WO2012164702A1 - 方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法 Download PDF

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坂井　辰彦
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Definitions

  • the present invention relates to a grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus and a grain-oriented electrical steel sheet manufacturing method that are magnetic domain controlled by irradiating a laser beam.
  • the above-mentioned grain-oriented electrical steel sheet is used as a material constituting an iron core of electrical equipment such as a transformer and a rotating machine.
  • Such a grain-oriented electrical steel sheet is required to reduce energy loss (iron loss) when magnetized.
  • Iron loss is classified into eddy current loss and hysteresis loss.
  • eddy current loss is classified into classical eddy current loss and abnormal eddy current loss.
  • a thin directional electrical steel sheet having an insulating film formed on the plate surface is provided.
  • a grain-oriented electrical steel sheet having an insulating film formed thereon for example, as shown in Patent Document 1, a glass film is formed on the surface of the steel sheet, and an insulating film is further formed on the glass film. Yes.
  • a laser beam is focused and irradiated from above the insulating film, and scanned in the substantially width direction of the electromagnetic steel sheet to the surface of the steel sheet.
  • a magnetic domain control method has been proposed in which a laser irradiation line extending in the width direction is formed, a region having a residual strain is periodically provided in the rolling direction, and the magnetic domains are subdivided.
  • the laser beam scanning is repeated in the width direction of the steel sheet to be conveyed using the laser beam irradiation apparatus so that the interval PL in the rolling direction of the laser irradiation lines becomes constant. Need to control.
  • the interval PL in the rolling direction of the laser irradiation line cannot be formed at a predetermined interval. There was a thing.
  • Patent Document 3 discloses a method of forming laser irradiation lines divided in the width direction of a steel sheet by a plurality of laser beam irradiation apparatuses arranged along the width direction of the steel sheet.
  • the laser irradiation line is divided and formed in the width direction, it is important to make the magnetostriction characteristics related to iron loss and transformer noise constant throughout the width direction of the steel sheet. More specifically, since the irradiation state of the laser beam is different from the others at the boundary portion of the divided laser irradiation lines, the iron loss and magnetostriction characteristics may be deteriorated.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus of the present invention is a grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus that manufactures magnetic domain-controlled grain-oriented electrical steel sheets by irradiating a laser beam, and is provided in a plurality in the conveying direction of the steel sheets. And a width direction moving mechanism that moves the laser beam irradiation apparatus in the width direction of the steel sheet, and the width direction moving mechanism moves the laser beam irradiation apparatus over the entire width of the steel sheet. It can be moved.
  • a plurality of laser irradiation lines divided in the width direction can be formed on the surface of the steel sheet by a plurality of laser beam irradiation apparatuses arranged in the conveying direction of the steel sheet. Therefore, the scanning distance in one laser beam irradiation apparatus can be set short, and even when a wide steel plate is conveyed at high speed, laser irradiation lines can be formed at a predetermined interval PL in the rolling direction. it can. Further, since each laser beam irradiation device can scan the laser beam in the width direction of the steel plate at an arbitrary position in the width direction of the steel plate, the overlapping width of laser irradiation lines adjacent in the width direction can be adjusted. Is possible. Thereby, a magnetic characteristic and a magnetostriction characteristic can be stabilized in the whole width direction of a steel plate.
  • At least N + 1 laser beam irradiation devices may be provided, and the laser beam irradiation may be performed by the N laser beam irradiation devices with respect to the entire width of the steel plate.
  • one or more laser beam irradiation devices are secured as a spare device.
  • This spare device can also be moved over the entire width of the steel plate by the width direction moving mechanism, so that the spare laser beam irradiating device can be used immediately instead of the laser beam irradiating device in which the trouble has occurred.
  • a method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to the present invention is a method for producing a grain-oriented electrical steel sheet in which a magnetic domain-controlled grain-oriented electrical steel sheet is produced by irradiating a laser beam.
  • the laser irradiation step by adjusting the overlapping width of the laser irradiation lines adjacent in the width direction, it is possible to stabilize the magnetic characteristics and the magnetostriction characteristics in the entire width direction of the steel sheet.
  • the overlapping width of the laser irradiation lines adjacent in the width direction is ⁇ 5 mm or more and 20 mm or less, it is possible to suppress an increase in iron loss.
  • an increase in magnetostriction speed level (LVA) which is an index of magnetostriction, can be suppressed by setting the overlapping width of the laser irradiation lines adjacent in the width direction to 10 mm or less.
  • the overlap width is negative, it indicates that the laser irradiation lines are separated from each other.
  • the present invention it is possible to stabilize the magnetic characteristics and magnetostrictive characteristics in the entire width direction of the steel sheet even when the magnetic domain control is performed by forming a laser irradiation line while conveying a wide steel sheet at a high speed.
  • An apparatus for producing a grain-oriented electrical steel sheet and a method for producing a grain-oriented electrical steel sheet can be provided.
  • FIG. 5 is an enlarged explanatory view of a laser irradiation line in FIG. 4.
  • FIG. 7 is an enlarged explanatory view of a laser irradiation line in FIG. 6.
  • 3 is a graph showing the results of Example 1.
  • 10 is a graph showing the results of Example 2.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus 10 irradiates a laser beam to a steel sheet 31 transported in the rolling direction to perform magnetic domain control of the steel sheet 31.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus 10 includes a laser apparatus 12 that oscillates a laser beam, a plurality of laser beam irradiation apparatuses 20 that are arranged in the conveying direction of the steel sheet 10, and And a linear motion device 15 that moves the laser beam irradiation device 20 in the width direction of the steel plate 31.
  • each laser beam irradiation apparatus 20 is each arrange
  • the laser device 12 oscillates a laser beam that can be transmitted through a fiber.
  • a laser beam that can be transmitted through a fiber a YAG laser (wavelength 1.06 ⁇ m), a fiber laser (wavelength 1.07 to 1.08 ⁇ m), or the like can be applied.
  • the laser beam oscillated by the laser device 12 is transmitted to each laser beam irradiation device 20 through the transmission fiber 13.
  • the laser beam irradiation apparatus 20 includes a collimator 21, a polyhedral rotating polygon mirror 22, and an f ⁇ lens 23.
  • the collimator 21 adjusts the diameter of the laser beam LB output from the transmission fiber 13.
  • the rotating polygon mirror 22 deflects the laser beam LB to scan the steel plate 31 in the width direction of the steel plate 31 at high speed.
  • the f ⁇ lens 23 condenses the laser beam LB scanned by the rotating polygon mirror 22.
  • the scanning speed of the laser beam LB on the steel plate 31 can be adjusted by adjusting the rotational speed of the rotating polygon mirror 22.
  • the laser beam irradiation apparatus 20 includes a focus mechanism (not shown) that moves the rotating polygon mirror 22 and the f ⁇ lens 23 simultaneously and a distance meter (not shown) that measures the distance between the steel plate 31 and the f ⁇ lens 23. And. The distance between the f ⁇ lens 23 and the steel plate 31 can be adjusted by this focus mechanism.
  • the linear motion device 15 includes a guide rail 16 that extends in the width direction of the steel plate 31. As shown in FIG. 1, the guide rail 16 is set longer than the width of the steel plate 31 to be conveyed and extends so as to protrude from both ends of the steel plate 31 in the width direction.
  • the linear motion device 15 includes drive means (not shown) for driving the laser beam irradiation device 20 along the guide rail 16. Examples of the driving means include a combination of a ball screw and a rotary motor, a linear motor, and the like.
  • each laser beam irradiation device 20 can be moved to an arbitrary position in the width direction of the steel plate 31. Further, the linear motion device 15 is provided with a position sensor (not shown) for specifying the position of each laser beam irradiation device 20.
  • the width data of the steel plate 31 irradiated with the laser beam LB is obtained. From this width data, the number of laser beam irradiation devices 20 to be used is determined. In this embodiment, as shown in FIG. 1, five laser beam irradiation apparatuses 20 are used.
  • each laser beam irradiation device 20 is determined and moved to a predetermined position using the linear motion device 15. Further, the laser beam irradiation apparatus 20a that is not used is moved to the retracted position. Furthermore, the scanning length of the laser beam LB in each laser beam irradiation apparatus 20 is determined.
  • the scanning width of the laser beam LB is a value obtained by multiplying the reflection angle of the polygon mirror, that is, the number of polygon surfaces and the focal length of the f ⁇ lens. At this time, the overlapping width d between the laser irradiation lines 32 adjacent in the width direction is adjusted according to the position in the width direction of each laser beam irradiation apparatus 20.
  • the scanning width on the steel plate may be changed by blocking the end of the scanning beam with a shielding plate provided between the f ⁇ lens and the steel plate.
  • the polygon mirror and the f ⁇ lens may be changed.
  • the scanning width may be changed by changing the mirror reflection angle by a galvano motor that vibrates the mirror at an arbitrary angle instead of the polygon mirror.
  • the series of setting operations may be automatically set by a computer using a program.
  • the laser beam LB is oscillated from the laser device 12.
  • This laser beam LB is transmitted to each laser beam irradiation device 20 via the transmission fiber 13.
  • the laser beam irradiation device 20 the laser beam LB is scanned on the steel plate 31 by one surface of the rotating polygon mirror 22. Thereby, a laser irradiation line 32 having a predetermined length is formed on the surface of the steel plate 31.
  • the laser irradiation line may be a visually identifiable line in which the glass film or insulating film on the surface has evaporated, or may be an invisible line that does not cause the film to evaporate. It only has to be granted.
  • the interval PL between the laser irradiation lines 32 adjacent to each other in the conveyance direction can be changed by adjusting the conveyance speed of the steel plate 31 and the rotation speed of the rotating polygon mirror 22.
  • the laser irradiation line 32 can be formed in a groove shape by increasing the output of the laser beam LB, reducing the diameter of the focused beam, or reducing the scanning speed.
  • This grain-oriented electrical steel sheet includes a steel sheet, a glass film formed on the surface of the steel sheet, and an insulating film formed on the glass film. Then, the surface of the grain-oriented electrical steel sheet is irradiated and scanned with a laser beam LB from above the insulating film, so that a laser irradiation line 32 extending substantially orthogonal to the rolling direction as shown in FIG. Is formed.
  • the laser irradiation lines 32 are formed in a predetermined cycle in the rolling direction, and in a region sandwiched between the two laser irradiation lines 32 and 32 and magnetized in the rolling direction, a magnetic domain in a direction substantially orthogonal to the rolling direction. Subdivide the width. In the grain-oriented electrical steel sheet shown in FIGS. 4 and 5, the laser irradiation line 32 is divided in the width direction, and the laser irradiation lines 32 and 32 adjacent to each other in the width direction are overlapped by a width d. .
  • the other example of the grain-oriented electrical steel plate manufactured using the manufacturing apparatus of the grain-oriented electrical steel plate which is this embodiment is demonstrated using FIG.6 and FIG.7.
  • the laser irradiation line 32 is divided in the width direction, and the laser irradiation lines 32, 32 adjacent to each other in the width direction are separated by a width d.
  • the overlapping width d is negative.
  • the position in the width direction of each laser beam irradiation apparatus 20 and the scanning length of the laser beam LB in each laser beam irradiation apparatus 20 thus, it is possible to adjust the overlapping width d between the laser irradiation lines 32 and 32 adjacent to each other in the width direction.
  • a plurality of laser beam irradiation apparatuses 20 (six in the present embodiment) arranged in the conveying direction of the steel sheet 31;
  • the linear motion device 15 that moves each laser beam irradiation device 20 in the width direction of the steel plate 31 is provided. Therefore, a plurality of laser irradiation lines 32 that are divided in the width direction are formed on the surface of the steel plate 31. Can do. Therefore, the scanning length of the laser beam LB in one laser beam irradiation apparatus 20 can be set short, and even when the wide steel plate 31 is conveyed at a high speed, the laser is emitted at a predetermined interval PL in the rolling direction.
  • the irradiation line 32 can be formed.
  • the overlapping width d between the laser irradiation lines 32 and 32 adjacent to each other in the width direction can be adjusted by the position in the width direction of each laser beam irradiation apparatus 20 and the scanning length of the laser beam LB in each laser beam irradiation apparatus 20. Therefore, it is possible to stabilize the iron loss and magnetostriction characteristics in the entire width direction of the steel plate 31.
  • the superposition width d was variously changed to obtain the ultimate iron loss value.
  • the grain-oriented electrical steel sheet used has a magnetic flux density of 1.92 T generated in a magnetic field of 0.8 A / m.
  • the laser conditions are a laser power of 200 W, a beam scanning speed of 30 m / s, and a focused beam diameter of ⁇ 0.1 mm.
  • the irradiation pitch was 5 mm.
  • the iron loss was measured by cutting the laser irradiated part into a single plate size of 600 mm in the rolling direction and 800 mm in the plate width direction, and measuring the iron loss by applying a magnetic field under the condition that the maximum magnetic flux density was 1.7 T at a frequency of 50 Hz. .
  • the result is shown in FIG.
  • the overlapping width d of the laser irradiation lines 32 and 32 adjacent to each other in the width direction is in the range of 0 to 10 mm
  • the lowest iron loss value is shown.
  • the iron loss increase allowance is 0.01 W / kg. Therefore, the iron loss can be stabilized at a low level in the entire width direction of the steel plate 31.
  • Magnetostriction is a cause of noise in transformers made of grain-oriented electrical steel sheets.
  • Magnetostrictive velocity level (LVA) was used as an index of magnetostriction.
  • the evaluation method of LVA used the following. First, the steel sheet is cut into a length of 500 mm in the rolling direction and a length of 100 mm in the width direction, and an alternating magnetic field is applied so that the maximum magnetic flux density is 1.7 T in the rolling direction. At this time, the length of the steel sheet changes due to the expansion and contraction of the magnetic domain. The time change of this displacement is measured with a laser displacement meter, and the amplitude Cn of each frequency component fn is obtained by Fourier analysis.
  • LVA 20 ⁇ Log ( ⁇ ( ⁇ c ⁇ 2 ⁇ ⁇ fn ⁇ ⁇ n ⁇ Cn / ⁇ 2) / Pe0 (dB)
  • ⁇ c a specific acoustic resistance
  • ⁇ c 400
  • Pe0 the minimum audible sound pressure
  • Pe0 2 ⁇ 10 ⁇ 5 (Pa) was used.
  • the A correction coefficient is a value determined by JIS and is shown in Table 2 of JIS standard C1509-1.
  • d 10 mm or less
  • the LVA increase was 1 dB or less, which was almost negligible. That is, in this range, an increase in magnetostriction (LVA) can be suppressed. Therefore, the magnetostriction characteristic can be stabilized at a low level in the entire width direction of the steel plate 31, and transformer noise can be suppressed.
  • the laser irradiation lines 32 are formed by the five laser beam irradiation devices 20 with respect to the entire width of the steel plate 31.
  • a stand laser beam irradiation device 20a is secured as a spare device.
  • the spare laser beam irradiation device 20a is also movable over the entire width of the steel plate 31 by the linear motion device 15. Therefore, the spare laser beam irradiation device 20a is replaced with the laser beam irradiation device 20 in which a trouble has occurred. It can be used immediately.
  • the laser device 12 since the laser device 12 that oscillates the laser beam LB that can be transmitted through the fiber is used, the laser device 12 can be disposed at a position separated from the laser beam irradiation device 20. Therefore, the laser apparatus 12 can be disposed in an air conditioning room or the like, and early deterioration of the laser apparatus 12 can be prevented. Further, the laser beam irradiation apparatus 20 can be reduced in size and weight.
  • the laser beam irradiation device 20 is disposed in the vicinity of the support roll 11, there is little vibration of the steel plate 31, and the steel plate 31 moves downward to focus the laser beam irradiation device 20. Irradiation / scanning of the laser beam LB can be performed stably without being greatly separated from the position.
  • the linear motion device 15 is provided with a position sensor for specifying the position in the width direction of each laser beam irradiation device 20, the interval in the width direction between the laser beam irradiation devices 20 can be adjusted with high accuracy.
  • the guide rails 16 of the linear motion device 15 are disposed so as to protrude from both ends in the width direction of the steel plate 31, the spare laser beam irradiation device 20a can be retracted from the top of the steel plate 31. . Therefore, maintenance or the like of the spare laser beam irradiation apparatus 20a can be performed during operation.
  • this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
  • a laser beam capable of fiber transmission is used, the present invention is not limited to this, and a carbon dioxide laser or the like may be used.
  • the laser beam is transmitted to each laser beam irradiation device by reflection of a plurality of mirrors. Or it is good also as a structure which installs and moves both a laser apparatus and an irradiation apparatus in a width direction moving mechanism.
  • the laser beam irradiation device has been described as moving in the width direction using a linear motion device, but the present invention is not limited to this, and the laser beam irradiation device is moved in the width direction by another moving mechanism. There may be.
  • the grain-oriented electrical steel sheet having stable iron loss and magnetostriction characteristics in the entire width direction of the steel sheet, A manufacturing apparatus and a manufacturing method can be provided.

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Abstract

　レーザビームを照射することにより磁区制御された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造装置であって、鋼板(３１)の搬送方向に複数台配設されたレーザビーム照射装置(２０)と、このレーザビーム照射装置(２０)を鋼板(３１)の幅方向に移動させる幅方向移動機構(１５)と、を有し、幅方向移動機構(１５)は、鋼板(３１)の全幅にわたってレーザビーム照射装置(２０)を移動可能とされている。

Description

方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法
　この発明は、レーザビームを照射することによって磁区制御された方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
上述の方向性電磁鋼板は、トランス、回転機等の電気機器の鉄芯を構成する素材として用いられている。このような方向性電磁鋼板においては、磁化する際のエネルギー損失（鉄損）を低減することが求められる。鉄損は、渦電流損とヒステリシス損とに分類される。さらに、渦電流損は、古典的渦電流損と異常渦電流損とに分類される。
ここで、古典的渦電流損を低減するために、板表面に絶縁皮膜を形成した板厚の薄い方向性電磁鋼板が提供されている。絶縁皮膜を形成した方向性電磁鋼板としては、たとえば特許文献１に示すように、鋼板の表面に、グラス皮膜が形成され、そのグラス皮膜の上にさらに絶縁皮膜が形成されたものが提案されている。
　また、異常渦電流損を抑制するために、たとえば特許文献２に示すように、絶縁皮膜の上からレーザビームを集光・照射し、電磁鋼板の略幅方向に走査することによって鋼板の表面に幅方向に延在するレーザ照射線を形成し、圧延方向に周期的に残留歪を有する領域を設けて、磁区を細分化する磁区制御法が提案されている。
　上述のレーザ照射による磁区制御を行う場合、レーザビーム照射装置を用いて、搬送される鋼板の幅方向に向けてレーザビームの走査を繰り返し、レーザ照射線の圧延方向の間隔ＰＬが一定になるように制御する必要がある。ここで、レーザビーム照射装置によるレーザビームの走査速度に限界があるため、広幅の鋼板を高速で搬送する場合には、レーザ照射線の圧延方向の間隔ＰＬを所定の間隔に形成することができないことがあった。
　そこで、たとえば特許文献３には、鋼板の幅方向に沿って配置された複数台のレーザビーム照射装置によって、鋼板の幅方向に分割されたレーザ照射線を形成する方法が開示されている。
　ところで、レーザ照射線を幅方向で分割して形成した場合、鋼板の幅方向全体で鉄損や、トランスの騒音に関係する磁歪特性を一定とすることが重要である。詳述すると、分割されたレーザ照射線の境界部分においては、レーザビームの照射状態が他と異なるため、鉄損や磁歪特性も劣化することがあった。
　このような状況から、広幅の鋼板を高速で搬送しながらレーザ照射線を形成して磁区制御を行う場合であっても、鋼板の幅方向全体で鉄損や磁歪特性を安定させることが可能な方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法が求められていた。
特開２００７－１１９８２１号公報 特表２００３－５００５４１号公報 特開昭６３－０８３２２７号公報
本発明の方向性電磁鋼板の製造装置は、レーザビームを照射することにより磁区制御された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造装置であって、鋼板の搬送方向に複数台配設されたレーザビーム照射装置と、このレーザビーム照射装置を前記鋼板の幅方向に移動させる幅方向移動機構と、を有し、前記幅方向移動機構は、前記鋼板の全幅にわたって前記レーザビーム照射装置を移動可能とされている。
　この場合、鋼板の搬送方向に複数台配設されたレーザビーム照射装置によって、鋼板の表面には幅方向に分割された複数のレーザ照射線を形成することが可能となる。よって、一台のレーザビーム照射装置における走査距離を短く設定することができ、広幅の鋼板を高速で搬送する場合であっても、圧延方向に所定の間隔ＰＬでレーザ照射線を形成することができる。
また、各レーザビーム照射装置が前記鋼板の幅方向の任意の位置においてレーザビームを前記鋼板の幅方向に走査することができるので、幅方向に隣り合うレーザ照射線同士の重畳幅を調整することが可能となる。これにより、鋼板の幅方向全体で磁気特性や磁歪特性を安定させることができる。
　ここで、少なくともＮ＋１台の前記レーザビーム照射装置を有し、前記鋼板の全幅に対してＮ台の前記レーザビーム照射装置によってレーザビームの照射を行う構成としてもよい。
　この場合、１台以上のレーザビーム照射装置が予備装置として確保されることになる。この予備装置についても、幅方向移動機構によって鋼板の全幅にわたって移動可能とされていることから、トラブルが発生したレーザビーム照射装置に替えて予備のレーザビーム照射装置を即座に使用することができる。
　本発明の方向性電磁鋼板の製造方法は、レーザビームを照射することにより磁区制御された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法であって、搬送される鋼板の幅方向にレーザビームを分割して走査し、前記鋼板の表面に幅方向に分割された複数の前記レーザ照射線を形成するレーザ照射工程を有し、このレーザ照射工程では、幅方向に隣り合う前記レーザ照射線の重畳幅を調整する。
この場合、レーザ照射工程において、幅方向に隣り合う前記レーザ照射線の重畳幅を調整することで、鋼板の幅方向全体で磁気特性及び磁歪特性を安定させることが可能となる。
たとえば、幅方向に隣り合う前記レーザ照射線の重畳幅を－５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることで、鉄損の上昇を抑制することが可能となる。
　あるいは、幅方向に隣り合う前記レーザ照射線の重畳幅を１０ｍｍ以下とすることで、磁歪の指標である磁歪速度レベル（ＬＶＡ）の増加を抑制することが可能となる。なお、重畳幅がマイナスの場合、レーザ照射線同士が離間していることを示している。
　本発明によれば、広幅の鋼板を高速で搬送しながらレーザ照射線を形成して磁区制御を行う場合であっても、鋼板の幅方向全体で磁気特性及び磁歪特性を安定させることが可能な方向性電磁鋼板の製造装置及び方向性電磁鋼板の製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置を示す上面説明図である。 図１に示す方向性電磁鋼板の製造装置の側面説明図である。 レーザビーム照射装置の概略説明図である。 本発明の実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置によって製造された方向性電磁鋼板の一例を示す説明図である。 図４におけるレーザ照射線の拡大説明図である。 本発明の実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置によって製造された方向性電磁鋼板の他の例を示す説明図である。 図６におけるレーザ照射線の拡大説明図である。 実施例１の結果を示すグラフである。 実施例２の結果を示すグラフである。
　まず、本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置について、図１から図３を用いて説明する。
　この方向性電磁鋼板の製造装置１０は、圧延方向に向けて搬送される鋼板３１に対してレーザビームを照射し、鋼板３１の磁区制御を行うものである。
　本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置１０は、図１に示すように、レーザビームを発振するレーザ装置１２と、鋼板１０の搬送方向に複数台配列されたレーザビーム照射装置２０と、このレーザビーム照射装置２０を鋼板３１の幅方向に移動させる直動装置１５と、を備えている。
　ここで、本実施形態では、図１及び図２に示すように、６台のレーザビーム照射装置２０が配設されている。このうち５台のレーザビーム照射装置２０によって、鋼板３１の全幅にレーザビームを照射する構成とされており、１台のレーザビーム照射装置２０ａは、鋼板３１の上から外れた位置に待機されている。なお、図２に示すように、各レーザビーム照射装置２０は、搬送方向に複数設けられたサポートロール１１の上方にそれぞれ配設されている。
　レーザ装置１２は、ファイバ伝送可能なレーザビームを発振するものとされている。ファイバ伝送可能なレーザビームとしては、ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）、ファイバレーザ（波長１．０７～１．０８μｍ）等を適用することができる。
　このレーザ装置１２で発振されたレーザビームは、伝送ファイバ１３を介して、各レーザビーム照射装置２０へと伝送される。
　レーザビーム照射装置２０は、図３に示すように、コリメータ２１と、多面体の回転ポリゴンミラー２２と、ｆθレンズ２３とを備える。
コリメータ２１は、伝送ファイバ１３から出力したレーザビームＬＢの直径を調整する。また、回転ポリゴンミラー２２は、レーザビームＬＢを偏向させて鋼板３１上を高速で鋼板３１の幅方向に走査させる。ｆθレンズ２３は、回転ポリゴンミラー２２で走査されるレーザビームＬＢを集光する。
　ここで、回転ポリゴンミラー２２の回転速度を調節することで、鋼板３１上でのレーザビームＬＢの走査速度を調整することができる。
なお、このレーザビーム照射装置２０は、回転ポリゴンミラー２２とｆθレンズ２３とを同時に上下動させるフォーカス機構（図示なし）と、鋼板３１とｆθレンズ２３との距離を測定する距離計（図示なし）と、を備えている。このフォーカス機構によってｆθレンズ２３と鋼板３１との距離が調整可能とされている。
　直動装置１５は、鋼板３１の幅方向に延在するガイドレール１６を備えている。このガイドレール１６は、図１に示すように、搬送される鋼板３１の幅よりも長く設定されており、鋼板３１の幅方向両端からそれぞれ突出するように延在している。
　直動装置１５は、このガイドレール１６に沿ってレーザビーム照射装置２０を駆動させる駆動手段（図示なし）を備えている。駆動手段としては、例えばボールネジと回転モータとの組み合わせやリニアモータ等が挙げられる。
　この直動装置１５によって、各レーザビーム照射装置２０は、鋼板３１の幅方向の任意の位置に移動可能とされている。
　また、直動装置１５には、各レーザビーム照射装置２０の位置を特定する位置センサ（図示なし）が設けられている。
　次に、本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置１０を用いた方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
　まず、レーザビームＬＢを照射する鋼板３１の幅データを得る。この幅データから、使用するレーザビーム照射装置２０の台数を決定する。本実施形態では、図１に示すように、５台のレーザビーム照射装置２０を使用する。
　そして、各レーザビーム照射装置２０の幅方向位置を決定し、直動装置１５を用いて所定の位置へと移動させる。また、使用しないレーザビーム照射装置２０ａを退避位置にまで移動する。
　さらに、各レーザビーム照射装置２０におけるレーザビームＬＢの走査長さを決定する。レーザビームＬＢの走査幅は、ポリゴンミラーの反射角度、すなわちポリゴン面数とｆθレンズの焦点距離を乗じた値である。このとき、各レーザビーム照射装置２０の幅方向位置によって、幅方向に隣り合うレーザ照射線３２同士の重畳幅ｄが調整される。
　あるいは、レーザビームＬＢの走査幅を変更する際は、ｆθレンズと鋼板の間に設けた遮蔽板で走査ビームの端を遮ることで鋼板上の走査幅を変更してもよい。あるいはポリゴンミラー、ｆθレンズを変更してもよい。
　あるいは、ポリゴンミラーの代わりに、任意の角度でミラーを振動させるガルバノモータによって、ミラー反射角度を変更して走査幅を変更してもよい。
　なお、この一連の設定作業を、プログラムを用いて計算機で自動設定する構成としてもよい。
　次に、レーザ装置１２からレーザビームＬＢを発振する。このレーザビームＬＢが、伝送ファイバ１３を介して各レーザビーム照射装置２０へと伝送される。
　レーザビーム照射装置２０においては、回転する回転ポリゴンミラー２２の１面によりレーザビームＬＢが鋼板３１上に走査される。これにより、鋼板３１の表面には、所定の長さのレーザ照射線３２が形成される。この際、レーザ照射線は、表面のグラス皮膜または絶縁皮膜が蒸発した目視判断可能な線でもよく、あるいは皮膜の蒸発に至らない不可視な線でもよく、磁区制御が効果的に成される歪みが付与されていればよい。
搬送方向に隣接するレーザ照射線３２の間隔ＰＬは、鋼板３１の搬送速度及び回転ポリゴンミラー２２の回転速度の調整によって変更可能である。
なお、レーザ照射線３２は、レーザビームＬＢの出力を高くすること、あるいは集光ビーム径を縮小すること、あるいは走査速度を遅くすることによって溝状とすることも可能である。
　次に、本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置１０を用いて製造された方向性電磁鋼板の一例を、図４及び図５を用いて説明する。
　この方向性電磁鋼板は、鋼板と、鋼板の表面に形成されたグラス皮膜と、このグラス皮膜の上に形成された絶縁皮膜と、を備えている。そして、方向性電磁鋼板の表面には、絶縁皮膜の上からレーザビームＬＢが照射・走査されることによって、図４に示すように、圧延方向に略直交するように延在するレーザ照射線３２が形成されている。
　このレーザ照射線３２は、圧延方向に所定の周期で形成されており、二つのレーザ照射線３２，３２に挟まれて圧延方向に磁化が向いた領域において、圧延方向と略直交する方向の磁区幅を細分化する。
　図４及び図５に示す方向性電磁鋼板においては、レーザ照射線３２が幅方向に分割されており、幅方向に隣り合うレーザ照射線３２，３２同士が幅ｄだけ重畳している例である。
　また、本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置を用いて製造された方向性電磁鋼板の他の例を、図６及び図７を用いて説明する。
この方向性電磁鋼板においては、レーザ照射線３２が幅方向に分割されており、幅方向に隣り合うレーザ照射線３２，３２同士が幅ｄだけ離れている例である。なお、レーザ照射線３２，３２同士が離間している場合は、重畳幅ｄはマイナスとする。
このように、本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置１０においては、上述のように、各レーザビーム照射装置２０の幅方向位置と各レーザビーム照射装置２０におけるレーザビームＬＢの走査長さとによって、幅方向に隣り合うレーザ照射線３２，３２同士の重畳幅ｄを調整することが可能である。
　以上のような構成とされた本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置１０においては、鋼板３１の搬送方向に複数台（本実施形態では６台）配設されたレーザビーム照射装置２０と、各レーザビーム照射装置２０を鋼板３１の幅方向に移動させる直動装置１５と、を備えているので、鋼板３１の表面に、幅方向に分割された複数のレーザ照射線３２を形成することができる。よって、一台のレーザビーム照射装置２０におけるレーザビームＬＢの走査長さを短く設定することができ、広幅の鋼板３１を高速で搬送する場合であっても、圧延方向に所定の間隔ＰＬでレーザ照射線３２を形成することが可能となる。
また、各レーザビーム照射装置２０の幅方向位置と各レーザビーム照射装置２０におけるレーザビームＬＢの走査長さとによって、幅方向に隣り合うレーザ照射線３２，３２同士の重畳幅ｄを調整することが可能であることから、鋼板３１の幅方向全体で鉄損及び磁歪特性を安定させることが可能となる。
　実施例として、板厚０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板を用いて、重畳幅ｄを種々変更して到達鉄損値を求めた。使用した方向性電磁鋼板は、０．８Ａ／ｍの磁界にて発生する磁束密度が１．９２Ｔである。レーザ条件は、レーザパワー２００Ｗ、ビーム走査速度３０ｍ／ｓ、集光ビーム径はφ０．１ｍｍである。照射ピッチは５ｍｍとした。鉄損の測定は、レーザ照射部を圧延方向６００ｍｍ、板幅方向８００ｍｍの単板サイズに切り出し、周波数５０Ｈｚにて最大磁束密度が１．７Ｔになる条件で磁界を印加して鉄損を測定した。その結果を図８に示す。幅方向に隣り合うレーザ照射線３２，３２の重畳幅ｄを０から１０mmの範囲にした場合、最も低い鉄損値を示し、－５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲では鉄損増加代は０．０１Ｗ／ｋｇであった。よって、鋼板３１の幅方向全体で鉄損を低位で安定させることができる。
　また、磁歪特性について調べた。磁歪は方向性電磁鋼板で製造されたトランスの騒音の要因である。磁歪の指標として磁歪速度レベル（ＬＶＡ）を用いた。ＬＶＡの評価方法は以下を用いた。まず鋼板を圧延方向長さ５００ｍｍ、幅方向長さ１００ｍｍに切り出し、圧延方向に最大磁束密度が１．７Ｔとなるように交流磁界を印加する。その際、磁区の伸縮によって鋼板長さが変化するが、この変位の時間変化をレーザ変位計で測定し、フーリエ解析により各周波数成分ｆｎの振幅Ｃｎを求める。各周波数成分のＡ補正係数αｎを使用して、ＬＶＡは次式で求められる。
 
ＬＶＡ＝20×Log（√（ρｃ×２π×ｆｎ×αｎ×Cn／√２）／Pe0　（dB）
 
ここで、ρｃは固有音響抵抗でρｃ＝４００、Pe0は最小可聴音圧であり、Pe0＝２×１０-5（Pa）を用いた。Ａ補正係数はＪＩＳで定められる値であり、ＪＩＳ規格Ｃ１５０９－１の表２に示されている。
本実施例では、鋼板は前記と同じ方向背電磁鋼板サンプルを用いて、重畳幅ｄを変更してＬＶＡを測定し、ｄ＝０ｍｍの時のＬＶＡからの増加量とｄの関係を調べた。その結果、図９に示すように、ｄが１０ｍｍ以下ではＬＶＡ増加量は１ｄＢ以下でほとんど無視できるレベルであった。すなわちこの範囲では、磁歪（ＬＶＡ）増加を抑制することが可能となる。よって、鋼板３１の幅方向全体で磁歪特性を低位で安定させることができ、トランス騒音を抑制することが可能となる。
　さらに、本実施形態においては、６台のレーザビーム照射装置２０を有し、鋼板３１の全幅に対して５台のレーザビーム照射装置２０によってレーザ照射線３２を形成する構成とされており、１台のレーザビーム照射装置２０ａが予備装置として確保されている。この予備のレーザビーム照射装置２０ａについても、直動装置１５によって鋼板３１の全幅にわたって移動可能とされていることから、トラブルが発生したレーザビーム照射装置２０に替えて予備のレーザビーム照射装置２０ａを即座に使用することが可能となる。
　また、本実施形態では、ファイバ伝送可能なレーザビームＬＢを発振するレーザ装置１２を用いているので、レーザ装置１２をレーザビーム照射装置２０から離間した位置に配設することが可能となる。よって、レーザ装置１２を空調室等内に配設することができ、レーザ装置１２の早期劣化を防止することができる。また、レーザビーム照射装置２０の小型化・軽量化を図ることができる。
　また、本実施形態では、サポートロール１１の近傍にレーザビーム照射装置２０が配設されているので、鋼板３１の振動が少なく、鋼板３１が下方に向けて移動してレーザビーム照射装置２０のフォーカス位置から大きく離間することがなく、レーザビームＬＢの照射・走査を安定して行うことができる。
　また、直動装置１５には、各レーザビーム照射装置２０の幅方向位置を特定する位置センサが設けられているので、レーザビーム照射装置２０同士の幅方向の間隔を精度良く調整することができる。
　さらに、本実施形態では、直動装置１５のガイドレール１６が鋼板３１の幅方向両端から突出して配設されているので、予備のレーザビーム照射装置２０ａを鋼板３１の上から退避させることができる。よって、操業を実施している間に、予備のレーザビーム照射装置２０ａのメンテナンス等を実施することができる。
＜レーザ照射線の重畳幅ｄと鉄損との関係＞　
以下に、鋼板に形成されたレーザ照射線の重畳幅ｄと鉄損との関係について評価した結果を示す。
図８に示すように、幅方向に隣接するレーザ照射線同士の重畳幅ｄが、－５～２０ｍｍの範囲内とすることで、鉄損Ｗ１７／５０を大きく低減することが可能であると判断される。
＜レーザ照射線の重畳幅ｄと磁歪との関係＞　
以下に、鋼板に形成されたレーザ照射線の重畳幅ｄと磁歪との関係について評価した結果を示す。
図９に示すように、幅方向に隣接するレーザ照射線同士の間隔ｄを、１０ｍｍ以下とすることで、ＬＶＡの上昇を抑制できることが確認される。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、ファイバ伝送可能なレーザビームを用いるものとして説明したが、これに限定されることはなく、炭酸ガスレーザ等を用いてもよい。この場合、各レーザビーム照射装置までは複数ミラーの反射によりレーザビームを伝送することになる。
　あるいは、レーザ装置と照射装置の両方を幅方向移動機構に設置して移動させる構造としてもよい。
　また、直動装置を用いてレーザビーム照射装置を幅方向に移動させるものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の移動機構によってレーザビーム照射装置を幅方向に移動させるものであってもよい。
本発明によれば、広幅の鋼板を高速で搬送しながらレーザ処理を行う場合であっても、鋼板の幅方向全体で鉄損及び磁歪特性を安定した方向性電磁鋼板、この方向性電磁鋼板の製造装置及び製造方法を提供することができる。
１０　方向性電磁鋼板の製造方法
１５　直動装置（幅方向移動機構）
２０　レーザビーム照射装置
３１　鋼板
３２　レーザ照射線

Claims (3)

  1. 　レーザビームを照射することにより磁区制御された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造装置であって、
    　鋼板の搬送方向に複数台配設されたレーザビーム照射装置と、このレーザビーム照射装置を前記鋼板の幅方向に移動させる幅方向移動機構と、を有し、
    　前記幅方向移動機構は、前記鋼板の全幅にわたって前記レーザビーム照射装置を移動可能とされていることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造装置。
  2. 　請求項１に記載の方向性電磁鋼板の製造装置であって、
    　少なくともＮ＋１台の前記レーザビーム照射装置を有し、前記鋼板の全幅に対してＮ台の前記レーザビーム照射装置によってレーザビームの照射を行う構成とされている。
  3. 　レーザビームを照射することにより磁区制御された方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法であって、
    　搬送される鋼板の幅方向にレーザビームを分割して走査し、前記鋼板の表面に幅方向に分割された複数の前記レーザ照射線を形成するレーザ照射工程を有し、
    　このレーザ照射工程では、幅方向に隣り合う前記レーザ照射線の重畳幅を調整することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
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