JP7027923B2

JP7027923B2 - 方向性電磁鋼板、巻鉄芯、方向性電磁鋼板の製造方法、及び、巻鉄芯の製造方法

Info

Publication number: JP7027923B2
Application number: JP2018018618A
Authority: JP
Inventors: 秀行濱村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2038-02-05
Also published as: JP2019135323A

Description

本発明は、板幅方向に延びる溝が板長方向に所定間隔で形成された方向性電磁鋼板、及び、この方向性電磁鋼板を巻回して形成された巻鉄芯に関する。また、本発明は、方向性電磁鋼板に板幅方向に延びる溝を板長方向に所定間隔で形成する溝加工工程を含む方向性電磁鋼板の製造方法、及び、その方向性電磁鋼板を巻回して形成する鋼板巻回工程を含む巻鉄芯の製造方法に関する。

方向性電磁鋼板は、比較的小さな磁化力において磁化する際のエネルギー損失（鉄損）が低いため、例えば変圧器（トランス）の巻鉄芯を製造する際に用いられている。このような巻鉄芯に用いられる方向性電磁鋼板は、鉄損を低減することが求められる。かかる鉄損を改善する方策としては、方向性電磁鋼板に溝を形成する方法が採用されている（例えば、特許文献１～６参照）。従来、この溝は、方向性電磁鋼板の全幅に亘って形成されている。

特公昭６２－５４８７３号公報特公昭６２－５３５７９号公報特開平６－５７３３５号公報特開２００３－１２９１３５号公報特許５２３４２２２号公報特開平６－２９９２４４号公報

しかしながら、溝が方向性電磁鋼板の全幅に亘って形成されていると、巻鉄芯の製造時において方向性電磁鋼板の曲げ加工を行う際に、巻鉄芯のコーナ部における溝が形成されたエッジ部の曲げ強度が不足し、このエッジ部の溝を起点にして方向性電磁鋼板が割れる虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、巻鉄芯の製造時に方向性電磁鋼板が割れることを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係る方向性電磁鋼板は、板幅方向に延びる溝が板長方向に所定間隔で形成された方向性電磁鋼板であって、前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝が形成されていないことを特徴とする。

この方向性電磁鋼板によれば、板幅方向両端側のエッジ部には、溝が形成されていない。したがって、溝が方向性電磁鋼板の全幅に亘って形成されることによりエッジ部に溝が形成される場合に比して、エッジ部の曲げ強度が確保されるので、巻鉄芯の製造時に方向性電磁鋼板が割れることを抑制することができる。

上記課題を解決するために、本発明の第二態様に係る巻鉄芯は、板幅方向に延びる溝が板長方向に所定間隔で形成された方向性電磁鋼板を巻回して形成される巻鉄芯であって、前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝が形成されていないことを特徴とする。

この巻鉄芯によれば、この巻鉄芯を構成する方向性電磁鋼板の板幅方向両端側のエッジ部には、溝が形成されていない。したがって、溝が方向性電磁鋼板の全幅に亘って形成されることによりエッジ部に溝が形成される場合に比して、エッジ部の曲げ強度が確保されるので、巻鉄芯の製造時に方向性電磁鋼板が割れることを抑制することができる。

上記課題を解決するために、本発明の第三態様に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、方向性電磁鋼板に板幅方向に延びる溝を板長方向に所定間隔で形成する溝加工工程を含む方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記溝加工工程において、前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝を形成しないことを特徴とする。

この方向性電磁鋼板の製造方法によれば、溝加工工程において、方向性電磁鋼板の板幅方向両端側のエッジ部に、溝を形成しない。したがって、溝が方向性電磁鋼板の全幅に亘って形成されることによりエッジ部に溝が形成される場合に比して、エッジ部の曲げ強度が確保されるので、巻鉄芯の製造時に方向性電磁鋼板が割れることを抑制することができる。

上記課題を解決するために、本発明の第四態様に係る巻鉄芯の製造方法は、方向性電磁鋼板に板幅方向に延びる溝を板長方向に所定間隔で形成する溝加工工程を経て製造された方向性電磁鋼板を巻回して巻鉄芯を形成する鋼板巻回工程を含む巻鉄芯の製造方法であって、前記溝加工工程において、前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝を形成しないことを特徴とする。

この巻鉄芯の製造方法によれば、この巻鉄芯を構成する方向性電磁鋼板の製造時の溝加工工程において、方向性電磁鋼板の板幅方向両端側のエッジ部に、溝を形成しない。したがって、溝が方向性電磁鋼板の全幅に亘って形成されることによりエッジ部に溝が形成される場合に比して、エッジ部の曲げ強度が確保されるので、巻鉄芯の製造時に方向性電磁鋼板が割れることを抑制することができる。

以上詳述したように、本発明によれば、巻鉄芯の製造時に方向性電磁鋼板が割れることを抑制することができる。

本実施形態に係る方向性電磁鋼板の構成の一例を示す断面図である。本実施形態に係る巻鉄芯の構成の一例を示す斜視図である。図２の巻鉄芯を構成する方向性電磁鋼板を展開した状態の一例を示す平面図である。図３のＦ４－Ｆ４線断面図である。本実施形態に係る巻鉄芯の製造工程の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造工程について図５と異なる例を示すフローチャートである。本実施形態に係るレーザ加工装置の構成の一例を示す斜視図である。図７のレーザ加工装置で溝が形成された方向性電磁鋼板の一例を示す平面図である。本実施例に係る方向性電磁鋼板についてレーザビームの未照射比率と繰返し曲げ平均回数との関係の一例を示すグラフである。本実施例に係る方向性電磁鋼板についてレーザビームの未照射比率と鉄損改善率との関係の一例を示すグラフである。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の変形例として方向性電磁鋼板に溝を一列のみ形成する一例を示す斜視図である。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の変形例として方向性電磁鋼板の板幅方向両端側のエッジ部となる領域に浅溝を形成する一例を示す斜視図である。図１２の製造方法によって製造された方向性電磁鋼板の一例を示す平面図である。図１３のＦ１４－Ｆ１４線断面図である。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の変形例として方向性電磁鋼板の板幅方向両端側のエッジ部となる領域及びそのエッジ部となる領域の間に浅溝をそれぞれ形成する一例を示す斜視図である。図１５の製造方法によって製造された方向性電磁鋼板の一例を示す平面図である。本実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法の変形例として歯型ロールによって方向性電磁鋼板に溝を形成する一例を示す斜視図である。比較例に係る巻鉄芯の構成の一例を示す斜視図である。図１８の巻鉄芯を構成する方向性電磁鋼板を展開した状態の一例を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。以下の実施形態において、浅溝を形成する例は、本発明の参考例である。

＜方向性電磁鋼板の概要＞
方向性電磁鋼板は、鋼板の結晶粒の磁化容易軸（体心立方晶の＜１００＞方向）が製造工程における圧延方向に略揃っている電磁鋼板である。方向性電磁鋼板は、圧延方向に磁化が向いた磁区を、磁壁を挟んで複数配列した構造を有する。このような方向性電磁鋼板は圧延方向に磁化しやすいため、磁力線の方向がほぼ一定に流れるトランスの鉄芯材料として適している。

トランスは、通常、積みトランスと巻きトランスとに大別される。本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、鋼板に巻き変形を加えながらトランスの形状に組み上げる巻きトランスの鉄芯材料として利用される。

図１に示すように、本実施形態に係る方向性電磁鋼板１０は、鋼板本体（地鉄）１２と、鋼板本体１２の両面に形成されたグラス被膜１４と、グラス被膜１４上に形成された絶縁被膜１６と、を有する。

鋼板本体１２は、Ｓｉを含有する鉄合金で構成されている。鋼板本体１２の組成は、一例として、Ｓｉ；２．５質量％以上４．０質量％以下、Ｃ；０．０２質量％以上０．１０質量％以下、Ｍｎ；０．０５質量％以上０．２０質量％以下、酸可溶性Ａｌ；０．０２０質量％以上０．０４０質量％以下、Ｎ；０．００２質量％以上０．０１２質量％以下、Ｓ；０．００１質量％以上０．０１０質量％以下、Ｐ；０．０１質量％以上０．０４質量％以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である。鋼板本体１２の厚さは、例えば０．１５ｍｍ以上で、かつ０．３５ｍｍ以下である。

グラス被膜１４は、例えば、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）及びコージライト（Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８）、といった複合酸化物によって構成されている。グラス被膜１４の厚さは、例えば１μｍである。

絶縁被膜１６は、例えば、コロイド状シリカとリン酸塩（リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウムなど）を主体とするコーティング液やアルミナゾルとホウ酸を混合したコーティング液によって構成されている。

上述した構成の方向性電磁鋼板１０は、複数枚重ねられた状態で巻回されて、図２に示す変圧器（トランス）の巻鉄芯５０として用いられる。

図２に示すように、本実施形態に係る巻鉄芯５０は、略直方体形状を成しており、中央側に空間が形成されている。巻鉄芯５０の外周の横の長さはＡであり、縦の長さはＢであり、奥行きの長さはＣである。また、巻鉄芯５０の内周の横の長さはａであり、縦の長さはｂであり、内周の奥行きは外周の奥行きと同じ長さである。巻鉄芯５０は、四隅に製造時に曲げ加工されたコーナ部５２を有する。コーナ部５２は、例えばＲ形状となっている。

巻鉄芯５０は、上述の通り方向性電磁鋼板１０を巻回して形成したものであるため、展開されると図３に示すようになる。図３には、巻鉄芯５０を構成する方向性電磁鋼板１０の長さ方向の一部が示されている。なお、図２のＸ方向が図３の圧延方向に対応し、図２のＹ方向が図３の板幅方向に対応する。

図３、図４に示すように、方向性電磁鋼板１０においては、鉄損を低減させるために、方向性電磁鋼板１０の製造時の搬送方向（圧延方向）と交差する方向に延在する溝２０が、鋼板本体（地鉄）１２の表面に圧延方向（板長方向）に所定間隔で形成されている。詳細は後述するが、溝２０は、例えば、レーザ加工装置によって地鉄の表面にレーザビームを照射することで形成される。

＜巻鉄芯の製造方法の流れ＞
図５を参照しながら、本実施形態に係る巻鉄芯５０の製造方法の流れについて説明する。巻鉄芯５０の製造工程は、図５に示すように、鋳造工程Ｓ２と、熱間圧延工程Ｓ４と、焼鈍工程Ｓ６と、冷間圧延工程Ｓ８と、脱炭焼鈍工程Ｓ１０と、焼鈍分離剤塗布工程Ｓ１２と、最終仕上げ焼鈍工程Ｓ１４と、絶縁被膜形成工程Ｓ１６と、板幅方向鉄損測定工程Ｓ１８と、レーザ加工工程Ｓ２０と、再絶縁被膜形成工程Ｓ２２と、鋼板巻回工程Ｓ３０とを含む。

鋳造工程Ｓ２では、所定の組成に調整された溶鋼を連続鋳造機に供給して、鋳塊を連続的に形成する。熱間圧延工程Ｓ４では、鋳塊を所定温度（例えば１１５０～１４００℃）に加熱して熱間圧延を行う。これにより、所定厚さ（例えば１．８～３．５ｍｍ）の熱間圧延材が形成される。

焼鈍工程Ｓ６では、熱間圧延材に対して、例えば、加熱温度７５０～１２００℃、加熱時間３０秒～１０分の条件で熱処理を行う。冷間圧延工程Ｓ８では、熱間圧延材の表面を酸洗した後に、冷間圧延を行う。これにより、所定厚さ（例えば、０．１５～０．３５ｍｍ）の冷間圧延材が形成される。

脱炭焼鈍工程Ｓ１０では、冷間圧延材に対して、例えば、加熱温度７００～９００℃、加熱時間１～３分の条件で熱処理を行い、鋼板本体１２を形成する。鋼板本体１２の表面には、シリカ（ＳｉＯ２）を主体とする酸化物層が形成される。焼鈍分離剤塗布工程Ｓ１２では、鋼板本体１２の酸化物層の上に、マグネシア（ＭｇＯ）を主体とする焼鈍分離剤を塗布する。

最終仕上げ焼鈍工程Ｓ１４では、焼鈍分離剤が塗布された鋼板本体１２をコイル状に巻き取った状態で、バッチ式炉内に挿入して熱処理を行う。熱処理条件は、例えば、加熱温度１１００～１３００℃、加熱時間２０～２４時間である。この際、鋼板本体１２の圧延方向と磁化容易軸とが一致した、いわゆるゴス粒が優先的に結晶成長する。この結果、仕上げ焼鈍の後に結晶方位性（結晶配向性）が高い方向性電磁鋼板１０が得られることとなる。また、最終仕上げ焼鈍工程Ｓ１４により、酸化物層と焼鈍分離剤が反応し、鋼板本体１２の表面にフォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）からなるグラス被膜１４が形成される。

絶縁被膜形成工程Ｓ１６では、コイル状に巻き取られた鋼板本体１２を巻き解して板状に伸ばして搬送する。そして、鋼板本体１２の両面に形成されたグラス被膜１４の上に絶縁剤を塗布、焼付けを行い、絶縁被膜１６を形成する。絶縁被膜１６が形成された鋼板本体１２は、コイル状に巻き取られる。板幅方向鉄損測定工程Ｓ１８では、例えば、後述するレーザ加工工程Ｓ２０で溝２０が板幅方向に間隔を空けて断続的に形成される場合において、間隔で分けられた領域毎の鉄損の値を前もって測定する。板幅方向鉄損測定工程Ｓ１８で鉄損を測定しておくことで、続くレーザ加工工程Ｓ２０で、測定結果に基づいて、間隔で分けられた領域毎のレーザ加工の条件を変えることができる。なお、板幅方向鉄損測定工程Ｓ１８は必須ではなく、特に、方向性電磁鋼板１０が得られる最終仕上げ焼鈍工程Ｓ１４より前に、レーザ加工工程を行う場合（後述する図６（Ａ）、図６（Ｂ）の場合）等には、板幅方向鉄損測定工程Ｓ１８を省略することができる。

レーザ加工工程Ｓ２０では、コイル状に巻き取られた鋼板本体１２を巻き解して板状に伸ばして搬送する。そして、後述するレーザ照射装置によって、鋼板本体１２の片面に向けてレーザビームを集光・照射し、圧延方向に搬送される方向性電磁鋼板１０の圧延方向と交差する交差方向に走査する。これにより、鋼板本体１２の表面に、交差方向に延在する溝２０が、上記圧延方向（鋼板１０の長さ方向）に所定間隔で形成される。なお、レーザビームの集光・照射は、鋼板本体１２の表面及び裏面の両方から行ってもよい。このレーザ加工工程Ｓ２０は、溝加工工程の一例である。

再絶縁被膜形成工程Ｓ２２では、溝２０が形成された鋼板本体１２に対して、絶縁被膜形成工程Ｓ１６と同様に絶縁被膜１６を形成する。すなわち、２回目の絶縁被膜１６を形成する。上記の一連の工程により、上記圧延方向と交差する方向に延在する溝２０が、鋼板本体１２（地鉄）の表面に圧延方向に所定間隔で形成された方向性電磁鋼板１０が製造される。

このように、本実施形態では、鋼板本体１２の表面にグラス被膜１４及び絶縁被膜１６が形成され、レーザ照射によって磁区制御された方向性電磁鋼板１０が製造される。すなわち、上述した工程Ｓ２～Ｓ２２が、方向性電磁鋼板１０の製造工程となる。

鋼板巻回工程Ｓ３０では、まず、溝２０が形成された方向性電磁鋼板１０を圧延方向に所定長さだけカットし、複数枚準備する。そして、複数枚の方向性電磁鋼板１０を重ねた状態で巻回することで、図２に示す巻鉄芯５０が製造される。すなわち、上述した工程Ｓ２～Ｓ２２に、鋼板巻回工程Ｓ３０を加えた工程が、巻鉄芯５０の製造工程となる。

なお、上記では、レーザ加工工程Ｓ２０が絶縁被膜形成工程Ｓ１６の後に行われることとしたが、これに限定されず、レーザ加工工程Ｓ２０が絶縁被膜形成工程Ｓ１６よりも前に行われてもよい。例えば、方向性電磁鋼板１０の製造工程において、図６（Ａ）に示すように、冷間圧延工程Ｓ８の後に、レーザ加工工程Ｓ２０が行われてもよい。かかる場合には、図６（Ａ）に示すように、レーザ加工工程Ｓ２０の後に絶縁被膜形成工程Ｓ１６が行われるので、図５に示す再絶縁被膜形成工程Ｓ２２が不要となり、方向性電磁鋼板１０の製造工程（結果的に、巻鉄芯５０の製造工程も）を短縮できる。

また、図６（Ｂ）に示すように、脱炭焼鈍工程Ｓ１０の後に、レーザ加工工程Ｓ２０が行われてもよい。さらに、図６（Ｃ）に示すように、最終仕上げ焼鈍工程Ｓ１４の後に、レーザ加工工程Ｓ２０が行われてもよい。かかる場合においても、レーザ加工工程Ｓ２０の後に絶縁被膜形成工程Ｓ１６が行われるので、図５に示す再絶縁被膜形成工程Ｓ２２が不要となり、方向性電磁鋼板１０の製造工程（結果的に、巻鉄芯５０の製造工程も）を短縮できる。

＜レーザ加工装置の構成＞
図７を参照しながら、方向性電磁鋼板１０にレーザビームを照射して溝２０を形成するレーザ加工装置１００の構成の一例について説明する。このレーザ加工装置１００は、圧延方向に一定速度で搬送される方向性電磁鋼板１０の絶縁被膜の上から圧延方向と交差する交差方向にレーザビームを照射して、その交差方向に延在する溝２０を形成する。前述の交差方向は、方向性電磁鋼板１０の板厚方向とも交差する方向である。

レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１０２と、伝送ファイバ１０４と、レーザ照射装置１０６とを、それぞれ複数有する。この複数のレーザ発振器１０２、伝送ファイバ１０４、レーザ照射装置１０６の各構成は同様である。

レーザ発振器１０２は、例えば高出力のレーザビームを出射する。伝送ファイバ１０４は、レーザ発振器１０２から出射されたレーザビームをレーザ照射装置１０６まで伝送する光ファイバである。

レーザ発振器１０２の種類としては、微小集光特性に優れ、狭い溝を形成できる観点等から、ファイバレーザ又はディスクレーザが好ましい。ファイバレーザ又はディスクレーザは、波長が近紫外域から近赤外域（例えば１μｍ帯）にあるためレーザビームを光ファイバによる伝送が可能であり、レーザビームを光ファイバで伝送することで比較的コンパクトなレーザ加工装置１００を実現できる。また、レーザ発振器１０２は連続波レーザでもパルスレーザでもよい。

レーザ照射装置１０６は、レーザ発振器１０２から伝送ファイバ１０４により伝送されたレーザビームを方向性電磁鋼板１０に集光・走査させる。ここで、レーザビームの集光形状は、例えばレーザ照射に伴う溶融物の発生を抑制する観点等から、楕円形状である。

なお、上記では、方向性電磁鋼板１０上のレーザビームの集光形状が楕円形状であることとしたが、これに限定されない。例えば、レーザビームの集光形状が、真円形状であってもよい。

また、上記では、レーザ発振器１０２がファイバレーザ又はディスクレーザであることとしたが、これに限定されない。例えば、レーザ発振器１０２が、ＣＯ_２レーザであってもよい。

＜巻トランス製造時の鋼板の曲げ加工に伴う割れの発生＞
溝が形成された方向性電磁鋼板は、巻きトランスの鉄芯（巻鉄芯）として利用される。方向性電磁鋼板は元々巻鉄芯のサイズに応じた板幅で製造されるか、又は、溝形成後に適宜巻鉄芯のサイズに応じた板幅に切り分けられる。そして、巻鉄芯の製造時に、巻鉄芯に好適な板幅となった方向性電磁鋼板の曲げ加工が行なわれる。かかる曲げ加工の際に、溝を起点にして方向性電磁鋼板が割れる虞がある。

ここで、比較例として、図１８、図１９に示すように溝１２０が、巻鉄芯に使われる板幅の全幅に亘って形成された方向性電磁鋼板１１０、及び、この方向性電磁鋼板１１０を巻回して形成した巻鉄芯１５０を例に挙げて、方向性電磁鋼板の割れについて説明する。方向性電磁鋼板の曲げ加工においては、通常、鋼板が圧延方向に曲げられる。図１８では、巻鉄芯１５０のコーナ部１５２に溝１２０が一つのみ形成されているように示されているが、実際は複数の溝１２０が形成されることが多い。

図１９に示す方向性電磁鋼板１１０を巻回して図１８に示す巻鉄芯１５０を得る場合には、コーナ部１５２に応力が集中する。したがって、溝１２０が方向性電磁鋼板１１０の全幅に亘って形成されていると、巻鉄芯１５０の製造時において方向性電磁鋼板１１０の曲げ加工を行う際に、巻鉄芯１５０のコーナ部１５２における溝１２０が形成されたエッジ部となる領域１２４の曲げ強度が不足し、このエッジ部となる領域１２４の溝１２０を起点にして方向性電磁鋼板１１０が割れる虞がある。

特に、レーザ加工で溝１２０を形成する場合には、溶融再凝固層によって応力集中することと、溝幅と溝深さのアスペクト比の高い溝形状になることにより、エッジ部となる領域１２４の溝１２０を起点にして方向性電磁鋼板１１０が割れやすくなる。

＜鋼板の割れを抑制する方策及びその効果＞
上述した方向性電磁鋼板の割れを防止するために、本実施形態では、一例として、以下の方策を採用する。図７、図８には、一例として、方向性電磁鋼板１０の製造後に板長方向に延びる複数の仮想線Ｌ（切断予定線）で方向性電磁鋼板１０が板幅方向に複数に切断され、巻鉄芯に好適な板幅とする例が示されている。この例では、方向性電磁鋼板１０の製造後に３本の仮想線Ｌの位置で切断され、方向性電磁鋼板１０が板幅方向に４枚の短冊状の方向性電磁鋼板１０Ａに分離される。

このようにして切り出される複数の方向性電磁鋼板１０Ａの各々は、図３、図４の方向性電磁鋼板１０に相当する。なお、方向性電磁鋼板１０から切り出される方向性電磁鋼板１０Ａの枚数は４枚以外でもよい。

本実施形態では、一枚の方向性電磁鋼板１０から切り出され、巻鉄芯に使われる板幅となった複数の方向性電磁鋼板１０Ａの各々において、板幅方向両端側のエッジ部となる領域２４（図３、図４参照）には、溝２０が形成されないようにする。溝２０が形成されないようにするためには、例えば、図７に示す各レーザ照射装置１０６から照射されるレーザビームの走査方向の範囲を適宜調節するか、又は、エッジ部となる領域２４の照射タイミングでレーザビームの出力をオフにするか、若しくは、マスキング材を用いてレーザビームを遮断すればよい。

そして、上述のようにすることにより、図７、図８に示す仮想線Ｌで切断される前の方向性電磁鋼板１０においては、巻鉄芯に使われる板幅となった際にエッジ部となる領域２４に溝２０が形成されずに、このエッジ部となる領域２４の間に、各レーザ照射装置１０６によって、溝２０が板幅方向に間隔を空けて断続的に形成される。このとき、板幅方向に隣り合う溝２０の間の中央部に仮想線Ｌが位置するように、溝２０が板幅方向に間隔を空けて断続的に形成される。

このようにして方向性電磁鋼板１０に溝２０を形成すると、方向性電磁鋼板１０の製造後に仮想線Ｌ（板幅方向に隣り合う溝２０の間の溝２０が形成されていない部位）で方向性電磁鋼板１０を板幅方向に複数に切断することにより、一枚の方向性電磁鋼板１０から複数の方向性電磁鋼板１０Ａを得ることができる。このようにして切り出された複数の方向性電磁鋼板１０Ａの各々は、上述の通り、図３、図４の方向性電磁鋼板１０に相当する。

この図３、図４の方向性電磁鋼板１０では、溝２０が、前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際の、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域２４よりも板幅方向内側で終端しており、エッジ部となる領域２４には溝２０が形成されていない。したがって、溝２０が方向性電磁鋼板１０の全幅に亘って形成されないことにより、エッジ部となる領域２４に溝２０が形成される場合に比して、エッジ部となる領域２４の曲げ強度が確保されるので、巻鉄芯５０の製造時に方向性電磁鋼板１０が割れることを抑制することができる。

なお、本実施形態では、図８に示すように、板幅方向に隣り合う溝２０が板長方向にずれているが、板幅方向に隣り合う溝２０が板長方向の同じ位置に形成されてもよい。

＜実施例＞
上述した本実施形態に係る方向性電磁鋼板１０の有効性を確認するための実施例について説明する。

本実施例に係る方向性電磁鋼板は、以下のように製造されている。
まず、Ｓｉ；３．０質量％、Ｃ；０．０５質量％、Ｍｎ；０．１質量％、酸可溶性Ａｌ；０．０２質量％、Ｎ；０．０１質量％、Ｓ；０．０１質量％、Ｐ；０．０２質量％、残部がＦｅ及び不可避不純物、といった組成のスラブを準備した。このスラブに対して、１２８０℃で熱間圧延を実施し、厚さ２．３ｍｍの熱間圧延材を製出した。

次に、熱間圧延材に対して、１０００℃×１分の条件で熱処理を行った。熱処理後に酸洗処理を施した上で冷間圧延を実施し、厚さ０．２３ｍｍの冷間圧延材を製出した。この冷間圧延材に対して、８００℃×２分の条件で脱炭焼鈍を実施した。次に、脱炭焼鈍後の冷間圧延材の両面に、マグネシアを主成分とする焼鈍分離材を塗布した。

そして、焼鈍分離材を塗布した冷間圧延材をコイル状に巻き取った状態で、バッチ式炉に装入し、１２００℃×２０時間の条件で仕上げ焼鈍を実施した。これにより、表面にグラス被膜１４が形成された鋼板地鉄（鋼板本体１２）を製出した。次に、グラス被膜１４の上に、リン酸アルミニウムからなる絶縁材を塗布、焼き付け（８５０℃×１分）し、１回目の絶縁被膜１６を形成した。

次に、グラス被膜１４及び絶縁被膜１６が形成された鋼板本体１２に対して、レーザビームを照射し、鋼板本体１２の表面に溝２０を形成した。

ここで、本実施例では、図７に示すレーザ照射装置１０６を一つ用い、図３、図４に示すような、エッジ部となる領域２４に溝２０が形成されていない方向性電磁鋼板１０を製造する。照射条件としては、レーザビーム強度を１０００Ｗ、ビーム走査速度を３０ｍ／ｓ、照射ピッチを３ｍｍとした。また、レーザビームの形状は楕円形状であり、ビーム径の圧延方向は０．１ｍｍであり、ビーム径の走査方向は０．３ｍｍである。かかる照射条件により、幅が５０μｍで、深さが２０μｍ、断面積７８５μｍ^２の溝が形成された。

次に、溝２０が形成された鋼板本体１２に対して、２回目の絶縁被膜１６を形成した。これにより、図３、図４に示すような方向性電磁鋼板１０が製造される。

本実施例では、レーザビームの未照射比率が異なる複数の方向性電磁鋼板１０を製造した。レーザビームの未照射比率（未加工比率）は、方向性電磁鋼板１０の全幅に対し、レーザビームを照射していないエッジ部となる領域２４の板幅方向に沿った長さの割合に相当する。レーザビームの未照射比率（未加工比率）は、次式（１）で求められる。

レーザビームの未照射比率＝（方向性電磁鋼板の全幅－溝の全長）／方向性電磁鋼板の全幅×１００（％）・・・（１）

そして、上記要領で製造した複数の方向性電磁鋼板１０を測定することで、図９、図１０に示すような測定結果を得た。

図９は、本実施例に係る方向性電磁鋼板についてレーザビームの未照射比率と繰返し曲げ平均回数との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は未照射比率を示し、グラフの縦軸は鋼板の繰り返し曲げ平均回数を示す。ここで、繰り返し曲げ平均回数とは、鋼板の曲げ試験を行った際に鋼板が割れずに繰り返して曲げを行える平均回数を意味する。曲げ試験では、鋼板を直径１０ｍｍに繰り返し曲げる。

図９のグラフを見ると分かるように、レーザビームの未照射比率が０％の場合（すなわち、溝が全幅に亘って形成されている場合）には、繰り返し曲げ平均回数は０．５回であり、鋼板が割れやすい結果となった。一方で、レーザビームの未照射比率が大きくなるにつれて、繰り返し曲げ平均回数が多くなる傾向を示す。

図９のグラフを見ると、繰り返し曲げ平均回数が５回になるのは、レーザビームの未照射比率が５％以上の場合である。繰り返し曲げ平均回数が５回以上であれば、巻鉄芯の製造時の方向性電磁鋼板の割れを有効に抑制できるので、レーザビームの未照射比率は５％以上が望ましい。

ところで、レーザビームの未照射比率を上げると、磁極の発生が減少するため、鉄損改善の効果が低下してしまう。

図１０は、本実施例に係る方向性電磁鋼板についてレーザビームの未照射比率と鉄損改善率との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸はレーザビームの未照射比率を示し、グラフの縦軸は鉄損改善率を示す。図１０のグラフを見ると分かるように、レーザビームの未照射比率が大きくなるにつれて、鉄損改善率が低下する傾向を示している。鉄損改善率が２０％になるのは、レーザビームの未照射比率が１７％以下である。鉄損改善率が２０％以下であれば、鉄損改善の効果が十分に得られるので、レーザビームの未照射比率は１７％以下が望ましい。

以上より、本実施例では、レーザビームの未照射比率を５％以上、１７％以下にすることで、巻鉄芯の製造時の方向性電磁鋼板の割れを有効に抑制しつつ、鉄損改善の効果を十分に得ることができる。

＜変形例＞
上記実施形態では、図７に示すように、方向性電磁鋼板１０が板幅方向に複数に切断されることに対応して、方向性電磁鋼板１０に複数列の溝２０が形成される。しかしながら、図１１に示すように、方向性電磁鋼板１０が板幅方向に複数に切断されずに一枚の鋼板として巻鉄芯に使用される場合には、方向性電磁鋼板１０に溝２０が一列のみ形成されてもよい。

この図１１に示す変形例において、溝２０は、方向性電磁鋼板１０の板幅方向両端側のエッジ部となる領域２４よりも板幅方向内側で終端しており、エッジ部となる領域２４には溝２０が形成されていない。

また、図１２～図１４に示すように、エッジ部となる領域２４には、レーザ照射装置１０６によって溝２０よりも深さが浅い浅溝２２が溝２０と連続して形成されていてもよい。図１２、図１３において、浅溝２２は、溝２０との区別を容易にするために、点線で示されている。この浅溝２２は、一例として、一定の深さで形成されている。浅溝２２の深さは、例えば、溝２０の深さに対し５０％以下であると好適である。

本変形例では、例えば、エッジ部となる領域２４の照射タイミングでレーザ発振器１０２の出力を下げるか、又は、レーザ照射装置１０６に設けられるポリゴンミラーの回転を速くしてレーザビームの強度を下げることにより、溝２０よりも深さが浅い浅溝２２が形成される。

このように、エッジ部となる領域２４に浅溝２２が形成されていても、溝２０が方向性電磁鋼板１０の全幅に亘って形成されることによりエッジ部となる領域２４に溝２０が形成される場合に比して、エッジ部となる領域２４の曲げ強度が確保されるので、巻鉄芯５０の製造時に方向性電磁鋼板１０が割れることを抑制することができる。また、全幅に亘って溝２０及び浅溝２２が形成されるので、エッジ部となる領域２４以外だけに溝２０を形成する場合に比して、鉄損改善の効果の低減を抑制することができる。

なお、図１２～図１４に示す変形例において、浅溝２２は、一定の深さで形成されているが、溝２０から浅溝２２にかけて徐々に深さが浅くなってもよい。

また、上記実施形態では、図７、図８に示すように、仮想線Ｌで切断される前の方向性電磁鋼板１０においては、エッジ部となる領域２４に溝２０が形成されずに、このエッジ部となる領域２４以外の領域に、各列の溝２０が板幅方向に間隔を空けて断続的に形成される。

しかしながら、図１５、図１６に示すように、仮想線Ｌで切断される前の方向性電磁鋼板１０のエッジ部となる領域２４に浅溝２２が形成されると共に、このエッジ部となる領域２４の間には、板幅方向に隣り合う各列の溝２０の間に、溝２０よりも深さが浅い浅溝２２が各列の溝２０と連続して形成されてもよい。図１５、図１６において、浅溝２２は、溝２０との区別を容易にするために、点線で示されている。

この図１５、図１６に示す変形例では、一例として、各列の溝２０の一方側に形成された浅溝２２と、その隣の列の溝２０の他方側に形成された浅溝２２とが板長方向にずれている。このため、本変形例では、各列の溝２０の一方側に形成された浅溝２２と、その隣の列の溝２０の他方側に形成された浅溝２２との間に仮想線Ｌが位置するように、溝２０及び浅溝２２が形成される。

このように、方向性電磁鋼板１０に溝２０及び浅溝２２を形成すると、方向性電磁鋼板１０の製造後に仮想線Ｌで方向性電磁鋼板１０を板幅方向に複数に切断することにより、一枚の方向性電磁鋼板１０から複数の方向性電磁鋼板１０Ａを得ることができる。このようにして切り出された複数の方向性電磁鋼板１０Ａの各々は、図１３、図１４の方向性電磁鋼板１０に相当する。

なお、図１５、図１６に示す変形例では、板幅方向に隣り合う各列の溝２０が板長方向にずれることに対応して、各列の溝２０の一方側に形成された浅溝２２と、その隣の列の溝２０の他方側に形成された浅溝２２とが板長方向にずれている。

しかしながら、板幅方向に隣り合う各列の溝２０が板長方向の同じ位置に形成された場合には、板幅方向に隣り合う各列の溝２０とその隣の列の溝２０との間に、直線状に延びる浅溝２２がその両側の溝２０と連続して形成されてもよい。この場合には、浅溝２２の中央部に仮想線Ｌが位置するように、溝２０及び浅溝２２が形成される。

このようにしても、方向性電磁鋼板１０の製造後に仮想線Ｌで方向性電磁鋼板１０を板幅方向に複数に切断することにより、一枚の方向性電磁鋼板１０から複数の方向性電磁鋼板１０Ａを得ることができる。このようにして切り出された複数の方向性電磁鋼板１０Ａの各々は、図１３、図１４の方向性電磁鋼板１０に相当する。

また、上記実施形態では、溝加工工程において、レーザ加工によって方向性電磁鋼板１０に溝２０を形成していたが、例えば、エッジング加工や電子ビーム加工などのレーザ加工以外の除去加工によって方向性電磁鋼板１０に溝２０を形成してもよい。また、溝２０に加えて浅溝２２を形成する場合にも、例えば、エッジング加工や電子ビーム加工などのレーザ加工以外の除去加工が用いられてもよい。

また、溝加工工程では、転写加工によって方向性電磁鋼板１０に溝２０を形成してもよい。例えば、図１７に示す変形例では、転写加工の一例として、歯型ロール３０と押付ロール４０で方向性電磁鋼板１０を板厚方向の両側から挟み込み、歯型ロール３０の歯部３２を方向性電磁鋼板１０の表面に押し付けることにより、方向性電磁鋼板１０に溝２０を形成している。本変形例では、歯型ロール３０の軸長が方向性電磁鋼板１０の板幅方向の長さよりも短くなっており、これにより、方向性電磁鋼板１０の板幅方向両端側のエッジ部となる領域２４に溝２０を形成しないようにしている。

なお、歯型ロール３０の軸長を方向性電磁鋼板１０の板幅方向の長さと同じか、又は、それよりも長くすると共に、歯部３２の長さ方向の両端部を低くし、歯型ロール３０の歯部３２を方向性電磁鋼板１０の表面に押し付けることにより、エッジ部となる領域２４の間に溝２０を形成すると共に、エッジ部となる領域２４に浅溝２２を形成してもよい。

また、図７、図８に示すように、仮想線Ｌで方向性電磁鋼板１０を板幅方向に複数に切断する場合に、歯部３２を歯型ロール３０の軸方向に断続的に形成することにより、板幅方向両端側のエッジ部となる領域２４の間に、溝２０を板幅方向に間隔を空けて断続的に形成してもよい。

このようにしても、方向性電磁鋼板１０の製造後に仮想線Ｌで方向性電磁鋼板１０を板幅方向に複数に切断することにより、図３に示す方向性電磁鋼板１０Ａを複数得ることができる。

また、図１５、図１６に示すように、仮想線Ｌで方向性電磁鋼板１０を板幅方向に複数に切断する場合に、歯型ロール３０の軸方向に交互に並ぶ高い歯部と低い歯部を歯型ロール３０に設けることにより、エッジ部となる領域２４に浅溝２２を形成すると共に、そのエッジ部となる領域２４の間に溝２０を形成してもよい。

このようにしても、方向性電磁鋼板１０の製造後に仮想線Ｌで方向性電磁鋼板１０を板幅方向に複数に切断することにより、図１３に示す方向性電磁鋼板１０Ａを複数得ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０方向性電磁鋼板
１２鋼板本体
１４グラス被膜
１６絶縁被膜
２０溝
２２浅溝
２４エッジ部となる領域
３０歯型ロール
３２歯部
４０押付ロール
５０巻鉄芯
５２コーナ部
１００レーザ加工装置
１０２レーザ発振器
１０４伝送ファイバ
１０６レーザ照射装置
Ｌ仮想線

Claims

板幅方向に延びる溝が板長方向に所定間隔で形成された方向性電磁鋼板であって、
前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝が形成されていない、方向性電磁鋼板。
板幅方向に延びる溝が板長方向に所定間隔で形成された方向性電磁鋼板を巻回して形成される巻鉄芯であって、
前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝が形成されていない、巻鉄芯。
方向性電磁鋼板に板幅方向に延びる溝を板長方向に所定間隔で形成する溝加工工程を含む方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記溝加工工程において、前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝を形成しない、方向性電磁鋼板の製造方法。
方向性電磁鋼板に板幅方向に延びる溝を板長方向に所定間隔で形成する溝加工工程を経て製造された方向性電磁鋼板を巻回して巻鉄芯を形成する鋼板巻回工程を含む巻鉄芯の製造方法であって、
前記溝加工工程において、前記方向性電磁鋼板が巻鉄芯に使われる板幅となった際に、当該板幅方向両端側のエッジ部となる領域には、前記溝を形成しない、巻鉄芯の製造方法。