(57)【要約】    【課題】  再現性、定量性に優れ、微小な硬度の相違が検出可能であって、特に塗膜内部の硬度が測定可能であり、かつ小型化が可能で施工現場において塗膜の硬度を測定することが可能な塗膜硬度測定装置を提供する。    【解決手段】  塗膜に対して押込み自在に支持されたプローブ２と、プローブ２を塗膜に対し制御された力で押込むための、ソレノイド３及び復帰バネ４と、プローブ２の塗膜への押込み時にプローブ２が塗膜から受ける抵抗力を検出するロードセル５と、を有することとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗膜に対して押込み自在に支持されたプローブと、
前記プローブを塗膜に対し制御された力で押込むための、ソレノイド及び復帰バネと、
該プローブの塗膜への押込み時に該プローブが塗膜から受ける抵抗力を検出するロードセルと、
を有することを特徴とする塗膜硬度測定装置。
【請求項２】
前記ソレノイドを動作させる動作スイッチと、
前記ロードセルで検出した抵抗力を表示する表示装置と、
を更に有することを特徴とする請求項１記載の塗膜硬度測定装置。
【請求項３】
塗膜に当接させる当接面を有するフレームと、
前記フレームに固定され前記プローブの押し込み方向に沿って延びるガイド部と、
前記ガイド部に摺動自在に支持された摺動部と、を更に有し、
前記ソレノイドは、ケーシングに可動鉄心が収容され、電流が印加されることによって前記摺動部を前記当接面の側へ移動させるように、前記フレームと前記摺動部との間に配置され、且つ、前記フレーム及び摺動部の何れか一方に前記可動鉄心が連結されるとともに、前記フレーム及び摺動部の他方に前記ケーシングが連結され、
前記復帰バネは、前記フレームと摺動部との間に前記ガイド部に沿って配置され、
前記ロードセルは、前記摺動部に取り付けられ、該ロードセルに前記プローブが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の塗膜硬度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗膜硬度を測定するための塗膜硬度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の硬度を測定することは、材料の性質を確認する上で極めて重要な要素である。しかしながら硬度の定義は必ずしも一義的ではない。そのため材料の硬度を測定する方法は非常に種類が多いが、それらの種類を大別すると次の３種類に整理することができる。
【０００３】
１つ目の測定方法は、押込硬さ試験であり、試料同士を押し付けるか、剛体に近い圧子を試料中に押込む等により、試料の変形に対する抵抗の大きさで硬さを表すものである。この測定方法には更に、一定荷重下の変形の大きさを用いる方法、永久変形の大きさによる方法、或いは、一定の大きさの押込みに要する荷重の大きさで表す方法などがあり、代表的な試験方法としては、ブリネル硬さ、ビッカーズ硬度、ロックウェル硬度などがある。
【０００４】
２つ目の測定方法は、動的硬さ試験であり、試料に対して剛体に近い圧子を衝撃的に押込むときの変形に対する抵抗の大きさ、若しくは圧子の反発により硬さを表す方法であり、代表的な試験方法としてショア硬さが挙げられる。
【０００５】
３つ目の測定方法は、引っかき試験であり、試料相互間で、若しくは試料を剛体針で引っかいたときの傷のつき方で硬さを比較する方法であり、代表的な試験方法として、ビアバム硬さや鉛筆硬度が挙げられる。
【０００６】
材料の硬度を測定する際は、上記測定方法の中から材料の性質、使用目的、用途等に応じた測定方法が適宜選択される。塗膜の硬度を測定する際においても、通常、上記測定方法の中から適宜選択され使用されている。
【０００７】
そして、塗膜硬度の測定方法に使用する装置に関する発明として、例えば特許文献１には、鉛筆硬度を測定する際の塗膜に対する鉛筆の押し付け角度及び押し付け力を一定とすることのできる装置が開示されている。この発明は、ある程度の再現性ある測定ができる点では有用であるが、定量性が得られにくいこと、微小な硬度の相違を検出しにくいこと、及び、塗膜内部の硬度を反映した測定結果が得られにくいことといった問題がある。
【０００８】
また、特許文献２には、弧状の端縁を備えた圧子、該圧子の上記端縁をわずかに傾けて塗膜上に押し付ける負荷機構、上記圧子を上記塗膜に沿って変位させる移動機構及び上記塗膜から上記圧子の端縁が受ける抵抗力の計測機構を有する塗膜硬さ測定装置に関する発明が開示されている。この発明は、鉛筆硬度と比較して定量性のある測定が可能なものの、微小な硬度の相違を検出しにくいこと、塗膜内部の硬度を反映した測定結果が得られにくいこと、及び、湾曲した塗面での測定には適さないといった問題がある。
【０００９】
また、特許文献３には、押圧棒付き携帯型荷重計に関する発明、及びシーリング箇所で硬化したシーラントに前記携帯型荷重計の押圧棒の先端部を所定荷重下で押し付けることによりシーラントの被着体への接着不良個所または硬化不良個所を見出すことを特徴とする施工シーラントの検査方法に関する発明が開示されている。この発明は簡便な測定を可能とするものの、該装置で塗膜の硬度を測定した場合、微小な硬度の相違を検出しにくいこと、塗膜内部の硬度を反映した測定結果が得られにくいことといった問題がある。
【特許文献１】特開平９−３１８５１７号公報
【特許文献２】特開平６−１８６１５２号公報
【特許文献３】特開２００６−９８１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、再現性、定量性に優れ、微小な硬度の相違が検出可能であって、特に塗膜内部の硬度が測定可能であり、かつ小型化が可能で施工現場において塗膜の硬度を測定することが可能な塗膜硬度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る塗膜硬度測定装置は、塗膜に対して押込み自在に支持されたプローブと、前記プローブを塗膜に対し制御された力で押込むための、ソレノイド及び復帰バネと、該プローブの塗膜への押込み時に該プローブが塗膜から受ける抵抗力を検出するロードセルと、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記塗膜測定装置は、前記ソレノイドを動作させる動作スイッチと、前記ロードセルで検出した抵抗力を表示する表示装置と、を更に備えることが好ましい。
【００１３】
さらに、塗膜に当接させる当接面を有するフレームと、前記フレームに固定され前記プローブの押し込み方向に沿って延びるガイド部と、前記ガイド部に摺動自在に支持された摺動部と、を更に有し、前記ソレノイドは、ケーシングに可動鉄心が収容され、電流が印加されることによって前記摺動部を前記当接面の側へ移動させるように、前記フレームと前記摺動部との間に配置され、且つ、前記フレーム及び摺動部の何れか一方に前記可動鉄心が連結されるとともに、前記フレーム及び摺動部の他方に前記ケーシングが連結され、前記復帰バネは、前記フレームと摺動部との間に前記ガイド部に沿って配置され、前記ロードセルは、前記摺動部に取り付けられ、該ロードセルに前記プローブが取り付けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る塗膜硬度測定装置によれば、プローブの塗膜への押込みをソレノイドと復帰バネにより制御し、プローブの塗膜への押込み時に該プローブが塗膜から受ける抵抗力をロードセルによって検出することとしたので、再現性、定量性に優れ、微小な硬度の相違が検出可能となり、しかも、塗膜内部の硬度が測定可能であり、かつ小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る塗膜硬度測定装置の実施形態について、以下に図１〜５を参照して説明する。なお、全図及び全実施形態において、同様の構成部分には同符号を付した。
【００１６】
図１〜３は、塗膜硬度測定装置の第１実施形態を示している。塗膜硬度測定装置１は、塗膜Ｐに対して押込み自在に支持されたプローブ２と、プローブ２を塗膜Ｐに対して制御された力で押込むための、ソレノイド３及び復帰バネ４と、プローブ２の塗膜Ｐへの押込み時にプローブ２が塗膜Ｐから受ける抵抗力を検出するロードセル５と、を有している。
【００１７】
ロードセル５は、力の測定に使用されるセンサであり、ひずみゲージ式、磁歪式、或いは、圧電式などが知られているが、構造の簡単さとコスト等から、ひずみゲージ式のロードセルが好適である。ひずみゲージ式ロードセルは、荷重により生じるひずみを内蔵するひずみゲージで検出し、そのひずみから作用している荷重の大きさを求めるものであり、ひずみゲージによって電気信号を得ることができる。
【００１８】
本発明に用いられロードセル５は、０．０５〜２０Ｎの所要範囲内で微小な力を測定できるものが好適に使用でき、そのようなロードセルとして、例えば、共和電業株式会社から販売されている微少荷重用ロードセルがある。
【００１９】
ロードセル５は、ケース５ａの一側壁から感知ロッド５ｂが突出している。図示例の感知ロッド５ｂは、図２の矢印Ｙ方向が感度方向である。感知ロッド５ｂの先端部には、図示しない取り付け孔が形成されていて、この取り付け孔に、プローブ２が、ナットその他の固定手段によって固定されている。なお、プローブ２は、螺子結合等によって固定することで、押込み深さ調節が可能であることが好ましい。
【００２０】
プローブ２は、その先端を塗膜に押し込んだ時に、該先端が塗膜中に突き刺さるように、その先端部が先細形状を有することができ、摩耗しにくく、且つ、先細になっている先端が折れないような材料、例えばタングステンのような硬い金属材料等によって形成され得る。
【００２１】
ソレノイド３は、電磁力によって可動鉄心３ａが駆動するアクチュエータであり、ケーシング３ｂ内に収められたコイル（図示せず）内に可動鉄心が設置され、電流が印加されると可動鉄心３ａが直進運動するようになっている。ソレノイド３は、プッシュ形、プル形、或いは、プッシュプル形の何れをも採用できるが、図示例ではプル形である。また、図示例のソレノイド３は、復帰バネを内蔵していないタイプのものを採用しているが、復帰バネ内蔵タイプとすることもできる。
【００２２】
ソレノイド３は、ＡＣソレノイド又はＤＣソレノイドの何れも使用できるが、船底塗料の塗膜硬度測定等では、乾電池で駆動可能なＤＣソレノイドの方が、塗膜硬度測定装置を持ち運び易く構成できるため好ましい。
【００２３】
一般に、ＡＣソレノイドは可動鉄心を吸引する力が一定であるが、ＤＣソレノイドは、可動鉄心のストローク位置によって吸引力が変化する。そのため、ＤＣソレノイドを採用する場合、ＤＣソレノイド３のストローク位置による吸引力特性と復帰バネ４の変位量（ストローク位置と関連する）によるバネ力を考慮してこれらを適宜組み合わせることにより、測定する塗膜の硬度とロードセル５の感度に応じて、プローブ２の押込み力が所定の押込み力となるように制御する。なお、復帰バネ４も変位量によってその弾性力は変化するから、ここで言う「所定の押込み力となるように制御する」とは、勿論、可動鉄心のストローク位置に拘わらず一定という意味ではなく、可動鉄心３ａのストロークに応じて所定の押込み力となるように制御することを意味する。なお、ＡＣソレノイドの場合は、可動鉄心のストローク位置に拘わらず一定の吸引力となるから、ＤＣソレノイドの場合に比較して、押込み力を制御しやすい。
【００２４】
塗膜硬度測定装置１は、塗膜Ｐに当接させる当接面６ａを有するフレーム６と、フレーム６に固定されプローブ２の押し込み方向に沿って延びるガイド部７と、ガイド部７に摺動自在に支持された摺動部８と、を備えることができる。
【００２５】
フレーム６は、種々の形態を採用することができ、図示例では、当接面６ａを有する基部プレート６ｂと、基部プレート６ｂに立設された側部６ｃと、側部６ｃから突出するストッパー部６ｄとによって形成されている。ガイド部７は、図示例では、基部プレート６ｂに立設された２本の軸によって形成されている。摺動部８は、図示例では、１対の透孔が形成されたプレートによって構成され、該透孔にガイド部７を構成する２本の軸が挿通され、それによって、基部プレート６ｂと平行を維持した状態で、ガイド部７に案内されて摺動自在とされている。
【００２６】
ロードセル５は、摺動部８を構成するプレートの先端にケース５ａが固定され、片持ち梁的に支持されている。摺動部８を構成するプレートの後端部にソレノイド３の可動鉄心３ａが固定され、ソレノイド３のケーシング３ｂはフレーム６の側部６ｃに固定されている。
【００２７】
ガイド部７を構成する軸には、復帰バネ４を構成するコイルバネが外嵌されている。復帰バネ４は、摺動部８を構成するプレートの後端部がストッパー部６ｄに押圧されるように、圧縮状態でガイド部７に外嵌されている。
【００２８】
塗膜硬度測定装置１は制御装置１０を備え、制御装置１０は、動作スイッチ１１をＯＮすることによりソレノイド３に所定の駆動電流を印加し、プローブ２が塗膜Ｐから受ける抵抗力に応じてロードセル５から出力されるアナログ電気信号を、内蔵するＡ／Ｄコンバータによってディジタルデータ（測定値）として読み取り、ロードセル５が負荷を検出（すなわち、プローブ２が塗膜に接触）してから一定時間後（例えば、０．１、０．５秒後）の測定値を表示部１２に表示する。なお、図中、符号１３，１４は、制御装置１０と、ソレノイド３及びロードセル５とを電気的に接続する配線である。
【００２９】
上記構成を有する塗膜硬度測定装置の第１実施形態を用いて塗膜硬度を測定するには、まず、塗膜上にフレーム６の当接面６ａを当接させる。このとき、プローブ２は、塗膜Ｐから離れた位置にある（図２参照）。
【００３０】
制御装置１０の動作スイッチ１１をＯＮすることにより、ソレノイド３に駆動電流が印加される。ソレノイド３に駆動電流が印加されると、可動鉄心３ａが吸引され、それによって摺動部８が基部プレート６ｂの側へ引かれる。一方、摺動部８には、復帰バネ４を構成する圧縮バネが当接しており、摺動部８が基部プレート６ｂの側へ移動させられるのに応じて、摺動部８が移動させられる側と反対の側に弾性力を及ぼす。こうしてソレノイド３と復帰バネ４とにより、摺動部８を移動させる力を制御することにより、摺動部８に固定されたロードセル５を通じて、プローブ２は、制御された押込み力で塗膜Ｐに押し込まれる（図３参照）。
【００３１】
プローブ２は、塗膜Ｐに押し込まれてその先端部が塗膜Ｐ内に進入すると、塗膜Ｐから抵抗力を受けるため、その抵抗力がロードセル５に検出される。プローブ２は、塗膜Ｐの膜厚等に応じ、例えば、数１００μｍ、塗膜内に押し込まれる。ロードセル５から出力された電気信号は、制御装置１０でＡ／Ｄ変換され、表示部１２に表示される。プローブ２が塗膜に対して押し込まれると、プローブ２に対する塗膜の抵抗力に応じた数値が表示部１２に表示され、従って、プローブ２を塗膜に接触してからプローブ２が停止するまでの間で、プローブ２が塗膜に接触してから所定時間経過後の測定値を表示部１２に表示させることによって、塗膜の硬度を評価することができる。なお、表示部１２の表示値を読み取る回数は、プローブ２が塗膜に接触してから、１回に限らず、所定時間間隔で複数回にわたって表示部１２の表示値を読み取り、径時変化を検知することもできる。
【００３２】
図４は、本発明に係る塗膜硬度測定装置の第２実施形態を示している。なお、図４において制御装置は図示省略している。第２実施形態の塗膜硬度測定装置１２は、フレーム６２が第１実施形態の基部プレート６ｂに相当するプレートのみから構成されており、該構成のフレーム６２に、ソレノイド３２のケーシング３ｂが取り付けられ、摺動部８にソレノイド３２の可動鉄心３ａが連結されている。また、第１実施形態のストッパー部６ｄに代えて、ガイド部７にストッパー部７ａが設けられている。図示例においてストッパー部７ａは、ガイド部７を構成する軸に固定された、鍔状部によって構成されている。ソレノイド３２に駆動電流が流れていない間、摺動部８は、圧縮バネで構成されている復帰バネ４のバネ力によりストッパー部７ａに押し付けられることにより、定位置を保持するようになっている。その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００３３】
図５は、本発明に係る塗膜硬度測定装置の第３実施形態を示している。図５においても制御装置は図示省略している。第３実施形態の塗膜硬度測定装置１３では、フレーム６３が、基部プレート６ｂ、側部６ｃ、及び、基部プレート６ｂと平行に延びる天部プレート６ｅから構成されている。ソレノイド３３は、可動鉄心３ａが天部プレート６ｅに連結され、ケーシング３ｂが摺動部８に連結されている。その他の構成は上記第２実施形態と同様である。
【００３４】
上記の何れの実施形態においても、復帰バネとして圧縮バネを用いた構成を例示したが、引っ張りバネを用いた構成とすることもできる。また、当然ながら、ソレノイド３のケーシング３ｂと可動鉄心３ａとを逆の配置にすることも可能である。ガイド部７は、図示例のような軸に限らず、摺動部８を所定方向に案内できるものであれば、採用可能である。さらに、プローブ２は、図示例のように先端が尖った針状のものに限らず、測定する塗膜の性質等によって、円柱状等の種々の形状のものを使用することができる。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３６】
従来船舶の船底用塗料の塗装では塗り重ね塗装が行われており、塗り重ねる際は一定時間（インターバル）をおいて乾燥させてから次の塗装を行っている。インターバルに十分時間を置かずに塗り重ねると、下層塗膜の乾燥（特に塗膜内部の乾燥）が不十分となり、その結果航行中に塗膜がはがれる（コールドフロー）という不具合を生じる。一方インターバルに時間を掛けすぎると、作業時間が長くなり、不経済となる。従来、インターバルの判断は、作業者が塗膜を手や爪で触り硬さを確認することによりおこなっている。しかしながら、近年、船舶がドック入りするまでの航行期間の長期化（３年→５年）にともない、塗装膜厚が厚膜化しており、インターバルの判断が難しくなってきている。
【００３７】
そこで、本発明の実施装置を使用して、船底用塗料のコールドフローの判定実験を実施した。
【００３８】
本発明の実施装置を使用して塗膜硬度を測定する前に、コールドフロー性を判断する基準となるドラムローター試験を行った。まず、下塗り塗装をした塗板上に、クォンタムプラス（ＮＫＭコーティングス社製、船底用塗料）を乾燥後１０００μｍとなるように塗装して、２０℃×２４時間乾燥の塗膜（ａ）と、５℃×２４時間乾燥の塗膜（ｂ）とを用意し、それぞれの塗板をドラムローター試験に供した。ドラムローター試験は、ドラム缶に塗板を貼り付け、該ドラム缶を海中で一定条件（この実施例では、周速：２０ノット、海水温：２５℃±１℃、試験時間：４時間）の下で回転させて、塗膜の剥がれ度合いを調べることにより、コールドフロー性の可否を判定する試験である。ドラムローター試験の結果、コールドフロー性に関し、塗膜（ａ）はＯＫで、塗膜（ｂ）はＮＧであった。
【００３９】
本発明の実施装置として、図１に示した装置構成を有する塗膜硬度測定装置を製作した。詳細な仕様は以下の通りである。
・ソレノイド：  プル形ソレノイド  型式SS-081-051  （信明電機社製）  ８．０W、ストローク  １ｍｍ
・圧縮バネ（復帰バネ）：  下記表１のバネを長さ２６mm（負荷０時）に切断したものを、ソレノイドＯＦＦ状態で２５mmに微圧縮した状態となるように、ガイド部に装着した。
【００４０】
【表１】
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・プローブ：タングステン製、先端角３０°、直径０．３５mm
・押込み距離：  ０．５mm（塗膜に接触してから停止するまでの距離）
・ロードセル：共和電業社製、微少荷重用ロードセル、型式LVS-1KA
測定する塗膜は、以下の２種類の塗膜（Ａ，Ｂ）を準備した。塗膜を形成するための塗料は、Ａ，Ｂの何れも、上記ドラムローター試験で用いた塗料と同じ、クォンタムプラス（ＮＫＭコーティングス社製、船底用塗料）を使用した。
【００４１】
塗膜の作成条件は、以下の通りである。塗膜Ａは上記ドラムローター試験でコールドフロー性がＯＫと判定された塗膜（ａ）と実質的に同じ乾燥条件であり、塗膜Ｂは、上記ドラムローター試験でコールドフロー性がＮＧと判定された塗膜（ｂ）と実質的に同じ乾燥条件である。
・塗膜Ａ：  鋼板上にドクターブレードにて引き塗りし、２０℃にて２４時間乾燥し、乾燥後の塗膜厚を１０００μｍとした。
・塗膜Ｂ：  鋼板上にドクターブレードにて引き塗りし、５℃にて２４時間乾燥し、乾燥後の塗膜厚を１０００μｍとした。
【００４２】
上記の塗膜硬度測定装置を用いた実験結果を図６及び図７に示す。但し、図６のグラフは、ロードセルからの出力を制御装置の表示部で表示させた数値ではなく、プローブが塗膜に接触した後のロードセルの出力電圧を、オシロスコープに時間経過とともに連続的に表示させた数値がプロットされている。図７のグラフは、プローブの塗膜接触後、０．１秒後、０．３秒後、０．５秒後、１．０秒でのロードセルの出力電圧を、制御装置においてＡ／Ｄ変換（０〜２５５）し、表示部に表示した結果がプロットされている。なお、図７のグラフは、１０回測定した平均値をプロットしたものであり、エラーバーは標準偏差を示す。
【００４３】
図６を参照すると、塗膜Ａ，Ｂともに、プローブ２が塗膜に接触した直後に出力電圧が最大となり、時間経過とともに、出力電圧が減衰していくことが判る。そして、塗膜Ａに比較して塗膜Ｂは、出力電圧が低いことが判る。従って、この出力電圧の相違から、コールドフロー性を判定することができる。
【００４４】
図７を参照すると、図６のグラフと同様に、塗膜Ａ．Ｂともに、時間経過とともにＡ／Ｄ変換値が減少し、塗膜ＡのＡ／Ｄ変換値に比較して塗膜ＢのＡ／Ｄ変換値が小さくなっている。このことから、ソレノイドをＯＮした後の所定時間経過後に表示部に表示される数値により、コールドフロー性を評価、判定できることが判る。
【００４５】
上記の結果から、本発明に係る塗膜硬度測定装置を用いて塗膜硬度を測定することにより、船渠等の現場にいて、簡単に且つ再現性よく塗膜硬度を測定できるので、船底への塗料塗り重ねのためのインターバル時間を適正に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る塗膜硬度測定装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の塗膜硬度測定装置の要部を示す側面図である。
【図３】図１の塗膜硬度測定装置が図２の状態から作動した状態を示す側面図である。
【図４】本発明に係る塗膜硬度測定装置の第２実施形態の要部を示す側面図である。
【図５】本発明に係る塗膜硬度測定装置の第３実施形態の要部を示す側面図である。
【図６】プローブの押込み時間とロードセルの出力電圧との関係を示すグラフである。
【図７】プローブの押込み時間とロードセル出力のＡ／Ｄ変換値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１、１２、１３  塗膜硬度測定装置
２  プローブ
３、３２、３３  ソレノイド
４  復帰バネ
５  ロードセル
６  フレーム
７  ガイド部
８  摺動部
１０  制御装置
１１  動作スイッチ
１２  表示部
【図１】
2008241654.tif 000004
【図２】
2008241654.tif 000005
【図３】
2008241654.tif 000006
【図４】
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【図５】
2008241654.tif 000008
【図６】
2008241654.tif 000009
【図７】
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