ラミネートコーティングの厚さ測定：渦電流式厚さ計の仕組み

エグゼクティブ・サマリー

渦電流式測定器は、以下の対象物の被膜厚さを測定することができます。 積層 手早く作業できますが、あらゆるラミネート作業に自動的に最適なツールとは限りません。主な問題は基材です。多くのモーター、発電機、および トランスラミネーション は磁性電磁鋼板で作られているのに対し、標準的な渦電流式コーティング厚さ測定器は、非磁性の導電性金属上の非導電性コーティングの測定を目的として設計されていることが多い。.

磁性電磁鋼板の場合、磁束は多くの場合、被膜厚さを測定する上でより直接的な原理となります。渦電流法も、特定の測定環境、特に適切なプローブと検証が行われていれば有効である可能性がありますが、これを「プラグアンドプレイ」のように扱ってはなりません。.

実用的な答えは、実に単純です： 基板に応じて測定原理を選択し、実際の積層材料で検証を行い、可能な限り積層前に測定を行い、塗膜厚さと絶縁性能を混同してはならない。.

これは「クリーン版」です。現場版はもっとごちゃごちゃしています。.

積層体において、なぜ膜厚が重要なのか

ラミネートコーティングは薄いものです。場合によっては、わずか数マイクロメートルしかないこともあります。そのため、その薄さを過小評価しがちです。.

このコーティングは、積層された金属板を分離させる役割を果たします。この分離により、積層間の電流経路が低減され、電気絶縁性が確保され、腐食が抑制され、積層構造の形成にも影響を与えます。コーティングが薄すぎると、積層板間で局所的な短絡が発生する可能性があります。一方、厚すぎると、積層高のうち有効な磁性鋼の割合が減少するため、積層係数が低下する恐れがあります。.

また、厄介な中間ケースもあります。コーティングは全体的に見れば問題ないように見えますが、打ち抜き縁、バリ、スリット、あるいは応力集中部の付近では強度が低下しています。故障は往々にしてそこから始まります。平らな試験片の中心部といった、目立つ場所ではなく、たいていは誰も測定しなかった積層部のその部分から始まるのです。.

渦電流式測定器による塗膜厚さの測定方法

渦電流式測定器は、交流電流を流したプローブコイルを使用します。プローブは電磁場を発生させます。プローブが導電性のある母材に近づくと、その電磁場によって金属内に微小な循環電流が誘導されます。.

このコーティングにより、プローブと導電性基板との間の距離が変化します。この距離の変化によって、プローブの信号が変化します。この測定器は、その信号をコーティングの厚さに変換します。.

この説明は、多くの単純なケースに当てはまります。つまり、非磁性の導電性基材の上に非導電性のコーティングが施されている場合です。.

ラミネート加工は、必ずしもそれほど単純なものではありません。.

電磁鋼板は導電性と磁性を併せ持っています。その磁気的特性はプローブの信号に影響を与え、場合によってはその影響が極めて大きくなることもあります。測定器には、コーティングの剥離、基材の透磁率、板厚の影響、表面粗さ、あるいはこれら4つの要因が複合的に作用した結果が表示されることがあります。ディスプレイ上の数値は安定しているように見えても、実際には誤った項目を測定している可能性があります。.

電磁鋼板における渦電流と磁気誘導の比較

多くの膜厚ガイドではこの部分は触れられていないが、重要な点である。.

ラミネート用コーティングの場合、測定原理は「コーティング＋基材」という材料の組み合わせに基づいて選択する必要があります。.

よくある間違いは、「渦電流探傷器でこれを測定できるか？」と尋ねることです。“

より良い質問はこうだ： このゲージは実際にはどの電磁応答を利用しているのでしょうか。また、その応答は、このコーティングを施した電磁鋼板において実証されているのでしょうか。

振幅感応型渦電流測定器は、磁性基板の透磁率の変化の影響を受ける可能性があります。位相感応型やデュアル方式の測定器では、これらの影響の一部を分離できる場合がありますが、それは設計上の測定範囲内に限られます。強磁性積層板上の非磁性コーティングを測定する場合、磁気誘導法を用いることが、多くの場合、より確実な出発点となります。.

とはいえ、理論だけで選ぶのはやめましょう。検証してください。.

積層体における測定上の課題

穴の開いていない平らなクーポンは扱いやすい。穴が開いていてラミネート加工されたものは扱いにくい。仕上げ済みの束はさらに厄介だ。.

ラミネーションには、一度にいくつかの測定上の問題が生じます：

• 薄板の厚さ
• 片面または両面にコーティングが施されている
• 打ち抜きによるバリ
• エッジのひび割れやむき出しの鉄筋
• 湾曲や歪みのある箇所
• 表面粗さ
• インターロック、溶接、接着、または圧着
• スロット間の狭い橋
• 熱処理によって変化したコーティング

スタックの外側に露出している部分の測定値だけでは、内部のシート間で何が起きたのかはわかりません。それは、測定可能な表面についてのみ情報を与えてくれるに過ぎません。役に立つ場合もあるでしょうし、不十分な場合もあります。.

工程管理のためには、ばらばらの積層材、搬入されたコーティング済みストリップ、パンチングされたサンプル、または試験片を測定してください。部品がすでに積み重ねられている場合は、測定値を慎重に扱ってください。積み重ねた状態を透視して測定できるかのように扱ってはいけません。.

ラミネートコーティングの膜厚測定におけるベストプラクティス

1. 目標厚さを定める

片面あたりのめっき厚さが必要ですか？ 積層高に対するめっきの寄与率全体は？ 打ち抜き後の最小局所厚さは？ 入荷シートの平均めっき厚さは？

これらは別々の問題です。「コーティングの厚さを確認する」といった曖昧な仕様では、質の低い検査データしか得られません。作業者は中央部を測定するかもしれません。顧客が重視するのは端部かもしれません。あるいは、積層体の別の箇所で不具合が発生している可能性もあります。.

より適切な指示は、次のようなものです：

“「積層前に、剥がれかけた積層板の被膜厚さを、切断端から少なくとも5 mm離れた指定位置で測定すること（ただし、端部の検査が指定されている場合は除く）。平均値、最小値、最大値、測定範囲、測定原理、校正基準、およびサンプル数を報告すること。」”

派手じゃない。誤解されにくい。.

2. 実際のラミネート基板上でキャリブレーションを行う

校正は、実際の作業にできるだけ近い条件で行う必要があります：

• 同一の電磁鋼板のグレード、または同等の磁気特性
• 同じ板厚の範囲
• 同様の表面仕上げ
• 同じコーティングの系統
• 同じ測定側
• 同じ予想厚さ範囲

薄いコーティングの場合、わずかなずれでも大きな誤差につながります。わずか数マイクロメートルが、そのロットが合格か不合格かを左右することもあります。基板が磁性体であり、許容誤差が厳しい場合、工場での校正だけでは不十分です。.

基準フォイルや既知のサンプルを使用しますが、それらが平らに置かれていることを確認してください。ほこり、油分、しわ、プローブの傾きなどが原因で、一見正常に見えるが実際には誤ったデータが得られることがあります。.

3. 積み重ねる前に寸法を測る

積み重ねると証拠が隠れてしまう。.

積層材が圧縮、噛み合わせ、溶接、接着、またはニス塗りを経ると、被膜の厚さは、機械的接触、空気層、バリとの接触、および組立時の圧力といった要因と混在することになります。測定器では、これらすべてを外部から区別することはできません。.

通常、最も有用な点検項目は以下の通りです：

• 搬入されるコーティング済みストリップまたはシート
• 打ち抜き後の積層の剥離
• 同一コーティングバッチの証跡クーポン
• 熱にさらす前の部品
• 熱にさらされた後の部品について、その工程によってコーティングが変化する可能性がある場合

後日、顧客とのトラブルが発生した場合、保管しておいたサンプルは貴重な証拠となります。それらは、コアの中に埋もれてしまっていない、測定可能な証拠となるからです。.

4. 固定測定マップを使用する

無作為な調査からは、無作為な確信しか得られない。.

地図を作成します。毎回同じ測定点を使用してください。中心部、周辺部、および既知のリスクゾーンを含めてください。エッジの測定が必要な場合は、エッジ付近の測定値の挙動が異なる可能性があるため、通常の表面測定とは分けて行ってください。.

簡単な点検マップには、次のようなものが含まれる場合があります：

• 中心部の3か所の測定値
• 3つの周辺部の測定値
• 高取り扱いゾーン付近の2か所の測定値
• 両面にコーティングが施されている場合は、両面を別々に測定してください
• 検証済みのエッジ測定法を用いた、オプションのエッジゾーン測定値

文脈を無視して、これらすべてをひとまとめにして平均値にしてはいけません。エッジゾーンのデータとオープンサーフェスのデータは、それぞれ異なる疑問に答えるものです。.

5. 平均値だけでなく、変動も報告する

平均厚さでは、問題が見えにくくなることがあります。.

バリの近くにいくつかの薄い箇所があるコーティングでも、平均値としてはまずまずの数値を示すことがあります。リスクの低い箇所でコーティングが厚すぎると、重要な箇所の絶縁性能を向上させることなく、スタックファクターを低下させる恐れがあります。.

少なくとも以下の内容を報告してください：

• 測定回数
• 平均厚さ
• 最小値
• 最大値
• 範囲または標準偏差
• 測定原理
• プローブのタイプまたはサイズ
• 校正方法
• 部分条件
• 測定マップ

エンジニアはまず最小値に注目することが多い。平均値が役に立たないわけではない。ただ、それだけでは不十分なのだ。.

積層板における渦電流測定値のトラブルシューティング

被膜厚さは断熱性能とは異なります

これは決して些細な違いではない。.

被膜は厚く、ひび割れている場合もあります。また、薄く、連続している場合もあります。中央部は問題ないように見えても、スリットの端付近で破損していることもあります。厚さは絶縁挙動を説明する一助にはなりますが、それを証明するものではありません。.

電磁鋼板の積層板については、用途に応じて、厚さ測定と絶縁関連の試験を併せて実施する必要があります。表面絶縁抵抗、積層間抵抗、絶縁破壊挙動、および加工後の検査を行うことで、厚さ測定器では検出できない問題を発見することができます。.

「厚さ」は、ある一つの疑問に答えてくれます： コーティングはどの程度あるように見えますか？

電気試験では、さらに別の質問が投げかけられます： 所定の条件下でも、ラミネート面は依然として絶縁性を維持しているのでしょうか？

どちらの質問も、本格的な品質計画に盛り込むべきものです。.

ラミネート作業に適したゲージの選び方

まずは素材システムから始めましょう。製品名ではありません。ディスプレイの解像度でもありません。.

ゲージを選ぶ前に、以下の質問を自問してみてください：

1. その基板は磁性電磁鋼板ですか？
2. そのコーティングは、非導電性、半導電性、それとも導電性ですか？
3. どの厚さの範囲を測定する必要がありますか？
4. コーティングは片面だけですか、それとも両面ですか？
5. その部品は、プローブが安定して接触できるほど平らですか？
6. スロット、エッジ、バリの付近で測定は必要ですか？
7. 測定は積み重ねの前に行うのか、それとも後に行うのか？
8. このゲージの検証には、どのような参照方法を用いる予定ですか？
9. 検査には、厚さのデータ、断熱性能のデータ、あるいはその両方が必要ですか？

磁性積層板上の非導電性コーティングのほとんどについては、まず磁束を考慮すべきである。渦電流法も有効である可能性はあるが、実際の部品での検証が必要である。コーティングが導電性である場合や形状が複雑な場合は、相関試験を行わずにいずれの方法も有効であると仮定してはならない。.

推奨される点検ワークフロー

生産管理には、以下のワークフローを使用してください：

1. 測定マップを作成する 点、エッジのセットバック、辺、およびサンプル数を定義する。.
2. 実際の校正用試料を準備する コーティングされていない基板と、ラミネート材料と一致する既知の参照サンプルを使用してください。.
3. ゲージの再現性を確認する 量産部品の測定を行う前に、同じ箇所で繰り返し測定を行ってください。.
4. 剥がれのある積層部を測定する アクセス可能な状態がそれしかない場合を除き、スタックの仕上げ面だけに頼らないようにしてください。.
5. 通常のエリアとリスクエリアを区別する エッジ、バリ、およびスロットゾーンのデータは、開放面の測定値とは区別して管理してください。.
6. 最低値とスプレッドを記録する 平均値だけを報告してはいけません。.
7. 結果が重要な場合は、照合を行う その結果が合格・不合格の判定や顧客からのクレームに影響を与える場合は、断面測定、質量に基づく計算、表面絶縁試験、または層間抵抗試験を実施すること。.

よくあるご質問

主なポイント

積層板の被膜厚さの測定は、単にプローブを鋼材に当てて数値を記録するだけのものではありません。.

基板が磁性を帯びている可能性があります。コーティングが非常に薄い可能性があります。エッジが損傷している可能性があります。積層構造によって実際の接触点が隠されている可能性があります。測定器は高精度であっても、その部品には適用できない可能性があります。.

渦電流測定器は、適用可能な箇所で使用してください。材料の組み合わせに応じて、磁気誘導法を使用してください。実際の積層サンプルを用いて測定方法の妥当性を確認してください。エッジ部のデータは別途管理してください。性能が重要な場合は、厚さ測定と絶縁試験を併せて実施してください。.

ラミネート積層体では、通常、大規模な故障が発生する前に何らかの兆候が現れます。コーティングの測定精度を高めることで、部品がまだ測定可能な段階で、そうした兆候を早期に察知することができます。.