JP2019078629A - 膜厚測定方法及び膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非破壊で、簡便に、精度良く透明膜２の膜厚ｔを測定することができる膜厚測定方法を提供する。【解決手段】被測定物１の最表面に形成された透明膜２の膜厚ｔを、透明膜２の表側に設けられた光学機器３を用いて測定する方法である。この方法は、透明膜２の表側に設定された基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１と、基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２とを測定する。両方の距離ｈ１、ｈ２から膜厚ｔを算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関する。詳しくは、建材等の被塗装物の表面に設けられた透明膜の膜厚の測定に好適な膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関する。

従来、窯業系サイディングなどの建材の一部には、外観性および耐候性を確保するためのクリア塗装がなされる。このクリア塗装により、建材の最表面には透明膜（クリアーな塗膜）が形成される。そして、建材の耐候性を一定期間（例えば１０年色保証）担保するには、基準を満たした膜厚の透明膜が必要となる。そこで、透明膜が基準を満たしているか否かを検査するために、透明膜の膜厚が測定されている。

図４Ａ〜Ｃには、透明膜の膜厚を測定する方法の一例が示されている。図４Ａのように、建材である被測定物２００は、基材２０１の表面に着色塗膜などの化粧層２０２を有し、化粧層２０２のさらに表面に透明膜２０３が形成されている。そして、図４Ｂのように、まず、透明膜２０３の表面に鮮明化膜２０４を形成する。鮮明化膜２０４は透明膜２０３の表面の位置を鮮明にするために設けられるものであり、明色に着色された塗料や接着剤で形成される。次に、鮮明化膜２０４の表面に補強層２０５を形成する。次に、鮮明化膜２０４及び補強層２０５を設けた被測定物２００を湿式バンドソーなどで切断する。この切断の際に、補強層２０５は化粧層２０２、透明膜２０３及び鮮明化膜２０４を補強して破壊されにくくするためのものであり、エポキシ樹脂で形成される。次に、被測定物２００の切断面及びその周辺を耐水研磨紙などで研磨し、切断鋸目（切断の際に生じた筋状模様）などを除去する。この後、被測定物２００の切断面に露出した透明膜２０３の膜厚を計測する。この場合、図４Ｃのように、マイクロスコープなどで切断面を２００倍に拡大し、任意の位置において、化粧層２０２と透明膜２０３との境界部分にある計測点Ｐと、透明膜２０３と鮮明化膜２０４との境界部分にある計測点Ｑとの距離を計測し、この距離を透明膜２０３の膜厚とするものである。

特開平６−３００５２９号公報

しかし、上記の方法では、被測定物を切り出し、膜厚の測定箇所の断面がマイクロスコープ等で観察できるように切断するため破壊検査となっており、膜厚測定のための被測定物が損失することがあった。

また、上記の方法では、被測定物の切り出し作業や研磨作業が必要となり、しかも、透明膜の断面をマイクロスコープ等で明瞭に観察するために、被測定物の透明膜の上に明色の樹脂材(塗料や接着剤等)を塗布する前処理が必要であるため、これらの作業や前処理にの所定の時間が必要で、被測定物の製造時に透明膜の膜厚をリアルタイムに測定できないことがあった。例えば、膜厚の測定結果が出るまで、半日から１日の時間が必要となる場合があった。

また、上記の方法では、被測定物の断面をマイクロスコープ等で観察し、任意の箇所の透明膜の境界面を拡大画面上で指定して膜厚を測定するため、マイクロスコープ等の拡大画面上で透明膜の境界面を目視で指定しなければならず、測定者や画面解像度によるデータのばらつきが大きくなって、精度が低くなることがあった。例えば、透明膜の境界面の２点をマイクロスコープの画面上で指定することで、膜厚（２点間距離）が測定されるが、透明膜の膜厚は、約２〜２０μｍであるため、膜厚を測定したい箇所からの位置ズレが生じることがある。また、耐水研磨紙での研磨やマイクロスコープでの測定が伴うため、研磨工程の時間、研磨程度、マイクロスコープの操作の習熟度などにより、透明膜が見えにくいことがあり、測定者によるばらつきが大きいことがあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、非破壊で、簡便に、精度良く透明膜の膜厚を測定することができる膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る膜厚測定方法の一態様は、被測定物の最表面に形成された透明膜の膜厚を、前記透明膜の表側に設けられた光学機器を用いて測定する方法であって、前記透明膜の表側に設定された基準位置から前記透明膜の裏面までの距離と、前記基準位置から前記透明膜の表面までの距離とを測定し、前記両方の距離から前記膜厚を算出することを特徴とする。

本発明に係る膜厚測定装置の一態様は、被測定物の最表面に形成された透明膜の膜厚を測定するための装置であって、前記透明膜の表側に設定された基準位置から前記透明膜の裏面までの距離と、前記基準位置から前記透明膜の表面までの距離とを測定するための計測器を備え、前記計測器は、前記基準位置から前記透明膜の裏面までの距離を前記透明膜の表側から計測する光学機器を有し、前記計測器で測定された前記両方の距離から前記膜厚を算出することを特徴する。

本発明は、光学機器で透明膜の膜厚を測定するため、非破壊で、簡便に、精度良く透明膜の膜厚を測定することができる。

図１Ａ〜Ｃは、本発明に係る膜厚測定方法の一実施形態を示す断面図である。 図２は、本発明に係る膜厚測定装置の一実施形態を示す概略図である。 図３は、本発明に係る膜厚測定方法の一実施形態の変形例を示す断面図である。 図４Ａ〜Ｃは、本発明に係る膜厚測定方法の一実施形態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本実施形態に係る膜厚測定装置は、被測定物１の最表面に形成された透明膜２の膜厚ｔを測定するための装置である。被測定物１としては、屋根材又は外壁材などの建材が例示されるが、これに限定されない。被測定物１は平板状であってもよいし、表面に凹凸模様が形成されていてもよい。

被測定物１が建材である場合、図１Ａ〜Ｃに示すように、基材１１と化粧層１２と透明膜２とを備えているものが例示される。基材１１は、例えば、セメント硬化物を主成分とする窯業系基材が挙げられるが、木製又はプラスチック製であってもよい。化粧層１２は被測定物１の意匠性を高めるために、基材１１の表面に設けられるものであり、例えば、着色された塗膜やインクジェット印刷層などで形成されている。透明膜２は耐候性及び防汚性などの向上のために、化粧層１２の表面に設けられるものであり、例えば、クリアー塗料の塗膜で形成されている。透明膜２は化粧層１２が透けて見える程度の透明性を有するものであればよい。

図２に示す膜厚測定装置１００は計測器１０１を備えている。計測器１０１は、透明膜２の表側に設定された基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１と、基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２とを測定するものである。基準位置Ｌは、計測器１０１の種類や測定条件等に応じて、透明膜２の表面２２と向き合う位置で、表面２２から離れた位置（例えば、上方）に仮想的に設定される。透明膜２の裏面２１は化粧層１２と接する面である。透明膜２の表面２２は裏面２１と反対側の面であり、被測定物１の外方に向く面である。

計測器１０１は、光学機器３を有している。光学機器３は基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１を測定するために用いられる。光学機器３は、例えばレーザー変位計であり、レーザー光を照射する機能と、そのレーザー光の反射光を受光する機能を有する。

また計測器１０１は、接触器材４を有している。接触器材４は基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２の測定するために用いられる。接触器材４は接触プローブであり、透明膜２の表面２２に接触させて用いる接触式測定を行うものである。

さらに計測器１０１は、光学機器３及び接触器材４から得られる測定結果に基いて、距離ｈ１、距離ｈ２及び膜厚ｔを演算する機能を有する。

また膜厚測定装置１００は、被測定物１を載置する測定台１０２を備えている。測定台１０２は鉛直方向及び水平方向に移動することにより、膜厚ｔを測定可能な位置や高さに被測定物１を設置するものである。

そして、膜厚測定装置１００で被測定物１の透明膜２の膜厚ｔを測定するにあたっては、次のようにして行う。

まず、測定台１０２の上に被測定物１を載置し、測定台１０２を移動させて被測定物１の測定位置を調整する。

次に、図１Ａのように、光学機器３から被測定物１の透明膜２の表面２２に向かってレーザー光Ｍを照射する。このレーザー光Ｍは透明膜２の表面２２から入射し、透明膜２を厚み方向に通過した後、裏面２１で反射される。この後、レーザー光Ｍの反射光は、透明膜２を厚み方向に通過した後、表面２２から出射する。出射したレーザー光Ｍの反射光は光学機器３に受光される。そして、光学顕微鏡の焦点距離を利用して基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１を測定することができる。すなわち、光学機器３に設けられた光学顕微鏡で透明膜２の裏面２１に焦点を合わせた状態で、光学顕微鏡を介してレーザー光Ｍを被測定物１に照射することにより、光学顕微鏡の焦点距離を基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１の測定点Ｐまでの距離ｈ１とすることができる。

次に、図１Ｂのように、接触器材４を透明膜２の表面に接触させて基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２を測定することができる。この場合、接触器材４の先端が基準位置Ｌの位置から表面２２の測定点Ｑにまで移動する際の変位を距離ｈ２とすることができる。測定点Ｐと測定点Ｑは被測定物１の厚み方向で一直線上に位置している。

この後、計測器１０１で両方の距離ｈ１、ｈ２から膜厚ｔを算出する。すなわち、ｈ１−ｈ２＝ｔを演算することにより、透明膜２の膜厚ｔを算出することができる。

本実施形態では、被測定物１の切り出し作業や研磨作業が不要であり、透明膜２の膜厚ｔを非破壊で簡単にリアルタイムで測定することができる。また本実施形態では、測定者の熟練度による膜厚ｔがばらつきが少なくなり、精度良く透明膜２の膜厚ｔを測定することができる。

（変形例）
基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２の測定する時には、図３のように、透明膜２の表面２２に既知の厚みｒの被覆部材５を設け、その後、表面２２に被覆部材５が設けられた状態で、基準位置Ｌから被覆部材５までの距離ｈ３を測定することが好ましい。被覆部材５としては合成樹脂製のフィルムを使用することができる。被覆部材５の厚みｒは、膜厚ｔの測定誤差を小さくすること、取扱性容易、透明膜２の保護などの観点から２０〜１００μｍであることが好ましい。

被覆部材５を使用する場合は、まず上記と同様にして距離ｈ１を測定した後、透明膜２の表面２２に被覆部材５を配置する。次に、接触器材４を被覆部材５の表面５２に接触させ、基準位置Ｌから被覆部材５の表面５２にある測定点Ｓまでの距離ｈ３を測定する。この場合、接触器材４の先端が基準位置Ｌの位置から表面５２の位置にまで移動する際の変位を距離ｈ３とすることができる。この後、計測器１０１で、ｈ１−ｈ３−ｒ＝ｔを演算することにより、透明膜２の膜厚ｔを算出することができる。

（まとめ）
本実施形態に係る膜厚測定方法は、被測定物１の最表面に形成された透明膜２の膜厚ｔを、透明膜２の表側に設けられた光学機器３を用いて測定する方法である。この方法は、透明膜２の表側に設定された基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１と、基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２とを測定し、両方の距離ｈ１、ｈ２から膜厚ｔを算出する。

この場合、非破壊で、簡便に、精度良く透明膜２の膜厚ｔを測定することができる。

本実施形態にあっては、基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１の測定は、レーザー反射を利用することが好ましい。

この場合、基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１を非接触で測定することが可能であり、透明膜２の膜厚ｔを非破壊で測定しやすくなる。

本実施形態にあっては、基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１の測定は、光学顕微鏡の焦点距離を利用することが好ましい。

この場合、基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１を非接触で測定することが可能であり、透明膜２の膜厚ｔを非破壊で測定しやすくなる。

本実施形態にあっては、基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２の測定を、透明膜２の表面２２に接触して測定することが好ましい。

この場合、基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２を接触器材４の接触で測定することが可能であり、透明膜２の膜厚ｔを測定しやすくなる。

本実施形態にあっては、基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２の測定は、透明膜２の表面２２に既知の厚みの被覆部材５が設けられた状態で、基準位置Ｌから被覆部材５の表面までの距離ｈ３を測定し、この測定距離ｈ３と基準位置Ｌとに基づいて行うことが好ましい。

この場合、透明膜２を被覆部材５で被覆して保護することができ、透明膜２の膜厚ｔを非破壊で測定しやすくなる。

本実施形態に係る膜厚測定装置は、被測定物１の最表面に形成された透明膜２の膜厚ｔを測定するための装置１００である。この装置１００は、透明膜２の表側に設定された基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ１と、基準位置Ｌから透明膜２の表面２２までの距離ｈ２とを測定するための計測器１０１を備える。計測器１０１は、基準位置Ｌから透明膜２の裏面２１までの距離ｈ２を透明膜２の表側から計測する光学機器３を有する。計測器１０１で測定された両方の距離ｈ１、ｈ２から膜厚ｔを算出する。

この場合、非破壊で、簡便に、精度良く透明膜２の膜厚ｔを測定することができる。

１ 被測定物
２ 透明膜
３ 光学機器
４ 接触器材
５ 被覆部材
１００ 膜厚測定装置
Ｌ 基準位置
ｈ１ 距離
ｈ２ 距離
ｔ 膜厚

Claims (6)

1. 被測定物の最表面に形成された透明膜の膜厚を、前記透明膜の表側に設けられた光学機器を用いて測定する方法であって、
   前記透明膜の表側に設定された基準位置から前記透明膜の裏面までの距離と、前記基準位置から前記透明膜の表面までの距離とを測定し、
   前記両方の距離から前記膜厚を算出する
   膜厚測定方法。
2. 請求項１において、
   前記基準位置から前記透明膜の裏面までの距離の測定は、レーザー反射を利用する
   膜厚測定方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記基準位置から前記透明膜の裏面までの距離の測定は、光学顕微鏡の焦点距離を利用する
   膜厚測定方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
   前記基準位置から前記透明膜の表面までの距離を、前記透明膜の表面に接触して測定する
   膜厚測定方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
   前記基準位置から前記透明膜の表面までの距離の測定は、前記透明膜の表面に既知の厚みの被覆部材が設けられた状態で、前記基準位置から前記被覆部材の表面までの距離を測定し、この測定距離と前記基準位置とに基づいて行う、
   膜厚測定方法。
6. 被測定物の最表面に形成された透明膜の膜厚を測定するための装置であって、
   前記透明膜の表側に設定された基準位置から前記透明膜の裏面までの距離と、前記基準位置から前記透明膜の表面までの距離とを測定するための計測器を備え、
   前記計測器は、前記基準位置から前記透明膜の裏面までの距離を前記透明膜の表側から計測する光学機器を有し、
   前記計測器で測定された前記両方の距離から前記膜厚を算出する
   膜厚測定装置。

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