(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により垂直方向および平行方向に移動可能な２方向可動手段と、前記２方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の他端に第１端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の第２端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記２方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置。
【請求項２】
試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により平行方向および垂直方向に移動可能な２方向可動手段と、前記２方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の他端に第１端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の第２端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記２方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の塗膜付着強度・せん断強度測定装置において、前記垂直圧力検知器で検知した垂直圧力、前記平行圧力検知器で検知した平行圧力および前記垂直変位計で検知した切込み深さの変化をグラフ化するグラフ化手段を具備したことを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗膜付着強度・せん断強度測定装置に関し、さらに詳しくは、試料に付着した塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定でき且つ構造が簡単で安価な塗膜付着強度・せん断強度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平３−６７１５１号公報に開示されている塗膜付着強度・せん断強度測定装置は、試料の塗膜面に垂直な垂直方向に摺動する垂直摺動案内軸および塗膜面に平行な平行方向に摺動する平行摺動案内軸により垂直および平行の２方向に相対移動可能な切刃支持体と、この切刃支持体に保持され塗膜を切削する切刃と、前記垂直摺動案内軸を介して前記垂直方向の反発力を検知する垂直圧力検知器と、前記平行摺動案内軸を介して前記平行方向の切削抵抗力を検知する平行圧力検知器とを具備している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、垂直摺動案内軸の変位により垂直方向の反発力を検知し、平行摺動案内軸の変位により平行方向の切削抵抗力を検知する構造になっている。このため、検知される反発力には垂直摺動案内軸の変位で生じる摺動抵抗が加わっており、検知される切削抵抗力には平行摺動案内軸の変位で生じる摺動抵抗が加わっている。
しかし、検知される反発力／切削抵抗力に摺動案内軸の摺動抵抗が加わっていると、測定が不正確になる問題点がある。
また、垂直摺動案内軸とこれを保持する部材との間に遊び（クリアランス）があるため、切込み深さが不正確になる問題点がある。同様に、平行摺動案内軸とこれを保持する部材との間に遊びがあるため、滑らかな切削面が得られなかったり、長距離の切削面を得にくくなる等の問題点がある。
さらに、垂直摺動案内軸および平行摺動案内軸を有する構造は複雑であり、コスト高になる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、試料に付着した塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定でき且つ構造が簡単で安価な塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により垂直方向および平行方向に移動可能な２方向可動手段と、前記２方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の他端に第１端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の第２端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記２方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供する。
【０００５】
上記第１の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、切刃が平行圧力検知器に保持されており、切刃と平行圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される平行圧力に摺動抵抗が加わることがなく、正確に平行圧力を測定できる。また、切刃が平行圧力検知器を介して垂直圧力検知器に保持されており、切刃と垂直圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される垂直圧力に摺動抵抗が加わることがなく、測定が正確になる。また、摺動案内軸の遊びが、切込み深さや切削面に悪影響を与えることがなくなる。よって、塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定できる。さらに、摺動案内軸がないため、構造が簡単で安価になる。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により平行方向および垂直方向に移動可能な２方向可動手段と、前記２方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の他端に第１端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の第２端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記２方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供する。
【０００７】
上記第２の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、切刃が垂直圧力検知器に保持されており、切刃と垂直圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される垂直圧力に摺動抵抗が加わることがなく、正確に垂直圧力を測定できる。また、切刃が垂直圧力検知器を介して平行圧力検知器に保持されており、切刃と平行圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される平行圧力に摺動抵抗が加わることがなく、測定が正確になる。また、摺動案内軸の遊びが、切込み深さや切削面に悪影響を与えることがなくなる。よって、塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定できる。さらに、摺動案内軸がないため、構造が簡単で安価になる。
【０００８】
２方向可動手段としては、ステッピングモータ駆動や超音波発振モータ駆動のＸＹステージを使用可能であるが、摺動部分があるために１μｍ程度のクリアランスは不可避である。しかし、このクリアランスが、測定誤差の原因になることがある。
これに対して、上記第１の観点よび第２の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、圧電素子駆動による微動ステージを用いるため、試料から切刃まで、すなわち、試料−支持部材−２方向可動手段−圧力検知器−切刃を、全くクリアランスなく一体化できる。これにより、非常に精度の良い測定が可能になる。
【０００９】
第３の観点では、本発明は、上記構成の塗膜付着強度・せん断強度測定装置において、前記垂直圧力検知器で検知した垂直圧力、前記平行圧力検知器で検知した平行圧力および前記垂直変位計で検知した切込み深さの変化をグラフ化するグラフ化手段を具備したことを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供する。
上記第３の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、切刃にかかる垂直圧力と平行圧力と切込み深さの変化をグラフ化するため、これらの相関関係を明確に把握できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１１】
−参考例−
図１は、参考例にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の正面説明図である。
この塗膜付着強度・せん断強度測定装置１００において、支持部材１に案内軸２が固定され、案内軸２に摺動部材３が軸着されている。
摺動部材３にはナット部７が固定され、ナット部７にネジ切棒６がネジ込まれている。
ネジ切棒６の一端は平行移動モータ５に結合されており、平行移動モータ５の回転により、ネジ切棒６が回転し、ナット部７が水平方向に摺動する。
平行移動モータ５は、ステッピングモータであり、固定台４に固定されている。
【００１２】
ナット部７には回転台８が接続され、つまみ３０で回転台８は鉛直面内で回転可能になっている。
なお、回転台８の代わりに、傾斜型試料台を用いてもよい。
【００１３】
回転台８には案内軸９が固定され、案内軸９に摺動部材１０が軸着されている。
摺動部材１１にはナット部１４が固定され、ナット部１４にネジ切棒１３がネジ込まれている。
ネジ切棒１３の一端は垂直移動モータ１２に結合されており、垂直移動モータ１２の回転により、ネジ切棒１３が回転し、ナット部１４が垂直方向に摺動する。
垂直移動モータ１２は、ステッピングモータであり、連結部１１により回転台８に固定されている。
【００１４】
ナット部１４には、垂直圧力検知器１５の一端が固定されている。
垂直圧力検知器１５は、はかり用ロードセル（商品名ＣＢ１７；ミネベア株式会社）であり、他端にかかる垂直方向の圧力を検知する。
【００１５】
垂直圧力検知器１５の他端には連結具１６を介して平行圧力検知器１７の第１端が固定されている。
平行圧力検知器１７は、はかり用ロードセル（商品名ＣＢ１７；ミネベア株式会社）であり、第２端にかかる水平方向の圧力を検知する。
【００１６】
平行圧力検知器１７の第２端には、切刃１８が固定されている。
【００１７】
平行圧力検知器１７の切刃固定部には、支持具２０を介して、垂直変位計１９が固定されている。
【００１８】
試料Ｓは、塗装板であり、塗膜面を水平にして、試料台２３と固定具２２とで固定される。
【００１９】
平行移動モータ５および垂直移動モータ１２は、出力インタフェース２８ａを介して、パソコン２８に接続されている。
垂直圧力検知器１５，平行圧力検知器１７および垂直変位計１９は、入力インタフェース２８ｂを介して、パソコン２８に接続されている。
【００２０】
パソコン２８は、操作者の指示に応じて、平行移動モータ５および垂直移動モータ１２を駆動し、試料Ｓの塗膜を切削する。そして、その時の垂直圧力検知器１５の出力から垂直圧力を検知し、平行圧力検知器１７の出力から平行圧力を検知し、垂直変位計１７の出力から切込み深さを検知する。また、検知した垂直圧力，平行圧力および切込み深さの変化をグラフ化し、ディスプレイに表示したり、プリンタで印字する。
【００２１】
塗膜付着強度・せん断強度測定は、次の手順で行う。
（１）試料Ｓの塗膜面が水平になる姿勢で試料Ｓを固定具２２で試料台２３に固定する。つまみ３０を回して回転台８を回転させ、切刃１８の先端を試料Ｓの表面に平行に合わせる。なお、回転台８の代わりに傾斜型試料台を用いた場合は、試料Ｓの塗膜面を切刃１８の先端に平行に合わせる。
（２）垂直移動モータ１２により切刃１８を下降させ、切刃１８を試料Ｓの塗膜面に所定の荷重（例えば１ｇ）で押し付ける。そして、この時の垂直変位計１７の出力を切込み深さ“０”とする。
（３）平行移動モータ５および垂直移動モータ１２により切刃１８を水平および垂直方向に移動させ、図２に示すように、切刃１９を試料Ｓの塗膜に食い込ませ、塗膜を切削する。なお、圧力により圧力検知器１５，１７が変形しても、平行四辺形の原理で切刃固定面は常に平行になるから、試料Ｓに対する切刃１８の設定角度は一定に保たれる。
（４）垂直圧力検知器１５の出力から垂直圧力（反発力）を検知し、平行圧力検知器１７の出力から平行圧力（切削抵抗力）を検知し、垂直変位計１７の出力から切込み深さを検知する。そして、垂直圧力，平行圧力および切込み深さの変化を観察する。
【００２２】
なお、平行圧力検知器１７にかかる垂直圧力が平行圧力の測定に影響するが、通常は平行圧力に比較して垂直圧力は十分に小さいため、影響は無視できる。また、垂直圧力検知器１５にかかる平行圧力が垂直圧力の測定に影響するが、予め平行圧力の影響を測定しておいてそれをオフセットとして補正すれば、影響を除去できる。また、測定値の絶対値で評価するのでなく、相対値で評価するようにすれば、影響を考慮する必要はない。
【００２３】
以上の塗膜付着強度・せん断強度測定装置１００によれば、次の効果が得られる。
（１）切刃１８と平行圧力検知器１７の間に摺動案内軸が介在しないため、摺動抵抗が加わることがなく、正確に平行圧力を測定できる。また、切刃１８と垂直圧力検知器１５の間に摺動案内軸が介在しないため、摺動抵抗が加わることがなく、正確に垂直圧力を測定できる。
（２）摺動案内軸の遊びが、切込み深さや切削面に悪影響を与えることがなくなる。
（３）摺動案内軸がないため、構造が簡単で安価になる。
【００２４】
なお、ナット部１４に平行圧力検知器１７の一端を固定し、平行圧力検知器１７の他端に連結具１６を介して垂直圧力検知器１５の第１端を固定し、垂直圧力検知器１５の第２端に切刃１８を固定してもよい。
【００２５】
−第１の実施形態−
図３は、第１の実施形態にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の正面説明図である。
この塗膜付着強度・せん断強度測定装置２００において、支持部材１に、圧電素子駆動微動ステージ３０ｈが固定されている。
この圧電素子駆動微動ステージ３０ｈは、圧電素子駆動によりステージ３６ｈがフレーム３５ｈに対して一方向に相対移動する装置（商品名ナノステージ；株式会社ナノコントロール）である。
圧電素子駆動微動ステージ３０ｈは、相対移動方向が水平になるようにフレーム３５ｈを支持部材１に固定されているため、ステージ３６ｈが支持部材１に対して水平移動することになる。ステージ３６ｈの水平移動範囲は、例えば３００μｍである。
【００２６】
圧電素子駆動微動ステージ３０ｈのステージ３６ｈには、連結棒３２の下端側が固定されている。
連結棒３２の他端側には、圧電素子駆動微動ステージ３０ｖが固定されている。
この圧電素子駆動微動ステージ３０ｖは、圧電素子駆動によりステージ３６ｖがフレーム３５ｖに対して一方向に相対移動する装置（商品名ナノステージ；株式会社ナノコントロール）である。
圧電素子駆動微動ステージ３０ｖは、相対移動方向が垂直になるようにステージ３６ｖが連結棒３２に固定されているため、フレーム３５ｖが支持部材１に対して垂直移動することになる。フレーム３５ｖの垂直移動範囲は、例えば１００μｍである。
【００２７】
圧電素子駆動微動ステージ３０ｖのフレーム３５ｖには、垂直圧力検知器１５の一端が固定されている。
垂直圧力検知器１５は、はかり用ロードセル（商品名ＣＢ１７；ミネベア株式会社）であり、他端にかかる垂直方向の圧力を検知する。
【００２８】
垂直圧力検知器１５の他端には、連結具１６を介して、平行圧力検知器１７の第１端が固定されている。
平行圧力検知器１７は、はかり用ロードセル（商品名ＣＢ１７；ミネベア株式会社）であり、第２端にかかる水平方向の圧力を検知する。
【００２９】
平行圧力検知器１７の第２端には切刃１８が固定されている。
【００３０】
平行圧力検知器１７の切刃固定部には、支持具２０を介して、垂直変位計１９が固定されている。
【００３１】
試料Ｓは、塗装板であり、塗膜面を水平にして、試料台２３と固定具２２とで固定される。
【００３２】
圧電素子駆動微動ステージ３０ｈ，３０ｖは、出力インタフェース３８ａ（商品名ナノサーボコントローラ；株式会社ナノコントロール）を介して、パソコン２８に接続されている。
垂直圧力検知器１５，平行圧力検知器１７および垂直変位計１９は、入力インタフェース２８ｂを介して、パソコン２８に接続されている。
【００３３】
パソコン２８は、操作者の指示に応じて、圧電素子駆動微動ステージ３０ｈ，３０ｖを駆動し、試料Ｓの塗膜を切削する。そして、その時の垂直圧力検知器１５の出力から垂直圧力を検知し、平行圧力検知器１７の出力から平行圧力を検知し、垂直変位計１７の出力から切込み深さを検知する。また、検知した垂直圧力，平行圧力および切込み深さの変化をグラフ化し、ディスプレイに表示したり、プリンタで印字する。
【００３４】
塗膜付着強度・せん断強度測定は、次の手順で行う。
（１）試料Ｓの塗膜面が水平になる姿勢で試料Ｓを固定具２２で試料台２３に固定する。つまみ３０を回して回転台８を回転させ、切刃１８の先端を試料Ｓの表面に平行に合わせる。なお、回転台８の代わりに傾斜型試料台を用いた場合は、試料Ｓの塗膜面を切刃１８の先端に平行に合わせる。
（２）圧電素子駆動微動ステージ３０ｖにより切刃１８を下降させ、切刃１８を試料Ｓの塗膜面に所定の荷重（例えば１ｇ）で押し付ける。そして、この時の垂直変位計１７の出力を切込み深さ“０”とする。
（３）圧電素子駆動微動ステージ３０ｈ，３０ｖにより切刃１８を水平および垂直方向に移動させ、図２に示すように、切刃１９を試料Ｓの塗膜に食い込ませ、塗膜を切削する。なお、圧力により圧力検知器１５，１７が変形しても、平行四辺形の原理で切刃固定面は常に平行になるから、試料Ｓに対する切刃１８の設定角度は一定に保たれる。
（４）垂直圧力検知器１５の出力から垂直圧力（反発力）を検知し、平行圧力検知器１７の出力から平行圧力（切削抵抗力）を検知し、垂直変位計１７の出力から切込み深さを検知する。そして、垂直圧力，平行圧力および切込み深さの変化を観察する。
【００３５】
以上の塗膜付着強度・せん断強度測定装置２００によれば、圧電素子駆動微動ステージ３０ｈ，３０ｖを用いるため、支持部材１から切刃１８まで全くクリアランスなく一体化でき、非常に精度の良い測定が可能になる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の塗膜付着強度・せん断強度測定装置によれば、付着強度とせん断強度を精度良く測定することが出来る。また、構造が簡単で安価になる。さらに、軽量になるから、ポータブル型にも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の構成を示す正面説明図である。
【図２】  塗膜付着強度・せん断強度測定装置による塗膜の切削状態を示す要部説明図である。
【図３】  第１の実施形態にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の構成を示す正面説明図である。
【符号の説明】
５                  平行移動モータ
１２                垂直移動モータ
１５                垂直圧力検知器
１７                平行圧力検知器
１８                切刃
１９                垂直変位計
２８                パソコン
３０ｈ，３０ｖ      圧電素子駆動微動ステージ
３２                連結棒
１００，２００      塗膜付着強度・せん断強度測定装置
Ｓ                  試料
【図１】
0003834718.tif 000002
【図２】
0003834718.tif 000003
【図３】
0003834718.tif 000004