(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最終板厚まで冷間圧延されたSi：2.0 〜4.0 mass％を含有する方向性電磁鋼帯の表面にエッチングマスクを選択的に形成してから、該鋼帯をコンダクタロールに接触させて電解浴中に浸漬し、該コンダクタロールと電解浴中に浸漬した電極の間で通電して電解エッチングする電解エッチング処理を施して該鋼帯表面に線状溝を形成する方向性電磁鋼帯の電解エッチング方法において、前記コンダクタロールとして、Raが0.1 μm 以上の表面粗度を有するコンダクタロールを用い、前記鋼帯が、先行する鋼帯と後行する鋼帯を溶接により接合したものであり、前記鋼帯の溶接接合部を検知し、該溶接接合部が前記コンダクタロールに到達直前にエッチング電流の給電を中断するとともに、前記鋼帯と前記コンダクタロールとを離隔し、前記溶接接合部が前記コンダクタロールを通過直後に前記鋼帯と前記コンダクタロールとを再接触させエッチング電流の給電を再開することを特徴とするアークスポットの発生を防止した方向性電磁鋼帯の電解エッチング方法。
【請求項２】
前記コンダクタロールは、弾性砥石を使用してドレッシングしたものであることを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼帯の電解エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器その他の電気機器の鉄芯として用いられる低鉄損方向性電磁鋼帯に関し、とくに磁気特性向上のため鋼帯表面に線状溝を形成する連続電解エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼帯は主として変圧器の鉄芯材料として用いられ、その磁気特性が良好であることが要求される。とくに、鉄芯として使用される場合のエネルギー損失すなわち鉄損が低いことが重要である。
従来は、Si含有量を高める、結晶方位を揃える等の冶金的方法で鉄損の改善を図ってきた。しかし、冶金的な方法のみでは大幅な鉄損の改善は期待できない。
【０００３】
近年、鉄損の大幅な低減を達成する手段として、例えば、特公昭57-2252 号公報に記載された仕上焼鈍済の鋼板表面にレーザーを照射して、人為的に磁区を細分化する方法がある。しかしながら、この方法では、鉄損低減に効果があるが、歪取り焼鈍によって鉄損の劣化をきたすという欠点があり、歪取り焼鈍を必須とする巻鉄芯用としては用いられていない。
【０００４】
歪取り焼鈍が可能な電磁鋼板の製造方法として、例えば特公昭62-54873号公報には、仕上焼鈍済み鋼板にレーザーや機械的手段によって局所的に絶縁被膜を除去したのち、被膜除去部に酸洗や機械的手段で線状の溝を局所的に形成し、溝を充填するようにリン酸系の張力付与被膜処理を施す低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法が提案されている。しかし、この方法では、常に安定して被膜を除去することが困難なため、安定した溝の形成ができず、とくにナイフなどの機械的手段により地鉄に直接溝を形成する場合には溝周辺にかえりを生じるため占積率の低下を招くという問題がある。
【０００５】
仕上焼鈍済み鋼板に溝を導入する場合には、溝導入により被膜が損傷するため、絶縁被膜の再塗装を必要とする場合が多く、占積率の低下やコスト増加を招くという問題があった。
このような問題を解決する手段として、最終冷延板に線状の溝を導入する方法、例えば特開昭63-42332号公報には、フォトエッチングまたはステンシルを用いた電解エッチング法が提案されている。この方法によれば、絶縁被膜の再塗装という問題はないが、フォトエッチングでは、マスクを通しての紫外光の露光状態や現像液中に浸漬した際の露光部の除去状態をコイル全体に均一に保つことが困難である。また、ステンシルを用いた電解エッチングでは、電解液のにじみにより常に一定な溝を導入することが困難であるという点に問題を残していた。
【０００６】
また、特開平4-88121 号公報には、最終冷間圧延後、鋼板表面に連続または非連続の線状の非塗布部領域を残存させてエッチングレジストを印刷により塗布し、焼付けしたのち、エッチング処理を施して鋼板表面に線状溝を形成する低鉄損電磁鋼板の製造方法が提案されている。エッチング処理は、化学的エッチングと電解エッチングが知られているが、溝深さのコントロールという点では電解エッチングが有利である。この方法によれば、絶縁被膜の再塗装という問題はないが、電解エッチング時にアークスポットが多発するという問題が生じていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記したアークスポットの発生を防止した方向性電磁鋼帯の電解エッチング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記したアークスポットの発生原因について鋭意検討した結果、Siを2.0 〜4.0 mass％含有する方向性珪素鋼帯は電気抵抗値が高く、コンダクタロールと鋼帯を接触させコンダクタロールから給電する電解エッチングでは、(1) コンダクタロールと鋼帯との接触により局所的な放電現象が生じ、この局所的放電により鋼帯表面にアークスポットが発生する、とくにこの局所的な放電現象は、(2) 連続処理のため形成される、先行鋼帯と後行鋼帯とを溶接接合した溶接接合部とコンダクタロールとの接触時に発生しやすいという知見を得た。
【０００９】
まず、本発明者が行った本発明の基礎となった実験結果について説明する。
Siを2.5 mass％、3.0 mass％および3.5 mass％含有する３種類の方向性珪素鋼素材を熱間圧延し、さらに冷間圧延により最終板厚0.18、0.21、および0.30mmの冷延鋼帯とした。ついで、この最終冷延鋼帯の片面に線状の非塗布領域を残すようにレジストインキを塗布したのち電解エッチング処理し、線状溝を導入した。電解エッチング後、鋼帯表面のアークスポットの発生状況を調査した。電解エッチング処理は、図４に示す電解エッチング装置で行った。
【００１０】
この電解エッチング装置は、鋼帯１をコンダクタロール12と接触させるとともに、非電導性のデフレクタロール11で方向を変更して電解浴14中に浸漬し、バックアップロール８に巻掛けしながら、コンダクタロール12と電極13の間で通電して電解エッチングする、ラジアルセル方式の電解エッチング装置である。鋼帯１に給電のために接触するコンダクタロール（ロール径：250mm φ）の初期表面粗度Raを0.01μm 〜10μm の範囲で変化し、エッチング電流をコンダクタロール１本当たり500 〜10000 Ａの範囲で変化させ、電解エッチングを行った。
【００１１】
その結果、図１に示すように、電解エッチング後、鋼帯表面に発生するアークスポットは、コンダクタロールの表面粗度Raを0.1 μm 以上とすることにより防止できることを見いだした。これは、コンダクタロールの表面粗度を粗面化することにより鋼帯との接触時に電流が分配され、局部的な電流集中すなわち、放電現象を抑制でき、アークスポットを防止できるものと考えられる。
【００１２】
つぎに、溶接接合部の影響を調査するため、連続電解エッチング処理を行い、アークスポットの発生状況を調査した。
Siを3.0 mass％含有する方向性珪素鋼素材を熱間圧延し、さらに冷間圧延により最終板厚0.22mmの冷延鋼帯とし、この最終冷延鋼帯の片面に線状の非塗布領域を残すようにレジストインキを塗布して電解エッチング処理し、線状溝を導入した。この鋼帯には、100mごとに重ね代２mmの溶接接合部が形成されている。
【００１３】
電解エッチングは、エッチング電流をコンダクタロール１本当たり5000Ａとし、コンダクタロールの初期表面粗度をRa：0.1 μm に調整して、常時、ナイロン砥石でドレッシングを行いながら処理した。電解エッチング後、鋼帯表面のアークスポットの発生状況を調査した。
その結果、図５に示すように、発生するアークスポットは溶接接合部のコンダクタール通過時に対応して多発しているという知見を得た。
【００１４】
本発明は、上記した知見をもとに構成されたものである。
すなわち、本発明は、最終板厚まで冷間圧延されたSi：2.0 〜4.0 mass％を含有する方向性電磁鋼帯の表面にエッチングマスクを選択的に形成してから、該鋼帯をコンダクタロールに接触させて電解浴中に浸漬し、ついで該コンダクタロールと電解浴中に浸漬した電極の間で通電して電解エッチングして該鋼帯表面に線状溝を形成する方向性電磁鋼帯の電解エッチング方法において、前記コンダクタロールとして、Raが0.1 μm 以上の表面粗度を有するコンダクタロールを用い、前記鋼帯が、先行する鋼帯と後行する鋼帯を溶接により接合したものであり、前記鋼帯の溶接接合部を検知し、該溶接接合部が前記コンダクタロールに到達直前にエッチング電流の給電を中断するとともに、前記鋼帯と前記コンダクタロールとを離隔し、前記溶接接合部が前記コンダクタロールを通過直後に前記鋼帯と前記コンダクタロールとを再接触させエッチング電流の給電を再開することを特徴とするアークスポットの発生を防止した方向性電磁鋼帯の電解エッチング方法である。
【００１６】
また、本発明では、前記コンダクタロールは、弾性砥石を使用してドレッシングするのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の方法を好適に実施できる電解エッチング装置の１例を図４に示す。図４では、鋼帯１（冷延板）の表面にグラビヤオフセット印刷によるエッチングマスク塗布装置２によりエッチングレジストを塗布し、乾燥焼付け装置３でエッチングマスクを焼付けたのち、電解エッチング装置７で線状溝を導入する。なお、エッチングマスクの形成、線状溝の導入に使用する装置は、図４に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００１８】
最終板厚に冷間圧延された方向性電磁鋼板表面に、エッチングレジストを塗布し、乾燥焼付けしてエッチングマスクを選択的に形成する。
エッチングレジストの塗布は、例えば図４に示すように、バックアップロール８に巻掛けしてグラビヤロール10とゴム転写ロール９とにより行うのが好ましい。塗布されたエッチングレジストは乾燥焼付け装置３中で乾燥焼付けする。
【００１９】
本発明においては、エッチングレジストの塗布は、グラビヤオフセット印刷、オフセットロールを用いないグラビヤ印刷、平版オフセット印刷およびスクリーン印刷等の方法を利用することができる。コイルでの連続印刷が容易なこと、安定した印刷面が得られること、レジスト厚みのコントロールが容易なこと等からグラビヤオフセット印刷がもっとも好適である。
【００２０】
エッチングレジストとして使用するインキは、アルキド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂のうちのいずれかの樹脂を主成分とするレジストインキが好適である。
エッチングマスクを形成したのち、電解エッチングを行う。電解エッチングは、NaCl水溶液やKCl 水溶液等の電解浴中で行うのがよい。電解エッチングは、図４に示すように、鋼帯１をコンダクタロール12に接触させるとともに、非電導性のデフレクタロール11で方向を変更して電解浴14中に浸漬し、バックアップロール８に巻掛けしながら、コンダクタロール12と電極13の間で通電して電解エッチングするラジアルセル方式の電解エッチング装置７で行うのが好ましい。
【００２１】
本発明の電解エッチングでは、給電のため鋼帯と接触するコンダクタロールに、Raが0.1 μm 以上の表面粗度を有するコンダクタロールを用いる。
表面粗度Raが0.1 μm 未満では、電解エッチング後の鋼帯表面にアークスポットが発生するため、コンダクタロールの表面粗度をRaで0.1 μm 以上に限定した。
【００２２】
また、本発明では、前記コンダクタロールは、ナイロン砥石等の弾性砥石を使用してドレッシングするのが好ましい。
コンダクタロール表面にはスラッジ等の異物が付着するため、それら異物を除去する目的で、図４に示すように、コンダクタロール12にはドレッシング装置15を付設するのが好ましい。ドレッシング装置15では、砥石をコンダクタロールに押圧接触させて、電解エッチングを施しながらコンダクタロールを研摩するが、この際コンダクタロールの表面粗度を減少させる恐れがあり、砥石はナイロン砥石、ポリウレタン砥石等の弾性砥石を使用するのが好ましい。
【００２３】
コンダクタロールのドレッシングに際しては、例えば、図２に示すように、砥石によりコンダクタロールの初期表面粗度が減少し、平滑な表面となることが確認されている。砥石（＃320 ）として、ダイヤモンド砥石や接着砥石を使用した場合にはコンダクタロールの初期表面粗度（Ra：5.0 μm ) の減少が著しいが、ナイロン砥石の場合にはその変化は少ない。このことから、アークスポット発生防止の観点からはコンダクタロールの初期粗度を減少させないナイロン砥石等の弾性砥石が有効である。
【００２４】
連続して鋼帯を処理する場合には、先行する鋼帯と後行する鋼帯を溶接により接合した鋼帯を用いる。しかし、この溶接接合部は、コンダクタロールと接触する際に上記したようにアークスポットを発生させる恐れがある。また、溶接接合部とコンダクタロールとの接触によりコンダクタロール表面に疵が発生する。とくに、溶接接合部の重ね代が100 〜200mm と長い場合に顕著となる。この疵はまたアークスポットの発生原因となる。
【００２５】
このため、溶接接合部を検知する検知装置16を備え、溶接接合部をトラッキングして、溶接接合部がコンダクタロールに到達直前にエッチング電流の給電を中断するとともに、鋼帯とコンダクタロールとを離隔する。鋼帯とコンダクタロールとの離隔は、コンダクタロールを検知装置からの信号で油圧シリンダー等で移動させるコンダクタロール移動装置17によるのが好ましい。鋼帯は、デフレクタロールにより支持されており、走行に関してはとくに問題は生じない。
【００２６】
ついで、溶接接合部がコンダクタロールを通過した直後に鋼帯とコンダクタロールとを再接触させエッチング電流の給電を再開する。
これにより、溶接接合部は、コンダクタロールに疵をつけずにコンダクタロールを通過させることができ、図３に示すように、アークスポットの発生を防止できる。
【００２７】
エッチングにより導入される線状溝は、幅：50〜300 μm 、深さ：10〜35μm とするのが好ましい。また、線状溝の間隔は２〜10mmの範囲とするのが好適である。
なお、溝の形成は、鋼板の片面だけでも十分であるが、両面に施しても効果を有することは言うまでもない。
【００２８】
本発明において対象とする電磁鋼板は、Siを2.0 〜4.0 mass％含有する電磁鋼板である。Siが2.0 mass％未満では、鉄損が高く、また、4.0 mass％を超えると圧延が困難になるため、Si含有量を2.0 〜4.0 mass％に限定した。その他、Ｃが0.01〜0.08mass％を含み、かつインヒビターとしてMnSe、MnS 、AlN 、BN等の１種または２種以上を少量含む組成である。なお、インヒビターとして上記以外にSb、Sn、Cu、Bi等を含んでもよい。
【００２９】
上記好適成分組成に調整されたスラブに熱間圧延を施し、その後必要に応じ熱延板焼鈍を行ったのち、１回または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延により最終板厚とし、ついでエッチングマスクを鋼板表面に形成し、エッチングにより線状溝を導入する。エッチング後、エッチングマスクを除去して、脱炭焼鈍を施し、さらに焼鈍分離剤を塗布してから最終仕上焼鈍を行う。仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を除去し、必要に応じ上塗りコーティング塗布を行い製品板とする。本発明が好適に適用できる板厚は0.15〜0.35mmである。
【００３２】
【実施例】
（実施例１）
Ｃ：0.062  mass ％、Si：3.0 mass％、Mn：0.065 mass％、Se：0.018mass ％、Al：0.020mass ％、およびＮ：0.0090mass％を含み、残部Feおよび不可避的不純物の珪素鋼スラブを、熱間圧延し、1050℃×２min の熱延板焼鈍後冷間圧延により、0.22mm厚の冷延鋼帯とした。これら冷延鋼帯を連続して、電解エッチング処理を施すため、先行鋼帯と後行鋼帯を重ね代２mmのナローラップ溶接接合を行い溶接接合部を形成した。
【００３３】
この冷延鋼帯表面に、図４に示す装置で、エッチングマスクを選択的に形成した。エッチングレジストとして、ポリエチレン系樹脂を主成分とするレジストインキを用いた。乾燥焼付け温度は200 ℃とした。なお、マスクの厚みは１μm であった。
鋼帯表面にエッチングマスクを形成した後、図４に示す電解エッチング装置７で、電解浴14として濃度300g/lのNaCl水溶液（液温：50℃）を用い、直接通電方式による連続電解エッチングを施し、線状溝を導入した。電極−鋼帯間の距離は10mmとした。導入した線状溝は、幅：100 μm 、深さ：20μm で、溝間隔：３mmとした。なお、電解エッチングに際し用いた電流は、コンダクタロール１本当たり5000Ａとした。なお、コンダクタロールの初期表面粗度はRa：5.0 μm とし、コンダクタロールと鋼帯の接触部には電解液スプレーを十分に吹きつけた。また、コンダクタロール表面はナイロン砥石(#320)を備えたドレッシング装置15で常時研摩した。
【００３４】
電解エッチングに際しては、溶接接合部を検知し、溶接接合部前後６m の範囲でエッチング電流の給電を中断（電流値：０Ａ）し、さらに溶接接合部前後５m の範囲をコンダクタロールと鋼帯とをコンダクタロール移動装置により離隔し、溶接接合部がコンダクタロールを通過したのち再び鋼帯とコンダクタロールとを接触させエッチング電流の給電を再開した。なお、溶接接合部のコンダクタロール通過の際に、コンダクタロールと鋼帯とを離隔しない場合についても比較例として実施した。
【００３５】
このように処理したコイルについて、コンダクタロールの回転距離10万kmにおけるアークスポットの発生状況、コンダクタロール表面疵発生状況について、調査した。その結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
0003666144.tif 000002
【００３７】
表１から、本発明例（No.1）では、コンダクタロール表面疵の発生もなく、またアークスポットの発生もみられず、鋼帯の表面状況は良好であった。これにくらべ、比較例（No.2）は、溶接接合部起因のアークスポットおよびコンダクタロール表面疵が発生していた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、方向性珪素鋼帯表面に発生するアークスポットの発生を安定して防止でき、方向性珪素鋼帯の品質が著しく向上するという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】アークスポットの発生とエッチング電流、コンダクタロール表面粗度の関係を示す図である。
【図２】コンダクタロール表面粗度の変化におよぼすドレッシング砥石材質の影響を示す図である。
【図３】アークスポット個数とエッチング電流、溶接接合部との関係を示すグラフである。
【図４】本発明に好適な装置列の１例を示す説明図である。
【図５】アークスポット個数と溶接接合部との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  鋼帯
２  エッチングマスク塗布装置
３  乾燥焼付け装置
６  サポートロール
７  電解エッチング装置
８  バックアップロール
９  ゴム転写ロール
10  グラビヤロール
11  デフレクタロール
12  コンダクタロール
13  電極
14  電解浴
15  ドレッシング装置
16  検知装置
17  コンダクタロール移動装置
18  冷却スプレーノズル
【図１】
0003666144.tif 000003
【図２】
0003666144.tif 000004
【図３】
0003666144.tif 000005
【図４】
0003666144.tif 000006
【図５】
0003666144.tif 000007