(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性電磁鋼板材料に、圧延方向に間隔を空けて、前記圧延方向と交差する複数の凹溝を形成することで方向性電磁鋼板を製造する、方向性電磁鋼板製造方法であって、
レーザビームを照射するレーザビーム照射部と、複数の平面鏡で構成され、前記レーザビームを前記平面鏡で反射させて前記方向性電磁鋼板材料の表面をスキャンし、前記凹溝を形成する多面体ポリゴンミラーと、前記多面体ポリゴンミラーを回転させる回転駆動部と、前記多面体ポリゴンミラーの回転方向位置を検出する回転位置検出部と、前記レーザビーム照射部と前記回転駆動部を制御する制御部と、を備えた方向性電磁鋼板製造装置を用い、
前記多面体ポリゴンミラーの回転軸から前記平面鏡に垂線を下した位置を基準として、前記レーザビームが、前記多面体ポリゴンミラーの角部で分散されることなく、一つの前記平面鏡で全反射されるときに、前記レーザビームの焦点の中心が位置する最大の角度を、全反射限界角度θｃとすると、
前記レーザビームの出力と前記多面体ポリゴンミラーの回転速度の少なくともいずれか一方を、前記回転方向位置と対応させて制御し、
前記レーザビームの前記方向性電磁鋼板材料の表面におけるエネルギー密度を、前記全反射限界角度θｃの範囲内でのエネルギー密度に、前記全反射限界角度θｃの範囲外においても合わせるように制御する、
方向性電磁鋼板製造方法。
【請求項２】
方向性電磁鋼板材料に、圧延方向に間隔を空けて、前記圧延方向と交差する複数の凹溝を形成することで方向性電磁鋼板を製造する、方向性電磁鋼板製造装置であって、
レーザビームを照射するレーザビーム照射部と、
複数の平面鏡で構成され、前記レーザビームを前記平面鏡で反射させて前記方向性電磁鋼板材料の表面をスキャンし、前記凹溝を形成する多面体ポリゴンミラーと、
前記多面体ポリゴンミラーを回転させる回転駆動部と、
前記多面体ポリゴンミラーの回転方向位置を検出する回転位置検出部と、
前記レーザビーム照射部と前記回転駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記多面体ポリゴンミラーの回転軸から前記平面鏡に垂線を下した位置を基準として、前記レーザビームが、前記多面体ポリゴンミラーの角部で分散されることなく、一つの前記平面鏡で全反射されるときに、前記レーザビームの焦点の中心が位置する最大の角度を、全反射限界角度θｃとすると、
前記制御部は、
前記レーザビームの出力と前記多面体ポリゴンミラーの回転速度の少なくともいずれか一方を、前記回転方向位置と対応させて制御し、
前記レーザビームの前記方向性電磁鋼板材料の表面におけるエネルギー密度を、前記全反射限界角度θｃの範囲内でのエネルギー密度に、前記全反射限界角度θｃの範囲外においても合わせるように制御する、
方向性電磁鋼板製造装置。
【請求項３】
方向性電磁鋼板材料に、圧延方向に間隔を空けて、前記圧延方向と交差する複数の凹溝が形成された方向性電磁鋼板であって、
前記凹溝は、レーザビームを照射することで形成され、
前記凹溝の長手方向端部の位置から前記凹溝の深さが定常深さの５０％に到達する位置までの、前記方向性電磁鋼板の表面に沿った長さが５.０ｍｍ以下に形成されている、
方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板製造方法、方向性電磁鋼板製造装置、及び方向性電磁鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、方向性電磁鋼板は、圧延方向に沿って磁化された磁区が磁壁を挟んで複数配列された構造を有している。このような方向性電磁鋼板の鉄損を改善するために、方向性電磁鋼板材料の表面に歪みを導入することにより、磁区を細分化する技術が実用化されている。
【０００３】
しかしながら、例えば、巻き鉄芯の場合には、その製造工程で歪み取り焼鈍を行うことから、焼鈍の際に導入された歪みの効果が消失して、磁区を充分に細分化することは困難である。
【０００４】
そこで、方向性電磁鋼板の磁区を細分化し、ヒステリシス損失の増加を抑えたまま渦電流損失を低下させて鉄損を改善するために、方向性電磁鋼板材料にレーザビームを照射して方向性電磁鋼板の表面に凹溝を形成する技術が実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
このように、レーザビームを照射して方向性電磁鋼板材料に凹溝を形成する場合、生産性の観点から、方向性電磁鋼板材料を通板しながらレーザビームを照射することが一般的であり、方向性電磁鋼板材料の幅方向に複数のレーザビーム照射装置を設置して、多面体ポリゴンミラーによって、通板方向と略直交する方向にレーザビームをスキャンさせながら通板中の方向性電磁鋼板材料の表面に、多数の微細な凹溝を形成する（例えば、特許文献２、３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２２０９１３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／１２５６７２号
【特許文献３】国際公開第２０１２／０３３１９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、多面体ポリゴンミラーを用いてレーザビームをスキャンする場合、多面体ポリゴンミラーに入射されるレーザビームは点光源ではなく、所定の大きさを有していることから、図９Ａに示すように、多面体ポリゴンミラーを構成する各平面鏡の中央寄りで反射されたレーザビームは方向性電磁鋼板材料の表面の一ケ所に集光されるものの、多面体ポリゴンミラーの角部（平面鏡の向きが変位する部分）で反射されたレーザビームは、隣接する二つのミラーのそれぞれに応じて分割して反射されてしまい、方向性電磁鋼板材料の表面に到達するレーザビームが分散してしまう。
【０００８】
その結果、多面体ポリゴンミラーの角部近傍で反射されたレーザビームは、多面体ポリゴンミラーの各平面鏡の中央寄りで反射され一ケ所に集光されたレーザビームに比較して、エネルギー密度が実質的に小さくなり、図９Ｂに示すように、凹溝の深さが長手方向端部に近づくにつれて凹溝底部の定常深さに比較して次第に浅くなる傾向がある。
【０００９】
その結果、図９Ｃに示すように、レーザビーム照射によって形成する凹溝の長手方向端部近傍をラップさせて、凹溝の深さ不足を補完することにより鉄損を改善させる技術が用いられている。
しかしながら、凹溝の長手方向端部近傍をラップさせるためにはレーザビーム照射装置の設置台数の増加を招き、ひいては方向性電磁鋼板の製造コストが増大するという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、方向性電磁鋼板に形成される凹溝が、凹溝の長手方向端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに達することが可能な方向性電磁鋼板製造方法、方向性電磁鋼板製造装置、及び方向性電磁鋼板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】
【００１１】
そこで、本発明の発明者らは、方向性電磁鋼板材料の表面に凹溝が、多面体ポリゴンミラーの角部近傍で反射されたレーザビームによって形成される凹溝の長手方向端部近傍の深さを短い距離で凹溝底部の定常深さに到達させることが可能な方向性電磁鋼板の製造技術について鋭意研究した結果、多面体ポリゴンミラーの角部近傍で反射され方向性電磁鋼板材料の表面に到達する際のレーザビームのエネルギー密度を制御することによって実現可能であるとの知見を得た。
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、方向性電磁鋼板材料に、圧延方向に間隔を空けて、前記圧延方向と交差する複数の凹溝を形成することで方向性電磁鋼板を製造する、方向性電磁鋼板製造方法であって、レーザビームを照射するレーザビーム照射部と、複数の平面鏡で構成され、前記レーザビームを前記平面鏡で反射させて前記方向性電磁鋼板材料の表面をスキャンし、前記凹溝を形成する多面体ポリゴンミラーと、前記多面体ポリゴンミラーを回転させる回転駆動部と、前記多面体ポリゴンミラーの回転方向位置を検出する回転位置検出部と、前記レーザビーム照射部と前記回転駆動部を制御する制御部と、を備えた方向性電磁鋼板製造装置を用い、前記多面体ポリゴンミラーの回転軸から前記平面鏡に垂線を下した位置を基準として、前記レーザビームが、前記多面体ポリゴンミラーの角部で分散されることなく、一つの前記平面鏡で全反射されるときに、前記レーザビームの焦点の中心が位置する最大の角度を、全反射限界角度θｃとすると、前記レーザビームの出力と前記多面体ポリゴンミラーの回転速度の少なくともいずれか一方を、前記回転方向位置と対応させて制御し、前記レーザビームの前記方向性電磁鋼板材料の表面におけるエネルギー密度を、前記全反射限界角度θｃの範囲内でのエネルギー密度に、前記全反射限界角度θｃの範囲外においても合わせるように制御する。
【００１３】
この発明に係る方向性電磁鋼板製造方法によれば、方向性電磁鋼板材料の表面に回転する多面体ポリゴンミラーを介してレーザビームをスキャンさせながら凹溝を形成する際に、レーザビームの出力と多面体ポリゴンミラーの回転速度の少なくともいずれか一方を多面体ポリゴンミラーの回転方向位置と対応させて制御することにより、照射されるレーザビームの方向性電磁鋼板材料の表面におけるエネルギー密度が特定範囲内に制御されるので、凹溝の長手方向における端部近傍を目標凹溝深さ（例えば、凹溝底部の定常深さ）に形成することができる。
その結果、凹溝の長手方向における端部から短い距離で、凹溝底部の定常深さとすることができる。
【００１４】
また、本発明において、例えば、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置と対応させてレーザビームの出力を制御する場合には、通板速度が一定のままでも、凹溝の長さ方向端部近傍の延在方向に変化を与えることなく、凹溝の長手方向端部近傍に所望のエネルギー密度のレーザビームを照射することができ、その結果、凹溝の長手方向端部近傍における凹溝の深さを凹溝端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに到達させることができる。
【００１５】
また、本発明において、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置と対応させて多面体ポリゴンミラーの回転速度を制御する場合には、レーザビームの出力を変えることなく、凹溝の長手方向端部近傍に所望のエネルギー密度のレーザビームを照射することができ、その結果、凹溝の長手方向端部近傍における凹溝の深さを凹溝端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに到達させることができる。
【００１６】
また、本発明において、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置と対応させて、レーザビームの出力と多面体ポリゴンミラーの回転速度の双方を制御する場合には、凹溝の長手方向端部近傍に所望のエネルギー密度のレーザビームを効率的に照射することができ、その結果、凹溝の長手方向端部近傍における凹溝の深さを凹溝端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに到達させることができる。
【００１７】
この明細書においてエネルギー密度とは、レーザビームによる単位面積あたりのエネルギー照射量のことをいい、具体的には、レーザビーム出力を方向性電磁鋼板材料表面に形成された照射面積で除した値である。
そして、照射されるレーザビームの方向性電磁鋼板材料の表面におけるエネルギー密度を特定範囲内に制御するとは、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置における対象範囲（エネルギー密度を調整しようとする対象範囲）内で、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置に関係なく、方向性電磁鋼板材料の表面におけるレーザビームのエネルギー密度を、対象範囲内の各位置において予め設定した特定範囲内（上限と下限の間）に制御することをいう。
なお、レーザビームのエネルギー密度を特定範囲内に制御することには、エネルギー密度と一義的に対応するパラメータを特定範囲内に制御することを含むことはいうまでもない。
ここで、定常加工時におけるレーザビームのエネルギー密度は、レーザビーム出力を（スキャン速度×（照射ビーム直径）×（π／４））（＝照射面積）で除した値となる。
言換えると、照射されたレーザビームが平面鏡の角部近傍で分散して反射された場合に、凹溝加工予定部の対象とする部分（対象とするタイミング）に方向性電磁鋼板材料表面の到達するレーザビームのエネルギー密度、及び多面体ポリゴンミラーの一つの平面鏡で分割（又は分散）されることなく反射（全反射）されて方向性電磁鋼板材料の表面に到達する定常加工時のレーザビームのエネルギー密度を、ともに予め設定した特定範囲内（上限と下限の間）に制御することをいう。
なお、レーザビームのエネルギー密度を特定範囲内とする対象部分（回転方向位置の範囲）又はタイミング等は任意に設定することができる。すなわち、凹溝の長手方向における端部近傍のどの範囲を凹溝底部の定常深さとするか、又は端部近傍の深さをどのようなプロフィールとするかについては任意に設定することができる。
【００１８】
また、この明細書において、凹溝端部とは、定常加工時のレーザビームのスキャン方向及びスキャン速度と方向性電磁鋼板材料の通板速度とに基づいて形成される方向性電磁鋼板の表面において凹溝の定常加工された部分が延在する方向における端部をいう。すなわち、凹溝の端部近傍が、凹溝が定常加工された部分の延在方向に対して変化する方向に形成されている場合には、凹溝が定常加工された方向において最も外方とされた部分を端部という。
【００１９】
また、この明細書において、凹溝底部の定常深さとは、凹溝が定常加工された部分の深さを意味しており、凹溝底部の深さが一定でない場合は、例えば、凹溝底部において最も浅い部分の深さを意味するものとする。なお、凹溝底部の定常深さについては、凹溝底部の平均深さ、最大深さ、最小深さ等、任意に設定することができる。
【００２０】
また、この明細書において、方向性電磁鋼板材料とは、凹溝が形成されていない方向性電磁鋼板の材料をいい、方向性電磁鋼板とは所定の範囲に凹溝が形成された製品としての方向性電磁鋼板をいう。
また、方向性電磁鋼板材料の一部に凹溝が加工された場合は、凹溝が加工されていない部分を方向性電磁鋼板材料とし、凹溝が加工された部分を方向性電磁鋼板として記載する場合があるものとする。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、方向性電磁鋼板材料に、圧延方向に間隔を空けて、前記圧延方向と交差する複数の凹溝を形成することで方向性電磁鋼板を製造する、方向性電磁鋼板製造装置であって、レーザビームを照射するレーザビーム照射部と、複数の平面鏡で構成され、前記レーザビームを前記平面鏡で反射させて前記方向性電磁鋼板材料の表面をスキャンし、前記凹溝を形成する多面体ポリゴンミラーと、前記多面体ポリゴンミラーを回転させる回転駆動部と、前記多面体ポリゴンミラーの回転方向位置を検出する回転位置検出部と、前記レーザビーム照射部と前記回転駆動部を制御する制御部と、を備え、前記多面体ポリゴンミラーの回転軸から前記平面鏡に垂線を下した位置を基準として、前記レーザビームが、前記多面体ポリゴンミラーの角部で分散されることなく、一つの前記平面鏡で全反射されるときに、前記レーザビームの焦点の中心が位置する最大の角度を、全反射限界角度θｃとすると、前記制御部は、前記レーザビームの出力と前記多面体ポリゴンミラーの回転速度の少なくともいずれか一方を、前記回転方向位置と対応させて制御し、前記レーザビームの前記方向性電磁鋼板材料の表面におけるエネルギー密度を、前記全反射限界角度θｃの範囲内でのエネルギー密度に、前記全反射限界角度θｃの範囲外においても合わせるように制御する。
【００２２】
この発明に係る方向性電磁鋼板製造装置によれば、レーザビーム照射部と、レーザビームを方向性電磁鋼板材料の表面にスキャンする多面体ポリゴンミラーと、多面体ポリゴンミラーを回転させる回転駆動部と、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置を検出する回転位置検出部と、制御部とを備え、制御部が、方向性電磁鋼板材料の表面に照射されるレーザビームのエネルギー密度が特定範囲内となるように、レーザビームの出力と多面体ポリゴンミラーの回転速度の少なくともいずれか一方を、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置と対応させて制御するように構成されているので、凹溝の長手方向端部まで凹溝底部の定常深さを加工するために必要なエネルギー密度が確保される。
その結果、凹溝の長手方向端部近傍における凹溝の深さを凹溝端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに到達させることができる。
また、凹溝のラップ長さを小さくすることが可能となり、設置台数を少なくすることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、方向性電磁鋼板材料に、圧延方向に間隔を空けて、前記圧延方向と交差する複数の凹溝が形成された方向性電磁鋼板であって、前記凹溝は、レーザビームを照射することで形成され、前記凹溝の長手方向端部の位置から前記凹溝の深さが定常深さの５０％に到達する位置までの、前記方向性電磁鋼板の表面に沿った長さが５.０ｍｍ以下に形成されている。
【００２４】
この発明に係る方向性電磁鋼板によれば、方向性電磁鋼板材料の前記凹溝の端部における表面から定常深さの５０％に到達するまでの前記表面に沿った長さが５.０ｍｍ以下に形成されているので、鉄損を効率的に改善して、凹溝のラップ長さを小さくすることができる。
その結果、凹溝のラップ長さを小さくすることが可能となり、設置台数を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明に係る方向性電磁鋼板製造方法、方向性電磁鋼板製造装置によれば、凹溝の長手方向端部に所望の凹溝深さを加工するのに必要なレーザビームのエネルギー密度を確保することができる。また、凹溝の長手方向における端部から凹溝底部の定常深さに到達するまでの距離を短くすることができる。
この発明に係る方向性電磁鋼板によれば、鉄損を効率的に改善して、凹溝のラップ長さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置の概略構成の一例を説明する斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る凹溝加工装置の概略構成の一例を説明する斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る多面体ポリゴンミラーの概略構成を説明する図であり、（Ａ）は多面体ポリゴンミラーを構成する平面鏡の回転方向の基準位置に対する回転角を示す図であり、（Ｂ）は多面体ポリゴンミラーにおける全反射限界角度θcを説明する正面図であり、（Ｃ）は多面体ポリゴンミラーにおける全反射限界角度θcを説明する側面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置の制御を説明する図であり、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置とレーザビームの出力の関係の一例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の第１実施形態に係る方向性電磁鋼板に形成された凹溝の概略構成を説明する図であり、凹溝の板厚方向における深さを凹溝の長手方向に沿って示した断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第１実施形態に係る方向性電磁鋼板に形成された凹溝の構成を説明する図であり、凹溝の長手方向における端部近傍の詳細を凹溝の長手方向に沿って示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置の効果を説明する図であり、板幅１２００ｍｍの方向性電磁鋼板を製造するのに必要な台数を、多面体ポリゴンミラーを構成する平面鏡の数に応じて示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置の制御を説明する図であり、多面体ポリゴンミラーの回転方向位置と多面体ポリゴンミラーの回転速度の関係の一例を説明する図である。
【図８Ａ】本発明の第２実施形態に係る方向性電磁鋼板に形成された凹溝の概略構成を説明する図であり、凹溝の板厚方向における深さを凹溝の長手方向に沿って示した断面図である。
【図８Ｂ】本発明の第１実施形態に係る方向性電磁鋼板に形成された凹溝の構成を説明する図であり、凹溝の長手方向における端部近傍の詳細を凹溝の長手方向に沿って示した断面図である。
【図９Ａ】従来の方向性電磁鋼板製造装置の動作と問題点について説明する図である。
【図９Ｂ】従来の方向性電磁鋼板製造装置によって製造された方向性電磁鋼板の凹溝の概略構成を説明する図である。
【図９Ｃ】従来の方向性電磁鋼板製造装置によって製造された方向性電磁鋼板における凹溝の問題点について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜第１実施形態＞
以下、図１から図６を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置の概略構成の一例を説明する図である。図１において、符号１は方向性電磁鋼板製造装置を、符号１０は凹溝加工装置を、符号２０は通板装置を、符号Ｗは方向性電磁鋼板材料及び方向性電磁鋼板を示している。また、図２に示した符号Ｐは、凹溝Ｕと凹溝Ｕのピッチを示している。
【００２８】
方向性電磁鋼板製造装置１は、図１、図２に示すように、例えば、複数の凹溝加工装置１０と、通板装置２０とを備えている。
複数の凹溝加工装置１０は、例えば、方向性電磁鋼板Ｗ材料に形成する凹溝の長さ及び位置に基づいて方向性電磁鋼板材料Ｗの幅方向位置、すなわち通板装置２０の通板方向と略直交する方向の位置が設定されるとともに、凹溝加工装置１０の寸法に基づいて通板方向位置が設定されている。
【００２９】
通板装置２０は、圧延された方向性電磁鋼板材料Ｗを長手方向（この実施例では、例えば、圧延方向）に沿って通板するようになっている。
【００３０】
凹溝加工装置１０は、例えば、図２に示すように、レーザビーム照射装置（レーザビーム照射部）１１と、コリメータ１１Ａと、集光レンズ１１Ｂと、多面体ポリゴンミラー１２と、ポリゴンミラー駆動モータ（回転駆動部）１３と、回転位置検出センサ（回転位置検出部）１４と、制御部１５とを備えている。
【００３１】
レーザビーム照射装置１１は、制御部１５の指示よって、指示に応じた出力のレーザビームＬＢを照射するようになっている。
レーザビーム照射装置１１は、例えば、連続照射方式、パルス照射方式のいずれを用いることも可能である。
【００３２】
コリメータ１１Ａは、レーザビーム照射装置１１が照射したレーザビームＬＢの半径を調整するようになっている。
【００３３】
集光レンズ１１Ｂは、多面体ポリゴンミラー１２によってスキャンされたレーザビームＬＢを、方向性電磁鋼板材料Ｗの表面に集光させて、照射されたレーザビームＬＢが凹溝Ｕを加工するのに適した所望のエネルギー密度とするようになっている。
【００３４】
多面体ポリゴンミラー１２は、ポリゴン外接半径Ｒに応じて配置された複数（Ｎ）枚の平面鏡を備えており、このＮ枚の平面鏡は、回転軸Ｏ１周りに等間隔（３６０°／Ｎ  間隔）で配置されている。
【００３５】
また、多面体ポリゴンミラー１２を構成するＮ枚の平面鏡は、回転軸Ｏ１周りに回転可能とされていて、それぞれの平面鏡は照射されたレーザビームＬＢを反射して、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度（回転方向位置）に対応して反射されたレーザビームＬＢを順次向きを変えることにより、方向性電磁鋼板材料Ｗの表面にレーザビームＬＢをスキャンするようになっている。
この実施の形態では、多面体ポリゴンミラー１２は、例えば、８枚の平面鏡を備えている。
【００３６】
ポリゴンミラー駆動モータ１３は、多面体ポリゴンミラー１２と連結されていて、制御部１５からの指示に基づいて、多面体ポリゴンミラー１２を回転駆動するようになっている。
また、ポリゴンミラー駆動モータ１３は、制御部１５の指示に基づいて回転数（回転速度）を変えることが可能とされている。
【００３７】
回転位置検出センサ１４は、例えば、ポリゴンミラー駆動モータ１３の駆動軸と連結されていて、ポリゴンミラー駆動モータ３０を介して多面体ポリゴンミラー１２の回転角度（回転方向位置）を検出するようになっている。
【００３８】
制御部１５は、レーザビーム照射装置１１、ポリゴンミラー駆動モータ１３、回転位置検出センサ１４と通板装置２０と接続されており、回転位置検出センサ１４から多面体ポリゴンミラー１２の回転角度信号（回転方向位置信号）が、通板装置２０から通板速度信号が入力されるとともに、レーザビーム照射装置１１、ポリゴンミラー駆動モータ１３に信号を出力するようになっている。
【００３９】
第１実施形態では、制御部１５は、例えば、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度に基づいて、レーザビームＬＢの出力を算出し、レーザビーム照射装置１１に照射するレーザビームＬＢの出力を指示するようになっている。
【００４０】
具体的には、例えば、回転位置検出センサ１４から入力された多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θを算出し、算出した多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θに基づいてレーザビームＬＢの出力を算出し、レーザビーム照射装置１１に対し指示するようになっている。
【００４１】
以下、図３を参照して、制御部１５における多面体ポリゴンミラー１２の回転角度の算出について説明する。
図３は、第１実施形態に係る多面体ポリゴンミラー１２の概略構成を説明する図であり、図３（Ａ）は、多面体ポリゴンミラー１２を構成する平面鏡の回転角度の基準位置と回転角度の関係を示す図であり、図３（Ｂ）は、多面体ポリゴンミラーにおける全反射限界角度θcを説明する正面図であり、図３（Ｃ）は、多面体ポリゴンミラーにおける全反射限界角度θcを説明する側面図である。全反射限界角度θcは、定常加工に適用される範囲である。
【００４２】
制御部１５における多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θ°は、例えば、回転位置検出センサ１４から入力された回転角度信号に基づいて、レーザビームＬＢを反射する平面鏡の基準（θ＝０°）に対する回転角に基づいて算出する。
【００４３】
すなわち、図３（Ａ）に示すように、回転軸Ｏ１から平面鏡の（回転方向の中央）に垂線を下した位置を回転角度の基準（回転角度θ＝０°）とし、この基準（θ＝０°）に対する多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θ°によって平面鏡の向きを算出する。
【００４４】
図３（Ａ）に示した（θ＝１８０°／Ｎ）は、１枚の平面鏡における基準（θ＝０°）から角部までの回転角度を示しており、θ＝（１８０°／Ｎ）を超えると、回転方向後方側（又は前方側）の平面鏡で反射することとなる。
【００４５】
次に、各平面鏡における全反射限界角度θcについて説明する。
各平面鏡における全反射限界角度θcは、例えば、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、照射されたレーザビームＬＢが角部で分散（分割）されることなく一つの平面鏡で全反射されるときに、レーザビームＬＢの焦点の中心が位置される最大の角度を意味している。ここで、φは平面鏡におけるレーザビームＬＢの半径である。
【００４６】
次いで、回転角度θと対応するレーザビームＬＢの出力について説明する。
第１実施形態においては、各平面鏡における全反射限界角度θcの範囲内でのエネルギー密度に、θcの範囲外においても合わせるようにする。このためのレーザビームＬＢの出力は、回転角度θを〔数式１〕に代入して算出する。
なお、対象とするレーザビームＬＢは集光形状が丸とし、回転角度θは、凹溝Ｕのプロフィールに基づいて任意に設定することができる。
〔数式１〕
（−θc）＜θ＜（＋θc）の範囲では
レーザビーム出力Ｐ（θ）＝Ｐ０
（−１８０／Ｎ）≦θ≦（−θc）及び（＋θc）≦θ≦（１８０／Ｎ）の範囲では
レーザビーム出力Ｐ（θ）＝Ｐ０＋｛Ｐ０／〔（１８０／Ｎ）−θc〕×（｜θ｜−θc）}
ここで、
平面鏡の回転角度θにおけるレーザビーム出力：Ｐ（θ）
定常時のレーザビーム出力：Ｐ０
多面体ポリゴンミラーに入射するビームの半径：φ
多面体ポリゴンミラーを構成する平面鏡の数（面数）：Ｎ
ポリゴン外接半径：Ｒ
多面体ポリゴンミラーの一面でレーザビームを全反射可能な全反射限界角度：θc
ただし、θc=ｓｉｎ−１［２×Ｒ×ｓｉｎ（３６０／Ｎ）−φ］／Ｒ  であり、レーザビームを多面体ポリゴンミラーを構成する１つの平面鏡によって全反射することが可能な限界の角度（中心角）で示される。
【００４７】
〔八面体ポリゴンミラーへの適用例〕
以下、第１実施形態を八面体ポリゴンミラー（Ｎ＝８）に適用する場合のレーザビームの照射条件の一例について説明する。
＜照射条件＞
定常時のレーザビーム出力：Ｐ０＝１０００Ｗ
八面体ポリゴンミラーに入射するビームの半径：φ＝１０ｍｍ
八面体ポリゴンミラーを構成する平面鏡の数（面数）：Ｎ＝８
ポリゴン外接半径：Ｒ＝７５ｍｍ
全反射限界角度：θc＝１４．４（°）
定常時のポリゴンミラーの回転速度Ｖ０＝８００ｒｐｍ（８００×３６０（°／分）
焦点距離ｆ＝２００ｍｍ
定常加工時に方向性電磁鋼板Ｗに照射されるレーザビームの直径０．０３ｍｍ
照射ピッチ５ｍｍ
レーザビーム照射長さＬ＝３１２ｍｍ
スキャン速度３３．３ｍ／ｓ
定常加工時のエネルギー密度１．２７Ｊ／ｍｍ２
【００４８】
第１実施形態に係るレーザビームＬＢの出力は、図４に示すとおりであり、数式に示すと以下のとおりである。図４は、八面体ポリゴンミラーの回転角度θ°とレーザビームの出力の関係を示す図である。
【００４９】
（−１４．４°）＜θ＜（＋１４．４°）の範囲
レーザビーム出力Ｐ（θ）＝Ｐ０＝１０００Ｗ
（−２２．５°）≦θ≦（−１４．４°）  及び（＋１４．４°）≦θ≦（＋２２．５°）の範囲
レーザビーム出力Ｐ＝１０００＋｛１２３．５×（｜θ｜−１４．４）}
【００５０】
その結果、図５Ａ、図５Ｂに示すプロフィールを備えた凹溝Ｕを加工することができる。図５Ａは、第１実施形態に係る方向性電磁鋼板Ｗに形成された凹溝Ｕの概略構成を説明する図であり、図５Ｂは、凹溝Ｕの長手方向における端部近傍の詳細を示す図である。
【００５１】
＜凹溝の形態＞
凹溝Ｕの端部から端部までの長さ（＝レーザビーム照射長さ）Ｌ＝３１２ｍｍ）
凹溝Ｕの定常深さＨの５０％以上（＝Ｄ）である底部の長さＬ０＝３０２ｍｍ
凹溝底部の定常深さ（凹溝底部を１００％とした場合の深さ）Ｈ＝３０μｍ
凹溝の端部から凹溝の端部における表面から定常深さの５０％の深さＤ（＝Ｈ／２）＝１５μｍ
その結果、凹溝Ｕの端部から定常深さの５０％の深さＤ（＝Ｈ／２）に到達するまでの長さ＝（（Ｌ−Ｌ０）／２）≦５．０ｍｍ
【００５２】
以上のように、従来の方向性電磁鋼板Ｗに比較して、長さ方向端部から定常深さである底部までの長さを大幅に短くすることができる。
その結果、方向性電磁鋼板Ｗの鉄損を改善することができ、凹溝Ｕをラップ量≦５ｍｍとすることができる。
【００５３】
また、図６に示すように、方向性電磁鋼板製造装置に設置する凹溝加工装置１０の設置台数を大幅に削減することができる。  図６は、第１実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置の効果を説明する図であり、板幅１２００ｍｍの方向性電磁鋼板材料Ｗを加工する場合の、多面体ポリゴンミラーの平面鏡の面数と、凹溝加工装置１０の設置台数の関係を示す図である。
【００５４】
図６に示すように、第１実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置１によれば、八面体ポリゴンミラーを備えた凹溝加工装置１１が、１台当り２０ｍｍの改善が可能であるとすると、従前の八面体ポリゴンミラーを備えた凹溝加工装置１では５台が必要とされていた凹溝加工装置１０の設置台数を４台に削減することができ、２４面体ポリゴンミラーの場合には、従前１６台が必要とされていた設置台数を１３台に削減することができる。以上のように、ポリゴン面数が多くなるほど、その効果は大きくなる。
【００５５】
第１実施形態に係る方向性電磁鋼板製造方法、方向性電磁鋼板製造装置１によれば、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θと対応させてレーザビームＬＢの出力を制御するので、通板速度が一定のままでも、凹溝Ｕの長さ方向端部近傍の延在方向に変化を与えることなく、凹溝Ｕの端部近傍に所望のエネルギー密度のレーザビームＬＢを照射することができる。
その結果、凹溝Ｕの長手方向端部近傍における凹溝Ｕの深さを凹溝端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに到達させることができる。すなわち、凹溝Ｕにおける定常深さの底部を長くすることができる。
【００５６】
また、第１実施形態に係る方向性電磁鋼板Ｗによれば、方向性電磁鋼板材料の前記凹溝の端部における表面から定常深さの５０％に到達するまでの前記表面に沿った長さが５.０ｍｍ以下に形成することができるので、鉄損を効率的に改善することができる。
【００５７】
＜第２実施形態＞
次に、図１、図２、図７、図８Ａ、図８Ｂを参照して、本発明の第２実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置について説明する。
【００５８】
第２実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置１Ａは、例えば、複数の凹溝加工装置１０Ａと、通板装置２０とを備えている。
凹溝加工装置１０Ａは、例えば、レーザビーム照射装置（レーザビーム照射部）１１と、多面体ポリゴンミラー１２と、ポリゴンミラー駆動モータ（回転駆動部）１３と、回転位置検出センサ（回転位置検出部）１４と、制御部１５Ａとを備えている。第２実施形態に係る方向性電磁鋼板製造装置１Ａが第１実施形態と異なるのは、凹溝加工装置１０Ａが制御部１５に代えて制御部１５Ａを備えている点であり、その他は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５９】
制御部１５Ａは、レーザビーム照射装置１１、ポリゴンミラー駆動モータ１３、回転位置検出センサ１４と通板装置２０と接続されており、回転位置検出センサ１４から多面体ポリゴンミラー１２の回転角度信号（回転方向位置信号）が、通板装置２０から通板速度信号が入力されるとともに、レーザビーム照射装置１１、ポリゴンミラー駆動モータ１３に信号を出力するようになっている。
【００６０】
第２実施形態では、制御部１５Ａは、例えば、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度に基づいて、ポリゴンミラー駆動モータ１３の回転速度（回転数）を制御するように構成されている。
【００６１】
具体的には、例えば、回転位置検出センサ１４から入力された多面体ポリゴンミラー１２の回転角度（回転方向位置）θを算出し、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θに基づいて、多面体ポリゴンミラー１２の回転速度を算出して、ポリゴンミラー駆動モータ１３に指示するようになっている。
【００６２】
次いで、各平面鏡における全反射限界角度θcの範囲内でのエネルギー密度に、θcの範囲外においても合わせるようにするための、回転角度θと対応するポリゴンミラー駆動モータ１３の回転速度について説明する。
ポリゴンミラー駆動モータ１３の回転速度は、回転角度θを〔数式２〕に代入して算出する。
なお、対象とする回転角度θは、凹溝Ｕのプロフィールに基づいて任意に設定することができる。
〔数式２〕
（−θc）＜θ＜（＋θc）の範囲では
Ｖ（θ）＝Ｖ０
（−１８０／Ｎ）≦θ≦（−θc）及び（＋θc）≦θ≦（１８０／Ｎ）の範囲では
Ｖ（θ）＝Ｖ０＋｛Ｖ０／[（１８０°／Ｎ）−θc]×（θ−θc）}
で表される。
ここで、
平面鏡の回転角度θにおける多面体ポリゴンミラーの回転速度：Ｖ（θ）
定常時の多面体ポリゴンミラーの回転速度：Ｖ０
多面体ポリゴンミラーに入射するビームの半径：φ
多面体ポリゴンミラーを構成する平面鏡の数（面数）：Ｎ
ポリゴン外接半径：Ｒ
多面体ポリゴンミラーの一面でレーザビームを全反射可能な全反射限界角度：θc
ただし、θc=ｓｉｎ−１［２×Ｒ×ｓｉｎ（３６０／Ｎ）−φ］／Ｒ  であり、レーザビームを多面体ポリゴンミラーを構成する１つの平面鏡によって全反射することが可能な限界の角度（中心角）で示される。
【００６３】
〔八面体ポリゴンミラーへの適用例〕
以下、第２実施形態を八面体ポリゴンミラー（Ｎ＝８）に適用する場合のレーザビームの照射条件の一例を示す。
＜照射条件＞
定常時のレーザビーム出力：Ｐ０＝１０００Ｗ
八面体ポリゴンミラーに入射するビームの半径：φ＝１０ｍｍ
八面体ポリゴンミラーを構成する平面鏡の数（面数）：Ｎ＝８
ポリゴン外接半径：Ｒ＝７５ｍｍ
全反射限界角度：θc＝１４．４（°）
定常時のポリゴンミラーの回転速度Ｖ０＝８００ｒｐｍ（８００×３６０（°／分）
焦点距離ｆ＝２００ｍｍ
定常加工時に方向性電磁鋼板Ｗに照射されるレーザビームの直径０．０３ｍｍ
照射ピッチ５ｍｍ、
レーザビーム照射長さＬ＝３１２ｍｍ
スキャン速度３３．３ｍ／ｓ
定常加工時のエネルギー密度１．２７Ｊ／ｍｍ２
【００６４】
第２実施形態に係る八面体ポリゴンミラー１２の回転速度Ｖ（θ）は、図７に示すとおりであり、以下の数式により示される。図７は、八面体ポリゴンミラーの回転角度θ°と八面体ポリゴンミラー１２の回転速度Ｖ（θ）の関係を示す図である。
【００６５】
（−１４．４°）＜θ＜（＋１４．４°）の範囲では
Ｖ（θ）＝Ｖ0＝８００ｒｐｍ
（−２２．５°）≦θ≦（−１４．４°）及び（＋１４．４°）≦θ≦（＋２２．５°）の範囲では
Ｖ（θ）＝８００＋｛１２３．５×（｜θ｜−１４．４）}
である。
【００６６】
その結果、図８Ａ、図８Ｂに示すプロフィールを備えた凹溝Ｕを加工することができる。図８Ａは、第２実施形態に係る方向性電磁鋼板Ｗに形成された凹溝Ｕの概略構成を説明する図であり、図８Ｂは、凹溝Ｕの長手方向における端部近傍の詳細を示す図である。
【００６７】
＜凹溝の形態＞
凹溝Ｕの端部から端部までの長さ（＝レーザビーム照射長さ）Ｌ＝３１２ｍｍ）
凹溝Ｕの定常深さＨの５０％以上（＝Ｄ）である底部の長さＬ０＝３０２ｍｍ
凹溝底部の定常深さ（凹溝底部を１００％とした場合の深さ）Ｈ＝３０μｍ
凹溝の端部から凹溝の端部における表面から定常深さの５０％の深さＤ（＝Ｈ／２）＝１５μｍ
その結果、凹溝Ｕの端部から定常深さの５０％の深さＤ（＝Ｈ／２）に到達するまでの長さ＝（（Ｌ−Ｌ０）／２）≦５．０ｍｍ
【００６８】
以上のように、従来の方向性電磁鋼板Ｗに比較して、長さ方向端部から定常深さである底部までの長さを大幅に短くすることができる。
その結果、方向性電磁鋼板Ｗの鉄損を改善することができ、凹溝Ｕをラップ量≦５．０ｍｍにでき、鉄損を効率的に改善することができる。
【００６９】
第２実施形態に係る方向性電磁鋼板製造方法、方向性電磁鋼板製造装置１Ａによれば、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θと対応させて多面体ポリゴンミラー１２の回転速度Ｖ（θ）を制御するので、レーザビームＬＢの出力を変えることなく、凹溝Ｕの端部近傍に所望のエネルギー密度のレーザビームＬＢを照射することができる。
【００７０】
その結果、凹溝Ｕの長手方向端部近傍における凹溝Ｕの深さを凹溝端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに到達させることができる。すなわち、凹溝Ｕにおける定常深さの底部を長くすることができる。
【００７１】
また、第２実施形態に係る方向性電磁鋼板Ｗによれば、凹溝Ｕの端部における表面から凹溝Ｕの定常深さの５０％に到達するまでの表面に沿った長さが５.０ｍｍ以下に形成することができるので、鉄損を効率的に改善することができる。
【００７２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
【００７３】
例えば、第１実施形態においては、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θと対応させてレーザビームの出力Ｐ（θ）を制御し、第２実施形態においては、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θと対応させて多面体ポリゴンミラー１２の回転速度Ｖ（θ）を制御する場合について説明したが、例えば、多面体ポリゴンミラー１２の回転角度θと対応させて、レーザビームの出力Ｐ（θ）及び多面体ポリゴンミラー１２の回転速度Ｖ（θ）の双方を制御して、方向性電磁鋼板材料Ｗの表面に照射されるレーザビームＬＢのエネルギー密度を特定範囲内に制御する構成としてもよい。
【００７４】
また、一実施形態においては、レーザ溝加工装置１０を構成する集光光学部品として集光レンズ１１Ｂを用いる場合について説明したが、集光レンズ１１Ｂに代えて、ミラーを用いてもよい。
【００７５】
また、一実施形態においては、レーザビームＬＢの集光形状を丸である場合について説明したが、例えば、コリメータ１１Ａとポリゴンミラー１２の間に円柱レンズあるいは円柱ミラーを挿入して、一軸（例えばスキャン方向径）のビーム半径を変更することにより、集光形状を楕円にして適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
この発明に係る方向性電磁鋼板製造方法、方向性電磁鋼板製造装置、及び方向性電磁鋼板によれば、方向性電磁鋼板に形成される凹溝が、凹溝の長手方向端部から短い距離で凹溝底部の定常深さに達することができるので、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
Ｗ  方向性電磁鋼板材料、方向性電磁鋼板
Ｕ  凹溝
１  方向性電磁鋼板製造装置
１０  凹溝加工装置
１１  レーザビーム照射装置（レーザビーム照射部）
１１Ａ  コリメータ
１１Ｂ  集光レンズ（集光光学部品）
１２  多面体ポリゴンミラー
１３  ポリゴンミラー駆動モータ（回転駆動部））
１４  回転位置検出センサ（回転方向位置検出部）
１５  制御部
【図１】
0006672818.tif 000002
【図２】
0006672818.tif 000003
【図３】
0006672818.tif 000004
【図４】
0006672818.tif 000005
【図５Ａ】
0006672818.tif 000006
【図５Ｂ】
0006672818.tif 000007
【図６】
0006672818.tif 000008
【図７】
0006672818.tif 000009
【図８Ａ】
0006672818.tif 000010
【図８Ｂ】
0006672818.tif 000011
【図９Ａ】
0006672818.tif 000012
【図９Ｂ】
0006672818.tif 000013
【図９Ｃ】
0006672818.tif 000014