JP3855336B2 - 連続電解エッチング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続電解エッチング装置に関し、特には、電気絶縁性インクで表面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の連続電解エッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、方向性電磁鋼板など鋼板に電気絶縁性インクでエッチングレジストを印刷した後、電解エッチングにより、鋼板表面にエッチングパターンを形成することにより、鋼板の特性を改善する技術が開示されている（特公平８−6140号公報）。
【０００３】
しかし、上記した電解エッチングを連続電解エッチング法で行う場合、▲１▼エッチングで形成される溝の断面形状が、鋼板の板幅方向において不均一になる、▲２▼電解液中での副反応に伴う金属析出やスラッジ発生の問題があり、得られる製品の品質が十分とは言えなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼板の板幅方向において均一で、しかも、電解液中での副反応に伴う金属析出やスラッジ発生の問題を解決した、製品品質に優れた方向性けい素鋼板の製造が可能な連続電解エッチング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、最終板厚まで冷間圧延され表面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯に直接通電し線状溝を形成する連続電解エッチング装置であって、電解エッチング槽３と、該電解エッチング槽３内の電解液中で前記鋼帯の片面側と相対向して配設された陰極４と、電解液中で前記鋼帯の他の片面側を覆うシール部材20a と、当該シール部材20a と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b,20c と、電解液中に配設され陰極４の鋼帯長手方向端部から電解液を供給する電解液給液装置５とを有し、前記陰極４と前記鋼帯の片面側との距離が５〜40mmであることを特徴とする連続電解エッチング装置である。
【０００６】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記鋼帯と当接した陽極であるコンダクタロール８が電解エッチング槽３の電解液中に浸漬されない構成とした連続電解エッチング装置である。
第３の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極４の材質として鉄または鉄合金を用いた連続電解エッチング装置である。
【０００７】
第４の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極４の材質としてステンレス鋼を用いた連続電解エッチング装置である。
前記した、第１の発明〜第４の発明においては、前記連続電解エッチング装置が、電解液循環装置６を有し、当該電解液循環装置６により、鋼帯長手方向において前記電解液給液装置５と相対向する陰極４端部から排出される電解液を前記電解液給液装置５に循環するように構成されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記した、第１の発明〜第４の発明においては、前記連続電解エッチング装置が、電解液循環装置６を有し、当該電解液循環装置６により、電解エッチング槽３から排出される電解液を前記電解液給液装置５に循環するように構成されていることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、第１の発明〜第４の発明の順に、さらに詳細に説明する。
〔第１の発明：〕
本発明者らは、エッチングで形成される溝の断面形状の鋼板板幅方向における不均一性の問題を解決するため鋭意検討した結果、下記知見を得、本発明に至った。
【００１０】
図３に、電解エッチング装置の側面図(a) およびC-C 断面図(b) を示す。
図３において、１は方向性けい素鋼帯、２は方向性けい素鋼帯１の表面に選択的に形成されたエッチングマスク、３は電解エッチング槽（電解エッチングセル）、４は陰極、５は電解液給液装置、６は電解液循環装置、７は電解液、８は陽極であるコンダクタロール、９はシンクロール、10はバックアップロール、ｆl は電解液の流れ方向、ｆs は鋼帯の通板方向を示す。
【００１１】
また、電解液給液装置５は電解液の給液ヘッダ5aおよびノズル5bから構成され、電解液循環装置６は電解液循環ポンプ6aおよび配管6bから構成される。
連続的に電解エッチングを行う場合、図３に示されるように、電解エッチング槽３内の電解液７中を方向性けい素鋼帯（以下、鋼帯とも記す）１の板面を陰極４と相対向して通板する方法を用いる。
【００１２】
図３の方法においては、鋼帯１〜陰極４間に電解液給液装置５を配設し、電解液をノズル5bより吹き出すことで、鋼帯１と電解液７間に相対速度を持たせていた。
この場合、ノズル5bから吹き出した電解液７が鋼帯板幅方向に拡散し、図４に示すような鋼帯板幅方向における電解液の流速分布ｆldが形成され、鋼帯板幅方向端部での流速が遅くなる。
【００１３】
本発明者らは、エッチングで形成される溝の断面形状の鋼帯板幅方向における不均一性が上記した電解液の流速分布に起因することに着目し、エッチング時の鋼帯と電解液の相対速度を鋼帯板幅方向で均一にする方法を検討した。
電解液と鋼帯との相対速度を鋼帯板幅方向で均一にする方法として、先ず、鋼帯板幅方向にノズルを複数個配置し電解液の吹出し流速を幅方向で調整する方法を採用したが、このような方法を用いても、同一断面内で鋼帯板幅方向の流速分布が発生することは防止できず、鋼帯板幅方向で均一なエッチング品質を得ることは困難であった。
【００１４】
さらに検討を重ねた結果、電解液中の鋼帯および該鋼帯の下面に相対向して配設した陰極の周囲を囲繞し、断面が筒状の密閉型管状流路を電解液中に形成することにより、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能であることを見出した。
すなわち、第１の発明は、最終板厚まで冷間圧延され表面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯に直接通電し線状溝を形成する連続電解エッチング装置であって、電解エッチング槽と、該電解エッチング槽内の電解液中で前記鋼帯の片面側と相対向して配設された陰極と、電解液中で前記鋼帯の他の片面側を覆うシール部材と、当該シール部材と陰極間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材と、電解液中に配設され陰極の鋼帯長手方向端部から電解液を供給する電解液給液装置とを有し、前記陰極と前記鋼帯の片面側との距離が５〜40mmであることを特徴とする連続電解エッチング装置である。
【００１５】
なお、本発明においては、前記鋼帯の片面側を覆うシール部材と前記鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材は、それらが一体となった部材でもよく、それらの具体的構成は制限されるものではない。
図１に、本発明に係わる水平セル式の連続電解エッチング装置の一例を側面図(a) およびA-A 断面図(b) で示す。
【００１６】
図１(a) 、(b) において、20a は電解液７中で鋼帯１の片面側（上面側）を覆うシール部材、20b 、20c はシール部材20a と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材を示し、その他の符号は図３、図４と同様の内容を示す。
方向性けい素鋼帯１は、電解エッチング槽３において、シンクロール９により電解液７中に浸漬され、通板される。
【００１７】
また、電解エッチング装置には、鋼帯１〜陰極４間の電解液７に流れを発生させ、鋼帯１と電解液７の相対速度を大とするため、鋼帯１〜陰極４間に電解液を供給する電解液給液装置５および電解液循環装置６が付設されている。
方向性けい素鋼帯１は、予め、最終板厚まで冷間圧延される。
冷間圧延された上記鋼帯１は、例えばエポキシ系樹脂またはアルキド系樹脂を主成分とする電気絶縁性インクにより、鋼帯１の下面に、非印刷部領域が残存するようにエッチングマスク２が選択的に形成（印刷）されている。
【００１８】
電解エッチング槽３内にはエッチングマスク２の形成面に相対向して陰極４が浸漬されており、また、鋼帯１の非印刷面側にコンダクタロール８が押圧されており、コンダクターロール８→鋼帯１→電解液７→陰極４の経路で電流が流れエッチングが行われる。
図１の電解エッチング装置においては、電解液給液装置５から供給された電解液７が鋼帯１の板幅方向に拡散し、鋼帯板幅方向に電解液の流速分布が発生することを防止するために、電解液中で鋼帯１の片面側（上面側）を覆うシール部材20a と、当該シール部材20a と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b 、20c と陰極４とで、断面が筒状の密閉型管状流路を電解液中に形成する。
【００１９】
この結果、本シール機構の効果により、陰極４と対向した区間での鋼帯１と電解液７との相対速度を鋼帯板幅方向でほぼ均一にすることが可能となり、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼板板幅方向において均一な方向性けい素鋼板を製造することが可能となった。
また、本発明によれば、陰極４を、該陰極４とこれと相対向する鋼帯１の片面側との距離が５〜40mmとなるように配設することにより、電解エッチングにおける電力原単位の大幅な低下および鋼帯１と陰極４の接触による鋼帯表面のスパーク疵の発生の防止の両立が可能となった。
【００２０】
なお、本発明における前記した陰極と鋼帯の片面側との距離とは、当該鋼帯の片面側にエッチングマスクが形成されている場合は、陰極と鋼帯の片面側のエッチングマスク形成面との距離を示す。
以上、前記した図１においては、電解エッチング槽３として水平セルを示したが、本発明においては、電解エッチング槽３としてラジアルセルを用いてもよい。
【００２１】
図２に、本発明に係わるラジアルセル式の連続電解エッチング装置の一例を側面図(a) およびB-B 断面図(b) で示す。
図２(a) 、(b) において、30はメインロール（巻き付けロール）、31は排液ヘッダ、32a は前段シールロール、32b は後段シールロールを示し、その他の符号は図１、図３および図４と同様の内容を示す。
【００２２】
ラジアルセル式の連続電解エッチング装置においては、鋼帯１をメインロール30に巻き付け、鋼帯１と相対向して配設された陰極４と鋼帯１との間に電解液を供給し、鋼帯１への直接通電により鋼帯１のエッチングを行う。
図２に示すラジアルセル式の連続電解エッチング装置においては、メインロール30が、本発明における電解液中で鋼帯の他の片面側を覆うシール部材20a の機能をも兼ね備える。
【００２３】
図２に示す電解エッチング装置においては、メインロール30と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b 、20c に、メインロール30と摺動する摺動シール部材40a 、40b がメインロール30の円周方向に円弧状に取り付けられている。
なお、摺動シール部材40a 、40b はシール部材20b 、20c に取り付けてもよい。
【００２４】
また、鋼帯１の通板方向ｆs における陰極４の両端部に、前段シールロール32a 、後段シールロール32b 、電解液給液装置５、排液ヘッダ31が設置されている。
この結果、メインロール30、鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b 、20c 、摺動シール部材40a 、40b および陰極４の４者で、断面が筒状の密閉型曲管状流路が電解液中に形成され、当該流路中を電解液が流れる。
【００２５】
これにより、電解液給液装置５から供給された電解液７が、鋼帯１の板幅方向に渡り均一な流速で鋼帯１の表面を流れ、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼板板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能となった。
〔第２の発明：〕
第２の発明は、前記第１の発明において、鋼帯と当接した陽極であるコンダクタロールが電解エッチング槽の電解液中に浸漬されない構成とした連続電解エッチング装置である。
【００２６】
図５に、鋼帯のメッキを行う水平セル式のメッキセルを電解エッチングに適用した場合の連続電解エッチング装置を側面図により示す。
図５において、32はシールロールを示し、その他の符号は図１〜図４と同様の内容を示す。
電流は、コンダクタロール８から鋼帯１に流れ、エッチングマスクが形成された鋼帯１の非印刷面より電解液７を通って陰極４へ流れる。
【００２７】
この時、非印刷面→印刷面のレジスト非印刷部→電解液７→陰極４を電流が流れる際の電気化学的反応により、鋼帯１がエッチングされるため、当該経路を流れる電流を制御することが、エッチング強度を制御することになる。
すなわち、製品品質の安定のためには、上記経路を流れる電流を正しくコントロールすることが重要である。
【００２８】
しかし、図５に示した電解セルの場合、コンダクタロール８が電解液７に直接浸漬される構成となっている。
このため、図６に示すように、正規の電流の通電経路ｆe 、すなわちコンダクタロール８→鋼帯の非印刷面→鋼帯の印刷面のレジスト非印刷部→電解液７→陰極４の通電と同時に、コンダクタロール８の鋼帯１との非接触部（接液部）→電解液７→陰極４の経路で短絡電流ＡS が発生する。
【００２９】
一方、一般的に鋼帯表面の電流を直接測定することは困難であり、エッチングにおける電解量は電源装置の通電電流で制御する。
その際に、このような短絡電流が流れると、短絡電流は、エッチング強度すなわち電解量の正確な管理および制御の大きな外乱要因となるため、短絡電流を極力防止することが工業的に安定した電解エッチングを行うために重要な要件となる。
【００３０】
さらに、短絡電流が発生した場合、本来鋼帯表面で生じるべき電気化学的反応が、コンダクタロール８の表面で発生し、コンダクタロール８の表面を損傷する問題が生じる。
本第２の発明は、上記した問題点を解決するために、コンダクタロール８を電解エッチング槽３の電解液７中に浸漬させないことで短絡電流ＡS の発生を防止したものである。
〔第３の発明および第４の発明：〕
次に、本発明の連続電解エッチング装置における陰極について述べる。
【００３１】
すなわち、第３の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極の材質として、鉄または鉄合金を用いる連続電解エッチング装置である。
また、第４の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極の材質として、ステンレス鋼を用いる連続電解エッチング装置である。
直接通電式電解エッチングにおいては、通常、電解液として食塩水（NaCl水溶液）が用いられる。
【００３２】
この場合の鋼帯−陰極間の主要な電気化学反応を図７に模式図により示す。
陰極４における反応(C) としては、電子受容反応により、(1) 水素発生、(2)Fe 析出、(3)Na 析出の３反応が考えられる。
また、原子のイオン化列により、陰極４における反応(C) においては、(1) →(3) の順で優先的に反応が生じると考えられ、陰極の材質は、電気伝導性と耐腐食性のみ考慮して選択すれば良いと考えられていた。
【００３３】
しかし、陰極における水素発生反応においては、陰極の材質によって水素過電圧と呼ばれる差電圧が発生し、この水素過電圧が大きいと水素発生が困難となり、その代わりに金属析出などの副反応が生じる。
一方、鋼帯を陰極とする電気メッキにおいて陽極として用いられる鉛は、耐食性、安定性に優れるが、直接通電式電解エッチングにおいて陰極として用いる場合は、水素過電圧が大きく、Na析出反応を誘発し、析出したNaと鉛が反応して電解液中に鉛コロイドが発生し、電解液中に含鉛スラッジが発生するという問題が生じる。
【００３４】
また、電気分解で多用される白金(Pt)は、水素過電圧は小さく、耐食性、安定性にも優れるが、工業的に用いるには非常に高価であり設備費用など経済性に問題があった。
本第３の発明においては、上記した問題点を解決するために、陰極の材質として、鉄または鉄合金を用いることにより、水素過電圧による副反応に伴う上記した弊害の防止と耐食性、安定性および設備費用の低減化を達成した。
【００３５】
すなわち、陰極の材質を鉄または鉄合金としたことにより、鉛電極を用いた場合に比べはるかに水素過電圧が小さくなった。
この結果、主反応である図７の(C)(1)の反応〔：Ｈ+ ＋ｅ- →Ｈ2 ↑〕が優先的に進行し、副反応である図７の(C)(2)、(3) の反応〔Fe2+＋2e- →Fe、Na+ ＋ｅ- →Na〕の影響を殆ど受けることがなく、前記した鉛コロイドが発生するという問題がない。
【００３６】
また、副反応であるが次優先反応である(C)(2)の反応〔Fe2+＋2e- →Fe〕に対しては、陰極の材質を鉄または鉄合金とすることにより、Feの析出は陰極の電気伝導度に殆ど影響を与えず、その結果通電量の経時的変化が殆ど生ぜず、安定した制御が達成可能となった。
また、耐食性の問題に関しては、電解エッチングにおける陰極反応が元来還元析出反応であり、操業中であれば問題が生じることはない。
【００３７】
一方、設備の休止に伴う電解停止時の陰極表面の残液による腐食の問題が発生する。
これに対して、第４の発明によれば、鉄合金の中でも特に耐食性の高いステンレス鋼を陰極の材質として用いることにより、腐食発生およびそれに伴う設備の休止後の再稼働時のエッチング電圧増大などのトラブルの防止が可能となった。
【００３８】
以上、本発明について述べたが、本発明によれば、エッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の電解エッチングにおいて、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能で、さらには、副反応に伴う金属析出やスラッジ発生の問題のない、制御の容易な電解エッチング装置を提供することが可能となった。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１〜実施例６）
前記した図１または図２に示す水平セル式またはラジアルセル式の電解エッチング装置を用いて、下記条件下で、最終板厚まで冷間圧延され、鋼帯の下面である片面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の直接通電による連続電解エッチングを行った。
【００４０】
〔方向性けい素鋼帯：〕
方向性けい素鋼帯板厚；0.22mm、板幅；1000mm
エッチングマスクの厚み；１μｍ
エッチングマスクの印刷に使用したインク；エポキシ系樹脂を主成分とするインク
エッチングマスクの形成状況；圧延方向の間隔:3mmで、圧延方向と直角な方向に幅:0.2mmの連続した直線状の非印刷領域が残存するように形成。
【００４１】
〔電解エッチングの条件：〕
（電解液：）
組成；300g-NaCl/l 、液温；50℃
（通電方式：）
電気量300C/dm2の電解電流一定とした直接通電方式
（エッチングマスク形成面と陰極間の距離ｄ：）
ｄ＝10〜40mm
（陰極材質：）
鉄またはステンレス鋼
電解エッチング後、鋼帯板幅方向におけるエッチングで形成された溝の断面形状、鋼帯表面性状および電解液の観察を行った。
【００４２】
なお、溝の断面形状としては、鋼帯板幅方向10箇所における溝幅、溝深さを測定し、各々のバラツキ（標準偏差：σ）で評価した。
表１に水平セル式の電解エッチング装置における試験結果（実施例１〜実施例３）を、表２にラジアルセル式の電解エッチング装置における試験結果（実施例４〜実施例６）を、試験条件、電解エッチングの電力原単位と併せて示す。
【００４３】
（比較例１〜比較例６）
エッチングマスク形成面と陰極間の距離ｄ、陰極の材質を変えた以外は実施例１〜６と同様にして方向性けい素鋼帯の直接通電による連続電解エッチングを行い、得られた鋼帯の評価を行った。
表１に水平セル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例１〜比較例３）を、表２にラジアルセル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例４〜６）を試験条件と併せて示す。
【００４４】
（比較例７、比較例８）
電解エッチング装置として、図３に示す水平セル式の電解エッチング装置または図２において摺動シール部材40a 、40b が付属したシール部材20b 、20c を有しないラジアルセル式の電解エッチング装置を用いた以外は実施例１〜６と同様にして方向性けい素鋼帯の直接通電による連続電解エッチングを行い、得られた鋼帯の評価を行った。
【００４５】
表１に水平セル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例７）を、表２にラジアルセル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例８）を試験条件と併せて示す。
表１および表２に示されるように、本発明によれば、エッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の電解エッチングにおいて、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能となり、さらには、副反応による問題も生ぜず、低電力原単位で電解エッチングが可能となった。
【００４６】
さらには、本発明によれば、陰極の材質として鉄またはステンレス鋼などの鉄合金を用いることにより、通電量に経時的変化が殆ど生ぜず安定した制御が可能となった。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【発明の効果】
本発明により、エッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の電解エッチングにおいて、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能となり、さらには、副反応による問題も生ぜず、低電力原単位で電解エッチングが可能となった。
【００５０】
さらには、本発明によれば、陰極の材質として鉄またはステンレス鋼などの鉄合金を用いることにより、通電量に経時的変化が殆ど生ぜず安定した制御が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる水平セル式の連続電解エッチング装置の一例を示す側面図(a) およびA-A 断面図(b) である。
【図２】本発明に係わるラジアルセル式の連続電解エッチング装置の一例を示す側面図(a) およびB-B 断面図(b) である。
【図３】電解エッチング装置の側面図(a) およびC-C 断面図(b) である。
【図４】電解エッチング槽の鋼帯板幅方向における電解液の流速分布を模式的に示す平面図である。
【図５】メッキセルを電解エッチングに適用した場合の連続電解エッチング装置を示す側面図である。
【図６】短絡電流の発生状況を示す連続電解エッチング装置の側面図である。
【図７】直接通電式連続電解エッチング法における鋼帯−陰極間の主要電気化学反応を模式的に示す電解エッチング槽の側面図である。
【符号の説明】
１ 方向性けい素鋼帯
２ エッチングマスク
３ 電解エッチング槽（電解エッチングセル）
４ 陰極
５ 電解液給液装置
5a 給液ヘッダ
5b ノズル
６ 電解液循環装置
6a 電解液循環ポンプ
７ 電解液
８ コンダクタロール（陽極）
９ シンクロール
10 バックアップロール
20a 電解液中で鋼帯の片面側（上面側）を覆うシール部材
20b 、20c 鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材
30 メインロール（巻き付けロール）
31 排液ヘッダ
32 シールロール
32a 前段シールロール
32b 後段シールロール
40a 、40b 摺動シール部材
ｆl 電解液の流れ方向
ｆld 電解液の流速分布
ｆs 鋼帯の通板方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続電解エッチング装置に関し、特には、電気絶縁性インクで表面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の連続電解エッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、方向性電磁鋼板など鋼板に電気絶縁性インクでエッチングレジストを印刷した後、電解エッチングにより、鋼板表面にエッチングパターンを形成することにより、鋼板の特性を改善する技術が開示されている（特公平８−6140号公報）。
【０００３】
しかし、上記した電解エッチングを連続電解エッチング法で行う場合、▲１▼エッチングで形成される溝の断面形状が、鋼板の板幅方向において不均一になる、▲２▼電解液中での副反応に伴う金属析出やスラッジ発生の問題があり、得られる製品の品質が十分とは言えなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼板の板幅方向において均一で、しかも、電解液中での副反応に伴う金属析出やスラッジ発生の問題を解決した、製品品質に優れた方向性けい素鋼板の製造が可能な連続電解エッチング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、最終板厚まで冷間圧延され表面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯に直接通電し線状溝を形成する連続電解エッチング装置であって、電解エッチング槽３と、該電解エッチング槽３内の電解液中で前記鋼帯の片面側と相対向して配設された陰極４と、電解液中で前記鋼帯の他の片面側を覆うシール部材20a と、当該シール部材20a と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b,20c と、電解液中に配設され陰極４の鋼帯長手方向端部から電解液を供給する電解液給液装置５とを有し、前記陰極４と前記鋼帯の片面側との距離が５〜40mmであることを特徴とする連続電解エッチング装置である。
【０００６】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記鋼帯と当接した陽極であるコンダクタロール８が電解エッチング槽３の電解液中に浸漬されない構成とした連続電解エッチング装置である。
第３の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極４の材質として鉄または鉄合金を用いた連続電解エッチング装置である。
【０００７】
第４の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極４の材質としてステンレス鋼を用いた連続電解エッチング装置である。
前記した、第１の発明〜第４の発明においては、前記連続電解エッチング装置が、電解液循環装置６を有し、当該電解液循環装置６により、鋼帯長手方向において前記電解液給液装置５と相対向する陰極４端部から排出される電解液を前記電解液給液装置５に循環するように構成されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記した、第１の発明〜第４の発明においては、前記連続電解エッチング装置が、電解液循環装置６を有し、当該電解液循環装置６により、電解エッチング槽３から排出される電解液を前記電解液給液装置５に循環するように構成されていることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、第１の発明〜第４の発明の順に、さらに詳細に説明する。
〔第１の発明：〕
本発明者らは、エッチングで形成される溝の断面形状の鋼板板幅方向における不均一性の問題を解決するため鋭意検討した結果、下記知見を得、本発明に至った。
【００１０】
図３に、電解エッチング装置の側面図(a) およびC-C 断面図(b) を示す。
図３において、１は方向性けい素鋼帯、２は方向性けい素鋼帯１の表面に選択的に形成されたエッチングマスク、３は電解エッチング槽（電解エッチングセル）、４は陰極、５は電解液給液装置、６は電解液循環装置、７は電解液、８は陽極であるコンダクタロール、９はシンクロール、10はバックアップロール、ｆl は電解液の流れ方向、ｆs は鋼帯の通板方向を示す。
【００１１】
また、電解液給液装置５は電解液の給液ヘッダ5aおよびノズル5bから構成され、電解液循環装置６は電解液循環ポンプ6aおよび配管6bから構成される。
連続的に電解エッチングを行う場合、図３に示されるように、電解エッチング槽３内の電解液７中を方向性けい素鋼帯（以下、鋼帯とも記す）１の板面を陰極４と相対向して通板する方法を用いる。
【００１２】
図３の方法においては、鋼帯１〜陰極４間に電解液給液装置５を配設し、電解液をノズル5bより吹き出すことで、鋼帯１と電解液７間に相対速度を持たせていた。
この場合、ノズル5bから吹き出した電解液７が鋼帯板幅方向に拡散し、図４に示すような鋼帯板幅方向における電解液の流速分布ｆldが形成され、鋼帯板幅方向端部での流速が遅くなる。
【００１３】
本発明者らは、エッチングで形成される溝の断面形状の鋼帯板幅方向における不均一性が上記した電解液の流速分布に起因することに着目し、エッチング時の鋼帯と電解液の相対速度を鋼帯板幅方向で均一にする方法を検討した。
電解液と鋼帯との相対速度を鋼帯板幅方向で均一にする方法として、先ず、鋼帯板幅方向にノズルを複数個配置し電解液の吹出し流速を幅方向で調整する方法を採用したが、このような方法を用いても、同一断面内で鋼帯板幅方向の流速分布が発生することは防止できず、鋼帯板幅方向で均一なエッチング品質を得ることは困難であった。
【００１４】
さらに検討を重ねた結果、電解液中の鋼帯および該鋼帯の下面に相対向して配設した陰極の周囲を囲繞し、断面が筒状の密閉型管状流路を電解液中に形成することにより、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能であることを見出した。
すなわち、第１の発明は、最終板厚まで冷間圧延され表面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯に直接通電し線状溝を形成する連続電解エッチング装置であって、電解エッチング槽と、該電解エッチング槽内の電解液中で前記鋼帯の片面側と相対向して配設された陰極と、電解液中で前記鋼帯の他の片面側を覆うシール部材と、当該シール部材と陰極間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材と、電解液中に配設され陰極の鋼帯長手方向端部から電解液を供給する電解液給液装置とを有し、前記陰極と前記鋼帯の片面側との距離が５〜40mmであることを特徴とする連続電解エッチング装置である。
【００１５】
なお、本発明においては、前記鋼帯の片面側を覆うシール部材と前記鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材は、それらが一体となった部材でもよく、それらの具体的構成は制限されるものではない。
図１に、本発明に係わる水平セル式の連続電解エッチング装置の一例を側面図(a) およびA-A 断面図(b) で示す。
【００１６】
図１(a) 、(b) において、20a は電解液７中で鋼帯１の片面側（上面側）を覆うシール部材、20b 、20c はシール部材20a と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材を示し、その他の符号は図３、図４と同様の内容を示す。
方向性けい素鋼帯１は、電解エッチング槽３において、シンクロール９により電解液７中に浸漬され、通板される。
【００１７】
また、電解エッチング装置には、鋼帯１〜陰極４間の電解液７に流れを発生させ、鋼帯１と電解液７の相対速度を大とするため、鋼帯１〜陰極４間に電解液を供給する電解液給液装置５および電解液循環装置６が付設されている。
方向性けい素鋼帯１は、予め、最終板厚まで冷間圧延される。
冷間圧延された上記鋼帯１は、例えばエポキシ系樹脂またはアルキド系樹脂を主成分とする電気絶縁性インクにより、鋼帯１の下面に、非印刷部領域が残存するようにエッチングマスク２が選択的に形成（印刷）されている。
【００１８】
電解エッチング槽３内にはエッチングマスク２の形成面に相対向して陰極４が浸漬されており、また、鋼帯１の非印刷面側にコンダクタロール８が押圧されており、コンダクターロール８→鋼帯１→電解液７→陰極４の経路で電流が流れエッチングが行われる。
図１の電解エッチング装置においては、電解液給液装置５から供給された電解液７が鋼帯１の板幅方向に拡散し、鋼帯板幅方向に電解液の流速分布が発生することを防止するために、電解液中で鋼帯１の片面側（上面側）を覆うシール部材20a と、当該シール部材20a と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b 、20c と陰極４とで、断面が筒状の密閉型管状流路を電解液中に形成する。
【００１９】
この結果、本シール機構の効果により、陰極４と対向した区間での鋼帯１と電解液７との相対速度を鋼帯板幅方向でほぼ均一にすることが可能となり、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼板板幅方向において均一な方向性けい素鋼板を製造することが可能となった。
また、本発明によれば、陰極４を、該陰極４とこれと相対向する鋼帯１の片面側との距離が５〜40mmとなるように配設することにより、電解エッチングにおける電力原単位の大幅な低下および鋼帯１と陰極４の接触による鋼帯表面のスパーク疵の発生の防止の両立が可能となった。
【００２０】
なお、本発明における前記した陰極と鋼帯の片面側との距離とは、当該鋼帯の片面側にエッチングマスクが形成されている場合は、陰極と鋼帯の片面側のエッチングマスク形成面との距離を示す。
以上、前記した図１においては、電解エッチング槽３として水平セルを示したが、本発明においては、電解エッチング槽３としてラジアルセルを用いてもよい。
【００２１】
図２に、本発明に係わるラジアルセル式の連続電解エッチング装置の一例を側面図(a) およびB-B 断面図(b) で示す。
図２(a) 、(b) において、30はメインロール（巻き付けロール）、31は排液ヘッダ、32a は前段シールロール、32b は後段シールロールを示し、その他の符号は図１、図３および図４と同様の内容を示す。
【００２２】
ラジアルセル式の連続電解エッチング装置においては、鋼帯１をメインロール30に巻き付け、鋼帯１と相対向して配設された陰極４と鋼帯１との間に電解液を供給し、鋼帯１への直接通電により鋼帯１のエッチングを行う。
図２に示すラジアルセル式の連続電解エッチング装置においては、メインロール30が、本発明における電解液中で鋼帯の他の片面側を覆うシール部材20a の機能をも兼ね備える。
【００２３】
図２に示す電解エッチング装置においては、メインロール30と陰極４間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b 、20c に、メインロール30と摺動する摺動シール部材40a 、40b がメインロール30の円周方向に円弧状に取り付けられている。
なお、摺動シール部材40a 、40b はシール部材20b 、20c に取り付けてもよい。
【００２４】
また、鋼帯１の通板方向ｆs における陰極４の両端部に、前段シールロール32a 、後段シールロール32b 、電解液給液装置５、排液ヘッダ31が設置されている。
この結果、メインロール30、鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材20b 、20c 、摺動シール部材40a 、40b および陰極４の４者で、断面が筒状の密閉型曲管状流路が電解液中に形成され、当該流路中を電解液が流れる。
【００２５】
これにより、電解液給液装置５から供給された電解液７が、鋼帯１の板幅方向に渡り均一な流速で鋼帯１の表面を流れ、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼板板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能となった。
〔第２の発明：〕
第２の発明は、前記第１の発明において、鋼帯と当接した陽極であるコンダクタロールが電解エッチング槽の電解液中に浸漬されない構成とした連続電解エッチング装置である。
【００２６】
図５に、鋼帯のメッキを行う水平セル式のメッキセルを電解エッチングに適用した場合の連続電解エッチング装置を側面図により示す。
図５において、32はシールロールを示し、その他の符号は図１〜図４と同様の内容を示す。
電流は、コンダクタロール８から鋼帯１に流れ、エッチングマスクが形成された鋼帯１の非印刷面より電解液７を通って陰極４へ流れる。
【００２７】
この時、非印刷面→印刷面のレジスト非印刷部→電解液７→陰極４を電流が流れる際の電気化学的反応により、鋼帯１がエッチングされるため、当該経路を流れる電流を制御することが、エッチング強度を制御することになる。
すなわち、製品品質の安定のためには、上記経路を流れる電流を正しくコントロールすることが重要である。
【００２８】
しかし、図５に示した電解セルの場合、コンダクタロール８が電解液７に直接浸漬される構成となっている。
このため、図６に示すように、正規の電流の通電経路ｆe 、すなわちコンダクタロール８→鋼帯の非印刷面→鋼帯の印刷面のレジスト非印刷部→電解液７→陰極４の通電と同時に、コンダクタロール８の鋼帯１との非接触部（接液部）→電解液７→陰極４の経路で短絡電流ＡS が発生する。
【００２９】
一方、一般的に鋼帯表面の電流を直接測定することは困難であり、エッチングにおける電解量は電源装置の通電電流で制御する。
その際に、このような短絡電流が流れると、短絡電流は、エッチング強度すなわち電解量の正確な管理および制御の大きな外乱要因となるため、短絡電流を極力防止することが工業的に安定した電解エッチングを行うために重要な要件となる。
【００３０】
さらに、短絡電流が発生した場合、本来鋼帯表面で生じるべき電気化学的反応が、コンダクタロール８の表面で発生し、コンダクタロール８の表面を損傷する問題が生じる。
本第２の発明は、上記した問題点を解決するために、コンダクタロール８を電解エッチング槽３の電解液７中に浸漬させないことで短絡電流ＡS の発生を防止したものである。
〔第３の発明および第４の発明：〕
次に、本発明の連続電解エッチング装置における陰極について述べる。
【００３１】
すなわち、第３の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極の材質として、鉄または鉄合金を用いる連続電解エッチング装置である。
また、第４の発明は、前記第１の発明または第２の発明において、前記陰極の材質として、ステンレス鋼を用いる連続電解エッチング装置である。
直接通電式電解エッチングにおいては、通常、電解液として食塩水（NaCl水溶液）が用いられる。
【００３２】
この場合の鋼帯−陰極間の主要な電気化学反応を図７に模式図により示す。
陰極４における反応(C) としては、電子受容反応により、(1) 水素発生、(2)Fe 析出、(3)Na 析出の３反応が考えられる。
また、原子のイオン化列により、陰極４における反応(C) においては、(1) →(3) の順で優先的に反応が生じると考えられ、陰極の材質は、電気伝導性と耐腐食性のみ考慮して選択すれば良いと考えられていた。
【００３３】
しかし、陰極における水素発生反応においては、陰極の材質によって水素過電圧と呼ばれる差電圧が発生し、この水素過電圧が大きいと水素発生が困難となり、その代わりに金属析出などの副反応が生じる。
一方、鋼帯を陰極とする電気メッキにおいて陽極として用いられる鉛は、耐食性、安定性に優れるが、直接通電式電解エッチングにおいて陰極として用いる場合は、水素過電圧が大きく、Na析出反応を誘発し、析出したNaと鉛が反応して電解液中に鉛コロイドが発生し、電解液中に含鉛スラッジが発生するという問題が生じる。
【００３４】
また、電気分解で多用される白金(Pt)は、水素過電圧は小さく、耐食性、安定性にも優れるが、工業的に用いるには非常に高価であり設備費用など経済性に問題があった。
本第３の発明においては、上記した問題点を解決するために、陰極の材質として、鉄または鉄合金を用いることにより、水素過電圧による副反応に伴う上記した弊害の防止と耐食性、安定性および設備費用の低減化を達成した。
【００３５】
すなわち、陰極の材質を鉄または鉄合金としたことにより、鉛電極を用いた場合に比べはるかに水素過電圧が小さくなった。
この結果、主反応である図７の(C)(1)の反応〔：Ｈ+ ＋ｅ- →Ｈ2 ↑〕が優先的に進行し、副反応である図７の(C)(2)、(3) の反応〔Fe2+＋2e- →Fe、Na+ ＋ｅ- →Na〕の影響を殆ど受けることがなく、前記した鉛コロイドが発生するという問題がない。
【００３６】
また、副反応であるが次優先反応である(C)(2)の反応〔Fe2+＋2e- →Fe〕に対しては、陰極の材質を鉄または鉄合金とすることにより、Feの析出は陰極の電気伝導度に殆ど影響を与えず、その結果通電量の経時的変化が殆ど生ぜず、安定した制御が達成可能となった。
また、耐食性の問題に関しては、電解エッチングにおける陰極反応が元来還元析出反応であり、操業中であれば問題が生じることはない。
【００３７】
一方、設備の休止に伴う電解停止時の陰極表面の残液による腐食の問題が発生する。
これに対して、第４の発明によれば、鉄合金の中でも特に耐食性の高いステンレス鋼を陰極の材質として用いることにより、腐食発生およびそれに伴う設備の休止後の再稼働時のエッチング電圧増大などのトラブルの防止が可能となった。
【００３８】
以上、本発明について述べたが、本発明によれば、エッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の電解エッチングにおいて、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能で、さらには、副反応に伴う金属析出やスラッジ発生の問題のない、制御の容易な電解エッチング装置を提供することが可能となった。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１〜実施例６）
前記した図１または図２に示す水平セル式またはラジアルセル式の電解エッチング装置を用いて、下記条件下で、最終板厚まで冷間圧延され、鋼帯の下面である片面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の直接通電による連続電解エッチングを行った。
【００４０】
〔方向性けい素鋼帯：〕
方向性けい素鋼帯板厚；0.22mm、板幅；1000mm
エッチングマスクの厚み；１μｍ
エッチングマスクの印刷に使用したインク；エポキシ系樹脂を主成分とするインク
エッチングマスクの形成状況；圧延方向の間隔:3mmで、圧延方向と直角な方向に幅:0.2mmの連続した直線状の非印刷領域が残存するように形成。
【００４１】
〔電解エッチングの条件：〕
（電解液：）
組成；300g-NaCl/l 、液温；50℃
（通電方式：）
電気量300C/dm2の電解電流一定とした直接通電方式
（エッチングマスク形成面と陰極間の距離ｄ：）
ｄ＝10〜40mm
（陰極材質：）
鉄またはステンレス鋼
電解エッチング後、鋼帯板幅方向におけるエッチングで形成された溝の断面形状、鋼帯表面性状および電解液の観察を行った。
【００４２】
なお、溝の断面形状としては、鋼帯板幅方向10箇所における溝幅、溝深さを測定し、各々のバラツキ（標準偏差：σ）で評価した。
表１に水平セル式の電解エッチング装置における試験結果（実施例１〜実施例３）を、表２にラジアルセル式の電解エッチング装置における試験結果（実施例４〜実施例６）を、試験条件、電解エッチングの電力原単位と併せて示す。
【００４３】
（比較例１〜比較例６）
エッチングマスク形成面と陰極間の距離ｄ、陰極の材質を変えた以外は実施例１〜６と同様にして方向性けい素鋼帯の直接通電による連続電解エッチングを行い、得られた鋼帯の評価を行った。
表１に水平セル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例１〜比較例３）を、表２にラジアルセル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例４〜６）を試験条件と併せて示す。
【００４４】
（比較例７、比較例８）
電解エッチング装置として、図３に示す水平セル式の電解エッチング装置または図２において摺動シール部材40a 、40b が付属したシール部材20b 、20c を有しないラジアルセル式の電解エッチング装置を用いた以外は実施例１〜６と同様にして方向性けい素鋼帯の直接通電による連続電解エッチングを行い、得られた鋼帯の評価を行った。
【００４５】
表１に水平セル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例７）を、表２にラジアルセル式の電解エッチング装置における試験結果（比較例８）を試験条件と併せて示す。
表１および表２に示されるように、本発明によれば、エッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の電解エッチングにおいて、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能となり、さらには、副反応による問題も生ぜず、低電力原単位で電解エッチングが可能となった。
【００４６】
さらには、本発明によれば、陰極の材質として鉄またはステンレス鋼などの鉄合金を用いることにより、通電量に経時的変化が殆ど生ぜず安定した制御が可能となった。
【００４７】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明により、エッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯の電解エッチングにおいて、エッチングで形成される溝の断面形状が鋼帯板幅方向において均一な方向性けい素鋼帯を製造することが可能となり、さらには、副反応による問題も生ぜず、低電力原単位で電解エッチングが可能となった。
【００５０】
さらには、本発明によれば、陰極の材質として鉄またはステンレス鋼などの鉄合金を用いることにより、通電量に経時的変化が殆ど生ぜず安定した制御が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる水平セル式の連続電解エッチング装置の一例を示す側面図(a) およびA-A 断面図(b) である。
【図２】本発明に係わるラジアルセル式の連続電解エッチング装置の一例を示す側面図(a) およびB-B 断面図(b) である。
【図３】電解エッチング装置の側面図(a) およびC-C 断面図(b) である。
【図４】電解エッチング槽の鋼帯板幅方向における電解液の流速分布を模式的に示す平面図である。
【図５】メッキセルを電解エッチングに適用した場合の連続電解エッチング装置を示す側面図である。
【図６】短絡電流の発生状況を示す連続電解エッチング装置の側面図である。
【図７】直接通電式連続電解エッチング法における鋼帯−陰極間の主要電気化学反応を模式的に示す電解エッチング槽の側面図である。
【符号の説明】
１ 方向性けい素鋼帯
２ エッチングマスク
３ 電解エッチング槽（電解エッチングセル）
４ 陰極
５ 電解液給液装置
5a 給液ヘッダ
5b ノズル
６ 電解液循環装置
6a 電解液循環ポンプ
７ 電解液
８ コンダクタロール（陽極）
９ シンクロール
10 バックアップロール
20a 電解液中で鋼帯の片面側（上面側）を覆うシール部材
20b 、20c 鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材
30 メインロール（巻き付けロール）
31 排液ヘッダ
32 シールロール
32a 前段シールロール
32b 後段シールロール
40a 、40b 摺動シール部材
ｆl 電解液の流れ方向
ｆld 電解液の流速分布
ｆs 鋼帯の通板方向
Claims (4)
- 最終板厚まで冷間圧延され表面にエッチングマスクが選択的に形成された方向性けい素鋼帯に直接通電し線状溝を形成する連続電解エッチング装置であって、電解エッチング槽(3) と、該電解エッチング槽(3) 内の電解液中で前記鋼帯の片面側と相対向して配設された陰極(4) と、電解液中で前記鋼帯の他の片面側を覆うシール部材(20a) と、当該シール部材(20a) と陰極(4) 間の鋼帯板幅方向両側部を覆うシール部材(20b,20c) と、電解液中に配設され陰極(4) の鋼帯長手方向端部から電解液を供給する電解液給液装置(5) とを有し、前記陰極(4) と前記鋼帯の片面側との距離が５〜40mmであることを特徴とする連続電解エッチング装置。
- 前記鋼帯と当接した陽極であるコンダクタロール(8) が電解エッチング槽(3) の電解液中に浸漬されない構成とした請求項１記載の連続電解エッチング装置。
- 前記陰極(4) の材質として鉄または鉄合金を用いた請求項１または２記載の連続電解エッチング装置。
- 前記陰極(4) の材質としてステンレス鋼を用いた請求項１または２記載の連続電解エッチング装置。
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