(57)【要約】本発明に係る方向性電磁鋼板は、溝が設けられた鋼板表面を有し、前記溝の溝長手方向に沿って延在する表面突起の平均突起高さが５μｍ超１０μｍ以下であり、前記溝長手方向及び前記鋼板表面の法線方向を含む断面で前記表面突起をみた場合に、前記表面突起の輪郭線に現れるピーク点の高さの５０％以上の高さを有する部分の前記溝長手方向の合計長さが、前記表面突起の前記溝長手方向の全長に対して３０％以上の長さである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝が設けられた鋼板表面を有する方向性電磁鋼板であって、
前記溝の溝幅方向端部から溝幅方向外側に向かって広がる領域において、前記鋼板表面から隆起する表面突起が前記溝の溝長手方向に沿って延在し、
前記表面突起の平均突起高さが５μｍ超１０μｍ以下であり、
前記溝長手方向及び前記鋼板表面の法線方向を含む断面で前記表面突起をみた場合に、前記表面突起の輪郭線に現れるピーク点の高さの５０％以上の高さを有する部分の前記溝長手方向の合計長さが、前記表面突起の前記溝長手方向の全長に対して３０％以上の長さである
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性電磁鋼板に関する。
本願は、２０１８年２月８日に日本に出願された特願２０１８−０２１１０４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に方向性電磁鋼板とは、鋼板中の結晶粒の方位が｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積され、磁化容易軸が長手方向に揃った鋼板をいう。磁化容易軸が長手方向に揃っているため、鉄損が少なく磁性に優れるという特性を有する電磁鋼板をいう。
この方向性電磁鋼板は、圧延方向に磁化が向いた磁区（縞状磁区）が、磁壁を挟んで複数配列した構造を有し、これら磁壁のうちの多くは、１８０°磁壁であり、方向性電磁鋼板は、圧延方向に磁化し易い。そのため、比較的小さな一定の磁化力において、磁束密度が高く、鉄損が低い。
したがって、方向性電磁鋼板は、トランスの鉄心材料として非常に優れている。
鉄損の指標には、一般にＷ１７／５０［Ｗ／ｋｇ］が用いられる。Ｗ１７／５０は、周波数５０Ｈｚにおいて最大磁束密度が１．７Ｔになるように交流励磁したときに、方向性電磁鋼板に発生する鉄損の値である。このＷ１７／５０を小さくすると、より効率の高いトランスが製造できる。
方向性電磁鋼板は、圧延方向（搬送方向）に略垂直、且つ一定周期（一定間隔）の歪みを付与すると、更に鉄損が低下する。この場合、局所的な歪みによって圧延方向と磁化が直交する還流型の磁区が形成され、そこでのエネルギー増分を源にして略長方形の縞状磁区の磁壁間隔が狭くなる（縞状磁区の幅が小さくなる）。鉄損（Ｗ１７／５０）は、１８０°磁壁の間隔に正の相関を有するため、この原理によって鉄損が低下する。ところで、この局所的な歪を利用する方向性電磁鋼板の鉄損の低下方法は、巻鉄心の加工歪による鉄損の悪化を解消するために実施する歪取り焼鈍（８００℃で２時間程度の焼鈍）によって、その効果が失われてしまう。歪取り焼鈍を行った時でも、低鉄損化の効果が失われない方法としては、圧延方向と交差する方向に、周期的な溝を導入する方法が一般的に用いられる。【０００３】
鉄心の鉄損低減を目的として、例えば特許文献１には、仕上げ焼鈍前の方向性電磁鋼板に線状疵を導入することにより鉄損を改善する旨開示されている。
また、特許文献２には、波長を限定した連続波レーザビームを照射することにより、高パワー効率で電磁鋼板表面に溝を形成して鉄損を低減する旨開示されている。【０００４】
ここで、溝を形成する方法の従来技術を説明する。電解エッチングによる方法では、例えば冷延板の表面にグラビア印刷によって線状に穴の開いたレジスト膜を印刷し、電解エッチングにより溝を形成した後にレジスト膜を除去する。この方法では、工程が複雑になり製造コストが高くなり、処理速度に限界がある。【０００５】
機械的な歯型プレスによる方法では、電磁鋼板が約３％のＳｉを含む非常に硬い鋼板であるため、歯型の摩耗及び損傷が発生しやすい。歯型が摩耗すると溝深さにばらつきが発生するため、鉄損改善効果が不均一になる。【０００６】
レーザ照射による方法（レーザ法と記す）では、高パワー密度の集光レーザビームにより高速溝加工が可能であるという利点がある。また、レーザ法が非接触加工であるため、レーザパワー等の制御により安定して均一な溝加工を行うことができる。【０００７】
また、従来では、レーザ光源として比較的高パワーが容易に得られるＣＯ２レーザが用いられているが、ＣＯ２レーザの波長は、９〜１１μｍ帯であり、この波長のレーザ光は、加工点（加工位置）で発生する金属蒸気やプラズマにより大きく吸収される。そのため、鋼板表面へのレーザ光の到達パワーが減少して加工効率が低下する。さらに、レーザ光を吸収して加熱及び膨張したプラズマや金属蒸気が二次熱源として作用し、溝の端部（肩部）の周辺を溶融させるため、溶融量が増加して溝の形状（例えば、溶融突起の増大）が悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開昭５９−１９７５２０号公報
【特許文献２】日本国特許第５２３４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したような従来の機械加工や電解エッチングなどによる溝導入型の耐ＳＲＡ磁区制御技術では方向性電磁鋼板の鉄損の低減効果が十分ではなく、さらなる鉄損改善が求められている。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、鉄心の鉄損を低減することができる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】
【００１０】
本発明は上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、溝が設けられた鋼板表面を有する方向性電磁鋼板であって、前記溝の溝幅方向端部から溝幅方向外側に向かって広がる領域において、前記鋼板表面から隆起する表面突起が前記溝の溝長手方向に沿って延在し、前記表面突起の平均突起高さが５μｍ超１０μｍ以下であり、前記溝長手方向及び前記鋼板表面の法線方向を含む断面で前記表面突起をみた場合に、前記表面突起の輪郭線に現れるピーク点の高さの５０％以上の高さを有する部分の前記溝長手方向の合計長さが、前記表面突起の前記溝長手方向の全長に対して３０％以上の長さである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の上記態様によれば、鉄心製造における、方向性電磁鋼板の積層時に当該方向性電磁鋼板の有する突起による線状の弾性応力により、溝導入型の磁区制御効果以上の磁区制御効果が得られ、鉄心の鉄損を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の鋼板表面に設けられた溝のパターン例を模式的に示す平面図である。
【図２】溝長手方向に直交する断面で溝とその周辺部に存在する表面突起をみた模式図である。
【図３】溝長手方向及び鋼板表面の法線方向を含む断面で溝の周辺部に存在する表面突起をみた模式図である。
【図４】本実施形態で用いるレーザ光源及びレーザビーム照射装置を備える製造装置の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板（以下、本電磁鋼板と略称する）は、溝が設けられた鋼板表面を有する方向性電磁鋼板である。本電磁鋼板では、溝の溝幅方向端部から溝幅方向外側に向かって広がる領域において、鋼板表面から隆起する表面突起が溝の溝長手方向に沿って延在する。表面突起の平均突起高さは５μｍ超１０μｍ以下である。
また、本電磁鋼板において、溝長手方向及び鋼板表面の法線方向を含む断面で表面突起をみた場合に、表面突起の輪郭線に現れるピーク点の高さの５０％以上の高さを有する部分の溝長手方向の合計長さが、表面突起の溝長手方向の全長に対して３０％以上の長さである。
【００１４】
以下の説明において、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「垂直」、「同一」、「直角」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
【００１５】
レーザビーム照射による溝形成では、鋼板表面でレーザビームが吸収され、鋼板の金属（地鉄）が溶融して細かい溶融液滴が飛散したり、沸点まで加熱された鋼板表面の地鉄が蒸発したりして溝が形成される。鋼板表面の溶融物は、加工点（レーザビーム照射点）における高温の金属蒸気或いはプラズマの圧力により飛散する。一方、溶融物が大量に生じる場合、圧力が小さい場合等には、溶融物が飛散しきれず、形成した溝の周辺部に溶融物が付着して表面突起（突起、溶融突起等）が発生する。
ＣＯ２パルスレーザ（照射径大）を使用したレーザ溝形成試験では、溝の溝幅方向端部から溝幅方向外側に向かって広がる領域（溝の周辺部）に、鋼板表面から隆起する２０μｍ以上の高さを有する表面突起（突起、溶融突起等）が発生し、鋼板表面に圧縮力をかけた磁気測定（加圧エプスタイン測定）では４０％程度の鉄損劣化が見られ、実用化に至らなかった。
連続照射のレーザ（照射径小）を使用したレーザ溝形成技術では、鋼板表面に形成される溝の溝幅が小さいため、焦点位置での突起の発生は、ほぼ抑制することができるが、鋼板表面とレーザ照射装置との距離が変動して、デフォーカス状態になると、鋼板表面での突起の発生が顕著となる。
レーザでの溝導入型耐ＳＲＡ磁区制御技術において、レーザのフォーカスがずれた場合、溝の周辺部において鋼板表面から隆起する形で発生する突起が大きくなる。この突起は、層間短絡、積層鉄心形成時に働く応力によるコア損失の増加、及び積層占積率の低下などを引き起こす原因となる可能性がある。
また、レーザ溝形成による耐ＳＲＡ磁区制御においては、レーザ溝形成による溝の周辺部の突起が大き過ぎると鉄心積層時の鋼板表面圧縮力により電磁鋼板内の局部的な弾性変形によって鉄損劣化が生じると考えられる。
一方、本発明者らは、溝の周辺部に形成される表面突起の形態が以下の２つの条件を満たす場合に、積層鉄心形成時に方向性電磁鋼板内に歪導入型のレーザ磁区制御と同様な線状の弾性歪が導入され、より低鉄損化が図れることを見出した。
（条件１）表面突起の平均突起高さが５μｍ超１０μｍ以下である。
（条件２）溝長手方向及び鋼板表面の法線方向を含む断面で表面突起をみた場合に、表面突起の輪郭線に現れるピーク点の高さの５０％以上の高さを有する部分の溝長手方向の合計長さが、表面突起の溝長手方向の全長に対して３０％以上の長さである。
以下、本電磁鋼板の各構成について説明する。
【００１６】
（１）本電磁鋼板の基本構成
本電磁鋼板は、母鋼板を有し、必要に応じ、母鋼板の表面に被膜を有していてもよい。被膜としては、例えば、グラス被膜及び張力絶縁被膜などが挙げられる。
【００１７】
母鋼板は、当該母鋼板中の結晶粒の方位が｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積された鋼板であり、圧延方向に優れた磁気特性を有するものである。
母鋼板の化学組成は、特に限定されず、方向性電磁鋼板として公知の化学組成の中から、適宜選択して用いることができる。以下、好ましい母鋼板の化学組成の一例について説明するが、母鋼板の化学組成はこれに限定されない。
【００１８】
例えば、母鋼板は、化学組成として、質量％で、Ｓｉ：０．８％〜７％、Ｃ：０％超０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０％〜０．０６５％、Ｎ：０％〜０．０１２％、Ｍｎ：０％〜１％、Ｃｒ：０％〜０．３％、Ｃｕ：０％〜０．４％、Ｐ：０％〜０．５％、Ｓｎ：０％〜０．３％、Ｓｂ：０％〜０．３％、Ｎｉ：０％〜１％、Ｓ：０％〜０．０１５％、Ｓｅ：０％〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることが好ましい。上記母鋼板の化学組成は、結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位に集積させたＧｏｓｓ集合組織に制御するために好ましい化学成分である。母鋼板中の元素のうち、ＳｉおよびＣが基本元素であり、酸可溶性Ａｌ、Ｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｓ、およびＳｅが選択元素である。これらの選択元素は、その目的に応じて含有させればよいので下限値を制限する必要がなく、実質的に含有していなくてもよい。また、これらの選択元素が不純物として含有されても、本発明の効果は損なわれない。母鋼板は、基本元素および選択元素の残部がＦｅおよび不純物からなる。
なお、本実施形態において、「不純物」とは、母鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境等から不可避的に混入する元素を意味する。
また、方向性電磁鋼板では二次再結晶時に純化焼鈍を経ることが一般的である。純化焼鈍においてはインヒビター形成元素の系外への排出が起きる。特にＮ、Ｓについては濃度の低下が顕著で、５０ｐｐｍ以下になる。通常の純化焼鈍条件であれば、９ｐｐｍ以下、さらには６ｐｐｍ以下、純化焼鈍を十分に行えば、一般的な分析では検出できない程度（１ｐｐｍ以下）にまで達する。
母鋼板の化学成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、母鋼板の化学成分は、ＩＣＰ−ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ａｔｏｍｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。具体的には、例えば、被膜除去後の母鋼板の中央の位置から３５ｍｍ角の試験片を取得し、島津製作所製ＩＣＰＳ−８１００等（測定装置）により、予め作成した検量線に基づいた条件で測定することにより特定できる。なお、ＣおよびＳは燃焼−赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解−熱伝導度法を用いて測定すればよい。なお、母鋼板の化学成分は、方向性電磁鋼板から後述の方法により後述のグラス被膜およびリンを含有する被膜等を除去した鋼板を母鋼板としてその成分を分析した成分である。
【００１９】
母鋼板の製造方法は、特に限定されず、従来公知の方向性電磁鋼板の製造方法を適宜選択することができる。製造方法の好ましい具体例としては、例えば、Ｃを０．０４〜０．１質量％とし、その他は上記母鋼板の化学組成を有するスラブを１０００℃以上に加熱して熱間圧延を行った後、必要に応じて熱延板焼鈍を行い、次いで、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷延により冷延鋼板とし、当該冷延鋼板を、例えば湿水素−不活性ガス雰囲気中で７００〜９００℃に加熱して脱炭焼鈍し、必要に応じて更に窒化焼鈍し、１０００℃程度で仕上げ焼鈍する方法などが挙げられる。
母鋼板の板厚は特に限定されないが、０．１０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であってもよく、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であってもよい。
【００２０】
グラス被膜としては、例えば、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、及びコーディエライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１６）より選択される１種以上の酸化物を有する被膜が挙げられる。
【００２１】
グラス被膜の形成方法は特に限定されず、公知の方法の中から適宜選択することができる。例えば、前記母鋼板の製造方法の具体例において、冷延鋼板にマグネシア（ＭｇＯ）を主体とする焼鈍分離剤を塗布した後で、前記仕上げ焼鈍を行う方法が挙げられる。なお当該焼鈍分離剤は、仕上げ焼鈍時の鋼板同士のスティッキングを抑制する効果も有している。例えば前記マグネシアを含有する焼鈍分離剤を塗布して仕上げ焼鈍を行った場合、母鋼板に含まれるシリカと反応して、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）を含むグラス被膜が母鋼板表面に形成される。
グラス被膜の膜厚は特に限定されないが、０．５μｍ以上３μｍ以下であってもよい。
【００２２】
（２）溝の形成パターン及び表面突起の形態
図１は、本電磁鋼板の鋼板表面に設けられた溝のパターン例を模式的に示す平面図である。
図２は、溝長手方向に直交する断面で溝（例えば溝１１）とその周辺部に存在する表面突起をみた模式図である。
図３は、溝長手方向及び鋼板表面の法線方向を含む断面で溝（例えば溝１１）の周辺部に存在する表面突起をみた模式図である。
なお、図１〜図３において、本電磁鋼板１の圧延方向をＸ軸方向、本電磁鋼板１の板幅方向（同一平面内で圧延方向に直交する方向）をＹ軸方向、本電磁鋼板１の板厚方向（ＸＹ平面に直交する方向、すなわち鋼板表面の法線方向）をＺ軸方向と定義する。
図１に示すように、線状の溝１０及び、断続線状の溝１１が、板幅方向Ｙに沿って延びるように鋼板表面（母鋼板の表面）に設けられている。言い換えれば、本実施形態において、溝１０及び溝１１の溝長手方向は、板幅方向Ｙと一致する。溝１０及び溝１１の周辺部１２には、表面突起が存在する。
なお、溝１０及び１１は、圧延方向Ｘと交差するように設けられていればよく、必ずしも、溝長手方向と圧延方向Ｘとが直交している必要はない。すなわち、溝長手方向と板幅方向Ｙとが一致している必要はない。
【００２３】
図２に示すように、溝１１の周辺部１００に鋼板表面（基準面ＢＬ）から隆起する表面突起１２が溝長手方向に沿って延在し、且つ溝１１の周辺部１１０にも鋼板表面（基準面ＢＬ）から隆起する表面突起１３が溝長手方向に沿って延在している。本実施形態では、溝１１の溝幅方向と圧延方向Ｘとが一致する。
ここで、溝１１の溝幅方向一端部ａから溝幅方向外側に向かって広がる領域（図２中のａ−ｂ間の領域）を周辺部１００と定義する。また、溝１１の溝幅方向他端部ａ’から溝幅方向外側に向かって広がる領域（図２中のａ’−ｂ’間の領域）を周辺部１１０と定義する。図２に示すように、溝１１の溝幅方向一端部ａと、溝１１の溝幅方向他端部ａ’は、それぞれ、溝１１の輪郭線（断面曲線）と基準面ＢＬとの交点である。点ｂは、表面突起１２の輪郭線（断面曲線）と基準面ＢＬとの交点であって且つ溝幅方向一端部ａから溝幅方向外側へ離れている点である。点ｂ’は、表面突起１３の輪郭線（断面曲線）と基準面ＢＬとの交点であって且つ溝幅方向他端部ａ’から溝幅方向外側へ離れている点である。
また、図２においては、方向性電磁鋼板１の非溝形成領域（非溝形成処理面）を板厚方向における基準面ＢＬ（基準高さ、溝形成前の鋼板の表面を含む）に設定している。
図２に示すように、溝１１は、溝幅方向一端部ａから溝幅方向他端部ａ’までの区間において、基準面ＢＬから溝形成処理により本電磁鋼板１の母鋼板の一部が除去されることで形成された領域である。
また、溝１１の溝幅Ｗは、溝幅方向一端部ａと溝幅方向他端部ａ’との間の直線距離である。そして、溝１１の溝深さＤは、基準面ＢＬから溝底までの深さ（板厚方向Ｚの距離）である。溝１１の輪郭線上の点であって且つ板厚方向Ｚの最も深い位置に存在する点を溝底とする。
また、表面突起１２の突起高さＴ１２は、基準面ＢＬから表面突起１２の先端までの高さ（板厚方向Ｚの距離）である。表面突起１３の突起高さＴ１３は、基準面ＢＬから表面突起１３の先端までの高さ（板厚方向Ｚの距離）である。
表面突起１２の突起幅は、溝幅方向一端部ａと点ｂとの間の直線距離である。表面突起１３の突起幅は、溝幅方向他端部ａ’と点ｂ’との間の直線距離である。
なお、各種の寸法については、統計的に十分な回数の測定（例えば、５０回の測定）を行う。
【００２４】
本実施形態においては、本電磁鋼板１の鋼板表面にレーザ等の熱源によって圧延方向Ｘに交差する方向に延在する所定の長さの溝が、所定の間隔で形成されている。
本実施形態において、圧延方向Ｘと交差する方向とは、ＸＹ平面内において圧延方向Ｘに直交する方向（つまり板幅方向Ｙ）を含んでおり、この板幅方向Ｙと溝長手方向との間の角度が±４５°の範囲内であってもよく、または±３０°の範囲内であってもよい。
【００２５】
溝の形状は、本電磁鋼板１を平面視した時に板幅方向Ｙに延在する線状であってもよく、断続線状であってもよい。なお、線状は、拡大して観察した時に、長方形状、楕円形状等であってもよい。
溝の形状が断続線状である場合、板幅方向Ｙにおいて隣り合う溝の間隔は、１μｍ〜１０００μｍであってもよい。
一方、圧延方向Ｘにおいて隣り合う溝の間隔は、１〜１０ｍｍであってもよく、３〜６ｍｍであってもよく、または４〜５ｍｍであってもよい。
なお、本実施形態において溝の間隔とは、所定の方向（板幅方向Ｙ、圧延方向Ｘ等）における１つ目の溝の端部（周辺部）から、最も近い距離にある２つ目の溝の端部（周辺部）までの最短距離である。
【００２６】
本電磁鋼板１の平均溝深さは８〜３０μｍであってもよく、１５〜２５μｍであってもよい。
平均溝深さは、鋼板表面に形成された溝について、５０か所の溝の溝深さＤの測定値の平均値である。
溝深さＤの測定方法は、以下の通りである。まず、被測定鋼板から、溝長手方向に直交する断面が露出するようにサンプルを採取する。そのサンプル断面を研磨することにより、図２に示すような溝とその周辺部を含む断面を現出させた後、その断面を光学顕微鏡または走査型顕微鏡で観察することにより、溝深さＤ（例えば図２中の基準面ＢＬから溝底までの直線距離）を測定する。このような溝深さＤを、被測定鋼板の５０か所のそれぞれについて測定する。平均溝深さは、これら５０個の溝深さＤの測定結果を平均して得られる値である。
【００２７】
また、本電磁鋼板１において、溝幅Ｗの平均溝幅は、１〜２００μｍであってもよい。
平均溝幅は、鋼板表面に形成された溝について、５０か所の溝の溝幅Ｗの測定値の平均値である。
溝幅Ｗの測定方法は、以下の通りである。まず、被測定鋼板から、溝長手方向に直交する断面が露出するようにサンプルを採取する。そのサンプル断面を研磨することにより、図２に示すような溝とその周辺部を含む断面を現出させた後、その断面を光学顕微鏡または走査型顕微鏡で観察することにより、溝幅Ｗ（例えば図２中のａ−ａ’間の直線距離）を測定する。このような溝幅Ｗを、被測定鋼板の５０か所のそれぞれについて測定する。平均溝幅は、これら５０個の溝幅Ｗの測定結果を平均して得られる値である。
【００２８】
本電磁鋼板１において、表面突起の平均突起高さは、５μｍ超１０μｍ以下である。表面突起の平均突起高さが５μｍ以下の場合、鉄心の鉄損低減効果を十分に得られない。鉄心の鉄損を低減する観点から、表面突起の平均突起高さは５．８μｍ以上であることが好ましく、６．０μｍ以上であることがより好ましい。
表面突起の平均突起高さが１０μｍを超えると、積層された鋼板間の絶縁性が劣化する傾向が強まるので好ましくない。従って、表面突起の平均突起高さの上限は１０μｍである。表面突起の平均突起高さは７．３μｍ以下であることが好ましい。
表面突起の平均突起高さとは、鋼板表面に形成された表面突起について、５０か所の突起高さ（例えば図２中のＴ１２及びＴ１３など）の測定値の平均値である。
突起高さの測定方法は、以下の通りである。まず、被測定鋼板から、溝長手方向に直交する断面が露出するようにサンプルを採取する。そのサンプル断面を研磨することにより、図２に示すような溝とその周辺部を含む断面を現出させた後、その断面を光学顕微鏡または走査型顕微鏡で観察することにより、溝の周辺部に存在する表面突起の突起高さ（例えば図２中のＴ１２及びＴ１３など）を測定する。このような突起高さを、被測定鋼板の５０か所のそれぞれについて測定する。平均突起高さは、これら５０個の突起高さの測定結果を平均して得られる値である。
表面突起の形状は特に限定されず、方向性電磁鋼板を鋼板面に垂直に所定の方向（板幅方向、圧延方向等）に沿って切断した断面を正面視した時に、先端が尖った突起状であってもよく、先端が平坦な土手状であってもよい。
【００２９】
表面突起の平均突起幅は特に限定されないが、１〜１０μｍであってもよい。平均突起幅とは、鋼板表面に形成された突起について、５０か所の突起幅の測定値の平均値である。突起幅の測定方法は、以下の通りである。まず、被測定鋼板から、溝長手方向に直交する断面が露出するようにサンプルを採取する。そのサンプル断面を研磨することにより、図２に示すような溝とその周辺部を含む断面を現出させた後、その断面を光学顕微鏡または走査型顕微鏡で観察することにより、溝の周辺部に存在する表面突起の突起幅（例えば図２中のａ−ｂ間の直線距離、及びａ’−ｂ’間の直線距離）を測定する。このような突起幅を、被測定鋼板の５０か所のそれぞれについて測定する。平均突起幅は、これら５０個の突起幅の測定結果を平均して得られる値である。
【００３０】
また、表面粗度計により得られる測定結果が、方向性電磁鋼板を鋼板面に垂直に圧延方向に沿って切断した断面を複数個所研磨して、光学顕微鏡や走査型顕微鏡で観察する方法を用いることにより得られる測定結果と同じ場合には、板厚方向の溝の長さ寸法（上記の基準面から溝の先端までの距離）から溝深さ（溝の深さ寸法）を決定してもよい。同様に、上記の基準面から表面突起の先端までの高さ寸法（板厚方向における距離）から突起高さを決定してもよい。
【００３１】
図３に示すように、本電磁鋼板１において、溝長手方向（板幅方向Ｙ）及び板厚方向Ｚを含む断面で表面突起１２（または１３でもよい）をみた場合に、表面突起１２の輪郭線に現れるピーク点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５）の高さの５０％以上の高さを有する部分の溝長手方向の合計長さＬsum（＝ＬＰ１＋ＬＰ２＋ＬＰ３＋ＬＰ５）が、表面突起１２の溝長手方向の全長Ｌに対して３０％以上の長さである。なお、図３に示すピーク点Ｐ３及びＰ４に着目すると、ピーク点Ｐ３を有する山と、ピーク点Ｐ４を有する山とが、より高い位置に存在するピーク点Ｐ３の高さの５０％以上の高さの領域でなだらかにつながっている。このような場合には、ピーク点Ｐ３を有する山と、ピーク点Ｐ４を有する山とを一つの山と見做し、この一つの山において最も高いピーク点Ｐ３の高さの５０％以上の高さを有する部分の溝長手方向の長さをＬＰ３とする。ピーク点Ｐ１、Ｐ２及びＰ５は、上記のケースに当てはまらないので、それぞれのピーク点について溝長手方向の長さを求めればよい。すなわち、ピーク点Ｐ１を有する山において、ピーク点Ｐ１の高さの５０％以上の高さを有する部分の溝長手方向の長さをＬＰ１とする。また、ピーク点Ｐ２を有する山において、ピーク点Ｐ２の高さの５０％以上の高さを有する部分の溝長手方向の長さをＬＰ２とする。さらに、ピーク点Ｐ５を有する山において、ピーク点Ｐ５の高さの５０％以上の高さを有する部分の溝長手方向の長さをＬＰ５とする。
上記のように、（Ｌsum×１００）／Ｌで表される比率を突起連続性指標と定義する。すなわち、本電磁鋼板１において、突起連続性指標が３０％以上となるように表面突起の形態が制御されている。
【００３２】
表面突起の平均突起高さが５μｍ超１０μｍ以下という条件を満たし、且つ突起連続性指標が３０％以上という条件（長さＬsumが長さＬに対して３０％以上の長さという条件）を満たす場合に、鉄心の鉄損低減効果が大幅に上昇する。突起連続性指標が３０％未満の場合、鉄心の鉄損低減効果を十分に得られない。鉄心の鉄損低減の観点から、突起連続性指標は、５０％以上が好ましい。また、突起連続性指標の上限は、特に限定されない。突起連続性指標の上限は数学的には１００％であるが、現実的に突起連続性指標を１００％にすることは困難である。
【００３３】
突起連続性指標の測定方法は以下の通りである。
レーザ顕微鏡等、被測定鋼板面の三次元形状を測定できる装置を用いて、溝部を含む鋼板面画像を測定して、溝周辺部で基準面ＢＬより高い位置の突起部分を同定する。この突起部分の内、連続する部分のピーク位置での高さ値の５０％以上の値を示す等高線位置の溝部に延伸する長さから突起連続性指標を求める。
【００３４】
本電磁鋼板１に溝を形成する方法として、鋼板表面にレーザを照射することによって溝を形成するレーザ照射法（特開平６−５７３３５号公報、国際公開第２０１６／１７１１２４号参照）が用いられる。
レーザ照射法の場合の照射条件としては、一般的には、レーザ出力を２００〜３０００Ｗに、レーザの圧延方向における集光スポット径（レーザ出力の８６％を含む直径）を１０〜１００μｍに、レーザの板幅方向における集光スポット径を１０〜１０００μｍに、レーザ走査速度を５〜１００ｍ／ｓに、レーザ走査ピッチ（間隔）を２〜１０ｍｍに設定することが好ましい。所望の溝形状は、これらのレーザ照射条件を上記範囲で適宜調整することで得ることが出来る。
【００３５】
溝形成のために、波長１．０〜２．１μｍの集光性の高い連続発振型のレーザ（連続発振可能なレーザ）を用いてもよい。
例えば、このようなレーザとして、ファイバレーザ、ＹＡＧを含む薄ディスク型固体レーザ等が挙げられる。上記１．０〜２．１μｍの波長域のレーザ光は、加工点で発生する金属イオンのプラズマや金属蒸気に吸収されにくい。さらに、連続波レーザを用いることにより、パルス発振レーザで生じる、点列溝の穴間のギャップによる鉄損改善劣化もない。
【００３６】
ファイバレーザとしては、発振媒体であるファイバのコアに各種のレーザ媒質（励起原子）をドープしたレーザを使用してもよい。例えば、コアにＹｂ（イットリビウム）をドープしたファイバレーザでは、発振波長が１．０７〜１．０８μｍ、コアにＥｒ（エリビウム）をドープしたファイバレーザでは、発振波長が１．５５μｍ、コアにＴｍ（ツリウム）をドープしたファイバレーザでは、発振波長が１．７０〜２．１０μｍである。
また、同様の波長域の高出力レーザであるＹＡＧレーザでは、発振波長が１．０６μｍである。これらのファイバレーザ及びＹＡＧレーザを使用する方法では、加工点でのプラズマ或いは金属蒸気へのレーザの吸収の影響が少ない。
【００３７】
また、高い集光性を確保するため、集光スポットの径（集光ビーム径）は、１００μｍ以下であってもよい。
ファイバレーザは、コア直径と同程度まで集光可能であり、より高い集光性を確保するためには、１００μｍ以下のコア径を有するファイバレーザが適する。
また、ＹＡＧレーザ等の固体レーザにおいて、発振媒体が薄ディスク型の結晶である薄ディスクレーザでは、結晶の表面積が大きく冷却が容易であるため、高出力動作においても結晶の熱歪みによる集光性の劣化が生じにくく、１００μｍ以下の微小集光も容易に行える。
なお、この集光スポットの径と溝幅とは、必ずしも一致しない。例えば、パワー密度が大きく、ビーム走査速度Ｖが小さいと、溝幅が、集光スポットの径よりも大きくなる。
また、上記のような精度の高いレーザを用いる場合、所望の高さの表面突起形成のために、レーザビームの焦点位置をずらして（デフォーカスして）、鋼板表面にレーザを照射してもよい。デフォーカスは、焦点位置から±１．２ｍｍの範囲で設定してもよい。
以上のことから、集光ビーム径等を制御して、溝断面積、すなわち、溶融物の除去量を制御すること等により、突起を発生させる成分量を制御でき、突起高さを制御することができる。
【００３８】
ところで、一般的なレーザ照射法では、レーザ光の照射と同時に、空気又は不活性ガス等のアシストガスが、レーザ光が照射される鋼板表面の部位に吹き付けられる。このようなアシストガスは、レーザ照射によって鋼板から溶融又は蒸発した成分を除去する役割を担っている。アシストガスの吹き付けにより、レーザ光が上記の溶融又は蒸発した成分によって阻害されずに鋼板表面に到達するため、溝が安定的に形成される。
本発明者らは、アシストガスの流量を０〜１００（リットル／分）間の流量で０．０２〜０．２ｍｓｅｃの時間間隔で変動させることにより、表面突起の平均突起高さが５μｍ超１０μｍ以下であり、且つ突起連続性指標が３０％以上であるという本電磁鋼板１の特徴的な突起形態が得られることを見出した。例えば国際出願公報（ＷＯ２０１６／１７１１３０）に開示されているように、アシストガスを１０〜１０００（リットル／分）の範囲内で設定された一定の流量で吹き付ける方法は知られているが、上記のように、アシストガスの流量を特定の時間間隔で増減させる方法は全く知られていない新規の方法である。
本発明者らは、特定の条件を満たす表面突起を鋼板表面に形成することにより、積層鉄心形成時に電磁鋼板内に歪導入型のレーザ磁区制御と同様な線状の弾性歪が導入され、その結果、鉄心の低鉄損化を実現できることを見出した。この知見を基に、本発明者らは、溝の安定的な形成と鉄心の低鉄損化を両立できる方法を鋭意研究した結果、アシストガスの流量を特定の時間間隔で増減させる方法を見出したのである。
なお、アシストガスの流量は、０〜１００（リットル／分）の範囲内に含まれる最小値Ａ１と最大値Ａ２との間で変動させればよい。
【００３９】
（３）溝形成方法
図４は、本実施形態で用いるレーザ光源及びレーザビーム照射装置を備える製造装置の一例を示す模式図である。なお、この図４には、方向性電磁鋼板（鋼板）１に照射されるレーザ光の照射位置についても示されている。レーザ媒質としてＹｂがドープされたファイバレーザをレーザ光源として用いた例を説明する。
図４において、鋼板１は、二次再結晶後の板幅１０００ｍｍの方向性電磁鋼板であり、地鉄表面にグラス被膜が形成されている。鋼板１は、ライン速度ＶＬでライン方向（圧延方向、搬送方向）Ｌに一定速度で通板される。
【００４０】
レーザ装置２は、最大出力２０００Ｗの市販のファイバレーザであり、ファイバコアにレーザ媒質としてＹｂがドープされており、その発振波長は、１．０７〜１．０８μｍである。
コアの直径は、約１５μｍであり、出力ビームのレーザ発振モードは、略基本ガウスモードである。
レーザ装置２から出力された連続波（ＣＷ）のレーザ光は、光ファイバ３を伝送され、レーザ照射装置４に到達する。
このレーザ照射装置４は、コリメータ５と、２０面体の回転ポリゴンミラー６と、焦点距離２００ｍｍのｆθレンズ７とを備える。
コリメータ５は、伝送ファイバ３から出力したレーザビームＬＢの直径を調整する。
また、回転ポリゴンミラー６は、レーザビームＬＢを偏向させて鋼板１上を高速で略板幅方向Ｃに走査し、ｆθレンズ７は、このレーザビームＬＢを集光する。
【００４１】
回転ポリゴンミラー６の回転速度を調節して鋼板１上でのビーム走査速度Ｖが２〜５０ｍ／ｓの範囲で調整できる。
鋼板１上における集光ビームの板幅方向の走査幅は、約１５０ｍｍである。
集光ビーム径（エネルギーの８６％が含まれる直径）ｄを、コリメータ５による出力ビーム径の変更によって１０〜１００μｍに調整できる。
なお、図示されないフォーカス機構を、回転ポリゴンミラー６と焦点距離２００ｍｍのｆθレンズ７との間に配置しており、このフォーカス機構によってｆθレンズ７と鋼板との距離が調整できる。回転する回転ポリゴンミラー６の１面によりレーザビームが鋼板１上に走査されて、鋼板１上に所定の長さ（例えば、板幅方向の全長）の１本の溝が略幅方向に形成される。Ｌ方向に隣接する溝の間隔、すなわち圧延方向（搬送方向）の照射ピッチＰＬは、ライン速度ＶＬ及びポリゴン回転速度の調整により変更可能である。
【００４２】
このように、レーザ照射装置４を用いて、鋼板１にレーザビームＬＢを照射して圧延方向Ｌに一定の走査間隔ＰＬ（＝照射ピッチ、溝間隔）で溝を形成する。すなわち、方向性電磁鋼板の表面にレーザビームを集光して走査しながら照射して、方向性電磁鋼板の圧延方向に略垂直な方向（圧延方向と交差する方向、圧延方向に垂直なベクトルを含む方向、例えば、この垂直な方向から±４５°の範囲内）に延在する所定の長さの溝を搬送方向に所定の間隔で形成する。
また、上述したように、レーザ照射時のアシストガスの流量は、０〜１００（リットル／分）間の流量で０．０２〜０．２ｍｓｅｃの時間間隔で変動するように制御される。
レーザビーム照射後の鋼板１には、図示されないコーティング装置により表面に電気的絶縁及び張力を付与する絶縁被膜コーティングを施す。
【００４３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の範囲に包含される。
【実施例】
【００４４】
（実施例１〜２、比較例１〜７）
８００Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ８の値が１．９４Ｔである高磁束密度の方向性電磁鋼板（板厚０．２３ｍｍ）に対して、鋼板の圧延方向に４０μｍ、板幅方向に１００μｍの楕円形状のビーム形状で３ｋＷのファイバレーザを用いて２０ｍ／ｓの走査速度で圧延方向に５ｍｍ間隔で幅約５０μｍ、深さ約２０μｍの線状の溝を形成した。
その際、レーザビームが鋼板面で、実施例１は焦点位置から０．８ｍｍ近い位置（−０．８ｍｍ）、実施例２は焦点位置から０．９ｍｍ遠い位置（＋０．９ｍｍ）、比較例１は焦点位置（±０ｍｍ）、比較例２は焦点位置から０．４ｍｍ近い位置（−０．４ｍｍ）、比較例３は焦点位置から０．５ｍｍ遠い位置（＋０．５ｍｍ）、比較例４は焦点位置から１．１ｍｍ遠い位置（＋１．１ｍｍ）、比較例５は焦点位置から１．２ｍｍ近い位置（−１．２ｍｍ）、比較例６は焦点位置から０．８ｍｍ遠い位置（＋０．８ｍｍ）、比較例７は焦点位置から１．１ｍｍ近い位置（−１．１ｍｍ）での照射を行った。
さらに、表１に示す条件（アシストガス流量の最小値Ａ１及び最大値Ａ２、アシストガス流量の変動時間間隔）で、アシストガスの流量を特定の時間間隔で増減させた。なお、比較例１〜５は、アシストガス流量の最小値Ａ１と最大値Ａ２が等しく、且つアシストガス流量を時間的に変動させない例、すなわち、アシストガスの流量を一定に制御する例を示している。
得られた方向性電磁鋼板の平均溝幅、平均溝深さ、平均突起高さ、突起連続性指標、磁束密度、及び、鉄損の測定結果を表１に示す。
なお、方向性電磁鋼板の鉄損は、単板（Ｗ１００ｍｍ×Ｌ５００ｍｍ）を採取して、８００℃で２時間の歪取焼鈍を施した後に、単板測定法により評価した。また、Ｗ１７／５０は、１．７Ｔ／５０Ｈｚのときの鉄損値である。
さらに、磁束密度Ｂ８は、磁化力Ｈが８００Ａ／ｍにおいて発生する磁束密度［Ｔ］で定義される。特に、方向性電磁鋼板の場合、Ｂ８は、鋼板が圧延方向に磁化したときの磁束密度である。Ｂ８が高いほど鋼板の結晶方位性が高く（結晶配向性が大きく）、一般に鉄損も低い。
突起連続性指標については、レーザ顕微鏡等、被測定鋼板面の三次元形状を測定できる装置を用いて、溝部を含む鋼板面画像を測定して、溝周辺部で基準面ＢＬより高い位置の突起部分を同定した後、この突起部分の内、連続する部分のピーク位置での高さ値の５０％以上の値を示す等高線位置の溝部に延伸する長さから突起連続性指標を測定した。【００４５】
【表１】
2019156220.tif 000003
【００４６】
さらに実施例１〜２、比較例１〜７の方向性電磁鋼板を使用して、２０ｋＶＡの単相巻鉄心を作製し、８００℃で３時間の歪取焼鈍を窒素１００％の雰囲気中で実施した。
これらの巻鉄心に一次巻線（励磁巻線）と二次巻線（サーチコイル）を巻き、それぞれのコア鉄損を電力計で測定した。測定結果を表２に示す。【００４７】
【表２】
2019156220.tif 000004
【００４８】
表１に示すように、実施例１及び２では、アシストガスの流量が０〜１００（リットル／分）間の流量で０．０２〜０．２ｍｓｅｃの時間間隔で変動するように制御されることにより、平均突起高さと突起連続性指標を本発明の範囲内に制御できることが示された。すなわち、実施例１及び２では、平均突起高さを５μｍ超〜１０μｍ以下の範囲に制御でき、且つ突起連続性指標を３０％以上に制御することができた。一方、比較例１〜７では、アシストガスの流量を適切に制御しなかった結果、平均突起高さと突起連続性指標の一方あるいは両方を本発明の範囲内に制御できなかった。
ただし、表１に示すように、電磁鋼板単体でみたときに、実施例と比較例とで、磁束密度及び鉄損に大差がないことがわかる。つまり、平均突起高さと突起連続性指標は、電磁鋼板単体の磁束密度及び鉄損に大きく影響しない。【００４９】
一方、表２に示すように、実施例１及び２では、平均突起高さと突起連続性指標が本発明の範囲内に制御された結果、コア鉄損が比較例１〜７と比較して低くなることが示された。すなわち、表面突起の平均突起高さが５μｍ超１０μｍ以下であり、且つ突起連続性指標が３０％以上であるという本発明の方向性電磁鋼板を用いて巻鉄心を製作すれば、低鉄損の巻鉄心を得られることが示された。
【符号の説明】
【００５０】
１  方向性電磁鋼板
２  レーザ装置
３  光ファイバ（伝送ファイバ）
４  レーザ照射装置
５  コリメータ
６  ポリゴンミラー（回転ポリゴンミラー）
７  ｆθレンズ
１０  溝（線状）
１１  溝（断続線状）
１２  表面突起
１３  表面突起
１００  周辺部
１１０  周辺部
【図１】
2019156220.tif 000005
【図２】
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【図３】
2019156220.tif 000007
【図４】
2019156220.tif 000008
【国際調査報告】
2019156220.tif 000009
2019156220.tif 000010
2019156220.tif 000011
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