激光加工装置以及激光照射方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光加工装置以及激光照射方法，对变压器的铁芯等所使用的方向性 电磁钢板照射激光束而进行磁区控制。
[0002] 本申请基于2012年11月08日在日本申请的特愿2012-246305号并主张优先权， 将其内容援用于此。
【背景技术】
[0003] 方向性电磁钢板具有相对于钢板制造时的轧制方向容易使磁力线透过（容易磁 化方向与轧制方向一致）这种特征（因此，也称为单向性电磁钢板），被工作为构成变压器、 旋转机等电气设备的铁芯的材料。在这种铁芯所使用的方向性电磁钢板中，要求使磁化时 的能量损失（铁损）降低。特别是，近年随着地球温暖化的发展，在世界范围内要求电气设 备的省能量化。因此，希望稳定地生产铁损极力降低了的方向性电磁钢板。
[0004] 然而，铁损被分类为涡流损耗和磁滞损耗。并且，涡流损耗被分类为古典的涡流损 耗和异常涡流损耗。在此，为了降低古典的涡流损耗，提供有在板表面上形成了绝缘皮膜的 板厚较薄的方向性电磁钢板。作为形成了绝缘皮膜的方向性电磁钢板，例如专利文献1所 示那样，提出有在钢板基底铁（金属部）的表面上形成玻璃皮膜、并在玻璃皮膜上进一步形 成绝缘皮膜的双层构造的钢板，并实用化。
[0005] 此外，为了抑制异常涡流损耗，例如专利文献2、3所示那样，提出有激光磁区控制 法，从绝缘皮膜的上方使激光束进行聚光?照射，沿着电磁钢板的大致宽度方向（即，与轧 制方向大致垂直的方向）使激光束扫描，由此在轧制方向上周期性地设置具有残留应变的 区域，而将磁区细分化。根据该激光磁区控制法，通过激光束的扫描照射，由此在钢板最表 层区域赋予相对于板厚方向具有较强的温度角度（梯度）的温度履历，由此产生表面应变， 通过由于该表面应变而形成的环流磁区，180°磁壁间隔被细分化，特别是异常涡流损耗被 降低。
[0006] 通过激光磁区控制而赋予的环流磁区，将180°磁壁间隔细分化而使异常涡流损 耗降低，但另一方面成为使磁滞损耗增加的重要因素。因此，从总体的铁损降低的观点出 发，使环流磁区宽度变窄较有效。作为沿着该技术思想的发明，例如专利文献3中公开如下 方法：使用微小聚光特性优良的TEMTO模式的激光束，在狭窄区域中形成较强的变形，得到 较狭窄且具有足够强度的环流磁区。
[0007] 然而，在激光磁区控制法的激光照射工序中，在玻璃皮膜上形成绝缘皮膜，并从该 绝缘皮膜上照射激光束，由此进行磁区控制。但是，在这种方法中，由于激光束的照射而导 致的温度上升，有时在绝缘皮膜以及玻璃皮膜上会产生瑕疵。在此，瑕疵是指绝缘皮膜以及 玻璃皮膜的缺损剥离、抬起、变质、变色等皮膜损伤。在玻璃皮膜产生瑕疵的情况下，皮膜下 的金属部向外部露出，有可能产生锈。因此，在玻璃皮膜产生瑕疵的情况下，需要再次涂覆 绝缘皮膜。在这种情况下，工序的追加成为制造成本增加的原因。
[0008] 在方向性电磁钢板的制造中，由于实施较多的热处理，因此在钢板金属部的轧制 方向以及宽度方向上，有时玻璃皮膜、绝缘皮膜的界面构造、厚度产生差别。因此，有时即使 对激光条件进行调整，也难以在钢板整体上抑制玻璃皮膜产生瑕疵。
[0009]现有技术文献 [0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开2007-119821号公报
[0012] 专利文献2 :日本特开昭59-33802号公报
[0013] 专利文献3 :国际公开2004/083465号小册子
[0014] 专利文献4 :日本特公平1-51527号公报
【发明内容】
[0015] 发明要解决的课题
[0016] 如以上所述的那样，为了高效地制造低铁损的方向性电磁钢板，要求抑制玻璃皮 膜产生瑕疵，并且在钢板的金属部形成具有足够强度的较狭窄的环流磁区。然而，瑕疵产生 的抑制与环流磁区的形成是相互竞争的现象。即，为了形成较狭窄、较深的环流磁区，在激 光的扫描照射中使在钢板最表层附近形成的与板厚方向相对的温度分布的角度变大是有 效的。然而，当温度角度较大时，钢板表面的激光束照射部的温度变高，因此玻璃皮膜产生 瑕疵的风险提高。虽然寻求基于这些竞争关系的激光照射条件的最佳化，但还未发现能够 充分兼得的技术。
[0017]例如，通过使用专利文献3所公开的1￡1^模式的激光束来进行磁区控制，由此由 于temto模式的特征即微小聚光性以及中心部变高的强度分布，能够形成具有足够强度的 较狭窄的环流磁区。另一方面，在该方法中，由于中心附近的光束强度较高，因此存在与不 是temto模式的情况相比更容易产生瑕疵这种课题。作为抑制这种瑕疵产生的方法，例如 在专利文献4中公开有使光束形状成为在激光束的扫描方向上较长的椭圆形状的方法。但 是，在这种使用椭圆形状的激光束的方法中，虽然能够抑制瑕疵的产生，但加热时间变长。 因此，由于向与激光束的扫描方向垂直的方向的热传导的影响，而环流磁区宽度具有放大 的趋势，存在铁损难以降低这种问题。
[0018]本发明是鉴于上述问题而进行的。本发明的目的在于提供激光加工装置以及激光 照射方法，能够降低方向性电磁钢板的铁损，并且能够抑制玻璃皮膜产生瑕疵。
[0019] 用于解决课题的手段
[0020] (1)即，本发明的一个方式的激光加工装置，是用于对方向性电磁钢板进行激光束 的聚光以及向扫描方向的扫描，而将上述方向性电磁钢板的磁区进行细分化的激光加工装 置，具备：出射上述激光束的激光振荡装置；以及将从上述激光振荡装置传送的上述激光 束向上述方向性电磁钢板照射的激光照射装置，上述激光照射装置构成为，在向上述方向 性电磁钢板聚光的上述激光束在上述方向性电磁钢板面上的与上述扫描方向垂直的方向 的截面的强度分布中，在设在朝向以上述强度分布的重心为中心而沿着与上述扫描方向垂 直的方向的第一方向以及第二方向对上述强度分布进行积分时、上述第一方向上的从上述 强度分布的重心起的强度积分值成为全强度积分值的43%的位置离上述强度分布的重心 的距离为Ra:，上述第二方向上的从上述强度分布的重心起的强度积分值为上述全强度积 分值的43%的位置离上述强度分布的重心的距离为Ra2，与上述1?&1对应的上述激光束的强 度为光束强度Ia:，与上述1^2对应的上述激光束的强度为光束强度Ia2，上述Ia:与上述Ia2 的平均值为Ia，上述强度分布的重心的上述激光束的强度为光束强度lb时，Ib/Ia成为2. 0 以下。
[0021] (2)在上述（1)记载的激光加工装置中，上述激光照射装置进一步构成为，在向上 述方向性电磁钢板聚光的上述激光束在上述方向电磁钢板面上的上述扫描方向的截面中 的强度分布即C方向强度分布中，设在朝向以上述C方向强度分布的重心为中心而沿着上 述扫描方向的第三方向以及第四方向对上述C方向强度分布进行积分时、上述第三方向上 的从上述C方向强度分布的重心起的强度积分值成为全C方向强度积分值的43 %位置离上 述C方向强度分布的重心的距离为RCl，在上述第四方向上的从上述C方向强度分布的重心 起的强度积分值成为上述全C方向强度积分值的43 %的位置离上述C方向强度分布的重心 的距离为Rc2，与上述RcJ#应的上述激光束的强度为光束强度Ici，与上述Rc2对应的上述 激光束的强度为光束强度Ic2，上述ICl与上述Ic2的平均值为Ic，上述C方向强度分布的 重心的上述激光束的强度为光束强度Id时，Id/Ic也可以为1. 5~10。
[0022] (3)在上述（1)或者⑵记载的激光加工装置中，上述Ib/Ia也可以为1.0~2.0。
[0023] (4)在上述⑴~⑶任意一项记载的激光加工装置中，在设上述Rai与上述Ra2 的平均值为Ra时，上述Ra也可以为5~100ym。
[0024] (5)在上述⑷记载的激光加工装置中，上述Ra也可以为5~60ym。
[0025] (6)在上述（1)~（5)任意一项记载的激光加工装置中，在使上述激光束的波长 以单位ym而为X时，向上述方向性电磁钢板聚光的上述激光束的光束参数积为X/31~ 10mm?mrad〇
[0026] (7)在上述（1)~（6)任意一项记载的激光加工装置中，上述激光振荡装置可以为 光纤激光器或者盘形激光器。
[0027] (8)在上述（1)~（7)任意一项记载的激光加工装置中，向上述方向性电磁钢板聚 光的上述激光束的聚光形状为椭圆，上述椭圆的短轴方向也可以与上述扫描方向垂直。
[0028] (9)本发明的一个方式的激光照射方法为，具备用于将激光束对方向性电磁钢板 聚光而沿扫描方向进行扫描，而将上述方向性电磁钢板的磁区进行细分化的激光照射工 序，在向上述方向性电磁钢板聚光的上述激光束在上述方向性电磁钢板面上的与上述扫描 方向垂直的方向的截面的强度分布中，设朝向以上述强度分布的重心为中心而沿着与上述 扫描方向垂直的方向的第一方向以及第二方向对上述强度分布进行积分时、上述第一方向 上的从上述强度分布的重心起的强度积分值成为全强度积分值的43%的位置离上述强度 分布的重心的距离为Rai，上述第二方向上的从上述强度分布的重心起的强度积分值成为 上述全强度积分值的43%的位置离上述强度分布的重心的距离为Ra2，与上述1?&1对应的上 述激光束的强度为光束强度Ia:，与上述1^2对应的上述激光束的强度为光束强度la2，上述 1&1与上述la2的平均值为Ia，上