WO2012164746A1 - 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
濱村 秀行
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新日鐵住金株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet for producing a grain-oriented electrical steel sheet whose magnetic domain is controlled by irradiating a laser beam.
  • the 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 further classified into classical eddy current loss and abnormal eddy current loss.
  • the grain-oriented electrical steel sheet in which an insulating film or the like is formed on the plate surface in order to impart stress to the ground iron Is provided As a grain-oriented electrical steel sheet on which an insulating film or the like is formed, a steel sheet in which a glass film is formed on the surface of the steel sheet and an insulating film is further formed on the glass film is disclosed. It is well known that reducing the thickness of the electromagnetic steel sheet is effective for reducing eddy current loss.
  • a laser beam is condensed and irradiated from above the insulating film, and scanned in the substantially width direction of the electromagnetic steel sheet.
  • a laser irradiation line extending in the width direction on the surface of the steel sheet, providing a region having residual strain periodically in the rolling direction in the vicinity of the ground surface of the magnetic steel sheet, and subdividing the magnetic domain A control method is disclosed.
  • a laser beam is repeatedly scanned in the width direction of the steel plate to be transported using a laser beam irradiation device disposed in a line for transporting the steel plate in the electromagnetic steel plate manufacturing process. It is necessary to control the distance PL in the rolling direction of the laser irradiation line on the steel plate surface to be constant.
  • the interval PL in the rolling direction of the laser irradiation line should be accurately controlled at a desired interval. There was something that could not be done.
  • the continuous processing line which is a manufacturing process of a grain-oriented electrical steel sheet
  • a preceding coil and a succeeding coil are connected by welding at the time of coil switching of a steel sheet.
  • the conveying speed of the steel plate at the laser irradiation position is kept constant using the looper equipment.
  • the looper equipment is enlarged when the conveying speed of the steel sheet at the laser irradiation position is increased.
  • Patent Document 3 discloses a technique of changing laser irradiation conditions according to the conveyance speed. However, even when the laser irradiation conditions are changed, it is sometimes difficult to stabilize the magnetic domain subdivision effect between a steady condition where the conveyance speed is constant and an unsteady state where the conveyance speed changes.
  • the present invention can stably control the magnetic domain by the laser beam without changing the laser irradiation condition even when the conveying speed of the steel sheet at the laser irradiation position is changed. It is providing the manufacturing method of a grain-oriented electrical steel sheet, and the manufacturing method of a grain-oriented electrical steel sheet.
  • 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 conveyance direction moving mechanism for moving these laser beam irradiation apparatuses in the conveyance direction of the steel sheet.
  • laser beam irradiation can be performed at a plurality of locations in the conveyance direction of the steel plate at a time by a plurality of laser beam irradiation apparatuses arranged in the conveyance direction.
  • interval of laser beam irradiation apparatuses can be adjusted with a conveyance direction moving mechanism. Therefore, it is possible to form laser irradiation lines at a predetermined pitch even when the conveying speed of the steel plate is changed.
  • a control unit may be provided that adjusts the moving speed of each laser beam irradiation device according to the conveying speed of the steel plate and keeps the relative speed between the steel plate and the laser beam irradiation device constant.
  • the relative speed between the steel sheet and the laser beam irradiation apparatus is kept constant by adjusting the moving speed of the laser beam irradiation apparatus according to the actual conveyance speed. It becomes possible. Then, by performing laser irradiation in a state where the relative speed between the steel plate and the laser beam irradiation apparatus is kept constant, it is possible to form a laser irradiation line without changing the laser irradiation conditions optimal for magnetic domain control. it can.
  • the control unit uses n laser beam irradiation apparatuses.
  • Laser beam irradiation may be performed by controlling VS.
  • the control unit sets the number of laser beam irradiation devices used and the moving speed VS of the laser beam irradiation devices in accordance with the steel plate conveyance speed VL.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufacturing method of the present invention is a grain-oriented electrical steel sheet manufacturing method for manufacturing a grain-oriented magnetic steel sheet controlled by irradiating a laser beam.
  • a laser beam irradiation device that is movable in the conveyance direction of the steel plate, and using the single laser beam irradiation device to form the laser irradiation line, the conveyance rate of the steel plate is the reference conveyance speed VL 0.
  • the laser beam irradiation is performed by controlling the moving direction and moving speed VS of the laser beam irradiation apparatus.
  • the relative velocity VA of the steel plate and the laser beam irradiation apparatus the product of the number n and the reference transport speed VL 0 of the laser beam irradiation apparatus used. Therefore, in the laser beam irradiation device, it can be irradiated with the laser beam at the optimal laser irradiation conditions to the magnetic domain control at reference transportation speed VL 0.
  • the laser beam can be stably irradiated.
  • the manufacturing apparatus of the grain-oriented electrical steel sheet which is this embodiment is demonstrated using FIGS. 1-3.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus 10 irradiates a laser beam to a steel sheet 31 transported in the rolling direction and performs magnetic domain control of the steel sheet 31.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus 10 includes, as shown in FIGS. 1 and 2, a support roll 11 that supports a transported steel sheet 31, a laser apparatus 12 that oscillates a laser beam, and a steel sheet 31. Control the operation of the laser beam irradiation device 20 arranged in a plurality of (n) in the transfer direction, the linear motion device 15 for moving the laser beam irradiation device 20 in the transfer direction of the steel plate 31, and the laser beam irradiation device 20. And a control unit 18.
  • four laser beam irradiation devices 20a, 20b, 20c, and 20d are arranged in the transport direction.
  • 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.
  • As a method of scanning the beam there is a method using a galvanometer mirror.
  • As a function of the collimator a function of changing the beam diameter and a function of forming the beam into an ellipse may be provided.
  • 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 is a distance meter (not shown) that measures the distance between a focusing mechanism (not shown) disposed between the rotating polygon mirror 22 and the f ⁇ lens 23 and a 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 is provided with a guide rail 16 extending in the conveying direction of the steel plate 31 and drive means (not shown) for moving the laser beam irradiation device 20 along the guide rail 16.
  • drive 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 conveying direction of the steel plate 31. Further, in the linear motion device 15, the moving speed VS in the transport direction of each laser beam irradiation device 20 can be adjusted.
  • D (m) n ⁇ h (m) ⁇ PL + q ⁇ PL (1)
  • m is an integer satisfying 2 ⁇ m ⁇ n.
  • h (x) is 0 or any positive integer.
  • q is an integer satisfying 1 ⁇ q ⁇ n ⁇ 1, and different m does not take the same value.
  • the distance D (m) is as follows. Is set.
  • the formation positions of the laser irradiation lines 32 formed by the laser beam irradiation apparatuses 20b, 20c, and 20d are as follows.
  • laser irradiation lines 32a are formed at positions of 0 mm, 16 mm, 32 mm, 48 mm, 64 mm, 80 mm, 96 mm, 112 mm,.
  • laser irradiation lines 32b are formed at positions of 24 mm, 40 mm, 56 mm, 72 mm, 88 mm, 104 mm,.
  • laser irradiation lines 32c are formed at positions of 36 mm, 52 mm, 68 mm, 84 mm, 100 mm,.
  • the control unit 18 detects the conveyance speed VL of the steel plate 31 from the tachometer 19 disposed on the support roll 11, and adjusts the movement speed VS of each laser beam irradiation device 20 according to the conveyance speed VL. is there. Furthermore, the control unit 18 determines whether or not each laser beam irradiation apparatus 20 is used. In addition, the control unit 18 instructs the linear motion device 15 so that each laser beam irradiation device 20 moves along the transport direction while maintaining the distance D (m) between the laser beam irradiation devices 20 to be used. give.
  • the control method of the moving speed VS of the laser beam irradiation apparatus 20 by the control part 18 is illustrated.
  • the n laser beam irradiation devices 20 are arranged in the conveyance direction of the steel plate 31, and the conveyance speed of the steel plate 31 when the laser irradiation line 32 is formed by using one laser beam irradiation device 20 is a reference conveyance speed.
  • VL 0 , k is an integer from 0 to n ⁇ 1.
  • the laser beam is irradiated under the following quasi-stationary conditions.
  • VL VL 0 ⁇ Number of devices used>
  • n 1 ⁇ Laser irradiation conditions>
  • Irradiation frequency f f f 0
  • Condensing shape dl ⁇ dc dl ⁇ dc DL 0 ⁇ DC 0
  • Laser irradiation line pitch PL PL PL 0 0
  • the conveyance speed VL and the number n of the laser beam irradiation apparatuses 20 used differ between the steady condition and the unsteady condition, the laser irradiation conditions are the same.
  • the conveyance speed VL is decelerated and becomes VL ⁇ 4 ⁇ VL 0 .
  • the control unit 18 detects the transport speed VL, calculates the moving speed VS of the laser beam irradiation device 20, and gives a command to the linear motion device 15.
  • the linear motion device 15 moves the four laser beam irradiation devices 20a, 20b, 20c, and 20d that are being used toward the rear in the transport direction at a moving speed VS according to a command from the control unit 18. At this time, the laser beam irradiation devices 20a, 20b, 20c, and 20d are moved while maintaining the distance between them.
  • the relative speed between the steel plate 31 and the laser irradiation apparatus 20 is set to 4 ⁇ VL 0 and laser irradiation is performed.
  • the laser irradiation conditions at this time are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • a laser irradiation line 32 is formed.
  • interval of laser beam irradiation apparatus 20b, 20c, 20d at this time is set by above-mentioned (1) Formula.
  • the laser irradiation conditions at this time are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • the conveyance speed VL is decelerated and becomes VL ⁇ 3 ⁇ VL 0 .
  • the linear motion device 15 moves the three laser beam irradiation devices 20b, 20c, and 20d that are being used toward the rear in the transport direction at a moving speed VS according to a command from the control unit 18.
  • the laser beam irradiation devices 20b, 20c, and 20d are moved while maintaining the distance between them.
  • the relative speed between the steel plate 31 and the laser irradiation apparatus 20 is set to 3 ⁇ VL 0 and laser irradiation is performed.
  • the laser irradiation conditions at this time are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • the laser irradiation conditions at this time are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • the transport speed VL is decelerated and VL ⁇ 2 ⁇ VL 0 is satisfied.
  • the linear motion device 15 moves the two laser beam irradiation devices 20c and 20d in use toward the rear in the transport direction at a moving speed VS according to a command from the control unit 18. Accordingly, the relative speed between the steel plate 31 and the laser irradiation devices 20 and 20d is set to 2 ⁇ VL 0, and laser irradiation is performed.
  • the laser irradiation conditions at this time are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • the conveyance speed VL is accelerated and VL> VL 0 is satisfied.
  • the control unit 18 detects the transport speed VL, calculates the moving speed VS of the laser beam irradiation device 20, and gives a command to the linear motion device 15.
  • the linear motion device 15 moves the used laser beam irradiation device 20d forward in the transport direction at a moving speed VS according to a command from the control unit 18, and sets the relative speed between the steel plate 31 and the laser irradiation device 20d to VL.
  • Laser irradiation is performed with zero .
  • the laser irradiation conditions at this time are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • interval of laser beam irradiation apparatus 20c, 20d at this time is set by above-mentioned (1) Formula.
  • the laser irradiation conditions are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • the conveyance speed VL is accelerated and VL> 2 ⁇ VL 0 is satisfied.
  • the linear motion device 15 moves the two laser beam irradiation devices 20c and 20d used at a moving speed VS forward in the transport direction in response to a command from the control unit 18. At this time, the laser beam irradiation devices 20c and 20d are moved while maintaining the distance between them. Accordingly, the relative speed between the steel plate 31 and the laser irradiation devices 20c and 20d is set to 2 ⁇ VL 0, and laser irradiation is performed.
  • the laser irradiation conditions are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • the interval between the laser beam irradiation devices 20b, 20c, and 20d at this time is set by the above-described equation (1). Further, the laser irradiation conditions are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • the conveyance speed VL is accelerated and VL> 3 ⁇ VL 0 is satisfied.
  • the three laser beam irradiation apparatuses 20b, 20c, and 20d that are being used are moved forward at the moving speed VS in the transport direction.
  • the laser beam irradiation devices 20b, 20c, and 20d are moved while maintaining the distance between them.
  • the relative speed between the steel plate 31 and the laser irradiation devices 20b, 20c, and 20d is set to 3 ⁇ VL 0, and laser irradiation is performed.
  • the laser irradiation conditions are the same as the steady conditions and the quasi-steady conditions.
  • An irradiation line 32 is formed. In this way, the conveyance speed VL is accelerated from the quasi-stationary condition VL 0 to the steady condition 4 ⁇ VL 0 without changing the laser irradiation condition.
  • a plurality of laser beam irradiation apparatuses 20 arranged in the transport direction at a time in the transport direction of the steel sheet 31.
  • Laser beam irradiation can be performed at a location to form a laser irradiation line 32.
  • the linear motion device 15 that moves the laser beam irradiation device 20 along the conveyance direction is provided, the interval D (m) in the conveyance direction of each laser beam irradiation device 20 can be adjusted. Therefore, even if it is a case where the conveyance speed VL of the steel plate 31 is changed, the laser irradiation line 32 can be formed with the predetermined pitch PL.
  • the grain-oriented electrical steel sheet manufacturing apparatus 10 adjusts the moving speed VS of the laser beam irradiation device 20 according to the conveyance speed VL of the steel sheet 31, so that the relative relationship between the steel sheet 31 and the laser beam irradiation apparatus 20 is adjusted. Since the control unit 18 that keeps the speed VA constant is provided, the laser irradiation is performed with the laser beam irradiation device 20 moved, so that the optimum laser irradiation condition is not changed and the predetermined pitch PL is maintained.
  • the laser irradiation line 32 can be formed.
  • Laser beam irradiation is performed by controlling the moving direction and moving speed VS of the laser beam irradiation apparatus 20 so that VL 0 is obtained. Therefore, even if the conveyance speed VL of the steel plate 31 changes, the laser irradiation lines 32 can be formed at a predetermined pitch PL without changing the optimum laser irradiation conditions in each laser beam irradiation apparatus 20.
  • 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.
  • a laser device is provided for each laser beam irradiation device.
  • the laser beam is transmitted from one laser apparatus to four laser irradiation apparatuses, but the present invention is not limited to this, and two or more laser apparatuses may be used.
  • the laser beam irradiation device has been described as moving in the transport 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 transport direction by another moving mechanism. There may be. Further, when the steel plate is wide, a plurality of laser beam irradiation devices may be arranged in the width direction as shown in FIG.
  • the manufacturing apparatus and manufacturing method of a heat-resistant electrical steel sheet 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(10)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、これらのレーザビーム照射装置(20)を鋼板(31)の搬送方向に移動させる搬送方向移動機構(15)と、を有する。

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及び製造方法に関するものである。
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。渦電流損はさらに、古典的渦電流損と異常渦電流損とに分類される。
ここで、方向性電磁鋼板の圧延方向に磁気異方性を付与して軟磁気特性を改善するために、地鉄に応力を付与するために板表面に絶縁皮膜等を形成した方向性電磁鋼板が提供されている。絶縁皮膜等を形成した方向性電磁鋼板としては、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開示されている。また、渦電流損を低減するためには電磁鋼板の厚さを低減することが有効であることは周知である。
 また、渦電流損、特に異常渦電流損を抑制するために、たとえば特許文献1、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、電磁鋼板の地鉄表面近傍において圧延方向に周期的に残留歪を有する領域を設けて、磁区を細分化するレーザ磁区制御法が開示されている。
 上述のレーザ磁区制御を行う場合、電磁鋼板の製造工程の鋼板を搬送するラインに配設された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を繰り返し走査して、鋼板面上の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は限界があるため、鋼板の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、所望の間隔で精度良く制御することができないことがあった。
 また、レーザ磁区制御を行う場合、レーザビーム強度、レーザビームの走査速度、レーザ照射線の圧延方向の間隔PL(ピッチ)、レーザスポット径等のレーザ照射条件が変動すると、鋼板に付与される歪の状態も変化することになり、磁区細分化効果に大きな影響を与える。このため、レーザビーム照射時における鋼板の搬送速度VLを一定とし、レーザ照射条件を最適化してレーザビームの照射を行っている。
 ところで、方向性電磁鋼板の製造工程である連続処理ラインでは、鋼板のコイル切り替え時に先行コイルと後行コイルとを溶接により連結する。このときルーパー設備を用いて、レーザ照射位置における鋼板の搬送速度を一定に保持している。
 ここで、方向性電磁鋼板の製造効率を向上させるために、レーザ照射位置における鋼板の搬送速度を高速化した場合、ルーパー設備が大型化するといった問題があった。
また、レーザ照射位置における鋼板の搬送速度を変化させた場合には、適正なレーザ照射条件が変動してしまい、磁区制御を精度良く行うことができないおそれがあった。
ここで、特許文献3には、搬送速度に応じてレーザ照射条件を変更する技術が開示されている。しかしながら、レーザ照射条件を変更した場合でも、搬送速度が一定の定常条件と搬送速度が変化する非定常状態とで磁区細分化効果を安定させることが難しいときがあった。
 このような状況から、本発明は、レーザ照射位置における鋼板の搬送速度を変化させた場合であっても、レーザ照射条件を変更することなく、安定してレーザビームによる磁区制御を行うことができる方向性電磁鋼板の製造装置、方向性電磁鋼板の製造方法を提供することである。
特公平06-019112号公報 特表2003-500541号公報 特開2005-336529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、これらのレーザビーム照射装置を前記鋼板の搬送方向に移動させる搬送方向移動機構と、を有することを特徴とする。
 この場合、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り、一度に鋼板の搬送方向の複数の箇所でレーザビームの照射を行うことができる。また、搬送方向移動機構により、レーザビーム照射装置同士の搬送方向の間隔を調整することができる。よって、鋼板の搬送速度を変化させた場合であっても、所定のピッチでレーザ照射線を形成することが可能となる。
 ここで、前記鋼板の搬送速度に応じて、各レーザビーム照射装置の移動速度を調整し、前記鋼板と前記レーザビーム照射装置との相対速度を一定に保持する制御部を備えていてもよい。
 この場合、鋼板の搬送速度を変化させても、実際の搬送速度に応じてレーザビーム照射装置の移動速度を調整することで、前記鋼板と前記レーザビーム照射装置との相対速度を一定に保持することが可能となる。そして、前記鋼板と前記レーザビーム照射装置との相対速度を一定に保持した状態でレーザ照射を行うことにより、磁区制御に最適なレーザ照射条件を変更することなく、レーザ照射線を形成することができる。
また、前記レーザビーム照射装置を1台使用してレーザ照射線を形成する際の鋼板の搬送速度を基準搬送速度VLとするとき、前記制御部は、n台のレーザビーム照射装置を使用する場合、前記鋼板の搬送速度VLと前記レーザビーム照射装置の搬送方向への移動速度VSとの相対速度VAがVA=n×VLとなるように、前記レーザビーム照射装置の移動方向及び移動速度VSを制御してレーザビームの照射を行ってもよい。
この場合、制御部により、鋼板の搬送速度VLに応じて、レーザビーム照射装置の使用台数、レーザビーム照射装置の移動速度VSが設定される。これにより、鋼板とレーザビーム照射装置との相対速度VAが、使用するレーザビーム照射装置の台数nと基準搬送速度VLとの積となる。よって、各レーザビーム照射装置においては、基準搬送速度VLでの磁区制御に最適なレーザ照射条件でレーザビームの照射を行うことができる。
また、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、鋼板の搬送方向に複数台配設され、それぞれ鋼板の搬送方向に移動可能なレーザビーム照射装置を有し、前記レーザビーム照射装置を1台使用してレーザ照射線を形成する際の鋼板の搬送速度を基準搬送速度VLとするとき、n台のレーザビーム照射装置を使用する場合、前記鋼板の搬送速度VLと前記レーザビーム照射装置の搬送方向への移動速度VSとの相対速度VAがVA=n×VLとなるように、前記レーザビーム照射装置の移動方向及び移動速度VSを制御してレーザビームの照射を行うことを特徴とする。
この場合、鋼板とレーザビーム照射装置との相対速度VAが、使用するレーザビーム照射装置の台数nと基準搬送速度VLとの積となる。よって、各レーザビーム照射装置においては、基準搬送速度VLでの磁区制御に最適なレーザ照射条件でレーザビームの照射を行うことができる。
 本発明によれば、レーザ照射位置における鋼板の搬送速度を変化させた場合であっても、安定してレーザビームの照射を行うことができる。
本発明の実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置の上面説明図である。 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。 鋼板の搬送速度を減速する場合のフロー図である。 鋼板の搬送速度を減速する場合の搬送速度、装置の移動速度、相対速度の変化を示すグラフである。 鋼板の搬送速度を加速する場合のフロー図である。 鋼板の搬送速度を加速する場合の搬送速度、装置の移動速度、相対速度の変化を示すグラフである。 本発明の他の実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置の上面説明図である。
 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、図2に示すように、搬送される鋼板31を支持するサポートロール11と、レーザビームを発振するレーザ装置12と、鋼板31の搬送方向に複数台(n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の搬送方向に移動させる直動装置15と、レーザビーム照射装置20の動作を制御する制御部18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、搬送方向に4台のレーザビーム照射装置20a,20b,20c,20dが配設されている。
 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。
ビームを走査させる方法として、ガルバノミラーによる方法もある。コリメータの機能としては、ビーム径を変化させることとビームを楕円に成型する機能を合わせて持たせてもよい。
 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との間に配置されたフォーカス機構(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の搬送方向に延在するガイドレール16と、このガイドレール16に沿ってレーザビーム照射装置20を移動させる駆動手段(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の搬送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においては、各レーザビーム照射装置20の搬送方向の移動速度VSを調整可能とされている。
 ここで、複数台(n台)のレーザビーム照射装置20を使用する場合には、使用するレーザビーム照射装置20のうち最も搬送方向後方に位置するレーザビーム照射装置20の照射位置と、これよりも搬送方向前方に位置するm番目のレーザビーム照射装置20の照射位置との間隔D(m)は、次の関係を満たすように調整されている。
 D(m)=n×h(m)×PL+q×PL ・・・(1)
 ただし、mは2≦m≦nを満たす整数。h(x)は0又は任意の正の整数。ただしx1<x2においてh(x1)<h(x2)。qは1≦q≦n-1を満たす整数で、異なるmで同じ値はとらない。
 例えば、図1に示すように、4台のレーザビーム照射装置20a,20b,20c、20dを用いて、レーザ照射線32のピッチPLを4mmとした場合は、次のように間隔D(m)が設定される。
 最も搬送方向後方に位置するレーザビーム照射装置20aと2台目のレーザビーム照射装置20bとの間隔D(2)は、m=2、h(2)=1,q=2とすると、D(2)=4×1×4+2×4=24、となる。
 レーザビーム照射装置20aと3台目のレーザビーム照射装置20cとの間隔D(3)は、m=3、h(3)=2,q=1とすると、D(3)=4×2×4+1×4=36、となる。
 レーザビーム照射装置20aと4台目のレーザビーム照射装置20dとの間隔D(4)は、m=4、h(4)=3,q=3とすると、D(4)=4×3×4+3×4=60、となる。
 各レーザビーム照射装置20a,20b,20c,20dでは、n×PL=4×4=16mm間隔でレーザ照射線32がそれぞれ形成される。1台目のレーザビーム照射装置20aのおけるレーザ照射位置を0mmとした場合、各レーザビーム照射装置20b,20c,20dによって形成されるレーザ照射線32の形成位置は以下のようになる。
 1台目のレーザビーム照射装置20aでは、0mm,16mm,32mm、48mm,64mm,80mm,96mm,112mm,・・・の位置にレーザ照射線32aが形成される。
 2台目のレーザビーム照射装置20bでは、24mm,40mm,56mm,72mm,88mm,104mm,・・・の位置にレーザ照射線32bが形成される。
 3台目のレーザビーム照射装置20cでは、36mm,52mm,68mm,84mm,100mm,・・・の位置にレーザ照射線32cが形成される。
 4台目のレーザビーム照射装置20dでは、60mm,76mm,92mm,108mm,・・・の位置にレーザ照射線32dが形成される。
 このようにして、4台のレーザビーム照射装置20a,20b,20c、20dを用いることで、PL=4mmのレーザ照射線32が形成される。
 制御部18は、サポートロール11に配設された回転計19から鋼板31の搬送速度VLを検知し、この搬送速度VLに応じて、各レーザビーム照射装置20の移動速度VSを調整するものである。さらに、制御部18は、各レーザビーム照射装置20の使用の有無を決定する。
 また、制御部18は、使用するレーザビーム照射装置20の間隔D(m)を維持した状態で各レーザビーム照射装置20が搬送方向に沿って移動するように、直動装置15に対して指令を与える。
 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。
本実施形態では、複数台のレーザビーム照射装置20のうちn台のレーザビーム照射装置20を使用する場合、鋼板31の搬送速度VLとレーザビーム照射装置20の搬送方向への移動速度VSとの相対速度VAがVA=n×VLとなるように、レーザビーム照射装置20の移動方向及び移動速度VSを制御してレーザビームの照射を行う。
 以下に、制御部18によるレーザビーム照射装置20の移動速度VSの制御方法を例示する。
鋼板31の搬送方向にn台のレーザビーム照射装置20が配設されており、レーザビーム照射装置20を1台使用してレーザ照射線32を形成する際の鋼板31の搬送速度を基準搬送速度VL、kを0からn-1までの整数とする。
制御方法の一の例について説明する。鋼板31の搬送速度VLが、VL=(n―k)×VLの場合には、(n-k)台のレーザビーム照射装置20を用いて、レーザビーム照射装置20を停止した状態でレーザビームの照射を行う。また、鋼板31の搬送速度VLが、(n-k-1)×VL<VL<(n―k)×VLの場合には、(n-k)台のレーザビーム照射装置20を用いて、各レーザビーム照射装置20を搬送方向後方に向けて移動させて鋼板31の搬送速度VLとレーザビーム照射装置20の移動速度VSとの相対速度VAをVA=(n-k)×VLとした状態でレーザビームの照射を行う。
制御方法の他の例について説明する。鋼板31の搬送速度VLが、VL=(n―k)×VLの場合には、(n-k)台のレーザビーム照射装置20を用いて、レーザビーム照射装置20を停止した状態でレーザビームの照射を行う。また、鋼板31の搬送速度VLが、(n-k)×VL<VL<(n―k+1)×VLの場合には、(n-k)台のレーザビーム照射装置20を用いて、各レーザビーム照射装置20を搬送方向前方に向けて移動させ、鋼板31の搬送速度VLとレーザビーム照射装置20の移動速度VSとの相対速度VAをVA=(n-k)×VLとした状態でレーザビームの照射を行う。
 次に、上述のレーザビーム照射装置20の制御方法について、具体例を挙げて説明する。
 本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置10では、通常の操業時には、以下に示す定常条件でレーザビームの照射を行う。
<搬送速度VL>       VL=4×VL
<装置の使用台数n>     n=4
<レーザ照射条件>
レーザ出力P       P=P
走査速度VC       VC=VC
照射周波数f       f=f
集光形状dl×dc    dl×dc=DL×DC
レーザ照射線ピッチPL  PL=PL
また、鋼板31のコイル切り替えの際の溶接時には、以下に示す準定常条件でレーザビームの照射を行う。
<搬送速度VL>       VL=VL
<装置の使用台数>      n=1
<レーザ照射条件>
レーザ出力P       P=P
走査速度VC       VC=VC
照射周波数f       f=f
集光形状dl×dc    dl×dc=DL×DC
レーザ照射線ピッチPL  PL=PL
以上のように、定常条件と非定常条件とでは、搬送速度VLとレーザビーム照射装置20の使用台数nとが異なるが、レーザ照射条件は同一とされている。
 まず、定常条件から準定常条件へと減速する場合について、図4のフロー図及び図5のグラフを用いて説明する。
 定常条件では、鋼板31の搬送速度VL=4×VLで、4台のレーザビーム照射装置20a,20b,20c,20dを用いて、ピッチPL=4mmでレーザ照射線32を形成している。
搬送速度VLが減速され、VL<4×VLとなる。ここで、制御部18は、搬送速度VLを検出し、レーザビーム照射装置20の移動速度VSを算出し、直動装置15に対して指令を与える。直動装置15は、制御部18からの指令により、使用している4台のレーザビーム照射装置20a,20b,20c,20dを搬送方向後方に向けて移動速度VSで移動させる。このとき、レーザビーム照射装置20a,20b,20c,20d同士の間隔は保持されたままで移動される。これにより、鋼板31とレーザ照射装置20との相対速度を4×VLとし、レーザ照射を行う。このときのレーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
そして、搬送速度VLが、VL=3×VLとなったら、搬送方向後方側のレーザビーム照射装置20aを休止し、3台のレーザビーム照射装置20b,20c,20dを用いてPL=4mmでレーザ照射線32を形成する。なお、このときのレーザビーム照射装置20b,20c,20d同士の間隔は、上述の(1)式で設定される。このときのレーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
さらに、搬送速度VLが減速され、VL<3×VLとなる。直動装置15は、制御部18からの指令により、使用している3台のレーザビーム照射装置20b,20c,20dを搬送方向後方に向けて移動速度VSで移動させる。このとき、レーザビーム照射装置20b,20c,20d同士の間隔は保持されたままで移動される。これにより、鋼板31とレーザ照射装置20との相対速度を3×VLとし、レーザ照射を行う。このときのレーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
そして、搬送速度VLが、VL=2×VLとなったら、搬送方向後方側のレーザビーム照射装置20bを休止し、2台のレーザビーム照射装置20c,20dを用いてPL=4mmでレーザ照射線32を形成する。このときのレーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
さらに、搬送速度VLが減速され、VL<2×VLとなる。直動装置15は、制御部18からの指令により、使用している2台のレーザビーム照射装置20c,20dを搬送方向後方に向けて移動速度VSで移動させる。これにより、鋼板31とレーザ照射装置20,20dとの相対速度を2×VLとし、レーザ照射を行う。このときのレーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
 そして、搬送速度VLが、VL=VLとなったら、搬送方向後方側のレーザビーム照射装置20cを休止し、1台のレーザビーム照射装置20dを用いてPL=4mmでレーザ照射線32を形成する。
このようにして、レーザ照射条件を変更することなく、搬送速度VLを定常条件4×VLから準定常条件VLまで減速する。
この準定常条件での操業時に、鋼板31のコイル同士の溶接作業を行う。
 次に、鋼板31のコイルの溶接が終了したら、準定常条件から定常条件へと搬送速度VLを加速していく。準定常条件から定常条件へと加速する場合について、図6のフロー図及び図7のグラフを用いて説明する。
 搬送速度VLが加速され、VL>VLとなる。ここで、制御部18は、搬送速度VLを検出し、レーザビーム照射装置20の移動速度VSを算出し、直動装置15に対して指令を与える。直動装置15は、制御部18からの指令により、使用しているレーザビーム照射装置20dを搬送方向前方に向けて移動速度VSで移動させ、鋼板31とレーザ照射装置20dとの相対速度をVLとしてレーザ照射を行う。このときのレーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
そして、搬送速度VLが、VL=2×VLとなったら、次のレーザビーム照射装置20cを起動し、2台のレーザビーム照射装置20c,20dを用いてPL=4mmでレーザ照射線32を形成する。なお、このときのレーザビーム照射装置20c,20d同士の間隔は、上述の(1)式で設定される。また、レーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
さらに、搬送速度VLが加速され、VL>2×VLとなる。直動装置15は、制御部18からの指令により、使用している2台のレーザビーム照射装置20c,20dを搬送方向前方に向けて移動速度VSで移動させる。このとき、レーザビーム照射装置20c,20d同士の間隔は保持されたままで移動される。これにより、鋼板31とレーザ照射装置20c,20dとの相対速度を2×VLとし、レーザ照射を行う。なお、レーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
 そして、搬送速度VLが、VL=3×VLとなったら、次のレーザビーム照射装置20bを起動し、3台のレーザビーム照射装置20b,20c、20dを用いてPL=4mmでレーザ照射線32を形成する。このときのレーザビーム照射装置20b,20c,20d同士の間隔は、上述の(1)式で設定される。また、レーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
さらに、搬送速度VLが加速され、VL>3×VLとなる。使用している3台のレーザビーム照射装置20b,20c,20dを搬送方向前方に向けて移動速度VSで移動させる。このとき、レーザビーム照射装置20b,20c,20d同士の間隔は保持されたままで移動される。これにより、鋼板31とレーザ照射装置20b,20c,20dとの相対速度を3×VLとし、レーザ照射を行う。なお、レーザ照射条件は、定常条件及び準定常条件と同一としている。
 そして、搬送速度VLが、VL=4×VLとなったら、次のレーザビーム照射装置20aを起動し、4台のレーザビーム照射装置20a、20b,20c,20dを用いてPL=4mmでレーザ照射線32を形成する。
このようして、レーザ照射条件を変更することなく、搬送速度VLを準定常条件VLから定常条件4×VLまで加速する。
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、搬送方向に複数台配設されたレーザビーム照射装置20により、一度に鋼板31の搬送方向の複数の箇所でレーザビームの照射を行い、レーザ照射線32を形成することができる。また、レーザビーム照射装置20を搬送方向に沿って移動させる直動装置15を備えているので、それぞれのレーザビーム照射装置20の搬送方向の間隔D(m)を調整することができる。よって、鋼板31の搬送速度VLを変化させた場合であっても、所定のピッチPLでレーザ照射線32を形成することができる。
 また、本実施形態である方向性電磁鋼板の製造装置10は、鋼板31の搬送速度VLに応じてレーザビーム照射装置20の移動速度VSを調整し、鋼板31とレーザビーム照射装置20との相対速度VAを一定に保持する制御部18を備えているので、レーザビーム照射装置20を移動させた状態でレーザ照射を行うことにより、最適なレーザ照射条件を変更することなく、所定のピッチPLでレーザ照射線32を形成することが可能となる。
さらに、本実施形態では、n台のレーザビーム照射装置20を使用する場合、鋼板31の搬送速度VLとレーザビーム照射装置20の搬送方向への移動速度VSとの相対速度VAがVA=n×VLとなるように、レーザビーム照射装置20の移動方向及び移動速度VSを制御してレーザビームの照射を行っている。よって、鋼板31の搬送速度VLが変化しても、各レーザビーム照射装置20における最適なレーザ照射条件を変更することなく、所定のピッチPLでレーザ照射線32を形成することができる。
 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にレーザ装置を配設することになる。
 さらに、1台のレーザ装置から4台のレーザ照射装置へレーザビームをファイバ伝送するものとして説明したが、これに限定されることはなく、2台以上のレーザ装置を用いてもよい。
 また、直動装置を用いてレーザビーム照射装置を搬送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搬送方向に移動させるものであってもよい。
 さらに、鋼板の幅が広い場合には、図8に示すように、幅方向に複数のレーザビーム照射装置を配設してもよい。
本発明によれば、鋼板の搬送速度が変化する場合であっても、各レーザビーム照射装置における最適なレーザ照射条件を変更することなく、所定ピッチでレーザ照射線を形成することが可能な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(搬送方向移動機構)
18 制御部
20 レーザビーム照射装置
31 鋼板
32 レーザ照射線

Claims (4)

  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、これらのレーザビーム照射装置を前記鋼板の搬送方向に移動させる搬送方向移動機構と、を有す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、
     前記鋼板の搬送速度に応じて、各レーザビーム照射装置の移動速度を調整し、前記鋼板と前記レーザビーム照射装置との相対速度を一定に保持する制御部を備えている。
  3.  請求項2に記載の方向性電磁鋼板の製造装置であって、
    前記レーザビーム照射装置を1台使用してレーザ照射線を形成する際の鋼板の搬送速度を基準搬送速度VLとするとき、
    前記制御部は、n台のレーザビーム照射装置を使用する場合、前記鋼板の搬送速度VLと前記レーザビーム照射装置の搬送方向への移動速度VSとの相対速度VAがVA=n×VLとなるように、前記レーザビーム照射装置の移動方向及び移動速度VSを制御してレーザビームの照射を行う。
  4.  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、
    鋼板の搬送方向に複数台配設され、それぞれ鋼板の搬送方向に移動可能なレーザビーム照射装置を有し、
    前記レーザビーム照射装置を1台使用してレーザ照射線を形成する際の鋼板の搬送速度を基準搬送速度VLとするとき、
    n台のレーザビーム照射装置を使用する場合、前記鋼板の搬送速度VLと前記レーザビーム照射装置の搬送方向への移動速度VSとの相対速度VAがVA=n×VLとなるように、前記レーザビーム照射装置の移動方向及び移動速度VSを制御してレーザビームの照射を行うことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
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