(57)【要約】レーザ照射を行って鉄損を低減する方向性電磁鋼板の製造方法において、Ｌ、Ｃ両方向の鉄損を高いレベルで改善し、かつ、簡単で生産性の高い製造方法を提供する。円形または楕円形に集光した連続波レーザ光を、鋼板の圧延方向に概垂直方向に一定間隔で走査照射して鉄損を低減する方向性電磁鋼板の製造方法であって、レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、ビームの走査速度をＶｃ（ｍ／ｓ）、圧延方向の照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とし、平均照射エネルギ密度ＵａをＵａ＝Ｐ／（Ｖｃ×ＰＬ）（ｍＪ／ｍｍ２）と定義し、ＰＬとＵａの範囲を以下とする。１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ０．８ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ２
2009075328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性電磁鋼板の表面に、集光した連続波レーザ光を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向から傾斜した方向に走査しながら照射する工程を、前記連続波レーザ光を走査する部分を所定の間隔でずらしながら繰り返す工程を有し、
前記連続波レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、
前記走査の速度をＶｃ（ｍｍ／ｓ）、
前記所定の間隔をＰＬ（ｍｍ）と表わし、
平均照射エネルギ密度ＵａをＵａ＝Ｐ／Ｖｃ／ＰＬ（ｍＪ／ｍｍ２）と定義したとき、以下の関係を満たすことを特徴とするレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
０．８ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ２
【請求項２】
前記連続波レーザ光の前記走査の方向における径をｄｃ（ｍｍ）、
前記連続波レーザ光の前記走査の方向に直交する方向における径をｄＬ（ｍｍ）と表わし、
前記連続波レーザ光の照射パワー密度ＩｐをＩｐ＝（４／π）×Ｐ／（ｄＬ×ｄｃ）（ｋＷ／ｍｍ２）と定義したとき、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
（８８−１５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ２≧Ｉｐ≧（６．５−１．５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ２
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦４．０ｍｍ
【請求項３】
前記連続波レーザ光の前記方向性電磁鋼板の表面における形状が円形又は楕円形であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記連続波レーザ光の前記方向性電磁鋼板の表面における形状が円形又は楕円形であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項８】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項４に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項９】
円形又は楕円形に集光した連続波レーザ光を、鋼板の圧延方向に、概ね、垂直方向に、一定間隔で走査照射して、鉄損を低減する方向性電磁鋼板の製造方法であって、レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、ビームの走査速度をＶｃ（ｍｍ／ｓ）、圧延方向の照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とし、平均照射エネルギ密度ＵａをＵａ＝Ｐ／Ｖｃ／ＰＬ（ｍＪ／ｍｍ２）と定義し、以下の関係を満たすことを特徴とするレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
０．８ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ２
【請求項１０】
ビームの走査方向集光径をｄｃ（ｍｍ）、走査方向と直交方向の集光ビーム径をｄＬ（ｍｍ）、照射パワー密度ＩｐをＩｐ＝（４／π）×Ｐ／（ｄＬ×ｄｃ）（ｋＷ／ｍｍ２）と定義し、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項９に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
（８８−１５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ２≧Ｉｐ≧（６．５−１．５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ２
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦４．０ｍｍ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器に好適なレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
方向性電磁鋼板では、製造工程における圧延方向（以下、Ｌ方向ということがある）に磁化容易軸が揃っており、Ｌ方向の鉄損が著しく低い。また、方向性電磁鋼板の製造に当たり、Ｌ方向にほぼ垂直方向にレーザ光を照射すると、Ｌ方向の鉄損が更に低減される。そして、このような方向性電磁鋼板は、主に、鉄損に対する要求の厳しい大型変圧器の鉄芯用の材料として用いられている。【０００３】
図８は、従来の方向性電磁鋼板の表面にレーザ光を照射する方法を示す模式図である。また、図５Ａは、一般的な変圧器の鉄芯の製造方法を示す模式図であり、図５Ｂは、鉄芯を示す模式図である。【０００４】
図８に示すように、レーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造に際しては、板幅方向（以下、Ｃ方向という）とほぼ平行に速度Ｖｃで走査しながら、レーザ光を方向性電磁鋼板１２に照射している。Ｃ方向はＬ方向に直交する。また、方向性電磁鋼板１２をＬ方向に速度ＶＬで搬送している。この結果、Ｃ方向とほぼ平行に延びる複数のレーザ光照射部１７が一定間隔ＰＬで並ぶ。そして、変圧器の鉄芯４の製造においては、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、鉄芯４を構成する鉄芯要素３の磁化方向ＭとＬ方向とが一致するように方向性電磁鋼板の剪断を行い、剪断により得られた鉄芯要素３を積層している。【０００５】
このようにして製造された鉄芯４では、ほとんどの部分で、Ｌ方向と磁化方向Ｍとが一致する。従って、鉄芯４の鉄損は、素材である方向性電磁鋼板のＬ方向の鉄損にほぼ比例する。【０００６】
一方、鉄芯４における鉄芯要素３同士の継ぎ手部５では、磁化方向ＭはＬ方向からずれている。従って、継ぎ手部５の鉄損は、素材である方向性電磁鋼板のＬ方向の鉄損とは異なり、Ｃ方向の鉄損の影響を受けている。このため、鉄損の高い領域６が存在する。特に、レーザ光の照射によってＬ方向の鉄損が大きく低減された方向性電磁鋼板を使った鉄芯において、Ｃ方向の鉄損の影響が相対的に大きくなっている。【０００７】
変圧器は、発電所から電力消費地までの送電設備の多数の箇所で使用されている。このため、変圧器の１台当たりの鉄損が１％程度変化しただけでも、送電設備全体での送電ロスは大きく変動する。従って、レーザ光の照射によりＬ方向の鉄損を低く抑えながら、Ｃ方向の鉄損も低減することが可能な方向性電磁鋼板の製造方法が強く望まれている。【０００８】
しかし、Ｃ方向の鉄損を改善するメカニズムは解明されておらず、これまで、Ｌ方向及びＣ方向の２方向における鉄損を低減する方法は確立されていない。【０００９】
従来の電磁鋼板の鉄損を改善する方法では、Ｌ方向の鉄損を低減することに主眼がおかれている。例えば、特許文献５には、レーザ光ビームのモード、集光径、パワー、ビームの走査速度及び照射ピッチ等の範囲を規定してレーザ光を照射する方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。しかし、Ｃ方向の鉄損に関する記載はない。【００１０】
また、Ｃ方向の鉄損の改善に着目した方法も提案されている。【００１１】
特許文献１には、Ｌ方向に平行にレーザ光を照射する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、Ｃ方向の鉄損は低減されるものの、Ｌ方向の鉄損が低減されない。前述のように、変圧器の鉄損は、Ｌ方向の鉄損の影響を多く受けるため、Ｌ方向に垂直にレーザ光を照射してＬ方向の鉄損を改善した方向性電磁鋼板と比較すると、変圧器の鉄損が高くなってしまう。【００１２】
特許文献２には、Ｌ方向及びＣ方向の２方向に平行にレーザ光を照射する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、レーザ光を２回照射するため、製造工程が複雑となり、また、生産効率が少なくとも半減してしまう。【００１３】
特許文献３及び４には、鉄芯の製造に際して、レーザ光を照射していない方向性電磁鋼板を所望の形状に剪断した後、切断後の要素毎に、照射方向及び照射条件を変更しながらレーザ光を照射する方法が開示されている。しかしながら、この方法で製造された鉄芯には、Ｌ方向の鉄損のみが改善された部分と、Ｃ方向の鉄損のみが改善された部分とが混在しており、十分に良好な鉄損が得られているとはいえない。また、Ｌ方向及びＣ方向の２方向の鉄損を改善するためには、条件を変えてレーザ光を２回照射する必要がある。更に、方向性電磁鋼板を剪断した後に、要素毎にレーザ光方向性電磁鋼板を照射するため、生産性が極めて低いという問題もある。【００１４】
【特許文献１】特開昭５６−５１５２２号公報
【特許文献２】特開昭５６−１０５４５４号公報
【特許文献３】特開昭５６−８３０１２号公報
【特許文献４】特開昭５６−１０５４２６号公報
【特許文献５】国際公開第０４／０８３４６５号パンフレット
【発明の開示】
【００１５】
本発明の目的は、容易に、かつ高い生産性を確保しながら、Ｌ方向及びＣ方向の両方向における鉄損を低減することができるレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明に係るレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法は、方向性電磁鋼板の表面に、集光した連続波レーザ光を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向から傾斜した方向に走査しながら照射する工程を、前記連続波レーザ光を走査する部分を所定の間隔でずらしながら繰り返す工程を有し、前記連続波レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、前記走査の速度をＶｃ（ｍｍ／ｓ）、前記所定の間隔をＰＬ（ｍｍ）と表わし、平均照射エネルギ密度ＵａをＵａ＝Ｐ／Ｖｃ／ＰＬ（ｍＪ／ｍｍ２）と定義したとき、以下の関係を満たすことを特徴とする。
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
０．８ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ２
【００１７】
なお、前記連続波レーザ光の前記走査の方向における径をｄｃ（ｍｍ）、前記連続波レーザ光の前記走査の方向に直交する方向における径をｄＬ（ｍｍ）と表わし、前記連続波レーザ光の照射パワー密度ＩｐをＩｐ＝（４／π）×Ｐ／（ｄＬ×ｄｃ）（ｋＷ／ｍｍ２）と定義したとき、以下の関係を満たすことが好ましい。
（８８−１５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ２≧Ｉｐ≧（６．５−１．５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ２
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦４．０ｍｍ
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、照射ピッチＰＬとＬ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣとの関係を示すグラフである。
【図２】図２は、照射ピッチＰＬ及び集光パワー密度Ｉｐの好ましい範囲を示す図である。
【図３】図３は、集光パワー密度ＩｐとＬ方向鉄損ＷＬとの関係を示すグラフである。
【図４】図４は、平均エネルギ密度ＵａとＬ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣとの関係を示すグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、一般的な変圧器の鉄芯の製造方法を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、鉄芯を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態において、方向性電磁鋼板の表面にレーザ光を照射する方法を示す模式図である。
【図７Ａ】図７Ａは、レーザ光の照射前の方向性電磁鋼板の磁区構造を示す模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、レーザ光の照射後の方向性電磁鋼板の磁区構造を示す模式図である。
【図８】図８は、従来の方向性電磁鋼板の表面にレーザ光を照射する方法を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
先ず、レーザ光の照射により方向性電磁鋼板の鉄損が改善される原理について、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明する。図７Ａは、レーザ光の照射前の方向性電磁鋼板の磁区構造を示す模式図であり、図７Ｂは、レーザ光の照射後の方向性電磁鋼板の磁区構造を示す模式図である。方向性電磁鋼板内では、１８０°磁区とよばれる磁区９が、Ｌ方向に平行に形成されている。磁区９は、図７Ａ及び図７Ｂ中では、黒塗りの部分及び白塗りの部分として模式的に図示されており、黒塗りの部分と白塗りの部分とでは、磁化方向が互いに反転している。【００２０】
磁化方向が反転している磁区同士の境界部は磁壁とよばれる。即ち、図７Ａ及び図７Ｂ中では、黒塗りの部分と白塗りの部分との境界部に磁壁１０が存在している。１８０°磁区は、Ｌ方向の磁界に対して磁化されやすく、Ｃ方向の磁界に対して磁化されにくい。このため、１８０°磁区のＬ方向鉄損ＷＬは、Ｃ方向鉄損ＷＣより小さい。また、Ｌ方向鉄損ＷＬは、古典的渦電流損、異常渦電流損、及びヒステリシス損に分類される。これらの中でも、異常渦電流損は、１８０°磁区間の磁壁（１８０°磁壁）の間隔Ｌｍが狭いほど減少することが知られている。【００２１】
レーザ光を方向性電磁鋼板に照射すると、レーザ光による局部的な急速加熱及び急速冷却の影響、及び方向性電磁鋼板の表面の皮膜が蒸発する際に作用する反力によって方向性電磁鋼板に局所的な歪みが発生する。そして、歪みの直下に、細かい磁区が多数存在して静磁エネルギが高まった状態にある環流磁区８が発生する。【００２２】
このため、方向性電磁鋼板全体のエネルギを緩和するために、図７Ｂに示すように、１８０°磁区が増加し、間隔Ｌｍが狭くなる。従って、異常渦電流損が減少する。このような作用によって、レーザ光の照射によりＬ方向鉄損ＷＬが減少するのである。【００２３】
なお、ヒステリシス損は、方向性電磁鋼板の歪みの増加で増大する。そして、過剰にレーザ光を照射すると、異常渦電流損の低下を上回るヒステリシス損の増加が起こり、結果的に全体的なＬ方向鉄損ＷＬが増加してしまう。また、過剰にレーザ光を照射すると、過剰な歪みが生じ、方向性電磁鋼板の磁歪特性が低下し、変圧器の騒音が増大してしまう。【００２４】
また、古典的渦電流損は、鋼板の板厚に比例する鉄損であり、レーザ光の照射前後で変化しない損失である。【００２５】
一方、レーザ光の照射によって発生する環流磁区８は、Ｃ方向に磁化しやすい磁区である。このため、還流磁区８の発生に伴ってＣ方向鉄損ＷＣが減少することが予測される。【００２６】
次に、本発明の実施形態に係る製造方法について詳細に説明する。【００２７】
図６は、本発明の実施形態において、方向性電磁鋼板の表面にレーザ光を照射する方法を示す模式図である。方向性電磁鋼板となるレーザ光が未照射の方向性電磁鋼板２には、仕上げ焼鈍、平坦化焼鈍、及び表面絶縁コーティングを施されている。従って、方向性電磁鋼板２の表面には、例えば、焼鈍時に形成されたガラス皮膜及び絶縁皮膜が存在する。【００２８】
レーザから出射された連続波のレーザ光（レーザビーム）は、走査ミラー（図示せず）で反射され、ｆθ集光レンズ（図示せず）によって集光された後に、Ｃ方向（Ｌ方向に垂直な方向）とほぼ平行に速度Ｖｃで走査されながら、鋼板２に照射される。この結果、レーザ光照射部１７の直下に、レーザ光による歪みを起点にして、環流磁区が発生する。【００２９】
鋼板２は、連続製造ラインで、Ｌ方向に一定の速度ＶＬで搬送されている。このため、レーザ光の照射の間隔ＰＬは一定であり、例えば速度ＶＬ及びＣ方向走査周波数によって調整される。集光ビームの鋼板２の表面における形状は円形又は楕円形である。なお、Ｃ方向走査周波数とは、１秒間当たりのＣ方向にレーザを走査する回数を意味する。【００３０】
本発明者らは、レーザ光の照射による歪み付与効果について調査した。即ち、鋼板全体での平均照射エネルギ密度Ｕａと、Ｌ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣとの関係について調査した。なお、平均エネルギ密度をＵａと表し、平均エネルギ密度Ｕａは、レーザ光のパワーＰ、走査速度Ｖｃ及び間隔ＰＬを用いて、式（１）で定義した。
Ｕａ＝Ｐ／（Ｖｃ×ＰＬ）  （ｍＪ／ｍｍ２）・・・（１）【００３１】
図４は、平均エネルギ密度ＵａとＬ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣとの関係を示すグラフである。なお、間隔ＰＬを４ｍｍ、集光ビームのＬ方向の径ｄＬを０．１ｍｍ、集光ビームのＣ方向の径ｄｃを０．２ｍｍ、走査速度Ｖｃを３２ｍ／ｓ、搬送速度ＶＬを１ｍ／ｓとした。また、平均エネルギ密度ＵａはパワーＰの調整によって変化させた。なお、図４の縦軸に示すＬ方向鉄損ＷＬは、Ｌ方向に最大磁束密度１．７Ｔで５０Ｈｚの交番磁界をかけた際の鉄損の値であり、Ｃ方向鉄損ＷＣは、Ｃ方向に最大磁束密度０．５Ｔで５０Ｈｚの交番磁界をかけた際の鉄損の値である。【００３２】
ここで、Ｃ方向鉄損ＷＣを評価する際の磁束密度を小さくしたのは、変圧器の鉄芯の継ぎ手部での磁界強度のＣ方向成分を、Ｌ方向成分の１／３程度と見積もったためである。【００３３】
図４に示す結果から、平均エネルギ密度Ｕａには、Ｌ方向鉄損ＷＬを極小値及びその近傍にすることができる範囲があり、Ｃ方向鉄損ＷＣは、平均エネルギ密度Ｕａの増加により、ほぼ単調に減少することが解る。そして、図４に示す結果から、Ｌ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣの双方を低くするためには、平均エネルギ密度Ｕａを、０．８ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ２とすることが望ましく、１．１ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦１．７ｍＪ／ｍｍ２とすることが更に望ましい。【００３４】
図４に示すような結果が得られた理由の一つとして、平均エネルギ密度Ｕａが低い場合には、環流磁区が少なく、１８０°磁壁の間隔が小さくなりにくく、異常渦電流損が減少しにくかったことが考えられる。また、理由の他の一つとして、平均エネルギ密度Ｕａが高い場合には、異常渦電流損は減少するものの、レーザ光のエネルギが過剰に投入されて、ヒステリシス損が増加したことが考えられる。【００３５】
平均エネルギ密度Ｕａが高い場合には、Ｃ方向鉄損ＷＣは単調減少するため、Ｌ方向鉄損ＷＬがある程度犠牲になりながらも、鉄芯の鉄損がある程度改善されると考えられる。しかしながら、磁歪特性が低下して、変圧器の騒音が増大する。また、製造に必要なレーザ光のパワー及びレーザの台数を増大させる必要も生じてしまう。【００３６】
そこで、本発明においては、平均エネルギ密度Ｕａを０．８ｍＪ／ｍｍ２≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ２の範囲Ｒａに限定して、Ｌ方向鉄損ＷＬを極小値近傍に維持しつつ、Ｃ方向鉄損ＷＣを低減することとした。【００３７】
本発明者らは、Ｃ方向鉄損ＷＣは環流磁区の発生に起因して低下することから、鋼板全面にわたり、できるだけ密に環流磁区を発生させることで、更にＣ方向鉄損ＷＣが低下するのではないかとの仮説をたてた。即ち、照射ピッチ（レーザ光照射部の間隔）ＰＬを狭めることにより、更にＣ方向鉄損ＷＣが低下すると考えた。しかし、単純に照射ピッチＰＬを縮小すると、式（１）より平均エネルギ密度Ｕａが増大し、Ｌ方向鉄損ＷＬが増大してしまう。そこで、平均エネルギ密度Ｕａを範囲Ｒａ内に固定しつつ、照射ピッチＰＬを縮小すると共に、走査速度Ｖｃを増加させることについて検討した。【００３８】
図１は、照射ピッチＰＬとＬ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣとの関係を示すグラフである。なお、平均エネルギ密度Ｕａを１．３ｍＪ／ｍｍ２に固定して、パワーＰを２００Ｗ、径ｄＬを０．１ｍｍ、径ｄｃを０．２ｍｍとした。また、照射ピッチＰＬは走査速度Ｖｃの調整によって反比例で変化させた。【００３９】
図１に示す結果から、照射ピッチＰＬを縮小することで、平均エネルギ密度Ｕａを固定していても、Ｃ方向鉄損ＷＣが大きく減少することが判明した。また、Ｌ方向鉄損ＷＬは、照射ピッチＰＬの縮小に伴って若干増加するものの、１．０ｍｍ以上の照射ピッチＰＬでは、Ｌ方向鉄損ＷＬは低めである。但し、照射ピッチＰＬが３．０ｍｍを超えると、Ｃ方向鉄損ＷＣが大きくなり過ぎるので、照射ピッチＰＬの上限は３．０ｍｍとする。また、Ｃ方向の磁気特性の向上の観点からはＰＬは２．０ｍｍ未満であることが好ましく、１．５ｍｍ未満であることが更に好ましい。【００４０】
従って、平均エネルギ密度Ｕａを範囲Ｒａ内に収めつつ、１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍに限定することで、Ｌ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣを低減する効果が、高いレベルで両立される。また、平均エネルギ密度Ｕａを範囲Ｒａ内に収めるため、鋼板全体への投入エネルギは変化しにくく、過剰なエネルギの投入による磁歪特性の低下を抑制することができる。【００４１】
更に、本発明者らは、照射ピッチＰＬの範囲Ｒｂ内にてＬ方向鉄損ＷＬを更に改善させる方法について検討を行った。先に述べた考察のごとく、Ｃ方向鉄損ＷＣが低減する理由の一つは、環流磁区の均一分布であると考えられる。Ｌ方向鉄損ＷＬを低減させるには、更に１８０°磁壁の間隔を縮小することが望まれる。そこで、本発明者らは、レーザ光の単位照射線当たりの歪み強度が重要であると考えた。なお、図１に結果を示す実験においては、照射ピッチＰＬの縮小に反比例して走査速度Ｖｃを増加させたために、単位照射線当たりの急速加熱及び急速冷却に伴う効果が減少し、歪み強度が低下したと考えられる。【００４２】
そこで、走査速度Ｖｃの増加にあわせて、集光パワー密度を増加させる方法を考え出した。集光パワー密度をＩｐと表し、集光パワー密度Ｉｐは、式（２）で定義した。つまり、集光パワー密度ＩｐはパワーＰをビーム断面積で除した値である。
Ｉｐ＝（４／π）×Ｐ／（ｄＬ×ｄｃ）  （Ｗ／ｍｍ２）・・・（２）【００４３】
図３は、集光パワー密度ＩｐとＬ方向鉄損ＷＬとの関係を示すグラフである。なお、パワーＰを２００Ｗ、平均エネルギ密度Ｕａを１．３ｍＪ／ｍｍ２に固定した。照射ピッチＰＬを範囲Ｒｂ内の１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍとした。また、各照射ピッチＰＬにて、径ｄＬ及びｄｃを調整することにより、集光パワー密度Ｉｐを変化させた。【００４４】
図３に示す結果から、照射ピッチＰＬに依存して好ましい集光パワー密度Ｉｐの範囲があることが判明した。図３に示すように、範囲Ａ〜Ｃが各照射ピッチＰＬでの集光パワー密度Ｉｐの好ましい範囲である。これらの範囲は、式（３）及び式（４）で規定される。また、この範囲は、図２に示すように図示することができる。
８８−１５×ＰＬ≧Ｉｐ≧６．５−１．５×ＰＬ  （ｋＷ／ｍｍ２）・・・（３）
１．０≦ＰＬ≦４．０  （ｍｍ）・・・（４）【００４５】
なお、このような集光パワー密度Ｉｐを実現するためには、集光ビーム径ｄＬを０．１ｍｍ以下にすることが望ましい。また、集光ビーム径ｄＬを０．１ｍｍ以下にするためには、ファイバーレーザを用いることが好ましい。【００４６】
以上、説明したように、本発明によれば、レーザ光の照射によるＬ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣの低減メカニズムに関する新たな知見に基づき、平均エネルギ密度Ｕａ、照射ピッチＰＬ及び集光パワー密度Ｉｐが規定されているので、Ｌ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣを高いレベルで低減することができる。このため、このような方法により製造されたレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板を用いて形成された変圧器の鉄芯は、従来のものよりも低い鉄損を実現することができる。また、本発明におけるレーザ光の照射は、従来の方向性電磁鋼板の連続製造ラインにて使用することもできるので、生産性が高いという利点もある。【００４７】
（実施例）
次に、本発明範囲に属する実施例について、本発明範囲から外れる比較例と比較しながら説明する。【００４８】
先ず、Ｓｉ：３．１％を含有し、残部がＦｅ及びその他微量の不純物からなり、板厚が０．２３ｍｍの一方向性電磁鋼板を作成した。その後、一方向性電磁鋼板の表面に、表１に示す条件でレーザ光を照射した。【００４９】
【表１】
2009075328.tif 000003
【００５０】
そして、レーザ光の照射後に得られた各一方向性電磁鋼板について、Ｌ方向鉄損ＷＬ及びＣ方向鉄損ＷＣを測定した。この結果を表２に示す。【００５１】
【表２】
2009075328.tif 000004
【００５２】
表２に示すように、本発明範囲に属する実施例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３では、本発明範囲から外れる比較例Ｎｏ．４〜Ｎｏ．８と比較して、Ｌ方向鉄損ＷＬを殆ど損なうことなく良好なＣ方向鉄損ＷＣを得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、圧延方向及びこれに直交する板幅方向の両方向における鉄損を適切に低減されたレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板を得ることができる。このため、このような方向性電磁鋼板から製造した変圧器の鉄損を、従来に比べ低減することができる。また、本発明は、連続製造ラインにおいて実施することが可能であるため、良好な生産性を得ることもできる。
【図１】
2009075328.tif 000005
【図２】
2009075328.tif 000006
【図３】
2009075328.tif 000007
【図４】
2009075328.tif 000008
【図５Ａ】
2009075328.tif 000009
【図５Ｂ】
2009075328.tif 000010
【図６】
2009075328.tif 000011
【図７Ａ】
2009075328.tif 000012
【図７Ｂ】
2009075328.tif 000013
【図８】
2009075328.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月7日(2010.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性電磁鋼板の表面に、集光した連続波レーザ光を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向から傾斜した方向に走査しながら照射する工程を、前記連続波レーザ光を走査する部分を所定の間隔でずらしながら繰り返す工程を有し、
前記連続波レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、
前記走査の速度をＶｃ（ｍｍ／ｓ）、
前記所定の間隔をＰＬ（ｍｍ）と表わし、
平均照射エネルギ密度ＵａをＵａ＝Ｐ／（Ｖｃ×ＰＬ）  （ｍＪ／ｍｍ2）と定義したとき、以下の関係を満たすことを特徴とするレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
０．８ｍＪ／ｍｍ2≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ2
【請求項２】
前記連続波レーザ光の前記走査の方向における径をｄｃ（ｍｍ）、
前記連続波レーザ光の前記走査の方向に直交する方向における径をｄＬ（ｍｍ）と表わし、
前記連続波レーザ光の照射パワー密度ＩｐをＩｐ＝（４／π）×Ｐ／（ｄＬ×ｄｃ）（ｋＷ／ｍｍ2）と定義したとき、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
（８８−１５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ2≧Ｉｐ≧（６．５−１．５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ2
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
【請求項３】
前記連続波レーザ光の前記方向性電磁鋼板の表面における形状が円形又は楕円形であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記連続波レーザ光の前記方向性電磁鋼板の表面における形状が円形又は楕円形であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項７】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項３に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項８】
前記走査の方向を前記方向性電磁鋼板の圧延方向に対して概ね直交する方向とすることを特徴とする請求項４に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項９】
円形又は楕円形に集光した連続波レーザ光を、鋼板の圧延方向に、概ね、垂直方向に、一定間隔で走査照射して、鉄損を低減する方向性電磁鋼板の製造方法であって、レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、ビームの走査速度をＶｃ（ｍｍ／ｓ）、圧延方向の照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とし、平均照射エネルギ密度ＵａをＵａ＝Ｐ／（Ｖｃ×ＰＬ）  （ｍＪ／ｍｍ2）と定義し、以下の関係を満たすことを特徴とするレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
０．８ｍＪ／ｍｍ2≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ2
【請求項１０】
ビームの走査方向集光径をｄｃ（ｍｍ）、走査方向と直交方向の集光ビーム径をｄＬ（ｍｍ）、照射パワー密度ＩｐをＩｐ＝（４／π）×Ｐ／（ｄＬ×ｄｃ）（ｋＷ／ｍｍ2）と定義し、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項９に記載のレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法。
（８８−１５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ2≧Ｉｐ≧（６．５−１．５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ2
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明に係るレーザ光の照射により磁区が制御された方向性電磁鋼板の製造方法は、方向性電磁鋼板の表面に、集光した連続波レーザ光を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向から傾斜した方向に走査しながら照射する工程を、前記連続波レーザ光を走査する部分を所定の間隔でずらしながら繰り返す工程を有し、前記連続波レーザ光の平均パワーをＰ（Ｗ）、前記走査の速度をＶｃ（ｍｍ／ｓ）、前記所定の間隔をＰＬ（ｍｍ）と表わし、平均照射エネルギ密度ＵａをＵａ＝Ｐ／（Ｖｃ×ＰＬ）  （ｍＪ／ｍｍ2）と定義したとき、以下の関係を満たすことを特徴とする。
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
０．８ｍＪ／ｍｍ2≦Ｕａ≦２．０ｍＪ／ｍｍ2
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
なお、前記連続波レーザ光の前記走査の方向における径をｄｃ（ｍｍ）、前記連続波レーザ光の前記走査の方向に直交する方向における径をｄＬ（ｍｍ）と表わし、前記連続波レーザ光の照射パワー密度ＩｐをＩｐ＝（４／π）×Ｐ／（ｄＬ×ｄｃ）（ｋＷ／ｍｍ2）と定義したとき、以下の関係を満たすことが好ましい。
（８８−１５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ2≧Ｉｐ≧（６．５−１．５×ＰＬ）ｋＷ／ｍｍ2
１．０ｍｍ≦ＰＬ≦３．０ｍｍ
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図３に示す結果から、照射ピッチＰＬに依存して好ましい集光パワー密度Ｉｐの範囲があることが判明した。図３に示すように、範囲Ａ〜Ｃが各照射ピッチＰＬでの集光パワー密度Ｉｐの好ましい範囲である。これらの範囲は、式（３）及び式（４）で規定される。また、この範囲は、図２に示すように図示することができる。
８８−１５×ＰＬ≧Ｉｐ≧６．５−１．５×ＰＬ  （ｋＷ／ｍｍ2）・・・（３）
１．０≦ＰＬ≦３．０  （ｍｍ）・・・（４）
【国際調査報告】
2009075328.tif 000015
2009075328.tif 000016
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