(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度場が与えられた被検査物の熱画像を赤外線カメラで取得する赤外線サーモグラフィを利用した欠陥検査において前記被検査物に塗布され、顔料、溶媒および分散剤を含有する塗料であって、
前記分散剤として粉末粒径が１μｍ以下の有機ベントナイトを含有し、前記顔料が３重量％〜２０重量％、前記有機ベントナイトが１重量％〜５重量％、前記溶媒が７０重量％〜９５重量％含有されることを特徴とする赤外線サーモグラフィによる欠陥検査に用いられる塗料。
【請求項２】
前記顔料の粉末粒径が０．０１μｍ以下である請求項１記載の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査に用いられる塗料。
【請求項３】
前記有機ベントナイトが、１重量％〜５重量％含有される請求項１又は２記載の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査に用いられる塗料。
【請求項４】
前記顔料が、カーボンブラックである請求項１〜３の何れかに記載の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査に用いられる塗料。
【請求項５】
温度場が与えられた被検査物の熱画像を赤外線カメラで取得する赤外線サーモグラフィを用いた欠陥検査方法において、
前記被検査物の表面に、３重量％〜２０重量％の炭素系黒色顔料と１重量％〜５重量％の粉末粒径が１μｍ以下の有機ベントナイトと７０重量％〜９５重量％の溶媒とを含有する塗料を塗布し、この塗膜を介して熱画像を取得することを特徴とする赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法。
【請求項６】
前記顔料の粉末粒径が０．０１μｍ以下である請求項５記載の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法。
【請求項７】
請求項１〜４の何れかに記載の塗料とエアゾール充填ガスとを含むエアゾール噴霧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線サーモグラフィによる材料や製品の欠陥検査方法に用いられる水溶性黒色塗料に関し、特に分散効果、増粘効果、塗膜形成効果および沈殿防止効果に優れ、赤外線の放射率が高く検出精度に優れた塗料およびそれを用いた赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法は、たとえば自動車の鋼板の腐食や構造体の内部のキズなど、各種欠陥を非破壊で検査する際に用いることができる。たとえば、フラッシュランプ等を用いて被検査物にヒートパルスを照射すると、腐食やキズの存在によりヒートパルスによる熱伝導特性が変化し、この変化が被検査物の表面温度に反映される。この被検査物の表面温度を赤外線カメラで捉えて温度分布として出力することで、非破壊の状態で欠陥の有無およびその部位、欠陥の程度を特定することができる。
【０００３】
こうした赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法においては、被検査物の表面温度の赤外線カメラによる検出精度を高めるために、被検査物の表面に赤外線放射率が高い塗料を塗布することが望ましいとされる。
【０００４】
このような塗料としては、従来よりアクリル系ラッカー塗料が用いられていたが、アクリル系ラッカー塗料は油性塗料であることから、検査後に塗膜を除去するのが困難であり、検査対象物を再び使用することができないといった問題があった。また、油性であるために下地によっては損傷を与えることもあり、塗布できる範囲が限定されるといった問題があった。さらに、塗料を塗布してから乾燥するまで時間がかかるので、作業性が悪いという問題もあった。
【０００５】
そこで、赤外線の放射率が高く検出精度に優れ、容易に除去でき、しかも速乾性の塗料が提案されている（特開平２００１−１０８６３４号公報参照。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平２００１−１０８６３４号公報に開示された塗料に含まれる分散剤は、ポリオキシエチレンソルビタンエステル、ポリオキシエチレンソルビタンラウレート、アルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどのノニオン系（非イオン系）界面活性剤を２重量％含有するもので、分散効果、増粘効果、塗膜形成効果および沈殿防止効果が十分とはいえず、塗膜から被検査物および被検査物から塗膜へ熱流が伝わり難い。このため、塗膜を介して放射される赤外線エネルギー量が少なく、放射率の向上が望まれていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、分散効果、増粘効果、塗膜形成効果および沈殿防止効果に優れ、赤外線の放射率が高く検出精度に優れた塗料およびそれを用いた赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明によれば、温度場が与えられた被検査物の熱画像を赤外線カメラで取得する赤外線サーモグラフィを利用した欠陥検査において前記被検査物に塗布され、顔料、溶媒および分散剤を含有する塗料であって、前記分散剤として粉末粒径が１μｍ以下の有機ベントナイトを含有することを特徴とする赤外線サーモグラフィによる欠陥検査に用いられる塗料が提供される。
【０００９】
本発明の塗料は、分散剤として有機ベントナイトを含有するので、顔料の分散効果および沈殿防止効果に優れ、しかも塗料の増粘効果および塗膜形成効果にも優れているので、塗料を被検査物に塗布したとき、顔料が沈殿することなく塗膜中に均一に分散し、しかも塗膜を薄膜であっても容易に形成することができる。その結果、塗膜から被検査物および被検査物から塗膜への熱流の伝達性が向上し、放射される赤外線エネルギー量が増加することで放射率が高くなり、検査時間が著しく短縮される。
【００１０】
また、樹脂分を実質的に含まず速乾性であるため、塗布してから短時間で乾燥するとともに、検査後においては容易に除去することができ、作業性に優れている。
【００１１】
（２）上記発明において、塗料中に含まれる有機ベントナイトの配合比は、１重量％〜５重量％、より好ましくは２重量％前後であることが好ましい。有機ベントナイトが１重量％未満であると目的とする分散効果、増粘効果、塗膜形成効果および沈殿防止効果が十分に発揮されず、逆に５重量％を超えると、粘度が増加しすぎるとともに、塗膜の除去も困難となる。
【００１２】
なお、分散剤として、上述した有機ベントナイト以外に、たとえばソルビタンセスキオレエートなどを５重量％未満含んでもよい。５重量％以上であると塗膜の除去が困難となる。
【００１３】
（３）上記発明において、塗料に含まれる顔料としては、炭素系黒色顔料、特に四三酸化鉄、黒雲母、グラファイト、カーボンブラック等々を挙げることができるが、グラファイトまたはカーボンブラックが好ましく、なかでもカーボンブラックがより好ましい。
【００１４】
四三酸化鉄は、比重が大きいので溶媒への分散性が相対的に悪く、また黒雲母も溶媒への分散性が良いとはいえず、また天然物であるために粒径コントロールが困難でエアゾール化したときにノズル詰まりが生じるおそれがある。
【００１５】
グラファイトについては分散性も良好で、塗膜の除去性にも優れている。ただし、濃灰色であるために赤外線放射率がカーボンブラックに比べるとやや低い。これに対してカーボンブラックは、分散性、再分散性、塗膜の除去性および赤外線放射率の全てについて優れており、さらにノズル詰まりのおそれもきわめて少ない。
【００１６】
カーボンブラックに代表される炭素系黒色顔料を採用する場合、塗料中に含まれる配合比は特に限定されないが、３重量％〜２０重量％、特に好ましくは５重量％前後であることが好ましい。黒色顔料が２０重量％以上であると均一な塗膜の形成および塗膜の除去が困難となり、また３重量％未満であると薄い黒色の塗膜となって赤外線放射率が低下する。
【００１７】
また、粉末粒径が１μｍ以下、特に好ましくは０．０１μｍ以下の顔料を採用することが好ましい。粉末粒径が１μｍを超えると塗膜中において顔料粒子間の接触面積および、顔料粒子と被検査物の接触面積が小さくなり、これにより熱流の伝達性が低下する。したがって、顔料に限らず上述した有機ベントナイトについても粉末粒径が１μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下のものを採用することが熱流の伝達性能の面から好ましい。
【００１８】
（４）塗料に含まれる溶媒としては、たとえばＭＥＫ変性アルコール、ノルマルプロパノール、エチルアルコールなどのアルコール類、ノルマルヘプタンなどの脂肪族炭化水素あるいはシクロヘキサン等を挙げることができる。この場合、塗料中に含まれる溶媒の配合比については特に限定されないが、たとえば７０重量％〜９５重量％であることが好ましい。
【００１９】
（５）上記発明において、塗料はＬＰＧ等を噴霧ガスとして用いてエアゾール化して塗布することが、作業性の点でより好ましい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、分散剤として有機ベントナイトを含有するので、顔料の分散効果および沈殿防止効果に優れ、しかも塗料の増粘効果および塗膜形成効果にも優れているので、塗料を被検査物に塗布したとき、顔料が沈殿することなく塗膜中に均一に分散し、しかも薄い塗膜であっても容易に形成することができる。
【００２１】
その結果、塗膜から被検査物および被検査物から塗膜への熱流の伝達性が向上し、放射される赤外線エネルギー量が増加することで放射率が高くなり、検査時間が著しく短縮される。
【００２２】
また、樹脂分を実質的に含まず速乾性であるため、塗布してから短時間で乾燥するとともに、検査後においては容易に除去することができ、作業性に優れている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法を用いた検査システムの一例を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法を用いた欠陥検査システムを示す概念図であり、一面が開放された筐体１１内に、被検査物である鋼板２に対して温度場を付与するためのフラッシュランプ１３と、鋼板２の表面の温度分布を検出するために鋼板２の表面から放射される赤外線を検出する赤外線カメラ１２とが設けられている。
【００２５】
赤外線カメラ１２は筐体１１の略中心に配置され、鋼板２からの赤外線が偏りなく取得できるようになっている。また、フラッシュランプ１３は、鋼板２に対して均一なヒートパルスが付与されるように赤外線カメラ１２の両サイドに配置されている。
【００２６】
赤外線カメラ１２で取得された画像データは、パーソナルコンピュータなどで構成される画像処理装置１４に送られ、ここで処理されたのち、所望の画像がディスプレイ１５に表示される。
【００２７】
こうした欠陥検査システム１は、たとえば完成車の鋼板２の腐食状況の検査に応用することができる。
【００２８】
この場合、まず鋼板２の表面に赤外線の放射率を向上させるための塗料を塗布し、塗膜３を形成する。この塗料は、カーボンブラックやグラファイトなどの炭素系黒色顔料を、有機ベントナイトに代表される分散剤とともに、アルコール類および脂肪族炭化水素を含む溶媒に添加したもので、この塗料をエアゾール化して鋼板２に噴霧する。この塗料は速乾性であるため、噴霧してから短時間で検査を開始することができ、しかも鋼板２やこれに形成された上塗り塗膜等を侵すおそれがないので、被検査物の材質や部位が制限されることはない。また、この塗膜３は、検査終了後において、水や黒板消しを用いて容易に除去できるので、完成車であっても欠陥検査を行うことができる。
【００２９】
さらに、分散剤として有機ベントナイトを含有するので、塗料中における顔料の分散効果および沈殿防止効果に優れ、しかも塗料の増粘効果および塗膜形成効果にも優れているので、塗料を被検査物に塗布したとき、顔料が沈殿することなく塗膜中に均一に分散し、しかも塗膜を容易に形成することができる。こうした塗膜３が形成されることで、熱流の伝達性能が向上し、赤外線の放射率が高くなって、外乱の影響を減ずることができ、赤外線の検出精度が向上する。
【００３０】
こうした塗膜３を形成したのち、フラッシュランプ１３を作動させてヒートパルスを発生させ、鋼板２に対して温度場を与える。このとき、図示するように鋼板２の裏面に腐食部２１が存在すると、鋼板内部におけるヒートパルス熱の伝達特性が変化し、腐食部２１が存在する部位の表面温度が高くなり、腐食部２１が存在しない部位の表面温度は相対的に低くなる。この温度分布を赤外線カメラ１２にて取得し、画像処理装置１４で処理することで、ディスプレイ１５に腐食部２１の存在の有無および存在箇所、腐食程度（侵食深さ）等を表示することができる。
検査を終了したら、水や黒板消し等を用いて塗膜３を除去する。
【００３１】
【実施例】
実施例
まず被検査物は、図２に示すように、板厚が０．８ｍｍの冷間圧延鋼板の裏面の中心に、深さが０．３１ｍｍ、直径が２０ｍｍの欠陥が形成された鋼板テストピース２を用い、図示する表面側の上半分に後述する実施例塗料を塗布し、下半分に比較例塗料を塗布することとした。
【００３２】
次にこの鋼板２の表面に塗布する塗料を調製した。この塗料は、炭素系黒色顔料としてのカーボンブラック（三菱化成株式会社製カーボンブラックＭＡ１００，粉末平均粒径が０．００７μｍ）５重量％と、分散剤としての有機ベントナイト（日本有機粘土（株）社製オルガナイト，粉末平均粒径が０．０５μｍ）２重量％と、同じく分散剤としてのソルビタンセスキオレエート（花王（株）社製レオドールＡＯ−１５）１重量％とを、溶媒としてのエチルアルコール１０重量％およびノルマルヘプタン８２重量％に添加し、ディゾルバー等を用いて充分に撹拌、分散させた。得られた塗料を充填ガスにＬＰＧを用いてエアゾール化したうえで、図２に示す鋼板テストピース２の表面の上半分に噴霧し、塗膜を形成した。実施例塗料による塗膜の塗布膜厚は約５０μｍであった。
【００３３】
この実施例塗膜と後述する比較例塗膜とが形成された鋼板２を図１に示す欠陥検査システム１にセットし、赤外線カメラ１２で取得された時系列熱画像に基づいて、当該塗膜３の赤外線放射率を赤外線輝度値として測定した。赤外線輝度値の走査は、図２に示す鋼板テストピース２に矢印にて示される部分、すなわち実施例および比較例ともに裏面に欠陥を有する部分とした。検出時間を１／１４０ｓｅｃ〜３０／１４０ｓｅｃとしたときの赤外線輝度値の測定結果を図３の左図に示す。
【００３４】
また、当該塗料をエアゾール化したときの顔料の分散性を目視評価し、分散性がきわめて良好なものを「◎」、良好なものを「○」、やや劣るものを「△」、きわめて劣るものを「×」とした。
【００３５】
さらに、鋼板テストピース２の表面に塗布形成された塗膜の状態を目視にて観察し、その塗膜形成性を評価した。塗膜がきわめて均一に形成されたものを「◎」、均一に形成されたものを「○」、ムラが観察されて不均一なものを「×」とした。
【００３６】
また、当該塗料の増粘性を目視評価し、増粘効果がきわめて大きいものを「◎」、大きいものを「○」、増粘効果が小さいものを「△」、増粘効果がほとんど観察されないものを「×」とした。
【００３７】
さらに、当該塗料の沈殿防止効果を目視評価し、沈殿防止効果がきわめて大きいものを「◎」、大きいものを「○」、沈殿防止効果が小さいものを「△」、沈殿防止効果がほとんど観察されないものを「×」とした。
【００３８】
以上の赤外線放射率、顔料分散性、塗膜形成性、増粘効果、沈殿防止効果の各結果を表１に示す。
【００３９】
比較例
鋼板テストピース２の表面に塗布する塗料として、炭素系黒色顔料としてのカーボンブラック（オリエント化学工業株式会社製ＭＢ，粉末平均粒径が０．００７μｍ）２重量％、炭酸マグネシウム（協和化学工業株式会社製４Ａ，粉末平均粒径が５μｍ）４重量％、エロジール（日本エアロジール株式会社製エロジール＃２００，粉末平均粒径が０．０１２μｍ）１重量％およびカープレックス（塩野儀製薬株式会社製カープレックス＃６７，粉末平均粒径が１μｍ）３重量％と、分散剤としてのポリオキシエチレンソルビタンラウレート（日本乳化剤株式会社製ＮｅｗｃｏＬ＃２５）１重量％およびアルキルアセタール化ポリビニルアルコール（積水化学工業株式会社製ＢＬ−１）１重量％とを、溶媒としてのエチルアルコール７０重量％およびノルマルヘプタン１８重量％に添加し、ディゾルバ等を用いて充分に撹拌、分散させた。得られた塗料を充填ガスにＬＰＧを用いてエアゾール化したうえで鋼板に噴霧し、塗膜３を形成した。塗膜３の塗布膜厚は約５０μｍであった。
【００４０】
この塗料および塗膜について、上述した実施例と同様に、赤外線輝度値の走査と、赤外線放射率、顔料分散性、塗膜形成性、増粘効果、沈殿防止効果を評価した。各結果を図３の右図および表１に示す。
【００４１】
【表１】
0004024050.tif 000002
【００４２】
考察
まず図３の左図に示す実施例塗料では、１／１４０秒の走査にて鋼板テストピースの裏面に形成された欠陥のプロフィールがほぼ鮮明に観察され、次の２／１４０秒にて鮮明に観察された。これに対して、同図の右図に示す比較例塗料では、１／１４０秒および２／１４０秒の走査ではノイズが大きく、鋼板テストピースの裏面に形成された欠陥の有無は判別できず、２０／１４０秒になってやっと判別可能となった。この欠陥形状鮮明度については、明らかに実施例塗料の方が短時間で判別可能となり、またノイズも著しく低減されることが確認された。
【００４３】
また、表１の放射率、塗膜形成性、増粘効果については、実施例塗料と比較例塗料で明らかに差異が観察され、比較例塗料に比べて実施例塗料の方が優れていることが確認された。
【００４４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線サーモグラフィによる欠陥検査方法を用いた検査システムの一例を示す概念図である。
【図２】実施例および比較例で使用した鋼板テストピースを示す正面図および断面図である。
【図３】実施例および比較例の赤外線輝度値の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…欠陥検査システム
１１…筐体
１２…赤外線カメラ
１３…フラッシュランプ
１４…画像処理装置
１５…ディスプレイ
２…鋼板（被検査物）
２１…腐食部
３…塗膜
【図１】
0004024050.tif 000003
【図２】
0004024050.tif 000004
【図３】
0004024050.tif 000005