JPH023121Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は２コート１ベーク型のクリヤ層の膜厚
を測定するクリヤコート膜厚測定器に関する。

塗装膜厚は光沢やゆず肌（ゆずの皮に以た表面
性状）の良否、塗膜の耐久性などに影響し、かつ
経済性にも関連するため厳重に管理されなければ
ならない。自動車ボデイーの通常の塗装工程は１
コート１ベーク型で、塗るたびに乾燥されるので
乾燥後電磁式膜厚計などでその膜厚を測定するこ
とができる。それに対して、２コート１ベーク型
のメタリツク塗装の場合、塗膜の耐久性確保のた
めにクリヤ膜厚を、塗装品質確保のためベース膜
厚をそれぞれ単独に測定管理する必要があるが、
前記通常の膜厚計ではクリヤ膜厚とベース膜厚を
合せた膜厚しか測定することができない。

干渉を利用する複合膜厚測定法（特公昭57−
9002号公報参照）は、光の波長オーダの膜厚（〜
0.5μm）に対しては有効であるが、クリヤ膜厚の
ように〜10μmの膜に対しては適用できない。

赤外線の吸収を利用する複合膜厚測定法（米国
特許第4243882号明細書参照）は、それぞれが各
フイルム層の赤外線吸収波長に等しい複数のサン
プル波長の赤外線、および各フイルム層の赤外線
吸収波長からはずれた参照波長の赤外線を被検多
層フイルムへ照射し、それを透過したサンプル波
長および参照波長赤外線量の比を得て、膜厚を求
めるものである。塗膜の場合、下地がすけて見え
ないようにするために顔料濃度を高くしかつ膜厚
を大にする。したがつてクリヤ層に対するサンプ
ル波長、参照波長を探すことはできるが、ベース
層に対する両波長を探すことは不可能と考えられ
る。

また、現在、多く用いられている２コート１ベ
ーク型のクリヤ膜厚測定は次のようにして行われ
ている。すなわち、乾燥後塗装膜を切断して断面
を顕微鏡観察するか、テスト板を使いベースコー
トのときテープでマスキングして、クリヤコート
のときそのテープをはがし、電磁式膜厚計でクリ
ヤ膜厚を測定している。したがつて、時間がかか
りかつ製品を直接測定できないという間題を有し
ている。

以上のように、従来技術では２コート１ベーク
型の塗装膜におけるクリヤ膜厚とベース膜厚を非
破壊でかつ直接的に測定することができなかつ
た。

本考案の目的は従来技術ではできなかつたクリ
ヤ膜厚の非破壊かつ直接測定が可能で、しかも安
定度がよく高精度のクリヤコート膜厚測定器を実
現することである。

本考案によるクリヤコート膜厚測定器は、光フ
アイバープローブと、その光フアイバープローブ
を被測定面に取付けるためのアタツチメントと、
光フアイバープローブを介して被測定面に光を入
射させ、その反射光に基いて、クリヤ膜厚を表わ
す信号を得て表示する電気ユニツトとを備えてい
る。光フアイバープローブは多数の送光用および
受光用の光フアイバーからなつている。アタツチ
メントは光フアイバープローブの端面と被測定面
の法線を一致させるように、かつ被測定面の一定
の圧力で押し当てられるようにするためのもの
で、これにより安定度に優れ高精度の測定が可能
となる。電気ユニツトは、前記送光フアイバーに
光を入射させる送光部と、前記受光フアイバーよ
り前記被測定面のクリヤコート膜厚に対応する反
射光を受けその強度を電気量に変換する受光部
と、前記送光部から前記送光フアイバーへ入射さ
せる光の強度を電気量として検出する入射光強度
検出部と、前記受光部および前記入射光強度検出
部の出力信号に基いて前記被測定面のクリヤコー
ト膜厚に対応する信号を得る信号処理部と、およ
び信号処理部の出力信号によりクリヤコート膜厚
を表示する表示部とを備えている。

以下、本考案の実施例について説明する。

第１図ないし第３図は本考案の実施例を示すも
のである。第１図は本考案の実施例のクリヤコー
ト膜厚測定器における光フアイバープローブ１
と、被測定面である塗装面２の相互関係を示す拡
大図である。光フアイバープローブ１の一方の端
は、送光フアイバー１２と受光フアイバー１３を
ランダムに配置した断面形状をしている。他端は
図のようにＹ字状に２つに分かれており、その一
方は送光フアイバー１２だけから成る送光フアイ
バー入射端１４であり、他方は受光フアイバー１
３だけを集めた受光フアイバー出射端１５であ
る。これらの光フアイバーには保護管１１が被せ
られ、保護管１１は光フアイバーを保護するとと
もにこれらを束ねて円形に保ちかつ外部光を遮へ
いする役割を持つている。塗装面２は、鉄板２１
に下塗り２２、中塗り２３、上塗りのベースコー
ト２４、上塗りのクリヤコート２５が順次積層さ
れた断面形状をしている。

第２図はプローブ１の送光フアイバー１２を介
して塗装面２に光を入射させ、そこで反射した光
を受光フアイバー１３を介して受けて、光電変換
して信号処理する電気ユニツト４を示す図、第３
図は電気ユニツト内の信号処理回路６のブロツク
図である。電気ユニツト４のケーシング４１の一
側面にプローブ１の送光フアイバー入射端１４と
受光フアイバー出射端１５との結合部が設けられ
ている。送光部は、光源であるタングステンラン
プ４２およびそのタングステンランプ４２の光を
送光フアイバー入射端１４の固定部材４４の部位
に入射させるためのコンデンサレンズ４３から成
つている。受光部は、受光フアイバー出射端１５
の固定部材４５からの光を光電変換するフオトダ
イオード４７および外部光を遮へいするための光
学フイルタ４６から成つている。タングステンラ
ンプ４２の近傍に、送光フアイバ入射端１４へ入
射する光の一部を光電変換するフオトダイオード
４８が設けられている。フオトダイオード４７，
４８で光電変換された電気信号は信号処理回路６
に入力され、その信号処理回路６それらの入力信
号に基いてクリヤコートの膜厚を算出する。ケー
シング４１の前面には、信号処理回路６の出力に
よりクリヤコートの膜厚を表示するアナログ電圧
計による表示器５０、電気ユニツト４の定電圧電
源（図示せず）をオンオフするメインスイツチ５
１、およびフオトダイオード４７から信号処理回
路６への入力をオンオフする測定スイツチ５２等
が取付けられている。

信号処理回路６は第３図に示すように、フオト
ダイオード４７からの信号を増幅する増幅器６
１、フオトダイオード４８からの信号を増幅する
増幅器６２、増幅器６１，６２からの信号E₁，
E₀を入力してＥ／E₀を出力する除算器６３、お
よび表示器５０の目盛を校正するための減衰器６
４から成つている。

以上の構成を有する実施例装置の作用について
以下説明する。

まず、電気ユニツト４のメインスイツチ５１を
オンにし、タングステンランプ４２、フオトダイ
オード４７，４８、信号処理回路６を動作状態と
なし、他方、光フアイバープローブ１を、後述す
るアタツチメントによりクリヤコート２５の上面
にぴつたりと一定の圧力で当接させる。そうする
と、タングステンランプ４２から放射される光が
コンデンサレンズ４３によつて固定部材４４の部
位で送光フアイバー入射端１４に入射される。

一方、タングステンランプ４２から放射される
光の一部は、フオトダイオード４８に入射され、
電気信号に変換される。そこでフオトダイオード
４８からの電気信号は、増幅器６２で増幅され、
元のタングステンランプの放射光強度I₀に比例し
た信号E₀になる。この信号E₀が除算器６３に入
力され、そのとき測定スイツチ５２がオフのとき
は零を出力し、表示器５０の指針は零を表示す
る。コンデンサレンズ４３によつて送光フアイバ
ー入射端１４に入射された光は、送光フアイバー
１２中をその内面で全反射しながら進行し、クリ
ヤコート２５の上面と接触する送光フアイバ出射
端１６から放射され、クリヤコート２５を透過
し、ベースコート２４の上面に入射される。ベー
スコート２４の上面に入射された光はベースコー
ト２４の上面の反射率に比例した分だけ反射され
るが、その反射光のうち第４図に示すように、入
射光領域Ａ（送光フアイバー出射端１６からの光
を直接ベースコート２４の上表面が受ける領域）
と反射光領域Ｂ（ベースコート２４の上表面で反
射した光が受光フアイバー入射端１７に達するベ
ースコート２４の上表面上の領域）の重なり合う
領域３からの反射光のみが受光フアイバー入射端
１７へ入射る。この重なり合う領域３がクリヤコ
ート２５の厚さｄにほぼ比例するため、受光フア
イバー入射端１７に入射する光の強度Ｉはクリヤ
コートの厚さｄに比例する。即ち、第５図はその
関係を示すもので、クリヤコートの厚さｄがある
値に達するまでは受光フアイバー入射端１７の受
光量は厚さｄに比例する（曲線ａ）。なお、厚さ
ｄがある値以上になると厚さｄの２乗に反比例し
て受光量は減少する（曲線ｂ）が、この領域は本
考案では使用しない。

受光フアイバー入射端１７に入射する光の強度
Ｉはクリヤコート２５の厚さｄに比例する。受光
フアイバー入射端１７に入射した光は、電気ユニ
ツト４のケーシング４１に戻つて光学フイルタ４
６を通り、フオトダイオード４７に入射し、電気
信号に変換される。測定スイツチ５２をオンにす
ると、前記フオトダイオード４７で光電変換され
た電気信号が増幅器６１に入力され、増幅器６１
からはクリヤコート２５の厚さｄに比例する光強
度Ｉに対応した信号Ｅが出力される。該厚さに対
応する信号Ｅが後段の除算器６３に入力される
と、除算器６３には一方で常にI₀に比例する信号
E₀も入力されているので、これによりＥ／E₀が
出力され、それが後段の減衰器６４で減衰されア
ナログ電圧計から成る表示器５０の指針を振れさ
せる。表示器５０の目盛を電圧と電記クリヤコー
ト２５の厚さｄの関係をあらかじめ校正すること
によつて厚さの表示としておけば、その指針の示
すところを読取ることにより各クリヤコートの厚
さを知ることができる。

次に光フアイバープローブ１を被測定面に当接
するためのアタツチメントについて第６図により
説明する。プローブ単体の場合、対象が平面であ
ればプローブ端面を対象面に垂直に押し当てるこ
と（正確にはプローブ端面と対象面の法線を一致
させること）も比較的容易であるが、自動車ボデ
イーのような凸面に垂直に押し当てることは難か
しい。また、もし手で押し当てると、押し付け力
が測定毎に変化し、測定値が変動するといつた欠
点がある。この欠点を除くために、プローブにア
タツチメントを取付け常にプローブ端面が対象面
に垂直にかつ一定の力で押し当てられるようにす
る。光フアイバープローブ１は、アタツチメント
７との結合をしやすくするため、結合部分の保護
管にステンレスチユーブを用いてある。ガイドバ
ー７１は、この中にプローブ１が貫挿されネジ７
２で固定されてある。ホルダー７３は、この中に
前記ガイドバー７１が滑動できるように挿入され
ており、上部にはバネ押え７４が、下部にはマグ
ネツトガイド７５がそれぞれネジ７９で固定され
ている。圧縮コイルバネ７６は、下端が前記ホル
ダー７３に接触し、上端は前記バネ押え７４で押
えつけられている。３個の接触子７７が、プロー
ブ１を測定対象面に垂直に押し当てるように、正
三角形をなすように前記マグネツトガイド７５に
固定されている。マグネツトリング７８は、前記
３個の接触子７７に対応する位置で接触子より出
張らないように上部がマグネツトガイド７５に固
定されている。接触子７７はマグネツトリング７
８の下端、マグネツトガイド７５の下端よりわず
か（〜0.5mm）出張つており、アタツチメント７
は測定対象面と接触子７７だけで接触するように
してある。また、プローブ１を測定対象面に一定
の力で押し当てるために、前記圧縮コイルバネ７
６がフリーの状態でプローブ１の下端が一番出張
つている接触子７７よりも２〜３mm出るように調
節してある。なお、プローブ１のＹ字状になつて
いる他端（第６図には図示せず）は、前述のよう
に電気ユニツト４（第２図）に接続されるもので
ある。

以上の構成よりなるアタツチメントの作用につ
いて以下説明する。

まず、アタツチメント７を指でつまんで被測定
面である塗装面２（第１図）に３個の接触子７７
を静かに近づける。そうすると、マグネツトリン
グ７８が鉄板２１（第１図）に吸引され三角形と
なす接触子７７がクリヤコート２５の上面に接
し、アタツチメント７がクリヤコート２５の上面
に垂直に固定される。そのとき、一方ではプロー
ブ１の下端が、接触子７７よりも早くクリヤコー
ト２５の上面に当り、圧縮コイルバネ７６を圧縮
する。従つて、アタツチメント７が前記のように
測定対象面に垂直にマグネツトリング７８の磁力
で固定されると、自動的に光フアイバープローブ
１を測定対象面に垂直にかつ一定の力で圧縮コイ
ルバネ７６の復元力で押し当てられる。従つて、
クリヤコートの厚さを再現性よくかつ高精度に測
定することができる。

次に、第７図により本考案におけるアタツチメ
ントの他の例について説明する。この例は自動車
ボデイーのような３次元曲面のクリヤコート厚さ
でも高精度に、再現性よくかつ安全に測定できる
ようにしたものである。第６図のアタツチメント
は測定対象面と、三角形をなす３個の接触子で接
するため、測定対象面が球面であればプローブ端
面と対象面の法線が一致するが、球面以外の凸面
の場合は厳密には一致しないとか、接触子で測定
対象面を傷つけるといつた欠点があつた。第７図
により以下に説明するアタツチメント８はかかる
欠点を除くために、第６図のアタツチメントにお
ける接触子のかわりに磁性ゴムシートを用いるこ
とによりアタツチメント８が任意の測定対象面に
ならつて固定されると共にプローブ端面と測定対
象面の法線が一致するようにしたものである。プ
ローブガイド８１の中にバネガイド８２を付けた
前記プローブ１が滑動できるように挿入されてあ
り、上部には調整ナツト８３がネジ止めされ、中
央部には後述の磁性ゴムシート８５が測定対象面
にならつてすきまなく接触するように押えつける
ための押えナツト８４がネジ止めされ、下部には
磁性ゴムシート８５が直角に接着剤で固定されて
いる。圧縮コイルバネ８６は、下端が前記バネガ
イド８２に接触し、上端は前記調整ナツト８３の
上部にネジ止めされてある上板８７で押えつけら
れている。プローブ１を測定対象面に一定の力で
押し当てるために、前記圧縮コイルバネ８６がフ
リーの状態でプローブ１の下端が磁性ゴムシート
８５より２〜３mm出るように組付けられている。

このように構成されたアタツチメントの使用に
おいては、まず、アタツチメント８を指でつまん
で被測定面である塗装面２（第１図）に磁性ゴム
シート８５を静かに近づける。そうすると、磁性
ゴムシート８５が鉄板２１（第１図）に吸引され
てクリヤコート２５の上面にならつて接触固定さ
れる。次に押えナツト８４を回して磁性ゴムシー
ト８５の外周部もクリヤコート２５の上面にすき
まなく接触するように押しつける。そのとき、一
方ではプローブ１の下端が磁性ゴムシート８５よ
り早くクリヤコート２５の上面に当り、圧縮コイ
ルバネ８６を圧縮するため、アタツチメント８が
測定対象面に磁性ゴムシート８５で固定される
と、自動的にプローブ１もその端面と測定対象面
の法線が一致するように一定の力で測定対象面に
押し当てることができる。従つて、任意の凸面の
クリヤコートの厚さを再現性よく、高精度に、か
つ測定対象面を傷つけることなく測定することが
できる。

以上詳述したように本考案によるクリヤコート
膜厚測定器はこれまで不可能であつたクリヤコー
トの膜厚を非破壊かつ直接的に測定することが可
能となり実用上極めて有用なものである。また、
光フアイバープローブを被測定面に当接するアタ
ツチメントを有することにより、被測定対象が自
動車ボデイーのような３次元物体でも再現性よ
く、高精度に測定することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案における光フアイバープローブ
と被測定面の相互の関係を示す拡大図、第２図は
本考案における電気ユニツトを示す図、第３図は
上記電気ユニツト内の信号処理回路のブロツク
図、第４図は本考案における膜厚測定原理を説明
するための被測定面における光の入射と反射を示
す図、第５図はクリヤコートの膜厚ｄと受光量Ｉ
との関係を示す図、第６図は本考案によるアタツ
チメント付光フアイバープローブの構造の一例を
示す図で同図イは側断面図、ロは下面図、第７図
は他の態様のアタツチメント付光フアイバープロ
ーブの構造を示す図でイは上面図、ロは側断面図
である。 １……光フアイバープローブ、１１……保護
管、１２……送光フアイバー、１３……受光フア
イバー、１４……送光フアイバー入射端、１５…
…受光フアイバー出射端、１６……送光フアイバ
ー出射端、１７……受光フアイバー入射端、２…
…塗装膜、２１……鉄板、２２……下塗り、２３
……中塗り、２４……上塗りのベースコート、２
５……上塗りのクリヤコート、４……電気ユニツ
ト、４１……ケーシング、４２……タングステン
ランプ、４３……コンデンサレンズ、４４，４５
……固定部材、４６……光学フイルタ、４７，４
８……フオトダイオード、５０……表示器、５１
……メインスイツチ、５２……測定スイツチ、６
……信号処理回路、６１，６２……増幅器、６３
……除算器、６４……減衰器、７……アタツチメ
ント、７１……ガイドバー、７２……ネジ、７３
……ホルダー、７４……バネ押え、７５……マグ
ネツトガイド、７６……圧縮コイルバネ、７７…
…接触子、７８……マグネツトリング、８……ア
タツチメント、８１……プローブガイド、８２…
…バネガイド、８３……調整ナツト、８４……押
えナツト、８５……磁性ゴムシート、８６……圧
縮コイルバネ、８７……上板。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 多数の送光フアイバーと受光フアイバーからな
   る光フアイバープローブと、 その光フアイバープローブの端面と被測定面の
   法線を一致させるように、かつ被測定面に一定の
   圧力で押し当てられるように、前記光フアイバー
   プローブを被測定面に取付けるアタツチメント
   と、 前記送光フアイバーに光を入射させる送光部、
   前記受光フアイバーより前記被測定面のクリヤコ
   ート膜厚に対応する反射光を受けその強度を電気
   量に変換する受光部、前記送光部から前記送光フ
   アイバーへ入射させる光の強度を電気量として検
   出する入射光強度検出部、前記受光部および前記
   入射光強度検出部の出力信号に基いて前記被測定
   面のクリヤコート膜厚に対応する信号を得る信号
   処理部、および信号処理部の出力信号によりクリ
   ヤコート膜厚を表示する表示部を備えた電気ユニ
   ツトと、 を有することを特徴とするクリヤコート膜厚測定
   器。