JP6311786B2 - 方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板の製造方法、方向性電磁鋼板の評価方法及び鉄心 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板（grain oriented electrical steel sheet）、方向性電磁鋼板の製造方法、方向性電磁鋼板の評価方法及び鉄心に関するものである。

方向性電磁鋼板は、主にトランスおよび電気機器のモーター等の鉄心材料として利用される。よって省エネルギーの観点から、磁化特性が優れている方向性電磁鋼板、とりわけ鉄損が低い方向性電磁鋼板が求められている。

このような方向性電磁鋼板は、二次再結晶に必要なインヒビター、たとえば、ＭｎＳ、ＭｎＳｅ、ＡｌＮなどを形成するための元素（たとえばＭｎＳならＭｎおよびＳ）を含む鋼スラブを熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を行って１回または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延によって最終板厚としたのち、脱炭焼鈍を行い、ついで鋼板の表面にＭｇＯなどの焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上焼鈍を行って製造する。

上記の方法で製造された方向性電磁鋼板の表面には、特殊な場合を除いて、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）（forsterite）と呼ばれるセラミックス系の絶縁被膜（フォルステライト被膜とも呼ぶ。）が形成されている。通常、この上層に絶縁性向上と鋼板への張力付与を目的とした張力コーティング（tension coating）が施される。

フォルステライト被膜および張力コーティング膜は、方向性電磁鋼板を積層して鉄心として使用する場合に、鋼板間を電気的に絶縁し、渦電流（eddy current）を低減するのに有効に寄与する。積層鉄心には、平板を剪断・打ち抜いて複数枚積み上げる積み鉄心（例えば、特許文献１参照）と平板をコイル状に巻いて積層させる巻き鉄心（例えば、特許文献２参照）がある。積み鉄心における打ち抜き端部や巻き鉄心における曲げ加工部では、フォルステライト被膜の密着性が低いと、フォルステライト被膜が鋼板表面から剥離しやすい。フォルステライト被膜が剥離すると、鉄心組立ての際の締めつけにより、鋼板間の電気絶縁性が低下する。電気絶縁性が低下すると、積層鉄心を変圧器やモーターとした場合、局所的な発熱が起こるため、電気機器の性能が低下し、さらには絶縁破壊等の事故原因につながる危険性がある。また、鋼板表面とフォルステライト被膜の密着性が低いと、鋼板の変形時だけでなく異物の衝突によってもフォルステライト被膜の剥離が生じる。この剥離は通常、鋼板とフォルステライト被膜の界面で発生する。製造後から鉄心組立てまでの期間に、フォルステライト被膜剥離により、鋼板の腐食につながる可能性もある。鋼板の腐食は、方向性電磁鋼板の商品価値を下げる原因ともなる。

ところで、方向性電磁鋼板では、鉄損をさらに低くすることを目的として、磁区細分化（magnetic domain refining）を行う方法が提案および実用化されている。これらは最終冷延後に鋼板表面に溝（groove）等の欠陥を付与する、あるいは二次再結晶焼鈍後に電子線（電子ビーム）照射やレーザービーム照射により鋼板表面に局所的に歪を導入することにより、磁区を細分化する方法である。これらの磁区細分化技術のうち、局所的に歪みを導入する技術では、歪みの導入がフォルステライト被膜が形成された後に実施される。ところが、フォルステライト被膜の密着性（adhesion property）が低いと、電子線照射やレーザービーム照射の条件によってはフォルステライト被膜さらには張力コーティングも一緒に鋼板から剥離する。これらが鋼板から剥離すると、方向性電磁鋼板の絶縁性と耐食性が著しく低下する。この対策として、剥離部を覆う目的で再度コーティングすると、方向性電磁鋼板の製造コストが高くなるだけでなく、張力コーティングの焼付け処理により、局所歪が緩和されるため磁区細分化の効果が大幅に弱められてしまう。

鋼板とフォルステライト被膜の密着性を高め、剥離を最小限に抑えることはきわめて重要である。特に、磁区細分化処理を行う高グレードの方向性電磁鋼板については、剥離に強い、すなわちフォルステライト被膜と鋼板表面との密着性が高いものが求められている。

さらに、フォルステライト被膜は鋼板表面に引張応力を与えることにより磁気特性を向上させる役割も担っている。よって、被膜密着性に優れかつ鋼板表面に引張応力を与える能力が高い被膜形成が望まれている。なお、被膜密着性とはフォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を意味する。

特開２０００−１１４０６４号公報 特開２００３−３１８０３９号公報

ところが、鋼板表面との密着性の高いフォルステライト被膜を形成することは容易ではない。これは、フォルステライト被膜の密着性を左右する因子が十分に把握できていないからである。例えば、フォルステライト被膜の密着性は従来、曲げ剥離試験（adhesion test (or peeling test）により評価されるが、電子ビーム照射したフォルステライト被膜の密着性は、通常行われる曲げ剥離試験の結果と傾向が異なる場合がある。なお、曲げ剥離試験は破壊検査であるため、製造ラインに組み込んでコイル全体を評価・管理することが出来ないという問題もある。

この発明の第一の課題は、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性に優れる方向性電磁鋼板と、その方向性電磁鋼板を用いて製造した鉄心及びその方向性電磁鋼板の製造方法を提供することにある。

この発明の第二の課題は、フォルステライト被膜の評価に関するものであり、具体的には、第一の目的がフォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価できる評価方法を提供することにあり、第二の目的が上記密着性を評価するとともにフォルステライト量を評価できる評価方法を提供することにあり、第三の目的が上記評価方法による評価を行う工程を有する方向性電磁鋼板の製造方法を提供することにあり、第四の目的が上記評価方法を用いて選別してなる方向性電磁鋼板や該方向性電磁鋼板を用いて製造した鉄心を提供することにある。

発明者らは、フォルステライト被膜の分布を、フォルステライト被膜表面から、またはフォルステライト被膜の上に生成させた張力コーティング表面から非破壊で容易に評価する方法を見出した。

これは、方向性電磁鋼板に電子線を照射すると、フォルステライト被膜が発光する電子線励起光（electron-beam-excitation light）、すなわちカソードルミネッセンス（cathodoluminescence。以下、ＣＬと略す。）を信号として検出する方法である。すなわち、発明者らは、走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略す）に光評価部（光検出部などからなる光評価部）を取りつけ、方向性電磁鋼板の表面および断面に、電子線を走査させ照射し、フォルステライト被膜から発生した電子線励起光の信号によってつくられるＣＬ像の観察を行い、方向性電磁鋼板のフォルステライト被膜の分布を導出できることを明らかにした。

さらに、本発明者らは、この方法を用いて、フォルステライト被膜の分布と、被膜密着性（鋼板表面とフォルステライト被膜との密着性）との関係を精力的に評価することにより、フォルステライト被膜の被覆率をある範囲に制御することで、高い被膜密着性を有する方向性電磁鋼板を得ることができることを見出し、第一の課題を解決する発明を完成させた。

また、本発明者らは、フォルステライト被膜を有する様々な方向性電磁鋼板について、ＣＬスペクトルを測定し、フォルステライト被膜性状との関連を詳細に調べた。その結果、波長が４１０ｎｍ付近を中心とする発光（発光ピークＡとする）、波長が５００ｎｍ付近に存在する発光（発光ピークＢとする）、および波長が６４０ｎｍ付近を中心とする発光（発光ピークＣ）の存在を確認した。さらに様々な方向性電磁鋼板を比較すると、これらの発光ピークの波長は大きく違わないが、各ピークの発光強度は大きく変化することを見出した。これらはフォルステライト被膜と鋼板表面との密着性、形成量（フォルステライト量）などの性状と密接に関連しており、ピーク強度あるいはピーク強度比を用いることで、フォルステライト被膜の性状を定量的に評価できることを見出した。また、発光ピーク強度比とフォルステライト量との関係を利用することで、フォルステライト被膜の性状の好適範囲を特定できることも見出した。これらの知見に基づき、本発明者らは、第二の課題を解決する発明を完成させた。

本発明は、このような知見に基づく検討により完成されたものであり、その要旨は下記に述べるものである。

［１］鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板であって、表面から見てフォルステライト被膜に散在する欠損部の合計面積率が、フォルステライト層の表面積に対して１．５％未満であることを特徴とする方向性電磁鋼板。

［２］前記のフォルステライト被膜において欠損部の合計面積率が、０．１％以上であることを特徴とする［１］に記載の方向性電磁鋼板。

［３］前記欠損部の少なくとも一部は、筋状であることを特徴とする［１］または［２］に記載の方向性電磁鋼板。

［４］前記の方向性電磁鋼板の表面に磁区細分化処理がなされていることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。

［５］［１］〜［４］のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を積層してなる鉄心。

［６］鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の良否を、表面から見てフォルステライト被膜に散在する欠損部の合計面積率が所定の範囲内にあるか否かに基づき選別する良否選別工程を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

［７］さらに、前記良否選別工程で、良に選別された方向性電磁鋼板の表面に対して、磁区細分化処理を施す磁区細分化処理工程を、有することを特徴とする［６］に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。

［８］鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価する方向性電磁鋼板の評価方法であって、前記方向性電磁鋼板表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長３８０〜６００ｎｍに出現する発光ピークＡおよび／または発光ピークＢの強度と下記強度比の少なくとも一方を用いて、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価することを特徴とする方向性電磁鋼板の評価方法。
（強度比）
Ｉａ／Ｉｃ、Ｉｂ／Ｉｃ、および（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃのいずれかの強度比
Ｉａは発光ピークＡの強度を意味し、Ｉｂは発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度を意味し、Ｉｃは波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度を意味する。

［９］鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性及びフォルステライト量を評価する方向性電磁鋼板の評価方法であって、前記方向性電磁鋼板表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長３８０〜６００ｎｍに出現する発光ピークＡおよび／または発光ピークＢの強度と下記強度比の少なくとも一方を用いて、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価し、波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度を用いて、フォルステライト被膜のフォルステライト量を評価することを特徴とする方向性電磁鋼板の評価方法。
（強度比）
Ｉａ／Ｉｃ、Ｉｂ／Ｉｃ、および（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃのいずれかの強度比
Ｉａは発光ピークＡの強度を意味し、Ｉｂは発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度を意味し、Ｉｃは発光ピークＣの強度を意味する。

［１０］３８０〜４５０ｎｍに出現する発光ピークＡの強度及び／又はＩａ／Ｉｃを用いて評価することを特徴とする［８］又は［９］に記載の方向性電磁鋼板の評価方法。

［１１］鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記フォルステライト被膜形成後に、表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長３８０〜６００ｎｍに出現する発光ピークＡおよび／または発光ピークＢの強度と下記強度比の少なくとも一方を用いて、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価して方向性電磁鋼板の良否を選別する良否選別工程を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
（強度比）
Ｉａ／Ｉｃ、Ｉｂ／Ｉｃ、および（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃのいずれかの強度比
Ｉａは発光ピークＡの強度を意味し、Ｉｂは発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度を意味し、Ｉｃは波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度を意味する。

［１２］鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記フォルステライト被膜形成後に、表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長３８０〜６００ｎｍに出現する発光ピークＡおよび／または発光ピークＢの強度と下記強度比の少なくとも一方を用いて、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価するとともに、波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度を用いて、フォルステライト被膜のフォルステライト量を評価して方向性電磁鋼板の良否を選別する良否選別工程を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
（強度比）
Ｉａ／Ｉｃ、Ｉｂ／Ｉｃ、および（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃのいずれかの強度比
Ｉａは発光ピークＡの強度を意味し、Ｉｂは発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度を意味し、Ｉｃは発光ピークＣの強度を意味する。

［１３］前記良否選別工程では、３８０〜４５０ｎｍに出現する発光ピークＡの強度及び／又はＩａ／Ｉｃを用いて評価することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。

［１４］鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板であって、表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長３８０〜４５０ｎｍに出現する発光ピークＡのピーク強度Ｉａと波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度Ｉｃの強度比Ｉａ／Ｉｃが０．４以上であり、フォルステライト被膜の酸素付着量が２．６ｇ／ｍ^２以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板。

［１５］磁区細分化処理がなされていることを特徴とする［１４］に記載の方向性電磁鋼板。

［１６］［１４］又は［１５］に記載の方向性電磁鋼板を積層してなる鉄心。

本発明によれば、鋼板表面との密着性が高いフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を提供することができる。また、本発明によれば、磁区細分化処理を行っても、鋼板表面との密着性が高いフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を提供することができる。

さらに、本発明によれば、高性能のフォルステライト被膜（鋼板表面との密着性が高いフォルステライト被膜）を有する方向性電磁鋼板を評価、製造、および提供することができる。

図１−１は、第一実施形態を説明する図であり、フォルステライト評価装置の一例を模式的に示す図である。 図１−２は、第一実施形態を説明する図であり、図１−１に示すフォルステライト評価装置が備える光評価部を模式的に示す図である。 図１−３（ａ）、（ｂ）は、第一実施形態を説明する図であり、フォルステライト被膜の分布を調査した結果の一例を示す図である。 図１−４（ａ）、（ｂ）は、第一実施形態を説明する図であり、図１−３に示すＣＬ像を、適当な閾値で欠損部（defective parts）と被膜存在部を分離するように二値化した二値化像を示す図である。 図１−５は、第一実施形態を説明する図であり、電子ビームによる磁区細分化処理前の欠損部の面積率と、電子ビームによる磁区細分化処理後の被膜剥離面積率との関係を示す図である。 フォルステライト評価装置の一例を模式的に示す図である。 図２−１に示すフォルステライト評価装置が備える光評価部を模式的に示す図である。 表面側から張力コーティング、フォルステライト被膜、鋼板を、この順で有する方向性電磁鋼板のＣＬスペクトルの一例である。 試薬から合成したフォルステライトの粉末を、図２−３と同じ条件で測定したときの発光スペクトルの一例を示す図である。 電子加速電圧を５ｋＶ、１５ｋＶ、２５ｋＶに設定したときに得られたＣＬスペクトルを示す図である。 発光ピークの強度として、ピーク高さを用いた例を示す図である。 実施例における発光ピークＣに対する発光ピークＡの高さ強度比と酸素付着量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

＜第一実施形態＞
以下の説明は、第一実施形態の発明に関するものである。本発明においては、方向性電磁鋼板として、鋼板上にフォルステライト被膜を有するものであり、表面側から張力コーティング、フォルステライト被膜、鋼板を、この順で有するものであることが好ましい。

上記鋼板は、従来公知の方向性電磁鋼板であれば、例えば、インヒビター成分の使用不使用等にかかわらず、そのいずれもが好適に使用することができる。なお、本明細書では、便宜上、鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板、張力コーティングおよびフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を方向性電磁鋼板といい、張力コーティングやフォルステライト被膜形成前の方向性電磁鋼板を鋼板という。

ここで、鋼板にフォルステライト被膜を形成する方法としては、たとえば、つぎに述べる方法が挙げられる。まず、最終板厚に仕上げた、適量のＳｉを含有する鋼板に対して、再結晶焼鈍を兼ねる脱炭焼鈍を実施する。ついで、焼鈍分離剤（annealing separator）（ＭｇＯを主成分とするものが好適である）を塗布し、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍（final finishing annealing）を行う。

上記脱炭焼鈍では鋼板表面にＳｉＯ_２を主成分とする酸化膜（サブスケール）を生成させておき、最終仕上げ焼鈍中に、この酸化膜と焼鈍分離剤中のＭｇＯとを反応させることにより、鋼板上にフォルステライト被膜（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）が形成される。

張力コーティングを形成する方法としては、公知の方法でよいが、たとえば、最終仕上げ焼鈍後に、無機系コーティングや物理蒸着法、化学蒸着法等によるセラミックコーティングなどにより、フォルステライト被膜上に張力コーティングを形成する方法が挙げられる。張力コーティング層を形成すれば、鉄損を低減できる。

つぎに、本発明の方向性電磁鋼板の好ましい形態について説明する。表面から見てフォルステライト被膜上の欠損している領域（欠損部）の合計面積率（単に「面積率」という場合がある。）が、１．５％未満である。以下、欠損部の面積率を特定する方法について説明する。

先ず、上記の特定に必要なフォルステライト評価装置について説明する。

図１−１は、フォルステライト評価装置の一例を模式的に示す図である。図１−２は、図１−１に示すフォルステライト評価装置が備える光評価部を模式的に示す図である。図１−１に示す通り、フォルステライト評価装置１は、試料台１０と、電子線照射部１１と、光評価部１２と、真空チャンバー１３と、波長カットフィルター１４を有する。図１−１に示す通り、真空チャンバー１３内に、試料台１０と、電子線照射部１１と、光評価部１２と、波長カットフィルター１４が収容されている。ここで、真空チャンバーにより実現できる真空とは、ＳＥＭを動作可能な真空度であり、通常は１０^−２Ｐａである。ただし、差動排気（differential evacuation）を備えたシステムではこの限りではない。例えば、２００Ｐａ程度までの真空度でも可能である。

なお、図１−１に示すフォルステライト評価装置１は、波長カットフィルター１４を備える。ただし波長カットフィルター１４がなくても、光の情報に基づいて、フォルステライトの存否等の目的とする情報を確認することができる。したがって、波長カットフィルター１４はなくてもよい。

フォルステライト評価装置１では、試料台１０に保持された試料２（方向性電磁鋼板である試料）に対して、電子線照射部１１（例えば、電子線発生部と電子線を絞り走査する電子光学系）から電子線を照射できる（電子線を点線矢印で図１−１に示した）。電子線が照射された試料２がフォルステライトを有する場合、電子線による励起で試料２が発光する。この発光を光評価部１２で評価することで、発光している領域、発光していない領域に基づき、フォルステライトが存在すること、フォルステライトが存在する位置、フォルステライト量、フォルステライト量の分布を確認できる。

図１−２に示す通り、光評価部１２は、光測定部１２０と、定量分析部１２１と、相関関係記憶部１２２とを有する。光評価部１２とは、光を検出して光の信号強度や明るさを測定する一般的な光検出器（光測定部１２０に相当）に、特定の相関関係を記憶した相関関係記憶部１２２と、上記相関関係に光検出器からの情報をあてはめて、定量分析を行う定量分析部１２１とを組み合わせたものである。光測定部１２０と、定量分析部１２１と、相関関係記憶部１２２は信号ケーブル等で接続されているが必ずしも一体である必要はなく、例えば光測定部１２０を独立させ、定量分析部１２１と相関関係記憶部１２２は装置から離れたコンピュータ内とすることができる。したがって、例えば、上記相関関係を記憶させるとともに通常の定量分析機能を有するコンピュータと、一般的な光検出器を組み合わせれば、本発明において好ましい光評価部１２となる。

光測定部１２０は、可視光を検出できれば特に限定されず、光増倍管（photomultiplier tube：ＰＭＴ）等を使用して光を検出するものであってもよい。また、光測定部１２０は、検出した光の情報を信号強度や明るさ等の情報に変換する機能を有する。したがって、試料２に対して、電子線照射部１１から電子線を照射したときに、該電子線による励起で発光する光を検出し、この光の情報を信号強度や明るさ（brightness）等の情報に変換する。

また、光測定部１２０は、電子線による励起で発光する光を、試料の表面を複数の領域に分割したときの領域毎に検出することができる。このため、光測定部１２０からの光の検出を確認することで、発光する領域の面積、発光しない領域の面積も確認できる。上記領域の面積（１単位となる面積）は特に限定されず、要求される確認の精度等に応じて、適宜調整すればよい。

光測定部１２０が検出した光の情報を確認する方法は、特に限定されないが、光評価部１２をＳＥＭと組み合わせて用いることで確認できる。例えば、ＳＥＭに光測定部１２０を装着し、その信号を電子線の走査位置に対応付けて画像化し確認できる。

上記の通り、光測定部１２０では光の信号強度又は明るさを測定できる。この信号強度又は明るさは、定量分析部１２１に送られ、定量分析部１２１において、この光の情報と相関関係記憶部１２２に記憶された相関関係と（フォルステライトを有する試料に電子線を照射したときに、電子線による励起で発光する光の信号強度又は明るさとフォルステライト量との間の相関関係）に基づいて、試料中のフォルステライト量やフォルステライト量の分布が導出される。より具体的には、信号強度や明るさと、相関関係から、所定の領域でのフォルステライト量が導出され、複数の領域でのフォルステライト量の情報より、フォルステライト量の分布が導出される。そして、定量分析部１２１では、所定の閾値以上の信号強度や明るさの場合に、フォルステライト有り、閾値未満の場合にフォルステライト無として、二値化した分布から欠損領域の面積率を導出する。なお、明るさとは、電子線励起光の信号強度に基づいて導出したＣＬ像における明るさを指し、例えば、輝度（luminance）を用いて表すことができる。また、閾値はＣＬ像における明るさ等から適宜設定すればよい。

なお、相関関係記憶部１２２に記憶される相関関係を導出する方法は特に限定されない。例えば、試料中のフォルステライト量が判明しており、フォルステライト量が異なる複数の試料を用い、それぞれの試料に電子線を照射し、電子線励起光の信号強度や明るさを測定することで導出できる。

上記のフォルステライト評価装置を用いて、発明者らは、被膜密着性（鋼板表面とフォルステライト層との密着性）に優れた方向性電磁鋼板と被膜密着性の劣る方向性電磁鋼板について、フォルステライト被膜の生成状況の違いを明らかにすることを目的に、張力コーティングの上から非破壊で、フォルステライト被膜の生成状況を観察した。フォルステライト被膜の分布を調査した結果の一例を図１−３に示す。図１−３に示すＣＬ像の倍率は、ポラロイド（登録商標）写真に対する倍率で５０倍とし、およそ１．７ｍｍ×２．１ｍｍの領域を観察している。図１−３に示すＣＬ像においてフォルステライト被膜が存在しない領域では基本的には励起光の信号が得られないため、暗いコントラストとなる。このような領域は、図１−３のＣＬ像の中に矢印で例示した暗いコントラストで示される部分である。以後この領域をフォルステライト被膜欠損部（又は単に欠損部）と表現する。

図１−３（ａ）は被膜密着性に優れた方向性電磁鋼板のＣＬ像であり、図１−３（ｂ）は被膜密着性に劣る方向性電磁鋼板のＣＬ像である。両者を比較すると、被膜密着性が優れた方向性電磁鋼板のＣＬ像のほうが、フォルステライト被膜の表面における欠損部の占める面積が小さいことがわかる。この欠損部は、幅がおよそ２０μｍ以下であり、多くの場合、一方向に長さ５０μｍ以上にわたって筋状に分布しているが、一部ドット状に連なった形状を示す部位も存在する。

上記の通り、欠損部はドットで構成され、ドットの直径は５μｍ〜５０μｍである。図１−３に示すようにドットは散在している。なお、欠損部には肉眼で確認できるようなサイズ、例えば、円相当直径が２００μｍを超えるような円形や楕円形あるいはこれらに近い不定形の、低頻度（例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの視野に１個あるかないかよりも低い頻度（上記視野に１個ある確率が５０％未満））で存在する被膜欠陥は含まない。したがって、これらの欠陥は本願発明の被膜欠損評価対象から除外する。

図１−４には、図１−３に示すＣＬ像を、適当な閾値で欠損部と被膜存在部を分離するように二値化した二値化像を示す。図１−４（ａ）の二値化像が図１−３（ａ）のＣＬ像に対応し、図１−４（ｂ）の二値化像が図１−３（ｂ）のＣＬ像に対応する。図１−４に示すように、明るい部分（被膜存在部）と暗い部分（欠損部）の面積の和に対する暗い部分の面積率を算出することにより、被膜欠損部の面積率を数値化することができる。なお、欠損部はほぼ均一にフォルステライト被膜表面に分布しているため、一部の領域で上記面積率を算出すれば、その結果がフォルステライト被膜表面における欠損部の面積率と評価することができる。

本発明者らは、被膜密着性の異なる方向性電磁鋼板について、磁区細分化処理後の、フォルステライト被膜の欠損部の面積率と被膜密着性との関係を調査した。具体的には、磁区細分化処理に用いる電子ビームを、故意に強い一定の照射条件（１６ｍＡ）にして、張力コーティングの上から照射してフォルステライト被膜を強制的に剥離させ、このときの欠損部の面積率で被膜密着性を評価した。被膜剥離面積率が１０％未満であると、良好な被膜密着性を有すると判定し、１０〜１５％は許容範囲と判定した。なお、フォルステライト被膜欠損部の面積率、被膜剥離面積率は、ＣＬ像の二値化像から求めた。

図１−５に電子ビームによる磁区細分化処理前の欠損部の面積率（横軸の被膜欠損部面積率）と、電子ビームによる磁区細分化処理後の被膜剥離面積率（縦軸の電子ビーム照射剥離面積率）との関係を示す。これによれば、上記処理前の欠損部の面積率が１．５％以上のとき、処理後の被膜剥離面積率が１５％超となり、密着性が劣化することがわかった。また、図１−３から、フォルステライト被膜欠損部の面積率が０．１％未満の場合にも、密着性が若干劣化することがわかった。

以上から、その欠損部の面積率が１．５％未満であれば、上記の電子ビーム処理したときですら被膜密着性が高いことから、極めて被膜密着性が高いといえる。また、欠損部の面積率は０．１％以上であることが上記の通り好ましい。

欠損部はフォルステライト被膜の表面に散在しており、その少なくとも一部の欠損部は、筋状に形成される。この筋状の欠損部は、縦長である場合の他、欠損部がドット状に連なり全体として筋状になっているものも含む。これらの欠損部はＣＬ像内から確認できる。さらに、発明者らは、磁区細分化用のビーム照射の前後でフォルステライト被膜の分布形態を調査した結果、筋状欠損部（ドット状に連なり全体として筋状になっている場合も含む）は被膜剥離の起点となる場合があることがわかった。従って、筋状等の欠損部は、後述の通り、一定量以上存在することが好ましいものの、欠損部の面積率を１．５％未満とすることで実用上十分な密着性を保つことが可能である。

上記の通り、磁区細分化用のビーム照射に対する被膜密着性は筋状等の欠損部がまったく存在しない被膜よりも、面積率で０．１％以上１．５％未満の範囲内で筋状等の欠損部が存在するほうが好ましい。これは、筋状等の欠損部が、被膜の剥離の伝播を阻止する効果をもつこと、および適度な被膜欠損部の分布は、外力に対して被膜に柔軟性を与えることによると推定される。また、適度な欠損部を存在させることは工業上有利である。すなわち、完全に鋼板表面をフォルステライトで覆うための工夫、例えば非常に多くの酸化物を形成させるなどが、不要になるからである。

上記の欠損部の形成方法は、例えば、実施例に記載の方法を採用できる。また、筋状の欠損部を形成するにあたっては、方向性電磁鋼板の圧延方向に延びる欠損部とすることが、筋状の欠損部の形成が容易であるため好ましい。

上記の通り、フォルステライト被膜の欠損部の面積率は、ＣＬ像を取得することで非破壊、張力コーティングを剥離することなく評価することができる。製造した製品においては、欠損部の面積率が上記範囲内に入るかどうかであらかじめ被膜密着性を評価することが可能となる。

以上に示したフォルステライト被膜の評価方法を実施するには、上記フォルステライト評価装置を用いればよい。上記の通り、例えば、ＳＥＭに光を検出可能な検出器（光測定部１２０に相当）を装着し、その信号を電子線の走査位置に対応付けて画像化することのできる装置を用いることができる。画像はデジタル信号として取り出せることが望ましい。上記検出器としては、可視光を検出できればとくに限定されず、光増倍管（ＰＭＴ）などを使用して光を検出するものであってもよい。

張力コーティングの下層に存在するフォルステライト被膜を評価するために、励起電子線の照射条件である加速電圧を調整する必要がある。必要な加速電圧は、張力コーティングの種類や厚みによって異なるが、ＣＬ像と通常の二次電子像を比較して、表面形状の影響をできるだけ受けずにフォルステライト被膜の分布を観察できる加速電圧を選べばよい。これは加速電圧を変化させてＣＬ像、二次電子像をみることで過度の試行錯誤をすることなく決定できる。一例を挙げるとすると、リン酸塩系張力コーティング（phosphate based tension coating）の厚みが１〜２μｍの場合、加速電圧は２０〜４０ｋＶの範囲が良い条件範囲である。また、像の倍率は任意で決定できるが、広い視野で被膜分布を観察するため低倍率が望ましい。例えば、図１−３の例は、ポラロイド（登録商標）写真に対する倍率で５０倍の像であり、およそ１．７ｍｍ×２．１ｍｍの領域が観察されている。フォルステライト被膜の欠損部の面積率の評価については、この倍率のＣＬ像を３視野以上取得し、二値化したのち平均すればよい。二値化の閾値は、ＣＬ像取得時の明るさやコントラストに依存するが、図１−４のように、画像を見ながら筋状等の被膜欠損部を抽出でき、かつ点状の暗いコントラストを極力少なくする条件で選べばよい。

次に、本発明の方向性電磁鋼板を製造する方法について説明する。

方向性電磁鋼板は、加熱したスラブを熱延後、１回または中間焼鈍をはさむ２回の冷間圧延によって最終板厚としたのち、脱炭焼鈍を行う。ついで鋼板の表面にＭｇＯなどの焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上焼鈍を行うことで、上述の通り、フォルステライト被膜を形成させる。表面に筋状のフォルステライト被膜欠損部を形成させるには、冷間圧延条件を調整して、脱炭焼鈍前の鋼板表面に主に圧延方向に凸部を設けることで行うことができる。焼鈍分離剤を塗布する際に、このような鋼板凸部では、焼鈍分離剤が塗布されにくくなり、最終仕上焼鈍において筋状のフォルステライト被膜欠損部が形成される。あるいは、焼鈍分離剤を塗布する際にブラシなどを用いて筋状の焼鈍分離剤欠損部を形成させても良い。また、スケール欠損部が多く形成され過ぎ、これを減らすためには、脱炭焼鈍条件を変更すればよい。具体的には、例えばサブスケール不足により欠陥が多く形成される場合には、脱炭焼鈍時の雰囲気酸化性（Ｐ（Ｈ_２Ｏ）／Ｐ（Ｈ_２））を上げ、厚いサブスケールを形成させる。この場合も、焼鈍分離剤欠損部が最終仕上焼鈍において筋状のフォルステライト被膜欠損部となる。以上のべたように、フォルステライト被膜の筋状欠損部は、コイルの長手方向（圧延方向）に沿って形成させることが、連続処理が可能で製造上簡便で効率が良いため、好ましい。フォルステライト被膜の形成量は特に制限を設けないが、被膜中の酸素量を用いて、フォルステライト量を評価したときに、酸素量が２．４ｇ／ｍ^２以上であることが望ましい。これより被膜形成量（フォルステライト量）が少ないと、フォルステライト被膜欠損部を本発明範囲内に調整しても十分な被膜密着性が得られない場合があるためである。

本発明の方向性電磁鋼板に対して磁区細分化処理を施す際の具体的な方法は特に限定されないが、電子ビーム照射（ＣＬ像取得の電子ビームとは異なる）により磁区細分化を行った鋼板は、フォルステライト被膜の剥離をほとんど起こさないため、耐食性確保のために剥離部を再被覆（再コーティング）する必要がない。このため、低いコストで低鉄損と耐食性を有する方向性電磁鋼板が得られる。ここで、磁区細分化のための好ましい電子ビーム照射条件範囲としては、加速電圧Ｅ（ｋＶ）、ビーム電流Ｉ（ｍＡ）およびビームの走査速度Ｖ（ｍ／ｓ）は、以下の条件で行うことが好ましい。
４０≦Ｅ≦１５０
６≦Ｉ≦１２
Ｖ≦４０
なお、電子ビームの径は０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。また、照射は、１回で行ってもよく、複数回行ってもよい。この範囲内で被膜剥離が生じない条件を選定すればよいが、本発明の方向性電磁鋼板は電流のより高い条件で照射する際に被膜剥離を起こしにくい。「電流のより高い条件」とは８ｍＡ以上である。上限は特に限定されないが、フォルステライト被膜が剥離しない範囲で適宜設定すればよい。

以上の通り、本発明の方向性電磁鋼板は、表面から見てフォルステライト被膜に散在する欠損部の合計面積率が、フォルステライト層の表面積に対して１．５％未満であるため、フォルステライト被膜の被膜密着性が高い。

また、本発明の方向性電磁鋼板において、電子ビーム処理したときですら被膜密着性を高くできることが特徴の１つである。

本発明を製造ラインに適用することにより、得られた結果を製造条件調整にフィードバックすることで、被膜性状が全長にわたって保証された方向性電磁鋼板コイルの製造が可能になる。

上記の通り、本発明は、被膜密着性に優れた方向性電磁鋼板であるため、これを用いて鉄心を製造すれば、優れた鉄心が得られる。なお、本発明で想定する鉄心とは、モーター用の鉄心であり、巻き鉄心や積み鉄心等を例示できる。

また、表面から見てフォルステライト被膜に散在する欠損部の合計面積率に基づいて、方向性電磁鋼板の良否選別工程を有する製造方法としたり、さらに、良に選別された鋼板に対して磁区細分化処理を施す磁区細分化処理工程を有する製造方法としたりすることで、優れた方向性電磁鋼板を効率よく製造できる。なお、否に選別された鋼板については、要求される特性のレベルが高く無い用途に用いることができる。

＜第二実施形態＞
以下の説明は、第二実施形態の発明に関するものである。

先ず、表面側から張力コーティング、フォルステライト被膜、鋼板を、この順で有する方向性電磁鋼板について説明する。上記鋼板は、従来公知の方向性電磁鋼板であれば、例えば、インヒビター成分の使用不使用等にかかわらず、そのいずれもが好適に使用することができる。なお、本明細書では、便宜上、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板、張力コーティングおよびフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を方向性電磁鋼板といい、張力コーティングやフォルステライト被膜形成前の方向性電磁鋼板を鋼板という。

フォルステライト被膜形成方法、張力コーティングの形成方法は特に限定されず、例えば、以下の方法が挙げられる。

ここで、鋼板にフォルステライト被膜を形成する方法としては、たとえば、つぎに述べる方法が挙げられる。まず、最終板厚に仕上げた、適量のＳｉを含有する鋼板に対して、再結晶焼鈍を兼ねる脱炭焼鈍を実施する。ついで、焼鈍分離剤（ＭｇＯを主成分とするものが好適である）を塗布し、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍を行う。

上記脱炭焼鈍では鋼板表面にＳｉＯ_２を主成分とする酸化膜（サブスケール）を生成させておき、最終仕上げ焼鈍中に、この酸化膜と焼鈍分離剤中のＭｇＯとを反応させることにより、鋼板上にフォルステライト被膜（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）が形成される。

張力コーティングを形成する方法としては、公知の方法でよいが、たとえば、最終仕上げ焼鈍後に、無機系コーティングや物理蒸着法、化学蒸着法等によるセラミックコーティングなどにより、フォルステライト被膜上に張力コーティングを形成する方法が挙げられる。張力コーティング層を形成すれば、鉄損を低減できる。

次いで、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価する方法について説明する。

図２−１は、フォルステライト評価装置の一例を模式的に示す図である。図２−２は、図１−１に示すフォルステライト評価装置が備える光評価部を模式的に示す図である。図２−１に示す通り、フォルステライト評価装置１は、試料台１０と、電子線照射部１１と、光評価部１２と、真空チャンバー１３と、波長カットフィルター１４を有する。図２−１に示す通り、真空チャンバー１３内に、試料台１０と、電子線照射部１１と、光評価部１２と、波長カットフィルター１４が収容されている。ここで、真空チャンバー１３により実現できる真空とは、ＳＥＭを動作可能な真空度であり、通常は１０^−２Ｐａである。ただし、差動排気を備えたシステムではこの限りではない。例えば、２００Ｐａ程度までの真空度でも可能である。

なお、図２−１に示すフォルステライト評価装置１は、波長カットフィルター１４を備えるが、波長カットフィルター１４がなくても、光の情報に基づいて、フォルステライト被膜の性状を確認することができる。したがって、波長カットフィルター１４はなくてもよい。

フォルステライト評価装置１では、試料台１０に保持された試料２（方向性電磁鋼板である試料）に対して、電子線照射部１１（例えば、電子線発生部と電子線を絞り走査する電子光学系）から電子線を照射できる（電子線を点線矢印で示した）。電子線が照射された試料２がフォルステライトを有する場合、電子線による励起で試料２が発光する。この発光を光評価部１２で評価することで、被膜密着性、フォルステライト量、磁気特性、歪み、不純物等のフォルステライト被膜の性状を確認できる。なお、被膜密着性は、波長３８０〜６００ｎｍに出現する発光ピークＡおよび／または発光ピークＢ（図２−３参照）の強度と下記強度比の少なくとも一方を用いて確認できる。また、フォルステライト量は、波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣ（図２−３参照）の強度を用いて確認できる。磁気特性は発光ピークＡおよび／または発光ピークＢの強度を用いて確認できる。不純物は発光ピークＡ〜Ｄ（図２−３参照）の強度を用いて確認できる。

図２−２に示す通り、光評価部１２は、光測定部１２０と、定量分析部１２１、相関関係記憶部１２２とを有する。光評価部１２とは、ＣＬスペクトルを測定できる機能を有し（どのようにＣＬスペクトルを測定するかについては後述する。）、光を検出してＣＬスペクトルにおける特定波長の光の信号強度や明るさを測定する一般的な光検出器（光測定部１２０に相当）に、特定の相関関係を記憶した相関関係記憶部１２２と、上記相関関係に光検出器からの情報をあてはめて、定量分析を行う定量分析部１２１とを組み合わせたものである。したがって、例えば、上記相関関係を記憶させるとともに通常の定量分析機能を有するコンピュータと、一般的な光検出器を組み合わせれば、本発明において好ましい光評価部１２となる。

光測定部１２０は、可視光を検出できれば特に限定されず、光増倍管（ＰＭＴ）等を使用して光を検出するものであってもよい。また、光測定部１２０は、検出した光の情報を信号強度や明るさ等の情報に変換する機能を有する。したがって、試料２に対して、電子線照射部１１から電子線を照射したときに、該電子線による励起で発光する光を検出し、ＣＬスペクトルにおける特定波長の光の情報を信号強度や明るさ等の情報に変換する。

また、光測定部１２０は、電子線による励起で発光する光を、試料の表面を一領域と捉えて検出すること以外に、複数の領域に分割したときの領域毎に検出することができる。複数の領域に分ければ、領域毎のフォルステライト被膜の性状を評価できる。上記領域の面積は特に限定されず、要求される確認の精度等に応じて、適宜調整すればよい。

光測定部１２０が検出した光の情報を確認する方法は、特に限定されないが、光評価部１２をＳＥＭと組み合わせて用いることで確認できる。例えば、ＳＥＭに光測定部１２０を装着し、その信号を電子線の走査位置に対応付けて画像化し確認できる。

上記の通り、光測定部１２０ではＣＬスペクトルにおける特定波長の光の信号強度又は明るさを測定できる。この信号強度又は明るさは、定量分析部１２１に送られ、定量分析部１２１において、この光の情報と相関関係記憶部１２２に記憶された相関関係（特定の発光ピークの強度または強度比と被膜密着性との相関関係、特定の発光ピークの強度または強度比とフォルステライト量との相関関係、特定の発光ピークの強度または強度比と磁気特性との相関関係など）とに基づいて、被膜密着性やフォルステライト量が導出される。なお、明るさとは、電子線励起光の信号強度に基づいて導出したＣＬ像における明るさを指し、例えば、輝度を用いて表すことができる。

なお、相関関係記憶部１２２に記憶される相関関係を導出する方法は特に限定されないが、例えば、試料中のフォルステライト量や被膜密着性が判明しており、フォルステライト量や被膜密着性が異なる複数の試料を用い、それぞれの試料に電子線を照射し、特定の発光ピークの信号強度や明るさを測定することで導出できる。

本発明では、特定の発光ピークとフォルステライト被膜の性状との相関関係を利用することに特徴がある。「特定の発光ピークとフォルステライト被膜の性状との相関関係」とは例えば、特定の発光ピークと被膜密着性との相関関係、特定の発光ピークとフォルステライト量との相関関係、特定の発光ピークと磁気特性との相関関係等である。そこで、以下、この相関関係について、具体的に説明する。

図２−３は、表面側から張力コーティング、フォルステライト被膜、鋼板を、この順で有する方向性電磁鋼板のＣＬスペクトルの一例である。ＣＬスペクトルには、波長が４１０ｎｍ付近を中心とする３８０〜４５０ｎｍの発光群（発光ピークＡとする）、同５００ｎｍ付近に存在する４５０〜６００ｎｍの発光群（発光ピークＢとする）、および同６４０ｎｍ付近を中心とする６００〜６６５ｎｍの発光群（発光ピークＣ）が存在する。また、波長が６８０ｎｍ付近の発光群（発光ピークＤとする）も見られる。

試薬から合成したフォルステライトの粉末を図２−３と同じ条件で測定したときの発光スペクトルを図２−４に示す（合成フォルステライトと表記）。ピーク波長が約６１５ｎｍの発光群（前述との比較で、発光ピークＣとみなす）が、強い結果となっている。なお、合成フォルステライトからの発光ピークＣが、図２−３に示すフォルステライト被膜からの発光ピークＣからずれているが、理由は後述する。また、図２−４には、表面側から張力コーティング、フォルステライト被膜、鋼板を、この順で有する方向性電磁鋼板から、張力コーティングと鋼板を溶解することで抽出したフォルステライト被膜の粉末から得られたＣＬスペクトル（フォルステライト被膜抽出物と表記）も示しているが、同様に発光ピークＣのみが強く現れている。

合成フォルステライトのＣＬスペクトルの強度軸を拡大すると、方向性電磁鋼板のＣＬスペクトルと同じ位置に非常に弱い発光ピークＡが存在している。フォルステライトを合成する際にＡｌ_２Ｏ_３やＣａＯなど種々の酸化物を添加したものについてもＣＬスペクトルを測定した。添加する酸化物によってピークＡの強度がやや増加したが、いずれもピークＣが主体であり、図２−３で示した方向性電磁鋼板のＣＬスペクトルのように発光ピークＡやＢが強く現れることはなかった。図２−３の結果を得たときのサンプルにおいて発光するのはフォルステライトのみであることを考慮すれば、発光ピークＡとＢ（発光ピーク（Ａ＋Ｂ））は、方向性電磁鋼板上に形成されたフォルステライト被膜に特徴的な発光に起因していると言える。

厚みが２μｍの張力コーティングを有する方向性電磁鋼板のＣＬスペクトルの深さ方向による変化を調べるため、入射する電子加速電圧を５ｋＶ、１５ｋＶ、２５ｋＶに設定してＣＬスペクトルをそれぞれ測定した。その結果を図２−５に示す。なお、ＣＬスペクトルの強度は入射電子の電流で規格化した。入射電子の加速電圧の増加に伴って、ＣＬスペクトルの強度が増加している。これは、加速電圧が上昇したことにより、発光の元となる電子−空孔ペアの励起数が増加したことによると考えられる。注目すべきは、加速電圧の上昇にともなって、発光ピークＡと発光ピークＢが発光ピークＣに対して、相対的に増加していることである。このことは、発光ピークＡと発光ピークＢは相対的に試料表面より深い位置、すなわち鋼板近傍からの信号であることを示唆している。

上記結果に基づいて、各発光ピークの帰属を考察した。

発光ピークＡと発光ピークＢは、フォルステライト結晶の格子欠陥に由来し、ＡｌやＴｉなど固溶元素の共存で若干強度が増加するが、フォルステライト被膜が鋼板に強く拘束されることで、即ち鋼板表面とフォルステライト被膜との密着性が強くなることで、強度が特に増加すると考えられる。たとえば、フォルステライト被膜における鋼板表面との界面結合で発生する応力により発光強度が増加していると考えられる。

一方、発光ピークＣは、方向性電磁鋼板、それから抽出したフォルステライト被膜、および合成したフォルステライトのすべてで強く観測されることから、フォルステライトに固有の発光に由来していると考えられる。この発光ピークの強度はＭｎの存在で増加するが、そのほかの元素の影響はあまり受けない。方向性電磁鋼板のこの発光ピークの波長は、抽出したフォルステライト被膜および合成したフォルステライトのものよりやや長波長側に位置する。このことは、発光ピークＣのピーク位置が鋼板との接触によって変化したものと推定される。発光ピークＣの波長はずれるものの、発光ピーク強度には明確な変化は認められなかった。また発光ピークＤは、ＡｌあるいはＣｒの存在で出現するピークと考えられた。

以上に述べた考察をまとめると、発光ピークＡ、Ｂの強度は、フォルステライト被膜が鋼板表面との結合で受けた影響の大きさを反映すると考えられることから、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性の指標とすることができる。一方、発光ピークＣの強度は、フォルステライトの存在形態によってほとんど変化しないことから、フォルステライト量の指標とすることができる。このような知見に基づき、方向性電磁鋼板のフォルステライト被膜の性状を、ＣＬスペクトルの発光ピークの強度および強度比で評価する方法を考案した。

次に、評価方法を具体的に述べる。上記の通り、以下の相関関係があると考えられる。
（１）発光ピークＡの強度Ｉａおよび／またはピークＢの強度Ｉｂが、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性の指標となる。
（２）発光ピークＣの強度Ｉｃが、フォルステライト量の指標となる。

常に同じ測定条件でＣＬスペクトルを測定する、あるいは測定条件をそろえるための換算式をあらかじめ求めておき、異なる条件で測定することにより、フォルステライト被膜と鋼板との密着性、およびフォルステライト量を評価できる。フォルステライト量に関しては、発光ピークＣの強度Ｉｃとフォルステライト量に比例する値、たとえば酸素付着量との間で検量線を作成しておけば、発光ピークＣの強度Ｉｃからフォルステライト量を定量できる。上記密着性やフォルステライト量は磁気特性に影響を与えることから、発光ピークＡ、ＢおよびＣの強度や上記強度比を用いれば、磁気特性の傾向を確認できる。

なお、発光ピークの強度は、ピーク面積を用いてもよいしピーク高さを用いてもよい。後者の一例を図２−６に示した。図２−３および図２−６からわかるように、発光ピークＢは発光ピークＡおよび発光ピークＣと一部が重畳しているため、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性の指標としては、他のピークの影響を受けにくい発光ピークＡのみを用いるほうが好ましい。

また、（１）の鋼板表面とフォルステライト被膜の密着性の指標として、発光ピークＣに対する発光ピークＡの強度比Ｉａ／Ｉｃ、または発光ピークＣに対する発光ピークＢの強度比Ｉｂ／Ｉｃ、または発光ピークＣに対する発光ピークＡおよびＢの強度比（Ｉａ+Ｉｂ）／Ｉｃを用いることができる。このように複数の発光ピークを用いる方法の第一の利点は、ピーク強度比を用いることで測定条件の変動などの外乱を緩和できることにある。第二の利点は、被膜密着性の指標として、変化がより明瞭になるからである。一般に、フォルステライト被膜の形成量が多すぎると、局所的にフォルステライト被膜が剥離する点状欠陥が発生しやすいことが知られている。強度比を用いる場合であっても、他のピークの影響を受けにくい発光ピークＡを用いるＩａ／Ｉｃのほうがより好ましい。

次にＣＬスペクトルの測定条件について述べる。電子線照射装置、可視光を分光できるスペクトロメーター、それらを保持する真空保持あるいは減圧、あるいは軽ガス置換できるチャンバーを基本に有した装置（例えば、図２−１に示すような装置）を用いることができる。たとえば、ＳＥＭにスペクトロメーターを取り付けたものをあげることができる。入射電子の加速電圧は、５ｋＶ〜１５０ｋＶまでを採用することができる。ＳＥＭを用いる場合は１０〜４０ｋＶの範囲がより望ましく、２０〜３０ｋＶの範囲がさらに好ましい。加速電圧がこれより低いと鋼板に近い領域の信号が得にくくなる。また、これ以上の加速電圧をＳＥＭで用いるのは装置が特殊仕様になるだけでなく効果が低い。その他の条件は、前述の発光ピーク強度の評価が可能なＣＬスペクトルが得られれば特に限定されるものではない。

本発明のフォルステライト被膜の評価法は、鋼板をバッチとして挿入、あるいは鋼帯を連続的に通過させることができ、真空あるいは減圧、あるいは軽ガス置換を実現できるチャンバーと電子源およびスペクトロメーターを有する装置を、鋼帯の搬送経路に設けることで、製造現場に展開できる。最終仕上げ焼鈍工程以降に鋼帯を連続的に通過させることができるチャンバーを設置した場合は、オンラインで被膜性状を評価可能である。なお、電子線を幅方向に走査したり、スペクトロメーターを有する測定装置を幅方向に複数設けることができる。このようにすることで、鋼帯の全長全幅の評価も可能となる。製造ラインでの測定は専用の測定系を設置してもよいが、後述するように磁区細分化工程を有する製造ラインでは、電子線照射を利用することが可能である。

本発明を製造ラインに適用することにより、得られた結果を製造条件調整にフィードバックすることで、被膜性状が全長にわたって保証された方向性電磁鋼板コイルの製造が可能になる。

以上の評価方法に基づき、張力コーティング、フォルステライト被膜、鋼板で構成される種々の方向性電磁鋼板について、加速電圧２５ｋＶの入射電子線を用いてＣＬスペクトルを測定し、被膜の密着性と比較した。その結果、発光ピークＣの強度（高さ）Ｉｃに対する発光ピークＡの強度（高さＩａ）の強度比Ｉａ／Ｉｃが０．４以上で、かつフォルステライト被膜の酸素付着量が２．６ｇ／ｍ^２以上であることで、被膜密着性の良好な方向性電磁鋼板が得られることがわかった。

ところで、方向性電磁鋼板に磁区細分化処理を施すと鉄損が改善することが知られており、実用化されている。本発明における被膜密着性の高い方向性電磁鋼板に、例えば電子線を照射すれば、被膜剥離などの損傷を起こさずに磁区細分化が可能になる。その結果、再コーティングを行うことなく、磁気特性に加えて耐食性が高い磁区細分化方向性電磁鋼板を得ることができる。

上記したように、電子線照射による磁区細分化処理を行う場合は、電子線照射に伴う発光スペクトルを測定することで、フォルステライト被膜の性状の評価をオンラインで非破壊的に実施することができる。

上記の通り、本発明によれば、被膜密着性等に優れた方向性電磁鋼板が得られるため、これを用いて鉄心を製造すれば、優れた鉄心が得られる。なお、本発明で想定する鉄心とは、モーターや変圧器等に使用される鉄心であり、巻き鉄心や積み鉄心等を例示できる。

また、上記発光ピークに基づいて、方向性電磁鋼板の良否選別工程を有する製造方法としたり、さらに磁区細分化処理工程を有する製造方法としたりすることで、優れた方向性電磁鋼板を効率よく製造できる。なお、否に選別された鋼板については、要求される特性のレベルが高く無い用途に用いることができる。

実施例１は第一実施形態に対応する実施例である。

板厚０．２７ｍｍに仕上げた、３質量％Ｓｉを含有する冷延鋼板に対して、再結晶焼鈍を兼ねる脱炭焼鈍を実施した。ついで、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を表面にコーターで塗布し、その後コイルに巻きとって最終仕上げ焼鈍を行い、フォルステライト被膜を形成させた。次にリン酸系の張力コーティングを厚さ約２μｍとなるように塗布し焼鈍した。筋状の被膜欠損部を制御して形成させるため、仕上げの冷間圧延後の形状は平坦とし、焼鈍分離剤を塗布するコーターロールに部分的に直径５０μｍの繊維を巻き付けて行った。繊維の本数を変更することで、筋状欠損部の数を変え、欠損部の面積率を変化させた。

得られた方向性電磁鋼板についてＣＬ像にて観察し、筋状欠損部の面積率を調べた（ここでは、全ての欠損部が筋状であるとみなした。）。これらの方向性電磁鋼板の２．３ｍｍ×１．７ｍｍ角の３視野について、加速電圧３０ｋＶで励起電子線を走査して照射し、光ガイドとＰＭＴで構成された光検出器を用いて同一条件でＣＬ像を取得した。被膜にはコーター（鋼板）の進行方向に沿った被膜欠損部が形成されていた。得られたＣＬ像を既存の画像処理ソフトウエア（Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ（登録商標） ＣＳ６）を用いて平均輝度を２５６階調で評価した。筋状の欠損部を抽出できるように画像を二値化し、欠損部の合計面積率を求めた。各試料につき３視野のデータを平均化した。

各試料の密着性指標を磁区細分化用の電子線照射で評価した。切断した方向性電磁鋼板（１５ｍｍ幅）を並べ、磁区細分化用の電子線照射を１回行ったあとの方向性電磁鋼板表面について剥離面積率を求めた。ここで、剥離作用電子線は、ビーム直径が約０．３ｍｍで電流を１６ｍＡとした。剥離面積率を求める際にも５０倍で撮影したＣＬ像を利用した。電子線が照射された領域について電子ビーム径の０．３ｍｍの幅（長さ約２．３ｍｍ）の領域についてＣＬ像を二値化した。二値化したＣＬ像から暗い部分、すなわち被膜が剥離した部分の面積率である被膜剥離率を、算出した。剥離面積率が１４％以下を合格とした。各試料について３視野測定を行い平均化した。以上の結果を表１に示す。

表１からわかるように、フォルステライト被膜における筋状等の欠損部の面積率が本発明の範囲に入る発明例は、被膜剥離面積率が１４％以下となっており高い被膜密着性を有することがわかる。また、欠損部の面積率が０．１％以上の場合は被膜剥離面積率が１０％以下と、さらに優れた被膜密着性を有することもわかる。以上述べたように、本発明の被膜評価方法によれば、非破壊かつ簡便に、被膜密着性の差違を評価することが可能となる。

実施例２は第二実施形態に対応する実施例である。

板厚０．２７ｍｍに仕上げた、３質量％Ｓｉを含有する冷延鋼板に対して、再結晶焼鈍を兼ねる脱炭焼鈍を実施した。ついで、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を表面にスプレー法で塗布し、その後コイルに巻きとって最終仕上げ焼鈍を行い、フォルステライト被膜を形成させた。次いで、リン酸系の張力コーティングを厚さ約２μｍとなるように塗布し焼鈍した。ここで、脱炭焼鈍の条件を変更して、サブスケールの状態を変化させることで、フォルステライト量やフォルステライト被膜密着性の異なる被膜を有する複数のサンプルを製造した。

得られた方向性電磁鋼板について、ＣＬスペクトル測定を実施した。用いた装置および測定条件は下記のとおりである。
装置：ＳＥＭ（日立 Ｓ−４３００ＳＥ）
分光器関係（愛宕物産社製）
分光器：ＨＲ−３２０回折格子（可視１００ｇｒ／ｍｍ）
（条件）
加速電圧（照射電流）：２５ｋＶ（４１ｎＡ）
測定面積：１００μｍ□
測定温度：室温
測定波長範囲：２００〜１０００ｎｍ
測定時間：２００ｍｓ／ｐｏｉｎｔ
５視野の結果を平均する方法で、得られたＣＬスペクトルについて、発光ピークＣに対する発光ピークＡの高さ強度比Ｉａ／Ｉｃを求めた。

また、試料より、アルカリ溶液に浸漬することで張力コーティング層を除去し、燃焼赤外法で酸素濃度を測定する酸素分析法によりフォルステライト被膜形成量を酸素付着量として求めた。 また、被膜密着性を曲げ試験法と電子線照射（磁区細分化処理の際の電子線照射に相当）により被膜剥離面積率を求める方法、で評価した。

ここで、曲げ試験法とは次の通りである。曲げ試験（種々の直径が異なる円筒状の棒に電磁鋼板を巻き付けたとき、被膜の剥離が発生しない最小曲げ径（直径）を求めることで被膜の密着性を評価する試験。）を行い、剥離したときの曲率直径Ｒの値から５段階で評価し、密着性指標とした。なお、密着性指標の数値が大きいほど密着性が悪い。Ｒが３０ｍｍ以下を「○」、Ｒが３０ｍｍより大きく４０ｍｍ以下を「△」、Ｒが４０ｍｍを越えるものを「×」とした。

電子線照射により被膜剥離面積率を求める方法とは次の通りである。磁区細分化用の電子線を照射させた後の方向性電磁鋼板のフォルステライト層の剥離面積率を求めた。加速電圧６０ｋＶの電子線（電子径：３００μｍ、電流値：１６ｍＡ）を走査して照射し電子線照射後の方向性電磁鋼板について、ＳＥＭ内で加速電圧３０ｋＶでフォルステライト層のＣＬ像を取得し、二値化することで剥離面積率を求めた。剥離面積率は電子線走査方向に２．３ｍｍ、それと垂直方向に３００μｍの面積について求めた。フォルステライト被膜の剥離面積率が１０％未満を「○」、１０％以上２０％以下を「△」、２０％を越えるものを「×」とした。 一部の試料では、曲げ試験ではある程度の密着性を確保できるものの電子線照射に対しては密着性が劣るものもあった。その場合は、後述する図２−７中に（×ＥＢ）を付した。発光ピークＣに対する発光ピークＡの高さ強度比と酸素付着量との関係を図２−７に示す。また各データ点の横に密着性評価結果を示した。

図２−７によれば、被膜密着性の、特に電子線照射に対して、良好な方向性電磁鋼板を、発光ピークＣに対する発光ピークＡの高さ比Ｉａ／Ｉｃが０．４以上で、かつ酸素付着量が２．６ｇ／ｍ^２以上の指標を用いることで特定でき、密着性に劣る鋼板と区別できることがわかる。

上記指標の範囲内に入る本発明例の方向性電磁鋼板は高い被膜密着性を有している。特に、電子線を用いた磁区細分化処理を行っても高い被膜密着性を有しているので、照射損傷にともなう再コーティングが不要となり、鉄損が大きく改善された磁区細分化方向性電磁鋼板を安価に得ることができる。

１ フォルステライト評価装置
１０ 試料台
１１ 電子線照射部
１２ 光評価部
１２０ 光測定部
１２１ 定量分析部
１２２ 相関関係記憶部
１３ 真空チャンバー
１４ 波長カットフィルター
２ 試料

Claims (16)

1. 鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板であって、
   表面から見てフォルステライト被膜に散在する、幅が２０μｍ以下の筋状の欠損部及び直径が５μｍ〜５０μｍのドット状の欠損部の少なくとも一方の欠損部を有し、該欠損部の合計面積率が、フォルステライト層の表面積に対して１．５％未満であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
2. 前記のフォルステライト被膜において欠損部の合計面積率が、０．１％以上であることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
3. 前記欠損部の少なくとも一部は、筋状であることを特徴とする請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板。
4. 前記の方向性電磁鋼板の表面に磁区細分化処理がなされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を積層してなる鉄心。
6. 鋼板上に鋼板表面から張力コーティング、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の良否を、該方向性電磁鋼板に電子線を照射して、表面から見てフォルステライト被膜に散在する、幅が２０μｍ以下の筋状及び／又は５μｍ〜５０μｍのドット状の欠損部の合計面積率が１．５％未満の範囲内にあるか否かに基づき選別する良否選別工程を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
7. さらに、前記良否選別工程で、良に選別された方向性電磁鋼板の表面に対して、磁区細分化処理を施す磁区細分化処理工程を、有することを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
8. 鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価する方向性電磁鋼板の評価方法であって、
   前記方向性電磁鋼板表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長３８０〜６００ｎｍに出現する発光ピークＡの強度、発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度、下記強度比Ｉａ／Ｉｃ、下記強度比Ｉｂ／Ｉｃ、又は下記強度比（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃを用いて、該強度又は強度比が大きいほど、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性が高いと評価することを特徴とする方向性電磁鋼板の評価方法。
   （強度比）
   Ｉａ／Ｉｃ、Ｉｂ／Ｉｃ、および（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃにおいて、
   Ｉａは発光ピークＡの強度を意味し、Ｉｂは発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度を意味し、Ｉｃは波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度を意味する。
9. 鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の、フォルステライト量を評価する方向性電磁鋼板の評価方法であって、
   前記方向性電磁鋼板表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度を用いて、該強度が大きいほど、フォルステライト被膜のフォルステライト量が多いと評価することを特徴とする方向性電磁鋼板の評価方法。
10. ３８０〜４５０ｎｍに出現する発光ピークＡの強度又はＩａ／Ｉｃを用いて評価することを特徴とする請求項８に記載の方向性電磁鋼板の評価方法。
11. 鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の製造方法であって、
    前記フォルステライト被膜形成後に、表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光したときに、波長３８０〜６００ｎｍに出現する発光ピークＡの強度、発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度、下記強度比Ｉａ／Ｉｃ、下記強度比Ｉｂ／Ｉｃ、又は下記強度比（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃが大きくなるほど、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性が強くなる関係に基づいて、所望の密着性が得られているか否かを、所望の密着性と前記関係から求められる強度の閾値または強度比の閾値を用いて、フォルステライト被膜と鋼板表面との密着性を評価して方向性電磁鋼板の良否を選別する良否選別工程を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
    （強度比）
    Ｉａ／Ｉｃ、Ｉｂ／Ｉｃ、および（Ｉａ＋Ｉｂ）／Ｉｃにおいて、
    Ｉａは発光ピークＡの強度を意味し、Ｉｂは発光ピークＡより高波長側に存在する発光ピークＢの強度を意味し、Ｉｃは波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度を意味する。
12. 鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板の製造方法であって、
    前記フォルステライト被膜形成後に、表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光したときに、波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度が大きくなるほど、フォルステライト被膜のフォルステライト量が多くなる関係に基づいて、所望のフォルステライト量が得られているか否かを、所望のフォルステライト量と前記関係から求められる強度の閾値を用いて、フォルステライト被膜のフォルステライト量を評価して方向性電磁鋼板の良否を選別する良否選別工程を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
13. 前記良否選別工程では、３８０〜４５０ｎｍに出現する発光ピークＡの強度及び／又はＩａ／Ｉｃを用いて評価することを特徴とする請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
14. 鋼板上にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板であって、
    表面に電子線を照射し、発生する光のスペクトルを分光し、波長３８０〜４５０ｎｍに出現する発光ピークＡのピーク強度Ｉａと波長６００〜６６５ｎｍに出現する発光ピークＣの強度Ｉｃの強度比Ｉａ／Ｉｃが０．４以上であり、
    フォルステライト被膜の酸素付着量が２．６ｇ／ｍ^２以上であり、
    方向性電磁鋼板に電子線を照射して、表面から見てフォルステライト被膜に散在する、幅が２０μｍ以下の筋状及び／又は５μｍ〜５０μｍのドット状の欠損部の合計面積率が０．１％以上１．５％未満の範囲内にあることを特徴とする方向性電磁鋼板。
15. 磁区細分化処理がなされていることを特徴とする請求項１４に記載の方向性電磁鋼板。
16. 請求項１４又は１５に記載の方向性電磁鋼板を積層してなる鉄心。