(57)【要約】  設備と工程を最適化することで、これにより、磁区細分化効率を高め、作業性を改善して処理能力を増大させられるように、生産ラインに沿って進行させる鋼板を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、鋼板表面にレーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階と、レーザ照射後に鋼板表面に落ちて残存するスパッタを除去する除去段階とを含む方向性電磁鋼板の磁区細分化方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生産ラインに沿って進行させる鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、鋼板表面にレーザビームを照射して前記鋼板を溶融させて鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階と、レーザ照射後に鋼板表面に落ちて残存するスパッタを除去する除去段階とを含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項２】
前記レーザ照射段階は、鋼板支持ロール表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置に、レーザビームを照射することを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項３】
前記レーザ照射段階において、レーザビームは、前記基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲で照射されることを特徴とする請求項２に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項４】
前記レーザ照射段階は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換する角度変換段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項５】
前記角度変換段階は、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することを特徴とする請求項４に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項６】
前記除去段階は、鋼板表面にエアを噴射して鋼板に落ちているスパッタを吹き出す段階と、エアによって鋼板から除去されるスパッタを吸入して処理する吸入段階とを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項７】
前記除去段階は、鋼板に対するエアの移動方向に沿って鋼板の上部を覆ってスパッタの飛散を遮断し、スパッタをガイドするカバー段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項８】
レーザ照射が進行するレーザルーム内部の動作環境を設定し維持する設定維持段階をさらに含み、
前記設定維持段階は、レーザルームの内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する段階と、レーザルームの内部温度と圧力および湿度を制御する段階とを含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項９】
前記鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、前記鋼板に張力を付与する張力制御段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項１０】
前記鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項１１】
前記レーザ照射段階を経て前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
【請求項１２】
生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、レーザ照射後に鋼板表面に落ちて残存するスパッタを除去する除去部とを含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項１３】
前記レーザ照射設備は、鋼板支持ロール表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置にレーザビームが照射する構造であることを特徴とする請求項１２に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項１４】
前記レーザ照射設備は、レーザビームを前記基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲に照射する構造であることを特徴とする請求項１３に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項１５】
光学系は、駆動部によって回転可能な構造からなり、前記鋼板に対して回転して、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換する構造であることを特徴とする請求項１２に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項１６】
前記レーザ照射設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフと、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フードとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項１７】
前記集塵フードは、ボディ部と、前記ボディ部から分離されて離隔配置され、先端は入口をなす頭部と、前記ボディ部と頭部との間を連結し、前記頭部が移動可能に設けられる連結部とを含み、作業条件に応じて、連結部に対して頭部を移動させて入口の位置を可変させる構造であることを特徴とする請求項１６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項１８】
前記集塵フードは、前記頭部の側面に設けられ、スリットが延長形成された支持台と、前記支持台にまたがり、スリットを通って光学系の下部にボルト結合される支持ボルトとをさらに含み、支持ボルトを締結または解除して頭部を上下に移動させる構造であることを特徴とする請求項１７に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項１９】
前記除去部は、鋼板表面にエアを噴射して鋼板に落ちているスパッタを吹き出すエア噴射部と、前記エア噴射部から噴射されたエアによって鋼板から除去されるスパッタを吸入して処理する吸入フードとを含むことを特徴とする請求項１２乃至１８のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項２０】
前記除去部は、前記エア噴射部と吸入フードとの間で鋼板に対するエアの移動方向に沿って鋼板の上部を覆ってスパッタの飛散を遮断し、エアによって移動するスパッタをガイドするカバー部材をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項２１】
前記鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項２２】
前記鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項２３】
前記鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御設備をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【請求項２４】
前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置に係り、より詳しくは、方向性電磁鋼板にレーザを照射して永久的に鋼板の磁区を細分化処理する方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、変圧器のような電気機器の電力損失を低減し効率を向上させるために、鉄損が低く磁束密度が高い磁気的特性を有する方向性電磁鋼板が求められている。
方向性電磁鋼板の鉄損を低減するために、鋼板表面に機械的方法やレーザビームを照射して圧延方向に対して垂直方向に磁区を細分化することによって、鉄損を減少させる技術が開示されている。
磁区細分化方法は、応力除去焼鈍後に磁区細分化改善効果を維持するか否かによって、一時磁区細分化と永久磁区細分化に大きく区分することができる。
一時磁区細分化方法は、応力除去焼鈍後に磁区細分化効果を失うという欠点がある。一時磁区細分化方法は、鋼板表面に局部的な圧縮応力部を形成させることによって磁区を細分化させることができる。しかし、このような方法は、鋼板表面の絶縁コーティング層の損傷を起こすため、再コーティングが要求され、最終製品でない中間工程で磁区細分化処理をすることから、製造費用が高いという欠点がある。
【０００３】
永久磁区細分化方法は、熱処理後にも鉄損改善効果を維持することができる。永久磁区細分化処理のために、エッチング工法やロール工法、レーザ工法を利用した技術が主に用いられている。エッチング工法の場合、溝形成深さや幅の制御が難しく、最終製品の鉄損特性の保証が困難であり、酸容液を使用することから、環境にやさしくないという欠点がある。ロールを用いた工法の場合、機械加工に対する安定性、信頼性およびプロセスが複雑であるという欠点がある。
レーザを用いて鋼板を永久磁区細分化する工法は、鋼板を支持し張力を調節した状態で鋼板の表面にレーザビームを照射して鋼板表面に溶融溝を形成して磁区を細分化させることができる。このように、レーザを用いて磁区を細分化するにあたり、高速処理が可能でかつ、電磁鋼板の鉄損を低くし磁束密度を高められるように、より効果的な工程の改善と最適化が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的とするところは、設備と工程を最適化することで、これにより、磁区細分化効率を高め、作業性を改善して処理能力を増大させることができる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供することにある。
また他の目的とするところは、レーザ照射により発生して鋼板表面上に落ちたスパッタを効果的に除去することができる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供することにある。
さらに他の目的とするところは、レーザ照射により形成されたヒルアップとスパッタなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高めることができる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供することにある。
またさらに他の目的とするところは、鉄損改善効率をより高め磁束密度の低下を最小化することができる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供することにある。
さらにまた他の目的とするところは、工程に必要な最適な動作環境を提供することができる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の磁区細分化方法は、生産ラインに沿って進行させる鋼板を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、鋼板表面にレーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階と、レーザ照射後に鋼板表面に落ちて残存するスパッタを除去する除去段階とを含むことを特徴とする。
【０００６】
除去段階は、鋼板表面にエアを噴射して鋼板に落ちているスパッタを吹き出す段階と、エアによって鋼板から除去されるスパッタを吸入して処理する吸入段階とを含むことが好ましい。
除去段階は、鋼板に対するエアの移動方向に沿って鋼板の上部を覆ってスパッタの飛散を遮断し、スパッタをガイドするカバー段階をさらに含むことができる。
レーザ照射段階は、鋼板支持ロール表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置に、レーザビームを照射することがよい。
【０００７】
レーザ照射段階において、レーザビームは、基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲で照射されることが好ましい。
磁区細分化方法は、レーザ照射が進行するレーザルーム内部の動作環境を設定し維持する設定維持段階をさらに含むことができる。
磁区細分化方法は、鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御段階をさらに含むことがよい。
磁区細分化方法は、鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御段階をさらに含むことができる。
【０００８】
設定維持段階は、レーザルームの内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する段階と、レーザルームの内部温度と圧力および湿度を制御する段階とを含むことが好ましい。
磁区細分化方法は、レーザ照射段階を経て鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理段階をさらに含むことがよい。
後処理段階は、ブラシロールで鋼板表面に付いたヒルアップとスパッタを除去するブラシ段階を含むことができる。
【０００９】
後処理段階は、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒルアップとスパッタを追加除去する清浄段階と、清浄段階で鋼板から除去され、アルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング段階とをさらに含むことが好ましい。
蛇行制御段階は、鋼板の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた蛇行量を測定する蛇行量測定段階と、蛇行量測定段階で測定された鋼板の蛇行量に基づき、ステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）の軸を回転および移動させて鋼板の動く方向を調整して鋼板の蛇行量を制御する蛇行量制御段階とを含むことがよい。
蛇行量制御段階は、鋼板の蛇行量を±１ｍｍ以内に制御することができる。
【００１０】
張力制御段階は、テンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）によって鋼板に張力を印加する鋼板張力印加段階と、鋼板張力印加段階を行った鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定段階と、鋼板張力測定段階で測定された鋼板の張力に基づき、テンションブライドルロールの速度を調整して鋼板張力を制御する鋼板張力制御段階とを含むことが好ましい。
鋼板支持ロール位置調節段階は、レーザ照射段階に位置する鋼板を鋼板支持ロールで支持する鋼板支持段階と、レーザ照射段階で鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定する輝度測定段階と、輝度測定段階で測定された火炎の明るさに基づき、鋼板支持ロール位置制御系によって鋼板支持ロールの位置を調整してレーザの焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように制御する鋼板支持ロール位置制御段階とを含むことがよい。
【００１１】
レーザ照射段階は、レーザ発振器から照射されたレーザビームを受けた光学系によって鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザビーム照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザビームエネルギー密度を鋼板に伝達するレーザ照射およびエネルギー伝達段階を含むことができる。
レーザ照射段階は、レーザ発振器制御器によって、正常な作業条件下ではレーザビームを発振するレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の蛇行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザビーム発進制御段階を含むことが好ましい。
【００１２】
レーザ照射段階において、レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振することが好ましい。
レーザ照射段階において、光学系は、レーザの走査速度を制御して、レーザビームの照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することがよい。
レーザ照射段階は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換する角度変換段階をさらに含むことができる。
角度変換段階は、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することがよい。
レーザ照射段階は、レーザビーム照射時に発生したヒューム（ｆｕｍｅ）と溶融鉄を吸入して除去する集塵段階をさらに含んでもよい。集塵段階は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するための噴射段階を含むことが好ましい。
レーザ照射段階は、レーザビームの散乱光と熱がレーザ照射設備の光学系に流入するのを遮断する遮断段階をさらに含むことができる。
【００１３】
本発明の磁区細分化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、レーザ照射後に鋼板表面に落ちて残存するスパッタを除去する除去部とを含むことを特徴とする。
【００１４】
除去部は、鋼板表面にエアを噴射して鋼板に落ちているスパッタを吹き出すエア噴射部と、エア噴射部から噴射されたエアによって鋼板から除去されるスパッタを吸入して処理する吸入フードとを含むことが好ましい。
除去部は、エア噴射部と吸入フードとの間で鋼板に対するエアの移動方向に沿って鋼板の上部を覆ってスパッタの飛散を遮断し、エアによって移動するスパッタをガイドするカバー部材をさらに含むことができる。
レーザ照射設備は、鋼板支持ロール表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置にレーザビームが照射する構造であることがよい。
【００１５】
レーザ照射設備は、レーザビームを基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲に照射する構造であることがよい。
鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームをさらに含むことができる。
鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含むことがよい。
鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御設備をさらに含んでもよい。
レーザルームは、レーザ照射設備と鋼板支持ロール位置制御設備を収容して外部と隔離させるように内部空間を形成し、鋼板の進行方向に沿って両側面には入口と出口が形成され、内部にはレーザルームの内部圧力を外部より高めるための陽圧装置と、レーザ照射設備の光学系が位置した上部空間を鋼板の通る下部空間と分離させる光学系下部フレームと、レーザルームの内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器とを含むことが好ましい。
【００１６】
鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことがよい。
後処理設備は、レーザルームの後段に配置され、鋼板表面のヒルアップとスパッタを除去するブラシロールを含むことができる。
後処理設備は、ブラシロールの後段に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒルアップとスパッタを追加除去する清浄ユニットと、清浄ユニットに連結され、清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部とをさらに含むことが好ましい。
【００１７】
蛇行制御設備は、鋼板の移動方向を切り替えるためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）と、鋼板の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（蛇行量）を測定するための蛇行測定センサと、蛇行測定センサの出力値に基づき、ステアリングロールの軸を回転および移動させて鋼板の動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）とを含むことが好ましい。
張力制御設備は、鋼板に張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ）と、テンションブライドルロールを通過した鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定センサと、鋼板張力測定センサで測定された鋼板の張力に基づき、テンションブライドルロールの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系とを含むことがよい。
鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備の位置で鋼板を支持する鋼板支持ロールと、レーザ照射設備から鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサと、輝度測定センサで測定された火炎の明るさに基づき、鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロール位置制御系とを含むことができる。
【００１８】
レーザ照射設備は、連続波レーザビームを発振するためのレーザ発振器と、レーザ発振器から発進したレーザビームを鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する光学系とを含むことができる。
レーザ照射設備は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の蛇行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザ発振器制御器をさらに含んでもよい。
レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振することができる。
【００１９】
光学系は、レーザの走査速度を制御して、レーザ照射線の間隔を圧延方向に沿って２〜３０ｍｍに調整することができる。
レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系が駆動部によって回転可能な構造からなり、光学系が鋼板に対して回転して、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換する構造であってよい。
レーザ照射設備は、レーザ散乱光と熱が光学系に流入するのを遮断する遮蔽部をさらに含むことが好ましい。
【００２０】
レーザ照射設備は、鋼板にレーザビーム照射により生成されたヒュームとスパッタを除去するための溶融鉄除去設備をさらに含むことがよい。
溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフと、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フードとを含むことができる。
集塵フードは、ボディ部と、ボディ部から分離されて離隔配置され、先端は入口をなす頭部と、ボディ部と頭部との間を連結し、頭部が移動可能に設けられる連結部とを含み、作業条件に応じて、連結部に対して頭部を移動させて入口の位置を可変させる構造であることが好ましい。
集塵フードは、頭部の側面に設けられ、スリットが延長形成された支持台と、支持台にまたがり、スリットを通って光学系の下部にボルト結合される支持ボルトとをさらに含み、支持ボルトを締結または解除して頭部を上下に移動させる構造であることがよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上のとおり、本発明によると、鋼板を２ｍ／ｓｅｃ以上の高速で進行させながら、安定的にレーザによる磁区細分化工程を進行させることにより、電磁鋼板の熱処理前後の鉄損改善率をそれぞれ５％以上、１０％以上確保することができる。
また、レーザ照射により形成されたヒルアップとスパッタなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高めることができる。
さらに、鋼板表面に落ちたスパッタを効果的に除去することによって、スパッタによる鋼板の損傷を防止し、後段の設備でロールの間にスパッタが挟まれたり鋼板表面にくっ付いて鋼板表面の欠陥が発生することを防止できる。
またさらに、磁区細分化効率を高め、作業性を改善して磁区細分化処理能力を増大させることができる。
さらにまた、鉄損改善効率をより高め、磁束密度の低下を最小化することができ、工程に必要な最適な動作環境を提供することによって、高品質の製品を大量に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施例による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施例により磁区細分化処理された鋼板を示す概略図である。
【図３】本実施例により遮断部を備えたレーザ照射設備の光学系の構成を示す概略図である。
【図４】本実施例により光学系の下部に設けられる集塵フードの構成を示す概略図である。
【図５】本実施例により光学系の下部に設けられる集塵フードの構成を示す概略図である。
【図６】本実施例によるスパッタ除去部を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下で使用される専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外させるわけではない。
以下、添付した図面を基にして、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例を説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施例は、本発明の概念と範囲を逸脱しない限度内で多様な形態に変形可能である。これにより、本発明は種々の異なる形態で実現され、ここで説明する実施例に限定されない。
以下の説明において、本実施例は、変圧器の鉄心素材などに使用される方向性電磁鋼板の永久磁区細分化のための設備を例として説明する。
【００２４】
図１は、本実施例による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置の構成を概略的に示した図であり、図２は、本実施例により磁区細分化処理された鋼板を示す概略図である。
以下の説明において、圧延方向または鋼板の移動方向は、図２におけるｘ軸方向を意味し、幅方向は、圧延方向に直角の方向で図２におけるｙ軸方向を意味し、幅は、ｙ軸方向に対する鋼板の長さを意味する。図２にて、図面符号３１は、レーザビームによって溝状に凹まれて鋼板１表面に連続的に形成された照射線を指し示す。
図１に示したとおり、本実施例による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置は、鋼板１が２ｍ／ｓ以上の高速で進行しても安定的に永久磁区細分化処理を行う。
本実施例の磁区細分化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板１を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、レーザ照射後に鋼板表面に落ちて残存するスパッタを除去する除去部とを含む。
【００２５】
また、磁区細分化装置は、鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルーム２０を含む。
さらに、磁区細分化装置は、鋼板が傾くことなく平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含むことがよい。
また、磁区細分化装置は、鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御設備をさらに含む。
さらに、磁区細分化装置は、レーザビーム照射により鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことができる。
ヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）は、鋼板表面にレーザビームを照射して溝を形成する時、鋼板で溶融した鉄が溝部位の両側に一定の高さ以上に積もって形成される部分を意味する。スパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）は、レーザビーム照射時に発生して鋼板表面に凝固した溶融鉄を意味する。
【００２６】
蛇行制御設備は、鋼板１の移動方向を切り替えるためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ）２Ａ、２Ｂと、鋼板１の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（蛇行量）を測定するための蛇行測定センサ４と、蛇行測定センサ４の検出信号を演算して、ステアリングロール２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させて鋼板１の動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）３とを含む。
蛇行測定センサ４は、ステアリングロール２Ｂの後段に配置され、ステアリングロールを経た鋼板の実際蛇行量をリアルタイムに検出する。
【００２７】
蛇行制御設備によって鋼板が生産ラインの中央に沿って左右偏ることなく真っすぐに移動することによって、鋼板の全幅にわたって鋼板表面に溝を形成する。
蛇行制御設備は、レーザ照射による鋼板表面の溝形成前工程において、蛇行測定センサ４によって鋼板の蛇行量が測定される。蛇行測定センサ４によって測定された値は、鋼板中央位置制御系に出力され、鋼板中央位置制御系は、蛇行測定センサの出力値を演算して、演算された蛇行程度に応じてステアリングロール２Ａ、２Ｂの軸を回転および移動させる。このように、ステアリングロール２Ａ、２Ｂが回転および移動することによって、ステアリングロールに巻かれて移動する鋼板の動く方向が調整される。これにより、鋼板の蛇行量が制御され、鋼板１の蛇行量を±１ｍｍ以内に制御する。
【００２８】
張力制御設備は、鋼板１に一定大きさの張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂと、テンションブライドルロールを通過した鋼板１の張力を測定するための鋼板張力測定センサ７と、鋼板張力測定センサ７で測定された鋼板１の張力に基づき、テンションブライドルロール５Ａ、５Ｂの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６とを含む。
鋼板張力測定センサ７は、テンションブライドルロール５Ｂの後段に配置され、テンションブライドルロール５Ｂを経て張力が付与された鋼板の実際の張力をリアルタイムに測定する。
本実施例において、鋼板の張力は、レーザ照射設備のレーザ照射位置における鋼板表面の形状を平らにしつつ、あまりにも過度な張力によって鋼板の破断が発生しないように設定される。
【００２９】
張力制御設備は、設定された範囲内の鋼板張力で操業するために、鋼板張力測定センサ７で測定された鋼板の張力に基づき、鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６によってテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｂｒｉｄｌｅ  Ｒｏｌｌ：ＴＢＲ）５Ａ、５Ｂの速度を調整する。これにより、張力制御設備は、鋼板１の張力誤差が設定範囲以内となるように制御して、鋼板に張力を付与する。
張力制御設備を通過した鋼板は、レーザルーム２０の内部に流入して、鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備を経て磁区細分化加工された後、レーザルーム２０の外部に抜け出る。レーザルームについては、後でさらに説明する。
本実施例において、レーザルーム２０の内部には、レーザ照射設備の真下側に鋼板支持ロール９が配置され、鋼板支持ロールを挟んで両側にそれぞれデフレクタロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂが配置される。
【００３０】
鋼板１の移動方向は、デフレクタロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ｒｏｌｌ）８Ａ、８Ｂによって鋼板支持ロール９に向かうように切り替えられる。鋼板１は、デフレクタロール８Ａを通りながら鋼板支持ロール９側に移動方向が切り替えられて鋼板支持ロール９に接した後、再びデフレクタロール８Ｂ側に方向が切り替えられてデフレクタロール８Ｂを通って移動する。
デフレクタロールによって、鋼板１は、鋼板支持ロール９に沿って円弧状に巻かれて鋼板支持ロールに面接触しながら通る。レーザビーム照射時、鋼板の振動およびウェーブによるレーザビームの焦点距離の変動を最小化するためには、鋼板が鋼板支持ロールに十分に面接触して通らなければならず、この状態で鋼板支持ロールに沿って進行する鋼板にレーザビームを照射しなければならない。本実施例では、上記のとおり鋼板支持ロールに鋼板が面接触することによって、鋼板に対してレーザビームを正確に照射することができる。
鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備のレーザ照射位置に鋼板１を支持する鋼板支持ロール９と、レーザ照射設備から鋼板１へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサ１０と、輝度測定センサ１０で測定された火炎の明るさに基づき、鋼板支持ロール９の位置を制御するための鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系１２とを含む。
【００３１】
鋼板支持ロール位置調節設備は、鋼板支持ロール９によってレーザ照射部の位置に鋼板１を支持し、レーザ鋼板照射効率の高い焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように、鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさが最も良い状態となるように、鋼板支持ロール９の位置を全体的に上下に調整する。また、鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさは、輝度測定センサ１０を用いて測定する。
本実施例において、鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備の光学系から鋼板表面間の実際の距離を測定するための距離測定センサ１１をさらに含んでもよい。鋼板支持ロール位置制御系１２は、輝度測定センサ１０から検出された火炎の明るさと、距離測定センサ１１から実際に測定された光学系と鋼板表面との間の距離を演算して、鋼板支持ロール９の位置をより精密に制御する。
蛇行制御設備、張力制御設備、および鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備によって精密に鋼板にレーザ溝を形成させられるように、レーザ照射位置における鋼板の条件を設ける役割を果たす。レーザ照射位置における鋼板は、鋼板の中央位置が生産ラインの中央位置になければならず、光学系との距離が設定された値に維持されなければならない。
【００３２】
レーザ照射設備は、レーザ発振器制御器１３と、連続波レーザビーム１６を発振するためのレーザ発振器１４と、光学系１５とを含むことができる。
図３に示したとおり、光学系１５は、回転可能に設けられ、鋼板の幅方向に対するレーザビームの照射線の角度を付与するモジュールプレート３７と、モジュールプレート３７を回転させるための駆動部３６と、モジュールプレート３７に設けられ、レーザ発振器１４から印加されたレーザビームを光学系１５の内部に出射するヘッダ３９と、モジュールプレート３７に回転可能に設けられ、ヘッダ３９から射出したレーザビームを反射させるポリゴンミラー３２と、ポリゴンミラー３２を回転駆動させる回転モータ３３と、モジュールプレート３７に設けられ、ポリゴンミラー３２から反射したレーザビーム１６を鋼板側に反射させて鋼板に集光させる集光ミラー３５と、集光ミラー３５に連結され、集光ミラー３５を移動させてレーザビームの焦点距離を調節する駆動モータ３４と、モジュールプレート３７に設けられ、レーザビーム照射の有無に応じてモジュールプレート３７を選択的に遮断するシャッタ３８とを含むことができる。
【００３３】
光学系１５は、光学ボックスをなすモジュールプレート３７内にヘッダ３９、ポリゴンミラー３２、集光ミラー３５、およびシャッタが配置され、１つのボディをなす。レーザ発振器１４とヘッダ３９は、例えば、光ケーブル４１で連結される。これにより、レーザ発振器１４から出たレーザは、光ケーブル４１に乗ってヘッダ３９に送られる。光学ボックスをなすモジュールプレート３７の内部で、ヘッダ３９とポリゴンミラー３２および集光ミラー３５は、レーザビーム１６を所望の位置に反射させるために正位置に配置される。図３に示したとおり、例えば、ヘッダ３９は、ポリゴンミラー３２を挟んで両側に配置され、それぞれポリゴンミラー３２に向かってレーザビームをそれぞれ出射する構造であってもよい。ポリゴンミラー３２から反射するそれぞれのレーザビームに合わせて２つの集光ミラー３５が配置される。ヘッダ３９から射出したレーザビームは、回転モータ３３の駆動によって回転するポリゴンミラー３２から反射して集光ミラー３５に送られる。集光ミラー３５に反射したレーザビーム１６は、集光ミラー３５からシャッタ３８を介して鋼板側に反射し、鋼板１表面に集光される。これにより、鋼板表面にレーザビームが周期的に照射され、幅方向に連続溝を形成する。
【００３４】
光学系１５によるレーザビーム１６の全体的な焦点距離は、鋼板支持ロール９の上下移動によって調整され、左右の焦点距離が合わないものは、集光ミラー３５に連結設置されている駆動モータ３４によって調整される。
シャッタ３８は、モジュールプレート３７の下部に設けられ、モジュールプレート３７を開閉する。シャッタ３８は、集光ミラー３５からレーザビームが下部に照射される時に開放され、レーザビームと干渉を防止し、レーザビームが照射されない時は閉鎖され、外部のヒュームや異物が光学系１５の内部に流入するのを遮断する。
鋼板の蛇行量が過剰であれば、鋼板がレーザ照射位置から外れて鋼板支持ロール９にレーザが照射されながら損傷が発生する。これにより、鋼板支持ロールの損傷を防止するために、レーザ発振器制御器１３は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の蛇行量が１５ｍｍ以上発生するとレーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御する。
【００３５】
レーザ発振器１４は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振して光学系１５に伝達することができる。光学系１５は、伝達されたレーザビーム１６を鋼板表面に照射する。
レーザ発振器１４と光学系１５は、レーザビームを鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達することができる。
光学系１５は、レーザの走査速度を制御する機能があり、レーザ照射線（図２の３１）の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整することができる。これにより、レーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ、Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善することができる。
【００３６】
レーザ照射設備は、鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造であってもよい。本実施例において、レーザ照射設備は、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することができる。
このために、レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系１５が駆動部３６によって回転可能な構造からなり、鋼板表面に形成されるレーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造であってもよい。
このように光学系によるレーザビームの照射線の角度が変換されることによって、レーザビームによる照射線３１は、鋼板の圧延方向に対して直角の方向から±４°の範囲に傾いて形成される。したがって、レーザによる溝形成による磁束密度の低下を最小化することができる。
また、本実施例において、レーザ照射設備は、鋼板１に対するレーザビームの照射位置を制御して、鋼板に照射されるレーザビームが鋼板から反射して光学系やレーザ発振器に入るバックリフレクション現象を防止する構造となっている。
【００３７】
このために、図３に示したとおり、レーザ照射設備は、鋼板支持ロール９表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、光学系１５から照射されるレーザビームの照射方向が鋼板支持ロール９の中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点Ｐとして、基準点Ｐから鋼板支持ロール９の中心から外周面に沿って角度（以下、説明の便宜のために離隔角度Ｒという）をおいて離隔した位置にレーザビームを照射する構造であってもよい。
基準点Ｐとは、図３で鋼板支持ロール９の中心軸を通る線と鋼板との接する地点である。レーザビームの照射方向が鋼板支持ロール９の中心軸を通る場合、レーザビームの焦点は、基準点Ｐに合わされる。この場合、レーザビームの照射方向が基準点Ｐにおける鋼板支持ロール９の接線と直角をなすことによって、鋼板に当たって反射するレーザビームが、そのまま光学系とレーザ発振器に入って損傷を与えるバックリフレクション現象が発生する。
本実施例によるレーザ照射設備は、上記のとおり、基準点Ｐから離隔角度Ｒだけ離隔した位置にレーザビームを照射することによって、鋼板から再反射するレーザビームが光学系に入射しなくなる。したがって、バックリフレクション現象を防止し、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持することができる。
【００３８】
本実施例において、離隔角度Ｒは、基準点Ｐに対して鋼板支持ロール９の中心から外周面に沿って３〜７°の範囲に設定される。
レーザビームが照射される位置である離隔角度Ｒが３°より小さい場合には、鋼板から再反射するレーザビームの一部が光学系やレーザ発振器に流入しうる。離隔角度Ｒが７°を超えると、レーザビームによる溝形成がうまく行われず、溝の形成不良が発生しうる。
このように、本実施例のレーザ照射設備は、基準点Ｐを中心に所定角度離隔した地点から鋼板にレーザを照射することによって、バックリフレクション現象を防止し、レーザビーム反射時、入射光路と干渉されず、レーザビームによって形成される溝形状の品質を安定的に維持することができる。
レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームの照射により生成されたヒューム（ｆｕｍｅ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための溶融鉄除去設備をさらに含んでもよい。
【００３９】
溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフ１７と、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フード１９Ａ、１９Ｂとを含むことができる。エアナイフと集塵フードを介してレーザ照射時に生成されたヒュームが除去され、光学系の内部にヒュームが流入するのを防止することができる。エアナイフ１７は、鋼板１の溝内部に一定大きさの圧力Ｐａを有する圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去する。エアナイフ１７で、圧縮乾燥空気は０．２ｋｇ／ｃｍ２以上の圧力Ｐａを有することが好ましい。圧縮乾燥空気の圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ２より小さい場合では、溝内部の溶融鉄の除去が不可で鉄損改善効果を確保できないからである。エアナイフによって除去されたヒュームとスパッタは、レーザ照射位置の前後に配置された集塵フード１９Ａ、１９Ｂによって除去される。
【００４０】
また、レーザ照射設備は、レーザビームの反射光と散乱光および輻射熱が光学系に流入するのを遮断する遮蔽部１８をさらに含んでもよい。遮蔽部１８は、鋼板に照射されたレーザビーム１６の反射と散乱により光学系に流入する反射光と散乱光を遮断することによって、反射光と散乱光による輻射熱による光学系が加熱されて熱変形するのを防止する。
本実施例において、集塵フード１９Ａ、１９Ｂは、作業条件に応じて適切にその集塵位置を調節する構造であってもよい。
レーザビーム照射時に発生するヒュームとスパッタは、作業条件に応じてスパッタが飛散する角度と距離が多様である。このようなスパッタの特性を考慮してスパッタを効果的に除去するためには、作業条件に応じて集塵フードが適切な位置にある必要がある。
【００４１】
図４と図５は、作業条件に応じてその位置を可変するための集塵フードの構成を示している。
図４と図５に示したとおり、本実施例の集塵フード１９Ａ、１９Ｂは、ボディ部１９１と、ボディ部１９１から分離されて離隔配置され、先端は入口１９４をなす頭部１９２と、ボディ部１９１と頭部１９２との間を連結し、頭部１９２が移動可能に設けられる連結部１９３とを含む。
これにより、連結部１９３に対して頭部１９２を前後進移動させることによって、作業条件に応じて集塵の行われる入口１９４の位置を前後方向に可変させることができる。前後方向とは、図４におけるｙ軸方向を意味する。そして、上下方向とは、ｚ軸方向を意味する。
ボディ部１９１と頭部１９２および連結部１９３は、互いに結合されて１つの集塵フード１９Ａ、１９Ｂをなす。ボディ部１９１は、設備上に固定された構造であってもよい。連結部１９３は、ヒュームやスパッタが流出せず圧力損失がないようにボディ部１９１と頭部１９２との間で緊密に結合される。
頭部１９２は、先端に入口１９４が形成される。頭部１９２は、ボディ部１９１から分離されて連結部１９３に沿って前後進移動できる。連結部１９３内で、頭部１９２は、ボディ部１９１に対し所定距離をおいて離れて配置される。これにより、頭部１９２が連結部１９３内で前後進移動して、頭部１９２の入口１９４つまり、集塵フード１９Ａ、１９Ｂの入口１９４の位置を移動させることができる。
【００４２】
構造のほか、頭部１９２とボディ部１９１とを連結する連結部１９３が自体で伸縮可能な構造、例えば、ベローズ構造からなってもよい。頭部１９２を移動させると、ベローズ構造の連結部１９３が伸縮されながら頭部１９２の入口１９４の位置を移動させることができる。
また、集塵フード１９Ａ、１９Ｂは、頭部１９２の側面に設けられ、スリット１９６が延長形成された支持台１９５と、支持台１９５にまたがり、スリット１９６を通って光学系の下部にボルト結合される支持ボルト１９７とをさらに含んでもよい。これにより、支持ボルト１９７を締結または解除して頭部１９２を上下に移動させることによって、作業条件に応じて集塵の行われる入口１９４の位置を上下方向に可変させることができる。
頭部１９２は、支持台１９５と支持ボルト１９７を介在させて光学系の下部に設けられ、頭部１９２の位置を移動した位置に固定させることができる。
支持台１９５は、頭部１９２の両側面に設けられ、支持ボルト１９７が通るスリット１９６が頭の移動する前後方向に沿って長く形成される。スリット１９６は、頭部１９２が前後方向へ移動時に支持台１９５と支持ボルト１９７との間の干渉が起こるのを防止する。頭部１９２は、支持台１９５にまたがる支持ボルト１９７のボルト頭によって支えられて固定される。
【００４３】
支持ボルト１９７を締結すると、支持ボルト１９７が支持台１９５を引いて光学系に対して頭部１９２が上側に移動し、逆に支持ボルト１９７を解除すると、光学系に対して頭部１９２が自重によって下へ下がるようになる。これにより、頭部１９２が連結部１９３に対して上下に移動して、頭部１９２の入口１９４つまり、集塵フード１９Ａ、１９Ｂの入口１９４の位置を移動させることができる。
連結部１９３は、内部に上下方向にある程度流動空間があり、頭部１９２が連結部１９３との干渉なしに上下に移動可能である。構造のほか、連結部１９３自体が柔軟に曲がる構造、例えば、フレキシブル材質であるか、ベローズ構造になって、頭部１９２の上下移動時に柔軟に曲がり、頭部１９２と干渉を防止することができる。
このように、集塵フード１９Ａ、１９Ｂの入口１９４の位置を可変させることによって、作業条件に関係なくレーザ照射により発生するヒュームとスパッタを効果的に除去することができる。
【００４４】
図６は、本実施例によるスパッタ除去部を示す概略図である。
除去部は、鋼板１へのレーザビーム照射後に鋼板表面に落ちて残存するスパッタを除去する。除去部は、例えば、図１に示したとおり、鋼板の移動方向に沿ってレーザ照射設備の光学系１５とデフレクタロール９Ｂとの間に配置され、レーザ照射後に鋼板がデフレクタロールに移動する前に鋼板表面に付着するスパッタを除去する。
図６に示したとおり、除去部は、鋼板１表面にエアを噴射して鋼板に落ちているスパッタを吹き出すエア噴射部１００と、エア噴射部から噴射されたエアによって鋼板から除去されるスパッタを吸入して処理する吸入フード１０１とを含むことができる。
【００４５】
除去部は、エア噴射部１００と吸入フード１０１との間で鋼板１に対するエアの移動方向に沿って鋼板の上部を覆ってスパッタの飛散を遮断し、エアによって移動するスパッタをガイドするカバー部材１０２をさらに含んでもよい。
エア噴射部１００と吸入フード１０１は、鋼板の幅方向に沿って両側先端側に対向配置される。エア噴射部１００から噴射されたエアは、鋼板１の幅方向に流れて吸入フード１０１を通して吸入される。この過程で、鋼板１表面に残存しているスパッタがエアの流れによって吸入フード側に移動して除去される。
エア噴射部１００を通してエアを噴射する時、鋼板１の上部にはカバー部材１０２が覆われて設けられる。カバー部材１０２は、鋼板の幅方向に沿って両先端部と下端が開放された構造であってもよい。これにより、カバー部材１０２は、エア噴射部１００と吸入フード１０１との間を連通する通路を形成する。したがって、エア噴射部１００から噴射されたエアは、カバー部材１０２によって形成された通路に沿って移動して吸入フード１０１に入る。これにより、カバー部材１０２によってスパッタが外部に飛散せずにより効果的に吸入フードを通して吸入除去される。したがって、スパッタの飛散による光学系の汚染を防止することができる。
【００４６】
レーザルーム２０は、内部空間を有するルーム構造物で、内部にはレーザ照射設備と鋼板支持ロール位置制御設備を収容して外部と隔離させ、これらの円滑な駆動のための適切な動作環境を提供する。
鋼板の進行方向に沿ってレーザルーム２０の入側と出側にはそれぞれ入口と出口が形成される。レーザルーム２０は、外部の埃などによって内部空間が汚染しないように汚染物質の流入を遮断する施設を備える。このために、レーザルーム２０は、内部圧力を外部より高めるための陽圧装置２３を備える。陽圧装置２３は、レーザルーム２０の内部圧力を外部圧力より相対的に高く維持する。これにより、外部の異物がレーザルーム２０の内部に流入するのを防止することができる。また、鋼板が出入りする入口と出口にはエアカーテン２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが設けられる。エアカーテンは、鋼板がレーザルーム２０に入り抜け出る通路である入口と出口に空気を噴射して膜を形成することによって、入口と出口を通して埃などが流入するのを遮断する。さらに、レーザルーム２０内部の汚染を防止するために、レーザルーム２０の出入口のドアにはシャワーブース２１が設けられる。シャワーブース２１は、レーザルーム２０に入る出入者の体に付いた異物を除去する。
【００４７】
レーザルーム２０は、実質的にレーザビームによる鋼板の磁区細分化工程が進行する空間で、内部環境の変化を最小化し、適正環境を維持させる必要がある。このために、レーザルーム２０は、レーザ照射設備のレーザ発振器１４と光学系１５などが位置した上部空間を鋼板１の通る下部空間と分離させる光学系下部フレーム２４と、レーザルーム２０の内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器２５とを備える。
光学系下部フレーム２４は、レーザ発振器１４と光学系１５などの主要設備の動作環境をより徹底的に管理できるようにする。光学系下部フレーム２４は、レーザルーム２０の内部で鋼板の通る光学系の下部空間と、レーザ発振器と光学系ミラーが位置した光学系の上部空間とを分離するように設けられる。光学系下部フレーム２４によって、レーザルーム２０の内部でも光学系の上部空間が別途に分離され、レーザ発振器や光学系などの主要設備に対する汚染防止と温度および湿度制御がより容易になる。
【００４８】
恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０内部の温度と湿度を調節して適正環境を提供する。本実施例において、恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０の内部温度を２０〜２５℃に維持し、湿度を５０％以下に維持することができる。
このように、レーザルーム２０の内部空間は、作業環境に適した温度と湿度に維持され続けて、最適な状態で鋼板に対して磁区細分化工程が進行できるようになる。したがって、工程に必要な最適な動作環境下で高品質の製品を大量に生産することができる。
本実施例の磁区細分化装置は、鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ  ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含んでもよい。
ヒルアップとスパッタは、製品の絶縁性と占積率低下の原因になるので、後処理設備により完全に除去することによって、製品の品質を高めることができる。
【００４９】
後処理設備は、鋼板の移動方向に沿ってレーザルーム２０の後段に配置され、鋼板表面のヒルアップとスパッタを除去するブラシロール２６Ａ、２６Ｂを含むことができる。ブラシロール２６Ａ、２６Ｂは、駆動モータによって高速に回転し、動作時に発生する駆動モータの電流値を設定された目標値に制御する電流制御系と、ブラシロールと鋼板との間の間隔を調節して制御するブラシ位置制御系とによって回転速度と鋼板との間隔が制御される。ブラシロールは、レーザビームによる溝が形成された鋼板の一面にのみ配置されるか、鋼板の両面に配置される。ブラシロール２６Ａ、２６Ｂは、鋼板表面に密着して高速に回転しながら鋼板表面に付着しているヒルアップとスパッタなどを除去する。図１に示したとおり、ブラシロール２６Ａ、２６Ｂに近接し、ブラシロールによって除去されたヒルアップとスパッタを排出するための集塵フード１９Ｃがさらに設けられる。集塵フード１９Ｃは、ブラシロール２６Ａ、２６Ｂによって鋼板から離れていくヒルアップとスパッタなどの溶融鉄を吸入して外部に排出する。
また、後処理設備は、ブラシロール２６Ａ、２６Ｂの後段に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒルアップとスパッタを追加除去する清浄ユニット２９と、清浄ユニットに連結され、清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部３０とをさらに含んでもよい。
【００５０】
鋼板は、ブラシロール２６Ａ、２６Ｂを経て一次的にヒルアップとスパッタが除去され、清浄ユニット２９を通りながら二次的に残存ヒルアップとスパッタが除去される。これにより、鋼板表面に付着したヒルアップとスパッタをより完璧に除去して製品の品質を高めることができる。
清浄ユニット２９は、内部にアルカリ溶液が満たされ、一側にフィルタリング部３０が連結される。清浄ユニットを通して鋼板を処理することによって、内部のアルカリ溶液に鋼板から除去されたヒルアップとスパッタが累積して、鋼板の清浄性能が低下する。フィルタリング部３０は、清浄ユニットのアルカリ溶液を循環させながらアルカリ溶液に含まれているヒルアップとスパッタを除去する。フィルタリング部３０は、ヒルアップとスパッタを除去して、アルカリ溶液の鉄分含有量を５００ｐｐｍ以下に管理する。このように、清浄ユニットの清浄性能の低下を防止して連続的に鋼板を処理することができる。
【００５１】
以下、本実施例による電磁鋼板の磁区細分化過程について説明する。
連続的に移送される鋼板は、蛇行制御設備と張力制御設備を経てレーザルームの内部に進入して２ｍ／ｓｅｃ以上の速度で進行し、磁区細分化処理される。レーザルームの内部に進入した鋼板は、レーザ照射設備により永久磁区細分化処理された後、レーザルームの外部に引き出される。レーザルームの外部に引き出された鋼板は、後処理設備を経て表面に残存するヒルアップとスパッタなどが除去され、後工程に送られる。
この過程で、鋼板表面に対するレーザ照射が進行するレーザルームは、磁区細分化のための最適な環境を提供できるように、内部の動作環境を適切に設定し維持する。
【００５２】
レーザルームは、内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断し、レーザルームの内部温度と圧力および湿度を磁区細分化形成のための動作環境に合わせて制御する。
レーザルームは、内部の圧力を外部と比較して高く設定し維持することによって、外部の埃などの異物がレーザルームの内部に流入するのを防止することができる。また、鋼板の移動する通路である入口と出口に空気による膜を形成することによって、入口と出口を通して鋼板が進行する過程で埃などの異物がレーザルームの内部に流入するのを遮断することができる。
さらに、レーザルームに設けられた恒温恒湿制御器は、レーザルーム内部の温度を２０〜２５℃に維持し、湿度を５０％以下に維持することによって、レーザ照射による磁区細分化処理に最適な条件を提供する。
【００５３】
このように、レーザルームによってレーザビーム照射のための最適な環境が提供され、鋼板は、蛇行制御設備、張力制御設備、そして鋼板支持ロール位置調節設備を経て、レーザの照射位置に正確に位置する。
まず、磁区細分化処理のために、鋼板は、蛇行制御設備により進行方向が制御され、生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐに移動する。
蛇行測定センサは、鋼板の蛇行量を持続的に検出し、鋼板が蛇行すると、蛇行測定センサで検出された信号を演算して、鋼板中央位置制御系がステアリングロールの軸を回転および移動させて鋼板を正位置に移動させる。このように鋼板の位置に応じて持続的にステアリングロールを制御することによって、鋼板を引き続き生産ラインの中央を外れることなく連続的に移動させることができる。
【００５４】
鋼板は、ステアリングロールを通って張力調節のためのテンションブライドルロールを経て移動する。テンションブライドルロールを通った鋼板の張力は、張力測定センサによって検出される。鋼板張力制御系６は、張力測定センサによって検出された測定値を演算して、設定された張力に合わせてテンションブライドルロールの速度を制御する。これにより、移動する鋼板の張力を設定された範囲に合わせて持続的に維持することができる。
テンションブライドルロールを経た鋼板は、レーザルームの入口を通してレーザルームの内部に流入する。鋼板は、レーザルームの内部でブライドルロールによって方向が切り替えられて２つのブライドルロールの間に位置した鋼板支持ロールに密着した状態で移動する。
鋼板支持ロールは、鋼板を上下に移動させてレーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。
【００５５】
レーザ照射設備から鋼板にレーザビームが照射されると、輝度測定センサは、鋼板表面の火炎の明るさをリアルタイムに検出し、輝度測定センサで検出された測定値に基づき、鋼板支持ロール位置制御系が鋼板支持ロールを上下に移動させてレーザビームの焦点深度内に鋼板が位置するようにする。これにより、鋼板表面にレーザビームが効果的に照射され、高品質の照射線を形成することができる。
レーザ発振器制御器は、鋼板の蛇行程度に応じてレーザ発振器をオン／オフさせる。レーザ発振器制御器は、蛇行測定センサに連結され、蛇行測定センサから測定された鋼板の蛇行量が、例えば、１５ｍｍ以上になると、鋼板が鋼板支持ロールから過度に多く外れたと判断して、レーザ発振器をオフ（ｏｆｆ）させる。これにより、レーザビームが蛇行した鋼板を通って鋼板支持ロール表面に照射されてロールが損傷するのを防止することができる。
レーザ発振器制御器の命令により、レーザ発振器で生成されたレーザビームは、光学系を経て鋼板表面に照射される。レーザ発振器は、ＴＥＭ００連続波レーザビームを発振して光学系に伝達する。
【００５６】
光学系は、レーザビームの方向を切り替えて鋼板の表面にレーザを照射することによって、鋼板表面に連続的に溶融溝を形成して磁区細分化処理する。
光学系を経て鋼板に照射されるレーザビームによって鋼板表面が溶融しながら、照射線に沿って溶融溝が形成される。本実施例において、レーザビーム照射により、鋼板表面に上部幅、下部幅と深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、レーザ発振器と光学系は、鋼板の溶融に必要な１．０〜５．０Ｊ／ｍｍ２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する。
また、光学系を通したレーザビーム照射過程で、基準点から離隔した位置にレーザビームを照射することによって、鋼板から再反射するレーザビームが光学系に入射しなくなる。したがって、バックリフレクション現象を防止し、反射光によってレーザビームの入射光路が干渉されず、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持することができる。
【００５７】
光学系は、レーザの走査速度を制御する機能があり、圧延方向に対してレーザ照射線の間隔を調整することができる。また、光学系は、回転機能を備えて、レーザ照射線の角度を変更することができる。本実施例において、光学系によってレーザ照射線の間隔を圧延方向に２〜３０ｍｍに調整可能にすることで、レーザビームによる熱影響部（ＨＡＺ、Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善することができる。また、レーザビーム照射過程で、光学系の回転により鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換することができる。本実施例において、光学系は、レーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して±４°の範囲に変換することができる。つまり、図２にて、ｙ軸方向に対して±４°の範囲で傾くようにしてレーザビームの照射線３１を形成することができる。これにより、鋼板表面に形成される照射線は、圧延方向に対して８６〜９４°の範囲で傾いて形成される。このように照射線をｙ軸方向に対して傾くように形成することによって、レーザによる溝形成による磁束密度の低下を最小化することができる。
【００５８】
レーザビーム照射過程で、鋼板がレーザビームによって溶融しながら多量のヒュームと溶融鉄のスパッタが発生する。ヒュームとスパッタは光学系を汚染させ、溝内部に溶融鉄が残存する場合、正確な溝の形成が難しく、鉄損の改善がなされず製品の品質を阻害する。これにより、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去し、集塵フードを通してヒュームと溶融鉄を直ちに吸入して除去する。この過程で、集塵フードは、作業条件に応じてその位置を調節して入口の位置を最適化することができる。これにより、作業条件に合わせて最適な集塵効率を提供することができる。したがって、鋼板の磁区細分化過程でヒュームが光学系側に流入するのを遮断し、ヒュームとスパッタを速やかに除去して磁区細分化処理効率を高めることができる。また、レーザビーム照射過程で、レーザビームの散乱光と熱がレーザ照射設備の光学系に流入するのをさらに遮断することができる。
【００５９】
レーザビーム照射により鋼板表面に溝が形成しながら磁区細分化処理され、磁区細分化処理された鋼板は、連続的に移動してレーザルームの出口を通して外部に排出される。この過程で、鋼板表面に落ちて残存するスパッタは、スパッタ除去過程を経て鋼板表面から除去される。鋼板の幅方向に鋼板表面にエアが噴射され、鋼板表面に残存するスパッタを吹いて除去する。鋼板表面から離れて飛散したスパッタは、吸入フードを通して吸入されて除去される。スパッタ除去過程で、鋼板の上部にはカバー部材が覆われて鋼板の上部を覆うことによって、スパッタが外部に飛散するのを防止することができる。
レーザルームから排出された鋼板は、後処理過程を経て、鋼板表面に付着したヒルアップとスパッタを除去する過程を経る。
鋼板はまず、レーザルームの外側に配置されたブラシロールを通りながら、鋼板に密着して高速に回転するブラシロールによって一次的にヒルアップとスパッタが除去される。
ブラシロールを経た鋼板は、二次的に清浄ユニットを経て、鋼板とアルカリ溶液との電気分解反応により残存するヒルアップとスパッタが最終的に除去される。清浄ユニットを経てヒルアップとスパッタが除去された鋼板は、後工程に移送される。
【００６０】
【表１】
2019511629.tif 000003
表１は、本実施例による連続波レーザビーム照射により０．２７ｍｍの厚さの鋼板表面に形成された溝による方向性電磁鋼板の鉄損改善率を示している。表１に示されるように、本実施例により磁区細分化処理された鋼板の場合、レーザ照射後と、レーザで磁区細分化し熱処理した後とも鉄損が改善されることを確認することができる。
【００６１】
以上説明したとおり、本発明の例示的な実施例が図示および説明されたが、多様な変形と他の実施例が本分野における熟練した技術者によって行われるであろう。このような変形と他の実施例は、添付した請求の範囲にすべて考慮されて含まれ、本発明の真の趣旨および範囲を逸脱しないというべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１：鋼板
２Ａ、２Ｂ：ステアリングロール（ＳＲ）
３：鋼板中央位置制御系
４：蛇行測定センサ
５Ａ、５Ｂ：テンションブライドルロール
６：鋼板張力制御系
７：鋼板張力測定センサ
８Ａ、８Ｂ：デフレクタロール
９：鋼板支持ロール
１０：輝度測定センサ
１１：距離測定センサ
１２：鋼板支持ロール位置制御系
１３：レーザ発振器制御器
１４：レーザ発振器
１５：光学系
１６：レーザビーム
１７：エアナイフ
１８：遮蔽部
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ：集塵フード
２０：レーザルーム
２１：シャワーブース
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ：エアカーテン
２３：陽圧装置
２４：光学系下部フレーム
２５：恒温恒湿制御器
２６Ａ、２６Ｂ：ブラシロール
２７：モータ電流制御系
２８：ブラシ位置制御系
２９：清浄ユニット
３０：フィルタリング部
３１：照射線
３２：ポリゴンミラー
３３：回転モータ
３４：駆動モータ
３５：集光ミラー
３６：駆動部
３７：モジュールプレート
３８：シャッタ
３９：ヘッダ
１００：エア噴射部
１０１：吸入フード
１０２：カバー部材
１９１：ボディ部
１９２：頭部
１９３：連結部
１９４：入口
１９５：支持台
１９６：スリット
１９７：支持ボルト
Ｐ：基準点
Ｒ：離隔角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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