JP5916490B2 - 船底塗膜の摩擦抵抗予測方法および、該方法を用いた塗膜性能評価方法、塗膜性能評価装置 - Google Patents

船底塗膜の摩擦抵抗予測方法および、該方法を用いた塗膜性能評価方法、塗膜性能評価装置 Download PDF

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Description

簡便で、個人差なく、しかも迅速に評価結果が得られる船底塗膜の摩擦抵抗増加率の予測方法に関する。また、実船の船底塗膜について、簡便に塗膜性能を評価する方法および評価装置に関する。
船舶の省エネ対策の最重要項目である推進性能向上については、造波抵抗や粘性圧力抵抗とともに、船底における摩擦抵抗の役割が大きい。
この摩擦抵抗は、船体が受ける全抵抗の６０〜８０％を占めるとされ、摩擦抵抗を下げることは、船の燃費を低減させる上できわめて重要となる。
一方船底には、生物が付着するのを防ぎ、生物付着による燃費の悪化を防ぐ目的で、防汚塗料が使用されている。防汚塗料は船底の海水に接する部分には必ず塗装されている為、新造船段階において、適切な塗装管理を行い、また平滑性能の高い防汚塗料を採用することにより、塗膜表面粗度の増大を防ぎ摩擦抵抗を下げることは意義が大きい。このような防汚性能を有し、かつ摩擦抵抗低減が期待できる塗料塗膜として自己研磨型塗膜およびファウルリリース型塗膜等がある。
一般的には表面粗度が摩擦抵抗増大の主要因であると考えられており、塗膜の表面粗度から、船舶の性能を予測する取り組みが古くから行われている。
非特許文献１には、船底の粗度により船舶性能を評価する方法が記載されており、ここで使用されている粗度測定はBSRA(British Ship Building Association) により開発されたBSRA 粗度計による接触式の変位計を用いて測定する方法である。この方法で計測される粗度により、摩擦抵抗の増加を下記式(１)あるいは(２）により算出することが提案されている。これらは、実船の表面粗度をBSRA粗度計により測定することにより得られた経験式である。
式(1)中、ΔCFは摩擦抵抗係数の増加を示し、kはBSRA 粗度計により測定した平均粗度高さであり、Lppは船長である。
式(2)中、ΔPD／ PDは供給馬力の増加率を示し、K1は初期船底粗度高さであり、K2は最終船底粗度高さである。
そしてかかる非特許文献１には、粗度高さのみによる推定では不十分であり、例えば表面形状パラメーターtによる評価方法が示されている。
ここで、αは スペクトルパラメータであり、m0は0次のスペクトルモーメント m2は2次のスペクトルモーメント、m4は4次のスペクトルモーメントである。また簡便法としてαを（DE/Dz)2（DE:形状の最高-最低の密度 Dz：ゼロ点交差）より求める方法が記載されている。この表面形状パラメーターtによる評価によって、同一BSRA粗度高さ(450μ)でも表面形状パラメーターｔの違いにより供給馬力に±4％程度違いが現れたことが報告されている。
また、非特許文献２には、見かけの波高（粗度高さ）Hと見かけの波長λによるH2/λと実船及び平板試験の摩擦抵抗の関係が示されている。しかし、ここで用いられた粗度高さH、及び波長λは下記の(i)-(Viii)のような手順で求められている。当時計算機が発達していない時代に、断面曲線から、手作業にて、粗度高さ、波長を求める方法である。
(i)ある一定間隔（外板上の実長にして最初は20-50m位）で横に長い記録図形に対し縦に区切り線を引く。
(ii)各区間の記録図形の最高点と最低点を一箇所ずつ選ぶ。
(iii)隣接する区間の最高点どうし、また最低点どうしを結んで二本の折れ線グラフを作る。
(iv)最初の操作で引いた縦の区切り線が(iii)の二本の折れ線にはさまれて切り取られた長さをその区間の見かけの波高（Hi）とする。また最初の縦の区切り線間隔を見掛けの波長（λ）とする。
(v)一隻の船，あるいは一枚の試験鋼板であるλに対する見掛の波高Ｈとは、以上の操作でのHiの平均のことである。
(vi)つぎに縦の区切り線間の中央にもう一本づつ区切り線をひき(ii)-(v)の操作を繰り返す。
(vii)かくして記録図形を2m等分して行き1/λ(粗度周波数に対応)を横軸に，縦軸にはHとH/λをとって折れ線グラフを書く。
(viii)ある一つの船または鋼板に対して折れ線グラフが測定数に応じて(vii)で得られたならば、それ等の全体の平均的な曲線を引き，これをもって見掛けの波長λに対するH及びH/λとする。
このように、見かけの波高H、見かけの波長λはJISの粗度高さＲ、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍと定義が異なる。また、かかる非特許文献２には長さ 3m、幅0.7m、厚さ6ｍｍの試験鋼板による曳航試験を行って同様の傾向を確認しようと試みたが、最高速度が6(m/s) に限られ、粗度パラメーターの影響は見い出せなかったことが開示されている。
以上のように、摩擦抵抗と表面粗度との関係は示されているが、摩擦抵抗を表面粗度により高い確度で予測できる方法は示されていない。
D.Byrne;"Hull roughness and the impact of outer hull maintenance decisions on ship efficiency",The ＦＩＲst International Shiprepair, Spares and Maintenance Conference(1983)p33-51 笹島秀雄、寺尾貞一、横尾幸一、中渡道夫、小川陽弘、「船体外板粗度と摩擦抵抗増加に関する実験的研究」、造船協会論文集、Vol.117, p58-71, 1965-06
一般的に、実船の表面粗度による摩擦抵抗増加は、実船の馬力計測による推定がもっとも現実的ではあるが、実際の運行条件においては造波抵抗、風、波、潮流、船底汚損、等の影響が含まれ、摩擦抵抗の影響だけを抽出して評価することは困難である。また船舶の外板に塗装された塗膜による表面粗度のデータはBSRAによって開発された、評価長さ50mmでの最大高さの評価が主流である。しかし50mm長さにおける最大高さしか計測できないことから、他のパラメーターの影響を評価できない等の問題があった。また、高さと波長、あるいは高さと傾きのパラメーターで実船の摩擦抵抗の増加率を示した例が示されているが、実際の船舶の現場における最適な評価方法、評価長さ、カットオフ波長等は定められていない。
また、上記のように実船の摩擦抵抗の評価は困難であることから、代替として他の摩擦抵抗評価方法により簡易推定することが必要であるが、実船相当の粗度において、実船と同等の摩擦抵抗増加を示す計測方法は限られている。適切な粗度測定法、摩擦抵抗測定法の組み合わせにより、実船相当の抵抗増加を推定することが重要である。
このような状況のもと、より簡便でしかも、実際の船舶の塗膜評価に最適な評価方法について、本発明者らは鋭意検討を行った。
その結果、以下の構成によって、船舶の塗膜の摩擦抵抗を予測できることを見出し、本発明を完成するに到った。
[１]基材上に船底塗料を塗装した塗膜について、JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)の規定に従い、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが２，０００〜１０，０００μｍの範囲で、粗度高さＲとしてＲｚ（最大高さ粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線要素の平均高さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ)、ＲＺＪＩＳ（十点平均粗さ）のいずれかを測定し、下記式（１）により、鏡面からの摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を算出することを特徴とする船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
（ここで、係数Cは、粗度高さＲの種類、及び摩擦抵抗試験方法に依存する定数であり、予め、粗度の異なる複数の船底塗膜について、一定の評価長さでの粗度測定、及び摩擦抵抗試験を行い、実測した粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍと摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)について式（１）の関係から求める。）
[２]JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)の規定において、評価長さ１０，０００μｍ以上、測定間隔５００μｍ以下で粗度測定することを特徴とする［１］の、船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
[３]カットオフ値λｃが１０，０００μｍ以上の高域フィルタを適用して粗度測定することを特徴とする［２］の、船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
[４]摩擦抵抗試験として、二重円筒装置を用い、外筒を回転させた時の鏡面の内筒に働くトルクＴ0をまず求め、ついで船底塗料を塗装した内筒についで同条件で回転させたときのトルクＴを求め、下記式(2)より摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を実測し、
内筒に塗装した塗膜の粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとの式（１）の関係式から、定数Ｃを予め求めることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかの、船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
[５]粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを、触針式粗度測定装置ないしレーザー変位式粗度測定装置によって測定する［１］〜［４］のいずれかの、船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
[６]予め求めた定数Ｃを使い、基材上に船底塗料を塗装した塗膜について、粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定し、前記式（１）により摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を予測することを特徴とする船底塗膜の塗膜性能評価方法。
[７]粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを、実船塗装された塗膜について熱可塑性樹脂により型取りしたもので評価することを特徴とする［６］の船底塗膜の塗膜性能評価方法。
[８]実船塗装における塗膜性能を評価する装置であって、粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定する測定部と、前記式（１）を用いて摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を算出する摩擦抵抗計算部を備えてなる船底塗膜の塗膜性能評価装置。
本発明によれば、単に粗度を評価するだけの非常に簡便な方法で、船底塗膜の摩擦抵抗増加率を予測できる。この方法を用いることにより、摩擦抵抗のより低い防汚塗料の迅速な選択、塗装良否の判断、塗装機の性能把握等に利用できる。また、造船所において防汚塗料の実船への塗装の管理に利用したり、そのための評価装置の提供が可能になる。粗度の波長範囲を限定することにより、測定条件を固定することができるため評価装置を安価なものとすることもできる。
図１は、摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)とRz2/RSmの関係を示す。 図２は、摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)と最大高さ粗さRzの関係を示す。 図３は、摩擦抵抗増加率と粗さ曲線要素の平均長さRSmの関係を示す。 図４は、実船底膜の粗度分布(レプリカ法/評価長さ30ｍｍ) を示す。 図５は、実船底膜の粗度測定例を示す。 図６は、摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)の推算例(ＦＩＲ(%)=2.62XRz2/RSm)を示す。
以下、本発明について、具体的に説明する。
本発明で評価される船底塗料は、船底の腐食防止、生物付着防止などに用いられる塗料であり、本発明では主に鋼船用の船底塗料である。
このような防汚塗料として、たとえば自己研磨型防汚塗料や、ファウルリリース型防汚塗料に、本発明は適用可能である。
自己研磨型防汚塗料は、塗膜自身が少しずつ溶け、同時に水棲生物が嫌う成分である防汚剤も溶けていくことで、付着を防ぐものである。またファウルリリース型防汚塗料は平滑性、撥水性および弾性のある塗膜により、水棲生物を付着しにくくするものである。
このような防汚塗料としては、特許4884107号、特許4846093号、特許4837668号、特許4813608号、特許4812947号、特許4812902号、特許4812895、特許4806769号、特許4786053号、特許4777591号、特許4776839号、特許4769331号、特許4745351号、特許4709370号、特許4694583号、特許4684465号、特許4675624号、特許4651792号、特許4647060号、特許4644238号、特許4642204号、特許4641563号、特許4633224号、特許4621901号、特許4610763号など、公知のものを特に制限なく使用できる。
本発明では、基材上に上記船底塗料が塗装された塗膜について評価する。基材として、特に制限されないが、通常、非処理鋼材、ブラスト処理鋼材、酸処理鋼材、亜鉛メッキ鋼材、ステンレス鋼材等の鋼材；アルミニウム（合金）材、銅（合金）材等の非鉄金属材；コンクリート；塩化ビニルなどのプラスチック材などが使用される。かかる基材の形状も特に制限されないが、通常、円筒状、船形状、平板状、管状のもので評価される。
船底塗膜は、防汚塗料を常法に従って基材の表面に塗装した後、必要に応じて常温下または加熱下で溶剤を揮散除去することによって形成することができる。塗工方法としては特に限定されず、たとえば、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り、ローラー、静電塗装、電着塗装等の従来公知の方法を挙げることができる。広い船底に均一に塗布するためには、スプレー法がより好ましい。
膜厚は特に限定されず、所定の厚さを有するものであればよいが、通常５０〜１，０００μｍであり、基材が露出せず、かつ基材表面の凹凸が影響しない厚さであればよい。
摩擦抵抗予測方法
基材上に船底塗料を塗装した塗膜について、JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)の規定に従い、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが２，０００〜１０，０００μｍの範囲で、粗度高さＲとしてＲｚ（最大高さ粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線要素の平均高さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ)、ＲＺＪＩＳ（十点平均粗さ）のいずれかを測定し、下記式（１）により、鏡面からの摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を算出する。
ここで、定数Cは、粗度高さＲの種類、及び摩擦抵抗試験方法に依存する定数であり、予め一定の評価長さでの粗度測定、及び摩擦抵抗試験を行い、実測した粗度高さＲ、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍと摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)について式（４）の関係から求める。
ＲＳｍは、粗さ曲線要素の平均長さであり、各粗さ曲線要素の長さＸSの平均として下記式（６）で表される。
Ｒｚは最大高さ粗さを示し、基準長さにおける粗さ曲線の最大山高さと最大谷深さとの和である。Ｒｃは粗さ曲線要素の平均高さ、Ｒａは算術平均粗さ、Ｒｑは二乗平均平方根粗さであり、ＲＺＪＩＳは十点平均粗さを示し、最高の山頂から高い順に5番目までの山高さの平均と最深の谷底から深い順に5番目までの谷深さの平均との和である。これらはJIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)の規定に従って測定される。
本発明では、粗度の評価は、Ｒｚ（最大高さ粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線要素の平均高さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ)、ＲＺＪＩＳ（十点平均粗さ）のいずれかを測定すればよい。
このような粗度の測定は接触式、非接触式、手動、自動などの表面粗度測定装置を用いて評価される。通常汎用され、また、簡便性などの点で触針式やレーザー変位式のものが好適である。
得られたデータは、保存するか、もしくは変位計内部で、アナログ/デジタル処理してもよい。なお、本発明では対象粗度を測定する為に、評価長さは１０，０００μｍ以上、測定間隔は５００μｍ以下とする。
パラメーター解析の際には、断面曲線をそのまま用いるのが望ましいが、１０，０００μｍ以上の波長のうねりの影響がある時はJIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)の規定に従い、カットオフ値(波長)λcが１０，０００μｍ以上の高域フィルタを入れて粗度曲線を求めることができる。
本発明では、この粗度を正確に評価するのに必要な評価長さ、及びカットオフ値λcは１０，０００μm以上となり、また測定間隔は５００μm以下となる。尚、測定間隔を５００μmにすると、測定できる最低波長が２，０００μmとなるが、低波長粗度の測定誤差が大きくなる為、実用的には250μm程度である。測定間隔を小さくすると結果的に測定時間がかかる上、摩擦抵抗増加に関係しない、低い粗度高さの波長の影響まで出て来るため、実用上１００μｍ以上が適当である。また測定間隔を小さくした場合、摩擦抵抗に寄与しない小さな粗度やノイズの影響を受けて見掛けの波長が小さくなる場合、ローパスフィルタによりカットしてもよい。
係数Ｃの求め方
式(４)における傾きCは、粗度高さＲの種類、及び摩擦抵抗試験方法により変わる。予め、粗度の異なる複数の船底塗膜を所定の基材上に作製し、摩擦抵抗試験により摩擦抵抗を評価して式（４）中の定数Cを求める。例えば、評価長さ５０ｍｍでＲｚ、ＲＳｍを測定し、二重円筒装置を用いて摩擦抵抗試験を行った場合、係数Cは２〜３程度となる。ここで行う摩擦抵抗試験は、上述の粗度測定方法で求めた粗度高さＲが１００μｍ、ＲＳｍが２，０００-４，０００μｍの塗装塗膜について、5％以上の摩擦抵抗増加率を示す方法で行う必要がある。これは実船相当の高レイノルズ数、薄い粘性底層厚さにおいて得られる摩擦抵抗増加率であるので、船体の評価に一般的に用いられる水槽曳航試験、回流水槽試験では、速度が遅く、試験板長さが短い為、粗度が粘性底層の下に隠れてしまうため、粗度の影響が十分に現れず、不適当となるからである。
船体相当の粘性底層厚さを実現する為には、主流と壁面の距離が近く、流速はできるだけ速い方法が良い。このような結果が得られる試験は具体的には、二重円筒装置、管内流路、キャビテーション水槽等である。
二重円筒装置を用いた場合、予め外筒を所定の回転数で回転させた時の鏡面の内筒に働くトルクＴ0を求め、ついで船底塗料を塗装した内筒についで同条件で回転させたときのトルクＴを求め、下記式(５)より摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を実測する。
次に、実測したＦＩＲ(％)と内筒に塗装した塗膜のＲ及びＲＳｍとの式（４）の関係から、係数Ｃを求める。
求めた係数Ｃを式(１)に用い、ＲとＲＳｍを測定することにより、船底塗料の種類に係わらず、塗装塗膜の摩擦抵抗増加率を予測できる。
以上より、予め求めた定数Ｃを使い、基材上に船底塗料を塗装した塗膜について、粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定し、式（１）により摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を予測することにより船底塗膜の塗膜性能を評価できる。
また、造船所の船舶塗装現場において船底塗膜の表面粗度を、熱可塑性樹脂を枠型に押し当てることによって複製(レプリカ)を採取して、上記の方法で測定すれば、実船塗膜の摩擦抵抗増加率を評価できる。
具体的には、内筒に塗装した塗膜の表面粗度は、十分な精度を得るためにレーザ変位計により内筒の下部から上部まで下部５０mmからスタートし２５mm間隔毎に、１０ライン計測した。試験装置にレーザー変位計を取り付け、円筒を回転させることにより表面粗度を測定する。変位データは２５０μｍ毎に取得し、１，０００mm間で４，０００点のデータを取得し、1ラインの測定データを５０mmの評価長さで２０分割したのち、二乗平均による近似曲線を減することにより、断面曲線を算出する。
本発明に係る船底塗膜の塗膜性能評価装置は、上記の予測方法を用いたものであり、粗度を高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定する測定部と、式（４）を用いて摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を算出する摩擦抵抗計算部を備えてなる。
当該測定部には、上記したような粗度測定装置が設置され、予測部では、得られたデータモニタリングして、式(４)から摩擦抵抗増加率を予測できるようになっている。
この塗膜性能評価装置を用いることにより、造船所の船舶塗装現場において、船底塗膜の摩擦抵抗増加率を容易に予測でき、塗膜性能を評価できる。
また、粗度の波長範囲を限定するため、粗度測定条件である評価長さ、測定間隔、カットオフ値λｃを固定することができるため、安価な塗膜性能評価装置を提供できる。
[実施例］
以下、本発明を、実施例をもとにさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
［実施例１］ 摩擦抵抗試験
(i)二重円筒装置を用いた場合
二重円筒装置を用い、粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍと摩擦抵抗増加率の関係を評価した。
二重円筒装置は、ステンレス槽(外筒、320mm径)内にイオン交換水（23℃）を満たした中に、スプレー塗装により塗料を吹き付けた塩化ビニル製試験円筒(内筒、310mm) を設置した。
塗料はバインダーコートとして、バンノー500N(中国塗料株式会社製)、防汚塗料として、シーグランプリ500、シーグランプリ1000、SEAFLO NEO、またはBIOCLEAN HB(いずれも中国塗料株式会社製)を用いた。塗膜の厚さはトータル１２５μｍまたは、２５０μｍとした。
外筒を1000rpmで回転させ、塗膜が形成された内筒に働くトルクを測定した。ついで、外筒を1000rpmで回転させた時の完全な鏡面に働くトルクを膜厚１２５μで６．５５N・m、２５０μmで６．６３N・mとして摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を算出した。
各塗膜が形成された内筒の摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)は式（５）により算出される。なお、式(５)中のＴ0は外筒を回転数１０００rpmで回転させた時の鏡面の内筒に働くトルクは塗料膜厚１２５μｍで６．５５N・m、２５０μｍで６．６３N・mであり、Ｔは船底塗料を塗装した内筒についで同条件で回転させたときのトルクである。
ついで、各塗膜が形成された内筒について粗度測定を行った。
塗膜が形成された内筒の表面粗度は、十分な精度を得るためにレーザー変位計により試験体上部から下部まで５０mmから開始し２５mm間隔毎に、１０ライン計測した。二重円筒装置にレーザー変位計を取り付け、塗膜が形成された内筒を回転させることにより表面粗度を測定した。変位データは250μ毎に取得し、１，０００mm間で４，０００点のデータを取得した。1ラインの測定データを５０mmの評価長さで２０分割したのち、二乗平均による近似曲線を減ずることにより、断面曲線を算出した。
スプレー塗装により形成された塗膜のＲｚ（最大高さ粗さ）、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを算出した結果、５０mmの評価長さにおける、Ｒｚは３０μm-２００μm 、ＲＳｍは２，０００μm〜１０，０００μmとなった。このＲＳｍの範囲を、正確に評価するのに必要な評価長さ、及びカットオフ値λｃは１０，０００μm以上となり、また測定間隔は５００μm以下となる。尚、測定間隔を５００μｍにすると、測定できる最低波長が２，０００μmとなるが、低波長でのＲｚ、ＲＳｍの測定誤差が大きくなる為、実用的には２５０μm程度である。また測定間隔を小さくすると結果的に測定時間を要する為、実用上１００μm以上が適当である。また測定間隔を小さくした場合、摩擦抵抗に寄与しない小さな粗度やノイズの影響を受けて見掛けの波長が小さくなる為、ローパスフィルタによりカットしたほうが良い場合がある。実際の評価の際は長波長によるうねりの影響を除去する為に、カットオフ波長λsの低域フィルタを入れて粗度曲線を求めることが望ましいが、精密加工した円筒においては、長波長のうねりの影響が確認されなかった為、断面曲線のまま評価を行った。
断面曲線より、Ｒｚ（最大高さ粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線要素の平均高さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ)、ＲＺＪＩＳ（十点平均粗さ）、及びＲＳｍを算出した。
表１に二重円筒装置を用いて測定した場合の、Ｒｚ、Ｒｃ、Ｒａ、Ｒｑ、ＲＺＪＩＳ及びＲＳｍと摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を示した。またＲｚ、Ｒｃ、Ｒａ、Ｒｑ、ＲＺＪＩＳ及びＲＳｍ相互の相関分析を行った結果を表２に示す。Ｒｚ、Ｒｃ、Ｒａ、Ｒｑ、ＲＺＪＩＳは相互に高い相関性を示す為、どの粗度高さＲを用いて評価しても良い。ＲＳｍ、ＲｚとＦＩＲ(％)の関係を評価した場合、図１に示す通り、Ｒｚの２乗をＲＳｍで除した値Ｒｚ2/ＲＳｍを横軸に、ＦＩＲ(％)を縦軸にとると、近似直線で高い相関が確認される。しかし、図２および図３のようにＲｚやＲＳｍを横軸に、ＦＩＲ(％)を縦軸にとると、大きくばらつくため、Ｒｚ2/ＲＳｍによりＦＩＲ(％)を予測するのが適当である。この例では近似線は0を通る傾き2.62のグラフとなる。よってこの数式より逆算すれば、ＦＩＲ(％)をＲｚ、ＲＳｍから算出することができる。尚、表２に示される通り、Ｒｃ、Ｒａ、Ｒｑ、ＲＺＪＩＳはＲｚと高い相関を示す為、これらのいずれでも同様の評価が可能である。ただし、粗度高さＲの種類によって係数Ｃは異なった値となる。
［実施例２］ 実船底塗膜の粗度測定
表3に実船底(4隻)において測定したＲｚ、Ｒｃ、Ｒａ、Ｒｑ、ＲＺＪＩＳ及びＲＳｍを示す。4隻の船舶には、船底にそれぞれ防汚塗料（(ア):SEAFLO NEO、（イ）:シーグランプリ５００HS、（ウ）:シーグランプリ５００、（エ）シーグランプリ１０００(いずれも中国塗料（株）製)）が塗布されている。塗膜の粗度を、熱可塑性樹脂により型取りし、持ち帰りレーザー変位計により表面粗度を測定した。評価範囲は３０ｍｍ×３０ｍｍとし、計測間隔は２５０μm、３０，０００μmの評価長さとした。この測定により、図4に示すような、粗度プロファイルが測定可能であった。Ｒｚ、Ｒｃ、Ｒａ、Ｒｑ、ＲＺＪＩＳ及びＲＳｍは、実施例1にて得られたものと、同等であった。このことから、実船底塗膜においても、実施例1と同等のＲＳｍの範囲で測定できる。
図5にＲｚ、ＲＳｍの値を3次元の縦棒グラフで分布を示す。この結果より、本発明による方法で船舶外板の粗度が評価可能であることが示された。また各船のＲｚ、ＲＳｍの平均値から、係数Cを２．６２として予測ＦＩＲ(％)を算出した。
［実施例３］ 摩擦抵抗の増加率予測法
実施例1によって得られた摩擦抵抗増加率の予測例を図6に示す。ＦＩＲ(%)を、係数Cを2.62として算出したときに、Ｒｚが大きく、ＲＳｍが小さくなるほどＦＩＲ(%)が大きくなる傾向が確認される。このような図により、どの粗度範囲において、ＦＩＲ(%)増加が顕著になるか、あらかじめ容易に予測可能となる。そして、Ｒｚ、ＲＳｍを直接、予測式に代入することによりＦＩＲ(%)の差異を比較することも可能である。

Claims (8)

  1. 基材上に船底塗料を塗装した塗膜について、JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)の規定に従い、
    粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが２，０００〜１０，０００μｍの範囲で変化する場合に、粗度高さＲとしてＲｚ（最大高さ粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線要素の平均高さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ)、ＲＺＪＩＳ（十点平均粗さ）のいずれかを測定し、
    下記式（１）により、鏡面からの摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を算出することを特徴とする船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
    （ここで、係数Ｃは、粗度高さＲの種類、及び摩擦抵抗試験方法に依存する定数であり、予め、粗度の異なる複数の船底塗膜について、一定の評価長さでの粗度測定、及び摩擦抵抗試験を行い、実測した粗度高さＲ、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍと摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)について式（１）の関係から求める。）
  2. JIS B 0601:2001(ISO 4287:1997)の規定において、評価長さ１０，０００μｍ以上、測定間隔５００μｍ以下で粗度測定することを特徴とする請求項１記載の、船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
  3. カットオフ値λｃが１０，０００μｍ以上の高域フィルタを適用して粗度測定することを特徴とする請求項２に記載の、船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
  4. 摩擦抵抗試験として、二重円筒装置を用い、外筒を回転させた時の鏡面の内筒に働くトルクＴ0をまず求め、ついで船底塗料を塗装した内筒についで同条件で回転させたときのトルクＴを求め、下記式(2)より摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を実測し、
    内筒に塗装した塗膜の粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍとの式（１）の関係から、定数Ｃを予め求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の、船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
  5. 粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを、触針式粗度測定装置ないしレーザー変位型粗度測定装置によって測定することを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載の船底塗膜の摩擦抵抗予測方法。
  6. 予め求めた定数Ｃを使い、基材上に船底塗料を塗装した塗膜について、粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定し、下記式（１）により摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を予測することを特徴とする船底塗膜の塗膜性能評価方法。
    （ここで、係数Ｃは、粗度高さＲの種類、及び摩擦抵抗試験方法に依存する定数であり、予め、粗度の異なる複数の船底塗膜について、一定の評価長さでの粗度測定、及び摩擦抵抗試験を行い、実測した粗度高さＲ、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍと摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)について式（１）の関係から求める。）
  7. 粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを、実船塗装された塗膜について熱可塑性樹脂により型取りしたもので評価することを特徴とする請求項６に記載の船底塗膜の塗膜性能評価方法。
  8. 実船塗装における塗膜性能を評価する装置であって、粗度高さＲ及び粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを測定する測定部と、下記式（１）を用いて摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)を算出する摩擦抵抗計算部を備えてなる船底塗膜の塗膜性能評価装置。
    （ここで、係数Ｃは、粗度高さＲの種類、及び摩擦抵抗試験方法に依存する定数であり、予め、粗度の異なる複数の船底塗膜について、一定の評価長さでの粗度測定、及び摩擦抵抗試験を行い、実測した粗度高さＲ、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍと摩擦抵抗増加率ＦＩＲ(％)について式（１）の関係から求める。）
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