Enovasense

01 — はじめに

絶縁コーティング：モーターと変圧器の効率を左右する数ミクロン

電磁鋼板は、あらゆる変圧器、電動機、発電機の磁気コアを構成します。渦電流損を抑えるため、コアは薄い鋼板（一般に厚さ 0.20～0.65 mm）を積層または巻き重ねて作られます。各鋼板は隣接する鋼板と電気的に絶縁されていなければなりません。この役割を担うのが絶縁コーティングであり、製鋼工程の最後にストリップの両面に塗布される薄い層です。

電磁鋼板には 2 つの系統があり、それぞれ異なるコーティング構成を持ちます。

方向性電磁鋼板（GO） 無方向性電磁鋼板（NO / NGO） 自己融着ワニス

変圧器に使用される方向性電磁鋼板には、高温焼鈍時に MgO 焼鈍分離剤から形成されるフォルステライト皮膜があり、その上にリン酸塩系の張力コーティングが施されます。モーターや発電機（電気自動車の駆動モーターを含む）に使用される無方向性電磁鋼板には、単層の絶縁ワニスが塗布されます。用途に応じて、これらのコーティングは無機、有機、またはハイブリッド（例：ASTM A976 の C3、C5、C6 クラス）であり、クロムフリー化が進んでいます。また、NO ストリップのうち、積層コアの溶接やカシメに代わる自己融着ワニスを塗布する割合が増えています。

いずれの場合も、コーティングはロールコーターで液体として塗布され、連続炉で乾燥・焼付けした後にコイルに巻き取られます。

コーティングのクラスと代表的な製品

絶縁コーティングは ASTM A976（C-0～C-6 クラス）で分類され、IEC 60404-1-1 に対応する EC 記号があります。コーティングラインで最も多く用いられるクラスを、Enovasense センサーで測定済みまたは測定対象としている市販製品の例とともに以下に示します。

この分野の市販コーティングの例（一部）：

• Rembrandtin / Kansai Helios — REMISOL® 電磁鋼板用コーティング（例：REMISOL EB 5308、EB 5320（クロムフリー、方向性電磁鋼板）、EB 5340、EB 5350S、EB 5002M）。
• Axalta — Voltatex® 電磁鋼板用コーティングおよび自己融着ワニス（例：Voltatex 1175W、1230、1250V）。
• ELANTAS (ALTANA) コアプレート用絶縁ワニス。
• Kluthe 電磁鋼板用絶縁コーティング。
• 方向性電磁鋼板用のリン酸塩系張力コーティング（CARLITE® タイプなど）および鋼材メーカーの自社配合品。

すべての商標はそれぞれの所有者に帰属します。ここでの記載は該当するコーティングの種類を示すものであり、推奨や提携を意味するものではありません。

02 — 品質要件

なぜストリップ両面・全域で塗膜厚さを管理する必要があるのか

絶縁コーティングのプロセスウィンドウは狭くなっています。代表的な乾燥膜厚は片面あたり数十分の一ミクロンから約 10 µmで、仕様は g/m² 単位の付着量で示されることが多くあります。この範囲から外れると、最終的な電気機器に直接影響します。

薄すぎる場合：絶縁不良

局所的に薄すぎるコーティングでは、層間抵抗を確保できなくなります。鋼板間の電気的接触によりコア内に短絡経路が生じ、渦電流損と局所発熱が増加します。自己融着ワニスの場合、層が不十分だと積層コアの接着強度も低下します。

厚すぎる場合：占積率の低下と加工上の問題

コーティングが 1 ミクロン増えるごとに、コア内の非磁性材料が増えます。過剰なコーティングは占積率（コア体積に占める鋼の割合）を低下させ、結果としてモーターや変圧器の効率を低下させます。また、打ち抜き性、溶接性、密着性を劣化させ、塗料消費量も増加します。

ロールコーターのドリフトとクロムフリーへの配合変更

ロールの摩耗、粘度変化、ロールギャップや速度の変動、エッジ効果はいずれも、コイルの幅方向および長手方向の塗布厚さを変化させます。同時に、業界全体でクロムフリー配合への移行が進んでおり、メーカーは付着量の再評価を迫られています。ストリップの全幅にわたり両面を高密度で測定することで初めて、コイル出荷前にこれらの偏差を把握できます。

03 — 測定上の課題

従来法ではコーティングラインの状態を把握できない理由

絶縁コーティングは薄く、低密度で、透明であることが多く、高速で移動する強磁性基材上に塗布されます。多くの鋼材メーカーは、依然としてコイル端部から切り出したサンプルに対するラボ測定に頼っています。

重量法（剥離・秤量）：正確だが破壊的で時間がかかる

付着量は、コーティングを化学的に剥離する前後でサンプルを秤量して求めます。この方法は一般的な基準法ですが、破壊的で時間がかかり、サンプルごとに 1 つの値しか得られません（通常はコイルの先端または後端）。コイル中央部で発生したドリフトは検出されません。

絶縁抵抗試験：機能チェックであり、膜厚測定ではない

表面絶縁抵抗試験（フランクリン試験など）は、コーティングが絶縁していることを確認しますが、その厚さは得られません。オフラインで実施され、ロールコーターをどのように調整すべきかをオペレーターに示すものではありません。

接触式およびインライン膜厚計：コーティング自体による制約

ハンディタイプの電磁式または渦電流式プローブは厚さを測定できますが、接触が必要であり、切り出したサンプルでの抽取検査にとどまります。X 線吸収または蛍光を利用するインライン膜厚計には別の制約があります。前者ではコーティングの低密度と組成のばらつき、後者では蛍光成分または顏料成分が必要であることが制約となり、多くの無機コーティングや透明コーティングが対象外となります。

非接触膜厚マッピングの利点

• すべてのコイルを測定でき、先端や後端のサンプルだけに限られません。
• 両面を管理できるため、一方のロールコーターの偏差をただちに特定できます。
• 有機・無機・ハイブリッドコーティングを、透明・着色を問わず同じ原理で測定できます。
• ロールコーターのクローズドループ補正が可能となり、塗料消費量と規格外品を削減できます。

04 — 技術比較

レーザー光熱放射測定法が絶縁コーティングに適している理由

Enovasense の特許技術であるレーザー光熱放射測定法は、コーティングをその熱的特性を通じて測定します。変調レーザービームが表面に熱波を発生させ、赤外線検出器が拡散して戻ってくる熱を検出し、熱応答の位相から塗膜厚さを求めます。絶縁コーティングと鋼は熱的特性が大きく異なるため、サブミクロンの層でも十分なコントラストが得られます。本手法は完全非接触かつ非破壊であり、コーティングの色や透明度に依存しません。

05 — 計測性能

事例：銑鋼一貫メーカーの絶縁コーティング

ある銑鋼一貫メーカーから、電磁鋼板ラインで製造されたコーティング済みストリップサンプルが提供されました。サンプルは C3、C5、C6 クラスを複数の付着量でカバーしています。サンプルはラボ用検査ステーションに搭載した Enovasense センサーにより、以下の構成で非接触測定されました。

以下の数値は、本評価で使用した測定構成におけるものです。実際の性能は、選択する光学系、コーティングの配合、および膜厚範囲によって異なります。

正確さ：接触式基準膜厚計との相関

Enovasense の結果を、同じサンプルを接触式の電磁誘導／渦電流式膜厚計で測定した値と比較しました。基準測定の範囲である 2～8 µm において、両手法は R² = 0.96 の線形相関を示し、3 つのコーティングクラスに共通の回帰直線が得られました。

繰返し性

C5 サンプルの同一点で 10 回の連続測定を行いました。平均膜厚は 5.41 µm、標準偏差は 0.09 µm、すなわち相対標準偏差は 1.7% で、付着量仕様の一般的な公差を十分に下回ります。

ワーキングディスタンスに対する許容度

ストリップの平坦度、ばたつき、パスラインの変動により、センサーと表面の距離は変化します。この距離を公称値の前後で変化させてサンプルを測定したところ、±5 mm の範囲内では測定のかたよりは無視できる程度であり、これがこの光学構成の推奨作業許容度です。

06 — 産業への導入

ラボでのマッピングからインライン検査まで

Enovasense は、新しい配合の評価から生産ラインの連続検査まで、鋼材メーカーおよびコイル加工業者をあらゆる段階で支援します。

ライン脇（アットライン）でのラボ検査

コイル端部のサンプルを Enovasense の検査ステーションに設置すると、両面の塗膜厚さが自動でマッピングされます。その結果は重量法による試験を数時間ではなく数分で代替または補完するものであり、クロムフリー配合や新たな付着量を評価する最も迅速な方法です。

インライン測定

ライン上では、Enovasense の測定ヘッドを焼付け炉の後、ストリップの片面または両面に、固定位置またはトラバースフレーム上に設置します。光学系を保護するため、出射窓にエアを吹き付けます。数センチメートルのワーキングディスタンスによりヘッドをストリップから離して設置でき、±5 mm の距離許容度がパスラインの変動を吸収します。結果は Ethernet（TCP/IP）経由でライン制御、L2 または MES システムにリアルタイムで送信され、コイルの記録とロールコーターへのフィードバックに使用されます。

導入ステップ