍｐｍにして前記スクラッチを形成した結果においても，ジグザグ線が発生しない６００ｍｍの連続した直線形スクラッチが鋼板上に形成され，鉄損改善率も１０±２％で，良好であった。この結果から，本発明の磁区微細化方法によれば，２０ｍｐｍ以上，８０ｍｐｍ以下の速い鋼板速度においても有効に磁区を微細化することができることを確認することができた。
【００５４】
図５はレーザー出力強度による方向性電気鋼板の鉄損改善率を示す。試験に使用された試料は磁束密度Ｂ１０＝１．９２Ｔｅｓｌａ，鉄損（Ｗ１７/５０）＝０．９０ｗａｔｔ/ｋｇであった。試験に使用されたレーザーはＣＯ2レーザーであり，レーザーのビームモードは連続波モードである。図５から，レーザー出力強度１．１ＫＷ以上では鉄損改善率が約１０％であることが分かる。また，２．３ＫＷ以上では鉄損改善率は良いが，鋼板表面コーティング層が蒸発する現象が現れた。したがって，十分な磁区微細化効果を奏する好ましい領域は１．０ＫＷ〜２．２ＫＷの範囲に限定することが好ましい。
【００５５】
本発明の実施例によれば，電気鋼板の磁区微細化装置は騷音が少なく，維持補修が極めて簡単で低費用である利点がある。また，電気鋼板のコーティング層が劣化しないので，再コーティングの必要がない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は低鉄損及び低騒音の方向性電気鋼板の製造装置に係り，より詳しくは電気鋼板の磁区微細化装置，前記装置を用いて電気鋼板の磁区を微細化する方法，及び前記方法を用いて磁区を微細化させた電気鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電気鋼板は圧延方向に｛１１０｝＜００１＞方位の集合組職を発達させたものである。アメリカ特許第１，９６５，５５９号は方向性電気鋼板の製造方法を初めに開示した。その後，製造方法の多くの改善とともに新しい製造方法が提示されて来た。方向性電気鋼板の製造において共通的なものは，抑制剤と呼ばれる１次再結晶粒の成長抑制機能をする析出物又は粒界偏析元素を用いるものである。この抑制剤は１次再結晶された結晶粒の成長を抑制し，成長が抑制された結晶粒の中で｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒が優先的に成長するようにする役目をするものである。これを２次再結晶といい，このように適切な抑制剤を使用して｛１１０｝＜００１＞方位の２次再結晶粒を圧延方向に発達させることが方向性電気鋼板の製造技術の核心である。
【０００３】
しかし，実際の電気鋼板においては，各結晶粒の（１１０）面は板面から少し傾き，また［００１］方向は圧延方向からも僅かに傾いている。ところが，電気鋼板の磁気的特性はこの傾いた程度に大きく影響され，この分野の研究者らはすべての結晶粒を（１１０）［００１］理想方位に近くなるようにすることで，鉄損を低めることに最大の努力を傾けている。その結果，現在は，板厚が０．２３ｍｍであるとき，Ｗ１７／５０が０．８５ｗａｔｔ／ｋｇ程度の低い鉄損値を持つ電気鋼板が工業的に生産される。ここで，Ｗ１７／５０は磁束密度１．７Ｔｅｓｌａ，５０Ｈｚの鉄損を言う。
【０００４】
しかし，各結晶粒を理想方位に近接させることだけで，鉄損を低めるのには限界がある。一般に，鉄損は結晶方位の外にも結晶粒度にも依存する。方向性電気鋼板において結晶粒サイズは前述した（１１０）［００１］結晶方位を得るために数ｍｍないし数ｃｍの範囲である。この結晶粒サイズは現在研究者が任意に調節することができない。その理由は，長期間の熱処理過程によって（１１０）［００１］結晶方位を優先的に得なければならないからである。したがって，研究者は人為的な結晶粒サイズの調節のための技術を開発するに至った。人為的な結晶粒サイズの調節技術は，２次再結晶が完了し，最終の絶縁及び張力コーティングが施された後，硬化が済んだ最終製品を用いて，アメリカ特許第３，６４７，５７５号のように，鋼板表面に先の鋭い道具，つまり刀や鉄ブラシなどで鋭い傷を出す方法が登場した。
【０００５】
その後，より進歩した方法として，レーザーを鋼板の表面に照射して人為的な結晶粒界のような不連続面を提供することで鉄損を減少させるものが現れた。また，レーザー種類はＮｄ−ＹＡＧレーザーであり，Ｑ−スイッチモードが使用されている。これは，鋼板にレーザービームを照射するとき，鋼板の表面に塗布されたコーティング層がレーザービームの衝撃によって蒸発するため，さらにコーティングを施さなければならず，これは生産性を阻害する要因となる。
その後，レーザービームをスキャンする装置として，平面鏡を用いて，鋼板の幅方向にレーザービームを往復運動させるレーザー照射装置が登場したが，この装置はそれ以上発展できなかった。その理由は次の通りである。第１に，レーザービームが鏡の一点を継続して照射するので，鏡がレーザー出力エネルギーを受けて一部を反射しながら一部は吸収することによって内部温度が上昇することにより破損しやすかった。結局，鏡の熱的問題を解決することができなかったので，この技術はそれ以上発展しなかった。第２に，鏡が往復運動することにより鋼板上の照射線がジグザグ形に形成される。これは，照射線の間隔が連続して変化するため，効果が均一に得られない欠点があった。第３に，鏡の往復速度が速くなかったため，生産性が低かった。
【０００６】
前記平面鏡から生じる問題点を解決するために，多面鏡を用いるレーザービーム照射鏡が提案された。これは，円形の回転体の表面に多数枚の平面鏡を付着し回転体を回転させるので，それぞれの鏡は短時間の間にレーザービームを鋼板表面に照射し，ついで隣接した他の鏡がレーザービームを受けて照射することを連続して生じさせる方式である。しかし，多面鏡の方式は，回転体の直径が３００ｍｍ以上で，高価な鏡を数十枚も装着するため，騒音が大きく，値段が高いという問題点がある。また，Ｎｄ−ＹＡＧレーザーとＱ−スイッチモードを使用するため，鋼板のコーティングが劣化することを避けることができなかった。
【０００７】
また，レーザービームが平行レンズを通じて平行ビームに集束されるとき，平行ビームが多面鏡に入射した後，入射平行ビームはＦθレンズを通じて集束されてから鋼板に照射される。集束されたレーザービームは距離に比例して拡散されるため，多面鏡とＦθレンズとの間の距離増加に限界があり，よって多面鏡を用いるレーザービームの照射距離は大きくても数十ｍｍである。したがって，多面鏡を用いるレーザー照射装置において，多面鏡を用いる照射幅は数十ｍｍであるため，電気鋼板の幅が１０００ｍｍであると仮定すれば，少なくとも１０個の多面鏡とこの多面鏡の数に対応するレーザーが必要である。また，照射領域間の境界が二重に照射されるので，鉄損の改良効果が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって，本発明は前記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので，その目的は，方向性電気鋼板の表面にレーザービームを照射することで，鉄損を減少させるとともに騒音の原因となる磁気歪を低減させる装置を提供することであり，特に二つのレーザーと６枚の平面鏡を用いて鋼板幅にレーザービームを照射することにより，磁区微細化効果に優れ，コーティング層の劣化がないので再コーティングが必要でない磁区微細化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために，本発明の第１の側面は，レーザービームを発生させるレーザー発光部と；前記レーザー発光部から発生されたレーザービームを受けて伝送方向を変換しながら交互に伝送するスイッチミラーと；前記スイッチミラーから交互に伝送されるレーザービームをスキャンして電気鋼板に交互に照射する一対のスキャンミラーと；を含む光学系を含んでなる，電気鋼板の磁区微細化装置を提供する。
【００１０】
前記装置において，前記一対のスキャンミラーは互いに反対方向に左右に往復運動をする。
【００１１】
また，前記スイッチミラーは，スキャンミラーが特定の方向に駆動するときだけビームを伝送し，反対方向に駆動するときはビームを伝送しないようにすることで，一対のスキャンミラーのそれぞれにレーザービームを交互に伝送する。
【００１２】
この際，前記装置は，前記レーザー発光部とスイッチミラーの間に備えられ，レーザー発光部から伝送されたレーザービームを楕円形に変形させてスイッチミラーに伝送するトロイダルミラーと；前記電気鋼板の上部に備えられ，スキャンミラーから伝送された楕円形のレーザービームを他の形態の楕円形レーザービームに変形させて電気鋼板に照射するシリンダーミラーと；をさらに含む。
【００１３】
前記磁区微細化装置は，前記電気鋼板の幅方向にレーザービームの照射範囲を倍加させるために，複数の光学系を備える。
【００１４】
前記装置において，前記一対のスキャンミラーのそれぞれは銅の支持部上に接着され，前記銅の支持部の内部には冷却水が通過するように微細な管が形成されている。
【００１５】
また，前記装置において，前記一対のスキャンミラーのそれぞれの表面には冷却用窒素が噴射されることにより，スキャンミラーの冷却とほこり汚染を防止する。
【００１６】
また，前記装置において，前記レーザーとしては連続波モードを持つ二酸化炭素レーザーが使用されることにより，鋼板のコーティング被膜の損傷を防止し，前記レーザー発光部と前記トロイダルミラーの間には，前記レーザービームを反射して前記トロイダルミラーに伝送する反射ミラーが備えられる。
【００１７】
本発明の別の側面では，レーザービームを電気鋼板に照射して鋼板の幅方向にジグザグ線を有しないスクラッチを形成する電気鋼板の磁区微細化方法において，前記レーザービームを左右に往復運動する一対のスキャンミラーのそれぞれに交互に伝送する段階と；前記一対のスキャンミラーを交互にスキャン方向に移動させることでレーザービームを鋼板に照射する段階と；を含んでなる，電気鋼板の磁区微細化方法を提供する。
【００１８】
前記電気鋼板の磁区微細化方法は，レーザービームの形状を楕円形に変形させることで，楕円形レーザービームの長軸をレーザービームの照射方向と平行にしてレーザービームの照射速度を向上させる段階をさらに含む。
【００１９】
前記方法において，前記レーザービームを楕円形に変形させる段階は２回以上実施してレーザービームのスポットの形状をさらに微細にする。
【００２０】
この際，前記レーザービームを楕円形に変形させる段階は，曲面状のトロイダルミラー又は曲面状のシリンダーミラーにレーザービームを伝送することによって実施する。
【００２１】
本発明のさらに別の側面は，絶縁皮膜がコーティングされた電気鋼板上にレーザービームによって電気鋼板の幅方向に多数のスクラッチが形成された電気鋼板において，前記電気鋼板には長さ３００ｍｍ以上の連続した直線形スクラッチが形成され，コーティングされた絶縁皮膜はスクラッチによって損傷されていない，磁区微細化処理された電気鋼板を提供する。
【００２２】
この際，前記電気鋼板は２０ｍｐｍ以上の鋼板速度で磁区微細化処理される。また，前記電気鋼板はジグザグ線がないスクラッチを備える。また，前記電気鋼板は，幅１０００ｍｍ以上の鋼板上にスクラッチが鋼板の幅方向に一つないし四つ形成される。
【００２３】
本発明のさらに別の側面は，前記磁区微細化方法によって磁区微細化処理された電気鋼板を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による方向性電気鋼板の磁区微細化装置は，鉄損を１０％以上減少するとともにコーティング層が劣化しない利点がある。また，本発明による方向性電気鋼板の磁区微細化装置は，従来の大型多面鏡型とは異なり，極小型の平面スキャンミラーとスイッチミラーを互いに連動させてレーザービームを鋼板上に連続して照射するので，ジグザグ形のラインパターンのスクラッチを形成せずに３００ｍｍ以上の連続したスクラッチが電気鋼板上に形成され，その結果，鋼板の広い幅に照射することができ，トロイダルミラーとシリンダーミラーが最少のレーザー及びミラー（スイッチミラー及びスキャンミラー）とともに使用され，よって電気鋼板の照射範囲が倍加され，電気鋼板の磁区微細化を速いライン速度でなすことができる利点がある。また，本発明による方向性電気鋼板の磁区微細化装置は，騒音がなくて管理補修が極めて容易であるので，従来の装置に比べ，環境に優しく，且つ生産コストを格段に節減することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化過程を説明する概略図である。
【図２】本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化装置を説明する図である。
【図３】本発明の実施例による磁区微細化装置におけるレーザービームの形状変化を説明する図である。
【図４】本発明の実施例によってシリンダーミラーが鋼板に斜めに配置された状態を説明する図である。
【図５】レーザー出力強度による鉄損改善効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下，本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者が本発明の技術的思想を容易に実施することができるように本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。しかし，本発明は以下の実施例に限定されることなく他の形態においても具現化可能である。以下の実施例は，本発明の範囲及び精神を完全に理解できるようにかつ本発明の技術的思想を当業者に十分に伝達することができるように提供するものである。
【００２７】
本発明の実施例において，第１及び第２などの用語は本発明の構成要素を説明するために使用するもので，本発明の構成要素をこれら用語に限定して解釈してはいけない。これら用語は所定の構成要素を他の構成要素と区別するために使用される。
【００２８】
以下，図面を参照するが，同一符号は全図にわたって同一ないし類似の構成要素を指示するのに使用される。
【００２９】
図１は電気鋼板の磁区微細化過程を説明する概略図である。図１を参照すれば，ロール状態の鋼板２は巻出リール(pay off reel)１から解けて，第１ピンチロール(pinch roll)３及び第２ピンチロール３’によって経路ライン(path line)をなす。これにより，鋼板２は巻出リール１から解けて巻取ロール１４に再び巻き取られる。第１レーザー発光部６から発光した第１レーザービーム９は一対の第１スキャンミラー１２に到逹する。一対の第１スキャンミラー１２は左右に往復運動しながら第１レーザービーム９を放物面反射鏡であるシリンダーミラー５に照射する。
【００３０】
シリンダーミラー５はその下で移送される鋼板２上にレーザービームを照射して鋼板２の磁区を微細化させる。同様な方式で，第２レーザー発光部７，第２レーザービーム８，一対の第２スキャンミラー１３，シリンダーミラー５によって鋼板２の磁区が微細化される。
【００３１】
レーザービームが照射された鋼板２は連続式鉄損測定器３０を通過すると同時に鋼板の鉄損が測定される。磁区微細化装置を通過するに先立ち，鋼板２上にＸ線厚さ測定器４が配置される。測定された鉄損とＸ線厚さの信号によって，単位重量当たり鉄損を表示することできる。これにより，作業者が磁区微細化の効果を認識することができる。
【００３２】
以下，図２を参照して，本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化装置を詳細に説明する。
【００３３】
電気鋼板の磁区微細化装置１００は，第１光学系と第２光学系でなり，第１光学系と第２光学系は鋼板２の幅方向にそれぞれ２分の１領域にレーザービームを照射する。例えば，第１及び第２光学系はそれぞれ幅方向に６００ｍｍにわたってレーザービームを照射する。前記第１光学系は，第１レーザー発光部６，一対の第１反射鏡１５，１６，第１トロイダルミラー１７，第１スイッチミラー１１，一対の第１スキャンミラー１２，及びシリンダーミラー５で構成される。前記第２光学系は，第２レーザー発光部７，一対の第２反射鏡１８，１９，第２トロイダルミラー２０，第２スイッチミラー１０，一対の第２スキャンミラー１３，及びシリンダーミラー５で構成される。
【００３４】
前記第１光学系と第２光学系は同一方式で駆動するので，第１光学系についてだけ以下に説明する。
【００３５】
前記第１光学系は，第１レーザー発光部６から円形の第１レーザービーム９が発光される。前記第１レーザービーム９としては，ビームの進行の際に拡散しない連続波モード(continuous wave mode)の二酸化炭素（ＣＯ2）レーザーが適当であり，発光された第１レーザービーム９を集光するためのコリメートレンズを必要としない。前記第１レーザービーム９は一対の第１反射鏡１５，１６によって経路が修正されて第１トロイダルミラー１７に到逹する。前記第１トロイダルミラー１７は曲面鏡であって，円形の第１レーザービーム９を第１楕円形ビーム２１に変形させる。第１楕円形ビーム２１は第１トロイダルミラー１７から第１スイッチミラー１１に伝送される。第１スイッチミラー１１は一対の第１スキャンミラー１２のいずれか一方に第１楕円形ビーム２１を交互に伝送する。二つの第１スキャンミラー１２は互いに反対方向に往復運動する。すなわち，第１スキャンミラー１２のいずれか一方１２ａがシリンダーミラー５の左側から右側にスキャンするために，第１スイッチミラー１１から第１楕円形ビーム２１を受ける瞬間，第１スキャンミラー１２の他方１２ｂはシリンダーミラー５に第１楕円形ビーム２１を伝送して右側から左側に復帰する。
【００３６】
前記スイッチミラー１１は，第１スキャンミラー１２が一方向にだけ第１楕円形レーザービーム２１をシリンダーミラー５に伝送するとき第１楕円形レーザービーム２１を第１スキャンミラー１２に伝送し，第１スキャンミラー１２が反対方向に第１楕円形ビーム２１をシリンダーミラー５に伝送するとき第１楕円形レーザービーム２１を遮断するので，スイッチミラー１１は第１楕円形レーザービーム２１がジグザグに照射されることを防止することができる。
【００３７】
前記第１スキャンミラー１２から伝送された第１楕円形ビーム２１はビームの進行の際，拡散しないので，第１スキャンミラー１２とシリンダーミラー５間の距離を大きくすることができ，第１スキャンミラー１２とシリンダーミラー５間の距離を増加させることにより第１楕円形ビーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さを増加させることで鋼板上に連続したスクラッチを長く形成することができる。
【００３８】
また，第１スキャンミラー１２の往復回転角度を変化させることにより，第１楕円形ビーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さを容易に調節することができる。この際，第１楕円形ビーム２１のシリンダーミラー５への連続照射長さが増加するように，第１スキャンミラー１２の往復回転角度を設定して鋼板上に３００ｍｍ以上の連続したスクラッチを付与することが好ましい。これにより，幅１０００ｍｍ以上の鋼板，特に約１２００ｍｍ幅の鋼板上に連続したスクラッチが鋼板幅に四つ以下で付与されるので，四つ以下のレーザーとミラー（スイッチミラー，トロイダルミラー，シリンダーミラー）及び４対以下のスキャンミラーによって効果的に磁区を微細化することができ，生産設備の効率性を極大化して維持補修コストを節減することになる。
【００３９】
シリンダーミラー５に到逹した第１楕円形ビーム２１はシリンダーミラー５によって第２楕円形ビーム２２に変形される。第２楕円形ビーム２２が鋼板２に照射されることにより，鋼板２の磁区が微細化される。
【００４０】
本発明の実施例において，レーザービームがミラー（トロイダルミラー，スイッチミラー，スキャンミラー，シリンダーミラーなど）に継続して照射されるので，ミラーの温度上昇を防ぐための冷却とほこりによる汚染を防止することが必要である。ミラーの冷却のために冷却水を利用することができる。例えば，支持部上にミラーを接着し，支持部の内部に微細管を形成し，冷却水を流すことができ（又は，ミラーそのものが支持体をも兼ねる場合には，ミラーそのものに冷却水を流すことができる），冷却水の流量調節によって冷却能を調節することができる。一方，レーザービームが照射されるミラーの表面のほこり汚染を防止するために，ミラーの表面上にエアカーテンを形成することができる。例えば，ミラーの表面に冷却用窒素を供給してミラーのほこり汚染及びミラーの温度上昇を同時に防止することができる。
【００４１】
図３を参照して，本発明の実施例による電気鋼板の磁区微細化装置のレーザービーム形状変化を説明する。第１レーザービーム９は円形である。第１レーザービーム９はトロイダルミラー１７によって第１楕円形ビーム２１に変形される。第１楕円形ビーム２１はシリンダーミラー５によって長い形態の第２楕円形ビーム２２に変形される。一対の第１スキャンミラー１２及び一対の第２スキャンミラー１３によって，鋼板２上に照射線２３，２４が交互に形成される。本発明の実施例によれば，円形ビームでない楕円形ビームを使用して磁区微細化を向上させるので，速いライン速度に対応することができる。これは，楕円形ビームが円形ビームより短時間に微細化をなすことができるからである。
【００４２】
図４を参照すれば，一対の第１スキャンミラー１２及び一対の第２スキャンミラー１３は前記シリンダーミラー５の長手方向に沿って前記第１楕円形ビーム２１を伝送する。前記シリンダーミラー５はその長手方向が鋼板２の幅方向に対して斜めに配置され，第２楕円形ビーム２２が鋼板２の幅方向に平行に照射される（図４で矢印は鋼板の進行方向を示す）。よって，鋼板にビームがジグザグに照射されないので，照射線の間隔が一定であって磁区微細化の効果を均一にすることができる。
【００４３】
前述したような電気鋼板の磁区微細化装置によって電気鋼板の磁区を微細化する方法を以下に説明する。まず，第１スキャンミラー１２ａ，１２ｂを運動方向が互いに反対になるように左右に往復運動させた状態で，レーザー発光部６から第１レーザービーム９を発生させる段階を遂行する。
【００４４】
ついで，円形の第１レーザービーム９をトロイダルミラー１７に伝送して第１楕円形ビーム９に変形する段階を遂行する。この際，前記第１楕円形ビーム２１の短軸の長さが第１レーザービーム９の直径より小さくなるようにすることが好ましい。これは，鋼板に照射されるビームの長軸が照射方向に形成されるようにするためである。
【００４５】
その後，第１楕円形ビーム２１を受けた第１スイッチミラー１１はスキャンミラー１２ａ，１２ｂに交互に第１楕円形ビーム２１を伝送する段階を遂行する。
【００４６】
前記スキャンミラー１２ａ，１２ｂのそれぞれは交互にスキャン方向に運動しながらスイッチミラー１１から交互に伝送された第１楕円形ビーム２１をスキャンする段階を遂行する。
【００４７】
ついで，鋼板に照射されるビームの形態をより適切に形成するために，前記第１楕円形ビーム２１をシリンダーミラー５によって第２楕円形ビーム２２に変形する段階を遂行する。第２楕円形ビーム２２は鋼板の幅方向に照射されてスクラッチを形成することで電気鋼板の磁区を微細化させる。
【００４８】
前述したような方法によって磁区微細化処理された鋼板はジグザグ形スクラッチなしに直線形のスクラッチが形成されるので，鉄損が大きく改善される。
【００４９】
また，照射方向に長軸を成す楕円形ビームによって照射されるので，レーザー照射速度が向上し，スクラッチの形成過程で鋼板表面にコーティングされた絶縁皮膜が損傷されることを防止することができる。
【００５０】
通常の鋼板は１０００ｍｍ以上の幅，特に約１２００ｍｍの幅を持つので，スクラッチの長さが３００ｍｍ未満の場合，五つ以上のスクラッチが鋼板の幅方向に付与される。これは磁区微細化による鉄損の改善効果を低下させる要因として作用するだけでなく，五つ以上のレーザーとミラー（スイッチミラー，トロイダルミラー，シリンダーミラー）及び５対以上のスキャンミラーを必要とするものなので，生産設備の効率性の面で適合せず維持補修コストを増加させる問題をもたらすことになる。したがって，長さ３００ｍｍ以上の連続したスクラッチを鋼板上に付与して，１０００ｍｍ以上の幅の鋼板，特に約１２００ｍｍ幅の鋼板上に一つないし四つのスクラッチを形成することが好ましい。
【００５１】
本発明の実施例で使用されるレーザーは連続波モードの二酸化炭素（ＣＯ2）レーザーである。レーザー出力強度は鉄損改善率が良好でありながらも鋼板表面のコーティング層が蒸発しない適正範囲内で調節する。
【００５２】
それぞれのレーザー発光部から発光された二つのレーザービーム８，９は鋼板２上にそれぞれ幅方向に６００ｍｍずつ照射することが効果的である。これは，現在までスキャンミラー１０，１１の運動速度の限界に起因する。本発明の一実施例によれば，スキャンミラー１０，１１の往復運動速度を考慮して，それぞれのレーザー発光部から発光された二つのビーム８，９を幅１２００ｍｍの鋼板２上にそれぞれ幅方向に６００ｍｍずつ照射して二つのスクラッチを形成した。レーザー発光部から発光されたレーザービーム９は直径が２５ｍｍ程度である円形であり，トロイダルミラー１７によってビームの形状が直径２５ｍｍの円形から長軸２５ｍｍ，短軸８ｍｍの楕円形に変化され，シリンダーミラー５によってビームの形状が長軸８ｍｍ，短軸０．２ｍｍ程度の楕円形に変化される。
【００５３】
鋼板速度２０ｍｐｍ，スクラッチ間隔５ｍｍの条件下でレーザーを照射して磁区を微細化した結果，ジグザグ線が発生しない６００ｍｍの連続した直線形スクラッチが鋼板上に形成され，鉄損改善率は平均１０％で，良好であった。また，鋼板の速度を３０ｍｐｍ，５０ｍｐｍ，８０ｍｐｍにして前記スクラッチを形成した結果においても，ジグザグ線が発生しない６００ｍｍの連続した直線形スクラッチが鋼板上に形成され，鉄損改善率も１０±２％で，良好であった。この結果から，本発明の磁区微細化方法によれば，２０ｍｐｍ以上，８０ｍｐｍ以下の速い鋼板速度においても有効に磁区を微細化することができることを確認することができた。
【００５４】
図５はレーザー出力強度による方向性電気鋼板の鉄損改善率を示す。試験に使用された試料は磁束密度Ｂ１０＝１．９２Ｔｅｓｌａ，鉄損（Ｗ１７/５０）＝０．９０ｗａｔｔ/ｋｇであった。試験に使用されたレーザーはＣＯ2レーザーであり，レーザーのビームモードは連続波モードである。図５から，レーザー出力強度１．１ＫＷ以上では鉄損改善率が約１０％であることが分かる。また，２．３ＫＷ以上では鉄損改善率は良いが，鋼板表面コーティング層が蒸発する現象が現れた。したがって，十分な磁区微細化効果を奏する好ましい領域は１．０ＫＷ〜２．２ＫＷの範囲に限定することが好ましい。
【００５５】
本発明の実施例によれば，電気鋼板の磁区微細化装置は騷音が少なく，維持補修が極めて簡単で低費用である利点がある。また，電気鋼板のコーティング層が劣化しないので，再コーティングの必要がない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを発生させるレーザー発光部と；
前記レーザー発光部から発生されたレーザービームを受けて伝送方向を変換しながら交互に伝送するスイッチミラーと；
前記スイッチミラーから交互に伝送されるレーザービームをスキャンして電気鋼板に交互に照射する一対のスキャンミラーと；を含む光学系を含んでなることを特徴とする電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項２】
前記一対のスキャンミラーは互いに反対方向に左右に往復運動をすることを特徴とする請求項１記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項３】
前記スイッチミラーは，スキャンミラーが特定の方向に駆動するときだけビームを伝送し，反対方向に駆動するときはビームを伝送しないようにすることで，一対のスキャンミラーのそれぞれにレーザービームを交互に伝送することを特徴とする請求項１記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項４】
前記レーザー発光部とスイッチミラーの間に備えられ，レーザー発光部から伝送されたレーザービームを楕円形に変形させてスイッチミラーに伝送するトロイダルミラーと；
前記電気鋼板の上部に備えられ，スキャンミラーから伝送された楕円形のレーザービームを他の形態の楕円形レーザービームに変形させて電気鋼板に照射するシリンダーミラーと；をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項５】
前記磁区微細化装置は，前記電気鋼板の幅方向にレーザービームの照射範囲を倍加させるために，複数の光学系を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項６】
前記一対のスキャンミラーのそれぞれは銅の支持部上に接着され，前記銅の支持部の内部には冷却水が通過するように微細な管が形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項７】
前記一対のスキャンミラーのそれぞれの表面には冷却用窒素が噴射されることにより，スキャンミラーの冷却とほこり汚染を防止することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項８】
前記レーザーとしては連続波モードを持つ二酸化炭素レーザーが使用されることにより，鋼板のコーティング被膜の損傷を防止することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項９】
前記レーザー発光部と前記トロイダルミラーの間には，前記レーザービームを反射して前記トロイダルミラーに伝送する反射ミラーが備えられることを特徴とする請求項４記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１０】
レーザービームを電気鋼板に照射して鋼板の幅方向にジグザグ線を有しないスクラッチを形成する電気鋼板の磁区微細化方法において，
前記レーザービームを左右に往復運動する一対のスキャンミラーのそれぞれに交互に伝送する段階と；
前記一対のスキャンミラーを交互にスキャン方向に移動させることでレーザービームを鋼板に照射する段階と；を含んでなることを特徴とする電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１１】
前記電気鋼板の磁区微細化方法は，
レーザービームの形状を楕円形に変形させることで，楕円形レーザービームの長軸をレーザービームの照射方向と平行にしてレーザービームの照射速度を向上させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１２】
前記レーザービームを楕円形に変形させる段階を２回以上実施してレーザービームのスポットの形状をさらに微細にすることを特徴とする請求項１１記載の電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１３】
前記レーザービームを楕円形に変形させる段階は，曲面状のトロイダルミラー又は曲面状のシリンダーミラーにレーザービームを伝送することによって実施することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１４】
絶縁皮膜がコートされた電気鋼板上にレーザービームによって電気鋼板の幅方向に多数のスクラッチを形成した電気鋼板において，前記電気鋼板には長さ３００ｍｍ以上の連続した直線形スクラッチが形成され，コーティングされた絶縁皮膜はスクラッチによって損傷されないことを特徴とする磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１５】
前記電気鋼板はジグザグ線がないスクラッチを備えることを特徴とする請求項１４記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１６】
前記電気鋼板は，幅１０００ｍｍ以上の鋼板上にスクラッチが鋼板の幅方向に一つないし四つ形成されることを特徴とする請求項１４記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１７】
前記電気鋼板は２０ｍｐｍ以上の鋼板速度で磁区微細化処理されて製造されたことを特徴とする請求項１４〜１６いずれか１項記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１８】
レーザービームによってスクラッチが幅方向に多数形成された電気鋼板において，幅１０００ｍｍ以上の鋼板上にスクラッチが鋼板の幅方向に一つないし四つ形成されたことを特徴とする磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１９】
前記電気鋼板は２０ｍｐｍ以上の鋼板速度で磁区微細化処理されて製造されたことを特徴とする請求項１８記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項２０】
請求項１０〜請求項１３いずれか１項の磁区微細化方法によって磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１】
レーザービームを発生させるレーザー発光部と；
前記レーザー発光部から発生されたレーザービームを受けて伝送方向を変換しながら交互に伝送するスイッチミラーと；
前記スイッチミラーから交互に伝送されるレーザービームをスキャンして電気鋼板に交互に照射する一対のスキャンミラーと；を含む光学系を含んでなることを特徴とする電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項２】
前記一対のスキャンミラーは互いに反対方向に左右に往復運動をすることを特徴とする請求項１記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項３】
前記スイッチミラーは，スキャンミラーが特定の方向に駆動するときだけビームを伝送し，反対方向に駆動するときはビームを伝送しないようにすることで，一対のスキャンミラーのそれぞれにレーザービームを交互に伝送することを特徴とする請求項１記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項４】
前記レーザー発光部とスイッチミラーの間に備えられ，レーザー発光部から伝送されたレーザービームを楕円形に変形させてスイッチミラーに伝送するトロイダルミラーと；
前記電気鋼板の上部に備えられ，スキャンミラーから伝送された楕円形のレーザービームを他の形態の楕円形レーザービームに変形させて電気鋼板に照射するシリンダーミラーと；をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項５】
前記磁区微細化装置は，前記電気鋼板の幅方向にレーザービームの照射範囲を倍加させるために，複数の光学系を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項６】
前記一対のスキャンミラーのそれぞれは銅の支持部上に接着され，前記銅の支持部の内部には冷却水が通過するように微細な管が形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項７】
前記一対のスキャンミラーのそれぞれの表面には冷却用窒素が噴射されることにより，スキャンミラーの冷却とほこり汚染を防止することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項８】
前記レーザーとしては連続波モードを持つ二酸化炭素レーザーが使用されることにより，鋼板のコーティング被膜の損傷を防止することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項９】
前記レーザー発光部と前記トロイダルミラーの間には，前記レーザービームを反射して前記トロイダルミラーに伝送する反射ミラーが備えられることを特徴とする請求項４記載の電気鋼板の磁区微細化装置。
【請求項１０】
レーザービームを電気鋼板に照射して鋼板の幅方向にジグザグ線を有しないスクラッチを形成する電気鋼板の磁区微細化方法において，
前記レーザービームを左右に往復運動する一対のスキャンミラーのそれぞれに交互に伝送する段階と；
前記一対のスキャンミラーを交互にスキャン方向に移動させることでレーザービームを鋼板に照射する段階と；を含んでなることを特徴とする電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１１】
前記電気鋼板の磁区微細化方法は，
レーザービームの形状を楕円形に変形させることで，楕円形レーザービームの長軸をレーザービームの照射方向と平行にしてレーザービームの照射速度を向上させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１２】
前記レーザービームを楕円形に変形させる段階を２回以上実施してレーザービームのスポットの形状をさらに微細にすることを特徴とする請求項１１記載の電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１３】
前記レーザービームを楕円形に変形させる段階は，曲面状のトロイダルミラー又は曲面状のシリンダーミラーにレーザービームを伝送することによって実施することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電気鋼板の磁区微細化方法。
【請求項１４】
絶縁皮膜がコートされた電気鋼板上にレーザービームによって電気鋼板の幅方向に多数のスクラッチを形成した電気鋼板において，前記電気鋼板には長さ３００ｍｍ以上の連続した直線形スクラッチが形成され，コーティングされた絶縁皮膜はスクラッチによって損傷されないことを特徴とする磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１５】
前記電気鋼板はジグザグ線がないスクラッチを備えることを特徴とする請求項１４記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１６】
前記電気鋼板は，幅１０００ｍｍ以上の鋼板上にスクラッチが鋼板の幅方向に一つないし四つ形成されることを特徴とする請求項１４記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１７】
前記電気鋼板は２０ｍｐｍ以上の鋼板速度で磁区微細化処理されて製造されたことを特徴とする請求項１４〜１６いずれか１項記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１８】
レーザービームによってスクラッチが幅方向に多数形成された電気鋼板において，幅１０００ｍｍ以上の鋼板上にスクラッチが鋼板の幅方向に一つないし四つ形成されたことを特徴とする磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項１９】
前記電気鋼板は２０ｍｐｍ以上の鋼板速度で磁区微細化処理されて製造されたことを特徴とする請求項１８記載の磁区微細化処理された電気鋼板。
【請求項２０】
請求項１０〜請求項１３いずれか１項の磁区微細化方法によって磁区微細化処理された電気鋼板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１１−５１１１５２（Ｐ２０１１−５１１１５２Ａ）
【公表日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４０５６８（Ｐ２０１０−５４０５６８）
【出願日】平成２０年１２月２３日（２００８．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００７５９７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８２１５５
【国際公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（５０４２０１１８７）ポスコ (11)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２３日（２００８．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００７５９７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８２１５５
【国際公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（５０４２０１１８７）ポスコ (11)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]