(57)【要約】  エッチングを利用して鋼板表面に線状溝を形成する方法であって、レジスト除去のためのレーザー照射にともなう方向性電磁鋼板の磁気特性低下を抑制しつつ、均一な形状の線状溝を形成することのできる線状溝形成方法を提供する。  方向性電磁鋼板表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、前記方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る方向に走査しながらレーザーを照射することによって前記レーザーが照射された部分のレジストを除去するレーザー走査を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に周期的に行うレーザー照射工程と、前記レジストが除去された部分の方向性電磁鋼板をエッチングして線状溝を形成するエッチング工程とを有し、前記レジストの塗布厚が０．５〜１０μｍであり、前記レーザーの出力が１５００Ｗ以上である、線状溝形成方法。
2017017908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性電磁鋼板表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
前記方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る方向に走査しながらレーザーを照射することによって前記レーザーが照射された部分のレジストを除去するレーザー走査を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に周期的に行うレーザー照射工程と、
前記レジストが除去された部分の方向性電磁鋼板をエッチングして線状溝を形成するエッチング工程とを有し、
前記レジストの塗布厚が０．５〜１０μｍであり、
前記レーザーの出力が１５００Ｗ以上である、線状溝形成方法。
【請求項２】
前記レーザー走査が、１〜５台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔが２．５ｍｓｅｃ以上であり、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔに対する、１回の走査において照射されたレーザーが実際に鋼板表面上を走査している鋼板上走査時間ｔ’の比Ｙ（＝ｔ’／ｔ）が０．８以下である、請求項１に記載の線状溝形成方法。
【請求項３】
前記レーザー走査が、１〜３台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザーの、走査方向と直交する方向におけるビーム径が０．１ｍｍ超０．４ｍｍ以下であり、
前記レーザーの、短軸径に対する長軸径の比が１．２５以下である、請求項２に記載の線状溝形成方法。
【請求項４】
前記レーザー走査が、４または５台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザーの、走査方向と直交する方向におけるビーム径が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、
前記レーザーの、短軸径に対する長軸径の比が１．１以下である、請求項２に記載の線状溝形成方法。
【請求項５】
コイル状に巻かれた方向性電磁鋼板を払い出す払い出し部、
コイル同士を接合する溶接部、
前記方向性電磁鋼板の表面にレジストを塗布するレジスト塗布部、
前記方向性電磁鋼板の表面に塗布されたレジストを乾燥する乾燥部、
前記レジストが塗布された方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射してレジストを部分的に除去するするレーザー照射部、
レジストが除去された部分の前記方向性電磁鋼板をエッチングするエッチング部、
前記方向性電磁鋼板の表面からレジストを除去するレジスト除去部、
前記方向性電磁鋼板を切断する切断部、および
前記方向性電磁鋼板を巻き取る巻取り部が、この順序で配置され、
さらに前記レーザー照射部における通板速度を一定とするためのルーパーを備える、線状溝形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板表面に線状溝を形成する方法に関するものであり、特に、エッチングを利用して鋼板表面に線状溝を形成する方法であって、レジスト除去のためのレーザー照射にともなう方向性電磁鋼板の磁気特性低下を抑制しつつ、均一な形状の線状溝を形成することのできる線状溝形成方法に関するものである。また、本発明は、上記方法の実施に適した線状溝形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気特性に優れる方向性電磁鋼板は、主に変圧器の鉄心用材料として用いられており、変圧器のエネルギー使用効率向上のため、その低鉄損化が求められている。方向性電磁鋼板を低鉄損化する手法としては、鋼板中の二次再結晶粒をＧｏｓｓ方位に高度に揃える方法（先鋭化）や、被膜張力を増大させる方法、鋼板の薄手化などに加えて、鋼板の表面加工による方法が知られている。【０００３】
鋼板の表面加工による鉄損低減技術は、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一歪を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減するというものであり、その一つに、仕上焼鈍済みの鋼板表面に歯型ロールを用いて溝を形成する方法がある。この方法によれば、溝を形成することによって鋼板表面の磁区を細分化し、鋼板の鉄損を低減することができる。また、溝形成後に歪取り焼鈍等の熱処理を行った場合でも、導入した溝が消失しないため、鉄損低減効果が保持されることが分かっている。しかし、この方法には、歯型ロールの摩耗が激しいため溝形状が不均一になりやすいことに加え、歯型ロールの摩耗を抑制するためにロールを高温化したり潤滑剤を塗布したりすると製造コストが増大するという問題があった。【０００４】
そこで、歯型ロールのような機械的手段によらず、エッチングによって鋼板の表面に線状溝を形成する方法が開発されている。具体的には、フォルステライト被膜が形成される前の鋼板表面にレジストインキをパターン状に塗布した後、前記レジストインクが塗布されていない部分を、電解エッチング等の方法を用いて選択的にエッチングすることによって鋼板表面に溝が形成されるというものである。この方法では、装置の機械的な摩耗がほとんど無いため、歯型ロールを用いる方法に比べてメンテナンスが容易である。【０００５】
ところで、このような線状溝が形成された鋼板の磁気特性は、線状溝の形状に大きく影響されることが知られている。それも、溝の深さや幅だけでなく、溝断面の曲率といった詳細な形状が鉄損に影響することが分かっている。そのため、上述したエッチングによる方法で線状溝を形成する際に、エッチングマスクとして機能するレジストの形状にばらつきがあると、溝形状にばらつきが生じ、その結果、鋼板の磁気特性がばらついてしまう。そこで、エッチングによって線状溝を形成する方法において、レジストの塗布精度を向上させて、鋼板の磁気特性のばらつきを抑制する技術が提案されている。【０００６】
例えば、特許文献１では、レジストを塗布する際の、レジストインキと鋼板の温度を一定に制御することによって、均一な形状の線状溝を形成する技術が提案されている。温度を一定とすることによってレジストインキの粘性の変動が抑制され、その結果、溝形状のばらつきが抑制される。【０００７】
特許文献２では、レジストの塗布をグラビアオフセット印刷で行う際に、使用するレジストインキの粘度や、グラビアロールのメッシュパターン等の条件を特定の範囲に制御する技術が提案されている。これにより、グラビアロールの表面に形成されたグラビアセルに起因する網点の発生を抑制し、レジストパターンの精度を向上させることができる。【０００８】
また、方向性電磁鋼板以外の分野においては、レーザーを用いてレジストのパターニングを行う技術も提案されている。例えば、特許文献３では、プリント配線板や電気コネクタ等の製造においてメッキやエッチングを行う際に、材料表面に塗布したレジストインクを低出力のレーザーで除去することによってマスクとして用いるレジストパターンを形成する方法が示されている。【０００９】
特許文献４には、金属−セラミックス接合回路基板の製造において、金属−セラミックス接合基板の回路用金属板および金属ベース板の表面を覆うようにレジストを形成し、このレジストにレーザーを照射することによりレジストの不要部分を除去する方法が提案されている。レーザーによるレジスト除去が終了した後、露出した金属をエッチングすることにより回路パターンが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２７９６４６号公報
【特許文献２】特開平０７−０３２５７５号公報
【特許文献３】特表平０４−５０３７１８号公報
【特許文献４】特開２０１３−０３０５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１、２で提案されている方法によれば、レジストの形状精度に一定の改善が見られるものの、これらの方法によって形成された線状溝においても依然として形状のばらつきがあった。その理由は、以下のように考えられる。【００１２】
エッチングによって鋼板表面に線状溝を形成するためには、エッチングレジストをパターン状に塗布する必要がある。前記レジストの塗布には、原理的には各種の塗布方法を用いることが可能であるが、長尺基材への連続的な塗布に適し、鋼板のように硬質な基材に対しても安定して塗布が可能なグラビアオフセット印刷法が一般的に用いられる。【００１３】
図１１は、グラビアオフセット印刷に用いられるグラビアオフセット印刷装置１００の一般的な構成を表す概略図である。グラビアオフセット印刷では、まず、ピックアップロール１０１を用いてインキ１０２がグラビアロール１０３の版面に塗布される。グラビアロール１０３の版面には、インキを保持するための凹部であるグラビアセル１０４が形成されており、該セル以外の部分に付着したインキは、ドクターブレード１０５によって除去される。次いで、前記塗料は、オフセットロール１０６の表面に一旦転写された後、さらに被印刷物１０７の表面に転写される。【００１４】
方向性電磁鋼板の表面にエッチングによって線状溝を形成するためには、上記印刷法を用いて、エッチングマスクとして機能するレジストパターンを形成すればよい。前記レジストパターンの一例を、図１２に示す。この例においては、鋼板１１０の表面に、レジスト１１１が、圧延方向に周期的に塗布されている。レジストが塗布された部分の間には、レジストが塗布されていない非塗布部１１２が設けられており、この部分では、前記鋼板の表面が露出している。したがって、前記鋼板に対してエッチングを施すと、前記非塗布部における鋼板表面が選択的にエッチングされ、線状溝が形成される。【００１５】
しかし、本発明者らの検討の結果、グラビアオフセット印刷等の印刷法によって形成されるレジストパターンを、図１２に示したような理想的な形状とすることは困難であり、実際のレジストパターンは、図１３に示すような形状となっていることが分かった。すなわち、レジストを塗布した部分と非塗布部との境界は、その断面が、図１３に示すようになだらかになっており、また、その形状は位置によって異なっていた。その結果、鋼板の上方から見た非塗布部１１２の形状は、図１２に示したような理想的な直線状とはならず、ばらつきを有していた。【００１６】
このばらつきは、特許文献１に記載されているようなレジストインキと鋼板の温度制御を行っても、完全には解消することができないことから、グラビアオフセット印刷によるレジストパターン形成においては避けがたいものであると考えられる。すなわち、グラビアオフセット印刷におけるグラビアロールから鋼板表面へのレジストインキの転写は、上述したようにオフセットロールを経由して行われる。その際、オフセットロール表面に転写されたレジストインキの形状は、図１４に示すようにロールの外側を向いた凸型のお椀形状となる。そして、その結果、レジストインキが鋼板表面に転写されてできるレジストパターンの端面は、図１３で説明したようになだらかなものとなる。さらに、前記レジストインキの形状は、グラビアセル形状のばらつきの影響を受けるため、場所によって異なる形状となる。【００１７】
そこで、上記のようなグラビアオフセット印刷における問題を回避するために、グラビアロールを用いた印刷によってレジストパターンを直接形成することに代えて、特許文献３、４に記載されているように、レーザーを用いてレジストパターンを形成することが考えられる。すなわち、鋼板表面全体に均一にレジストを塗布した後に、塗布が不要な部分にレーザーを照射することによってレジストを瞬時に蒸発あるいは昇華させ、照射された部分のレジストを選択的に除去するのである。このような方法であれば、レジストが除去される部分の形状が、グラビアセルのばらつき等の影響を受けることがないため、均一な形状の線状溝を形成できると期待される。【００１８】
しかし、発明者らの検討の結果、レーザーによるレジスト除去技術を単純に方向性電磁鋼板に適用するだけでは、優れた磁気特性を得ることができないことが分かった。すなわち、方向性電磁鋼板においては、優れた磁気特性を得るために結晶方位を揃える必要があるが、レーザーによってレジストを除去すると、レーザーが照射された部分の鋼板が加熱されて高温となる結果、結晶組織が再結晶などの変化を起こして不均一化し、鋼板の磁気特性が低下してしまう。【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、エッチングを利用して鋼板表面に線状溝を形成する方法であって、レジスト除去のためのレーザー照射にともなう方向性電磁鋼板の磁気特性低下を抑制しつつ、均一な形状の線状溝を形成することのできる方法を提供することを目的とする。また、本発明は前記方法の実施に適した線状溝形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者らは、レーザー照射によるレジスト除去が方向性電磁鋼板（地鉄）へ及ぼす影響についてさらに検討した結果、以下の知見を得た。
（１）レジスト除去率は、レーザーの照射エネルギーが一定であっても、出力によって異なる。
（２）レーザーの出力が低い条件でレジストを除去すると、地鉄の溶融が顕著になる。
（３）レジスト除去率は、レジストの塗布厚の影響を受ける。
（４）ビーム径が０．１ｍｍ以下になると、特に優れた磁気特性が得られる。【００２１】
以上の知見に基づき、レーザー照射によるレジスト除去の条件について詳細な検討を行い、本発明を完成するに至った。【００２２】
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．方向性電磁鋼板表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
前記方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る方向に走査しながらレーザーを照射することによって前記レーザーが照射された部分のレジストを除去するレーザー走査を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に周期的に行うレーザー照射工程と、
前記レジストが除去された部分の方向性電磁鋼板をエッチングして線状溝を形成するエッチング工程とを有し、
前記レジストの塗布厚が０．５〜１０μｍであり、
前記レーザーの出力が１５００Ｗ以上である、線状溝形成方法。【００２３】
２．前記レーザー走査が、１〜５台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔが２．５ｍｓｅｃ以上であり、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔに対する、１回の走査において照射されたレーザーが実際に鋼板表面上を走査している鋼板上走査時間ｔ’の比Ｙ（＝ｔ’／ｔ）が０．８以下である、前記１に記載の線状溝形成方法。【００２４】
３．前記レーザー走査が、１〜３台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザーの、走査方向と直交する方向におけるビーム径が０．１ｍｍ超０．４ｍｍ以下であり、
前記レーザーの、短軸径に対する長軸径の比が１．２５以下である、前記２に記載の線状溝形成方法。【００２５】
４．前記レーザー走査が、４または５台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザーの、走査方向と直交する方向におけるビーム径が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、
前記レーザーの、短軸径に対する長軸径の比が１．１以下である、前記２に記載の線状溝形成方法。【００２６】
５．コイル状に巻かれた方向性電磁鋼板を払い出す払い出し部、
コイル同士を接合する溶接部、
前記方向性電磁鋼板の表面にレジストを塗布するレジスト塗布部、
前記方向性電磁鋼板の表面に塗布されたレジストを乾燥する乾燥部、
前記レジストが塗布された方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射してレジストを部分的に除去するするレーザー照射部、
レジストが除去された部分の前記方向性電磁鋼板をエッチングするエッチング部、
前記方向性電磁鋼板の表面からレジストを除去するレジスト除去部、
前記方向性電磁鋼板を切断する切断部、および
前記方向性電磁鋼板を巻き取る巻取り部が、この順序で配置され、
さらに前記レーザー照射部における通板速度を一定とするためのルーパーを備える、線状溝形成装置。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、エッチングを利用して鋼板表面に線状溝を形成する方法において、レジスト除去のためのレーザー照射にともなう方向性電磁鋼板の磁気特性低下を抑制しつつ、均一な形状の線状溝を形成することができる。また、高速処理時においても優れた磁気特性が得られるため、生産性に優れるとともに、得られた方向性電磁鋼板を用いることにより、変圧器のエネルギー使用効率を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】レーザーの出力とレジスト除去率との関係を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における、レーザー照射後のレジスト除去部を模式的に示す図である。
【図３】レーザーの単位走査長さ当たりの照射エネルギーとレジスト除去率との関係を示す図である。
【図４】レジストの塗布厚と、該レジストを１００％除去するために必要なレーザーの最小出力との関係を示す図である。
【図５】レーザーの出力と、該出力においてレジストを１００％除去するために必要な最小の照射エネルギーとの関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態における、レーザー走査方法の模式図である。
【図７】本発明の一実施形態における、レーザー走査方法の模式図である。
【図８】本発明の一実施形態における、レーザー走査方法の模式図である。
【図９】ビーム径と、該レーザーの照射によって形成されたレジスト除去部の幅との関係を示す図である。
【図１０】結晶方位分布の評価方法を示す模式図である。
【図１１】グラビアオフセット印刷に用いられる装置の一般的な構成を表す概略図である。
【図１２】理想的なレジストパターンの形状を表す模式図である。
【図１３】実際のレジストパターンの形状を表す模式図である。
【図１４】グラビアオフセット印刷におけるインキ形状を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
まず、レーザーの照射条件とレジスト塗布厚がレジストの除去に及ぼす影響について検討した結果を説明する。図１は、表面に均一にレジストが塗布された方向性電磁鋼板（以下、単に「鋼板」という場合がある）に対してレーザーを走査しながら照射した際の、レーザーの出力（Ｗ）とレジスト除去率（％）の関係を示す図である。実験においては、レーザーの短軸径を０．２ｍｍ、単位走査長さ当たりの照射エネルギー（以下、単に「照射エネルギー」という場合がある）を６０Ｊ／ｍとした。レジスト除去率が１００％の場合、レーザーが照射された部分に存在していたレジストがすべて除去され、レーザーが走査された部位に、帯状のレジスト除去部が形成される。レジスト除去率が１００％未満の場合には、レジストが不均一に除去され、前記レジスト除去部が形成される帯状の部分の幅が一定となっていないか、もしくは帯状の部分にレジストが残存している。ここで、レジスト除去率は、図２に示すように、レーザー照射後における、レジスト除去部の所定長さ（観察長さ）：ｘの範囲について、レジスト除去部の最大幅（圧延方向）：ｄ、レジスト除去部の面積：Ａとしたとき、Ａ／（ｄ×ｘ）×１００で表される比率であり、一の位を四捨五入して表す。なお、ここでｘは３ｍｍとした。
【００３０】
図１より、レーザーの出力が大きいほどレジスト除去率が高くなることが分かる。エネルギー密度が一定となるように、ビーム径と照射エネルギーを一定に保っているにもかかわらず、このような出力に対する依存性が見られることから、レーザー照射によるレジスト除去においてはレーザーの出力を制御することが重要であることが分かる。
【００３１】
次に、図３は、レーザーの単位走査長さ当たりの照射エネルギー（Ｊ／ｍ）とレジスト除去率（％）との関係を示した図である。レーザーの出力は、１００Ｗおよび３０００Ｗの２条件とした。図３より、照射エネルギーを増加させるとレジスト除去率が増加することが分かる。また、照射エネルギーが同じであれば、出力が高い方がレジスト除去率も高くなった。出力１００Ｗの条件で、レジスト除去率を１００％とするために照射エネルギーを増加させると、図３中に白丸で示した条件においては、地鉄の溶融による変形が目視で観察された。
【００３２】
図４は、レジストの塗布厚と、該レジストを１００％除去するために必要なレーザーの最小出力との関係を示す図である。実験条件は、ビーム径を０．２ｍｍ、単位走査長さ当たりの照射エネルギーを６０Ｊ／ｍとした。この結果から、レジスト塗布厚が増加するほど、レジストを１００％除去するために必要なレーザーの最小出力が増大することが分かる。
【００３３】
以上の結果を踏まえ、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な一実施態様を示すものであり、本発明は、以下の説明によって何ら限定されるものではない。また、本明細書において用いられる各用語は、特に断らない限り、以下のように定義されるものとする。
「レーザー除去部」：レーザー照射工程におけるレーザーの照射によってレジストが除去され、方向性電磁鋼板の表面が露出した部分。
「レジスト除去率」：レーザーが照射された部分において除去されたレジストの比率。
「走査時間ｔ」：レーザー走査１回当たりの所要時間。言い換えれば、１回のレーザー走査を開始してから、次のレーザー走査を開始するまでの時間。
「鋼板上走査時間ｔ’」：１回の走査において、照射されたレーザーが実際に鋼板表面上を走査している時間。言い換えれば、１回の走査において、照射されたレーザーが鋼板表面に照射されている時間。
「走査長さＬ」：レーザー照射装置１台当たりの、走査１回における走査長さ。
「走査速度ｖ」：レーザー照射工程において照射されるレーザーの、鋼板表面における走査速度。ｖ＝Ｌ／ｔ。
「出力Ｐ」：レーザー照射工程において照射されるレーザーの出力。
「単位走査長さ当たりの照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍ）」：レーザー照射工程において走査されるレーザーの、走査長さ１ｍあたりのエネルギー。単に照射エネルギーともいう。Ｅ＝Ｐ／ｖ。
「ライン速度ｖL」：処理装置内を搬送される鋼板の速度。通板速度ともいう。処理装置内の位置によって速度が異なる場合には、レーザーが照射される位置における速度とする。なお、処理装置内において鋼板は、特に断らない限り、その圧延方向に搬送される。
「線状溝の間隔ｓ」：鋼板表面に形成される線状溝の、圧延方向における間隔。レーザー照射工程において形成されるレジスト除去部の圧延方向における間隔に等しい。
【００３４】
本発明の方法においては、方向性電磁鋼板に対して、次の（１）〜（３）の工程の処理が順次施される。
（１）レジスト塗布工程、
（２）レーザー照射工程、および
（３）エッチング工程。
（１）レジスト塗布工程と（２）レーザー照射工程の間には、任意に、レジスト乾燥工程を設けることができる。また、（３）エッチング工程の後には、任意に、レジスト除去工程を設けることができる。
【００３５】
［方向性電磁鋼板］
本発明では、基材として方向性電磁鋼板が使用される（方向性電磁鋼板製造工程の途中段階の鋼板を含む）。前記方向性電磁鋼板としては、特に限定されず任意のものを用いることができるが、鉄損低減の観点からＳｉを２．０〜８．０質量％の範囲で含有するものを用いることが好ましく、加えて通板性の観点からＳｉを２．５〜４．５質量％の範囲で含有するものを用いることがより好ましい。
【００３６】
前記方向性電磁鋼板の表面に被膜が形成されていると、該被膜の種類によってはエッチングが阻害される場合がある。したがって、前記鋼板の表面にはフォルステライト被膜や張力付与被膜等、エッチング液（電解液）に対して不溶性や難溶性の被膜が形成されておらず、後述するレジストが該鋼板の表面に直接塗布されることが好ましい。
【００３７】
［レジスト塗布工程］
前記鋼板の表面には、レーザーの照射に先立ってレジストが塗布される。前記レジストは、後述するエッチング工程において、鋼板がエッチングされるのを防止するためのエッチングレジストとして機能するものである。前記レジストとしては、鋼板のエッチングを防止できるものであれば任意の材料を用いることができるが、熱硬化性樹脂を主成分とするレジストを用いることが好ましい。前記熱硬化性樹脂としては、例えば、アルキド系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つを用いることができる。半導体分野で使用されるような、ＵＶ硬化性や電子線硬化性は必ずしも必要ではない。また、インクダレ抑制の点では、樹脂の粘度は高い方がよい。レジストの粘度を高く保つために、塗布されるレジストの温度を４０℃以下とすることが好ましい。一方、レジストの温度の下限は特に限定されないが、２０℃以上とすることが好ましい。また、装置が大型化するという設備上の課題はあるが、通常、電磁鋼板の表層に形成される絶縁被膜を前記レジストとして用いてもよい。この場合の塗布は従来技術に従って行えばよい。乾燥についても同じである。
【００３８】
鋼板表面へのレジストの塗布は、特に限定されることなく、任意の方法で行うことができるが、ロール塗布によって行うことが好ましい。中でも、グラビアロールを用いたグラビア印刷法を用いることが好ましく、オフセットロールを使用したグラビアオフセット印刷法を用いることがより好ましい。なお、本明細書においてグラビア印刷法とは、グラビアロールを用いた印刷法全般を指し、グラビアオフセット印刷法も含むものとする。また、グラビア印刷法を用いる場合には、膜厚を一定とするため、グラビアロール上方にドクターブレードを設置してグラビアロールのインク量を均一化することが好ましい。
【００３９】
本発明におけるレジストの塗布パターンは、特に限定されず、最終的に所望の線状溝を形成することができるものであれば任意のパターンとすることができるが、鋼板表面全体にレジストを塗布することが好ましい。
【００４０】
レジストの塗布厚は０．５〜１０μｍとする。塗布厚を０．５μｍ以上とすることにより、エッチング工程において、レジストが塗布されている部分の鋼板がエッチングされてしまうことを防止できる。また、塗布厚を１０μｍ以下とすることにより、レーザー照射工程において除去されるレジストの量を低減し、気化したレジストがレーザー照射装置の光学系に付着すること等によるレーザー性状の変動を抑制できる。なお、レジストの塗布厚は１〜５μｍとすることがより好ましい。ここで、レジスト塗布厚は、エッチング直前におけるレジストの厚みとする。
【００４１】
［レジスト乾燥工程］
レジストを塗布した後、次のレーザー照射工程に先立って、レジストを乾燥させることが好ましい。乾燥方法は特に限定されず、例えば、熱風乾燥や真空乾燥等を用いることができる。熱風乾燥の場合、乾燥温度は、１８０〜３００℃とすることが好ましい。真空乾燥の場合は圧力を１０Ｐａ以下とすることが好ましく、乾燥時間は５秒以上とすることが好ましい。
【００４２】
［レーザー照射工程］
次に、方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る方向に走査しながら、レジストが塗布された前記方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射する。このレーザー照射によって、レーザーが照射された部分のレジストが局所的に加熱されて気化し、除去される結果、鋼板の表面が露出したレジスト除去部が形成される。前記レジスト除去部に露出した鋼板は、後述するエッチング工程において選択的にエッチングされ、線状溝となる。エッチングによって形成される線状溝の配置や寸法は、方向性電磁鋼板の最終的な磁気特性に影響するため、エッチングレジストのパターン、すなわちレジスト除去部の配置や寸法は、鋼板の磁気特性を考慮して決定すればよい。
【００４３】
前記レーザーの走査は、直線状に行うことが好ましい。また、レーザーの走査方向は圧延方向を横切る方向であればよいが、鉄損の低減効果を高めるという観点からは、前記鋼板の幅方向に対するレーザー走査方向の角度を４０°以下とすることが好ましく、レーザーを鋼板の幅方向（圧延方向に直角な方向）に走査することがより好ましい。
【００４４】
レーザー照射工程におけるレーザー走査は、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に周期的に行われる。言い換えれば、レジスト除去部が圧延方向に一定の間隔で形成されるように、レーザー走査が繰り返し行われる。圧延方向におけるレジスト除去部の間隔（以下、「レジスト除去部の間隔」という）は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。エッチングによって形成される線状溝の、圧延方向における間隔（以下、「線状溝の間隔」という）は、前記レジスト除去部の間隔と等しくなるため、レジスト除去部の間隔を上記範囲とすることにより、線状溝の間隔を好適な範囲とし、方向性電磁鋼板の磁気特性をさらに向上させることができる。
【００４５】
上記レーザーとしては、レジストを除去できるものであれば任意のものを使用できるが、高出力化の観点からは、ファイバーレーザーなどの固体レーザー、ＣＯ2レーザーなどを用いることが好ましい。前記レーザーの走査は、高速化の観点から、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等のミラーの回転駆動によって行うことが好ましい。
【００４６】
前記レーザーの照射には任意の数のレーザー照射装置（照射源）を用いることができるが、１〜５台の照射装置を用いることが好ましい。照射装置が５台より多いと、メンテナンスに要する時間が増大して生産性が低下することに加え、装置１台当たりの照射領域が短くなって、過度にライン速度が増大し、エッチング工程で十分な溝形成ができなくなる。
【００４７】
なお、一般的に用いられる鋼板の多くは板幅が１ｍ程度であるため、照射装置が１台であると板幅全域にわたって均一にレーザーを照射することが困難であり、ビーム性状を均一にするためビーム径を増大するなどの必要が生じる。そのため、レーザー照射装置は、２台以上とすることがより好ましい。複数のレーザー照射装置を用いる場合には、それぞれの照射装置から照射されるレーザーが鋼板全幅にわたって走査される必要はなく、各照射装置による走査範囲の和が、鋼板全幅をカバーしていれば良い。
【００４８】
さらに、好適な照射装置の台数は、レーザーの、走査方向と直交する方向におけるビーム径（以下、単に「ビーム径」ともいう）にも依存する。例えば、後述するように、方向性電磁鋼板の磁気特性を向上させるという観点からは、ビーム径を０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。その場合、４または５台の照射装置を用いることが好ましい。照射装置が３台以下であると、レジストを除去するために必要な照射エネルギーＥ（＝出力Ｐ／走査速度ｖ）を得るために走査速度ｖを低減せざるを得ず、生産性が損なわれるためである。一方、ビーム径が０．１ｍｍ超である場合には、走査速度ｖを低減せずとも、レジストを除去するために必要な照射エネルギーＥを容易に得られるため、照射装置の台数を１〜３台とすることが好ましく、２または３台とすることがより好ましい。
【００４９】
レーザー照射によって気化されたレジストによる装置の汚染を抑制するために、送風または吸引を行って集塵機にレジストを回収することが好ましい。ただし、鋼板が振動して焦点がずれることを防ぐため、送風または吸引を行う際の風量は、１００ｍ3／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。前記風量の下限は特に限定されないが、１０ｍ3／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。
【００５０】
・出力
本発明においては、レーザーの出力を１５００Ｗ以上とする。以下、その限定理由を説明する。
【００５１】
図１、３を用いて説明したように、レジスト除去率は、レーザーの単位走査長さ当たりの照射エネルギーに依存するが、照射エネルギーが同じであっても、出力が低ければレジスト除去率も低くなる。この現象は、熱拡散（熱伝導）に起因すると考えられる。すなわち、低出力で長時間照射した場合と、高出力で短時間照射した場合では、照射によって供給されるエネルギーの総量は同じであっても、前者の場合、照射中に熱が拡散してしまうため、レジストが気化する温度まで加熱されにくい。また、低出力で長時間照射すると、その間に熱が鋼板に伝わってしまうため、鋼板表層の組織変化に起因する磁歪等の磁気特性の劣化や、図３に示したような鋼板表面の変形が生じる場合がある。したがって、本発明においては、レーザーの出力を１５００Ｗ以上とすることが重要である。図１に示したように、出力が１５００Ｗ未満であると、レジストが除去されずに部分的に残存することがあり、その結果、エッチングにより均一な溝が形成されず、最終的に得られる鋼板の磁気特性が低下してしまう。一方、レーザーの出力は高いほどよいが、過度に高くなるとポリゴンミラー等の光学系を損傷するおそれがあるため、１６ｋＷ以下とすることが好ましい。
【００５２】
・単位走査長さ当たりの照射エネルギー
図３を用いて説明したように、レジスト除去率は、出力に加えて、単位走査長さ当たりの照射エネルギーにも依存する。そのため、照射エネルギーは、レジスト除去率が１００％となるよう、他の条件も考慮して決定すればよい。
【００５３】
図５は、レーザーの出力と、該出力においてレジストを１００％除去するために必要な最小の照射エネルギーとの関係を示す図である。実験条件は、ビーム径：０．２ｍｍ、レジスト厚：５μｍ、走査速度：０．５〜６００ｍ／ｓ、出力１００〜６０００Ｗとした。図５の結果から分かるように、レジスト除去率を１００％とするためには照射エネルギーを３０Ｊ／ｍ以上とすることが好ましい。なお、照射エネルギーが３０Ｊ／ｍ未満であっても、レジストの膜厚を調整する（例えば、５μｍ未満とする）ことにより除去率を１００％とできるが、３０Ｊ／ｍ以上とすることによってより確実に除去することができる。照射エネルギーの上限は特に限定されないが、３００Ｊ／ｍ以下とすることが好ましい。過度に照射エネルギーが高いとレジスト除去部の幅が増大し、最終的な鉄損を十分に低減することができない場合があるためである。
【００５４】
・走査速度
レーザーの走査速度ｖは特に限定されないが、走査速度ｖが高い方がライン速度ｖLを上げられるため、生産性の面で有利である。また、レーザーの出力Ｐは、照射エネルギーＥと走査速度ｖを用いて、Ｐ＝ｖＥと表せる。したがって、Ｅを一定とした場合、ｖが高い方がＰを大きくできるため、走査速度を高くすることはレジスト除去の点でも有利である。そのため、圧延方向間隔をｓ（ｍｍ）、レーザー照射装置の台数をｎとしたとき、走査速度ｖを９９９／（ｎ・ｓ）  ｍ／ｓｅｃ以上とすることが好ましい。例えば、鋼板の幅：１２００ｍｍ、照射装置の台数ｎ：３、圧延方向間隔ｓ：３ｍｍの場合、走査速度ｖを９９９／（３×３）  ｍ／ｓｅｃ以上、すなわち、１１１  ｍ／ｓｅｃ以上とすれば、ライン速度ｖLを５０ｍｐｍ（meter per minute）とすることができるため、高い生産性が得られる。一方、走査速度ｖを過度に高くすると、それにともなってライン速度も上昇するため、同一ラインでエッチング処理を行う場合には、エッチング時間が短くなり、所望のサイズの溝を形成できなくなる。そのため、走査速度ｖは３６００／（ｎ・ｓ）  ｍ／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００５５】
・走査時間
走査時間ｔ、すなわち、レーザー走査１回当たりの所要時間は、２．５ｍｓｅｃ以上とすることが好ましい。その理由は次の通りである。本発明においては、鋼板の圧延方向に周期的にレジスト除去部を形成し、その後エッチングを行うことによって、圧延方向に一定の間隔で線状溝が形成される。形成される線状溝の、圧延方向における間隔は、レジスト除去部の間隔に等しい。ここで、ライン速度をｖL、圧延方向における線状溝の間隔をｓとすると、ライン中で鋼板が距離ｄを進むのにかかる時間はｓ／ｖLであるから、走査時間ｔは下記式（１）によって定められる値とする必要がある。
ｔ＝ｓ／ｖL  ……  （１）
【００５６】
線状溝の間隔ｓは鋼板の磁気特性に影響するため、通常、磁気特性上有利な値に設定される。したがって、走査時間ｔを短くするためにはライン速度ｖLを上げる必要があるが、ライン速度を上げすぎると、エッチング不良を招いてしまう。例えば、目標の溝深さを３０μｍとして電解エッチングを行った実験では、ｖL＝９６ｍｐｍの時には溝深さ３０μｍの線状溝を得られたのに対して、ｖL＝１２０ｍｐｍにすると、得られた溝の深さは、３０μｍの部分もあるものの、最も浅い部分で２５μｍであった。これは、ライン速度を上げた際に、短いエッチング時間で目標の溝深さとするために電解電流を増加した結果、電解液の温度変動等の影響によって、溝形状が不均一になったものと考えられる。このような不均一なエッチングと、それに起因する方向性電磁鋼板の磁気特性の低下を防止するため、走査時間ｔを２．５ｍｓｅｃ以上とすることが好ましい。一方、走査時間ｔの上限は特に限定されないが、過度に大きいと生産性が損なわれるおそれがあるため、８ｍｓｅｃ以下とすることが好ましい。
【００５７】
・走査時間に対する鋼板上走査時間の比
本発明においては、レーザー走査１回当たりの走査時間ｔに対する、１回の走査において照射されたレーザーが実際に鋼板表面上を走査している鋼板上走査時間ｔ’の比Ｙ（＝ｔ’／ｔ）を０．８以下とすることが好ましい。その理由は以下のとおりである。
【００５８】
上述したように、エッチング不良を抑制するという観点からは走査時間を可能な限り長くすることが好ましい。しかし、走査時間が過度に長いと、生産性の観点から不利であるだけでなく、走査速度を落とすことになるため、レーザーの出力を上げられず、レジスト除去の観点からも不利である。この点について検討を行った結果、本発明者らは、以下に述べるように、照射装置から発せられたレーザーが鋼板表面に照射されない時間を、レーザー走査１回当たりに所定の割合で設けることにより、レーザーの出力を落とすことなく走査時間を十分に確保できることを見出した。
【００５９】
走査速度ｖは、レーザー照射装置１台当たりの走査１回における走査長さＬと、走査時間ｔを用いて、下記（２）式で表すことができる。
ｖ＝Ｌ／ｔ  ……  （２）
したがって、走査長さＬを増加させることができれば、走査時間ｔを長くしても走査速度ｖを落とす必要がなく、したがって出力Ｐ（＝ｖＥ）を高くすることができる。
【００６０】
図６は、３台のレーザー照射装置１０を用いて、鋼板２０の幅方向に直線的にレーザーを照射する場合の模式図である。図中の矢印は、レーザー照射装置１台当たりの走査長さＬを表しており、３台の照射装置で板幅全域にわたってレーザーが照射されるように、Ｌは板幅の１／３に設定されている。通常は、このように走査長さＬを鋼板の処理領域の大きさに応じた値とすることが多かった。例えば、鋼板の幅が１２００ｍｍであるとすると、Ｌは１２００ｍｍ／３＝４００ｍｍとなる。ここで、上記（１）および（２）式より、走査速度ｖは、ライン速度ｖL、走査長さＬ、および線状溝の間隔ｓを用いて、下記（３）式のように表すことができる。
ｖ＝ｖL・Ｌ／ｓ  ……  （３）
したがって、Ｌが４００ｍｍの場合、線状溝の間隔ｓを５ｍｍ、ｖLを８０ｍｐｍとすると、ｖは約１０７ｍ／ｓとなる。
【００６１】
しかし、図６に示した状態から単純に走査長さＬを増加させると、図７（ａ）に示すように、板幅方向において、隣接するレーザー照射装置による走査範囲が重複してしまう。重複してレーザーが照射された領域では、図７（ｂ）のように圧延方向線間隔が減少するか、図７（ｃ）のように溝幅が増大してしまうため、最終的に得られる方向性電磁鋼板の磁気特性が低下する。
【００６２】
図８は、図７に示した条件において、さらにレーザー照射装置と鋼板との間にレーザー遮蔽手段３０を設けた場合の模式図である。このように、レーザー遮蔽手段３０を設置することにより、鋼板表面の同じ位置にレーザーが重複して照射されることを防止しつつ、走査長さＬを増加させることができる。図８中、Ｌ’は、走査長さＬ中、照射されたレーザーが、実際に鋼板表面に到達している範囲の長さであり、図６におけるＬと等しい。このようにレーザー遮蔽手段を用いることにより、走査範囲の重複による磁気特性の低下を招くことなく、実際の板幅とレーザー照射装置の台数によって決まる値であるＬ’と独立に走査長さＬを設定することが可能となる。
【００６３】
ここで、１回の走査において、照射されたレーザーが実際に鋼板表面上を走査している時間（以下、「鋼板上走査時間」という）をｔ’、走査時間ｔに対する鋼板上走査時間ｔ’の比（＝ｔ’／ｔ）をＹとすると、走査速度ｖを、走査長さがＬ’である場合の１／Ｙ倍とすることができる。例えば、Ｙ＝０．８となるようにレーザー遮蔽手段を設けた場合、走査速度ｖは１．２５倍となる。したがって、上述したケース、すなわち、板幅１２００ｍｍ、レーザー照射装置３台、線状溝の間隔ｓが５ｍｍ、ｖLが８０ｍｐｍの場合では、ｖは約１３３ｍ／ｓとなる。同様に、Ｙ＝０．５とすれば、ｖは約２１３ｍ／ｓとなる。このように、Ｙを１未満とすることにより、ライン速度を変えることなく、走査速度を大幅に増大することができる。前記効果を十分に得るためには、Ｙを０．８以下とすることが好ましい。一方、Ｙの下限は特に限定されないが、コストを抑制するという観点からは０．１以上とすることが好ましい。すなわち、Ｙが過度に小さいと、照射されたレーザーの大部分がレーザー遮蔽手段によって遮蔽されるため、エネルギーの使用効率が低くなり、その結果、製造コストが増加する。また、レーザーを吸収することによるレーザー遮蔽手段の温度上昇を防ぐために、より大がかりな冷却機能が必要となり、その結果、設備コストが増加する場合がある。
【００６４】
上記レーザー遮蔽手段としては、レーザーを遮蔽できるものであれば任意のものを用いることができるが、使用するレーザーを吸収できる材質からなるマスクまたはレーザーを反射することができるマスクを用いることが好ましい。レーザーを吸収できる材質からなるマスクを用いる場合には、レーザーを吸収することにより温度が上昇するため、該マスクを冷却するための冷却手段を備えていることが好ましい。また、レーザーを反射することができるマスクを用いる場合には、反射されたレーザーで装置が損傷しないように、マスクの位置や形状を調整することが好ましい。遮蔽手段の材質としては、例えば、金属を用いることができる。前記金属としては、銅、モリブデン、タングステン、およびそれらのいずれかの合金などが挙げられる。
【００６５】
・ビーム径
レジスト除去部の幅は、照射されるレーザーのビーム径に依存する。図９は、レジスト除去率が１００％となるようにレーザー照射を行った際の、ビーム径と、該レーザーの照射によって形成されたレジスト除去部の幅との関係を示す図である。この結果から明らかなように、レジスト除去部の幅は、使用したレーザーのビーム径に概ね比例する。そして、エッチングによって最終的に形成される線状溝の幅は、エッチング条件にも依存するが、レジスト除去部の幅よりも狭くなることはない。したがって、使用するレーザーのビーム径は、最終的に所望の幅の線状溝が得られるように選択すればよく、磁気特性向上の観点からは、線状溝の幅を２００μｍ以下とすることが好ましい。したがって、図９に示した関係より、ビーム径は０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、ここでビーム径は、強度プロファイルにおいて強度が最大強度の１／ｅになる位置における直径とする。なお、本明細書において、「線状溝の幅」、「レジスト除去部の幅」、および「ビーム径」は、特に断らない限り、レーザーの走査方向に対して垂直な方向における値を表すものとする。
【００６６】
また、さらに磁気特性を改善するためには、ビーム径を０．１ｍｍ以下とすることがより好ましい。近年では、ファイバーレーザーが発達し、極めてビーム径が小さいレーザーが実用されている。本発明者らが、０．１ｍｍ以下のビーム径が得られるファイバーレーザーを用いてレジストインキの除去を試みた結果、極めて優れた磁気特性を有する方向性電磁鋼板が得られることが分かった。様々な径のレーザーを用いてレジスト除去を行った場合の、ビーム径と、最終的に得られた方向性電磁鋼板の鉄損Ｗ17/50を表１に示す。なお、レジストインキを剥離した後は、電解研磨により溝を形成した後、通常の条件にて二次再結晶焼鈍と張力被膜の形成を行い、その後、鉄損Ｗ17/50を測定した。表１に示した結果より、ビーム径を０．１ｍｍ以下とすることによって、鉄損をさらに低減できることが分かる。電解研磨後に、形成された線状溝の幅を確認したところ、ビーム径が小さいほど線状溝の幅が小さくなっており、その結果、鉄損を低減できたと考えられる。しかし、一方で、ビーム径を０．０３ｍｍまで小さくしても、鉄損がさらに良くなることはなかった。これは、ビーム径を過度に小さくした場合には、ビームのエネルギー密度が過度に高くなって、走査電子顕微鏡では観察できない程度の地鉄に不均一な組織が形成されたためか、あるいは原理的に、溝幅を小さくすることによる鉄損低減効果には限界があるためと推定している。そのため、ビーム径は、０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００６７】
【表１】
2017017908.tif 000003
【００６８】
・短軸径に対する長軸径の比
次に、レーザーの形状がレジスト除去率に及ぼす影響を評価するために、レーザーの短軸形を一定とし、長軸形を変化させた際のレジスト除去率を測定した。レーザーの走査は板幅方向に行い、レーザーの出力は１５００Ｗとした。また、短軸が圧延方向、長軸が圧延直交方向となるようにレーザーを照射した。得られた結果を表２に示す。この結果より、短軸径に対する長軸径の比（以下、「長短軸比」ともいう）が１に近い、すなわちレーザービームの形状が真円に近いほどレジスト除去率が高いことが分かる。これは、短軸径が同じであれば長短軸比が高いほど、出力／ビーム面積で表されるパワー密度が低下するためであると考えられる。したがって、レーザーの、短軸径に対する長軸径の比は１．２５以下とすることが好ましい。レーザーの出力が同じであっても、長短軸比を小さくすることによりパワー密度が向上し、その結果、十分なレジスト除去率が得られる。レジスト除去率が十分に高ければ、レーザーの走査速度をさらに高くすることができるため、生産性がさらに向上する。特に、上述したように、方向性電磁鋼板の磁気特性向上の観点からビーム径を０．１ｍｍ以下とする場合には、コア径が小さいファイバーを用いる必要があるため、レーザーの出力を上げることが困難となる場合がある。そのため、そのような小径ビームであっても優れた生産性を得るために、長短軸比を１．１以下とすることがより好ましい。
【００６９】
【表２】
2017017908.tif 000004
【００７０】
・レーザー照射部の組織
本発明の方法では出力１５００Ｗ以上のレーザーを用いるため、レーザー照射が地鉄におよぼす影響を低減することができる。具体的には、線状溝が形成された方向性電磁鋼板を焼鈍した後の状態において、溝形成部近傍における結晶方位分布を、溝形成部以外の部分（以下、「他の部分」という）と「同等」とすることができる。前記効果は、例えば、以下のようにして確認することができる。
【００７１】
まず、エッチングによって線状溝が形成された方向性電磁鋼板を焼鈍して試料を作成する。次に、前記試料の溝形成部近傍と他の部分の両者において、板厚方向断面の結晶方位分布を測定する。ここで、前記溝形成部近傍における観察範囲は、図１０に示すように、溝の中心線を中央とした圧延方向に０．３ｍｍ、鋼板表面から板厚方向に０．３ｍｍの範囲とする。また、前記他の部分の観察範囲は、図１０に示したように、隣接する２つの線状溝の中間点を中央とした圧延方向０．３ｍｍ、鋼板表面から板厚方向に０．３ｍｍの範囲とする。ただし、板厚が０．３ｍｍ未満の場合には、圧延方向０．３ｍｍ×板厚方向全厚の範囲を断面観察範囲とする。なお、前記焼鈍は、常法に従い１回または２回行うことができる。また、前記結晶方位分布は、後方散乱電子回折（Electron BackScatter Diffraction：ＥＢＳＤ）法などで測定することができる。また、結晶方位分布が「同等」であるとは、表面から１０°以内に（１１１）、（１１０）、（１００）の結晶面を有する結晶粒の存在比（面積比）のうち最大のものが、平均値±２σ以内の範囲にあることとする。
【００７２】
［エッチング工程］
レーザー照射工程終了後、エッチングを行って鋼板表面に線状溝を形成する。エッチングに用いる方法は、鋼板をエッチングできる方法であれば任意の方法を用いることができるが、化学エッチングおよび電解エッチングの少なくとも一方を用いることが好ましい。エッチング量の制御という観点からは電解エッチングを用いることがより好ましい。化学エッチングの場合には、例えば、ＦｅＣｌ３、ＨＮＯ３、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４からなる群より選択される少なくとも１つを含有する水溶液をエッチング液として用いることができる。また、電解エッチングの場合には、例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ２、ＮａＮＯ３からなる群より選択される少なくとも１つを含有する水溶液をエッチング液（電解液）として用いることができる。
【００７３】
また、エッチングを行う際には、エッチング液を攪拌することが好ましい。エッチング液を攪拌することにより、エッチング槽内における温度や濃度の偏りを解消し、より均一にエッチングを行うことができる。また、槽内におけるめっき液の流速を高めることによりエッチング効率を向上させることもできる。前記攪拌を行う方法は特に限定されないが、例えば、機械攪拌や、エッチング液を循環させることによる攪拌などを用いることができる。機械攪拌を行う場合には、エッチング液への耐性を考慮して、樹脂製の攪拌部材を用いることが好ましい。循環による攪拌を行う場合には、例えば、エッチング槽内にエッチング液の噴出口を設け、ポンプ等を用いてエッチング液を前記噴出口から噴出させることができる。
【００７４】
電解エッチングにより前記エッチングを行う場合には、任意の方法で鋼板への通電を行うことができるが、例えば、ラジアルセル方式または水平セル方式のエッチング槽を用いて、直接通電または間接通電で通電を行うことができる。電解条件は、処理対象の鋼板や、使用する電解液等に応じて適宜調整すれば良いが、例えば、電流密度を１〜１００Ａ／ｄｍ2の範囲内で調整することができる。
【００７５】
エッチングによって形成される線状溝の形状は、レーザービーム形状やエッチング条件によって調整できるが、方向性電磁鋼板の磁気特性の観点からは、線状溝の幅を３０μｍ以上２００μｍ以下、深さを１０μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましい。
【００７６】
［線状溝形成装置］
本発明の溝形成方法は、特に限定されることなく、上記各工程を行うことができるものであれば任意の装置を用いて実施することができる。しかし、生産性の観点からは、コイルとして供給される方向性電磁鋼板を連続的に処理することができる連続式の処理装置を用いることが好ましい。
【００７７】
上記連続式の処理装置としては、
コイル状に巻かれた方向性電磁鋼板を払い出す払い出し部、
コイル同士を接合する溶接部、
前記方向性電磁鋼板の表面にレジストを塗布するレジスト塗布部、
前記方向性電磁鋼板の表面に塗布されたレジストを乾燥する乾燥部、
前記レジストが塗布された方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射してレジストを部分的に除去するするレーザー照射部、
レジストが除去された部分の前記方向性電磁鋼板をエッチングするエッチング部、
前記方向性電磁鋼板の表面からレジストを除去するレジスト除去部、
前記方向性電磁鋼板を切断する切断部、および
前記方向性電磁鋼板を巻き取る巻取り部が、この順序で配置され、
さらに前記レーザー照射部における通板速度を一定とするためのルーパーを備える線状溝形成装置を用いることがより好ましい。溶接部を設けることにより、コイル同士を溶接して通板することによって、ラインを停止させることなく複数のコイルを連続的に処理することができる。また、前記溶接の際等、ラインの一部の箇所で通板速度が低下すると、レーザー照射部における通板速度まで減速してしまい、照射エネルギーが一時的に増大する結果、得られる方向性電磁鋼板の磁気特性にばらつきが生じる可能性がある。しかし、通板速度を一定とするためのルーパーを設置することにより、レーザー照射部における通板速度の変動を抑制し、方向性電磁鋼板の磁気特性のばらつきを防止できる。なお、前記ルーパーは、具体的には、前記溶接部と前記レジスト塗布部の間、および前記レジスト除去部と前記切断部の間にそれぞれ設置することが好ましい。
【００７８】
上記線状溝形成装置のレジスト塗布部、乾燥部、レーザー照射部、およびエッチング部は、それぞれ上記レジスト塗布工程、レジスト乾燥工程、レーザー照射工程、およびエッチング工程を行うことのできる構成とすればよい。また、上記払い出し部、溶接部、切断部、巻取り部、およびルーパーについては、一般的な鋼板の処理ラインで使用される装置等を用いることができる。
【実施例】
【００７９】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。本発明の実施形態は、本発明の趣旨に適合する範囲で適宜変更することが可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に包含される。【００８０】
＜実施例１＞
レーザー照射条件の影響を評価するために、複数の条件で、方向性電磁鋼板の表面に線状溝を形成した。前記方向性電磁鋼板としては、３．４質量％のＳｉを含有した、板厚０．２２ｍｍの方向性電磁鋼板を用いた。まず、常法にしたがって圧延を行うことにより前記方向性電磁鋼板を得た後、グラビアオフセット印刷法により該鋼板の表面全体に均一にレジストを塗布した。レジストの塗布厚は７μｍとした。【００８１】
レジストを塗布した後、２２０℃、４０ｓｅｃで乾燥を行い、次いで、表３に示した条件で、鋼板の幅方向に直線状に走査しながらレーザーを照射した。前記レーザーの走査は、圧延方向に３．５ｍｍ間隔で周期的に行った。レーザー照射終了後、鋼板表面を観察し、レーザー照射部におけるレジスト除去率と、レーザーによる地鉄溶融の有無を評価した。評価結果は表３に示した通りである。【００８２】
続いて、電解エッチングを行って線状溝を形成した。電解液としては２０％のＮａＣｌ水溶液を用い、所望の線状溝が形成されるよう、事前に電流密度調整を行った。電解条件は、電解液温度：２５℃、電流密度：８Ａ／ｄｍ2、通電時間：３ｍｉｎとした。エッチング終了後、鋼板の表裏面に残ったレジストをＮａＯＨ水溶液を用いて除去した。前記ＮａＯＨ水溶液の温度は、５０〜７０℃に保持した。その後、水洗および表面洗浄を行った。【００８３】
次いで、脱炭焼鈍を行った後、レーザー照射部と他の部分との結晶方位分布の差を調査した。すなわち、表面から１０°以内に（１１１）、（１１０）、（１００）の結晶面を有する結晶粒の存在比（面積比）のうち最大のものが、平均値±２σ以内の範囲となる場合に「なし」とし、それ以外の場合は差が「あり」とした。評価結果は表３に示した通りである。なお、測定は先に述べた方法で行い、測定範囲は図１０に示した通りとした。【００８４】
上記試験の結果、レーザーの出力が１５００Ｗ未満であるＮｏ．１においては走査時間を長くすることによってレジスト除去率を１００％とすることはできたものの、レーザーによる地鉄の溶融が生じるとともに、結晶方位分布に差が見られた。これに対し、出力が１５００Ｗ以上である実施例では、磁気特性を低下させる要因となる結晶方位分布の差を生じさせることなく、線状溝を形成することができた。【００８５】
さらに、レジストパターンの形成方法の影響を評価するために、比較例として、従来法により線状溝を形成した方向性電磁鋼板を作製した。すなわち、上記実施例で用いたものと同じ方向性電磁鋼板の表面に、線状溝を形成する部分にレジストが塗布されないようにグラビアセルの配置を調整したグラビアロールを用いて、レジストをパターン状に印刷した。上述の実施例と同条件となるように、レジストの塗布厚は７μｍとし、前記レジストパターンは、圧延方向に３．５ｍｍ間隔でレジストが塗布されていない部分（レジスト未塗布部）を有するものとした。【００８６】
レジスト塗布後、上記実施例と同条件で乾燥を行い、レジスト未塗布部の平均幅およびそのばらつきを測定した。レジスト未塗布部の観察にはマイクロスコープを使用し、切断法により３０点での幅を測定し、その平均値を求めた。また、幅のばらつきは、前記３０点における測定値の１σとした。測定結果を表４に、Ｎｏ．８として示す。また、比較のために、表３に示した実施例のＮｏ．７について同様の測定を行った結果を、合わせて表４に示す。【００８７】
次いで、上記Ｎｏ．８の鋼板について、レーザー照射を行うことなく電解エッチングを実施して、レジスト未塗布部に線状溝を形成した。ライン速度は、Ｎｏ．７と同様の６３ｍｐｍとした。その後、上記実施例と同様の条件で、レジストの除去と洗浄を行った。【００８８】
さらに、レジストの除去と洗浄を行ったＮｏ．７、８の鋼板に対して、脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍、および張力被膜の形成を同条件で行った後、鉄損Ｗ17/50を測定した。測定された鉄損のばらつきは表４に示した通りである。【００８９】
表４に示した結果から分かるように、グラビア印刷によってレジストパターンを形成する方法では、レジスト未塗布部の形状のばらつきが大きく、その結果、方向性電磁鋼板の磁気特性のばらつきが大きい。これに対して、本発明の方法によれば、レーザーによってレジストのパターニングを行うため、レジスト除去部の形状のばらつきが抑制され、その結果、磁気特性の均一性に優れた方向性電磁鋼板を得ることができる。【００９０】
【表３】
2017017908.tif 000005
【００９１】
【表４】
2017017908.tif 000006
【００９２】
＜実施例２＞
さらに、ビーム径の影響を評価するために、以下の実験を行った。まず、溝を形成する金属ストリップとして、板厚０．２２ｍｍに圧延された、３．４％のＳｉを含有する方向性電磁鋼板を準備した。前記方向性電磁鋼板の表裏面に、グラビアオフセット印刷法によりエッチングレジストを厚さ１μｍとなるように塗布し、２２０℃×４０ｓｅｃで乾燥した。次いで、ビーム径が０．０７ｍｍのファイバーレーザーを用いて表５に示した条件でレーザー照射を行い、圧延方向間隔４ｍｍで直線状にレジストインキを除去した。続いて、電解エッチングを行った。電解液はＮａＣｌ水溶液とし、所望の溝が形成されるよう、事前に電流密度を調整した。エッチング後、鋼板表裏面に残ったレジストを、ＮａＯＨ水溶液を用いて除去した。前記ＮａＯＨ水溶液の温度は、５０〜７０℃に保持した。その後、水洗および表面洗浄を行った。さらに、脱炭焼鈍と最終仕上焼鈍、張力被膜形成などの工程を行った後、鉄損を測定した。鉄損の測定は、試験片の総質量５００ｇでのエプスタイン試験で行った。【００９３】
【表５】
2017017908.tif 000007
【００９４】
表５に示した結果から分かるように、レーザーのビーム径を０．１ｍｍ以下とし、ビーム形状の長短軸比を１．１以下とすることにより、さらに磁気特性の優れた方向性電磁鋼板を得ることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０    レーザー照射装置
２０    方向性電磁鋼板
３０    レーザー遮蔽手段
１００  グラビアオフセット印刷装置
１０１  ピックアップロール
１０２  インキ
１０３  グラビアロール
１０４  グラビアセル
１０５  ドクターブレード
１０６  オフセットロール
１０７  被印刷物
１１０  鋼板
１１１  レジスト
１１２  非塗布部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月16日(2017.3.16)
【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】
方向性電磁鋼板表面にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
前記方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る方向に走査しながらレーザーを照射することによって前記レーザーが照射された部分のレジストを除去するレーザー走査を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に周期的に行うレーザー照射工程と、
前記レジストが除去された部分の方向性電磁鋼板をエッチングして線状溝を形成するエッチング工程とを有し、
前記レジストの塗布厚が０．５〜１０μｍであり、
前記レーザーの出力が１５００Ｗ以上であり、
前記レーザーの照射エネルギーが３０Ｊ／ｍ以上であり、
前記レーザー走査が、１〜５台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔが２．５ｍｓｅｃ以上であり、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔに対する、１回の走査において照射されたレーザーが実際に鋼板表面上を走査している鋼板上走査時間ｔ’の比Ｙ（＝ｔ’／ｔ）が０．８以下である、線状溝形成方法。
【請求項２】
前記レーザー走査が、１〜３台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザーの、走査方向と直交する方向におけるビーム径が０．１ｍｍ超０．４ｍｍ以下であり、
前記レーザーの、短軸径に対する長軸径の比が１．２５以下である、請求項１に記載の線状溝形成方法。
【請求項３】
前記レーザー走査が、４または５台のレーザー照射装置を用いて行われ、
前記レーザーの、走査方向と直交する方向におけるビーム径が０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、
前記レーザーの、短軸径に対する長軸径の比が１．１以下である、請求項１に記載の線状溝形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の線状溝形成方法を行うための線状溝形成装置であって、
コイル状に巻かれた方向性電磁鋼板を払い出す払い出し部、
コイル同士を接合する溶接部、
前記方向性電磁鋼板の表面に塗布厚が０．５〜１０μｍとなるようレジストを塗布するレジスト塗布部、
前記方向性電磁鋼板の表面に塗布されたレジストを乾燥する乾燥部、
前記レジストが塗布された方向性電磁鋼板の表面にレーザーを照射してレジストを部分的に除去するするレーザー照射部、
レジストが除去された部分の前記方向性電磁鋼板をエッチングするエッチング部、
前記方向性電磁鋼板の表面からレジストを除去するレジスト除去部、
前記方向性電磁鋼板を切断する切断部、および
前記方向性電磁鋼板を巻き取る巻取り部が、この順序で配置され、
さらに前記レーザー照射部における通板速度を一定とするためのルーパーを備え、
前記レーザー照射部が１〜５台のレーザー照射装置を有し、
前記レーザーの出力が１５００Ｗ以上であり、
前記レーザーの照射エネルギーが３０Ｊ／ｍ以上であり、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔが２．５ｍｓｅｃ以上であり、
前記レーザー走査１回当たりの走査時間ｔに対する、１回の走査において照射されたレーザーが実際に鋼板表面上を走査している鋼板上走査時間ｔ’の比Ｙ（＝ｔ’／ｔ）が０．８以下となるよう構成されている、線状溝形成装置。
【国際調査報告】
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