JP7176983B2

JP7176983B2 - 塗膜評価装置

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Publication number: JP7176983B2
Application number: JP2019044228A
Authority: JP
Inventors: 豊人中岡; 英樹松田
Original assignee: Kansai Paint Co Ltd
Current assignee: Kansai Paint Co Ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: JP2020148505A

Description

本発明は、金属構造体等の塗膜の劣化を評価する塗膜評価装置に関するものである。

金属構造体等の塗膜に対し交流を流し、交流の周波数を変化させた際のインピーダンスを測定する方法（「交流インピーダンス法」ともいわれる）により、塗膜の劣化を評価する塗膜評価方法が用いられている。交流インピーダンス法を用いた塗膜評価方法は、目視で行われる従来の塗膜評価方法と比較して、塗膜の劣化を定量的に把握しやすい。また、従来の塗膜の評価方法は、ほとんどが破壊試験であったのに対して、交流インピーダンス法を用いた塗膜評価方法は、非破壊であるため、現場での適用が容易である。交流インピーダンス法を用いた塗膜評価方法を現場で実施可能な塗膜評価装置が実用化されている。

特許文献１には、実鋼構造物表面にある被膜の防食を、交流インピーダンス法を用いて、現場で定量的に測定する測定装置が記載されている。特許文献１に記載された測定装置は、軽量化が図られており、また、プローブ開口部における電解液の状態調整が簡便であり、現場で使用しやすい。

特開２００５－２７４１３８号公報

しかしながら、交流インピーダンス法を用いる塗膜評価装置は、さらなる軽量化や小型化による作業性向上が望まれている。また、従来よりも厚い膜厚の塗装が可能な塗料や、インピーダンスが比較的高い塗料などによって形成された塗膜の測定を行う場合、より広範囲におけるインピーダンス測定を容易に実施可能な塗膜測定装置が必要となっている。

上記事情を踏まえ、本発明は、軽量・小型で作業性が高く、より広範囲におけるインピーダンス測定を容易に実施可能な塗膜測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る塗膜評価装置は、評価対象物の第一電極と第二電極との間に交流電圧を印加する交流電圧印加部、前記評価対象物に流れる応答電流を取得する交流測定部と、前記交流電圧印加部が印加する交流電圧を選択可能な交流電圧操作部と、交流電圧の周波数を少なくとも一つ以上選択可能な周波数操作部と、を有する操作部と、を備え、前記周波数操作部は、選択された状態でＬＥＤを点灯し、前記交流電圧操作部で交流電圧を切り替えられると、交流電圧に対応する周波数を選択する。

本発明の塗膜評価装置によれば、軽量・小型で作業性が高く、より広範囲におけるインピーダンス測定を容易に実施可能である。

本発明の第一実施形態に係る塗膜評価装置の斜視図である。同塗膜評価装置の機構構成図である。同塗膜評価装置の制御部の機構構成図である。同塗膜評価装置の操作部および表示部を示す図である。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、第一実施形態に係る塗膜評価装置１００の斜視図である。図２は、塗膜評価装置１００の機能構成図である。

［塗膜評価装置１００］
塗膜評価装置１００は、金属構造物等の塗膜劣化度を電気化学的手法により、現場で非破壊的にかつ定量的に評価できる装置である。塗膜評価装置１００は、図１に示すように、箱型に形成された本体部１０と、本体部１０に取り付けられた持手部８と、を備えている。

本体部１０は、箱型に形成されており、後述する周波数応答解析部２や制御部３等が実装された電子回路が内部に搭載される。本体部１０は、図１に示すように、奥行きの浅い箱型に形成されており、６つの面のうち正面１Ａおよび裏面１Ｂが最も表面積が大きい。

持手部８は、Ｕ字型に形成されており、持手部８の両端部８ａが本体部１０の右側面１Ｃと左側面１Ｄとにそれぞれ回動可能に取り付けられている。持手部８を本体部１０に対して回転させると、持手部８の中央部８ｂは、本体部１０の正面１Ａ付近から、上面１Ｅ付近を通過して、裏面１Ｂ付近まで移動可能である。本体部１０は、片手で支持できる程度の大きさと重量である。操作者は、持手部８の中央部８ｂを持つことで、安定して本体部１０を支持することができる。

本体部１０は、図２に示すように、ポテンショ・ガルバノスタット１と、周波数応答解析部２と、制御部３と、操作部４と、表示部５と、電源部６と、外部端子７と、を有している。本体部１０は、外部端子７を介して測定プローブ９と接続される。

ポテンショ・ガルバノスタット（交流電圧印加部）１は、電位制御により電気化学測定を行う装置であるポテンシオスタットと、電流制御により電気化学測定を行う装置であるガルバノスタットと、の両方の機能を備える装置である。塗膜評価装置１００は、電位を制御してその応答電流から交流インピーダンスを求めるので、ポテンショ・ガルバノスタット１のポテンシオスタット機能を用いる。ポテンショ・ガルバノスタット１は、周波数応答解析部２からの正弦波信号に基づいて、所定の電位の交流電圧（１０ｍＶ，５０ｍＶ，１００ｍＶ，５００ｍＶ，１０００ｍＶ）を測定系に対して印加し、その応答電流を取得する。

周波数応答解析部（交流測定部）２は、所定の周波数（１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１００ｋＨｚ）の正弦波信号をポテンショ・ガルバノスタット１に送ることにより、ポテンショ・ガルバノスタット１から測定系に対して交流電位変調を与えるための装置である。また、周波数応答解析部２は、ポテンショ・ガルバノスタット１が取得した応答電流の信号を取得して解析を行う。

図３は、制御部３の機構構成図である。
制御部３は、プロセッサ３０と、プログラムを読み込み可能なメモリ３１と、プログラムおよびデータを記憶可能な記憶部３２と、入出力制御部３３と、を有するプログラム実行可能な処理装置である。制御部３の機能は、制御部３に提供されたプログラムをプロセッサ３０が実行することにより実現される。

制御部３は、ポテンショ・ガルバノスタット１、周波数応答解析部２、操作部４、表示部５、および電源部６を制御する。また、制御部３は、ポテンショ・ガルバノスタット１が取得した応答電流の信号や、周波数応答解析部２が解析した結果から、測定対象の塗膜の交流インピーダンスを算出する。また、制御部３は、算出した交流インピーダンスにより塗膜の劣化を評価する。

図４は、操作部４および表示部５を示す図である。
操作部４および表示部５は、図１および図４に示すように、本体部１０の正面１Ａに配置されており、操作者は、表示部５に表示される内容を確認しながら、操作部４を操作することができる。

操作部４は、塗膜評価装置１００の電源のＯＮとＯＦＦとを制御する電源操作部４１と、交流電圧操作部４２と、周波数操作部４３と、測定動作操作部４４と、記録操作部４５と、を有している。

交流電圧操作部４２は、測定系に対して印加する交流電圧を、１０ｍＶ，５０ｍＶ，１００ｍＶ，５００ｍＶ，１０００ｍＶの５種類から１つ選択するダイアル式の操作ボタンである。

周波数操作部４３は、ポテンショ・ガルバノスタット１に送る正弦波信号の周波数を、１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１００ｋＨｚの６種類からそれぞれ個別に選択できる操作ボタンである。例えば、周波数操作部４３は、１０Ｈｚ，１ｋＨｚ，１００ｋＨｚの３種類を選択することもできるし、１Ｈｚだけを選択することもできるし、全周波数を選択することもできる。

周波数操作部４３は、押しボタン式であり、一度押すと選択されていることを示す「ＯＮ」状態となり、もう一度押すと選択されていないことを示す「ＯＦＦ」状態となる。周波数操作部４３は、それぞれの操作ボタンにＬＥＤが取り付けられており、「ＯＮ」状態となっている操作ボタンのＬＥＤが点灯する。そのため、使用者はＬＥＤの点灯から、選択されている周波数を容易に把握できる。

周波数操作部４３で選択された周波数は、交流電圧操作部４２で選択されている交流電圧ごとにメモリ３１に保存される。交流電圧操作部４２で交流電圧を切り替えるごとに、選択後の交流電圧において前回選択されていた周波数操作部４３の操作ボタンの「ＯＮ」状態と「ＯＦＦ」状態が再現される。そのため、使用者は前回と同じ周波数を選択する工程を省略できる。

測定動作操作部４４は、塗膜評価装置１００による測定を開始するＳＴＡＲＴボタン４４ａと、塗膜評価装置１００による測定を停止するＳＴＯＰボタン４４ｂと、を有する。

記録操作部４５は、塗膜評価装置１００による測定結果を記憶部３２に保存する操作ボタンである。

表示部５は、ＬＣＤディスプレイ等の文字や数値を表示可能な装置である。表示部５には、例えば、制御部３によって算出された交流インピーダンスＺ、位相角θ、インピーダンス実数、インピーダンス虚数が表示される。表示部５は、操作部４と同様、本体部１０の正面１Ａに配置されている。計測条件および算出データは、測定と同時にメモリ３１や記憶部３２に保存することも可能である。

電源部６は、塗膜評価装置１００に電力を供給する装置である。電源部６には電源ケーブルＰを経由して外部から電力を供給することができる。一方、電源部６には電池が搭載可能であり、外部から電力を供給しなくとも、塗膜評価装置１００全体に電力を供給することができる。そのため、塗膜評価装置１００を電源部６に搭載された電池により駆動させることで、操作者は塗膜評価装置１００をいずれの場所にも移動させて使用することができる。なお、電源部６に搭載された電池は充電可能であってもよい。

外部端子７は、対極用端子７１と、参照極用端子７２と、作用極用端子７３と、外部から電源ケーブルＰを経由して電力が供給される電源端子７４と、を備えている。

測定プローブ９は、外部端子７に着脱可能なプローブであり、対極用プローブ９１と、参照極用プローブ９２と、作用極用プローブ９３と、を有する。対極用プローブ９１は、対極用端子７１を介して、ポテンショ・ガルバノスタット１に接続される。参照極用プローブ９２は、参照極用端子７２を介して、ポテンショ・ガルバノスタット１に接続される。作用極用プローブ９３は、作用極用端子７３を介して、ポテンショ・ガルバノスタット１に接続される。

対極用端子７１と、参照極用端子７２と、作用極用端子７３と、電源端子７４とは、図１に示すように、いずれも本体部１０の上面１Ｅに設けられている。操作者が塗膜評価装置１００を持ち運ぶ際、外部端子７が正面１Ａ、裏面１Ｂ、右側面１Ｃまたは左側面１Ｄに設けられておらず、塗膜評価装置１００の取り回しが容易である。

塗膜評価装置１００の詳細な仕様を表１に示す。

［塗膜評価装置１００の動作］
塗膜評価装置１００を用いて金属構造物の塗膜劣化度を交流インピーダンス法により評価する際の塗膜評価装置１００の動作について述べる。

まず、評価対象の金属構造物に、対極用プローブ９１と、参照極用プローブ９２と、作用極用プローブ９３とを設置する。対極用プローブ９１は、金属構造物上に塗膜が形成された部分（対極、第一電極）に電解液を通じて接続される。作用極用プローブ９３は、金属構造物の塗膜が形成されていない部分（作用極、第二電極）に接続される。なお、参照電極は必要に応じてワークに近い電解液を通じて接続される。

次に、操作者は、交流電圧操作部４２を操作して、評価対象の金属構造物に対して印加する交流電圧を、１０ｍＶ，５０ｍＶ，１００ｍＶ，５００ｍＶ，１０００ｍＶの５種類から１つ選択する。また、操作者は、周波数操作部４３を操作して、ポテンショ・ガルバノスタット１に送る正弦波信号の周波数を、１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１００ｋＨｚの６種類からそれぞれ個別に選択できる。

次に、操作者は、測定動作操作部４４のＳＴＡＲＴボタン４４ａを操作して、塗膜評価装置１００による評価測定を開始する。ポテンショ・ガルバノスタット１が、評価対象の金属構造物に対して交流信号を出力し、その応答電流を取得する。具体的には、ポテンショ・ガルバノスタット１が、作用極用プローブ９３が接続された作用電極と対極用プローブ９１が接続された対極との間に交流電圧を印加し、その交流電圧によって評価対象の金属構造物および塗膜に流れる応答電流を取得する。

制御部３は、ポテンショ・ガルバノスタット１が取得した応答電流の信号や、周波数応答解析部２が解析した結果から、測定対象の塗膜の交流インピーダンスを算出する。

交流インピーダンスは、ポテンショ・ガルバノスタット１から、設定した交流電圧を、予め設定した周波数範囲（１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１００ｋＨｚ）で周波数を変化させて評価対象物に印加することにより、周波数ごとにインピーダンスの絶対値（｜Ｚ｜）として算出される。操作者は、周波数操作部４３を操作して、評価対象の金属構造物に対して印加する交流電圧の周波数を変更する。制御部３は、周波数ごとに交流インピーダンスを算出する。

塗膜評価装置１００は、従来の塗膜評価装置と比較して、操作部４により、印加する交流電圧の周波数範囲を広く（１Ｈｚ～１００ｋＨｚ）設定でき、また、多段階（６段階）に容易に設定できる。そのため、塗膜評価装置１００は、測定対象の塗膜の交流インピーダンスを従来より詳細に評価できる。

塗膜評価装置１００は、従来の塗膜評価装置と比較して、操作部４により、印加する交流電圧の範囲を広く（１０ｍＶ，５０ｍＶ，１００ｍＶ，５００ｍＶ，１０００ｍＶ）設定でき、また、多段階（５段階）に容易に設定できる。そのため、塗膜評価装置１００は、測定対象の塗膜の交流インピーダンスをより詳細に評価できる。例えば、健全塗膜や厚い塗膜を評価する場合であっても、交流電圧の振幅を高電圧に設定することで、塗膜評価装置１００は交流インピーダンスを従来より正確に測定することができる。

測定評価が終了した場合、操作者は、測定動作操作部４４のＳＴＯＰボタン４４ｂを操作して、塗膜評価装置１００による評価測定を終了する。

本実施形態に係る塗膜評価装置１００によれば、金属構造物等の塗膜劣化度を電気化学的手法により、現場で非破壊的にかつ定量的に診断できる。塗膜評価装置１００は、塗り替え時期の決定、塗装効果の評価、塗膜仕様の選定等に活用できる。塗膜評価装置１００は、目視では検出が困難なごく初期の劣化段階でも、塗膜劣化を検出でき、塗膜の劣化状況を、時系列的に定量的に管理できる。

本実施形態に係る塗膜評価装置１００によれば、軽量・小型であり、搭載された電池により電力駆動が可能であるため、作業性が高い。

本実施形態に係る塗膜評価装置１００によれば、使用する正弦波信号の周波数を、１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１００ｋＨｚの６種類からそれぞれ個別に選択でき、高周波帯域での容量成分（水分検出）の評価や、低周波数帯域での抵抗成分の評価をより正確に行える。

本実施形態に係る塗膜評価装置１００によれば、使用する測定系に対して印加する交流電圧を、１０ｍＶ，５０ｍＶ，１００ｍＶ，５００ｍＶ，１０００ｍＶの５種類から１つ選択でき、劣化塗膜の場合に低電圧により測定し、健全塗膜の場合に高電圧により測定することで、塗膜評価を従来より正確に行える。

本発明は、塗膜を評価する装置に適用することができる。

１００塗膜評価装置
１０本体部
１ポテンショ・ガルバノスタット（交流電圧印加部）
２周波数応答解析部（交流測定部）
３制御部
４操作部
４１電源操作部
４２交流電圧操作部
４３周波数操作部
４４測定動作操作部
４５記録操作部
５表示部
６電源部
７外部端子
７１対極用端子
７２参照極用端子
７３作用極用端子
７４電源端子
８持手部
９測定プローブ
９１対極用プローブ
９２参照極用プローブ
９３作用極用プローブ

Claims

評価対象物の第一電極と第二電極との間に交流電圧を印加する交流電圧印加部と、
前記評価対象物に流れる応答電流を取得する交流測定部と、
前記交流電圧印加部が印加する交流電圧を選択可能な交流電圧操作部と、交流電圧の周波数を少なくとも一つ以上選択可能な周波数操作部と、を有する操作部と、
前記交流電圧ごとに選択された前記周波数を記録する制御部と、
を備え、
前記周波数操作部は、前記交流電圧操作部で前記交流電圧を切り替えられると、前記制御部が記録する前記交流電圧ごとに選択された前記周波数に基づいて、前回選択されていた前記周波数の選択状態を再現する
塗膜評価装置。
前記制御部は、前記交流電圧に対応する選択された前記周波数ごとに交流インピーダンスを算出する
請求項１に記載の塗膜評価装置。
正面に前記操作部が配置された本体部と、
前記本体部の側面に取り付けられ、前記正面から前記正面と反対の裏面まで回動可能な持ち手部と、
をさらに備える
請求項１または請求項２に記載の塗膜評価装置。
前記交流電圧印加部が印加する前記交流電圧の前記周波数を、少なくとも１Ｈｚ，１０Ｈｚ，１００Ｈｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１００ｋＨｚから選択可能な、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の塗膜評価装置。
前記交流電圧印加部が印加する前記交流電圧を、少なくとも１０ｍＶ，５０ｍＶ，１００ｍＶ，５００ｍＶ，１０００ｍＶから選択可能な、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の塗膜評価装置。