JP2000336430A - 方向性電磁鋼板の磁区制御方法 - Google Patents
方向性電磁鋼板の磁区制御方法Info
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- JP2000336430A JP2000336430A JP11146500A JP14650099A JP2000336430A JP 2000336430 A JP2000336430 A JP 2000336430A JP 11146500 A JP11146500 A JP 11146500A JP 14650099 A JP14650099 A JP 14650099A JP 2000336430 A JP2000336430 A JP 2000336430A
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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- Laser Beam Processing (AREA)
- Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザビームの照射により磁気特性を改善す
る方向性電磁鋼板に関し、簡単な照射装置で、高速の処
理が可能で、且つ通板速度変化に柔軟に対応できる方向
性電磁鋼板の磁区制御方法を提供する。 【解決手段】 レーザを照射して磁気特性を改善する方
向性電磁鋼板の製造方法において、複数台のパルスレー
ザ装置を板幅方向全長にわたり配列し、各パルスレーザ
からのレーザビームを板幅方向に長い線状ビームに集光
し、これらの線状ビームの線方向が通板方向にほぼ垂直
であり、鋼板の通板速度に同期して各パルスレーザを同
一周波数で照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の
レーザ磁区制御方法であり、またパルスレーザのパルス
周波数をＦ、鋼板の通板速度をＶとし、線状ビームの通
板方向の照射間隔ａに対して、Ｆ＝Ｖ／ａとなるように
レーザパルス周波数が通板速度に同期する方向性電磁鋼
板の磁区制御方法。
る方向性電磁鋼板に関し、簡単な照射装置で、高速の処
理が可能で、且つ通板速度変化に柔軟に対応できる方向
性電磁鋼板の磁区制御方法を提供する。 【解決手段】 レーザを照射して磁気特性を改善する方
向性電磁鋼板の製造方法において、複数台のパルスレー
ザ装置を板幅方向全長にわたり配列し、各パルスレーザ
からのレーザビームを板幅方向に長い線状ビームに集光
し、これらの線状ビームの線方向が通板方向にほぼ垂直
であり、鋼板の通板速度に同期して各パルスレーザを同
一周波数で照射することを特徴とする方向性電磁鋼板の
レーザ磁区制御方法であり、またパルスレーザのパルス
周波数をＦ、鋼板の通板速度をＶとし、線状ビームの通
板方向の照射間隔ａに対して、Ｆ＝Ｖ／ａとなるように
レーザパルス周波数が通板速度に同期する方向性電磁鋼
板の磁区制御方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームの照
射により磁気特性を改善する方向性電磁鋼板の製造方法
に係わる。
射により磁気特性を改善する方向性電磁鋼板の製造方法
に係わる。
【０００２】
【従来の技術】方向性電磁鋼板は圧延方向に磁化容易方
向が揃った電磁鋼板であり、磁壁は圧延方向に平行に形
成されている。この磁壁間隔である磁区幅が狭いほど鉄
損は低い。そのため従来より磁区を細分化する磁区制御
技術が種々提案され、実用化されてきた。中でも特開昭
55-18566号公報に開示されるように、鋼板の表面にパル
スレーザ、あるいは連続波レーザビームを集光照射し
て、局所的な歪みを導入し、その歪みを基点として磁区
を細分化する方法は鉄損改善効果が大きく、且つ非接触
加工であることから信頼性・制御性も高い非常に優れた
方向性電磁鋼板の磁区制御法である。
向が揃った電磁鋼板であり、磁壁は圧延方向に平行に形
成されている。この磁壁間隔である磁区幅が狭いほど鉄
損は低い。そのため従来より磁区を細分化する磁区制御
技術が種々提案され、実用化されてきた。中でも特開昭
55-18566号公報に開示されるように、鋼板の表面にパル
スレーザ、あるいは連続波レーザビームを集光照射し
て、局所的な歪みを導入し、その歪みを基点として磁区
を細分化する方法は鉄損改善効果が大きく、且つ非接触
加工であることから信頼性・制御性も高い非常に優れた
方向性電磁鋼板の磁区制御法である。
【０００３】方向性電磁鋼鈑のレーザ磁区制御工程にお
いては圧延方向と通板方向は一致しており、レーザ照射
のパターンは図３に示すように鋼鈑の通板方向にほぼ垂
直で周期的な線状である。このような通板方向に周期的
な照射パターンでは、各線状歪みの磁区細分化効果の影
響範囲が照射線間隔ａに比べ大きければ、鋼板全面にわ
たり磁区が細分化され、鉄損が低減される。パルスレー
ザ照射の場合は図３に示すように連続する照射点列の集
合により実効的な線状照射パターンとなり、連続波レー
ザの場合は必然的に連続的な照射パターンとなる。どち
らの方法でも照射条件を最適化することで良好な鉄損低
減効果が得られる。ところで周期的な線状照射を行うた
めに従来より図２にあるような照射光学装置が用いられ
ている。この方法ではレーザ装置７から出力されたレー
ザビームはビーム分割装置８によりＡ相、Ｂ相に時間的
に分割され、更にそれぞれポリゴンミラーやあるいはガ
ルバノミラー１０で高速にスキャンされ、更にｆθレン
ズで集光され、方向性電磁鋼板５に照射されなければな
らず、光学装置が複雑であった。更に磁気特性を良好な
値で一定に保つには照射間隔ａを一定に保つ必要があ
る。しかし実際の連続製造工程ではレーザ照射の前後工
程の影響で通板速度が変動する場合がある。その際にａ
を一定に保つにはビーム分割装置、スキャン装置の機械
的な同期を取りつつ、それぞれの回転速度とスキャン速
度を再調整しなければならない。しかしこれらの機械的
な動作を高速で制御することは困難であった。
いては圧延方向と通板方向は一致しており、レーザ照射
のパターンは図３に示すように鋼鈑の通板方向にほぼ垂
直で周期的な線状である。このような通板方向に周期的
な照射パターンでは、各線状歪みの磁区細分化効果の影
響範囲が照射線間隔ａに比べ大きければ、鋼板全面にわ
たり磁区が細分化され、鉄損が低減される。パルスレー
ザ照射の場合は図３に示すように連続する照射点列の集
合により実効的な線状照射パターンとなり、連続波レー
ザの場合は必然的に連続的な照射パターンとなる。どち
らの方法でも照射条件を最適化することで良好な鉄損低
減効果が得られる。ところで周期的な線状照射を行うた
めに従来より図２にあるような照射光学装置が用いられ
ている。この方法ではレーザ装置７から出力されたレー
ザビームはビーム分割装置８によりＡ相、Ｂ相に時間的
に分割され、更にそれぞれポリゴンミラーやあるいはガ
ルバノミラー１０で高速にスキャンされ、更にｆθレン
ズで集光され、方向性電磁鋼板５に照射されなければな
らず、光学装置が複雑であった。更に磁気特性を良好な
値で一定に保つには照射間隔ａを一定に保つ必要があ
る。しかし実際の連続製造工程ではレーザ照射の前後工
程の影響で通板速度が変動する場合がある。その際にａ
を一定に保つにはビーム分割装置、スキャン装置の機械
的な同期を取りつつ、それぞれの回転速度とスキャン速
度を再調整しなければならない。しかしこれらの機械的
な動作を高速で制御することは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、レー
ザビームの照射により磁気特性を改善する方向性電磁鋼
板に関し、簡単な照射装置で、高速の処理が可能で、且
つ通板速度変化に柔軟に対応できる方向性電磁鋼板の磁
区制御方法を提供することにある。
ザビームの照射により磁気特性を改善する方向性電磁鋼
板に関し、簡単な照射装置で、高速の処理が可能で、且
つ通板速度変化に柔軟に対応できる方向性電磁鋼板の磁
区制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はレーザを照射し
て磁気特性を改善する方向性電磁鋼板の製造方法におい
て、複数台のパルスレーザ装置を板幅方向に配列し、各
パルスレーザからのレーザビームを板幅方向に長く、且
つ通板方向にほぼ垂直な線状ビームに集光し、前記板幅
方向全幅にわたり照射するとともに、すべてのパルスレ
ーザを同一周波数で照射することを特徴とする方向性電
磁鋼板の磁区制御方法である。
て磁気特性を改善する方向性電磁鋼板の製造方法におい
て、複数台のパルスレーザ装置を板幅方向に配列し、各
パルスレーザからのレーザビームを板幅方向に長く、且
つ通板方向にほぼ垂直な線状ビームに集光し、前記板幅
方向全幅にわたり照射するとともに、すべてのパルスレ
ーザを同一周波数で照射することを特徴とする方向性電
磁鋼板の磁区制御方法である。
【０００６】
【実施例】以下に本発明を実施例を用いて詳しく説明す
る。図１は本発明の実施例の説明図である。レーザ照射
装置１はパルス発振型の多段アレイ型半導体レーザと一
体型組み合わせレンズから構成され、図４に図解されて
いる。図４に示すように多段アレイ半導体レーザ１２は
アレイ半導体レーザ１３を多段に積層したものであり、
一段当たり約１００Ｗのピークパワーを持つパルスレー
ザを出力する。よって例えば８段の組み合わせで８００
Ｗのピーク出力が得られる。半導体レーザ装置はパルス
変調電流により駆動され、その変調電流と同じ周波数、
パルス時間幅のパルスレーザ光が得られる。パルス時間
幅はパルスデューティ２０％以下において、５〜２００
μs の範囲で可変であり、電源能力にも依るが１kHz 程
度の周波数で発振可能である。
る。図１は本発明の実施例の説明図である。レーザ照射
装置１はパルス発振型の多段アレイ型半導体レーザと一
体型組み合わせレンズから構成され、図４に図解されて
いる。図４に示すように多段アレイ半導体レーザ１２は
アレイ半導体レーザ１３を多段に積層したものであり、
一段当たり約１００Ｗのピークパワーを持つパルスレー
ザを出力する。よって例えば８段の組み合わせで８００
Ｗのピーク出力が得られる。半導体レーザ装置はパルス
変調電流により駆動され、その変調電流と同じ周波数、
パルス時間幅のパルスレーザ光が得られる。パルス時間
幅はパルスデューティ２０％以下において、５〜２００
μs の範囲で可変であり、電源能力にも依るが１kHz 程
度の周波数で発振可能である。
【０００７】次にレーザ光の集光照射光学系について説
明する。アレイ半導体レーザの各アレイからのレーザ光
はまず通板方向の拡散をマイクロシリンドリカルレンズ
アレイ１４でコリメートし、次に通板方向シリンドリカ
ルレンズ１５で集光される。次にそれと直交する板幅方
向シリンドリカルレンズ１６で集光、または拡大され
る。その結果、通板方向に0.1mm 程度の微小な幅を持
ち、板幅方向には10mm程度の線状ビーム６が形成され
る。ここで１４〜１６のレンズは調整機構などを省略し
て一体型レンズとして製作される。 これらの半導体レ
ーザ１２とレンズからなる照射装置１は一つの装置当た
りのサイズは図１中に示すように奥行き１００mm、板幅
方向幅２０mm、通板方向幅１５０ｍｍ程度で非常にコン
パクトである。
明する。アレイ半導体レーザの各アレイからのレーザ光
はまず通板方向の拡散をマイクロシリンドリカルレンズ
アレイ１４でコリメートし、次に通板方向シリンドリカ
ルレンズ１５で集光される。次にそれと直交する板幅方
向シリンドリカルレンズ１６で集光、または拡大され
る。その結果、通板方向に0.1mm 程度の微小な幅を持
ち、板幅方向には10mm程度の線状ビーム６が形成され
る。ここで１４〜１６のレンズは調整機構などを省略し
て一体型レンズとして製作される。 これらの半導体レ
ーザ１２とレンズからなる照射装置１は一つの装置当た
りのサイズは図１中に示すように奥行き１００mm、板幅
方向幅２０mm、通板方向幅１５０ｍｍ程度で非常にコン
パクトである。
【０００８】単一照射装置からの線状ビーム幅は板幅方
向に10mmであることから、図１に示すように、これらの
照射装置１００個を、例えば２相に分けて並べることで
１０００mm幅の鋼鈑全面に線状ビームが照射できる。こ
こで２相に分けたのは装置のサイズが線状ビーム幅より
長く、約20mmであるためであり、単純な空間制約による
ものである。場合に依っては３相、あるいは単相でもよ
い。
向に10mmであることから、図１に示すように、これらの
照射装置１００個を、例えば２相に分けて並べることで
１０００mm幅の鋼鈑全面に線状ビームが照射できる。こ
こで２相に分けたのは装置のサイズが線状ビーム幅より
長く、約20mmであるためであり、単純な空間制約による
ものである。場合に依っては３相、あるいは単相でもよ
い。
【０００９】半導体レーザは超小型でレーザ共振器のア
ライメント等の保守作業が不要であるという利点を有す
る。更にアレイ半導体レーザは図４の座標設定において
板幅方向は集光性が劣るものの、通板方向は集光性が高
いという特徴を持つ。従って本発明の目的とする線状ビ
ームの形成には最適である。また上述したように集光光
学系も組み合わせたコンパクトな一体型レーザ照射装置
とすることができる。よって本発明の照射方法に用いる
には最適なレーザ装置である。
ライメント等の保守作業が不要であるという利点を有す
る。更にアレイ半導体レーザは図４の座標設定において
板幅方向は集光性が劣るものの、通板方向は集光性が高
いという特徴を持つ。従って本発明の目的とする線状ビ
ームの形成には最適である。また上述したように集光光
学系も組み合わせたコンパクトな一体型レーザ照射装置
とすることができる。よって本発明の照射方法に用いる
には最適なレーザ装置である。
【００１０】次にパルスレーザの発振周波数、パルス時
間幅の制御方法について図１を用いて説明する。本発明
では通板速度検出器２にて通板速度Ｖをリアルタイムで
測定し、演算回路付パルス発生器３に入力される。ここ
では通板方向の線状照射間隔ａを設定値として用いて、
以下の式を満足する周波数Ｆのパルス信号を発生させ
る。
間幅の制御方法について図１を用いて説明する。本発明
では通板速度検出器２にて通板速度Ｖをリアルタイムで
測定し、演算回路付パルス発生器３に入力される。ここ
では通板方向の線状照射間隔ａを設定値として用いて、
以下の式を満足する周波数Ｆのパルス信号を発生させ
る。
【００１１】Ｆ＝Ｖ／ａ 例えば典型的な操業条件である通板速度５０ｍ／分、照
射間隔６．５ｍｍではレーザのパルス周波数は１２８Ｈ
ｚである。この周波数制御信号はレーザ電源４のトリガ
ー信号となり、周波数制御信号と同じ周波数を持ち、且
つ所望のレーザパルス時間幅Ｔと同じ時間幅を持ったレ
ーザ駆動用パルス電流が出力され、この電流パルスとほ
ぼ同波形のレーザパルスが得られる。この装置により通
板方向にａの間隔で線状レーザビーム６が照射される。
また鋼鈑速度はリアルタイムで測定され、その測定信号
を基にしたパルス発振の制御はすべて電気信号で行われ
るため高速の応答が可能である。
射間隔６．５ｍｍではレーザのパルス周波数は１２８Ｈ
ｚである。この周波数制御信号はレーザ電源４のトリガ
ー信号となり、周波数制御信号と同じ周波数を持ち、且
つ所望のレーザパルス時間幅Ｔと同じ時間幅を持ったレ
ーザ駆動用パルス電流が出力され、この電流パルスとほ
ぼ同波形のレーザパルスが得られる。この装置により通
板方向にａの間隔で線状レーザビーム６が照射される。
また鋼鈑速度はリアルタイムで測定され、その測定信号
を基にしたパルス発振の制御はすべて電気信号で行われ
るため高速の応答が可能である。
【００１２】次にレーザ照射装置の設置について説明す
る。本発明の実施例である図１ではレーザ照射装置の板
幅方向サイズが単一レーザ装置から照射される線状ビー
ムの長さに比べ長い場合を図示した。そこで板幅全長に
わたりとぎれなく線状ビームを照射するために図１に示
すように、レーザ照射装置を二分して、通板方向にｄだ
けシフトして配置される。ここでｄがａの整数倍となる
ように設置する。その結果、照射位置がｄだけシフトし
ていてもすべてのレーザを同時にパルス発振させること
で、図１に示されるようにすべてのレーザ照射後は間隔
ａで等間隔で並び、板幅方向には一様な線状照射が成さ
れる。なお、線状ビームが板幅方向で一様でなく、とぎ
れていても十分な磁区細分化効果がある場合、もしくは
各レーザ照射装置からの線状ビーム長が装置サイズより
も長い場合は、板幅方向で一直線上にレーザ装置を配置
してもよい。
る。本発明の実施例である図１ではレーザ照射装置の板
幅方向サイズが単一レーザ装置から照射される線状ビー
ムの長さに比べ長い場合を図示した。そこで板幅全長に
わたりとぎれなく線状ビームを照射するために図１に示
すように、レーザ照射装置を二分して、通板方向にｄだ
けシフトして配置される。ここでｄがａの整数倍となる
ように設置する。その結果、照射位置がｄだけシフトし
ていてもすべてのレーザを同時にパルス発振させること
で、図１に示されるようにすべてのレーザ照射後は間隔
ａで等間隔で並び、板幅方向には一様な線状照射が成さ
れる。なお、線状ビームが板幅方向で一様でなく、とぎ
れていても十分な磁区細分化効果がある場合、もしくは
各レーザ照射装置からの線状ビーム長が装置サイズより
も長い場合は、板幅方向で一直線上にレーザ装置を配置
してもよい。
【００１３】この実施例ではアレイ半導体レーザを使用
する例を示したが、線状に集光できるパルスレーザであ
れば本発明の照射方法に適用できる。たとえばパルス発
振YAG レーザやパルス発振CO2 レーザが挙げられる、特
にYAG レーザの場合は光ファイバーの利用によりレーザ
光を鋼鈑近傍まで導光し、シリンドリカルレンズの組み
合わせで線状集光すればよいため、比較的簡単な照射装
置が可能である。
する例を示したが、線状に集光できるパルスレーザであ
れば本発明の照射方法に適用できる。たとえばパルス発
振YAG レーザやパルス発振CO2 レーザが挙げられる、特
にYAG レーザの場合は光ファイバーの利用によりレーザ
光を鋼鈑近傍まで導光し、シリンドリカルレンズの組み
合わせで線状集光すればよいため、比較的簡単な照射装
置が可能である。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に依ればビ
ーム分割装置や高速スキャン装置などを使用せず、簡単
なレーザ照射光学系により、高速で通板される鋼鈑に対
して、通板方向に等間隔で並び、且つ通板方向にほぼ垂
直な方向に一様な線状ビーム照射を行うことできるとい
う効果がある。また線状ビーム照射間隔は通板速度に対
応したパルスレーザ周波数制御により制御されるため、
通板速度の変動に対して高速で柔軟に対応可能であり、
常に一定の照射間隔を維持できるため安定して良好な磁
気特性が得られるという効果がある。
ーム分割装置や高速スキャン装置などを使用せず、簡単
なレーザ照射光学系により、高速で通板される鋼鈑に対
して、通板方向に等間隔で並び、且つ通板方向にほぼ垂
直な方向に一様な線状ビーム照射を行うことできるとい
う効果がある。また線状ビーム照射間隔は通板速度に対
応したパルスレーザ周波数制御により制御されるため、
通板速度の変動に対して高速で柔軟に対応可能であり、
常に一定の照射間隔を維持できるため安定して良好な磁
気特性が得られるという効果がある。
【図１】本発明の実施例の説明図である。
【図２】従来技術の説明図である。
【図３】方向性電磁鋼板のレーザ磁区制御におけるレー
ザ照射パターンである。
ザ照射パターンである。
【図４】多段型アレイ半導体レーザと一体型レンズによ
るレーザ照射装置の模式図である。
るレーザ照射装置の模式図である。
１…レーザ照射装置 ２…通板速度検出装置 ３…演算回路付パルス発生器 ４…半導体レーザ電源 ５…方向性電磁鋼板 ６…線状集光ビーム ７…レーザ装置 ８…ビーム分割装置 ９…全反射折り曲げミラー 10…ガルバノミラー、および駆動装置 11…ｆθレンズ 12…多段アレイ半導体レーザ 13…アレイ半導体レーザ 14…マイクロシリンドリカルレンズ 15…通板方向シリンドリカルレンズ 16…板幅方向シリンドリカルレンズ
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザを照射して磁気特性を改善する方
向性電磁鋼板の製造方法において、複数台のパルスレー
ザ装置を板幅方向に配列し、各パルスレーザからのレー
ザビームを板幅方向に長く、且つ通板方向にほぼ垂直な
線状ビームに集光し、前記板幅方向全幅にわたり照射す
るとともに、すべてのパルスレーザを同一周波数で照射
することを特徴とする方向性電磁鋼板の磁区制御方法。 - 【請求項２】 パルスレーザのパルス周波数をＦ、鋼鈑
の通板速度をＶとし、線状ビームの通板方向の照射間隔
ａに対して Ｆ＝Ｖ／ａ となるようにレーザパルス周波数が通板速度に同期して
いることを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼板の
磁区制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11146500A JP2000336430A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 方向性電磁鋼板の磁区制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11146500A JP2000336430A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 方向性電磁鋼板の磁区制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000336430A true JP2000336430A (ja) | 2000-12-05 |
Family
ID=15409042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11146500A Withdrawn JP2000336430A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 方向性電磁鋼板の磁区制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000336430A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103547403A (zh) * | 2011-06-03 | 2014-01-29 | 新日铁住金株式会社 | 方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法 |
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| JP2018526532A (ja) * | 2015-08-12 | 2018-09-13 | ポスコＰｏｓｃｏ | 鋼板彩色装置及び彩色方法 |
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-
1999
- 1999-05-26 JP JP11146500A patent/JP2000336430A/ja not_active Withdrawn
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