JP2012036443A

JP2012036443A - 電子ビーム照射方法

Info

Publication number: JP2012036443A
Application number: JP2010177882A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; 山口　　広; Seiji Okabe; 誠司岡部; Takeshi Omura; 大村　　健
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: JP5533415B2

Abstract

【課題】ストリップ幅が変更した場合であっても、それに的確に対応して電子ビーム照射を行うことにより、板幅方向の鉄損値のバラツキを抑制することができる電子ビーム照射方法を提供する。
【解決手段】複数の電子銃により、走行する金属ストリップの幅方向に連続して電子ビーム走査を行うに際し、照射対象となるストリップの位置変更に応じて、各電子銃の位置を、ストリップの幅方向に平行な方向およびストリップ面に対する上下方向の双方について調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属ストリップ、特に方向性電磁鋼板に対して電子ビームを連続的に照射することにより、金属ストリップの特性を改善するのに好適な電子ビーム照射方法に関するものである。

方向性電磁鋼板は、主にトランスの鉄心として利用され、磁化特性に優れていること、特に鉄損が低いことが求められている。
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を(110)[001]方位（ゴス方位）に高度に揃えることや、製品中の不純物を低減することが重要である。

しかしながら、結晶方位の制御や不純物の低減は、製造コストとの兼ね合い等で限界があることから、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性を導入することにより、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
たとえば、特許文献１には、最終製品板にレーザーを照射し、鋼板表層に線状の高転位密度領域を導入することにより、磁区幅を狭くして鉄損を低減する技術が提案されている。

また、特許文献２には、電子ビームの照射により磁区幅を制御する技術が提案されている。この電子ビーム照射によって鉄損を低減する方法では、電子ビームの走査は磁場制御によって高速に行うことが可能である。したがって、レーザーの光学的走査機構に見られるような機械的な可動部がないことから、特に１ｍ以上の広幅の連続したストリップに対して、連続かつ高速で電子ビームを照射しようとする場合に有利である。

特公昭57-2252号公報特公平6-072266号公報特開平6-192749号公報特開平6-116654号公報

電子銃による電子ビーム照射を行う場合、電子ビームの走査速度や鋼板への入射角度に制限があるため、高速で走行する広幅のストリップに対しその全面に均一に電子ビームを照射するためには、特許文献３に開示されるように複数の電子銃が配置される。また、複数の電子銃を配置した場合でも、走査幅が大きい場合にはフォーカスを調整して、常に鋼板に対して適正なフォーカスとなるように調整するのが一般的である。

さらに、ストリップの蛇行に対して、一台ごとの走査範囲をシフトする技術が特許文献４に開示されている。しかしながら、ストリップの幅自身が大きく変更する場合には、走査範囲のシフトやフォーカスの調整だけでは、電磁鋼板の磁気特性の変動幅を抑えるには十分ではなかった。

なお、前掲した特許文献３には、電子銃を幅方向にシフトする技術が開示されているが、走査幅を変更するということは走査角を変更することになる。しかしながら、走査角を変更すると、最適なフォーカス調整の最適条件も変化するため、照射条件を完全に均一に維持することは難しかった。すなわち、電子銃を幅方向に移動させるだけでは、ストリップの幅変更に対して十分に対処することができなかった。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、ストリップ幅が変更した場合であっても、それに的確に対応して電子ビーム照射を行うことにより、板幅方向の鉄損値のバラツキを抑制することができる電子ビーム照射方法を提案することを目的とする。

ストリップに対するフォーカス調整を行う場合、電子銃真正面の光軸に対して左右の走査量が対称なほど、フォーカス調整の精度も向上する。また、走査角を一定にすれば、フォーカス調整の最適条件を変更する必要がないため、電磁鋼板の幅方向の磁気特性の均一性は向上する。

発明者らは、上記の考えに立脚して、ストリップに対する電子ビームの適正な照射方法について鋭意検討を重ねた。
その結果、電子銃の設置位置を左右かつ上下にシフトできる構造として調整し、さらには、設置された複数台の電子銃の全てを、その走査範囲において走査量が左右で均等かつ走査角が一定になるように移動させることで、幅方向のフォーカスの均一性が向上し、電磁鋼板の到達鉄損値のバラツキが最小となることを見出し、本発明を完成させるに到った。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．複数の電子銃により、走行する金属ストリップの幅方向に連続して電子ビーム走査を行う電子ビーム照射方法において、照射対象となるストリップの位置変更に応じて、各電子銃の位置を、ストリップの幅方向に平行な方向およびストリップ面に対する上下方向の双方について調整することを特徴とする電子ビーム照射方法。

２．複数の電子銃により、走行する金属ストリップの幅方向に連続して電子ビーム走査を行う電子ビーム照射方法において、照射対象となるストリップの位置変更に応じて、各電子銃の電子ビーム走査範囲における走査量が、電子銃を中心として左右均等で、かつ全電子銃の走査角が一定になるように、各電子銃の位置を、ストリップの幅方向に平行な方向およびストリップ面に対する上下方向の双方について調整することを特徴とする電子ビーム照射方法。

本発明に従い、ストリップの位置変更に応じて、各電子銃の位置を、ストリップの幅方向に平行な方向およびストリップ面に対する上下方向で適切に調整することにより、電子ビーム照射による磁区細分化により方向性電磁鋼板の鉄損値を低減させる場合に、板幅方向の鉄損値のバラツキを格段に抑制することができる。

金属ストリップに対する電子ビームの照射要領を示した図である。同じく金属ストリップに対する電子ビームの照射要領を示した図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、金属ストリップに対して連続的に電子ビームを照射するものである。ストリップを、大気圧から差圧室を通して真空槽に導入し、真空槽で電子ビームを照射した後、再度、差圧室を通して大気圧へと導出する工程を経る。電子ビームを照射する真空槽内の圧力は10Pa以下とすることが、電子ビームの散乱を防止する上で有効である。ここに、真空槽内の圧力の下限については特に制限されないが、真空ポンプや差圧室の能力から、通常は0.01Pa程度とされる。なお、差圧室を用いずに、コイルまでの全設備を真空状態にする方法も取り得るが、差圧方式の方が真空設備の規模を小さくできる利点がある。

さて、本発明では、金属ストリップに対して、複数の電子銃を用いて電子ビームを照射する。
図１(a)に、所定幅のストリップに対して、２基の電子銃を用いて電子ビームを照射している状態を示す。この場合は、各電子銃とも、電子ビームの走査量が電子銃を中心として左右均等で、しかも各電子銃の走査角は一定の条件で電子ビーム照射を行っている。
従って、この場合は、ストリップの幅方向のフォーカスも均一であり、幅方向の鉄損のバラツキも最小に止められている。

図１(b)は、図１(a)の場合によりもストリップ幅が狭くなった場合に、本発明に従い、各電子銃を幅方向および上下方向に移動させて、走査範囲が左右対称（すなわち、走査量が左右均等）でかつ走査角が一定となるように調整した場合である。
このように、ストリップの幅変更に応じて、電子ビームの走査量が左右均等でかつ走査角が一定となるように調整した場合には、図１(a)の場合と同様、ストリップの幅方向のフォーカスを均一として、幅方向の鉄損のバラツキも最小に止めることができる。

一方、図１(c)は、同様にストリップ幅が狭くなった場合であるが、この場合は、電子銃を固定したまま、電子ビームの走査範囲を左右非対称にすることで板幅変更に対処した場合である。
この場合も、フォーカス調整により板表面での電子ビームのフォーカスは調整されるはずであるが、実際には鋼板の振動が発生したり、板形状が悪い場合があるため、このような非対称走査でかつ走査角が変化する場合には、フォーカス条件がずれ易く、従って幅方向の鉄損値の変動が避けられない。
ここで、電子ビーム照射におけるフォーカスは図１(b)に示されるように、電子ビームから等距離となる円弧を鋼板面、すなわち直線となるように補正する操作である。したがって、走査角が同じであれば、円弧と直線との関係が一定（相似関係）であるので補正の精度は変化しないが、走査角が変わると前記のような円弧と直線との関係が変化し、補正に誤差が生じやすくなる。さらに、図１(c)のように走査が非対称となると補正のずれはより大きなものとなる。

本発明において、電磁鋼板の鉄損低減のためには、照射位置でのビーム径を0.05〜１mmに収束させた電子ビームを、鋼板の圧延方向と交差する方向（好ましくは、圧延方向と直行する方向）に走査して、線状に熱歪みを導入する。
ここに、「圧延方向と交差する方向」とは、圧延方向と直角する方向に対し±30°以内の角度範囲を意味する。
また、「線状」とは、実線だけでなく、点線や破線なども含むものとする。

また、電子ビームの出力は10〜2000W、走査速度は１〜100m/sとし、さらに単位長さ当たりの出力が１〜50J/mになるように調整して、線状に１〜20mm間隔で照射するのが好適である。

電子銃の移動機構については、電子銃の移動に際して真空を破らないようベローズを用いたり、ストロークが大きい場合にはＯリング等を用いるのが好ましい。
ここに、左右の移動量については複数台の電子銃で受け持つ走査範囲の中心位置に電子銃の本体がくるよう調整することが望ましい。そして、具体的な移動量としては50mm〜250mm程度とするのが好適である。また、上下の移動量についても走査角が一定となるように電子銃の上下位置を変更することが望ましい。ここに、具体的な移動量は10mm〜150mm程度とするのが好適である。

電子ビーム照射による方向性電磁鋼板の鉄損改善量の幅方向のバラツキを評価するため、図２に示すように、電子ビームの走査範囲が左右対称である条件とそうでない条件とで電子ビームの照射実験を行った。長さ：300mm、幅：30mmの試料を隙間なく10枚並べた300mm角四方の試料群を2.0Paの真空槽へ設置した条件を、変更前の初期条件（図２ａ）とした。この初期条件は表１のNo.０の条件に相当し、鉄損値のばらつきの標準偏差は10枚の値である。電子銃の加速電圧は40kV、電流密度は３mAで、偏光コイルから試料までの距離は330mmである。
次に、板幅を変更した場合を想定し、幅：30mmの試料を隙間なく６枚並べた条件で電子ビーム照射を行った。いずれの条件もダイナミックフォーカス制御により、電子ビームの走査に応じてフォーカスが自動制御され、鋼板表面の各点でフォーカスはあっているはずである。
ここに、No.１は電子銃を固定したままの場合（図２ｂ）、No.２は２つの電子銃を左右方向のみに移動して左右の走査量を均等にした場合（図２ｃ）、No.３は上下方向のみに移動して走査角度をほぼ一定に保つ条件で左右の走査角度は非対称となる場合（図２ｄ）、No.４は電子銃を上下左右に移動させ、走査角度を一定に保ちかつ左右均等に走査した場合（図２ｅ）である。このNo.４（図２ｅ）の場合が本発明に相当する。

以上の各条件に対して、幅方向に並べた６枚の試料の鉄損値のばらつきを標準偏差で評価した。
得られた結果を、初期条件と比較して、表１に示す。

同表から明らかなように、No.４の本発明の条件の場合のみ、変更前とほぼ同等の標準偏差、すなわち鉄損ばらつきの低減が達成されている。
これに対し、No.１〜No.３の場合はいずれも、鉄損値の標準偏差が大きくなっており、左右不均等な照射等の影響で磁区細分化効果にばらつきが生じていることが分かる。

Claims

複数の電子銃により、走行する金属ストリップの幅方向に連続して電子ビーム走査を行う電子ビーム照射方法において、照射対象となるストリップの位置変更に応じて、各電子銃の位置を、ストリップの幅方向に平行な方向およびストリップ面に対する上下方向の双方について調整することを特徴とする電子ビーム照射方法。
複数の電子銃により、走行する金属ストリップの幅方向に連続して電子ビーム走査を行う電子ビーム照射方法において、照射対象となるストリップの位置変更に応じて、各電子銃の電子ビーム走査範囲における走査量が、電子銃を中心として左右均等で、かつ全電子銃の走査角が一定になるように、各電子銃の位置を、ストリップの幅方向に平行な方向およびストリップ面に対する上下方向の双方について調整することを特徴とする電子ビーム照射方法。