JPH10130899A

JPH10130899A - 低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH10130899A
Application number: JP8288212A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tofuji; 剛東藤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-19
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JP3663784B2

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な溝を安定して形成し、均一な磁気特性
を有する低鉄損電磁鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】最終板厚とした冷間圧延板表面にエッチ
ングマスクを選択的に形成してから電解エッチング処理
を施して鋼板表面に線状または点状の溝を形成し、その
後脱炭焼鈍ついで最終仕上焼鈍を施す方向性電磁鋼板の
製造方法において、エッチングマスクの形成が、エッチ
ングレジストを選択的に塗布し、乾燥焼付けするもので
あり、乾燥焼付け温度を180 〜250 ℃、あるいはさらに
乾燥焼付け温度までの昇温速度は25℃／sec 以下、ある
いはさらに、エッチングレジストの塗布から乾燥焼付け
開始までの時間を30sec 以内とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変圧器その他の電
気機器の鉄芯として用いられる低鉄損方向性電磁鋼板の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は主として変圧器の鉄芯
材料として用いられ、その磁気特性が良好であることが
要求される。とくに、鉄芯として使用される場合のエネ
ルギー損失すなわち鉄損が低いことが重要である。そこ
で、鉄損を低減させるために、結晶方位を（110 ）
〔001 〕方位に高度に揃える、Si含有量を増加し、鋼
板の電気抵抗を増加させる、不純物を低減する、板
厚を薄くするなどが試みられてきた。その結果、板厚が
0.23mm以下の鋼板では、鉄損Ｗ_17/50（磁束密度1.7
Ｔ、50Hz）が0.9 W/kg以下のものが製造されるようにな
った。

【０００３】しかしながら、このような冶金的な方法で
はこれ以上の大幅な鉄損の改善は期待できない。近年、
鉄損の大幅な低減を達成する手段として、例えば、特公
昭57-2252 号公報に記載された仕上焼鈍済の鋼板表面に
レーザーを照射して、人為的に磁区を細分化する方法が
ある。しかしながら、この方法では、鉄損低減に効果が
あるが、歪取り焼鈍によって鉄損の劣化をきたすという
欠点があり、歪取り焼鈍を必須とする巻鉄芯用としては
用いられていない。

【０００４】歪取り焼鈍が可能な電磁鋼板の製造方法と
して、例えば特公昭62-54873号公報には、仕上焼鈍済み
鋼板にレーザーや機械的手段によって局所的に絶縁被膜
を除去したのち、被膜除去部に酸洗や機械的手段で線状
の溝を局所的に形成し、溝を充填するようにリン酸系の
張力付与被膜処理を施す低鉄損一方向性電磁鋼板の製造
方法が提案されている。しかし、この方法では、常に安
定して被膜を除去することが困難なため、安定した溝の
形成ができず、特にナイフなどの機械的手段により地鉄
に直接溝を形成する場合には溝周辺にかえりを生じるた
め占積率の低下を招くという問題がある。

【０００５】また、特公昭62-53579号公報には、仕上焼
鈍済みの鋼板に90〜220kg/mm²荷重で地鉄部分に深さ５
μm 超えの溝を形成したのち、750 ℃以上の温度で加熱
処理する低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法が提案され
ている。しかし、この方法では、一定の深さの溝を得る
ための荷重の調整が難しいという問題があった。仕上焼
鈍済み鋼板に溝を導入する場合には、溝導入により被膜
が損傷するため、絶縁被膜の再塗装を必要とする場合が
多く、占積率の低下やコスト増加を招くという問題があ
った。

【０００６】このような問題を解決する手段として、最
終冷延板に線状の溝を導入する方法、例えば特開昭63-4
2332号公報には、フォトエッチングまたはステンシルを
用いた電解エッチング法が提案されている。この方法に
よれば、絶縁被膜の再塗装という問題はないが、フォト
エッチングでは、マスクを通しての紫外光の露光状態や
現像液中に浸漬した際の露光部の除去状態をコイル全体
に均一に保つことが困難である。また、ステンシルを用
いた電解エッチングでは、電解液のにじみにより常に一
定な溝を導入することが困難であるという問題を残して
いた。

【０００７】また、特開平4-88121 号公報には、最終冷
間圧延後、鋼板表面に連続または非連続の線状の非塗布
部領域を残存させてエッチングレジストを印刷により塗
布し、焼付けしたのち、エッチング処理を施して鋼板表
面に線状溝を形成する低鉄損電磁鋼板の製造方法が提案
されている。この方法によれば、絶縁被膜の再塗装とい
う問題はないが、得られた製品特性にばらつきがあるこ
とが問題点として生じてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記した
問題を有利に解決し、均一な溝を安定して形成し、コイ
ル全体にわたって均一な磁気特性を有する低鉄損電磁鋼
板の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記した問
題を解決すべく、均一な溝を安定して得る方法について
鋭意検討した。最終冷間圧延後鋼板表面にエッチングレ
ジストを塗布し、焼付けてエッチングマスクを形成し、
電解エッチングにより溝を形成しても、均一な溝の形成
ができない場合があり、そのため、磁気特性の大きな変
動をもたらしていた。この原因の解明のため、形成され
たエッチングマスクを詳細に調査した結果、エッチング
マスクの膜厚、膜強度、絶縁性、点状欠陥の有
無、パターンのにじみ等が微妙に変化しており、エッ
チングマスクの性状が溝形成の均一性に影響を与えてい
ることが判明した。そこで、さらにエッチングマスクの
形成条件について検討した。

【００１０】まず、本発明の基礎となった実験結果につ
いて説明する。Si：3.0 wt％含有する方向性珪素鋼素材
を熱間圧延し、さらに冷間圧延により板厚0.22mmの最終
冷延板とした。この最終冷延板にエポキシ系樹脂を主成
分とするエッチングレジストインキをグラビヤオフセッ
ト印刷により、非塗布部が圧延方向に幅：150 μm 、間
隔：４mmで線状に残存するように片面塗布したのち、乾
燥焼付け温度を100 〜340 ℃、焼付け温度までの昇温速
度を５〜40℃/sec、エッチングレジスト塗布から乾燥焼
付け開始までの時間を５〜60sec の範囲で変化して、乾
燥焼付けた。エッチングマスクを焼付けたのち、試験片
を採取し、エッチングマスクの性状( 外観、膜硬さ、絶
縁抵抗、にじみ量) を調査した。

【００１１】その後、NaCl電解液中で電解エッチングを
施すことにより、幅：150 μm 、目標深さ：15μm の線
状溝を形成し、ついで有機溶剤中に浸漬してレジストを
除去した。溝形成後、コイルからサンプルを採取し、溝
形状を調査した。このような処理後、ついで、脱炭焼
鈍、最終仕上焼鈍を施し、さらに絶縁コーティングを施
した。このようにして得られた製品板から試験片を採取
し、歪取り焼鈍後、磁気特性を調査した。

【００１２】これらの結果を図１〜図３に示す。図１か
ら、エッチングマスクの乾燥焼付け温度が180 〜250 ℃
の範囲をはずれると、エッチングマスクの膜強度が低下
して、サポートロール等との接触でエッチングマスクが
すり疵状に剥離し外観性状が劣化し、さらに溝以外の部
分もエッチングを受けたり、またエッチングマスクの絶
縁抵抗が低下して、溝以外の部分もエッチングされて、
溝深さが浅くかつばらつきが大きくなり磁気特性が劣化
していることがわかる。

【００１３】図２から、エッチングマスクの乾燥焼付け
温度が180 〜250 ℃の範囲内であっても昇温速度が25℃
/secを超えると「沸き」と称する点状欠陥がエッチング
マスクに発生し、膜厚が不均一となり、溝以外のところ
がエッチングされ磁気特性が劣化する。図３から、エッ
チングレジスト塗布完了から乾燥焼付け完了までの時間
が30sec を超えるとエッチングマスクパターンのにじみ
量が増加し、線状溝幅のばらつきが増大するため、磁気
特性が劣化する。

【００１４】このように、鋼板表面にエッチングレジス
トを塗布し、焼付けてエッチングマスクを形成する際
に、エッチングマスクの形成条件を適正に制御すること
により、均一な線状溝が導入でき磁気特性の優れた、と
くに鉄損のばらつきの少ない低鉄損方向性電磁鋼板が製
造できることを見いだした。本発明は、上記した知見を
もとに構成されたものである。

【００１５】すなわち、本発明は、Si：2.0 〜4.0 wt％
を含有する方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、１
回または中間焼鈍をはさみ２回以上の冷間圧延により最
終板厚としたのち、鋼板表面にエッチングマスクを選択
的に形成してから電解エッチング処理を施して鋼板表面
に線状または点状の溝を形成し、しかるのちエッチング
マスクを除去し、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上焼鈍を
施す方向性電磁鋼板の製造方法において、前記エッチン
グマスクの形成が、エッチングレジストを選択的に塗布
し、乾燥焼付けするものであり、該乾燥焼付け温度を18
0 〜250 ℃とすることを特徴とする低鉄損方向性電磁鋼
板の製造方法である。本発明では、乾燥焼付け温度まで
の昇温速度は25℃／sec 以下とすることが好ましい。ま
た、本発明では、前記エッチングレジストの塗布から乾
燥焼付け開始までの時間を30sec以内とすることが好ま
しい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の方法を好適に実施できる
装置列の１例を図４に示す。図４では、鋼帯１（冷延
板）の表面にグラビヤオフセット印刷によるエッチング
マスク塗布装置２によりエッチングレジストを塗布し、
熱風循環式の乾燥焼付け装置３でエッチングマスクを焼
付けたのち、鋼帯１をバックアップロール８に巻掛けし
て電解エッチングする電解エッチング装置７で線状溝を
導入する。なお、エッチングマスクの形成、線状溝の形
成に使用する装置は、図４に限定されるものではないこ
とは言うまでもない。

【００１７】本発明では、最終板厚に冷間圧延された方
向性電磁鋼板表面に、エッチングレジストを塗布し、乾
燥焼付けしてエッチングマスクを選択的に形成する。エ
ッチングレジストの塗布は、例えば図４に示すように、
バックアップロール８に巻掛けしてグラビヤロール10と
ゴム転写ロール９とにより行うのが好ましい。塗布され
たエッチングレジストは乾燥焼付け装置３中で熱風Ｗを
熱風ノズル４から吹きつけ乾燥焼付けるのが好ましい。

【００１８】エッチングマスクの形成に際し、エッチン
グレジストの乾燥焼付け温度を180〜250 ℃の範囲とす
る。乾燥焼付け温度が180 ℃未満では、形成されるエッ
チングマスクの膜強度が低くサポートロール等との接触
により剥離し、外観上問題となり、さらに溝以外の部分
がエッチングされる。また、250 ℃を超えると膜そのも
のの絶縁抵抗が低下し、溝以外の部分もエッチングさ
れ、均一な溝形状が得られない。このため、エッチング
レジストの乾燥焼付け温度を180 〜250 ℃の範囲に限定
した。

【００１９】また、エッチングレジストの乾燥焼付け温
度までの昇温速度は25℃／sec 以下とする。乾燥焼付け
温度までの昇温速度が25℃／sec を超えると、「沸き」
と称する点状欠陥が発生し、エッチングマスクの膜厚が
不均一となる。膜厚が不均一となると、薄くなった部分
がエッチングされ、均一な溝形状が得難くなり、磁気特
性が劣化する。このため、エッチングレジストの乾燥焼
付け温度までの昇温速度を25℃／sec 以下に限定した。

【００２０】エッチングレジストの塗布から乾燥焼付け
開始までの時間を30sec 以内とする。塗布から乾燥焼付
け開始までの時間が30sec を超えると、エッチングマス
クパターンのにじみ量が増加し、エッチングにより形成
される線状溝の幅のばらつきが増加する。これにより、
溝深さがばらつき、磁気特性のばらつきが増大し、しか
も磁気特性が劣化する。このようなことから、エッチン
グレジストの塗布から乾燥焼付け開始までの時間を30se
c 以内に限定した。

【００２１】本発明においては、エッチングレジストの
塗布は、グラビヤオフセット印刷、オフセットロールを
用いないグラビヤ印刷、平版オフセット印刷およびスク
リーン印刷等の方法を利用することができる。コイルで
の連続印刷が容易なこと、安定した印刷面が得られるこ
と、レジスト厚みのコントロールが容易なこと等からグ
ラビヤオフセット印刷がもっとも好適である。

【００２２】エッチングレジストとして使用するインキ
は、アルキド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系
樹脂のうちのいずれかの樹脂を主成分とするレジストイ
ンキが好適である。エッチングマスクを形成したのち、
エッチングを行うが、エッチングは電解エッチングが好
ましい。電解エッチングは、NaCl水溶液やKCl 水溶液等
の電解浴中で、電流密度１〜100 Ａ/dm²の範囲で行うの
がよい。電流密度は低すぎるとエッチング効果が得られ
ず、高すぎるとエッチングマスクが損なわれるためであ
る。

【００２３】電解エッチングは、図４に示すように、鋼
帯１をバックアップロール８に巻掛けして、電解浴14中
に浸漬し、コンダクタロール12と電極13の間で通電して
電解エッチングする、ラジアルセル方式の電解エッチン
グとするのが好ましい。エッチング後、エッチングレジ
ストの除去法についてはとくに限定しないが、アルカリ
または有機溶剤等が適している。

【００２４】エッチングにより導入される線状溝は、
幅：50〜300 μm 、深さ：10〜35μmとするのが好まし
い。また、線状溝の間隔は２〜10mmの範囲とするのが好
適である。なお、溝の形成は、鋼板の片面だけでも十分
であるが、両面に施しても効果を有することは言うまで
もない。

【００２５】本発明において対象とする電磁鋼板は、Si
を2.0 〜4.0 wt％含有する電磁鋼板である。Siが2.0 wt
％未満では、鉄損が高く、また、4.0wt ％を超えると冷
間圧延が不可能となるため、Si含有量を2.0 〜4.0 wt％
に限定した。その他、Ｃが0.01〜0.08wt％を含み、かつ
インヒビターとしてMnSe、MnS 、AlN 、BN等の１種また
は２種以上を少量含む組成である。なお、インヒビター
として上記以外にSb、Sn、Cu、Bi等を含んでもよい。

【００２６】上記好適成分組成に調整されたスラブに熱
間圧延を施し、その後必要に応じ熱延板焼鈍を行ったの
ち、１回または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延に
より最終板厚とし、ついでエッチングマスクを鋼板表面
に形成し、エッチングにより線状溝を導入する。エッチ
ング後、エッチングマスクを除去して、脱炭焼鈍を施
し、さらに焼鈍分離剤を塗布してから最終仕上焼鈍を行
う。仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を除去し、必要に応じ上塗
りコーティング塗布を行い製品板とする。

【００２７】

【実施例】

Ｃ：0.065wt ％、Si：3.0wt ％、Mn：0.070wt ％、Se：
0.020wt ％、Al：0.025wt ％、およびＮ：0.0085wt％を
含み、残部Feおよび不可避的不純物の珪素鋼スラブを、
熱間圧延し、1050℃×２min の熱延板焼鈍後冷間圧延に
より、0.22mm厚の冷延板とした。この冷延板表面に、図
４に示す装置で、表１に示すエッチングレジストの乾燥
焼付け条件にてエッチングマスクを形成した。エッチン
グレジストとして、ポリエチレン系樹脂を主成分とする
レジストインキを用いた。マスクの厚みは１μm であっ
た。形成したエッチングマスクの外観、膜強度、膜絶縁
性、パターンのにじみ等を調査し、その結果を表１に示
す。なお、膜強度はヌープ硬度により膜硬さを測定し
た。また、膜絶縁性はJIS C 2550に準拠して層間抵抗を
測定し膜絶縁性の指標とした。「沸き」点欠陥の発生状
況、エッチングマスクパターンのにじみ発生状況は外観
観察によった。

【００２８】鋼板表面にエッチングマスクを形成した
後、15％NaCl水溶液中で直接通電方式による電解エッチ
ングを施し、線状溝を導入した。導入した線状溝は、
幅：150μm 、深さ：20μm で、溝間隔：３mmとした。
なお、電解エッチングに際し用いた電流量は、185 Ｃ/d
m²であった。このように処理したコイルについて、さら
に脱炭焼鈍後最終仕上焼鈍を行った。各製品コイルにつ
いて、磁気特性を測定した。その鉄損のばらつきを表１
に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から、No.1のように、本発明の範囲で
エッチングマスクを形成すれば、膜強度、絶縁性の劣化
もなく、また「沸き」と称する点欠陥の発生もなく、エ
ッチングマスクパターンのにじみも発生せず、磁気的特
性も優れ、そのばらつきも小さくなっている。乾燥焼付
け温度が本発明範囲でも、No.2のように、昇温速度が速
すぎると「沸き」が発生し、No.3のように、塗布完了か
ら乾燥焼付け開始までの時間が長すぎるとパターンのに
じみが発生して磁気的特性のばらつきが大きくなる。し
かし、本発明の範囲を外れる比較例では、磁気的特性が
劣化し、そのばらつきも大きくなっている。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、従来に比較し、磁気特
性のばらつきが少ない低鉄損方向性電磁鋼板を工業的に
安定して製造することができ、しかも歪取り焼鈍による
鉄損の劣化がないため、積鉄心用、巻鉄心用ともに使用
できるという効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄損値ばらつき、溝深さのばらつき、膜硬さお
よび膜絶縁抵抗におよぼすエッチングレジストの乾燥焼
付け温度の影響を示すグラフである。

【図２】点欠陥（沸き）の発生とエッチングレジスト乾
燥焼付け温度、昇温速度の関係を示す図である。

【図３】鉄損値のばらつき、エッチングマスクのパター
ンにじみ量、線状溝幅のばらつきとエッチングレジスト
の塗布完了から乾燥焼付け開始までの時間との関係を示
すグラフである。

【図４】本発明のエッチングマスク形成、線状溝導入に
好適な装置列の１例を示す説明図である。

【符号の説明】

１鋼帯２エッチングマスク塗布装置３乾燥焼付け装置４熱風ノズル５ダクト６サポートロール７電解エッチング装置８バックアップロール９ゴム転写ロール 10 グラビヤロール 11 デフレクタロール 12 コンダクタロール 13 電極 14 電解浴Ｗ熱風

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Si：2.0 〜4.0 wt％を含有する方向性電
磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、１回または中間焼鈍を
はさみ２回以上の冷間圧延により最終板厚としたのち、
鋼板表面にエッチングマスクを選択的に形成してから電
解エッチング処理を施して鋼板表面に線状または点状の
溝を形成し、しかるのちエッチングマスクを除去し、そ
の後脱炭焼鈍ついで最終仕上焼鈍を施す方向性電磁鋼板
の製造方法において、前記エッチングマスクの形成が、エッチングレジストを
選択的に塗布し、乾燥焼付けするものであり、該乾燥焼
付け温度を180 〜250 ℃とすることを特徴とする低鉄損
方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】前記乾燥焼付け温度までの昇温速度を25
℃／sec 以下とすることを特徴とする請求項１記載の方
向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】前記エッチングレジストの塗布から乾燥
焼付け開始までの時間を30sec 以内とすることを特徴と
する請求項１または２記載の方向性電磁鋼板の製造方
法。