解説JIS H8403 溶射効率測定方法

※

上野和夫＊

JIS H8403 Determination of the deposition efficiency for thermal spraying ※Kazuo UENO ＊が国に求められているところであった．

1．はじめにこれを受け，一般社団法人日本溶射学会では日本溶射工業「溶射効率」（歩留り，とも言う）は溶射プロセスにおいて会と連携して溶射効率測定法の JIS 化を行うこととし，幸い溶射ガンに供給された原料（粉末，ワイヤ，棒）のうち，ど一般財団法人日本規格協会の補助を受け，規格化に向けて活れだけが基材に付着したかを示す指標であり，溶射パラメー動を開始することになった．本学会に設けられた「溶射効率タの適不適や使用材料の溶射条件への適合性を見積もる上で測定方法 JIS 原案作成委員会」（委員長：袖岡賢氏）においても重要なものである．生産現場において，溶射時間と皮膜厚2011 年度より審議を始めた． JIS 原案の作成は同委員会の溶さを常に設計通りに保持する上でも，溶射効率は一定に保た射効率測定方法分科会（分科会長：安藤康高氏）が担当した．

れる必要がある．逆に，溶射効率の数値は目標皮膜厚さを得同分科会での詳細な議論を経て，2013 年 1 月の日本工業標準るための溶射条件を設定する際の目安になる．

調査会（JISC）非鉄金属技術専門委員会での審議を経て，従来「溶射効率」を測定する方法はもっぱら過去の経験か

2013 年 5 月 20 日に経済産業大臣により制定された．

ら生み出された各企業あるいは各研究機関の独自のやり方で行われ，その手法としての妥当性や測定精度などが不正確に3．溶射効率測定法なる可能性があった．また，溶射施工企業などでは，受渡当3.1

事者間での取り決めで決めておくなど，標準的な手法がない測定の手順

本 JIS において規格される溶射効率測定法は以下の手順でままであった．

測定される

今回 2004 年に制定された ISO17836 “Determination of thedeposition efficiency for thermal spraying” をもとに日本工①試験片の前処理業規格 JIS H 8403：2013「溶射効率測定方法」1）が本年制定②溶射材料供給量の測定された．JIS 原案作成団体は一般社団法人日本溶射学会であ③溶射皮膜の形成る．本解説では JIS 本文及び解説文を適宜引用しながら，本④試験片の質量変化量の測定

JIS の内容を紹介する．詳細は JIS 本文及び解説文をご覧頂⑤溶射効率の計算きたい．

⑥測定の報告3.2

2．制定までの経緯

試験片の前処理測定に用いる試験片は［1］パイプ状試験片（図 1 参照）及

溶射プロセスや溶射材料の評価指標として重要な溶射効率

び［2］平板状試験片（図 2 参照）が規定されている．材質はの測定法が標準として定められていなかった．各企業や各研［1］のパイプ状試験片は SGP（配管用炭素鋼の黒管），［2］

究機関が独自に経験に基づいた手法により溶射効率を測定し平板状試験片は低炭素鋼とした．ただし両試験片とも受渡当ている現状では，その手法の精確さ 2）も数字の精度にも不事者間の協定によってこれ以外の材質を使用してもよい．

確実性があった．同時に国際的な商取引や貿易上，国際標準

JIS における両試験片のサイズは原 ISO のそれらと若干異である ISO に対応することは条約上（TBT 協定）3）からもわなったものである．その理由は ISO のパイプ状試験片はサイ※原稿受付 2013 年 9 月 24 日
＊一般社団法人日本溶射学会溶射規格委員長（〒 577-0809 東大阪市永和 2 丁目 2 番 29 号）＊Chairman of JIS Committee, Japan Thermal Spray Society（2-2-29, Eiwa, Higashiosaka, 577-0809, Japan）
2013年 10月1上野和夫a） 例えばプラズマ溶射であれば溶射装置を点火しない状態
で，粉末供給装置から粉末を 30 秒以上吐出させ，その吐出粉末を適宜捕集し，その吐出物の総質量を測定する．
これを 2 回行う．このとき吐出時間をストップウォッチなどで計測し，記録しておく必要がある．溶射材料の供給量は，溶射材料供給が安定した後，30 秒以上の測定を2 回行う．
なお，粉末溶射材料の場合は，粉末供給開始 30 秒以上経過後から測定を開始する．ワイヤ又はロッド溶射材料の場合は，溶射材料供給装置から供給されるワイヤ又はロッドの長さを測定し，あらかじめ求めておいた単位長

図 1 パイプ状試験片の寸法 1）

さ当りの質量から供給量を求めてもよい．
b） 溶射材料供給量の測定値の平均値は，2 回の測定に対してそれぞれ，はかりにより有効数字 3 桁以上の測定値を求め，それらの平均値を JIS Z 8401 の規則 A によって丸め，1 分当りの溶射材料の質量（g/min）を小数点第 1 位まで記録する．
c） 2 回の測定値の平均値の精度は，JIS Z 8402-6 の併行条件で得た測定結果の採択性をチェックする方法に従い，2個の測定結果の差の絶対値を，併行許容差 r ＝ 2.8σ r と比較して判定するものとする（σr：併行条件で得られた測定結果の標準偏差）．差の絶対値が r を超える場合，さらに 1 個の測定結果を得ることが望ましい．

3.4

溶射皮膜の形成

あらかじめ前処理を行い，その質量を測定された試験片を準備し，前項の溶射材料供給量の測定時と同じ条件で溶射材

図 2 平板状試験片の寸法 1）料を供給しながら，溶射を行う．その手順はａ）試験片を，固定ホルダ又は回転装置にセットする．

ズが大き過ぎて，皮膜の質量測定が不精確になる恐れがある

ｂ）溶射ガン点火後，安定した運転状態になるまで保持する．

ため，JIS において外径を 150mm から「100mm 以上」とし，ｃ）溶射材料の供給を開始し，供給が安定するまで保持する．

肉厚を 3mm から「2mm 以上」に変更した．また，平板状試ｄ）試験片上に溶射ガンを速やかに移動し，皮膜形成を開始

験片では試験片の取扱いの上で不便な ISO の 300mm 角をする．

「200mm 角以上」とし，同時に厚さを 1mm から「3mm 以上」ｅ）皮膜形成は 30 秒以上行い，皮膜形成開始から皮膜形成終と規定した．

了までの溶射時間を記録する．なお，過熱の危険がある

試験片は，受渡当事者間の協定による仕様書に従い，脱脂，場合には，適切な冷却を行う．

ブラスト処理などの前処理を行い，これを記録する．さらに，

ｆ）皮膜形成終了後，溶射ガンを速やかに試験片外の退避位前処理した試験片の質量は，はかりにより有効数字 3 桁以上置に移動する．

でひょう量し，これを記録する．

ｇ）溶射ガンの退避位置への移動を確認後，溶射材料の供給

なお，ISO に規定された「はかり」はその最小読取り精度を停止する．

を 1g としているが，ひょう量誤差が大きく，実用に供するｈ）溶射材料の供給が完全に停止したことを確認後，溶射ガには問題があった．本規格では最小読取り精度が 0.1g のはかンを消火する．

りを規定している．

ｉ）a）～ h）の項目を，1 試験片につき 1 回行い，2 試験片に皮膜を形成する．

3.3

溶射材料供給量の測定

以上のプロセスを図として表現したのが，図 3「測定の手ここにいう「溶射材料供給量」とは，「溶射皮膜の形成時順」である．ここで，注意点は溶射ガン点火後に安定した状と同一条件において，溶射材料供給装置から溶射ガンを点火態になるまで原料の供給は行わないこと，溶射材料の供給をしない状態で供給される溶射材料の単位時間当たりの質量」開始した後，その供給が安定するまで待ち，その後実際の溶と定義される．

射を開始することである．また試験片の端部ではガス流によ

溶射材料供給量の測定手順はり溶射材の付着率が低下することから，その取り扱いを定め

2

溶射Vol.50，No.4

JIS H8403 溶射効率測定方法ｄ）皮膜形成条件（ガス使用量，トラバース速度，ピッチ，回転数，溶射距離，アーク電圧，溶射電流など）ｅ）試験片の形状，寸法及び材質
ｆ）試験片の前処理方法ｇ）溶射材料（粉末の場合は JIS H 8260 に，ワイヤ，ロッド及びコードの場合は JIS H 8261 による）及びそのロット番号ｈ）溶射材料供給量平均値ｉ）2 試験片の溶射効率の測定結果及びそれらの平均値ｊ）日付，測定者の氏名及び署名
なお附属書 C（参考）には「溶射効率測定方法の報告（例）」として測定結果の報告書の様式を例示してある．

図 3 測定の手順（Y：溶射材料供給量（g）, t：試験時間（min）1）

3.8

平均値の精度についててく置く必要がある．パイプ状試験片と平板状試験片ともに

本 JIS において，溶射材料供給量及び溶射効率の平均値の端部から1溶射スポット径以上内側に溶射をする必要がある．

精度を確保するため，2 個の測定結果の平均値の採択性を

なお，この溶射皮膜の形成プロセスにおいても溶射時間をJIS Z8402-6「測定方法及び測定結果の精確さ（真度及び精度）－第 6 部：精確さに関する値の実用的な使い方」に基づき規ストップウォッチなどで測定しておかねばならない．

定した．この手法について少し解説する．

3.5

試験片の質量変化量の測定

まず，通常行われるような特定の試験室（企業や研究所）

2 試験片への溶射皮膜形成後，試験片質量をはかりによりで測定するような，同一と見なせるような測定試料について，

有効数字 3 桁以上でひょう量し，溶射前の試験片の質量を差同じ方法を用い，同じ試験室で，同じオペレーターが，同じし引いて質量変化量とし，これを記録する装置を用いて，短時間のうちに独立な測定結果を得る測定の条件を「併行条件」といい，併行条件で得られた測定結果の3.6

溶射効率の計算標準偏差を「併行標準偏差」σ r という．また併行条件で得3.3 項で求めた「溶射材料供給量の平均値」（単位：g/min）

られた 2 つの測定結果の差の絶対値が，その値以下になること溶射時間（単位：min）の積をつくると，それが溶射材料とが 95% の確率で期待される値を「併行許容差」r という．の使用量 m sm,i（単位：g）になる．なおここで i は , 試験片の本溶射材料供給量や溶射効率の測定においては，2 つの試験を行うこととし，この 2 つの値から併行標準偏差 σ r を算番号で i ＝ 1,2 である．3.5 項で求めた溶射前後の試験片の質量変化を Δmtp,i（単位：g）とすると，溶射効率ηD,i（単位：%）出する．n ＝ 2 の場合には，併行許容差 r は r ＝ 2.8σr となる．

は次の式で求められる．

2 つの測定値の差の絶対値が r を超えない場合には，この平均値は採択されうるとされる．2 つの測定値の間に平均値が入っている確率が 95% 以上であると期待できるからである．
2 つの測定値の差の絶対値が r を超える場合には，さらに 1

このとき溶射効率ηD,i は小数点第 1 位まで計算し，2 試験片個の測定結果を得ることが望ましい（n ＝ 3 の場合，r ＝ 3.3第 0 位まで求める．

障されることとなる．詳細は JIS Z8402-1~6 を参照頂きたい．の溶射効率の平均値ηD は JIS Z 8401 によって丸め，小数点σ r）．これらの手順により，測定結果の平均値の精度が保

なお溶射効率の平均値の精度は JIS Z 8402-6 の併行条件で得た測定結果の採択性をチェックする方法に従い，2 個の測4．終わりに定結果の差の絶対値を，併行許容差 r ＝ 2.8σ r と比較して判以上本年5月に制定されたJIS H 8403「溶射効率測定方法」定するものとする．差の絶対値が r を超える場合，さらに 1の制定経緯，規格内容，その他について紹介した．詳細は当個の測定結果を得ることが望ましい．

JIS の本文及び解説文をご覧いただきたい．

3.7

測定の報告

本 JIS 制定に対してご尽力いただいた溶射効率測定法 JIS

溶射効率の測定報告としては，その時の溶射材料，装置，原案作成委員会の袖岡委員長及び溶射効率測定方法分科会安溶射条件など明確化しておく必要がある．以下の項目を記録

藤分科会長をはじめ，同委員会委員及び同分科会委員に深くする必要がある．

感謝申し上げる．

ａ）溶射装置の形式及び溶射ガンの形式

また原案作成から審議・制定に至るまで終始ご指導を頂いｂ）溶射材料供給装置名及びノズルの形状

た経済産業省技術環境局産業基盤標準化推進室の藤田雅成様ｃ）溶射方法と一般財団法人日本規格協会の堤紳介様に心より感謝申し上

例げたい．お二人の懇切なご指導により本 JIS が形になったと

プラズマ溶射2013年 10月

3上野和夫

言えるであろう．

文

分野で同一基準に基づいた比較であればこそ，製造や研究結果の客観的な検討ができる基盤となると思う．日頃から溶射による製品づくりに取り組んでいる方や現場を管理している方，さらに溶射の研究に励んでおられる大学や研究所でも本溶射効率測定方法を国際標準の測定方法として使って頂ければ幸いである．
最後に本 JIS 制定に参画頂いた溶射規格委員会委員（当時）のお名前を掲載し，感謝申し上げたい（* は溶射効率測定方法分科会に所属の委員．また所属は制定時のもの）．
（委員長）
袖岡賢

独立行政法人産業技術総合研究所（幹事）
安藤康高（*） 足利工業大学（委員）

渡邊誠（*） 独立行政法人物質・材料研究機構

加藤省吾

堤紳介（*） 一般財団法人日本規格協会

児島慶享

株式会社日立製作所

浜島和雄

旭硝子株式会社

和田国彦

株式会社東芝右田厚司

日鉄住金ハード株式会社

峪田宜明（*） 倉敷ボーリング機工株式会社

坂田一則

大割健男（*） 日本ユテク株式会社

北村順也

献1）日本工業規格 JIS H 8403：2013「溶射効率測定方法」．JIS を入手するには，一般財団法人日本規格協会のホームページにある Web Store からの購入が便利である．また ISO もここから冊子あるいは PDF にて購入ができる．
http://www.webstore.jsa.or.jp/webstore/Top/index.
jsp?lang=jp．
2）「精確さ」とは「観測値・測定結果と真の値との一致の程度．
真度と精度を総合的に表したもの．ちなみに「真度，正確さ」とは「真の値からのかたよりの程度．かたよりが小さい方が，より真度が良い又は高いという」．また「精度，精密度，精密さ」とは「同一試料に対し，定められた条件の下で得られる独立な観測値・測定結果のばらつきの程度．ばらつきが小さ い 方 が， よ り 精 度 が 良 い 又 は 高 い と い う 」． 以 上 は JIS
Z8101-2「統計－用語と記号－第 2 部：統計的品質管理用語」
から引用した．
3）“TBT 協定とは，1979 年 4 月に国際協定として合意された
GATT スタンダードコードが 1994 年 5 月 TBT 協定として改訂合意され，1995 年 1 月に WTO 協定に包含されたものです．
TBT 協定は WTO1 括協定となっており，WTO 加盟国全部に適用されています．TBT 協定は，工業製品等の各国の規格及び規格への適合性評価手続き（規格・基準認証制度）が不必要な貿易障害とならないよう，国際規格を基礎とした国内規格策定の原則，規格作成の透明性の確保を規定．”（日本工業標準審査会ホームページから引用）
http://www.jisc.go.jp/cooperation/wto-tbt-guide.html

JIS も使われてこそ，工業規格としての意義がある．溶射一般財団法人日本品質保証機構

富士岐工産株式会社
株式会社フジミインコーポレーテッド

佐々木光正（*） スルザーメテコジャパン株式会社
澤村正夫

仲館

創永井正也

有限会社澤村溶射センター
エイチ・シー・スタルク株式会社
トーカロ株式会社

（事務局）
上野和夫

一般社団法人日本溶射学会

川村由美子

一般社団法人日本溶射学会

4溶射Vol.50，No.4