JP2010237071A - Coating evaluation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、皮膜評価装置に関するものである。 The present invention relates to a film evaluation apparatus.
金属製品や合成樹脂製品において、表面強度の向上、耐磨耗性の向上若しくは耐食性の向上などの表面改質の為、例えば、部品の表面にメッキ、コーティング、拡散浸透、蒸着若しくは溶射などの方法により皮膜を設ける技術が提案されている。 For metal products and synthetic resin products, surface modification such as surface strength improvement, wear resistance improvement or corrosion resistance improvement, for example, plating, coating, diffusion penetration, vapor deposition or thermal spraying on the surface of parts A technique for providing a coating by the above has been proposed.
ところで、この皮膜は、元々強度の向上等の目的で設けられているものである為、擦ったり腐食させたりして、実際の膜厚,強度若しくは磨耗性などの機械的特性や耐食性など化学的な特性を評価することは困難である。 By the way, since this film is originally provided for the purpose of improving the strength, it is rubbed or corroded to cause chemical properties such as actual film thickness, strength or wear properties such as mechanical properties and corrosion resistance. It is difficult to evaluate the characteristics.
例えば、この皮膜の特性を評価(測定)する方法としてブラスト・エロージョン法が提案されている。 For example, a blast erosion method has been proposed as a method for evaluating (measuring) the characteristics of this film.
このブラスト・エロージョン法は、被験体に砥粒を圧搾空気と共に吹き付けて該被験体の単位時間当たりの重量減量を測定するもので、この重量減量を皮膜のかさ比重で除して体積減量を求めた際、この単位時間と体積減量とが直線グラフで表される比例関係となり、この直線の勾配(エロージョン特性といわれる)が、引っ張り強さ、伸び、硬さ若しくは破壊靱性値と良好な対応関係を示す為、前記重量減量の測定により、評価が難しい皮膜の評価を短時間で簡単に行なうことができるというメリットがある。 This blast erosion method measures the weight loss per unit time of the subject by spraying abrasive grains with the compressed air on the subject, and obtains the volume loss by dividing the weight loss by the bulk specific gravity of the film. In this case, the unit time and the volume loss are in a proportional relationship represented by a straight line graph, and the slope of this straight line (called erosion characteristics) has a good correspondence with the tensile strength, elongation, hardness or fracture toughness value. Therefore, the measurement of the weight loss has a merit that a difficult-to-evaluate film can be easily evaluated in a short time.
しかし、このブラスト・エロージョン法では、砥粒が飛散し易い為、扱える砥粒は数百μm以上の径のものとなり、蒸着やスパッタリング法などで形成された数十μm以下の薄い皮膜の特性を評価することができないという問題点がある。 However, with this blast erosion method, the abrasive grains are likely to be scattered, so that the abrasive grains that can be handled have a diameter of several hundreds of micrometers or more, and the characteristics of a thin film of several tens of micrometers or less formed by vapor deposition or sputtering are used. There is a problem that it cannot be evaluated.
更に、ブラスト・エロージョン法に使用する装置は、砥粒や被験体の削り粒が空中に飛散して舞い易い為、該砥粒などが噴射室の外に漏れないように該噴射室の気密性を高めなければならず、また、砥粒などを集めるための集塵フィルタやサイクロンなどの装置を取り付ける必要も生じ、装置全体が大型且つ複雑で高コストになってしまうという問題点がある。 Furthermore, since the apparatus used for the blasting erosion method is easy for the abrasive grains and the abrasive grains of the subject to fly in the air, the airtightness of the injection chamber prevents the abrasive grains from leaking out of the injection chamber. In addition, it is necessary to install a dust collection filter or a cyclone for collecting abrasive grains and the like, and there is a problem that the entire apparatus becomes large, complicated and expensive.
また、噴射材を噴射した後も砥粒がしばらく舞い続ける為、噴射材の噴射後に噴射室を開放して被験体を取り出そうとすると砥粒が外に飛散してしまう恐れがある。従って、噴射材の噴射後に被験体を取り出す場合、噴射室内に舞っている砥粒が完全に除去されるまで待たなければならない為、一回の測定に長時間を要するという問題点もある。 In addition, since the abrasive grains continue to dance for a while after the injection material is injected, if the injection chamber is opened and the subject is taken out after the injection material is injected, the abrasive grains may be scattered outside. Accordingly, when the subject is taken out after the injection material is injected, there is a problem that it takes a long time for one measurement because it is necessary to wait until the abrasive grains floating in the injection chamber are completely removed.
また、圧搾空気中に砥粒を混入させる方法では砥粒が被験体に衝突する衝撃力は湿度によって左右され、しかも湿度が高いほど誤差が大きくなる為、測定誤差を小さくするために噴射室内を毎回一定の湿度に設定しなければならず、極めて試験操作が煩雑で厄介であるという問題点もある。 In addition, in the method of mixing abrasive grains in the compressed air, the impact force that the abrasive grains collide with the subject depends on the humidity, and the higher the humidity, the larger the error. There is also a problem that a constant humidity must be set every time, and the test operation is extremely complicated and troublesome.
そこで、本出願人は前述した問題点を解消する特許第3356415号に開示される皮膜評価装置(以下、従来例)を提案している。 Therefore, the present applicant has proposed a film evaluation apparatus (hereinafter, a conventional example) disclosed in Japanese Patent No. 3356415 that solves the above-described problems.
この従来例は、液体に砥粒が混入されてなる噴射材を圧搾空気と共に高速で噴射して被験体の表面に衝突させることで該被験体を減量する構造のものであり、砥粒が空中に散乱したりする恐れがなく、数十μm以下の小さな砥粒でも使用することができ、数十μm以下の薄い皮膜であっても該皮膜を少しずつ減量して特性を評価することができ、そして更に、液体に砥粒が混入された噴射材と圧搾空気とを一緒に被験体に噴射すると、短時間で被験体の皮膜を減量させることができ、湿気などの影響も受けないため制御し易く、測定誤差が少なくて再現性も良好となる。 This conventional example is a structure that reduces the amount of the subject by injecting the spray material, in which abrasive grains are mixed into the liquid, with the compressed air at a high speed to collide with the surface of the subject, and the abrasive grains are in the air. Can be used even with small abrasive grains of several tens of μm or less, and even a thin film of several tens of μm or less can be gradually reduced in weight to evaluate characteristics. In addition, when the spray material mixed with abrasive grains in the liquid and the compressed air are sprayed onto the subject together, the subject's coating can be reduced in a short time and is not affected by moisture, etc. It is easy to perform, and there are few measurement errors and reproducibility is also good.
ところで、従来例は、被験体の減量と該減量に要した時間との因果関係を測定して該披験体の表面に形成されている皮膜の特性や、該皮膜と母材との密着性や接着強度等の界面特性を評価するものであるが、これは被験体に噴射される噴射材の濃度が常に一定であることが前提であり、この噴射材の濃度を一定に維持することは技術上極めて困難であり、実際の評価に際して精度が落ちてしまう(評価にばらつきが生じてしまう)のが現状である。 By the way, the conventional example measures the causal relationship between the weight loss of the subject and the time required for the weight loss, and the characteristics of the film formed on the surface of the test subject, and the adhesion between the film and the base material It is based on the premise that the concentration of the propellant injected to the subject is always constant, and maintaining the concentration of this propellant constant It is extremely difficult in terms of technology, and the current situation is that the accuracy is lowered in actual evaluation (evaluation varies).
本出願人は、前述した皮膜評価装置について更なる研究開発を進め、その結果、従来にない作用効果を発揮する画期的な皮膜評価装置を開発した。 The present applicant has advanced further research and development on the above-described film evaluation apparatus, and as a result, has developed an innovative film evaluation apparatus that exhibits unprecedented effects.
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。 The gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
金属材や合成樹脂材などの被験体1の表面皮膜の特性を評価する皮膜評価装置であって、前記被験体1に液体2に砥粒3が混入された噴射材4を圧搾空気と共に噴射して該被験体1を減量させる噴射部5と、この噴射部5に供給される所定量の前記噴射材4を収納する噴射材収納部6と、前記噴射部5から噴射された前記噴射材4を回収し前記噴射材収納部6と別個の噴射材回収部7とを具備し、この噴射材回収部7で回収された前記噴射材4は噴射材送出手段10により前記噴射材収納部6へ送出されるように構成されており、また、前記被験体1に対する所定量の前記噴射材4の噴射を繰り返し行なえるように構成されていることを特徴とする皮膜評価装置に係るものである。
A film evaluation apparatus for evaluating the characteristics of a surface film of a subject 1 such as a metal material or a synthetic resin material, wherein a
また、請求項1記載の皮膜評価装置において、前記噴射部5における前記噴射材4を噴射するノズル8の開口形状を1mm以下×1mm以下の方形状としたことを特徴とする皮膜評価装置に係るものである。
The film evaluation apparatus according to claim 1, wherein the opening shape of the
また、請求項1記載の皮膜評価装置において、前記噴射部5における前記噴射材4を噴射するノズル8の開口形状を1mm×1mmの正方形状としたことを特徴とする皮膜評価装置に係るものである。
The film evaluation apparatus according to claim 1, wherein the opening shape of the
また、請求項1〜3いずれか1項に記載の皮膜評価装置において、前記噴射材4に含まれる砥粒3として平均粒径5μm以下の砥粒3が採用されていることを特徴とする皮膜評価装置に係るものである。
The film evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein an
また、請求項1〜4いずれか1項に記載の皮膜評価装置において、前記噴射部5は噴射材供給手段11を介して前記噴射材収納部6から前記噴射材4が供給される構成であり、この噴射材供給手段11は前記噴射材収納部6内を加圧することで前記噴射材4を排出して前記噴射部5へ供給する構成であることを特徴とする皮膜評価装置に係るものである。
5. The film evaluation apparatus according to claim 1, wherein the
本発明は上述のように構成したから、従来にない皮膜の評価方法が可能となり、即ち、時間という間接量を評価に持ち込む従来例と異なり、砥粒という直接量を評価の対象とすることで、精度が飛躍的に向上し、よって、皮膜評価の標準化にも寄与することが期待されるなど、従来にない作用効果を発揮する画期的な皮膜評価装置となる。 Since the present invention is configured as described above, an unprecedented method for evaluating a film is possible. That is, unlike the conventional example in which an indirect amount of time is brought into the evaluation, the direct amount of abrasive grains is targeted for evaluation. Therefore, it is an epoch-making film evaluation apparatus that exhibits unprecedented functions and effects, such as being expected to contribute to the standardization of film evaluation.
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。 An embodiment of the present invention which is considered to be suitable will be briefly described with reference to the drawings showing the operation of the present invention.
噴射材収納部6に収納される所定量の噴射材4は噴射部5へ供給され、この噴射材4は噴射部5から圧搾空気とともに高速で噴射されて被験体1の表面に衝突し、被験体1の表面の皮膜が減量される。また、噴射部5から噴射された噴射材4は噴射材回収部7で回収され、その後、この噴射材回収部7で回収された噴射材4は噴射材送出手段10により噴射材収納部6へ送出され、この噴射材収納部6へ送出された噴射材4は噴射部5へ供給されて再び皮膜の減量に使用される。
A predetermined amount of the
以上のように、本発明は被験体1に対する所定量の噴射材4の噴射を繰り返し行なうことができ、このことから従来にない新しい基準を用いての皮膜評価が可能となり、よって、皮膜の高精度な評価が行なえることになる。
As described above, according to the present invention, it is possible to repeatedly inject a predetermined amount of the
具体的には、所定量の噴射材4の噴射を繰り返し行なえる構成としたから、前述した従来例のように、被験体1に対して噴射材4を噴射する時間、即ち、間接量を持ち込まず、被験体1に対して衝突させる噴射材4に混入される砥粒3の量という直接量を対象とした評価の為、それだけ高精度な評価が行なえることになる。
Specifically, since the injection of the predetermined amount of the
つまり、従来例のように、所定時間中に被験体1に対して噴射される噴射材4の濃度が一定であることを前提とした評価ではなく、正確に特定できる噴射材4(砥粒3)の量による評価であるから、それだけ正確な評価が行えることになる。
That is, unlike the conventional example, the evaluation is based on the assumption that the concentration of the
本出願人は実際にこの評価方法により繰り返し評価を行なったところ、評価の精度にばらつきが生じることは無いことを確認した。 The Applicant actually conducted repeated evaluations using this evaluation method, and confirmed that there was no variation in evaluation accuracy.
また、本発明は、所定量の噴射材4を再利用できる構成とすることで、砥粒3などを無駄にしない効率的な作業が行なえ、コストの低減化を達成することができ、しかも、装置のコンパクト化を達成することができる。
In addition, the present invention is configured so that a predetermined amount of the
また、請求項3記載の発明においては、所定量の噴射材4(砥粒3)を被験体1の単位面積に衝突させることになるから、摩耗範囲を絞り込んでの評価をしなくても良く(例えば3mm×3mmの開口部を持つ従来のノズルの場合には、評価のための単位面積の部位の特定は必須となる。)、また、被験体1に対する長時間の噴射が可能となり且つ小さな被験体1に対する評価が確実に行え、しかも、何ら大掛かりな動力は必要なく消費エネルギーの少ない動力で済むためコスト面(製造コスト及びランニングコスト)に秀れることになり、そして更に、装置自体のコンパクト化を達成することができることにもなる。
Further, in the invention described in
本発明の具体的な一実施例について図面に基づいて説明する。 A specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は、金属材や合成樹脂材などの被験体1の表面に形成されている皮膜の特性を測定する皮膜評価装置であって、被験体1を固定する固定機構12と、この固定機構12に固定された被験体1に液体2に砥粒3が混入された噴射材4を圧搾空気と共に噴射して該被験体1を減量させる噴射部5とを具備しているものである。
The present embodiment is a film evaluation apparatus for measuring characteristics of a film formed on the surface of a subject 1 such as a metal material or a synthetic resin material, and includes a
砥粒3は、平均粒径が5μm以下(実際には平均粒径1.2μm)のアルミナからなる砥粒3が採用されている。また、最大粒径が1μm以下の砥粒3を採用して厚さ数μm以下の薄い皮膜でも再現性良く減量できるように構成しても良い。
As the
また、この砥粒3は、アルミナに限らず、合成樹脂,金属,セラミックス,ガラスなどの微粒子を採用しても良い。この砥粒3は、皮膜や被験体1の母材の種類によって適宜選択すると良い。例えば、皮膜や母材が軟らかい素材である場合には、硬い砥粒を使用すると前記減量が早く進行して誤差が大きくなる為、合成樹脂などの軟らかい素材の砥粒を採用し、皮膜がダイヤモンドコーティングなどの硬い素材である場合には、軟らかい砥粒では減量に時間がかかり過ぎる為、アルミナなどの硬い素材の砥粒を採用すると良い。
The
また、この砥粒3を水2に分散させてスラリーとし、噴射材4を構成している。また、水以外に目的に応じて、例えば、アルカリなどの水溶液を使用したり、アルコール類などの溶剤を使用したりしても良い。
Further, the
噴射部5は、図1に図示したように噴射材4を噴射するノズル8と、該ノズル8から噴射材4を圧搾空気と共に噴射するためのミキシングチャンバー13とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
ノズル8は、図2,3に図示したように装置本体の設置台14上面に設けられた処理室15内に配されており、このノズル8における開口部8aの開口形状は1mm×1mmの正方形状に設定されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
従って、所定量の噴射材4(砥粒3)を被験体1の単位面積に衝突させることになるから、摩耗範囲を絞り込んでの評価をしなくても良く(例えば3mm×3mmの開口部を持つ従来のノズルの場合には、評価のための単位面積の部位の特定は必須となる。)、また、被験体1に対する長時間の噴射が可能となり且つ小さな被験体1に対する評価が確実に行え、しかも、何ら大掛かりな動力は必要なく消費エネルギーの少ない動力で済むためコスト面(製造コスト及びランニングコスト)に秀れることになり、そして更に、装置自体のコンパクト化を達成することができることにもなる。 Therefore, since a predetermined amount of the injection material 4 (abrasive grain 3) collides with the unit area of the subject 1, it is not necessary to evaluate the wear range (for example, an opening of 3 mm × 3 mm). In the case of the conventional nozzle having, it is indispensable to specify the site of the unit area for evaluation.) In addition, it is possible to inject the subject 1 for a long time and to reliably evaluate the small subject 1. In addition, since no large power is required and power with less energy consumption is required, the cost (manufacturing cost and running cost) is excellent, and further, the device itself can be made compact. Become.
尚、ノズル8の開口形状を1mm以下×1mm以下(例えば0.5mm×0.5mm)の方形状(正方形状や長方形状)としても良く、ノズル形状も所定径を有する円形状としても良い。
The opening shape of the
また、ミキシングチャンバー13は、図1に図示したように処理室15の上部に設けられており、圧搾空気供給源(図示省略)から延設される圧搾空気供給管16Aと、噴射材収納部6から延設され噴射材供給手段11に係る噴射材供給管11Aとが接続されている。
Moreover, the mixing
従って、このミキシングチャンバー13においては、圧搾空気供給源から供給される圧搾空気と噴射材収納部6から供給される噴射材4が混合されてノズル8から噴射されることになる。
Therefore, in the mixing
噴射材収納部6は、図1に図示したように設置台14下面にケース状体を垂設して構成されており、所定量の噴射材4を収納するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、噴射材収納部6には噴射部5へ噴射材4を供給する噴射材供給手段11が設けられている。
Further, the injection
この噴射材供給手段11は、図1に図示したように前述した圧搾空気供給源から延設される圧搾空気供給管11Bの端部と、噴射材供給管11Aの端部を噴射材収納部6内に配して構成されている。
As shown in FIG. 1, the injection material supply means 11 includes an end portion of the compressed air supply pipe 11B extending from the compressed air supply source described above and an end portion of the injection material supply pipe 11A as the injection
即ち、噴射材供給手段11は、圧搾空気供給管11Bから噴射材収納部6内に圧搾空気を供給して該噴射材収納部6内が加圧され、この噴射材収納部6内の噴射材4は噴射材供給管11Aから排出されて噴射部5(ミキシングチャンバー13)に供給されることになる。この圧搾空気の加圧手段を利用することで、略100%の噴射材4の供給を実現している。
That is, the injection material supply means 11 supplies compressed air from the compressed air supply pipe 11B into the injection
また、噴射材収納部6には、撹拌機構9が設けられている。
Further, the injection
この撹拌機構9は、図1に図示したように設置台14上面に設けたモーター部9aから垂設される回動軸9bの先端に撹拌羽9cを設けて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
従って、噴射材収納部6内に溜まった噴射材4を撹拌し、噴射材4を構成する水2と砥粒3とを均一且つ一定の濃度配分となる分散状態に保つように構成されている。
Accordingly, the
また、噴射部5で噴射された噴射材4は噴射材収納部6と別個の噴射材回収部7で回収される。
Further, the
この噴射材回収部7は、図1に図示したように設置台14下面にケース状体を垂設して構成されており、所定量の噴射材4を収納するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、噴射材回収部7には噴射材収納部6へ噴射材4を送出する噴射材送出手段10が設けられている。
In addition, the injection
この噴射材送出手段10は、図1に図示したように前述した圧搾空気供給源から延設される圧搾空気供給管10Aの端部と、先端部が噴射材収納部6に配される噴射材送出管10Bの端部を噴射材回収部7内に配して構成されている。
As shown in FIG. 1, the injection material delivery means 10 includes an end portion of a compressed
従って、噴射材送出手段10は、圧搾空気供給管10Aから噴射材回収部7内に圧搾空気を供給して該噴射材回収部7内が加圧され、この噴射材回収部7内の噴射材4は噴射材送出管10Bから排出されて噴射材収納部6に送出されることになる。前述した噴射材供給手段11と同様、この圧搾空気の加圧手段を利用することで、略100%の噴射材4の送出を実現している。
Therefore, the injection material delivery means 10 supplies compressed air from the compressed
尚、噴射材送出手段10としては、手で移し変える所謂手動による送出手段や、噴射材収納部6と噴射材回収部7を上下に配して上から下へと圧力を加えることで噴射材4を移動させる送出手段など適宜採用し得るものである。
The injection material delivery means 10 is a so-called manual delivery means that is manually transferred, or an injection material by applying pressure from above to below by arranging the injection
また、噴射材回収部7には、前述した噴射材収納部6と同様、撹拌機構9が設けられている。
In addition, the injection
この撹拌機構9は、図1に図示したように設置台14に設けたモーター部9aから垂設される回動軸9bの先端に撹拌羽9cを設けて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
従って、噴射材回収部7内に溜まった噴射材4を撹拌し、噴射材4を構成する水2と砥粒3とを均一且つ一定の濃度配分となる分散状態に保つように構成されている。
Therefore, the
固定機構12には載置部12aが設けられており、該載置部12aで前記被験体1を載置固定するように構成されている。
The fixing
また、固定機構12には回動機構17が設けられている。この回動機構17は、載置部12aの端部に該載置部12aを回動自在とする回動軸17aを設け、装置本体に設けた回動装置(図示省略)や、装置本体の適所に設けた回動ノブ(図示省略)を操作することにより該回動軸17aを回動せしめた際、噴射部5から噴射される噴射材4に対して該噴射材4に面する被験体1表面の角度を変化させることができるように構成されている。
The fixing
尚、回動機構17は、載置部12aを回動する回動軸17aと、該載置部12aに載置固定される被験体1の被験面とが略一直線上になるように構成し、被験体1を回動させても該被験体1に噴射される噴射材4の噴射移動距離が変わらないように設定しても良い。
The rotation mechanism 17 is configured such that the
また、回動軸17aは処理室15に対して離反する方向に移動自在に設けられており、載置部12aは、処理室15と該処理室15の脇に設けられる後述する計測部19に係る計測室19aとの間を往復移動するように構成されている。尚、処理室15と計測室19aとの間には図示省略の開閉式仕切り壁(シャッター)が設けられている。
Further, the
計測部19は、図1に図示したように計測室19aの上部に被験体1の表面の状況を計測する計測装置19bを配設して構成されており、本実施例では、計測装置19bとして被験体1表面の加工深さを計測する光学式センサーが採用されている。
As shown in FIG. 1, the measuring
この計測装置19bの対向位置に載置部12aに配設された被験体1を位置させ、被験体1の表面は計測される。本実施例では、計測装置19bにパソコンを繋いでデータ通信を行い測定値をその都度グラフ上にプロットさせることにより自動的に皮膜特性グラフが得られるように構成されている。
The subject 1 disposed on the
尚、計測装置19aに係るセンサーとしては光学式センサーに限らず、電磁式、超音波式の非接触変位計や、触針式変位計、電磁式の膜厚計などでも良く、また、センサーの代わりにCCD等の画像素子を用いて多層膜などの表面状態観察を行なうようにしても良いなど、本実施例の特性を発揮する計測手段や計測方法であれば適宜採用し得るものである。
The sensor related to the
また、この計測装置19bに1軸式の駆動機構を付与することで被験体1表面の粗さ計測が可能となり、更に、計測装置19bにXY方向の駆動機構を取り付けることで被験体1表面のXY多点計測を行い、視覚化ソフトウエアで処理することによって被験体1表面の3次元形状を知ることができ、皮膜毎に皮膜素地との硬度差などを視覚的に知ることもできる。
Further, the
尚、図8に図示したように噴射部5と計測部19とで得られたデータは、装置本体内に設けたデータ処理部20で処理され、このデータ処理部20で処理された結果は装置本体に設けた結果表示出力部21で出力される。
As shown in FIG. 8, the data obtained by the
符号22は本実施例に係る皮膜評価装置を操作する操作部である。
以下、本実施例に係る皮膜評価装置を用いた皮膜の評価方法について説明する。 Hereinafter, a film evaluation method using the film evaluation apparatus according to the present embodiment will be described.
被験体1を予め所定形状(固定機構12に着脱できる形状)に加工し、この被験体1の皮膜の表面形状を測定しておいた後、固定機構12に被験体1を固定する。一方、噴射材収納部6内に噴射材4として所定量の水2及び砥粒3を入れる。この砥粒3の量は評価する材料や内容によって適宜設定する。
The subject 1 is processed in advance into a predetermined shape (a shape that can be attached to and detached from the fixing mechanism 12), and after measuring the surface shape of the film of the subject 1, the subject 1 is fixed to the
続いて、スタートボタンを操作して試験を開始する。 Subsequently, the test is started by operating the start button.
噴射材収納部6に収納される所定量の噴射材4は噴射材供給手段11を介して噴射部5へ供給され、噴射部5(ノズル8)から圧搾空気とともに噴射材4を高速で噴射して被験体1の表面に衝突させると、被験体1の表面に形成されている皮膜が減量される(図4,5,6参照)。
A predetermined amount of the
試験中においては、噴射部5から被験体1に向けて噴射材4と圧搾空気とが一緒に噴射され、被験体1の表面(皮膜若しくは母材)が水2と砥粒3と圧搾空気との相乗効果によって少しずつ摩耗され、減量される。また、この際、噴射材4は噴射部5から噴射されて被験体1の表面に衝突し、皮膜若しくは母材の一部を削り取って噴射材回収部7に落下する。尚、噴射材4を構成する水2と砥粒3とは、噴射材収納部6及び噴射材回収部7双方の内部において撹拌機構9により撹拌されて砥粒3が沈殿しないように保たれ均一且つ所定の比率濃度に保たれる。
During the test, the
また、この噴射材4は噴射材回収部7に設けられた噴射材送出手段10により噴射材収納部6に送出され(図7参照)、この噴射材収納部6へ送出された噴射材4は噴射材送出手段10を介して噴射部5へ供給されて再び皮膜の減量に使用される。
Further, the
噴射部5にて被験体1に対して所定量の噴射材4の噴射を繰り返し行い噴射材4の噴射が終了したら、計測部19にて被験体1を計測する。尚、この噴射部5における噴射材4の噴射と計測部19における被験体1の計測を繰り返し行なっても良い(図8中二点鎖線参照)。
When the
具体的には、この計測部19における被験体1の測定は、被験体1の皮膜の表面形状を測定して最大摩耗深さを測定し、単位面積(1mm2)に投射された砥粒3の量と摩耗深さの関係をグラフ化することができ、被験体1の減量(被験体1の摩耗深さ量)と該減量に要した(この摩耗深さ量を摩耗させるに要した)砥粒3の量との因果関係を測定する評価方法(図9の式で表される摩耗率を求める評価方法)が可能となる。また、被験体1の表面形状なども評価すると良い。
Specifically, the measurement of the subject 1 in the
実際に母材の表面に皮膜が形成された被験体1に対して皮膜評価を行なった場合の一例を示す。 An example in the case where film evaluation is performed on the subject 1 in which a film is actually formed on the surface of the base material will be shown.
図10に示すグラフ(縦軸を皮膜摩耗深さ、横軸を砥粒3の投射量としたグラフ)では、皮膜表面(横軸0の位置)から深さ位置P1にかけては一定の緩い角度での上り勾配となり、この深さ位置P1から更に深い深さ位置P2にかけては急激な角度の上り勾配となり、この深さ位置P2から更に深い深さ位置P3となる皮膜内面にかけては緩い角度での上り勾配となった。 In the graph shown in FIG. 10 (the vertical axis is the film wear depth and the horizontal axis is the projection amount of the abrasive grains 3), the film surface (position of the horizontal axis 0) to the depth position P1 is at a constant loose angle. Ascending slope becomes a steep angle from this depth position P1 to a deeper depth position P2, and ascending at a gentle angle from this depth position P2 to the inner surface of the film, which becomes a deeper depth position P3. It became a gradient.
また、図11に示すグラフ(縦軸を摩耗率、横軸は皮膜深さとしたグラフ)では、皮膜外面から約半分の深さ位置P1にかけては緩やかな上り勾配となり、この深さ位置P1から更に深い深さ位置P2にかけては急な上り勾配となり、この深さ位置P2から更に深い深さ位置P3となる皮膜内面にかけては急な下り勾配となった。 Further, in the graph shown in FIG. 11 (a graph in which the vertical axis represents the wear rate and the horizontal axis represents the film depth), a gentle upward slope is obtained from the outer surface of the film to a depth position P1 of about half, and further from this depth position P1. A steep ascending slope was obtained from the deep depth position P2, and a steep descending slope was formed from the depth position P2 to the inner surface of the film at a deeper depth position P3.
この図10及び図11に示すグラフから、いずれも共通して皮膜表面から深さ位置P1までは摩耗しにくい層であり、深さ位置P1から深さ位置P2にかけて摩耗し易い層であり、深さ位置P2から深さ位置P3にかけて摩耗しにくい層であることが分かる。 From the graphs shown in FIG. 10 and FIG. 11, both are layers that are not easily worn from the surface of the coating to the depth position P1, and are layers that are easily worn from the depth position P1 to the depth position P2. It can be seen that the layer is hard to wear from the depth position P2 to the depth position P3.
つまり、このことから、ナノレベルの皮膜から数μmという極めて薄い皮膜の層内においても摩耗しにくい層と摩耗し易い層とがあり、どの深さの層においてどの位の摩耗率であるかが判断できることが明らかとなった。 In other words, from this, there are a layer that is hard to wear and a layer that is easy to wear even within a very thin film layer of several μm from a nano level film. It became clear that it was possible to judge.
また、図10及び図11に示す深さ位置P4は母材との界面であるが、摩耗しにくいか摩耗し易いかが判断できることにより、皮膜と母材との密着性などを判断することができる(母材との界面における摩耗率が低いと皮膜と母材との密着性が高い。)。 Further, the depth position P4 shown in FIGS. 10 and 11 is the interface with the base material, but it is possible to determine the adhesion between the film and the base material by determining whether it is hard to wear or easy to wear. (If the wear rate at the interface with the base material is low, the adhesion between the coating and the base material is high).
つまり、被験体1の表面皮膜と母材との密着性や接着強度等の界面特性を評価することができ、また、この表面皮膜が多層皮膜である場合には、多層皮膜の該膜同士の密着性や接着強度等の界面特性を評価することができ、また、被験体1の表面皮膜(多層皮膜や傾斜皮膜)における皮膜特性の変化を連続的に評価することができる。 That is, it is possible to evaluate interface characteristics such as adhesion and adhesive strength between the surface film of the subject 1 and the base material, and when this surface film is a multilayer film, Interfacial properties such as adhesion and adhesive strength can be evaluated, and changes in the coating properties of the surface coating (multilayer coating or gradient coating) of the subject 1 can be continuously evaluated.
このように、本実施例によれば、表面からの深さによって摩耗率(機械的特性)が異なる皮膜の特性や皮膜と母材との界面特性が明らかになることが確認された。 Thus, according to the present Example, it was confirmed that the characteristics of the film having different wear rates (mechanical characteristics) depending on the depth from the surface and the interface characteristics between the film and the base material become clear.
また、本実施例を利用した応用的な評価方法として、図12に示すグロー放電発光分光分析(GD−OES)による皮膜の測定(皮膜の組成を測定する方法)と組み合わせることもでき、即ち、皮膜の深さ位置によって異なる組成特性(組成の分布)と、本実施例により分かる摩耗率(機械的特性)とを合わせて評価することができるなど、様々な角度から皮膜の評価が行なえることになる。 In addition, as an applied evaluation method using the present embodiment, it can be combined with the measurement of the film (method of measuring the composition of the film) by glow discharge optical emission spectrometry (GD-OES) shown in FIG. It is possible to evaluate the film from various angles, such as by evaluating the composition characteristics (composition distribution) that differ depending on the depth position of the film and the wear rate (mechanical characteristics) that can be understood from this example. become.
また、本実施例の皮膜評価は、実際の市場における広い範囲での適用が期待される。 In addition, the film evaluation of this example is expected to be applied in a wide range in the actual market.
具体的には、例えば、刃物などのように外面側から内面側まで硬質であることが要求される皮膜や、メガネレンズなどのように外面側が硬質であれば内面側は軟質でも良いとされる皮膜など、皮膜が施される製品に対して最適な皮膜か否かが評価できることになる。 Specifically, for example, a film that is required to be hard from the outer surface side to the inner surface side, such as a blade, or an inner surface side may be soft if the outer surface side is hard, such as a spectacle lens. It is possible to evaluate whether or not the film is optimal for a product to be coated such as a film.
また、この実験結果は極めて再現性に秀れていることも確認されており、予めデータを集めておけば、未知の皮膜であっても簡単に特性を評価して分析,特定を行えることになる(例えば皮膜をしたことによる母材への影響を調べたり、皮膜の厚さを調べたりすることができる。)。 In addition, it has been confirmed that the results of this experiment are extremely reproducible. By collecting data in advance, it is possible to easily evaluate and analyze and identify the characteristics of an unknown film. (For example, it is possible to investigate the influence of the coating on the base material or the thickness of the coating.)
尚、回動機構によって被験体1の表面に対する噴射材4の投射角度を変化させて試験を行うことにより、各被験体1の皮膜ごとの特徴的な特性(角度依存性)も簡単且つ明確に判断できることが確認された。即ち、このようなサンプルデータを多数集めることにより、皮膜ごとの機械的特性や化学的特性の判定を試験データの比較によって簡単に行え、また、素材不明の皮膜でも本実施例により簡単に材質を特定したりできることになる。
In addition, by performing the test by changing the projection angle of the
本実施例は上述のように構成したから、被験体1に対する所定量の噴射材4の噴射を繰り返し行なうことができ、このことから従来にない皮膜の評価方法が可能となり、即ち、時間という間接量を評価に持ち込む従来例と異なり、砥粒という直接量を評価の対象とすることで、精度が飛躍的に向上し、よって、皮膜評価の標準化にも寄与することが期待されることになる。
Since the present embodiment is configured as described above, it is possible to repeatedly inject a predetermined amount of the
また、本実施例は、極めて簡易な操作手順で極めて薄い皮膜でも簡単に皮膜特性を評価することができ、また、測定誤差が小さくて再現性にも秀れた極めて実用性に秀れることになる。 In addition, this example can easily evaluate the film characteristics even with a very thin film by a very simple operation procedure, and it is excellent in practicality with a small measurement error and excellent reproducibility. Become.
また、本実施例は、所定量の噴射材4を再利用できる構成とすることで、砥粒3などを無駄にしない効率的な作業が行なえ、コストの低減化を達成することができ、しかも、装置のコンパクト化を達成することができる。
In addition, the present embodiment is configured such that a predetermined amount of the
また、本実施例は、所定量の噴射材4(砥粒3)を被験体1の単位面積に衝突させることになるから、摩耗範囲を絞り込んでの評価をしなくても良く、また、被験体1に対する長時間の噴射が可能となり且つ小さな被験体1に対する評価が確実に行え、しかも、何ら大掛かりな動力は必要なく消費エネルギーの少ない動力で済むためコスト面(製造コスト及びランニングコスト)に秀れることになり、そして更に、装置自体のコンパクト化を達成することができることにもなる。 Further, in the present embodiment, a predetermined amount of the injection material 4 (abrasive grain 3) is caused to collide with the unit area of the subject 1, so that it is not necessary to evaluate by narrowing down the wear range. Long time injection to the body 1 is possible, and evaluation of the small subject 1 can be performed reliably. Moreover, since no large power is required and less power is consumed, the cost (manufacturing cost and running cost) is excellent. In addition, the device itself can be made compact.
また、本実施例は、被験体1に対して所定量の噴射材4の噴射を繰り返し行なえることにより、極めて硬質の被験体1(DLC)であっても該被験体1より軟質の砥粒3(アルミナ)により摩耗させて評価することが出来る。
Further, in this embodiment, by repeating the injection of a predetermined amount of the
また、本実施例は、噴射された噴射材4は被験体1の表面に衝突した後速やかに落下するため微粒子の砥粒3や摩耗粉が空中に長時間散乱したりせず、従来のエロージョン試験機のように噴射する噴射室内の密閉性を高めたり、砥粒3を回収する集塵フィルタやサイクロンなどの装置を取り付ける必要がなく、装置の小型化が容易となる実用性に秀れたものとなる。
Further, in the present embodiment, since the injected
また、本実施例は、噴射材収納部6及び噴射材回収部7には撹拌機構9が設けられているから、噴射材4中の砥粒は均一に分散され、常に一定の砥粒濃度で噴射部5に噴射材4が送流されて砥粒濃度のむらによる誤差がなく、しかも噴射部5のノズル8や噴射材供給手段11や噴射材送出手段10を詰まらせにくいより一層実用性に秀れたものとなる。
Further, in this embodiment, since the
また、本実施例は、固定機構12には回動機構が設けられているから、噴射する噴射材4に対する被験体1の表面の角度を色々と変えて試験を行うことにより皮膜の特性をより一層正確に把握することができるより一層実用性に秀れたものとなる。
Further, in this embodiment, since the
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。 Note that the present invention is not limited to this embodiment, and the specific configuration of each component can be designed as appropriate.
本発明は、例えば金属製品や合成樹脂製品において、表面強度の向上、耐磨耗性の向上若しくは耐食性の向上などの表面改質の為、該製品の表面にメッキ、コーティング、拡散浸透、蒸着若しくは溶射などの方法により設けた皮膜を評価する際に有用である。 In the present invention, for example, in metal products and synthetic resin products, surface modification such as improvement of surface strength, improvement of wear resistance or improvement of corrosion resistance is performed. This is useful when evaluating a coating provided by a method such as thermal spraying.
1 被験体
2 液体
3 砥粒
4 噴射材
5 噴射部
6 噴射材収納部
7 噴射材回収部
8 ノズル
10 噴射材送出手段
11 噴射材供給手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
10 Injection material delivery means
11 Injection material supply means
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