この記事では、硬化および未硬化コーティングパウダーの厚みを測定するために利用可能な技術について説明します。また、作業原理や関連する業界の試験方法と規格をレビューし、ペーパーレス品質保証（QA）の最近の傾向について説明します。
膜厚測定は、すべての粉体塗装業者にとって日常的な作業であるべきです（図1）。定期的な測定は、材料コストの管理、塗布効率の管理、仕上がり品質の維持に役立ちます。粉体塗料メーカーは、最高の性能特性を達成するために目標とする膜厚範囲を推奨しており、顧客はこれらのパラメータが満たされることを期待しています。
粉体膜の厚さは、硬化前と硬化後の両方で、いくつかの異なる測定器を用いて測定することができる。図2にその一例を示します。粉体塗装作業者は、どのような機器があり、どのように使用するかを知っておく必要があります。
膜厚は、保護膜の塗布と検査において、間違いなく最も重要な測定項目です。粉体塗料は、メーカーが指定した膜厚範囲内で塗布することで、本来の機能を発揮するように設計されています。完成した塗料の物理的・外観的特性の多くは、乾燥膜厚（DFT）に直接影響されます。DFTは、塗膜の色、光沢、表面形状、密着性、柔軟性、耐衝撃性、硬度などに影響を及ぼします。また、膜厚が許容範囲内でない場合、塗装後に組み立てる部品のフィット感にも影響を与えることがあります。
仕上げ厚さを正確に測定することには、他の利点もあります。国際標準化機構（ISO）、品質、または顧客からの工程管理に関する要求のいずれであっても、企業は製品の再加工による費用の浪費を避けるために、塗装の品質を確認する必要があります。塗布装置をチェックすることで、メーカーの推奨する塗布方法に従って塗布されていることを確認することができます。
塗布者は、粉体を均一に（図3）、製品仕様書に従って塗布する必要があります。過剰なDFTを塗布することは無駄であるばかりでなく、不完全な硬化の可能性があり、コーティングシステムの全体的な性能を大幅に低下させる可能性があります。高い膜厚は、しばしば接着不良を引き起こします。塗膜が基材から剥がれたり欠けたりする傾向があります。定期的な試験により、仕上げ不良による社内での再加工や返品を減らすことができます。
粉体塗装の厚みの測定は、粉体塗装の硬化前か硬化後かによって、さまざまな方法を用いて行うことができます。米国材料試験協会（ASTM）には、これらの技術について記述した一連の規格があります。
膜厚測定は、硬化および架橋の前または後のいずれでも可能です。基材の種類、コーティングの厚み範囲、部品のサイズと形状、仕事の経済性などによって、採用する方法が決まります。
未硬化の塗布粉体では、粉体くしや特殊な粉体プローブを用いた電子ゲージ（図4）により高さを測定することができます。一般に、塗布された粉体は硬化する過程で厚みが減少するため、硬化後のDFTを予測するには減少係数を決定する必要があります。また、超音波測定器は、未硬化の粉体を表面に触れることなく測定し、硬化後の粉体の厚さを自動的に予測することができる。
硬化後、コーティングされた部品のDFTを直接測定するために、さまざまな手持ちのツールが利用できます。これらの非破壊測定器は、基材に応じて磁気、渦電流、超音波のいずれかの原理を採用しています。あまり一般的ではありませんが、マイクロメーターによる測定、断面観察などの破壊的なドライフィルム法、重量測定（質量）などがあります。
アメリカでは通常、パウダーの厚み測定に使用される単位は「ミル」（standard ）で、1.0ミルは1000分の1インチ（1/1000インチ）に相当します。メーカー指定の厚みが2.0～5.0ミルの場合、パウダーの最終硬化厚みは0.002～0.005インチの間であるべきです。メートル法の単位はミクロン（μm）と呼ばれ、25.4ミクロンは1.0ミルに相当します。
塗布者は、製品仕様書に従って、パウダーを均一に塗布する必要があります。これにより、その特定のパウダー仕様から最大限の利益を得ることができます。ほとんどの厚み検査仕様はパウダーの硬化した厚みに適用されるため、様々な厚み測定技術についてまず見ていきます。
マイクロメーターは、DFTを確認するために使用される最初のツールの1つであり、今日でも実用的な用途があります。マイクロメーターは、どのようなコーティングと基板の組み合わせでも測定できる利点がありますが、基板に触れる必要があるという欠点があります。測定は2回行わなければなりません。1回目はコーティングを施した状態、もう1回目は施していない状態です。2つの測定値の差（高さの変化）が膜厚となります。
また、破壊的な手法も2つ用意されている。ひとつは、コーティングされた部品を断面的に切断し、その切断面を顕微鏡で見て膜厚を測定する方法。もうひとつは、拡大鏡を使って硬化したコーティングを幾何学的に切り取って見る方法です。この方法は、安価で非破壊的な方法が不可能な場合や、非破壊的な結果を確認する必要がある場合に使用される。
硬化した粉体の厚みを測定する最も一般的な方法は、電子式DFTゲージを使用する方法です。電子式DFTゲージは、手で持って操作でき、比較的安価です。部品の材質に応じて、磁気、渦電流、または超音波の原理を使用します。
機械式ゲージは、部品が鋼鉄製の場合に使用できる。永久磁石と校正されたバネを使用します。この装置は、コーティングされたスチール表面から磁石を引き離すのに必要な力を測定します。マグネット・プル・オフ・ゲージは頑丈でシンプル、安価で持ち運びができ、通常は校正調整が不要です。生産中に数回の読み取りしか必要としない状況では、低コストで優れた代替品となります。
電子式DFT測定器は、簡便性、汎用性、精度、記録管理などの理由から、大小さまざまな粉体処理事業で広く採用されています。鉄鋼の測定には磁気の原理を、その他の金属には渦電流の原理を利用し、1台の装置に統合されることもあります。測定結果は読みやすい液晶ディスプレイ（LCD）に表示されます。特殊な形状の部品の測定や、極薄・極厚の塗膜を正確に測定するために、幅広いプローブが用意されています。
コーティングされたプラスチックや木材などの非金属アプリケーションでは、超音波パルスエコー法が必要です（図5）。このことは、これまで非破壊的な品質管理を手頃な価格で行うことができなかった産業に機会を与えるものである。この測定技術の利点は、多層コーティングシステムの各層を測定できる可能性があることである。
これまで述べてきた測定方法は、粉体が硬化した後の部品に使用するものでした。しかし、塗布直後の塗膜を測定し、硬化した粉体の厚みを予測することも可能であり、場合によってはより望ましいと言えます。
塗布が不適切な場合、乾燥や化学硬化後に修正すると、余分な人件費がかかり、塗膜が汚染され、塗膜システムの密着性や完全性に問題が生じる可能性があります。塗布中に膜厚を測定することで、塗布者がすぐに修正・調整する必要性を判断することができます。
ほとんどの粉体塗装の仕様書には硬化後の厚さの目標値が記載されていますが、塗布された粉体が硬化と架橋が完了する前に厚さの仕様内にあるかどうかを判断することが可能です。
特に移動するラインでは、硬化したDFTを正確に予測したい理由があります。オーブンの長さ、硬化する部品の数、硬化プロセスや硬化後の手動DFT測定に要する時間にもよりますが、オペレーターが塗布プロセスに介入して必要な変更を行うまでにかなりの遅れが生じます。
コーティングの欠陥が発見された場合、かなりの数のコーティングされた部品を修理ループで再加工しなければならず、再加工があまりにも高価であることが判明した場合は、廃棄しなければならないことさえあります。このようなデメリットは、現代の仕上げ工程の要求を満たすためには、もはや許容できないものもあります。
硬化前、ゲル化前の状態で粉体を測定することで、正しい硬化膜厚を確保できます。これにより、硬化前に塗布システムをセットアップし、微調整することができます。ひいては、スクラップやオーバースプレーの量を減らすことができます。正確な予測により、剥離や再塗装を避けることができ、接着性や塗膜の完全性に問題が生じる可能性があります。
ASTM D 7378では、塗布されたコーティングパウダーの測定方法として、3つの手順が記載されています。
金属ノッチ付きゲージ。塗布された粉体を手で引きずって厚さを決める道具です。ウェットフィルム・ゲージと同様に、この装置では、跡が付き粉が付着している最も高い番号の歯と、跡が付かず粉も付着していない次に高い番号の歯との間の高さを粉の高さと判断します。この簡易測定器（図6）は安価であるが、測定精度は数ms程度である。測定は適切な硬い表面で行うことができるが、硬化過程で粉体が流れたときに覆われない可能性のある跡が粉体にできてしまう。
電子ゲージのこと。専用プローブを用いて、塗布された粉体の厚みを測定する装置です。プローブに内蔵されたマイクロピンが、塗布された粉体を基材まで貫通します。その後、プローブを粉体の表面に手で押し付け、厚みを測定します。この方法は、平らな金属基板にのみ適用され、最終製品に跡が残ることがあります。
上記の2つの手順では、未硬化のコーティングパウダーの高さを測定するだけになります。しかし、先に述べたように、厚みの仕様は硬化した粉体の厚みで示されることがほとんどです。一般に、コーティングパウダーは硬化する過程で50%も厚みが減少するため、これらの2つの手順では、特定のコーティングパウダーごとに硬化した膜厚を予測するために確立されたリダクションファクターが必要となります。このリダクションファクターは、未硬化粉体の高さを測定したのと同じ場所で硬化粉体の厚さを測定し、測定前と測定後の厚さを差し引くことによって得られます。
非接触型超音波ゲージ。ASTM D 7378の手順Cでは、乾燥粉末の厚み測定で急速に普及した比較的新しいタイプの装置について説明しています。これは、未硬化の粉体に対して非破壊で使用できる超音波装置で、仕上げに影響を与えるようなマークを残すことなく最終的なDFTを予測することができます。
これらの測定器は、手持ちの電池式で、ほとんどの粉体に対してすぐに使用することができます。操作が簡単で、人間工学に基づいたデザインにより、ラインオペレーターが素早く効率的に使用できるように設計されています。
非接触式膜厚測定機は、非破壊であるという決定的な利点があります。つまり、測定後、測定されたコンポーネントを進行中のプロセスに再導入することが可能です。
これらの機器は操作が簡単ですが、慎重なユーザーは、特に社内のISO手順に準拠する場合、定期的にその動作を検証する必要があります。3つのステップで最高の精度を保証します。
膜厚計の校正は、通常、装置メーカーが管理された環境下で行う文書化されたプロセスです。国家計量標準機関へのトレーサビリティを示す校正証明書を発行することができます。再校正のための時間間隔（standard ）はなく、また絶対に必要でもありませんが、経験と作業環境に基づいて校正間隔を設定することができます。多くの機器メーカーが推奨する一般的な校正間隔は、1年です。
これは、既知の参照標準を使用してユーザーが行う精度チェックです。この迅速なチェックにより、測定器が適切に測定されていること、およびユーザーが正しく操作していることを確認できます。多くのゲージでは、国家計量標準機関にトレーサブルな値を割り当てたプラスチックシムやエポキシ樹脂でコーティングした標準器を測定することで、精度を確認することができます。
調整（校正調整）とは、ゲージの厚みの測定値を既知の基準サンプルの厚みと一致させ、測定範囲の特定の部分における特定の塗膜に対するゲージの精度を向上させる作業です。粉体塗装業界では、粉体塗装の材料によって音響特性が大きく異なることはないため、この操作はほとんど必要ではありません。
今日の競争環境では、顧客は確かな品質管理システムを持つ仕上げ加工会社を選ぶことが多くなっています。DFTの結果を記録し分析するシンプルなシステムに投資することで、粉体塗装業者は傾向を研究し、コストを削減し、要求された仕様を満たす能力を示す文書を顧客に提供することで顧客を維持することができます。
QAプログラムは、各パーツの同じ位置で一定数の厚みを測定する手順を開発するのと同じくらい簡単なものです。すべての値を記録することで、一定期間ごとにばらつきを分析し、必要に応じて是正措置を取ることができます。
紙とペンを使って手動でデータを収集するのは、時間がかかり、ミスが起こりやすく、塗装プロジェクトに大きなコストをかけることになります。測定結果を保存できる厚み計は、この作業を簡素化します。測定値を収集する作業を自動化することは、コストを抑え、人的ミスを減らすための最良の方法です。デジタル形式であれば、データの保存、報告、エクスポートが簡単にできます。
電子データの収集は、測定データをデジタルで収集するためのオンボードメモリを持つ電子ゲージから始まります（図7参照）。(図7参照）また、測定中にジョブや部品をバッチメモリに分け、リアルタイムの平均厚み結果や最小/最大限度を表示し、初歩的な分析を行うことができる機器もあります。厚みの結果が仕様から外れた場合、アラームで警告し、すぐに修正措置を取ることができます。
次に、データをソフトウェアプログラムに転送する必要があります。計測器によっては、計測した結果をプロセスコントローラやパソコンに無線で転送できるものもありますが、すべての計測結果をゲージのメモリに保存し、作業シフトの終了時または作業終了時にパソコンにダウンロードするのが一般的です。ダウンロードは、ユニバーサルシリアルバス（USB）ケーブルまたはBluetoothワイヤレス通信で行います。
このデータを簡単に解析するには、通常、DFTゲージメーカーが提供するソフトウェアが必要です。このソフトウェアは、個々のパーソナルコンピュータ（PC）にインストールされ、厚み測定器と直接通信します。厚みの結果がダウンロードされると、ソフトウェアはデータを会社のハードディスクに保存したり、ISOやQS-9000の記録保持のために品質管理システムや統計的工程管理（SPC）システムに情報をエクスポートしたり、データを選択したフォーマットで印刷したりすることができます。(QS-9000は、自動車産業向けに開発された品質システム要求事項です）。
粉体塗装業者は、よりシンプルなWebベースモデルへの新たなトレンドに注意する必要があります。フラッシュメモリー（大容量記憶装置）を内蔵し、測定データをワイヤレスでクラウドにアップロードして、世界中のウェブ対応デバイスでアーカイブや共有ができる機能を備えたゲージが市場に登場しています。
USBマスストレージは、シリアルポートやパラレルポートなどの様々なインターフェースを実質的に置き換えたものです。USBフラッシュメモリやカメラ、デジタルオーディオプレーヤーと同じように、簡単にデータを取り出せるUSBマスストレージデバイスクラスを使用したゲージがあります。
ゲージがUSBで接続されている場合、どのコンピュータでも仮想ドライブをナビゲートすることにより、ゲージメモリに保存された測定値を（バッチで）表示したりダウンロードしたりすることができます。保存された測定値やグラフは、ユニバーサルPC/Macウェブブラウザやファイルエクスプローラを使って表示したりコピーしたりすることができます。
クラウドコンピューティングとは、インターネット上でサービスを提供するものの総称です。粉体塗装事業者にとっては、ソフトウェア、データ、プロセッサーが、信頼できるサービスプロバイダーのサーバーに置かれていることを意味します（図8参照）。(図8参照）。
クラウドコンピューティングには、次のような多くの利点があります。
詳しくは、PosiSoft.netをご覧ください。
最近、ゲージ技術やウェブベースのアプリケーションに目覚ましい発展が見られます。検査データの収集はより迅速に、よりコスト効率よく行われるようになってきています。無料のウェブベースのアプリケーションは、USBまたはBluetoothワイヤレステクノロジーを介してDFTゲージと同期することができ、その投資額は1,000ドル以下です。粉体塗装の大小にかかわらず、検査機器や品質システムの更新を真剣に検討するタイミングです。粉体塗装の厚み測定と、シンプルで強力なペーパーレス品質管理Webツールの両方の進歩を利用する機会があります。
DAVID BEAMISH（1955年 - 2019年）ニューヨークを拠点に世界中で販売されているハンドヘルド型塗装試験機メーカー、DeFelsko Corporationの元社長です。土木工学の学位を持ち、工業塗装、品質検査、製造業など様々な国際的産業において、これらの試験機器の設計、製造、販売に25年以上の経験を持つ。トレーニングセミナーを開催し、NACE、SSPC、ASTM、ISOなどさまざまな組織のメンバーとして活躍しました。
