JPS5992506A - 強磁性材料の電力損の改善方法 - Google Patents

強磁性材料の電力損の改善方法

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JPS5992506A
JPS5992506A JP58195391A JP19539183A JPS5992506A JP S5992506 A JPS5992506 A JP S5992506A JP 58195391 A JP58195391 A JP 58195391A JP 19539183 A JP19539183 A JP 19539183A JP S5992506 A JPS5992506 A JP S5992506A
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laser
laser beam
coating
sheet
ferromagnetic material
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JP58195391A
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ロバ−ト・フランシス・クラウス
ゲリ−・クラ−ク・ロ−チ
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Westinghouse Electric Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
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    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
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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】 本発明は強磁区間隔を細分化する強磁性材料の処理方法
及び処理された強磁性材料に関する。
更に詳しくは本発明は強磁性材鋼板及び積層板の物理的
接触でかいけがき(スクライビング)方法及びこの方法
で処理された強磁性板に関す( 3 ) る0 発明の背景 高透磁率の磁気鉄心例えば変圧器鉄心用方向性珪素鋼の
開発圧より、特に/。s T ( t 、t KG)よ
り大きな誘起電力において、鉄損が大きく改善されるよ
うになった。この鉄損の減少は、主に結晶粒の配向度の
改善によって達成されていた。全鉄損に寄与する鉄損成
分の分離により鉄損の改善が鉄損のヒステリシス成分の
減少忙よって達成されることが示された。鉄損を更忙減
少させることは.ito0磁壁間隔を改良し、鉄損の渦
電流成分を低減させることにより達成される。
最近数年間に強磁性材シート中の静磁気エネルギー或い
は磁気弾性エネルギーを変更することによって磁壁間隔
を減少させる技術が開発された。圧延方向と平行に引張
応力を与える絶縁被膜は、磁壁間隔及び鉄損な減少させ
るのに有効であった。強磁性材のシートの圧延方向と直
角に機械的または物理的にけがき(スクライビ( 7 
) ング)することは、磁区の間隔を減少させ鉄損を低下さ
せる上に有効なことが判明した別の技術である。機械的
けがき(スクライビング)の欠点は、絶縁被膜が乱され
、占積率が減少することにある。
上述した欠点のないけがきの利点を確保する努力は、パ
ルスレーザけがき技術の使用を中心としてなされてきた
。周知のように、充分な電力密度のレーザーパルスによ
り鉄一珪素合金を照射すると、合金表面又は絶縁被膜表
面の材料が気化し、圧力衝撃波が合金内部に流れ、転位
及び双晶を生ずる( A,E.Clauer  ほか著
、「パルスレーザ−により誘起されるFe−、?Wt,
 Pet81 合金の変形( Pulsed Lase
r 工nducedDeformation in a
n Fe−JWt Pct+&i Allay月、Me
tallurgical Transactions 
A,第tA巻、//9−ノコ3頁、l97り年ノ月 参
照)。この変形は機械的けがきによって生じた変形と同
様に、磁区の間隔を制御するために使用できる。
実際に、パルスレーザ−は、衝撃波によって誘起された
変形の配列(アレイ)を生ずるために、方向性電磁鋼板
に適用されている(例えば米国特許第1コq33!;0
号、フランス特許1fit o/2223/号(191
7年4月30日フランス特許第:1’lAg191号と
して公告)参照)。
しかし、強磁性材倒板の主要表面に絶縁被膜が施された
後にパルスレーザ−でけがきを行うことはレーザーを照
射した部分の絶縁被膜を除去することになり、その結果
被膜の絶縁特性、耐食性、及び耐高電圧特性が劣化する
ことが報告されている(例えばヨーロッパ特許出願公告
第0033g?t Aコ参照)。この被膜損傷はレーザ
ーけがき後に再被覆することにより回復することができ
るが、被覆した被膜は約AOOC以下の温度で硬化して
レーザーけがきによる有益な効果を焼なましにより減殺
することは避けるべきである。さらに再被覆は付加的な
製造工程を必要とするので望ましくない。
発明の開示 本発明によれば、強磁性シート材料の磁区寸法、従って
電力損失はこのシート材料の狭い帯域を好適には材料の
固相線以下の温度に急速に加熱し、続いて加熱した材料
を直ちに自己急冷する方法により減少できることが発見
された。
このように、熱処理材料中に生じた応力のためにこの熱
処理された材料中に塑性変形が起こり、これは周囲の比
較的低温な材料により該熱処理された材料の熱膨張が拘
束されると考えられる。
さらに驚くべきことに、本発明によろけかき方法をすて
圧電気絶縁物質の被膜を被覆した強磁性材料に施したと
き、強磁性材料はけかきがなされ、しかも被膜の絶縁性
は維持されることが見出されたことである。本発明によ
る方法は絶縁被膜の粗さを変えないか、または被膜を溶
融させないことが好ましい。
さらに本発明によれば、けがき線を生ずる熱処理は強磁
性材シート上を衝撃し横に走査するように持続モードで
作動するエネルギービームにより行うのが好適である。
この目的のためにはCW (持続波、conti nt
+ous  vrave )  が有効(7) であることが見出された。
ネオジムYAG  iたはネオジムガラス及びCo、レ
ーザーが本発明に適切に使用される。
本発明により処理されろ材料は、方向性ケイ素鋼板及び
高透磁性方向性ケイ素鋼板のような磁区寸法の大きい強
磁性シート材料であって絶縁被覆されたもの及び絶縁被
覆されないものの両方が含まれる。本発明はさらに鉄−
ニッケル合金、鉄−コバルト合金、鉄−ニッケルーコノ
(ルト合金、及び非晶質強磁性材料に施され、これらも
また本発明によるけがきにより磁区寸法を減少する利益
がある。
本発明によれば、持続波又は拡張されたパルスモードで
作動するレーザービームで強磁性材料シートまたは絶縁
被膜を有する強磁性材料シートをけがくことによって、
これらシートの電力損失(watt  1oss ) 
 を減少することが可能である。適当なレーザー走査パ
ラメータの下圧、上記材料の磁区寸法は被膜の絶縁特性
または表面の粗さ一面度次損なうことなく改良すること
<t  ) が見出された。
本発明者らは、本発明の有利な結果はレーザーによって
材料の狭い帯域を材料の固相線未満の温度に急速に加熱
し、続いて直ちに材料の加熱帯域を急速に自己急冷する
ことによると考えられる。レーザー被処理材料と非処理
周囲材料とに温度差を生じ、この温度差は非常に大きく
、該処理中に被処理帯域中に発生した応力により被処理
帯域中に塑性変形または残留応力を生ずる。この理由は
被処理帯域の熱膨張が周囲の比較冷たい材料により拘束
されるからである。
これらの条件を達成し、同時に被膜の損傷を回避するた
めては、レーザーは塑性衝撃波を発生させずに、また好
ましくは強磁性材料を融解させずに、強磁性材料の狭い
帯域を所要の高温まで急速に加熱し得るものでなければ
ならない。
これらの要件は、材料中に衝撃変形をもたらすの圧必要
な電力密度未満の電力密度をもつビームを生ずるレーザ
(A、H,C1auer  ほか著「金属忙おけるレー
ザー誘起衝撃波の効果(Effoctof La、se
r Induced 5hock on Metals
 ) J  及びM、A、 Meyers著「衝撃波と
金属における高ひずみ率現象(5hock Waves
 and Hlgh−8train −Rate Ph
enomena in Materials ) J第
A?3頁〔フレナム11 ハブリッシング・コーポレー
ション(Plenum Publishing Cor
p、 )刊行〕を生じ同時にIOジュール(、T)/f
f1以上で約:1OOJ/d以下の入射エネルギー密度
をもつビームを生ずるレーザーを使用することにより満
足されることが見出された。この目的のためにはC融触
を避けるために約’ o ミ’)秒以下の滞留で約l×
706ワツ)/fflのエネルギー密度を使用すること
が好適である。絶縁応力被覆を有する高透磁率方向性珪
素鋼を使用し、入射エネルギー密度約//−!rOジュ
ール/cI/lを得るように入射電力密度を約7×ノ0
3〜1xlO!ワツト/c!11滞留時間を好ましくは
約0./−sミリ秒とした場合、電力損失が著しく改善
されることが見出された。本発明の目的に対しては上記
の要求に合致する長いパルス期間をもつパルスレーザ−
またはパルスモードで動作する持続波レーザーもまた有
用である。
この得られる改良はレーザーによって生じた変形帯域の
巾と、変形帯域間の間隔とにも依存する。
特に理論にこだわらないが1本発明の理解と。
本発明の使用と、それによって得られる利点とは次の理
論的な説明が有用と考えられる。
この発明により生ずるレーザーけがき(レーザースクラ
イビング)は従来得られなかったドメインの改良を生ず
る。衝撃変形効果がない場合。
局所加熱の程度が熱膨張が抑制されるために局所変形を
生ずる重要な因子であると考えられる。
本発明に使用する大部分の滞留時間及びレーザービーム
の光点の大きさについて、第1の近似として大部分の熱
が強磁性材料中を下方に流瓢その他の方向には熱損失は
ほとんど起こらないと考えられる。理想化された7次元
熱流モデルにおいては温度変化は次の式(1)によって
表わすことができる: Cツノ) 式中、△T=表面温度の最大増加(0K〕工=入射ビー
ム電力(W/cIl) t=表面上のビームの滞留時間0秒) に=熱拡散率(6117秒) k=熱伝導率(W/cm、’K) α=吸収率 更に、レーザービームの光点が典型的なガウス分布の代
りに直径或いは長さに亘って均一な電力密度dを有する
ものと想定すると、ビーム軌跡ないしはけかき線(スク
ライプライン)の中心における滞留時間は式 t = −(Sは走査速度)    (コ)によって表
わされる。
入射ビーム電力Pは式 %式%)(3) (ここにAは一様な電力密度を有するビーム光点の面積
である) (/コ) 工によって表わされる0式Cノ入(−〕及び(3)の組
が得られ、また、所定の材料、レーザービームの形状と
大きさ及び波長については ΔTocP@B−”        (k)の関係が得
られる。
式(’I)がレーザー処理中に実際に存在する複雑な状
態に対し定量的忙正確な△Tを与えるとは考えられない
圧しても、式(りは異なる材料間の電力、速度及びエネ
ルギー要件の定性的比較或いは定性的予測を行うためK
は有用であろ5と、考えられる。所定材料、レーザー波
長、ビームの形状と大きさ、及びけがき線(スクライプ
ライン)間隔について、パラメーターP・S−i/aは
本発明によって生ずる鉄損の変化にとって有用な作図変
数であることが見出されている。
実施例 本発明は以下の示例として掲げる実施例により更に明確
となろう。
まず、ミル・ガラス被覆したTRAN−CORH(在米
国、オハイオー州、ミドルタウル、アルムプ・インコー
ホレーテッド(Armco Inca )の商標〕のサ
ンプルを得た。TRAN −CORHは高透磁率方向性
珪素鋼板で二次再結晶の促進を抑制するAtN抑制剤を
使用している。
ミル・ガラス技覆は代表的な厚さが約7〜−ミクロンの
ケイ酸マグネシウムガラスである。
このミル・ガラス被覆は業界において周知の標準技法で
鋼板上に形成される。これらの技法の代表例には下記の
ものが含まれる: MgO−水スラリーを帯鋼に施し、
帯鋼を焼鈍してスラリー被覆を乾燥し、次いでコイル巻
きした帯鋼を代表的には約l二〇〇〇で箱なましして帯
鋼中に二次再結晶粒組織と同時に表面上にMg5iO,
ガラスを生成させる(珪素は珪素鋼自体から供給される
)。
ミル・ガラス被覆TRAN −CORHなエプスタイン
(Epstein )帯鋼に剪断し、無作為抽出し、乾
燥水素雰囲気中でtooCで2時間応力除去焼鈍し、炉
冷した。帯鋼シートの厚さは約0.コロm5(0,01
041インチ)であった。
第7の例のセットはTRAN −CORHの9個ずつの
帯鋼エプスタインの3組のセットなCWモード(持続波
モード)で約3コワツトで動作するco、レーザーでレ
ーザーけがきすることからなる。使用したレーザーは米
国、ミシガン州、リボニアのPhoton 5ourc
es  Inc、  により製造されたPhoton 
 V / !r O型730ワットCo、レーザーであ
った。第1図に示すように、ビームIOは試料表面上に
直径約0.!r6m(ココミル)のビーム光点をうるた
めに試料表面30で意識的にコ、3ダ簡(O0700イ
ンチ)焦点をずらした(DF) A 3.!rwi (
コ、3インチ)焦点長さのレンズ30を通る。光点内の
エネルギー分布はガウス型のものである。試料−〇を計
数的に調節されたXY合10に電磁チャックにより固定
し、レーザービーム10の下を前後にラスクー(走査〕
()S) する。レーザービーム光路X′は圧延方向Yに対し直交
(垂直)である。けがき(スクライプ)間隔は3セツト
のサンプルすべてに対し’eJjllfi(0,2Sイ
ンチ)であった。走査速度(けがき速度)は3セツトの
サンプルについて変えた。サンプルセットLS−Mg−
ノはlZycm1分(SOインチ/分〕、サンプルセッ
トL8−Mg−,2はas<tt−rn1分(100イ
ンチ/分) 及びサンプル七ッ)LS−Mg−Jはzo
tcm/分(:1ooインチ/分)でけがきした(第7
表参照)。試料の両面なけがきした。けがき線を一つず
つ下に記録した。
レーザービーム走査(けがき)後、各セットからt個の
帯鋼を60ヘルツ(Hl)で試験した。
レーザー照射区域のAO−H,減磁磁性磁区壁間隔及び
磁区壁パターンをミル・ガラス被覆が元のままの残りの
エプスタイン帯鋼について観察した。各セットのサンプ
ルからの1個の帯鋼を金属組織学的に検査した。熱Hc
lの30チ溶液で被覆を除き、サンプルを磨き、3%N
1talでエツチングした。
()6) 被覆された表面は光及び走査電子顕微鏡で損傷を検査し
、圧延方向に平行に表面プロフィルを測定した。
(/デ) 全鉄損と走査速度との関係を第一図に示した0低走査速
度(,2、t $crn/分及び/、2?crn/分)
ではレーザーが誘発1.た損傷は鉄損を増大させ、一方
j Q j c1n/分 で走査すると鉄損は低下した
0透磁率は3種の走査(けかき)条件全部で低下した(
第3図)0 例えば磁束密度による鉄損減少の変化を第弘図に示す。
約/ A KG  までの磁束密度の場合、鉄損減少は
ほぼ一定で0−09 !r W/kf(0−09jw、
4゜(0,0QJW/ボンド)〕であるo/AK()以
上では鉄損減少は増大する。鉄損減少率(%)は/りに
Gへ磁束が増大すると共に減少し次いで増大する。
7ざθ0磁区壁間隔は第3図に示すように走査速度と共
に減少する。レーザーけがき帯域中2をもつ例えばLS
−MG−Jの磁区の形状を第1図に示す。/ t 00
磁区組織が崩壊している損傷区域の巾はレーザーの走査
速度が減少すると共に増大する(第7図)0 絶縁被覆の検査の結果、サンプルL8−M()−コ及び
LEI−M()−jについては目視によりわかる損傷は
なかった。1276F/分(jOインチ/分)の走査速
度でレーザー処理したサンプルLS−Mffi−/は若
干の被覆の変色を示したが、ノマルスキ顕微鏡では被覆
の損傷を検出できなかった。
8PMによる被覆表面の検査も被覆の損傷の検出はでき
なかった。
サンプルL8ヤMG−コ及びL 8−MG−J上に造っ
た表面のプルフィルは対照品!J−’MG−41と同様
であった。LS−MG−/について行った表面プルフィ
ルはレーザーけがき(走査)区域のサンプルの厚さが僅
かだが急激に増大することを示した。サンプルの厚さは
レーザー走査(けかき)区域で約a、reiクロン(O
,/ミル)増大した。
鋼(サンプルL8−MG−一)の平面区域の検査の結果
、鋼−被覆境界面近くのレーザーが照射された区域中に
血道弓骨状滑りまたは双晶線があることを示した(第S
図)。交さする線間の角度は約700である。to、r
oの角度は</ / />方向、BCC珪素鋼における
滑り及び双晶方向に対応する。
第一セットのサンプルでは第7図に示す装置を使用して
一連のCARLITE −Jで被覆したTRAM−CO
RHエプスタインのセットをレーザーによりけがきした
CARLITE −Jは代表的には約3〜41建クロン
の厚さのアルミニウムーマグネシウム−リン酸塩−クロ
ミア−シリカ絶縁性ガラス応力亀裂被覆に対するARM
CO社の商標で、ミル・ガラスに結合し、それを覆って
いる。この被覆は代表的にはtsooc以上の温度で硬
化される。この応力亀裂被覆は下地の珪素鋼に応力をか
け、それによって強磁性磁石の改善を生ずる。(:’A
RLITII!i−3及び関連する絶縁性応力亀裂被覆
及びそれらを珪素鋼に直接施す方法及びミル・ガラス被
覆珪素鋼は米国特許第s、v4Itりtb号に記載され
ている。
下記の例において使用したC’ARLITE −J被覆
TRAN−CORH鋼はりt、 on (、y oイン
チ)巾コイルから切断したj個の帯鋼エプスタインセッ
トである。このエプスタインサンプルはヘリウム中でt
osCで13分間応力除去焼鈍した。
/J、?1’ff+焦点距離レンズ(0,5ctn焦点
をずら査速度で上述のサンプルの片側にレーザーをけが
きした。レーザー走査パラメータの種々の組合わせのい
くらかと、得られた結果とを第3表に示す。
鉄損及び透磁率の変化を始めの鉄損及び透磁率の%とじ
て示した。鉄損の負の変化は改善を示し、透磁率におけ
る正の変化は透磁率の増大を示す。速度と電力パラメー
タを含むパラメータp @ 5−3Aは間もなく説明す
る。第3表にはまたけがき(スクライプ)線の可視性に
ついても定量的に示した。これはレーザー損傷区域の一
つの尺度である。
第3表から藺導(インダクション)を/JKGかも/j
KGに増大すると共に、ミル・ガラス・被5 TRAN
 −CORHを使用した前のサンプルにおいて観察され
たのと同じように、減少することが明らかである。
/、tKG下での鉄損は第9図に示す(鉄損における正
の%減少は鉄損の減少を示し負の%減少は鉄損の増大を
示す)。p a B−3Aは最適のレーザーけがき(ス
クライビング)条件を特定するのに有用なパラメータで
あるだけでなく、電力とレーザーの移動速度との種々の
組合わせに対して鉄損変化量もp−5−Hの函数である
ことが判明した。
走査電子顕微鏡(SEM)はけかき線(スクライプライ
ン)の若干は一般に目視検査が確実に行われる1000
倍の倍率でさえ見ることはできなかった。サンプル33
及びJりはビーム光路が見えなかった例として検査した
(コり !* 、?lI/コ、7  0.!r     30   1
0/4    コ、、t    −4337/コ、7 
 0.j    コo    1oit   −t、、
t     −デ3?     /コ、7  0.!k
     コo     :1rlI  tq、t  
  −ttt−* −刃側のけかき(スクライプ)区域
を他方の側の走査区けがき(スクライプ)した。間隔は
Q、411eWlである。
**O=見えない l=僅かに見える (コロ) OO0 000 /    +t、5xio”’ +tms域上に記録し
て両側を 選定したサンプルを帯鋼の全厚を測定する断面針を使用
して試験した。厚さが変化すると表面の損傷が見えると
予期された。断面図が得られたサンプルを第ダ表に掲げ
た。この第ダ表は第3表からのこれらのサンプルの関連
データをも含む。
第ダ表から、最適条件の範囲でのCo、レーザけがき(
レーザスクライブ)はほとんど測定しうる作用を生じな
いことが明らかである。観察された最高の厚さの増大で
ある八!μm (激しくレーザー損傷を受けたサンプル
J9)はけかき区域でO,S%の厚さの変化を示したの
にすぎない。この少量の増加は断面針を使用して容易に
観察でき、より最適に近いサンプルにおいて検出されな
い変化は約0.2μm以下の極めて小さいものであるこ
とが強調される。
間隔係数はできるだけ大きいこと、及びレーザーけがき
のような二次処理が間隔係数を減少しないことが望まし
い。事実、機械的けがきの顕著な潜在的欠点の7つはけ
がきした溝から出た金属をシートから完全に除けないの
でけがき溝から金属を除くことに関連して空間係数が低
下することである。我々は良好な鉄損の改善を我々はま
たフランクリン電流は研究したレーザーけがき条件によ
っては増大しないで、被覆により付与される絶縁性は低
下しないことを見I。
出した。
このセットのサンプルの重要な結果はレーザでけがきし
たミル・ガラス被覆高透磁率電気機器用鋼において先に
観察された鉄損の減少が化1カ亀裂被膜(5tress
−coated )材料においても見出されることであ
り、また持続波(cw)co。
レーザけがきにより被膜の損傷はほとんど、または全く
ないことである。また、高速度けがきにp * S−3
’f が依存することも重要である。
式(1)はレーザ照射中に予期される温度上昇は吸収さ
れた入射エネルギの割合αに正比例することを示す。我
々は吸収係数αを直接測定する(コt ) ことはできないが、磨いたアルミニウム表面にくらべた
反射率Rを測定する機器を入手することはできる。io
、bμmのco、レーザー波長ででは応力除去焼鈍した
CARLITB −J  で被覆した材料の反射率はコ
コ%で、前の例で使用したミル・ガラス被覆鋼の反射率
は33%であった。
この理由のために、上記一種の鋼に対する最適けがき条
件は異なることが予想され、事実具なる。ミル・ガラス
被覆材料に対し見出された最良のけかき条件6−t O
/ 4crn/分 の速度で32w、 pss−%= 
/、Aであり、対応するビームの大きさに対し、CAR
LITE= J被覆鋼に対し見出された最良の条件は1
0/6Cm/分でコow、 p−5−3A=7.0であ
った。
式(4)は反射率が異なること、及び最適P、S“イの
値が異なることを考慮に入れたこれら一種の場合に対す
る最高温度上昇を推定するのに使用できる。式(4)に
3%5i−Feを代入すると:R=/  −α に−=0./りW/cm−”f:: (コブ) に= 0.01 g cm”/秒 6=0.0!rbcm からΔT=4IO(/−R)(P弓′″M)    (
7)が得られ、ここに(p−s”!A)の単位はW・分
“ルインチ%で表わされる。測定したR及び示されたP
−8−%の値を使用すると ΔTミャ、ガラユ=(arO)(O,ダj)(/、4)
=411C及び ΔTcARLrrg−、r=(AffO)(0−7g>
(i、o)=s、iocである。これらの値は極めてよ
く一致し、P−8”%パラメータの有効性をさらに支持
する根拠を与える。この概略の分析において、我々は熱
の流れが一次元性であると想定し、また被覆は透明であ
ると考えると暗に想定した。上述の分析した場合におい
ていずれも被膜の変化は観察されなかった。
本発明を上述の実施例によって説明してきたが、持続波
または拡張されたパルスモードで動作する例えばネオジ
ウムY人Gまたはネオジウムガラスを使っても許容でき
る結果が得られる。
しかし最適条件は多分具なる。この理由はミル・ガラス
及びCARLITE −、?  のような被覆を備えた
サンプルはこれらのレーザーによって放出された/、0
4ミクロン波長の光を非常に少ししか反射しないからで
ある。〔式(1)参照〕。
P・8−Hの関係は走査速度の増大に伴って電力を直線
的に増大しなくても高速度レーザーけがきが可能である
ことを示す。しかし走査速度が増大すると、所定の丸い
光点直径に対しては滞留時間が減少し、必要なエネルギ
ー密度を得るのに必要なより大きい電力密度により生ず
る衝撃誘発効果により被膜の損傷が最終的には生ずる。
本発明者らは走査速度に関するこの制限はレーザービー
ム光点の形状を丸形から細長い形に変え、この場合光点
の主要元を走査方向に平行にすることによって解決でき
ることを見出した。このようにして、被膜の損傷を避け
るために本発明の方法により必要とされるレーザー滞留
時間、電力密度及びビームの巾を維持でき、同時に走査
速度を著しく増大できる。例えば上述の細長い光点は前
の例で使用し第1図に概略図式に示した凸面球状レンズ
の代りに円筒状レンズを用いることによって造ることが
できる。
しかし、関連出願の107Jt号及び3θり3?号に記
載の装置及び方法を本発明と一緒に使用すれば一層大き
い走査速度さえ達成できると考えられる。
第1/図及び第1:1図は高速度レーザー走査法の下記
の例におい【本発明で使用する高速度レーザー走査装置
の実施例を説明する。第1/図はレーザー走査装置の部
分破断側面図を示す。
傾斜鏡/10IIは支持腕/10rの回転軸に取付けら
れ、この軸はその一端に円筒状レンズ/104を調節自
在に支持する。傾斜鏡1toaの回転軸と心合せされた
レーザー光ビームの入射ビーム/10コが傾斜鏡/10
41によって方向転換して円筒状レンズ/104を通る
ように傾斜鏡//、044は円筒状レンズと光学的に心
合せされている。円筒状レンズ/104はレーザー光ビ
ーム/10コを強磁性シー) //J!rの表面上に集
束(合焦)す(J:I ) る。金で被覆した不銹鋼傾斜鐘/10II及びセレン化
亜鉛製円筒状レンズl10Aが下記の実施例で使用され
る。
支持腕//Qgは鋼製軸/112上に取付けられ、この
軸///コは継ぎ手tiigによって可変速度直流(D
C)電動機11/Qに結合される。鋼製軸/IIコはボ
ールベアリングを備えたヨーク11144に回軸自在に
取付けられる。ヨーク1lllIは中空ペース部材//
ココ上に!付けられる。鋼製軸II/コには回転速度計
リング1ull、が取付られる。回転速度計リング//
Itは軸に沿って拡がる複数の孔からなる一つの内円と
複数孔の円とは異なる手径上f軸に沿った少くとも1個
の孔とを備える。これらの孔はLED (発光ダイオー
ド)と中空ベース部材11:1コ上に取付けられた光光
学センサI/J、0との対ユ対間を通る。
LEDと光光学センサとの第7対は複数孔の円により遮
断され、LEDが発する光が遮断される頻度に基づいて
ノ分間当りの回転数を示す表示装置に電気信号を送る。
(JJ) LEDと光光学センサの第一対は他の孔と組合わされた
配列をなし、この配列から得られる電気信号はレーザー
源に送られ、レーザービームが強磁性材料シート上に入
射する時にだけレーザービームな発射することを可能と
なす。所望により第一、第3等の対だけが強磁性材料シ
ートlノ3S上に通る。
レーザーによりけがきされる強磁性材料シー) 1/J
kを保持するためのシートテーブル//21゜が中空ベ
ース部材内に、しかしその一部ではないように設置され
る。シートテーブルll−tは上面に円筒形の表面//
2りを備え、この表面1/コアは第1,2図に示すよう
に端縁から見ると凹形に見える。第2コ図かられかるよ
うに表面/lコクはそれと傾斜鏡/1Q41の回転軸と
の距離に等しい曲率半径をもつ弧をなし、その結果表面
1127表面上に保持された強磁性材料シート113!
rK衝突するレーザービームは常に該シー) //33
全部からのビームの全党路に沿って同じ程度の合焦黒度
(集束)度をもつ。
強磁性材料シー) //J!tは減圧把持装置に杏って
凹面の表面/lコクに保持される。シートテーブル/l
JA内の弧状の配置内で表面//2りの下に凹面の表面
/lコア上に開口するスロット///、?−と連通した
一連の通路//J17が配設される。可撓性の減圧管が
通路//JOに1titで接続する。強磁性材料シー)
 //3には通路//30とスロット//Jコとが部分
減圧されると凹面の表面//ココア固定される。このよ
うにして強磁性材料シートの上側表面は凹形をなし、こ
の形は全レーザー処理すイクル中保たれる。
シートテーブル//コロの下部は車輪l/36を備えた
台車//J’l上に取付けられ、この車輪によりシート
テーブル//コロと台車//34tとの組体は軌道また
は溝//1117内を転動する。台車内にはネジ切り軸
孔//Jllが台車前面から背面に延びる。台車//J
’lは他の可変速度電動機/ /岸Jによって駆動され
る長い回転自在なネジ//uO上に螺接により取付けら
れる。ネジ//QOを回転するとシートテーブル/ /
コロが該ネジの長さに沿った軸方向に並進する。
第1コ図をみると、円筒状表面上の強磁性材料シー) 
//jjtの回転軸線は傾斜鏡11011の回転軸線と
できるだけ一致させであることがわかる。正確な軸線合
わせは中空ペース部材/ /:12の下方に延びる調節
自在な脚//−qにより助勢される。以下の実施例で使
用する凹面の表面1/コアの曲率半径はコ!、ll m
である。
第1/図及び第1J図に示す装置を使用して0ARLr
TE −3被覆TRAN −00RT(の公称θ、3簡
(lコミル)厚のシートを第3表に示すパラメータを使
用して片面だけけがきした。
テーブル移動方向に対し直角に整列された有効領域が約
0.0 t 〜0./ Omx/コ、りws(0,03
〜0.0 +インチ×0.3インチ)の長橢円形のが点
を各々の場合に形成するために、円筒レンズを使用した
。またPhoton 5ources Model V
!r001SOOワットレーザーにより供給されるCo
、CWレーザーを使用した。円筒レンズに入った時のビ
ームは断面が円形であり、エネルギー分布はガウス分布
であった。
処理された全幅の単一シートについて測定したp、5−
3A(ワットx緒、ycrrH)の函数としての磁気誘
導1OK(■、ム、・印)及びztxo(口、Δ、○印
)での鉄損の更化は第13図及び第74’図に焦点距離
/ :1.t cm (zインチ)、6.41crr1
(2,3インチ)のコ種のレンズについて図示した。図
かられかるように、鉄損の減少が最大になるP−8−H
の最適値がある。所定の磁気誘導で評価した各レーザー
電力〔1,tOW(■、口)1、toovr(h、Δ)
及び41tOw(・、O))にライて別々の鉄損の線図
が得られた0これは恐らく電力の広範な変化がシート上
に造り出される光点の大きさに影響をもっためであろう
第1J図及び第1グ図に示したデータ0.44Icm 
(o、23インチ)の公称けがき間隔を使用している。
所定の電力、光点の大きさ及び幾何学的形状について、
走査速度が異なると、鉄損の最適の改善を生ずるために
は最適のけかき間隔は相違したものになる。鉄損につい
て大きな改善がされる場合にも代表的には被膜に損傷は
全くなく、また被膜にゆがきの可視的な痕跡はほとんど
ない。図示したp −5−3Aの比較的大きな値(即ち
ダ、3〜S、Oよりも大きな値については、被膜面の既
存のきすのところで被膜が多少融解することがある。図
示したp−s−%のより小さい値(即ち/よりも小さい
値)については、エネルギー密度或いは電力密度が不充
分になり、評価しているけがき間隔について磁区の大き
さに著しく影響する応力を生ずるに足りる急激な温度の
上昇は起こらないと考えられる。
第13図は、4Irowのビームを使用し約(J9 ) ? f tm(31900インチ)7分(0印)及び約
/??41m(りts;ooインチ)7分の走査速度に
ついてけがき間隔と鉄損の減少率との関係をプロットし
た線図である。クデr”m7分の走査速度に対する最適
けがき間隔は約す、IIwm (o、コ3インチ)、1
9911m7分の走査速度に対する最適げがき間隔は約
0./ t % 0.30cm (0,07〜0. フ
コインチ)である。
誘起電圧の函数としての、鉄損減少率の変化はけがき間
隔6.41IIIIII(Oo:13インチ)、クデt
ry<7分(・印)及びけがき間隔J、Ow (0,フ
コインチ)、79901111分(0印)でけがきする
ためにegoワットのビームを用いたそれぞれの場合に
ついて第76図に示されている。
第16図にはまた、約0./ w X 9.! vm 
(0,00@ X 371インチ)のシート面上に橢円
形の光点を形成するために直径約へ−7ω(約Hインチ
)、41ZOワツトの円形の到来ビームの光路中に直径
Ooデ!αの円形の孔をおいた場合の、/9t41n*
/分、0.JOemけがき間隔に対す(4!O) る結果も示されている。
第1/図に示すレーザーけがき装置(焦点距離lコ、り
副をもつ円筒レンズを備えた)を使用する他の実施例で
はCARL、ITg −J被覆TRAM −CORT(
のシートを拡張パルスモードで動作するCO□レーザー
を使ってけがきした。レーザービーム電力はQjθワッ
トで、7ミリ秒パルス、パパルス間の間隔//ミリ秒で
あった。サンプル表面におけるレーザー走査速度は11
9.3m/分(tqqtインチ/分)であった。これら
のパラメータによりサンプル表面上に約0.0/CmX
八コアmのビーム光点を生じ、パルス間に約0、JAC
m重複した。シートテーブルの速度は、20.3cm1
分でシート上に毎回転通過毎にレーザーパルスを照射し
て0.り9Cmのけがき間隔と/7にGでS、t%のワ
ット損の改善が行われる。
上述の実施例はCWまたは拡張パルスモードで動作する
レーザーによってけがきした高透磁性、方向性珪素鋼を
処理したものであるが、本発明はまた、第1/図の装置
を使って下詭め実施例に示すように慣用の方向性珪素鋼
にも適用可能である。
公称厚0.:I m (0,009インチ)のミル・ガ
ラス被覆並級方向性珪素鋼シートを該シート上に焦点合
せされた/j、7α焦点距離の円筒レンズ41goワッ
ト電力でCWモードで動作するCO。
レーザーを使用してレーザーけがきした。けがきは、2
 j ORPM、 ’rU、7m/分のシートテーブル
速度で行った。レーザーをシートに毎回通過ごとに照射
(スイッチ・オン)し、0.J/gemの公称けがき間
隔を得た。単一シート全中試験に基づくワット損におけ
る改善は10KGで7.9%、/、7KG  で3.7
%、/!rK()で!、 /%及び/7KGでt、4%
であった。
第1/図の装置を使用してcwco、レーザー処理の後
で第4表に示すようにCARl、ITE −J被覆並経
方向性珪素鋼について同様な試験を行った0第  t 
 表 円筒レンズ焦点距離(cm)        b、J!
r   A、、Lt無焦点れ距離(cm )     
     0   0走査速度(m7分)      
  //94  /、tデ3並進速度(crn/分) 
      7g、り  /A0.0入射電力(w) 
        ago  ag。
レーザー照射頻度(通過)       J回目  コ
回目けがき間隔         0.Jo  0.J
O鉄損に試す(−ヴ片心(60nz) 10KG                     
−ダ、コ   −ダ、コ/、7KG         
             −3,3−,1,J/ j
KG                      −
J、コ   −3.J/?KG           
      −ダ、l  −ダ、9得られた鉄損の改善
によってわかるように、本発明は並級方向性珪素鋼なら
びに高透磁性方向性珪素鋼に適用可能である。本発明は
他の被覆または非被覆強磁性材料にも適用できるが、し
かし最適レーザー条件及び得られる鉄損の改善は材料ご
とに変ることを理解されたい。
(4tJ  ) ここに記載の実施例の場合に、ゆがきは全シート巾を横
切って走査される持続波モードまたは拡散パルスモード
で動作するレーザーを用いて行われ、材料の移動方向に
直角(vO’)なけがき線を生ずる。実質上直交、すな
わち直角方向の1.t’内のけかき線も意図される。
本発明の他の実施例も明細書の記載またはここに開示の
本発明の実施から当業者に一層明らかとなろう。明細書
の記載及び実施例は示例のためのもので、本発明の真の
範囲及び精神は特許請求の範囲に記載の通りである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるレーザー走査法の実施要領の説明
図、第一図はレーザーでけがきした高透磁率方向性珪素
鋼シートについてのCWレーザー走査速度の函数として
の鉄損の線図、第3図は種々のレーザー走査速度でけが
きした材料のCW レーザー走査速度の函数として最大
透磁率を示す線図、第ダ図は本発明によるレーザーけか
きシートの実施例の電磁誘導による鉄損(参ダ) 減少の変化を示す線図、第S図は/コク〜rotcm/
分のレーザー走査速度の場合の/ t O’磁壁間隔に
ついてレーザー走査速度の効果を示す線図、第6図は本
発明によるレーザーけがきにより造られたけがきされた
区域内及び区域間の代表的磁区形状を示す図、第7図は
損傷区域の巾に及ぼすレーザーけがき速度の効果を示す
線入第j図はレーザーけがきした区域中の鋼内に生じた
変形の顕微鏡写真を示す図、第を図はパラメータp−s
−%(P=電力、S=走査速度)の函数としての/!r
KOでの鉄損を示す線図、第70図はP−13−34の
函数としてのレーザーによる損傷区域の巾の割合(%)
を示す線図、第1/図は本発明により使用する高速度レ
ーザーけがき装置0側面図、第1−図は第11図の1線
で截った断面図、第1J図及び第1II図は種々の高速
度レーザー走査パラメータについてP−8“イの函数と
して本発明により得られる鉄損減少(%)を示す線図、
第1jt図はコ種の高速度レーザー走査法の場合のけが
きされた線間の間隔の函数としての鉄損減少%を示す線
図、及び第16図は3セツトのレーザー走査パラメータ
についての電磁誘導の函数としての鉄損減少%を示す線
図である。図中: 10・・・ビーム、−〇・・・サンプル(試料)、JO
・・・レンズ、/10コ・・・レーザー光、I10’l
・・・傾斜鏡、/106・・・円筒レンズ、/101・
・・回転転///Q・・・ヨーク、l//6・・・(回
転速度計)リンク、ll:Iコ・・・中空ベース部材、
  //コロ・・・シートテーブル、llコク・・・シ
ートテーブル表面、//30・・・通M、//Jコ・・
・スロット、 //Jul・・・台車、//J!r・・
・強磁性材料シート、//34・・・軍部(ダ7) 電磁誘導KG(60Hz) 庄査諌度 i査速度 彎狙誘4 手続補正書(自発) 昭和58年11月28 日 特許庁長官殿 1、 事件の表示 昭和!を年特許願第19に391  号2、 発明の名
称 強磁性材料の電力損の改善方法 3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 (7//)クエスチングノーウス・エレクトリッ
ク・コーポレーシヨン 4、代理人 氏 名  (5787)  弁理士 曽  我  道 
 H(1)特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 別紙 特許請求の範囲 l 電気的に絶縁された材料の被膜で被覆された強磁性
材料のシートまたは積層体中の電力損を改善する方法に
おいて、前記被膜の電気絶縁性を維持するように前記被
膜を備えた強磁性材料中に変形区域を生じさせることを
特徴とする電力損の改善方法。 2 変形がシートまたは積層体に衝突し該シートまたは
積層体を横切るエネルギービームにより生ずる特許請求
の範囲第1項記載の方法。 ユ エネルギービームがレーザービームでアル特許請求
の範囲第1項記載の方法。 ダ レーザービームが持続波モードで動作するタイプの
ものである特許請求の範囲第1項記載の方法。 ふ レーザービームがCO3持続波レーザービームであ
る特許請求の範囲第1項記載の方法。 &L/−ザービームが持、続波モードで動作するネオジ
ウムYAGレーザーである特許請求の範(/) 囲第1項記載の方法。 2 レーザービームが拡張された/寸ルスモードで動作
するタイプのものである特許請求の範囲第1項記載の方
法。 t レーザービームが拡張された/寸ルスモードで動作
する1、06ミクロン波長のレーザーである特許請求の
範囲第1項記載の方法。 9 レーザービームが拡張された/寸ルスモードテ動作
スるCO,レーザービームである特許請求の範囲第1項
記載の方法。 IQ  レーザービームがシート材料中に衝撃波を生成
するのζこ要する入射電力密度より小さい入射電力密度
をもつ特許請求の範囲第1項記載の方法。 /i  入射電力密度がシート材料中に衝撃波を生、成
するのに要する入射電力密度より小さい入射電力密度を
もち、入射エネルギー密度が10ジユ一ル/cm’より
大きくコOθジュール/ cm 2より小さい特許請求
の範囲第1項記載の方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l 電気的に絶縁された材料の被膜で被覆された強磁性
    材料のシートまたは積層体中の電力損を改善する方法に
    おいて、前記被膜の電気絶縁性を維持するように前記被
    膜を備えた強磁性材料中に変形区域を生じさせることを
    特徴とする電力損の改善方法。 ユ 所定の表面粗面度をもつ電気的に絶縁された材料の
    被膜で被覆された強磁性材料のシートまたは積層体中の
    電力損を改善する方法において、前記被膜の所定の表面
    粗面度を維持するように前記被膜を備えた強磁性材料中
    に変形線をかけかきすることを特徴とする電力損の改善
    方法。 3 強磁性材料のシートまたは積層体中の電力損を改善
    する方法において、前記強磁性材料の狩い帯状区域を前
    r材料の固相線未満の温度に急速に加熱して前記狭い帯
    状区域中に塑性形を形成させ、前記材料の狭い帯状区域
    を加熱後に該加熱された帯状区域を急速に自己冷却する
    ことを特徴とする、電力損の改善方法O 病 変形がシートまたは積層体圧衝突し該シートまたは
    積層体を横切るエネルギービームにより生ずる特許請求
    の範囲第1項または第2項または第3項記載の方法。 よ エネルギービームがレーザービームである特許請求
    の範囲第ダ項記載の方法。 ム レーザービームが持続波そ−ドで動作するタイプの
    ものである特許請求の範囲第3項記載の方法。 2 レーザービームがco、持続波レーザービームであ
    る特許請求の範囲第6項記載の方法。 g レーザービームが持続波モードで動作するネオジウ
    ムガラスレーザーである特許請求の範囲第を項記載の方
    法〇 デ レーザービームが持続波モードで動作するネオジウ
    ムYAGレーザーである特許請求の範囲第4項記載の方
    法。 10、 7−サー4’−ムが拡張されたパルスモードで
    動作するタイプのものである特許請求の範囲第S項記載
    の方法。 ti  v−−y−ヒ+、ムカ拡張されたパルスモード
    で動作するノ、θt ミクロン波長のレーザーである特
    許請求の範囲第1O項記載の方法。 /Q  V−サーヒームが拡張されたパルスそ−ドで動
    作するCO,レーザービームである特許請求の範囲第7
    0項または第11項記載の方法。 13  レーザービームがレーザービームの移動方向に
    平行な長軸なもつ細長い照射光点をシートまたは積層体
    上に生成するタイプのものである特許請求の範囲第7項
    ないし第1j項のいずれか圧記載の方法。 llA  レーザービームがシート材料中に衝撃波を生
    成するのに要する入射電力密度より小さい入射電力密度
    をもつ特許請求の範囲第3項ないし第7−項のいずれか
    に記載の方法。 /!r、入射電力密度がシート材料中に衝撃波を生成す
    るのに要する入射電力密度より小さい入射電力密度をも
    ち、入射エネルギー密度が!θジュール/dより大きく
    一00ジュール/dより小さい特許請求の範囲第3項な
    いし第73項のいずれかに記載の方法。 ツム 強磁性材料が高透磁性方向性珪素鋼で、被膜が応
    力亀裂被膜であり、レーザービームが約/ X / 0
    ”〜/ X / Q”  ワラ)/、fflの入射電力
    密度をもち、滞留時間が約O,ノ〜Sミリ秒Iで、入射
    エネルギー密度が約lノ〜3oシュ1−ル/dのもので
    ある特許請求の範囲第3項ないし第1it項のいずれか
    に記載の方法。
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