JPS5836052B2 - 電磁鋼板の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はすぐれた磁気特性、絶縁特性を有する電磁鋼板
を安定して製造する方法に関するものである。

電磁鋼板としては、モーター等の回転機に使用される無
方向性電磁鋼板あるいはトランス等に使用される方向性
電磁鋼板がある。

無方向性電磁鋼板は純鉄系昔たぱ３．５幅以下の珪素を
含有する珪素鋼板で、これはホットコイルを酸洗後、１
ないし２回の冷延と焼鈍をくり返して磁化容易軸を圧延
方向に対してランダムとし、その後絶縁皮膜処理を施し
て製造される。

一方、方向性電磁鋼板は一般に次の様にして製造される
。

すなわち２．５〜４，０係の珪素を含有し、インヒビタ
ーとしてＡｌＮ，ＭｎＳｔ ＢＮ，Ｓｅ，ＣｕＳ，Ｓｂ
等を形戒する元素の１種又は２種以上を所定量含有
するホットコイルを酸洗し、１〜２回の冷間圧延、焼鈍
をくり約した後、２次再結晶により（１ １０ ）（０
０１ ）の方位を有する結晶を選択的に或長させるため
に、１０００〜１２００℃で仕上げ焼鈍される。

仕上げ焼鈍をコイルの状態で行なうバッチ式の場合には
焼付を防止するために焼鈍分離剤としてマグネシャ、シ
リカ、アルミナ、酸化チタン、酸化カルシウム等の耐火
性酸化物が使用される。

この場合、マグネシャを主成分とする焼鈍分離剤を用い
ると、焼付が防止されると同時に鋼板表面のシリカとマ
グネシャが反応して、フオルステライト（２Ｍｇｏ−Ｓ
ｉＯ２）を主戒分とするグラス皮膜を形成する。

このグラス皮膜は絶縁皮膜として有効であるのみならず
、鋼板に比べて熱膨張係数が小さく、冷却時に鋼板に張
力を与えて鉄損、磁歪の減少に効果があり、一般にはこ
の様なグラス皮膜を有する方向性電磁鋼板の製造が主流
である。

この様に仕上げ焼鈍により２次再結晶を起させて、グラ
ス皮膜を形成した電磁鋼板は、次に余剰マグネシャを除
去した後、絶縁皮膜処理として、例えば特公昭２７−１
２６８号公報に示されるようにリン酸マグネシウム系処
理液や特公昭５３２８３７５号公報に示される様にコロ
イダルシリ？ーリン酸アルニウムークロム酸系処理液が
塗布され、７００〜９００゜Ｃで皮膜の焼付と同時に鋼
板の巻ぐせを取り除き、平坦にするためのフラットニン
グが実施されている。

この場合７００８Ｃ以上の高温で皮膜焼付けを行なうと
、皮膜がグラス化し、冷却時に鋼板に張力を与えること
により、鉄損の向上に効果が認められる（以下この様に
鋼板に張力を与えて鉄損を低下させる効果を有する皮膜
を張力皮膜と呼ぶ）。

又、この張力皮膜は上記の張力効果による鉄損向上の外
に、絶縁性、耐電圧、耐食性にも効果がある。

上記のようにグラス皮膜と７００℃以上の焼付皮膜によ
る張力による鉄損向上に比べ更にすぐれた鉄横向上を行
なう方法を提供することが、この発明の主目的である。

本発明ではかかる主目的を達或するために基本的にはレ
ーザービームを使用して、上記張力皮膜を電磁鋼板の片
面に形或し、その反対面にレーザービームの照射を行な
って鋼板表面に局部的にレーザー痕を形戒させること、
その後にレーザービーム照射面に絶縁皮膜処理を行なう
にさいしては、鋼板に付与されたレーザービーム照射効
果が消失しない温度領域で行なうことの組合せ技術を提
供するものである。

レーザービーム照射処理による鉄損の向上効果は、鋼板
表面にレーザー痕が生じる程度に行なうことが最良の結
果をもたらすことができる。

このレーザー痕は絶縁性かよび耐電圧性の観点からない
ことが望渣しいが、本発明者らの検討によれば、レーザ
ービーム照射処理を鋼板に直接行ない、その後に所定の
厚みの絶縁皮膜を施こせば、絶縁性、耐電圧性を低下さ
せることなく、鉄損を向上させ得るものである。

この場合レーザービーム照射後の絶縁皮膜の焼付をあ１
り高温で行なうと、レーザービーム照射による鉄損向上
効果が次第に消失する。

このことからレーザービーム照射処理後行なう絶縁皮膜
処理を、レーザービーム照射による鉄損向上効果が消失
しない温度領域で行なうものである。

具体的な皮膜焼付け時の板温については、レーザービー
ム照射条件などにより若干異なるが、６００℃以下で行
なうことが好１しい。

而して本出願人は、既に特願昭５５−７０００号によっ
てグラス皮膜なし電磁鋼板、グラス皮膜あり電磁鋼板に
対してレーザービーム照射後、レーザービーム照射によ
る鉄損向上効果が消失しない温度で絶縁皮膜を焼付けて
、レーザービーム照射痕による絶縁性、耐電圧性の低下
を改善する方法を提案した。

しかるに本発明者らは更に詳細に検討した結果、レーザ
ービーム照射処理を実施しても、張力皮膜処理が行える
のなら、より一層の鉄損向上効果が得られるとの構想に
もとづき、張力皮膜の適用の可能性につき鋭意検討した
結果、レーザービーム照射処理前であれば焼付温度は任
意に取り得ることに着目し、このレーザービーム照射処
理前に張力皮膜処理を行なうことにより、張力皮膜の適
用に成功したものである。

而して実際に電磁鋼板の表面に張力皮膜を形或し、その
上にレーザービーム照射処理を行なえば張力皮膜上への
レーザービーム照射処理という相乗作用により鉄損が飛
躍的に向上するものである（これについては、既に特願
昭５６−３５９６２号で出願ずみ）。

しかしこの方法では張力皮膜と絶縁皮膜の２回処理によ
る２層皮膜となるために、膜厚が厚くなり、その結果占
積車、密着性が若干劣るという欠点を生じた。

そこで本発明では、更に検討し上記の欠点を解決する方
法を確立したものである。

先づ張力皮膜については、張力効果による鉄損向上には
張力皮膜を必ずしも鋼板の両面に施こす必要がなく、片
面のみでもほぼ同様の鉄損向上効果が得られることを見
出した。

この場合の皮膜量は張力皮膜の組戒により異なるが、一
般には３〜７ ｇ／ｍ”が好筐しい。

次にレーザービーム照射による鉄横向上効果についても
、片面照射により両面照射と遜色のないすぐれた効果が
得られることが判った。

本発明は上記の知見に基づきなされたものである。

本発明は先づ張力皮膜は鋼板の片面のみに形成する。

次にレーザービーム煕射処理を、張力皮膜が形成されて
いない片面に行なう。

そして最後に絶縁皮膜処理を、レーザービーム照射処理
面に対して行なうものである。

このような本発明によるときは、張力皮膜と絶縁皮膜の
２回処理であるにもかかわらず、片面一層皮膜となって
膜厚の増加がないため、占積車、密着性の劣化を効果的
に防止できるものである。

すなわち、本発明によれば張力皮膜とレーザービーム照
射の相乗効果による鉄損向上効果が得られると共に、絶
縁性、耐電圧性、耐食性、密着性、占積車のすぐれた電
磁鋼板が得られるものである。

レーザービーム照射面に塗布する絶縁皮膜は、絶縁性、
耐電圧性、耐食性を確保するため１〜４ｇ／ｍ”の塗布
量が好筐しい。

以下、レーザー照射に及ぼす電磁鋼板表面の張力皮膜の
影響を示す第１図により説明する。

図においてΔ印はグラス皮膜のみ、○印は両面張力皮膜
付、口印は片面張力皮膜付、▲印はグラス皮膜＋レーザ
ービーム照射、●印は両面張力皮膜＋レーザービーム照
射、■印は片面張力皮膜十反対面レーザービーム照射（
本発明方法）を示す。

なおレーザービーム照射条件は（ｉ）エネルギー密度１
７Ｊ／歴、（ｉｉ）点状痕跡径０．２柵、（ｉｉｉ）
痕跡距離０．３ｍｍ、（ｉｖ） Ｌ方向間隔５ｍｍで
ある。

レーザービーム照射後の絶縁皮膜焼付は５００℃（板温
）で実施された。

第１図から明らかな様にグラス皮膜上にフラットニング
と同時に両面、片面に張力皮膜を形成させる（○，口）
と、グラス皮膜のみ（△）に比べて鉄損が向上し、更に
この両面、片面張力皮膜を有するものにレーザービーム
照射する（●，■）と、グラス皮膜上にレーザービーム
照射した場合（▲）に比べて０．０５〜０．０７も鉄損
が向上し、非常にすぐれた鉄損が得られる。

このように両面に張力皮膜を施こし、その上から両面に
レーザービーム照射しても、又片面のみに張力皮膜を施
こし、その反対面のみにレーザービーム照射しても、鉄
損向上に対して何ら遜色のない値が得られるものである
。

次に、第２図で片面に張力皮膜を有する電磁鋼板の鉄損
はｗｌ７／５０で１．０５ｗＡｇであったものが、反対
面にレーザービーム照射処理を施こすことにより０．９
２１で低下した。

しかしながら、その後に実施する絶縁皮膜処理時の温度
（板温）によって絶縁皮膜処理後の鉄損が太き〈変化し
、本例では板温が６００’Ｃを超えるとその効果が極端
に悪化することが判った。

その中で特に良好なのは板温が６００℃以下で焼付け処
理を行なうことであり、これにより絶縁皮膜処理後の最
終成品の鉄損を、レーザービーム照射処理後と同等又は
それ以下とすることが可能となる。

本発明の実施にトいて用いるレーザービーム照射につい
ては倒ら限定されるものでなく、例えば連続線状照射、
点状照射、破線状照射等いづれでもよい。

又、電磁鋼板に対する照射方向は圧延方向Ｌの磁気特性
を向上するには直角方向Ｃより２００以内の傾きで照射
すると鉄損向上代が大きい。

逆に圧延方向と直角方向の鉄損を向上するには圧延方向
が好１しい。

今、パルス状のレーザービームを用いる場合の一つの適
用例を示せば、圧延方向の鉄損を向上するにはエネルギ
ー密度Ｐが０．０１〜１０００Ｊ／ｉであるレーザービ
ーム直径ｄが０．０１〜１恥の痕跡を圧延方向と直角方
向に痕跡の中心距離が０．０１〜２ｍｍとなる様にし、
更に圧延方向に対して１〜３０ｍｍの痕跡列を形或する
様に照射する。

圧延方向に対して１〜３０ｍｍの痕跡列を形成するには
使用する光学系により圧延方向にほぼ直角、又はノコギ
リ歯状、サインカーブ状に照射してもよい。

レーザーパルスの時間巾は１ｎｓ〜１００ｍｓとする。

一方、レーザービームを連続的に出力させて照射する場
合にも全く同様にレーザービーム直径を０．０１〜１ｍ
ｍの痕跡でエネルギー密度Ｐが０．０１〜１０００Ｊ／
ａとなるように、レーザービームを走査すればよい。

パルス照射と連続照射の場合のちがいは、前者が痕跡点
列を構成するのに対し、後者は痕跡が連続となる点であ
って、その他の諸元は同じである。

本発明方法にむける一つの実施工程は、マグネシャを主
戒分とする焼鈍分離剤を塗布した電磁鋼板を１１００〜
１２００℃で仕上高温焼鈍し、フオルステライト（２Ｍ
ｇｏ−ＳｉＯ２ ）を主成分とするグラス皮膜を形成さ
せる。

このコイルを７００〜９００℃の温度で巻ぐせを除くた
めにフラットニングを行ない、同時に張力皮膜を片面に
塗布焼付し、鋼板に張力を与えその後、反対面にレーザ
ービーム照射処理を施こし、次に板温６００℃以下で、
レーザービーム照射面に絶縁皮膜処理を行なう方法であ
る。

本発明でのフラットニングと同時に実施する張力皮膜処
理は７００℃以上の焼付けに耐え、冷却時に鋼板に張力
を与える例えば前記の特公昭５３２８３７５号公報記載
のコロイダルシリカ、リン酸アルミニウム、クロム酸系
処理液、特開昭５２−２５２９６号公報記載のコロイダ
ルシリカ、リン酸塩、クロム酸塩系処理液、米国特許第
５８０４４９号明細書記載のマグネシウムイオン、？ン
酸、シリカ、クロムイオンを含む処理液等の処理液を用
いるものであるが、鋼板への張力を与えられる処理液で
あれば、何ら上記処理液に限定されるものでない。

次にレーザービーム照射処理後、限定的に言って板温６
００℃以下で絶縁皮膜処理を行なう処理液としては、リ
ン酸、クロム酸塩の１種又は２種以上を含有する処理液
を主成分とし、これにコロイダルシリカ、コロイダルア
ルナ、酸化チタン、硼酸化合物の１種又は２種以上を添
加したものがある。

その他にクロム酸の還元剤として、多価アルコール、グ
リセリン等の有機化合物、加工性向上のための水溶性、
又はエマルジョン樹脂、高抵抗、加工性向上のため１μ
以上の粒径を有する有機樹脂粉末の如き有機化合物の１
種又は２種以上を含有させることができる。

この外、紫外線照射等による絶縁皮膜形成法も可能であ
る。

以上は主として方向性電磁鋼板の場合について説明した
が、その他無方向性電磁鋼板についても適用できる。

次に実施例により説明する。

実施例 Ｉ Ｓｉ２．９％、Ｃ０．００３％、Ｍｎ ０．０ ７ ５
％、ＡｌＯ．０２８％を含有する一方向性電磁鋼板（０
．３０ｍｍ板厚）を次の工程により製造した。

ホットコイルを１回の冷延一焼鈍後、マグネシャを塗布
乾燥し、コイルに巻取り、１１５０℃で２次再結晶のた
めの仕上げ高温焼鈍を行ない、その後余剰のマグネシャ
を除去し、グラス皮膜を有する電磁鋼板を得た。

このコイルを３分割し、１コイルは８５０℃Ｘ７０ｓｅ
ｃでフラットニングと同時に処理液Ａを片面塗布し焼付
けた。

塗布量は片面４ ．９ ／ｍ”であった（本発明材）。

第２のコイルは同フラットニングと同時に処理液Ａを両
面に塗布し焼付けた。

塗布量は片面あたり４． ０ Ｆ ／ｒｎ”であった（
比較材ａ）。

３つ目のコイルは８５００Ｃ×７ ０ ｓｅｃでフラッ
トニングのみを行なった（比較材ｂ）。

この様にして得られた一方向性電磁鋼板？ら試料を採取
して本発明材については次のＢ，Ｃ処理を行ない、比較
材についてはＤ，Ｅ処理を行なって諸特性の試験を行な
った。

本発明材 Ａ処理：フラットニングと同時に張力皮膜を片面に焼付
けたもの。

（１）張力皮膜処理液（４） ２０係コロイダルシリカ １ ２ ０ ｃｃ５０俤リ
ン酸マグネシウム ３ ０ ｃｃ５０多リン酸アルミ
ニウム ３ ０ ｃｃ無水クロム酸
６Ｉ！９Ｂ処理：Ａ処理後にパルス状レーザービー
ム照射処理を反対面に行なう。

（１）レーザー照射条件 α）エネルギー密度 ： １ ７ Ｊ ／ｉω 点状痕
跡径 ：０．２ｍｍ （Ｉ［［）点状痕跡Ｃ方向中心間距離：０．３ｍｍ（Ｉ
Ｖ）痕跡夕１ル方向間隔 ：５ｍｍＣ処理二Ｂ処理後
に絶縁皮膜処理 （１）絶縁皮膜処理 （Ｉ） 処理液 ２０係コロイダルシリカ １ ２ ０ ｃｃ５０多リ
ン酸アルニウム ７ ０ ｃｃ無水クロム酸
５ｇ 硼 酸 ２９ ［Ｉ） 焼付温度（板温）５００，６００，７００，
８００℃ ＠）塗布量 レーザー照射面 ４ ｇ／ｍ”比較材ａ Ｄ処理：両面に張力皮膜を有する材料（比較材ａ）及ヒ
フラットニングの１１の材料（比較 材ｂ）にレーザービーム照射処理 レーザー照射条件はＢ処理に同じ。

Ｅ処理＝Ｄ処理後に絶縁皮膜処理 絶縁皮膜処理液、焼付温度はＣ処理と同 じ、塗布量は４ ｇ／ｍ” （両面） 上記の如く実施した結果を第１表に示す。

第１表から明らかな如く、フラットニングと同時に片面
、両面に張力皮膜を焼付けたものは、フラットニングの
みの場合（比較材ｂ）に比べて鉄損の良好なものが得ら
れ、更にこれらの両材料の張力皮膜がない面、張力皮膜
上にレーザービーム照射すると大きな鉄損の向上が得ら
れ、更に６００℃以下で絶縁皮膜を焼付けることにより
、レーザービーム照射効果を保持した１寸、すぐれた絶
縁性、耐電圧が得られる。

しかるに両面に張力皮膜を施こすと共に両面に絶縁皮膜
を施こした比較材ａに比べて本発明材は皮膜が薄塗りの
ため皮膜の密着性並びに占積車がすぐれていることが判
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は鉄損向上に及ぼす張力皮膜とレーザービーム照
射の影響を示す図、第２図は絶縁皮膜焼付け温度と鉄損
との関係を示す図である。 第１図：△グラス皮膜のみ、○両面張力皮膜、（ ４．
５ ｇ／ｍ” ）口片面張力皮膜（ ４． ５ ９ ／
ｍ” ）、▲グラス皮膜＋レーザー照射、●両面張力皮
膜十レーザー照射、一片面張力皮膜十反対面レーザー照
射。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電磁鋼板の片面に張力皮膜を形成し、その反対面に
   レーザービーム照射処理してレーザー照射痕を生じさせ
   、しかるのちレーザービーム照射面に絶縁皮膜処理をお
   こなうに当り、レーザービーム照射効果が消失しない温
   度領域でおこなうことを特徴とする電磁鋼板の処理方法
   。