JP4157442B2 - 低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法及び直接通電式連続電解エッチング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置に関し、特に、電源トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化し難い低鉄損一方向性珪素鋼板の製造に好適な、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯などの金属帯に、電気絶縁性のエッチングマスク（エッチングレジスト）を選択的に（エッチングパターンを付与して）形成し、電解エッチングにより連続して溝加工することにより、金属帯の材料特性を改善する従来技術の例としては、特許文献１や特許文献２等で開示されている、変圧器その他の電気機器の鉄心としての用途に好適な低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法の発明の例がある。
【０００３】
従来の金属帯の直接通電式連続電解エッチング装置の概略を、特許文献３で開示されている発明を例にして、以下に説明する。すなわち、当該装置は、図７に示すように、片面に電気絶縁性のエッチングレジストが施された金属帯１の電解エッチング装置であって、電解エッチング槽２と、陽極であるコンダクターロール１１と、当該コンダクターロール１１と金属帯１を介在して相接するように配設されたバックアップロール１７と、電解エッチング槽２の電解液３に浸漬された陰極５と、金属帯１を電解液３に浸漬するための浸漬用ロール１５とを有し、金属帯１のエッチングレジスト面が下向きに通板され、当該金属帯１のエッチングレジスト面側と相対向して陰極５が上向きに、かつ当該エッチングレジスト面と陰極間距離が所定間隔となるように配設され、コンダクターロール１１が金属帯１のエッチングレジストが施されていない面に、バックアップロール１７が金属帯１のエッチングレジスト面にそれぞれ当接されるように配設されている。コンダクターロール１１（陽極）と陰極５は整流電源７に接続され、金属帯１への直接通電により、電解エッチングが施される。また、コンダクターロール１１は、電解エッチング槽２の電解液３の外側に配設され、短絡電流の発生が防止されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−０４２３３２号公報
【特許文献２】
特公平０８−００６１４０号公報
【特許文献３】
特開平１０−２０４６９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のような、片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に電解エッチングにより連続して溝加工する方法、特に、珪素鋼板の片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクを形成し、電解エッチングにより連続して溝加工を施した、トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化しない低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法、については、様々な製造方法が提案されているが、全て、コンダクターロール（金属帯）側を陽極、電極側を陰極として、電圧印加している。
【０００６】
本発明者らは、このような従来の直接通電式電解エッチングによる、トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化しない低鉄損一方向性珪素鋼板の特性改善に取り組むうちに、エッチング溝の断面の幾何学形状のバラツキが磁性（鉄損）のバラツキを引き起こし、磁性の良好な製品を安定して製造することの障害になっていることを見出した。このときの予備実験について以下に示す。
【０００７】
図５は、従来法による片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に電解エッチングにより連続して溝加工する装置を長手方向垂直断面図で示す概略説明図である。主たる構成は、連続して通板される片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された金属帯１の残る片側の導電体である表面に接触したコンダクターロール１１、１２と、金属帯１と相対向して配設された電極５′の間に、電解液３を充填し、コンダクターロール１１、１２と電極５′の間に、コンダクターロール側を陽極、電極側を陰極として、直流電源装置７を配置している。直流電源装置７とコンダクターロール１１、１２の間には、開閉器９が設置されており、この開閉器９を閉にすることにより、コンダクターロール１１、１２と電極５′の間で、コンダクターロール側に正の電圧を印加する。また、開閉器９を開とすることにより、電圧印加を中断する。
また、金属帯１の搬送ロールとして、電解槽２の入出側には、リンガーロール（図示省略）が設置され、電解液３の槽外への流出を抑制しており、槽内には、シンクロール１５、１６が設置され、電極５′と金属帯１の距離を一定に保持している。
【０００８】
図６に、上記予備実験での、コンダクターロール１１、１２と電極５′の間のコンダクターロールへの電圧印加例を示す。なお、金属帯１と電極５′との間に一定の電解電流が流れるように調整されている。電極５′は、いわゆるカソードであり、ＳＵＳ３１６からなる電極が採用されている。このような状態においては、電流は、コンダクターロール１１、１２から金属帯１へ流れ、更に、電解液３を通して、電極５′へと流れる。
本発明者らは、図５に示した装置のコンダクターロールと電極の間に、図６に示した電圧印加を行い、エッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された金属帯の電解エッチングによる溝加工を行い、その溝の形状（幾何学形状、溝の幅、溝の深さ）を観察した。
金属帯１は、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）被膜を表面に有しない、仕上焼鈍され、その片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された方向性珪素鋼板である。また、電解液３はＮａＣｌの水溶液である。
【０００９】
図４に、理想的な電解エッチングによる溝形状（イ）と、本実験の電解エッチングで形成された溝形状の観察結果例（ロ）〜（ニ）を示す。観察された電解エッチングの溝形状は、（ロ）傾斜型、（ハ）幅拡がり型、（ニ）局部エッチング型と分類できるように、幾何学形状が非常に不安定であり、溝の幅、溝の深さも大きく変動しやすいことが判明した。
そこで、本発明者らは、金属帯の鋼種を変更し、あるいは、電解条件（ＮａＣｌ濃度、電解液温度、溝部の実効電流密度）を変更して、諸々の条件における溝の形状を調査したが、溝の形状を安定させ、溝の深さ、溝の幅のばらつきを大幅に減少させることはできなかった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を有利に解決して、電解エッチングにより形成される溝の形状を安定させ、溝の幅、溝の深さをより均一とし、特に、電源トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化し難い耐歪取り焼鈍低鉄損一方向性珪素鋼板の製造においては、磁性（鉄損）のバラツキを小さくして、磁性の良好な製品を安定して製造することのできる、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、さらに、鋭意検討を重ねるうちに、電解エッチングで形成される溝のなかの物質移動、とりわけ、電解液の淀み（溶解沈殿物）に着目し、効果的に淀みを減少させ、物質移動を円滑に行わしめることにより、エッチングで形成される溝の形状を安定させ、溝の幅、溝の深さをより均一にできるのではないかという発想を得て、確認実験を行った。その結果、電解液の淀み（溶解沈殿物）を減少させる手段として、電解エッチング中に、形成される溝の表面に極短期間の間Ｈ2ガスを周期的に発生させることが極めて有効であることを見出し、本発明をなしたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１） 低鉄損一方向性珪素鋼板の片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法であって、前記金属帯のエッチング面と相対向して配設された電極の間に、電解液を充填し、コンダクターロールを金属帯のエッチングマスクが形成されていないもう一方の表面に接触させ、（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロールロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧印加と、（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロールロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧印加とを交互に繰り返し、矩形状の溝を形成することを特徴とする、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（２） 前記（Ｉ）の電圧印加から前記（II）の電圧印加への移行の際に時間αｍｓｅｃ（α＞０）間、および／または、前記（II）の電圧印加から前記（Ｉ）の電圧印加への移行の際に時間βｍｓｅｃ（β＞０）間、前記コンダクターロールと前記電極の間に電圧を印加しない時間の区間を挿むことを特徴とする、上記（１）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（３） 前記低鉄損一方向性珪素鋼板を、フォルステライトを有しない仕上焼鈍された方向性珪素鋼板とすることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（４） 前記金属帯を、冷間圧延された方向性珪素鋼板とすることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（５） 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量［Ａ／ｄｍ ２ ］を、前記（II）の電圧印加のときの通電量［Ｃ／ｄｍ ２ ］以下とすることを特徴とする、上記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（６） 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量を、１０Ａ／ｄｍ２以上とすることを特徴とする、上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（７） 片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置であって、（ａ）電解エッチング槽と、（ｂ）コンダクターロールと、（ｃ）前記電解エッチング槽の電解液に浸漬され、前記金属帯のエッチング面と相対向する電極と、（ｄ）前記金属帯を前記電解エッチング槽の電解液に浸漬するためのシンクロールと、（ｅ）前記コンダクターロールと前記電極の間で、（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間、前記コンダクターロールロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧制御と、（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃ（Ｎ＞Ｍ）の間、前記コンダクターロールロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧制御と、（III）所定の時間、電圧を印加しない電圧制御とを任意に組み合わせた電圧制御を行う電源装置とを有することを特徴とする、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置。
（８） 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量［Ａ／ｄｍ ２ ］を、前記（II）の電圧印加のときの通電量［Ｃ／ｄｍ ２ ］以下に制御する機能を有することを特徴とする、上記（７）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る、片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に電解エッチングにより連続して溝加工する装置の長手方向垂直断面図による概略説明図を示す。
主たる構成は、片面に前記エッチングマスクが形成された金属帯１の残る片側の導電体の表面に接触したコンダクターロール１１、１２と、金属帯１と電解槽２の電解液３を介して相対向して配設された電極５と、コンダクターロール１１、１２と電極５の間に直流電源装置７、８とを配置している。直流電源装置７、８とコンダクターロール１１、１２の間には、それぞれ、開閉器９、１０が設置されており、また、直流電源装置７、８と電極５の間には、それぞれ、開閉器９′、１０′が設置されている。開閉器９、９′を閉にし、開閉器１０、１０′を開にすることにより、コンダクターロール１１、１２と電極５の間でコンダクターロール１１、１２に正の電圧を印加し、また、開閉器９、９′を開にし、開閉器１０、１０′を閉とすることにより、コンダクターロール１１、１２と電極５の間でコンダクターロール１１、１２に負の電圧を印加する。なお、開閉器９、９′１０、１０′をすべて、開とすることにより、電圧印加を中断する。
また、金属帯１の搬送ロールとして、電解槽２の入出側には、リンガーロール（図示省略）が設置され、電解液３の槽外への流出を抑制しており、槽内には、シンクロール１５、１６が設置され、電極５と金属帯１の距離を一定に保持している。
【００１４】
図２に、本発明によるコンダクターロール１１、１２と電極５の間でのコンダクターロール１１、１２への電圧印加例を示す。
通常、コンダクターロール１１、１２と電極５との間、すなわち、金属帯１に、正の電圧印加、負の電圧印加のそれぞれにおいて、所定の電解電流が流れるよう調整されている。例えば、コンダクターロール１１、１２への電圧印加が正の電圧印加（陽極となる）の場合は、所定の電解電流が、コンダクターロール１１、１２より、金属帯１の導電性を維持した表面を経て金属帯１に流れ、さらに、電極５に相対する金属帯１のエッチングパターン部（陽極となる）、電解液３を経て電極５（陰極となる）へと流れる。この電解電流により、電極５に相対する側の金属帯１のエッチングパターン部では、陽極反応
Ｍｅ→Ｍｅ+＋ｅ-（金属帯が鋼帯の場合、Ｆｅ→Ｆｅ2+＋２ｅ-）
により電解エッチングが進行することになる。逆に、コンダクターロール１１、１２への電圧印加が負の電圧印加（陰極となる）の場合は、上記の場合と逆向きに所定の電流が流れることになるが、上記の電極５（陽極となる）に相対する側の金属帯１のエッチングパターン部（陰極となる）では、陰極反応（電子受容反応）
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2↑
により発生したＨ2ガスにより、電解エッチング中に発生したエッチングパターン部近傍の電解液の淀み（溶解沈殿物）を減少させることができる。
なお、本発明では、電極５は、陽極になる場合と陰極になる場合があることから、陽極の場合に電極自身が電解エッチングされることのないように例えばＰｔ系等の不溶性材料から製作するのがよい。
【００１５】
本発明では、コンダクターロール１１、１２と電極５の間で、（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧印加と、（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧印加とを交互に繰り返すことが必要である。
上記（Ｉ）のコンダクターロールを陰極、電極を陽極とする場合、Ｍを電圧印加時間（ｍｓｅｃ）とするとき、３ｍｓｅｃ未満の時間の電圧印加では、エッチングで形成された溝部の表面でのＨ２ガスの発生が溝の中の電解液（沈殿物）の淀みを除去するのに充分でなく、一方、Ｍが１０ｍｓｅｃ超の時間の電圧印加では、電解エッチングの電流効率の低下を招くからである。
また、上記（II）のコンダクターロールを陽極、電極を陰極とする場合、Ｎを電圧印加時間（ｍｓｅｃ）とするとき、４Ｍｍｓｅｃ未満の電圧印加では、電解エッチングの電流効率の低下を招き、一方、２０Ｍｍｓｅｃ超の電圧印加では、電解エッチングで形成された溝の中の淀み（沈殿物）が大きくなりすぎ、溝のなかの電解液（沈殿物）の淀みを除去するのが困難になるからである。
【００１６】
図８の装置は、図１の装置の（Ｉ）の電圧印加を行う直流電源装置８と開閉器１０′の間に、抵抗１８を設置したものである。この抵抗１８を増加・減少させることにより、（Ｉ）の電圧印加のときの、電極５（陽極となる）より、電解液３、さらには、電極５に相対する金属帯１のエッチングパターン部（陰極となる）を経て金属帯１に流れ、さらに、金属帯１の導電性を維持した表面を経て、コンダクターロール１１、１２（陰極となる）へと流れる電流を減少・増大させることができる。
【００１７】
なお、金属帯を高速で電解エッチング処理する手段としては、電解槽を複数設置することも有効である。
また、前記（Ｉ）の電圧印加から前記（II）の電圧印加への移行の際に時間αmsec（α＞０）間、および／または、前記（II）の電圧印加から前記（Ｉ）の電圧印加への移行の際に時間βmsec（β＞０）間、前記コンダクターロールと前記電極の間に電圧を印加しない時間の区間を挿むことも電解エッチングを安定して行うためには有効である。実際の電解エッチング設備では、電解電源装置とコンダクターロールとの間、電解電源装置と電極との間、あるいは、電極と金属帯との間にそれぞれ電気的ないわゆるＬＣ回路が形成され、印加電圧の陽極、陰極の切替のときに生じる時間遅れが問題となる場合があるからである。このＬＣ回路による時間遅れの問題は、設備規模が大きくなるほど顕在化することになる。このような問題を解決するための本発明によるコンダクターロール１１、１２と電極５との間でのコンダクターロール１１、１２への電圧印加の例を、図３に示す。
ただし、αまたはβが１０msec超となる長い電圧印加しない時間を採用すると、電解エッチング速度の低下、あるいは、電解エッチング設備（電解槽）の長大化を招くので好ましくなく、また、αまたはβが１msec未満では、上記のＬＣ回路による時間遅れの問題の有効な解決手段とはなりえないため、αまたはβは１〜１０msecの範囲にするのが望ましい。
【００１８】
本発明者らは、図１に示した設備のコンダクターロールと電極の間に、図３に示した電圧印加を行い、エッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された金属帯の電解エッチングによる溝加工を行い、その溝の形状（幾何学形状、溝の幅、溝の深さ）を観察した。その結果、本発明による電解エッチングで形成された溝の形状は非常に安定化し、全て、図４の（イ）のような凹型の形状となり、溝の幅、溝の深さはより均一となり、バラツキは大幅に改善されていることを確認した。
なお、実験に用いた金属帯１は、フォルステライトを表面に有しない仕上焼鈍された方向性珪素鋼板であり、その片側の表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成されている。また、電解液３は、ＮａＣｌの水溶液を用いた。
【００１９】
また、前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量（電流密度）を、前記（II）の電圧印加のときの通電量以下とすることも、電解エッチングを効率的に行うことに有効である。前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量が前記（II）の電圧印加のときの通電量を超えると、電解エッチング速度の低下、あるいは、電解エッチング設備（電解槽）の長大化を招くので好ましくないからである。
一方、前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量を、１０Ａ／ｄｍ２以上とすることも、電解エッチングを安定して行うことに有効である。１０Ａ／ｄｍ２未満では、発生Ｈ２ガスの噴出力が小さく、電解エッチングで形成された溝の中の淀みを除去する効率が悪くなり好ましくないからである。
【００２０】
図９は、上記のように単位時間あたりの通電量を制御する際の、コンダクターロールと電極の間のコンダクターロールへの電圧印加例を示すものである。ここでは、電解エッチングの電気回路の電気抵抗が変化しない場合は、単位時間あたりの通電量の制御は電圧制御で代替できることを前提としている。図８の装置は、可変抵抗１８を調整して電圧制御することにより単位時間あたりの通電量を制御している例である。
【００２１】
本発明に使用する電解電源装置は、上記に記述の直流電源装置と開閉器による切り替えシステムに限定されるものではなく、上記に記述の電圧印加サイクルをとれるものであれば、方式を問わない。いわゆる、６相半波整流波形の、トランジスター方式でも、インバータ方式でも有効である。また、抵抗も必ずしも単独に設置する必要はなく、上記に記述の（Ｉ）の電圧印加のときの通電量を制御できるものであれば、方式は問わず、勿論、直流電源方式と組み合わせたものでかまわない。
【００２２】
本発明は、片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に連続して、電解エッチングにより安定して溝加工する場合のすべてに対して有効である。特に、表面にエッチングマスクが形成された仕上焼鈍された珪素鋼板に電解エッチングを施した、歪取り焼鈍による鉄損劣化がない耐歪取り焼鈍低鉄損一方向性珪素鋼板については、特にその効果は大きい。これは、電解エッチングで形成される溝形状のバラツキが磁性のバラツキとなって特に顕著に問題が顕在化するからである。
もちろん、冷延板の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された方向性珪素鋼板でもその効果は有効である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１）
電解エッチング前の金属帯は、下記条件下で、最終板厚まで冷間圧延し、脱炭焼鈍後、ＭｇＯからなる焼鈍分離材を両側の表面に塗布・乾燥し、更に、仕上焼鈍し、仕上焼鈍中に両表面に生成したフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）被膜を除去した後、両表面に張力付与型皮膜（燐酸系の絶縁皮膜）を塗布した後、焼き付けた方向性珪素鋼板であり、その片側の表面には、さらに、レーザ光線により張力付与型皮膜を選択的に除去して地鉄を露出させたエッチングパターンが形成されている方向性珪素鋼板である。なお、この張力付与型皮膜は、電気絶縁性皮膜であるため、エッチングマスクとして利用することとした。
上記のような前処理が施された方向性珪素鋼板に、図１または図５に示す直接通電式連続電解エッチング装置を用いて、電解エッチング処理を施した。
［方向性珪素鋼板］板厚０．２２ｍｍ、板幅１０００ｍｍ
［エッチングマスク］板長手方向に直角な方向（板幅方向）に、５ｍｍピッチ、幅０．２０ｍｍのエッチングパターンを有する。
［電解液］組成５００ｇ−ＮａＣｌ／ｌ、液温５０℃
［目標溝深さ］０．０２ｍｍ
［電解電流］２００Ｃ／ｄｍ２ （Ａ・ｓ／ｄｍ ２ ）
電解エッチング後、鋼板板幅方向におけるエッチングで形成された溝の形状パターン、溝の深さのばらつきを評価した。
【００２４】
表１に、図１または図５に示す装置に、図２、図３、図６いずれかの電圧印加をしたときの試験条件と結果を示す。
Ｎｏ．１〜５に示される本発明では、溝の形状は、全て凹型（イ）であり安定しており、その結果、溝の深さのバラツキ（％）（（溝の深さの標準偏差）／（溝の深さの平均値）×１００）は、極めて小さいことが分かる。なお、本発明例のＮｏ．５では、ＬＣ回路による時間遅れの問題を回避するための特別な回路構成を採用したが、この回路構成は公知技術に基づくものであるため詳細な説明は省略する。
【００２５】
一方、負の電圧印加時間が短い比較例のＮｏ．１１、および、正の電圧印加時間／負の電圧印加時間の比率が２０を超える比較例のＮｏ．１２、１３では、溝の形状は、一部凹型（イ）が認められるものの、依然として、溝の形状が、傾斜型（ロ）、幅拡がり型（ハ）、局部エッチング型（ニ）が混在しており、その結果、溝の深さのバラツキは大きく、満足できる品質ではなかった。
また、従来の電圧印加法による比較例のＮｏ．１４は、溝の形状は、凹型（イ）は認められず、傾斜型（ロ）、幅拡がり型（ハ）、局部エッチング型（ニ）が混在しており、その結果、溝の深さのばらつきは更に大きいものであった。
【００２６】
【表１】
【００２７】
（実施例２）
電解エッチング前の金属帯は、実施例１と同じである。
上記のような前処理が施された方向性珪素鋼板に、図８に示す直接通電式連続電解エッチング装置を用いて、電解エッチング処理を施した。
［方向性珪素鋼板］板厚０．２２ｍｍ、板幅１０００ｍｍ
［エッチングマスク］板長手方向に直角な方向（板幅方向）に、５ｍｍピッチ、幅０．２０ｍｍのエッチングパターンを有する。
［電解液］組成５００ｇ−ＮａＣｌ／ｌ、液温５０℃
［目標溝深さ］０．０２ｍｍ
［電解電流］（Ｉ）の電圧印加期間０．４〜２５０Ａ／ｄｍ２（エッチング部位）
（II）の電圧印加期間２００Ｃ／ｄｍ２ （Ａ・ｓ／ｄｍ ２ ）
電解エッチング後、鋼板板幅方向におけるエッチングで形成された溝の形状パターン、溝の深さのばらつきを評価した。
【００２８】
表２に、図８に示す装置に、図３、図９のいずれかの電圧印加をしたときの試験条件と結果を示す。
本発明例のＮｏ．６は、前記（Ｉ）の電圧印加の時の時間単位あたりの通電量を、前記（II）の電圧印加の時の時間あたりの通電量と同じとしたものである。本発明例のＮｏ．７、８、比較例のＮｏ．１５、１６は、本発明例のＮｏ．６から、順次、前記（Ｉ）の電圧印加の時の時間単位あたりの通電量を、減少させて試験を行ったものである。ちなみに、本発明例のＮｏ．６の電圧印加は、図３の電圧印加に相当する。
Ｎｏ．６〜8に示される本発明例では、溝の形状は、全て凹型（イ）であり安定しており、その結果、溝の深さのバラツキ（％）（（溝の深さの標準偏差）／（溝の深さの平均値）×１００）は、極めて小さいことが分かる。
一方、電圧印加（Ｉ）の単位時間あたりの通電量が低い比較例のＮｏ．１５、１６では、溝の形状は、一部凹型（イ）が認められるものの、依然として、溝の形状が、傾斜型（ロ）、幅拡がり型（ハ）、局部エッチング型（ニ）のものが混在しており、その結果、溝の深さのバラツキは大きく、満足できる品質ではなかった。
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の直接通電式電解エッチングでは達成することのできなかった電解エッチングによる溝形状のバラツキの問題を有利に解決して、電解エッチングにより形成される溝の形状を安定させ、溝の幅、溝の深さをより均一とし、特に、電源トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化し難い低鉄損一方向性電磁鋼板の製造に好適な、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置を提供することができるため、その効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る、表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成された金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する設備の長手方向垂直断面図による概略説明図である。
【図２】 本発明に係る、コンダクターロールと電極との間でのコンダクターロールへの電圧印加例を示す図である。
【図３】 本発明に係る、コンダクターロールと電極との間でのコンダクターロールへの電圧印加の別の例を示す図である。
【図４】 電解エッチングで形成される溝の断面形状のパターンを分類して示す図である。
【図５】 従来技術による、表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成された金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する設備の長手方向垂直断面図による概略説明図である。
【図６】 従来技術に係る図５の装置による予備実験において用いたコンダクターロールと電極の間のコンダクターロールへの電圧印加例を示す図である。
【図７】 従来の金属帯の直接通電式連続電解エッチング装置の概略を、長手方向垂直断面図で説明する図である。
【図８】 本発明に係る、別の、表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成された金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する設備の長手方向垂直断面図による概略説明図である。
【図９】 本発明に係る、コンダクターロールと電極との間でのコンダクターロールへの電圧印加の更に別の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 金属帯
２ 電解（エッチング）槽
３ 電解液
５、５′ 電極
７、８ 直流電源（整流電源）装置
９、９′、１０、１０′ 開閉器
１１、１２ コンダクターロール
１３、１４ リンガーロール
１５、１６ シンクロール（浸漬用ロール）
１７ バックアップロール
１８ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置に関し、特に、電源トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化し難い低鉄損一方向性珪素鋼板の製造に好適な、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼帯などの金属帯に、電気絶縁性のエッチングマスク（エッチングレジスト）を選択的に（エッチングパターンを付与して）形成し、電解エッチングにより連続して溝加工することにより、金属帯の材料特性を改善する従来技術の例としては、特許文献１や特許文献２等で開示されている、変圧器その他の電気機器の鉄心としての用途に好適な低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法の発明の例がある。
【０００３】
従来の金属帯の直接通電式連続電解エッチング装置の概略を、特許文献３で開示されている発明を例にして、以下に説明する。すなわち、当該装置は、図７に示すように、片面に電気絶縁性のエッチングレジストが施された金属帯１の電解エッチング装置であって、電解エッチング槽２と、陽極であるコンダクターロール１１と、当該コンダクターロール１１と金属帯１を介在して相接するように配設されたバックアップロール１７と、電解エッチング槽２の電解液３に浸漬された陰極５と、金属帯１を電解液３に浸漬するための浸漬用ロール１５とを有し、金属帯１のエッチングレジスト面が下向きに通板され、当該金属帯１のエッチングレジスト面側と相対向して陰極５が上向きに、かつ当該エッチングレジスト面と陰極間距離が所定間隔となるように配設され、コンダクターロール１１が金属帯１のエッチングレジストが施されていない面に、バックアップロール１７が金属帯１のエッチングレジスト面にそれぞれ当接されるように配設されている。コンダクターロール１１（陽極）と陰極５は整流電源７に接続され、金属帯１への直接通電により、電解エッチングが施される。また、コンダクターロール１１は、電解エッチング槽２の電解液３の外側に配設され、短絡電流の発生が防止されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−０４２３３２号公報
【特許文献２】
特公平０８−００６１４０号公報
【特許文献３】
特開平１０−２０４６９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のような、片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に電解エッチングにより連続して溝加工する方法、特に、珪素鋼板の片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクを形成し、電解エッチングにより連続して溝加工を施した、トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化しない低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法、については、様々な製造方法が提案されているが、全て、コンダクターロール（金属帯）側を陽極、電極側を陰極として、電圧印加している。
【０００６】
本発明者らは、このような従来の直接通電式電解エッチングによる、トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化しない低鉄損一方向性珪素鋼板の特性改善に取り組むうちに、エッチング溝の断面の幾何学形状のバラツキが磁性（鉄損）のバラツキを引き起こし、磁性の良好な製品を安定して製造することの障害になっていることを見出した。このときの予備実験について以下に示す。
【０００７】
図５は、従来法による片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に電解エッチングにより連続して溝加工する装置を長手方向垂直断面図で示す概略説明図である。主たる構成は、連続して通板される片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された金属帯１の残る片側の導電体である表面に接触したコンダクターロール１１、１２と、金属帯１と相対向して配設された電極５′の間に、電解液３を充填し、コンダクターロール１１、１２と電極５′の間に、コンダクターロール側を陽極、電極側を陰極として、直流電源装置７を配置している。直流電源装置７とコンダクターロール１１、１２の間には、開閉器９が設置されており、この開閉器９を閉にすることにより、コンダクターロール１１、１２と電極５′の間で、コンダクターロール側に正の電圧を印加する。また、開閉器９を開とすることにより、電圧印加を中断する。
また、金属帯１の搬送ロールとして、電解槽２の入出側には、リンガーロール（図示省略）が設置され、電解液３の槽外への流出を抑制しており、槽内には、シンクロール１５、１６が設置され、電極５′と金属帯１の距離を一定に保持している。
【０００８】
図６に、上記予備実験での、コンダクターロール１１、１２と電極５′の間のコンダクターロールへの電圧印加例を示す。なお、金属帯１と電極５′との間に一定の電解電流が流れるように調整されている。電極５′は、いわゆるカソードであり、ＳＵＳ３１６からなる電極が採用されている。このような状態においては、電流は、コンダクターロール１１、１２から金属帯１へ流れ、更に、電解液３を通して、電極５′へと流れる。
本発明者らは、図５に示した装置のコンダクターロールと電極の間に、図６に示した電圧印加を行い、エッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された金属帯の電解エッチングによる溝加工を行い、その溝の形状（幾何学形状、溝の幅、溝の深さ）を観察した。
金属帯１は、フォルステライト（Ｍｇ2ＳｉＯ4）被膜を表面に有しない、仕上焼鈍され、その片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された方向性珪素鋼板である。また、電解液３はＮａＣｌの水溶液である。
【０００９】
図４に、理想的な電解エッチングによる溝形状（イ）と、本実験の電解エッチングで形成された溝形状の観察結果例（ロ）〜（ニ）を示す。観察された電解エッチングの溝形状は、（ロ）傾斜型、（ハ）幅拡がり型、（ニ）局部エッチング型と分類できるように、幾何学形状が非常に不安定であり、溝の幅、溝の深さも大きく変動しやすいことが判明した。
そこで、本発明者らは、金属帯の鋼種を変更し、あるいは、電解条件（ＮａＣｌ濃度、電解液温度、溝部の実効電流密度）を変更して、諸々の条件における溝の形状を調査したが、溝の形状を安定させ、溝の深さ、溝の幅のばらつきを大幅に減少させることはできなかった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を有利に解決して、電解エッチングにより形成される溝の形状を安定させ、溝の幅、溝の深さをより均一とし、特に、電源トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化し難い耐歪取り焼鈍低鉄損一方向性珪素鋼板の製造においては、磁性（鉄損）のバラツキを小さくして、磁性の良好な製品を安定して製造することのできる、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、さらに、鋭意検討を重ねるうちに、電解エッチングで形成される溝のなかの物質移動、とりわけ、電解液の淀み（溶解沈殿物）に着目し、効果的に淀みを減少させ、物質移動を円滑に行わしめることにより、エッチングで形成される溝の形状を安定させ、溝の幅、溝の深さをより均一にできるのではないかという発想を得て、確認実験を行った。その結果、電解液の淀み（溶解沈殿物）を減少させる手段として、電解エッチング中に、形成される溝の表面に極短期間の間Ｈ2ガスを周期的に発生させることが極めて有効であることを見出し、本発明をなしたものである。
【００１２】
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１） 低鉄損一方向性珪素鋼板の片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法であって、前記金属帯のエッチング面と相対向して配設された電極の間に、電解液を充填し、コンダクターロールを金属帯のエッチングマスクが形成されていないもう一方の表面に接触させ、（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロールロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧印加と、（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロールロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧印加とを交互に繰り返し、矩形状の溝を形成することを特徴とする、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（２） 前記（Ｉ）の電圧印加から前記（II）の電圧印加への移行の際に時間αｍｓｅｃ（α＞０）間、および／または、前記（II）の電圧印加から前記（Ｉ）の電圧印加への移行の際に時間βｍｓｅｃ（β＞０）間、前記コンダクターロールと前記電極の間に電圧を印加しない時間の区間を挿むことを特徴とする、上記（１）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（３） 前記低鉄損一方向性珪素鋼板を、フォルステライトを有しない仕上焼鈍された方向性珪素鋼板とすることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（４） 前記金属帯を、冷間圧延された方向性珪素鋼板とすることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（５） 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量［Ａ／ｄｍ ２ ］を、前記（II）の電圧印加のときの通電量［Ｃ／ｄｍ ２ ］以下とすることを特徴とする、上記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（６） 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量を、１０Ａ／ｄｍ２以上とすることを特徴とする、上記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
（７） 片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置であって、（ａ）電解エッチング槽と、（ｂ）コンダクターロールと、（ｃ）前記電解エッチング槽の電解液に浸漬され、前記金属帯のエッチング面と相対向する電極と、（ｄ）前記金属帯を前記電解エッチング槽の電解液に浸漬するためのシンクロールと、（ｅ）前記コンダクターロールと前記電極の間で、（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間、前記コンダクターロールロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧制御と、（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃ（Ｎ＞Ｍ）の間、前記コンダクターロールロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧制御と、（III）所定の時間、電圧を印加しない電圧制御とを任意に組み合わせた電圧制御を行う電源装置とを有することを特徴とする、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置。
（８） 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量［Ａ／ｄｍ ２ ］を、前記（II）の電圧印加のときの通電量［Ｃ／ｄｍ ２ ］以下に制御する機能を有することを特徴とする、上記（７）に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る、片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に電解エッチングにより連続して溝加工する装置の長手方向垂直断面図による概略説明図を示す。
主たる構成は、片面に前記エッチングマスクが形成された金属帯１の残る片側の導電体の表面に接触したコンダクターロール１１、１２と、金属帯１と電解槽２の電解液３を介して相対向して配設された電極５と、コンダクターロール１１、１２と電極５の間に直流電源装置７、８とを配置している。直流電源装置７、８とコンダクターロール１１、１２の間には、それぞれ、開閉器９、１０が設置されており、また、直流電源装置７、８と電極５の間には、それぞれ、開閉器９′、１０′が設置されている。開閉器９、９′を閉にし、開閉器１０、１０′を開にすることにより、コンダクターロール１１、１２と電極５の間でコンダクターロール１１、１２に正の電圧を印加し、また、開閉器９、９′を開にし、開閉器１０、１０′を閉とすることにより、コンダクターロール１１、１２と電極５の間でコンダクターロール１１、１２に負の電圧を印加する。なお、開閉器９、９′１０、１０′をすべて、開とすることにより、電圧印加を中断する。
また、金属帯１の搬送ロールとして、電解槽２の入出側には、リンガーロール（図示省略）が設置され、電解液３の槽外への流出を抑制しており、槽内には、シンクロール１５、１６が設置され、電極５と金属帯１の距離を一定に保持している。
【００１４】
図２に、本発明によるコンダクターロール１１、１２と電極５の間でのコンダクターロール１１、１２への電圧印加例を示す。
通常、コンダクターロール１１、１２と電極５との間、すなわち、金属帯１に、正の電圧印加、負の電圧印加のそれぞれにおいて、所定の電解電流が流れるよう調整されている。例えば、コンダクターロール１１、１２への電圧印加が正の電圧印加（陽極となる）の場合は、所定の電解電流が、コンダクターロール１１、１２より、金属帯１の導電性を維持した表面を経て金属帯１に流れ、さらに、電極５に相対する金属帯１のエッチングパターン部（陽極となる）、電解液３を経て電極５（陰極となる）へと流れる。この電解電流により、電極５に相対する側の金属帯１のエッチングパターン部では、陽極反応
Ｍｅ→Ｍｅ+＋ｅ-（金属帯が鋼帯の場合、Ｆｅ→Ｆｅ2+＋２ｅ-）
により電解エッチングが進行することになる。逆に、コンダクターロール１１、１２への電圧印加が負の電圧印加（陰極となる）の場合は、上記の場合と逆向きに所定の電流が流れることになるが、上記の電極５（陽極となる）に相対する側の金属帯１のエッチングパターン部（陰極となる）では、陰極反応（電子受容反応）
２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2↑
により発生したＨ2ガスにより、電解エッチング中に発生したエッチングパターン部近傍の電解液の淀み（溶解沈殿物）を減少させることができる。
なお、本発明では、電極５は、陽極になる場合と陰極になる場合があることから、陽極の場合に電極自身が電解エッチングされることのないように例えばＰｔ系等の不溶性材料から製作するのがよい。
【００１５】
本発明では、コンダクターロール１１、１２と電極５の間で、（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧印加と、（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧印加とを交互に繰り返すことが必要である。
上記（Ｉ）のコンダクターロールを陰極、電極を陽極とする場合、Ｍを電圧印加時間（ｍｓｅｃ）とするとき、３ｍｓｅｃ未満の時間の電圧印加では、エッチングで形成された溝部の表面でのＨ２ガスの発生が溝の中の電解液（沈殿物）の淀みを除去するのに充分でなく、一方、Ｍが１０ｍｓｅｃ超の時間の電圧印加では、電解エッチングの電流効率の低下を招くからである。
また、上記（II）のコンダクターロールを陽極、電極を陰極とする場合、Ｎを電圧印加時間（ｍｓｅｃ）とするとき、４Ｍｍｓｅｃ未満の電圧印加では、電解エッチングの電流効率の低下を招き、一方、２０Ｍｍｓｅｃ超の電圧印加では、電解エッチングで形成された溝の中の淀み（沈殿物）が大きくなりすぎ、溝のなかの電解液（沈殿物）の淀みを除去するのが困難になるからである。
【００１６】
図８の装置は、図１の装置の（Ｉ）の電圧印加を行う直流電源装置８と開閉器１０′の間に、抵抗１８を設置したものである。この抵抗１８を増加・減少させることにより、（Ｉ）の電圧印加のときの、電極５（陽極となる）より、電解液３、さらには、電極５に相対する金属帯１のエッチングパターン部（陰極となる）を経て金属帯１に流れ、さらに、金属帯１の導電性を維持した表面を経て、コンダクターロール１１、１２（陰極となる）へと流れる電流を減少・増大させることができる。
【００１７】
なお、金属帯を高速で電解エッチング処理する手段としては、電解槽を複数設置することも有効である。
また、前記（Ｉ）の電圧印加から前記（II）の電圧印加への移行の際に時間αmsec（α＞０）間、および／または、前記（II）の電圧印加から前記（Ｉ）の電圧印加への移行の際に時間βmsec（β＞０）間、前記コンダクターロールと前記電極の間に電圧を印加しない時間の区間を挿むことも電解エッチングを安定して行うためには有効である。実際の電解エッチング設備では、電解電源装置とコンダクターロールとの間、電解電源装置と電極との間、あるいは、電極と金属帯との間にそれぞれ電気的ないわゆるＬＣ回路が形成され、印加電圧の陽極、陰極の切替のときに生じる時間遅れが問題となる場合があるからである。このＬＣ回路による時間遅れの問題は、設備規模が大きくなるほど顕在化することになる。このような問題を解決するための本発明によるコンダクターロール１１、１２と電極５との間でのコンダクターロール１１、１２への電圧印加の例を、図３に示す。
ただし、αまたはβが１０msec超となる長い電圧印加しない時間を採用すると、電解エッチング速度の低下、あるいは、電解エッチング設備（電解槽）の長大化を招くので好ましくなく、また、αまたはβが１msec未満では、上記のＬＣ回路による時間遅れの問題の有効な解決手段とはなりえないため、αまたはβは１〜１０msecの範囲にするのが望ましい。
【００１８】
本発明者らは、図１に示した設備のコンダクターロールと電極の間に、図３に示した電圧印加を行い、エッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された金属帯の電解エッチングによる溝加工を行い、その溝の形状（幾何学形状、溝の幅、溝の深さ）を観察した。その結果、本発明による電解エッチングで形成された溝の形状は非常に安定化し、全て、図４の（イ）のような凹型の形状となり、溝の幅、溝の深さはより均一となり、バラツキは大幅に改善されていることを確認した。
なお、実験に用いた金属帯１は、フォルステライトを表面に有しない仕上焼鈍された方向性珪素鋼板であり、その片側の表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成されている。また、電解液３は、ＮａＣｌの水溶液を用いた。
【００１９】
また、前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量（電流密度）を、前記（II）の電圧印加のときの通電量以下とすることも、電解エッチングを効率的に行うことに有効である。前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量が前記（II）の電圧印加のときの通電量を超えると、電解エッチング速度の低下、あるいは、電解エッチング設備（電解槽）の長大化を招くので好ましくないからである。
一方、前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量を、１０Ａ／ｄｍ２以上とすることも、電解エッチングを安定して行うことに有効である。１０Ａ／ｄｍ２未満では、発生Ｈ２ガスの噴出力が小さく、電解エッチングで形成された溝の中の淀みを除去する効率が悪くなり好ましくないからである。
【００２０】
図９は、上記のように単位時間あたりの通電量を制御する際の、コンダクターロールと電極の間のコンダクターロールへの電圧印加例を示すものである。ここでは、電解エッチングの電気回路の電気抵抗が変化しない場合は、単位時間あたりの通電量の制御は電圧制御で代替できることを前提としている。図８の装置は、可変抵抗１８を調整して電圧制御することにより単位時間あたりの通電量を制御している例である。
【００２１】
本発明に使用する電解電源装置は、上記に記述の直流電源装置と開閉器による切り替えシステムに限定されるものではなく、上記に記述の電圧印加サイクルをとれるものであれば、方式を問わない。いわゆる、６相半波整流波形の、トランジスター方式でも、インバータ方式でも有効である。また、抵抗も必ずしも単独に設置する必要はなく、上記に記述の（Ｉ）の電圧印加のときの通電量を制御できるものであれば、方式は問わず、勿論、直流電源方式と組み合わせたものでかまわない。
【００２２】
本発明は、片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に連続して、電解エッチングにより安定して溝加工する場合のすべてに対して有効である。特に、表面にエッチングマスクが形成された仕上焼鈍された珪素鋼板に電解エッチングを施した、歪取り焼鈍による鉄損劣化がない耐歪取り焼鈍低鉄損一方向性珪素鋼板については、特にその効果は大きい。これは、電解エッチングで形成される溝形状のバラツキが磁性のバラツキとなって特に顕著に問題が顕在化するからである。
もちろん、冷延板の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成された方向性珪素鋼板でもその効果は有効である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１）
電解エッチング前の金属帯は、下記条件下で、最終板厚まで冷間圧延し、脱炭焼鈍後、ＭｇＯからなる焼鈍分離材を両側の表面に塗布・乾燥し、更に、仕上焼鈍し、仕上焼鈍中に両表面に生成したフォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）被膜を除去した後、両表面に張力付与型皮膜（燐酸系の絶縁皮膜）を塗布した後、焼き付けた方向性珪素鋼板であり、その片側の表面には、さらに、レーザ光線により張力付与型皮膜を選択的に除去して地鉄を露出させたエッチングパターンが形成されている方向性珪素鋼板である。なお、この張力付与型皮膜は、電気絶縁性皮膜であるため、エッチングマスクとして利用することとした。
上記のような前処理が施された方向性珪素鋼板に、図１または図５に示す直接通電式連続電解エッチング装置を用いて、電解エッチング処理を施した。
［方向性珪素鋼板］板厚０．２２ｍｍ、板幅１０００ｍｍ
［エッチングマスク］板長手方向に直角な方向（板幅方向）に、５ｍｍピッチ、幅０．２０ｍｍのエッチングパターンを有する。
［電解液］組成５００ｇ−ＮａＣｌ／ｌ、液温５０℃
［目標溝深さ］０．０２ｍｍ
［電解電流］２００Ｃ／ｄｍ２ （Ａ・ｓ／ｄｍ ２ ）
電解エッチング後、鋼板板幅方向におけるエッチングで形成された溝の形状パターン、溝の深さのばらつきを評価した。
【００２４】
表１に、図１または図５に示す装置に、図２、図３、図６いずれかの電圧印加をしたときの試験条件と結果を示す。
Ｎｏ．１〜５に示される本発明では、溝の形状は、全て凹型（イ）であり安定しており、その結果、溝の深さのバラツキ（％）（（溝の深さの標準偏差）／（溝の深さの平均値）×１００）は、極めて小さいことが分かる。なお、本発明例のＮｏ．５では、ＬＣ回路による時間遅れの問題を回避するための特別な回路構成を採用したが、この回路構成は公知技術に基づくものであるため詳細な説明は省略する。
【００２５】
一方、負の電圧印加時間が短い比較例のＮｏ．１１、および、正の電圧印加時間／負の電圧印加時間の比率が２０を超える比較例のＮｏ．１２、１３では、溝の形状は、一部凹型（イ）が認められるものの、依然として、溝の形状が、傾斜型（ロ）、幅拡がり型（ハ）、局部エッチング型（ニ）が混在しており、その結果、溝の深さのバラツキは大きく、満足できる品質ではなかった。
また、従来の電圧印加法による比較例のＮｏ．１４は、溝の形状は、凹型（イ）は認められず、傾斜型（ロ）、幅拡がり型（ハ）、局部エッチング型（ニ）が混在しており、その結果、溝の深さのばらつきは更に大きいものであった。
【００２６】
【表１】
（実施例２）
電解エッチング前の金属帯は、実施例１と同じである。
上記のような前処理が施された方向性珪素鋼板に、図８に示す直接通電式連続電解エッチング装置を用いて、電解エッチング処理を施した。
［方向性珪素鋼板］板厚０．２２ｍｍ、板幅１０００ｍｍ
［エッチングマスク］板長手方向に直角な方向（板幅方向）に、５ｍｍピッチ、幅０．２０ｍｍのエッチングパターンを有する。
［電解液］組成５００ｇ−ＮａＣｌ／ｌ、液温５０℃
［目標溝深さ］０．０２ｍｍ
［電解電流］（Ｉ）の電圧印加期間０．４〜２５０Ａ／ｄｍ２（エッチング部位）
（II）の電圧印加期間２００Ｃ／ｄｍ２ （Ａ・ｓ／ｄｍ ２ ）
電解エッチング後、鋼板板幅方向におけるエッチングで形成された溝の形状パターン、溝の深さのばらつきを評価した。
【００２８】
表２に、図８に示す装置に、図３、図９のいずれかの電圧印加をしたときの試験条件と結果を示す。
本発明例のＮｏ．６は、前記（Ｉ）の電圧印加の時の時間単位あたりの通電量を、前記（II）の電圧印加の時の時間あたりの通電量と同じとしたものである。本発明例のＮｏ．７、８、比較例のＮｏ．１５、１６は、本発明例のＮｏ．６から、順次、前記（Ｉ）の電圧印加の時の時間単位あたりの通電量を、減少させて試験を行ったものである。ちなみに、本発明例のＮｏ．６の電圧印加は、図３の電圧印加に相当する。
Ｎｏ．６〜8に示される本発明例では、溝の形状は、全て凹型（イ）であり安定しており、その結果、溝の深さのバラツキ（％）（（溝の深さの標準偏差）／（溝の深さの平均値）×１００）は、極めて小さいことが分かる。
一方、電圧印加（Ｉ）の単位時間あたりの通電量が低い比較例のＮｏ．１５、１６では、溝の形状は、一部凹型（イ）が認められるものの、依然として、溝の形状が、傾斜型（ロ）、幅拡がり型（ハ）、局部エッチング型（ニ）のものが混在しており、その結果、溝の深さのバラツキは大きく、満足できる品質ではなかった。
【００２９】
【表２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の直接通電式電解エッチングでは達成することのできなかった電解エッチングによる溝形状のバラツキの問題を有利に解決して、電解エッチングにより形成される溝の形状を安定させ、溝の幅、溝の深さをより均一とし、特に、電源トランスの鉄心等に利用される歪取り焼鈍後に鉄損が劣化し難い低鉄損一方向性電磁鋼板の製造に好適な、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法および直接通電式連続電解エッチング装置を提供することができるため、その効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る、表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成された金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する設備の長手方向垂直断面図による概略説明図である。
【図２】 本発明に係る、コンダクターロールと電極との間でのコンダクターロールへの電圧印加例を示す図である。
【図３】 本発明に係る、コンダクターロールと電極との間でのコンダクターロールへの電圧印加の別の例を示す図である。
【図４】 電解エッチングで形成される溝の断面形状のパターンを分類して示す図である。
【図５】 従来技術による、表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成された金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する設備の長手方向垂直断面図による概略説明図である。
【図６】 従来技術に係る図５の装置による予備実験において用いたコンダクターロールと電極の間のコンダクターロールへの電圧印加例を示す図である。
【図７】 従来の金属帯の直接通電式連続電解エッチング装置の概略を、長手方向垂直断面図で説明する図である。
【図８】 本発明に係る、別の、表面にエッチングパターンを付与したエッチングマスクが形成された金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する設備の長手方向垂直断面図による概略説明図である。
【図９】 本発明に係る、コンダクターロールと電極との間でのコンダクターロールへの電圧印加の更に別の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 金属帯
２ 電解（エッチング）槽
３ 電解液
５、５′ 電極
７、８ 直流電源（整流電源）装置
９、９′、１０、１０′ 開閉器
１１、１２ コンダクターロール
１３、１４ リンガーロール
１５、１６ シンクロール（浸漬用ロール）
１７ バックアップロール
１８ 抵抗
Claims (8)
- 低鉄損一方向性珪素鋼板の片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する、金属帯の直接通電式連続電解エッチング方法であって、前記金属帯のエッチング面と相対向して配設された電極の間に、電解液を充填し、コンダクターロールを金属帯のエッチングマスクが形成されていないもう一方の表面に接触させ、
（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧印加と、
（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃの間の、前記コンダクターロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧印加と
を交互に繰り返し、矩形状の溝を形成することを特徴とする、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。 - 前記（Ｉ）の電圧印加から前記（II）の電圧印加への移行の際に時間αｍｓｅｃ（α＞０）間、および／または、前記（II）の電圧印加から前記（Ｉ）の電圧印加への移行の際に時間βｍｓｅｃ（β＞０）間、前記コンダクターロールと前記電極の間に電圧を印加しない時間の区間を挿むことを特徴とする、請求項１に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
- 前記低鉄損一方向性珪素鋼板を、フォルステライトを有しない仕上焼鈍された方向性珪素鋼板とすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
- 前記低鉄損一方向性珪素鋼板を、冷間圧延された方向性珪素鋼板とすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
- 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量［Ａ／ｄｍ ２ ］を、前記（II）の電圧印加のときの通電量［Ｃ／ｄｍ２］以下とすることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
- 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量を、１０Ａ／ｄｍ２以上とすることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング方法。
- 片側の表面にエッチングパターンを付与してエッチングマスクが形成され、残る片側の表面が導電体である金属帯に、直接通電式電解エッチングにより連続的に溝加工する、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置であって、
（ａ）電解エッチング槽と、
（ｂ）コンダクターロールと、
（ｃ）前記電解エッチング槽の電解液に浸漬され、前記金属帯のエッチング面と相対向する電極と、
（ｄ）前記金属帯を前記電解エッチング槽の電解液に浸漬するためのシンクロールと、
（ｅ）前記コンダクターロールと前記電極の間で、（Ｉ）時間Ｍ＝３〜１０ｍｓｅｃの間、前記コンダクターロールロール側を陰極とし、前記電極側を陽極とする電圧制御と、（II）時間Ｎ＝４Ｍ〜２０Ｍｍｓｅｃ（Ｎ＞Ｍ）の間、前記コンダクターロールロール側を陽極とし、前記電極側を陰極とする電圧制御と、（III）所定の時間、電圧を印加しない電圧制御とを任意に組み合わせた電圧制御を行う電源装置と
を有することを特徴とする、低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置。 - 前記（Ｉ）の電圧印加の時の単位時間あたりの通電量［Ａ／ｄｍ ２ ］を、前記（II）の電圧印加のときの通電量［Ｃ／ｄｍ ２ ］以下に制御する機能を有することを特徴とする、請求項７に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板の直接通電式連続電解エッチング装置。
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