本發(fā)明涉及對用于變壓器的鐵芯等的方向性電磁鋼板照射激光從而將磁疇細分的激光加工裝置。

背景技術：

方向性電磁鋼板具有對鋼板制造時的軋制方向容易磁化這樣的特征。因此，方向性電磁鋼板也稱為單向性電磁鋼板。方向性電磁鋼板作為構成變壓器、旋轉機械等電氣設備的鐵芯的材料使用。

當磁化方向性電磁鋼板時，產生鐵損等能量損失。近年來，隨著全球變暖的加劇，全世界都在謀求電氣設備的節(jié)能化。因此，需要能夠進一步降低方向性電磁鋼板的鐵損的技術。

鐵損分為渦流損耗和磁滯損耗。渦流損耗分為經典渦流損耗和異常渦流損耗。為了降低經典渦流損耗，我們知道在表面形成絕緣被膜并且具有薄的板厚的方向性電磁鋼板。例如，在下述專利文獻1中公開了具有形成于鋼板基底的表面上的玻璃被膜和形成于玻璃被膜的表面上的絕緣被膜的方向性電磁鋼板。

例如，在下述專利文獻2和3中公開了能夠抑制異常渦流損耗的激光磁疇控制方法。在該激光磁疇控制方法中，對形成了絕緣被膜的方向性電磁鋼板的表面照射激光束，激光束沿方向性電磁鋼板的大致寬度方向(即與方向性電磁鋼板的軋制方向近似正交的方向)掃描。結果，在方向性電磁鋼板的表面(即基底的表面)沿軋制方向周期性地形成多個殘余應變，使方向性電磁鋼板的磁疇細分。

根據該激光磁疇控制方法，通過激光束的掃描，能夠對方向性電磁鋼板的最表層賦予在板厚方向上具有大的溫度梯度的溫度履歷。通過賦予這樣的溫度履歷，在方向性電磁鋼板的基底(日文：地鉄)的表面產生殘余應變，因為該殘余應變的原因形成環(huán)流磁疇。借助該環(huán)流磁疇，180°的磁疇壁間隔被細分，結果，降低方向性電磁鋼板的異常渦流損耗。

如上所述，借助形成于基底表面的環(huán)流磁疇，180°磁疇壁間隔被細分，結果，降低異常渦流損耗。但是，形成于基底表面的環(huán)流磁疇成為使磁滯損耗增加的主要因素。因此，為了使包含渦流損耗和磁滯損耗的鐵損最小化，使環(huán)流磁疇的寬度變窄是有效的。例如，在專利文獻3中公開了使用具有良好的微聚光特性的TEM₀₀模式的激光束在狹窄區(qū)域內形成強的應變，通過這樣獲得狹窄并且具有足夠強度的環(huán)流磁疇的方法。

現有技術文獻

專利文獻

[專利文獻1]日本國特開2007－119821號公報

[專利文獻2]日本國特開昭59－33802號公報

[專利文獻3]國際公開2004/083465號

[專利文獻4]日本國特開昭58－29592號公報

[專利文獻5]日本國特開平2－52192號公報

發(fā)明的概要

發(fā)明要解決的問題

在以往的激光磁疇控制方法中，為了高速并且高效地實施激光束的掃描，使用從離方向性電磁鋼板的表面一定高度的位置沿方向性電磁鋼板的寬度方向直線地掃描1條激光束的光學系統(tǒng)。

在使用這樣的光學系統(tǒng)的情況下，在激光掃描寬度的中央部，激光束對方向性電磁鋼板的表面垂直地入射。即，在激光束的入射位置與激光掃描寬度的中央部一致的情況下，與方向性電磁鋼板的表面正交的方向(法線方向)與激光束的傳播方向所成的角度(激光束的入射角φ)為0°。另一方面，激光束的入射位置越靠近激光掃描寬度的端部，激光束的入射角φ越大。

在這樣的光學系統(tǒng)中，激光束的入射位置越從激光掃描寬度的中央部靠近端部(激光束的入射角φ越大)，激光束的光束直徑越擴大，激光束的功率密度越小。

結果，由于在激光掃描寬度的端部沿板厚方向賦予的溫度梯度比在激光掃描寬度的中央部沿板厚方向賦予的溫度梯度小，因此在激光掃描寬度的端部難以適當地將磁疇細分。

這樣，以往的激光磁疇控制方法存在不能夠遍及整個激光掃描寬度獲得足夠的磁疇控制效果(鐵損降低效果)這樣的問題。

為了解決上述問題，可以考慮在激光掃描寬度的端部提高激光束的吸收率的方案。例如，在上述專利文獻4和5中，公開了將激光束(直線偏光)的入射角固定在接近布儒斯特角的角度(例如45°以上，參照專利文獻4的權利要求3和專利文獻5的權利要求1)，總是在使激光束的吸收率最大的狀態(tài)下對處理對象物的表面照射激光束的技術。

但是，上述專利文獻4和5公開的技術雖然對能夠固定激光束的入射角的系統(tǒng)有效，但難以應用于像上述以往的激光磁疇控制方法中使用的系統(tǒng)那樣激光束以預定的激光掃描寬度進行掃描的系統(tǒng)(換言之激光束的入射角變化的系統(tǒng))。

技術實現要素：

本發(fā)明就是鑒于以上情形而完成的，以提供能夠遍及整個激光束的激光掃描寬度地降低方向性電磁鋼板的鐵損的激光加工裝置為目的。

本發(fā)明為了達成解決上述課題所涉及的目的，采用以下的手段。

(1)本發(fā)明一個形態(tài)涉及的激光加工裝置為使激光束聚光于方向性電磁鋼板上并沿掃描方向進行掃描、用于將上述方向性電磁鋼板的磁疇細分的激光加工裝置，聚光于上述方向性電磁鋼板上的激光束為直線偏光，上述直線偏光的朝向和上述掃描方向所成的角度在0°以上、45°以內。

(2)上述(1)所述的激光加工裝置中，也可以上述激光束對上述方向性電磁鋼板的最大入射角φ_MAX滿足下述條件式(1)。

1/cosφ_MAX≤1.24……(1)

(3)在上述(1)或(2)所述的激光加工裝置中，聚光于上述方向性電磁鋼板的激光束的波長可以為0.15μm以上、7μm以下。

(4)上述(1)～(3)中的任一項所述的激光加工裝置還可以具備射出激光束的激光振蕩器，以及將上述激光振蕩器射出的激光束變成直線偏光的偏光器。

(5)在上述(4)所述的激光加工裝置中，上述激光振蕩器可以是光纖激光器或盤形激光器。

(6)在上述(1)～(5)中的任一項所述的激光加工裝置中，可以是聚光于上述方向性電磁鋼板上的激光束的聚光形狀為橢圓，上述橢圓的短軸方向與上述掃描方向正交。

發(fā)明的效果：

根據上述形態(tài)，能夠遍及整個激光束的激光掃描寬度地降低方向性電磁鋼板的鐵損。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施形態(tài)涉及的方向性電磁鋼板10的剖視圖；

圖2為表示本發(fā)明一個實施形態(tài)涉及的方向性電磁鋼板10的制造工序的一例的流程圖；

圖3為表示本發(fā)明一個實施形態(tài)涉及的激光加工裝置100的結構例的示意圖；

圖4為表示本發(fā)明一個實施形態(tài)涉及的激光照射裝置106的結構例的示意圖；

圖5為表示方向性電磁鋼板10上的激光束的聚光形狀的圖；

圖6為表示激光束向方向性電磁鋼板10的入射狀態(tài)的示意圖；

圖7為表示方向性電磁鋼板10上激光束的光束直徑的示意圖；

圖8為表示直線偏光的朝向與激光束的掃描方向之間的關系的示意圖；

圖9A為表示直線偏光LB以入射角φ入射到方向性電磁鋼板10的表面上時P偏光的電場振動方向；

圖9B為表示直線偏光LB以入射角φ入射到方向性電磁鋼板10的表面時S偏光的電場振動方向的圖；

圖10為表示激光束的P偏光和S偏光在基底12的上表面的吸收率的曲線圖；

圖11為表示激光照射裝置106的變形例的圖。

具體實施方式

下面參照附圖詳細地說明本發(fā)明的一個實施形態(tài)。另外，在本說明書和附圖中，對于實際上具有同一功能結構的構成要素添加同一個標記，省略重復的說明。

〈方向性電磁鋼板的概要〉

方向性電磁鋼板為鋼板的晶粒的易磁化軸(體心立方晶體的〈001〉方向)與制造工序中的軋制方向近似一致的電磁鋼板。在上述那樣的方向性電磁鋼板中，軋制方向與磁化方向一致的多個磁疇在被磁疇壁隔開的狀態(tài)下排列。這樣的方向性電磁鋼板由于在軋制方向上容易磁化，因此適用于作為磁力線的方向大致恒定的變壓器的鐵芯材料。

變壓器用的鐵芯(鐵心)分為卷繞鐵芯和疊片鐵芯兩大類。在卷繞鐵芯的制造工序中，邊對鋼板施加卷繞變形一邊組裝成鐵芯的形狀，然后為了將由于該機械變形而導入的應變除去而進行退火。但是，在該退火工序中，由于通過像上述那樣照射激光而導入的應變也被除去，因此磁疇的細分效果也消失了。另一方面，在疊片鐵芯的制造工序，不需要上述那樣的應變除去用的退火工序。因此，本實施形態(tài)涉及的方向性電磁鋼板尤其適合作為疊片鐵芯的材料。

圖1為本實施形態(tài)涉及的方向性電磁鋼板10的剖視圖。如圖1所示，方向性電磁鋼板10具有鋼板主體(基底)12、形成于鋼板主體12的兩面上的玻璃被膜14和形成于玻璃被膜14上的絕緣被膜16。

鋼板主體12用含有Si的鐵合金構成。鋼板主體12的組成作為一例為：Si，2.5％質量以上、4.0％以下質量；C，0.02％以上質量、0.10％質量以下；Mn，0.05％以上質量、0.20％質量以下；酸溶性Al，0.020％質量以上、0.040％質量以下；N，0.002％質量以上、0.012％質量以下；S，0.001％質量以上、0.010％質量以下；P，0.01％質量以上、0.04％質量以下；其余為Fe和不可避免的雜質。鋼板主體12的厚度為例如0.1mm以上、0.2mm以下。

玻璃被膜14例如由鎂橄欖石(Mg₂SiO₄)、尖晶石(MgAl₂O₄)和堇青石(cordierite：Mg₂Al₄Si₅O₁₆)這樣的復合氧化物構成。玻璃被膜14的厚度為例如1μm。

絕緣被膜16由例如以膠體狀二氧化硅和磷酸鹽(磷酸鎂、磷酸鋁等)為主體的涂布液、將氧化鋁溶膠與硼酸混合的涂布液構成。絕緣被膜16的厚度為例如2μm以上、3μm以下。

在上述結構的方向性電磁鋼板10中，借助從絕緣被膜16的上方照射激光束，對與軋制方向近似正交的線狀區(qū)域賦予殘余應變。被賦予了殘余應變的線狀區(qū)域以預定的周期在軋制方向上形成，在隔著這2個線狀區(qū)域并且磁化朝軋制方向的區(qū)域，對與軋制方向近似正交的方向上的磁疇寬度進行細分。

〈方向性電磁鋼板的制造方法〉

參照圖2說明本實施形態(tài)涉及的方向性電磁鋼板10的制造方法。圖2為表示本實施形態(tài)涉及的方向性電磁鋼板10的制造工序的一例的流程圖。

如圖2所示，方向性電磁鋼板10的制造工序包含：鑄造工序S2、熱軋工序S4、退火工序S6、冷軋工序S8、脫碳退火工序S10、退火分離劑涂敷工序S12、最后加工退火工序S14、絕緣被膜形成工序S16和激光照射工序S18。

在鑄造工序S2中，將調整成預定的組成的鋼液提供給連續(xù)鑄造機，連續(xù)地形成鑄錠。在熱軋工序S4中，將鑄錠加熱到規(guī)定溫度(例如1150～1400℃)后進行熱軋。由此，形成預定厚度(例如1.8～3.5mm)的熱軋材料。

在退火工序S6中，對熱軋材料進行例如加熱溫度750～1200℃、加熱時間30秒～10分鐘的條件下的熱處理。在冷軋工序S8中，在對熱軋材料的表面進行了酸洗后，進行冷軋。由此，形成預定厚度(例如0.1～0.4mm)的冷軋材料。

在脫碳退火工序S10中，對冷軋材料進行例如加熱溫度700～900℃、加熱時間1～3分鐘的條件下的熱處理，形成鋼板主體12。在鋼板主體12的表面形成以二氧化硅(SiO₂)為主體的氧化物層。在退火分離劑涂敷工序S12中，在鋼板主體12的氧化物層上涂敷以氧化鎂(MgO)為主體的退火分離劑。

在最后加工退火工序S14中，在將涂敷了退火分離劑的鋼板主體12卷繞成線圈狀的狀態(tài)下將其插入到間歇式爐內進行熱處理。熱處理條件為例如加熱溫度1100～1300℃、加熱時間20～24小時。此時，鋼板主體12的輸送方向(軋制方向)與易磁化軸一致的所謂高斯(Goss)晶粒優(yōu)先結晶成長。結果，在最終退火后能夠獲得晶體取向性(結晶取向性)高的方向性電磁鋼板。并且，借助最后加工退火工序S14，氧化物層與退火分離劑進行反應，在鋼板主體12的表面形成由鎂橄欖石(Mg₂SiO₄)構成的玻璃被膜14。

在絕緣被膜形成工序S16中，將卷繞成線圈狀的鋼板主體12展開，伸展成板狀并輸送。并且，在形成于鋼板主體12兩面上的玻璃被膜14上涂敷絕緣劑并進行燒結，形成絕緣被膜16。形成了絕緣被膜16的鋼板主體12卷繞成線圈狀。

在激光照射工序S18中，將卷繞成線圈狀的鋼板主體12展開，伸展成板狀并輸送。然后用后述的激光照射裝置朝鋼板主體12的一個面聚光、照射激光束，在被沿軋制方向(輸送方向)輸送的電磁鋼板的大致寬度方向上進行掃描。由此，在鋼板主體12的表面以在軋制方向上的預定間隔形成與軋制方向近似正交的線形應變。另外，該激光束的聚光、掃描也可以從鋼板主體12的表面和里面兩方進行。并且，雖然像上述那樣說明了在將形成了絕緣被膜16的鋼板主體12卷繞成線圈狀以后輸送到激光照射工序S18，但也可以在剛剛形成絕緣被膜后立即進行激光照射，然后卷繞成線圈狀。

借助如上所述的制造工序，在鋼板主體12的表面形成玻璃被膜14和絕緣被膜16，通過激光照射制造進行過磁疇控制的方向性電磁鋼板10。

〈激光加工裝置的結構〉

參照圖3和圖4說明對方向性電磁鋼板10照射激光束賦予殘余應變的激光加工裝置100的結構例。圖3為表示本實施形態(tài)涉及的激光加工裝置100的結構例的示意圖。圖4為表示一個激光照射裝置106的結構例的示意圖。

激光加工裝置100從以恒定速度沿軋制方向輸送的方向性電磁鋼板10的絕緣被膜16的上方照射激光束，賦予與軋制方向近似正交的線形應變。如圖3所示，激光加工裝置100分別具有多個激光振蕩器102、傳輸光纖104和激光照射裝置106。圖3中表示了3個激光振蕩器102、傳輸光纖104和激光照射裝置106，但每個的結構相同。

激光振蕩器102射出例如100W以上的大功率的激光束。激光振蕩器102射出例如波長0.15μm以上、7μm以下的激光束。傳輸光纖104為將從激光振蕩器102射出的激光束傳送到激光照射裝置106的光纖。

作為激光振蕩器102的種類，從微聚光特性優(yōu)良、能夠形成窄的環(huán)流磁疇的觀點等觸發(fā)，優(yōu)選光纖激光器或盤形激光器。光纖激光器或盤形激光器由于波長位于從近紫外區(qū)域到近紅外區(qū)域(例如1μm帶寬)，因而能夠借助光纖傳播激光束，通過用光纖傳播激光束，能夠實現比較緊湊的激光加工裝置100。激光振蕩器102既可以是連續(xù)波激光器也可以是脈沖激光器。

激光照射裝置106使借助傳輸光纖104從激光振蕩器102傳送的激光束聚光到方向性電磁鋼板10上，沿與軋制方向近似正交的方向進行掃描。雖然一個激光照射裝置106能夠掃描激光束的寬度比方向性電磁鋼板10的板寬小，但通過像圖3所示那樣沿板寬度方向排列多個激光照射裝置106，能夠遍及方向性電磁鋼板10的整個板寬地掃描激光束。

如圖4所示，激光照射裝置106具有準直透鏡122、作為偏光器的一例的偏振分光器124、λ/2板125、金屬反射鏡126、多面反射鏡128和拋物面反射鏡130。

準直透鏡122將從傳輸光纖104傳送來的激光束變成平行光。作為平行光的激光束在這里為無偏光光束，入射到偏振分光器124中。

偏振分光器124使入射的無偏光激光束變成直線偏光。若在偏振分光器124后設置λ/2板125，則通過變更λ/2板125的旋轉角度，能夠調整直線偏光的朝向。另外，通過將偏振分光器124配置成能夠圍繞激光束的中心軸旋轉，即使不設置λ/2板125，也能夠調整直線偏光的朝向。并且，作為使偏光的朝向變化的元件，也可以使用法拉第旋轉器等取代λ/2板125。另外，有關將激光束變成直線偏光的理由后述。并且，在原本使用產生直線偏光的激光束的激光振蕩器102(例如盤形激光器、保偏型光纖激光器、板條式CO₂激光器以及其他的在諧振器內設置了偏光控制元件的激光器)的情況下，能夠省略例如圖4所示的偏振分光器124這樣的將偏光變換成直線偏光的光學元件。而且，在鋼板面上的直線偏光的朝向朝后述規(guī)定的方向的情況下，能夠省略λ/2板125。

另外，作為本發(fā)明的線性偏振激光，使用具有僅在一個方向上振動的電場成分(直線偏光成分)的激光比較理想，但嚴格來說，存在極少量的與該直線偏光成分正交的電場成分(正交成分)。直線偏光成分的功率與正交成分的功率之比隨上述偏振分光器124的性能、激光振蕩器102的性能而定。在假設直線偏光成分的功率為PW1、其正交成分的功率為PW2時，在將(PW1/(PW1+PW2))定義為偏振度的情況下，本發(fā)明的直線偏光具有0.9以上、1.0以內的偏振度。即，在使用具有0.9以上、1.0以內(90％以上、100％以內)的偏振度的直線偏振激光的情況下，能夠得到后述實施例的結果。另外，通過使用正交棱鏡等將直線偏光分離，能夠分析直線偏光成分的比例。

金屬反射鏡126為用來對入射的激光束在方向性電磁鋼板10的板寬度方向(參照圖5)上的光束直徑進行收攏、調整的鏡子。作為金屬反射鏡126，能夠使用例如在一個軸方向上具有曲率的柱面反射鏡、拋物面反射鏡。由金屬反射鏡126反射的激光束入射到以預定的旋轉速度旋轉的多面反射鏡128中。

多面反射鏡128為能夠旋轉的多面體，借助旋轉使激光束沿方向性電磁鋼板10的板寬度方向進行掃描。在激光束入射到多面反射鏡128的多面體中某個面期間，伴隨這面的旋轉，激光束對方向性電磁鋼板10上的沿板寬度方向的1條線狀區(qū)域進行掃描，給該線狀區(qū)域賦予殘余應變。伴隨多面反射鏡的旋轉，在反復進行該激光束的掃描的同時，方向性電磁鋼板10被沿軋制方向輸送的結果，在方向性電磁鋼板10上沿軋制方向周期性地形成具有線狀殘余應變的區(qū)域。另外，線狀區(qū)域在軋制方向上的周期由方向性電磁鋼板10的輸送速度和多面反射鏡128的轉速調整。

拋物面反射鏡130為用來對由多面反射鏡128反射的激光束在軋制方向上的光束直徑進行縮徑、調整的鏡子。被拋物面反射鏡130反射的激光束聚光于方向性電磁鋼板10的表面上。

圖5為表示方向性電磁鋼板10上的激光束的聚光形狀的圖。在本實施形態(tài)中，激光束的聚光形狀如圖5所示為橢圓。該橢圓的長軸方向與激光束的掃描方向平行，橢圓的短軸方向與掃描方向正交。換言之，橢圓的短軸方向與軋制方向平行。通過這樣使激光束的聚光形狀為橢圓，激光束對方向性電磁鋼板10的某一點的照射時間變長。結果，由于能夠一直到方向性電磁鋼板10內部深的位置使溫度上升，因此對于降低鐵損有效。另外，通過用金屬反射鏡126使板寬度方向(掃描方向)上的光束直徑縮徑，并且用拋物面反射鏡130使軋制方向的光束直徑縮徑，使激光束的聚光形狀成為橢圓。并且，若使激光束的聚光形狀為橢圓，則與聚光形狀為正圓的情況相比，由于激光束的聚光面積擴大而使功率密度下降。結果，能夠防止方向性電磁鋼板10的表面附近的相對于板厚方向的溫度梯度變陡峭，對抑制玻璃被膜14中缺陷的產生有效。

另外，上述的說明舉例說明了方向性電磁鋼板10上的激光束的聚光形狀為橢圓的情況，但本發(fā)明并不局限于此。例如，激光束的聚光形狀也可以是正圓。

并且，在本實施形態(tài)中，希望使軋制方向的光束直徑(包含86％的積分強度的寬度)在200μm以下地設定激光束的強度分布。由此，通過邊更好地抑制向軋制方向的熱傳導的擴散邊形成窄的環(huán)流磁疇，能夠大大降低鐵損。而且，為了確實地降低鐵損，更希望使上述光束直徑在120μm以下。

〈有關激光束在激光掃描寬度上的入射狀態(tài)〉

激光照射裝置106在遍及規(guī)定的激光掃描寬度對方向性電磁鋼板10的表面掃描激光束之際，在激光掃描寬度的中央部和端部，激光束對方向性電磁鋼板10的表面的入射狀態(tài)不同。

圖6為表示激光束向方向性電磁鋼板10的入射狀態(tài)的示意圖。在一個激光照射裝置106在掃描方向上對規(guī)定的激光掃描寬度L掃描激光束之際，像圖6所示那樣，激光束在激光掃描寬度L的中央部P1的入射狀態(tài)與激光束在激光掃描寬度L的端部P2、P3的入射狀態(tài)不同。具體為，在激光掃描寬度L的中央部P1，被激光照射裝置106的拋物面反射鏡130反射的激光束垂直地入射到方向性電磁鋼板10的表面(絕緣被膜16)。另一方面，在激光掃描寬度L的兩端部P2、P3，激光束傾斜地入射(相對于表面的法線方向以入射角φ入射)到方向性電磁鋼板10的表面。

即，在激光束的入射位置與激光掃描寬度L的中央部P1一致的情況下，與方向性電磁鋼板10的表面正交的方向(法線方向)和激光束的傳播方向所成的角度(激光束的入射角φ)為0°。另一方面，激光束的入射位置越靠近激光掃描寬度L的端部P2或P3，激光束的入射角φ越大。

圖7為表示激光束在方向性電磁鋼板10上的光束直徑的示意圖。在圖7中，標記LB1表示在激光掃描寬度L的中央部P1聚光的激光束。標記LB2表示在激光掃描寬度L的一個端部P2聚光的激光束。標記LB3表示在激光掃描寬度L的另一端部P3聚光的激光束。在激光掃描寬度L的端部P2、P3，由于激光束傾斜入射，因此激光束LB2、LB3在掃描方向上的光束直徑(掃描方向上橢圓形光束的長軸的長度)比中央部P1的激光束LB1的光束直徑大。另外，由于在激光掃描寬度L的端部P2、P3激光束傾斜入射，因此從拋物面反射鏡130到鋼板上的照射點之間的距離變長。結果，激光束LB2、LB3在軋制方向上的光束直徑(沿軋制方向的橢圓形光束的短軸的長度)也比中央部P1的激光束LB1的光束直徑大。

如上所述，若光束直徑變大，則激光束的照射面積變寬，因此激光束的功率密度下降。結果，在激光掃描寬度L的端部P2、P3處相對于板厚方向的溫度梯度比中央部P1的溫度梯度小，在端部P2、P3不能夠適當地細分磁疇。

本實施形態(tài)為了解決上述問題，使在方向性電磁鋼板10的表面(絕緣被膜16)聚光的激光束為直線偏光，并且像圖8所示那樣，將直線偏光的朝向和激光束的掃描方向所成的角度θ設定為0°以上、45°以內。另外，圖8為表示激光束的入射角φ為0°時直線偏光的朝向與激光束的掃描方向之間的關系的示意圖。另外，如果激光束的掃描方向與直線偏光的朝向形成的角度θ為0°以上、45°以內的話，則直線偏光的朝向與激光束的掃描方向之間的關系也可以是圖8中的線對稱的關系。

在像本實施形態(tài)這樣將角度θ設定為0°以上、45°以內的情況下，像后述那樣，由于能夠提高激光掃描寬度L的端部P2、P3處激光束的吸收率，因此即使在端部P2、P3處光束直徑變大，也能夠抑制鋼板吸收的功率密度下降。由此，能夠抑制在激光掃描寬度L的端部P2、P3處相對于板厚方向的溫度梯度下降，能夠縮小與中央部P1的溫度梯度的差異。結果，能夠遍及整個激光掃描寬度L均勻地降低鐵損。

〈有關直線偏光與吸收率的關系〉

這里說明利用直線偏光的朝向與激光束的掃描方向所成的角度θ提高激光束的吸收率的原理。

入射到方向性電磁鋼板10的激光束一部分被絕緣被膜16反射，剩余的向絕緣被膜16入射。向絕緣被膜16入射的激光束一部分在絕緣被膜16內部被吸收，到達玻璃被膜14的上表面，在這里一部分被反射，剩余的向玻璃被膜14入射。向玻璃被膜14入射的激光束一部分在玻璃被膜14內部被吸收，到達鋼板主體(以下也稱為“基底”)12的上表面，這一部份被鋼板主體12的表面吸收。于是，傳播到方向性電磁鋼板10的激光束的功率像上述那樣被在絕緣被膜16等中吸收的激光束的吸收率左右。如果絕緣被膜16等中的激光束的吸收率大，則傳播到方向性電磁鋼板10的激光束的功率也大。

但是，直線偏光通常包含P偏光(也稱“P波”)和S偏光(也稱“S波”)。我們知道，P偏光的吸收率和S偏光的吸收率不同。因此，傳播到方向性電磁鋼板10的激光束的功率也根據P偏光和S偏光被絕緣被膜16等吸收的比例而變化。

圖9A表示直線偏光LB以入射角φ入射到方向性電磁鋼板10的表面時P偏光的電場振動方向。圖9B表示直線偏光LB以入射角φ入射到方向性電磁鋼板10的表面時S偏光的電場振動方向。如圖9A和圖9B所示，在直線偏光LB以入射角φ入射到方向性電磁鋼板10的表面的情況下，P偏光的電場振動方向與S偏光的電場振動方向不同。具體為，在掃描直線偏光之際，P偏光的電場沿圖9A所示的雙線箭頭方向振動，S偏光的電場像圖9B所示那樣沿與圖面正交的方向振動。

圖10為表示激光束的P偏光和S偏光被基底12的上表面吸收的吸收率的曲線圖。如圖10所示，P偏光的吸收率比S偏光的吸收率大。并且，隨著激光束(直線偏光)的入射角φ增大，P偏光的吸收率增加、S偏光的吸收率減小。雖然圖10表示被從方向性電磁鋼板10除去絕緣被膜16和玻璃被膜14后剩余的基底12的上表面吸收的吸收率，但絕緣被膜16上表面的吸收率和玻璃被膜14的上表面的吸收率也表現出與圖10相同的傾向。

在直線偏光的朝向與掃描方向所成的角度θ為0°的情況下，僅有P偏光向入射面(方向性電磁鋼板10的表面)入射。在角度θ為45°的情況下，P偏光和S偏光各一半向入射面入射。在角度θ為90°的情況下，僅有S偏光向入射面入射。因此，在角度θ為0°以上、45°以內的情況下，P偏光和S偏光中的P偏光的影響成為主導，激光束的吸收率隨入射角φ的增加而增大。另一方面，在角度θ超過45°、90°以下的情況下，S偏光的影響成為主導，激光束的吸收率隨入射角φ的增加而變小。

在本實施形態(tài)中，為了提高激光照射裝置106的激光掃描寬度L的端部P2、P3處激光束的吸收率，將直線偏光的朝向和激光束的掃描方向所成的角度θ設定在0°以上、45°以內。由此，在激光掃描寬度L的端部P2、P3能夠使傳播到絕緣被膜16等的激光束的功率增大。因此，即使在激光掃描寬度L的端部P2、P3處光束直徑變大，也能夠抑制端部P2、P3處的激光束的功率密度下降。結果，能夠抑制激光掃描寬度L的端部P2、P3處相對于板厚方向的溫度梯度下降，能夠縮小與中央部P1的溫度梯度的差異。

尤其在將直線偏光的朝向和激光束的掃描方向所成的角度θ設定在0°以上、20°以下的情況下，由于能夠進一步抑制激光掃描寬度L的端部P2、P3處激光束的功率密度下降，因此能夠遍及整個激光掃描寬度L地使相對于板厚方向的溫度梯度均勻。

并且，本實施形態(tài)在激光束的波長為0.15μm以上、7μm以下的情況下尤其有效。在激光束的波長為0.15μm以上、7μm以下的情況下，絕緣被膜16和玻璃被膜14相對于激光束透明，激光束在絕緣被膜16和玻璃被膜14的內部不容易被吸收。這種情況下，傳播到方向性電磁鋼板10的激光束的功率隨絕緣被膜16的上表面的激光束的吸收率、玻璃被膜14的上表面的激光束的吸收率和基底12的上表面的激光束的吸收率而定。即，激光束在絕緣被膜16上表面的吸收率、在玻璃被膜14的上表面的吸收率和在基底12的上表面的吸收率的乘積是重要的。這3個吸收率中的任一個都像圖10所示那樣，P偏光的吸收率隨角度θ的增加而增加。得益于該乘法運算的效果，通過將角度θ設定在0°以上、45°以內，能夠進一步促進在激光掃描寬度L的端部P2、P3處激光束向絕緣被膜16的吸收。結果，能夠抑制激光掃描寬度L的端部P2、P3處溫度梯度的下降，進一步發(fā)揮本實施形態(tài)的有效性。

并且，本申請發(fā)明者發(fā)現，若光束直徑相對于激光束的入射角φ為0°時的光束直徑(以下稱為“基準光束直徑”)的擴大率超過24％，則即使像上述那樣將直線偏光的朝向和掃描方向所成的角度θ設定為0°以上、45°以內，也不能充分抑制激光掃描寬度L的端部P2、P3處激光束的功率密度的下降(換言之，激光掃描寬度L的端部P2、P3處鐵損改善率下降)。

這被認為是因為如果光束直徑相對于基準光束直徑的擴大率超過24％，則用激光束(直線偏光)的吸收率的增加量不能彌補光束直徑擴大引起的功率密度的下降量。

因此，為了遍及整個激光掃描寬度L均勻并且確實地降低鐵損，優(yōu)選根據以下條件式(1)設定激光束的最大入射角φ_MAX。

1/cosφ_MAX≤1.24……(1)

在上述條件式(1)中，左邊表示光束直徑(最大入射角φ_MAX時的光束直徑)相對于基準光束直徑的擴大率。因此，借助上述條件式(1)，能夠獲得相對于基準光束直徑的擴大率不超過24％的最大入射角φ_MAX。通過上述條件式(1)，我們知道最大入射角φ_MAX優(yōu)選在36°以下。例如，在使用圖4所示的多面反射鏡128的激光照射裝置106中，假設多面反射鏡128的面數為N，則激光束的最大入射角φ_MAX能夠用360°/N表示。因此，在圖4所示的激光照射裝置106中，優(yōu)選N為10以上。

如已經敘述過的那樣，上述專利文獻4和5公開了將激光束(直線偏光)的入射角固定在接近布儒斯特角的角度(例如45°以上)，總是在使激光束的吸收率最大化的狀態(tài)下對處理對象物的表面照射激光束的技術。相比之下，本發(fā)明的實施形態(tài)在將激光束的最大入射角φ_MAX設定為45°以內(詳細為36°以下)，在不超過該最大入射角φ_MAX的范圍(即激光掃描寬度L)內使激光束在方向性電磁鋼板10上進行掃描這一點上與專利文獻4和5公開的技術明顯地不同。

并且，也可以像圖11所示那樣使用電流計反射鏡140取代多面反射鏡128。該電流計反射鏡140由驅動電動機141沿圖中的箭頭方向旋轉驅動。通過電流計反射鏡140旋轉，激光束沿方向性電磁鋼板10的板寬方向(掃描方向)進行掃描。根據這樣的結構，通過控制電流計反射鏡140的旋轉角度，能夠控制激光束的入射角φ。因此，通過使用電流計反射鏡140，將激光束的最大入射角φ_MAX設定為合適的值也是容易的。

另外，像上述那樣，直線偏光的朝向和掃描方向所成的角度θ通過插入λ/2板125等使激光束的直線偏光的朝向旋轉的元件就能夠調整(參照圖4)。并且，雖然上述中設置了將從激光振蕩器102射出的無偏光激光束變成直線偏光的偏振分光器124(參照圖4)，但本發(fā)明并不局限于此。例如，如果激光振蕩器102使用了射出直線偏光的激光器的話，則也可以不設置偏振分光器124。即使在這種情況下，也能夠抑制激光掃描寬度L的端部P2、P3處相對于板厚方向的溫度梯度的下降。另外，在即使不插入λ/2板125也能夠將直線偏光的朝向和掃描方向所成的角度θ設定在所希望的范圍的情況下，能夠省略λ/2板125。例如，在借助用射出直線偏光的激光振蕩器102將激光束傳播到鋼板面上能夠將角度θ設定為0°以上、45°以內的情況下，也可以省略λ/2板125。

〈有關磁疇的細分和玻璃被膜的缺陷〉

但是，如前所述，沿軋制方向添加了磁場的方向性電磁鋼板10具有排列了多個軋制方向與磁化方向大體一致的磁疇的結構。其中，為了謀求進一步降低方向性電磁鋼板10的鐵損，通過照射激光束將磁疇細分(使磁疇變窄)是有效的。尤其是通過對方向性電磁鋼板10的最表層附近沿軋制方向存在的非常窄的寬度的區(qū)域的板厚方向賦予大的溫度梯度，獲取狹窄并且具有足夠強度的環(huán)流磁疇是有效的。

另一方面，如果增大相對于板厚方向的溫度梯度，則方向性電磁鋼板10的表面的溫度上升。并且，由于溫度上升，有時會在絕緣被膜16、玻璃被膜14中產生缺陷。其中，缺陷為絕緣被膜16和玻璃被膜14的缺損剝離、隆起、變質、變色等被膜損傷。在玻璃被膜14產生缺陷的情況下，鋼板主體12露出到外部，有生銹的擔憂。因此，在玻璃被膜14產生缺陷的情況下，需要再次涂敷絕緣被膜16，成為了追加工序引起的制造成本上升的原因。

并且，在方向性電磁鋼板10的制造工序中，由于實施大量的熱處理，因此在鋼板主體12的軋制方向和寬度方向上，玻璃被膜14、絕緣被膜16的界面結構、厚度有時會產生不均勻。因而，即使調整激光條件，也難以確實地抑制在整個鋼板主體12上產生玻璃被膜14中的缺陷。因此，追求降低方向性電磁鋼板10的鐵損并防止玻璃被膜14產生缺陷。

根據本實施形態(tài)，不僅能夠遍及整個激光掃描寬度L降低鐵損，而且能夠獲得抑制缺陷的產生的效果。即，在使用無偏光激光束的以往的激光磁疇控制方法中，像上述那樣，在激光掃描寬度L的端部P2、P3處由于光束直徑擴大，因此相對于板厚方向的溫度梯度變小，不能得到足夠的鐵損降低。為了補償這種情況，可以增大激光束的功率，但如果這樣做的話，雖然能夠增大在端部P2、P3處鐵損的下降，但反過來，在激光掃描寬度L的中央部P1，激光束的吸收功率變得過大，存在容易產生缺陷的問題。另一方面，根據本實施形態(tài)，像上述那樣，為了增加激光掃描寬度L的端部P2、P3處激光束的吸收率而增大入射角φ，并且在方向性電磁鋼板10上進行包含吸收率變大的P偏光的直線偏光的掃描。其中，在激光掃描寬度L的中央部P1處，由于直線偏光垂直地入射到方向性電磁鋼板10的表面(圖6、圖9A和圖9B所示的入射角φ小)，因此在中央部P1處，P偏光和S偏光的吸收率幾乎相同(參照圖10)。由于構成無偏光狀態(tài)的P偏光和S偏光的吸收率沒有差別，因此幾乎沒有成為P偏光而引起的吸收率的增加。因此，根據本實施形態(tài)的激光加工裝置100，在激光掃描寬度L的中央部P1處，傳播到方向性電磁鋼板10的激光束的功率不會過大，能夠增加端部P2、P3處吸收的激光束的功率。因此，能夠實現遍及整個激光掃描寬度L降低鐵損和抑制缺陷的產生。

雖然以上的實施形態(tài)說明了對像圖1所示那樣由基底12、玻璃被膜14、絕緣被膜16這3層結構構成的方向性電磁鋼板10進行激光束的照射的例子，但對于沒有玻璃被膜14、以基底12和絕緣被膜16這2層為基本結構的鋼板，本實施形態(tài)的激光加工裝置100也發(fā)揮能夠遍及整個激光掃描寬度L地降低鐵損的效果。這是因為，即使沒有玻璃被膜14，通過使激光束為直線偏光并且將角度θ設定在上述范圍內，能夠提高激光掃描寬度L的端部P2、P3處絕緣被膜16和基底12各自的上表面的激光束的吸收率的緣故。作為沒有玻璃被膜14的方向性電磁鋼板，我們知道由于基底表面的凹凸小、接近鏡面因而具有超低鐵損特性的方向性電磁鋼板。在具有這樣的超低鐵損特性的方向性電磁鋼板中，為了防止基底12因露出而生銹，使絕緣被膜16在激光束的照射過程中不產生缺陷是關鍵。根據本實施形態(tài)的激光加工裝置100，借助上述機制，實現遍及整個激光掃描寬度L地降低鐵損和減少絕緣被膜16產生的缺陷。

〈實施例〉

為了確認上述本實施形態(tài)涉及的實施例的有效性，下面說明本實施例和比較例涉及的確認試驗例。

首先，準備了下述組成的板坯：Si，3.0％質量；C，0.05％質量；Mn，0.1％質量；酸溶性Al，0.02％質量；N，0.01％質量；S，0.01％質量；P，0.02％質量；其余為Fe和不可避免的雜質。對該板坯在1280℃實施了熱軋，制出了厚度為2.3mm的熱軋材料。接著，以1000℃×1分鐘的條件對熱軋材料進行了熱處理。在熱處理后實施了酸洗處理，然后實施冷軋，制出了厚度為0.23mm的冷軋材料。以800℃×2分鐘的條件對該冷軋材料實施了脫碳退火。接著，在脫碳退火后的冷軋材料的兩面涂敷以氧化鎂為主要成分的退火分離材料。然后，在卷繞成線圈狀的狀態(tài)下將涂敷了退火分離材料的冷軋材料裝入間歇式爐，以1200℃×20小時的條件實施精退火。由此，制出表面形成了玻璃被膜的鋼板基底(鋼板主體)。接著，在玻璃被膜上涂敷由磷酸鋁構成的絕緣材料，燒結(850℃×1分鐘)，形成絕緣被膜。

然后，對形成了絕緣被膜和玻璃被膜的鋼板基底照射激光束，給鋼板基底的表面賦予應變。

作為激光照射裝置使用了圖4所示的激光照射裝置106。作為激光振蕩器102使用了光纖激光器。在本實施例中，使從準直透鏡122射出的無偏光光束經過偏振分光器124，變成直線偏光。然后，使直線偏光經過λ/2板125，通過變更其旋轉角度，一邊變更直線偏光的朝向和掃描方向所成的角度θ一邊使直線偏光的激光束在方向性電磁鋼板10上進行聚光、掃描。在比較例中，使無偏光激光束不經過偏振分光器124、λ/2板125而在方向性電磁鋼板10上進行聚光、掃描。另外，無論是本實施例還是比較例，作為激光束的照射條件都是：到達方向性電磁鋼板10上的激光束的功率為2kW，掃描方向上的光束直徑為4mm，軋制方向上的光束直徑為0.12mm，激光掃描寬度為500mm。最大入射角φ_MAX為24°。

對激光處理過的鋼板的一部分和同一圈鋼板中的沒進行過激光處理的部分分別進行了SST(Single sheet tester)試驗，評價了W_17/50(W/kg)的鐵損。W_17/50為頻率50Hz、最大磁通密度為1.7T時的鐵損。作為SST測量的試驗片，使用了以鋼板寬度方向的長度為100mm、鋼板軋制方向的長度為500mm的大小切出的方形片。寬度方向的切出位置為離開激光掃描寬度500mm的中央部和端部各為100mm。對激光處理過的鋼板的鐵損改善率(％)以同一圈的鋼板中沒有實施過激光處理的部分的鐵損為基準進行定義。

將試驗結果表示在下述表1中。在使用無偏光激光束的比較例1中，與中央部相比，端部的鐵損惡化。另一方面，在本實施例1～4中，通過使用直線偏光的激光束，并且將角度θ設定在45°以內，能夠獲得端部的鐵損改善效果(改善余量(日文：しろ)通常為有意地超過0.5％左右的鐵損改善率評價的誤差)。尤其在使角度θ為20°以下的情況下，鐵損的惡化余量為0.5％以內，能夠實際上消除惡化。另一方面，在角度θ為45°的比較例2中，鐵損改善率與無偏光的比較例1相比沒有實質的差異。這是因為，在角度θ為45°的情況下，由于P偏光和S偏光各一半入射到入射面，因此不能獲得提高激光掃描寬度的端部的激光束的吸收率的效果。并且，在角度θ為60°的比較例3中，鐵損改善率比無偏光的比較例1低。這是因為，在激光掃描寬度的端部處激光束的吸收率反而變低了的緣故。

[表1]

通過以上的試驗結果可以判定：通過將角度θ設定在使P偏光和S偏光中的P偏光的影響能夠起主導作用的角度范圍內，即設定在0°以上、45°以內，與無偏光的情況相比，能夠增加激光掃描寬度的端部處激光束的吸收率，結果，能夠提高激光掃描寬度的端部處的鐵損改善率。

并且，在將直線偏光的朝向和掃描方向所成的角度θ固定在0°、使激光束的最大入射角φ_MAX在24°到45°的范圍內的情況下，確認了在激光掃描寬度L的端部處鐵損改善率如何變化。將其結果表示在表2中。

[表2]

如表2所示，若激光束的最大入射角φ_MAX超過36°，在則激光掃描寬度L的端部處鐵損改善率急劇惡化。在最大入射角φ_MAX為40°以上的情況下，激光掃描寬度L的端部處鐵損改善率與表1所示的比較例1(無偏光的情況下)相等或在其之下。這被認為是因為如果激光束的最大入射角φ_MAX超過36°，則光束直徑相對于基準光束直徑的擴大率超過了24％。即，通過實驗確認，為了遍及整個激光掃描寬度L均勻并且確實地降低鐵損，優(yōu)選根據上述條件式(1)設定激光束的最大入射角φ_MAX。

〈總結〉

如上所述，在本實施形態(tài)涉及的激光加工裝置100中，對方向性電磁鋼板10進行掃描的直線偏光的朝向和掃描方向所成的角度θ設定在0°以上、45°以內。

由此，在激光照射裝置106的激光掃描寬度L的端部P2、P3處能夠增大傳播到鋼板主體12、玻璃被膜14的激光束的功率，因此即使在端部P2、P3處光束直徑擴大，也能夠抑制在端部P2、P3處激光束的功率密度下降。結果，能夠抑制激光掃描寬度L的端部P2、P3處相對于板厚方向的溫度梯度的降低，能夠縮小激光掃描寬度L的中央部P1與端部P2、P3之間溫度梯度的差異。并且，由于像上述那樣在中央部P1處激光束的吸收功率不會增加，因此能夠抑制在中央部P1產生缺陷。即，能夠同時實現遍及整個激光掃描寬度L地降低鐵損這一點和防止玻璃被膜14中產生缺陷這一點。

根據本實施形態(tài)涉及的激光加工裝置100，借助上述鐵損的降低和玻璃被膜14的缺陷的抑制，能夠制造沿方向性電磁鋼板10的寬度方向整體看時鐵損比以往低的方向性電磁鋼板10。結果，不僅能夠更廉價地提供鐵損極低的方向性電磁鋼板10，而且通過使鐵損極低的方向性電磁鋼板10在世界上廣泛普及，從能夠實現降低能耗的觀點來看，也能夠取得巨大的經濟效果。

雖然以上參照附圖詳細地說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施形態(tài)，但本發(fā)明并不局限于提到的實例。很明顯，只要是具有本發(fā)明所屬技術領域的一般知識的人，在權利要求范圍記載的技術思想的范疇內能夠想到各種變更例或者修正例，對于這些，當然屬于本發(fā)明的技術范圍內。

符號說明

10-方向性電磁鋼板；12-鋼板主體；14-玻璃被膜；16-絕緣被膜；100-激光加工裝置；102-激光振蕩器；104-傳輸光纖；106-激光照射裝置；122-準直透鏡；124-偏振分光器；125-λ/2板；126-金屬反射鏡；128-多面反射鏡；130-拋物面反射鏡。