JP6394617B2 - 低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列及び低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列及び低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法に関する。

方向性電磁鋼板は主に変圧器の鉄心用材料として用いられるため、方向性電磁鋼板には優れた磁気特性が要求される。特に方向性電磁鋼板を鉄心として使用する場合には、エネルギー損失を小さくすることが重要であることから、方向性電磁鋼板の鉄損を小さくすることが重要となる。方向性電磁鋼板の鉄損を小さくする方法としては、珪素の含有量を増加させて電気抵抗を増大させる方法、結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位に集積させる方法、及び鋼板の板厚を薄くする方法等が挙げられ、これらの方法を組み合わせて鉄損の低い方向性電磁鋼板が製造されている。実際、板厚が０．２３ｍｍ以下である方向性電磁鋼板では、鉄損Ｗ１７／５０(磁束密度１．７Ｔ，５０Ｈｚ)が０．９Ｗ／ｋｇ以下である製品が製造されるようになっている。しかしながら、冶金学的な手法ではこれ以上の大幅な鉄損の改善は期待できない。

近年、鉄損の大幅な低減を達成する手段として、人為的に磁区を細分化する技術が開発されている。現在、工業化されている技術として、例えば、特許文献１に記載されている仕上げ焼鈍後の鋼板表面にレーザを照射することによって、鋼板表面に歪を導入する方法がある。一方、歪取り焼鈍が可能な技術が、特許文献２や特許文献３に記載されている。詳しくは、特許文献２には、レーザや機械的手段によって仕上げ焼鈍後の鋼板表面上に局所的にある絶縁被膜を除去し、被膜除去部を酸洗することにより線状の溝を局所的に形成した後、溝を充填するようにリン酸系の張力付与被膜処理を施す方法が記載されている。また、特許文献３には、仕上げ焼鈍後の鋼板表面に溝を転写させた後に加熱処理する方法が記載されている。さらに、仕上げ焼鈍前の鋼板に線状溝を形成する方法として、特許文献４には、冷間圧延後の鋼板表面にグラビアオフセット印刷により線状の非塗布部を残存させてエッチングレジストを塗布、焼き付けした後、エッチング処理を施して鋼板表面に線状溝を形成する方法が記載されている。

特公昭５７−２２５２号公報 特公昭６２−５４８７３号公報 特公昭６２−５３５７９号公報 特開平４−８８１２１号公報 特許第２９４２０７４号公報 特開２０１４−１７１９９９号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法は、鉄損の低減に有効であるものの、歪取り焼鈍によって鉄損が劣化するという欠点があり、歪取り焼鈍を必須とする鉄心用途には用いることができない。一方、特許文献２，３記載の方法は、仕上げ焼鈍後の鋼板表面に線状溝を形成するものであるが、線状溝を形成する際、絶縁被膜が損傷するため、絶縁被膜の再塗布を必要があり、占積率低下やコスト増大を招く。また、特許文献４記載の方法によれば、低鉄損の方向性電磁鋼板を工業的に製造できるが、線状溝の幅や深さが板幅方向で変動することによって、製品特性に多少のバラツキが生じる。

なお、特許文献４記載の方法の課題を解決するために、特許文献５に記載されているような冷延鋼板をロールに巻き掛けしてグラビアオフセット印刷する方法や、特許文献６に記載されているようなバラツキを低減できるグラビアオフセット印刷装置を用いる方法が考えられる。しかしながら、これらの方法であっても特性のバラツキを十分に抑制するには至っておらず、またこれらの方法にはエッチング処理による溝形成に要する時間が長く、生産性に劣るという課題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、特性のばらつきが小さい低鉄損方向性電磁鋼板を効率よく製造可能な低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列及び低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列は、鋼板の表面を洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置によって洗浄された前記鋼板の表面にレジストインクを印刷することによって、前記鋼板の表面に溝を形成するためのレジスタパターンを印刷するインクジェット印刷機と、表面に前記レジストパターンが形成された前記鋼板に対してエッチング処理を施すことによって前記鋼板の表面に溝を形成するエッチング装置と、前記エッチング処理後の前記鋼板の表面に残存する前記レジストパターンを除去する洗浄装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列は、上記発明において、前記溝が線状の溝であることを特徴とする。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列は、上記発明において、前記レジストインクが光硬化型のレジストインクであり、前記インクジェット印刷機が、前記光硬化型のレジストインクを塗布するインクヘッドと、前記光硬化型のレジストインクを硬化させる光源と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法は、鋼板の表面を洗浄する洗浄工程と、インクジェット印刷機を用いて前記洗浄工程において洗浄された前記鋼板の表面にレジストインクを印刷することによって、前記鋼板の表面に溝を形成するためのレジスタパターンを印刷する印刷工程と、表面に前記レジストパターンが形成された前記鋼板に対してエッチング処理を施すことによって前記鋼板の表面に溝を形成するエッチング工程と、前記エッチング工程後の前記鋼板の表面に残存する前記レジストパターンを除去する洗浄工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法は、上記発明において、前記溝が線状の溝であることを特徴とする。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法は、上記発明において、前記レジストインクが光硬化型のレジストインクであり、前記印刷工程は、インクジェット印刷機が備えるインクヘッドから前記光硬化型のレジストインクを塗布する工程と、前記インクジェット印刷機が備える光源から前記光硬化型のレジストインクに光を照射することによって前記光硬化型のレジストインクを硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列及び低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法によれば、特性のばらつきが小さい低鉄損方向性電磁鋼板を効率よく製造することができる。

図１は、本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列の構成を示す模式図である。 図２は、線状溝の構成を示す模式図である。 図３は、従来のグラビアオフセット印刷で得られた線状溝と本発明のインクジェット印刷で得られた線状溝とを示す図である。

以下、本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列及び低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。

本発明の発明者らは、鉄損を低減するためにグラビアオフセット印刷によって鋼板の表面に形成された線状溝の形状にバラツキが生じる原因を調査した結果、レジストインク（以下、インクと略記）の濡れ拡がり挙動が操業条件によって変化することが最大の原因であることが推定された。すなわち、インクが鋼板表面に印刷されてからインクが乾燥するまでの間、インクは濡れ拡がるわけであるが、鋼板の通板速度によってインクが乾燥するまでの時間が変化すること、及び気温や板温の変動によってインクの粘度が変化し、濡れ拡がり挙動が変化することが原因であると推定された。

線状溝が鋼板の幅方向で途切れると、磁区細分化の効果が十分でなくなり、製品特性が劣化する。このため、上述した操業上のバラツキを考慮すると、線状溝が途切れないように、線状のインク非塗布部の幅を広く設定せざるを得なくなる。ところが、インク非塗布部の幅が広くなると、所望の溝深さを得るために必要な電解体積が増大し、線状溝の形成速度、すなわち、生産性が低下する。上述したようなインクの濡れ拡がりは、インクの色の微妙な濃淡をインクの厚みで表現するために効果的であり、グラビアオフセット印刷の長所でもあるが、操業のバラツキがある中で線状溝の幅を均一化するという観点では短所となる。

以上のような課題に対し、本発明の発明者らは、インクジェット印刷を用いたインクの印刷が有効であることを見出した。すなわち、本発明の要旨は、紫外線の照射によって硬化するインクを鋼板の表面に印刷し、インクが濡れ拡がる前に紫外線を照射してインクを硬化させることによって、インク非塗布部を安定的に形成することにある。これにより、鉄損特性のバラツキを低減すると共に線状溝幅を狭くすることができ、生産性の向上を達成することができる。以下、本発明を完成させるに至った実験結果について述べる。

本発明に係る低鉄損方向性電磁鋼板は、所定の成分に調整され鋳造された鋼スラブに対して熱間圧延処理、必要に応じ熱延板焼鈍処理を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延処理によって最終製品板厚の冷延鋼板とし、冷延鋼板の表面に線状溝を形成して磁区細分化処理を施し、その後、脱炭焼鈍処理、最終仕上げ焼鈍処理、及び絶縁被膜コーティング処理を施すことによって製造される。

以上の製造工程において、磁区細分化処理では、まず、図１に示す設備列１において、洗浄装置３を利用して払い出し機２から払い出された冷延鋼板の表面の油分等をアルカリ等によって十分に洗浄する。次に、インクジェット印刷機４を用いてインクを、例えば図２に示すように、圧延方向に２ｍｍ間隔で、非塗布部領域が圧延方向の幅が８０μｍ、板幅方向から圧延方向に１４°の傾きとなるように塗布し、塗布してから０．２秒以内に紫外線を照射することによってインクを焼き付ける。次に、エッチング装置５において、ＮａＣｌ電解浴中で冷延鋼板に対して電解エッチング処理を施して所定の線状溝を形成する。そして最後に、洗浄装置６において冷延鋼板を溶剤中に浸漬して冷延鋼板の表面に残存するインクをエッチング除去した後、巻き取り機７によって冷延鋼板をコイル状に巻き取る。上述した方法によって冷延鋼板の表面に線状溝を形成することができる。

図３に従来のグラビアオフセット印刷で得られた線状溝（図３（ａ））と本発明のインクジェット印刷で得られた線状溝（図３（ｂ））とを比較して示す。図３（ａ）に示すように、従来のグラビアオフセット印刷では、線状溝の幅が一定ではなく、所々、線状溝が途切れている。これは、鋼板の表面に印刷されてから乾燥するまでの間にインクが不均一に濡れ拡がったことが最大の原因と考えられる。これに対して、本発明のインクジェット印刷では、線状溝の幅がほぼ一定であり、また線状溝は途切れていないことがわかる。

なお、本発明において、線状溝の間隔、深さ、幅、及び圧延方向に対する傾きは特に限定されるものではないが、得られる特性やコスト等を勘案すると、線状溝の間隔は１ｍｍ以上６ｍｍ以下、深さは板厚の５％以上２０％以下、幅は１０μｍ以上２００μｍ以下、圧延方向に対する角度は５°以上２０°以下の範囲内が適当である。

また、インクジェット印刷機の構成は特段に限定されることはない。市販されている解像度３００ｄｐｉ以上、周波数１０ｋＨｚ以上のインクヘッドを有するインクジェット印刷機を用いればよく、鋼板の幅方向に複数のインクヘッドを並べて配置することにより鋼板の全幅にインクを印刷できる。なお、インク液滴の大きさは１０ｐＬ以上２０ｐＬ以下の範囲内に制御することが望ましい。インク液滴の大きさが１０ｐＬ未満である場合、鋼板に着弾したインク液滴とインク液滴との間に隙間ができ、その部分はエッチングされてしまう。一方、インク液滴の大きさが２０ｐＬを超えると、線状溝の幅の精度が低下する。但し、解像度やインク粘度等の条件によって適正な液滴条件は変化するため、インク液滴の大きさが１０ｐＬ未満や２０ｐＬを超えても特段に本発明を妨げるものではない。

また、インクジェット印刷機は、光硬化型のインクを硬化させる光源を備えている。ここで、光硬化型のインクとしては、オリゴマー、モノマー等の重合性化合物、光重合開始剤、界面活性剤等により構成される紫外線硬化型のインクを用いればよい。紫外線硬化型のインクでは、インクに紫外光が照射されると、光重合開始剤が紫外光を吸収・分解して活性種を生成する。この活性種がオリゴマーやモノマー等の重合性化合物と反応し、新たな活性種を生成・重合を繰り返して高分子化して固化・定着される。この反応は、紫外光の照射後、瞬時に進行するため、インクの濡れ拡がりが少なく、高精度にインクを印刷できる。

さらに、電解エッチング処理で線状溝を成形する際、線状溝の形成速度は電解体積に依存する。すなわち、同じ溝深さを得る場合、溝幅を半分にすると、電解体積も半分になるため、２倍の電解速度を得ることができる。一般に電解設備は高額であることから、線状溝の成形ラインの能率は電解時間に依存する場合が多く、電解時間を短縮できると、ライン能率の向上に寄与できる。

最後に、本発明の実施例について述べる。本実施例では、以下の表１に示す成分を含有する鋼スラブを常法に準じて熱間圧延して熱延鋼板とし、さらに、中間焼鈍を含む２回の冷間圧延によって板厚０．２２ｍｍ、板幅１２００ｍｍの冷延鋼板とした。この後、従来例ではグラビアオフセット印刷により、本発明例ではインクジェット印刷により、エッチングレジストを印刷した後、電解エッチング処理を施すことによって線状溝を形成した。線状溝の目標幅は６０μｍ及び１２０μｍの２水準とし、圧延方向に３ｍｍ間隔で鋼板の幅方向に対して１０°の傾きを持たせて印刷した。電解エッチング処理は、ＮａＣｌ浴中で実施した。また、線状溝の目標溝深さを２０μｍとし、電流密度を１０Ａ／ｄｍ^２、電解時間を１５秒と３０秒に調整した。また、従来例のグラビアオフセット印刷では、特許文献５，６に記載の方法に従ってエポキシ樹脂を主成分とする溶剤インクを印刷し、電解エッチング処理後はアルカリ液中に浸漬してインクを除去した。一方、本発明例のインクジェット印刷では、解像度６００ｄｐｉ、周波数２０ｋＨｚのインクヘッドを鋼板幅方向に１４個千鳥状に配置し、重合性化合物と光重合開始剤を主成分とする紫外線硬化性インクを印刷し、電解エッチング処理後は溶剤中に浸漬してインクを除去した。

鋼板の先端部、中央部、及び尾端部の３ヶ所からそれぞれ、鋼板の幅方向を５分割して１５枚のサンプルを切り出した。各サンプルから１０箇所ずつ、計１５０点について、触針式粗さ計を用いて線状溝の幅及び深さを測定し、それらのバラツキ(標準偏差σ)を算出した。この後、上記の線状溝を形成した冷延鋼板に脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍処理を施し、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、最終仕上げ焼鈍を施した後、絶縁被膜をコーティングし、方向性電磁鋼板の製品とした。このようにして得られた製品の先端部、中央部、及び尾端部の３ヶ所からそれぞれ、鋼板幅方向を５分割して１５枚のサンプルを切り出した。このサンプル中央部から幅３０ｍｍ、長さ２８０ｍｍのエプスタイン試片を採取し、８００℃で２時間の歪取り焼鈍を施した後、鉄損Ｗ１７／５０を測定し、そのバラツキ(標準偏差σ)を求めた。

以上の結果を印刷条件及び電解条件と合わせて以下の表２に示す。本発明例のインクジェット印刷では、従来例のグラビアオフセット印刷の場合に比べ、鉄損のバラツキが小さくなっていると共に、目標溝幅を半分とし電解時間を半分にしても、小さいバラツキを維持できることが確認された。また、従来例のグラビアオフセット印刷では、溝幅を半分にすると溝途切れが多く発生し、鉄損のバラツキが増加するのに対して、本発明例のインクジェット印刷では、溝幅を半分にしても溝途切れは発生しないため、鉄損のバラツキは小さいまま、電解時間を半分にすることができた。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 設備列
２ 払い出し機
３，６ 洗浄装置
４ インクジェット印刷機
５ エッチング装置
７ 巻き取り機

Claims (2)

1. 鋼板の表面を洗浄する洗浄装置と、
   前記洗浄装置によって洗浄された前記鋼板の表面にレジストインクを印刷することによって、前記鋼板の表面に溝を形成するためのレジストパターンを印刷するインクジェット印刷機と、
   表面に前記レジストパターンが形成された前記鋼板に対して電解エッチング処理を施すことによって前記鋼板の表面に溝幅が１０μｍ以上８０μｍ以下の線状の溝を形成するエッチング装置と、
   前記エッチング処理後の前記鋼板の表面に残存する前記レジストパターンを除去する洗浄装置と、
   を備え、
   前記レジストインクが光硬化型のレジストインクであり、前記インクジェット印刷機が、１０ｐＬ以上２０ｐＬ以下の大きさになる前記光硬化型のレジストインクを塗布するインクヘッドと、前記光硬化型のレジストインクを硬化させる光源と、を備える
   ことを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板を製造するための設備列。
2. 鋼板の表面を洗浄する洗浄工程と、
   インクジェット印刷機を用いて前記洗浄工程において洗浄された前記鋼板の表面にレジストインクを印刷することによって、前記鋼板の表面に溝幅が１０μｍ以上８０μｍ以下の線状の溝を形成するためのレジストパターンを印刷する印刷工程と、
   表面に前記レジストパターンが形成された前記鋼板に対して電解エッチング処理を施すことによって前記鋼板の表面に溝を形成するエッチング工程と、
   前記エッチング工程後の前記鋼板の表面に残存する前記レジストパターンを除去する洗浄工程と、
   を含み、
   前記レジストインクが光硬化型のレジストインクであり、前記印刷工程は、インクジェット印刷機が備えるインクヘッドから１０ｐＬ以上２０ｐＬ以下の大きさになる前記光硬化型のレジストインクを塗布する工程と、前記インクジェット印刷機が備える光源から前記光硬化型のレジストインクに光を照射することによって前記光硬化型のレジストインクを硬化させる工程と、を含む
   ことを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。