JP2005083977A - 塗膜インピーダンスの測定装置および測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属材料表面の塗膜および非金属材料表面の塗膜のインピーダンスを正確に測定することのできる塗膜インピーダンスの測定装置、および測定方法を提供する。
【解決手段】下地金属の表面を覆う塗膜を貫通して前記下地金属に導通する接触子と、前記塗膜上に設置されるプローブと、異なる複数の周波数を含む電圧を前記接触子と前記プローブの間に印加する電圧印加手段と、前記塗膜を通して前記接触子と前記プローブの間に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電流の測定値から前記複数の周波数のおのおのに対する前記塗膜のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段とを備えている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料あるいは非金属材料に塗布された塗膜のインピーダンスを測定する装置および方法に関する。

変圧器や配電盤など屋外に設置される機器は、防食および美観のために塗装がなされるが、その塗膜は紫外線や水分の影響を受けて経時的に劣化する。塗膜の劣化を放置すれば、最終的には下地金属の腐食による塗膜の剥離や錆の発生に至るので、機器の保全のためには適当な時期に再塗装して新たな塗膜を形成する必要がある。再塗装の時期は、早すぎれば経済的に無駄が生じ、逆に遅すぎれば下地金属の腐食に至り、その補修に多くの工数を要し経済的な負担が大きくなる。そこで、従来この種の機器では、塗膜の劣化度を定期的に診断し、適切な再塗装の時期を判断したり、経験的に再塗装時期を決め、定期的に再塗装を実施している。

この種の判断は、できるだけ客観的になされて誰が行っても常に適切な判断が下されることが望ましい。この点に配慮した従来の一般的な塗膜劣化診断方法としては次のようなものがある。すなわち、剥がれ、割れ、膨れ、錆等の各種の劣化状況についてその劣化度が段階的に異なる種々の見本写真を多数準備しておき、診断すべき実際の塗膜とこれらの見本写真とを作業者が対比観察する。そして、各種の劣化状況についての実際の塗膜の状態がいずれの段階の写真と一致するかを作業者が見極めると共に、各種の劣化状況・劣化度について予め定められている評点を付し、これらを順次加算する。そして、その合計点が基準値に達すれば、塗り替えあるいは補修塗装の時期に至ったと判断するのである。

また次のような方法も開発されている。これは塗膜の劣化度によってそのインピーダンスが変化することを利用するもので、例えば下記特許文献１，２，３に記載されている。この種の方法を使って実際に採用されている塗膜の診断手順の概略を述べれば次の通りである。すなわち、現場にインピーダンス測定器を搬入し、そのプローブを塗膜の表面に設置し、プローブと下地金属との間に特定周波数の電圧を印加し、この電圧と流れる電流から決定される塗膜のインピーダンスを計器から読みとり記録する。そして次に、この様にして記録された抵抗性あるいは容量性の測定インピーダンスの値を、予め作成されている表と照合し、これに基づき劣化度を判断するのである。なお、この場合インピーダンスの測定周波数は２００Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ程度が一般的である。
特開昭６２−１０２１４８号公報 特開平４−２１８７５７号公報 特開平５−１８９２２号公報

しかしながら、実際の塗膜と見本写真とを対比観察する前者の方法では、見本写真と一致するか否かの判断自体が観察者の主観により左右され易いため、誰でも常に適切な診断ができるという保証がない。また、この方法では、多くの見本写真との対比観察や評点の合計作業が必要であるが、こノートきに、計算ミスが発生する可能性がある。インピーダンス測定器を使用する方法は、やはり計器の読みとり等に主観が入る余地があり、またその測定値を評価基準と照合する作業も煩雑である。

また、塗膜は紫外線や水分の影響を受けて、経時的に劣化する。実際の塗膜と見本写真とを対比観察する方法では、観察時点での劣化度を判断するだけであり、その後の劣化予測を行うことは困難である。一方、インピーダンス測定による方法は、塗膜劣化予測データベースが存在すれば、そのデータベースに基づき劣化予測を行うことが可能である
金属材料に塗布された塗膜をインピーダンス測定する際には、金属材料を測定プローブに接続する必要がある。従来では、金属材料と接続するため、金属材料上の塗膜を機械的に、例えばやすりによって強制的に除去していた。しかし、測定点数が多い場合には、除去作業に非常に時間を要するという問題がある。

また、同一構造物の塗膜インピーダンス測定を行った場合に、塗布状態あるいは劣化状態のばらつきにより、測定結果がばらつく可能性がある。このようにして得られたデータから、構造物の塗膜劣化診断を行うには困難が伴う。

一方、非金属材料、例えばコンクリート等に塗布された塗膜においては、非金属材料自体が高い抵抗を有するので、このような塗膜のインピーダンスを測定することは困難であった。また、金属材料上に塗布された塗膜であっても、金属材料に電気的接続ができない場合は、測定ができなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、金属材料表面の塗膜および非金属材料表面の塗膜のインピーダンスを正確に測定することのできる塗膜インピーダンスの測定装置、および測定方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、下地金属の表面を覆う塗膜を貫通して前記下地金属に導通する接触子と、前記塗膜上に設置されるプローブと、異なる複数の周波数を含む電圧を前記接触子と前記プローブの間に印加する電圧印加手段と、前記塗膜を通して前記接触子と前記プローブの間に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電流の測定値から前記複数の周波数のおのおのに対する前記塗膜のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段とを備えている構成とする。

請求項２の発明は、非金属材料の表面を覆う塗膜の表面に設置される複数のプローブと、前記プローブの所定の２つの間に異なる複数の周波数を含む電圧を印加する電圧印加手段と、前記２つのプローブの間に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電流の測定値から前記複数の周波数のおのおのに対する前記塗膜のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段とを備えている構成とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の塗膜インピーダンスの測定装置において、１個のプローブを中心として所定の半径を有する円周上に他の複数個のプローブを設置し、円周上のプローブを切り替えながら中心のプローブと円周上のプローブの間に電圧を印加する構成とする。

請求項４の発明は、請求項２に記載の塗膜インピーダンスの測定装置において、前記複数のプローブを格子状に配置し、プローブを切り替えながら異なる２つのプローブ間に電圧を印加する構成とする。

本発明の塗膜インピーダンスの測定装置あるいは測定方法によれば、金属材料表面の塗膜および非金属材料表面の塗膜のインピーダンスを正確に測定することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１に本発明の第１の実施例の塗膜インピーダンスの測定装置の構成を示す。
この実施例の塗膜インピーダンスの測定装置は、測定装置本体であるパーソナルコンピュータ１と、このパーソナルコンピュータ１に接続されたプリアンプ１２と、このプリアンプ１２にプローブ用リード線１３によって接続されたプローブ１０と、前記プリアンプ１２にアース線１４によって接続され下地金属接触治具２０にネジ結合された接触子２１を備えている。

硬いステンレス鋼等で作製され尖った先端を有する接触子２１が下地金属１１の表面に塗布された塗膜９を貫通して下地金属１１と接触する。下地金属接触治具２０と接触子２１にはねじ溝が施してあり、接触子２１を回転することで、接触子２１の先端が塗膜９を破壊、貫通して、下地金属１１と電気的に接続する。

ノートブック型等のパ−ソナルコンピュータ１は、本体ケ−ス（図示せず）内に、ＣＰＵ（中央演算装置）２、メモリ３、ＦＤＤ（フレキシブルディスク装置）４、ＨＤＤ（ハードディスク装置）５等を内蔵すると共に、表示装置として例えば液晶のディスプレイ６および入力装置としてキ−ボード７を備えて構成されている。そして、このパ−ソナルコンピュータ１の拡張スロットには、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換機能およびＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換機能を備えたＩ／Ｆ（インターフェース）ボード８が設けられている。Ｉ／Ｆボード８は、パ−ソナルコンピュータ１の拡張スロットに内蔵せず、場合によってはパ−ソナルコンピュータ１の通信ポートＲＳ−２３２ＣにＩ／Ｆボード８が接続するようにした構成でもよい。

このような構成によって、下地金属１１の表面に形成された塗膜９上に、プローブ１０を設置し、そのプローブ１０と前記下地金属１１との間に所定波形の交流電圧を印加し、その時に流れる電流から塗膜９のインピーダンスを測定する。プローブ１０には、各種の構造のものが知られている（例えば特開昭６１−１０８９５４号公報）。一例として、導電性ゲルをしみ込ませたスポンジ状電極を容器内に収納すると共に、その容器の開口部周辺に永久磁石を備えた構成で、永久磁石と下地金属１１との間に作用する吸引力によってスポンジ状電極を塗膜９の表面に密着させるようにしたものが使用できる。

プローブ１０から導出されたリード線１３と、下地金属１１に接続したリード線１４はプリアンプ１２に接続されており、このプリアンプ１２は、プローブ１０と下地金属１１との間に電圧を印加したときに塗膜９を通じて流れる電流に応じた電圧信号をＩ／Ｆボード８に与えるようになっている。これにより、プリアンプ１２が塗膜９を通じてプローブ１０に流れる電流を測定する電流測定手段として機能する。なお、プリアンプ１２は、塗膜９の劣化度に応じて測定レンジを切り替えるようになっており、本実施例では０．０１μＡ〜１０μＡ（インピーダンスにして０．１ＭΩ〜１００ＭΩ）の範囲が測定可能である。

Ｉ／Ｆボード８は、プローブ１０と下地金属１１との間に所定波形の交流電圧を印加する電圧印加手段として機能し、予めＦＤＤ４あるいはＨＤＤ５内に記憶されたディジタル情報に基づき、Ｉ／Ｆボード８のＤ／Ａ変換機能によって生成、合成された所定波形の電圧を出力する。この場合印加される電圧は０．０１〜５０Ｈｚの周波数を含み、パワースペクトルＰが例えばＰ＝１／周波数となるように合成されている。また、各周波数成分の位相はランダム化してあってピーク電圧を極力抑えるようにされている。

また、Ｉ／Ｆボード８のＤ／Ａ変換とＡ／Ｄ変換とのタイミングは、毎回同一となるように構成されており、これにより、印加される電圧の位相角とプリアンプ１２の電流位相角は同一に保たれる。さらに、パ−ソナルコンピュータ１のメモリ３には、予め求められたＩ／Ｆボード８からの出力電圧波形のスペクトルデータが記憶されるようになっている。これにより、ＣＰＵ２は、プリアンプ１２にて測定された電流測定結果から、機械語によるＦＦＴ（高速フ−リェ変換）プログラム等を利用して、各周波数に対するインピーダンスを算出する。

このようにして測定された塗膜インピーダンスは、抵抗とコンデンサの並列回路からなる等価回路にて表すことができる。塗膜９が劣化することにより、等価回路の抵抗値が小さくなってインピーダンスが変化することを利用して、塗膜９の劣化度を診断する。

つぎに図２，図３を用いて本発明の第２の実施例を説明する。
この実施例の塗膜インピーダンスの測定装置は、図２に示すように、パーソナルコンピュータ１と、プリアンプ１２と、このプリアンプ１２にプローブ用リード線１３，１６によって接続されたプローブ１０，１５を備えている。パーソナルコンピュータ１の構成および動作は前記第１の実施例（図１）におけると同じである。

このような構成によって、コンクリート等の非金属材料１７の表面に施された塗膜９の表面に２個以上のプローブ１０を設置して、別のプローブ１５との間でインピーダンスを測定する。また、この場合、非金属材料１７だけではなく、金属材料表面に施された塗膜に対しても塗膜インピーダンス測定が可能である。

図３に本実施例によるセラミック上に塗布された塗膜のインピーダンス測定の結果を示す。劣化塗膜では、塗膜が劣化により吸水しやすくなり、測定プローブ間のインピーダンスが低下することが示されている。

つぎに図４を用いて本発明の第３の実施例の塗膜インピーダンスの測定方法を説明する。すなわち、塗膜９の表面にプローブ１０を設置し、プローブ１０を中心として所定の半径Ｒを有する円周上に別のプローブ１５を配置し、プローブ１０とプローブ１５の間のインピーダンスを測定する。プローブ１５は、複数個配置しており、プローブ用リード線１３との接続を手作業で切り替える。切替え機を各プローブ１５とプローブ用リード線１３の間に接続し、自動あるいは切替えスイッチで接続を切り替えながら測定するようにしてもよい。また、この場合にも非金属材料だけではなく、金属材料表面に施された塗膜に対しても塗膜インピーダンス測定が可能である。
この実施例の測定方法によれば、塗膜の広い範囲のインピーダンスを迅速に測定することができる。また多数のインピーダンス測定値を迅速に得ることができる。

つぎに図５を用いて本発明の第４の実施例の塗膜インピーダンスの測定方法を説明する。塗膜９の表面に格子状に複数のプローブを配置し、例えばプローブ１０と別のプローブ１５の間でインピーダンスを測定する。２個プローブは、プローブ用リード線１３ともう一つのプローブ用リード線１６の接続を自動あるいは切替えスイッチで接続を切り替えながら測定するようにしてもよい。この場合にも非金属材料だけではなく、金属材料表面に施された塗膜に対しても塗膜インピーダンス測定が可能である。
この実施例の測定方法によって多数の塗膜インピーダンス測定値を迅速に得ることができる。また多数のインピーダンス測定値を迅速に得ることができる。

本発明の第１の実施例の塗膜インピーダンスの測定装置の構成を示す図。 本発明の第２の実施例の塗膜インピーダンスの測定装置の構成を示す図。 本発明の第２の実施例における塗膜インピーダンスの測定例を示すグラフ。 本発明の第３の実施例の塗膜インピーダンスの測定方法を示す図。 本発明の第４の実施例の塗膜インピーダンスの測定方法を示す図。

符号の説明

１…パ−ソナルコンピュータ、２…ＣＰＵ、３…メモリ、４…ＦＤＤ、５…ＨＤＤ、６…液晶ディスプレイ、７…キ−ボード、８…Ｉ／Ｆボード、９…塗膜、１０…プローブ、１１…下地金属、１２…プリアンプ、１３，１６…プローブ用リード線、１４…アース線、１５…プローブ、１７…非金属材料、２０…下地金属接触治具、２１…接触子、２２…半径Ｒ。

Claims (4)

1. 下地金属の表面を覆う塗膜を貫通して前記下地金属に導通する接触子と、前記塗膜上に設置されるプローブと、異なる複数の周波数を含む電圧を前記接触子と前記プローブの間に印加する電圧印加手段と、前記塗膜を通して前記接触子と前記プローブの間に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電流の測定値から前記複数の周波数のおのおのに対する前記塗膜のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段とを備えていることを特徴とする塗膜インピーダンスの測定装置。
2. 非金属材料の表面を覆う塗膜の表面に設置される複数のプローブと、前記プローブの所定の２つの間に異なる複数の周波数を含む電圧を印加する電圧印加手段と、前記２つのプローブの間に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電流の測定値から前記複数の周波数のおのおのに対する前記塗膜のインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段とを備えていることを特徴とする塗膜インピーダンスの測定装置。
3. 請求項２に記載の塗膜インピーダンスの測定装置において、１個のプローブを中心として所定の半径を有する円周上に他の複数個のプローブを設置し、円周上のプローブを切り替えながら中心のプローブと円周上のプローブの間に電圧を印加することを特徴とする塗膜インピーダンスの測定方法。
4. 請求項２に記載の塗膜インピーダンスの測定装置において、前記複数のプローブを格子状に配置し、プローブを切り替えながら異なる２つのプローブ間に電圧を印加することを特徴とする塗膜インピーダンスの測定方法。
   
   

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