JP2000109961A - 磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板とその製造方法 - Google Patents
磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の課題は、巻き鉄芯の製造工程での歪
み取り焼鈍にも耐えられる磁区細分化効果を持ち、巻き
両鉄芯に使用可能で、安定して鉄損が低減され、磁束密
度の劣化もなく、鋼板変形が抑制され積み鉄芯にも適用
可能で、更に製造設備の負荷を低減する磁気特性の優れ
た一方向方向性電磁鋼板とその製造方法を提供すること
にある。 【解決手段】 本発明では、歪み取り焼鈍後も残る線状
または点列状の溝およびまたは熱影響層が鋼板の表裏両
面に対に形成され、その表裏面の位置ズレは溝、または
熱影響層の圧延方向幅以下であり、また表裏面それぞれ
の溝深さは板厚の5%以下である。また本発明ではレーザ
を使用して前記の溝、あるいは熱影響層を形成する。
み取り焼鈍にも耐えられる磁区細分化効果を持ち、巻き
両鉄芯に使用可能で、安定して鉄損が低減され、磁束密
度の劣化もなく、鋼板変形が抑制され積み鉄芯にも適用
可能で、更に製造設備の負荷を低減する磁気特性の優れ
た一方向方向性電磁鋼板とその製造方法を提供すること
にある。 【解決手段】 本発明では、歪み取り焼鈍後も残る線状
または点列状の溝およびまたは熱影響層が鋼板の表裏両
面に対に形成され、その表裏面の位置ズレは溝、または
熱影響層の圧延方向幅以下であり、また表裏面それぞれ
の溝深さは板厚の5%以下である。また本発明ではレーザ
を使用して前記の溝、あるいは熱影響層を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気特性を改善した
一方向性電磁鋼板において、歪み取り焼鈍後も低鉄損と
高磁束密度を維持し、且つ積・巻両鉄芯に使用可能な製
品とその製造方法に関わる。
一方向性電磁鋼板において、歪み取り焼鈍後も低鉄損と
高磁束密度を維持し、且つ積・巻両鉄芯に使用可能な製
品とその製造方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】一方向性電磁鋼板の製造方法として鋼板
表面へのレーザを照射により180 ゜磁壁を形成し、磁区
を細分化して、鉄損を低減する方法が特開昭58-26405号
公報に開示されている。この方法ではレーザ照射により
鋼板の皮膜を蒸発させ、蒸発反力により鋼板表層に歪み
を付与し、その近傍に環流磁区を形成する。この新たに
発生した環流磁区により増大する静磁エネルギーを最小
化するように磁区が細分化し、その結果、鉄損が低減さ
れる。ここで得られる鉄損値は素材の結晶方位集積度で
決まる最低の値近くまで低減され、また磁束を大きく阻
害するような物理的変形を伴わないため、レーザ照射後
の磁束密度の低下もほとんどない。従って、この手法に
より製造される一方向性電磁鋼板は磁気特性として最も
理想的なものである。しかし、磁区細分化の源である歪
みは約500 ℃以上の熱処理で消滅するため、その場合は
鉄損低減効果も消える。従って、巻き鉄芯の製造工程で
行われる約800 ℃での歪み取り焼鈍には耐えることがで
きないため、この方法で製造された一方向性電磁鋼板は
巻き鉄芯には利用できず、積み鉄芯専用材である。
表面へのレーザを照射により180 ゜磁壁を形成し、磁区
を細分化して、鉄損を低減する方法が特開昭58-26405号
公報に開示されている。この方法ではレーザ照射により
鋼板の皮膜を蒸発させ、蒸発反力により鋼板表層に歪み
を付与し、その近傍に環流磁区を形成する。この新たに
発生した環流磁区により増大する静磁エネルギーを最小
化するように磁区が細分化し、その結果、鉄損が低減さ
れる。ここで得られる鉄損値は素材の結晶方位集積度で
決まる最低の値近くまで低減され、また磁束を大きく阻
害するような物理的変形を伴わないため、レーザ照射後
の磁束密度の低下もほとんどない。従って、この手法に
より製造される一方向性電磁鋼板は磁気特性として最も
理想的なものである。しかし、磁区細分化の源である歪
みは約500 ℃以上の熱処理で消滅するため、その場合は
鉄損低減効果も消える。従って、巻き鉄芯の製造工程で
行われる約800 ℃での歪み取り焼鈍には耐えることがで
きないため、この方法で製造された一方向性電磁鋼板は
巻き鉄芯には利用できず、積み鉄芯専用材である。
【０００３】そこで歪み取り焼鈍にも耐えられる磁区細
分化技術として、透磁率が異なる部分を磁界印加方向に
形成する方法が考案されている。具体的には圧延方向に
ほぼ垂直な方向に、線状あるいは点列状の透磁率の異な
る領域を鋼板表面に形成する方法と製品が種々提案され
てきた。中でも鋼板表層に溝を形成して、母材と空気の
透磁率の違いを利用する磁区細分化技術は優れた技術で
あり、既に工業化されている。溝を形成する方法として
は、歯型を機械的に鋼板に押圧する方法（特公昭63-448
04号公報）、化学的エッチングによる方法（米国特許第
4750949 号）、あるはパルスレーザによる加工法（特開
平7-220913号公報）などがある。
分化技術として、透磁率が異なる部分を磁界印加方向に
形成する方法が考案されている。具体的には圧延方向に
ほぼ垂直な方向に、線状あるいは点列状の透磁率の異な
る領域を鋼板表面に形成する方法と製品が種々提案され
てきた。中でも鋼板表層に溝を形成して、母材と空気の
透磁率の違いを利用する磁区細分化技術は優れた技術で
あり、既に工業化されている。溝を形成する方法として
は、歯型を機械的に鋼板に押圧する方法（特公昭63-448
04号公報）、化学的エッチングによる方法（米国特許第
4750949 号）、あるはパルスレーザによる加工法（特開
平7-220913号公報）などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これら従来の方法によ
って製造された耐焼鈍性のある鉄損が低減された一方向
性電磁鋼板は、いずれも鋼板の一方の面から溝が形成さ
れたものであり、手法にもよるが、実用上十分な鉄損低
減効果を得るためには板厚0.23mmの場合で15〜30μm 程
度の深さの溝が必要である。すなわち、板厚に対しては
5%を越える深い溝が必要であった。また溝深さの変化に
比較的敏感に連動して鉄損低減効果が変化するため、慎
重に溝深さが制御されていた。このような従来製品にお
いては以下に挙げる製品特性、製造方法上の問題があっ
た。
って製造された耐焼鈍性のある鉄損が低減された一方向
性電磁鋼板は、いずれも鋼板の一方の面から溝が形成さ
れたものであり、手法にもよるが、実用上十分な鉄損低
減効果を得るためには板厚0.23mmの場合で15〜30μm 程
度の深さの溝が必要である。すなわち、板厚に対しては
5%を越える深い溝が必要であった。また溝深さの変化に
比較的敏感に連動して鉄損低減効果が変化するため、慎
重に溝深さが制御されていた。このような従来製品にお
いては以下に挙げる製品特性、製造方法上の問題があっ
た。
【０００５】まず製品特性として15μm 以上、あるいは
板厚に対して5%を越えるような物理的に深い溝を形成す
るため、磁束の阻害が大きく、溝形成後は任意の外部磁
界中で発生する磁束密度が溝形成前に比べ低下する問題
がある。更に溝深さの変化に比較的敏感に連動して鉄損
低減効果が変化するため、十分に溝深さが制御されてい
ないと製品の鉄損のバラツキが大きくなるという問題が
あった。
板厚に対して5%を越えるような物理的に深い溝を形成す
るため、磁束の阻害が大きく、溝形成後は任意の外部磁
界中で発生する磁束密度が溝形成前に比べ低下する問題
がある。更に溝深さの変化に比較的敏感に連動して鉄損
低減効果が変化するため、十分に溝深さが制御されてい
ないと製品の鉄損のバラツキが大きくなるという問題が
あった。
【０００６】次に製造方法上の問題について説明する。
前述したように溝による鉄損改善には15〜30μm の溝が
要求される。このような深い溝を1m以上の鋼板全幅にわ
たり、且つ深さを制御して形成するには、製造方法に負
荷が大きく、設備・操業コスト、製造速度等の点で実用
上種々の問題があった。歯型機械方式では深い溝加工に
は押圧力を高めることが必要であり、設備が大型化す
る。また歯の摩耗に従い、溝深さが浅くなるため、歯型
の頻繁な交換が必要である。化学エッチングの場合は長
時間エッチングが必要になるため処理速度が制限され、
また大型のエッチング漕も必要になるという問題があ
る。レーザ法の場合も深い溝加工には要求パワーが増大
し、やはり設備が大型化し、複数の大型レーザが必要に
なるという問題がある。
前述したように溝による鉄損改善には15〜30μm の溝が
要求される。このような深い溝を1m以上の鋼板全幅にわ
たり、且つ深さを制御して形成するには、製造方法に負
荷が大きく、設備・操業コスト、製造速度等の点で実用
上種々の問題があった。歯型機械方式では深い溝加工に
は押圧力を高めることが必要であり、設備が大型化す
る。また歯の摩耗に従い、溝深さが浅くなるため、歯型
の頻繁な交換が必要である。化学エッチングの場合は長
時間エッチングが必要になるため処理速度が制限され、
また大型のエッチング漕も必要になるという問題があ
る。レーザ法の場合も深い溝加工には要求パワーが増大
し、やはり設備が大型化し、複数の大型レーザが必要に
なるという問題がある。
【０００７】またレーザ法の場合、照射レーザパワーが
増大すると周辺への過大な熱影響与えるため、鋼板全体
にうねり変形が発生する。そのような鋼板を積層して鉄
芯を製造すると、鉄損が増加したり、占積率が劣化す
る。そのため、積み鉄芯には使用できなくなるという問
題があった。レーザ法は非接触で高速加工に適してお
り、工程も簡単であり、更に溝深さ制御性、溝形成位置
精度にも優れる製造技術であるが、このように深い溝加
工が要求される場合、磁性を劣化させるような変形を生
じさせてしまうことが問題であった。
増大すると周辺への過大な熱影響与えるため、鋼板全体
にうねり変形が発生する。そのような鋼板を積層して鉄
芯を製造すると、鉄損が増加したり、占積率が劣化す
る。そのため、積み鉄芯には使用できなくなるという問
題があった。レーザ法は非接触で高速加工に適してお
り、工程も簡単であり、更に溝深さ制御性、溝形成位置
精度にも優れる製造技術であるが、このように深い溝加
工が要求される場合、磁性を劣化させるような変形を生
じさせてしまうことが問題であった。
【０００８】本発明の課題は、巻き鉄芯の製造工程での
歪み取り焼鈍にも耐えられる磁区細分化効果を持ち、巻
き両鉄芯に使用可能で、安定して鉄損が低減され、磁束
密度の劣化もなく、鋼板変形が抑制され積み鉄芯にも適
用可能で、更に製造設備の負荷を低減する磁気特性の優
れた一方向方向性電磁鋼板とその製造方法を提供するこ
とにある。
歪み取り焼鈍にも耐えられる磁区細分化効果を持ち、巻
き両鉄芯に使用可能で、安定して鉄損が低減され、磁束
密度の劣化もなく、鋼板変形が抑制され積み鉄芯にも適
用可能で、更に製造設備の負荷を低減する磁気特性の優
れた一方向方向性電磁鋼板とその製造方法を提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、歪み取り焼鈍
後も残る線状または点列状の溝、あるいは熱影響層、あ
るいは溝と熱影響層が鋼板の表裏両面に形成されている
ことで鉄損が極力低減され、また鉄損低減量が溝深さに
ほとんど依存しないため特性のバラツキが少ない一方向
性電磁鋼板であり、更に鉄損低減に必要な溝深さが極小
化されており、且つ厳密な溝深さ制御が必要ないため製
造設備の負荷が極力少ない一方向性電磁鋼板である。ま
た本発明は、特に表裏面それぞれの溝深さを板厚の5%以
下とすることで磁束密度の低下がほとんどない一方向性
電磁鋼板である。また本発明は表裏面の溝、あるいは熱
影響層の形成された位置が対になっており、その位置ズ
レが溝、あるいは熱影響層の圧延方向幅以下であること
で、高い鉄損低減が得られると同時に、積み鉄芯の製造
で問題となる鋼板の不必要なうねり変形がなく、積み・
巻き両用可能な一方向性電磁鋼板である。また本発明
は、高エネルギービーム、特に連続波またはパルスレー
ザを使用することで簡単に、且つ高い位置精度で鋼板表
裏面に溝、あるいは熱影響層を形成する一方向性電磁鋼
板の製造方法である。
後も残る線状または点列状の溝、あるいは熱影響層、あ
るいは溝と熱影響層が鋼板の表裏両面に形成されている
ことで鉄損が極力低減され、また鉄損低減量が溝深さに
ほとんど依存しないため特性のバラツキが少ない一方向
性電磁鋼板であり、更に鉄損低減に必要な溝深さが極小
化されており、且つ厳密な溝深さ制御が必要ないため製
造設備の負荷が極力少ない一方向性電磁鋼板である。ま
た本発明は、特に表裏面それぞれの溝深さを板厚の5%以
下とすることで磁束密度の低下がほとんどない一方向性
電磁鋼板である。また本発明は表裏面の溝、あるいは熱
影響層の形成された位置が対になっており、その位置ズ
レが溝、あるいは熱影響層の圧延方向幅以下であること
で、高い鉄損低減が得られると同時に、積み鉄芯の製造
で問題となる鋼板の不必要なうねり変形がなく、積み・
巻き両用可能な一方向性電磁鋼板である。また本発明
は、高エネルギービーム、特に連続波またはパルスレー
ザを使用することで簡単に、且つ高い位置精度で鋼板表
裏面に溝、あるいは熱影響層を形成する一方向性電磁鋼
板の製造方法である。
【００１０】熱影響層の定義は、レーザ、電子ビーム等
の高エネルギービームを照射して形成される転位および
または溶融・再凝固層であり、鋼板母材と透磁率が異な
る層であり、且つ近傍の磁界を変化させ鋼板に磁区細分
化効果を与える程の層体積を持つものである。この熱影
響層は鋼板断面の顕微鏡観察で容易に確認することがで
きる。
の高エネルギービームを照射して形成される転位および
または溶融・再凝固層であり、鋼板母材と透磁率が異な
る層であり、且つ近傍の磁界を変化させ鋼板に磁区細分
化効果を与える程の層体積を持つものである。この熱影
響層は鋼板断面の顕微鏡観察で容易に確認することがで
きる。
【００１１】以下にエネルギービームとしてレーザを用
いた場合について具体例を挙げて説明する。レーザを鋼
板に照射する際、そのパワー密度が極めて高く、且つ短
時間の照射の場合、鋼板母材が瞬時に溶融し、そのほと
んどが蒸発して溝が形成される。この場合、生成された
溝の側面と底面には熱影響層は僅かに存在するが、その
体積は極めて少なく、透磁率は母材と異なるものの、そ
れ自体だけでは磁区細分化効果を発生させることはでき
ない。従って、この層は本発明で定義する熱影響層には
含まれない。換言するならば、ここで形成される溝は、
例えばエッチング法などで全く熱を介さずに形成された
溝と本質的に同じである。
いた場合について具体例を挙げて説明する。レーザを鋼
板に照射する際、そのパワー密度が極めて高く、且つ短
時間の照射の場合、鋼板母材が瞬時に溶融し、そのほと
んどが蒸発して溝が形成される。この場合、生成された
溝の側面と底面には熱影響層は僅かに存在するが、その
体積は極めて少なく、透磁率は母材と異なるものの、そ
れ自体だけでは磁区細分化効果を発生させることはでき
ない。従って、この層は本発明で定義する熱影響層には
含まれない。換言するならば、ここで形成される溝は、
例えばエッチング法などで全く熱を介さずに形成された
溝と本質的に同じである。
【００１２】次にレーザの照射時間が長くなり、あるい
はパワー密度が低下すると蒸発まで至らずに溶融状態か
ら再凝固する成分が増加し、溝が形成されると同時に溝
深さと同程度の厚みを持つ転位およびまたは溶融・再凝
固層から成る熱影響層が発生する。この熱影響層の透磁
率は母材のそれとは異なるため、溝と同様に磁界を変化
させ、すなわち磁区細分化効果を持つ。従って、この層
は本発明の熱影響層の定義に含まれる。
はパワー密度が低下すると蒸発まで至らずに溶融状態か
ら再凝固する成分が増加し、溝が形成されると同時に溝
深さと同程度の厚みを持つ転位およびまたは溶融・再凝
固層から成る熱影響層が発生する。この熱影響層の透磁
率は母材のそれとは異なるため、溝と同様に磁界を変化
させ、すなわち磁区細分化効果を持つ。従って、この層
は本発明の熱影響層の定義に含まれる。
【００１３】更にレーザのパワー密度が小さくなると、
被照射部の金属は蒸発には至らず、溝形成の伴わない転
位およびまたは溶融・再凝固層が発生する。このような
場合でもレーザ被照射部はある一定の加熱・冷却履歴を
持っており、その結果、その層は母材と透磁率が異なり
磁区細分化効果を発揮する。従って、この層は本発明の
熱影響層の定義に含まれる。
被照射部の金属は蒸発には至らず、溝形成の伴わない転
位およびまたは溶融・再凝固層が発生する。このような
場合でもレーザ被照射部はある一定の加熱・冷却履歴を
持っており、その結果、その層は母材と透磁率が異なり
磁区細分化効果を発揮する。従って、この層は本発明の
熱影響層の定義に含まれる。
【００１４】
【実施例】以下に本発明を実施例を用いて説明する。本
発明者らはレーザ加工法を用いて一方向性電磁鋼板に各
種の溝、あるいは熱影響層を形成し、歪み取り焼鈍を行
った後の磁気特性を詳細に調べた。その結果、鋼板両面
にこれらを形成することで、従来に比べ非常に優れた磁
気特性が得られることを発見した。
発明者らはレーザ加工法を用いて一方向性電磁鋼板に各
種の溝、あるいは熱影響層を形成し、歪み取り焼鈍を行
った後の磁気特性を詳細に調べた。その結果、鋼板両面
にこれらを形成することで、従来に比べ非常に優れた磁
気特性が得られることを発見した。
【００１５】図３は本発明の一方向性電磁鋼板と製造方
法の説明図である。一方向性電磁鋼板鋼板１の表面には
図示されていないレーザ装置から出力され、レンズ５で
集光されたパルスレーザビーム４によりＬ方向間隔PL＝
6.5mm で点列状の溝、または熱影響層が形成される。図
１（ａ）はこのようにして得られた一方向性電磁鋼板の
断面形状である。この図１（ａ）に示す鋼板ＡからＧま
ではレーザ集光ビーム径はＬ方向径が0.1mm 、Ｃ方向径
が0.3mm であり、それによって形成される点列溝のＬ、
Ｃ方向の幅ＷL 、Ｗc はそれぞれ0.13mm、0.31mmであっ
た。Ｃ方向の点列間隔Pcは0.30mmであり、従って、図３
に示すようにＣ方向の点列溝は接している。ここで溝深
さは図１（ｂ）に示す深さの最大値ｄで定義する。また
両面溝形成時の表裏面の溝の位置のズレは図２（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示す値ｇで定義する。
法の説明図である。一方向性電磁鋼板鋼板１の表面には
図示されていないレーザ装置から出力され、レンズ５で
集光されたパルスレーザビーム４によりＬ方向間隔PL＝
6.5mm で点列状の溝、または熱影響層が形成される。図
１（ａ）はこのようにして得られた一方向性電磁鋼板の
断面形状である。この図１（ａ）に示す鋼板ＡからＧま
ではレーザ集光ビーム径はＬ方向径が0.1mm 、Ｃ方向径
が0.3mm であり、それによって形成される点列溝のＬ、
Ｃ方向の幅ＷL 、Ｗc はそれぞれ0.13mm、0.31mmであっ
た。Ｃ方向の点列間隔Pcは0.30mmであり、従って、図３
に示すようにＣ方向の点列溝は接している。ここで溝深
さは図１（ｂ）に示す深さの最大値ｄで定義する。また
両面溝形成時の表裏面の溝の位置のズレは図２（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示す値ｇで定義する。
【００１６】表１は各鋼板の磁気特性評価結果である。
ここで鉄損値は最大磁束密度1.7 Ｔ、50Hz時の鉄損値Ｗ
17/50 であり、磁束密度は磁化力0.8A/mにおける値Ｂ8
である。鋼板は厚み0.23mmで、表面に絶縁皮膜が施され
た一方向性電磁鋼板である。また比較のため、積み鉄芯
専用材であるレーザ歪みにより鉄損を低減した鋼板の磁
気特性も併せて示してある。各鋼板のレーザ照射条件、
溝、熱影響層等の条件は以下である。なお、溝と熱影響
層は鋼板断面の顕微鏡観察にて確認した。
ここで鉄損値は最大磁束密度1.7 Ｔ、50Hz時の鉄損値Ｗ
17/50 であり、磁束密度は磁化力0.8A/mにおける値Ｂ8
である。鋼板は厚み0.23mmで、表面に絶縁皮膜が施され
た一方向性電磁鋼板である。また比較のため、積み鉄芯
専用材であるレーザ歪みにより鉄損を低減した鋼板の磁
気特性も併せて示してある。各鋼板のレーザ照射条件、
溝、熱影響層等の条件は以下である。なお、溝と熱影響
層は鋼板断面の顕微鏡観察にて確認した。
【００１７】
【表１】
【００１８】鋼板Ａ：ＱスイッチパルスCO2 レーザによ
り鋼板両面からそれぞれ深さ30μmの溝加工を施した鋼
板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピーク
パワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全幅は
20μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被照射
部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の定義
する熱影響層はなく、溝のみである。また表裏面の溝の
ズレｇは約1.5mm で溝のＬ方向幅WL以上である。
り鋼板両面からそれぞれ深さ30μmの溝加工を施した鋼
板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピーク
パワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全幅は
20μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被照射
部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の定義
する熱影響層はなく、溝のみである。また表裏面の溝の
ズレｇは約1.5mm で溝のＬ方向幅WL以上である。
【００１９】鋼板Ｂ：ＱスイッチパルスCO2 レーザによ
り鋼板両面からそれぞれ深さ30μmの溝加工を施した鋼
板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピーク
パワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全幅は
20μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被照射
部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の定義
する熱影響層はなく、溝のみである。また表裏面の溝の
ズレｇは0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
り鋼板両面からそれぞれ深さ30μmの溝加工を施した鋼
板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピーク
パワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全幅は
20μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被照射
部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の定義
する熱影響層はなく、溝のみである。また表裏面の溝の
ズレｇは0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
【００２０】鋼板Ｃ：パルス変調CO2 レーザにより鋼板
両面からそれぞれ深さ10μm の溝加工を施した鋼板であ
る。ここでパルスレーザのピークパワー密度は0.4 〜0.
8 MW/mm2であり、パルス時間全幅は20μs である。パル
スピークパワーの減少により溝の状態は溝と本発明の定
義する熱影響層の混在である。また表裏面の溝のズレｇ
は0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
両面からそれぞれ深さ10μm の溝加工を施した鋼板であ
る。ここでパルスレーザのピークパワー密度は0.4 〜0.
8 MW/mm2であり、パルス時間全幅は20μs である。パル
スピークパワーの減少により溝の状態は溝と本発明の定
義する熱影響層の混在である。また表裏面の溝のズレｇ
は0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
【００２１】鋼板Ｄ：ＱスイッチパルスCO2 レーザによ
り鋼板両面からそれぞれ深さ5 μmの溝加工を施した鋼
板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピーク
パワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全幅は
12μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被照射
部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の定義
する熱影響層はなく、溝のみである。また表裏面の溝の
ズレｇは0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
り鋼板両面からそれぞれ深さ5 μmの溝加工を施した鋼
板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピーク
パワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全幅は
12μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被照射
部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の定義
する熱影響層はなく、溝のみである。また表裏面の溝の
ズレｇは0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
【００２２】鋼板Ｅ：パルス変調CO2 レーザにより鋼板
両面からそれぞれ深さ5 μm の溝加工を施した鋼板であ
る。ここでパルスレーザのピークパワー密度は0.4 〜0.
8 MW/mm2であり、パルス時間全幅は12μs である。パル
スピークパワーの減少により溝の状態は溝と本発明の定
義する熱影響層の混在である。また表裏面の溝のズレｇ
は0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
両面からそれぞれ深さ5 μm の溝加工を施した鋼板であ
る。ここでパルスレーザのピークパワー密度は0.4 〜0.
8 MW/mm2であり、パルス時間全幅は12μs である。パル
スピークパワーの減少により溝の状態は溝と本発明の定
義する熱影響層の混在である。また表裏面の溝のズレｇ
は0.10mmで溝のＬ方向幅WL以下である。
【００２３】鋼板Ｆ：パルス変調CO2 レーザにより鋼板
両面から熱影響層のみを施した鋼板である。ここでパル
スレーザのピークパワー密度は0.2 MW/mm2であり、パル
ス時間全幅は7 μs である。パルスピークパワーの更な
る減少により表面の状態は本発明の定義する熱影響層の
みである。また表裏面の熱影響層のズレｇは0.10mmで熱
影響層のＬ方向幅WL以下である。
両面から熱影響層のみを施した鋼板である。ここでパル
スレーザのピークパワー密度は0.2 MW/mm2であり、パル
ス時間全幅は7 μs である。パルスピークパワーの更な
る減少により表面の状態は本発明の定義する熱影響層の
みである。また表裏面の熱影響層のズレｇは0.10mmで熱
影響層のＬ方向幅WL以下である。
【００２４】鋼板Ｇ：ＱスイッチパルスCO2 レーザによ
り鋼板片面のみ深さ30μm の溝加工を施した従来の製品
の鋼板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピ
ークパワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全
幅は20μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被
照射部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の
定義する熱影響層はなく、溝のみである。
り鋼板片面のみ深さ30μm の溝加工を施した従来の製品
の鋼板である。ここでＱスイッチCO2 パルスレーザのピ
ークパワー密度は約10〜30MW/mm2であり、パルス時間全
幅は20μs である。高ピークパルス加工によりレーザ被
照射部はほとんどが蒸発しており、溝の状態は本発明の
定義する熱影響層はなく、溝のみである。
【００２５】鋼板Ｈ：ＱスイッチパルスCO2 レーザによ
り鋼板片面から皮膜のみを蒸発させた鋼板である。レー
ザ歪みにより鉄損を低減した鋼板でピークパワーは0.1
MW/mm2、パルス時間幅は4 μs である。この鋼板のみＣ
方向点列間隔はPc＝0.5mm で、集光ビーム径は円形で直
径0.40mmである。なお、この鋼板は歪み取り焼鈍を行っ
ていない。
り鋼板片面から皮膜のみを蒸発させた鋼板である。レー
ザ歪みにより鉄損を低減した鋼板でピークパワーは0.1
MW/mm2、パルス時間幅は4 μs である。この鋼板のみＣ
方向点列間隔はPc＝0.5mm で、集光ビーム径は円形で直
径0.40mmである。なお、この鋼板は歪み取り焼鈍を行っ
ていない。
【００２６】鋼板Ａ〜Ｇの磁気特性比較を行った結果、
両面に溝、または熱影響層を持つ本発明の電磁鋼板は片
面のみに同様の溝を持つ従来の鋼板に比べ、鉄損低下量
は同等か、またはそれ以上である。つまり表裏面の溝深
さを加算した深さで比較しても、片面溝材の溝深さより
も浅い溝で同等以上の鉄損低減効果があり、極端な場合
は溝をほとんど形成しなくてもよいことが発見された。
従って、本発明の両面に溝、あるいは熱影響層を持つ一
方向性電磁鋼板は、従来の片面に溝を形成して鉄損を改
善する方法、あるいはレーザで表面に歪みを付与する耐
焼鈍性のない鉄損低減方法の単純な延長技術による製品
ではないことは明らかである。
両面に溝、または熱影響層を持つ本発明の電磁鋼板は片
面のみに同様の溝を持つ従来の鋼板に比べ、鉄損低下量
は同等か、またはそれ以上である。つまり表裏面の溝深
さを加算した深さで比較しても、片面溝材の溝深さより
も浅い溝で同等以上の鉄損低減効果があり、極端な場合
は溝をほとんど形成しなくてもよいことが発見された。
従って、本発明の両面に溝、あるいは熱影響層を持つ一
方向性電磁鋼板は、従来の片面に溝を形成して鉄損を改
善する方法、あるいはレーザで表面に歪みを付与する耐
焼鈍性のない鉄損低減方法の単純な延長技術による製品
ではないことは明らかである。
【００２７】またレーザ照射による皮膜の蒸発反力で歪
みを付与して鉄損が低減された鋼板Ｈの鉄損は、素材の
持つ結晶方位集積度で決まる極限に近い値まで低減され
ているが、両面に溝、または熱影響層を持つ電磁鋼板
は、その鉄損値と同等の鉄損が得られている。更に鋼板
Ａ〜Ｆの鉄損低下量を比較すると、溝のほとんどない状
態から溝深さ30μm の溝まで、溝深さに依存せず鉄損低
下量はほとんど一定であることがわかる。
みを付与して鉄損が低減された鋼板Ｈの鉄損は、素材の
持つ結晶方位集積度で決まる極限に近い値まで低減され
ているが、両面に溝、または熱影響層を持つ電磁鋼板
は、その鉄損値と同等の鉄損が得られている。更に鋼板
Ａ〜Ｆの鉄損低下量を比較すると、溝のほとんどない状
態から溝深さ30μm の溝まで、溝深さに依存せず鉄損低
下量はほとんど一定であることがわかる。
【００２８】磁束密度Ｂ8 の低下量を比較すると、本発
明において板厚の5%以下に相当する溝深さ10μm 以下の
溝を形成した電磁鋼板はＢ8 低下量が30ガウス以下で、
ほとんど低下しないことがわかった。これは磁束を阻害
する溝が非常に浅いためである。従って、本発明では、
表層に形成される溝深さに依存せず、安定して鉄損値が
低減され、且つ溝深さを板厚の5%以下にすることで磁束
密度の低下がほとんどない一方向性電磁鋼板が得られ
る。
明において板厚の5%以下に相当する溝深さ10μm 以下の
溝を形成した電磁鋼板はＢ8 低下量が30ガウス以下で、
ほとんど低下しないことがわかった。これは磁束を阻害
する溝が非常に浅いためである。従って、本発明では、
表層に形成される溝深さに依存せず、安定して鉄損値が
低減され、且つ溝深さを板厚の5%以下にすることで磁束
密度の低下がほとんどない一方向性電磁鋼板が得られ
る。
【００２９】次に溝、または熱影響層の形成位置を鋼板
の表裏両面で対にすることの効果を説明する。図２
（ａ）はレーザ法によって形成した鋼板表裏の溝位置の
ズレｇ、溝の圧延方向幅ＷL の説明図であり、また図２
（ｂ）および（ｃ）は、歪み取り焼鈍後の鋼板の表面粗
度、すなわち変形量ｈの測定結果である。この結果から
位置ズレｇを溝幅ＷL 以下とすることで鋼板のうねり変
形量ｈはほとんど発生しないことがわかった。これは溶
融・再凝固過程での母材の凝縮による変形が表裏で均衡
する結果、変形が抑制されるものである。この鋼板を積
層し、積み鉄芯を製作したところ、溝加工等を施してい
ない鋼板の場合と同じく、変形歪みに起因する鉄損、磁
束密度の劣化はなかった。
の表裏両面で対にすることの効果を説明する。図２
（ａ）はレーザ法によって形成した鋼板表裏の溝位置の
ズレｇ、溝の圧延方向幅ＷL の説明図であり、また図２
（ｂ）および（ｃ）は、歪み取り焼鈍後の鋼板の表面粗
度、すなわち変形量ｈの測定結果である。この結果から
位置ズレｇを溝幅ＷL 以下とすることで鋼板のうねり変
形量ｈはほとんど発生しないことがわかった。これは溶
融・再凝固過程での母材の凝縮による変形が表裏で均衡
する結果、変形が抑制されるものである。この鋼板を積
層し、積み鉄芯を製作したところ、溝加工等を施してい
ない鋼板の場合と同じく、変形歪みに起因する鉄損、磁
束密度の劣化はなかった。
【００３０】また、この発明では鋼板表裏の加工で表面
上の変形が矯正されることで、鋼板内部に局所的な応力
歪みが付与されている可能性がある。この歪みもまた磁
区細分化効果を発現させ得るものと考察される。なお、
この実施例ではパルスレーザによる点列溝を形成した場
合を説明したが、当然、連続溝でも同じ効果を持つ。
上の変形が矯正されることで、鋼板内部に局所的な応力
歪みが付与されている可能性がある。この歪みもまた磁
区細分化効果を発現させ得るものと考察される。なお、
この実施例ではパルスレーザによる点列溝を形成した場
合を説明したが、当然、連続溝でも同じ効果を持つ。
【００３１】次に本発明の製造方法の最適な形態を示
す。本発明の一方向性電磁鋼板の製造方法としては、
溝、溝と熱影響層、または熱影響層のみをそれぞれ形成
可能なレーザ、電子ビーム、イオンビーム、プラズマ等
を用いた高エネルギー加工技術が適する。中でもレーザ
は他のエネルギービームに比べ、ビーム照射位置の精
度、溝・熱影響層形成の制御性、または大気中で使用可
能であるという観点で本発明の一方向性電磁鋼板の製造
方法として最適である。
す。本発明の一方向性電磁鋼板の製造方法としては、
溝、溝と熱影響層、または熱影響層のみをそれぞれ形成
可能なレーザ、電子ビーム、イオンビーム、プラズマ等
を用いた高エネルギー加工技術が適する。中でもレーザ
は他のエネルギービームに比べ、ビーム照射位置の精
度、溝・熱影響層形成の制御性、または大気中で使用可
能であるという観点で本発明の一方向性電磁鋼板の製造
方法として最適である。
【００３２】製造方法としてはレーザ法が最適である
が、熱影響層のない溝のみでも両面に溝を形成する一方
向性電磁鋼板は本発明に含まれるため、熱を介さないエ
ッチング法、あるいは歯型機械加工法を用いてもよい。
また耐焼鈍性のある溝、あるいは熱影響層が最終製品の
表層に形成されるのであれば、通常の電磁鋼板の製造プ
ロセスのどの工程で、これらを形成してもよい。
が、熱影響層のない溝のみでも両面に溝を形成する一方
向性電磁鋼板は本発明に含まれるため、熱を介さないエ
ッチング法、あるいは歯型機械加工法を用いてもよい。
また耐焼鈍性のある溝、あるいは熱影響層が最終製品の
表層に形成されるのであれば、通常の電磁鋼板の製造プ
ロセスのどの工程で、これらを形成してもよい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
磁束密度と低鉄損が同時に得られ、且つその特性が極め
て安定している、積み・巻き両鉄芯に使用可能な一方向
性電磁鋼板が得られる。また形成すべき溝が浅く、厳密
な溝深さ制御が不要なため製造設備の負荷がすくない。
その製造方法としては高エネルギービーム、特にレーザ
を用いることで本発明に最適な溝、あるいは熱影響層を
簡単に、且つ精度良く形成できるという効果がある。
磁束密度と低鉄損が同時に得られ、且つその特性が極め
て安定している、積み・巻き両鉄芯に使用可能な一方向
性電磁鋼板が得られる。また形成すべき溝が浅く、厳密
な溝深さ制御が不要なため製造設備の負荷がすくない。
その製造方法としては高エネルギービーム、特にレーザ
を用いることで本発明に最適な溝、あるいは熱影響層を
簡単に、且つ精度良く形成できるという効果がある。
【図１】（ａ）は、一方向性電磁鋼板の断面形状を示し
たもので、鋼板Ａ〜Ｆは、本発明の一方向性電磁鋼板の
断面形状であり、鋼板Ｇは、片面から溝形成した従来の
耐焼鈍性のある一方向性電磁鋼板の断面形状であり、鋼
板Ｈは、レーザ照射による鋼板皮膜の蒸発反力のみで磁
区を細分化した、耐焼鈍性のない一方向性電磁鋼板の断
面形状である。（ｂ）は、（ａ）における溝・熱影響層
の拡大図である。
たもので、鋼板Ａ〜Ｆは、本発明の一方向性電磁鋼板の
断面形状であり、鋼板Ｇは、片面から溝形成した従来の
耐焼鈍性のある一方向性電磁鋼板の断面形状であり、鋼
板Ｈは、レーザ照射による鋼板皮膜の蒸発反力のみで磁
区を細分化した、耐焼鈍性のない一方向性電磁鋼板の断
面形状である。（ｂ）は、（ａ）における溝・熱影響層
の拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一方向性電磁鋼板の表裏溝
形成位置のズレの説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は
表面粗度の測定結果を示す図である。
形成位置のズレの説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は
表面粗度の測定結果を示す図である。
【図３】本発明の一方向性電磁鋼板とその製造方法の説
明図である。
明図である。
１…一方向性電磁鋼板 ２…溝 ３…熱影響層 ４…レーザビーム ５…レンズ Ｌ…圧延方向 Ｃ…板幅方向 PL…溝、または熱影響層のＬ方向間隔 Pc…点列溝のＣ方向間隔 dL…照射ビームのＬ方向径 dc…照射ビームのＣ方向径 ＷL …溝、あるいは熱影響層の圧延方向の幅 Ｗc …溝、あるいは熱影響層の板幅方向の幅 ｄ…溝の最大深さ ｇ…溝、あるいは熱影響層の表裏面の位置ズレ ｈ…鋼板のうねり量
フロントページの続き (72)発明者 杉山 公彦 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 茂木 尚 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 藤倉 昌浩 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E068 AD00 AH01 CE01 DA14 DB01 4K033 AA02 PA06 PA07 PA08 5E041 AA11 CA02 HB05 NN17
Claims (6)
- 【請求項１】 鋼板の表裏両面に、線状または点列状の
溝およびまたは熱影響層が形成されていることを特徴と
する一方向性電磁鋼板。 - 【請求項２】 溝およびまたは熱影響層の形成位置が鋼
板の表面と裏面とで対になっていることを特徴とする請
求項１記載の一方向性電磁鋼板。 - 【請求項３】 鋼板の表面と裏面とで対になっている溝
およびまたは熱影響層の形成位置のずれが溝、あるいは
熱影響層の圧延方向幅以下であることを特徴とする請求
項２記載の一方向性電磁鋼板。 - 【請求項４】 片面の溝深さが板厚の5%以下であること
を特徴とする請求項１，２，３のいずれかの項に記載の
一方向性電磁鋼板。 - 【請求項５】 高密度エネルギービームを照射して溝お
よびまたは熱影響層を形成することを特徴とする請求項
１，２，３，４のいずれかの項に記載の一方向性電磁鋼
板の製造方法。 - 【請求項６】 高密度エネルギービームとしてレーザを
用いることを特徴とする請求項５記載の一方向性電磁鋼
板の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28403498A JP4319715B2 (ja) | 1998-10-06 | 1998-10-06 | 磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板とその製造方法 |
| CN99122413A CN1090242C (zh) | 1998-10-06 | 1999-09-30 | 磁性能优良的取向性硅钢片及其生产方法 |
| CA002284466A CA2284466C (en) | 1998-10-06 | 1999-10-04 | Grain-oriented electrical steel sheet excellent in magnetic properties, and production method thereof |
| DE69923134T DE69923134T2 (de) | 1998-10-06 | 1999-10-05 | Kornorientiertes Elektrostahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung |
| KR10-1999-0042824A KR100372058B1 (ko) | 1998-10-06 | 1999-10-05 | 자기특성이 우수한 일방향성 전자강판 및 그 제조방법 |
| EP99119133A EP0992591B1 (en) | 1998-10-06 | 1999-10-05 | Grain-oriented electrical steel sheet and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28403498A JP4319715B2 (ja) | 1998-10-06 | 1998-10-06 | 磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板とその製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000109961A true JP2000109961A (ja) | 2000-04-18 |
| JP2000109961A5 JP2000109961A5 (ja) | 2005-06-02 |
| JP4319715B2 JP4319715B2 (ja) | 2009-08-26 |
Family
ID=17673453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28403498A Expired - Fee Related JP4319715B2 (ja) | 1998-10-06 | 1998-10-06 | 磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板とその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0992591B1 (ja) |
| JP (1) | JP4319715B2 (ja) |
| KR (1) | KR100372058B1 (ja) |
| CN (1) | CN1090242C (ja) |
| CA (1) | CA2284466C (ja) |
| DE (1) | DE69923134T2 (ja) |
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| WO2012033197A1 (ja) | 2010-09-09 | 2012-03-15 | 新日本製鐵株式会社 | 方向性電磁鋼板及びその製造方法 |
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| JP2019137883A (ja) * | 2018-02-08 | 2019-08-22 | 日本製鉄株式会社 | 方向性電磁鋼板、および方向性電磁鋼板の製造方法 |
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| US10804015B2 (en) | 2011-12-29 | 2020-10-13 | Posco | Electrical steel sheet and method for manufacturing the same |
| US11050329B2 (en) * | 2017-12-26 | 2021-06-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method for manufacturing a winding core |
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