JPS63212804A

JPS63212804A - 膜厚測定方法

Info

Publication number: JPS63212804A
Application number: JP4591787A
Authority: JP
Inventors: Takahide Sakamoto; 隆秀坂本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-02-28
Filing date: 1987-02-28
Publication date: 1988-09-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】利用産業分野この発明は、渦流式膜厚測定法に係り、例えば、鋼板上
に導体金属膜と絶縁塗膜を積層した場合でも、金属膜と
絶縁塗膜の各膜厚を高精度で測定できる膜厚測定方法に
関する。

背景技術近年、鋼板に耐食性向上の目的で、Ｚｎ等のめっきを被
着成膜し、さらに、その上に絶縁塗膜を積層成膜した、
所謂各種めっき鋼板が多用されている。

かかる鋼板の複層構造膜製造に際して、要求される種々
の耐食性の観点から、Ｚｎ膜等のめっき膜、絶縁塗膜の
それぞれの膜厚を、所要膜厚に管理することは製造上、
極めて重要とされている。

一般に、鋼板に被着した各種膜の膜厚測定法として、電
磁気的な手法を用いた磁気法と渦流法の２つに大別され
、それぞれの原理に基づく膜厚測定装置が実用化されて
いる。

前者の磁気法では、第５図ａ図に示す如く、磁化コイル
（３）と継鉄（４）で構成される電磁石（５）を交流磁
化して、鋼板（１）と電磁石（５）で形成される磁気回
路を通る磁束を検出コイル（５）で検出することにより
、磁気的には非磁性である塗膜（２）の厚みを測定する
。

すなわち、磁束量が塗膜（２）等の非磁性層の厚みに依
存することを利用して、塗膜（２）の厚みを計測する。

しかし、磁気法では、前述のＺｎめっき鋼板の場合、Ｚ
ｎ膜及び絶縁塗膜とも非磁性体のため、膜厚指示は（塗
膜＋Ｚｎ膜）として計測され、それぞれの膜を独立に計
測できない問題がある。

後者の渦流法では、ｂ図に示す如く、コイル（６）に高
周波電流を印加した際、鋼板（１）中に誘起される渦電
流が塗膜（２）等の絶縁体層の厚みに依存して変化する
のを、コイル（６）のインピーダンス変化より検出して
塗膜（２）厚を計測する方法である。

また、前述のＺｎめっき鋼板に渦流法を適用した場合、
Ｚｎ膜は導体のためにＺｎ膜中にも渦電流が発生し、か
つ数十ｐｍの薄膜であるため、渦電流はＺｎ膜の下地の
鋼板中にも誘起され、渦電流は塗膜厚以外にもＺｎ膜莫
の函数となり、塗膜厚とＺｎ膜のそれぞれを識別して厚
み測定することができない。

さらに、渦流法を詳述すると、浸透深さδは δ＝ｆｉ７　（ｍ）・・・・・・（１）となる。

但し、ω＝　２ｎｆ、ｆ：周波数（Ｈｚ）、Ｐ＝ｌＪｏＸ段ｐ、＝４ｎｘｌＯ”　（Ｈ／ｍｌ真空中の透磁率ｌｌｒ
：比透磁率、Ｐ：比抵抗（Ωｍｍ）である。

塗膜部は絶縁体であるため渦電流の発生はないが、Ｚｎ
膜は導体のため渦電流が発生する。Ｚｎ膜中での浸透深
さδは（１）式より δ＝４３Ｘ１０−６（ｍ）＝４鋤ｍここでｆ＝８ＭＨｚ、　ｐ＝５．９ｘｌＯ−８（Ωｍ）
とした。

よって、８ＭＨｚ程度の高周波でも、数十ｐｍ程度以下
のＺｎ膜であれば、Ｚｎ膜を磁束が透過し、Ｚｎ膜下の
鋼板の影響を受けると予想される。

第７図に示すように、Ｚｎ膜厚（Ｔｚｎ）が７．９ｐｍ
の場合（第７図中ロ印）、ＴｚＨ＝　２４．８ｐｍ　、
　１４．６ｐｍの場合と比較すると、渦流式の指示値が
高めに出て、計測誤差の大きいことがわかる。

周波数（０が８ＢＩＨｚの場合、％Ｈ＝　７．９ｐｍ〜
２４．８１１ｍの範囲の計測誤差は±５．６ｐｍとなる
。

以上、要約すれば、 ■磁気法では、金属膜が非磁性体の場合にはく塗膜厚生
金属膜厚）を計測することになり、各層を独立して計測
できない。　　　　゛■渦流法では、金属膜厚が薄いと
きには、下地（鋼板）の影響も受けるため、金属膜厚が
厚いときに比して塗膜厚計測の誤差が増大する。

すなわち、現在用いられている磁気法、渦流法とも、前
記Ｚｎめっき鋼板の如き複層構造膜において、各々の膜
厚測定には適用できない問題があった。

発明の目的この発明は、かかる現状に鑑み、鋼板上に導体金属膜と
絶縁塗膜を積層した場合でも、金属膜と絶縁塗膜の各膜
厚を高精度で測定できる膜厚測定方法を目的としている
。

発明の構成この発明は、鋼板に被着した金属膜上にさらに塗膜を積層した複層膜
上に、コイルを配して交流電流を印加し、コイルインピ
ーダンスの変化より膜厚を計測する渦流式膜厚測定法に
おいて、塗膜厚の増減によって変化するインピーダンス
の変化方向とこれに直交する方向の各々の投影成分値を
求め、二つの成分値に基づいて塗膜厚を求めることを特
徴とする膜厚測定法である。

−Ｊ−Ｊ−Ｊ−ｆｉｗ／ｒ％ｉＰｔロｎｒ４．こｔｉｔ
二ｔｔ５４−ｒｐｋｈ＋、−ｙＪＡｎｅｔ厚変化方向の
インピーダンス成分（Ｖｙ）と、ｖｙと直交する成分値
（Ｖｘ）を求め、（ａ）Ｖｘより金属膜厚を計測し、（ｂ）ｖｙとＶｘの演算結果より塗膜厚を計測すること
を要旨としている。

（ｂ）の演算方法としては、種々あるが、■例えば、塗
膜厚の増減によって変化するインピーダンスの変化方向
と同一周波数の直交する方向の投影成分値より金属膜厚
を求め、前記インピーダンスの変化方向の投影成分値を
、これに直交方向の投影成分値の大小に応じて補正する
か、あるいは２成分値と塗膜厚の多重回帰により補正し
て塗膜厚を求める。

■また、前記の直交２成分値を、異なる周波数で塗膜厚
の増減によって変化するインピーダンスの変化方向とこ
れに直交する方向の各々の投影成分値の複数のパラメー
タとして求める。あるいは、さらに、異周波数の成分値
を相互に組合せて塗膜厚を求める。

等の方法が採用できる。

また、この発明において、対象とする２層膜の成分は、
導体金属膜上に絶縁体の塗膜が積層され。

れば、いずれの成分であっても適用可能である。

この発明の膜厚測定方法により、従来の渦流法による塗
膜厚計測誤差が±９ｐｍ９ｐであるのに対して、塗膜厚
計測誤差を±２ｐｍに高精度化できる利点がある。・図面に基づ〈発明の開示以下にこの発明による膜厚測定方法を図面に基づいて詳
述する。

第１図は渦流式のコイルインピーダンス平面（複素数平
面）図であり、第２図はＺｎ膜厚とＶｘ成分値との関係
を示すグラフであり、第３図は塗膜厚とＶｙ成分値との
関係を示すグラフである。

第１図の複素数平面図は、ＴｚＨ＝７．９ｐｍ、　１４．６ｐｍ、２４．８ｐｍ　
、における塗膜厚（Ｔ）がＯｐｍ、１５ｐｍ、３０ｐｍ
の複素インピーダンス計測値を示している。

ここで、ＴｚＨ＝１４．６ｐｍ、　Ｔ＝Ｏｐｍを原点と
し、Ｔ２ｎ＝　１４．６ｐｍの場合の塗膜厚変化方向を
、Ｙ軸及びＹ軸と直交する方向をｘ軸とし、各測定点の
Ｙ軸への投影値をｖｙ、　ｘ軸への投影値をＶｘとする
。なお、Ｖｘ、Ｖｙは同一周波数の直交二成分値とする
。

ｖｙ値が従来の渦流式膜厚計の指示値に相当し、第７図
の縦軸がそれに相当する。

さて、ＶｘとＺｎ膜の相関は第２図に示す如く直線関係
にある。このことからＶｘ値によって塗膜厚に依存せず
±ｌｐｍの精度でＺｎ膜厚を推定可能なことがわかる。

一方、ｖｙ値と塗膜厚（Ｔ）との相関は、第３図に示す
ように、Ｚｎ膜が薄くなると誤差が増大するなめ、以下
に示す手ｊ頃で誤差の補正を行う必要かある。

（Ｖｘ値算出）・・・・・・Ｚｎ膜厚（Ｔｚｎ）に依存
↓ （ｖｙ値算出）・・・・・・塗膜厚（Ｔ）とＺｎ膜厚の
両者に依存↓ Ｖｘの値に応じｖｙ値を補正かかる補正の方法としては、種々の方法が考えられる。

第３図には、Ｚｎ膜が７．６ｐｍ〜２４．８ｐｍ、塗膜
が０〜３０ｐｍの１４種のサンプルを用い、ｖｙ値と塗
膜厚の相関を調査した結果を示している。

すなちわ、Ｚｎ膜の薄いものが指示として高めに出るた
め、誤差が増大している。誤差の抑制法としては、（Ａ）２ｍ膜の薄いもの（Ｖｘ値の小さなもの）のみを
、Ｖｘ値の大小で判定しＶｘの大きさに応じて、Ｖｘ＜ｖｘｔｈＶｙ’　＝Ｖｙ−ＣＶｘ・・・・・（２）（Ｃ：定数、
Ｖｘｔｈ：Ｖｘのしきい値）Ｖｘ≧ｖｘｔｈｖｙ’　　＝Ｖｙとして補正する。

（Ｂ）Ｖｘ、　Ｖｙの値と塗膜厚（Ｔ）の多重回帰より
Ｔを求める方法があり、例えば、回帰式としては下記に
示すような式が考えられる。

Ｔ＝Ｃｏ＋ａＶｘ＋ｂＶｙ＋ｃＶｘ２　＋ｄＶｙ２＋ｅ
ＶｘＶｙ・・・・’（３）上述の説明では、Ｖｘ、Ｖｙ
は同一周波数の直交二成分値としたが、異なる周波数で
塗膜厚に応じて変化する方向を、それぞれ、Ｖｙｌ、Ｖ
ｙ２とし、Ｖ３’ｌ、Ｖｙ２と直交する成分をＶｘｌ、
Ｖｘ２として、４個のパラメータ（ＶＸＩ　、Ｖｙ２　
、Ｖｙｘ　、Ｖ３Ｆ２　）を用いて塗膜厚を求めること
ができる。

また（Ｖｘｌ　、Ｖｙ２　）もしくは（Ｖｙ２　、Ｖｙ
ｘ　）によって塗膜厚を求めることも可能である。

実施例第６図の積層構成の如く、鋼板（１）に種々厚みのＺｎ
膜（７）を成膜し、さらに顔料等からなる絶縁塗膜（８
）を種々厚みに成膜したＺｎめっき鋼板を、市販の渦流
式膜厚測定装置を用いて、前記各膜の膜厚を測定した。

この発明による測定方法において、Ｖｘの値に応じたＶ
ｙ値の補正方法には、前述の（Ａ）法及び（Ｂ）によっ
た。

各膜厚の実測は、塗膜を成膜した鋼板と塗膜を除去した
鋼板との重量差より塗膜の重量を求め、塗布面積と比重
から厚みを求める方法によった。

また、従来方法およびこの発明に方法における測定周波
数は、８ＭＨｚ、比抵抗値はｐ＝５．９Ｘ１０−８（Ωｍ）とした。

従来法による膜厚計測誤差が±９ｐｍに対し、この発明
の測定方法で゛かつ（Ａ）法の補正では±２．４ｐｍ、
（Ｂ）法の補正では±２ｐｍと誤差が顕著に減少するこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は渦流式のコイルインピーダンス平面（複素数平
面）図であり、第２図はＺｎ膜厚とＶｘ成分値との関係
を示すグラフであり、第３図は塗膜厚とｖｙ成分値との
関係を示すグラフである。第４図は実測値と計測値との
関係を示すグラフである。第５図ａ図は磁気式膜厚測定
方法を示す装置の概略説明図であり、ｂ図は渦流式膜厚
測定方法を示す装置の概略説明図である。第６図はＺｎ
めっき鋼板の断面説明図である。第７図は従来の渦流式
膜厚測定装置による塗膜厚と装置指示値との関係を示す
グラフである。１・・・鋼板、２・・・塗膜、３・・・磁化コイル、４
・・・継鉄、５・・・電磁石、６・・・コイル、７・・・ｚｍｌ先８・・・絶縁塗膜。特許出願人　　住友金属工業株式会社第１図第２図Ｚｎ膜厚（ＴＺｎ：μｒＲ）第３図Ｍ４図実　測　イ直（μｍ）第５図第６図節７図塗膜厚（μｍ）

Claims

【特許請求の範囲】１鋼板に被着した金属膜上にさらに塗膜を積層した複層膜
上に、コイルを配して交流電流を印加し、コイルインピ
ーダンスの変化より膜厚を計測する渦流式膜厚測定法に
おいて、塗膜厚の増減によって変化するインピーダンス
の変化方向とこれに直交する方向の各々の投影成分値を
求め、二つの成分値に基づいて塗膜厚を求めることを特
徴とする膜厚測定法。２塗膜厚の増減によって変化するインピーダンスの変化方
向と同一周波数の直交する方向の投影成分値より金属膜
厚を求め、前記インピーダンスの変化方向の投影成分値
を、これに直交方向の投影成分値にて補正して塗膜厚を
求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の膜
厚測定法。３直交２成分値が異なる周波数で塗膜厚の増減によって変
化するインピーダンスの変化方向とこれに直交する方向
の各々の投影成分値であることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の膜厚測定法。