JP2017167011A

JP2017167011A - 物性測定方法

Info

Publication number: JP2017167011A
Application number: JP2016053364A
Authority: JP
Inventors: 俊之杉本; Toshiyuki Sugimoto; 信雄野村; Nobuo Nomura
Original assignee: Yamagata University NUC; Kasuga Denki Inc
Current assignee: Yamagata University NUC; Kasuga Denki Inc
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: JP6707730B2

Abstract

【課題】測定対象が、アースされた金属板など導電性のベース上に接触している場合であっても、その電気的な物性を測定できる物性測定方法を提供すること。【解決手段】測定対象９にイオンを照射する放電電極１３と、上記測定対象９の表面電位を測定する表面電位センサ１２とを備え、上記測定対象９の特定の部位Ａに、上記放電電極１３によって生成されるイオンを照射しながら、上記特定の部位Ａの表面電位を上記表面電位センサ１２で測定する。【選択図】図１

Description

この発明は、非接触で測定対象の物性を測定する物性測定装置に関する。

従来から、物体の物性を測定するために、非接触式の表面電位センサが用いられることがあった。
例えば、特許文献１に記載の物性測定装置は、図３に示すように、帯電装置１と非接触式の表面電位センサ２とを組み合わせたものである。帯電装置１は、放電電極３と多孔電極板４とを備え、表面電位センサ２は、検出電極板５、計測回路６、及び演算部７を備え、それぞれ電源８に接続されている。
この測定装置では、上記測定対象９の表面の照射領域ａに、上記帯電装置１の放電電極３を対向させるとともに、この照射領域ａから所定の距離離れた測定領域ｂに上記表面電位センサ２の検出電極板５を対向させている。この検出電極板５には、対向する測定領域ｂの表面電位に応じて電荷が誘導される。この検出電極板５に誘導された電荷を計測回路６が計測し、その電荷量から演算部７が測定対象９の表面電位を算出する。

そして、図3の測定装置を用いて測定対象９の物性を測定する際には、帯電装置１によって上記照射領域ａにイオンを照射し、その過程における測定領域ｂの表面電位の変化を、上記表面電位センサ２で検出するようにしている。帯電装置１から上記照射領域ａにイオンが照射されると、その電荷は電流として測定対象９の表面に沿って照射領域ａから外方へ拡散する。このイオンが測定領域ｂに到達すれば、測定領域ｂの表面電位が変化する。したがって、上記測定領域ｂの表面電位の変化を検出すれば、上記照射領域ａから測定領域ｂまでの電荷の流れ方が分かり、測定対象９の電気的な表面抵抗を検出できることになる。つまり、測定対象９の物性である表面抵抗を測定できる。また、表面抵抗のほかにも、この表面抵抗に関連する他の物性を検出することもできる。

例えば、樹脂塗料は、液体状態では導電性であるが、乾燥によって固化すると絶縁性になるものが多い。このような塗膜を測定対象９とすると、この測定対象９は硬化度によって電気抵抗が変化する。そこで、上記従来の物性測定装置で、測定対象９の測定領域ｂの表面電位の変化に基づいて表面抵抗を検出すれば、この表面抵抗から塗膜の硬化度、あるいは乾燥度を特定することができる。

特開２０１５−１２７６６５号公報特開２０１０−１９０８１５号公報

上記従来の物性測定装置は、測定対象９の表面に沿って流れる電荷量の変化によって、上記測定対象９の物性を測定するものである。このような装置で測定する上記測定対象９がアースされた金属製など導電性のベースに接触しているような場合には、測定対象９の表面抵抗などの物性を測定することができないことがあった。
なぜなら、ベースが導電性でしかも測定対象９の電気抵抗が小さい場合には、上記帯電装置１から測定対象９に照射されたイオンが上記照射領域ａから金属製のベースへ流れてしまい、測定領域ｂまで到達しないからである。このような場合に、上記従来の物性測定装置では、測定領域ｂの表面電位の変化が測定できないため、測定対象９の物性を測定することもできなかった。

例えば、アースされた金属ベースに塗布した塗膜の場合、塗布直後の塗膜は溶媒を多く含むために体積抵抗が低く、このような塗布直後の塗膜に照射されたイオンは、塗膜表面から導電性の金属ベースを介してアースへ流れてしまう。そのため、この塗膜における測定領域ｂの表面電位は変化しない。そのため、上記従来の測定装置では、表面電位の変化を測定できない。塗膜の硬化が進み、塗膜の体積抵抗が十分に大きくなると、照射イオンは塗膜の表面に沿って拡散するので、測定領域ｂの表面電位は変動し、上記従来の物性測定装置によっても上記測定領域ｂの表面電位の変化を測定できる。したがって、上記従来の装置では、導電性のベース上に塗布された塗膜の場合、塗布直後の塗膜の硬化度や、その硬化の過程を測定することはできなかった。

この発明の目的は、測定対象が、アースされた金属板など導電性のベース上に接触している場合であっても、その電気的な物性を測定できる物性測定方法を提供することである。

第１の発明は、測定対象にイオンを照射する放電電極と、上記測定対象の表面電位を測定する表面電位センサとを備え、上記測定対象の特定の部位に、上記放電電極によって生成されるイオンを照射しながら、上記特定の部位の表面電位を上記表面電位センサで測定することを特徴とする。

第２の発明は、上記表面電位センサで上記特定の部位の表面電位を繰り返し測定することを特徴とする。

第３の発明は、上記特定の部位にイオンを照射する前に、上記測定対象を除電することを特徴とする。

第４の発明は、上記測定対象が塗膜であることを特徴とする。

第５の発明は、上記表面電位センサと上記放電電極との間であって、上記放電電極が形成する電界が上記表面電位センサに直接影響を及ぼさないよう、上記放電電極からの電界を遮断し得る位置に、シールド電極を設けることを特徴とする。

第１の発明では、測定対象の特定の部位にイオンを照射しながらその部位の表面電位を測定するので、照射されたイオンが測定対象からベースへ流れたとしても、表面電位センサは、流れたイオンによる電流と測定対象の体積抵抗とに応じた表面電位を測定できる。
したがって、表面電位センサの検出値に基づいて、測定対象の体積抵抗や、体積抵抗に関連する物性を測定することができる。

第２の発明によれば、イオン照射されている特定の部位の表面電位の時間的変化に基づいて、測定対象の物性の経時変化を測定することができる。例えば、塗装直後から、乾燥によって硬化する塗膜の硬化度の変化を測定することもできる。

第３の発明によれば、物性測定を開始する前の帯電や、前回の測定時に照射したイオンの影響を受けずに、測定対象の物性を測定できる。測定対象が帯電していると、放電電極と測定対象との間の電位差が小さくなるので、放電状態が変化して、測定対象に対するイオンの照射量も変わってしまう可能性がある。イオンの照射量が変われば、測定対象を流れる電流値が変わり、正確な物性測定ができないことになるが、測定開始前に除電をすれば、正確な物性測定ができる。

第４の発明によれば、表面電位センサの測定値に基づいて、塗膜の硬化度を測定することができる。この発明の測定方法では、アースされたベースに塗布された塗膜であっても、塗布直後の抵抗が低い状態から硬化過程を確認することができる。

第５の発明によれば、高電圧を印加された放電電極が形成する電界の影響が、直接、表面電位センサに及ばないようにできる。表面電位センサは測定対象からの電界を検知して表面電位として表示するため、上記放電電極からの電界の影響が大きいと、測定対象が形成する電界を正しく測定することができなくなってしまう。しかし、この発明によれば、表面電位センサに対する放電電極からの電界を遮断するようにシールド電極を設けることで、より正確な物性測定ができる。

実施形態の測定装置の概略図である。実施形態の測定原理の説明図である。従来の測定装置の概略図である。

図１，２を用いて、この発明の一実施形態を説明する。
この実施形態では、金属製のベース１０上に塗布された塗膜を測定対象９とし、その硬化度を測定する。なお、上記測定対象９は塗布直後の塗膜で、その体積抵抗値は低いことが想定される。
また、図１において測定対象９の厚みとベース１０の厚みとを同等に表しているが、塗膜である測定対象９の厚みは数十〔μｍ〕程度であり、ベース１０よりも薄い場合が多い。

この実施形態に用いる測定装置は、図１に示すようにイオン照射機構１１と表面電位センサ１２とを備えている。
イオン照射機構１１には、高電圧電源に接続された針状の放電電極１３が設けられ、この放電電極１３に高電圧を印加すると、先端に生成されたイオンが、測定対象９上のイオン照射領域Ａに照射される。

また、表面電位センサ１２は、図３に示す従来の表面電位センサ２と同様に一般的な表面電位センサである。
つまり、ケーシング内に、図示しない検出窓を介して上記測定対象９と対向する位置に検出電極板１４を保持している。この検出電極板１４に誘導される電荷量に基づいて表面電位を検出する。
ただし、この実施形態において上記検出電極板１４は、上記測定対象９上の上記イオン照射領域Ａに対向して設けられている。つまり、このイオン照射領域Ａが、この発明の特定の部位であり、この部位の表面電位を表面電位センサ１２で測定することになる。

また、上記放電電極１３の先端と、表面電位センサ１２の検出電極板１４との間には、シールド電極１５を設けている。このシールド電極１５は、アースされた金属製の丸棒からなる。このようなシールド電極１５を設けたのは、上記放電電極１３が形成する電界が、直接上記検出電極１４に入って、表面電位の測定に影響しないようにするためである。シールド電極１５を設けることによって、上記電界が表面電位の測定に与える影響を小さくすることができる。したがって、表面電位センサ１２が、より正確に測定対象９の電位を測定できることになる。

さらに、この第１実施形態では、上記表面電位センサ１２とは別の第２の表面電位センサ１６を備えている。この表面電位センサ１６は、上記測定対象９の表面上で、イオン照射領域Ａから所定の距離離れた測定領域Ｂに検出電極板１７を対向させたセンサである。
第２の表面電位センサ１６と上記第１の表面電位センサ１２とは、同じ検出原理を利用したものである。

このような測定装置を用いて、測定対象９の硬化度を求める方法を説明する。
上記放電電極１３に高電圧を印加してイオン照射領域Ａにイオンを照射する。このとき、２つの表面電位センサ１２，１６はどちらも作動させておく。
上記放電電極１３からイオン照射領域Ａにイオンが照射されると、そのイオンは測定対象９の厚み方向に移動してアースへ流れる。
上記イオン照射領域Ａにイオンを照射し続けると、図２に示すように測定対象９の厚み方向に電流Ｉが流れることになる。この電流Ｉは、放電電極１３の放電条件に応じて飽和する電流である。なお、図２では、導電性のベース１０を省略し、測定対象９の厚みを厚く表わしている。

このように、上記イオン照射領域Ａに照射したイオンが電流Ｉとして流れると、イオン照射領域Ａの表面電位Ｖは、上記電流Ｉと測定対象９の体積抵抗Ｒとの積であるＶ＝Ｉ・Ｒとなり、この表面電位Ｖが上記第１の表面電位センサ１２で測定される。
したがって、表面電位センサ１２で測定された表面電位Ｖから、測定対象９の体積抵抗Ｒを検出することができる。また、体積抵抗Ｒから塗膜の硬化度を検出することもできる。
上記のように、測定対象９の表面における特定のイオン照射領域Ａにイオンを照射しながらその部位である上記イオン照射領域Ａの表面電位を測定することによって、塗布直後の塗膜のように従来の物性測定装置では測定できなかった測定対象９の物性を測定することができる。

また、塗料の塗布後一定時間ごとに、塗膜である測定対象９へのイオン照射と表面電位測定とを繰り返せば、表面電位Ｖの変化から体積抵抗Ｒの変化や、そのときの塗膜の硬化度を検出することもできる。
なお、塗膜の硬化度を測定するためには、塗膜の体積抵抗Ｒと硬化度との対応テーブルを、塗料の種類ごとにあらかじめ作成しておく必要がある。このテーブルを用いて、測定された体積抵抗Ｒから塗膜の硬化度を特定することができる。そして、上記表面電位センサ１２に、対応テーブルを記憶させた演算部を備えれば、この測定装置から演算部が特定した硬化度を出力することができる。

また、上記測定方法においてイオン照射を行なう前に、測定対象９の表面を除電する工程を付加するようにすれば、より正確な測定が可能になる。
もし、測定対象９の表面が、先のイオン照射によって帯電した状態を放置したままにしておくと、イオン照射前の放電電極１３とイオン照射領域Ａとの間の電位差が、先の測定時から変化してしまう。上記放電電極１３とイオン照射領域Ａとの間の電位差が異なれば、それが原因で放電状態が変化してしまう可能性もある。例えば、イオン照射領域Ａの表面電位が高くなって、放電電極１３との間の電位差が通常よりも小さくなっていた場合には、放電が起こりにくくなり、放電が不安定になってしまう。放電状態が変化すれば、上記電流Ｉも変わって、体積抵抗Ｒの測定値にも誤差が生じてしまうが、上記のようにイオン照射前に除電を実施すれば、測定精度が上がる。

さらに、塗膜の硬化度が高くなって、測定対象９の体積抵抗Ｒが絶縁体と見なせるほど大きくなった場合には、第２の表面電位センサ１６を用いて上記測定領域Ｂの表面電位を測定するようにしている。
このように、塗膜の硬化度が高くなったときには第２の表面電位センサ１６を用いるようにしたのは、塗膜の測定対象９の体積抵抗Ｒが大きくなると、上記表面電位センサ１２を用いた上記の方法では、測定できないことがあるためである。

測定対象９の体積抵抗Ｒが絶縁体と見なされるほど大きくなると、イオン照射領域Ａへ照射されたイオンは、直ちにアースへ流れることにはならない。そのため、イオンを照射し続けているイオン照射領域Ａの表面電位は非常に高くなり、上記表面電位センサ１２の測定限界を超えてしまうことがある。

一方、第２の表面電位センサ１６では、塗装直後の塗膜のように測定対象９の抵抗Ｒが低い場合には、測定領域Ｂの表面電位測定はできない。上記体積抵抗Ｒが低い場合には、上記イオン照射領域Ａに照射されたイオンは直ちにアースへ流れてしまうので、上記イオン照射領域Ａから離れた位置にある測定領域Ｂまで到達するイオンはほとんどないからである。
ところが、塗膜が硬化して測定対象９が絶縁体となった場合には、照射領域Ａに照射されたイオンは測定対象９の表面に沿って広がり、上記測定領域Ｂに達して測定領域Ｂの表面電位を変化させる。この表面電位の変化を、第２の表面電位センサ１６で測定すれば、測定対象９の表面抵抗が測定でき、塗膜の硬化度も測定できることになる。

したがって、一定時間ごとに測定を繰り返して塗膜の硬化度の変化を測定する際に、塗布直後からある程度硬化するまでは、上記イオン照射領域Ａの表面電位を測定し、上記抵抗Ｒが大きくなったら、第２の表面電位センサ１６で測定領域Ｂの表面電位を測定するようにすれば、塗布直後から塗料が完全に硬化するまで硬化度の変化を連続的に確認することもできる。

なお、上記実施形態では、表面電位センサ１２と放電電極１３との間にシールド電極１５を設けて、上記表面電位センサ１２が、放電電極１３で形成される電界を直接検出しないようにしている。ただし、表面電位センサ１２に対する電界の影響を補正できるのであれば、上記シールド電極１５は必須ではない。
また、シールド電極１５の構成も、上記丸棒状のものに限らず、例えば板状のものでもよい。ただし、尖端部があると、その部分で放電しやすくなるため、シールド電極１５としては丸棒のように尖端部を持たない形状が好ましい。
さらに、放電電極１３の構成も針状に限らず、特定のイオン照射領域Ａにイオン照射ができればどのようなものでもかまわない。

金属製の部品の塗装現場において、塗膜の乾燥状態を確認する際に有用である。

９測定対象
１１イオン照射機構
１２表面電位センサ
１３放電電極
１４検出電極板
１５シールド電極
Ａ（特定の部位）イオン照射領域

Claims

測定対象にイオンを照射する放電電極と、上記測定対象の表面電位を測定する表面電位センサとを備え、
上記測定対象の特定の部位に、上記放電電極によって生成されるイオンを照射しながら、上記特定の部位の表面電位を上記表面電位センサで測定する物性測定方法。
上記表面電位センサで上記特定の部位の表面電位を繰り返し測定する請求項１に記載の物性測定方法。
上記特定の部位にイオンを照射する前に、上記測定対象を除電する請求項１又は２に記載の物性測定方法
上記測定対象が塗膜である請求項１〜３のいずれか１に記載の物性測定方法。
上記表面電位センサと上記放電電極との間であって、上記放電電極が形成する電界が上記表面電位センサに直接影響を及ぼさないよう、上記放電電極からの電界を遮断し得る位置に、シールド電極を設けた請求項１〜４のいずれか１に記載の物性測定方法。