(57)【要約】【課題】  金属板上に施される皮膜の種類や状態が変化しても、迅速に且つ精度よく、操業ライン上で付着量を測定できる方法を提供する。【解決手段】  赤外光Ｌ１を、フーリエ変換赤外分光光度計１０の発光部２に接続した第一の光ファイバ２０Ａを介して、金属板３０上に施された皮膜４０に向かわせる。また、皮膜４０からの反射光Ｌ２を、フーリエ変換赤外分光光度計１０の受光部３に接続した第二の光ファイバ２０Ｂを介して、受光部３に向かわせる。得られた赤外吸収スペクトルから指標とする吸収帯を選択し、この吸収帯用の検量線を用いて皮膜４０の付着量を測定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーリエ変換赤外分光光度計を用いて、金属板上に施された皮膜に赤外光を照射し、前記皮膜からの反射光を受光して得られた赤外吸収スペクトルに基づいて、前記皮膜の付着量を測定する方法において、
前記フーリエ変換赤外分光光度計に備えられた発光部および受光部にそれぞれ光ファイバの一端を接続し、両光ファイバの他端を前記皮膜に向けて配置して、赤外光を前記発光部から光ファイバを介して前記皮膜に向かわせるとともに、前記皮膜からの反射光を光ファイバを介して前記受光部に向かわせることを特徴とする皮膜付着量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板上に施された皮膜の付着量を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
めっき鋼板等の金属板上には化成処理皮膜や有機樹脂皮膜等の表面処理皮膜が施されているが、その付着量により、金属板の耐食性、化成処理性、および導電性等の特性が変化する。そこで、金属板の特性を保証するためには、操業ライン上で、金属板上に施された皮膜の付着量を全長に渡って連続的に測定し、その結果に基づいて操業条件を変更することにより、皮膜の付着量を厳密に制御する必要がある。
金属板上に施された皮膜の付着量を操業ライン上で測定する方法としては、蛍光Ｘ線分析法を用いた方法と、赤外分光法を用いた方法が挙げられる。
【０００３】
蛍光Ｘ線分析法を用いた方法では、金属板上に施された皮膜に大気中でＸ線を照射し、皮膜に含有される元素から発生する蛍光Ｘ線（特性Ｘ線）の強度を測定する。そして、予め作成しておいた蛍光Ｘ線の強度と皮膜の付着量との関係を示す検量線を用いて、測定された蛍光Ｘ線の強度から皮膜の付着量を算出する。この蛍光Ｘ線分析法を用いた方法は、クロメート皮膜のように、皮膜中にクロム等の重金属元素を含有する場合には非常に有効に用いられる。しかし、軽金属元素の蛍光Ｘ線は、波長が長く、大気中で吸収されるため、検出感度が低く、重金属元素の含有量が少ない皮膜を蛍光Ｘ線分析法で測定した場合には、分析精度が著しく低い。つまり、蛍光Ｘ線分析法を用いた方法は、皮膜中に重金属元素を含有しない有機樹脂皮膜に適用することは難しい。
【０００４】
有機樹脂皮膜を施した表面処理鋼板としては、ポリエステル，ポリエーテル，ポリビニル，ポリアクリル等の炭素（Ｃ），水素（Ｈ），酸素（Ｏ），窒素（Ｎ）を主成分とする化合物からなる有機樹脂を有する皮膜が施された鋼板が一般的に知られている。また、これらの有機樹脂成分に加えて、リン酸塩，ホウ酸塩，ケイ酸塩等の無機塩を混合した皮膜が施されて、加工性および潤滑性が優れためっき鋼板も知られている。
【０００５】
赤外分光法を用いた方法は、これらの有機樹脂皮膜の付着量測定にも好適に用いることができる。  
赤外分光法を用いた方法では、金属板上に施された皮膜に赤外光を照射し、皮膜からの反射光を受光して、皮膜を構成する有機化合物が有する結合および官能基の特性吸収帯の吸光度を測定する。そして、予め作成しておいた前記吸光度と皮膜の付着量との関係を示す検量線を用いて、測定された吸光度から皮膜の付着量を算出する。
【０００６】
特許文献１では、測定の迅速化を図るために、予め測定する皮膜の特性吸収帯のうちの指標とする吸収帯の波長（以下、「吸収ピーク波長」と記す。）を把握しておき、この吸収ピーク波長の赤外光のみを検出可能とする干渉フィルタを用いて、吸収ピーク波長の赤外吸光度から付着量の算出を行う方法が挙げられている。また、測定の精度を向上させるために、干渉フィルタで検出可能とする波長を、皮膜中の水分や測定雰囲気中の浮遊有機物等の吸収波長に干渉しないように設定している。
【０００７】
ところで、赤外分光光度計には、分散型赤外分光光度計（ＩＲ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）と、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）がある。このＦＴ−ＩＲは、赤外光を干渉光とした後に試料に照射し、試料からの反射光の干渉波形（インターフェログラム）を検出してフーリエ変換することにより、分光した各波長毎の赤外吸光度を示す赤外吸収スペクトルが一度に得られる構成となっている。
【特許文献１】特開２００３−２７９４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、表面処理金属板の多様化に伴い、金属板上に施す皮膜の種類や組成が多種多様化している。ここで、皮膜の種類や組成が変わると、赤外光の吸収波長も変化する。このため、上述した特許文献１に記載の装置では、皮膜の種類や組成に応じて干渉フィルタの設定を変える必要がある。
また、皮膜形成用塗料の種類としては、硬化剤により硬化させるタイプのものや、架橋剤により架橋させるタイプのものがあるが、その場合、得られた皮膜の硬化度や架橋度は、皮膜形成用塗料の初期濃度や、皮膜焼付け時の炉温、炉内の湿度、冷却工程の温度サイクル等により変化する。つまり、種類および組成が同じになるように形成された皮膜であっても、異なる状態に形成された結果、赤外光の吸収波長が異なる場合がある。このような場合に、上述した特許文献１に記載の装置では容易に対応できない。
【０００９】
例えば、図６（ａ），（ｂ）は、亜鉛めっき鋼板上に施された同一種類の表面処理皮膜Ｃ，Ｄの赤外吸収スペクトルを示す図である。表面処理皮膜Ｃでは、図６（ａ）に示すように、有機樹脂のＣ＝Ｏ結合由来の１７２０ｃｍ-1を中心とする吸収帯と、Ｃ−Ｈ結合由来の２９２０ｃｍ-1を中心とする吸収帯が見られるが、表面処理皮膜Ｄでは、図６（ｂ）に示すように、２９２０ｃｍ-1を中心とする吸収帯が見られなかった。
【００１０】
一方、ＦＴ−ＩＲを用いた分析方法では、全波長の赤外吸光度を精度よく測定するために、ＦＴ−ＩＲの発光部から試料に赤外光を照射し、試料からの反射光を減衰させずに受光部に向かわせる必要がある。よって、ＦＴ−ＩＲを用いる分析方法では、通常、試料室内に試料を収容して測定している。そのため、金属板上の皮膜を操業ライン上で測定する際に、ＦＴ−ＩＲを用いた分析方法を適用することは難しい。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、金属板上に施される皮膜の種類や状態が変化しても、迅速に且つ精度よく、操業ライン上で付着量を測定できる方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するために、本発明は、フーリエ変換赤外分光光度計を用いて、金属板上に施された皮膜に赤外光を照射し、前記皮膜からの反射光を受光して得られた赤外吸収スペクトルに基づいて、前記皮膜の付着量を測定する方法において、前記フーリエ変換赤外分光光度計に備えられた発光部および受光部にそれぞれ光ファイバの一端を接続し、両光ファイバの他端を前記皮膜に向けて配置して、赤外光を前記発光部から光ファイバを介して前記皮膜に向かわせるとともに、前記皮膜からの反射光を光ファイバを介して前記受光部に向かわせることを特徴とする皮膜付着量測定方法を提供する。
【００１２】
この方法により、全波長（波数）の赤外吸収スペクトルが精度よく得られる。得られた赤外吸収スペクトルは、皮膜の種類や状態が異なれば、異なる赤外吸収スペクトルとなっている。そのため、赤外吸収スペクトルから皮膜の種類や状態に応じて指標とする吸収帯を選択し、この吸収帯用の検量線を用いることで、皮膜の付着量が精度よく測定できる。  なお、本発明の方法で測定できる皮膜の種類としては、ポリエステル，ポリエーテル，ポリビニル，ポリアクリル，塩化ビニル，ホウ酸塩，ケイ酸塩，リン酸塩またはこれらの複合皮膜等が挙げられる。
また、本発明の方法に適用できる光ファイバの種類としては、カルコゲナイドファイバや多結晶ファイバ等が挙げられる。
さらに、本発明において、両光ファイバの端面と皮膜の上面との距離は、光ファイバと皮膜とが接触しない範囲で出来る限り小さくすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フーリエ変換赤外分光光度計と皮膜との間の光のやりとりを光ファイバを用いて行うことにより、両者の間での光の減衰がほとんど生じないため、フーリエ変換赤外分光光度計を用いた皮膜の付着量測定を操業ライン上で行うことが可能となる。よって、全波長（波数）の赤外吸収スペクトルを迅速に且つ精度よく得ることができるため、皮膜の種類や状態が変化しても、迅速に且つ精度よく皮膜の付着量を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の皮膜付着量測定方法の一例を示す模式図である。
本実施形態では、表面に皮膜が施された金属板を搬送中に、その皮膜の付着量をこのライン上で測定する場合について説明する。
本実施形態の皮膜付着量測定方法では、図１に示すように、フーリエ変換赤外分光光度計１０に、アートフォトニクス社製の２本の多結晶ファイバ（ＰＩＲ）からなる光搬送用プローブ２０が接続された測定装置を用いて行う。
【００１５】
フーリエ変換赤外分光光度計１０は、赤外光源１と、赤外光源１から出された赤外光を干渉光に変換した後に外部へ導出する発光部２と、入力光を受光してその干渉波形（インターフェログラム）を検出する受光部３と、受光部３で得られたインターフェログラムをフーリエ変換して赤外吸収スペクトルを作成するデータ処理装置４と、を備えている。また、このデータ処理装置４は、作成された赤外吸収スペクトルに基づいて、付着量を算出する機能も備えている。
【００１６】
光搬送用プローブ２０は、第一の光ファイバ２０Ａと、第二の光ファイバ２０Ｂとからなり、一端が束ねられている。この光ファイバ搬送用プローブ２０の分離されている側の各端部２１，２２は、発光部２の赤外光出射口２Ａと受光部３の光入射口３Ａにそれぞれ接続されている。
このフーリエ変換赤外分光光度計１０を、搬送される金属板３０の上方に設置し、光搬送用プローブ２０の束ねられた側の端面２３を、皮膜４０の上面との間に所定の距離（例えば、１ｍｍ）Ｄを空けて設置して、皮膜の付着量を測定する。このとき、光搬送用プローブ２０の束ねられた側の端面２３は、常に皮膜４０の上面と平行に且つ所定の距離Ｄを空けて設置されるように、図示しない支持部材によって支持されている。なお、図１において、金属板３０の搬送方向は、紙面に対して垂直方向である。
【００１７】
このフーリエ変換赤外分光光度計１０を作動させることにより、まず、干渉光となって発光部２から導出された赤外光Ｌ１が、第一の光ファイバ２０Ａを介して、ベルトコンベアで搬送中の金属板３０上に施された皮膜４０の上面に照射される。次に、皮膜４０からの反射光Ｌ２が、第二の光ファイバ２０Ｂを介して、受光部３により受光される。次に、受光部３で、反射光Ｌ２のインターフェログラムが得られる。次に、データ処理装置４で、受光部３で得られたインターフェログラムがフーリエ変換されて、赤外吸収スペクトルが得られる。
【００１８】
ここで、この装置を用いて、予め皮膜４０が施されていない金属板３０のＦＴ−ＩＲ測定を行い、得られたリファレンススペクトル（参照スペクトル）をデータ処理装置４に記憶しておく。そして、データ処理装置４では、試料である皮膜４０について得られた赤外吸収スペクトルから、リファレンススペクトル分をバックグラウンドとして引いたスペクトルが、皮膜４０に基づく赤外吸収スペクトルとして表示される。
【００１９】
また、予め皮膜４０の付着量が既知の標準試料を用いて検量線の作成を行い、得られた検量線をデータ処理装置４に記憶しておく。そして、データ処理装置４では、皮膜４０の種類や状態に応じて、得られた赤外吸収スペクトルから指標とする吸収ピーク波数が選択され、この吸収ピーク波数用の検量線を用いることで、皮膜４０の付着量が算出される。  上記実施形態に示す装置を用いて、亜鉛めっき鋼板（金属板）上に施された種類および組成が異なる表面処理皮膜Ａ，Ｂの赤外吸収スペクトルを測定した。図２は、表面処理皮膜Ａの赤外吸収スペクトルを示す図であり、図３は、表面処理皮膜Ｂの赤外吸収スペクトルを示す図である。
【００２０】
表面処理皮膜Ａでは、図２に示すように、有機樹脂のＣ−Ｈ結合に由来する２９２０ｃｍ-1および２８５０ｃｍ-1を中心とした幅の狭い２本の吸収帯が見られた。また、表面処理皮膜Ｂでは、図３に示すように、無機塩のＰ−Ｏ結合に由来する１１３０ｃｍ-1を中心とするやや幅広の吸収帯が見られた。
次に、各鋼板に付着量の異なる表面処理皮膜Ａ，Ｂをそれぞれ形成し、各鋼板の皮膜を溶媒に溶解させて分析することで付着量を測定した。そして、各鋼板に形成した表面処理皮膜Ａ，Ｂの赤外吸収スペクトルを前記測定装置でそれぞれ測定して、表面処理皮膜Ａでは吸収ピーク波数２９２０ｃｍ-1の赤外吸光度を、表面処理皮膜Ｂでは１１３０ｃｍ-1の赤外吸光度を調べた。これらのデータから検量線（図４および図５）をそれぞれ作成した。
【００２１】
図４に示すように、表面処理皮膜Ａでは、吸収ピーク波数２９２０ｃｍ-1での赤外吸光度と化学分析による付着量との間に良好な相関が見られた。よって、表面処理皮膜Ａでは、吸収ピーク波数２９２０ｃｍ-1の赤外吸光度を選択することで、付着量を精度よく測定できることが分かる。
また、図５に示すように、表面処理皮膜Ｂでは、吸収ピーク波数１１３０ｃｍ-1での赤外吸光度と化学分析による付着量との間に良好な相関が見られた。よって、表面処理皮膜Ｂでは、吸収ピーク波数１１３０ｃｍ-1の赤外吸光度を選択することで、付着量を精度よく測定できることが分かる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態の皮膜付着量測定方法では、皮膜の種類や状態が変化しても、得られた赤外吸収スペクトルから指標とする吸収ピーク波数をそれぞれ選択することにより、その付着量を精度よく測定できる。
なお、本実施形態では、第一の光ファイバ２０Ａと第二の光ファイバ２０Ｂを一端で束ねた光搬送用プローブ２０を用いたが、束ねないものを用いてもよい。ただし、光ファイバを束ねて用いた方が、皮膜の略同じ位置で安定的に光のやりとりがし易い。また、発光部用と受光部用の光ファイバとして、それぞれ２本以上束ねてた光ファイバを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の皮膜付着量測定方法の一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態の皮膜付着量測定方法で測定した表面処理皮膜Ａの赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図３】本実施形態の皮膜付着量測定方法で測定した表面処理皮膜Ｂの赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図４】本実施形態の皮膜付着量測定方法で測定した表面処理皮膜Ａの赤外吸光度と、化学分析により測定した表面処理皮膜Ａの付着量との関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態の皮膜付着量測定方法で測定した表面処理皮膜Ｂの赤外吸光度と、化学分析により測定した表面処理皮膜Ｂの付着量との関係を示すグラフである。
【図６】種類が同じでも皮膜の状態に応じて得られる赤外吸収スペクトルが異なることを示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１              赤外光源
２              発光部
３              受光部
４              データ処理装置
１０            フーリエ変換赤外分光光度計
２０            光搬送用プローブ
２０Ａ，２０Ｂ  光ファイバ      
３０            金属板
４０            皮膜
Ｌ１            赤外光
Ｌ２            反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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