JP6826604B2 - 方向性電磁鋼板の磁区細分化方法および磁区細分化装置 - Google Patents

Description

本発明は、方向性電磁鋼板にレーザを照射して永久的に鋼板の磁区を細分化処理する方向性電磁鋼板の磁区細分化方法と磁区細分化装置に関する。

例えば、変圧器のような電気機器の電力損失を低減し効率を向上させるために、鉄損が低く磁束密度が高い磁気的特性を有する方向性電磁鋼板が求められる。

方向性電磁鋼板の鉄損を低減するために、鋼板表面に機械的方法やレーザビームを照射して圧延方向に対して垂直方向に磁区を細分化することで、鉄損を減少させる技術が開示されている。

磁区細分化方法は、応力除去焼鈍後、磁区細分化改善効果を維持するか否かによって、一時磁区細分化と永久磁区細分化に大別することができる。

一時磁区細分化方法は、応力除去焼鈍後、磁区細分化効果を失うという欠点がある。一時磁区細分化方法は、鋼板表面に局部的な圧縮応力部を形成させることで磁区を細分化させる。しかし、この方法は、鋼板表面の絶縁コーティング層の損傷を起こすため、再コーティングが求められ、最終製品ではない中間工程で磁区細分化処理をするため、製造費用が高いという欠点がある。

永久磁区細分化方法は、熱処理後にも鉄損改善効果を維持することができる。永久磁区細分化処理のために、エッチング工法やロール工法、またレーザ工法を利用した技術が主に用いられている。エッチング工法の場合、溝形成深さや幅の制御が難しく、最終製品の鉄損特性の保証が難しく、酸容液を使用するため、環境にやさしくないという欠点がある。ロールを用いた工法の場合、機械加工に対する安定性、信頼性、およびプロセスが複雑であるという欠点がある。

レーザを用いて鋼板を永久磁区細分化する工法は、鋼板を支持し張力を調節した状態で、鋼板の表面にレーザビームを照射して鋼板表面に溶融溝を形成して磁区を細分化させることができる。このように、レーザを用いて磁区を細分化するにあたり、高速処理が可能で、かつ、電磁鋼板の鉄損を低下させ磁束密度を高められるように、より効果的な工程の改善と最適化が求められる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、設備と工程を最適化することで、磁区細分化効率を高め、作業性を改善して処理能力を増大させられる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供することにある。

レーザビームの焦点距離の変化による溝深さ偏差の発生を防止できる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供する。
鉄損改善効率をより高め磁束密度の低下を最小化できる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供する。
レーザ照射により形成されたヒルアップとスパッタなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高められる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供する。
工程に必要な最適な動作環境を提供できる方向性電磁鋼板の磁区細分化方法とその装置を提供する。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による方向性電磁鋼板の磁区細分化方法は、生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、レーザビームを照射して前記鋼板を溶融させ、前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階と、を有し、前記レーザ照射段階は、鋼板にレーザビームを照射する光学系が前記鋼板に対して回転し、前記鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換させる角度変換段階と、前記鋼板の幅方向に沿ってレーザビームの焦点距離の変化に合わせて前記鋼板を支持する鋼板支持ロールの傾きを変化させる焦点距離維持段階と、を含むことを特徴とする。

前記角度変換段階は、前記鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することが好ましい。
前記焦点距離維持段階は、前記光学系の回転に伴う前記鋼板表面のレーザビームの焦点距離の変化に合わせて前記鋼板支持ロールの傾きを演算する傾き角度計算段階と、傾き角度計算段階で求められた値に基づき、鋼板支持ロールの両先端部をそれぞれ上下に移動させて鋼板支持ロールの傾きを変化させる傾き調節段階とを含み得る。
前記傾き角度計算段階は、レーザビームの照射線の角度付与により光学系の回転角度を演算する光学系角度演算段階と、前記光学系角度演算段階によって求められた光学系の回転角度に合わせて鋼板支持ロールの傾き角度を求める傾き演算段階と、傾き演算段階で求められた傾き値に基づき、鋼板支持ロールの両先端部に配置された各昇降シリンダの伸縮駆動量を演算し、各昇降シリンダに出力信号を印加するロール制御段階とを含み得る。
前記光学系角度演算段階は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度から、照射線の角度に合わせて回転する光学系の回転角度を演算する構造であることが好ましい。
前記レーザ照射段階は、鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置に、レーザビームを照射し得る。
前記レーザ照射段階において、レーザビームは、前記基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３°〜７°離隔した範囲で照射される。

前記磁区細分化方法は、レーザ照射が進行するレーザルーム内部の動作環境を設定し維持する設定維持段階をさらに含み、前記設定維持段階は、前記レーザルームの内部を外部と隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する段階と、前記レーザルームの内部温度と圧力および湿度を制御する段階とを含み得る。
前記磁区細分化方法は、前記鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、前記鋼板に張力を付与する張力制御段階をさらに含んでもよい。
前記磁区細分化方法は、鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御段階をさらに含んでもよい。
前記磁区細分化方法は、レーザ照射段階を経て前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理段階をさらに含み得る。

前記後処理段階は、ブラシロールで鋼板表面に付いたヒルアップとスパッタを除去するブラシ段階を含み得る。
前記後処理段階は、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒルアップとスパッタを追加除去する清浄段階と、清浄段階で鋼板から除去され、アルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング段階とをさらに含んでもよい。

前記蛇行制御段階は、鋼板の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた蛇行量を測定する蛇行量測定段階と、前記蛇行量測定段階で測定された鋼板の蛇行量に基づき、ステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｒｏｌｌ）の軸を回転および移動させて鋼板の動く方向を調整して鋼板の蛇行量を制御する蛇行量制御段階とを含み得る。
前記蛇行量制御段階は、鋼板の蛇行量を±１ｍｍ以内に制御することが好ましい。

前記張力制御段階は、前記テンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ）によって鋼板に張力を印加する鋼板張力印加段階と、前記鋼板張力印加段階を行った前記鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定段階と、前記鋼板張力測定段階で測定された鋼板の張力に基づき、前記テンションブライドルロールの速度を調整して鋼板の張力を制御する鋼板張力制御段階とを含み得る。

前記鋼板支持ロール位置調節段階は、前記レーザ照射段階に位置する鋼板を鋼板支持ロールで支持する鋼板支持段階と、前記レーザ照射段階で鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定する輝度測定段階と、前記輝度測定段階で測定された火炎の明るさに基づき、鋼板支持ロール位置制御系によって鋼板支持ロールの位置を調整してレーザの焦点深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように制御する鋼板支持ロール位置制御段階とを含み得る。

前記レーザ照射段階は、レーザ発振器から照射されたレーザビームを受けた光学系によって鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅、および深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３μｍ〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザビーム照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０Ｊ／ｍｍ^２〜５．０Ｊ／ｍｍ^２の範囲内のレーザビームのエネルギー密度を鋼板に伝達するレーザ照射およびエネルギー伝達段階を含み得る。
前記レーザ照射段階は、レーザ発振器制御器によって、正常な作業条件下ではレーザビームを発振するレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の蛇行量が１５ｍｍ以上発生すると、レーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザビーム発進制御段階を含み得る。
前記レーザ照射段階において、レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振し得る。
前記レーザ照射段階において、光学系は、レーザの走査速度を制御して、レーザビームの照射線の間隔を圧延方向に２ｍｍ〜３０ｍｍに調整し得る。
前記レーザ照射段階は、レーザビーム照射時に発生したヒューム（ｆｕｍｅ）と溶融鉄を吸入して除去する集塵段階をさらに含んでもよい。
前記集塵段階は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するための噴射段階を含み得る。
前記レーザ照射段階は、レーザビームの散乱光と熱がレーザ照射設備の光学系に流入するのを遮断する遮断段階をさらに含んでもよい。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、を備え、前記レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系が駆動部によって回転可能な構造からなり、前記光学系が鋼板に対して回転し、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換する構造であり、前記鋼板の幅方向に沿ってレーザビームの焦点距離の変化に合わせて鋼板を支持する鋼板支持ロールの傾きを変化する焦点距離維持部をさらに含むことを特徴とする。

前記焦点距離維持部は、光学系の回転に伴う鋼板表面のレーザビームの焦点距離の変化に合わせて前記鋼板支持ロールの傾きを演算し、鋼板支持ロールの傾きを制御する制御部と、前記鋼板支持ロールの両先端部にそれぞれ設けられ、前記制御部の信号によって駆動され、鋼板支持ロールの両先端部を上下に昇下降させて傾きを変化させる昇降シリンダとを含み得る。
前記制御部は、レーザビームの照射線の角度付与により光学系の回転角度を演算する光学系角度演算部と、前記光学系角度演算部によって求められた光学系の回転角度に合わせて鋼板支持ロールの傾き角度を求める傾き演算部と、傾き演算部で求められた傾き値に基づき、鋼板支持ロールの両先端部に配置された各昇降シリンダの伸縮駆動量を演算し、各昇降シリンダに出力信号を印加するロール制御部と、を含み得る。
前記制御部は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度および照射線の角度を入力する入力部をさらに備え得る。
前記光学系角度演算部は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度から、照射線の角度に合わせて回転する光学系の回転角度を演算する構造であってもよい。

前記レーザ照射設備は、鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が鋼板支持ロールの中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って角度をおいて離隔した位置に、レーザビームが照射される構造であることが好ましい。
前記レーザ照射設備は、レーザビームを前記基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３〜７°離隔した範囲に照射する構造であることが好ましい。
前記鋼板支持ロール位置調節設備とレーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームをさらに含むことが好ましい。
前記鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含むことが好ましい。
前記鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御設備をさらに含むことが好ましい。
前記レーザルームは、前記レーザ照射設備と鋼板支持ロール位置制御設備を収容して外部と隔離させるように内部空間を形成し、鋼板の進行方向に沿って両側面には入口と出口が形成され、内部にはレーザルームの内部圧力を外部より高めるための陽圧装置と、レーザ照射設備の光学系が位置した上部空間を鋼板の通る下部空間と分離させる光学系下部フレームと、レーザルームの内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器とを含むことが好ましい。
前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことが好ましい。

前記後処理設備は、レーザルームの後段に配置され、鋼板表面のヒルアップとスパッタを除去するブラシロールを含み得る。
前記後処理設備は、ブラシロールの後段に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒルアップとスパッタを追加除去する清浄ユニットと、清浄ユニットに連結され、清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部とをさらに含むことが好ましい。
前記蛇行制御設備は、前記鋼板の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｒｏｌｌ）と、前記鋼板の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（蛇行量）を測定するための蛇行測定センサと、前記蛇行測定センサの出力値に基づき、前記ステアリングロールの軸を回転および移動させて鋼板の動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）とを含み得る。
前記張力制御設備は、前記鋼板に張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ）と、前記テンションブライドルロールを通過した前記鋼板の張力を測定するための鋼板張力測定センサと、前記鋼板張力測定センサで測定された鋼板の張力に基づき、前記テンションブライドルロールの速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系とを含み得る。
前記鋼板支持ロール位置調節設備は、前記レーザ照射設備位置で鋼板を支持する鋼板支持ロールと、前記レーザ照射設備で鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサと、前記輝度測定センサで測定された火炎の明るさに基づき、前記鋼板支持ロールの位置を制御するための鋼板支持ロール位置制御系とを含み得る。

前記レーザ照射設備は、連続波レーザビームを発振するためのレーザ発振器と、前記レーザ発振器から発進した前記レーザビームを鋼板表面に照射して、上部幅、下部幅、および深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３μｍ〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０Ｊ／ｍｍ^２〜５．０Ｊ／ｍｍ^２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する光学系を含み得る。
前記レーザ照射設備は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の蛇行量が１５ｍｍ以上発生すると、レーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御するレーザ発振器制御器をさらに含むことが好ましい。
前記レーザ発振器は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振し得る。
前記光学系は、レーザの走査速度を制御して、レーザ照射線の間隔を圧延方向に沿って２ｍｍ〜３０ｍｍに調整し得る。
前記レーザ照射設備は、レーザ散乱光と熱が光学系に流入するのを遮断する遮蔽部をさらに含むことが好ましい。
前記レーザ照射設備は、前記鋼板にレーザビーム照射により生成されたヒュームとスパッタを除去するための溶融鉄除去設備をさらに含むことが好ましい。
前記溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフと、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フードとを含み得る。

本発明によれば、鋼板を２ｍ／ｓｅｃ以上の高速で進行させながらも、安定的にレーザによる磁区細分化工程を進行させて、電磁鋼板の熱処理前と熱処理後の鉄損改善率をそれぞれ５％以上と１０％以上確保することができる。

レーザビームの焦点距離の変化に合わせて鋼板支持ロールの傾きを制御することで、レーザビームによって鋼板に形成される照射線全体において溝深さ偏差を低減し、均一な深さに溝を形成することができるため、溝の品質を高めることができる。

また、レーザビームの反射によるバックリフレクション現象を防止して設備の損傷を防止することができる。
そして、磁区細分化効率を高め作業性を改善して磁区細分化処理能力を増大させることができる。

さらに、鉄損改善効率をより高め磁束密度の低下を最小化することができる。
また、レーザ照射により形成されたヒルアップとスパッタなどの汚染物質をより効果的に除去して製品の品質を高めることができる。
なお、工程に必要な最適な動作環境を提供することによって、高品質の製品を大量に生産することができる。

本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態による磁区細分化処理された鋼板を示す概略図である。 本実施例により鋼板に対する光学系の回転に伴うレーザビームの焦点距離の変化を示す概略図である。 本実施例により鋼板支持ロールの傾き調節のための焦点距離維持部の構造を示す概略図である。 本実施例により鋼板に形成された照射線の溝深さを従来と比較して示すグラフである。

以下、本明細書で使用される専門用語は単に特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。本明細書で使用される単数形は、文章中で明確に反対の意味を示さない限り、複数形も含む。本明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分、および／または群の存在や付加を除外しない。

以下、図面を参照しながら、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態を説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施形態は、本発明の技術範囲を逸脱しない範囲内で多様に変形実施可能である。そのため、本発明は以下で説明する実施形態に限定されない。

以下の説明において、本発明の一実施形態として、変圧器の鉄心素材などに使用される方向性電磁鋼板の永久磁区細分化のための設備を例に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置を示す概略図であり、図２は、本発明の一実施形態による磁区細分化処理された鋼板を示す概略図である。以下の説明において、圧延方向または鋼板の移動方向は、図２におけるｘ軸方向を意味し、幅方向は、圧延方向に直角な方向で図２におけるｙ軸方向を意味し、幅は、ｙ軸方向に対する鋼板の長さを意味する。図２において、図中の符号３１は、レーザビームによって溝状に凹んで鋼板１の表面に連続的に形成された照射線を指す。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の磁区細分化装置は、鋼板１が２ｍ／ｓ以上の高速で進んでも安定的に永久磁区細分化処理を行う。

本実施形態による磁区細分化装置は、生産ラインに沿って移動する鋼板１を支持しながら鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、レーザビームを照射して鋼板を溶融させて鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、鋼板支持ロール位置調節設備およびレーザ照射設備を外部から隔離して収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルーム２０とを含む。

また、磁区細分化装置は、鋼板が傾くことなく平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備を含む。

さらに、磁区細分化装置は、鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御設備を含む。

また、磁区細分化装置は、レーザビーム照射により鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）およびスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含む。

ヒルアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）は、鋼板表面にレーザビームを照射して溝を形成する時に、鋼板で溶融した鉄が溝部位の両側に一定の高さ以上に積まれて形成される部分を意味する。スパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）は、レーザビーム照射時に発生して鋼板表面に凝固した溶融鉄を意味する。

また、鋼板の幅方向に沿ってレーザビームの焦点距離の変化に合わせて鋼板を支持する鋼板支持ロールの傾きを変化させることによって、鋼板表面に対するレーザビームの焦点距離を一定に維持させる焦点距離維持部をさらに含む。焦点距離維持部の具体的な構造については、以下でより詳細に説明する。

蛇行制御設備は、鋼板１の移動方向を転換するためのステアリングロール（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｒｏｌｌ）（２Ａ、２Ｂ）と、鋼板１の幅の中央位置が生産ラインの中央から外れた程度（蛇行量）を測定するための蛇行測定センサ４と、蛇行測定センサ４の検出信号を演算して、ステアリングロール（２Ａ、２Ｂ）の軸を回転および移動させて鋼板１の動く方向を調整するための鋼板中央位置制御系（Ｓｔｒｉｐ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）３とを含む。

蛇行測定センサ４は、ステアリングロール２Ｂの後段に配置され、ステアリングロールを経た鋼板の実際の蛇行量をリアルタイムに検出する。

蛇行制御設備により、鋼板が生産ラインの中央に沿って左右偏ることなく真っすぐに移動するため、鋼板の全幅にわたって鋼板表面に溝を形成することができる。

蛇行制御設備は、レーザ照射による鋼板表面の溝形成前の工程において、蛇行測定センサ４によって鋼板の蛇行量を測定する。蛇行測定センサ４によって測定された値は、鋼板中央位置制御系３に出力され、鋼板中央位置制御系３は、蛇行測定センサ４の出力値を演算して、演算された蛇行程度に応じてステアリングロール（２Ａ、２Ｂ）の軸を回転および移動させる。このように、ステアリングロール（２Ａ、２Ｂ）が回転および移動することによって、ステアリングロールに巻かれて移動する鋼板の動く方向が調整される。そのため、鋼板の蛇行量が制御され、鋼板１の蛇行量を±１ｍｍ以内に制御することができる。

張力制御設備は、鋼板１に一定の大きさの張力を印加しながら移動を誘導するテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ、ＴＢＲ）（５Ａ、５Ｂ）と、テンションブライドルロールを通過した鋼板１の張力を測定するための鋼板張力測定センサ７と、鋼板張力測定センサ７で測定された鋼板１の張力に基づき、テンションブライドルロール（５Ａ、５Ｂ）の速度を調整するための鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６とを含む。
鋼板張力測定センサ７は、テンションブライドルロール５Ｂの後段に配置され、テンションブライドルロール５Ｂを経て張力が付与された鋼板の実際の張力をリアルタイムに測定する。

本実施形態において、鋼板の張力は、レーザ照射設備のレーザ照射位置における鋼板表面の形状を平らにしつつ、過度の張力によって鋼板の破断が発生しないように設定される。

張力制御設備は、設定された範囲内の鋼板張力で操業するために、鋼板張力測定センサ７で測定された鋼板の張力に基づき、鋼板（Ｓｔｒｉｐ）張力制御系６によってテンションブライドルロール（Ｔｅｎｓｉｏｎ Ｂｒｉｄｌｅ Ｒｏｌｌ、ＴＢＲ）（５Ａ、５Ｂ）の速度を調整する。そのため、張力制御設備は、鋼板１の張力誤差が設定範囲以内となるように制御して、鋼板に張力を付与する。

張力制御設備を通過した鋼板は、レーザルーム２０の内部に流入して、鋼板支持ロール位置調節設備およびレーザ照射設備を経て磁区細分化加工された後、レーザルーム２０の外部に抜け出る。レーザルーム２０については、後述する。

本実施形態において、レーザルーム２０の内部には、レーザ照射設備の真下側に鋼板支持ロール９が配置され、鋼板支持ロール９を挟んで両側にそれぞれディフレクタロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｒｏｌｌ）（８Ａ、８Ｂ）が配置される。

鋼板１の移動方向は、ディフレクタロール（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｒｏｌｌ）（８Ａ、８Ｂ）によって鋼板支持ロール９に向かうように転換される。鋼板１は、ディフレクタロール８Ａを通りながら鋼板支持ロール９側に移動方向が転換されて鋼板支持ロール９に接した後、再びディフレクタロール８Ｂ側に方向が転換されてディフレクタロール８Ｂを通って移動する。

ディフレクタロールによって、鋼板１は、鋼板支持ロール９に沿って円弧状に巻かれて鋼板支持ロールに面接触しながら通る。レーザビーム照射時、鋼板の振動およびウェーブによるレーザビームの焦点距離の変動を最小化するためには、鋼板が鋼板支持ロールに十分に面接触して通らなければならず、この状態で鋼板支持ロールに沿って進行する鋼板にレーザビームを照射しなければならない。本実施形態では、上述のように鋼板支持ロールに鋼板が面接触することによって、鋼板に対してレーザビームを正確に照射することができる。

鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備のレーザ照射位置に鋼板１を支持する鋼板支持ロール９と、レーザ照射設備で鋼板１へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさを測定するための輝度測定センサ１０と、輝度測定センサ１０で測定された火炎の明るさに基づき、鋼板支持ロール９の位置を制御するための鋼板支持ロール（ＳＰＲ）位置制御系１２とを含む。

鋼板支持ロール位置調節設備は、鋼板支持ロール９によってレーザ照射部位置に鋼板１を支持し、レーザの鋼板照射効率が高い焦点深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）内に鋼板が位置するように、鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさが最も良い状態となるように、鋼板支持ロール９の位置を全体的に上下に調整する。また、鋼板へのレーザ照射時に発生する火炎の明るさは、輝度測定センサ１０を用いて測定する。

本実施形態において、鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備の光学系から鋼板表面の間の実際の距離を測定するための距離測定センサ１１をさらに含む。鋼板支持ロール位置制御系１２は、輝度測定センサ１０から検出された火炎の明るさと、距離測定センサ１１から実際測定された光学系と鋼板表面との間の距離を演算して、鋼板支持ロール９の位置をより精密に制御する。

蛇行制御設備、張力制御設備、および鋼板支持ロール位置調節設備は、レーザ照射設備によって精密に鋼板にレーザ溝が形成されるように、レーザ照射位置における鋼板の条件を設定する役割を果たす。レーザ照射位置における鋼板は、鋼板の中央位置が生産ラインの中央位置になければならず、光学系との距離が設定された値に維持されなければならない。

レーザ照射設備は、レーザ発振器制御器１３と、連続波のレーザビーム１６を発振するためのレーザ発振器１４と、光学系１５とを含む。

鋼板の蛇行量が過度であると、鋼板がレーザ照射位置から外れて鋼板支持ロール９にレーザが照射されて損傷が発生する。そのため、鋼板支持ロールの損傷を防止するために、レーザ発振器制御器１３は、正常な作業条件下ではレーザ発振器をオン（Ｏｎ）状態にし、鋼板の蛇行量が１５ｍｍ以上発生すると、レーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）状態に制御する。

レーザ発振器１４は、シングルモード（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ）の連続波レーザビームを発振して光学系１５に伝達する。光学系１５は、伝達されたレーザビーム１６を鋼板の表面に照射する。

レーザ発振器１４および光学系１５は、レーザビームを鋼板の表面に照射して、上部幅、下部幅、および深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３μｍ〜３０μｍの溝を形成すると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、鋼板の溶融に必要な１．０Ｊ／ｍｍ^２〜５．０Ｊ／ｍｍ^２の範囲のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する。

光学系１５は、レーザの走査速度を制御する機能があり、レーザ照射線（図２の符号３１）の間隔を圧延方向に２ｍｍ〜３０ｍｍに調整する。そのため、レーザビームによる熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ、ＨＡＺ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善する。

また、本実施形態において、レーザ照射設備は、鋼板１に対するレーザビームの照射位置を制御して、鋼板に照射されるレーザビームが鋼板で反射して光学系やレーザ発振器に入るバックリフレクション現象を防止する構造となっている。

このために、図３に示すように、レーザ照射設備は、鋼板支持ロール９の表面に円弧状に接して進行する鋼板の表面に対して、光学系１５から照射されるレーザビームの照射方向が、鋼板支持ロール９の中心軸を通る際のレーザビームの照射位置を基準点Ｐとして、基準点Ｐから鋼板支持ロール９の中心から外周面に沿って角度Ｒ（以下、説明の便宜のために離隔角度Ｒという）をおいて離隔した位置に、レーザビームを照射する構造になっている。

基準点Ｐとは、図３にて、鋼板支持ロール９の中心軸を通る線と鋼板とが接する地点である。レーザビームの照射方向が鋼板支持ロール９の中心軸を通る場合、レーザビームの焦点は基準点Ｐに合わされる。この場合、レーザビームの照射方向が基準点Ｐにおける鋼板支持ロール９の接線と直角をなすことによって、鋼板に当たって反射するレーザビームがそのまま光学系とレーザ発振器に入って損傷をきたすバックリフレクション現象が発生する。

本実施形態によるレーザ照射設備は、上記のように、基準点Ｐから離隔角度Ｒだけ離隔した位置に、レーザビームを照射することによって、鋼板から再反射するレーザビームが光学系に入射しなくなる。したがって、バックリフレクション現象を防止し、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持することができる。

本実施形態において、離隔角度Ｒは、基準点Ｐに対して鋼板支持ロール９の中心から外周面に沿って３°〜７°の範囲に設定される。

レーザビームが照射される位置である離隔角度Ｒが３°より小さいと、鋼板から再反射するレーザビームの一部が光学系やレーザ発振器に流入する。離隔角度Ｒが７°を超えると、レーザビームによる溝形成がうまく行われず、溝の形成不良が発生する。

このように、本実施形態によるレーザ照射設備は、基準点Ｐを中心に所定の角度離隔した地点で鋼板にレーザを照射することによって、バックリフレクション現象を防止し、レーザビームによって形成される溝形状の品質を安定的に維持することができる。

また、図３に示すように、レーザ照射設備は、鋼板の表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造を有している。

本実施形態において、レーザ照射設備は、鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換する。

このために、レーザ照射設備は、鋼板にレーザビームを照射する光学系１５が駆動部によって回転可能な構造からなり、鋼板の表面に形成されるレーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して変換する構造である。このように光学系によるレーザビームの照射線の角度が変換されることによって、レーザビームによる照射線３１は、鋼板の圧延方向に対して直角の方向から±４°の範囲に傾いて形成される。したがって、レーザによる溝の形成による磁束密度の低下を最小化することができる。

このように、レーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して所定の角度にずれて形成させるために、光学系１５が鋼板の幅方向に対して所定の角度で回転する。鋼板が円形の鋼板支持ロールに円弧状に接触して曲面をなした状態で進行する際に、上記のように光学系が回転して鋼板の幅方向からずれることにより、光学系から照射されるレーザビームの照射方向も鋼板の幅方向からずれるようになる。

図３は、上記のように鋼板の幅方向に対して光学系が回転角度に回転するに伴って、光学系のレーザビームが鋼板の幅方向からずれて焦点距離の変化が生じることを示している。図３において、符号Ｌは、鋼板の幅方向を通る線分を意味し、符号Ｗは、回転した光学系によって鋼板の表面に照射されるレーザの照射ラインを意味する。この照射ラインＷは、鋼板の移動を考慮しない場合、レーザビームの照射線３１と理解される。符号Ａは、鋼板の幅方向に対する光学系の回転角度を意味する。

図３に示すように、光学系１５が鋼板の幅方向に対して角度をおいて回転した時、鋼板の幅方向を通る線分Ｌと、回転した光学系から照射されるレーザビームの照射ラインＷとが接する地点Ｃを中心に右側先端へいくほど鋼板の位置が相対的に高くてレーザ照射設備の光学系と鋼板との間の距離Ｄが次第に短くなり、反対側先端の左へいくほど鋼板の位置が相対的に低くて光学系と鋼板との間の距離Ｅが次第に長くなる。このように、照射ラインＷに沿って光学系１５と鋼板１との間の距離が変化し、光学系から鋼板に照射されるレーザビームの焦点距離が変化する。

本実施形態による焦点距離維持部は、照射線の角度付与により光学系１５が回転しながら、発生したレーザビームの焦点距離の変化を補正して焦点距離を均一に維持する。

このように、鋼板の表面に対するレーザビームの焦点距離が変化すると、鋼板に形成される溝深さが均一でないだけでなく、有効焦点距離を外れると、鋼板に溝が形成されないという深刻な問題が発生する。

したがって、本実施形態による磁区細分化装置は、焦点距離維持部を備えて、照射線の角度付与により鋼板の幅方向に対するレーザビームの焦点距離の変化に合わせて鋼板を支持する鋼板支持ロール９の傾きを変化することによって、焦点距離を一定に維持する。

図４は、本実施形態による焦点距離維持部の構成を示す図である。

図４に示すように、焦点距離維持部は、光学系の回転に伴う鋼板表面のレーザビームの焦点距離の変化に合わせて鋼板支持ロール９の傾きを演算し、鋼板支持ロールの傾きを制御する制御部４５と、鋼板支持ロール９の両先端部にそれぞれ設けられ、制御部４５の信号によって駆動されて、鋼板支持ロールの両先端部を上下に昇下降させて傾きを変化させる昇降シリンダ（４３、４４）とを含む。

制御部４５は、レーザビームの照射線の角度付与により光学系の回転角度を演算する光学系角度演算部４６と、光学系角度演算部によって求められた光学系の回転角度に合わせて鋼板支持ロールの傾き角度を求める傾き演算部４７と、傾き演算部４７で求められた傾き角度の値に基づき、鋼板支持ロールの両先端部に配置された各昇降シリンダ（４３、４４）の伸縮駆動量を演算し、各昇降シリンダ（４３、４４）に出力信号を印加するロール制御部４８とを含む。

制御部４５は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度および照射線の角度が入力される入力部４９をさらに備える。

光学系角度演算部４６は、照射線の角度に合わせて適正角度に回転する光学系１５の回転角度を演算する。光学系角度演算部４６は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度による影響を考慮して、照射線の角度に合わせて回転する光学系の回転角度を演算する構造である。つまり、光学系角度演算部４６は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度および設定された照射線の角度から光学系の回転角度を演算する。

本実施形態において、光学系角度演算部４６は、その内部にレーザビームの照射間隔と照射幅に基づき、鋼板に形成されるレーザビームの照射角度を求める式（１）と、付与された照射線の角度に対する光学系の回転角度を求める式（２）を予め保存する。そのため、光学系角度演算部は、入力部４９から入力された各数値により、まず、下記の式（１）から鋼板の移動の影響により発生するレーザビームの照射角度を求め、この値を下記の式（２）に反映して実際の光学系の回転角度Ａを演算する。

式（１）− レーザビームの照射角度＝ｓｉｎ^−１（レーザビームの照射間隔／レーザビームの照射幅）

レーザビームの照射角度は、光学系が回転しない状態でも鋼板が移動するのに伴って、レーザビームの照射線が鋼板の幅方向に対して傾いて形成される角度を意味する。

式（２）− 光学系の回転角度Ａ＝照射線の角度−レーザビームの照射角度

式（２）中、照射線の角度は、鋼板の幅方向に対して鋼板にレーザビームが照射されて形成される照射線の角度である。照射線の角度は、上記の式（１）から鋼板の移動を考慮したレーザビームの照射角度と、光学系の回転に伴うレーザビームの照射角度とを加えた値になる。そのため、設定された照射線の角度から、式（１）で求めたレーザビームの照射角度を引くことによって、光学系の回転角度Ａを求める。

傾き演算部４７は、光学系角度演算部４６で計算された光学系の回転角度に基づき、鋼板支持ロールの傾きＢを演算する。

傾き演算部４７は、その内部に鋼板支持ロールの傾きを演算する式（３）を予め保存する。そのため、傾き演算部４７は、上記の式（２）により求められた光学系の回転角度に応じたレーザビームの照射ラインの座標値を下記の式（３）に反映して鋼板支持ロールの傾きＢを演算する。

式（３）− 鋼板支持ロールの傾きＢ＝ｔａｎ^−１（｜Ｚ_２−Ｚ_１｜／｜Ｘ_２−Ｘ_１｜）

上記のＺ_２、Ｚ_１、Ｘ_２、Ｘ_１は、図３のｘｙｚ座標系の座標値で、回転した光学系によって鋼板表面に照射されるレーザの照射ラインＷ上の座標値である。

上記の式（３）により、傾き演算部４７は、光学系の回転角度に応じた鋼板上のレーザビームの傾いた角度、つまり鋼板支持ロールに反映される傾きを演算する。

ロール制御部４８は、その内部に鋼板支持ロール９の両先端部に配置された各昇降シリンダ４３、４４の伸縮駆動量を演算する下記の式（４）を予め保存する。そのため、ロール制御部４８は、下記の式（４）により求められた各昇降シリンダ（４３、４４）の伸縮駆動量に応じて各昇降シリンダを制御作動して、鋼板支持ロール９を必要な傾きＢに調整する。

式（４）− △Ｚ_ｌｅｆｔ＝Ｍ×ｔａｎＢ、△Ｚ_{ｒｉｇｈｔ}＝（−Ｎ）×ｔａｎＢ

ここで、△Ｚ_ｌｅｆｔは、図４にて、左側の昇降シリンダ４３に対する伸縮駆動量であり、△Ｚ_{ｒｉｇｈｔ}は、右側の昇降シリンダ４４に対する伸縮駆動量を示す。また、Ｂは、鋼板支持ロール９の傾き値である。上記（−Ｎ）におけるマイナス（−）は、伸縮駆動量がマイナス値つまり、昇降シリンダが伸張でなく収縮して伸縮量の減少する値を意味する。

また、Ｍは、鋼板支持ロール９が水平に配置された際の水平軸線Ｈと、傾き演算部４７で求められた傾きＢに鋼板支持ロール９が傾いた際の傾き軸線Ｋとが接する地点Ｇから左側昇降シリンダ４３までの距離であり、Ｎは、地点Ｇから右側昇降シリンダ４４までの距離である。

このように、式（４）により、ロール制御部４８は、鋼板支持ロールの傾きＢに合わせて各昇降シリンダ（４３、４４）の伸縮駆動量を決定し、この値に合わせて各昇降シリンダを伸縮駆動する。ロール制御部４８の制御信号によって昇降シリンダ（４３、４４）が駆動され、鋼板支持ロールを設定された傾きＢに調節する。

図３にて、鋼板に対するレーザの照射ラインＷの変化に合わせて、図４に示すように、鋼板支持ロールの傾きＢは、左側が上がり右側が下がるように求められ、この値に合わせて、右側の昇降シリンダ４４は収縮し、左側の昇降シリンダ４３は伸張するように駆動される。

そのため、鋼板支持ロール９は、設定された傾きＢに傾いて、傾き軸線Ｋに沿って軸方向が調整される。したがって、図４にて、地点Ｇを中心に鋼板支持ロール９の右側を通る鋼板の位置が低くなり、左側を通る鋼板の位置は高くなる。

地点Ｇを中心に右側で鋼板の位置が低くなるにつれ、光学系１５と鋼板１との間の距離はより長くなる。同様に、地点Ｇを中心に左側で鋼板の位置が高くなるにつれ、光学系と鋼板との間の距離はより短くなる。このように、鋼板支持ロールの傾きＢによって光学系と鋼板との間の距離が調節されることによって、光学系の回転に伴う鋼板と光学系との間の距離の変化を補償する。

つまり、図３に示すように、光学系１５の回転に伴って、鋼板の右側で光学系１５と鋼板１との間の距離が短くなるが、鋼板支持ロール９に傾きＢを付与することによって、図４に示すように、鋼板の右側で鋼板の位置が低くなるにつれて、図３での鋼板と光学系との距離の縮小量を補償する。したがって、光学系から鋼板表面に照射されるレーザビームの焦点距離が照射線に沿って一定に維持される。そのため、光学系の回転にもかかわらず鋼板表面に幅方向の溝深さ偏差を最小化しながら照射線を形成することができる。

レーザ照射設備は、鋼板にレーザビーム照射により生成されたヒュームとスパッタを除去するための溶融鉄除去設備をさらに含む。

溶融鉄除去設備は、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去するエアナイフ１７と、ヒュームと溶融鉄を吸入して除去する集塵フード（１９Ａ、１９Ｂ）とを含む。エアナイフと集塵フードを介してレーザ照射時に生成されたヒュームが除去され、光学系の内部にヒュームが流入するのを防止する。エアナイフ１７は、鋼板１の溝内部に一定の大きさの圧力（Ｐａ）を有する圧縮乾燥空気を噴射して、溝内部に残存する溶融鉄を除去する。エアナイフ１７において、圧縮乾燥空気は、０．２ｋｇ／ｃｍ^２以上の圧力（Ｐａ）を有することが好ましい。圧縮乾燥空気の圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ^２より小さいと、溝内部の溶融鉄の除去ができず鉄損改善効果を確保できないからである。エアナイフによって除去されたヒュームとスパッタは、レーザ照射位置の前後に配置された集塵フード（１９Ａ、１９Ｂ）によって除去される。

また、レーザ照射設備は、レーザビームの反射光、散乱光、および輻射熱が光学系に流入するのを遮断する遮蔽部１８をさらに含む。遮蔽部１８は、鋼板に照射されたレーザビーム１６の反射と散乱によって光学系に流入する反射光および散乱光を遮断することによって、反射光と散乱光とによる輻射熱で光学系が加熱して熱変形することを防止する。

レーザルーム２０は、内部空間を有するルーム構造物で、内部にはレーザ照射設備および鋼板支持ロール位置制御設備を収容して外部と隔離させ、これらの円滑な駆動のための適切な動作環境を提供する。

鋼板の進行方向に沿ってレーザルーム２０の入側と出側にはそれぞれ入口と出口が形成される。レーザルーム２０は、外部の埃などによって内部空間が汚染しないように汚染物質の流入を遮断する施設を備える。このために、レーザルーム２０は、内部圧力を外部よりも高めるための陽圧装置２３を備える。陽圧装置２３は、レーザルーム２０の内部圧力を外部圧力よりも相対的に高く維持する。そのため、外部の異物がレーザルーム２０の内部に流入するのを防止することができる。また、鋼板が出入りする入口と出口にはエアカーテン（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、および２２Ｄ）が設けられる。エアカーテンは、鋼板がレーザルーム２０に入り抜け出る通路である入口と出口に空気を噴射して膜を形成することによって、入口と出口を通して埃などが流入するのを遮断する。また、レーザルーム２０の内部汚染を防止するために、レーザルーム２０の出入口であるドアにはシャワーブース２１が設けられる。シャワーブース２１は、レーザルーム２０に入る出入者の体に付いた異物を除去する。

レーザルーム２０は、実質的にレーザビームによる鋼板の磁区細分化工程が進行する空間で、内部環境の変化を最小化し、適正な環境を維持させる必要がある。このために、レーザルーム２０は、レーザ照射設備のレーザ発振器１４と光学系１５などが位置する上部空間を、鋼板１の通る下部空間と分離させる光学系下部フレーム２４と、レーザルーム２０の内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器２５とを備える。

光学系下部フレーム２４は、レーザ発振器１４と光学系１５などの主要設備の動作環境をより徹底的に管理できるようにする。光学系下部フレーム２４は、レーザルーム２０の内部で鋼板の通る光学系の下部空間と、レーザ発振器および光学系ミラーが位置する光学系の上部空間とを分離するように設けられる。光学系下部フレーム２４によって、レーザルーム２０の内部でも光学系の上部空間が別途に分離され、レーザ発振器や光学系などの主要設備に対する汚染防止と温度および湿度の制御がより容易になる。

恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０内部の温度と湿度を調節して適正な環境を提供する。本実施形態において、恒温恒湿制御器２５は、レーザルーム２０の内部温度を２０℃〜２５℃に維持し、湿度を５０％以下に維持する。

このように、レーザルーム２０の内部空間は作業環境に適した温度と湿度に維持され続けて、最適な状態で鋼板に対して磁区細分化工程が進行可能になる。したがって、工程に必要な最適な動作環境下で高品質の製品を大量に生産することができる。

本実施形態による磁区細分化装置は、鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含む。

ヒルアップとスパッタは、製品の絶縁性と占積率低下の原因になるので、後処理設備を介して完全に除去することにより、製品の品質を高めることができる。

後処理設備は、鋼板の移動方向に沿ってレーザルーム２０の後段に配置され、鋼板表面のヒルアップとスパッタを除去するブラシロール（２６Ａ、２６Ｂ）を含む。ブラシロール（２６Ａ、２６Ｂ）は、駆動モータによって高速回転し、動作時に発生する駆動モータの電流値を設定された目標値に制御する電流制御系と、ブラシロールと鋼板との間の間隔を調節して制御するブラシ位置制御系とによって、回転速度と鋼板との間隔が制御される。ブラシロールは、レーザビームによる溝が形成された鋼板の一面にのみ配置されるか、または鋼板の両面に配置される。ブラシロール（２６Ａ、２６Ｂ）は、鋼板表面に密着して高速回転しながら、鋼板表面に付着しているヒルアップとスパッタなどを除去する。図１に示すように、ブラシロール（２６Ａ、２６Ｂ）に近接して、ブラシロールによって除去されたヒルアップとスパッタを排出するための集塵フード１９Ｃがさらに設けられる。集塵フード１９Ｃは、ブラシロール（２６Ａ、２６Ｂ）によって鋼板から取り外されたヒルアップとスパッタなどの溶融鉄を吸入して外部に排出する。

また、後処理設備は、ブラシロール（２６Ａ、２６Ｂ）の後段に配置され、鋼板をアルカリ溶液と電気分解反応させて鋼板表面に残存するヒルアップとスパッタを追加除去する清浄ユニット２９と、清浄ユニットに連結されて、清浄ユニットのアルカリ溶液内に含まれている異物をアルカリ溶液からろ過するためのフィルタリング部３０とをさらに含む。

鋼板は、ブラシロール（２６Ａ、２６Ｂ）を経て一次的にヒルアップとスパッタが除去され、清浄ユニット２９を通りながら二次的に残存するヒルアップとスパッタが除去される。そのため、鋼板表面に付着したヒルアップとスパッタをより完璧に除去して製品の品質を高めることができる。

清浄ユニット２９は、内部にアルカリ溶液が満たされ、一側にフィルタリング部３０が連結される。清浄ユニットを介して鋼板を処理することによって、内部のアルカリ溶液に鋼板から除去されたヒルアップおよびスパッタが蓄積して、鋼板の清浄性能が低下する。フィルタリング部３０は、清浄ユニットのアルカリ溶液を循環させながらアルカリ溶液に含まれているヒルアップとスパッタを除去する。フィルタリング部３０は、ヒルアップおよびスパッタを除去してアルカリ溶液の鉄分含有量を５００ｐｐｍ以下に管理する。このように、清浄ユニットの清浄性能の低下を防止して連続的に鋼板を処理する。

以下、本実施形態による電磁鋼板の磁区細分化過程について説明する。

連続的に移送される鋼板は、蛇行制御設備と張力制御設備とを経てレーザルームの内部に進入して２ｍ／ｓｅｃ以上の速度で進行し、磁区細分化処理される。レーザルームの内部に進入した鋼板は、レーザ照射設備を介して永久磁区細分化処理された後、レーザルームの外部に引き出される。レーザルームの外部に引き出された鋼板は、後処理設備を経て表面に残存するヒルアップとスパッタなどが除去されて、後工程に送られる。

この過程で、鋼板表面に対するレーザ照射が進行するレーザルームは、磁区細分化のための最適な環境を提供できるように、内部動作環境を適切に設定し維持する。

レーザルームは、内部を外部から隔離させて外部汚染物質の流入を遮断し、レーザルームの内部温度と圧力および湿度を磁区細分化形成のための動作環境に合わせて制御する。

レーザルームは、内部の圧力を外部と比較して高く設定し維持することによって、外部の埃などの異物がレーザルームの内部に流入するのを防止する。また、鋼板が移動する通路である入口と出口に空気による膜を形成することによって、入口と出口を通して鋼板が進行する過程で埃などの異物がレーザルームの内部に流入するのを遮断する。

また、レーザルームに設けられた恒温恒湿制御器は、レーザルームの内部温度を２０℃〜２５℃に維持し、湿度を５０％以下に維持することによって、レーザ照射による磁区細分化処理に最適な条件を提供する。

このように、レーザルームによってレーザビーム照射のための最適な環境が提供され、鋼板は、蛇行制御設備、張力制御設備、そして鋼板支持ロール位置調節設備を経てレーザ照射位置に正確に位置する。

まず、磁区細分化処理のために、鋼板は、蛇行制御設備を介して進行方向が制御され、生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく真っすぐに移動する。

蛇行測定センサは、鋼板の蛇行量を持続的に検出し、鋼板が蛇行すると、蛇行測定センサで検出された信号を演算して、鋼板中央位置制御系がステアリングロールの軸を回転および移動させて鋼板を正位置に移動させる。このように鋼板の位置によって持続的にステアリングロールを制御することによって、鋼板を引き続き生産ラインの中央を外れることなく連続的に移動させる。

鋼板は、ステアリングロールを通り、張力調節のためのテンションブライドルロールを経て移動する。テンションブライドルロールを通った鋼板の張力は、張力測定センサによって検出される。鋼板張力制御系は、張力測定センサによって検出された測定値を演算して、設定された張力に合わせてテンションブライドルロールの速度を制御する。そのため、移動する鋼板の張力を設定された範囲に合わせて持続的に維持する。

テンションブライドルロールを経た鋼板は、レーザルームの入口を通してレーザルームの内部に流入する。鋼板は、レーザルームの内部でブライドルロールによって方向が転換され、２つのブライドルロールの間に位置した鋼板支持ロールに密着した状態で移動する。

鋼板支持ロールは、鋼板を上下に移動させてレーザビームの焦点深度内に鋼板を位置させる。

レーザ照射設備から鋼板にレーザビームが照射されると、輝度測定センサは、鋼板表面の火炎の明るさをリアルタイムに検出し、輝度測定センサで検出された測定値に基づき、鋼板支持ロール位置制御系が鋼板支持ロールを上下に移動させてレーザビームの焦点深度内に鋼板が位置するようにする。そのため、鋼板表面にレーザビームが効果的に照射されて高品質の照射線が形成される。

レーザ発振器制御器は、鋼板の蛇行程度に応じてレーザ発振器をオン／オフさせる。レーザ発振器制御器は、蛇行測定センサに連結され、蛇行測定センサから測定された鋼板の蛇行量が、例えば、１５ｍｍ以上になると、鋼板が鋼板支持ロールから過度に多く外れたと判断して、レーザ発振器をオフ（Ｏｆｆ）させる。そのため、レーザビームが蛇行された鋼板を通り、鋼板支持ロールの表面に照射されてロールが損傷するのを防止することができる。

レーザ発振器制御器の命令に従ってレーザ発振器で生成されたレーザビームは、光学系を経て鋼板表面に照射される。レーザ発振器は、ＴＥＭ_００連続波レーザビームを発振して、光学系に伝達する。

光学系は、レーザビームの方向を転換して鋼板の表面にレーザを照射することによって、鋼板の表面に連続的に溶融溝を形成して磁区細分化処理する。

光学系を経て鋼板に照射されるレーザビームによって鋼板の表面が溶融しながら照射線に沿って溶融溝が形成される。本実施形態において、レーザビーム照射により、鋼板の表面に上部幅、下部幅、および深さがそれぞれ７０μｍ以内、１０μｍ以内、３μｍ〜３０μｍの溝を形成させると同時に、レーザ照射時に溶融部の溝の内部壁面に残留させる再凝固部が生成されるように、レーザ発振器と光学系は、鋼板の溶融に必要な１．０Ｊ／ｍｍ^２〜５．０Ｊ／ｍｍ^２の範囲内のレーザエネルギー密度を鋼板に伝達する。

また、光学系を介したレーザビームの照射過程で、基準点Ｐから離隔した位置Ｒにレーザビームを照射することによって、鋼板から再反射するレーザビームが光学系に入射しなくなる。したがって、バックリフレクション現象を防止し、反射光によってレーザビームの入射光路が干渉されず、レーザビームによって形成される溝形状の品質を維持することができる。

光学系は、レーザの走査速度を制御する機能があり、圧延方向に対してレーザ照射線の間隔を調整することができる。また、光学系は、回転機能を備えて、レーザ照射線の角度を変更することができる。本実施形態において、光学系によってレーザ照射線の間隔を圧延方向に２ｍｍ〜３０ｍｍに調整可能にすることによって、レーザビームによる熱影響部（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ、ＨＡＺ）の影響を最小化して鋼板の鉄損を改善することができる。また、レーザビームの照射過程で、光学系の回転により鋼板表面に照射されるレーザビームの照射線の角度を変換することができる。本実施形態において、光学系は、レーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して±４°の範囲で変換することができる。つまり、図２にて、ｙ軸方向に対して±４°の範囲で傾くようにしてレーザビームの照射線３１を形成することができる。そのため、鋼板表面に形成される照射線は、圧延方向に対して８６°〜９４°の範囲で傾いて形成される。このように照射線をｙ軸方向に対して傾くように形成することによって、レーザによる溝形成による磁束密度の低下を最小化することができる。

本実施形態による処理方法は、上記のように光学系を回転して、レーザビームの照射線の角度を鋼板の幅方向に対して所定の角度に変換する場合、鋼板を支持する鋼板支持ロールの傾きを変化させることによって、鋼板に対するレーザビームの焦点距離を引き続き一定に維持することができる。

焦点距離維持のために、まず、光学系の回転に伴う鋼板表面のレーザビームの焦点距離の変化に合わせて前記鋼板支持ロールの傾きを演算し、求められた鋼板支持ロールの傾きに合わせて鋼板支持ロールの両先端部に設けられた昇降シリンダをそれぞれ上下に移動させて鋼板支持ロールの傾きを変化させる。

鋼板支持ロールの傾きが変化するにつれ、鋼板と光学系との間の距離が変化する。そのため、光学系の回転に伴うレーザビームの焦点距離の変化量が鋼板支持ロールの傾きによって補償され、光学系と鋼板との間の距離が一定に維持される。したがって、光学系から鋼板表面に照射されるレーザビームの焦点距離が照射線に沿って一定に維持され、鋼板表面に幅方向の溝深さ偏差を最小化しながら照射線が形成される。

図５は、本発明の実施例による鋼板の幅方向に沿って鋼板に形成された照射線の溝深さを従来と比較して示すグラフである。

図５に示すように、比較例は、従来のように鋼板支持ロールの傾きを変換せずにレーザビームを照射した構造に対する溝深さを示しており、実施例は、本発明により光学系の回転時に鋼板支持ロールの傾きを変換した構造に対する溝深さを示している。

図５に示すように、比較例の場合、鋼板の幅方向に沿って溝深さの変化量が大きく、全体的に溝深さが均一でないことが分かる。これに対し、本実施例の場合、鋼板の幅方向に沿って全体的に溝深さが均一に形成されることが確認される。

このように、本実施例の場合、鋼板の表面に照射されるレーザビームの焦点距離が照射線に沿って一定に維持され、鋼板の表面における幅方向の溝深さ偏差を最小化することができる。

レーザビームの照射過程で、鋼板がレーザビームによって溶融されると多量のヒュームと溶融鉄のスパッタが発生する。ヒュームとスパッタは光学系を汚染させ、溝の内部に溶融鉄が残存すると、正確な溝の形成が難しく、鉄損の改善がなされず、製品の品質を阻害する。そのため、鋼板の溝内部に圧縮乾燥空気を噴射して溝内部に残存する溶融鉄を除去し、集塵フードを介してヒュームと溶融鉄を直ちに吸入して除去する。したがって、鋼板の磁区細分化過程でヒュームが光学系側に流入するのを遮断し、ヒュームとスパッタを速やかに除去することで磁区細分化処理効率を高めることができる。また、レーザビームの照射過程で、レーザビームの散乱光と熱がレーザ照射設備の光学系に流入するのをさらに遮断することができる。

レーザビーム照射により鋼板の表面に溝が形成されながら磁区細分化処理され、磁区細分化処理された鋼板は、連続的に移動してレーザルームの出口を通して外部に排出される。
レーザルームから排出された鋼板は、後処理過程を経て鋼板表面に付着したヒルアップとスパッタを除去する過程を経る。

鋼板はまず、レーザルームの外側に配置されたブラシロールを通りながら、鋼板に密着して高速回転するブラシロールによって一次的にヒルアップとスパッタが除去される。

ブラシロールを経た鋼板は、二次的に清浄ユニットを経て鋼板とアルカリ溶液との電気分解反応により残存するヒルアップとスパッタが最終的に除去される。清浄ユニットを経てヒルアップとスパッタが除去された鋼板は、後工程に移送される。

表１は、本実施例による連続波レーザビーム照射により０．２７ｍｍの厚さの鋼板の表面に形成された溝による方向性電磁鋼板の鉄損改善率を示している。表１に示すように、本実施例により磁区細分化処理された鋼板の場合、レーザ照射後と、レーザで磁区細分化して熱処理した後とも鉄損が改善されることを確認できる。

以上、本発明の例示的な実施例を図面を参照しながら説明したが、他の実施例が本技術分野における熟練した技術者によって多様に変形実施される。このような変形と他の実施例は、本発明の技術範囲を逸脱しない。

１ 鋼板
２Ａ、２Ｂ ステアリングロール（ＳＲ）
３ 鋼板中央位置制御系
４ 蛇行測定センサ
５Ａ、５Ｂ テンションブライドルロール
６ 鋼板張力制御系
８Ａ、８Ｂ ディフレクタロール
８Ｃ 中間ディフレクタロール
９ 鋼板支持ロール
１０ 輝度測定センサ
１１ 距離測定センサ
１２ 鋼板支持ロール位置制御系
１３ レーザ発振器制御器
１４ レーザ発振器
１５ 光学系
１６ レーザビーム
１７ エアナイフ
１８ 遮蔽部
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ 集塵フード
２０ レーザルーム
２１ シャワーブース
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ エアカーテン
２３ 陽圧装置
２４ 光学系下部フレーム
２５ 恒温恒湿制御器
２６Ａ、２６Ｂ ブラシロール
２７ モータ電流制御系
２８ ブラシ位置制御系
２９ 清浄ユニット
３０ フィルタリング部
３１ 照射線
４３、４４ 昇降シリンダ
４５ 制御部
４６ 光学系角度演算部
４７ 傾き演算部
４８ ロール制御部
４９ 入力部

Claims (23)

1. 生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節段階と、
   レーザビームを照射して前記鋼板を溶融させ、前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射段階と、を有し、
   前記レーザ照射段階は、
   鋼板にレーザビームを照射する光学系が、前記鋼板に対して回転し、前記鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換する角度変換段階と、
   前記鋼板の幅方向に沿ってレーザビームの焦点距離の変化に合わせて、前記鋼板を支持する鋼板支持ロールの傾きを変化させる焦点距離維持段階と、を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
2. 前記角度変換段階は、前記鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を±４°の範囲に変換することを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
3. 前記レーザ照射段階は、前記鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する前記鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂部を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って所定の角度をおいて離隔した位置に、レーザビームを照射することを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
4. 前記レーザ照射段階において、レーザビームは、前記基準点に対して前記鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３°〜７°離隔した範囲で照射されることを特徴とする請求項３に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
5. 前記焦点距離維持段階は、
   前記光学系の回転に伴う前記鋼板の表面のレーザビームの焦点距離の変化に合わせて前記鋼板支持ロールの傾きを演算する傾き角度計算段階と、
   前記傾き角度計算段階で求められた値に基づき、前記鋼板支持ロールの両先端部をそれぞれ上下に移動させて鋼板支持ロールの傾きを変化させる傾き調節段階と、を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
6. 前記傾き角度計算段階は、
   レーザビームの照射線の角度付与により前記光学系の回転角度を演算する光学系角度演算段階と、
   前記光学系角度演算段階によって求められた前記光学系の回転角度に合わせて前記鋼板支持ロールの傾き角度を求める傾き演算段階と、
   前記傾き演算段階で求められた傾き角度の値に基づき、前記鋼板支持ロールの両先端部に配置された各昇降シリンダの伸縮駆動量を演算し、各昇降シリンダに出力信号を印加するロール制御段階と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
7. 前記光学系角度演算段階は、レーザビームの照射間隔と前記鋼板の移動速度から、前記照射線の角度に合わせて回転する前記光学系の回転角度を演算する構造であ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磁区細分化方法。
8. レーザ照射が進行するレーザルーム内部の動作環境を設定し維持する設定維持段階をさらに含み、
   前記設定維持段階は、
   前記レーザルームの内部を外部から隔離させて外部汚染物質の流入を遮断する段階と、
   前記レーザルームの内部温度、圧力、および湿度を制御する段階と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
9. 前記鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、前記鋼板に張力を付与する張力制御段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
10. 前記鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
11. 前記レーザ照射段階を経て前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化方法。
12. 生産ラインに沿って移動する鋼板を支持しながら前記鋼板の上下方向の位置を制御する鋼板支持ロール位置調節設備と、
    レーザビームを照射して鋼板を溶融させ、前記鋼板の表面に溝を形成するレーザ照射設備と、を備え、
    前記レーザ照射設備は、
    鋼板にレーザビームを照射する光学系が、駆動部によって回転可能な構造からなり、前記光学系が前記鋼板に対して回転し、前記鋼板の幅方向に対してレーザビームの照射線の角度を変換する構造であり、
    前記鋼板の幅方向に沿ってレーザビームの焦点距離の変化に合わせて前記鋼板を支持する鋼板支持ロールの傾きを変化させる焦点距離維持部をさらに含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
13. 前記レーザ照射設備は、前記鋼板支持ロールの表面に円弧状に接して進行する前記鋼板の表面に対して、レーザビームの照射方向が前記鋼板支持ロールの中心軸と前記鋼板支持ロールの頂部を通る際のレーザビームの照射位置を基準点として、前記基準点から鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って所定の角度をおいて離隔した位置に、レーザビームが照射される構造であることを特徴とする請求項１２に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
14. 前記レーザ照射設備は、レーザビームを前記基準点に対して鋼板支持ロールの中心から外周面に沿って３°〜７°離隔した範囲に照射する構造であることを特徴とする請求項１３に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
15. 前記鋼板支持ロール位置調節設備およびレーザ照射設備を外部から隔離収容し、レーザ照射のための動作環境を提供するレーザルームをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
16. 前記レーザルームは、前記レーザ照射設備および鋼板支持ロール位置制御設備を収容して外部から隔離させる内部空間を形成し、鋼板の進行方向に沿って両側面には入口と出口が形成され、内部には前記レーザルームの内部圧力を外部よりも高めるための陽圧装置と、レーザ照射設備の光学系が位置した上部空間を鋼板の通る下部空間から分離させる光学系下部フレームと、前記レーザルームの内部温度と湿度を制御する恒温恒湿制御器と、を備えることを特徴とする請求項１５に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
17. 前記焦点距離維持部は、
    前記光学系の回転に伴う鋼板表面のレーザビームの焦点距離の変化に合わせて前記鋼板支持ロールの傾きを演算し、前記鋼板支持ロールの傾きを制御する制御部と、
    前記鋼板支持ロールの両先端部にそれぞれ設けられ、前記制御部の信号によって駆動され、鋼板支持ロールの両先端部を上下に昇下降させて傾きを変化させる昇降シリンダと、を含むことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
18. 前記制御部は、
    レーザビームの照射線の角度付与により光学系の回転角度を演算する光学系角度演算部と、
    前記光学系角度演算部によって求められた光学系の回転角度に合わせて鋼板支持ロールの傾き角度を求める傾き演算部と、
    前記傾き演算部で求められた傾き値に基づき、鋼板支持ロールの両先端部に配置された各昇降シリンダの伸縮駆動量を演算し、各昇降シリンダに出力信号を印加するロール制御部と、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
19. 前記制御部は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度および照射線の角度を入力する入力部をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
20. 前記光学系角度演算部は、レーザビームの照射間隔と鋼板の移動速度から、照射線の角度に合わせて回転する光学系の回転角度を演算する構造であることを特徴とする請求項１９に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
21. 前記鋼板を平らに展開された状態で維持されるように、鋼板に張力を付与する張力制御設備をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
22. 前記鋼板が生産ラインの中央に沿って左右に偏ることなく移動するようにする蛇行制御設備をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
23. 前記鋼板の表面に形成されたヒルアップ（ｈｉｌｌ ｕｐ）とスパッタ（ｓｐａｔｔｅｒ）を除去するための後処理設備をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方向性電磁鋼板の磁区細分化装置。
    

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