(57)【要約】【課題】従来困難とされた、変圧器の低鉄損と低騒音を同時に満たす条件での磁区細分化処理を可能ならしめ、もって従来にない低鉄損で低磁歪の方向性電磁鋼板を得る。【解決手段】鋼板表面に、圧延方向と交差する方向の線領域にビーム径ｄが0.40mm以下の電子ビームを照射して、磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板において、  該繰返し単位を線領域方向に連結させた変調照射線領域とし、  該繰返し単位の該変調照射線領域における周期を2/3×ｄ〜2.5×ｄmmとし、  該変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を4.0〜12.5mmとし、さらに  電子ビームの強度を、少なくとも照射面側に該変調照射線領域方向に細長く伸びた分割磁区が形成される強度以上で、かつ照射面側に被膜損傷の発生および塑性歪み領域が形成しない強度までとする。【選択図】図２
2015161024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板表面に対し、圧延方向と交差する方向の線領域にビーム径ｄが0.40mm以下の電子ビームを照射し、該照射線領域を滞留領域と走行領域からなる２種類の領域を繰返し単位とする変調照射線領域とし、かつ該変調照射線領域を圧延方向に間隔を設けて繰返すことによる磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板において、
該繰返し単位を線領域方向に連結させた変調照射線領域としたこと、
該繰返し単位の該変調照射線領域における周期を2/3×ｄ〜2.5×ｄmmとしたこと、
該変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を4.0〜12.5mmとしたこと、および
電子ビームの強度を、少なくとも照射面側に該変調照射線領域方向に細長く伸びた分割磁区が形成される強度以上で、かつ照射面側に被膜損傷の発生および塑性歪み領域の形成が生じない強度までとしたこと
を特徴とする低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記電子ビームの加速電圧を100kV以上としたことを特徴とする請求項１に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を5.0〜10mmとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板。
【請求項４】
鋼板表面に対し、圧延方向と交差する方向の線領域にビーム径ｄが0.40mm以下の電子ビームを照射し、該照射線領域を滞留領域と走行領域からなる２種類の領域を繰返し単位とする変調照射線領域とし、かつ該変調照射線領域を圧延方向に間隔を設けて繰返すことからなる磁区細分化処理を施して方向性電磁鋼板を製造するに際し、
該繰返し単位を線領域方向に連結させた変調照射線領域とすること、
該繰返し単位の該変調照射線領域における周期を2/3×ｄ〜2.5×ｄmmとすること、
該変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を4.0〜12.5mmとすること、および
電子ビームの強度を、少なくとも照射面側に該変調照射線領域方向に細長く伸びた分割磁区が形成される強度以上で、かつ照射面側に被膜損傷の発生および塑性歪み領域の形成が生じない強度までとすること
を特徴とする低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記電子ビームの加速電圧を100kV以上とすることを特徴とする請求項４に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を5.0〜10mmとすることを特徴とする請求項４または５に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。
方向性電磁鋼板の磁区を細分化する技術としては、鋼板表面に溝を形成するなど歪取焼鈍を施した場合でもその効果が消失しない手法があるが、本発明は、レーザ照射やプラズマジェット炎照射、ケガキなどのように鋼板表層に歪みを導入することで磁区を細分化して鉄損を低減する手法の一つとして知られている電子ビーム照射法を利用した技術で、特に低鉄損と低磁歪とを同時に達成しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーの効率的使用を背景として、変圧器メーカなどにおいて、低損失かつ低騒音の変圧器が望まれている。このため、高磁束密度で鉄損が低く、さらに磁歪が低い方向性電電磁鋼板が求められている。方向性電磁鋼板は、その最表面に電気絶縁性の付与も兼ねた張力コーティングを有しているが、鋼板の結晶方位をGoss方位へ集積させることによって磁束密度を向上させることが可能である。
例えば特許文献１には、1.97Ｔを超える磁束密度Ｂ8を有する方向性電磁鋼板の製造方法が示されている。
【０００３】
一方、鉄損は、素材の高純度化、高配向性、板厚低減、Si，Al添加および磁区細分化等によって改善が可能である（非特許文献１）。
しかし、一般に磁束密度Ｂ8が高くなると鉄損は劣化する傾向にある。例えば、Ｂ8の向上を目的に、結晶方位をGoss方位へ高度に集積させると、静磁エネルギーが下がり、磁区幅が広がって、渦電流損が高くなる。そこで、かような渦電流損を低減する方法として、前述したような張力コーティングを付与したり、鋼板表層に熱歪みを導入して磁区を細分化し、鉄損を低減する技術が利用されている。
【０００４】
しかし、例えば、特許文献２に示されるような被膜の張力を向上させる方法では、付与する歪みは弾性域近傍内に限定されて小さく、また張力効果は地鉄の表層部のみにしか作用しないため、十分に鉄損を低減することができない。
【０００５】
一方、熱歪みの導入による磁区細分化は、プラズマ炎やレーザ照射などによって行われている。
例えば、特許文献３には、一定の条件下でレーザスキャニング照射を行うことで鋼板に熱歪みを付与することにより、また特許文献４には、半価幅10nsec以上、１μsec以下のパルスＱスイッチレーザを用い、光強度を１×105〜１×108 W/cm2として集光し、間欠的に鋼板に熱歪みを付与することにより、磁区を細分化して鉄損を低減する技術が開示されている。
【０００６】
これらの技術は、鋼板表面に熱歪みを導入するため、磁区が細分化されて渦電流損が下がる一方で、ヒステリシス損は増大する。特にパルス照射のような場合、例えば特許文献５に、レーザ照射などによって鋼板表層に生じる硬化領域、すなわち塑性歪み領域が磁壁移動を妨害し、ヒステリシス損失を増加させると記載されているように、歪みが鋼板表層部の一部に局所的に集中し、鉄損の低減効果が十分ではない上に、歪みによるヒステリシス損の増大をもたらして、鉄損低減効果が十分でなく、しかも歪みによる磁歪が増加するという不利益も発生していた。
【０００７】
このような問題に対して、特許文献５では、レーザ出力やスポット径比を調整し、レーザ走査方向と直角方向のレーザ照射によって硬化する塑性歪み領域を0.6mm以下に縮小し、ヒステリシス損を低減することで、鉄損の低減を図っている。しかしながら、これらの技術でも、鋼板表面の塑性歪みが磁歪の増加をもたらし、その結果、変圧器の騒音が増大するため、十分な技術とはいえない。
【０００８】
また、特許文献６および特許文献７に示される電子ビームを照射する技術の場合、板幅方向へ連続照射されるため、鋼板板幅への歪み分布は比較的均一であるが、電子はレーザ照射と異なり鋼板の板厚方向の内部へ深く侵入するため、エネルギー効率はよいものの、これらの技術では、やはり鋼板内部で発熱による熱歪みが生じるため、騒音特性が劣化するという問題があった。
【０００９】
これを解決するものとして、特許文献８では、照射する電子ビームの電流値、電子ビームの鋼板板幅方向への走行速度、圧延方向における照射ピッチ、電子ビームのビーム径を一定範囲に制御することによって、熱歪みの発生を抑えて騒音と鉄損に優れた方向性電磁鋼板を得る技術を開示している。
【００１０】
しかしながら、この技術についても、変圧器の騒音の原因となる磁歪を低減するには十分とは言えず、より磁歪が小さく鉄損が低い方向性電磁鋼板が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第4123679号公報
【特許文献２】特公平2-8027号公報
【特許文献３】特公平3-13293号公報
【特許文献４】特開平6-57333号公報
【特許文献５】特許第4344264号公報
【特許文献６】米国特許第4195750号明細書
【特許文献７】米国特許第4199733号明細書
【特許文献８】特開平5-335128号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】第１５５・１５６回西山記念技術講座  p.109〜196
【非特許文献２】鉄と鋼、第69年(1983)第8号、pp.9-16
【非特許文献３】日本応用磁気学会誌 Vol.25, No.12, pp.1612-1618, 2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一般に、光照射によって方向性電磁鋼板の磁区を細分化する場合、光と表面被膜との相互作用が強いため、照射表面近傍の鋼板の急激な熱変形、あるいは被膜の急激な蒸発に伴う鋼板への反力によって、照射部近傍の鋼板に、より高密度な転位領域が形成され、鋼板の硬度が増加し、また同時に鋼板が変形してヒステリシス損が増加することが示されている（例えば、非特許文献２）。
つまり、鋼板表層の照射部近傍に、より高密度な転位領域を形成させて鋼板に90°磁区を発生させることがこの技術による磁区細分化の基本原理であるので、これは必然的にヒステリシス損の増加と磁歪の増大を伴い、鉄損低減に付随するものである。すなわち、従来技術のような熱歪みを活用するレーザ光を照射する技術である限り、磁区細分化、低ヒステリシス損化および低磁歪化の全てを鼎立させることはできない。
【００１４】
一方、電子ビームを照射する技術は、鋼板表面よりも鋼中内部に電子が浸透するため、鋼板表層の塑性歪みを利用することなく磁区細分化が可能であると考えられるが、電子ビームの強度によっては鋼中内部においても熱歪みが発生し、ヒステリシス損の増加と磁歪の増大が生じることは特許文献８に記載されるとおりである。したがって、特許文献８に示されるように、電子ビームの面エネルギー密度αと電子ビームの照射部のエネルギー密度β（ビーム走査線上エネルギー密度）を一定の範囲に制御することが必要であるが、この技術では、特許文献８の図２に示される鉄損の最適条件と図３に示される低騒音の最適条件とが大きく異なり、双方ともに最適の条件を見出すには到らず、不十分であった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明者らは、一般に鋼板に電子ビームを照射する場合、照射部のエネルギー密度を調整することによって、鉄損と磁歪の両者に共通する最適条件を見出すことが可能と考えた。
すなわち、特許文献８に開示されるビーム照射線密度βがこれに相当し、βの値を所定の最小値より大きくすることで磁区細分化効果が得られ、また最大値より小さくすることで鋼板表層の塑性歪みを低減でき、その結果、ヒステリシス損と騒音の増大を抑制することができると考えた。
すなわち、これは特許文献８の図２におけるβ≧10−α／0.06（J/cm2）の領域で優れた鉄損が得られ、特許文献８の図３におけるβ≦11.25−α／0.08（J/cm2）で低騒音が得られることに相当する。
【００１６】
しかし、磁区細分化や磁壁移動の抑制による磁歪劣化のような磁壁と歪みの相互作用は、磁壁近傍の局所的な物理作用であり、これが特許文献８に示されるような鋼板面全体のエネルギー密度αに依存することは本来的にはあり得ない。
そこで、βの値の本質的な物理作用を求めて鋭意研究を進めた結果、βの値が大きい場合の磁歪劣化については、鋼板表面での熱歪みによる被膜損傷の発生が関与し、一方βの値が小さい場合には、照射線領域で照射線方向に細長く伸びた分割磁区の消失が磁区細分化の有無の本質であることが判明した。すなわち、必要な電子ビーム照射エネルギー強度としては、電子ビーム照射線領域で照射線方向に細長く伸び分割された磁区が存在するレベル以上の強度で照射すること、かつ鋼板表面の熱歪みの発生を抑え、鋼板の照射側表面の被膜損傷の発生を抑制し、かつ塑性歪領域を形成しない強度レベルで照射することが、本質的な技術であることが解明された。
【００１７】
表１は、板厚が0.23mmで、Ｂ8が1.943Ｔ、鉄損Ｗ17/50が0.85W/kgの方向性電磁鋼板に電子ビームを照射するに当たり、加速電圧Vｋを40kV〜120kV、ビーム電流Ｉを0.5〜８mA、ビーム径ｄを0.015〜0.040cm、走査速度Ｖを900〜5000cm/s、圧延方向の照射線間隔Ｌを0.5cmとして、β＝（Vk・Ｉ）/（Ｖ・ｄ）を0.43から24.7（J/cm2）まで種々に変更させて照射し、この時の鋼板表面の被膜損傷および照射線領域方向に細く伸びた分割磁区の形成の有無、および鋼板の鉄損とヒステリシス損さらに磁歪λp-pについて調べた結果を示したものである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１に示されるように、鉄損やヒステリシス損および磁歪の良好な範囲としては、照射部のエネルギー密度下限値は照射方向に細長く伸びた分割磁区が存在する（非特許文献３）下限値であり、エネルギー密度の上限値は被膜の損傷が発生しない上限値であることが示される。また、鉄損の最小となる条件（条件番号８、９）と磁歪の最小となる条件（条件番号５、６）は必ずしも一致しないことが表１より分かる。
【００２０】
そこで、次に、鉄損の最小値と磁歪の最小値を同一の照射条件で実現できる電子ビームの照射方法について鋭意研究を行った。その結果、圧延方向に交差する方向の線領域に電子ビームを照射するに際して、従来のように照射線領域が連続・均一である照射条件とせず、滞留領域と走行領域の２種類の照射条件の組合せとし、この組合せ単位を繰返してかつ連結させて照射線領域（変調照射線領域と呼称する）とすることで、鉄損の最小値と磁歪の最小値を同一の照射条件で実現できることを新たに見出した。
【００２１】
その端緒となった実験について以下に述べる。
板厚が0.23mmで、Ｂ8が1.943Ｔ、鉄損Ｗ17/50が0.85W/kgである方向性電磁鋼板に、加速電圧Vｋ：60kV、ビーム電流Ｉ：8.5mA、ビーム径ｄ：0.30mm、走査速度Ｖ：30m/secで、圧延方向の照射線間隔Ｌを2.5〜30mmに変更して電子ビームを照射した。その際、一方は一定照射条件（条件１）で連続照射を行って比較例とした。他方は、図１に示すようにビームの滞留領域：１と走行領域：２の合計領域0.45mmを繰返し単位：３（繰返し単位の周期でもある）として鋼板板幅方向へ繰返し照射する変調照射線領域を形成する照射条件（条件２）で照射した。なお、この時、滞留点での滞留時間を0.015msecとし、平均走査速度が30m/secとなるように走行領域：２での走行速度を調節した。
上記の条件１、２で電子ビーム照射を行ったときの、照射線領域の圧延方向の間隔Ｌと鉄損および磁歪との関係について調べた結果を、図２に示す。
【００２２】
図２から明らかなように、本発明法に従い照射した場合（条件２）は、従来の連続照射の場合（条件１）に比較して、鉄損や磁歪の到達最良値に優れるばかりでなく、両者の最良値がほぼ等しい照射条件（照射線領域の圧延方向の間隔：4.0〜12.5mm）で得られていることが分かる。
この結果は、磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板を使用して、低鉄損でかつ低騒音な変圧器を同一の材料で得られることを意味しており、今までにない工業的な意味の大きい優れた技術であることが分かる。
本発明は、上記の知見を基にさらに研究を重ねた末に完成されたものである。
【００２３】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鋼板表面に対し、圧延方向と交差する方向の線領域にビーム径ｄが0.40mm以下の電子ビームを照射し、該照射線領域を滞留領域と走行領域からなる２種類の領域を繰返し単位とする変調照射線領域とし、かつ該変調照射線領域を圧延方向に間隔を設けて繰返すことによる磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板において、
該繰返し単位を線領域方向に連結させた変調照射線領域としたこと、
該繰返し単位の該変調照射線領域における周期を2/3×ｄ〜2.5×ｄmmとしたこと、
該変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を4.0〜12.5mmとしたこと、および
電子ビームの強度を、少なくとも照射面側に該変調照射線領域方向に細長く伸びた分割磁区が形成される強度以上で、かつ照射面側に被膜損傷の発生および塑性歪み領域の形成が生じない強度までとしたこと
を特徴とする低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板。
【００２４】
２．前記電子ビームの加速電圧を100kV以上としたことを特徴とする前記１に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板。
【００２５】
３．前記変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を5.0〜10mmとしたことを特徴とする前記１または２に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板。
【００２６】
４．鋼板表面に対し、圧延方向と交差する方向の線領域にビーム径ｄが0.40mm以下の電子ビームを照射し、該照射線領域を滞留領域と走行領域からなる２種類の領域を繰返し単位とする変調照射線領域とし、かつ該変調照射線領域を圧延方向に間隔を設けて繰返すことからなる磁区細分化処理を施して方向性電磁鋼板を製造するに際し、
該繰返し単位を線領域方向に連結させた変調照射線領域とすること、
該繰返し単位の該変調照射線領域における周期を2/3×ｄ〜2.5×ｄmmとすること、
該変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を4.0〜12.5mmとすること、および
電子ビームの強度を、少なくとも照射面側に該変調照射線領域方向に細長く伸びた分割磁区が形成される強度以上で、かつ照射面側に被膜損傷の発生および塑性歪み領域の形成が生じない強度までとすること
を特徴とする低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板の製造方法。
【００２７】
５．前記電子ビームの加速電圧を100kV以上とすることを特徴とする前記４に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板の製造方法。
【００２８】
６．前記変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔を5.0〜10mmとすることを特徴とする前記４または５に記載の低騒音変圧器用の方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、従来困難とされた、変圧器の低鉄損と低騒音を同時に満たす条件での磁区細分化処理の実施が可能となり、しかも従来にない低鉄損で低磁歪の方向性電磁鋼板を得ることができるので、変圧器におけるエネルギー使用効率の向上と共に、騒音の抑制も併せて達成することができ、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】鋼板板幅方向に電子ビームを照射する際に、本発明の特徴である変調照射線領域と、繰り返し単位をなす滞留領域および走行領域を示す図である。
【図２】連続的に電子ビームを照射する従来の磁区細分化技術（条件１）と、変調照射線領域を繰り返して電子ビームを照射する本発明の磁区細分化技術（条件２）において、照射線領域の圧延方向の間隔Ｌと磁区細分化処理後の方向性電磁鋼板の磁歪λp-pおよび鉄損Ｗ17/50との関係を示す図である。
【図３】鋼板板幅方向に電子ビームを照射する際に、連続的に電子ビームを照射する従来技術による照射線領域を示す図である。
【図４】変調照射線領域を繰り返して電子ビームを照射する本発明の磁区細分化技術において、電子ビームのビーム径が磁区細分化処理後の方向性電磁鋼板の鉄損と磁歪に及ぼす影響を示す図である。
【図５】変調照射線領域を繰り返して電子ビームを照射する本発明の磁区細分化技術において、条件Ａ（繰り返し単位の周期：0.20mm）で変調照射線領域を形成した時の電子ビームのビーム径と磁区細分化処理後の方向性電磁鋼板の鉄損および磁歪との関係を示す図である。
【図６】変調照射線領域を繰り返して電子ビームを照射する本発明の磁区細分化技術において、条件Ｂ（繰り返し単位の周期：0.50mm）で変調照射線領域を形成した時の電子ビームのビーム径と磁区細分化処理後の方向性電磁鋼板の鉄損および磁歪との関係を示す図である。
【図７】実施例において製作した変圧器の鉄心のサイズと形状を示す図である。
【図８】実施例において製作した変圧器の鉄心の斜角切断後の鋼片のサイズと形状を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の磁区細分化された方向性電磁鋼板と、その製造方法について具体的に説明する。
〔被照射材〕
本発明における照射対象は方向性電磁鋼板である。通常、方向性電磁鋼板には、地鉄の上に張力コーティングなどの絶縁コーティングが施されているが、さらに地鉄と絶縁コーティングとの間にフォルステライト被膜が存在していても良いし、存在していなくても問題はない。
【００３２】
〔照射線の種類〕
本発明では、上記した方向性電磁鋼板の表面に、圧延方向に交差する方向に、かつ圧延方向に間隔を設けて、電子ビームを走査することによって、磁区細分化処理を施すが、かかる処理技術において、歪み導入手段としては電子ビーム照射に限られる。電子ビーム以外の技術では、鋼板表面に存在する絶縁コーティングとの相互作用が大きく、絶縁コーティングの損傷やその直下の地鉄表層部に高転位密度からなる塑性歪みが導入されるため、ヒステリシス損の劣化、すなわち鉄損の劣化を招き、最良の鉄損特性を得ることができない。
これに対し、電子ビームを使用した場合、電子ビームの動的作用によって絶縁コーティングとの相互作用が小さく限定され、鋼板内部の地鉄との相互作用が大きくなり、絶縁コーティングの損傷やその直下の地鉄表層部に高転位密度からなる塑性歪みの導入がない状態、すなわち鋼板内部から磁区細分化効果を付与することが可能となる。
【００３３】
また、電子ビームを照射する鋼板面は、鋼板の片面でもよいし、両面に照射することも可能である。また、圧延方向に交差する方向とは、圧延方向に対し直角方向、すなわち鋼板の板幅方向を90°とすると、75°から105°の範囲であり、この範囲であれば本発明の効果が好適に発揮される。
【００３４】
〔変調照射線領域〕
圧延方向に交差する方向に電子ビームを走査して、電子ビームの照射線領域を形成するが、この照射線領域は、一定の照射条件で照射するいわゆる図３に示すような連続照射ではなく、滞留領域と走行領域からなる２種類の領域を繰返し単位として、この繰返し単位を照射線領域方向に連結させて繰返すことにより形成される変調照射線領域とすることが、本発明の最も肝要な技術である。
交差する方向に照射する電子ビームの照射が一定の照射条件で施されるいわゆる連続照射の場合には、図２において条件１として示したように、ほぼ同一の照射条件で最良の鉄損値と最良の磁歪特性を得ることができず、その結果、同一の変圧器で低鉄損と低騒音を満足するものを得ることはできなかった。
【００３５】
同一の照射条件で最良の鉄損値と最良の磁歪特性を得ることにより、同一の変圧器で低鉄損と低騒音を同時に満足させるためには、連続照射ではなく、滞留領域と走行領域からなる２種類の領域を繰返し単位として、この繰返し単位を照射線領域方向に、図１に示したように連結して繰返してなる変調照射線領域とすることが重要である。図中、符号１が滞留領域、２が走行領域、３が繰返し単位（滞留点間隔）であり、ｄでビーム径を示す。
ここに、変調照射線領域における電子ビームのビーム径ｄは0.40mm以下とし、またこの変調照射線領域における繰返し単位の周期は2/3×ｄ〜2.5×ｄmmとする必要がある。但し、ビーム径ｄの下限は0.10mmで、ビーム径はビーム照射径であり、公知のスリット法を用い、エネルギープロファイルの半値幅で規定したものとする。
【００３６】
以下、これらの基になった実験結果を説明する。
〔実験１〕
板厚が0.23mmで、Ｂ8が1.937Ｔ、鉄損Ｗ17/50が0.86W/kgの方向性電磁鋼板に、加速電圧：60kV、ビーム電流：９mAの電子ビームを、試料と電子ビーム間の距離を変えることでビーム径を0.20mm〜0.60mmと変化させて、圧延方向の間隔：６mmで、板幅方向に、滞留時間0.010msecで滞留点間隔0.45mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した（平均走査速度は30m/s）。
【００３７】
上記の条件で電子ビーム照射を行ったときの、ビーム径ｄと鉄損Ｗ17/50および磁歪λp-pとの関係について調べた結果を、図４に示す。
図４に示したとおり。ビーム径ｄが0.40mmより大きい条件では、鉄損が劣化するだけでなく、磁歪が著しく大きくなることが分かる。
【００３８】
〔実験２〕
板厚が0.23mmで、Ｂ8が1.942Ｔ、鉄損Ｗ17/50が0.85W/kgの方向性電磁鋼板に、加速電圧：  60kV、ビーム電流：９mAの電子ビームを、試料と電子ビーム間の距離を変えることでビーム径を0.10mm〜0.40mmと変化させて、圧延方向の間隔：６mmで、板幅方向に、滞留時間0.008msecで滞留点間隔0.20mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とする条件Ａ（平均走査速度は25m/s）、および滞留時間0.02msecで滞留点間隔0.50mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とする条件Ｂ（平均走査速度は25m/s）で、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した。
上記のＡ，Ｂ２つの条件で電子ビーム照射を行ったときの、ビーム径と鉄損および磁歪との関係について調べた結果を、図５，６に示す。
【００３９】
図５，６の結果を、繰返し単位の周期とビーム径ｄとの関係で考察すると、図５から、繰返し単位の周期が2/3×ｄmmに満たない場合（条件Ａにおいてビーム径ｄが0.3mm超の場合）には、磁歪が顕著に増加することが、また図６から、繰返し単位の周期が2.5×ｄmmを超える場合（条件Ｂにおいてビーム径ｄが0.2mm未満の場合）には、鉄損の低減が不十分であることが分かる。
すなわち、ビームの滞留領域が重なりすぎた場合には、鉄損低減効果に比して、局所的な歪増大による磁歪増大の影響が大きすぎ、一方、磁区幅に比してビームの滞留領域が離れすぎた場合には、十分な磁区細分化効果が得られないと考えられる。
【００４０】
上記の結果から、電子ビームのビーム径ｄ(mm)は0.40mm以下、繰返し単位の周期は、ビーム径ｄとの関連で2/3×ｄ〜2.5×ｄmmの範囲としたのである。なお、繰返し単位の各単位間が連結しておらず、離散している場合は、非照射領域において十分な磁区細分化効果が得られないので繰返し単位は連結していることが必須の技術である。なお、この実験でビーム径の下限値を0.10mmとしたのは、磁区幅に比してビーム径が小さすぎると分割磁区の生成に不利であるからである。よって、ビーム径ｄの下限は0.10mm程度とするのが好適である。
【００４１】
また、上記した変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔は4.0〜12.5mmとすることが必要である。
この変調照射線領域の圧延方向の繰返し間隔が4.0mm未満の場合、図２に示したように鉄損が増大し、かつ磁歪も劣化する。逆に12.5mmを超える場合も、鉄損が増大し、かつ磁歪も劣化するので、圧延方向繰返し間隔を4.0〜12.5mmとする必要がある。好ましくは5.0〜10mmの範囲である。
【００４２】
さらに、発明者らは、電子ビームの加速電圧の影響を検討した。電子ビームの加速電圧が高い場合、鋼中内部により深く電子が浸透するため、特に板厚の厚い方向性電磁鋼板の磁区細分化により効果的であると考えられる。
そこで以下の検討を行った。
【００４３】
〔実験３〕
板厚が0.27mmで、Ｂ8が1.945Ｔ、鉄損Ｗ17/50が0.93W/kgの方向性電磁鋼板に、表２に示す加速電圧とビーム電流の電子ビーム（ビーム出力は一定）を、条件ごとに試料と電子ビーム間の距離を変えることでビーム径を0.20mmと一定にし、圧延方向の間隔：８mmで、板幅方向に、滞留時間0.0075msecで滞留点間隔0.30mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した（平均走査速度は40m/s）。
表２に示す条件で電子ビーム照射を行ったときの、鉄損および磁歪について調べた結果を、表２に併記する。
【００４４】
【表２】
2015161024.tif 000004
【００４５】
表２に示したとおり、電子ビームの加速電圧が100kV以上になると、磁歪の増大なしに鉄損が低減することが分かる。したがって、電子ビームの加速電圧は100kV以上にすることが望ましいと言える。ただし、電子ビームの加速電圧があまりに高くなると電子銃や電源設備などの製造コストが多大となり、また電子ビーム照射時に生じるＸ線の漏洩を防ぐＸ線遮蔽設備も大きくなるので、電子ビームの加速電圧の上限は300kV程度とするのが好適である。
【００４６】
〔照射線のエネルギー密度〕
次に、電子ビームの強度については、特許文献８に開示されるビーム照射線密度βの値により定めるよりも、少なくとも照射面側にこの変調照射線領域方向に細長く伸びた分割磁区が形成される強度をもって下限値とし、照射面側に被膜損傷が発生しない強度をもって上限値とする技術を用いる方が簡便、かつ実用的である。
そこで、本発明では、この技術を採用するものとした。
【００４７】
〔変圧器の鉄損および騒音の評価〕
変圧器の鉄損および騒音は、図７に示すような三相三脚の積み鉄心型の変圧器を用いて評価した。図７に示したように、変圧器の外形は500mm角、幅100mmの鋼板で構成される。鋼板を図８に示すような形状に斜角切断し、積み厚を100mmとして積層し、バンドで締付け、その後２次コイルおよび１次コイルを鋼板の脚部に巻き、絶縁油を入れたタンクに装入して測定器具を接続し、測定を行った。
三相は120°位相をずらして１次コイルを用いて励磁を行い、２次コイルに発生する誘導電圧値から鉄心重量より断面積を求めて、鉄心の磁束密度1.7Ｔにおける鉄損および騒音を測定した。騒音は、マイクで変圧器の周囲で発生する振動音を収録し、Ａスケール補正を行ったdBA単位で表した。また、鉄損は、２次コイルを開放状態とした無負荷状態の１次コイル側の電圧と電流値より銅損分を差し引いて変圧器の重量当たりの損失で表した。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
鋼板表面にフォルステライト被膜とその上に張力コーティングを焼付けた板厚：0.23mm、磁束密度Ｂ8：1.939Ｔ、鉄損Ｗ17/50：0.837W/kgの方向性電磁鋼板を８分割し、それぞれに次の条件で磁区細分化処理を施した。
磁区細分化手段としては、加速電圧：150kVでビーム電流：5.0mA、ビーム径：0.18mmの電子ビーム照射を用い、板幅方向に一定の照射条件で連続的に40m/secの走査速度で照射し、かつ一つは圧延方向における間隔を5.0mm（比較例A1）、他の一つは7.5mm（比較例A2）として照射し、比較例とした。これらの比較例においては、一部コーティングが剥落した箇所が確認された。
【００４９】
次に、他の二つは、上記と同じ条件の電子ビームを照射したが、滞留時間：0.005msecで滞留点間隔：0.20mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した。この時、一つは圧延方向の繰返し間隔を5.0mm（発明例A3）、他の一つは7.5mm（発明例A4）として照射し、発明例とした。これらの発明例においては、コーティングの損傷は認められず、またビッター法による磁区観察により、板幅方向に細長く伸びかつ分割された磁区が照射線領域上に観察された。
【００５０】
また、他の一つは、圧延方向の繰り返し間隔を5.0mmとし、同じ条件の電子ビームを照射したが、滞留時間：0.0025msecで滞留点間隔：0.10mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した(比較例A5)。
さらに、他の一つは、圧延方向の繰り返し間隔を5.0mmとし、同じ条件の電子ビームを照射したが、滞留時間：0.016msecで滞留点間隔：0.48mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した(比較例A6)。
【００５１】
残る二つは、Ｑスイッチを具備したNd：YAGレーザ装置を用いて、鋼板の板幅方向に不連続なパルス照射を実施した。この時の照射条件は、従来から公知の条件、すなわちレーザパルスのエネルギーとして3.3mJ/パルス、レーザスポットのサイズは直径：0.18mmの円形、板幅方向の照射間隔は0.3mm、レーザ波長は1064nmとした。圧延方向における照射間隔は、一つを5.0mm（比較例A7）、他の一つを7.5mm（比較例A8）として照射した。これらの比較例にはレーザビームを受光した場所に明瞭な円形のコーティング欠損と地鉄の裸出が認められたので、絶縁性の向上のために絶縁コートを薄く再塗布し、低温で焼付けた。
【００５２】
これら８種類の磁区細分化された方向性電磁鋼板は、一部を鉄損と磁歪の測定に供すると共に、残りの鋼板を用いて前述した方法で変圧器を製作し、1.7Ｔにおける鉄損と騒音を測定した。その結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
2015161024.tif 000005
【００５４】
表３に示したように、本発明の方法で製造した磁区細分化された方向性電磁鋼板は、比較例に比べ、鉄損特性および磁歪特性に優れ、かつ変圧器の鉄損および騒音特性にも優れている。さらに、注目すべき点は、圧延方向における照射間隔を7.5mmとした場合は、比較例の技術とは異なり、鉄損と騒音がともに最良値を示しており、変圧器用の方向性電磁鋼板として優れた効果を有することが分かる。
【００５５】
（実施例２）
鋼板表面にフォルステライト被膜とその上に張力コーティングを焼付けた板厚：0.27mm、磁束密度Ｂ8：1.941Ｔ、鉄損Ｗ17/50：0.918W/kgの方向性電磁鋼板を８分割し、それぞれに次の条件で磁区細分化処理を施した。
磁区細分化手段としては、加速電圧：60kVで、ビーム電流：10mA、ビーム径：0.30mmの電子ビーム照射を用い、板幅方向に一定の照射条件で連続的に30m/secの走査速度で照射し、かつ一つは圧延方向における間隔を5.0mm（比較例B1）、他の一つは7.5mm（比較例B2）として照射し、比較例とした。これらの比較例においては、一部コーティングが剥落した箇所が確認された。
【００５６】
次に、他の二つは、上記と同じ条件の電子ビームを照射したが、滞留時間：0.010msecで滞留点間隔：0.30mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した。この時、一つは圧延方向の繰返し間隔を5.0mm（発明例B3）、他の一つは7.5mm（発明例B4）として照射し、発明例とした。これらの発明例においては、コーティングの損傷は認められず、またビッター法による磁区観察により、板幅方向に細長く伸びかつ分割された磁区が照射線領域上に観察された。
【００５７】
また、他の一つは、圧延方向の繰り返し間隔を5.0mmとし、同じ条件の電子ビームを照射したが、滞留時間：0.005msecで滞留点間隔：0.15mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した(比較例B5)。
さらに、他の一つは、圧延方向の繰り返し間隔を5.0mmとし、同じ条件の電子ビームを照射したが、滞留時間：0.03msecで滞留点間隔：0.90mmを滞留領域および走行領域の繰返し単位とし、板幅方向に繰返し単位を連結させて変調照射線領域を形成した(比較例B6)。
【００５８】
残る二つは、Ｑスイッチを具備したNd：YAGレーザ装置を用いて、鋼板の板幅方向に不連続なパルス照射を施した。この時の照射条件は、従来から公知の条件、すなわちレーザパルスのエネルギーとして4.5mJ/パルス、レーザスポットのサイズは直径：0.22mmの円形、板幅方向の照射間隔は0.3mm、レーザ波長は1064nmとした。圧延方向における照射間隔は、一つを5.0mm（比較例B7）、他の一つは7.5mm（比較例B8）として照射した。これらの比較例には、レーザビームを受光した場所に明瞭な円形のコーティング欠損と地鉄の裸出が認められたので、絶縁性の向上のために絶縁コートを薄く再塗布し、低温で焼付けた。
【００５９】
これら８種類の磁区細分化された方向性電磁鋼板は、一部を鉄損と磁歪の測定に供すると共に、残りの鋼板を用いて前述した方法で変圧器を製作し、1.7Ｔにおける鉄損と騒音を測定した。その結果を表４に示す。
【００６０】
【表４】
2015161024.tif 000006
【００６１】
表４に示したように、本発明の方法で製造した磁区細分化された方向性電磁鋼板は、比較例に比べ、鉄損特性および磁歪特性に優れ、かつ変圧器の鉄損および騒音特性にも優れている。さらに、注目すべき点は、圧延方向における照射間隔を7.5mmにした場合は、比較例の技術とは異なり、鉄損と騒音がともに最良値を示しており、変圧器用の方向性電磁鋼板として優れた効果を有することが分かる。
【符号の説明】
【００６２】
１  滞留領域
２  走行領域
３  繰返し単位（滞留点間隔）
【図１】
2015161024.tif 000007
【図２】
2015161024.tif 000008
【図３】
2015161024.tif 000009
【図４】
2015161024.tif 000010
【図５】
2015161024.tif 000011
【図６】
2015161024.tif 000012
【図７】
2015161024.tif 000013
【図８】
2015161024.tif 000014