(57)【要約】【課題】レーザ照射により磁気特性を改善する方向性電磁鋼板の製造技術において、高速の鋼板移動速度に対応できるレーザ照射装置を提供する。【解決手段】一台のレーザ装置から出力されたレーザビームを時間的に等間隔でＮ分割し、それと同期してビームを走査照射するＮ台の独立したビーム照射装置から構成され、各ビーム走査位置が圧延方向に沿って同じ位置に並ぶようにビーム照射装置が配置され、圧延方向の最上流に配置された第１番目のビーム照射装置の照射位置と、それに続く第ｍ番目のビーム照射装置の照射位置との間隔Ｄ（ｍ）が以下の関係を満たす磁気特性に優れた方向性電磁鋼板の製造装置と方向性電磁鋼板の製造方法。Ｄ（ｍ）＝Ｎ×ｋ（ｍ）×Ｐｌ＋（ｍ−１）×Ｐｌただし、ｍは２≦ｍ≦Ｎを満たす整数。ｋ（ｘ）は０または任意の正の整数。ただしｘ１＜ｘ２においてｋ（ｘ１）＜ｋ（ｘ２）。【選択図】　　　図１
2004122218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の圧延方向に対して垂直で、且つ一定間隔Ｐｌでレーザビームを走査照射して鉄損特性を改善する方向性電磁鋼板の製造装置において、一台のレーザ装置から出力されたレーザビームを時間的に等間隔でＮ分割するビーム分割装置と、分割された各ビームを受光して、ビーム分割器と同期してビームを一定の線幅Ｗｓで走査照射するＮ台の独立したビーム照射装置から構成され、ビーム走査位置が圧延方向に沿って同じ位置に並ぶようにビーム照射装置が配置され、圧延方向の最上流に配置された第１番目のビーム照射装置の照射位置と、それに続く第ｍ番目のビーム照射装置の照射位置との間隔Ｄ（ｍ）が以下の関係を満たすことを特徴とする磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造装置。
Ｄ（ｍ）＝Ｎ×ｋ（ｍ）×Ｐｌ＋（ｍ−１）×Ｐｌ
ただし、ｍは２≦ｍ≦Ｎを満たす正の整数。
ｋ（ｘ）は０または任意の正の整数で、ｘ１＜ｘ２においてｋ（ｘ１）＜ｋ（ｘ２）。
【請求項２】
前記レーザビーム分割装置が、レーザビームを反射させる回転円盤であり、円盤の中心角に依存してレーザビーム反射角度が周期的に変化するレーザビーム反射ミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造装置。
【請求項３】
鋼板の圧延方向に対して垂直で、且つ一定間隔でレーザビームを走査照射して鉄損特性を改善する方向性電磁鋼板の製造方法において、鋼板の圧延方向移動速度とレーザビーム走査速度と照射レーザパワーを連動して変化させることを特徴とする磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造装置と方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献１等に開示されるように、方向性電磁鋼板の製造方法において、鋼板表面にグラス皮膜を形成し、更に絶縁コーティングを施した後に鋼板表面に力学的応力歪みを導入し、局所的還流磁区を形成することで１８０　°磁区を細分化し、鉄損を減少させる方法が記載されている。
【０００３】
この手法における装置のポイントは、圧延方向の鋼板移動速度にあわせて、圧延方向に概垂直な方向に高速でレーザビームを繰り返し走査照射し、圧延方向の照射間隔Ｐｌが一定になるようにすることにある。これを実現するために従来、特許文献２に開示されるものは、レーザビームを回転ビームスプリットミラーで時間的に二等分割して、それを板幅方向に沿って配置された照射装置で鋼板に走査照査されている。
【０００４】
この方法におけるレーザ走査パラメータの関係を図４を用いて説明する。図４において圧延方向の鋼板移動速度をＶｌ（ｍｍ／ｓ）、板幅方向の走査速度をＶｓ（ｍｍ／ｓ）、圧延方向走査線間隔をＰｌ（ｍｍ）、分割された一つのビーム照射装置当たりの走査幅をＷｓ’とすると、この方法はビームの２等分割法であるため、１ビームによる走査幅Ｗｓ＝２×Ｗｓ’である。また分割された一つのビームの走査時間をｔｓとすると、２ビーム合計の板幅方向走査時間Ｔｓ＝２×ｔｓである。時間Ｔｓ内での鋼板圧延方向の合計移動量がＰｌに相当することから、これらのパラメータは以下の関係式で結ばれる。
【０００５】
Ｔｓ＝２×ｔｓ＝２×（Ｗｓ’／Ｖｓ）＝Ｗｓ／Ｖｓ　・・・・・（１）
Ｐｌ＝Ｔｓ×Ｖｌ＝（Ｗｓ／Ｖｓ）×Ｖｌ　・・・・・（２）
またＴｓはビームの走査繰り返し周期であることから、その逆数がビームの走者繰り返し周波数Ｆｓである。
【０００６】
Ｆｓ＝１／Ｔｓ＝Ｖｌ／Ｐｌ　・・・・・（３）
ここで、単位時間当たりの生産量を増加させるため、鋼板の圧延方向移動速度Ｖｌを増加させることを考える。その場合でも線状走査線間隔Ｐｌは磁気特性に大きく影響するため変更することができないため、（２）式より、ビーム走査時間Ｔｓを小さくする必要がある。その結果、（３）式よりビームの走査繰り返し周波数ＦｓがＶｌに比例して増大する。例えば圧延方向移動速度で３００ｍ／分に相当するＶｌ＝５０００ｍｍ／ｓにおいて、電磁鋼板の磁区制御にて一般的に用いられるＰｌ＝５ｍｍを達成しようとすると、Ｆｓ＝１０００Ｈｚとなる。
【０００７】
ところで、ビームの走査方法は、特許文献２に開示されるように、ガルバノモータによるミラー振動、あるいは特許文献３に開示されるように、多角形ミラーの回転により実現されている。しかしガルバノモータの場合、長時間安定して制御可能な周波数はせいぜい１００Ｈｚ程度であり、前述のような高速走査には使用できない。また多角形ミラーの場合の周波数は、ミラー面数ｈと回転速度Ｖｒ（ｒｐｓ）の積に相当する。ここで多角形ミラーの一枚のミラーを一辺がａの正方形に仮定し、また多角形ミラーの外接円半径をＲとすると、次式により多角形ミラーの概略設計が可能である。
【０００８】
Ｆｓ＝ｈ×Ｖｒ　・・・・・（４）
Ｒ＝ａ／ｓｉｎ（２π／ｈ）　・・・・・（５）
仮に回転速度として現実的な値であるＶｒ＝５０ｒｐｓを選ぶと（４）式よりｈ＝２０となり、二十面体の多角形ミラーとなる。ミラーサイズａとしては、集光前のレーザビーム径２０〜３０ｍｍ程度のビームを受光するに十分な有効幅ａ＝４０ｍｍと仮定すると、Ｆｓ＝１０００Ｈｚを実現するには（５）式より半径Ｒ＝１３０ｍｍとなり、大型の多角形ミラーが必要となり、ミラー面数、モータ容量、制御性を考慮すると、装置が大型化し、高価になるという問題がある。またモータ回転速度Ｖｒは走査速度Ｖｓに比例する。
【０００９】
比較的低出力のレーザを用いる場合はＶｌが大きくなると単位面積当たりの入熱量が減少するため、鉄損改善効果が激減する。その結果、Ｖｌの増加には限界があり、すなわちＶｒはあまり大きくできないという制限が発生する。その場合、（４）式より多角形ミラーの面数は増加し、（５）式よりその半径はより大型化するという問題がある。従って多角形ミラーを用いる走査方法でも、従来の照射方法では鋼板移動速度を増加させ、生産量の増加に対応するには限界があった。
【００１０】
【特許文献１】
特公昭５８−２６４０５号公報
【特許文献２】
特開昭６３−８３２２７号公報
【特許文献３】
特開平１０−２０４５３３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、レーザ照射により磁気特性を改善する方向性電磁鋼板の製造技術において、高速の鋼板移動速度に対応できるレーザ照射装置を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼板の圧延方向に対して概垂直で、且つ一定間隔Ｐｌでレーザビームを走査照射して鉄損特性を改善する方向性電磁鋼板の製造装置において、一台のレーザ装置から出力されたレーザビームを時間的に等間隔でＮ分割するビーム分割装置と、分割された各ビームを受光して、ビーム分割器と同期してビームを一定の線幅Ｗｓで走査照射するＮ台の独立したビーム照射装置から構成され、ビーム走査位置が圧延方向に沿って同じ位置に並ぶようにビーム照射装置が配置され、圧延方向の最上流に配置された第１番目のビーム照射装置の照射位置と、それに続く第ｍ番目のビーム照射装置の照射位置との間隔Ｄ（ｍ）が以下の関係を満たすことを特徴とする磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造装置である。
【００１３】
Ｄ（ｍ）＝Ｎ×ｋ（ｍ）×Ｐｌ＋（ｍ−１）×Ｐｌ
ただし、ｍは２≦ｍ≦Ｎを満たす正の整数である。また、ｋ（ｘ）は０または任意の正の整数で、ｘ１＜ｘ２においてｋ（ｘ１）＜ｋ（ｘ２）である。
【００１４】
また、本発明は、前記レーザビーム分割装置が、レーザビームを反射させる回転円盤であり、円盤の中心角に依存してレーザビーム反射角度が周期的に変化するレーザビーム反射ミラーを備えることを特徴とする磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造装置である。
【００１５】
さらに、本発明は、鋼板の圧延方向に対して概垂直で、且つ一定間隔でレーザビームを走査照射して鉄損特性を改善する方向性電磁鋼板の製造方法において、鋼板の圧延方向移動速度とレーザビーム走査速度と照射レーザパワーを連動して変化させることを特徴とする磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態及び実施例】
以下に実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明者らは、鋼板移動速度Ｖｌの増加によっても走査周波数Ｆｓを増加させなくてもすむように、すなわちＴｓを減少させなくてもすむように、（２）式より、等価的にＰｌを増加させる方法を検討し、以下に示す装置の発明に至った。
【００１８】
すなわち、本発明のポイントは、従来、一台のレーザ装置から出力されたレーザビームを時間的に等分割し、それを圧延方向に沿って配置したレーザ照射装置に分配することにある。更に照射位置の配置間隔を所望のＰｌとビーム分割数Ｎで決まる位置関係に固定し、且つ各照射装置の走査照射間隔はＮ×Ｐｌにすることで、照射装置間で照射位置の制御を一切行うことなく、自動的に上流側の装置で照射した走査線間を埋めるように下流側の装置にて走査照射が行われ、最下流側の装置での照射の後は、所望の走査間隔Ｐｌでの照射成されるものである。この作用について図１を参照して以下に説明する。
【００１９】
図１は本発明による装置の模式図であり、Ｎが３の場合の実施例である。レーザ装置１４から出力されたレーザビームＢ０はビーム分割装置１により時間的にＢ１，Ｂ２，Ｂ３の三つのビームに等分割される。ビーム分割装置１は図３に示されるように、回転モータ２とそれにより回転する反射円盤ミラー３により構成される。反射円盤ミラー３はレーザビームを反射させる回転円盤であり、円盤の中心角に依存してレーザビーム反射角度が周期的に変化する構造である。つまり、円盤の傾斜部を、中心角が等しくなるように扇状に等分割し、各扇状部に配した反射角度が、ステップ状に変更されている構造である。レーザビームの入射点は固定されているので、図示するように円盤の回転によりレーザビームの反射角度が変化し、本実施例ではビームを三方向に時間分割することができる。また円盤のビーム反射点に円周方向に周期的なスリットをあわせて設けることで、透過レーザビームも分割ビームとして使用可能となる。
【００２０】
分割されたビームは図１に示すように、それぞれ照射装置４，５，６で受光される。レーザビームは反射ミラー７を介してモータ８で回転する多角形ミラー９で走査される。ここで各照射装置に分割ビームが分配される瞬間に多角形ミラーが所望の方向を向くようにモータ２と８は同期装置１３により位相同期されている。走査されたビームは放物面ミラー１０で集光され、平面ミラー１１で反射され、鋼板１２へ照射される。各照射装置４，５，６は同じ構造であり、走査位置が圧延方向に沿った同じ位置になるように配置されている。
【００２１】
次に、照射ビームの走査点の移動と照射位置の配置について図２を用いて説明する。鋼板の移動方向の最上流側に配置された第一の照射装置４の照射位置を図中の実線で示すＬ１とし、走査線の出発点をＳ１、終点をＥ１とする。下流側に配置された第二、第三の照射装置５，６についても同様に図示するようにＬ２（点線）、Ｓ２、Ｅ２、およびＬ３（一点破線）、Ｓ３、Ｅ３とする。この場合、ビーム分割器１と照射装置４，５，６の作用により、照射点はＳ１→Ｅ１→Ｓ２→Ｅ２→Ｓ３→Ｅ３→Ｓ１→Ｅ１・・・の順に繰り返し走査される。ここで走査位置は、Ｌ１とＬｍとの間隔Ｄｍが以下の（６）式の関係を満たすように配置される。
Ｄ（ｍ）＝Ｎ×ｋ（ｍ）×Ｐｌ＋（ｍ−１）×Ｐｌ　・・・・・（６）
ここで、ｍは２≦ｍ≦Ｎを満たす整数、すなわち本実施例ではｍ＝２、３である。ｋ（ｘ）は０または任意の正の整数であり、ｘ１＜ｘ２においてｋ（ｘ１）＜ｋ（ｘ２）であり、本実施例ではｋ（２）＝２、ｋ（３）＝４を選んだ。またＰｌ＝６ｍｍである。従って（６）式よりＤ１＝３８ｍｍ、Ｄ２＝７６ｍｍである。この様な配置を行い、更に所望の間隔をＰｌ、ビーム分割数をＮとした時、各々の装置の照射間隔がＮ×Ｐｌ、すなわち３×６＝１８ｍｍとなる様な走査周波数で走査することにより、図示するように上流側で照射された走査線の間を、下流側に配置された照射装置の走査線で順次埋められていくことになる。その結果、最下流側の照射装置を通過した後は所望のＰｌ＝６ｍｍが実現されることになる。
【００２２】
本発明による装置では、各照射装置の実効照射間隔はＰｌのＮ倍となり、従って従来技術の（２）式に相当する式は下の（７）式となる。
【００２３】
Ｐｌ＝Ｔｓ×Ｖｌ／Ｎ　・・・・・（７）
またＦｓとＴｓの関係から、以下の（８）式が得られる。
【００２４】
Ｆｓ＝１／Ｔｓ＝Ｖｌ／Ｐｌ／Ｎ　・・・・・（８）
（８）式を（３）式と比較して、本発明では同じ照射間隔、鋼板移動速度では走査周波数を１／Ｎに削減することが可能であることがわかり、すなわち走査装置として用いられるガルバノモータや多角形ミラーの負荷が少なくて済む。また言い換えると、同じ走査周波数でもＮ倍の鋼板移動速度まで対応することが可能である。
【００２５】
また本発明の特徴として鋼板の圧延方向移動速度Ｖｌと走査線速度Ｖｓ、および照射レーザパワーＰを連動させて増減させる制御装置１５を備えることにある。Ｖｌが何らかの要因で増減する際もＶｓが連動して増減されれば、（２）式より磁気特性の影響度の大きいＰｌもほぼ一定に保たれるためであり、またＶｓの増減に連動してレーザパワーＰも増減することで単位面積当たりのパワー密度は不変であるため、同じ熱歪みを与えることが可能となり、常に安定した磁区制御が行える。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、高速の鋼板移動に対応できるレーザ照射が可能なり、磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の大量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置構成の説明図である。
【図２】本発明による装置におけるビーム照射位置に関する説明図である。
【図３】ビーム分割装置の模式図である。
【図４】従来の装置におけるビーム照射位置に関する説明図である。
【符号の説明】
１…ビーム分割装置
２…ビーム分割回転円盤用モータ
３…ビーム分割回転円盤
４、５、６…第一、二、三のビーム照射装置
７、１１…平面反射ミラー
８…多角形ミラー回転用モータ
９…多角形ミラー
１０…放物面ミラー
１２…方向性電磁鋼板
１３…モータ同期装置
１４…レーザ装置
１５…鋼板移動速度、ビーム走査速度、レーザパワー比例増減装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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