JP6485422B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板の製造方法及び製造装置に関する。

従来、鋼板に対し熱間圧延を施し、次いで１回又は中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施した後、最終仕上げ焼鈍を施すまでの間に局所的なエッチング処理を施して鋼板に溝を形成する方向性電磁鋼板の製造方法が知られている（特許文献１参照）。この製造方法において用いられるエッチング処理方法としては、化学的エッチング方法と電解エッチング方法とがあるが、電解エッチング方法は電解電流の大きさによって形成される溝の深さを制御することが容易である点で有利である。この電解エッチング方法では、予め鋼板の表面にインキ等の絶縁材をエッチングマスクとして塗布、焼付けした後、電解エッチング処理を施し、その後、エッチングマスクを除去する工程が一般的である。

特開昭６３−４２３３２号公報

従来の電解エッチング方法では、電解電流を一定に保ちながら電解エッチング処理が行われるが、その際、印加電圧が、電解浴内における鋼板と鋼板に対向配置された電極との間の間隔の変動によって変動することがある。また、鋼板と電極との間の間隔が一定となるように制御した場合であっても、形成される溝の深さに変動が生じることがあった。本発明の発明者らは、このような現象の原因を鋭意調査したところ、電解液の濃度や温度変化等による電導度の変化によって溝の深さが変動することを知見した。

印加電圧が変動すると、所望の溝を安定的に形成できないばかりでなく、印加電圧が高くなった場合には、エッチングマスクが剥がれる等してエッチングマスクがその機能を失うことによって、マスキングすべき領域もエッチングされてしまう。エッチングマスクとして使用される絶縁材は高価であるため、製造コスト削減の観点からその塗布量を削減することが望まれている。しかしながら、絶縁材の塗布量をむやみに削減すると、印加電圧の変動によって絶縁抵抗が低下し、絶縁材の機能が失われてしまう場合がある。このため、絶縁材の塗布量の削減量については制限がある。

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、方向性電磁鋼板の表面に形成される溝の深さを所定範囲内に制御可能な方向性電磁鋼板の製造方法及び製造装置を提供することにある。

本発明の発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、印加電圧の変動が鋼板の形状に起因する鋼板と電極との間の距離の変化に伴う電解浴抵抗の変動及び電解液の電導度の変動によることに着目し、そこから、鋼板の形状や溝の深さの変動に応じて鋼板と電極との間の距離を制御することによって印加電圧を一定範囲に保ち、安定して電解エッチング処理を行うことができることを知見した。本発明は、上記知見に立脚するものである。

本発明に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、鋼板の表面にエッチングマスクを形成した後に電解エッチング処理を施すことによって鋼板の表面に線状又は点状の溝を形成するステップを含む方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記電解エッチング処理は、電解液を貯留した電解槽内で前記鋼板に対して電極を対向配置し、前記電解液を介して前記鋼板と前記電極との間を通電させて前記鋼板の表面にエッチングを施す処理であり、前記電解エッチング処理前に前記鋼板の形状を測定し、及び／又は、前記電解エッチング処理後に前記溝の深さを測定し、測定された前記鋼板の形状及び／又は前記溝の深さに応じて前記鋼板と前記電極との間の距離を調整するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、上記発明において、前記方向性電磁鋼板の幅方向の形状の測定位置のうち、前記電極に最も近い測定位置での前記方向性電磁鋼板と前記電極との間の距離を、印加電圧によってエッチングマスクが破壊されない所定の距離となるように制御するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、上記発明において、前記電極の幅方向の位置毎に、測定された前記鋼板の形状及び／又は前記溝の深さに応じて前記鋼板と前記電極との間の距離を調整するステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る方向性電磁鋼板の製造装置は、鋼板の表面にエッチングマスクを形成した後に電解エッチング処理を施すことによって鋼板の表面に線状又は点状の溝を形成する方向性電磁鋼板の製造装置であって、前記電解エッチング処理は、電解液を貯留した電解槽内で前記鋼板に対して電極を対向配置し、前記電解液を介して前記鋼板と前記電極との間を通電させて前記鋼板の表面にエッチングを施す処理であり、前記電解エッチング処理前に前記鋼板の形状を測定する手段、及び／又は、前記電解エッチング処理後に前記溝の深さを測定する手段と、測定された前記鋼板の形状及び／又は前記溝の深さに応じて前記鋼板と前記電極との間の距離を調整する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る方向性電磁鋼板の製造方法及び製造装置によれば、方向性電磁鋼板の表面に形成される溝の深さを所定範囲内に制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態である方向性電磁鋼板の連続電解エッチング装置の構成を示す模式図である。 図２は、方向性電磁鋼板に形成されるエッチングマスクの一例を示す平面図である。 図３は、図１に示す方向性電磁鋼板の連続電解エッチング装置の要部を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である方向性電磁鋼板の製造方法及び製造装置について説明する。

本発明の一実施形態である方向性電磁鋼板の製造方法は、例えば最終板厚まで冷間圧延された方向性電磁鋼板の表面にエッチングマスクを選択的に形成した後、電解槽内に方向性電磁鋼板を連続的に装入して電解エッチング処理を施すことにより、方向性電磁鋼板の表面に線状又は点状（点列状）の溝（以下、総称して線状溝とする）を形成するステップを含む。

図１は、本発明の一実施形態である方向性電磁鋼板の連続電解エッチング装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である方向性電磁鋼板の製造方法に用いられる連続電解エッチング装置１００は、エッチングレジスト塗布装置２、乾燥焼付け装置３、電解エッチング装置４、エッチングレジスト除去装置５、水洗槽６、リンス槽７、形状計８、及び溝深さ検出計９を備えている。また、連続電解エッチング装置１００によって実行される本実施形態の連続電解エッチング方法は、マスク形成工程、溝形成工程、形状計測工程及び／又は溝深さ計測工程、及び鋼板−電極間調整工程を含む。

〔マスク形成工程〕
マスク形成工程は、最終板厚まで冷間圧延された方向性電磁鋼板１の表面１１に線状の露出部１ｂ（図２参照）を残してエッチングマスク１ａ（図２参照）を形成する工程である。連続電解エッチング装置１００は、マスク形成装置としてエッチングレジスト塗布装置２及び乾燥焼付け装置３を有しており、エッチングレジスト塗布装置２及び乾燥焼付け装置３を用いてマスク形成工程を実行する。連続電解エッチング装置１００は、最終板厚まで冷間圧延された方向性電磁鋼板１の表面１１にエッチングレジストを塗布し、乾燥焼付けしてエッチングマスク１ａ（図２参照）を選択的に形成する。

〔形状計測工程〕
形状計測工程は、電解エッチング装置４の入口側に配置された形状計８によって方向性電磁鋼板１の形状を測定する工程である。この形状計測工程によって方向性電磁鋼板１の幅方向の形状（プロファイル）が測定される。形状計測工程において測定された方向性電磁鋼板１の形状に応じて、後述する鋼板−電極間調整工程によって方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離が調整される。

〔溝形成工程〕
溝形成工程は、電解エッチング装置４において方向性電磁鋼板１を入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂに接触させると共に電解浴４６中に浸漬させて電解浴４６中に配置された電極４２と対向させ、入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂと電極４２との間に通電してエッチングする電解エッチング処理を施して方向性電磁鋼板１の表面１１に線状溝を形成する工程である。線状溝が形成された方向性電磁鋼板１は、エッチングレジスト除去装置５によって表面１１からエッチングマスク１ａ（図２参照）が除去され、水洗槽６とリンス槽７とで洗浄される。

〔溝深さ計測工程〕
溝深さ計測工程は、電解エッチング装置４の出口側に配置された溝深さ検出計９によって方向性電磁鋼板１の表面に形成された線状溝の深さを計測する工程である。この溝深さ計測工程によって方向性電磁鋼板１の所定位置での線状溝の深さ、好ましくは方向性電磁鋼板１の幅方向での線状溝の深さが測定される。溝深さ計測工程において測定された線状溝の深さに応じて、後述する鋼板−電極間調整工程によって方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離が調整される。

〔鋼板−電極間調整工程〕
鋼板−電極間調整工程は、形状計８によって計測された方向性電磁鋼板１の形状及び／又は溝深さ検出計９によって計測された方向性電磁鋼板１の表面に形成された線状溝の深さに応じて、方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を調整する工程である。形状に基づく調整では、得られた形状のデータに基づいて電極４２の位置が所定の位置となるように電極４２を移動させる。例えば、方向性電磁鋼板１の幅方向の形状の測定位置のうち、電極４２に最も近い測定位置での方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を、印加電圧によってエッチングマスク１ａが破壊されない所定の距離となるようにフィードフォワード制御する。方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離が小さくなると印加電圧が高くなってエッチングマスク１ａが破壊されるおそれがあるが、方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離が最も短くなる位置での方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を制御することにより、方向性電磁鋼板１の幅方向全体でのエッチングマスク１ａ（図２参照）の破壊を抑制できる。

線状溝の深さに基づく調整では、得られた線状溝の深さのデータに基づいて電極４２の位置が所定の位置となるように電極４２を移動させる。例えば、線状溝の深さが目標深さより浅い場合には、方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を短くし、印加電圧が高くなるようにすることによって線状溝の深さを深くし、線状溝の深さを目標深さに制御することができる。計測された線状溝の深さを方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離にフィードバック制御することで、電解液の濃度や温度によって刻々と変化する方向性電磁鋼板１と電極４２との間での実質的な印加電圧を適正化することが可能となり、線状溝の形状の精度を高めることができる。形状に基づく方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離の調整と線状溝の深さに基づく方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離の調整とはいずれか一方を行ってもよいし、両者を併用してもよい。また、電極４２を幅方向に複数に分割し、電極４２の各分割位置において、形状及び／又は線状溝の深さに基づいて方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を調整してもよい。

以下、本発明の一実施形態である方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。

最終板厚に冷間圧延された方向性電磁鋼板１は、搬送ロール等の搬送装置によって、エッチングレジスト塗布装置２、乾燥焼付け装置３、電解エッチング装置４、エッチングレジスト除去装置５、水洗槽６、及びリンス槽７の順に搬送される。エッチングレジスト塗布装置２は、方向性電磁鋼板１の表面１１にエッチングレジストを塗布する。本実施形態のエッチングレジスト塗布装置２は、グラビヤオフセット印刷によって、方向性電磁鋼板１の表面１１に線状の露出部１ｂ（図２参照）を残してエッチングレジストを塗布する。

図２は、方向性電磁鋼板１に形成されるエッチングマスクの一例を示す平面図である。図２に示すように、方向性電磁鋼板１の表面１１には、線状の露出部１ｂを残して帯状のエッチングマスク１ａが形成される。露出部１ｂは、例えば方向性電磁鋼板１の長手方向（搬送方向）に対して所定の傾斜角θで傾斜している。搬送方向における露出部１ｂの幅はｄ、搬送方向におけるエッチングマスク１ａの幅はＬである。

図１に戻り、エッチングレジスト塗布装置２は、バックアップロール２ａ、グラビヤロール２ｂ、及びゴム転写ロール２ｃを備えている。ゴム転写ロール２ｃは、グラビヤロール２ｂとバックアップロール２ａとの間に配置されており、各ロール２ａ，２ｂと接触している。グラビヤロール２ｂには、方向性電磁鋼板１に形成するエッチングマスク１ａの形状に対応する凹部が形成されている。この凹部に溜まったエッチングレジストのインキは、ゴム転写ロール２ｃを介して方向性電磁鋼板１の表面１１に転写される。

ゴム転写ロール２ｃは、バックアップロール２ａとの間に方向性電磁鋼板１を挟み込み、押圧しながらインキを方向性電磁鋼板１に塗布する。エッチングレジストとして使用するインキは、アルキド系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリエチレン系樹脂のうちのいずれかの樹脂を主成分とするレジストインキが好適である。乾燥焼付け装置３は、方向性電磁鋼板１の表面１１に塗布されたエッチングレジストのインキを乾燥させて焼付ける。これにより、方向性電磁鋼板１の表面１１には、線状の露出部１ｂ（図２参照）を残してエッチングマスク１ａ（図２参照）が形成される。

図３は、図１に示す方向性電磁鋼板の連続電解エッチング装置の要部を示す図である。図３に示すように、電解エッチング装置４の入口側には形状計８が配置されている。形状計８は、方向性電磁鋼板１の幅方向の形状（プロファイル）を計測する。形状計８によって計測された方向性電磁鋼板１の幅方向位置に関する情報は、電極位置制御装置１０に送られる。電極位置制御装置１０は、形状計８の計測結果に基づいて電極４２の位置を制御する。典型的には、電極位置制御装置１０は、形状計８から取得した方向性電磁鋼板１の幅方向位置に関する情報に基づいて、方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離が最も小さくなる幅方向位置を選出する。そして、電極位置制御装置１０は、選出された幅方向位置における方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を予め定められたエッチングマスクが破壊されない電圧となる距離とするべく、電極４２を鉛直方向（方向性電磁鋼板１から離間する方向）に移動させる。なお、電極４２を移動させる代わりに、電解浴４６中で方向性電磁鋼板１を電極４２に対向させるための入口側シンクロール４５ａ及び出口側シンクロール４５ｂの位置を鉛直方向（電極４２から離間する方向）に移動させることによって方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を調整してもよい。

電解エッチング装置４は、電解エッチング槽４１、電極４２、入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂ、入口側バックアップロール４４ａ及び出口側バックアップロール４４ｂ、入口側シンクロール４５ａ及び出口側シンクロール４５ｂ、電解浴４６、及び電源４７を備えている。電解エッチング装置４は、入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂを方向性電磁鋼板１と接触させた状態で入口側シンクロール４５ａ及び出口側シンクロール４５ｂによって方向性電磁鋼板１の一部を電解浴４６に浸漬させ、入口側シンクロール４５ａと出口側シンクロール４５ｂとの間で方向性電磁鋼板１と電極４２とを対向させる。電解エッチング装置４は、入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂと電極４２との間で通電し、電解エッチング処理により方向性電磁鋼板１の表面１１に線状溝を形成する。

電解浴４６は、電解エッチング槽４１内に貯留されている。電解浴４６は、例えばＮａＣｌ水溶液やＫＣｌ水溶液等の電解液である。電極４２は、電解浴４６中に配置されている。入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂと入口側バックアップロール４４ａ及び出口側バックアップロール４４ｂとは、電解エッチング槽４１内における電解浴４６の液面よりも上方に配置されている。入口側コンダクタロール４３ａ及び入口側バックアップロール４４ａは、電解エッチング槽４１における入口側に配置されている。出口側コンダクタロール４３ｂ及び出口側バックアップロール４４ｂは、電解エッチング槽４１における出口側に配置されている。入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂは、方向性電磁鋼板１に接触する陽極である。入口側コンダクタロール４３ａと入口側バックアップロール４４ａとの間に方向性電磁鋼板１が挟み込まれることで、方向性電磁鋼板１と入口側コンダクタロール４３ａとの接触状態が維持される。また、出口側コンダクタロール４３ｂと出口側バックアップロール４４ｂとの間に方向性電磁鋼板１が挟み込まれることで、方向性電磁鋼板１と出口側コンダクタロール４３ｂとの接触状態が維持される。

入口側シンクロール４５ａ及び出口側シンクロール４５ｂは、電解浴４６に浸漬されており、方向性電磁鋼板１を電解浴４６内に浸漬させる。電解エッチング槽４１において、入口側シンクロール４５ａは入口側に、出口側シンクロール４５ｂは出口側に配置されている。方向性電磁鋼板１は、入口側バックアップロール４４ａ、入口側シンクロール４５ａ、出口側シンクロール４５ｂ、及び出口側バックアップロール４４ｂにそれぞれ巻き掛けられた状態で電解エッチング槽４１内を搬送される。搬送される方向性電磁鋼板１は、入口側バックアップロール４４ａと入口側シンクロール４５ａとの間で電解浴４６内に入り、入口側シンクロール４５ａ及び出口側シンクロール４５ｂの下側を通り、出口側シンクロール４５ｂと出口側バックアップロール４４ｂとの間で電解浴４６から出る。

電極４２は、入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂと対となる負極である。電極４２は電源４７の負極側に、入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂは電源４７の陽極側に接続されている。電解エッチング装置４では、電源４７、入口側コンダクタロール４３ａ及び出口側コンダクタロール４３ｂ、方向性電磁鋼板１、電解浴４６、及び電極４２を経由する電流回路が構成される。電解エッチング処理における電流密度は、１〜１００［Ａ／ｄｍ^２］の範囲内にあることが好ましい。電解エッチング処理における電流密度が低すぎるとエッチング効果が十分に得られず、逆に高すぎるとエッチングマスク１ａ（図２参照）が損なわれてしまう。

図３に示すように、平板状の電極４２は、電解浴４６中において方向性電磁鋼板１の表面１１と対向する位置に配置されている。より具体的には、電極４２は、電解浴４６中における方向性電磁鋼板１よりも下方に配置されており、且つ、方向性電磁鋼板１の表面１１における入口側シンクロール４５ａから出口側シンクロール４５ｂまでの範囲と対向している。また、電解エッチング装置４の出口側には溝深さ検出計９が配置されている。溝深さ計検出計９は、方向性電磁鋼板１の表面に形成された線状溝の深さを計測する。

溝深さ計測計９によって計測された線状溝の深さに関する情報は、電極位置制御装置１０に送られる。電極位置制御装置１０は、溝深さ計測計９の計測結果に基づいて電極４２の位置を制御する。典型的には、電極位置制御装置１０は、溝深さ計測計９から取得した線状溝の深さに関する情報に基づいて、線状溝の深さが所定の目標値となるよう電極４２を鉛直方向（方向性電磁鋼板１から離間する方向）に移動させる。この制御量については、方向性電磁鋼板１の品種に応じて目安となる制御量を予め求めておいてもよいし、所定の距離だけ変化させた後の線状溝の深さを計測し、その方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離の変更前後での線状溝の深さから適正な制御量を求めてもよい。なお、電極４２を移動させる代わりに、電解浴４６中で方向性電磁鋼板１を電極４２に対向させるための入口側シンクロール４５ａ及び出口側シンクロール４５ｂの位置を鉛直方向（電極４２から離間する方向）に移動させることで、方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を調整してもよい。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である方向性電磁鋼板の製造方法は、方向性電磁鋼板１の表面にエッチングマスクを形成した後に電解エッチング処理を施すことによって方向性電磁鋼板１の表面に線状溝を形成するステップを含む方向性電磁鋼板の製造方法であって、電解エッチング処理は、電解浴４６を貯留した電解槽４１内で方向性電磁鋼板１に対して電極４２を対向配置し、電解液を介して方向性電磁鋼板１と電極４２との間を通電させて方向性電磁鋼板１の表面にエッチングを施す処理であり、電解エッチング処理前に方向性電磁鋼板１の形状を測定し、及び／又は、電解エッチング処理後に線状溝の深さを測定し、測定された方向性電磁鋼板の形状及び／又は線状溝の深さに応じて方向性電磁鋼板１と電極４２との間の距離を調整するステップを含むので、方向性電磁鋼板の表面に形成される溝の深さを所定範囲内に制御できる。

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。例えば、このように、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 方向性電磁鋼板
１ａ エッチングマスク
１ｂ 露出部
１１ 表面
２ エッチングレジスト塗布装置
２ａ バックアップロール
２ｂ グラビヤロール
２ｃ ゴム転写ロール
３ 乾燥焼付け装置
４ 電解エッチング装置
４１ 電解エッチング槽
４２ 電極
４３ａ 入口側コンダクタロール
４３ｂ 出口側コンダクタロール
４４ａ 入口側バックアップロール
４４ｂ 出口側バックアップロール
４５ａ 入口側シンクロール
４５ｂ 出口側シンクロール
４６ 電解浴
４７ 電源
５ エッチングレジスト除去装置
６ 水洗槽
７ リンス槽
８ 形状計
９ 溝深さ検出計
１００ 連続電解エッチング装置

Claims (4)

1. 鋼板の表面にエッチングマスクを形成した後に電解エッチング処理を施すことによって鋼板の表面に線状又は点状の溝を形成するステップを含む方向性電磁鋼板の製造方法であって、
   前記電解エッチング処理は、電解液を貯留した電解槽内で前記鋼板に対して電極を対向配置し、前記電解液を介して前記鋼板と前記電極との間を通電させて前記鋼板の表面にエッチングを施す処理であり、
   前記電解エッチング処理前に前記鋼板の形状を測定し、及び／又は、前記電解エッチング処理後に前記溝の深さを測定し、測定された前記鋼板の形状及び／又は前記溝の深さに応じて前記鋼板と前記電極との間の距離を調整するステップを含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 前記方向性電磁鋼板の幅方向の形状の測定位置のうち、前記電極に最も近い測定位置での前記方向性電磁鋼板と前記電極との間の距離を、印加電圧によって前記エッチングマスクが破壊されない所定の距離となるように制御するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 前記電極の幅方向の位置毎に、測定された前記鋼板の形状及び／又は前記溝の深さに応じて前記鋼板と前記電極との間の距離を調整するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
4. 鋼板の表面にエッチングマスクを形成した後に電解エッチング処理を施すことによって鋼板の表面に線状又は点状の溝を形成する方向性電磁鋼板の製造装置であって、
   前記電解エッチング処理は、電解液を貯留した電解槽内で前記鋼板に対して電極を対向配置し、前記電解液を介して前記鋼板と前記電極との間を通電させて前記鋼板の表面にエッチングを施す処理であり、
   前記電解エッチング処理前に前記鋼板の形状を測定する手段、及び／又は、前記電解エッチング処理後に前記溝の深さを測定する手段と、
   測定された前記鋼板の形状及び／又は前記溝の深さに応じて前記鋼板と前記電極との間の距離を調整する手段と、
   を備えることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造装置。

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