KR20230058491A

KR20230058491A - 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법 및, 방향성 전자 강판의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230058491A
Application number: KR1020237010986A
Authority: KR
Inventors: 시게히로 다카조; 타케시 오무라
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2023-05-03
Also published as: JP7040585B1; CN116249794A; EP4219776A1; US20230357875A1; WO2022074883A1; JP2022061432A

Abstract

에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 롤에 도포하고, 상기 롤에, 상기 롤의 축방향 또는 당해 축방향에 대하여 경사진 방향으로 주사하면서 레이저를 조사하고, 당해 레이저가 조사된 부분의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 제거하고, 상기 롤을 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 혹은 상기 롤을 개재 롤에 접촉시키고, 당해 개재 롤을 상기 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제가 제거된 부분에 대응하는 부분을 비도포 영역으로 하여, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 상기 금속 스트립의 적어도 편면에 전사하고, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 건조시키고, 상기 금속 스트립의 적어도 편면에, 상기 비도포 영역을 갖는 에칭 레지스트 피막을 형성하고, 상기 금속 스트립의 비도포 영역에 에칭 처리를 실시하여 홈을 형성하는, 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법.

Description

금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법 및, 방향성 전자 강판의 제조 방법

본 개시는, 변압기 등의 전기 기기에 있어서의 철심(iron core) 등에 이용되는 방향성 전자 강판 등의 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법 및, 이 홈 형성 방법을 이용하는 방향성 전자 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

방향성 전자 강판은 주로, 변압기 내부의 철심용 재료로서 이용된다. 변압기의 에너지 사용 효율을 향상시키기 위해, 방향성 전자 강판의 저(低)철손화가 요구되고 있다. 방향성 전자 강판을 저철손화하는 기술의 하나로서, 강판 표면에 홈 등의 요철부를 형성함으로써, 자구 구조(magnetic domain structure)를 세분화하는 기술을 들 수 있다. 강판 표면에 홈을 형성하는 방법으로서는, 톱니바퀴 형상의 롤을 강판 표면에 밀어붙이는 방법, 레이저 빔을 이용하여 강판 지철(steel substrate)을 국소적으로 용융시키는 방법 및, 에칭 레지스트 피막을 이용하여, 강판 표면의 에칭 레지스트 미도포부를 화학 에칭 또는 전해 에칭에 의해 에칭함으로써, 에칭 레지스트 미도포부에 홈을 형성하는 방법 등이 알려져 있다. 이 중, 에칭 레지스트 피막을 이용하는 방법은, 깊은 홈을 효율적으로 형성하는데에 유리한 수법으로서, 높은 자구 세분화 효과를 갖는다는 이점이 있다. 그러나, 에칭 레지스트 피막을 이용하는 방법에 있어서도, 다른 방법과 마찬가지로, 높은 정밀도와 균일성을 갖고 홈을 형성하는 것이 매우 중요한 과제이다.

에칭 레지스트 피막을 이용하여 홈을 형성하는 방법 중에서도, 특히 공업적으로 유리한 수법으로서, 강판 표면에 균일하게 도포한 에칭 레지스트 피막의 일부를 레이저 빔에 의해 국소적으로 제거하고, 피막이 제거된 부분의 강판 표면을 화학 에칭 또는 전해 에칭에 의해 에칭하여, 홈을 형성하는 기술이 있다(특허문헌 1). 적절히 메인터넌스된 조건하에서는, 레이저 빔은 매우 균일한 빔 성상을 유지하기 때문에, 매우 균일한 홈을 형성하는 것이 가능하다. 한편으로, 본 발명자들이 지금까지의 연구에 있어서 명백히 한 바와 같이, 본 수법에 있어서는, 에칭 레지스트 피막의 제거를 위해 조사된 레이저에 의해 지철에 왜곡이나 용융이 발생하여, 최종 제품판에 있어서의 자기 특성을 해칠 우려가 있었다. 이에 대하여, 특허문헌 2에는, 고출력 레이저(출력 1.5㎾ 이상)를 이용함으로써, 단시간에 에칭 레지스트 피막을 제거함으로써, 조사 중의 지철 중의 열 확산을 억제하여, 높은 자기 특성을 얻는 기술이 개시되어 있다.

일본특허 제6332185호 명세서 일본특허 제6172403호 명세서

그런데, 금속 스트립의 평탄도가 낮은 경우에는, 전술한 바와 같은, 에칭 레지스트 피막의 일부를 레이저 빔에 의해 국소적으로 제거하고, 레이저 제거부의 강판 표면을 에칭하여, 홈을 형성하는 기술에 따라서는, 폭방향으로 균일한 홈을 형성하는 것이 곤란했다. 예를 들면, 금속 스트립이 방향성 전자 강판인 경우, 특히 함유 Si량이 많은 강판에서는, 강판의 폭방향(압연 직교 방향；TD)의 단부에, 가장자리 물결 형상(edge wave shape)(가장자리 늘어짐(edge wave))이나 가장자리 깨짐(edge crack) 등의 형상 불량부가 생기기 쉽고, 이러한 형상 불량부에 있어서는, 레이저의 초점이 맞지 않음으로써, 에칭 레지스트 피막이 제거되지 않고 잔존해 버릴 우려가 있다.

그래서 본 개시는, 금속 스트립에 형상 불량부가 발생해도, 당해 금속 스트립의 폭방향으로 균일한 홈을 형성하는 기술을 제공하고, 나아가서는 매우 자기 특성이 우수한 방향성 전자 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 개시의 요지 구성은 이하와 같다.

[1] 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 롤에 도포하고,

이어서, 상기 롤에, 상기 롤의 축방향 또는 당해 축방향에 대하여 경사진 방향으로 주사하면서 레이저를 조사하고, 당해 레이저가 조사된 부분의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 제거하고,

이어서, 상기 롤을 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 혹은 상기 롤과 상기 금속 스트립과의 사이에 개재하는 개재 롤(intervening roller)에 상기 롤을 접촉시키고, 당해 개재 롤을 당해 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제가 제거된 부분에 대응하는 부분을 비도포 영역으로 하여 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 상기 금속 스트립의 적어도 편면에 전사하고,

이어서, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 건조시키고, 상기 금속 스트립의 적어도 편면에, 상기 비도포 영역을 갖는 에칭 레지스트 피막을 형성하고,

이어서, 상기 금속 스트립의 상기 비도포 영역에 에칭 처리를 실시하여 홈을 형성하는, 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법.

[2] 상기 에칭 레지스트 피막은, CIELAB 색공간(CIE 1976 L*a*b* 색공간)에 있어서의 명도 지수 L*이 0 이상 70 이하이고, 또한 상기 레이저의 출력이 2.0㎾ 미만인, 상기 [1]에 기재된 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법.

[3] 상기 레이저가 탑 해트형(top-hat type)의 강도 프로파일을 갖는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법.

[4] 강 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고,

이어서, 상기 열연 강판, 혹은 상기 열연 강판에 열연판 어닐링을 실시하여 얻은 열연 어닐링판에, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 하고,

이어서, 상기 냉연 강판에 1차 재결정 어닐링을 실시하여 1차 재결정판으로 하고,

이어서, 상기 1차 재결정판에 2차 재결정 어닐링을 실시하여 2차 재결정판으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서,

상기 열간 압연 후의 어느 것의 강판의 표면에, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 홈 형성 방법에 의해, 홈을 형성하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.

본 개시에 의하면, 금속 스트립에 형상 불량부가 생겨도, 당해 금속 스트립의 폭방향으로 균일한 홈을 형성하는 기술을 제공하고, 나아가서는 매우 자기 특성이 우수한 방향성 전자 강판을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의해 강판 표면에 홈을 형성한 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 높은 자기 특성이 얻어지지 않았던 조건에 있어서, 레이저 조사부 부근의 강판 지철의 경도 분포를 조사한 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 전사 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 전사 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 전사 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

우선, 본 개시를 개발하는 계기가 된 실험에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 강판의 성분 원소의 함유량을 나타내는 「％」 및 「ppm」은, 특별히 명기하지 않는 한, 각각 「질량％」 및 「질량ppm」을 의미한다. 또한, 본 명세서 중에 있어서, 「∼」를 이용하여 나타나는 수치 범위는, 「∼」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.

＜실험 1＞

우선, 강판 표면에 균일하게 도포한 에칭 레지스트 피막의 일부를 레이저 빔에 의해 국소적으로 제거하고, 에칭 레지스트 피막이 제거된 부분(이하, 레이저 제거부라고도 칭함)의 강판 표면을 에칭하는 종래의 방법에 의해, 표면에 홈을 형성했다. 우선, 홈을 형성하는 냉연 강판(C: 0.048％, Mn: 0.10％, P: 0.005％, S: 0.002％, Al: 0.008％, N: 42ppm, Ti＋Nb＋V＋Zr＋Ta＜0.001％)을 제작했다. 전술한 성분 조성을 갖는 강 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 이어서, 1000℃에서 열연판 어닐링을 실시한 후에, 냉간 압연을 실시하여 0.22㎜ 두께, 1200㎜ 폭의 냉연 강판을 얻었다. 당해 냉연 강판을 폭방향으로 반으로 잘라, 600㎜ 폭의 냉연 강판을 얻었다. 당해 냉연 강판에 있어서는, 편측의 폭방향 단부에 가장자리 늘어짐의 형상 불량이 확인되어 있었다. 당해 냉연 강판의 표리 양면에, 수계 알키드 수지를 주체로 한 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를, 그라비어 롤로 균일하게 도포하여, 에칭 레지스트 피막을 형성했다. 이어서, 냉연 강판 상에, 압연 방향을 가로지르는 방향으로 레이저를 주사하면서 조사하여 에칭 레지스트 피막을 국소적으로 제거했다. 레이저의 조사에는, 지름 100㎛, 출력 1.8㎾의 레이저 조사 장치를 1대 이용했다. 이어서, 레이저 제거부의 강판 표면을 에칭하여, 냉연 강판의 표면에 선 형상 홈을 형성했다. 냉연 강판의 표리 양면에 잔존한 에칭 레지스트 피막은, 에칭 후에 완전하게 제거했다. 냉연 강판에 형성된 선 형상 홈의 홈 폭을, 광학 현미경을 이용하여 측정했다. 결과를 도 1에 나타낸다.

도 1에 있어서는, 600㎜ 폭의 강판의 폭방향(압연 직교 방향；TD)에 있어서의, 홈 폭의 분포를 나타내고 있다. 강판의 폭방향 위치 560㎜로부터 600㎜에는, 가장자리 늘어짐이 생기고 있었다. 이와 같이, 가장자리 늘어짐이 존재하는 부분을, 이후, 가장자리 늘어짐부(edge wave portion)라고도 칭한다. 폭방향 540㎜까지의 가장자리 늘어짐이 없는 위치에서는, 균일한 홈 폭이 형성되었지만, 가장자리 늘어짐부에서는 에칭 레지스트 피막의 일부가 제거되어 있지 않았다(도면 중에서는 홈 폭 0㎛로 했다).

금속 스트립의 단부에 있어서도, 금속 스트립의 폭방향으로 균일한 홈을 형성하기 위해, 본 발명자들은 예의 검토를 행했다. 우선 본 발명자들은, 레이저를 고출력화함으로써, 레이저의 초점이 어긋나기 쉬운 금속 스트립의 형상 불량부에 있어서도 에칭 레지스트 피막을 확실하게 제거할 수 있는 것이 아닐까라고 생각했다. 그러나, 고출력의 레이저에 있어서는, 레이저의 지름을 소경화시키는 것이 곤란했다. 홈 형성에 의해 자구를 세분화한 방향성 전자 강판의 자기 특성은, 홈 폭이 좁을수록 양호하게 되는 것이 알려져 있다. 균일하게 도포한 에칭 레지스트 피막의 일부를 레이저 빔에 의해 국소적으로 제거하는 방법에 있어서, 좁은 홈을 형성하기 위해서는, 에칭 레지스트 피막을 제거하기 위한 빔 지름을 작게 하는 것이 가장 유효하다. 그러나, 빔 지름은, 고출력일수록 커지는 경향이 있기 때문에, 레이저의 고출력화와, 좁은 홈 폭을 양립하는 것은 곤란했다. 레이저의 설치 대수를 늘리고, 지름이 작은 저출력 레이저를 강판 상에 느린 속도로 주사시킴으로써 에칭 레지스트 피막을 제거하는 것과 같은 대책은 유효하기는 하지만, 한편으로, 설비 비용 및 메인터넌스 비용의 증대와 같은 다른 문제를 피할 수 없었다.

＜실험 2＞

또한, 본 발명자들은, 강판 표면에 균일하게 도포한 에칭 레지스트 피막의 일부를 레이저 빔에 의해 국소적으로 제거하고, 레이저 제거부의 강판 표면을 에칭하는 종래의 방법에 있어서, 고출력 레이저를 적용하여, 강판의 표면에 홈을 형성한 결과, 에칭 레지스트 피막의 종류에 따라서는, 높은 자기 특성이 얻어지지 않는 경우가 있는 것을 인식했다.

높은 자기 특성이 얻어지지 않았던 조건으로, 레이저 조사부 부근의 강판 표면의 지철의 경도 분포를 조사했다. 우선, 레이저를 조사하는 500㎜ 폭의 평탄한 냉연 강판(C: 0.048％, Mn: 0.10％, P: 0.005％, S: 0.002％, Al: 0.008％, N: 42ppm, Ti＋Nb＋V＋Zr＋Ta＜0.001％)을 제작했다. 전술한 성분 조성을 갖는 강 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 이어서, 1050℃에서 열연판 어닐링을 실시한 후에, 냉간 압연을 실시하여 판두께 0.22㎜의 냉연 강판을 얻었다. 당해 냉연 강판의 표리 양면에, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 그라비어 롤로 균일하게 도포하여, 에칭 레지스트 피막을 형성했다. 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제로서는, 수계 알키드 수지를 주체로 하는 것으로 이용했다. 이어서, 냉연 강판의 압연 직교 방향(TD)으로 주사하면서 레이저를 조사하여, 에칭 레지스트 피막을 국소적으로 제거했다. 여기에서, 레이저 조사를 위해서는, 지름 80㎛, 출력 1.8㎾의 레이저 조사 장치를 1대 이용했다. 그리고, 레이저 제거부의 강판 표면을 에칭하여, 냉연 강판의 표면에 선 형상 홈을 형성했다. 이어서, 강판의 표리 양면에 잔존한 에칭 레지스트 피막을 제거했다. 에칭 레지스트 피막을 제거한 후에, 레이저 조사부 부근의 강판 표면의 지철의 경도를 측정했다. 경도는, 마이크로 비커스 경도계를 이용하여 측정하고, 도면 중 각 점은 측정점 15점의 평균값으로 했다. 경도의 기준은, 레이저 조사부로부터 압연 방향(RD)으로 1㎜ 떨어진 위치(레이저 비조사부)에서의 값으로 하고, 레이저 비조사부에 있어서의 경도값에 대한, 각 측정점에 있어서의 지철의 경도 변화의 비율을 조사했다. 또한, 지철의 경도의 측정은, 에칭하기 직전에 판을 채취하고, 강판 표리 양면의 레지스트 피막을 완전하게 제거한 후에 행했다. 결과를 도 2에 나타낸다. 도면 중의 RD 위치는, 강판의 폭방향 중앙부에 있어서의, 강판 상의 레이저 조사 중심을 원점으로 한 압연 방향(RD)에 있어서의 위치를 나타내고 있다. 본 도면으로부터 명백한 바와 같이, 레이저 조사부의 강판 표면에 있어서는, 명료한 경도 감소가 확인되었다. 고출력 레이저 조사에 의해, 지철이 가열되고, 압연 조직이 회복하여, 경도 감소가 생긴 것으로 생각된다.

이어서, 전술의 선 형상 홈을 형성한 냉연 강판과, 이에 대한 비교재로서, 전술의 선 형상 홈을 형성하기 전의 냉연 강판으로부터 채취한 선 형상 홈이 없는 냉연 강판의 각각에 대해서, 860℃에서 탈탄 어닐링을 겸한 1차 재결정 어닐링을 실시하여 1차 재결정판으로 하고, 이어서, 1차 재결정판에 최고 온도 1200℃에서 2차 재결정 어닐링을 실시하여 2차 재결정판으로 했다. 또한, 홈이 없는 냉연 강판에 대해서는, 2차 재결정 어닐링 후에 상기와 동일한 고출력 레이저의 조건으로 강판 표면에 선 형상 홈을 형성했다. 이어서, 양 강판에 대해서, 평탄화와 절연 장력 피막의 형성을 목적으로 하여 어닐링을 행한 후, 철손(W_17/50)을 측정했다. 그 결과, 냉연 강판에 홈을 형성한 강판은, 2차 재결정 어닐링판에 홈을 형성한 강판과 비교하여, 철손이 0.005W/㎏ 높은 것을 알았다. 여기에서, 각 강판의 철손은, 후술하는, 「폭방향 중앙부의 철손」의 평가 방법에 기초하여 측정했다. 이들 결과로부터, 본 발명자들은, 전술의 경도 감소에 대응하는 조직 변화가, 방향성 전자 강판의 자기 특성의 열화에 어떠한 영향을 미치는 것으로 생각했다.

추가로 본 발명자들은, 금속 스트립의 형상 불량부에 있어서도 형상 양호부와 동등하게 에칭 레지스트 피막을 제거하기 위해, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 도포한 후, 금속 스트립의 형상 불량부를 전용 지그에 의해 기계적으로 눌러찌부러트려 교정하여, 평탄하게 하는 것을 생각했다. 그러나, 형상 불량부의 형상을 기계적으로 교정할 때에, 에칭 레지스트 피막이 마모해 버릴 우려가 있었다. 그래서, 본 발명자들은, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 도포 단계에 있어서, 홈을 형성하기 위한 레지스트 패턴을 폭방향 균일하게 형성할 수 없는가에 대해서, 예의 검토했다. 그리고, 본 발명자들은, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 도포한 롤 상에 레이저를 조사함으로써, 레이저에 의해 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제가 제거된 부분(이하, 레이저 제거부라고도 칭함)을 갖는 레지스트 패턴을 롤 표면 상에 형성하고, 당해 롤을 강판에 접촉시켜 레지스트 패턴을 롤로부터 강판에 전사하는 구성에 상도했다. 그리고, 당해 구성에 의하면, 금속 스트립에 경도 감소 등의 열 영향을 미치는 일 없이, 금속 스트립의 형상 불량부에 있어서도 양호한 레지스트 패턴을 형성할 수 있고, 나아가서는 당해 금속 스트립의 폭방향으로 균일한 홈을 형성할 수 있다는 착상에 이르렀다.

에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 도포 단계에 있어서, 홈을 형성하기 위한 레지스트 패턴을 형성하는 방법으로서, 그라비어 롤 상에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 패턴 형상으로 도포하고, 그라비어 오프셋 인쇄에 의해 그라비어 롤 표면의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를, 금속 스트립 표면에 전사하는 수법이 알려져 있다. 그러나, 당해 수법에 의해서는 균일하게 홈을 형성하는 것이 곤란한 것이, 전술한 특허문헌 2 등의 공지 문헌에 기재되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 그라비어 오프셋 인쇄에 있어서의 그라비어 롤(20)로부터, 반송 방향 A에 반송되는 금속 스트립(50) 표면으로의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 전사는, 오프셋 롤(21)을 경유하여 행해진다. 그 때, 오프셋 롤(21) 표면에 전사된 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 형상은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 오프셋 롤(21)의 외측을 향한 볼록형의 주발(bowl) 형상이 된다. 그 결과, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 금속 스트립(50) 표면에 전사하면, 금속 스트립(50) 표면의 레지스트 패턴이 불균일하게 될 우려가 있었다.

이에 대하여, 본 개시에 있어서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 균일하게 도포한 롤(30) 상에 레이저 조사 장치(40) 등을 이용하여 레이저를 조사하고, 레이저 조사부의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)가 제거된 레이저 제거부(60)를 갖는 레지스트 패턴을 형성하면서, 형성된 레지스트 패턴을 롤(30) 표면으로부터, 반송 방향 A에 반송되는 금속 스트립(50) 표면에 전사함으로써, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 형상이 변화하기 전에 레지스트 패턴을 롤(30) 표면으로부터 금속 스트립(50) 표면에 전사할 수 있어, 균일한 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

이하, 본 개시의 최선의 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 본 개시는 이하의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 따른 홈 형성 방법은,

에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 롤에 도포하고,

이어서, 상기 롤에, 상기 롤의 축방향 또는 축방향에 대하여 경사진 방향으로 주사하면서 레이저를 조사하고, 당해 레이저가 조사된 부분의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 제거하고,

이어서, 상기 롤을 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 혹은 상기 롤과 상기 금속 스트립과의 사이에 개재하는 개재 롤에 상기 롤을 접촉시키고, 당해 개재 롤을 상기 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제가 제거된 부분에 대응하는 부분을 비도포 영역으로 하여, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 상기 금속 스트립의 적어도 편면에 전사하고,

이어서, 상기 금속 스트립의 상기 비도포 영역에 에칭 처리를 실시하여 홈을 형성하는, 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법이다.

에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를, 이하와 같이 금속 스트립(50) 표면에 도포한다. 먼저, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)로 채운 용기 내에 롤(30)을 접촉시키는 등의 방법에 의해, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 롤(30)에 균일하게 도포한다. 또한, 도 4와 같이, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 다른 롤(22)에 도포한 후, 당해 다른 롤(22)을, 롤(30)에 접촉시킴으로써, 롤(30)에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 도포해도 좋다. 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 상세에 대해서는 후술한다. 다른 롤(22)을 이용하는 경우에는, 다른 롤(22)에는, 종래의 그라비어 오프셋 인쇄법과 마찬가지로, 그라비어 셀이 형성되어 있어도 좋지만, 보다 롤(30) 상에 보다 균일하게 피복제(10)를 도포하기 위해서는, 다른 롤(22)에는 그라비어 셀이 형성되어 있지 않은 것이 보다 바람직하다. 또한, 롤(30)에는 그라비어 셀이 형성되어 있어도 좋지만, 그라비어 셀이 형성되지 않는 경우, 종래와 같이, 롤(30)과 금속 스트립(50)을 접촉시키는 경우라도, 롤(30)이 마모하는 것에 의한 셀 형상의 변화를 고려할 필요가 없다. 이 때문에, 종래의 그라비어 오프셋 인쇄법과 같이, 1개의 롤(그라비어 오프셋 인쇄법에 있어서는, 그라비어 롤(20)) 표면의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 다른 롤(그라비어 오프셋 인쇄법에 있어서는, 오프셋 롤(21))에 전사하여, 다른 롤을 통하여, 금속 스트립 표면에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 전사하는 방법을 이용하지 않고, 1개의 롤(30)에 부착시킨 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를, 다른 롤을 통하지 않고 금속 스트립(50) 표면에 전사시키는 방법을 이용할 수 있다.

후술하는 바와 같이, 금속 스트립(50)의 압연 방향을 가로지르는 방향으로 연장된 직선 형상의 홈을 형성할 수 있도록, 롤(30)의 축방향 또는 축방향에 대하여 경사진 방향으로 주사하면서 레이저를 조사하고, 롤(30) 상에 있어서, 롤(30)의 축방향 또는 축방향에 대하여 경사진 방향을 따라서 레이저 제거부(60)를 갖는 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 레지스트 패턴을 형성한다. 레이저를 롤(30)의 축방향에 대하여 경사진 방향으로 주사시키는 경우, 레이저를 주사시키는 방향은, 금속 스트립(50)의 압연 직교 방향(TD)에 상당하는 롤(30)의 축방향에 대하여 45°이내로 하는 것이 바람직하다. 레이저를 주사시키는 방향을, 롤(30)의 축방향에 대하여 45° 이내로 함으로써, 후술하는 에칭 처리에 의해, 금속 스트립(50)의 압연 직교 방향(TD)에 대하여 이루는 각도가 45° 이내의 홈을 형성할 수 있기 때문에, 금속 스트립이 방향성 전자 강판인 경우, 자구 구조를 적합하게 세분화하여, 저철손화시킬 수 있다. 또한, 고정밀도로 홈을 형성하기 위해, 롤(30)의 회전과 동기시켜 빔 주사를 제어하는 것이 바람직하다. 레이저 편향에 폴리곤 미러를 이용하는 경우에는, 폴리곤 미러의 회전과 롤의 회전을 동기시키는 것이 바람직하다. 레이저의 조건에 대해서는 후술한다. 레이저는, 롤(30)과 금속 스트립(50) 표면이 접촉하는 위치에 가까운 위치에 조사하는 것이 바람직하다. 롤(30)과 금속 스트립(50) 표면이 접촉하는 위치에 가까운 위치에 레이저를 조사함으로써, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 점도가 낮은 경우 등, 레이저에 의해 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 패터닝한 후에, 표면 장력이나 중력에 의해 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 형상이 변화하기 쉬운 경우라도, 균일한 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

롤(30) 상에서, 레이저 제거부(60)를 갖는 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 레지스트 패턴을 형성한 후, 롤(30)을 금속 스트립(50)의 편면 또는 양면에 접촉시키고, 롤(30) 표면의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 금속 스트립의 편면 또는 양면에 전사(도포)한다. 롤(30) 상의 레이저 제거부(60)는, 금속 스트립(50) 상에 있어서 비도포 영역(70)에 대응한다. 일 예에 있어서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 롤(30)을, 반송 방향 A에 반송되는 금속 스트립(50)에 접촉시키면서, 회전시킨다. 이 때, 금속 스트립(50) 의 표면 내에서 에칭 레지스트 피막의 막두께가 균일하게 되도록, 닥터 블레이드 등에 의해 롤 상의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 양을 조절하거나, 롤(30)의 밀어붙임압을 조정하거나 하는 것이 바람직하다.

레지스트 패턴을 형성한 롤(30)을, 전술한 바와 같이 직접적으로 금속 스트립(50) 표면에 접촉시키는 방법의 외에, 도 5에 나타내는 바와 같이, 롤(30)을 롤(30)과 금속 스트립과의 사이에 개재하는 개재 롤(31)(종래의 오프셋 롤(21) 등)에 접촉시키고, 롤(30)에 균일하게 부착하고 또한 패턴 형성된 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 개재 롤(31)에 전사시키고, 이어서 당해 개재 롤(31)을 금속 스트립(50) 표면에 접촉시키고, 롤(30)로부터 개재 롤(31)에 전사된 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를, 금속 스트립(50) 표면에 추가로 전사시켜도 좋다. 이 경우, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)는 균일한 상태를 유지하여 롤(30)로부터 개재 롤(31)로 전사된다. 따라서, 그라비어 셀에 모인 피복제를 오프셋 롤에 전사하는 종래법과 같이, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)가 볼록형의 주발 형상이 되는 것을 막을 수 있다. 이와 같이 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 개재 롤(31)을 통하여 금속 스트립(50) 표면에 전사시킴으로써, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 점도를 높일 수 있고, 또한 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 부착량을 조정할 수 있다. 또한, 롤(30)과 금속 스트립(50)과의 사이에 개재하는 개재 롤(31)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 롤(30)을 개재 롤(31)에 접촉시켜 개재 롤(31) 상에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 전사시킨 후, 당해 개재 롤(31)을 추가로 당해 개재 롤(31)과 금속 스트립(50)과의 사이에 개재하는 제2 개재 롤(도시하지 않음)에 접촉시키고, 당해 제2 개재 롤에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 전사시켜도 좋다. 그리고, 당해 제2 개재 롤을 금속 스트립(50) 표면에 접촉시키고, 당해 제2 개재 롤에 전사된 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를, 금속 스트립(50) 표면에 추가로 전사시켜도 좋다.

에칭 레지스트 피막은 금속 스트립(50)의 표리면에 형성하는 것이 바람직하지만, 전술한 바와 같은 홈을 형성하기 위한 비도포 영역(70)을 갖는 레지스트 패턴은, 적어도 금속 스트립(50)의 편면에 형성되어 있으면 좋다.

레이저의 조사에 의해 롤(30)에 열이 축적되기 때문에, 롤(30)은 상시 냉각하는 것이 바람직하다. 롤(30)은, 열의 축적을 막기 위해, 열 전도율이 높은 금속으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 금속 스트립(50) 표면에 전사한 후는, 후술하는 에칭 처리 전까지 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 건조시키고, 금속 스트립(50) 표면에 에칭 레지스트 피막을 형성한다. 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(50)의 건조에 대해서, 건조 온도는, 180∼300℃로 하는 것이 바람직하지만, 건조의 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 열풍을 분사하는 등의 방법에 의해, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(50)를 건조시킬 수 있다. 이어서, 금속 스트립(10)에 에칭 처리를 실시함으로써, 금속 스트립 표면의 에칭 레지스트 피막에 의해 피복되어 있지 않은 부분을 에칭한다. 에칭은, 화학 에칭 및, 전해 에칭의 어느 방법에 의해도 좋다. 전해 에칭의 경우에는, 전해액을 NaCl 또는 KCl의 수용액으로 하는 것이 바람직하다. 에칭 처리를 실시한 후, 금속 스트립(50) 표면으로부터 에칭 레지스트 피막을 제거함으로써, 홈이 형성된 금속 스트립을 얻는다. 에칭 레지스트 피막의 제거는, 알칼리 또는 유기 용제에 의해 행하는 것이 바람직하다.

금속 스트립(50) 표면에 형성하는 홈은, 금속 스트립(50)의 압연 방향을 가로지르는 방향으로 연장된 직선 형상의 홈으로 한다. 홈의 형태는, 롤(30) 상의 레지스트 패턴을 조정함으로써, 조정할 수 있다. 여기에서, 금속 스트립(50)이 방향성 전자 강판인 경우, 자구 구조를 세분화하여 저철손화시킨다는 관점에서, 금속 스트립의 압연 직교 방향(TD)에 대하여, 직선 형상의 홈이 이루는 각도를 45° 이내로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 1개의 홈이 반드시 금속 스트립(50)의 압연 방향을 가로지르는 방향의 전체폭으로 연장되어 있을 필요는 없고, 2대 이상의 레이저 조사 장치를 이용하여 레이저를 조사하고, 복수의 홈에 의해 홈이 전체폭으로 연장되도록 해도 좋다. 또한, 방향성 전자 강판을 제조하는 경우, 철손을 보다 효과적으로 저감하기 위해, 홈은, 금속 스트립(50)의 압연 방향으로 주기적 간격으로 반복 형성하는 것이 바람직하다. 선 형상 홈의 형상은, 레이저 빔 형상이나 에칭 조건에 따라 조정이 가능하지만, 방향성 전자 강판의 경우에는, 홈 폭은 30㎛ 이상 200㎛ 이하, 깊이는 10㎛ 이상 40㎛ 이하인 것이 바람직하다. 방향성 전자 강판의 표면에 홈을 형성하는 경우, 홈 폭은 보다 바람직하게는, 100㎛ 이하로 한다. 또한, 선 형상 홈은 금속 스트립의 압연 방향으로 주기적으로 형성하는 것이 바람직하다. 선 형상 홈의 주기적 간격은, 방향성 전자 강판의 경우, 1㎜ 이상 30㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 선 형상 홈의 주기적 간격을 1㎜ 이상으로 함으로써, 방향성 전자 강판에 차지하는 지철의 체적을 보다 적합하게 확보하여, 보다 적합한 자속 밀도를 얻을 수 있다. 또한, 선 형상 홈의 주기적 간격을 30㎜ 이하로 함으로써, 보다 높은 자구 세분화 효과를 얻을 수 있다. 또한, 선 형상 홈을 주기적으로 형성하는 경우, 홈 간격은 금속 스트립(50) 내에서 균일한 필요는 없고, 금속 스트립(50)의 압연 방향에 있어서의 위치에 따라서, 롤(30)에 대한 레이저의 조사 조건을 변경시킴으로써, 상기 범위 내(1㎜ 이상 30㎜ 이하)에 있어서, 홈 간격을 조정해도 좋다.

레이저

롤(30)에 도포한 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 국소적으로 고온화·기화하고, 제거하기 위해, 레이저 빔을 이용한다. 통상, 1m 이상의 폭을 갖는 금속 스트립(50)에 대하여 레이저 조사하기 때문에, 레이저 조사 장치는 복수대 이용되는 경우가 많지만, 레이저 조사 장치는 3대 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2대 이하로 한다. 레이저 조사 장치를 3대보다 적게 함으로써, 기기의 메인터넌스에 요하는 시간을 단축하여, 생산성을 향상할 수 있다. 한편, 레이저 조사 장치를 1대보다 많게 함으로써, 레이저 주사역의 전체역에 걸쳐 빔 성상을 보다 균일하게 할 수 있다. 또한, 레이저의 주사는, 롤 상을 고속으로 주사시키기 위해, 폴리곤 미러의 회전 구동에 의해 행하는 것이 바람직하다. 또한, 국소적으로 제거된 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)가 레이저의 빔 통로를 더럽히지 않도록, 송풍 등에 의해, 제거된 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제가 집진기에 회수되도록 하는 것이 바람직하다. 레이저의 빔 통로를 더럽히지 않도록 함으로써, 국소적으로 제거된 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)에 의해 레이저 빔의 성상이 변화하는 것을 막을 수 있다.

레이저의 출력은, 2.0㎾ 이하로 하는 것이 바람직하다. 레이저의 출력을 2.0㎾ 이하로 함으로써, 롤(30)이 고온화하는 것을 억제할 수 있어, 롤(30)의 용융을 보다 적합하게 막을 수 있다. 또한, 저출력 레이저에 있어서는, 고출력 레이저와 비교하여, 보다 지름이 작은 레이저 빔을 출력할 수 있기 때문에, 방향성 전자 강판의 표면에 선 형상 홈을 형성하는 경우, 형성하는 홈 폭을 좁게 하여 철손을 보다 저감할 수 있는 점에 있어서, 고출력 레이저와 비교하여 유리하게 된다.

레이저는, 탑 해트형의 강도 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 가우시안형의 강도 프로파일을 갖는 레이저를 이용하는 경우, 레이저 제거부 근방의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)가 열에 의해 변질하여, 금속 스트립(50)으로 전사되기 어렵게 된다. 탑 해트형의 강도 프로파일을 갖는 레이저는, 종래 공지의 방법에 의해 얻을 수 있다. 예를 들면, 멀티 모드용의 공진기(resonator)를 이용하거나, 빔 정형 소자(beam shaping element)를 이용하여, 레이저를 탑 해트형의 강도 프로파일로 정형할 수 있다. 여기에서, 탑 해트형이란, 빔 프로파일 강도 프로파일(가로축이 빔 위치/거리, 세로축이 강도가 되는 바와 같은 도)에 있어서, 빔 강도의 최대값의 2/3배에 상당하는 2점 간의 거리를 빔 지름 r, 빔 강도의 최대값의 1/2배에 상당하는 2점 간의 거리를 빔 지름 R로 했을 때, 빔 지름 r＞빔 지름 R×0.64를 충족하는 빔 형상을 가리킨다.

롤(30) 표면으로의 레이저의 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름은, 200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 롤(30) 상으로의 레이저의 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름을 200㎛ 이하까지 저감함으로써, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 제거폭을 좁게할 수 있다. 이에 따라, 에칭 후에 형성되는 홈 폭을 보다 좁게 할 수 있고, 나아가서는 홈이 형성된 방향성 전자 강판의 철손을 보다 저감할 수 있다. 금속 스트립(50) 표면 상으로의 레이저의 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름은, 보다 바람직하게는 150㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이하로 한다. 빔 지름의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 30㎛ 이상의 홈 폭을 형성하기 위해, 롤 표면으로의 레이저의 주사 방향과 직교하는 방향에 있어서의 빔 지름은 30㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 레이저의 단축에 대한 장축의 비(장축 지름/단축 지름)에 특별히 제한은 없지만, 과도하게 증대하면 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 제거 능력이 저하되어 버리기 때문에, 상한은 5.0으로 한다. 레이저의 단축에 대한 장축의 비를 증대하면 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)의 제거 능력이 저하되어 버리는 것은, 출력/빔 면적으로 나타나는 레이저의 파워 밀도가 저하하기 때문이라고 생각된다. 또한, 본 명세서 중에 나타내는 빔 지름은, 가우시안형의 강도 프로파일을 갖는 레이저(여기에서는 빔 지름 r≤빔 지름 R×0.64가 되는 프로파일을 갖는 레이저로 함)의 경우, 강도 프로파일에 있어서의, 빔 강도의 최대값의 1/e²배에 상당하는 2점 간의 거리이고, 탑 해트형의 강도 프로파일을 갖는 레이저의 경우, 반치폭으로 나타낸 값이다.

레이저로서는, 바람직하게는, 파이버(fiber) 레이저를 이용한다. 파이버 레이저를 이용함으로써, 보다 지름이 작은 레이저 빔을 조사할 수 있다. 파이버 레이저로서는, 바람직하게는, 단축 지름이 200㎛ 이하의 파이버 레이저를 이용한다.

레이저의 롤(30) 상의 주사 속도는, 큰 쪽이 생산성 증대에 유리하다. 생산성 증대를 위해, 레이저의 롤(30) 상의 주사 속도는, 400/(레이저 조사 장치의 대수)㎧ 이상인 것이 바람직하다. 한편으로, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 레이저 조사에 의해 충분히 가열하여, 소망하는 홈을 적합하게 형성하기 위해서는, 레이저 조사 장치를 3대로 하는 경우의 레이저의 주사 속도의 상한은, 400㎧, 레이저 조사 장치를 2대로 하는 경우의 레이저의 주사 속도의 상한은, 600㎧로 하는 것이 바람직하다.

에칭 레지스트 피막 및 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제

에칭 공정에 있어서 금속 스트립(50) 표면의 부식을 방지하기 위해, 비도포 영역(70)을 갖는 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)를 금속 스트립(50) 표면에 전사하여, 에칭 레지스트 피막을 형성한다. 에칭 레지스트 피막의 색조는, 분광 측색계로 계측한 분광 반사율로 수치화한 CIELAB 색공간(CIE 1976 L*a*b* 색공간)에 있어서, L*값을 0 이상 70 이하로 하는 것이 바람직하다. L*값을 저감함으로써, 저출력 레이저로 할 수 있고, 롤(30)의 용융을 방지하면서, 폭이 좁은 홈을 금속 스트립(50) 표면에 형성하고, 나아가서는 매우 자기 특성이 우수한 방향성 전자 강판을 제공할 수 있다. 에칭 레지스트 피막의 명도 지수 L*은, 바람직하게는 65 이하, 보다 바람직하게는, 60 이하로 한다.

에칭 레지스트 피막은, 알키드계 수지, 에폭시계 수지, 폴리에틸렌계 수지 중 어느 것을 주성분으로 하는 것(유기계)이 적합하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 방향성 전자 강판의 장력 피막이 되는 무기계 코팅을 에칭 레지스트 피막으로 해도 좋다. 에칭 레지스트 피막의 두께는, 0.1㎛ 이상 4㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 에칭 레지스트 피막의 두께를 과도하게 두껍게 하면, 비용 증대로 이어지는 외에, 롤로부터 강판으로의 전사 시에 있어서 레지스트 결손부 근방의 변형량이 증대한다. 따라서, 에칭 레지스트 피막의 두께는, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 균일하게 도포할 수 있고, 또한 에칭을 정상적으로 실시할 수 있는 범위 중에서, 가능한 한 작은 값으로 하는 것이 바람직하다.

에칭 레지스트 피막의 명도 지수 L*값의 조절은, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10) 중의 안료 성분의 배합량을 조정함으로써 행할 수 있다. 예를 들면, 알키드계 수지를 일부에 포함하는 용제에, 백색 안료와 흑색 안료와의 적어도 한쪽을, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제(10)에 포함되는 전체 고형분에 대한 고형분 환산의 합계량의 비율이, 0.01질량％ 이상 95질량％ 이하가 되는 범위 내에서 조정을 행하는 것이 가능하다. 비용면을 생각하면, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제에 포함되는 전체 고형분에 대한 백색 안료 및 흑색 안료의 고형분 환산의 합계량의 비율은, 0.01질량％ 이상 30질량％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 흑색 안료로서는, 티탄 산화물, 철 인화물, 탄소 등 공지의 흑색 물질을 이용할 수 있다. 또한, 백색 안료로서는, 아연이나 티탄의 산화물 등 공지의 백색 물질을 이용할 수 있다.

본 개시의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제는, 본 개시의 효과를 해치지 않는 한 그 외의 성분을 포함해도 좋다. 그 외의 성분으로서는, 예를 들면, 계면 활성제, 방청제, 윤활제, 소포제, 산화 방지제, 레벨링제 등을 들 수 있다. 이들 그 외의 성분은, 에칭 레지스트 피막의 성능이나, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 균일 도포성을 한층 향상시키기 위해, 첨가된다. 이들 그 외의 성분의 합계의 배합량은, 에칭 레지스트 피막의 성능을 충분히 유지하는 관점에서, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제에 포함되는 전체 고형분에 대하여(건조 피막 중의 배합 비율로), 고형분 환산으로 95질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(무기계 코팅)

전술과 같이, 에칭 레지스트 피막은, 방향성 전자 강판의 장력 피막이 되는 무기계 코팅으로 해도 좋다. 피막 조성에 대해서는, 공지 문헌(예를 들면, 국제 공개 제 WO2015/064472 A1호)에 나타나는 방향성 전자 강판용의 절연 장력 피막을 베이스로 이용할 수 있지만, 공지의 방향성 전자 강판용의 절연 장력 피막의 대부분은 무색 투명인 점에서, 별도, 색조의 조정이 필요하다. 예를 들면, 인산염(인산 Mg, 인산 Al, 인산 Ca 등)을 고형분 환산으로 20∼80질량％, 산화 크롬을 고형분 환산으로 0∼10질량％ 및, 실리카를 고형분 환산으로 20∼50질량％ 함유하는 무기계 코팅액을 베이스로 하여, 전술한 유기계의 에칭 레지스트와 마찬가지로, 피막의 명도 지수 L*값을 흑색 안료나 백색 안료 등의 안료 성분의 배합에 의해 조정하여, 절연 장력 피막을 형성할 수 있다.

금속 스트립

본 개시의 홈 형성 방법에 의해, 홈을 형성하는 금속 스트립(50)의 종류는, 특별히 한정되지 않는다. 방향성 전자 강판에 있어서는, 강판 표면에 홈을 형성함으로써, 그의 철손이 저감된다. 전술한 바와 같이, 본 홈 형성 방법에 의하면, 레이저 조사에 수반하는 강판으로의 열 영향을 저감하면서, 금속 스트립(50)의 형상 불량부에 있어서도 폭이 좁은 홈을 표면에 형성할 수 있기 때문에, 본 홈 형성 방법을 이용하여 강판 표면에 홈을 형성함으로써, 방향성 전자 강판의 철손을 효과적으로 저감할 수 있다.

또한, 방향성 전자 강판의 최종적인 강 조성은 특별히 한정되지 않고, 공지의 강 조성으로 할 수 있지만, C: 30ppm 이하, Si: 1∼7％, P: 0.1％ 이하, Mn: 0.1％ 이하, S: 10ppm 미만, N: 20ppm 이하를 함유하는 것이 바람직하다. C는, 과도하게 함유되면, 자기 시효에 의해 철손을 해치기 때문에, 30ppm 미만으로 하는 것이 바람직하다. Si는, 비저항을 높여 철손을 저감하기 때문에, 1％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. P도 비저항을 높이기 때문에, 철손 저감의 관점에서는 함유해도 문제없지만, 함유량이 많으면 제조성을 해칠 우려가 있고, 또한 포화 자속 밀도를 낮게 하기 때문에, P의 함유량은 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mn, S는 과도하게 함유하면, MnS 등의 석출물을 형성하여 철손을 열화하기 때문에, 전술의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. N은, 왜곡 제거 어닐링 시에, 질화 규소 등을 석출하여 철손을 해치기 때문에, 최대한 함유하지 않는 것이 바람직하다. 그 외의 성분에 대해서는, 종래의 인식에 기초하여, 2차 재결정 후의 결정 방위가 Goss 방위로 첨예화되도록 첨가되어 있어도 문제 없지만, 포스테라이트 피막을 형성하는 경우에는, 앵커를 발달시키는 Cr은 최대한 적은 쪽이 바람직하고, 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ti, Nb, V, Zr, Ta의 원소는, 탄화물이나 질화물을 형성함으로써 철손을 열화시켜 버리기 때문에, 합계로 0.01％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

변압기의 철심을 조립할 때, 층간의 절연성을 높이기 위해, 최종적으로 방향성 전자 강판의 최표층에는, 절연 장력 피막이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 최종적으로 얻어지는 금속 스트립의 판두께에 대해서는, 0.10∼0.35㎜의 범위로 하는 것이 바람직하다. 방향성 전자 강판을 제조하는 경우, 레이저 조사 등에 의해, 비내열형의 자구 세분화 처리가 추가로 실시되어 있어도 좋다.

방향성 전자 강판의 제조 방법

본 개시의 홈 형성 방법을 이용한 방향성 전자 강판의 제조 방법은, 일 예에 있어서는,

강 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고,

상기 열간 압연 후의 어느 것의 강판의 표면에, 전술한 홈 형성 방법에 의해, 홈을 형성하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법이다. 또한, 1차 재결정 어닐링에서는 강판 중의 탄소를 줄이는 탈탄이나 질소를 증가시키는 질화를 겸해도 좋다. 또한, 여기에서 말하는 2차 재결정 어닐링이란, Goss 방위립을 선택적으로 이상립(abnormal grain) 성장시키기 위한 어닐링을 가리킨다. 2차 재결정 어닐링은, 포스테라이트 피막을 형성하는 공정 및, 강 중 원소를 순화하는 공정을 겸하고 있어도 좋다.

강판 표면으로의 홈 형성은, 열간 압연 후의 어느 것의 단계에 있어서 실시된다. 홈 형성의 대상이 되는 금속 스트립은, 열간 압연 후의 열연 강판, 열연 강판을 열연판 어닐링한 열연 어닐링판, 냉간 압연을 1회로 하는 경우의 냉간 압연 후의 냉연 강판, 냉간 압연을 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상으로 하는 경우의 중간 어닐링 전 혹은 후의 냉연 강판, 또는 중간 어닐링 후에 냉간 압연한 후의 냉연 강판, 1차 재결정 어닐링 후의 1차 재결정판, 2차 재결정 어닐링 후의 2차 재결정판일 수 있다. 또한, 홈을 형성한 후에 압연 가공을 한 경우, 홈이 소실하는 경우가 있기 때문에, 홈 형성은, 냉간 압연을 1회로 하는 경우의 냉간 압연 후의 냉연 강판, 냉간 압연을 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상으로 하는 경우의 최후의 중간 어닐링 후에 냉간 압연한 후의 냉연 강판, 1차 재결정 어닐링 후의 1차 재결정판, 2차 재결정 어닐링 후의 2차 재결정판에 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 홈 형성은, 열간 압연의 후, 복수의 단계에 있어서 행해도 좋다.

실시예

·금속 스트립의 제조

3.4％ Si 함유 강 슬래브(C: 0.050％, Mn: 0.05％, P: 0.01％, S: 0.002％, Al: 0.014％, N: 70ppm, Ti＋Nb＋V＋Zr＋Ta＜0.002％)에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 이어서, 1050℃에서 어닐링을 행한 강판에 냉간 압연을 실시하여 판두께 0.22㎜의 냉연 강판으로 하고, 홈을 형성하는 폭 1200㎜의 금속 스트립으로 했다. 본 강판에 있어서는, 폭방향 단부에서 폭방향으로 약 50㎜의 위치까지, 가장자리 늘어짐을 갖는 형상 불량부가 확인되었다.

강판의 편면에, 이하의 방법 (1)∼(3)의 어느 것에 의해, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 레지스트 패턴을 형성했다.

(1) 강판 상에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 균일하게 도포한 후, 레이저를 금속 스트립의 압연 직교 방향으로 주사하면서 조사하고, 레이저 조사부의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 국소적으로 제거하여 레이저 제거부로 하는 방법.

(2) 도 3에 나타내는 바와 같이, 롤(30) 상에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 균일하게 도포한 후, 레이저를 롤(30)의 축방향(금속 스트립의 압연 직교 방향에 상당)으로 주사하면서 조사하고, 레이저 조사부의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 국소적으로 제거하여 레이저 제거부로 하고, 이어서 당해 롤(30)을 강판에 밀어붙임으로써, 당해 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 강판에 전사시키는 방법.

(3) 도 4에 나타내는 바와 같이, 롤(30) 상에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 균일하게 도포한 후, 레이저를 롤(30)의 축방향(금속 스트립의 압연 직교 방향에 상당)으로 주사하면서 조사하고, 레이저 조사부의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 국소적으로 제거하여 레이저 제거부로 하고, 이어서 당해 롤(30) 상의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를, 개재 롤(31)을 통하여 강판에 전사시키는 방법.

레지스트 패턴으로서는, 압연 방향으로 3.3㎜의 반복 간격으로, 강판의 압연 직교 방향을 따라 선 형상으로, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제가 도포되어 있지 않은 영역을 형성했다. 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 조성(고형분 환산)은, 표 1에 나타냈다. 강판의 다른 면에는, 전체면에 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 도포했다. 강판의 표리 양면 모두, 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제의 도포 두께는, 약 1㎛로 했다. 도포 후, 220℃, 30sec의 조건으로 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 건조시키고, 강판의 표리 양면에 에칭 레지스트 피막을 형성했다.

＜에칭 레지스트 피막의 명도 지수 L*의 측정＞

형성된 에칭 레지스트 피막에 대해서, CIELAB 색공간(CIE 1976 L*a*b* 색공간)에 있어서의 명도 지수 L*을 측정했다. 명도 지수 L*은, 분광 측색계로 계측한 분광 반사율로 수치화했다. 측정 결과를, 표 2에 나타낸다.

＜레지스트 제거성의 평가＞

에칭 레지스트 피막의 레이저 제거성은, 레이저 조사 후의 박리선 외관을 육안 판정하여 평가했다. 판정 기준은 이하와 같다. 또한, ○이면 합격으로 했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(판정 기준)

○: 레이저 조사부의 박리 면적이 95％ 이상

×: 레이저 조사부의 박리 면적이 95％ 미만

이어서, 강판에 전해 에칭을 실시했다. 전해액은 NaCl로 하고, 사전에 소망하는 홈이 형성되도록, 전류 밀도 조정을 행했다. 에칭 후, 강판의 표리 양면에 남은 에칭 레지스트 피막을 NaOH 수용액으로 제거했다. NaOH 수용액의 액온은, 50∼70℃로 보존유지했다. 그 후, 강판을 물 세정하고, 이어서 표면 세정하여, 표면에 홈을 형성했다. 선 형상 홈을 형성한 냉연 강판에 860℃에서 1차 재결정 어닐링을 실시하여 1차 재결정판을 얻은 후, 당해 1차 재결정판에 최고 온도 1200℃에서 2차 재결정 어닐링을 실시하여, 2차 재결정판을 얻었다. 당해 2차 재결정판에, 인산염계의 절연 장력 피막 형성용 피복제를 도포하여 강판의 평탄화와 절연 장력 피막 형성을 목적으로 하여 최고 도달 온도 860℃에서 어닐링을 실시하여, 판두께 0.22㎜ 두께의 방향성 전자 강판으로 했다. 표 2에, 레이저의 조사 조건을 나타낸다. 이 방향성 전자 강판에 대해서, 이하와 같이 특성 평가를 행했다. 평가 결과는, 표 2에 나타낸다.

＜홈 폭의 측정＞

·폭방향 중앙부의 홈 폭

강판의 폭방향 중앙부의 홈 폭에 대해서는, 강판의 폭방향에 있어서의 중앙부에 있어서, 80㎜ 폭 300㎜ 길이의 시험편 10매를 채취하고, 각 시료 중의 압연 방향에 있어서의 임의의 20점에서 계 200점에 대해서 광학 현미경을 이용하여 측정한 홈 폭의 평균값으로 했다.

·폭방향 단부 1의 홈 폭

강판의 폭방향 단부 1의 홈 폭에 대해서는, 강판의 DR측(냉간 압연기에 있어서의 드라이브측)의 단부에 있어서, 80㎜ 폭 300㎜ 길이의 시험편 10매를 채취하고, 각 시료의 DR측 단부의 압연 방향에 있어서의 임의의 20점에서 계 200점에 대해서 광학 현미경을 이용하여 측정한 홈 폭의 평균값으로 했다.

·폭방향 단부 2의 홈 폭

강판의 폭방향 단부 2의 홈 폭에 대해서는, 강판의 OP측(냉간 압연기에 있어서의 오퍼레이터측)의 단부에 있어서 80㎜ 폭 300㎜ 길이의 시험편 10매를 채취하고, 각 시료의 OP측 단부의 압연 방향에 있어서의 임의의 20점에서 계 200점에 대해서 광학 현미경을 이용하여 측정한 홈 폭의 평균값으로 했다.

＜철손 W_17/50의 측정＞

·폭방향 중앙부의 철손

강판의 폭방향 중앙부의 철손에 대해서는, 강판의 폭방향에 있어서의 중앙부로부터 100㎜ 폭 320㎜ 길이의 SST 시험편 시료를, 압연 방향을 따라 각각 2매씩 잘라내어, 계 40매의 SST 시험편 시료를 얻었다. 당해 40매의 SST 시험편 시료를 이용하여 단판(single sheet) 자기 시험을 행하여, 최대 자속 밀도: 1.7T, 주파수: 50㎑에 있어서의 철손: W_17/50(W/㎏)을 측정했다. 철손 W_17/50이 0.72W/㎏ 이하이면, 철손 W_17/50이 우수하다고 평가했다.

·폭방향 단부의 철손

강판의 폭방향에 있어서의 양 단부로부터 압연 방향을 따라 1매씩 잘라내고, 100㎜ 폭 SST 시험편 시료를 계 40매 얻었다. 또한, 강판의 폭방향의 최단부는 판두께가 불균일하게 되는 경향이 있기 때문에, 여기에서는 최단부로부터 30㎜ 내측으로 들어간 부위를 단부로서 취급했다. 당해 40매의 SST 시험편을 이용하여 단판 자기 시험을 행하여, 최대 자속 밀도: 1.7T, 주파수: 50㎑에 있어서의 철손: W_17/50(W/㎏)을 측정했다. 철손 W_17/50이 0.72W/㎏ 이하이면, 철손 W_17/50이 우수하다고 평가했다.

본 개시의 홈 형성 방법을 이용하여 제조되는 방향성 전자 강판은, 왜곡 제거 어닐링 등의 어닐링 후에 있어서도 양호한 자기 특성을 나타내고, 감김형의 변압기에도 적용이 가능하다. 본 홈 형성 방법을 이용하여 제조한 방향성 전자 강판을 변압기에 사용하면, 에너지 사용 효율을 향상할 수 있기 때문에, 산업상 유용하다.

10 : 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제
20 : 그라비어 롤
21 : 오프셋 롤
22 : 다른 롤
30 : 롤
31 : 개재 롤
40 : 레이저 조사 장치
50 : 금속 스트립
60 : 레이저 제거부
70 : 비도포 영역
A : 반송 방향

Claims

에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 롤에 도포하고,
이어서, 상기 롤에, 상기 롤의 축방향 또는 당해 축방향에 대하여 경사진 방향으로 주사하면서 레이저를 조사하고, 당해 레이저가 조사된 부분의 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 제거하고,
이어서, 상기 롤을 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 혹은 상기 롤과 상기 금속 스트립과의 사이에 개재하는 개재 롤에 상기 롤을 접촉시키고, 당해 개재 롤을 상기 금속 스트립의 적어도 편면에 접촉시키고, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제가 제거된 부분에 대응하는 부분을 비도포 영역으로 하여, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 상기 금속 스트립의 적어도 편면에 전사하고,
이어서, 상기 에칭 레지스트 피막 형성용 피복제를 건조시키고, 상기 금속 스트립의 적어도 편면에, 상기 비도포 영역을 갖는 에칭 레지스트 피막을 형성하고,
이어서, 상기 금속 스트립의 상기 비도포 영역에 에칭 처리를 실시하여 홈을 형성하는, 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법.
제1항에 있어서,
상기 에칭 레지스트 피막은, CIELAB 색공간(CIE 1976 L*a*b* 색공간)에 있어서의 명도 지수 L*이 0 이상 70 이하이고, 또한 상기 레이저의 출력이 2.0㎾ 미만인, 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저가 탑 해트형(top-hat type)의 강도 프로파일을 갖는, 금속 스트립 표면으로의 홈 형성 방법.
강 슬래브에 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고,
이어서, 상기 열연 강판, 혹은 상기 열연 강판에 열연판 어닐링을 실시하여 얻은 열연 어닐링판에, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 하고,
이어서, 상기 냉연 강판에 1차 재결정 어닐링을 실시하여 1차 재결정판으로 하고,
이어서, 상기 1차 재결정판에 2차 재결정 어닐링을 실시하여 2차 재결정판으로 하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법으로서,
상기 열간 압연 후의 어느 것의 강판의 표면에, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 홈 형성 방법에 의해, 홈을 형성하는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.