(57)【要約】【課題】最終焼鈍後、絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板表面に地鉄露出部を形成後、鋼板に電解エッチング法により周期的な溝を加工し磁区細分化する方法において、電解処理によって皮膜劣化が生じず、かつ絶縁性、鋼板への張力付与、耐食性を併せ持つ絶縁皮膜を提供する。【解決手段】絶縁皮膜が形成された電磁鋼板をアノードとして、定められた条件で電解した際に、電磁鋼板に流れる最大の電流密度Ｉｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁皮膜。また、リン酸塩に対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  を０．３０以上、０．６０未満に限定して焼付ける絶縁皮膜の製造方法。及び、Ｗｓ  を限定しない溶液を塗布後４００℃以上６００℃以下の温度で焼き付ける絶縁皮膜の製造方法。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁皮膜が形成された電磁鋼板をアノード、白金がメッキされたＴｉ板をカソードとして、１０質量％のＮａＣｌ溶液中で、極間を４０ｍｍとし、極間に１０Ｖの電圧を印加した状態で２０秒間電解を施したときに、電極間を流れる最大の電流密度Ｉｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁皮膜。
【請求項２】
リン酸塩に対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  が０．３０以上、０．６０未満であるコーティング液を最終焼鈍後の方向性電磁鋼板に塗布し、６００℃以上９００℃以下の温度で焼き付けることを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼板の絶縁皮膜の製造方法。
【請求項３】
リン酸塩とコロイダルシリカを含むコーティング液を最終焼鈍後の方向性電磁鋼板に塗布した後、４００℃以上６００℃以下の温度で焼き付けることを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼板の絶縁皮膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歪み取り焼鈍を行っても磁区制御効果が劣化しない低鉄損方向性電磁鋼板の絶縁皮膜とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板においては、鉄損を低減することが最も重要であることは周知のことである。方向性電磁鋼板の鉄損を低減する方法のひとつに磁区制御技術がある。特に、歪み取り焼鈍を必要とする巻き鉄心に使用するためには、加熱によって効果が減じない磁区細分化方法が必要である。
【０００３】
発明者らは、最終焼鈍後、絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板表面に地鉄露出部を形成後、鋼板に電解エッチング法により周期的な溝を加工し磁区細分化する方法を開発した（特許文献１）。この方法では絶縁皮膜にマスキングレジストの役割を持たせ電解エッチングを行うため、絶縁皮膜には電解処理を施しても剥離などの劣化が生じない耐性が必要である。しかしながら、例えば特許文献２に示されているような、方向性電磁鋼板に一般的に用いられる従来の絶縁皮膜では、電解処理中にまれに剥離劣化が生じてしまう。従って、安定した加工のためには絶縁皮膜の改善が必要であった。
【０００４】
【特許文献１】
特願２０００−１３７４０９号
【特許文献２】
特開昭４８−３９３３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、最終焼鈍後、絶縁皮膜が形成された方向性電磁鋼板表面に地鉄露出部を形成後、鋼板に電解エッチング法により周期的な溝を加工し磁区細分化する方法において、電解処理によっても皮膜劣化が生じない、かつ方向性電磁鋼板の絶縁皮膜としての性能、すなわち絶縁性、鋼板への張力付与、耐食性を併せ持つ絶縁皮膜を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、種々の条件で作製した絶縁皮膜を持つ鋼板に、所望の溝を得るための条件で電解処理を行い、電解後の皮膜劣化を調べた。その結果、劣化が起こらない皮膜の状態とそれを評価する基準、またその状態を達成するための皮膜の製造方法を見出すに至った。
【０００７】
具体的には、本発明は以下の構成を要旨とする。
（１）  絶縁皮膜が形成された電磁鋼板をアノード、白金がメッキされたＴｉ板をカソードとして、１０質量％のＮａＣｌ溶液中で、極間を４０ｍｍとし、極間に１０Ｖの電圧を印加した状態で２０秒間電解を施したときに、電極間を流れる最大の電流密度Ｉｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁皮膜。
（２）  リン酸塩に対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  が０．３０以上、０．６０未満であるコーティング液を最終焼鈍後の方向性電磁鋼板に塗布し、６００℃以上９００℃以下の温度で焼き付けることを特徴とする前記（１）に記載の方向性電磁鋼板の絶縁皮膜の製造方法。
（３）  リン酸塩とコロイダルシリカを含むコーティング液を最終焼鈍後の方向性電磁鋼板に塗布した後、４００℃以上６００℃以下の温度で焼き付けることを特徴とする前記（１）に記載の方向性電磁鋼板の絶縁皮膜の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に至った基本的な実験結果を説明する。
特許文献２に基づき、第１リン酸塩として燐酸アルミを含み、さらにクロム酸とコロイダルシリカを含むコーティング液を用いて、仕上焼鈍済みの鋼板に絶縁皮膜を形成した。製品製造のための標準的なコーティング液では、リン酸アルミに対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  は０．６５〜０．７０程度であるが、ここではＷｓ  を０．２〜０．９の間で変化させ試験に供した。
【０００９】
焼き付け温度は８３０℃、焼付け後の皮膜形成量は約４．５ｇ／ｍ２  とした。皮膜形成後の電磁鋼板を５５ｍｍ×１５０ｍｍに切り出し、レーザー照射により、片面にだけ圧延方向と直角に、幅０．１５ｍｍ、ピッチ３ｍｍで地鉄露出部を形成した。対極には白金がメッキされたＴｉ板を用意し、鋼板の５５ｍｍ×５０ｍｍの面積部分だけを、４０℃、１０％ＮａＣｌの電解液に浸漬、地鉄露出面を対極に対面させ、鋼板面積当たり０．３３Ａ／ｃｍ２  の電流密度で、鋼板を陰極として１０秒、陽極として１０秒、合計２０秒の電解処理を施した。この条件で電解することにより、磁区制御に必要な２５μｍ以上の溝深さを得ることができる。
【００１０】
鋼板を陰極、陽極に振るのは、実機製造方法を模すためである。即ち、鋼板の両面に絶縁皮膜が存在する電磁鋼板に実機設備で連続的に電解を施すためには間接的な通電法を取ることになり、鋼板は陰極と陽極に振れるためである。その電解後の皮膜剥離状態を目視で観察した（この評価方法を以下評価Ａとする）。
表１には全面剥離×、部分的に剥離△、剥離なし○として評価した結果を示す。Ｗｓ  が小さくなるほど皮膜剥離がない優れた皮膜となり、特に０．６未満とすることにより、安定して剥離が抑制されることが分かる。
【００１１】
次に、電解処理時の皮膜劣化の程度を定量的に評価する実験を行った。即ち、地鉄を露出しない一定面積の皮膜部を電解液に浸漬し、そこに定電圧で電解処理を施した際の電流の時間変化を観察するものである。先の実験に用いた材料と同じ材料を５５ｍｍ×１５０ｍｍに切り出し、皮膜露出部２０ｍｍ×２０ｍｍを残してビニール粘着テープで覆い、１０％のＮａＣｌ溶液中で、皮膜露出部を白金メッキＴｉ板の対極に対面させ、電極間を４０ｍｍとし、電極間に１０Ｖの電圧を印加し電解を行い、極間を流れる電流密度の時間変化を測定した（以下、評価Ｂ）。電流密度の変化の例を図１に示す。
【００１２】
材料によっては、電圧印加直後から電流が流れ、電流は５秒程度で飽和するものもあれば、２０秒間の電解を行っても電流はほとんど流れないものもある。各種材料の２０秒時の電流密度Ｉｃ  を表１に示し、また先のリン酸アルミに対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  と電流密度Ｉｃ  の関係を図２に示す。
Ｉｃ  が小さくなると共に剥離がなくなり、特に０．５Ａ／ｃｍ２  以下とすることにより皮膜剥離のない安定的な領域となる。この領域は概ねＷｓ  が０．６未満の領域に対応している。
【００１３】
さらに、Ｗｓ  が０．７０のコーティング液を仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板に塗布し、４００、５００、６００、７００、７５０、８００、８５０℃で焼き付け、先の評価ＡおよびＢを行った。焼付け後の皮膜形成量は約４．５ｇ／ｍ２  とした。評価結果を表２と図３に示す。
焼付け温度が低くなると共に、皮膜剥離が抑えられる。またここでも、Ｉｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  以下となると、電解に対する皮膜耐性が安定的になることが分かる。
【００１４】
次に本発明を詳述する。
本発明は、絶縁皮膜が形成された電磁鋼板をアノード、白金がメッキされたＴｉ板をカソードとして、１０質量％のＮａＣｌ溶液中で、極間を４０ｍｍとし、極間に１０Ｖの電圧を印加した状態で２０秒間電解を施したときに、電極間を流れる最大の電流密度Ｉｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板の絶縁皮膜である。
【００１５】
Ｉｃ  を０．５Ａ／ｃｍ２  以下と限定したのは、先に述べた様に、組成を変えた場合も皮膜の焼付け温度を変えた場合も、Ｉｃ  を０．５Ａ／ｃｍ２  以下とさえすれば電解による皮膜劣化がなくなるからである。この原因は明らかではない。しかし、焼付け後の皮膜の表面を観察すると、Ｉｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  より大きい皮膜には、長さ０．５〜１００μｍの皮膜表面の割れが観察されるが、０．５Ａ／ｃｍ２  以下では皮膜割れが少なくなるか、あるいは完全に消失している。従って電解に対する皮膜耐性には、皮膜形成直後の皮膜割れが関連していると推測される。
【００１６】
更に本発明は、リン酸塩に対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  が０．３０以上、０．６０未満であるコーティング液を最終焼鈍後の方向性電磁鋼板に塗布し、６００℃以上９００℃以下の温度で焼き付けることを特徴とする、方向性電磁鋼板の絶縁皮膜の製造方法である。
先に述べた様に、コーティング液中のＷｓ  は小さいほど電解時の皮膜耐性は向上し、特に０．６０未満とすることにより耐性は安定的となるため、Ｗｓ  は０．６０未満と限定した。また、Ｗｓ  は小さくなりすぎると皮膜張力が小さくなり鋼板の鉄損低減作用が小さくなる。従ってＷｓ  は０．３０以上と限定した。
【００１７】
焼付け温度は、十分な皮膜張力を発生させるために６００℃以上とし、皮膜剥離を起こさないために９００℃以下とした。リン酸塩としては、Ａｌのリン酸塩に限らず、ＭｇやＣａ、Ｚｎなどいわゆる第１リン酸塩を用いれば良い。
【００１８】
また更に本発明は、リン酸塩とコロイダルシリカを含むコーティング液を最終焼鈍後の方向性電磁鋼板に塗布した後、４００℃以上６００℃以下の温度で焼き付けることを特徴とする、方向性電磁鋼板の絶縁皮膜の製造方法である。
図３に示した様に、Ｗｓ  が０．７と高い値であっても、焼付け温度を低下することにより、電解に対する皮膜耐性が向上する。Ｗｓ  の値に関係なくこの現象は見られるので、ここではＷｓ  は特に限定しない。皮膜耐性は６００℃以下で安定的になったので、焼付け温度は６００℃以下とする。また、焼き付け温度を４００℃以上としたのは、その温度未満の焼付けでは、皮膜がべたついたり、またクロム酸を含む場合に有毒な６価クロムが残留するからである。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
燐酸アルミ、クロム酸およびコロイダルシリカを含むコーティング液を、リン酸アルミに対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  を０．２〜０．９の間で変化させ作製した。これらの溶液を、焼付け後の皮膜形成量が約４．５ｇ／ｍ２  となるよう仕上焼鈍済みの鋼板に塗布した後、乾燥し、８３０℃で焼付け、鋼板上に絶縁皮膜を形成した。得られた皮膜に、先に示した評価Ａ、評価Ｂを行った。結果を表１、図２に示す。
Ｗｓ  が小さいほど、電解による皮膜劣化は小さい。またＩｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  以下の範囲では、電解時の皮膜劣化が安定的に抑えられる。但し、Ｗｓ  が０．２の場合は皮膜張力が不足であった。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
（実施例２）
燐酸アルミ、クロム酸、コロイダルシリカを含むコーティング液を、リン酸アルミに対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  を０．７０として作製した。この液を仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板に塗布、乾燥し、４００、５００、６００、７００、７５０、８００、８５０℃で焼き付けた。皮膜形成量は約４．５ｇ／ｍ２  となるよう調整した。得られた皮膜に、先の評価ＡおよびＢを行った。結果を表２、図３に示す。
焼付け温度が低いほど、電解による皮膜劣化は小さい。またこの場合もＩｃ  が０．５Ａ／ｃｍ２  下の範囲では、電解時の皮膜劣化が安定的に抑えられる。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
（実施例３）
リン酸アルミに対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  が０．４０と０．８０である、燐酸アルミ、クロム酸、コロイダルシリカを含むコーティング液を作製した。この液を仕上げ焼鈍済みの方向性電磁鋼板に塗布、乾燥し、４００、５００、８００℃で焼き付けた。皮膜形成量は約４．５／ｍ２  となるよう調整した。得られた皮膜に、先の評価ＡおよびＢを行った。結果を表３に示す。
Ｗｓ  が０．４０の場合、焼付け温度によらず、皮膜剥離は起こらない。Ｗｓ  が０．８０の液でも５００℃の焼付けでは、電解による皮膜剥離が抑制される。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
【発明の効果】
本発明により、電解処理によって皮膜劣化が生じず、かつ絶縁性、鋼板への張力付与、耐食性を併せ持つ絶縁皮膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】評価Ｂにおける電流密度の時間変化の例である。
【図２】リン酸アルミに対するコロイダルシリカの質量比Ｗｓ  を変化させて作製した皮膜のＷｓ  と電流密度Ｉｃ  の関係を示す図である。
【図３】焼付け温度を変化させて作製した皮膜の焼付け温度と電流密度Ｉｃ  の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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