(57)【要約】【課題】  一方向性電磁鋼板の板厚に応じてレーザビームを照射して、低鉄損一方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】  圧延方向とほぼ直角方向に周期的な線状あるいは線状の点列でレーザ照射して磁区制御を行った一方向性電磁鋼板において、その板厚をｔ（ｍｍ）、レーザビームの線状照射痕の圧延方向幅、およびまたは当該レーザビームによって生成される環流磁区の圧延方向幅をｗ（ｍｍ）、照射線の圧延方向の照射間隔をＰＬ（ｍｍ）、レーザビームの圧延方向の集光径をｄｌ（ｍｍ）とするとき、次式のような所定の関係式を満足する低鉄損一方向性電磁鋼板と、その製造方法である。    １．３×１０-4≦π／８×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）≦１．３×１０-2【選択図】    図２
2006233299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行った一方向性電磁鋼板において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記レーザビームの線状照射痕の圧延方向幅または前記レーザビームの照射によって生成される環流磁区の圧延方向幅をｗ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板。
１．３×１０-4≦π／８×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）≦１．３×１０-2
【請求項２】
圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行った一方向性電磁鋼板において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記レーザビームの線状照射痕の圧延方向幅または当該レーザビームによって生成される環流磁区の圧延方向幅をｗ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、ｗが０．０５ｍｍ以上且つ０．２ｍｍ以下であり、さらに次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板。
７．０×１０-4≦π／８×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）≦１．３×１０-2
【請求項３】
圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行う一方向性電磁鋼板の製造方法において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記レーザビームの圧延方向集光径をｄｌ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
３．３×１０-4≦ｄｌ×ｄｌ／（ｔ×ＰＬ）≦３．３×１０-2
【請求項４】
圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行う一方向性電磁鋼板の製造方法において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記レーザビームの圧延方向集光径をｄｌ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、ｄｌを０．０５ｍｍ以上且つ０．２ｍｍ以下とし、さらに次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
１．８×１０-3  ≦ｄｌ×ｄｌ／（ｔ×ＰＬ）≦３．３×１０-2
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射により磁区制御を施した鉄損特性に優れた一方向性電磁鋼板およびその製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
一方向性電磁鋼板は、鉄損を低減することがエネルギー節約の観点から要望されている。その方法として、特許文献１に一方向性電磁鋼板の製造方法として、ＹＡＧレーザ照射により圧延方向にほぼ垂直に、且つ圧延方向に周期的な線状の歪みを導入し、鉄損を低減する方法が開示されている。レーザ磁区制御と呼ばれるこの方法の原理は、レーザビームの走査照射による表面歪みに起因して、１８０°磁壁間隔が細分化され、鉄損が低減されるというものである。
一方、一方向性電磁鋼板は、積トランス製造工程における鋼板の積層作業の負担を軽減するため、板厚を厚くすることが好ましい。したがって、厚手材に対しても、より鉄損の低い一方向性電磁鋼板が要請されるようになった。
【０００３】
レーザ照射材において板厚を考慮した製造方法として特許文献２がある。これはに、板厚に応じてレーザビーム照射のスキャン線上の積算照射エネルギー密度、レーザパワー密度を変化させ、各板厚で鉄損改善が最適となる方法が開示されている。
【特許文献１】特公平６−１９１１２号公報
【特許文献２】特開２０００−３２８１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術は、一方向性電磁鋼板の板厚にあわせて局所的な積算照射エネルギー密度とレーザパワー密度を変更することは開示されているものの、照射ビーム径に関しては板厚変化に対して考慮されておらず一定とするものであった。
本発明の課題は、一方向性電磁鋼板の板厚に応じてレーザ照射条件を変更して、高い鉄損改善を得る一方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、レーザ照射による磁区制御を施した低鉄損一方向性電磁鋼板を鋭意研究の結果、板厚にあわせてレーザ照射によって導入される歪みによる環流磁区の形状やレーザ照射の圧延方向の間隔を制御することによって、従来よりも極めて低い鉄損の一方向性電磁鋼板及びそれを実現できる製造方法を想到した。
【０００６】
本発明の要旨を以下に記す。
（１）圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行った一方向性電磁鋼板において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ  （ｍｍ）、前記レーザビームの線状照射痕の圧延方向幅または前記レーザビームの照射によって生成される環流磁区の圧延方向幅をｗ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板。
１．３×１０-4≦π／８×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）≦１．３×１０-2
（２）圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行った一方向性電磁鋼板において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記レーザビームの線状照射痕の圧延方向幅または当該レーザビームによって生成される環流磁区の圧延方向幅をｗ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、ｗが０．０５ｍｍ以上且つ０．２ｍｍ以下であり、さらに次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板。
７．０×１０-4≦π／８×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）≦１．３×１０-2
【０００７】
（３）圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行う一方向性電磁鋼板の製造方法において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記レーザビームの圧延方向集光径をｄｌ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
３．３×１０-4≦ｄｌ×ｄｌ／（ｔ×ＰＬ）≦３．３×１０-2
（４）圧延方向と直角な線状あるいは点列状に、且つ圧延方向に周期的にレーザビームを照射して磁区制御を行う一方向性電磁鋼板の製造方法において、該一方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）、前記レーザビームの圧延方向集光径をｄｌ（ｍｍ）、および前記レーザビームの照射の圧延方向での照射間隔をＰＬ（ｍｍ）とするとき、ｄｌを０．０５ｍｍ以上且つ０．２ｍｍ以下とし、さらに次式を満足することを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
１．８×１０-3≦ｄｌ×ｄｌ／（ｔ×ＰＬ）≦３．３×１０-2
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、一方向性電磁鋼板の板厚に応じて鉄損特性の優れた電磁鋼板が得られる。本発明の一方向性電磁鋼板を用いることで、高効率で小型のトランスが低い作業負荷で製造可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは、一方向性電磁鋼板の表面に、圧延方向にほぼ垂直で、一定間隔で線状の歪みをレーザにより導入して鉄損を改善する方法において、板厚の違いに対するレーザビーム照射条件について、特に環流磁区の形状や環流磁区の分布、照射ピッチについて着目し、工業的に実現可能な鉄損特性の優れた一方向性電磁鋼板およびその製造方法を見出した。
以下、図を用いて、本発明の一方向性電磁鋼板およびその製造方法を説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は本発明に係わるレーザビーム照射方法の説明図である。本実施例では、レーザ装置３から出力されるレーザビームＬＢを、ポリゴンミラー４と fθレンズ５を使用し、一方向性電磁鋼板（鋼板）１上に走査照射した。 fθレンズ５と鋼板１の距離を変えることにより、レーザビームの圧延方向集光径ｄｌを変化させた。
６は円柱レンズあるいは複数の円柱組レンズであり、必要に応じてレーザビームの集光スポットについてビームスキャン方向の集光径（スキャン方向長）ｄｃを変化させて、円形から楕円形まで集光形状を制御するのに用いる。図１は、レーザと走査装置が一組の例であるが、鋼板の板幅に応じて板幅方向に同様の装置を複数台配置してもよい。
【００１１】
本発明者らは、ファイバコア径１０μｍの連続波ファイバレーザ装置を用いて、各種板厚の一方向性電磁鋼板表面に圧延方向にほぼ垂直方向に線状のレーザ照射を施して鉄損を調べた。この実験において、レーザ照射の照射条件により鋼板表面に照射痕が生じる場合と生じない場合がある。照射痕が生じる場合は、その照射痕の圧延方向の幅を光学顕微鏡による観察と照射によって生じる圧延方向の環流磁区の幅を、２００ｋＶの加速電圧を持つ走査型電子顕微鏡の反射電子を用いた観察で測定した。その結果、照射痕の幅と環流磁区の幅はほぼ一致した。
【００１２】
また、照射痕が発生しない場合は環流磁区の幅を測定した。以下の記述では、照射痕あるいは環流磁区の幅を同一のものとして扱い、圧延方向照射幅ｗ（ｍｍ）とする。各種板厚において、レーザ照射によって表面に発生する圧延方向照射幅ｗと鉄損の関係並びに圧延方向のレーザ照射間隔ＰＬと鉄損の関係を詳細に調べた結果をそれぞれ図４、５に示す。なお、圧延方向照射幅ｗはレーザ照射ビーム径ｄｌによって制御した。
【００１３】
また、鉄損を低減させるため、各条件では平均照射エネルギー密度Ｕａ(mJ/mm2 ) を、板幅方向のレーザビームの板幅方向走査速度Ｖｃ(m/s) を変化させた。なお、Ｕａ(mJ/mm2 ) は、ＰＬ(mm)、Ｖｃ(m/s) 、およびレーザパワーをＰ(W) を用いて、Ｕａ(mJ/mm2 ) ＝Ｐ／（Ｖｃ×ＰＬ）で定義される。鉄損はＳＳＴ（Single  Sheet Tester）測定器でＷ17/50 を測定した。Ｗ17/50 は周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．７Ｔのときの鉄損である。
【００１４】
本実施例で用いた一方向性電磁鋼板サンプルにおいて、板厚が０．２３mmの場合には、レーザ照射前のＷ17/50 の範囲は０．８０〜０．８５Ｗ／kg、板厚が０．２７mmの場合には、レーザ照射前のＷ17/50 の範囲は０．８０〜０．９０Ｗ／kg、板厚が０．３０mmの場合には、レーザ照射前のＷ17/50 の範囲は０．９５〜１．００Ｗ／kgであった。
【００１５】
図４に示すように、板厚ｔにおける圧延方向照射幅ｗと鉄損の測定結果から、ｔが大きくなると、最適な圧延方向照射幅ｗも大きくなることが分かった。この理由について本発明者らは以下のように考察している。
図６に示すように、一般にレーザ照射によって導入される歪みは表面照射部を起点として、同心円状に等方的に分布すると考えられ、その深さは圧延方向照射幅ｗの半分程度と推測される。ｗ一定の場合、板厚が厚くなるとレーザ照射によって導入される歪みの深さの占める割合が小さくなることから、板厚が厚い場合に磁区細分化効果を得るには、圧延方向照射幅ｗを広くすることで深さ方向の歪みも大きくすることが効果的であると考えられる。
【００１６】
一方、図５に示すように、板厚ｔにおけるレーザビーム照射の圧延方向の間隔（圧延方向ピッチ）ＰＬと鉄損の関係の測定結果から、板厚ｔが大きくなると、鉄損が最小となる圧延方向ピッチＰＬの間隔は小さくなることが分かった。この結果から考察すると、ＰＬ一定の場合、板厚が厚くなるほど、圧延方向の線状歪み間の相互作用が弱くなると考えられる。すなわち磁区細分化効果を得るには照射間隔を狭くする必要があると考えられる。  
【００１７】
本発明者らは、以上の二つの実験結果と考察から、鉄損を低減する磁区細分化効果は板厚ｔによって、圧延方向照射幅ｗすなわち歪みの量と照射間隔ＰＬすなわち歪みの相互作用の大きさ、これらに密接な関係があると考えた。つまり板厚に対応して、歪み量とほぼ比例関係のある環流磁区の量や分布に最適値が存在するのではないかという仮説に想達した。すなわち図６に示すような一定断面積として板厚ｔ×間隔ＰＬと歪み領域の面積π／８×（ｗ×ｗ）の比に最適範囲が存在するのではないかと考えた。この仮説の真偽を確認するためさらに下記の実験、解析を行った。
【００１８】
鋼板の圧延方向断面における歪みの面積の占める割合（以下、歪み比率ηと呼ぶ）をπ／×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）で定義して、板厚をパラメータとして歪み比率ηと鉄損Ｗ17/50 の関係を調べた結果を図２に示す。図２の中で、点線で示す各板厚における最小鉄損を基準として、これに対する劣化率を（到達鉄損−最小鉄損）／最小鉄損×１００％と定義した時、どの板厚においても歪み比率ηが点線で示す１．３×１０-4以上且つ１．３×１０-2以下で、１点鎖線で示す劣化率５％以内を実現することができる。
【００１９】
歪み比率ηが１．３×１０-4未満の場合、これは主にｗが非常に小さく、ＰＬが広い照射条件に相当し、線状歪みの相互作用が弱いため磁区細分化が起き難く、鉄損が低減されない。一方、歪み比率ηが１．３×１０-2超の場合、これはｗが非常に大きく、ＰＬが狭い照射条件に相当し、個々の線状歪みが過大であるため、鉄損低減を阻害するヒステリシス損の増加を招くため鉄損が低減されない。
【００２０】
図３は、図２を圧延方向照射幅ｗ別に鉄損を示したものである。これより、より鉄損の小さい図中２点鎖線で示す劣化率４％以内の一方向性電磁鋼板を得るには、圧延方向照射幅ｗが０．０５mm以上且つ０．２mm以下で、歪み比率ηが点線で示す７．０×１０-4以上且つ１．３×１０-2以下の範囲であることが望ましい。
【００２１】
圧延方向照射幅ｗは集光レーザビームの圧延方向径ｄｌとほぼ一致する。従って、本発明の一方向性電磁鋼板の製造方法において、歪み比率η＝π／８×（ｗ×ｗ）/(ｔ×ＰＬ）のｗをｄｌで置き換え、ｄｌ×ｄｌ／（ｔ×ＰＬ）を３．３×１０-4以上且つ３．３×１０-2以下の範囲とすることで、鉄損特性の優れた一方向性電磁鋼板が製造できる。
好ましくは、ｄｌが０．０５mm以上且つ０．２mm以下で、ｄｌ×ｄｌ／（ｔ×ＰＬ）が１．８×１０-3以上且つ３．３×１０-2以下の範囲であること望ましい。
この照射方法で得られる一方向性電磁鋼板は、ｄｌが０．２mm以上である従来技術の特許文献２と比較すると、鉄損が小さい。
本発明によれば、各種板厚において優れた鉄損特性をもつ一方向性電磁鋼板を得ることができることから、本発明の工業的意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一方向性電磁鋼板製造方法に用いる装置の模式図である。
【図２】各種板厚における歪み比率η＝π／８×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）と鉄損Ｗ17/50 の関係図である。
【図３】各種板厚における歪み比率η＝π／８×（ｗ×ｗ）／（ｔ×ＰＬ）と鉄損Ｗ17/50 の関係図で、圧延方向照射幅ｗ別に示した関係図である。
【図４】各種板厚における圧延方向照射幅ｗと鉄損Ｗ17/50 の関係図である（照射ピッチは４ｍｍ固定）。
【図５】各種板厚における照射ピッチＰＬと鉄損Ｗ17/50 の関係図である（圧延方向照射幅ｗは０．１mm固定）。
【図６】歪み比率ηを説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２３】
１：電磁鋼板
２：レーザ照射痕
３：レーザ装置
４：走査ミラー、ポリゴンミラー
５：集光レンズ、 fθレンズ
６：円柱レンズ、組円柱レンズ
ＬＢ：レーザビーム
Ｐ  ：レーザパワー
Ｖｃ：板幅方向走査速度
ＰＬ：圧延方向照射ピッチ
ｗ  ：圧延方向照射幅
ｄｌ：レーザビームの圧延方向集光径
ｄｃ：レーザビームのスキャン方向集光径
【図１】
2006233299.tif 000003
【図２】
2006233299.tif 000004
【図３】
2006233299.tif 000005
【図４】
2006233299.tif 000006
【図５】
2006233299.tif 000007
【図６】
2006233299.tif 000008