JP3834718B2 - 塗膜付着強度・せん断強度測定装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗膜付着強度・せん断強度測定装置に関し、さらに詳しくは、試料に付着した塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定でき且つ構造が簡単で安価な塗膜付着強度・せん断強度測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平3−67151号公報に開示されている塗膜付着強度・せん断強度測定装置は、試料の塗膜面に垂直な垂直方向に摺動する垂直摺動案内軸および塗膜面に平行な平行方向に摺動する平行摺動案内軸により垂直および平行の2方向に相対移動可能な切刃支持体と、この切刃支持体に保持され塗膜を切削する切刃と、前記垂直摺動案内軸を介して前記垂直方向の反発力を検知する垂直圧力検知器と、前記平行摺動案内軸を介して前記平行方向の切削抵抗力を検知する平行圧力検知器とを具備している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、垂直摺動案内軸の変位により垂直方向の反発力を検知し、平行摺動案内軸の変位により平行方向の切削抵抗力を検知する構造になっている。このため、検知される反発力には垂直摺動案内軸の変位で生じる摺動抵抗が加わっており、検知される切削抵抗力には平行摺動案内軸の変位で生じる摺動抵抗が加わっている。
しかし、検知される反発力/切削抵抗力に摺動案内軸の摺動抵抗が加わっていると、測定が不正確になる問題点がある。
また、垂直摺動案内軸とこれを保持する部材との間に遊び(クリアランス)があるため、切込み深さが不正確になる問題点がある。同様に、平行摺動案内軸とこれを保持する部材との間に遊びがあるため、滑らかな切削面が得られなかったり、長距離の切削面を得にくくなる等の問題点がある。
さらに、垂直摺動案内軸および平行摺動案内軸を有する構造は複雑であり、コスト高になる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、試料に付着した塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定でき且つ構造が簡単で安価な塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
第1の観点では、本発明は、試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により垂直方向および平行方向に移動可能な2方向可動手段と、前記2方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の他端に第1端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の第2端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記2方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供する。
【0005】
上記第1の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、切刃が平行圧力検知器に保持されており、切刃と平行圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される平行圧力に摺動抵抗が加わることがなく、正確に平行圧力を測定できる。また、切刃が平行圧力検知器を介して垂直圧力検知器に保持されており、切刃と垂直圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される垂直圧力に摺動抵抗が加わることがなく、測定が正確になる。また、摺動案内軸の遊びが、切込み深さや切削面に悪影響を与えることがなくなる。よって、塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定できる。さらに、摺動案内軸がないため、構造が簡単で安価になる。
【0006】
第2の観点では、本発明は、試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により平行方向および垂直方向に移動可能な2方向可動手段と、前記2方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の他端に第1端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の第2端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記2方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供する。
【0007】
上記第2の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、切刃が垂直圧力検知器に保持されており、切刃と垂直圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される垂直圧力に摺動抵抗が加わることがなく、正確に垂直圧力を測定できる。また、切刃が垂直圧力検知器を介して平行圧力検知器に保持されており、切刃と平行圧力検知器の間に摺動案内軸が介在しない。このため、検知される平行圧力に摺動抵抗が加わることがなく、測定が正確になる。また、摺動案内軸の遊びが、切込み深さや切削面に悪影響を与えることがなくなる。よって、塗膜の付着強度やせん断強度を正確に測定できる。さらに、摺動案内軸がないため、構造が簡単で安価になる。
【0008】
2方向可動手段としては、ステッピングモータ駆動や超音波発振モータ駆動のXYステージを使用可能であるが、摺動部分があるために1μm程度のクリアランスは不可避である。しかし、このクリアランスが、測定誤差の原因になることがある。
これに対して、上記第1の観点よび第2の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、圧電素子駆動による微動ステージを用いるため、試料から切刃まで、すなわち、試料−支持部材−2方向可動手段−圧力検知器−切刃を、全くクリアランスなく一体化できる。これにより、非常に精度の良い測定が可能になる。
【0009】
第3の観点では、本発明は、上記構成の塗膜付着強度・せん断強度測定装置において、前記垂直圧力検知器で検知した垂直圧力、前記平行圧力検知器で検知した平行圧力および前記垂直変位計で検知した切込み深さの変化をグラフ化するグラフ化手段を具備したことを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置を提供する。
上記第3の観点による塗膜付着強度・せん断強度測定装置では、切刃にかかる垂直圧力と平行圧力と切込み深さの変化をグラフ化するため、これらの相関関係を明確に把握できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【0011】
−参考例−
図1は、参考例にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の正面説明図である。
この塗膜付着強度・せん断強度測定装置100において、支持部材1に案内軸2が固定され、案内軸2に摺動部材3が軸着されている。
摺動部材3にはナット部7が固定され、ナット部7にネジ切棒6がネジ込まれている。
ネジ切棒6の一端は平行移動モータ5に結合されており、平行移動モータ5の回転により、ネジ切棒6が回転し、ナット部7が水平方向に摺動する。
平行移動モータ5は、ステッピングモータであり、固定台4に固定されている。
【0012】
ナット部7には回転台8が接続され、つまみ30で回転台8は鉛直面内で回転可能になっている。
なお、回転台8の代わりに、傾斜型試料台を用いてもよい。
【0013】
回転台8には案内軸9が固定され、案内軸9に摺動部材10が軸着されている。
摺動部材11にはナット部14が固定され、ナット部14にネジ切棒13がネジ込まれている。
ネジ切棒13の一端は垂直移動モータ12に結合されており、垂直移動モータ12の回転により、ネジ切棒13が回転し、ナット部14が垂直方向に摺動する。
垂直移動モータ12は、ステッピングモータであり、連結部11により回転台8に固定されている。
【0014】
ナット部14には、垂直圧力検知器15の一端が固定されている。
垂直圧力検知器15は、はかり用ロードセル(商品名CB17;ミネベア株式会社)であり、他端にかかる垂直方向の圧力を検知する。
【0015】
垂直圧力検知器15の他端には連結具16を介して平行圧力検知器17の第1端が固定されている。
平行圧力検知器17は、はかり用ロードセル(商品名CB17;ミネベア株式会社)であり、第2端にかかる水平方向の圧力を検知する。
【0016】
平行圧力検知器17の第2端には、切刃18が固定されている。
【0017】
平行圧力検知器17の切刃固定部には、支持具20を介して、垂直変位計19が固定されている。
【0018】
試料Sは、塗装板であり、塗膜面を水平にして、試料台23と固定具22とで固定される。
【0019】
平行移動モータ5および垂直移動モータ12は、出力インタフェース28aを介して、パソコン28に接続されている。
垂直圧力検知器15,平行圧力検知器17および垂直変位計19は、入力インタフェース28bを介して、パソコン28に接続されている。
【0020】
パソコン28は、操作者の指示に応じて、平行移動モータ5および垂直移動モータ12を駆動し、試料Sの塗膜を切削する。そして、その時の垂直圧力検知器15の出力から垂直圧力を検知し、平行圧力検知器17の出力から平行圧力を検知し、垂直変位計17の出力から切込み深さを検知する。また、検知した垂直圧力,平行圧力および切込み深さの変化をグラフ化し、ディスプレイに表示したり、プリンタで印字する。
【0021】
塗膜付着強度・せん断強度測定は、次の手順で行う。
(1)試料Sの塗膜面が水平になる姿勢で試料Sを固定具22で試料台23に固定する。つまみ30を回して回転台8を回転させ、切刃18の先端を試料Sの表面に平行に合わせる。なお、回転台8の代わりに傾斜型試料台を用いた場合は、試料Sの塗膜面を切刃18の先端に平行に合わせる。
(2)垂直移動モータ12により切刃18を下降させ、切刃18を試料Sの塗膜面に所定の荷重(例えば1g)で押し付ける。そして、この時の垂直変位計17の出力を切込み深さ“0”とする。
(3)平行移動モータ5および垂直移動モータ12により切刃18を水平および垂直方向に移動させ、図2に示すように、切刃19を試料Sの塗膜に食い込ませ、塗膜を切削する。なお、圧力により圧力検知器15,17が変形しても、平行四辺形の原理で切刃固定面は常に平行になるから、試料Sに対する切刃18の設定角度は一定に保たれる。
(4)垂直圧力検知器15の出力から垂直圧力(反発力)を検知し、平行圧力検知器17の出力から平行圧力(切削抵抗力)を検知し、垂直変位計17の出力から切込み深さを検知する。そして、垂直圧力,平行圧力および切込み深さの変化を観察する。
【0022】
なお、平行圧力検知器17にかかる垂直圧力が平行圧力の測定に影響するが、通常は平行圧力に比較して垂直圧力は十分に小さいため、影響は無視できる。また、垂直圧力検知器15にかかる平行圧力が垂直圧力の測定に影響するが、予め平行圧力の影響を測定しておいてそれをオフセットとして補正すれば、影響を除去できる。また、測定値の絶対値で評価するのでなく、相対値で評価するようにすれば、影響を考慮する必要はない。
【0023】
以上の塗膜付着強度・せん断強度測定装置100によれば、次の効果が得られる。
(1)切刃18と平行圧力検知器17の間に摺動案内軸が介在しないため、摺動抵抗が加わることがなく、正確に平行圧力を測定できる。また、切刃18と垂直圧力検知器15の間に摺動案内軸が介在しないため、摺動抵抗が加わることがなく、正確に垂直圧力を測定できる。
(2)摺動案内軸の遊びが、切込み深さや切削面に悪影響を与えることがなくなる。
(3)摺動案内軸がないため、構造が簡単で安価になる。
【0024】
なお、ナット部14に平行圧力検知器17の一端を固定し、平行圧力検知器17の他端に連結具16を介して垂直圧力検知器15の第1端を固定し、垂直圧力検知器15の第2端に切刃18を固定してもよい。
【0025】
−第1の実施形態−
図3は、第1の実施形態にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の正面説明図である。
この塗膜付着強度・せん断強度測定装置200において、支持部材1に、圧電素子駆動微動ステージ30hが固定されている。
この圧電素子駆動微動ステージ30hは、圧電素子駆動によりステージ36hがフレーム35hに対して一方向に相対移動する装置(商品名ナノステージ;株式会社ナノコントロール)である。
圧電素子駆動微動ステージ30hは、相対移動方向が水平になるようにフレーム35hを支持部材1に固定されているため、ステージ36hが支持部材1に対して水平移動することになる。ステージ36hの水平移動範囲は、例えば300μmである。
【0026】
圧電素子駆動微動ステージ30hのステージ36hには、連結棒32の下端側が固定されている。
連結棒32の他端側には、圧電素子駆動微動ステージ30vが固定されている。
この圧電素子駆動微動ステージ30vは、圧電素子駆動によりステージ36vがフレーム35vに対して一方向に相対移動する装置(商品名ナノステージ;株式会社ナノコントロール)である。
圧電素子駆動微動ステージ30vは、相対移動方向が垂直になるようにステージ36vが連結棒32に固定されているため、フレーム35vが支持部材1に対して垂直移動することになる。フレーム35vの垂直移動範囲は、例えば100μmである。
【0027】
圧電素子駆動微動ステージ30vのフレーム35vには、垂直圧力検知器15の一端が固定されている。
垂直圧力検知器15は、はかり用ロードセル(商品名CB17;ミネベア株式会社)であり、他端にかかる垂直方向の圧力を検知する。
【0028】
垂直圧力検知器15の他端には、連結具16を介して、平行圧力検知器17の第1端が固定されている。
平行圧力検知器17は、はかり用ロードセル(商品名CB17;ミネベア株式会社)であり、第2端にかかる水平方向の圧力を検知する。
【0029】
平行圧力検知器17の第2端には切刃18が固定されている。
【0030】
平行圧力検知器17の切刃固定部には、支持具20を介して、垂直変位計19が固定されている。
【0031】
試料Sは、塗装板であり、塗膜面を水平にして、試料台23と固定具22とで固定される。
【0032】
圧電素子駆動微動ステージ30h,30vは、出力インタフェース38a(商品名ナノサーボコントローラ;株式会社ナノコントロール)を介して、パソコン28に接続されている。
垂直圧力検知器15,平行圧力検知器17および垂直変位計19は、入力インタフェース28bを介して、パソコン28に接続されている。
【0033】
パソコン28は、操作者の指示に応じて、圧電素子駆動微動ステージ30h,30vを駆動し、試料Sの塗膜を切削する。そして、その時の垂直圧力検知器15の出力から垂直圧力を検知し、平行圧力検知器17の出力から平行圧力を検知し、垂直変位計17の出力から切込み深さを検知する。また、検知した垂直圧力,平行圧力および切込み深さの変化をグラフ化し、ディスプレイに表示したり、プリンタで印字する。
【0034】
塗膜付着強度・せん断強度測定は、次の手順で行う。
(1)試料Sの塗膜面が水平になる姿勢で試料Sを固定具22で試料台23に固定する。つまみ30を回して回転台8を回転させ、切刃18の先端を試料Sの表面に平行に合わせる。なお、回転台8の代わりに傾斜型試料台を用いた場合は、試料Sの塗膜面を切刃18の先端に平行に合わせる。
(2)圧電素子駆動微動ステージ30vにより切刃18を下降させ、切刃18を試料Sの塗膜面に所定の荷重(例えば1g)で押し付ける。そして、この時の垂直変位計17の出力を切込み深さ“0”とする。
(3)圧電素子駆動微動ステージ30h,30vにより切刃18を水平および垂直方向に移動させ、図2に示すように、切刃19を試料Sの塗膜に食い込ませ、塗膜を切削する。なお、圧力により圧力検知器15,17が変形しても、平行四辺形の原理で切刃固定面は常に平行になるから、試料Sに対する切刃18の設定角度は一定に保たれる。
(4)垂直圧力検知器15の出力から垂直圧力(反発力)を検知し、平行圧力検知器17の出力から平行圧力(切削抵抗力)を検知し、垂直変位計17の出力から切込み深さを検知する。そして、垂直圧力,平行圧力および切込み深さの変化を観察する。
【0035】
以上の塗膜付着強度・せん断強度測定装置200によれば、圧電素子駆動微動ステージ30h,30vを用いるため、支持部材1から切刃18まで全くクリアランスなく一体化でき、非常に精度の良い測定が可能になる。
【0037】
【発明の効果】
本発明の塗膜付着強度・せん断強度測定装置によれば、付着強度とせん断強度を精度良く測定することが出来る。また、構造が簡単で安価になる。さらに、軽量になるから、ポータブル型にも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の構成を示す正面説明図である。
【図2】 塗膜付着強度・せん断強度測定装置による塗膜の切削状態を示す要部説明図である。
【図3】 第1の実施形態にかかる塗膜付着強度・せん断強度測定装置の構成を示す正面説明図である。
【符号の説明】
5 平行移動モータ
12 垂直移動モータ
15 垂直圧力検知器
17 平行圧力検知器
18 切刃
19 垂直変位計
28 パソコン
30h,30v 圧電素子駆動微動ステージ
32 連結棒
100,200 塗膜付着強度・せん断強度測定装置
S 試料
Claims (3)
- 試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により垂直方向および平行方向に移動可能な2方向可動手段と、前記2方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の他端に第1端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の第2端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記2方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置。
- 試料に付着した塗膜を切刃で切削し、前記切刃に加わる塗膜面に垂直な方向の力と塗膜面に平行な方向の力とを検知して塗膜の付着強度やせん断強度を測定する装置であって、試料を固定するための台と、固定部と移動部とを有し前記固定部が前記台に固定され前記移動部が圧電素子により平行方向および垂直方向に移動可能な2方向可動手段と、前記2方向可動手段の前記移動部に一端が保持された平行四辺形型の平行圧力検知器と、前記平行圧力検知器の他端に第1端が保持された平行四辺形型の垂直圧力検知器と、前記垂直圧力検知器の第2端に保持された切刃と垂直変位計とを具備し、前記2方向可動手段から前記切刃までの間に摺動部分を含まず且つ前記垂直圧力検知器により前記切刃に加わる前記垂直方向の圧力を検知すると共に前記平行圧力検知器により前記切刃に加わる前記平行方向の圧力を検知し且つ前記垂直変位計により切込み深さを検知することを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置。
- 請求項1または請求項2に記載の塗膜付着強度・せん断強度測定装置において、前記垂直圧力検知器で検知した垂直圧力、前記平行圧力検知器で検知した平行圧力および前記垂直変位計で検知した切込み深さの変化をグラフ化するグラフ化手段を具備したことを特徴とする塗膜付着強度・せん断強度測定装置。
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