JP2020090709A - Method for improving iron loss of grain-oriented electrical steel sheet and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、方向性電磁鋼板の表面に線状溝を形成して鉄損を改善する方法に関するものであり、特に、エッチングを利用して方向性電磁鋼板の表面に線状溝を形成する方法であって、線状溝の形成に伴うヒステリシス損の劣化を抑制しつつ、均一な形状の線状溝を形成して鉄損を改善することのできる鉄損改善方法に関するものである。また、本発明は、上記方法の実施に適した鉄損改善装置に関するものである。 The present invention relates to a method of forming a linear groove on the surface of a grain-oriented electrical steel sheet to improve iron loss, and in particular, a method of forming a linear groove on the surface of a grain-oriented electrical steel sheet using etching. That is, the present invention relates to an iron loss improving method capable of forming a linear groove having a uniform shape and improving iron loss while suppressing deterioration of hysteresis loss due to the formation of the linear groove. The present invention also relates to an iron loss improving device suitable for carrying out the above method.
磁気特性に優れる方向性電磁鋼板は、主に変圧器の鉄心用材料として用いられており、変圧器のエネルギー使用効率向上のため、その低鉄損化が求められている。方向性電磁鋼板を低鉄損化する手法としては、鋼板中の二次再結晶粒をGoss方位に高度に揃える方法（先鋭化）や、被膜張力を増大させる方法および鋼板を薄肉化する方法などに加えて、鋼板の表面加工による方法が知られている。 The grain-oriented electrical steel sheet having excellent magnetic properties is mainly used as a material for iron cores of transformers, and it is required to reduce iron loss in order to improve energy use efficiency of transformers. As a method of reducing iron loss in grain-oriented electrical steel sheets, there is a method of highly aligning the secondary recrystallized grains in the steel sheet in the Goss direction (sharpening), a method of increasing the coating tension and a method of thinning the steel sheet. In addition to this, a method based on the surface processing of a steel sheet is known.
鋼板の表面加工による鉄損低減技術は、鋼板の表面に対して物理的な手法で線状歪などの不均一な歪を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減するというものであり、その一つに、仕上焼鈍済みの鋼板表面に歯型ロールを用いて溝を形成する方法がある。この方法によれば、溝を形成することによって鋼板表面の磁区を細分化し、鋼板の鉄損を低減することができる。また、溝形成後に歪取り焼鈍等の熱処理を行った場合でも、導入した溝が消失しないため、鉄損低減効果が保持されることが分かっている。しかし、この方法には、歯型ロールの摩耗が激しいために溝形状が不均一になりやすいことに加え、歯型ロールの摩耗を抑制するためにロールを高温化したり潤滑剤を塗布したりする必要があり、製造コストが増大するという問題があった。 Iron loss reduction technology by surface processing of steel sheet is to introduce non-uniform strain such as linear strain into the surface of steel sheet by a physical method to subdivide the width of magnetic domains to reduce iron loss. There is a method of forming a groove on the surface of a steel sheet that has been subjected to finish annealing by using a tooth type roll. According to this method, the magnetic domains on the surface of the steel sheet can be subdivided by forming the grooves, and the iron loss of the steel sheet can be reduced. Further, it is known that even if a heat treatment such as strain relief annealing is performed after forming the groove, the introduced groove does not disappear, so that the iron loss reducing effect is retained. However, in this method, the groove shape is likely to be uneven because the tooth profile roll is heavily worn, and in order to suppress the abrasion of the tooth profile roll, the temperature of the roll is increased or a lubricant is applied. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost increases.
そこで、歯型ロールのような機械的手段によらず、エッチングによって鋼板の表面に線状溝を形成する方法が開発されている。具体的には、フォルステライト被膜が形成される前の鋼板表面にレジストインキを所定のパターンで塗布してレジストを形成した後、前記レジストが形成されていない部分を、電解エッチング等の方法を用いて選択的にエッチングすることによって、鋼板表面に溝を形成するものである。この方法では、装置の機械的な摩耗がほとんど無いため、歯型ロールを用いる方法に比べてメンテナンスが容易である。 Therefore, a method has been developed for forming linear grooves on the surface of a steel sheet by etching, without using mechanical means such as a tooth type roll. Specifically, after forming a resist by applying a resist ink in a predetermined pattern on the surface of the steel sheet before the forsterite coating is formed, the portion where the resist is not formed is subjected to a method such as electrolytic etching. The groove is formed on the surface of the steel sheet by selectively and selectively etching. With this method, since there is almost no mechanical wear of the apparatus, maintenance is easier than the method using a tooth type roll.
ところで、このような線状溝が形成された鋼板の磁気特性は、線状溝の形状に大きく影響されることが知られている。具体的な形状の要素としては、溝の深さや幅が挙げられ、狭くかつ深い溝を形成することが鉄損改善には好適である。それ以外にも、溝断面における側面部と底面部の間の曲率といった、詳細な形状が鉄損に影響することが分かっている。そのため、上述したエッチングによる方法で線状溝を形成する際に、エッチングマスクとして機能するレジストの形状にばらつきがあると、溝形状にもばらつきが生じ、その結果、鋼板の磁気特性がばらついてしまう。そこで、エッチングによって線状溝を形成する方法において、レジストの塗布精度を向上させて、鋼板の磁気特性のばらつきを抑制する技術が提案されている。 By the way, it is known that the magnetic characteristics of a steel sheet having such linear grooves are greatly influenced by the shape of the linear grooves. The specific shape factor includes the depth and width of the groove, and forming a narrow and deep groove is suitable for improving iron loss. Other than that, it is known that the detailed shape such as the curvature between the side surface portion and the bottom surface portion in the groove cross section affects the iron loss. Therefore, when the linear groove is formed by the above-described etching method, if the shape of the resist that functions as an etching mask varies, the groove shape also varies, and as a result, the magnetic properties of the steel sheet vary. .. Therefore, in a method of forming a linear groove by etching, a technique has been proposed in which the accuracy of coating a resist is improved to suppress variations in magnetic properties of a steel sheet.
例えば、特許文献１では、レジストを塗布する際の、レジストインキと鋼板の温度を一定に制御することによって、均一な形状の線状溝を形成する技術が提案されている。温度を一定とすることによってレジストインキの粘性の変動が抑制され、その結果、溝形状のばらつきが抑制される。
For example,
特許文献２では、レジストの塗布をグラビアオフセット印刷で行う際に、使用するレジストインキの粘度や、グラビアロールのメッシュパターン等の条件を特定の範囲に制御する技術が提案されている。これにより、グラビアロールの表面に形成されたグラビアセルに起因する網点の発生を抑制し、レジストパターンの精度を向上させることができる。
特許文献１および２のような方法を採用すれば、ある程度レジストパターンの精度を向上させることが可能であるが、未だ改善の余地は残っていた。
The accuracy of the resist pattern can be improved to some extent by adopting the methods disclosed in
ここで、特許文献３には、グラビアオフセット印刷における問題を回避するために、レーザを用いてレジストパターンを形成することが記載されている。すなわち、鋼板表面全体に均一にレジストを塗布した後に、エッチング位置に相当する、塗布が不要な部分にレーザを照射することによってレジストを瞬時に蒸発あるいは昇華させ、照射された部分のレジストを選択的に除去するのである。このような方法であれば、レジストが除去される部分の形状が、グラビアセルのばらつき等の影響を受けることがないため、均一な形状の線状溝形成が可能になる。 Here, Patent Document 3 describes forming a resist pattern using a laser in order to avoid problems in gravure offset printing. That is, after uniformly applying the resist on the entire surface of the steel sheet, the resist is instantaneously evaporated or sublimated by irradiating the portion corresponding to the etching position, which does not need to be applied, with a laser, and the resist in the irradiated portion is selectively selected. To remove it. With such a method, the shape of the portion from which the resist is removed is not affected by variations in the gravure cell, etc., so that it is possible to form linear grooves having a uniform shape.
特許文献３で提案されている方法を用いれば、レジストの形状精度が大幅に改善する。さらに、この方法において、ビーム径が小さいレーザ装置を用いることにより、狭くかつ深い溝の形成が可能になる。かように、レジストの形状精度の改善および、狭くかつ深い溝の形成が実現することによって、大幅に鉄損特性を改善することが可能である。 If the method proposed in Patent Document 3 is used, the accuracy of the resist shape is significantly improved. Further, in this method, a narrow and deep groove can be formed by using a laser device having a small beam diameter. By thus improving the accuracy of the resist shape and forming narrow and deep grooves, it is possible to significantly improve the iron loss characteristics.
この技術において、生産性を高めるためのポイントは、ビーム走査速度をできる限り高めることである。しかしながら、走査速度を高めた場合、レジストの剥離に必要なエネルギーを確保するには、大出力のレーザ照射装置が必要になる。これらレーザの大出力化とビームの小径化とは相反するパラメータであり、その両立は非常に難しい。このような観点からの優位性が比較的に高いのは、ビーム径が小さくエネルギー密度の高い、シングルモードファイバーレーザである。 In this technique, the point for increasing the productivity is to increase the beam scanning speed as much as possible. However, when the scanning speed is increased, a high-power laser irradiation device is required to secure the energy required for resist stripping. It is very difficult to satisfy both the requirements of increasing the laser output and decreasing the beam diameter. From this point of view, the comparatively high advantage is the single mode fiber laser having a small beam diameter and a high energy density.
しかし、発明者らの検討の結果、特許文献３に記載の技術において、比較的優位なシングルモードファイバーレーザを適用したとしても、溝幅について改善の余地が残ることが分かった。すなわち、レーザによって剥離したレジスト幅は非常に狭くなっているのに対して、電解エッチング後の溝幅は期待するほど狭くならず、鉄損改善効果を最大限にまで引き出すには到っていなかった。すなわち、優位性の高いシングルモードファイバーレーザですら、期待通りの結果は得られなかった。 However, as a result of the study by the inventors, it was found that there is room for improvement in the groove width even if the comparatively superior single mode fiber laser is applied in the technique described in Patent Document 3. That is, the width of the resist stripped by the laser is very narrow, while the groove width after electrolytic etching is not as narrow as expected, and the iron loss improving effect has not been maximized. It was In other words, even the superior single-mode fiber laser did not produce the expected results.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザを用いて形成したレジストパターンに基づいて線状溝を形成する際に、最大限の鉄損改善効果を得ることができる手法について提案することを目的とする。また、本発明は前記方法の実施に適した装置について提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and proposes a method capable of obtaining the maximum iron loss improving effect when forming a linear groove based on a resist pattern formed using a laser. The purpose is to do. It is also an object of the invention to provide a device suitable for carrying out the method.
本発明者らは、レーザによって剥離したレジスト幅は非常に狭くなっているのに対して、電解エッチング後の溝幅は所期したほど狭くなっていない点に関して、その原因および対策を調査した結果、以下（ａ）から（ｆ）の知見を得るに到った。
（ａ）レジストが剥離する領域は、レーザビーム強度がある閾値以上である領域に限定される。
（ｂ）レジストが剥離されていない領域においても、レーザビームによってダメージを受けている部分があり、この部分では非照射部に比べて膜厚が減少している（レジスト膜厚減少部有り）。この膜厚減少量はエネルギー密度に比例している。
（ｃ）レジスト膜厚減少部では、耐レジスト性が劣化し、電解エッチング時に絶縁破壊が発生して溝が形成される（溝が拡がる）。このレジスト膜厚の減少が、期待するほどの狭幅の溝が得られなかった原因であった。
（ｄ）膜厚が減少しているエリアのレーザビームをスリットにてカットすると、レジスト剥離部とレジスト部の界面が急峻になり、電解エッチング時に絶縁破壊するようなレジスト膜厚減少部が少なくなり、意図しない溝形成（溝の拡がり）の防止が可能になる。
（ｅ）さらに、スリット形状は、レーザビーム入側のスリット幅よりも、レーザビーム出側のスリット幅の方を大きくすることで、スリット通過時のスリット側面でのレーザ光の乱反射によるビーム品質の劣化を抑制することが可能になる。
（ｆ）鋼板表面のビーム幅（鋼板進行方向における長さ）が0.08mm以下になると、特に優れた磁気特性が得られる。一方で、0.01mmよりも小さくなると磁気特性は劣化傾向になる。
The present inventors have investigated the cause and countermeasures regarding the fact that the resist width peeled off by the laser is very narrow, whereas the groove width after electrolytic etching is not as narrow as expected. The following findings (a) to (f) have been obtained.
(A) The area where the resist is peeled off is limited to the area where the laser beam intensity is equal to or higher than a certain threshold value.
(B) Even in the region where the resist is not peeled off, there is a portion damaged by the laser beam, and the film thickness in this portion is smaller than that in the non-irradiated portion (there is a portion where the resist film thickness is reduced). This film thickness reduction amount is proportional to the energy density.
(C) In the portion where the resist film thickness is reduced, the resist resistance is deteriorated, and dielectric breakdown occurs during electrolytic etching to form a groove (groove expands). This decrease in the resist film thickness was the reason why a groove as narrow as expected could not be obtained.
(D) When the laser beam in the area where the film thickness is reduced is cut by the slit, the interface between the resist stripped portion and the resist portion becomes steep, and the resist film thickness reduced portion that causes dielectric breakdown during electrolytic etching is reduced. It is possible to prevent unintended groove formation (groove expansion).
(E) Further, regarding the slit shape, by making the slit width on the laser beam exit side larger than the slit width on the laser beam entrance side, the beam quality due to diffuse reflection of laser light on the slit side surface when passing through the slit is improved. It becomes possible to suppress deterioration.
(F) When the beam width (length in the traveling direction of the steel sheet) of the steel sheet surface is 0.08 mm or less, particularly excellent magnetic characteristics are obtained. On the other hand, if it is smaller than 0.01 mm, the magnetic characteristics tend to deteriorate.
以上の知見に基づき、レーザ照射によるレジスト除去の条件について詳細な検討を行い、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．方向性電磁鋼板の表面にレジストを形成するレジスト形成工程と、
前記方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る向きにレーザを照射して前記レーザの照射部分のレジストを除去する処理を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に間隔を置いて周期的に行うレーザ照射工程と、
前記方向性電磁鋼板のレジスト除去部分をエッチングして線状溝を形成するエッチング工程と、を有し、
前記レーザ照射工程におけるレーザの照射は、レーザ光を部分的にカットするスリット板のスリットを介して行う方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。
Based on the above knowledge, the conditions for resist removal by laser irradiation were studied in detail, and the present invention was completed.
That is, the gist of the present invention is as follows.
1. A resist forming step of forming a resist on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet,
A laser irradiation step of periodically performing a process of irradiating a laser in a direction transverse to the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet to remove the resist in the irradiation portion of the laser at intervals in the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet. When,
An etching step of forming a linear groove by etching the resist removed portion of the grain-oriented electrical steel sheet,
A method of improving iron loss of a grain-oriented electrical steel sheet, wherein the laser irradiation in the laser irradiation step is performed through a slit of a slit plate that partially cuts the laser light.
２．前記スリットは、前記スリット板における、レーザビーム入側の開口幅よりもレーザビーム出側の開口幅の方が大きい前記１に記載の方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。 2. 2. The iron loss improving method for a grain-oriented electrical steel sheet according to 1 above, wherein the slit has a larger opening width on a laser beam output side than an opening width on a laser beam input side in the slit plate.
３．前記レーザ照射工程におけるレーザは、シングルモードファイバーレーザである前記１または２に記載の方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。 3. 3. The iron loss improving method for a grain-oriented electrical steel sheet according to 1 or 2, wherein the laser in the laser irradiation step is a single mode fiber laser.
４．前記レーザ照射工程において、前記方向性電磁鋼板の表面における、レーザの走査方向と直交する向きにおける鋼板表面の最大ビーム幅が0.01mm以上0.08mm以下である前記１から３のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。 4. In the laser irradiation step, on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet, the maximum beam width of the steel sheet surface in a direction orthogonal to the laser scanning direction is 0.01 mm or more and 0.08 mm or less Of improving iron loss of magnetic electrical steel sheet.
５．方向性電磁鋼板の通板ラインに沿って、前記方向性電磁鋼板の表面にレジストを形成するレジスト形成部、前記レジストが形成された方向性電磁鋼板の表面にレーザを照射して前記レジストを部分的に除去するするレーザ照射部および、前記方向性電磁鋼板のレジスト除去部分をエッチングするエッチング部を、前記方向性電磁鋼板の通板方向へ順に配置し、前記レーザ照射部は、レーザの集光部と前記方向性電磁鋼板の表面との間に、レーザ光を部分的にカットするスリット板を備える方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。 5. Along the passage line of the grain-oriented electrical steel sheet, a resist forming portion that forms a resist on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet, irradiates a laser on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet on which the resist is formed, and partially forms the resist. A laser irradiating unit for removing the directional magnetic steel sheet and an etching unit for etching the resist removed portion of the grain-oriented electrical steel sheet are sequentially arranged in the sheet-passing direction of the grain-oriented electrical steel sheet, and the laser radiation unit collects the laser beam. An iron loss improving device for a grain-oriented electrical steel sheet, comprising a slit plate for partially cutting a laser beam between the portion and the surface of the grain-oriented electrical steel sheet.
６．前記スリット板は、レーザビーム入側の開口幅よりもレーザビーム出側の開口幅の方が大きいスリットを有する前記５に記載の方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。 6. 6. The iron loss improving device for a grain-oriented electrical steel sheet according to 5, wherein the slit plate has a slit having a larger opening width on a laser beam exit side than an opening width on a laser beam entrance side.
７．前記レーザ照射部は、シングルモードファイバーレーザのレーザ照射装置を有する前記５または６に記載の法方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。 7. 7. The iron loss improving device for a grain-oriented electrical steel sheet according to 5 or 6, wherein the laser irradiation unit has a laser irradiation device of a single mode fiber laser.
８．前記レーザ照射部は、前記方向性電磁鋼板の表面における、レーザの走査方向と直交する向きの最大ビーム幅が0.01mm以上0.08mm以下となる、レーザ照射装置を１〜３台有する前記５から７のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の鉄損改善装置。 8. The laser irradiation unit has 1 to 3 laser irradiation devices having a maximum beam width of 0.01 mm or more and 0.08 mm or less in a direction orthogonal to the laser scanning direction on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet. An iron loss improving device for grain-oriented electrical steel according to any one of 1.
９．方向性電磁鋼用素材に熱間圧延、次いで冷間圧延を施して方向性電磁鋼板を製造するに当たり、前記冷間圧延後の段階において、鋼板の表面に、前記１から４のいずれかに記載の鉄損改善方法を用いて線状溝を形成する方向性電磁鋼板の製造方法。 9. In producing a grain-oriented electrical steel sheet by subjecting a material for grain-oriented electrical steel to hot rolling and then cold rolling, in the stage after the cold rolling, the surface of the steel sheet is described in any one of 1 to 4 above. A method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet in which a linear groove is formed by using the iron loss improving method described above.
本発明によれば、エッチングを利用して方向性電磁鋼板の表面に線状溝を形成するに際して、狭くかつ深い線状溝を均一な形状で形成することができるため、溝形成による磁区細分化効果を最大限享受することが可能になり、鉄損特性が非常に優れた方向性電磁鋼板が得られる。特に、大出力のシングルモードファイバーレーザを使用した場合、高速レジスト剥離処理が可能になり、高生産性および低鉄損の両立が可能になる。 According to the present invention, when a linear groove is formed on the surface of a grain-oriented electrical steel sheet by using etching, a narrow and deep linear groove can be formed in a uniform shape. It is possible to obtain the maximum effect, and it is possible to obtain a grain-oriented electrical steel sheet having excellent iron loss characteristics. In particular, when a high-power single-mode fiber laser is used, high-speed resist stripping can be performed, and high productivity and low iron loss can both be achieved.
まず、レーザによって剥離したレジスト幅は非常に狭くなっているのに対して、電解エッチング後の溝幅は所期したほど狭くなっていない、原因に関して行った実験結果を説明する。
すなわち、図１に示すように、表面にレジスト被膜Ｒを形成した方向性電磁鋼板（以下、単に鋼板とも示す）１を矢印Ｙ方向へ通板しながら、レーザ照射装置２を圧延方向と直交する向きＸに走査して行うレーザ照射を、圧延方向（矢印Ｙ方向）へ５mmの間隔を置いて繰り返した。ここで、レーザ照射によって除去されたレジスト部分をレジスト剥離幅Ｒｔおよび鋼板１表面におけるレーザビームのＹ方向の長さをビーム幅Ｂｔとする。なお、レーザ照射は、出力1.5kWのシングルモードファイバーレーザをポリゴンミラー方式によって速度150m/s、走査幅350mmおよび走査間隔５mmにて行った。
First, the result of an experiment conducted on the cause that the width of the resist stripped by the laser is very narrow, while the width of the groove after electrolytic etching is not as narrow as expected will be described.
That is, as shown in FIG. 1, while passing a grain-oriented electrical steel sheet (hereinafter also simply referred to as a steel sheet) 1 having a resist coating R formed on its surface in the direction of arrow Y, the
上記したレーザ照射の、鋼板の進行方向Ｙに沿う断面におけるビームプロファイルとレジスト剥離幅Ｒｔとの関係を図２に示す。なお、ビームプロファイルは市販されているCCDカメラ型固定式ビームプロファイラを使用して測定した結果について、ビームエネルギーの最大値を１とする指数にて表示する。また、ビーム径は強度が最大強度の0.135倍になる位置とした。このレーザ照射では、ビーム幅Ｂｔとビーム径は同じであるが、図２に示すように、ビーム径（ビーム幅Ｂｔ）とレジスト剥離幅Ｒｔとは一致しておらず、照射エネルギーが小さい場合は、レーザビームが照射されている領域であってもレジスト被膜が剥離していない部分のあることが判明した。 FIG. 2 shows the relationship between the beam profile and the resist peeling width Rt in the cross section along the traveling direction Y of the steel sheet in the above laser irradiation. The beam profile is indicated by an index with the maximum value of the beam energy being 1 as a result of measurement using a commercially available CCD camera type fixed beam profiler. The beam diameter was set to a position where the intensity became 0.135 times the maximum intensity. In this laser irradiation, the beam width Bt and the beam diameter are the same, but as shown in FIG. 2, the beam diameter (beam width Bt) and the resist stripping width Rt do not match, and when the irradiation energy is small. It was found that there is a portion where the resist coating is not peeled off even in the area irradiated with the laser beam.
次に、レジスト被膜の厚み（被膜厚み）とビームプロファイルとの関係を調査した結果について、図３に示す。なお、被膜厚みはＳＥＭ画像から導出した結果について、被膜厚み最大値（剥離が起こっていないレーザ照射非影響部の厚み）を１とする指数にて表示する。図３より、レジストが剥離していない部分でも、レーザ照射の影響を受けて被膜厚みが減少していることが分かった。 Next, FIG. 3 shows the results of investigating the relationship between the thickness of the resist coating (coating thickness) and the beam profile. The film thickness is expressed by an index with the maximum film thickness (thickness of the laser irradiation non-affected part where peeling has not occurred) being 1 in the result derived from the SEM image. From FIG. 3, it was found that the film thickness was reduced by the influence of the laser irradiation even in the part where the resist was not peeled off.
さらに、このレジストを剥離したサンプルに電解エッチング処理を施し、溝の幅および深さとレジスト被膜の厚み（被膜厚み）との関係を調査した。なお、溝深さはレーザ顕微鏡を用いて測定し、被膜厚みは図３と同様に指数化したものである。その結果を図４に示すように、レジストが剥離された幅は0.06mmと非常に狭くすることに成功していたものの、電解エッチングにより形成された溝幅は0.12mmと２倍に広がっていた。溝幅が期待通り狭くならなかった原因として、図２〜４に示した結果から、レジスト剥離部周辺には、レジスト被膜の膜厚減少部（薄膜部）が存在し、その薄膜部では耐レジスト性が低下し、電解エッチング時に絶縁破壊を起こしたためと、推定される。 Further, the sample from which the resist was peeled off was subjected to electrolytic etching treatment, and the relationship between the width and depth of the groove and the thickness of the resist coating (coating thickness) was investigated. The groove depth was measured using a laser microscope, and the film thickness was indexed as in FIG. As a result, as shown in FIG. 4, although the resist peeled width was 0.06 mm, which was very narrow, the groove width formed by electrolytic etching was twice as wide as 0.12 mm. .. From the results shown in FIGS. 2 to 4, the reason why the groove width did not become narrower than expected is that there is a reduced film thickness portion (thin film portion) of the resist film around the resist peeling portion, and the thin film portion is resistant to resisting. It is presumed that the property deteriorates and dielectric breakdown occurred during electrolytic etching.
すなわち、溝幅が所期通りに狭くならなかったことは、ビームエネルギーが弱くてレジスト被膜が剥がれていなくても被膜厚みが減少している部分（薄膜部）において、耐レジスト性が低下していることに起因すると推測される。そこで、この薄膜部に相当する領域をレーザ光に対して覆うことを意図して、鋼板上に図５に示すようなスリット板３を設置した。スリット板３は、0.07mmの開口幅で鋼板１の全幅に沿って延びる、スリット４を有する。このスリット板３を設置した状態にて、前述した条件でレーザ照射を行い、ビーム幅とレジスト剥離幅との関係、そしてレジスト被膜の膜厚とビームプロファイルとの関係を、それぞれ調査した。その結果について、図６および７に示す。
In other words, the fact that the groove width did not narrow as expected means that the resist resistance was reduced in the portion (thin film portion) where the coating thickness was reduced even if the beam energy was weak and the resist coating was not peeled off. It is presumed that this is due to Therefore, the slit plate 3 as shown in FIG. 5 is provided on the steel plate with the intention of covering the region corresponding to the thin film portion with respect to the laser light. The slit plate 3 has a
図６に示すように、ビーム幅とレジスト剥離幅との差が0.01mm程度になる。また、被膜厚みに関しては、図７に示すように、境界部のレジスト膜厚減少部（薄膜部）が非常に狭い領域になり、剥離部から急峻に定常の膜厚に到達していることが確認された。ビーム幅とレジスト剥離幅とが完全に一致しなかったのは、スリットを通過する際にレーザ光同士が干渉し、ビーム品質（収束性）が劣化したためと推定された。 As shown in FIG. 6, the difference between the beam width and the resist stripping width is about 0.01 mm. As for the film thickness, as shown in FIG. 7, the resist film thickness reduced portion (thin film portion) at the boundary becomes a very narrow region, and the steady film thickness is rapidly reached from the peeled portion. confirmed. The reason that the beam width and the resist stripping width did not completely match was presumed to be because the laser beams interfered with each other when passing through the slit, and the beam quality (convergence) was deteriorated.
次に、このレジストを剥離したサンプルに電解エッチング処理を施し、溝幅とレジスト被膜厚みとの関係を調査した。その結果、レジストが剥離された幅は0.06mmであるのに対して、電解エッチング後の溝幅は0.07mmとなり、スリットを使用しない場合と比べて大幅に狭幅化に成功した。電解エッチング処理後の鋼板における、鉄損評価結果を表１に示す。同表から、スリットを用いて、溝狭幅化を実現したサンプルの方が低鉄損を実現していることが分かる。また、スリットを使用しない場合には溝深さが20μｍより溝が深くなっても鉄損はそれ以上低減されていないのに対し、スリットを使用する場合には溝が深くなるほど鉄損が低減されていることが分かる。ここでは、JIS Ｃ2556に準拠して磁束密度1.7Ｔ、励磁周波数50Hzにおける鉄損Ｗ１７／５０を、単板磁気試験器により評価した。ここで使用したサンプルは、溝加工前に磁気測定を行い、Ｂ８が1.94Ｔのものを用いた。さらに、スリット有りおよび無しのサンプルの溝深さは、電解エッチングの処理時間を調節して同じになるようにした。 Next, the sample from which the resist was peeled off was subjected to electrolytic etching treatment, and the relationship between the groove width and the resist coating thickness was investigated. As a result, the width where the resist was peeled off was 0.06 mm, while the groove width after electrolytic etching was 0.07 mm, and the width was significantly narrowed compared to the case where no slit was used. Table 1 shows the iron loss evaluation results of the steel sheet after the electrolytic etching treatment. From the table, it can be seen that the sample in which the groove is narrowed by using the slit achieves the lower iron loss. Further, when the slit is not used, the iron loss is not further reduced even if the groove depth is deeper than 20 μm, whereas when the slit is used, the iron loss is reduced as the groove is deeper. I understand that. Here, a magnetic flux density of 1.7 T and an iron loss W 17/50 at an excitation frequency of 50 Hz were evaluated by a single-plate magnetic tester in accordance with JIS C2556. The sample used here was one whose B 8 was 1.94 T, which was measured by magnetism before grooving. Furthermore, the groove depth of the sample with and without the slit was adjusted to be the same by adjusting the processing time of electrolytic etching.
次に、スリット通過時のビーム干渉を最小限とするために、ビーム幅とレジスト剥離幅との差に及ぼす、鋼板−スリット板間距離並びにスリット厚みの影響をそれぞれ調査した。まず、図８にビーム幅とレジスト剥離幅の差に及ぼす、鋼板−スリット板間距離の影響を示す。同図に示すように、鋼板−スリット板間距離が10000μm超ではビーム幅とレジスト剥離幅との差に大きな違いが認められず、10000μm以下では、小さくなればなるほど差は小さくなる（干渉が抑制される）傾向が認められた。以上の結果から、鋼板−スリット板間距離は10000μm以下にするとより好ましいことが分かる。ただし、10000μmを超えてもスリット板介在なしに対して、大幅に改善していることから、鋼板との距離が10000μmを超える位置にスリット板を設置しても相応の効果は期待できる。 Next, in order to minimize the beam interference when passing through the slit, the influences of the steel plate-slit plate distance and the slit thickness on the difference between the beam width and the resist stripping width were investigated. First, FIG. 8 shows the effect of the distance between the steel plate and the slit plate on the difference between the beam width and the resist stripping width. As shown in the figure, when the distance between the steel plate and the slit plate is more than 10,000 μm, there is no significant difference in the beam width and the resist stripping width, and at 10,000 μm or less, the smaller the difference is (the interference is suppressed. Was observed). From the above results, it is understood that it is more preferable that the distance between the steel plate and the slit plate is 10,000 μm or less. However, even if it exceeds 10,000 μm, it is greatly improved as compared with the case where no slit plate is interposed. Therefore, even if the slit plate is installed at a position where the distance from the steel plate exceeds 10,000 μm, a corresponding effect can be expected.
また、図９にビーム幅とレジスト剥離幅との差に及ぼす、スリット板の厚みの影響について示す。同図に示すように、スリット板厚み7000μmより大きい領域ではビーム幅とレジスト剥離幅の差はほぼ同レベルで推移し、スリット板介在なしよりも小さい値であった。一方、7000μm以下では厚みが小さいほど差は小さくなる傾向を示した。よって、スリット板厚みは7000μm以下とすることがより好ましい。 Further, FIG. 9 shows the influence of the thickness of the slit plate on the difference between the beam width and the resist stripping width. As shown in the same figure, in the region where the thickness of the slit plate was larger than 7,000 μm, the difference between the beam width and the resist stripping width remained at almost the same level, which was smaller than that without the slit plate. On the other hand, when the thickness was 7,000 μm or less, the difference tended to decrease as the thickness decreased. Therefore, the slit plate thickness is more preferably 7,000 μm or less.
ここで、スリット板厚みが薄くなるほど、ビーム幅とレジスト剥離幅との差が小さくなるのは、スリット側面でのビームの繰り返し反射が抑制されるためであると推測される。この結果に基づき、側面での反射を抑制する手段として、側面に傾斜をつけることを検討した。すなわち、図１０にスリットＡとして示す、上述した実験で使用した、レーザビーム入側の開口幅およびレーザビーム出側の開口幅が同じスリット形状と、同図にスリットＢとして示す、レーザビーム入側の開口幅よりもレーザビーム出側の開口幅を大きくしたスリット形状との効能を調査した。その結果を、先に示した図９のデータを比較として、スリットＢによる同じ実験結果を図１１に示す。これまでの評価で使用したスリットＡに対して、スリットＢでは、スリット板厚みが大きくなることに伴う、ビーム幅とレジスト剥離幅差の増大が大幅に抑えられていることが判明した。 Here, it is assumed that the smaller the slit plate thickness, the smaller the difference between the beam width and the resist stripping width is because the repeated reflection of the beam on the side surface of the slit is suppressed. Based on these results, we investigated the inclination of the side surface as a means of suppressing the reflection on the side surface. That is, the slit shape shown in FIG. 10 as the slit A and having the same opening width on the laser beam entrance side and the opening width on the laser beam exit side used in the above-described experiment, and the laser beam entrance side shown as the slit B in FIG. The effect of the slit shape in which the opening width on the laser beam outlet side is larger than the opening width of the slit was investigated. The results are compared with the data of FIG. 9 shown above, and the same experimental results with the slit B are shown in FIG. It was found that, in contrast to the slit A used in the evaluations up to now, the slit B greatly suppresses the increase in the difference between the beam width and the resist stripping width due to the increase in the slit plate thickness.
以上の結果を踏まえ、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な一実施態様を示すものであり、本発明は、以下の説明によって何ら限定されるものではない。また、本明細書において用いられる各用語は、特に断らない限り、以下のように定義されるものとする。
「レジスト除去部」：レーザ照射工程におけるレーザの照射によってレジストが除去され、方向性電磁鋼板の表面が露出した部分。
「走査長さＬ」：レーザ照射装置１台当たりの、１回の走査における長さ。
「走査速度ｖ」：レーザ照射工程において照射されるレーザの、鋼板表面における走査速度であり、下式で定義される。
ｖ＝Ｌ／ｔ（ｔは走査長さＬを走査するのにかかる時間）
「出力Ｐ」：レーザ照射工程において照射されるレーザの出力。
「ライン速度ＶＬ」：処理装置内を搬送される鋼板の移動速度。通板速度ともいう。処理装置内の位置によって速度が異なる場合には、レーザが照射される位置における速度とする。なお、処理装置内において鋼板は、特に断らない限り、その圧延方向に搬送される。
「線状溝の間隔ｓ」：鋼板表面に形成される線状溝の、圧延方向における間隔。レーザ照射工程において形成されるレジスト除去部の圧延方向における間隔に等しい。
Based on the above results, the method for carrying out the present invention will be specifically described. The following description shows a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following description. Moreover, each term used in this specification shall be defined as follows, unless there is particular notice.
"Resist removal portion": a portion where the surface of the grain-oriented electrical steel sheet is exposed by removing the resist by laser irradiation in the laser irradiation step.
"Scan length L": Length of one scan per laser irradiation device.
"Scanning speed v": The scanning speed on the surface of the steel plate by the laser irradiated in the laser irradiation step, which is defined by the following formula.
v=L/t (t is the time required to scan the scan length L)
"Output P": Output of the laser irradiated in the laser irradiation process.
"Line speed VL ": moving speed of the steel sheet conveyed in the processing apparatus. It is also called the threading speed. When the speed differs depending on the position in the processing device, the speed is set at the position where the laser is irradiated. The steel plate is conveyed in the rolling direction in the processing apparatus unless otherwise specified.
“Spacing s of linear grooves”: Spacing of linear grooves formed on the surface of the steel sheet in the rolling direction. It is equal to the interval in the rolling direction of the resist removed portion formed in the laser irradiation step.
本発明の方法においては、方向性電磁鋼板に対して、次の（１）〜（４）の工程の処理が順次施される。
（１）レジスト形成工程、
（２）レーザ照射工程
（３）エッチング工程
（４）レジスト除去工程
加えて、上記（２）レーザ照射工程の後上記（３）エッチング工程の前に、レジスト剥離状況を監視する画像撮影工程を備えることが好ましい。レジスト剥離状況によって、主に溝形状は変化するため、レジスト剥離状況の監視は、溝幅の監視で代替することが可能である。しかしながら、溝形状はレジスト剥離以外の影響も受けるため、溝形成前のレジスト剥離状況を直接監視することがより好ましい。
In the method of the present invention, the grain-oriented electrical steel sheet is sequentially subjected to the treatments of the following steps (1) to (4).
(1) Resist forming step,
(2) Laser irradiation step (3) Etching step (4) Resist removal step In addition, after the (2) laser irradiation step and before the above (3) etching step, an image capturing step for monitoring the resist peeling state is provided. Preferably. Since the groove shape mainly changes depending on the resist stripping condition, monitoring of the resist stripping condition can be replaced by monitoring the groove width. However, since the groove shape is influenced by other than the resist peeling, it is more preferable to directly monitor the resist peeling condition before the groove formation.
［方向性電磁鋼板］
本発明では、基材として方向性電磁鋼板が使用される。なお、方向性電磁鋼板の製造工程の途中段階の鋼板、例えば冷間圧延工程を経た鋼板を用いてもよい。前記方向性電磁鋼板としては、特に限定されず任意のものを用いることができるが、鉄損低減の観点からSiを2.0〜8.0質量％の範囲で含有するものを用いることが好ましく、加えて通板性の観点からＳｉを2.5〜4.5質量％の範囲で含有するものを用いることがより好ましい。
[Oriented electrical steel sheet]
In the present invention, a grain-oriented electrical steel sheet is used as the base material. In addition, you may use the steel plate in the intermediate stage of the manufacturing process of a grain-oriented electrical steel plate, for example, the steel plate which passed the cold rolling process. The grain-oriented electrical steel sheet is not particularly limited and any one may be used, but it is preferable to use one containing Si in the range of 2.0 to 8.0 mass% from the viewpoint of iron loss reduction. From the viewpoint of plateability, it is more preferable to use one containing Si in the range of 2.5 to 4.5 mass %.
なお、方向性電磁鋼板として好適な、Ｓｉ以外の成分組成は、次のとおりである。勿論、以下の成分組成に限定されることはなく、どのような電磁鋼板であって本発明の適用により適用前の鋼板の鉄損は確実に改善される。 The composition of components other than Si, which is suitable for the grain-oriented electrical steel sheet, is as follows. Of course, the present invention is not limited to the following component compositions, and the iron loss of any electromagnetic steel sheet before application is certainly improved by application of the present invention.
Mn：0.005〜1.0質量％
Mnは、熱間加工性を改善するのに有効な元素であるが、0.005質量％未満では、上記効果は得られず、一方、1.0質量％を超えると、磁束密度が低下するようになる。よって、Mnは0.005〜1.0質量％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、0.01〜0.2質量％の範囲である。
Mn: 0.005-1.0 mass%
Mn is an element effective for improving the hot workability, but if it is less than 0.005 mass%, the above effect cannot be obtained, while if it exceeds 1.0 mass%, the magnetic flux density decreases. Therefore, Mn is preferably in the range of 0.005 to 1.0 mass %. More preferably, it is in the range of 0.01 to 0.2 mass %.
Ni：0.03〜1.50質量％、Sn：0.01〜1.50質量％、Sb：0.005〜1.50質量％、Cu：0.03〜3.0質量％、Ｐ：0.03〜0.50質量％、Mo：0.005〜0.10質量％およびCr：0.03〜1.50質量％のうちから選ばれる１種または２種以上 Ni: 0.03 to 1.50 mass%, Sn: 0.01 to 1.50 mass%, Sb: 0.005 to 1.50 mass%, Cu: 0.03 to 3.0 mass%, P: 0.03 to 0.50 mass%, Mo: 0.005 to 0.10 mass% and Cr: One or more selected from 0.03 to 1.50 mass%
また、本発明の方向性電磁鋼板には、磁気特性の改善を目的として、上記したSiおよびMnの他に、さらに、Ni、Sn、Sb、Cu、Ｐ、MoおよびCrのうちから選ばれる１種または２種以上を上記の範囲で任意に含有させてもよい。
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるのに有用な元素である。しかし、0.03質量％未満では上記効果が小さく、一方、1.50質量％を超えると、二次再結晶が不安定となり、磁気特性が劣化する。また、Sn、Sb、Cu、Ｐ、MoおよびCrは、磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記の下限値未満では磁気特性向上効果が小さく、一方、上記した各上限値を超えると、二次再結晶粒の発達が阻害されるようになるため、それぞれ上記範囲で含有させることが好ましい。
Further, in the grain-oriented electrical steel sheet of the present invention, in addition to Si and Mn described above, Ni, Sn, Sb, Cu, P, Mo and Cr are selected for the purpose of improving magnetic properties. One kind or two or more kinds may be optionally contained within the above range.
Ni is an element useful for improving the hot rolled sheet structure and magnetic properties. However, if it is less than 0.03% by mass, the above effect is small, while if it exceeds 1.50% by mass, the secondary recrystallization becomes unstable and the magnetic properties deteriorate. Further, Sn, Sb, Cu, P, Mo and Cr are elements useful for improving the magnetic properties, but if the content is less than the above lower limit, the effect of improving the magnetic properties is small, while each of the above upper limits is exceeded. If it exceeds the above range, the development of secondary recrystallized grains will be hindered.
なお、本発明の方向性電磁鋼板の製造に用いる鋼素材（鋼スラブ等）においては、上記の成分以外に以下の成分が含有される。
Ｃ：0.01〜0.08質量％
Ｃは、一次再結晶時の集合組織の改善のために必要な元素であり、その効果を得るためには0.01質量％以上含有させるのが好ましい。一方、Ｃが0.08質量％を超えると、磁気時効の起こらない0.0050質量％以下まで脱炭焼鈍により低減することが難しくなる。よって、Ｃは0.01〜0.08質量％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは0.03〜0.07 質量％の範囲である。
In addition, in the steel material (steel slab, etc.) used for manufacturing the grain-oriented electrical steel sheet of the present invention, the following components are contained in addition to the above components.
C: 0.01 to 0.08 mass%
C is an element necessary for improving the texture at the time of primary recrystallization, and in order to obtain the effect, it is preferable to contain C in an amount of 0.01% by mass or more. On the other hand, when C exceeds 0.08 mass %, it becomes difficult to reduce the carbon content by decarburization annealing to 0.0050 mass% or less where magnetic aging does not occur. Therefore, C is preferably in the range of 0.01 to 0.08 mass %. More preferably, it is in the range of 0.03 to 0.07 mass %.
Al、Ｎ、ＳおよびSe
これらの成分は、二次再結晶を生じさせるためにインヒビタを利用する場合と、利用しない場合とで含有量が異なる。
二次再結晶を起こさせるためにインヒビタを用いる場合には、例えば、AlN系インヒビタを利用するときには、AlおよびＮをそれぞれAl：0.01〜0.065質量％、Ｎ：0.005〜0.012質量％の範囲で含有させることが好ましく、また、MnS・MnSe系インヒビタを利用するときには、Seおよび／またはＳを、それぞれＳ：0.005〜0.03質量％、Se：0.005〜0.03質量％の範囲で含有させることが好ましい。また、両方のインヒビタを併用してもよい。
Al, N, S and Se
The content of these components differs depending on whether the inhibitor is used to cause secondary recrystallization or not.
When an inhibitor is used to cause secondary recrystallization, for example, when using an AlN-based inhibitor, Al and N are contained in the ranges of Al: 0.01 to 0.065 mass% and N: 0.005 to 0.012 mass %, respectively. Further, when using the MnS/MnSe-based inhibitor, Se and/or S are preferably contained in the ranges of S: 0.005 to 0.03 mass% and Se: 0.005 to 0.03 mass %, respectively. Also, both inhibitors may be used in combination.
一方、二次再結晶を生じさせるためにインヒビタを利用しない場合には、インヒビタ形成成分であるAl，Ｎ，ＳおよびSeは、それぞれAl：0.0100質量％以下、Ｎ：0.0050質量％以下、Ｓ：0.0050質量％以下、Se：0.0050質量％以下に低減するのが好ましい。 On the other hand, when the inhibitor is not used to cause the secondary recrystallization, the inhibitor forming components Al, N, S and Se are Al: 0.0100 mass% or less, N: 0.0050 mass% or less, S: It is preferable to reduce it to 0.0050 mass% or less and Se: 0.0050 mass% or less.
上記成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、Ｃは一次再結晶焼鈍で脱炭され、Al，Ｎ，ＳおよびSeは最終仕上焼鈍において純化されるため、最終仕上焼鈍後の鋼板（製品板）における、これらの成分は、不可避的不純物程度の含有量に低減される。具体的には、Ｃ：0.005質量％以下、Ｓ：0.005質量％以下、Ｎ：0.005質量％以下、Al：0.010質量％以下、Se：0.005質量％以下になる。 The balance other than the above components is Fe and inevitable impurities. Since C is decarburized in the primary recrystallization annealing and Al, N, S and Se are purified in the final finishing annealing, these components in the steel sheet (product plate) after the final finishing annealing are unavoidable impurities. The content is reduced to the extent. Specifically, C: 0.005 mass% or less, S: 0.005 mass% or less, N: 0.005 mass% or less, Al: 0.010 mass% or less, Se: 0.005 mass% or less.
前記方向性電磁鋼板の表面に被膜が形成されていると、該被膜の種類によってはエッチングが阻害される場合がある。したがって、前記鋼板の表面にはフォルステライト被膜や張力付与被膜等、エッチング液（電解液）に対して不溶性や難溶性の被膜が形成されておらず、後述するレジストが該鋼板の表面に直接塗布されることが好ましい。 When a film is formed on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet, etching may be hindered depending on the type of the film. Therefore, a film that is insoluble or hardly soluble in an etching solution (electrolytic solution) such as a forsterite film or a tension-imparting film is not formed on the surface of the steel sheet, and the resist described below is directly applied to the surface of the steel sheet. Preferably.
［レジスト形成工程］
前記鋼板の表面には、レーザの照射に先立ってレジストが形成される。前記レジストは、後述するエッチング工程において、鋼板がエッチングされるのを防止するためのエッチングレジストとして機能するものである。前記レジストとしては、鋼板のエッチングを防止できるものであれば任意の材料を用いることができるが、熱硬化性樹脂を主成分とするレジストを用いることが好ましい。前記熱硬化性樹脂としては、例えば、アルキド系樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つを用いることができる。半導体分野で使用されるような、ＵＶ硬化性や電子線硬化性は必ずしも必要ではない。また、インクダレ抑制の点では、樹脂の粘度は高い方がよい。レジストの粘度を高く保つために、塗布されるレジストの温度を４０℃以下とすることが好ましい。一方、レジストの温度の下限は特に限定されないが、２０℃以上とすることが好ましい。また、装置が大型化するという設備上の課題はあるが、通常、電磁鋼板の表層に形成される絶縁被膜を前記レジストとして用いてもよい。この場合の塗布は従来技術に従って行えばよい。乾燥についても同じである。
[Resist forming process]
A resist is formed on the surface of the steel sheet prior to laser irradiation. The resist functions as an etching resist for preventing the steel sheet from being etched in the etching process described later. As the resist, any material can be used as long as it can prevent etching of the steel sheet, but it is preferable to use a resist containing a thermosetting resin as a main component. As the thermosetting resin, for example, at least one selected from the group consisting of alkyd resins, epoxy resins, and melamine resins can be used. UV curability and electron beam curability as used in the semiconductor field are not always necessary. Further, in terms of suppressing ink dripping, it is preferable that the viscosity of the resin is high. In order to keep the viscosity of the resist high, the temperature of the applied resist is preferably 40° C. or lower. On the other hand, the lower limit of the temperature of the resist is not particularly limited, but it is preferably 20° C. or higher. Further, although there is a facility problem that the device becomes large, an insulating coating formed on the surface layer of the electromagnetic steel sheet may be used as the resist. The application in this case may be performed according to the conventional technique. The same applies to drying.
鋼板表面へレジストを形成する方法は、特に限定されることなく、任意の方法で行うことができるが、ロール塗布によって行うことが好ましい。中でも、グラビアロールを用いたグラビア印刷法を用いることが好ましく、オフセットロールを使用したグラビアオフセット印刷法を用いることがより好ましい。なお、本明細書においてグラビア印刷法とは、グラビアロールを用いた印刷法全般を指し、グラビアオフセット印刷法も含むものとする。また、グラビア印刷法を用いる場合には、膜厚を一定とするため、グラビアロール上方にドクターブレードを設置してグラビアロールのインク量を均一化することが好ましい。 The method of forming the resist on the surface of the steel sheet is not particularly limited and may be any method, but it is preferably performed by roll coating. Above all, it is preferable to use a gravure printing method using a gravure roll, and it is more preferable to use a gravure offset printing method using an offset roll. In this specification, the gravure printing method refers to all printing methods using a gravure roll, and also includes a gravure offset printing method. Further, when the gravure printing method is used, it is preferable to install a doctor blade above the gravure roll to make the ink amount of the gravure roll uniform in order to keep the film thickness constant.
本発明におけるレジストの形成パターンは、特に限定されず、最終的に所望の線状溝を形成することができるものであれば任意のパターンとすることができるが、本発明ではレーザ照射によってレジストを部分的に除去するため、鋼板表面全体にレジストを形成することが好ましい。 The formation pattern of the resist in the present invention is not particularly limited and may be any pattern as long as it can finally form a desired linear groove, but in the present invention, the resist is formed by laser irradiation. Since it is partially removed, it is preferable to form a resist on the entire surface of the steel sheet.
レジスト液の目付量（塗布量）は、１．０〜１０．０g/m2とすることが好ましい。目付量が１．０g/m2未満になると、耐レジスト性が不足して、電解エッチング時に絶縁破壊を起こすおそれがあるため、レジストが塗布されている部分の鋼板がエッチングされてしまうことを防止するには１．０g/m2以上とすることが好ましい。また、目付量を１０．０g/m2以下とすることにより、レーザ照射工程において除去されるレジストの量を低減し、気化したレジストがレーザ照射装置の光学系に付着すること等によるレーザ性状の変動を抑制できる。なお、レジスト液の目付量はレーザ剥離前かつ乾燥後の値とし、レジスト塗布前後のサンプル重量差および塗布面積より導出される。 The basis weight (coating amount) of the resist solution is preferably 1.0 to 10.0 g/m 2 . If the basis weight is less than 1.0 g/m 2 , resist resistance may be insufficient and dielectric breakdown may occur during electrolytic etching, so the steel sheet in the area where the resist is applied is prevented from being etched. In order to achieve this, the amount is preferably 1.0 g/m 2 or more. Further, by setting the basis weight to be 10.0 g/m 2 or less, the amount of the resist removed in the laser irradiation step is reduced, and the vaporized resist adheres to the optical system of the laser irradiation device to improve the laser properties. Fluctuation can be suppressed. The basis weight of the resist solution is the value before laser peeling and after drying, and is derived from the sample weight difference before and after resist coating and the coating area.
レジストを塗布した後、次のレーザ照射工程に先立って、レジストを乾燥させる。乾燥方法は特に限定されず、例えば、熱風乾燥や真空乾燥等を用いることができる。熱風乾燥の場合、乾燥温度は、１８０〜３００℃とすることが好ましい。真空乾燥の場合は圧力を１０Ｐａ以下とすることが好ましく、乾燥時間は５秒以上とすることが好ましい。 After applying the resist, the resist is dried prior to the next laser irradiation step. The drying method is not particularly limited, and, for example, hot air drying, vacuum drying or the like can be used. In the case of hot air drying, the drying temperature is preferably 180 to 300°C. In the case of vacuum drying, the pressure is preferably 10 Pa or less, and the drying time is preferably 5 seconds or more.
［レーザ照射工程］
次に、レジストが塗布された前記方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る向きに、レーザを走査しながら照射する。このレーザ照射によって、レーザが照射された部分のレジストが局所的に加熱されて気化し、除去される結果、鋼板の表面に露出したレジスト除去部が形成される。前記レジスト除去部において露出した鋼板部分は、後述するエッチング工程において選択的にエッチングされ、線状溝となる。エッチングによって形成される線状溝の寸法は、方向性電磁鋼板の最終的な磁気特性に影響し、より狭くかつより深くすることが好ましい。狭くかつ深い溝を形成するためには、エッチングレジストのパターン、すなわちレジスト除去部の寸法は、幅についてはより狭い方が好ましい。また、見た目は狭いレジスト除去部が形成されていても、剥離部周辺にレジスト膜厚減少部が存在すると、その膜厚減少部では電解エッチング時に絶縁破壊が起こり、溝が形成されてしまうため、所期した通りの狭幅の溝が得られない。そのため、剥離部周辺のレジスト膜厚減少部はできる限り小さい方が好ましい。
[Laser irradiation process]
Next, the direction-oriented electrical steel sheet coated with the resist is irradiated with a laser in a direction crossing the rolling direction. The laser irradiation locally heats and vaporizes and removes the resist in the laser-irradiated portion, so that a resist-removed portion exposed on the surface of the steel sheet is formed. The steel plate portion exposed in the resist removal portion is selectively etched in a later-described etching step to form a linear groove. The dimensions of the linear grooves formed by etching affect the final magnetic properties of the grain-oriented electrical steel sheet, and are preferably narrower and deeper. In order to form a narrow and deep groove, it is preferable that the etching resist pattern, that is, the dimension of the resist removal portion, has a narrower width. Further, even if a narrow resist removal portion is formed, if a resist film thickness reduced portion exists around the peeled portion, dielectric breakdown occurs at the film thickness reduced portion during electrolytic etching, and a groove is formed, I can't get the narrow groove that I expected. Therefore, it is preferable that the resist film thickness reduced portion around the peeled portion is as small as possible.
前記レーザの走査は、直線状に行うことが好ましい。また、レーザの走査方向は圧延方向を横切る方向であればよいが、鉄損の低減効果を高めるという観点からは、前記鋼板の幅方向に対するレーザ走査方向の角度を４０°以下とすることが好ましく、レーザを鋼板の幅方向（圧延方向に直角な方向）に走査することがより好ましい。レーザ照射工程におけるレーザ走査は、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に周期的に行われる。言い換えれば、レジスト除去部が圧延方向に一定の間隔で形成されるように、レーザ走査が繰り返し行われる。圧延方向におけるレジスト除去部の間隔（以下、「レジスト除去部の間隔」という）は、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。エッチングによって形成される線状溝の、圧延方向における間隔（以下、「線状溝の間隔」という）は、前記レジスト除去部の間隔と等しくなるため、レジスト除去部の間隔を上記範囲とすることにより、線状溝の間隔を好適な範囲とし、方向性電磁鋼板の磁気特性をさらに向上させることができる。 The laser scanning is preferably performed linearly. Further, the laser scanning direction may be a direction transverse to the rolling direction, but from the viewpoint of enhancing the effect of reducing iron loss, the angle of the laser scanning direction with respect to the width direction of the steel sheet is preferably 40° or less. More preferably, the laser beam is scanned in the width direction of the steel sheet (direction perpendicular to the rolling direction). Laser scanning in the laser irradiation step is periodically performed in the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet. In other words, laser scanning is repeatedly performed so that the resist removed portions are formed at regular intervals in the rolling direction. It is preferable that the distance between the resist removing portions in the rolling direction (hereinafter referred to as the “distance between the resist removing portions”) is 2 mm or more and 10 mm or less. The spacing between the linear grooves formed by etching in the rolling direction (hereinafter referred to as the "spacing between the linear grooves") is equal to the spacing between the resist removing portions. Therefore, the spacing between the resist removing portions should be within the above range. As a result, the spacing between the linear grooves can be set within a suitable range, and the magnetic characteristics of the grain-oriented electrical steel sheet can be further improved.
なお、レーザの種類は、鉄損特性および生産性の観点より決定される。鉄損特性の観点からは、狭い溝幅が有利であるため、集光性の高いレーザ装置を使用してレジスト剥離幅を狭くすることが好ましい。一方、生産性の観点からは、レーザ走査を高速で行うことが求められる。高速でレーザ走査をした場合、剥離に必要なエネルギー密度を確保するためには、より出力の高いレーザ装置を使用することが好ましい。このビーム集光性とレーザ出力を両立させるために、レーザの種類はシングルモードファイバーレーザとすることが好ましい。ただし、本発明のようなスリット板を設置する場合には、シングルモードファイバーレーザの優位性は少なくなるため、ほかの種類のレーザを採用することも可能である。前記したレーザの走査は、高速化の観点から、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等のミラーの回転駆動によって行うことが好ましい。 The type of laser is determined from the viewpoint of iron loss characteristics and productivity. Since a narrow groove width is advantageous from the viewpoint of iron loss characteristics, it is preferable to use a laser device having a high light collecting property to narrow the resist peeling width. On the other hand, from the viewpoint of productivity, high-speed laser scanning is required. When laser scanning is performed at high speed, it is preferable to use a laser device having a higher output in order to secure the energy density required for peeling. In order to achieve both the beam converging property and the laser output, it is preferable that the type of laser is a single mode fiber laser. However, when the slit plate as in the present invention is installed, the superiority of the single mode fiber laser is diminished, so that it is possible to adopt another type of laser. From the viewpoint of speeding up, it is preferable that the laser scanning is performed by rotationally driving a mirror such as a galvano mirror or a polygon mirror.
前記レーザの照射には任意の数のレーザ照射装置（照射源）を用いることができるが、１〜３台の照射装置を用いることが好ましい。照射装置が３台より多いと、メンテナンスに要する時間が増大して生産性の低下を招く。 Any number of laser irradiation devices (irradiation sources) can be used for the laser irradiation, but it is preferable to use one to three irradiation devices. If there are more than three irradiation devices, the time required for maintenance will increase and productivity will decline.
なお、一般的に用いられる鋼板の多くは幅が１ｍ程度であるため、照射装置が１台であると板幅全域にわたって均一にレーザを照射することが困難であり、ビーム性状を均一にするためビーム径を増大するなどの必要が生じる。そのため、レーザ照射装置は、２台以上とすることがより好ましい。複数のレーザ照射装置を用いる場合には、それぞれの照射装置から照射されるレーザが鋼板全幅にわたって走査される必要はなく、各照射装置による走査範囲の和が、鋼板全幅をカバーしていれば良い。 Since the width of most commonly used steel plates is about 1 m, it is difficult to irradiate the laser uniformly over the entire width of the plate with a single irradiation device, and to make the beam properties uniform. It is necessary to increase the beam diameter. Therefore, it is more preferable to use two or more laser irradiation devices. When using a plurality of laser irradiation device, the laser emitted from each irradiation device does not need to be scanned over the entire width of the steel plate, the sum of the scanning range by each irradiation device may cover the entire width of the steel plate. ..
ここで、複数のレーザ照射装置の使用によって発生する境界部は、図１２Ａに示すようにラップ部が発生すると、必要以上に鋼板がエッチングされてしまい、鉄損や磁束密度の劣化を招く。一方、図１２Ｂのように隙間（不連続部）が発生しても、やはり鉄損が劣化する。よって、図１２Ｃに示すような、複数のレーザ照射装置間での照射レーザの終端および始端を一致させた結果、連続的に溝が形成されていることが好ましい。理想的には、図１２Ｃに示すように完全に連続していることが好ましい。また、図１２Ｄに示すように、図１２Ａに示したラップ部が離間せずにラップ部が重なることにより連続した溝になっていれば、鉄損劣化が少なく鉄損の改善代が保証されるため好適である。 Here, at the boundary portion generated by using a plurality of laser irradiation devices, if the lap portion is generated as shown in FIG. 12A, the steel sheet is etched more than necessary, causing iron loss and deterioration of magnetic flux density. On the other hand, even if a gap (discontinuous portion) is generated as shown in FIG. 12B, the iron loss is also deteriorated. Therefore, as shown in FIG. 12C, it is preferable that the grooves are continuously formed as a result of matching the end and the start of the irradiation laser among the plurality of laser irradiation devices. Ideally, it is preferable to be completely continuous as shown in FIG. 12C. Further, as shown in FIG. 12D, if the lap portions shown in FIG. 12A are not separated from each other and are overlapped with each other to form a continuous groove, iron loss deterioration is small and an iron loss improvement margin is guaranteed. Therefore, it is preferable.
上記したレーザ照射において、レーザ照射によって気化されたレジストによる装置の汚染を抑制するために、送風または吸引を行って集塵機に気化されたレジストを回収することが好ましい。ただし、鋼板が振動して焦点がずれることを防ぐため、レーザ照射を行う処理槽に対する、送風または吸引を行う際の風量は、１００ｍ3／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。前記風量の下限は特に限定されないが、１０ｍ3／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。 In the above laser irradiation, in order to suppress the contamination of the device by the resist vaporized by the laser irradiation, it is preferable to blow air or suction to collect the vaporized resist in the dust collector. However, in order to prevent the steel sheet from vibrating and defocusing, it is preferable that the amount of air to be blown or sucked in the treatment tank for laser irradiation be 100 m 3 /min or less. The lower limit of the air volume is not particularly limited, but it is preferably 10 m 3 /min or more.
上記したレーザ照射におけるレジスト除去状態は、単位走査当たりの照射エネルギーで決定される。必要な照射エネルギーはレジスト被膜の種類によっても異なるため、あらかじめ採用するレジスト被膜に照射エネルギーを変化させて照射し、良好に剥離部が形成される条件を調査して決定することが好ましい。レーザ照射装置の走査速度ｖは、特に限定されないが、走査速度ｖが高い方が鋼板のライン速度ＶＬを上げられるため、生産性の面で有利である。また、レーザの最低必要出力Ｐは、採用したレジスト被膜に必要な照射エネルギーＥおよび走査速度ｖから、Ｐ＝ｖＥ にて導出される。 The resist removal state in the above laser irradiation is determined by the irradiation energy per unit scan. Since the required irradiation energy varies depending on the type of the resist coating, it is preferable to determine the irradiation by changing the irradiation energy to a resist coating that is adopted in advance and examining the conditions under which the peeled portion is formed well. The scanning speed v of the laser irradiation device is not particularly limited, but a higher scanning speed v can increase the line speed V L of the steel sheet, which is advantageous in terms of productivity. Further, the minimum required output P of the laser is derived from P=vE from the irradiation energy E and the scanning speed v required for the adopted resist film.
また、鉄損の観点からは、レジスト除去部の幅はより小さい方が好ましい。レーザの出力を調整して、レーザビーム径よりもレジスト剥離幅が小さくなるように制御しても、未剥離部分もレーザ照射によってダメージを受け、次工程の電解エッチング時に絶縁破壊して、所期する狭い溝はできない。よって、狭い溝を形成させるには、ビーム径の小さいレーザを用いてレジスト被膜に照射する範囲を限定する必要がある。
ここで、溝形成前の磁束密度Ｂ８が1.92Ｔのサンプル（板厚0.27mm）を用いて鉄損と溝幅との関係について調査した結果を、図１３に示す。なお、溝深さは電解エッチング時間を調整して25μmの一定になるようにした。溝幅が狭い方が鉄損は改善傾向を示し、特に溝幅が0.08mm以下になると、鉄損の改善傾向が顕著になる。一方、0.01mm以下になると鉄損改善は飽和している。以上のことから、好適な鉄損改善効果を得るためには、レーザビーム径を0.01〜0.08mmにすることが好ましいことが分かる。しかしながら、大出力と高い集光性の両立は、非常に困難性が高く、レーザ装置が非常に高額になるため、その導入にはコストの観点から高いハードルが存在する。
Further, from the viewpoint of iron loss, it is preferable that the width of the resist removed portion is smaller. Even if the laser output is adjusted to control the resist peeling width to be smaller than the laser beam diameter, the unpeeled portion will also be damaged by the laser irradiation, and dielectric breakdown will occur during electrolytic etching in the next step. There is no narrow groove. Therefore, in order to form a narrow groove, it is necessary to limit the range in which the resist film is irradiated with a laser having a small beam diameter.
Here, FIG. 13 shows the results of an examination of the relationship between the core loss and the groove width using a sample (sheet thickness 0.27 mm) having a magnetic flux density B 8 of 1.92 T before groove formation. The groove depth was kept constant at 25 μm by adjusting the electrolytic etching time. The narrower the groove width is, the more the iron loss tends to improve. Especially, when the groove width is 0.08 mm or less, the iron loss improving tendency becomes remarkable. On the other hand, when the thickness is 0.01 mm or less, iron loss improvement is saturated. From the above, it is understood that the laser beam diameter is preferably 0.01 to 0.08 mm in order to obtain a preferable iron loss improving effect. However, it is extremely difficult to achieve both high output and high light converging property, and the laser device becomes very expensive. Therefore, there is a high hurdle in introducing the laser device from the viewpoint of cost.
そこで、本発明では、図２に示したようなスリット板を導入することにより、比較的安価なレーザ装置でも鋼板表面に到達する鋼板進行方向のビーム幅を小さくすることを可能にした。この方法に従ってレーザ照射過程にスリット板を介在させれば、該スリット板のスリットを通過した領域以外ではレーザビームが鋼板上に照射されない。よって、レジスト被膜は、レジスト剥離部（溝形成部分）以外の領域でダメージを受けないため、レジスト剥離部のみに溝が形成される。よって、スリットを適用した場合は、鉄損特性に対して、より好ましい溝幅（0.01〜0.08mm）を得るためには、鋼板上の鋼板進行方向に対するビーム幅を0.01mm〜0.08mmにすればよいことになる。スリット幅は、鋼板からの設置距離によって変化するが、レジスト剥離幅が所望の幅になるように設定すればよい。鋼板に近くなるほどスリット幅とレジスト幅の差は小さくなり、鋼板から離れるほど、スリット幅の方がより大きくなる。 Therefore, in the present invention, by introducing the slit plate as shown in FIG. 2, it is possible to reduce the beam width in the traveling direction of the steel sheet reaching the steel sheet surface even with a relatively inexpensive laser device. If the slit plate is interposed in the laser irradiation process according to this method, the laser beam is not irradiated onto the steel plate except in the region of the slit plate that has passed through the slit. Therefore, the resist coating film is not damaged in regions other than the resist peeling portion (groove forming portion), so that the groove is formed only in the resist peeling portion. Therefore, when a slit is applied, in order to obtain a more preferable groove width (0.01 to 0.08 mm) for iron loss characteristics, the beam width in the steel plate traveling direction on the steel plate should be set to 0.01 mm to 0.08 mm. It will be good. Although the slit width changes depending on the installation distance from the steel plate, it may be set so that the resist peeling width becomes a desired width. The closer to the steel plate, the smaller the difference between the slit width and the resist width, and the farther from the steel plate, the larger the slit width.
スリット通過時のレーザ光の散乱は、到達ビーム幅の増大および到達ビーム強度の減少というレーザ品質の劣化を招く。到達ビーム幅の増大は、鉄損改善効果を最大限享受できない原因になり、到達ビーム強度の減少は、途中で減少する分を初期の出力を増大させる必要があり、より高額な大出力レーザ光を採用する必要があるため、低コスト化の点で不利である。スリット板の厚みが薄いほど抑制されるため、スリット板はより薄くすることが好適である。好ましくは、7000μm以下である。ただし、スリット板の剛性を確保するためにはある程度の厚みは必要である。そこで、スリット板の厚みによるレーザ光の品質劣化を防止するためには、上述のとおりスリット形状を入側のスリット幅よりも出側のスリット幅を大きくすることが有効であり、スリット側面とレーザ光の干渉を抑制させることができる。また、スリット板と鋼板との距離も影響を与え、より好ましくは10000μm以下である。 The scattering of the laser light when passing through the slit causes the deterioration of the laser quality such that the reaching beam width is increased and the reaching beam intensity is decreased. The increase of the reaching beam width causes the iron loss improving effect to be not maximized, and the decrease of the reaching beam intensity requires an increase in the initial output to the extent that it decreases on the way. However, it is disadvantageous in terms of cost reduction. Since the thinner the slit plate is, the more suppressed it is, it is preferable to make the slit plate thinner. It is preferably 7,000 μm or less. However, a certain thickness is necessary to secure the rigidity of the slit plate. Therefore, in order to prevent the quality deterioration of the laser beam due to the thickness of the slit plate, it is effective to make the slit shape the slit width on the output side larger than the slit width on the input side as described above. It is possible to suppress light interference. Further, the distance between the slit plate and the steel plate also has an influence, and more preferably 10000 μm or less.
［エッチング工程］
レーザ照射工程終了後、エッチングを行って鋼板表面に線状溝を形成する。エッチングに用いる手法は、鋼板をエッチングできれば任意の手法を用いることができるが、化学エッチングおよび電解エッチングの少なくとも一方を用いることが好ましい。エッチング量の制御という観点からは、電解エッチングを用いることがより好ましい。化学エッチングの場合には、例えば、ＦｅＣｌ３、ＨＮＯ３、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４からなる群より選択される少なくとも１つを含有する水溶液をエッチング液として用いることができる。また、電解エッチングの場合には、例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ２、ＮａＮＯ３からなる群より選択される少なくとも１つを含有する水溶液をエッチング液（電解液）として用いることができる。
[Etching process]
After completion of the laser irradiation process, etching is performed to form linear grooves on the surface of the steel sheet. As a method for etching, any method can be used as long as the steel sheet can be etched, but it is preferable to use at least one of chemical etching and electrolytic etching. From the viewpoint of controlling the etching amount, it is more preferable to use electrolytic etching. In the case of chemical etching, for example, an aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of FeCl 3 , HNO 3 , HCl, and H 2 SO 4 can be used as the etching liquid. Further, in the case of electrolytic etching, for example, an aqueous solution containing at least one selected from the group consisting of NaCl, KCl, CaCl 2 , and NaNO 3 can be used as an etching solution (electrolytic solution).
また、エッチングを行う際には、エッチング液を攪拌することが好ましい。エッチング液を攪拌することにより、エッチング槽内における電解液の温度や濃度の偏りを解消し、より均一にエッチングを行うことができる。また、槽内における電解液の流速を高めることによりエッチング効率を向上させることもできる。前記攪拌を行う方法は特に限定されないが、例えば、機械攪拌や、エッチング液を循環させることによる攪拌などを用いることができる。機械攪拌を行う場合には、エッチング液への耐性を考慮して、樹脂製の攪拌部材を用いることが好ましい。循環による攪拌を行う場合には、例えば、エッチング槽内にエッチング液の噴出口を設け、ポンプ等を用いてエッチング液を前記噴出口から噴出させることができる。 Further, it is preferable to stir the etching solution when performing etching. By stirring the etching solution, it is possible to eliminate unevenness in the temperature and concentration of the electrolytic solution in the etching tank and perform etching more uniformly. Also, the etching efficiency can be improved by increasing the flow rate of the electrolytic solution in the bath. The method of stirring is not particularly limited, but mechanical stirring, stirring by circulating an etching solution, or the like can be used, for example. When mechanical stirring is performed, it is preferable to use a resin stirring member in consideration of resistance to an etching solution. In the case of stirring by circulation, for example, a jetting port of the etching liquid can be provided in the etching tank, and the etching liquid can be jetted from the jetting port using a pump or the like.
電解エッチングにより前記エッチングを行う場合には、任意の方法で鋼板への通電を行うことができるが、例えば、ラジアルセル方式または水平セル方式のエッチング槽を用いて、直接通電または間接通電により通電を行うことができる。電解条件は、処理対象の鋼板や、使用する電解液等に応じて適宜調整すれば良いが、例えば、電流密度を１〜１００Ａ／ｄｍ2の範囲内で調整することができる。
エッチングによって形成される線状溝の形状は、レーザビーム形状やエッチング条件によって調整できるが、方向性電磁鋼板の磁気特性の観点からは、線状溝の幅を１０μｍ以上８０μｍ以下、深さを１０μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましい。
When performing the etching by electrolytic etching, it is possible to energize the steel sheet by any method, for example, using an etching tank of the radial cell method or the horizontal cell method, energizing by direct or indirect energization. It can be carried out. The electrolysis conditions may be appropriately adjusted according to the steel plate to be treated, the electrolytic solution used, and the like, but the current density can be adjusted within the range of 1 to 100 A/dm 2 , for example.
The shape of the linear groove formed by etching can be adjusted by the laser beam shape and etching conditions. From the viewpoint of the magnetic characteristics of the grain-oriented electrical steel sheet, the width of the linear groove is 10 μm or more and 80 μm or less, and the depth is 10 μm. It is preferably not less than 40 μm.
［鉄損改善装置］
本発明に従って鋼板に溝を形成して鉄損を改善する装置としては、上記各工程を行うことができるものであれば、その他の構成は特に限定されることなく、任意の構成を有する装置を用いて実施することができる。しかし、生産性の観点からは、コイルとして供給される方向性電磁鋼板を連続的に処理することができる連続式の処理装置を用いることが好ましい。
[Iron loss improvement device]
As a device for improving iron loss by forming a groove in a steel plate according to the present invention, other configurations are not particularly limited as long as it is possible to perform the above-mentioned steps, and an apparatus having any configuration can be used. Can be carried out. However, from the viewpoint of productivity, it is preferable to use a continuous processing device capable of continuously processing the grain-oriented electrical steel sheet supplied as the coil.
上記連続式の処理装置としては、コイル状に巻かれた方向性電磁鋼板を払い出す払い出し部、コイル同士を接合する溶接部、前記方向性電磁鋼板の表面にレジストを塗布するレジスト塗布部および前記方向性電磁鋼板の表面に塗布されたレジストを乾燥する乾燥部からなるレジスト形成部、前記レジストが形成された方向性電磁鋼板の表面にレーザを照射してレジストを部分的に除去するレーザ照射部、レジストが除去された部分の前記方向性電磁鋼板をエッチングするエッチング部、前記方向性電磁鋼板の表面からレジストを除去するレジスト除去部、前記方向性電磁鋼板を切断する切断部および、前記方向性電磁鋼板を巻き取る巻取り部が、この順序で配置されることが好ましい。 As the continuous processing device, a payout part for paying out the grain-oriented electrical steel sheet wound in a coil shape, a welding part for joining the coils to each other, a resist coating portion for coating a resist on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet, and the above. A resist forming unit that includes a drying unit that dries the resist applied to the surface of the grain-oriented electrical steel sheet, and a laser irradiation unit that radiates a laser to the surface of the grain-oriented electrical steel sheet on which the resist is formed to partially remove the resist. An etching portion that etches the grain-oriented electrical steel sheet in a portion where the resist is removed, a resist removal portion that removes the resist from the surface of the grain-oriented electrical steel sheet, a cutting portion that cuts the grain-oriented electrical steel sheet, and the grain orientation. It is preferable that the winding unit that winds the electromagnetic steel sheet is arranged in this order.
また、レーザ照射部以降かつエッチング部の手前に、レジスト剥離状況を監視する撮像画像部を備えることが好ましい。すなわち、本発明では、レーザがスリットを通過することで該レーザの品質が劣化しやすいというデメリットが存在する。このデメリットはスリット形状や精度良い設置により低減可能であるが、操業を続けていくにつれて、外乱要因によってスリット設置状態が悪化し、レーザ品質が許容以上に悪化して、鋼板表面のビーム幅がレーザ剥離幅に対して許容以上に大きくなり、レジスト未剥離部でもレーザ照射によるダメージを受けて結果的に溝幅の増大を招く可能性は排除できない。あるいは、鉄損の観点からは、理想的には完全に連続していること 少なくとも１部分でも重なっているような連続溝が好適である。この連続溝を複数台のレーザ装置で実現するためには、全てのレーザ装置の同期をとることが重要である。各レーザ照射のタイミングも、レーザ装置部品の劣化などで経時的に徐々にずれが発生してくることが多々ある。このような事態になった際に、少しでも早く異常を検知するために、レーザ照射部以降にレジスト剥離状況を監視する撮像画像部を設置することが有効である。より好ましくは、画像診断結果をフィードバックして、同期補正などを自動で行えるロジックを構築すると、ラインを停止させることなくセッティングの修正が可能になるのでより好適である。 Further, it is preferable to provide a picked-up image section for monitoring the resist peeling condition after the laser irradiation section and before the etching section. That is, in the present invention, there is a demerit that the quality of the laser is likely to deteriorate due to the laser passing through the slit. This disadvantage can be reduced by the slit shape and accurate installation, but as the operation continues, the slit installation condition deteriorates due to disturbance factors, the laser quality deteriorates beyond the allowable level, and the beam width of the steel plate surface is reduced. It cannot be excluded that the peeled width becomes unacceptably large, and even the resist non-peeled portion may be damaged by laser irradiation, resulting in an increase in the groove width. Alternatively, from the viewpoint of iron loss, a continuous groove that is ideally completely continuous and has at least one portion overlapping is preferable. In order to realize this continuous groove with a plurality of laser devices, it is important to synchronize all the laser devices. The timing of each laser irradiation often gradually deviates over time due to deterioration of laser device components. In such a situation, in order to detect an abnormality as soon as possible, it is effective to install a picked-up image section for monitoring the resist peeling condition after the laser irradiation section. More preferably, it is more preferable to feed back the image diagnosis result and construct a logic capable of automatically performing synchronization correction and the like because the setting can be corrected without stopping the line.
さらには、レーザ照射部における通板速度を一定とするためのルーパーを備えることがより好ましい。すなわち、前記溶接の際等に、ラインの一部の箇所で通板速度が低下すると、レーザ照射部における通板速度まで減速してしまい、照射エネルギーが一時的に増大する結果、得られる溝幅が変動し、方向性電磁鋼板の鉄損特性にばらつきが生じる可能性がある。しかし、通板速度を一定とするためのルーパーを設置することにより、レーザ照射部における通板速度の変動を抑制し、方向性電磁鋼板の磁気特性のばらつきを防止できる。なお、前記ルーパーは、具体的には、前記溶接部と前記レジスト塗布部の間、および前記レジスト除去部と前記切断部の間にそれぞれ設置することが好ましい。 Further, it is more preferable to include a looper for keeping the plate passing speed in the laser irradiation section constant. That is, when the plate passing speed decreases at a part of the line during the welding or the like, it is reduced to the plate passing speed in the laser irradiation section, and the irradiation energy temporarily increases, resulting in a groove width obtained. Fluctuates, and the iron loss characteristics of the grain-oriented electrical steel sheet may vary. However, by installing the looper for keeping the strip running speed constant, it is possible to suppress the variation of the strip running speed in the laser irradiation part and prevent the variation of the magnetic characteristics of the grain-oriented electrical steel sheet. In addition, it is preferable that the looper is specifically installed between the welding portion and the resist coating portion and between the resist removing portion and the cutting portion, respectively.
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。本発明の実施形態は、本発明の趣旨に適合する範囲で適宜変更することが可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に包含される。 Next, the present invention will be specifically described based on Examples. The following example shows a preferred example of the present invention, and the present invention is not limited to the example. The embodiments of the present invention can be appropriately modified within the scope of the gist of the present invention, and all of them are included in the technical scope of the present invention.
レーザ照射条件の影響を評価するために、複数の条件で、方向性電磁鋼板の表面に線状溝を形成した。なお、方向性電磁鋼板としては、Ｃ：0.07質量％、Si：3.1質量％、Mn：0.05質量％、Al：0.025質量％、Ｎ：0.012質量％、Ｓ：0.005質量％およびSe：0.01質量％の成分組成を有する鋼スラブを常法に従って熱間圧延、次いで冷間圧延して0.20mmの冷延板とした。その後、グラビアオフセット印刷法により該鋼板の表面全体に均一にレジストを塗布した。レジストの目付量は4.5g/m2とした。 In order to evaluate the influence of laser irradiation conditions, linear grooves were formed on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet under a plurality of conditions. As the grain-oriented electrical steel sheet, C: 0.07 mass%, Si: 3.1 mass%, Mn: 0.05 mass%, Al: 0.025 mass%, N: 0.012 mass%, S: 0.005 mass% and Se: 0.01 mass%. A steel slab having the above-mentioned composition was hot-rolled and then cold-rolled into a 0.20 mm cold-rolled sheet according to a conventional method. Then, a resist was uniformly applied to the entire surface of the steel sheet by the gravure offset printing method. The weight per unit area of the resist was 4.5 g/m 2 .
レジストを塗布した後、300℃および60ｓで乾燥を行い、次いで、表２に示す条件にて、鋼板の幅方向に直線状にレーザ照射装置を走査しながらレーザを照射した。前記レーザの走査は、圧延方向に５．０ｍｍ間隔で周期的に行った。本実験では３台のシングルモードファイバーレーザの照射装置を鋼板の幅方向に並べて設置し、幅１２００mmのコイルに照射した。レーザ照射終了後、鋼板表面を観察し、レーザ照射部におけるレジスト除去幅（鋼板進行方向に対する剥離長さ）を測定した。この測定結果を表２に併記する。ここでは、レーザ装置の同期タイミングを複数条件で設定し、複数の連続・不連続剥離形態を有するサンプルを作製した。 After applying the resist, it was dried at 300° C. and 60 s, and then, under the conditions shown in Table 2, laser irradiation was performed while linearly scanning the laser irradiation device in the width direction of the steel sheet. The laser scanning was periodically performed at 5.0 mm intervals in the rolling direction. In this experiment, three single-mode fiber laser irradiation devices were installed side by side in the width direction of the steel sheet and irradiated to a coil having a width of 1200 mm. After the laser irradiation was completed, the surface of the steel sheet was observed, and the resist removal width (peeling length with respect to the steel sheet traveling direction) in the laser irradiation portion was measured. The measurement results are also shown in Table 2. Here, the synchronization timing of the laser device was set under a plurality of conditions, and samples having a plurality of continuous/discontinuous peeling forms were produced.
続いて、各サンプルに電解エッチングを行って線状溝を形成した。電解液としては２５％のＮａＣｌ水溶液を用い、所望の線状溝（幅・深さ）が形成されるよう、事前に電流密度調整を行った。電解条件は、電解液温度：２０℃、電流密度：４〜２４Ａ／ｄｍ2、通電時間：２ｍｉｎとした。エッチング終了後、鋼板の表裏面に残ったレジストをＮａＯＨ水溶液にて除去した。前記ＮａＯＨ水溶液の温度は、５０〜７０℃に保持した。その後、水洗および表面洗浄を行った。 Subsequently, each sample was subjected to electrolytic etching to form linear grooves. A 25% NaCl aqueous solution was used as the electrolytic solution, and the current density was adjusted in advance so that desired linear grooves (width/depth) were formed. The electrolysis conditions were as follows: electrolyte temperature: 20° C., current density: 4 to 24 A/dm 2 , and energization time: 2 min. After the etching was completed, the resist remaining on the front and back surfaces of the steel sheet was removed with an aqueous NaOH solution. The temperature of the NaOH aqueous solution was maintained at 50 to 70°C. Then, water washing and surface washing were performed.
その後、脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍および張力被膜の形成を、全てのサンプルに対して同じ条件で行った後、鉄損Ｗ17/50と線状溝の幅および深さをそれぞれ測定した。その測定結果を表３に併記する。なお、最終仕上焼鈍後においてＣ、Al、Ｎ、ＳおよびSeは不可避的不純物程度に低減されていた。 After that, decarburization annealing, final annealing, and formation of a tension film were performed on all the samples under the same conditions, and then the iron loss W 17/50 and the width and depth of the linear groove were measured. The measurement results are also shown in Table 3. After the final finish annealing, C, Al, N, S and Se were reduced to the level of inevitable impurities.
表３に示した結果から分かるように、本発明の範囲内の製造方法を採用したものは、本発明範囲外のものよりも溝幅が狭くなっており、その結果良好な鉄損特性が得られていることが分かる。さらに、レーザ照射端部が含まれるサンプルにおいては、本発明の範囲内においても特に連続的に溝が形成されたサンプルで良好な特性を示した。
As can be seen from the results shown in Table 3, those adopting the manufacturing method within the scope of the present invention have a narrower groove width than those outside the scope of the present invention, and as a result, good iron loss characteristics are obtained. You can see that it is done. Further, in the sample including the laser-irradiated end, particularly in the scope of the present invention, the sample in which the groove was continuously formed showed good characteristics.
Claims (9)
前記方向性電磁鋼板の圧延方向を横切る向きにレーザを照射して前記レーザの照射部分のレジストを除去する処理を、前記方向性電磁鋼板の圧延方向に間隔を置いて周期的に行うレーザ照射工程と、
前記方向性電磁鋼板のレジスト除去部分をエッチングして線状溝を形成するエッチング工程と、を有し、
前記レーザ照射工程におけるレーザの照射は、レーザ光を部分的にカットするスリット板のスリットを介して行う方向性電磁鋼板の鉄損改善方法。 A resist forming step of forming a resist on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet,
A laser irradiation step of periodically performing a process of irradiating a laser in a direction transverse to the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet to remove the resist in the irradiation portion of the laser at intervals in the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet. When,
An etching step of forming a linear groove by etching the resist removed portion of the grain-oriented electrical steel sheet,
A method of improving iron loss of a grain-oriented electrical steel sheet, wherein the laser irradiation in the laser irradiation step is performed through a slit of a slit plate that partially cuts the laser light.
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