DeFelskoは、木材や木製品に施された仕上げ材やその他のコーティングの乾燥膜厚を非破壊で測定するのに最適な、手持ち式の非破壊超音波コーティング厚さゲージを製造しています。現在、多くの産業で、この非破壊技術を品質プログラムに利用しています。
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木材の塗装に最適な2モデル。
測定可能なアプリケーション。
測定不能なアプリケーション。
その他の注意事項
木工仕上げの中には、目的を達成するために何層にも分けて塗布するものがあります。当社のPosiTector 200 B1 は、最終的な塗膜の厚みを知るだけでよい場合に理想的なソリューションです。
PosiTector 200 は、箱から出してすぐに、ほとんどの木工仕上げアプリケーションの測定が可能です。測定範囲は13～1000ミクロン（0.5～40ミル）で、ラッカー、プライマー、紫外線硬化型塗料、アクリル、粉体塗料、その他のポリマー塗料の測定に最適です。ほとんどの用途で校正調整が不要で、ミル／ミクロンの切り替えが可能です。また、大きくて厚みのある耐衝撃性レキサンディスプレイを採用しています。
磁気式膜厚計に慣れている人にとって、超音波式膜厚計の使用は簡単で直感的なものです。測定方法は簡単で、非破壊です。
当社のPosiTector 200 B1 が多層膜アプリケーションの総厚を測定する好例として、楽器の製造工程を挙げることができる。
ラッカーはギターの下地（一般的には木材やグラファイト）に塗布され、木材の美しさと光沢を表現しながらガラスのような光沢を得ることができます。 ラッカーの強靭で耐久性のある仕上げは、湿気や化学物質、傷から木材を保護し、楽器の音響的な響きを最適化します。
ギターの超音波厚み検査の方法と効果については、別記事でご紹介しています。
厚み計測は、天然木に限ったことではありません。今日のモダンな素材には、合成素材と天然素材を組み合わせたものもあります。
木工において単板とは、通常、コアパネル（通常、木材、パーティクルボード、中密度繊維板）に接着、プレスして、キャビネットの扉、天板、側板、寄木細工の床、家具の部品などの平板を製造するための薄板材のことを指す。木質単板を表面に使用した複合材料は、航空宇宙、水中、自動車などの構造物に使用されることが多くなっています。
木材や木製品の表面はポリマーコーティングで仕上げられていることが多く、その総厚はPosiTector 200 B1 で簡単に測定することができる。
表面が粗いコーティングは、どのような測定方法にも挑戦しますが、超音波探傷も例外ではありません。PosiTector 200 は、このような状況に対応できるように装備されています。
ミクロの世界では、厚みは様々です（図1参照）。厚みの測定は、同じ場所で何回か測定し、その結果を平均化することで意味のある測定結果が得られます。
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粗い表面では、通常、PosiTector 200 、コーティングのピークの頂部から基板までの厚みを特定します。これは、図2の距離#1で表されます。カプラントがプローブと塗膜の間の空隙を埋めることで、超音波パルスが塗膜に入りやすくなります。
粗さがひどいと、ゲージの厚み値が低く表示されることがあります（距離#2）。これは、カプラントとコーティングの界面からのエコーが、コーティングと基板の界面よりも強いために起こります。PosiTector 200 には、粗さのエコーを無視するために、ユーザーによる調整が可能な独自のSET RANGE 機能があります。
粗い表面で意味のある厚み測定を行うために、PosiTector 200 (Fig.3) のメモリーモードを使用して、走行平均を計算することができます。
中密度繊維板（MDF）は、木材の粒子に合成樹脂を混ぜた人工木製品である。粉体塗装は、顔料と樹脂を細かく砕いた粒子を静電気的に帯電させ、MDFに吹き付ける乾式仕上げの方法である。帯電した粒子は、熱とエネルギーを加えることで溶融・融合し、強靭で均一な塗膜になるまで付着する。
MDFは気孔率が低く、表面が均質であるため、粉体塗装に適しています。MDF製品は、オフィス家具、キッチンキャビネット、バスキャビネット、ドア、店舗什器、ディスプレイ、オフィスや家庭用の組み立て式家具などがあります。
これらのシングルコートのアプリケーションの厚さは通常3～9milで、PosiTector 200 B1を使って簡単に測定することができます。上に示したようなテクスチャーのある表面に対しては、PosiTector 200 は、粗さのエコーを無視するために、ユーザーが調整できるユニークなSET RANGE 機能を備えています。そして、この測定器のメモリーモードは、一連の測定結果の平均を表示するために使用されます。また、大型液晶ディスプレイには、測定回数、standard 偏差値、最高・最低測定値などが表示されます。
ポリマーコーティングは、MDF（中密度繊維板）、合板、チップボード、パーティクルボードなどの木質系材料に塗布され、美観と耐久性に優れた仕上げを提供します。ポリマーコーティングを利用することで、業界全体が発展してきた。 例えば、ポリエステルベースのGranicoat®（図5）は、携帯用ビュッフェテーブル、キッチンカウンター、バス洗面台、デスクやバーの天板などの木材表面にスプレーで塗布されています。
このような厚い塗膜のアプリケーションには、当社のPosiTector 200 C3 をお勧めします。測定範囲は50～3800ミクロン（2～150ミル）で、厚い塗膜の測定に最適です。グラフィックモードは、薄いプライマーなど識別しにくい層の厚さを測定するのに便利です。
図 6 は、グラフィックモードをオンにした状態で測定を行った場合に、測定器の LCD に表示される内容を示しています。厚みの値と、エコーの「スパイク」「ピーク」のグラフィック表示の両方が表示されます。興味深いことに、より小さなピークも見ることができます。自動計測にはかすかすぎますが、緑のカーソルを上に置いて手動で計測することができます。
図7の緑のカーソルは、表示されたピークの厚さが4.4milであることを示しています。
木材の接着剤には多くの種類があります。湿った接着剤は、PosiTector 200 のプローブが測定対象物の表面に触れる必要があるため、超音波で測定することはできません。しかし、乾燥した接着剤は他の単層塗膜とよく似ており、PosiTector 200 B1によって測定することができます。
PosiTector 200 B3は、塗装システムの総厚みと多層システムの3層までの個別の厚みの両方を測定することが可能です。また、塗膜システムの詳細な解析のためのグラフィック表示も可能です。
上記の例では、層1は1.5milの厚さである。層2は1.5milsの厚さです。合計の厚さは3.0milです。 液晶画面には、2つの材料界面を表す2つの「山」が表示されます。2ステップのプロセスで、多層アプリケーション用に装置を調整します。
PosiTector 200 のプローブには超音波トランスデューサが内蔵されており、超音波振動を塗膜に送り込みます。この振動は塗膜の中を通り、機械的特性の異なる材料（通常は基材）にぶつかります。振動はこの界面で部分的に反射され、トランスデューサに伝わります。
最高の精度を得るためには、超音波振動が塗膜の中を妨げられることなく進行する必要があります。砂のような大きな固形粒子は振動を偏向させ、プローブに戻ってくる明確なエコーを妨げます。そのため、PosiTector 200 はこのようなアプリケーションを繰り返し測定することはできません。
ウッドステインは、塗料の一種です。溶剤と結合剤（アルキド、亜麻仁油、アクリル、ポリウレタン、ラッカー、樹脂）の「ビークル」に懸濁させた顔料から構成されています。表面の上に膜を作るのではなく、表面の気孔に顔料を浸透させるように処方されています。
PosiTector 200 は、木材の表面に構築された膜の厚さを測定するために設計されています。木材の繊維の奥深くまで浸透し、木材を密閉・保護するステインは、超音波では測定できません。
超音波探傷は、プローブ（振動子）を用いて超音波振動を被膜に与え、被膜に塗布されたカプラントの助けを借りて測定します。測定器には、4オンスの水性グリコールゲルが付属しています。また、水平で平滑な面であれば、水滴がカプラントとして機能します。
塗布された部品の表面にカプラントを滴下した後、プローブを表面に平らに置きます。プローブを押し下げると、測定が開始されます（図10参照）。ビープ音が2回鳴ったらプローブを持ち上げると、最後に測定した値がLCDに表示されます。プローブを表面に押し付けたままにしておくと、同じ場所で2回目の読み取りを行うことができます。測定が終わったら、プローブと測定面をティッシュか柔らかい布できれいに拭きます。
超音波測定の精度は、測定対象物の音速に直接対応します。超音波測定器は超音波パルスの通過時間を測定するため、その特定の材料における「音速」に対して校正する必要があります。
木材産業で使用される塗料は、音速の値に大きなばらつきがないため、超音波膜厚計は通常、工場での校正が不要です。そのため、超音波膜厚計は通常、工場出荷時の校正設定を調整する必要がありません。
PosiTector 200の画面の右側には、超音波パルスが塗膜システムを通過する様子をグラフで表示することができます。この強力なツールにより、ユーザーは塗膜の表面下でゲージが何を「見て」いるかをより理解することができます。
プローブを押し下げて超音波パルスが塗布システムを通過するとき、パルスは塗布層間の界面や塗布と基板間の密度の変化に遭遇する。
この界面を表すのが「ピーク」です。密度の変化が大きい程、ピークは高くなる。また、密度の変化が緩やかであればあるほど、ピークの幅は大きくなる。例えば、2つのコーティング層が基本的に同じ材料でできており、「ブレンド」されている場合、ピークは低く、幅が広くなる。密度が大きく異なる2つの材料で、界面が明確に定義されている場合は、高くて狭いピークとなります。
PosiTector 200 B3 は、コーティング層の厚さを決定しようとするとき、最も高いピークを選択します。例えば，層数を3層に設定した場合，Loと Hiの設定範囲のうち，最も高い3つのピークがこれらの層の界面として選択される。選択されたピークは赤い三角矢印で表示されます（図12参照）。
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図12では，グラフィックス表示画面の左上と右上に，それぞれ左（Lo - 1.9mils）， 右（Hi = 11.0mils） のレンジ値が2つの数値で表示されている。左側がLo（下限）、右側がHi（上限）です。右側がHi（最大値）です。この範囲外のエコーやピーク（厚み値）は無視されます。レンジ値の設定・変更は、Set Rangeメニューオプションで行います。
このグラフィック表示は、メニューの「レンジ設定」で操作することができます。また、緑のカーソルをレンジの設定値の間に置いて、他のピークを調べることができます。
従来の磁気ゲージや渦電流ゲージは、金属にしか使えない。このため、木材の仕上げの厚みを測定するために、以下のような方法が用いられてきました。
これらのテストは時間がかかり、実行が困難で、オペレーターの解釈や他の測定誤差の影響を受けます。申請者は破壊的な方法が非現実的であると考えます。統計的に代表的なサンプルを得るためには、破壊試験プロセスの一環として、1つのロットからいくつかの木材製品をスクラップする必要があるかもしれません。
典型的な破壊的手法では、コーティングされた部品を断面で切断し、その切断面を顕微鏡で見て膜厚を測定する必要がある。別の断面観察技術では、スケーリングされた顕微鏡を使って、ドライフィルムコーティングに幾何学的な切り込みを入れる。これには、特殊な切削工具を使い、コーティングを貫通し、基材に小さく正確なV溝を入れる（図15参照）。カッティングチップと照明付き拡大鏡がセットになったゲージも販売されている。この試験方法の詳細については、ASTMD4138「Standard Practice for Measurement of Dry Film Thickness of Protective Coating Systems by Destructive, Cross-Sectioning Means（破壊的断面測定法による保護コーティングシステムの乾燥膜厚測定に関する ASTMD4138の実施例）」を参照のこと。
この方法は原理がわかりやすい反面、誤りを犯す可能性が高い。試料の準備や測定結果の解釈には熟練を要します。また、ギザギザや不鮮明な界面に測定レチクルを合わせると、特に作業者間で不正確な結果が出ることがあります。安価な非破壊検査ができない場合や、非破壊検査結果の確認に使用される方法です。
超音波測定器の登場により、多くのフィニッシャーが非破壊検査に切り替えています。
コーティング剤は、メーカーが指定する狭い範囲の厚みで塗布された場合に、本来の機能を発揮するように設計されています。例えば、コンバージョンワニスは他の塗料よりも硬いので、ひび割れやその他の仕上げの失敗を防ぐために、乾燥厚を5ミル以上使用しないでください。ニトロセルロースラッカーは、通常3ミル以下に抑える必要があります。ラッカーのベースコートとクラックコートを塗布して、望ましいクラックル仕上げの効果を得るには、一定の膜厚が最も重要です。
中密度繊維板（MDF）の場合、粉体塗装の厚さは通常3～9ミルの範囲です。通常、塗膜が厚いほど耐久性が高くなります。工場出荷時の仕様では、±1milの公差を明記することがよくあります。このレベルの品質は、見ただけでは判断できません。
仕上げの厚みを正確に測定することには、他にもメリットがあります。 入ってくる材料のコーティングの品質をチェックし、確認することを怠ると、製品の再加工に無駄なコストがかかってしまいます。スプレー作業者の技術をチェックすることで、コーティングがメーカーの推奨する方法に準拠していることを確認できます。また、過剰な膜厚を塗布すると、全体的な効率が大幅に低下します。最後に、定期的にテストを行うことで、仕上げの不具合による社内の再加工や顧客からの返品を減らすことができます。
木材や木製品に施されたコーティングを非破壊で測定する簡単で信頼できる方法はないと、メーカーも塗布業者も長い間考えてきました。一般的な解決策は、金属製のクーポンを部品の横に置き、磁気や渦電流などの機械的または電子的なゲージでクーポンに適用される厚さを測定することでした。この手間のかかる方法は、一般的な塗装領域に置かれた平らなクーポンが、問題の木材部品と同じ塗装プロファイルを受けるという仮定に基づいています。超音波による測定では、実際の部品の全塗装厚を測定することができます。使用する超音波測定器や塗布プロセスによっては、複数の異なる層を識別することができるという利点もあります。
超音波による塗膜厚測定は、現在では木材産業で使用される信頼性の高い試験方法として受け入れられている。standard 試験方法はASTM D6132 に記載されている。"Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2022, ASTM)に記載されている。ゲージの校正を確認するために、国家標準機関にトレーサブルな証明書付きのエポキシ塗装膜厚標準板が入手可能です。
従来は破壊試験やラボでの分析が必要だった材料でも、迅速かつ非破壊で厚みを測定できるようになりました。この新しい技術により、仕上げ加工室での一貫性とスループットが向上します。コスト削減の可能性は以下の通りです。
現在では、これらの機器は操作が簡単で、価格も安く、信頼性の高いものとなっています。
超音波を塗膜に伝搬させるためには、カプラントが必要です。平滑な塗膜には水が適しています。粗い塗膜には、付属のグリコールゲルをお使いください。カプラントが仕上げにダメージを与えたり、表面にシミを残すことはほとんどありませんが、サンプルにカプラントを使用して、表面をテストすることをお勧めします。シミの発生が確認された場合は、少量の水で代用することができます。カプラントがコーティングを損傷する可能性があると思われる場合は、弊社ウェブサイトに掲載されている製品安全データシートおよびコーティング供給者にご相談ください。液体石鹸のような他の液体を使用することもできます。
PosiTector 200 Standard モデルでは、250件の測定値を記録できます。PosiTector 200 Advanced モデルでは、最大1000バッチで10万件の測定値を保存でき、画面上での統計処理、オプションのBluetoothワイヤレスプリンタへの印刷、付属のUSBケーブルとPosiSoftソリューションを使ってパソコンにダウンロードすることができます。
