JPH0230718A - 抵鉄損方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、変圧器その他の電気機器の鉄心として用い
て好適な低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 方向性電磁鋼板は主として変圧器の鉄心材料として用い
られ、その磁気特性が良好であることが要求される。特
に鉄心として使用した場合のエネルギー損失即ち鉄損が
低いことが重要である。

従来から鉄損を減少させるために、結晶方位を（１１０
）　（００１）方位により高度に揃えること、Ｓｉ含有
量を上げそれにより鋼板の電気抵抗を増加させること、
不純物を低減させること、そして板厚を薄くすることな
どが種々試みられてきた。その結果、板厚０．２３ｍｍ
以下の鋼板では、鉄損ＷＩＴ／Ｓ。（磁束密度１．’ｌ
’Ｔ、　５０Ｈｚ）が０．９０Ｗ／ｋｇ以下のものも製
造されるようになった。

しかしながら、もはや冶金学的な方法ではこれ以上の大
幅な鉄損の低減は期待できない。

ところで近年、鉄損の大幅な減少を達成する手段として
人為的に磁区を細分化する方法が種々試みられている。

その中で現在工業化されている方法としては、特公昭５
７−２２５２号公報に開示されているような仕上げ焼鈍
済みの鋼板表面にレーザーを照射する方法がある。

しかしながらこの方法は、鉄損低減に効果があるとはい
うものの、歪取り焼鈍のような高温での熱処理によって
鉄損の低減効果が消失するという欠点があり、歪取り焼
鈍を必須とする巻鉄心用としては用いられない。

一方、歪取り焼鈍が可能な技術として特公昭６２−５４
８７３号公報には、仕上げ焼鈍済みの鋼板に線状または
点線状の溝を局部的に形成したのち、溝を充填すべくり
ん酸系の張力負荷被膜処理を施す方法が提案されている
。ここで溝の形成方法としては、レーザーや機械的手段
によって局所的に絶縁被膜を除去したのち被膜除去部を
酸洗する方法、或いはナイフなどにより機械的に直接溝
を形成する方法が示されている。しかるに絶縁被膜を局
所的に除去したのち酸洗する方法では、被膜の厚みや光
吸収率の違いから常に安定して被膜を除去することが困
難な上、その後の酸洗により溝形成部以外の被膜が冒さ
れやすいこと、酸濃度の差により形成される溝の深さに
ばらつきが生じること、またナイフなどにより直接溝を
形成する方法では、溝周辺にかえりを生じるため占積率
の低下を招くだけでなく刃先等の摩耗により安定した溝
の形成が困難であること等の問題があった。

また上記の方法を、仕上げ焼鈍後上塗りコーティングを
施した鋼板に適用した場合には、溝形成部での錆発生防
止及び絶縁性確保のため、再コーテイングを施す必要が
あり、いたずらにコストの増加をもたらす上、占積率の
低下を招くという不利も加わる。

さらに特開昭６３−７６８１９号公報には、仕上げ焼鈍
済みの鋼板のフォルステライト被膜を、地鉄中に導入さ
れる歪量：３０％以下の条件下に線状に除去した鋼板あ
るいは局所的にフォルステライト被膜未形成領域を形成
させた鋼板に、電解または化学エツチングを施して地鉄
に線状の溝を形成させる方法が提案されている。

しかしながらこの方法の場合も、安定した被膜の除去や
被膜未形成領域の形成は極めて難しいという問題があっ
た。

またさらに特開昭６２−１７９１０５号公報には、仕上
げ焼鈍前あるいは仕上げ焼鈍後の鋼板表面にフォトエツ
チングを行う方法が開示されている。この方法は、鋼板
にフォトレジストを塗布したのち、所望パターンのマス
クを通して、アーク灯や水銀灯、エキシマレーザ−のよ
うな紫外光を照射し、ついで現像液中に鋼板を浸漬して
露光部を除去し、しかるのちに酸液中に浸漬して露光部
の地鉄に溝を形成するという方法である。

しかしながらこの方法では、上記のように極めて複雑な
工程を経る必要があることからコスト高が避けられない
上、マスクを通しての紫外光の露光状態及び現像液中に
浸漬した際の露光部の除去状態をコイル全体にわたって
均一に保持することは困難であることから、やはり安定
して低鉄損を得ることは困難であった。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、歪取
り焼鈍による鉄損劣化がなくしかも占積率の優れた低鉄
損方面性電ｍｍ板を工業的に安定して製造することがで
きる方法を提案することを目的とする。

（課題を解決するための手段） さて発明者らは上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ね
た結果、仕上げ焼鈍済みでかつ上塗りコーティング未塗
布状態の方向性電磁鋼板に対し線状の非塗布部が残存す
るようにエツチングレジスト剤を局所的に塗布したのち
電解エツチングを施すことにより、歪取り焼鈍などによ
る鉄損劣化のない低鉄損方向性電磁鋼板を工業的に常に
安定して製造し得ることを新たに見出した。

この発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、仕上げ焼鈍済みでかつ上塗りコー
ティング塗布前の方向性電磁鋼板の表面に、エツチング
レジスト剤を、線状の非塗布部が残存するように局所的
に塗布したのち、電解エツチングを施し、しかるのち鋼
板全面にわたって上塗りコーティングを施すことから成
る低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法である。

以下、この発明を具体的に説明する。

発明者らは、まず同一成分、同一製造工程で製造した板
厚：　０．２３ｍｍ、　Ｂｏｏ　：　１．９１Ｔ　、　
ＩｔＪＩ、ｚ、ｏ　：０．９０　Ｗ／ｋｇの仕上げ焼鈍
済みでかつ上塗りコーティング未塗布のコイルを６コイ
ル用意し、それぞれのコイルにつき全長にわたって次に
示す処理を施した。

コイル１：コイル片面の全長にわたり、エポキシ樹脂系
の印刷インキをグラビアロールにより非塗布部が圧延方
向と直角な方向に幅：０．２ｍｍ、圧延方向の間隔：４
ｆｆｌｆｆ＋で線状に残存するように３μｍ厚に塗布し
たのち、ＮａＣ１電解液中で電解エツチングを施すこと
によって幅：　０．２　ｍｍ、深さ２１５８ｍの溝を形
成し、ついで５％Ｎ　ａ　Ｏｔｌ水溶液中に浸漬して印
刷インキを除去した。

コイル２：コイル片面の全長にわたり、焦点面でのビー
ム径が０．２ｍｍのパルスレーザ−を圧延方向と直角な
方向に圧延方向の照射間隔が４胴となるように線状に照
射することによって局所的にフォルステライト被膜を除
去したのち、硝酸液中で酸洗して幅：０．２ｍｍ、深さ
２１５８ｍの溝を形成した。

コイル３：コイル２と同様の方法でパルスレーザ−を照
射することによって局所的にフォルステライト被膜を除
去したのち、ＮａＣ１電解液中で電解エツチングを施す
ことにより幅：０．２ｍｍ、深さ２１５８ｍの溝を形成
した。

コイル４：コイル片面の全長にわたり、ナイフで圧延方
向と直角な方向に幅：０．２ｍｍ、圧延方向の間隔：４
胴で線状にフォルステライト被膜を除去したのち、硝酸
液中で酸洗して幅：０．２ｍｍ、深さ２１５８ｍの溝を
形成した。

コイル５：コイル片面の全長にわたり、フォトレジスト
を５μｍ厚に塗布したのち、圧延方向と直角な方向に幅
：０．２ｍｍ、圧延方向の間隔＝４ｍＩ１１で線状にス
リットをもつフォトマスクの介在下に超高圧水銀灯で露
光し、ついで現像液に浸漬することにより露光部を除去
したのち、硝酸液中で酸洗して幅：０．２ｍｍ、深さ２
１５８ｍの溝を形成した。

コイル６：コイル片面の全長にわたり、ナイフで圧延方
向と直角な方向に幅：０．２ｍｍ、深さ２１５８ｍの溝
を地鉄に圧延方向の間隔＝４閣で線状に形成した。

ついでこれらのコイルをそれぞれ１０分割し、各分割位
置からエプスタイン試片を採取した。ついでこれらのエ
プスタイン試片にＮ２ガス中で８００°Ｃ１３時間の歪
取り焼鈍を施したのち、磁気特性を測定した。

さらに、これらの試片にりん酸塩系の張力コーティング
被膜を被成したのち占積率を測定した。

各分割位置での鉄ｔＪｉＷ＋ｔｚｓ。とその平均値、ば
らつき及び各コイルの占積率を表１に併せて示す。

表１に示した結果から明らかように、この発明に従いエ
ツチングレジスト剤塗布後電解エツチングを施すことに
よって溝を形成したコイル１は、全長にわたりばらつき
の少ない低鉄損値が得られ、また占積率も良好であった
。これに対し従来法で溝を形成したコイル２，３，４．
５はいずれも、長さ方向の鉄損値のばらつきが大きいだ
けでなくコイル全体での鉄損平均値も適合例に比べて劣
っており、またコイル６は低鉄損値で鉄損のばらつきは
小さかったものの占積率が極端に劣っていた。

上記したような結果が得られた原因を解明すべく各コイ
ルの溝の状態について詳細に観察した結果、次の事実が
判明した。

すなわちこの発明に従うコイル１は、全長にわたってほ
ぼ幅：０．２ｍｍ、深さ：１５μｍの均一な溝が形成さ
ていたのに対し、コイル２，３，４．５はいずれも溝の
幅および深さとも場所によるばらつきが大きく、はとん
ど溝の形成されていない場所や深さが５０μｍにも達す
る溝が形成されている場所が観察された。これは被膜厚
の違いや場所による光吸収率の差、鋼板のばらつきや板
厚の変動等によるレーザー光の焦点のずれ、ナイフに印
加された圧力の変化さらには現像液の濃度変化等が原因
となって場所により被膜の除去状態に差ができたこと、
及び酸液濃度の変化により溝の深さが変ったこと等が原
因と考えられる。またこれらのコイルでは、線状の溝形
成部以外の場所にもランダムなスポット状の地鉄溶解部
が観察されたものが多く、これも鉄損減少を阻害する要
因と考えられるが、この原因は酸によりフォルステライ
ト被膜が冒されたことや電解エツチング時に被膜の薄い
部分に電流が流れエツチングさたことによるものと推察
される。

さらにコイル６において占積率が劣化した原因は、溝周
辺部に生じたかえりによるものと考えられる。

（作　用） この発明で対象とする鋼板は、仕上げ焼鈍済みでかつ上
塗りコーティングが施されていない状態の方向性電磁鋼
板である。

上塗りコーティングの施された鋼板にエツチング処理す
るためには、前もって局所的に被膜を除去する必要があ
るが、この場合、前述したとおり均一に被膜を除去する
ことが困難であるためエツチングにより形成させた溝も
不均一となり安定した鉄損低減効果が望み難い。またエ
ツチング後の地鉄露出部における錆防止および絶縁性確
保のため再コーテイングが必要となるため、占積率の低
下、コスト増を招くことも理由の一つである。

次に鋼板表面に塗布するエツチングレジスト剤としては
、非導電性の物質であれば特に限定はしないが、エツチ
ング後除去する必要があるためアルカリや溶剤で用意に
除去できるものであることが望ましく、かような好適レ
ジスト剤としてはアクリル、アルキド、エポキシ等の樹
脂に顔料を加えたインキなどがある。

塗布方法としては、非塗布部の幅を精度良く得るために
はスクリーン印刷またはオフセット印刷が適している。

エツチングレジスト剤を塗布する際の非塗布部は、鋼板
の圧延方向に直角方向ないしはそれより３０°以内の方
向で実質的に線状の領域とするのが好適であり、線状領
域の鋼板圧延方向のピッチは１〜３０ｍｍ、また各線状
領域の幅は５〜５００μｍ程度とするのが望ましい。と
いうのはこれらの範囲をはずれるとその後の電解エツチ
ング処理によって溝を形成させても鉄損減少効果は少な
いからである。

塗布するレジスト剤の厚みはエツチングの際に印加する
電流と時間により異なるけれども、通常２μｍ以上とす
るのが好適である。

エツチングレジスト剤塗布後、溝形成のために電解エツ
チングを行なう。エツチングの方法としてはＦｅＣ１：
＋やＨＮＯ，などを用いて化学的にエツチングする方法
もあるが、この方法では安定した溝を形成させるための
液の管理が難しいだけでなく、非エツチング部が冒され
る場合があるなどの欠点があるので、この発明では電流
による溝深さのコントロールが容易な電解エツチングを
用いるものとした。

電解浴は特に限定しないが、取扱いが容易で安価なＮａ
Ｃｌ、　ＮａＣｌＯ３，ＮａＮＯ３等の中性塩浴が最も
適している。

電解エツチングにより形成する溝の深さが１００μｍを
超えると鉄損はむしろ劣化する傾向にあるため、１００
μｍ以下好ましくは５〜３０μｍとするのが適当である
。

以上の溝形成処理は通常、鋼板の片面だけで十分である
が、両面に施しても構わないのはいうまでもない。

電解エツチング後、エツチングレジスト剤を除去する必
要があるが、除去法としては塗布したレジスト剤の種類
により適宜アルカリや溶剤を用いれば良い。また、鋼板
表面を荒さない程度にブラッシングを組み合せても構わ
ない。

このようにして溝を形成した鋼板には絶縁等の目的で上
塗りコーティング処理を施す。この場合上塗りコーティ
ングは通常用いられるりん酸系被膜でも他の被膜でも構
わない。

以上のようにして製造した鋼板は安定して極めて低い鉄
損値を示し、その値は歪取り焼鈍後も保持されるため巻
鉄心用材料として安定して使用することができる。また
一般に歪取り焼鈍を要しない積鉄心用として使用しても
よいことは言うまでもない。

なおこの発明に従い地鉄に及ぶ線状の溝を形成すること
によって極めて良好な低鉄損値が得られる理由は、溝の
周辺に生ずる反磁場効果のために磁区が細分化されるこ
とによるものと考えられる。

（実施例） 実施例１ 板厚０．２０ｍｍの仕上げ焼鈍済みかつ上塗りコーティ
ング未塗布の方向性電磁銅板コイルを４分割し、それぞ
れ次の（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）、　（Ｄ）に示す処
理を施した。

（八）表面にスクリーン印刷によりインキ（ビニルポリ
マー系樹脂、カーボンブラック等を主成分とする）を、
非塗布部が圧延方向と直角な方向に幅：０．２帥、圧延
方向の間隔：４ｍｍで線状に残存するように４μｍ厚に
塗布したのち、ＮａＣ１電解浴中で電解エツチングを施
すことによって地鉄に幅：０．２ｍｍ、深さ：２０μｍ
の溝を形成し、しかるのちアルコール液中に浸漬して印
刷インキを除去した。

（Ｂ）　表面に焦点面でのビーム径が０．２ｇのパルス
レーザ−を圧延方向と直角な方向に圧延方向の照射間隔
が４鵬となるように線状に照射することにより局所的に
フォルステライト被膜を除去したのち、硝酸液中で酸洗
することにより幅：０．２　ｍｍ、深さ２２０μｍの溝
を形成した。

（Ｃ）表面にフォトレジストを６μｍ厚に塗布したのち
、圧延方向と直角な方向に幅０．２　ｍｍ、圧延方向の
間隔：４腫で線状のスリットをもつフォトマスクを施し
て超高圧水銀灯で露光し、現像液に浸漬することにより
露光部を除去したあと硝酸液中で酸洗して幅：０．２ｍ
ｍ、深さ：２０μｍの溝を形成した。

（Ｄ）処理せず比較材とした。

ついでこれらのコイルにりん酸系絶縁被膜を被成したの
ち、各コイルから１０ケ所ずつサンプルを採取し、Ｎ２
中で８００°Ｃ１３時間の焼鈍を施した。

この時の磁気特性の平均値を表２に示す。

表２ 同表より明らかなように、この発明に従い得られたもの
は従来法に従う比較例に較べて優れた鉄損低減効果が得
られている。

実施例２ 板厚０．２３ｍｍの仕上げ焼鈍済みかつ上塗りコーティ
ング未塗布の方向性電磁鋼板コイルを３分割し、それぞ
れ次の（Ｅ）、　（Ｆ）、　（Ｇ）に示す処理を施した
。

（Ｅ）表面にアクリル系樹脂及び無機系顔料を主成分と
するインキを、グラビアロールを用いて非塗布部が圧延
方向と直角な方向に幅：０．２５ｍｍ、圧延方向の間隔
：５ｍｍで線状に残存するように２．５ｍｍ厚に塗布し
たのち、ＮａＮ０＊電解浴中で電解エツチングを施すこ
とにより幅：　０．２５ｍｍ、深さ２１５８ｍの溝を形
成し、しかるのち３％−Ｎａ０１１溶液中に浸漬してイ
ンキを除去した。

（Ｆ）表面にナイフで圧延方向と直角な方向に幅：０．
２５ｍｍ、深さ２１５８ｍの溝を圧延方向の間隔：５　
ｍｍで線状に形成した。

（Ｇ）処理せず比較材とした。

これらのコイルにりん酸系絶縁被膜を施したのち、各コ
イルから１０ケ所ずつサンプルを採取し、Ｎ２中で８０
０　’Ｃ５３時間の焼鈍を施した。

この時の磁気特性の平均値及び占積率を表３に同表より
明らかなように、ナイフで溝を導入した場合は鉄損は良
好であったものの占積率が大きく低下したのに対し、こ
の発明に従った場合には鉄損、占積率ともに良好な結果
が得られた。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、方向性電磁鋼板につき従来
に比し、より一層工業的に安定した低鉄損値を達成する
ことができ、しかもかかる鋼板は歪取り焼鈍による鉄損
劣化がないので積鉄心・巻鉄心共に使用可能であり、変
圧器の効率向上に大きく寄与する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、仕上げ焼鈍済みでかつ上塗りコーティング塗布前の
   方向性電磁鋼板の表面に、エッチングレジスト剤を、線
   状の非塗布部が残存するように局所的に塗布したのち、
   電解エッチングを施し、しかるのち鋼板全面にわたって
   上塗りコーティングを施すことを特徴とする低鉄損方向
   性電磁鋼板の製造方法。