JP2003254894A - 塗膜付着強度・せん断強度測定装置 - Google Patents

塗膜付着強度・せん断強度測定装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】試料Ｓに対し塗膜面に垂直な垂直方向およ
び塗膜面に平行な平行方向の２方向に移動可能な案内軸
１４に垂直圧力検知器１５の一端を保持し、垂直圧力検
知器１５の他端に連結具１６を介して平行圧力検知器１
７の第１端を保持し、平行圧力検知器１７の第２端に切
刃１８を保持し、切刃１８で試料Ｓに付着した塗膜を切
削しながら切刃１８に加わる垂直圧力および平行圧力を
検知する。 【効果】切刃と圧力検知器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、測定が正確にな
る。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。摺動案内軸がないため、構造
が簡単で安価になる。

Description

【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、試料に対し塗膜面に垂直な垂直方向および
塗膜面に平行な平行方向の２方向に相対移動可能なステ
ージ手段と、前記ステージ手段に一端が保持された垂直
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を具備し、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。上記構成において、
試料を固定しステージ手段を移動してもよいし、試料を
移動しステージ手段を固定してもよいし、両者を移動し
てもよい。
【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
に対し塗膜面に垂直な垂直方向および塗膜面に平行な平
行方向の２方向に相対移動可能なステージ手段と、前記
ステージ手段に一端が保持された平行圧力検知器と、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
刃とを具備し、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。上記構成において、試料を固定しステ
ージ手段を移動してもよいし、試料を移動しステージ手
段を固定してもよいし、両者を移動してもよい。
【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】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、前記ステー
ジ手段は、圧電素子駆動により５００μｍ以下の範囲で
微動する手段であ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。ステージ手段としては、
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１
μｍ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３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、支持部材から切刃まで全くクリアランス
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４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切刃の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４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】−第１の実施形態− 図１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１
８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１
２は、出力インタフェース２８ａを介して、パソコン２
８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１
６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２の実施形態− 図３は、第２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３
６ｈ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３
０ｖ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１
６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１
７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，３
０ｖ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。
【００３６】−他の実施形態− （１）切刃１８の代わりに針状の測定具を用いてもよ
い。この場合、塗膜の傷付性を測定できる。 （２）切刃１８の代わりに先端が平面状の測定具を用い
てもよい。この場合、摩擦係数のような摩擦特性の測定
を行うことができる。
【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】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。
【図２】本発明の塗膜付着強度・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２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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、試料に対し塗膜面に垂直な垂直
    方向および塗膜面に平行な平行方向の２方向に相対移動
    可能なステージ手段と、前記ステージ手段に一端が保持
    された垂直圧力検知器と、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を具備し、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。
  2. 【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、試料に対し塗膜面に垂直な垂直
    方向および塗膜面に平行な平行方向の２方向に相対移動
    可能なステージ手段と、前記ステージ手段に一端が保持
    された平行圧力検知器と、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を具備し、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。
  3. 【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、前記ステージ手
    段は、圧電素子駆動により５００μｍ以下の範囲で微動
    する手段であることを特徴とする塗膜付着強度・せん断
    強度測定装置。
  4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれかに記載
    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切刃の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。
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