JPH0546495B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は、防錆・美観等の目的で使用される金
属表面に塗付された塗装膜の劣化を検出、評価す
るために使用される塗膜インピーダンス測定装置
に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 まず、従来から行なわれている塗膜劣化の電気
化学的評価方法について説明する。 第５図に表わすように、素地金属１上に塗装し
た評価すべき塗装膜２の上に直接あるいは導電性
の液体ないし導電性のゲルつまり導電性流体３を
介して測定用電極４を接触させる。素地金属１と
測定用電極４間に電流計５を介して交流電源６を
用いて交流電圧を印加する。そのときに印加され
た電圧は素地金属１と測定用電極４に接続された
電圧計７により読取る。 塗装膜２は塗装直後の正常な状態では、電気抵
抗が非常大きく、10⁸Ω・cmあるいはそれ以上の
直流低抗を有する。塗装膜２の電気的等価回路は
塗装膜２が正常な場合には、第６図に示すような
抵抗R_fとコンデンサC_fとの並列回路で表わされ
る。塗装膜２が劣化してくると、この抵抗R_fが
減少してくるとともに、第６図に示されるような
単純な等価回路から複数の時定数を持つような複
雑なインピーダンスを表わすようになつてくる。
しかしながら、劣化の初期段階では抵抗R_fとコ
ンデンサC_fとの並列回路して扱うことが可能であ
る。 塗装膜のインピーダンスＺ（jω）は、(1)式から
求められる。 Ｚ（jω）＝ｅ（jω）／ｉ（jω） ……(1) ここで、ωは角周波数、 ｅ（jω）は電圧、 ｉ（jω）は電流を表わす。 また、もう１つの劣化の指標であるtanδは(2)式
で求められる。 tanδ＝｜Z_n｜／｜Z_e｜ ……(2) ここで、Z_nはインピーダンスの虚数部、 Z_eはインピーダンスの実数部（インピ
ーダンスが純抵抗と同じ位相の抵抗成分）であ
る。 塗装膜２が劣化してくると、第６図の抵抗R_f
が減少し、同じ交流電圧ｅ（jω）を印加した場合
には電流ｉ（jω）が増加し、インピーダンスＺ
（jω）が減少する。同様にして抵抗R_fが減少して
くると、インピーダンスの実数部｜Z_e｜が減少し
tanδが増加する。 このようにして、塗装膜２のインピーダンスあ
るいはtanδを交流インピーダンス法により測定す
ることで、塗装膜２の劣化が検出できる。 塗装膜の劣化前後のインピーダンスの変化を第
７図ならびに第８図に示す。 第７図はインピーダンスの絶対値を周波数（対
数）に対してブロツトしたものであり、一般にボ
ード線図と言われている。劣化していない塗装膜
のインピーダンス曲線ａに対して、塗装膜が劣化
してくると、インピーダンスは曲線ｂのように周
波数の低い側での減少が顕著となる。したがつ
て、インピーダンスの絶対値のみから劣化を検出
する場合には、周波数の低い方で測定する方が有
効である。 第８図はインピーダンスを実数部と虚数部とで
表示したもので、一般にはナイキスト線図と言わ
れる複数表示である。塗装膜２が劣化してくる
と、インピーダンス軌跡ｄは正常なものの曲線Ｃ
と比べて半円が小さくなるとともに、円が変形し
てくる。この形から、塗装膜２の劣化程度が推定
できる。 インピーダンスの測定結果から塗装膜の劣化を
検出する方法は以上の通りであるが、実際の塗装
膜２のインピーダンス測定の際には、素地金属１
から直接電気的なリード線を取出せない場合があ
る。その対処策としてはこの出願人はさきにダブ
ルセル法（２電極法）を提案した。たとえば、特
願昭58−198315（特開昭60−91250号公報）、特願
昭59−55818（特開昭60−20015号公報）等がそれ
である。 この方法は、第９図に示すように２つの測定用
電極４_a，４_b間に交流電圧を加え、その時の電
圧、電流、周波数から、上述した方法と同様にし
てインピーダンスを測定し、塗装膜２の劣化を検
出する方法である。この場合に測定されるインピ
ーダンスは電極４_aと電極４_bのインピーダンスの
加算値となる。 しかしながら、この方法を用いてインピーダン
スを測定する場合、塗装膜２のインピーダンスが
非常に大きな塗装系、例えば海洋構造物のように
厚膜系塗膜の測定を行なう場合には、塗装膜表面
のリーク電流が無視できなくなる。塗装膜表面が
汚れている場合、あるいは濡れている場合、ある
いは測定のために電極と塗装膜間に挿入した導電
性の液体ないしはゲルが、電極間に導通を生じさ
せた場合などには、インピーダンス測定結果に誤
差が生じ、本来の塗装膜のインピーダンスが測定
できない場合がある。 第９図において、塗装膜２のインピーダンスは
電圧計７で読取つた電圧ｅ（jω）と電流計５で読
取つた電流ｉ（jω）とから、(1)式により求められ
るが、電流ｉ（jω）は塗装膜２を通つた塗装膜貫
通電流i_f以外に表面リーク電流i_sが含まれている
ため、結果してインピーダンスは塗装膜２のイン
ピーダンスよりも小さな値となり、劣化の場合と
同様な判断が下されることになる。表面リークを
少なくする方法としては、測定用電極４_aと４_bと
の距離を大きくすることが考えられるが、測定装
置が大きくなることあるいは測定物の大きさ、測
定範囲から限定されることが多く、ノイズの面か
らも電極を遠ざけることは好ましくない。 〔発明の目的〕 ここにおいて本発明は、従来装置の難点を克服
し、測定用電極の周囲にガード電極を設け、表面
リーク電流が測定値に影響を与えない正確な測定
が可能な塗膜インピーダンス測定装置を提供する
ことを、その目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は、２電極（ダブルセル）による塗膜イ
ンピーダンス測定装置において、 電極間のリーク電流が測定値に影響を与えない
ように、ガード電極を測定電極の周囲に配設した
塗膜インピーダンス測定装置であり、 さらには、ガード電極をアンプを用いて測定電
極と同電位になるようにドライブする塗膜インピ
ーダンス測定装置である。 〔発明の実施例〕 第１図は、本発明の一実施例における回路構成
を表わすブロツク図である。 すべての図面において同一符号は同一もしくは
相当部分を示す。 素地金属１の上に塗られた塗装膜２の上に、直
接あるいは導電性の液体ないしは導電性のゲルも
しくはそれらを含んだ多孔質物質などの導電性物
質３を介して測定電極４_aおよび４_bを接触させ
る。その測定用電極４_aおよび４_bは電流計５_aお
よび５_bを介して交流電源６に接続する。 さらに測定用電極４_aおよび４_bの周囲にガード
電極８_aおよび８_bを設け、これらガード電極８_a
および８_bも塗装膜２に直接あるいは導電性物質
３を介して接触させる。これらガード電極８_aお
よび８_bは直接交流電源６に接続する。 しかして、測定用電極４_aおよび４_bあるいはガ
ード電極８_aおよび８_bの形状は、第２図ａ，ｂに
平面図（上の図）、側断面図（下の図）をおのお
の示すように、円形、正方形等被測定物に応じて
どのような形状でも良いが、ガード電極８は測定
電極４_aおよび４_bの周囲を完全に取巻いている方
が好ましい。 このように構成すると、測定電極４_aとガード
電極８_aとの間に電流計５_aの抵抗による電圧降下
分の電位差が生じるが、測定電極４_aとガード電
極８_a間の表面リーク抵抗に比べて電流計５_aの抵
抗は一般に充分小さいので、この電位差によるガ
ード電極８_aから測定電極４_aへの流れ込みは、測
定電極i_aに比べて充分小さな値となる。 また表面リーク電流i_sはガード電極８_aからの
み流れるので、測定用電極４_aに流れる電流i_aは
塗装膜２のインピーダンス測定に関与するものだ
けとなる。 測定用電極４_b、ガード電極８_b、電流計５_bに
関しても作用は同じである。 このようにして、塗装膜２の正確なインピーダ
ンス測定が可能となる。 インピーダンス測定用の交流電源６としては、
正弦波以外に、同時に多数の周波数成分を含んだ
インパルスあるいはランダムノイズ等が使用で
き、電流および電圧を伝達関数計に接続すること
で短時間に塗装抵抗R_f、塗装容量C_fないしは第７
図および第８図に示されるようなインピーダンス
軌跡が得られる。 本発明による塗装膜のインピーダンス測定結果
を表１に示す。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、２電極法（ダブルセ
ル法）による塗膜劣化の検出に使用されるインピ
ーダンス測定装置にガード電極を設けることで、
海洋構造物等に使用される厚膜型塗料のような高
抵抗の塗膜インピーダンスに関しても精度よく測
定できるとともに、測定用電極を近づけることが
可能となり、小型化、耐ノイズ性能が向上し、現
地での測定が精度よく測定できるようになつた。 この結果、塗膜の劣化が早期に検出可能とな
り、寿命の推定、塗換え時期の決定、塗膜の評価
等が短時間に高精度で行なえるようになり、工業
的に益するところ大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成を表わす
ブロツク図、第２図ａ，ｂはその電極の形状を示
す平断面図と側断面図、第３図は本発明の他の実
施例の回路構成を表わすブロツク図、第４図ａ，
ｂは本発明の別の実施例の側断面図、平断面図、
第５図は従来の塗装膜劣化を電気化学的に評価す
る方法を示す説明図、第６図は塗装膜の劣化を評
価するために用いられる塗装膜の電気的等価回
路、第７図は塗装膜の劣化によるインピーダンス
の周波数依存性の変化を表わす説明図、第８図第
７図を複素平面上で示した説明図、第９図は２電
極法による塗装膜劣化を電気化学的に評価する方
法を表わす説明図である。 １……素地金属、２……塗装膜、３……導電性
物質、４，４_a，４_b……測定用電極、５，５_a，
５_b……電流計、６……交流電源、７……電圧計、
８，８_a，８_b……ガード電極、９……絶縁物、１
０，１０_a，１０_b……バツフアアンプ、１１，１
１_a，１１_b，１２……高入力インピーダンスアン
プ、ａ，ｃ……正常塗装膜のインピーダンス、そ
の軌跡、ｂ，ｄ……劣化した塗装膜のインピーダ
ンス、その軌跡、R_f……塗膜抵抗、C_f……塗膜容
量、i_a……測定電流ａ、i_b……測定電流ｂ、i_s…
…表面リーク電流、Ｒ，R_a，R_b……IV変換抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 素地金属表面塗装上の２個所のそれぞれに直
   接あるいは導電性物質を介して設けられた測定用
   電極と、 両測定用電極間に接続された交流電源と、 両測定用電極の周囲におのおの直接あるいは導
   電物質を介して素地金属表面塗装上に配設され交
   流電源の両端に接続れたガード電極と、 両測定用電極間電圧を測定する電圧計と、 両測定用電極を流通する電流を測定する電流計
   と、 を備えたことを特徴とする塗膜インピーダンス測
   定装置。 ２ ガード電極を測定用電極の周囲を取り囲むよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の塗膜インピ
   ーダンス測定装置。 ３ ガード電極をアンプを用いて測定用電極と同
   電位になるようにドライブするようにした特許請
   求の範囲第１項記載の塗膜インピーダンス測定装
   置。 ４ 電圧計の前段に高入力インプピーダンスアン
   プを設けて電圧を検出し、電流計に代えIV（電流
   →電圧）変換抵抗を接続しその両端に高入力イン
   ピーダンスアンプを備えこのアンプ出力から電流
   を導出するようにした特許請求の範囲第１項記載
   の塗膜インピーダンス測定装置。