激光加工装置的制作方法
本发明涉及通过对变压器的铁芯等中所用的取向性电磁钢板照射激光束而使磁畴细分化的激光加工装置。
背景技术：
：取向性电磁钢板具有相对于钢板制造时的轧制方向容易被磁化的特征。因此，取向性电磁钢板也被称为单取向性电磁钢板。取向性电磁钢板可用作构成变压器、旋转机等电气设备的铁芯的材料。在对取向性电磁钢板进行磁化时，发生铁损等能量损失。近年来，随着地球温暖化的发展，全世界都在寻求电气设备的节能化。所以，可进一步降低取向性电磁钢板的铁损的技术是必要的。铁损可分类为涡流损耗和磁滞损耗。涡流损耗可分类为经典涡流损耗和反常涡流损耗。为降低经典涡流损耗，已知有表面形成绝缘覆膜、且具有薄的板厚的取向性电磁钢板。例如下述专利文献1中，公开了具有形成于钢板基体表面上的玻璃覆膜和形成于玻璃覆膜表面上的绝缘覆膜的取向性电磁钢板。例如，下述专利文献2及3中，公开了可抑制反常涡流损耗的激光磁畴控制法。在该激光磁畴控制法中，对形成有绝缘覆膜的取向性电磁钢板的表面照射激光束，沿着取向性电磁钢板的大致宽度方向(即与取向性电磁钢板的轧制方向大致正交的方向)扫描激光束。其结果是，在取向性电磁钢板的表面(即基体表面)，沿着轧制方向而周期性地形成多个残余应变，将取向性电磁钢板的磁畴细分化。根据该激光磁畴控制法，通过扫描激光束，对取向性电磁钢板的最表层施加相对于板厚方向具有强的温度梯度的温度经历。通过施加这样的温度经历，在取向性电磁钢板的基体表面发生残余应变，因该残余应变而形成闭合磁畴。通过该闭合磁畴将180°磁畴壁间隔细分化，其结果是，可降低取向性电磁钢板的反常涡流损耗。如上所述，通过形成于基体表面的闭合磁畴而使180°磁畴壁间隔细分化，其结果是，可降低反常涡流损耗。但是，形成于基体表面的闭合磁畴成为增加磁滞损耗的主要原因。所以，为了使包含涡流损耗及磁滞损耗的铁损最小化，使闭合磁畴的宽度窄化是有效的。例如，专利文献3中，公开了通过使用具有优异的微小聚焦特性的TEM00模式的激光束在狭窄的区域形成强的应变，得到窄的且具有充分的强度的闭合磁畴的方法。可是，在激光磁畴控制法中的激光照射工序中，在玻璃覆膜上形成绝缘覆膜，从该绝缘覆膜的上方照射激光束，进行磁畴控制。这里，因照射激光束导致的温度上升，有时绝缘覆膜及玻璃覆膜产生瑕疵。这里，所谓瑕疵，为绝缘覆膜及玻璃覆膜的亏损剥离、鼓起、变质、变色等覆膜损伤。在玻璃覆膜发生瑕疵的情况下，有钢板基体向外部露出、发生生锈的顾虑。因此，在玻璃覆膜产生瑕疵的情况下，需要再次涂布绝缘覆膜，追加工序而导致制造成本上升。此外，在取向性电磁钢板的制造中，因多次实施热处理，因而在钢板基体的轧制方向及宽度方向中，有时玻璃覆膜或绝缘覆膜的界面结构及厚度产生偏差。因此，即使调整激光条件，有时也难以在整个钢板基体中抑制玻璃覆膜中的瑕疵的发生。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-119821号公报专利文献2：日本国特开昭59-33802号公报专利文献3：国际公开2004/083465号专利文献4：日本特开昭58-29592号公报专利文献5：日本特开平2-52192号公报技术实现要素：发明要解决的问题可是，在以往的激光磁畴控制中，根据绝缘覆膜相对于所照射的激光束的波长是否透明，使得钢板对激光束的吸收特性不同。在绝缘覆膜相对于激光束的波长为不透明时，激光束在绝缘覆膜内被吸收。而且，得知在激光束的传播中，产生激光束吸收的物质内的激光束的传播距离(以下也称为路径长度)越长，吸收激光束的能量越增加。另外，在采用相对于绝缘覆膜为不透明的波长的激光束的激光磁畴控制时，有以下的问题。也就是说，为了高速且有效率地实施激光束的扫描，采用的是从取向性电磁钢板的表面从一定高度的位置开始，沿着取向性电磁钢板的宽度方向直线地扫描1束激光束的光学系统。在采用这样的光学系统时，在激光扫描宽度的中央部，激光束相对于取向性电磁钢板的表面垂直地入射。也就是说，在激光束的入射位置与激光扫描宽度的中央部一致时，相对于取向性电磁钢板的表面正交的方向(法线方向)与激光束的传播方向所形成的角度(激光束的入射角φ)为0°。另一方面，激光束的入射位置越靠近激光扫描宽度的端部，则激光束的入射角φ越大。在这样的光学系统中，因激光束的入射位置从激光扫描宽度的中央部开始越靠近端部(激光束的入射角φ越大)，绝缘覆膜及玻璃覆膜内的激光束的路径长度越长，因此绝缘覆膜对激光束的吸收越高。所以，在激光扫描宽度的端部，与中央部相比对钢板赋予了更多的能量，结果是玻璃覆膜发生瑕疵的风险增大。为了解决上述问题，可考虑在激光扫描宽度的端部降低激光束的吸收率的方案。与此相对照，例如，如上述专利文献4及5所公开的那样，已知以往有将激光束(直线偏振光)的入射角固定在接近布留斯特角的角度(例如45°以上：参照专利文献4的权利要求3及专利文献5的权利要求1)，始终在使激光束的吸收率最大化的状态下对处理对象物的表面照射激光束的技术，但是，在特定的照射位置积极地降低激光束的吸收率的技术在以往被认为是没有必要的。本发明鉴于上述情况，目的是提供一种可抑制玻璃覆膜中的瑕疵发生的激光加工装置。用于解决课题的手段本发明为了解决上述课题而实现上述目的，采用以下方法。(1)本发明的一个方案涉及的激光加工装置是用于通过对取向性电磁钢板聚焦激光束并在扫描方向扫描而使所述取向性电磁钢板的磁畴细分化的激光加工装置，其中，聚焦在所述取向性电磁钢板上的激光束为直线偏振光；所述直线偏振光的指向与所述扫描方向所形成的角度为超过45°且90°以下。(2)在上述(1)所述的激光加工装置中，所述激光束相对于所述取向性电磁钢板的最大入射角φMAX满足下述条件式(1)。1/cosφMAX≤1.19(1)(3)在上述(1)或(2)所述的激光加工装置中，聚焦在所述取向性电磁钢板上的激光束的波长也可以超过7μm。(4)上述(1)～(3)中任一项所述的激光加工装置，也可以进一步具备射出激光束的激光振荡器，所述激光振荡器也可以是射出直线偏振光的CO2激光器。(5)在上述(1)～(4)中任一项所述的激光加工装置中，聚焦在所述取向性电磁钢板上的激光束的聚焦形状为椭圆；所述椭圆的短轴方向也可以与所述扫描方向正交。发明效果根据上述方案，可抑制玻璃覆膜中瑕疵的发生。附图说明图1是本发明的一个实施方式涉及的取向性电磁钢板10的剖视图。图2是表示本发明的一个实施方式涉及的取向性电磁钢板10的制造工序的一个例子的流程图。图3是表示本发明的一个实施方式涉及的激光加工装置100的构成例子的示意图。图4是表示本发明的一个实施方式涉及的激光照射装置106的构成例子的示意图。图5是表示取向性电磁钢板10上的激光束的聚焦形状的图示。图6是表示激光束向取向性电磁钢板10入射的状态的示意图。图7A示出在激光扫描宽度L的中央部P1处入射在绝缘覆膜16中的激光束在绝缘覆膜16内的路径长度e1及在玻璃覆膜14内的路径长度e1’。图7B示出在激光扫描宽度L的端部P2处入射在绝缘覆膜16中的激光束在绝缘覆膜16内的路径长度e2及在玻璃覆膜14内的路径长度e2’。图8是表示直线偏振光的指向与激光束的扫描方向的关系的示意图。图9A是表示直线偏振光LB以入射角φ入射在取向性电磁钢板10表面时的P偏振光的电场振动方向的图示。图9B是表示直线偏振光LB以入射角φ入射在取向性电磁钢板10表面时的S偏振光的电场振动方向的图示。图10是表示基体12的上表面对激光束的P偏振光和S偏振光的吸收率的曲线图。图11是表示激光照射装置106的变形例的图示。具体实施方式以下，参照附图对本发明的一个实施方式详细地进行说明。再者，在本说明书及附图中，对于实质上具有同一功能构成的构成要素，附加同一符号，并将重复说明省略。＜取向性电磁钢板的概要＞取向性电磁钢板是钢板的晶粒的易磁化轴(体心立方晶的＜100＞方向)大致聚齐在制造工序中的轧制方向的电磁钢板。在上述这样的取向性电磁钢板中，轧制方向和磁化方向一致的多个磁畴以被磁畴壁隔开的状态排列。这样的取向性电磁钢板因容易在轧制方向磁化而适合作为磁力线的方向大致固定的变压器的铁芯材料。变压器用的铁心(铁芯)大致分为卷绕铁心和叠层铁心。在卷绕铁心的制造工序中，在一边对钢板施加卷绕变形一边组装成铁心形状后，为了将由其机械变形导入的应变除去而进行退火。但是，在该退火过程中，由于如上述那样也将由激光照射导入的应变除去，所以磁畴的细分化效果消失。另一方面，在叠层铁心的制造工序中，不需要上述那样的用于除去应变的退火工序。所以，本实施方式涉及的取向性电磁钢板特别适合作为叠层铁心的材料。图1是本实施方式涉及的取向性电磁钢板10的剖视图。如图1所示的那样，取向性电磁钢板10具有钢板本体(基体)12、形成于钢板本体12两面上的玻璃覆膜14、形成于玻璃覆膜14上的绝缘覆膜16。钢板本体12由含有Si的铁合金构成。关于钢板本体12的组成，作为一个例子，含有Si：2.5质量％以上且4.0质量％以下、C：0.02质量％以上且0.10质量％以下、Mn：0.05质量％以上且0.20质量％以下、酸可溶性Al：0.020质量％以上且0.040质量％以下、N：0.002质量％以上且0.012质量％以下、S：0.001质量％以上且0.010质量％以下、P：0.01质量％以上且0.04质量％以下，剩余部分为铁及不可避免的杂质。钢板本体12的厚度例如为0.1mm以上且0.4mm以下。玻璃覆膜14例如由被称为镁橄榄石(Mg2SiO4)、尖晶石(MgAl2O4)及堇青石(Mg2Al4Si5O16)的复合氧化物构成。玻璃覆膜14的厚度例如为1μm。绝缘覆膜16例如由以胶态二氧化硅和磷酸盐(磷酸镁、磷酸铝等)为主体的涂覆液或将氧化铝溶胶和硼酸混合而成的涂覆液构成。绝缘覆膜16的厚度例如为2μm以上且3μm以下。在上述构成的取向性电磁钢板10中，通过从绝缘覆膜16的上方照射激光束，对与轧制方向大致正交的线状区域赋予残余应变。赋予了残余应变的线状区域在轧制方向按规定的周期形成，在由两个线状区域夹着朝轧制方向磁化的区域中，使与轧制方向大致正交的方向的磁畴宽度细分化。＜取向性电磁钢板的制造方法＞参照图2对本实施方式涉及的取向性电磁钢板10的制造方法进行说明。图2是表示本实施方式涉及的取向性电磁钢板10的制造工序的一个例子的流程图。取向性电磁钢板10的制造工序如图2所示，包含铸造工序S2、热轧工序S4、退火工序S6、冷轧工序S8、脱碳退火工序S10、退火分离剂涂布工序S12、最终成品退火工序S14、绝缘覆膜形成工序S16、激光照射工序S18。在铸造工序S2中，将调整到规定组成的钢水供给连续铸造机，连续地形成铸锭。在热轧工序S4中，在将铸锭加热到规定温度(例如1150～1400℃)后进行热轧。由此，形成规定厚度(例如1.8～3.5mm)的热轧材。在退火工序S6中，对热轧材，例如按加热温度为750～1200℃、加热时间为30秒～10分钟的条件进行热处理。在冷轧工序S8中，在将热轧材的表面酸洗后进行冷轧。由此，形成规定厚度(例如0.1～0.4mm)的冷轧材。在脱碳退火工序S10中，对冷轧材，例如按加热温度为700～900℃、加热时间为1～3分钟的条件进行热处理，形成钢板本体12。在钢板本体12的表面，形成以二氧化硅(SiO2)为主体的氧化物层。在退火分离剂涂布工序S12中，在钢板本体12的氧化物层上涂布以氧化镁(MgO)为主体的退火分离剂。在最终成品退火工序S14中，将涂布了退火分离剂的钢板本体12以卷取成卷状的状态插入批次(batch)式加热炉内进行热处理。热处理条件例如是加热温度为1100～1300℃，加热时间为20～24小时。此时，钢板本体12的传送方向(轧制方向)与易磁化轴一致的所谓高斯晶粒优先地结晶生长。其结果是，可得到成品退火后的晶体定向性(晶体取向性)高的取向性电磁钢板。此外，通过最终成品退火工序S14，氧化物层与退火分离剂反应，在钢板本体12的表面形成由镁橄榄石(Mg2SiO4)构成的玻璃覆膜14。在绝缘覆膜形成工序S16中，将卷取成卷状的钢板本体12解卷，伸展成板状传送。然后，在形成于钢板本体12的两面的玻璃覆膜14上涂布绝缘剂，进行烧结，形成绝缘覆膜16。将形成有绝缘覆膜16的钢板本体12卷取成卷状。在激光照射工序S18中，将卷取成卷状的钢板本体12解卷，伸展成板状传送。然后，通过后述的激光照射装置，朝钢板本体12的一面聚焦并照射激光束，在向轧制方向(传送方向)传送的电磁钢板的大致宽度方向进行扫描。由此，在钢板本体12的表面，在轧制方向上按规定间隔形成与轧制方向大致正交的线状的应变。再者，该激光束的聚焦、扫描也可以从钢板本体12的表面及背面两方面进行。此外，如上述那样，说明了将形成有绝缘覆膜16的钢板本体12卷取成卷状后传送给激光照射工序S18，但也可在形成绝缘覆膜后立刻进行激光照射，然后卷取成卷状。通过以上那样的制造工序，可制造在钢板本体12的表面形成有玻璃覆膜14及绝缘覆膜16、通过激光照射进行了磁畴控制的取向性电磁钢板10。＜激光加工装置的构成＞参照图3及图4，对通过向取向性电磁钢板10照射激光束而赋予残余应变的激光加工装置100的构成例子进行说明。图3是表示本实施方式涉及的激光加工装置100的构成例子的示意图。图4是表示一个激光照射装置106的构成例子的示意图。激光加工装置100从向轧制方向以固定速度传送的取向性电磁钢板10的绝缘覆膜16的上方照射激光束，赋予与轧制方向大致正交的线状的应变。激光加工装置100如图3所示的那样，分别多个地具有激光振荡器102、激光束传送路104、激光照射装置106。图3中，示出3个激光振荡器102、激光束传送路104及激光照射装置106，但各自的构成相同。激光振荡器102例如射出100W以上的高功率的激光束。此外，如后述的那样，作为激光振荡器102，优选使用射出波长超过7μm的激光束的振荡器。作为激光振荡器102，可使用例如激光束的波长为10.6μm的CO2激光器。此外，在本实施方式中，激光振荡器102射出具有规定的偏振光的指向的直线偏振光的激光束。再者，关于采用直线偏振光的激光束的理由，如后述。激光振荡器102可以是连续波激光器，也可以是脉冲激光器。另外，作为本发明中的直线偏振光激光，理想的是使用具有只在一个方向振动的电场成分(直线偏振光成分)的激光光，但严格地讲，与该直线偏振光成分正交的电场成分(正交成分)也极少地存在。直线偏振光成分的能量与正交成分的能量的比依赖于上述偏振光分光器124的性能及激光振荡器102的性能。在将直线偏振光成分的能量设定为PW1、将其正交成分的能量设定为PW2时，在将(PW1/(PW1+PW2))定义为偏振度时，本发明中的直线偏振光具有0.9以上且低于1.0的偏振度。也就是说，在采用具有0.9以上且低于1.0(90％以上且低于100％)的偏振度的直线偏振光激光器时，得到了后述的实施例的结果。再者，通过采用正交棱镜等分离直线偏振光，能够解析出直线偏振光成分的比例。激光照射装置106将从激光振荡器102通过激光束传送路104传送的激光束聚焦在取向性电磁钢板10，使其在与轧制方向大致正交的方向上扫描。一个激光照射装置106能够使激光束扫描的宽度有时也小于取向性电磁钢板10的板宽，但通过如图3所示的那样将激光照射装置106在板宽方向排列多个，能够遍及取向性电磁钢板10的整个板宽地扫描激光束。激光照射装置106如图4所示的那样，具有λ/2板125、金属反射镜126、多面反射镜128、抛物面反射镜130。插入λ/2板125，通过变更其旋转角度来调整直线偏振光的指向。再者，在钢板表面上的直线偏振光的指向朝向后述的规定方向时，可将λ/2板125省略。此外，作为使直线偏振光的指向变化的元件，也可取代λ/2板125而使用法拉第旋转器等。再者，上述中对从激光振荡器102射出的激光束为直线偏振光的方式进行了说明，但从激光振荡器102射出的激光束也不一定必须是直线偏振光。在从激光振荡器102射出的激光束为无偏振光的情况下，只要在λ/2板125前面设置偏振光分光器而形成直线偏振光即可。如果可使该偏振光分光器围绕激光束的中心轴旋转，则即使不设置λ/2板125，也能够将钢板面上的直线偏振光的指向调整到规定方向。像以上那样，能够使直线偏振光的激光束入射在金属反射镜126。再者，关于将激光束形成直线偏振光的理由，如后述。金属反射镜126是用于对入射的激光束的取向性电磁钢板10的板宽方向(参照图5)的光束直径进行缩径、调整的反射镜。作为金属反射镜126，可使用例如在1轴方向具有曲率的圆柱反射镜或抛物面反射镜。被金属反射镜126反射的激光束入射在以规定的旋转速度旋转的多面反射镜128上。多面反射镜128为可旋转的多面体，通过旋转使激光束在取向性电磁钢板10的板宽方向扫描。在激光束入射在多面反射镜128的多面体的某一面的期间，随着该面的旋转，激光束在取向性电磁钢板10上的沿着板宽方向的1条线状的区域进行扫描，对该线状的区域赋予残余应变。随着多面反射镜的旋转，该激光束的扫描重复进行，同时向轧制方向传送取向性电磁钢板10，其结果是可在取向性电磁钢板10上在轧制方向周期性地形成具有线状的残余应变的区域。再者，线状区域的轧制方向的周期可通过取向性电磁钢板10的传送速度和多面反射镜128的旋转速度进行调整。抛物面反射镜130是用于对被多面反射镜128反射的激光束的轧制方向的光束直径进行缩径及调整的反射镜。被抛物面反射镜130反射的激光束聚焦在取向性电磁钢板10的表面。图5是表示取向性电磁钢板10上的激光束的聚焦形状的图。在本实施方式中，激光束的聚焦形状如图5所示的那样为椭圆。该椭圆的长轴方向与激光束的扫描方向平行，椭圆的短轴方向与扫描方向正交。换句话来讲，椭圆的短轴方向与轧制方向平行。通过如此使激光束的聚焦形状形成椭圆，使激光束相对于取向性电磁钢板10的某一点的照射时间延长。其结果是，能够直到取向性电磁钢板10内部的深的位置为止使温度上升，所以对于降低铁损是有效的。再者，通过金属反射镜126对板宽方向的光束直径进行缩径，并且通过抛物面反射镜130对轧制方向的光束直径进行缩径，从而使激光束的聚焦形状成为椭圆。此外，如果将激光束的聚焦形状形成为椭圆，则与聚焦形状为正圆时相比，因激光束的聚焦面积扩大而使能量密度降低。其结果是，能够防止取向性电磁钢板10的表面附近的相对于板厚方向的温度梯度变得急剧，所以对于抑制玻璃覆膜14中发生瑕疵是有效的。再者，在上述的说明中，例示了取向性电磁钢板10上的激光束的聚焦形状为椭圆的情况，但本发明并不限定于此。例如，激光束的聚焦形状也可以为正圆。此外，在本实施方式中，优选以使轧制方向的光束直径(包含86％的积分强度的宽度)达到200μm以下的方式设定激光束的强度分布。由此，可进一步抑制导热向轧制方向的扩展并形成窄的闭合磁畴，由此能够显著地降低铁损。另外，为了确实地降低铁损，更优选将上述光束直径规定为120μm以下。＜关于激光束在激光扫描宽度中的入射状态＞在激光照射装置106对取向性电磁钢板10的表面遍及规定的激光扫描宽度地扫描激光束时，在激光扫描宽度的中央部和端部，激光束相对于取向性电磁钢板10表面的入射状态不同。图6是表示激光束向取向性电磁钢板10入射的状态的示意图。在一个激光照射装置106在扫描方向上对规定的激光扫描宽度L扫描激光束时，如图6所示的那样，激光扫描宽度L的中央部P1中的激光束的入射状态与激光扫描宽度L的端部P2、P3中的激光束的入射状态不同。具体地讲，在激光扫描宽度L的中央部P1中，被激光照射装置106的抛物面反射镜130反射的激光束垂直地入射在取向性电磁钢板10表面(绝缘覆膜16)上。另一方面，在激光扫描宽度L的两端部P2、P3中，激光束倾斜地入射在取向性电磁钢板10表面上(相对于表面的法线方向以入射角φ入射)。也就是说，在激光束的入射位置与激光扫描宽度L的中央部P1一致时，相对于取向性电磁钢板10的表面正交的方向(法线方向)与激光束的传播方向所形成的角度(激光束的入射角φ)为0°。另一方面，激光束的入射位置越靠近激光扫描宽度L的端部P2或P3，激光束的入射角φ越大。图7A及图7B是表示绝缘覆膜16中的激光束的路径长度的示意图。图7A示出在激光扫描宽度L的中央部P1处入射在绝缘覆膜16中的激光束在绝缘覆膜16内的路径长度e1及在玻璃覆膜14内的路径长度e1’。图7B是表示在激光扫描宽度L的端部P2处入射在绝缘覆膜16中的激光束在绝缘覆膜16内的路径长度e2及在玻璃覆膜14内的路径长度e2’。在激光扫描宽度L的端部P3处入射在绝缘覆膜16中的激光束的路径长度与图7B相同。激光束在绝缘覆膜16的内部及玻璃覆膜14的内部的透射率可根据熟知的朗伯培尔的法则用exp(－αL)表示。这里，α为吸收系数，L为路径长度。路径长度L越长则透射率越小。也就是说，路径长度L越长，绝缘覆膜16的内部及玻璃覆膜14的内部所吸收的激光束的能量越大。从图7A及图7B弄清楚，因路径长度e2(e2’)大于路径长度e1(e1’)，因而在激光扫描宽度L的端部P2(P3)中，绝缘覆膜16(玻璃覆膜14)对激光束的吸收率提高。其结果是，在激光扫描宽度L的端部P2(P3)中，与中央部P1相比，可对取向性电磁钢板10赋予更多的能量，因此，温度过高地上升，在绝缘覆膜16及玻璃覆膜14中容易发生瑕疵。在本实施方式中，为了解决上述问题而将聚焦在取向性电磁钢板10的表面(绝缘覆膜16)上的激光束规定为直线偏振光，同时如图8所示的那样，将直线偏振光的指向与激光束的扫描方向所形成的角度θ设定在超过45°且90°以下。再者，图8是表示激光束的入射角φ为0°时的直线偏振光的指向与激光束的扫描方向的关系的示意图。再者，只要激光束的扫描方向与直线偏振光的指向所形成的角度θ为超过45°且90°以下，则直线偏振光的指向与激光束的扫描方向的关系相对于图8也可以是线对称的关系。在如本实施方式那样将角度θ设定为超过45°且90°以下的情况下，如后述那样，能够使激光扫描宽度L的端部P2、P3中的激光束的吸收率降低，因此在激光扫描宽度L的端部P2、P3中，即使激光束的路径长度延长，也能抑制被绝缘覆膜16吸收的能量的增加。其结果是，在激光扫描宽度L的端部P2、P3中，能够抑制玻璃覆膜14的瑕疵的发生。＜关于直线偏振光和吸收率的关系＞这里，对通过直线偏振光的指向与激光束的扫描方向所形成的角度θ来使激光束的吸收率下降的原理进行说明。入射在取向性电磁钢板10上的激光束的一部分被绝缘覆膜16反射，剩余部分向绝缘覆膜16入射。入射在绝缘覆膜16中的激光束在绝缘覆膜16内部被吸收一部分，然后到达玻璃覆膜14的上表面，在这里被反射一部分，剩余部分向玻璃覆膜14入射。入射在玻璃覆膜14中的激光束在玻璃覆膜14内部被吸收一部分，然后到达钢板本体(以下也称为基体)12的上表面，其一部分在钢板本体12的表面被吸收。于是，传递给取向性电磁钢板10的激光束的能量如上所述，被绝缘覆膜16等吸收的激光束的吸收率左右。如果绝缘覆膜16等中的激光束的吸收率提高，则传递给取向性电磁钢板10的激光束的能量也提高。可是，直线偏振光通常包含P偏振光(也称为P波)和S偏振光(也称为S波)。已知P偏振光的吸收率和S偏振光的吸收率不同。因此，与P偏振光和S偏振光被绝缘覆膜16等吸收的比例相应地，传递给取向性电磁钢板10的激光束的能量也发生变化。图9A示出直线偏振光LB以入射角φ入射在取向性电磁钢板10的表面时的P偏振光的电场振动方向。图9B示出直线偏振光LB以入射角φ入射在取向性电磁钢板10的表面时的S偏振光的电场振动方向。如图9A及图9B所示的那样，在直线偏振光LB以入射角φ入射在取向性电磁钢板10表面时，P偏振光的电场振动方向和S偏振光的电场振动方向不同。具体地讲，在扫描直线偏振光时，P偏振光的电场沿图9A所示的双线箭头方向振动，S偏振光的电场如图9B所示的那样沿与纸面正交的方向振动。图10是表示激光束的P偏振光和S偏振光在基体12的上表面的吸收率的曲线图。如图10所示的那样，P偏振光的吸收率大于S偏振光的吸收率。而且，随着激光束(直线偏振光)的入射角φ增大，P偏振光的吸收率增加，S偏振光的吸收率减小。图10示出相对于从取向性电磁钢板10上除去绝缘覆膜16和玻璃覆膜14而残留的基体12的上表面的吸收率，但在绝缘覆膜16上表面的吸收率和玻璃覆膜14上表面的吸收率都示出与图10相同的倾向。在直线偏振光的指向与扫描方向所形成的角度θ为0°的情况下，对入射面(取向性电磁钢板10的表面)只入射P偏振光。在角度θ为45°的情况下，对入射面各入射一半P偏振光和S偏振光。在角度θ为90°的情况下，对入射面只入射S偏振光。所以，在角度θ为0°以上且低于45°的情况下，在P偏振光和S偏振光中，P偏振光的影响为主导性的，随着入射角φ的增大，激光束的吸收率提高。另一方面，在角度θ未超过45°且90°以下的情况下，S偏振光的影响为主导性的，随着入射角φ的增大，激光束的吸收率减小。在本实施方式中，为了使激光照射装置106的激光扫描宽度L的端部P2、P3中的激光束的吸收率降低，将直线偏振光的指向与激光束的扫描方向所形成的角度θ设定在超过45°且90°以下。由此，在P偏振光和S偏振光中，S偏振光的影响为主导性的。所以，在激光扫描宽度L的端部P2、P3中，即使绝缘覆膜16及玻璃覆膜14的激光束的路径长度延长，也能够使激光束在绝缘覆膜16及玻璃覆膜14中的吸收降低。其结果是，能够抑制绝缘覆膜16等中的温度上升，因此能够降低激光扫描宽度L的端部P2、P3中的玻璃覆膜14的瑕疵的发生。特别是，在将直线偏振光的指向与激光束的扫描方向所形成的角度θ设定在70°以上且90°以下的情况下，S偏振光的影响更是主导性的，由于激光束在绝缘覆膜16及玻璃覆膜14中的吸收更加降低，所以能够进一步降低激光扫描宽度L的端部P2、P3中的玻璃覆膜14的瑕疵的发生。此外，在本实施方式中，进一步优选扫描的激光束的波长超过7μm。在激光束的波长超过7μm的情况下，绝缘覆膜16相对于激光束是不透明的，激光束容易被绝缘覆膜16及玻璃覆膜14吸收。因此，在对取向性电磁钢板10聚焦、扫描上述范围的波长的激光束的情况下，在倾斜入射激光束时，在激光扫描宽度L的端部P2、P3中绝缘覆膜16及玻璃覆膜14容易吸收大量的能量。在这样的状况下，通过如上所述将角度θ设定在超过45°且90°以下，因在激光扫描宽度L的端部P2、P3中激光束在绝缘覆膜16及玻璃覆膜14各自的上表面处的反射增加，吸收减少，因此使得向绝缘覆膜16及玻璃覆膜14各自的内部入射的能量减少。其结果是，能够使激光束的被绝缘覆膜16及玻璃覆膜14各自的内部吸收的能量降低，所以能进一步发挥本实施方式的有效性。此外，本申请发明者发现：如果路径长度相对于激光束的入射角φ为0°时的路径长度(图7A的e1+e1’，以下称为基准路径长度)的扩大率超过19％，则即使如上所述将直线偏振光的指向与扫描方向所形成的角θ设定在超过45°且90°以下，也不能充分降低激光扫描宽度L的端部P2、P3中的激光束的吸收率(换句话来讲，在激光扫描宽度L的端部P2、P3中，玻璃覆膜14变得容易发生瑕疵)。认为这是因为，如果路径长度相对于基准路径长度的扩大率超过19％，则不能以激光束(直线偏振光)的吸收率的降低量来补偿起因于路径长度的扩大的吸收能量的增加量。因此，为了在整个激光扫描宽度L确实防止玻璃覆膜14发生瑕疵，优选基于以下的条件式(1)设定激光束的最大入射角φMAX。1/cosφMAX≤1.19(1)在上述条件式(1)中，左边表示路径长度(最大入射角φMAX时的路径长度)相对于基准路径长度的扩大率。所以，根据上述条件式(1)，能够得到相对于基准路径长度的扩大率不超过19％的最大入射角φMAX。由上述条件式(1)得知，优选最大入射角φMAX为33°以下。例如，在使用图4所示的多面反射镜128的激光照射装置106中，如果假设多面反射镜128的面数为N，则激光束的最大入射角φMAX能表示为360°/N。所以，在图4所示的激光照射装置106中，N优选为11以上。此外，如图11所示的那样，也可以替代多面反射镜128而使用电流反射镜(galvanomirror)140。该电流反射镜140由驱动电机141驱动而沿图中的箭头方向旋转。通过电流反射镜140旋转，激光束沿着取向性电磁钢板10的板宽方向(扫描方向)进行扫描。根据这样的构成，通过控制电流反射镜140的旋转角度，可控制激光束的入射角φ。所以，通过使用电流反射镜140，还容易将激光束的最大入射角φMAX设定在适当的值。再者，在上述实施方式中，激光振荡器102射出直线偏振光的激光束，但本发明并不限定于此。例如，也可以是激光振荡器102射出无偏振光的激光束，在金属反射镜126的跟前设置使无偏振光的激光束成为具有规定的偏振光指向的直线偏振光的偏振光分光器等起偏器。此外，通过调整上述偏振光分光器的激光束的围绕中心轴的旋转角度，也可以调整上述的角度θ的大小。＜关于磁畴的细分化和玻璃覆膜的瑕疵＞可是，在轧制方向施加了磁场的取向性电磁钢板10如前所述，具有将轧制方向与磁化方向大致一致的多个磁畴排列而成的结构。这里，为了谋求进一步降低取向性电磁钢板10的铁损，通过照射激光束使磁畴细分化(使磁畴变窄)是有效的。特别是，通过对取向性电磁钢板10的最表层附近的沿着轧制方向存在的极窄宽度的区域的板厚方向施加大的温度梯度，从而得到窄的且具有充分的强度的闭合磁畴是有效的。另一方面，如果提高相对于板厚方向的温度梯度，则取向性电磁钢板10的表面的温度上升。而且，有时因温度上升而使绝缘覆膜16或玻璃覆膜14产生亏损剥离等瑕疵。特别是在玻璃覆膜14上发生瑕疵的情况下，钢板本体12向外部露出，有生锈的顾虑。因此，有必要一边降低取向性电磁钢板10的铁损，一边防止玻璃覆膜14发生瑕疵。根据本实施方式，不仅能够遍及整个激光扫描宽度L抑制发生瑕疵，而且还可得到降低铁损的效果。也就是说，在采用无偏振光的激光束的以往的激光磁畴控制法中，如上所述，在激光扫描宽度L的端部P2、P3中，因路径长度的扩大而使激光束能量的吸收增加，所以在绝缘覆膜16或玻璃覆膜14中容易发生瑕疵。为了对其进行补偿，只要降低激光束能量即可，但这样一来虽能够降低端部P2、P3处的瑕疵发生，但其反面是在激光扫描宽度L的中央部P2中激光束的能量减小，有降低铁损的效果低的问题。另一方面，在本实施方式中，如上所述为了降低激光扫描宽度L的端部P2、P3中的激光束的吸收，在取向性电磁钢板10上扫描包含随着入射角φ的增大而吸收率减小的S偏振光的直线偏振光。这里，在激光扫描宽度L的中央部P1中，直线偏振光相对于取向性电磁钢板10表面垂直地入射(图6、图9所示的入射角φ小)，因而在中央部P1中，P偏振光和S偏振光的吸收率大致相同(参照图10)。因为构成无偏振光状态的P偏振光和S偏振光的吸收率没有差别，因此因形成S偏振光而导致的吸收率的降低也几乎没有。因此，根据本实施方式的激光加工装置100，能够不使在激光扫描宽度L的中央部P1中传递给取向性电磁钢板10的激光束的能量降低，而只降低在端部P2、P3中吸收的激光束的能量。所以，能够实现遍及整个激光扫描宽度L地降低铁损和抑制瑕疵发生。再者，在上述实施方式中，作为射出波长超过7μm的激光束的激光振荡器102，例示了CO2激光器，但本发明并不限定于此。例如，作为射出波长超过7μm的激光束的激光振荡器，也可以采用纤维激光器、拉曼纤维激光器、量子级联激光器等。在以上的实施方式中，对于如图1所示的那样对由基体12、玻璃覆膜14、绝缘覆膜16这3层结构构成的取向性电磁钢板10照射激光束的例子进行了说明，但对于没有玻璃覆膜14，将基体12和绝缘覆膜16这两层作为基本结构的钢板来说，本实施方式的激光加工装置100也能发挥在激光扫描宽度L的端部P2、P3处降低绝缘覆膜16的瑕疵发生的效果。这是因为即使没有玻璃覆膜14，通过将激光束形成为直线偏振光，且将角度θ设定在上述范围，也能够在激光扫描宽度L的端部P2、P3中降低激光束在绝缘覆膜16中的吸收。作为没有玻璃覆膜14的取向性电磁钢板，已知有因基体表面的凹凸小接近镜面而具有超低铁损特性的取向性电磁钢板。在这样的具有超低铁损特性的取向性电磁钢板中，为了防止发生起因于基体12的露出而导致的生锈，要点是在激光束的照射中在绝缘覆膜16不发生瑕疵。本实施方式的激光加工装置100如上所述，对于降低该瑕疵发生是有效果的。＜实施例＞为了确认上述的本实施方式涉及的实施例的有效性，对本实施例及比较例涉及的确认试验例进行说明。首先，准备组成为Si：3.0质量％、C：0.05质量％、Mn：0.1质量％、酸可溶性Al：0.02质量％、N：0.01质量％、S：0.01质量％、P：0.02质量％、剩余部分为铁及不可避杂质的板坯。在1280℃对该板坯实施热轧，制成厚度为2.3mm的热轧材。接着，对热轧材按照1000℃×1分钟的条件进行热处理。在热处理后实施了酸洗处理然后实施冷轧，制成厚度为0.23mm的冷轧材。对该冷轧材，按800℃×2分钟的条件实施脱碳退火。接着，对脱碳退火后的冷轧材的两面，涂布以氧化镁为主成分的退火分离材。然后，将涂布了退火分离材的冷轧材以卷取成卷状的状态装入批次式加热炉中，按1200℃×20小时的条件实施成品退火。由此，制成表面形成有玻璃覆膜的钢板基体(钢板本体)。接着，在玻璃覆膜上涂布由磷酸铝构成的绝缘材，进行烧结(850℃×1分钟)，形成绝缘覆膜。然后，对形成了绝缘覆膜及玻璃覆膜的钢板基体照射激光束，对钢板基体表面赋予应变。作为激光照射装置，使用图4所示的激光照射装置106，作为激光振荡器102，使用CO2激光器。在本实施例1～4及比较例1中，相对于从激光振荡器102射出的直线偏振光的激光束，通过使在光路中设在激光振荡器102与金属反光镜126之间的λ/2板125旋转，一边变更直线偏振光的指向与扫描方向所形成的角度θ，一边在取向性电磁钢板10上聚焦并扫描激光束。在比较例2中，替代λ/2板125而设置λ/4板，在将激光束设定为圆偏振光的条件下，在取向性电磁钢板10上聚焦并扫描激光束。该圆偏振光含有各50％的P偏振光和S偏振光。再者，本实施例及比较例中，作为到达取向性电磁钢板10上的激光束的照射条件，都将激光束的能量设定为2kW、将扫描方向的光束直径设定为4mm、将轧制方向的光束直径设定为0.15mm、将激光束的激光扫描宽度设定为500mm。最大入射角φMAX为24°。此外，通过湿润试验对起因于玻璃覆膜14上发生的瑕疵的生锈进行了判定。湿润试验按照JISK2246-5.34进行，将试验条件设定为温度50℃、湿度98％、试验时间72小时。然后，目视确认激光照射部的生锈的有无。关于各条件，将钢板的宽度方向长度为100mm、钢板的轧制方向长度为500mm的尺寸的四方片切下10片，按发生生锈的片数进行评价。试验结果见下述表1。在各50％地含有P偏振光和S偏振光的比较例1(直线偏振光，θ＝45°)及采用圆偏振光的激光束的比较例2中，在激光扫描宽度的端部中生锈显著。另一方面，在本实施例1～4中，通过采用直线偏振光的激光束，同时将直线偏振光的指向与扫描方向所形成的角度θ设定在超过45°且90°以下，可显著地降低激光扫描宽度的端部中的生锈。特别是，通过将角度θ设定在70°以上且90°以下，能够完全防止生锈。再者，在角度θ为60°时，在激光扫描宽度的端部未确认生锈，但在玻璃覆膜14中局部地发现瑕疵。用光学显微镜观察了该瑕疵部，发现玻璃覆膜14有瑕疵，但基体部没有露出。因此，可认为没有发生生锈。用显微镜观察了断面，发现在角度θ为70°以上时，激光扫描宽度的端部中的玻璃覆膜14健全。表1偏振光的种类角度θ(°)中央部生锈的片数端部生锈的片数本实施例1直线偏振光9000本实施例2直线偏振光8000本实施例3直线偏振光7000本实施例4直线偏振光6000比较例1直线偏振光4503比较例2圆偏振光－04由以上的试验结果得出，通过将能够主导P偏振光和S偏振光中的S偏振光的影响的角度范围、即角度θ设定在超过45°且90°以下，与无偏振光的情况相比，能够降低激光扫描宽度的端部中的激光束的吸收率，其结果是，可得到使激光扫描宽度的端部中的生锈降低的效果。此外，确认了在将直线偏振光的指向与扫描方向所形成的角θ固定在90°、将激光束的最大入射角φMAX在24°～40°的范围内变化的情况下，激光扫描宽度L的端部中生锈的片数怎样进行变化。其结果见表2。表2结果见表2。在最大入射角φMAX为33°时，没有在激光扫描宽度L的端部中发现生锈，但在玻璃覆膜14中局部发现了瑕疵。用光学显微镜观察了该瑕疵部，发现玻璃覆膜14有瑕疵，但基体部没有露出。因此，可认为没有生锈。另一方面，得知：如果激光束的最大入射角φMAX超过33°，则激光扫描宽度L的端部中的生锈的片数急剧增加。认为这是因为如果激光束的最大入射角φMAX超过33°，则路径长度相对于基准路径长度的扩大率超过19％。也就是说，通过实验确认了，为了遍及整个激光扫描宽度L确实防止生锈，优选基于上述条件式(1)来设定激光束的最大入射角φMAX。＜总结＞如上述那样，在本实施方式涉及的激光加工装置100中，将对取向性电磁钢板10进行扫描的直线偏振光的指向与扫描方向所形成的角度θ设定在超过45°且90°以下。由此，能够使玻璃覆膜14的激光扫描宽度L的端部P2、P3中的激光束的吸收率降低，所以即使起因于倾斜入射而使得端部P2、P3中的激光束的路径长度延长，也能在端部P2、P3中抑制被绝缘覆膜16及玻璃覆膜14吸收的能量的增加。其结果是，可抑制激光扫描宽度L的端部P2、P3中的玻璃覆膜14发生瑕疵。此外，如上述那样，由于激光扫描宽度L的中央部P1中的激光束的吸收能量不降低，所以不会使在中央部P1降低铁损的效果劣化。也就是说，遍及整个激光扫描宽度L，能够同时实现降低铁损和防止玻璃覆膜14发生瑕疵。根据本实施方式涉及的激光加工装置100，通过上述的降低铁损和抑制玻璃覆膜14的瑕疵，可一边抑制玻璃覆膜14中发生瑕疵，一边制造低铁损的取向性电磁钢板10。因此，可排除因玻璃覆膜14发生瑕疵而再次涂布绝缘覆膜16导致的成本上升因素。其结果是，不仅可更廉价地制造极低铁损的取向性电磁钢板10，而且，通过在世间广泛地普及极低铁损的取向性电磁钢板10，从能够实现削减能量消耗量的观点出发，具有极大的经济效果。以上，参照附图对本发明的优选的实施方式详细地进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。显而易见，只要是具有属于本发明的
技术领域：
的基本知识的人员，就能在专利权利要求所述的技术思想的范畴内联想到各种变更例或修正例，对于这些变更例或修正例，当然应解释为属于本发明的技术范围。符号说明10－取向性电磁钢板，12－钢板本体，14－玻璃覆膜，16－绝缘覆膜，100－激光加工装置，102－激光振荡器，104－激光束传送路，106－激光照射装置，125－λ/2板，126－金属反射镜，128－多面反射镜，130－抛物面反射镜。当前第1页1 2 3
文档序号 :
【 12165815 】
技术研发人员：平野弘二,今井浩文,滨村秀行,坂井辰彦
技术所有人：新日铁住金株式会社
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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