JP5871128B2 - 磁区細分化処理方法および磁区細分化処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板の鋼板表面に電子ビームを照射して磁区細分化処理する方法と、その方法に用いる磁区細分化処理装置に関するものである。

方向性電磁鋼板は、主として変圧器や電気機器等の鉄心材料として用いられるものであるため、磁気特性に優れていること、特に、省エネルギの観点から、鉄損特性に優れる（鉄損が低い）ことが強く求められている。方向性電磁鋼板の鉄損を低減するためには、二次再結晶粒を｛１１０｝＜００１＞方位（いわゆる「ゴス方位」）に高度に揃えてやることや、製品鋼板中の不純物量をできる限り低減することが重要である。

しかし、結晶方位の制御技術や、不純物の低減技術は、現在までにかなり高度なレベルまで到達しており、これ以上の改善は、製造コストとの兼ね合いから限界がある。そこで、鋼板の表面に、何らかの物理的な手法で不均一性（歪）を導入して磁区の幅を細分化することで鉄損を低減する磁区細分化技術が開発され、実用に供されている。

例えば、特許文献１には、最終製品板にレーザを照射し、鋼板表層に線状の高転位密度領域（熱歪領域）を導入して磁区幅を狭くすることで、鉄損を低減する技術が提案されている。また、熱歪領域をレーザ以外の手段で導入する方法として、特許文献２には、鋼板表面にプラズマ炎を放射して線状の高転位密度領域を導入する方法が、特許文献３には、鋼板表面に電子ビームを照射して線状の高転位密度領域を導入する方法が、また、特許文献４には、鋼板表面を鏡面に仕上げ、次いで、イオンプレーティングで鋼板表面に極薄張力被膜を形成した後、圧延方向と直交する向きに電子ビームを照射して鉄損を低減する方法が提案されている。

また、レーザ照射や電子ビーム等の照射源と被照射位置との間の距離の変動を抑制し、板幅方向における照射効果の均一化を図る技術としては、例えば、特許文献５には、凸型ロールと凹型ロールの間に鋼板を通して鋼板を走行方向に平行な軸の周りに弧形に曲げてレーザ照射する技術が、特許文献６には、電子ビーム照射源から鋼板までの距離を半径とする曲率を有する湾曲ローラ上に鋼板を走行させて鋼板を撓ませて電子ビームを照射する技術が、また、特許文献７には、電子ビーム照射源を中心とする円弧に沿って回転子を配設した装置で鋼板を凹形状に湾曲し、電子ビーム照射の際、照射位置によってエネルギ密度が変化しないようにする技術が開示されている。

なお、特許文献７の方法では、ストリップを搬送しながら、その搬送方向と直交する向きに連続照射する場合、搬送速度に応じて電子ビームの走査方向を搬送方向と直交する向きに対して傾斜させる必要が生じるため、再び、照射位置によってエネルギ密度が変化するという問題が生じる。この課題を解決する技術として、特許文献８には、ストリップの搬送方向と直交する向きにおける断面を、二次曲線にしたがって照射源側に湾曲する凹形状に保持する高エネルギービームの連続照射方法が提案されている。

特公昭５７−００２２５２号公報 特開昭６２−０９６６１７号公報 特開平０１−２８１７０８号公報 特開昭６３−０９６２１８号公報 特開昭５９−０９７７８９号公報 特公平０６−０２１３５８号公報 特開平０１−２９８１１８号公報 特開平０４−０５９９３０号公報

しかしながら、上述した従来技術による方法では、直線上に配置した通板ライン上で鋼板の幅方向に曲率を持たせるために、図１に示すような、幅方向に曲率を持った湾曲ローラを使用したり、図２に示すような、幅方向に多数の回転子を備えた装置で曲率を付与したりしているが、直線上に配置した通板ライン上で鋼板の幅方向に曲率を付与するためには、比較的長い距離が必要となり、装置自体が長大となる。

また、電子ビーム照射の場合には、照射源と鋼板の被照射部を真空に保持して電子ビーム照射する必要があるが、上述した方法では、鋼板を湾曲させる長さが長いため、極めて長い領域を真空にすることが必要となるため、真空処理槽が長大化する。さらに、上記問題点を回避するため、真空処理槽の入・出側に幅方向に曲率を持たせた鋼板を通板することは、シールドすることが難しく、真空度を十分に確保できない。そのため、電子ビーム照射装置への上述した技術の適用は、従来、ほとんどなされていない。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、短い距離でも鋼板に大きな曲率を付与することができ、真空処理槽を含めた設備の小型化を実現することができる、電子ビーム照射による磁区細分化処理方法を提案すると共に、その方法に適した磁区細分化処理装置を提供することにある。

発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、鋼板を湾曲させて曲率を付与する際、鋼板を捩じり変形させてその内側の湾曲部に電子ビームを照射するようにすることで、鋼板の湾曲部分の長さを大幅に短縮できることを見出した。また、これにより、真空処理槽の長さを短縮できるだけでなく、真空の確保が容易になることから、真空処理槽の入・出側における鋼板の曲率変化を気にすることなく装置設計が可能となり、真空処理槽をより小型化することができることも知見し、本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、二次再結晶焼鈍後、張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板に対して、当該鋼板から離間した位置に電子ビーム銃を配設し、当該電子ビーム銃から電子ビームを鋼板の圧延方向を横切る方向に揺動させながら照射して磁区細分化処理する方法において、前記鋼板に捩じりを付与して湾曲させ、当該鋼板の被照射部と電子ビーム銃との間の距離を走査方向で一定にして電子ビームを鋼板表面に照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化処理方法である。

本発明の磁区細分化処理方法は、捩じりを付与して湾曲させた鋼板の中心軸と、鋼板の圧延方向とがなす角を５°以上とすることを特徴とする。

また、本発明の磁区細分化処理方法は、前記電子ビームの照射を、真空雰囲気下において行うことを特徴とする。

また、本発明の磁区細分化処理方法は、電子ビームの走査方向と鋼板の圧延方向がなす角を４５°以上とすることを特徴とする。

また、本発明は、上記のいずれかに記載の磁区細分化処理方法に用いる磁区細分化処理装置であって、方向性電磁鋼板に対して、鋼板の圧延方向を横切る向きに電子ビームを照射する電子ビーム銃と、前記電子ビームを照射する位置の前に鋼板捩じり発生部と、前記電子ビームを照射する位置の後に鋼板捩じり戻し部を設けてなることを特徴とする磁区細分化処理装置である。

本発明の磁区細分化処理装置は、前前記電子ビーム銃と、当該電子ビーム銃から電子ビームを照射する鋼板の被照射部と、前記鋼板捩じり発生部と、前記鋼板捩じり戻し部を収納する真空処理槽を有することを特徴とする。

また、本発明の磁区細分化処理装置は、前記真空処理槽の入・出側における鋼板のパスラインが非平行であることを特徴とする。

本発明によれば、比較的短い領域で鋼板幅方向に大きな曲率で円弧に近い湾曲を付与することができるので、鋼板幅方向における電子ビーム照射距離を一定にすることができる。したがって、本発明によれば、電子ビームを用いた磁区細分化処理装置における真空処理槽を小さくすることができ、かつ、真空の確保も容易であるため、大幅な設備コストの低減が可能となる。

従来の鋼板湾曲装置の一例を示す図である。 従来の鋼板湾曲装置の他の一例を示す図である。 従来技術の鋼板と電子ビーム銃の位置関係を示す図である。 本発明の装置の原理を説明する図である。 真空処理槽入・出側の鋼板パスラインが非平行となることを説明する模式図である。 本発明の真空処理槽の一例を説明する概要図である。

本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図３は、電子ビーム照射を用いた磁区細分化処理装置を説明する概念図であり、鋼板（方向性電磁鋼板）１の被照射面から所定の距離を離れた位置に電子ビーム銃２が配置されている。ただし、図３は、鋼板と電子ビーム銃の基本的な位置関係を示すため、鋼板は平面で示している。ここで、磁区細分化処理装置が設置される設備が連続ラインであれば、上記鋼板は、連続した鋼帯（ストリップ）となるが、ある程度の長さを有した切板（シート）であってもよい。この鋼板もしくは鋼帯は、幅が２００〜１５００ｍｍ程度、厚さが０．０５〜２．５ｍｍ程度であり、また、連続ラインに通板するときの搬送速度は１〜５０ｍ／ｍｉｎ程度が一般的である。

電子ビーム銃２は、ビーム放射点０を中心として揺動し、電子ビームを鋼板表面に照射する。このときの上記電子ビームの照射条件は、ビーム電圧：１０〜１００ｋＶ、ビーム電流：１０〜２００ｍＡ、ビーム径：０．１〜１００ｍｍとし、一定の揺動周波数、例えば、０．１〜１００Ｈｚで鋼板表面に照射するのが一般的である。

なお、電子ビームの照射は、大気中で行うと、電子ビームが酸素や窒素、水蒸気などの分子と衝突して散乱したり減衰したりするため、エネルギが減殺され磁区細分化効果が十分に得られなくなるのを回避するため、真空雰囲気下で行う、具体的には、１０Ｐａ以下の真空雰囲気下で行うことが望ましい。そのためには、本発明の磁区細分化処理装置は、高真空下に保持した処理槽を設け、その内部に電子ビームの照射源および鋼板の被照射部を収納して、電子ビーム照射を行うことが好ましい。

ここで、本発明の特徴は、図４に示すように、鋼板を捩じり変形させることにより、鋼板幅方向に曲率を付与するところにある。すなわち、湾曲させた面の中心軸（曲率の中心線）を圧延方向に対して角度を持たせるようにして、鋼板を撓ませる。そして、湾曲させた面の中心軸に交わる面内で電子ビームを遥動させて鋼板表面に電子ビームを照射する。このとき、電子ビームを揺動動させる面と湾曲した鋼板面とが交わる部分が電子ビーム被照射部となるが、この被照射部の円弧が真円に近いほど、電子ビーム照射源と被照射部との間の距離が一定となり、照射される電子ビームのエネルギを鋼板幅方向で均一化することができる。したがって、鋼板の幅方向で均一に磁区細分化処理を施すためには、電子ビーム照射源と被照射部との間の距離の変動量が小さくなるよう鋼板を捩じり変形すること、具体的には、上記距離の変動量を、平均距離の±１０％以内に抑えることが抑えることが望ましい。

なお、鋼板を捩じり変形させる方法および捩じり戻す方法については、特に制限はないが、例えば、捩じり曲面凸側に複数のロールを配設し、そのロールに沿わせて鋼板を通板する方法や、捩じり位置の関係にある２組のピンチロール間に鋼板を通板させる方法、もしくは、両者を組み合わせた方法等を用いることができる。

また、捩じり変形して湾曲させた鋼板の中心軸は、圧延方向からのずれ角が大きいほど、湾曲面の曲率を大きく（曲率半径を小さく）することができるので、鋼板の湾曲部分を電子ビームの照射部付近に限定し、湾曲させる鋼板の圧延方向の長さを短くすることができる。その結果、鋼板を真空に保持する必要がある長さを短くすることができるので、真空処理槽を短縮し、小型化することができる。したがって、本発明では、湾曲させた鋼板の中心軸は、圧延方向からのずれ角を５°以上とするのが好ましい。ただし、ずれ角が大きくなり過ぎると、電子ビームの走査方向が、圧延方向に近くなり、磁区細分化効果が減少してしまうので、ずれ角の上限は４０°程度とするのが好ましい。

また、捩じり変形により湾曲させた鋼板は、その後、捩じり戻して平坦化する必要があるが、真空処理槽の入・出側の鋼板は、必ずしも平行なレイアウトである必要はない、すなわち、図５に模式的に示したように、鋼板のパスラインは平行でなくてもよい。この場合には、平行に戻す必要がないので、真空処理槽の長さをさらに短縮することができる。

この場合、真空処理槽内の鋼板は、上記のように電子ビーム照射部付近のみを大きく湾曲させるが、図６のように、電子ビーム照射部から真空処理槽の入・出側までの距離が短くても真空処理槽の入・出側での鋼板を湾曲のない状態にできる。なお、真空処理槽５は、電子ビームを照射する真空室６の前後にそれぞれ１以上の予備真空室７を設け、真空度を順次高めるようにすることで、高真空を達成することができる。

なお、上記磁区細分化処理装置における電子ビームの走査方向（鋼板の被照射面における電子ビームの照射方向）は、磁区細分化効果を効果的に発現させる観点から、鋼板の圧延方向に対して直交する方向（９０°の方向）とするのが最も好ましいが、鋼板の圧延方向に直交する方向から傾斜させてもよい。ただし、４５°を超えて傾けると、鋼板の被照射部をとビーム照射源との間の距離を一定に保持することが難しくなる他、電子ビームの走査方向が圧延方向に近くなり、磁区細分化効果が減少してしまう。よって、電子ビームの走査方向と鋼板の圧延方向のなす角は４５°以上とすることが好ましい。

以上説明したように、図１や図２に示したような従来方法では、比較的長い距離で鋼板を徐々に幅方向に湾曲させる必要があるのに対して、本発明の方法では、鋼板を捩じり変形させてその内側の湾曲部に電子ビームを照射するので、鋼板が湾曲した領域を長手方向に短縮し、真空に維持するための範囲も小さくすることができる。また、本発明の方法では、真空処理槽の入・出側における鋼板の曲率変化を気にすることなく装置設計が可能となり、さらに、真空処理槽の入・出側における鋼板面が非平行でもよいので、真空処理槽における真空の確保が容易で、真空処理槽をより小型化することができるので、設備コストの面でも有利である。

本発明の技術は、方向性電磁鋼板（鋼帯）のみならず、冷延鋼板や表面処理鋼板、ステンレス鋼板、銅板、アルミニウム板等の電子ビーム照射にも適用することができる。また、本発明の装置に、蒸着などの表面処理装置を併設することにより、蒸着膜のアモルファス化ならびに基板、蒸着膜表層のマイクロメルト等を行う場合にも適用できる。

０：電子ビーム照射源
１：鋼板
２：電子ビーム銃
３：凹形の湾曲ローラ
４：電子ビーム
５：真空処理槽
６：主真空室
７：予備真空室
８：ピンチロール

Claims (7)

1. 二次再結晶焼鈍後、張力絶縁被膜を形成した方向性電磁鋼板に対して、当該鋼板から離間した位置に電子ビーム銃を配設し、当該電子ビーム銃から電子ビームを鋼板の圧延方向を横切る方向に揺動させながら照射して磁区細分化処理する方法において、
   前記鋼板に捩じりを付与して湾曲させ、当該鋼板の被照射部と電子ビーム銃との間の距離を走査方向で一定にして電子ビームを鋼板表面に照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化処理方法。
2. 捩じりを付与して湾曲させた鋼板の中心軸と、鋼板の圧延方向とがなす角を５°以上とすることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化処理方法。
3. 前記電子ビームの照射を、真空雰囲気下において行うことを特徴とする請求項１または２に記載の磁区細分化処理方法。
4. 電子ビームの走査方向と鋼板の圧延方向がなす角を４５°以上とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁区細分化処理方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁区細分化処理方法に用いる磁区細分化処理装置であって、
   方向性電磁鋼板に対して、鋼板の圧延方向を横切る向きに電子ビームを照射する電子ビーム銃と、
   前記電子ビームを照射する位置の前に鋼板捩じり発生部と、
   前記電子ビームを照射する位置の後に鋼板捩じり戻し部を設けてなることを特徴とする磁区細分化処理装置。
6. 前記電子ビーム銃と、当該電子ビーム銃から電子ビームを照射する鋼板の被照射部と、前記鋼板捩じり発生部と、前記鋼板捩じり戻し部を収納する真空処理槽を有することを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化処理装置。
7. 前記真空処理槽の入・出側における鋼板のパスラインが非平行であることを特徴とする請求項５または６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化処理装置。

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