(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃により、走行する金属ストリップの幅方向に連続して電子ビーム走査を行う電子ビーム照射装置であって、
該金属ストリップの電子ビームの照射面側に、電子ビームが通過するスリットを有する遮蔽板をそなえ、該遮蔽板は、該スリットの角度を該金属ストリップの通板速度に応じて変えられる構造であることを特徴とする電子ビーム照射装置。
【請求項２】
前記遮蔽板が保温性を有し、さらに前記金属ストリップの電子ビームの非照射面側に保温板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ストリップに電子ビームを連続的に照射して、金属ストリップの特性を改善する際に用いる電子ビーム照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板は、主にトランスの鉄心として利用され、磁化特性に優れていること、特に鉄損が低いことが求められている。
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を(110)[001]方位（ゴス方位）に高度に揃えることや、製品中の不純物を低減することが重要である。
【０００３】
しかしながら、結晶方位の制御や不純物の低減は、製造コストとの兼ね合い等で限界があることから、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性を導入することにより、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
たとえば、特許文献１には、最終製品板にレーザーを照射し、鋼板表層に線状の高転位密度領域を導入することにより、磁区幅を狭くして鉄損を低減する技術が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、電子ビームの照射により磁区幅を制御する技術が提案されている。この電子ビーム照射によって鉄損を低減する方法では、電子ビームの走査は磁場制御によって高速に行うことが可能である。したがって、レーザーの光学的走査機構に見られるような機械的な可動部がないことから、特に１ｍ以上の広幅の連続したストリップに対して、連続かつ高速で電子ビームを照射しようとする場合に有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭57-2252号公報
【特許文献２】特公平06-072266号公報
【特許文献３】特開平03-287725号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子ビーム照射による方向性電磁鋼板の磁区細分化処理では、ビーム電流を小さく適正条件に制御することで、絶縁コーティングの損傷を最小限に抑制できる場合もあるが、近年の二次再結晶粒の方位集積度の先鋭化に伴い、磁区細分化処理前の磁区幅は一層広がる傾向にあるので、磁区細分化に必要な入射エネルギーは高まりつつある。
【０００７】
そのため、絶縁コーティングの損傷が無視できないレベルになりつつある。真空中にて絶縁コーティングに損傷が生じると、それに伴いコーティング成分が蒸発し、この蒸発成分が真空槽や電子銃を汚染するという問題を引き起こす。
また、真空槽に拡散した蒸発成分によって、電子ビームが散乱し、磁区細分化効果のばらつきが惹起される場合もあった。
【０００８】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、高エネルギーで電子ビームを照射した際に懸念される、絶縁コーティングの損傷に伴い発生する蒸発成分に起因した悪影響を極力低減して、真空槽や電子銃の汚染を防止すると共に、電子ビーム照射による磁区細分化効果の劣化を招来することのない電子ビーム照射装置を提案することを目的とする。
また、本発明は、高エネルギーでの電子ビーム照射に伴ってもたらされる金属ストリップの温度上昇を効果的に保持して、より一層の磁区細分化効果を発現させることができる電子ビーム照射装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、入射エネルギーの増加に伴う絶縁コーティングの蒸発に起因した問題の解決策としては、ストリップの直上に、電子ビームが通過するスリットを設けた遮蔽板を設置することが有効であり、これにより、電子ビーム照射による真空槽や電子銃の汚染を防止することができ、併せて電子ビーム照射効果のばらつきも抑制できることの知見を得た。
また、入射エネルギーの増加に伴う、ストリップ温度が上昇する効果を活用するには、上記した遮蔽板を保温性の高い材料で作製すると共に、ストリップの直下に保温板を設置することが有効であり、これにより、より一層の磁区細分化効果が発現することを新たに見出した。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．電子銃により、走行する金属ストリップの幅方向に連続して電子ビーム走査を行う電子ビーム照射装置であって、
該金属ストリップの電子ビームの照射面側に、電子ビームが通過するスリットを有する遮蔽板をそなえ、該遮蔽板は、該スリットの角度を該金属ストリップの通板速度に応じて変えられる構造であることを特徴とする電子ビーム照射装置。
【００１１】
２．前記遮蔽板が保温性を有し、さらに前記金属ストリップの電子ビームの非照射面側に保温板を設けたことを特徴とする前記１に記載の電子ビーム照射装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子ビーム照射による磁区細分化のために、高エネルギーで電子ビームを照射した場合であっても、真空槽や電子銃の汚染を抑えることができ、併せて到達鉄損値をばらつきなく低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従う電子ビーム照射装置の要部を示した図である。
【図２】本発明に従う電子ビームの走査要領を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、金属ストリップに対して連続的に電子ビームを照射するものである。
以下、金属ストリップとして方向性電磁鋼板ストリップに電子ビームを照射する場合について説明する。
通常、方向性電磁鋼板に電子ビームを照射するには、方向性電磁鋼板ストリップを大気圧から差圧室を通して真空槽に導入し、真空槽で電子ビームを照射した後、再度、差圧室を通して大気圧へと導出する工程を経る。電子ビームを照射する真空槽内の圧力は10Pa以下とすることが、電子ビームの散乱を防止する上で有効である。ここに、真空槽内の圧力の下限については特に制限されないが、真空ポンプや差圧室の能力から、通常は0.01Pa程度とされる。なお、差圧室を用いずに、コイルまでの全設備を真空状態にする方法も取り得るが、差圧方式の方が真空設備の規模を小さくできる利点がある。
【００１５】
さて、高エネルギーで電子ビームを照射した場合、絶縁コーティングが損傷し、その際発生する蒸発成分が真空槽や電子銃を汚染する弊害が生じることは、前述したとおりである。
そこで、本発明では、上記の蒸発成分が飛散して、真空槽や電子銃を汚染することがないように、電子ビームの照射面側に、電子ビームが通過するスリットを開口した遮蔽板を設置するのである。
【００１６】
図１に、本発明に従う電子ビーム照射装置の要部を示す。
図中、符号１は遮蔽板、２はこの遮蔽板１に設けたスリット、３は方向性電磁鋼板ストリップ、そして４が保温板であり、５で電子ビームを示す。
電子ビーム照射は、基本的に方向性電磁鋼板ストリップ（以下、単にストリップという）の進行方向と直角方向、すなわちストリップの幅方向になされる。ストリップは処理中に連続的に先進するので、ストリップの幅方向に照射を行うためには、図２に示すように、電子ビームを板幅方向に走査する時間にストリップが先進する量を考慮して、わずかにビームを斜めに走査させる必要がある。
ストリップの通板速度により先進量が異なるので、図２(a)に矢印で示すように、遮蔽板１に設けたスリット２の角度が通板速度に応じて変えられる構造とする。その場合、ストリップの通板速度にある程度の変動（電子ビームの走査方向の変動）に対応できるよう、スリット幅を広めに設けておくことが好ましい。
【００１７】
図１に示したように、遮蔽板１は、ストリップ３と電子銃（図示省略）との間に、ストリップ３と平行にストリップ３を覆うように設置する。電子銃自身は酸化防止のため、もともと0.001Pa以下の高真空下におかれている場合が多く、低真空の処理室との差圧を維持するため、両者は電子ビームが通過する小さな穴で区切られている構造が一般的である。したがって、電子ビーム照射により発生する絶縁コーティング等を主成分とする蒸発物が電子銃のフィラメント等を直接汚染する可能性は小さいが、上記した電子銃と処理室を区切る穴付近が蒸発物によって汚染されたり、電子ビームの光路に蒸発物が存在したりすると電子が散乱されて磁区細分化効果を減じてしまう。
したがって、遮蔽板１に蒸発物を吸着させることが有効であり、そのためには遮蔽板１をストリップ３に近接して設置することが望ましい。なお、電子ビームの散乱を抑制するために電子銃とストリップとの距離を短くする方法も考えられるが、その場合、電子ビームをストリップの幅方向へ走査する偏向角度が大きくなりすぎて、電子ビームの品質が低下してしまうので、結果として磁区細分化効果のばらつきが大きくなってしまう。したがって、磁区細分化の観点からは、電子銃と鋼板との距離は長いほど良いことから、その間での電子の散乱を極力抑える必要がある。
【００１８】
蒸発物の発生源であるストリップから距離を隔てるほど蒸発物が拡散し、遮蔽板に吸着しにくくなるので、蒸発物を吸着する遮蔽板を設置する位置はストリップに近いほど良い。具体的な距離は、操業上に支障を与えない範囲で適宜さだめればよいが、好適な距離はストリップから５mm〜200mmである。５mmより近いとストリップが振動した場合などにストリップが遮蔽板に衝突するおそれがある。一方、200mmより遠い場合には、蒸発物の吸着効果が低減し、ストリップと遮蔽板との間で電子の散乱が顕在化するおそれがある。
【００１９】
そして、遮蔽板１は、ストリップ３の照射面側に設置するため、電子ビーム５を通過させる必要があるので、スリット２を設ける。スリット幅は細いほど良いが、電子ビームの光軸のぶれ等も考慮する必要があるので、ビーム径の１〜３倍程度とするのが望ましい。例えば、電子ビームの径が0.2mmの場合には、スリット幅は0.2〜0.6mm程度とするのが好ましい。
【００２０】
ところで、特許文献３には、鋼板を50℃以上に予備加熱すると鉄損値が低減されることが開示されている。
本発明においても、コーティングの蒸発が問題となるほどの高エネルギーで電子ビームを照射した場合には、この電子ビームの照射に起因してストリップの温度上昇が生じる。したがって、この遮蔽板に保温性を付与し、ストリップの温度低下を阻止してやれば、鉄損値の低減が期待できる。
さらに、ストリップの非照射面側にも保温板を設置した場合には、一層の鉄損低減効果が期待される。
実際、遮蔽板に保温性を付与し、かつストリップの非照射面側に保温板を設置した場合には、上述した特許文献３に記載の予備加熱と同等の保熱効果が得られることが確認されている。
【００２１】
ここに、遮蔽板の材質については、真空槽に装入する関係上、蒸気圧が低く、またチャージアップ防止のため導電性の物質が良い。さらに、保熱効果を付与するためには、遮蔽板や保温板は、熱伝導率の低い素材を用いることが好ましい。具体的には、電子ビームによるダメージがなく、保温効果も高いことを考慮して、軽量な低密度のグラファイトなどが安価で使用しやすい。
なお、遮蔽板や保温板、特に遮蔽板は、蒸発物等で汚染された場合に容易に交換できる構造としておくことが好ましい。
【実施例１】
【００２２】
到達真空度：2.0Paの500mm立方の真空槽内に、長さ：300mm、幅：100mmの電磁鋼板試料を装入し、この試料の上下方に５mmの間隙を隔てて、長さ：400mm、幅：150mmの低密度グラファイトからなる遮蔽板および保温板をそれぞれ設置した。電子ビーム照射面（上面）側の遮蔽板には、２mm幅のスリットを設けた。そして、試料を圧延方向（走行方向）に移動させながら、圧延方向に７mm間隔で、圧延方向と直交する方向に線状に電子ビームの走査を行った。電子銃の加速電圧は40kV、電流密度は３mAで、偏光コイルから試料までの距離は330mmとした。
【００２３】
この時、スリットは、試料の移動速度と電子ビームの走査速度を考慮した方向に設定した。すなわち、図２に示したように、ストリップの走行方向での電子ビームの照射位置は、試料の移動に同期して走行方向に変化するので、試料の幅方向一端の照射開始点（図２(a)）に照射された電子ビームスポットが、ストリップ幅方向中央部（図２(ｂ)）を経て、幅方向他端の照射終了点（図２(c)）に到達した際に、両点が圧延方向で同じ位置となるような角度に設置した。その後、図２(ｄ)に位置に照射され、図２(a)〜(c)と同様の処理がストリップ走行方向に繰り返される。
また、上記したように、遮蔽板および保温板を試料の上下方に設置する場合の他、上方に遮蔽板のみを設置した場合、下方に保温板のみを設置した場合、およびいずれも設置しない場合、の各条件でもそれぞれ電子ビームの照射を行った。
【００２４】
各条件で50試料ずつ処理し、処理後の遮蔽板裏面における蒸発物の付着状況について調査した。また、同じく50枚の試料について、鉄損値Ｗ15/50の平均値と標準偏差について調査した。
得られた結果を、整理して表１に示す。
【００２５】
【表１】
0005617421.tif 000002
【００２６】
同表に示したとおり、No.３，４の発明例はいずれも、到達鉄損値が低く、また標準偏差も小さかった。これに対し、上方に遮蔽板を設置していないNo.１やNo.２の比較例では、到達鉄損値は不十分で、また鉄損値のばらつきも大きかった。
さらに、No.３，４の発明例では、遮蔽板裏面に付着物が観察された。これは、電子ビーム照射により蒸発した絶縁コーティングと推定される。なお、真空槽の内壁の蒸着物量は評価できなかったが、No.１，２の条件の場合には蒸発物が飛散して長時間使用後には内壁が付着物で汚染されることを示唆している。また、No.１，２比較例において、鉄損値のばらつきが生じた要因も、蒸発物による電子ビーム散乱の影響と考えられる。
【符号の説明】
【００２７】
１  遮蔽板
２  スリット
３  方向性電磁鋼板ストリップ
４  保温板
５  電子ビーム
【図１】
0005617421.tif 000003
【図２】
0005617421.tif 000004