電磁鋼板および積層スタックのトレーサビリティ：ヒート番号＋DPMマーキングのワークフロー

A 積層スタック その製品の価値は、それ自体について語れるストーリーの質に左右される。鋼材はどこから調達されたのか？　どの溶解ロットか？　どのコイルで、いつスリット加工され、どのプレス機でプレス加工されたのか？　2年後に現場でモーターが故障したとき、誰かがこうした質問を投げかけることになるだろう。 もしそれらに答えられなければ、その故障は単なる技術的な問題ではなく、法的責任の問題へと発展してしまう。.

トレーサビリティが存在する理由は、まさにそこにあるのです。単なる事務処理のためではありません。電気鋼板のコイルという原材料から、溶接または接着された完成品のコアに至るまで、一貫した追跡可能な流れを確保するためです。そして、その流れの中で最も重要な役割を果たす2つの要素は、 ヒート番号 そして 機械可読コード 身体的な部分に愛着を抱くのです。.

これらがどのように連携し、どこで問題が生じるのか、そして実際の現場で機能するように構築されたワークフローがどのようなものになるのか、順を追って説明していきます。.

なぜ「ヒート・ナンバー」が基準となるのか

まずは鋼から始めましょう。電磁鋼板はコイルの状態で納入されますが、どのコイルも製鉄所での単一の溶解に由来しています。その溶解には「ヒート番号」が割り当てられています。.

「ヒート番号」とは、1回の溶解から得られた鋼のバッチを識別する番号です。そのヒートから生産されたすべての鋼製品は、そのヒート番号まで遡って追跡可能でなければなりません。 ヒート番号は製鉄所で材料に刻印、ステンシル、マーキング、またはタグ付けされ、そのヒートに関する製鉄所試験証明書にも同じ番号が記載されます。その証明書こそが真の価値を持つものであり、証明書に記載された化学分析結果、機械的特性、およびグレードの検証結果は、そのヒートから生産されたすべての材料に適用されます。.

積層スタックの場合、これは他の多くの部品よりも重要になります。磁気特性、コーティングの化学組成、最終的に得られる積層率――これらすべては、鋼種とその加工プロセスに由来するものです。 あるロットのコアが使用中に過熱する場合、その熱番号を基に製鋼所の証明書を取り寄せ、ケイ素含有量を確認し、原因が鋼材そのものにあるのか、それとも下流工程にあるのかを特定することができます。.

この証明書にも正式な文法規定があります。 EN 10204規格では、4種類の証明書が定義されています。2.1（適合宣言書）、2.2（非特定の結果を含む試験報告書）、3.1（特定の試験結果を含む検査証明書）、および3.2（第三者による検証を含む検査証明書）です。 最も重要な業務においては、3.1証明書には、供給される特定の材料ロットまたはバッチからの実際の試験結果が記載され、製造業者の認定検査担当者によって検証および署名されており、その試験データは納入される材料の特定のロット番号まで遡及可能です。.

この形式が抽象的なものだと感じられないよう、解読例を挙げておきます。「2412-EF2-0847-SA516」のような溶解番号は、2024年12月、電気炉2号、847回目の溶解、その鋼種であることを示している可能性があります。 製鉄所によって表記方法は異なりますが、その構成の論理は似ています。つまり、日付、炉番号、製造順序、鋼種という順序です。.

熱番号のトレーサビリティが途切れる箇所

これは華やかさのない部分ですが、多くのシステムがここでひっそりと失敗してしまうのです。設計上の問題ではなく、引き継ぎの段階でです。.

付箋によるミスもあります。誰かが束に貼った付箋に熱処理番号を書き込んだものの、その付箋が剥がれてしまい、どの証明書がどの束に対応しているのか誰も思い出せなくなってしまうのです。 タイプミスの問題もあります。「H4827B」といったヒート番号が「H4872B」と入力されてしまい、システム上の情報が一致せず、証明書が見つからず、その材料は事実上追跡不能になってしまいます。 そして、倉庫担当者を悩ませているのが「切り落とし孤児」の問題です。注文に応じて在庫を裁断した際、残材がヒート番号を記録せずに棚に戻され、次に誰かがそれを取り出したとき、それが何なのか誰も分からなくなってしまうのです。.

これらの一つひとつは、それ自体では大した問題ではありません。しかし、個別にみると些細なことのように思えるこれらの問題が、数千の在庫品目と月数百件の出荷に及ぶと、深刻なコンプライアンス上のリスクとなります。.

解決策は、疲れ切った人々にさらなる規律を求めることではありません。人間が何かを打ち直すという工程そのものを排除することです。実用的なERPの要件としては、証明書は在庫管理の基盤となる同じ熱記録から生成されるべきであり、別の文書システムに再入力されるべきではありません。再入力の段階で不一致が生じるのです。 現場でも同じ考え方が当てはまります。入力するのではなく、スキャンしましょう。.

自動車用およびEV用モーターコアに関する注記

もし貴社のスタックが自動車用トラクションモーターに組み込まれることになれば、熱管理の数値は単なるベストプラクティスにとどまらず、監査要件となります。 IATF 16949を基盤とする自動車品質システムでは、ロットレベルの双方向のトレーサビリティが求められます。つまり、コイルからそこから製造されたすべてのコアへ遡る方向と、疑わしいコアからそのコイル、製造ロット、および製造工程の記録へと遡る方向の両方です。重要なのは、影響の封じ込めです。 欠陥が表面化した際、どのコアが影響を受けたかを証明できないという理由で半年間の生産分をリコールするのではなく、問題のヒートおよびプレス工程に限定して影響範囲を封じ込めることが求められます。EN 10204 3.1 証明書はこの要件を満たすものです。これはトレーサビリティチェーンを支える文書上の基盤であり、その代替となるものではありません。.

バーコード、QRコード、データマトリックスの比較：シンボルの選び方

あるコードにトレーサビリティのリンクを付与すると決めたら、その種類を選定する必要があります。これらは互換性がないにもかかわらず、関連するマーケティングではその違いが曖昧にされがちです。.

要約すると、1次元バーコードはシンプルで安価ですが、保存できるデータ量はごくわずかです。 従来の1次元バーコードは、1本の水平線にデータを格納するため、容量は約20文字に制限されます。一方、QRコードは2次元でデータを格納し、最大4,296文字まで保存可能です。また、QRコードには誤り訂正機能も備わっており、どの角度からでもスキャンできます。 データマトリックスコードは、小型の金属部品において主力として活用されており、小型の電子部品や自動車部品への刻印によく使用されます。.

具体的には、ラミネートスタックに関するトレードオフについて、私は次のように整理します：

スキャンする場所に関する実用的な注意点です。部品の場合、より多くのデータが必要だったり、スマートフォンでのスキャンが必要な場合はQRコードが推奨されますが、自動化された環境において単純な数字のシリアル番号であれば、1次元バーコードで十分な場合もあります。 多くの工場では、結局のところ両方の方法を併用することになりますが、それは問題ありません。部品には直接印字された短い識別子を、梱包や搬送ラベルにはより多くの情報を含むQRコードを記載するといった具合です。.

見落とされがちな重要な違いが一つあります。その部分のコードは通常、 違う すべてのデータを格納します。このマークには、データベースを指し示すキー（シリアルIDまたはロットID）が含まれており、そのデータベースには、ヒート番号、製鋼所証明書、プレス、コイル、および検査結果がすべて格納されています。これにより、物理的なマークのサイズを小さく抑えつつ、記録を時間の経過とともに拡張することが可能になります。.

加工工程を経ても残るマーキング — コアを傷つけることなく

ラミネート積層体は加熱処理を経ます。これは必須の工程です。接着された積層体は焼成されます。積層体の高さは通常、焼成（すなわち、ホットメルト接着ワニスの焼成温度を超える温度までラミネート積層体を加熱すること）後に決定されます。焼鈍およびコーティングされた積層体には、さらに多くの工程が施されます。 したがって、印はオーブン処理に耐えうるものでなければなりません。.

高温になるものには、まず粘着ラベルが思い浮かびますが、これは往々にして誤った選択です。従来の樹脂製や金属製のラベルでさえ、熱にさらされると変色、剥がれ、あるいは印刷された文字やバーコードが消えてしまうことがよくあります。 熱処理を伴う工程でラベルを貼付する必要がある場合は、専用の耐熱タグが利用可能です。これらは金属やセラミック製のプレートで作られ、耐熱インクでコードが印刷され、オプションでオーバーコートが施されています。約800°Cから1200°Cの温度に耐えることができ、摩擦や化学物質に対しても耐性を発揮します。.

決して消えないマーキングを求めるなら、ダイレクトパーツマーキングが最適です。レーザーマーキングは、集束させたレーザービームで材料の表面を加工し、スキャン可能な永久的な2次元バーコードを作成する高精度なプロセスであり、インクジェットやラベルとは異なり、製品のライフサイクルを通じてデータが読み取り可能な状態を維持します。.

しかし、こここそが、マーキングの専門家と、ラミネーションを実際に理解している人との違いを分ける部分であり、ほとんどのガイドが完全に省略してしまう制約でもあります。.

断熱コーティングは、好き勝手に燃やしていいような表面ではありません

電磁鋼板は素地そのものではありません。各鋼板には絶縁層が施されており、それは無機または有機・無機混合のコーティング（よく知られているC-5/C-6系）か、あるいは積層品の場合は自己接着性のバックラック層です。このコーティングは、隣接する積層板同士を電気的に分離するために存在します。 この絶縁こそが、積層コアが渦電流を抑制する仕組みそのものです。シート間のコーティングを破壊すると、積層間短絡が発生します。本来は遮断されるはずだった電流が循環し、渦電流損失が増加し、レーザーで溶接して閉じた箇所に、コアに局所的な高温箇所が生じることになります。.

したがって、ラミネートにダイレクトマーキングを行う場合、実際には2つの制限があり、それらはそれぞれ異なる破壊モードに対応しています：

• 機械的な深さ。. 積層板は薄いため、マーキングによって部品の構造的強度が損なわれてはなりません。一般的な慣行として、変形や過度な強度低下を防ぐために表面の厚さを考慮する必要があり、ほとんどの用途において、マーキングの深さは部品の厚さの1/10を超えてはなりません。 0.20～0.35 mmのラミネーションの場合、それ自体が極めてわずかな許容範囲となります。.
• 断熱性能の健全性。. これは、深度ルールだけでは防げないケースです。 たとえ浅く、機械的に無害なマークであっても、コーティングを蒸発させたり炭化させたりして、局所的にシート同士を接合させてしまう可能性があります。そのため、積層材の場合、彫刻や深めのドットピーン加工ではなく、表面焼鈍（ヒートマーク／変色）レーザーを選ぶのが賢明です。 アニールマーキングは、金属に溝を掘ることなく、制御された酸化によって表面の色を変化させるため、材料除去型のマーキングに比べて、コーティング層や層間抵抗をはるかに良好な状態で維持することができます。.

実用上の注意点：電磁的に問題が生じる箇所にはマーキングを行わないこと。 磁束が流れているシートの表面に傷をつけるよりは、積層体をアセンブリとして、あるいは非活性エッジとしてマーキングする方が望ましい。また、プログラムでシートごとのマーキングが要求される場合は、層間抵抗やコア損失を、単にコードがスキャンできたからという仮定ではなく、実際にサンプルを測定して得られた受入基準として扱うこと。.

すべてのシートではなく、ロットに印を付けてください

通常、すべてのシートにマークを付けることはできませんし、その必要もありません。 入荷時にコイル／ロットにマーキングを行い、その情報をプレス加工および積層の記録にデジタルで引き継ぎ、完成した積層体にロットに紐づくシリアル番号を付与します。この単一の決定により、深さおよびコーティングに関する問題の大部分を回避できます。なぜなら、物理的なマーキングは、フラックスが付着した何百もの表面ではなく、組み立てられたコアに施されるからです。.

コードは検証されるまでは実在しない

作業台の上で、十分な照明の下で一度スキャンしただけでは、ほとんど何も証明されません。標準的なスキャンは、その特定のスキャナーがその瞬間にデータを読み取れるかどうかを確認するに過ぎません。スマートフォンによるスキャンは有用な機能チェックではありますが、適合証明書ではありません。また、シンボルの総合評価は平均値ではなく、最も低いパラメータの評価によって決定されます。.

そのため、検証はスキャンとは別の工程となります。 バーコードの検証は、規制の厳しい業界で採用されるより厳格なプロセスです。検証担当者は、制御された照明と精密光学系を用いて、ISO/IEC 15415やAIM DPMなどの国際規格に照らしてコードを評価し、製品のライフサイクルを通じてあらゆるスキャナーでコードが読み取れることを保証します。 特にダイレクトパーツマーク（DPM）の場合、一般的な2D規格では不十分です。DPMについては、ISO/IEC 15415と組み合わせてISO/IEC 29158を使用することで、スキャン性能との相関性を高めることができます。.

金属部品に関して、多くの人がつまずきがちな2つのポイント：

静寂ゾーン。. コード周囲の空白部分は、装飾ではなく、機能的な役割を果たしています。クワイエットゾーンとは、コードを完全に囲む、他のあらゆるマークがない空白領域のことです。連続したファインダーパターンでマークされたデータマトリックスの場合、クワイエットゾーンの幅は、少なくとも1データセル分の幅を確保する必要があります。 点刻またはペニング加工によるマークには、より広いスペースが必要です。一連の点として配置されたコードの場合、クワイエットゾーンの幅は少なくとも4データセル分確保する必要があります。.

ファインダー・パターン。. データマトリックスでは、ファインダーパターンは「L」パターンと呼ばれる2本の直交する線で構成されており、これは読み取りアルゴリズムがコードの位置を特定するために使用する重要な特徴です。オーブン内でL側のパターンが劣化すると、データ領域に問題がないように見えても、コード全体が読み取れなくなる可能性があります。.

バッチ処理を実行する前（実行後ではなく）に、合格基準を設定してください。必要な基準、照明の配置、等級、および報告範囲については、すべて事前に合意しておく必要があります。.

ワークフローの構築

以下は、ヒート番号とコードを1つの連鎖に結びつけ、一度も再入力することなく処理できるワークフローです：

1. コイルの搬入。. 入荷時に、ロット番号とEN 10204 3.1証明書をデジタルで記録してください。検収前には、必ず実物の製品に記載されたロット番号と証明書の番号を照合してください。この作業には5分程度しかかかりませんが、1つの番号の不一致が原因で監査の際に出荷分全体が不合格となる事態を防ぐことができます。そのロット番号に紐づく社内ロットIDを割り当ててください。.
2. スタンピング。. プレス加工の工程ではロットIDが参照されます。プレス加工された積層材はすべて、電子的にそのロット情報を引き継ぐため、シートごとのマーキングは不要です。.
3. 積み重ねと接合。. ラミネートがスタックになった場合は、ロットID（ひいてはヒート番号）に紐づくシリアル番号をそのスタック用に生成してください。表面アニール用レーザーを用いて、薄い部分の深さ制限とコーティングの両方を考慮したサイズで、データマトリックスとして刻印してください。.
4. 熱処理工程。. マーキングは、焼成や焼鈍の工程を経ても残っていなければならない。直接焼鈍レーザーマーキングであればこれが可能だが、ラベルでは通常、そうはいかない。.
5. 確認してください。. 最後の熱処理工程の後、サンプル（重要部品の場合はすべての部品）について、合意されたISO/IEC 15415 + 29158の等級に適合していることを確認してください。安全上重要なコアや自動車用コアについては、サンプルを用いて層間抵抗およびコア損失も確認してください。これら両方の結果をシリアル番号と併せて記録してください。.
6. デジタル記録。. シリアル番号が鍵となります。その背後には、ヒート番号、製鋼所証明書、コイル、プレス、積層高さ、検証等級、検査結果などが含まれています。完成した積層をスキャンすれば、一連の工程全体を把握することができます。.

要するに、トレーサビリティは、誰かが管理しなければならないフォルダというものではなく、業務を行う過程で自然と生まれる副産物となるのです。データは一方向に流れ、引き継ぎのたびに記録され、誰かが書き留めるのを忘れないかどうかに依存することはありません。.

よくあるご質問

ラミネート加工したものを一つひとつマークしなければならないのでしょうか？ 通常はそうではありませんし、多くの場合そうすべきではありません。入荷したコイル／ロットにマーキングを行い、その情報をプレス加工工程を通じてデジタルで引き継ぎ、完成したスタックに物理的なシリアル番号を付与してください。シートごとにマーキングを行うと、薄い鋼板では深さ制限を超えてしまうリスクがあり、さらに重要な点として、フラックスが塗布された面の層間コーティングを損傷するリスクがあります。.

レーザーマーキングを行うと、コア損失は増加しますか？ 不適切な加工方法を採用した場合、その可能性はあります。彫刻や深めのドットピーニング加工を行うと、絶縁被膜に損傷を与え、隣接するシート間で短絡を引き起こす恐れがあり、その結果、渦電流損失が増加し、ホットスポットが発生する可能性があります。 制御された酸化によって色が変わる表面焼鈍用レーザーを、組み立てられた積層体または非活性エッジに照射することで、層間抵抗をほぼ維持することができます。推測するのではなく、サンプルで検証してください。.

QRコードとデータマトリックスのどちらを使うべきでしょうか？ 金属に直接印字する小さなマークの場合、データマトリックスは、その情報密度とファインダーパターンの堅牢性から、一般的に適しています。スマートフォンでのスキャンや、パッケージや旅行用バッグなどに大きなデータ量を記載したい場合は、QRコードを使用してください。1次元バーコードは、自動化された生産ライン環境における単純なシリアル番号の印字に限定して使用してください。.

このコードは、アニール処理やバックラックベーキングに耐えられるでしょうか？ 直接アニールによるレーザーマーキングは、表面に層を形成するのではなく、表面そのものを恒久的に変化させるため、耐久性に優れています。一般的な粘着ラベルや印刷ラベルは、熱によって変色したり剥がれたりしやすい傾向があります。高温工程を経る必要がある場合は、専用のセラミック製または金属製の耐熱タグを使用してください。.

鉄鋼サプライヤーには、どのような種類の証明書を要求すべきでしょうか？ ほとんどのモーターおよび発電機の作業において、EN 10204 タイプ3.1の証明書が作業の基準となります。これは、納入された材料の特定の熱番号と紐付けられた実際の試験結果です。 タイプ3.2は、顧客や規制により要求される場合に、独立した第三者による副署が追加されます。これは、自動車業界やその他の高信頼性が求められるプログラムにおいて一般的です。.

スキャンが正常に完了したということは、私のコードが優れていることの十分な証拠ではないのでしょうか？ いいえ。スキャン結果は、ある読取装置が特定の条件下で一度だけそれを読み取ったことを示すに過ぎません。ISO/IEC 15415（ダイレクトパーツマークの場合は29158を含む）に基づいて評価された検証装置を使用し、生産開始前に合格基準を設定してください。.