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特開2024-117128電磁鋼板とその製造方法、コアシート、ロータおよび電動機
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024117128
(43)【公開日】2024-08-29
(54)【発明の名称】電磁鋼板とその製造方法、コアシート、ロータおよび電動機
(51)【国際特許分類】
C21D 8/12 20060101AFI20240822BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240822BHJP
H02K 1/02 20060101ALI20240822BHJP
H02K 1/22 20060101ALI20240822BHJP
H01F 1/147 20060101ALI20240822BHJP
H01F 3/02 20060101ALI20240822BHJP
B23K 26/34 20140101ALI20240822BHJP
C22C 38/60 20060101ALN20240822BHJP
C22C 22/00 20060101ALN20240822BHJP
C22C 30/00 20060101ALN20240822BHJP
【ＦＩ】
C21D8/12 D
C22C38/00 303U
C22C38/00 302X
H02K1/02 Z
H02K1/22 A
H01F1/147 175
H01F3/02
B23K26/34
C22C38/60
C22C22/00
C22C30/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023023035
(22)【出願日】2023-02-17
(71)【出願人】
【識別番号】000116655
【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100113664
【弁理士】
【氏名又は名称】森岡 正往
(74)【代理人】
【識別番号】100108833
【弁理士】
【氏名又は名称】早川 裕司
(74)【代理人】
【識別番号】100149320
【弁理士】
【氏名又は名称】井川 浩文
(72)【発明者】
【氏名】濱田 典彦
(72)【発明者】
【氏名】及川 勝成
(72)【発明者】
【氏名】杉本 諭
【テーマコード（参考）】
4E168
4K033
5E041
5H601
【Ｆターム（参考）】
4E168BA33
4E168BA83
4E168CB04
4E168DA28
4E168DA42
4E168DA43
4E168EA15
4E168FB03
4K033AA01
4K033AA02
4K033CA00
4K033CA07
4K033CA08
4K033CA09
4K033PA04
5E041AA02
5E041AA19
5E041BD09
5E041CA04
5E041HB11
5E041NN01
5H601AA25
5H601CC15
5H601DD01
5H601DD09
5H601DD11
5H601EE35
5H601GA02
5H601GA24
5H601GA34
5H601HH02
5H601KK10
5H601KK30
(57)【要約】
【課題】ケイ素鋼板の一部に改質部を有する電磁鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、ケイ素鋼板の特定領域上に配置した改質材へ高エネルギービームを照射して、少なくともオーステナイト相を含む改質部をケイ素鋼板の一部に形成する改質工程を備える電磁鋼板の製造方法である。その改質部にはＡｌが１．５～５質量％含まれる。改質部は、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、ＳｉおよびＡｌを含む鉄合金からなる。その鉄合金は、さらにＢおよび／またはＭｎを含んでもよい。本発明によれば、改質部を有する電磁鋼板の製造に際して、改質域に現れる欠陥（特に割れ）を減少さらには消失させることができ、改質部の形成自由度の拡大、ケイ素鋼板の歩留まり向上、改質工程の効率化等が図れる。
【選択図】図３Ａ
【解決手段】本発明は、ケイ素鋼板の特定領域上に配置した改質材へ高エネルギービームを照射して、少なくともオーステナイト相を含む改質部をケイ素鋼板の一部に形成する改質工程を備える電磁鋼板の製造方法である。その改質部にはＡｌが１．５～５質量％含まれる。改質部は、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、ＳｉおよびＡｌを含む鉄合金からなる。その鉄合金は、さらにＢおよび／またはＭｎを含んでもよい。本発明によれば、改質部を有する電磁鋼板の製造に際して、改質域に現れる欠陥（特に割れ）を減少さらには消失させることができ、改質部の形成自由度の拡大、ケイ素鋼板の歩留まり向上、改質工程の効率化等が図れる。
【選択図】図３Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケイ素鋼板の特定領域上に配置した改質材へ高エネルギービームを照射して、少なくともオーステナイト相を含む改質部を該ケイ素鋼板の一部に形成する改質工程を備え、
該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板の製造方法。
該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板の製造方法。
【請求項2】
前記改質部は、少なくともＮｉ、Ｃｒ、ＳｉおよびＡｌを含む鉄合金からなる請求項１に記載の電磁鋼板の製造方法。
【請求項3】
前記鉄合金は、さらにＢおよび／またはＭｎを含む請求項２に記載の電磁鋼板の製造方法。
【請求項4】
少なくともオーステナイト相を含む改質部を一部に有するケイ素鋼板からなり、
該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板。
該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板。
【請求項5】
少なくともオーステナイト相を含む改質部を一部に有するケイ素鋼板からなり、
該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれるコアシート。
該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれるコアシート。
【請求項6】
請求項５に記載のコアシートを複数積層してなり、
該コアシートは、前記改質部をロータコアのブリッジとなる領域の少なくとも一部に有するロータコア。
該コアシートは、前記改質部をロータコアのブリッジとなる領域の少なくとも一部に有するロータコア。
【請求項7】
請求項６に記載のロータコアと、
該ロータコアの磁石孔に埋め込まれた永久磁石と、
を備えたロータ。
該ロータコアの磁石孔に埋め込まれた永久磁石と、
を備えたロータ。
【請求項8】
請求項７に記載のロータと、
ステータと、
を備える電動機。
ステータと、
を備える電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、改質部を有する電磁鋼板の製造方法等に関する。
【背景技術】
【0002】
交番磁界中で使用される磁性部材の多くは、磁気回路の形成、渦電流損失（鉄損）の抑制、強度の確保等のため、所定形状に成形された電磁鋼板の積層体からなる。また、磁性部材のさらなる高性能化や低損失化（効率化）等を図るため、積層体の一部が非磁性（弱磁性、低磁性を含む。）にされることも多い。
【0003】
例えば、電動機（モータ、ジェネレータ）のロータやステータは、通常、所望形状に成形（打ち抜き、溶断等のトリミング）されたケイ素鋼板からなるコアシートを積層してなる。起磁源である永久磁石を収容するスロットの外周側にできる狭幅なブリッジ（連結部）は、改質により非磁性化されて、回転トルクに寄与しない無効な磁束の低減が図られる。
【0004】
このような改質は、積層前または積層後のケイ素鋼板の金属組織（フェライト相）をオーステナイト相を含む金属組織へ変態させてなされ得る。これに関連する記載が、例えば、下記の特許文献にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平４－２５９３８５ （特許第２６１６５０４号）
【特許文献2】特開平６－７４１２４ （特許第２９８９９７７号）
【特許文献3】特開２００８－３０８７１２
【特許文献4】特開２０１１－６７４１
【特許文献5】特開２０１１－１７１６１３（特許第５６２２０７４号）
【特許文献6】特開２０１４－２１４３５１（特許第６２１２９２４号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１は、磁気検出に用いるステンレス鋼製リング上に、合金粉末をレーザ光照射により溶融凝固させた肉盛層を形成して、領域毎に磁気特性を変化（改質）させている。改質に際して、３相（フェライト相、オーステナイト相、マルテンサイト相）の存在域を、Ｎｉ当量とＣｒ当量を軸とする座標上に示したシェフラー状態図が参考にされている。
【0007】
特許文献２は、ステンレス鋼からなる電磁アクチュエータ（燃料噴射弁）用固定鉄心にレーザ照射をして、フェライト相や加工誘起マルテンサイト相を非磁性なオーステナイト相へ変態させることを提案している。特許文献１や特許文献２には、ケイ素鋼板の改質に関する記載は一切ない。
【0008】
特許文献３は、Ｍｎ―Ｎｉ―Ｂ合金粉末とメチルセルロース水溶液を混合したペーストを所定域に塗布したケイ素鋼板を加熱炉で加熱（１１２０℃×２０分間）して、溶融合金化によりケイ素鋼板の所定域を非磁性域にしている（特許文献３の実施例４）。緩慢な加熱により得られた非磁性域は、金属組織が粗大化して機械的強度が低下し得る。
【0009】
特許文献４は、Ｎｉ―Ｃｒ粉末をテトラデカンに分散させたインクを電磁鋼板に印刷した後、乾燥後のインクへ電子ビーム照射する局所加熱（１５２０℃×１秒間）により、溶融合金化された非磁性領域を電磁鋼板上に形成している。特許文献４には、レーザ照射による局所加熱や、ＡｌやＢの添加に関する言及もあるが、それらに関する具体的な記載（例えばＡｌやＢの含有量）は一切ない。
【0010】
特許文献５は、Ｆｅ―Ｃｒ―Ｃ系合金板（強磁性素材）から切り出して形成されたロータコアシートを外周側から高周波加熱して、外周側にある狭幅な連結部（ブリッジ）だけを非溶融のままオーステナイト主体の金属組織（弱磁性部）へ変態させることを提案している。特許文献５にも、ケイ素鋼板の改質に関する記載は一切ない。
【0011】
特許文献６は、磁性体を非磁性体へ改質するときの加熱条件（入熱量）に関する提案をしている。特許文献６にも、ケイ素鋼板の改質に関する具体的な記載は一切ない。
【0012】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、ケイ素鋼板の一部に改質部を有する電磁鋼板の新たな製造方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者は鋭意研究した結果、ケイ素鋼板の一部に所定量のＡｌを含む改質部を形成することにより、所望する電磁鋼板が効率的に得られることを新たに見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【0014】
《電磁鋼板の製造方法》
（１）本発明は、ケイ素鋼板の特定領域上に配置した改質材へ高エネルギービームを照射して、少なくともオーステナイト相を含む改質部を該ケイ素鋼板の一部に形成する改質工程を備え、該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板の製造方法である。
（１）本発明は、ケイ素鋼板の特定領域上に配置した改質材へ高エネルギービームを照射して、少なくともオーステナイト相を含む改質部を該ケイ素鋼板の一部に形成する改質工程を備え、該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板の製造方法である。
【0015】
（２）本発明によれば、改質処理する領域（改質域）の縮小化、ケイ素鋼板の歩留まり向上（除去加工域の自由度拡大）、改質部の形態自由度の拡大、電磁鋼板に生じる歪みや凹凸の抑制等を図りつつ、改質部を有する電磁鋼板が得られる。
【0016】
なお、特に断らない限り、本明細書でいう「ケイ素鋼板」は、素材、基材または母材を意味し、その形態、処理や加工の有無等を問わない。また「電磁鋼板」は、少なくとも一部が改質（処理）されたケイ素鋼板、または少なくとも一部に改質部を有するケイ素鋼板を意味する。このような電磁鋼板は、成形等の加工前の状態でも、その加工後の状態でもよい。なお、改質と加工の先後は問わない。
【0017】
《電磁鋼板》
本発明は、電磁鋼板としても把握できる。例えば、本発明は、少なくともオーステナイト相を含む改質部を一部に有するケイ素鋼板からなり、該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板でもよい。
本発明は、電磁鋼板としても把握できる。例えば、本発明は、少なくともオーステナイト相を含む改質部を一部に有するケイ素鋼板からなり、該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれる電磁鋼板でもよい。
【0018】
《磁性部材と電磁機器》
（１）本発明は、電磁鋼板を用いた磁性部材や電磁機器としても把握される。例えば、本発明は、少なくともオーステナイト相を含む改質部を一部に有するケイ素鋼板からなり、該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれるコアシートでもよい。コアシートは、その形態を問わず、改質部が形成されたケイ素鋼板であれば、トリミング（例えば打抜き）等の加工前でも、その加工後（積層可能な形態）でもよい。
（１）本発明は、電磁鋼板を用いた磁性部材や電磁機器としても把握される。例えば、本発明は、少なくともオーステナイト相を含む改質部を一部に有するケイ素鋼板からなり、該改質部全体に対してＡｌが１．５～５質量％含まれるコアシートでもよい。コアシートは、その形態を問わず、改質部が形成されたケイ素鋼板であれば、トリミング（例えば打抜き）等の加工前でも、その加工後（積層可能な形態）でもよい。
【0019】
（２）本発明は、そのコアシートを用いた部材や装置としても把握される。例えば、本発明は、コアシートを複数積層したコア（磁心）でもよい。コアは、例えば、電動機を構成するロータコアおよび／またはステータコアである。また本発明は、そのようなロータコアやステータコアと、永久磁石や電磁コイル（アーマチャ）とを組み合わせたロータやステータでもよい。このような一例として、ロータコアの磁石孔に永久磁石が埋め込まれた磁石内包型ロータ（例えばＩＰＭ用ロータ）がある。
【0020】
さらに本発明は、上述した電磁鋼板（コアシート）からなるロータおよび／またはステータを備えた電動機（発電機を含む）でもよい。
【0021】
《その他》
（１）本明細書でいう「非磁性」は、母材であるケイ素鋼板よりも磁化され難いこと（磁束を通し難いこと）を意味する。その具体的な程度は問わず、「弱磁性」または「低磁性」も含めて「非磁性」という。このような非磁性な領域（非磁性域）をケイ素鋼板の一部に形成することを、本明細書では「改質」または「非磁性化」という。
（１）本明細書でいう「非磁性」は、母材であるケイ素鋼板よりも磁化され難いこと（磁束を通し難いこと）を意味する。その具体的な程度は問わず、「弱磁性」または「低磁性」も含めて「非磁性」という。このような非磁性な領域（非磁性域）をケイ素鋼板の一部に形成することを、本明細書では「改質」または「非磁性化」という。
【0022】
非磁性に改質された領域（改質域）は、母材であるケイ素鋼板に対して、（初）透磁率の低下、飽和磁束密度の低下、磁気抵抗の増大等により判断される。改質域の一部または全部である改質部は、ケイ素鋼板のフェライト相が変態してできたオーステナイト相が含まれているとよい。改質部の全体がオーステナイト相でもよいし、改質部の一部にそれ以外の他相（フェライト相、マルテンサイト相、化合物相等）が含まれてもよい。
【0023】
（２）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ～ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ～ｂ」のような範囲を新設し得る。また、特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ～ｙｍｍ」はｘｍｍ～ｙｍｍを意味する。他の単位系についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1A】ロータコアシートとステータコアシートをケイ素鋼板から分取する一例を示す想定図である。
【図1B】そのケイ素鋼板に施す改質工程例を示す模式図である。
【図1C】他の改質域（改質部）を示す模式図である。
【図2】実施例に係る改質工程を示す模式図である。
【図3A】その改質工程で得られた試料の表面観察写真である。
【図3B】その改質工程で得られた他の試料の表面観察写真である。
【図4】シェフラーの状態図（組織図）である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本明細書中に記載した事項から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を上述した本発明の構成に付加し得る。方法に関する構成要素も物（磁性部材等）に関する構成要素となり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【0026】
《本発明の経緯と機序》
本発明の完成に至った経緯と、所定量のＡｌを含有する改質部が上述した優れた効果を発現する機序は次のように考えられる。
本発明の完成に至った経緯と、所定量のＡｌを含有する改質部が上述した優れた効果を発現する機序は次のように考えられる。
【0027】
（１）経緯
先ず、ケイ素鋼板は、通常、所望形状に成形（打ち抜き等のトリミング）されるため、多かれ少なかれ除去される部分（除去域）が生じる。改質により欠陥（割れ、引け巣等）が生じても、その欠陥を包括する領域（欠陥域）が除去域内にある限り、基本的に電磁鋼板自体の不良とはならず、その品質は確保され得る。
先ず、ケイ素鋼板は、通常、所望形状に成形（打ち抜き等のトリミング）されるため、多かれ少なかれ除去される部分（除去域）が生じる。改質により欠陥（割れ、引け巣等）が生じても、その欠陥を包括する領域（欠陥域）が除去域内にある限り、基本的に電磁鋼板自体の不良とはならず、その品質は確保され得る。
【0028】
もっとも、欠陥域が拡大すると、所望する改質部の確保が困難になったり、健全な改質部の確保のために改質処理する領域（改質域）の余計な拡張が必要になる。その結果、改質部や除去域の形状制限やケイ素鋼板の歩留まり悪化が生じ得る。また、改質域の拡張は、ケイ素鋼板への入熱量の増加となり、電磁鋼板の歪み等の拡大、エネルギー消費量や加工時間の増加等が生じ得る。
【0029】
（２）機序
改質域に所定量のＡｌが含まれるとき、割れ等が生じる欠陥域が大幅に縮小される。この理由は定かではないが、現状、次のように推察される。割れ（主に高温割れ）は、液相の補給不足に起因して生じ、凝固した固相の固体収縮により発生する引張応力により成長する。しかし、このような一般論が、高エネルギービームの照射によりできた液相（湯溜り）が、その直後に急速凝固し得る本発明のような場合にまで、単純に当てはまる訳ではない。
改質域に所定量のＡｌが含まれるとき、割れ等が生じる欠陥域が大幅に縮小される。この理由は定かではないが、現状、次のように推察される。割れ（主に高温割れ）は、液相の補給不足に起因して生じ、凝固した固相の固体収縮により発生する引張応力により成長する。しかし、このような一般論が、高エネルギービームの照射によりできた液相（湯溜り）が、その直後に急速凝固し得る本発明のような場合にまで、単純に当てはまる訳ではない。
【0030】
ケイ素鋼板と改質材は、高エネルギービームの照射により瞬時に溶融して液相（溶湯）となり、その液相は周囲への拔熱により急冷凝固した固相となる。このような凝固過程またはその凝固組織に、所定量のＡｌが及ぼす影響が非常に大きいと考えられる。具体的にいうと、凝固過程で生じる凝固収縮域への液相（溶湯）の補充性の改善や凝固後の固体収縮にも耐え得る高強度な金属組織の出現等にＡｌが寄与していると考えられる。なお、機序は不明だが、後述するＢはＡｌと同様に凝固過程で生じる凝固収縮域への液相（溶湯）の補充性の改善と共に、引け巣の低減にも寄与していると考えられる。
【0031】
《ケイ素鋼板》
ケイ素鋼板は、ケイ素鋼からなる板材である。ケイ素鋼は、その全体に対してＳｉを１～７％、２～４％または２．５～３．５％を含む鉄合金である。本明細書でいう化学成分は、特に断らない限り、その対象全体に対する質量割合（質量％）であり、単に「％」で示す。
ケイ素鋼板は、ケイ素鋼からなる板材である。ケイ素鋼は、その全体に対してＳｉを１～７％、２～４％または２．５～３．５％を含む鉄合金である。本明細書でいう化学成分は、特に断らない限り、その対象全体に対する質量割合（質量％）であり、単に「％」で示す。
【0032】
軟磁性であるケイ素鋼は、通常、Ｓｉと残部であるＦｅおよび（不可避）不純物とからなるが、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｍｇ等の合金元素が含まれてもよい。それらの合計は、例えば、６％以下さらには３％以下であるとよい。なお、本明細書では、Ｃの有無を問わず、Ｓｉを含む鉄合金も「鋼」という。
【0033】
ケイ素鋼板の具体的な磁気特性（透磁率、飽和磁化等）、組織、厚さ等は、適宜選択され得る。代表的なケイ素鋼板は、例えば、ｂｃｃ結晶構造（フェライト相）からなり、その厚さは、例えば、０．１～１．０ｍｍさらには０．１５～０．７ｍｍである。薄過ぎると、積層数の増加（コスト増加）、改質部の強度低下、ビームの照射条件の狭小化等が生じ得る。厚過ぎると、鉄損の増加、改質工程による歪みの増加等が生じ得る。
【0034】
ケイ素鋼板は、方向性でも無方向性でもよい。電動機（発電機を含む／単に「モータ」という。）には、例えば、無方向性ケイ素鋼板が用いられる。ケイ素鋼板は、少なくとも一方の表面が絶縁被覆されていてもよい。改質工程後に絶縁被覆（絶縁膜形成）を行なうなら、改質工程前のケイ素鋼板における絶縁被覆は無くてもよい。
【0035】
《改質部》
（１）改質部は、ケイ素鋼を基材（母材、原料）とする鉄合金（適宜「改質合金」という。）からなる。改質合金は、Ａｌ、ＳｉおよびＦｅを含む他、少なくとも一部に非磁性相（主にオーステナイト相）を安定的に生成させ得る合金元素を適量含むとよい。
（１）改質部は、ケイ素鋼を基材（母材、原料）とする鉄合金（適宜「改質合金」という。）からなる。改質合金は、Ａｌ、ＳｉおよびＦｅを含む他、少なくとも一部に非磁性相（主にオーステナイト相）を安定的に生成させ得る合金元素を適量含むとよい。
【0036】
（２）合金元素の成分組成は、例えば、シェフラーの状態図（組織図）上でオーステナイト相を形成する領域に基づいて特定または調整され得る。シェフラーの状態図は、下記に示すＣｒ当量（横軸）とＮｉ当量（縦軸）を基軸として、鉄合金に現れる金属組織（Ｆ：フェライト相、Ａ：オーステナイト相、Ｍ：マルテンサイト）を示している（図４参照）。
Ｎｉ当量（Ｎｉｅｑ）＝［Ｎｉ］＋３０［Ｃ］＋０．５［Ｍｎ］
Ｃｒ当量（Ｃｒｅｑ）＝［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋１．５［Ｓｉ］＋０．５［Ｎｂ］
（［Ｘ］は、鉄合金中に含まれる合金元素Ｘの含有量（質量％）を示す。）
Ｎｉ当量（Ｎｉｅｑ）＝［Ｎｉ］＋３０［Ｃ］＋０．５［Ｍｎ］
Ｃｒ当量（Ｃｒｅｑ）＝［Ｃｒ］＋［Ｍｏ］＋１．５［Ｓｉ］＋０．５［Ｎｂ］
（［Ｘ］は、鉄合金中に含まれる合金元素Ｘの含有量（質量％）を示す。）
【0037】
シェフラーの状態図に基づけば、下式（１）、（２）を共に満たす領域内（図４のハッチング域）にある成分組成の鉄合金は、主にオーステナイト相からなり、非磁性（弱磁性）を発現し得る。
１．３３Ｃｒｅｑ＋Ｎｉｅｑ≧２５．５ （１）
１．１６Ｃｒｅｑ－Ｎｉｅｑ≦８．６ （２）
１．３３Ｃｒｅｑ＋Ｎｉｅｑ≧２５．５ （１）
１．１６Ｃｒｅｑ－Ｎｉｅｑ≦８．６ （２）
【0038】
シェフラーの状態図からもわかるように、オーステナイト相の形成または安定化に寄与する合金元素として、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃ、Ｍｏ、Ｎｂ等がある。ここでは、代表的なＮｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎについて、それらの組成範囲を例示する。各元素の化学成分は、改質合金全体に対する質量割合であり単に「％」で表記する。
【0039】
Ｎｉは、例えば、１０～３０％、１３～２７％、１５～２５％または１７～２３％含まれる。Ｃｒは、例えば、８～２８％、１３～２４％、１５～２２％または１７～２０％含まれる。ＮｉやＣｒが過少ではオーステナイト相が減少し、それらが過多では原料コストが増加する。
【0040】
Ｓｉは、例えば、１～５％、１．３～４％または１．５～３．０％含まれる。Ｓｉは、Ｃｒ当量式からわかるように、Ｃｒの代替となる。過多なＳｉは改質部を硬質化または脆化させる。Ｓｉの下限値は母材であるケイ素鋼板の化学組成に依存する。
【0041】
Ｍｎは、例えば、２０～６０％、２６～５４％、３０～５０％または３４～４６％含まれる。Ｍｎは、Ｎｉ当量式からわかるように、Ｎｉの代替となる。Ｍｎは改質域の割れを抑制し得るが、過少ではその効果が乏しい。Ｍｎは液相で蒸発しやすいため、過多なＭｎは改質部の成分が変動し易くなる。
【0042】
（３）Ａｌは、クラック等が改質域で発生することを抑止し得る。Ａｌは、改質合金全体に対して、例えば、１．５～５％、２～４．５％、２．５～３．５％または２～３％含まれる。Ａｌが過少では上述した効果が乏しく、Ａｌが過多では硬質化脆化や非磁性の低下を招く。
【0043】
改質合金は、さらにＢを適量含んでもよい。Ｂは、引け巣や高温割れ等が改質域で発生することを抑止し得る。Ｂは、改質合金全体に対して、例えば、０．１～３％、０．３～２％、０．５～１．５％または０．７～１．２％含まれる。Ｂが過少では上述した効果が乏しく、Ｂが過多では硬質化や原料コスト増加を招く。
【0044】
（４）改質合金の化学成分は、例えば、欠陥域を除いた改質域（改質部）の略中央付近から採取したサンプルを分析して特定される。Ｂ以外の元素は、例えば、エネルギー分散型分光装置（ＥＤＳ）により分析される。Ｂは、例えば、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により分析される。改質部に含まれるオーステナイト相の有無または割合は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）または電子後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ）により分析される。
【0045】
《改質工程》
改質工程は、例えば、ケイ素鋼板の特定領域上に配置した改質材へ高エネルギービーム（単に「ビーム」ともいう。）を照射してなされる。改質工程により、ケイ素鋼板の一部に、少なくともオーステナイト相を含む改質部が形成され得る。
改質工程は、例えば、ケイ素鋼板の特定領域上に配置した改質材へ高エネルギービーム（単に「ビーム」ともいう。）を照射してなされる。改質工程により、ケイ素鋼板の一部に、少なくともオーステナイト相を含む改質部が形成され得る。
【0046】
（１）改質材
改質材は、母材であるケイ素鋼板との溶融混合後に冷却凝固されて、上述した化学成分の改質合金となる。改質材は、例えば、粉末、インク（ペースト、スラリー）、シート（フィルム）等として、ケイ素鋼板の特定領域に供給される。
改質材は、母材であるケイ素鋼板との溶融混合後に冷却凝固されて、上述した化学成分の改質合金となる。改質材は、例えば、粉末、インク（ペースト、スラリー）、シート（フィルム）等として、ケイ素鋼板の特定領域に供給される。
【0047】
粉末は、例えば、擦切り等によりケイ素鋼板上に供給される。粉末の擦切りは、ケイ素鋼板上に載置した型枠やケイ素鋼板上に形成した窪み（凹部）等を利用してなされる。インク（スラリー）は、例えば、スクリーン印刷、インクジェット印刷等によりケイ素鋼板上に塗布される。シート（フィルム）は、例えば、予め所望形状に成形（型抜き等）された状態でケイ素鋼板上に貼着される。
【0048】
粉末のみからなる改質材（「改質粉末」という。）は、溶媒、分散媒、結合剤等を含まず、改質合金の成分組成を調整し易い。改質粉末は、単種でも複数種（混合粉末）でもよい。改質粉末を構成する原料粉末は、単元素粉末（Ｎｉ粉末、Ｃｒ粉末、Ａｌ粉末、Ｂ粉末、Ｍｎ粉末等）、合金粉末（ＮｉＣｒ系粉末、ＦｅＡｌ系粉末、ＦｅＢ系粉末、ＦｅＭｎ系粉末等）、化合物（金属間化合物を含む）粉末（ＦｅＡｌ３粉末、Ｆｅ２Ｂ粉末等）等のいずれでもよい。
【0049】
改質材の成分組成や改質材のケイ素鋼板上への供給量は、改質合金の所望組成およびケイ素鋼板（母材）の化学組成と板厚を考慮して調整される。なお、ケイ素鋼板上に改質粉末を層状に形成する場合、その厚さ（高さ）は、例えば、０．１～１．４ｍｍ、０．２～１．０ｍｍまたは０．３～０．８ｍｍ程度とするとよい。その厚さが過小でも過大でも、改質合金の非磁性化が低下し得る。ちなみに、ケイ素鋼板の板厚は、通常、０．１５～０．７ｍｍ程度である。
【0050】
（２）高エネルギービーム
高エネルギービームは、例えば、エネルギー密度（フルエンス）が大きいレーザや電子ビームである。レーザは、種類（増幅媒質、励起源、光共振器等）、出力、エネルギー密度、照射エリア、オーバーラップ率等が適宜、選択・調整される。レーザは、連続波レーザでもパルスレーザでもよい。レーザの一例として、増幅媒質に光ファイバー（例えば、コアに希土類元素をドープしたダブルクラッドファイバー）を用いたファイバーレーザ（固体レーザの一種）がある。ファイバーレーザは、例えば、半導体レーザ（ＬＤ）を励起源として、入射側の光反射ミラーと出力側の低反射ミラーとを光共振器として備える。
高エネルギービームは、例えば、エネルギー密度（フルエンス）が大きいレーザや電子ビームである。レーザは、種類（増幅媒質、励起源、光共振器等）、出力、エネルギー密度、照射エリア、オーバーラップ率等が適宜、選択・調整される。レーザは、連続波レーザでもパルスレーザでもよい。レーザの一例として、増幅媒質に光ファイバー（例えば、コアに希土類元素をドープしたダブルクラッドファイバー）を用いたファイバーレーザ（固体レーザの一種）がある。ファイバーレーザは、例えば、半導体レーザ（ＬＤ）を励起源として、入射側の光反射ミラーと出力側の低反射ミラーとを光共振器として備える。
【0051】
ビームの照射範囲や照射軌跡は、所望する改質部の形態に応じて調整され得る。必ずしも、ケイ素鋼板上に配置した改質材全体を溶融させなくてもよい。残存した改質材は、ビーム照射後に除去されるとよい。
【0052】
《他工程》
（１）ビームの照射痕（適宜「ビード」という。）が、ケイ素鋼板の基面（非改質表面）から盛り上がっているとき、それを基面以下（平坦状態でも、さらに窪んだ状態でもよい。）にする整形工程を行なってもよい。整形工程は、改質工程の直後になされてもよいし、後述する積層工程の際に併せてなされてもよい。整形工程は、ビーム照射により生じたケイ素鋼板の熱歪み等の除去を兼ねてもよい。
（１）ビームの照射痕（適宜「ビード」という。）が、ケイ素鋼板の基面（非改質表面）から盛り上がっているとき、それを基面以下（平坦状態でも、さらに窪んだ状態でもよい。）にする整形工程を行なってもよい。整形工程は、改質工程の直後になされてもよいし、後述する積層工程の際に併せてなされてもよい。整形工程は、ビーム照射により生じたケイ素鋼板の熱歪み等の除去を兼ねてもよい。
【0053】
（２）ビーム照射された表面付近は絶縁処理なされてもよい。絶縁処理は、例えば、絶縁樹脂塗布、化成処理（例えばリン酸塩処理）等によりなされる。絶縁処理工程は、積層時の対面間に絶縁空間を形成する加工工程でもよい。加工工程は、上述した整形工程を兼ねてもよい。
【0054】
（３）ケイ素鋼板から所望形状の電磁鋼板（シート）を得る成形工程と改質工程の前後関係は問わない。改質工程後に、成形工程がなされると効率的である。成形工程は、例えば、プレスによる打抜き加工、レーザ等による切断（分割、分断等）加工などの分離工程（トリミング）である。成形工程と上述した整形工程および／または絶縁処理工程との前後関係も問わない。成形工程後に仕上処理等がなされてもよい。ビーム照射の始点や終点は、ケイ素鋼板と改質材の溶融混合が不安定となるため、ケイ素鋼板の除去域に配置されるとよい。
【0055】
（４）改質部を有し所望形状に成形されたケイ素鋼板（電磁鋼板）は、積み重ねられて積層体となる（積層工程）。複数の電磁鋼板の固定は、プレス加工等によるかしめ、溶接、接着等によりなされる。積層体は、寸法精度を確保するために、仕上加工等が別途なされてもよい。
【0056】
《具体例》
（１）電磁鋼板の用途例としてコアシートがある。コアシートは、例えば、電動機（発電機を含む。）のロータコアシートやステータコアシートである。ロータコアシートの積層体がロータコアとなり、ステータコアシートの積層体がステータコアとなる。
（１）電磁鋼板の用途例としてコアシートがある。コアシートは、例えば、電動機（発電機を含む。）のロータコアシートやステータコアシートである。ロータコアシートの積層体がロータコアとなり、ステータコアシートの積層体がステータコアとなる。
【0057】
（２）一枚のケイ素鋼板または電磁鋼板から、ロータコアシートとステータコアシートを分取すると、ケイ素鋼板の歩留まり向上が図れる。このような具体例について以下説明する。
【0058】
図１Ａに示すように、１枚のケイ素鋼板Ｍから、ロータコアシート１とステータコアシート２を打抜く場合を考える。ロータコアシート１とステータコアシート２は、磁石埋込型同期機（「ＩＰＭモータ」という。）のロータコア（積層体／図略）とステータコア（積層体／図略）の製造に用いられる。説明の便宜上、適宜、ケイ素鋼板Ｍの打抜き前の各部（二点鎖線で示す仮想部分）とケイ素鋼板Ｍの打抜き後の各部（実線で示す実部分）には、各図において同符号を付した。なお、図１Ａの全体図は、表示の都合上、仮想部分も実線になっている。
【0059】
ロータコアシート１は８磁極用である。Ａ部拡大図に示すように、その１磁極あたり、ボンド磁石を一体成形する略Ｕ文字状のスロット１０１、１０２と、それらの外周端側にブリッジ１１１、１１２（連結部）との形成が予定されている。スロット１０１、１０２（スロット域）と軸穴１０は打抜き（トリミング）により除去され得る領域（除去予定域）であり、ブリッジ１１１、１１２（ブリッジ域）は打抜き（トリミング）後も残存し得る領域（残存予定域）である。改質工程は打抜き前のブリッジ域を含む領域（改質域）に施される。打抜き後にできる各ブリッジ（１１１、１１２等）の全域またはその一部が改質部とされる。打抜き後にできる改質部は、通常、改質域の一部である。
【0060】
ステータコアシート２は４８極用である。その１極あたり、櫛歯状のティース２１１、２１２と、それらの両側にあるスロット２０１、２０２、２０３との形成が予定されている。打抜き前のスロット２０１、２０２、２０３（スロット域）は除去予定域、ティース２１１、２１２（ティース域）とヨーク２１は残存予定域となる。便宜上、ロータコアシート１やステータコアシート２の各部に関する説明は、適宜抽出した一部のみについて行い、周方向に繰返し現れる他部の説明は省略した。
【0061】
（３）打抜き前のケイ素鋼板Ｍに対して、ブリッジ１１１、１１２となる予定域の一部を非磁性化する改質工程の概要を図１Ｂに示した。先ず、その予定域およびその周辺に改質材３１１、３１２を設ける（工程Ｉ）。改質材３１１、３１２は、例えば、ＣｒＮｉ合金粉とＡｌ粉末の混合粉末を擦切りして形成した粉末層である。
【0062】
改質材３１１、３１２上からビーム照射する。ビーム照射は、ロータ側のスロット１０１、１０２となる予定域にある始点ｐ０から、ステータ側のスロット２０１、２０２、２０３となる予定域付近にある終点ｐ１まで、ブリッジ１１１、１１２となる予定域を通過する軌跡ｔ（特定軌跡）に沿って、ビーム中心を走査させる（工程II）。これにより、ビーム照射域には、ケイ素鋼板Ｍと改質材３１１、３１２が溶融混合および冷却凝固してできたビードｂ（ビーム照射痕／改質域）が形成される。
【0063】
ここで、ビーム照射の軌跡ｔは、ブリッジ１１１、１１２を略半径方向に貫くビードｂが少なくとも一つできるように設定した。また、ブリッジ１１１、１１２にできるビードｂが、打抜き時の隙間ｃを越えてステータコアシート２側に及ばないように、その軌跡ｔを設定した。なお、ビーム照射は、ケイ素鋼板Ｍの両面側（表面側と裏面側）から行ってもよい。もっとも、ケイ素鋼板Ｍの一面側からビーム照射を行うだけでも、ケイ素鋼板Ｍの一面側から他面側に到るビード（厚さ方向に貫通したビード）が形成され得る。
【0064】
その後、余分な改質材３１１、３１２を除去したケイ素鋼板Ｍ（電磁鋼板）を、所定形状の金型で打抜き加工する（工程III）。これにより、ブリッジ１１１、１１２の一部に非磁性な改質部１２１、１２２を有するロータコアシート１が、ステータコアシート２と共に得られる。打抜き加工時、ビーム照射の始点ｐ０や終点ｐ１の付近にできた欠陥部（割れ、引け巣、未溶解部等）は、スロット１０１、１０２の形成と共に除去される。
【0065】
（４）ロータコアシート１のスロット１０１が、左右に２分割されたスロット１０１１、１０１２からなる場合を図１Ｃに拡大して示した。このとき、スロット１０１１、１０１２の外周端域にあるブリッジ１１１１、１１１２には、上述したように、改質工程によって非磁性な改質部１２１１、１２１２が形成される。この他、スロット１０１１とスロット１０１２の間（非外周端域）にできるブリッジ１１１３にも改質部１２１３が形成されてもよい。
【0066】
ちなみに、ビーム照射の軌跡は、例えば、マクロ的に観て直線状の経路でも、ミクロ的に観ればジグザグ状の経路になっていてもよい。
【実施例0067】
ケイ素鋼板上に配置した改質材（粉末層）へレーザ照射を行なった。得られた試料の改質域を観察および分析した。このような具体例を示しつつ本発明をさらに詳しく説明する。
【0068】
《試料の製作》
（１）母材
母材にはケイ素鋼板（Ｆｅ－３．１％Ｓｉ－２．５％Ｎｉ／厚さ：０．５ｍｍ／日本製鉄株式会社製）を用いた。
（１）母材
母材にはケイ素鋼板（Ｆｅ－３．１％Ｓｉ－２．５％Ｎｉ／厚さ：０．５ｍｍ／日本製鉄株式会社製）を用いた。
【0069】
（２）改質材
原料粉末として、Ｃｒ－５０％Ｎｉ合金粉（日本ウェルデング・ロッド株式会社製ウェルパウダー）、Ａｌ粉末（株式会社高純度化学研究所製）、Ｆｅ―１６％Ｂ粉末（株式会社高純度化学研究所製）を用意した。これら原料粉末を改質域の所望組成に応じて配合・混合した粉末（「改質粉末」という。）を改質材に供した。
原料粉末として、Ｃｒ－５０％Ｎｉ合金粉（日本ウェルデング・ロッド株式会社製ウェルパウダー）、Ａｌ粉末（株式会社高純度化学研究所製）、Ｆｅ―１６％Ｂ粉末（株式会社高純度化学研究所製）を用意した。これら原料粉末を改質域の所望組成に応じて配合・混合した粉末（「改質粉末」という。）を改質材に供した。
【0070】
（３）改質材の配置
図図２に示すように、長方形状の貫通孔（幅３ｍｍ×長さ１０ｍｍ）を有する平板状の枠板（厚さ：０．４～０．８ｍｍ）をケイ素鋼板上に載置した。その貫通孔へ改質粉末を充填し、余分な粉末を擦切った。こうしてケイ素鋼板上に粉末層（改質材）を形成した。なお、改質部の所望組成に応じて、枠板の厚さを適宜変更し、粉末層の厚さ（ｈ）を調整した。
図図２に示すように、長方形状の貫通孔（幅３ｍｍ×長さ１０ｍｍ）を有する平板状の枠板（厚さ：０．４～０．８ｍｍ）をケイ素鋼板上に載置した。その貫通孔へ改質粉末を充填し、余分な粉末を擦切った。こうしてケイ素鋼板上に粉末層（改質材）を形成した。なお、改質部の所望組成に応じて、枠板の厚さを適宜変更し、粉末層の厚さ（ｈ）を調整した。
【0071】
（４）レーザ照射
図２に示すように、枠板を除いた粉末層（改質材）上へレーザを照射した。レーザには、シングルタイプのファイバーレーザ（レーザ発信機：株式会社ＩＰＧ製ＹＬＳ－２０００－ＳＭ、ファイバーコア径：２４μｍ、光学系：株式会社安川電機製３Ｄガルバノスキャナ、集光径：３６μｍ）を用いた。
図２に示すように、枠板を除いた粉末層（改質材）上へレーザを照射した。レーザには、シングルタイプのファイバーレーザ（レーザ発信機：株式会社ＩＰＧ製ＹＬＳ－２０００－ＳＭ、ファイバーコア径：２４μｍ、光学系：株式会社安川電機製３Ｄガルバノスキャナ、集光径：３６μｍ）を用いた。
【0072】
レーザの照射軌跡は、ジグザグ状に左右へミクロ的に振幅させつつ、マクロ的に観れば矢印方向へ直線状に移動させた。その左右への振幅幅は±１．５ｍｍ、直線状の移動速度（照射速度）は１１ｍｍ／ｓとした。レーザ出力は３４０Ｗとし、Ａｒフロー条件下でレーザ照射を行った。改質域の冷却を待ってから、ケイ素鋼板上に残存した粉末を除去した。こうして表１に示す各試料を得た。
【0073】
【0074】
（２）分析
各試料の改質域から欠陥（割れ、引け巣等）がない部分（改質部）を選択して、その略中央付近の化学成分を分析した。その結果を表１に併せて示した。元素記号の前に付した数値が、分析部分（改質部）の全体に対する質量％を示す。
各試料の改質域から欠陥（割れ、引け巣等）がない部分（改質部）を選択して、その略中央付近の化学成分を分析した。その結果を表１に併せて示した。元素記号の前に付した数値が、分析部分（改質部）の全体に対する質量％を示す。
【0075】
成分分析は次のように行なった。Ｂ以外の元素は、ＥＤＳ（Oxford Instruments社製Ｘ－ＭＡＸＮ）により分析した。ＢはＥＰＭＡ（株式会社島津製作所製ＥＰＭＡ－８０５０Ｇ）により分析した。それぞれの具体的な分析条件は次の通りである。欠陥がない改質域から切り出した分析部分（改質部）を樹脂埋め後に断面を研磨した分析用の試料（φ２５ｍｍ）を製作した。Ｂは、その試料中央面（１００μｍ×１００μｍ）でＥＰＭＡによりマップ分析を行った。他の成分は、その試料中央面（１０００μｍ×３００μｍ）で、ＥＤＳ（電圧：１５ｋＶ、電流：１２Ａ）によりマップ分析を行った。また、分析した試料（改質部）中にオーステナイト相が含まれることはＸＲＤにより確認した。
【0076】
《評価》
図３から明らかなように、改質部（改質材、改質域）に適量のＡｌが含まれるとき、クラックが減少し、さらには出現しない（消失する）ことがわかった。特に、試料Ａ２（Ａｌ：２．２％）はクラックが大幅に低減した。この傾向は、Ａｌと共にＢを含むときに顕著であった。
図３から明らかなように、改質部（改質材、改質域）に適量のＡｌが含まれるとき、クラックが減少し、さらには出現しない（消失する）ことがわかった。特に、試料Ａ２（Ａｌ：２．２％）はクラックが大幅に低減した。この傾向は、Ａｌと共にＢを含むときに顕著であった。
【0077】
以上から、本発明によれば、改質域に現れる欠陥を縮小さらには消失させ得ることが確認された。これにより、改質部の形成自由度の拡大、ケイ素鋼板の有効活用、改質工程の効率化等が図りつつ、改質部を有する電磁鋼板を製造できることが明らかとなった。
【0078】
【表1】
【符号の説明】
【0079】
Ｍ ケイ素鋼板
１ ロータコアシート
２ ステータコアシート
１０１ スロット
１１１ ブリッジ
１２１ 改質部
３１１ 改質材
１ ロータコアシート
２ ステータコアシート
１０１ スロット
１１１ ブリッジ
１２１ 改質部
３１１ 改質材
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】