以下の雑誌に掲載されています。Finishing Today（2008年2月号）、Materials Performance Magazine（2004年9月号）、Quality Digest Magazine（2004年10月号）。
超音波測定技術を用いた塗膜厚計の普及が進んでいます。木材や木製品に施された塗膜の厚さを測定するための破壊的な方法をサポート、または代替するものです。
塗装にはさまざまな機能があります。木造建築物の修復、保護、防水、美化を目的としたものもあります。また、気孔を塞いだり、表面の質感を美しくするために特別に調合されたものもあります。浸透性仕上げ剤は木材に吸収され、硬化して剥がれ落ちない強力な保護バリアを形成します。
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。
金属の上では、品質管理や検査のために、塗膜の厚さを検査することが一般的です。母材が炭素鋼の場合は、磁気方式が使われます。銅やアルミなど他の金属の場合は、渦流式装置が使われます。
これらの測定器は木材の上の仕上げの厚さを測定することができないので、別の方法が用いられてきた。
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。
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。
品質の専門家は、高周波の音エネルギーを使って検査や測定を行う超音波探傷試験のさまざまな側面をすでに知っています。超音波試験は、金属の欠陥の検出と評価、寸法の測定、材料の特性評価などを行うことができます。
壁厚測定は、おそらく超音波検査の中で最も一般的でシンプルな検査です。高精度の超音波壁厚計を使用すれば、両側からアクセスすることなく、対象物の厚みを素早く測定することができます。しかし、塗膜の測定には理想的ではありません。アクリルフィラー、工場用プライマー、ラッカー、UVフィニッシュ、粉体塗装など、木材の上に塗られる材料の厚みを測定するには、十分な感度が得られません。
膜厚測定用に特別に設計された最初の携帯型測定器は、14年前に市場に登場し、現在は第4世代に移行しています。この装置は、単一素子トランスデューサと、デジタル化されたエコーをフィルタリングして強調するadvanced 数値計算技術を使用しています。今日の携帯型超音波膜厚計は、操作が簡単で、価格も手ごろ、かつ信頼性の高いものとなっています（図1）。
超音波探傷は、塗膜の表面に塗布したカプラントの助けを借りて、プローブ（振動子）で超音波の振動を与えることで行われる。
振動はコーティングの中を通り、機械的特性の異なる材料（通常は基板だが、別のコーティング層）にぶつかるまで伝わる。振動は、この界面で部分的に反射し、トランスデューサに戻ります。一方、透過した振動の一部は、その界面を越えてさらに移動し、あらゆる材料の界面で反射を経験する(図2)。
多数のエコーが発生する可能性があるため、ゲージは最大または「最も大きな」エコーを選択して、そこから厚み測定を計算するように設計されています。多層膜の測定では、個々の層を測定する装置も、最も大きなエコーを選択するようになっています。ユーザーは測定する層の数（例えば3層）を入力するだけで、ゲージは最も大きな3つのエコーを測定します。コーティングの欠陥や基材層からの柔らかいエコーは無視されます。
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。
超音波測定の精度と再現性に影響を与える要因として、これらのコーティングが木材の基材とどのように界面するかがあります。図3は、塗装された木材の2つの例を示しています。これらの写真は、ほとんどの現場破壊試験で可能な解像度よりも高い解像度で撮影されており、仕上げ塗装と木材の境界を明確に示しています。仕上げ塗装の表面は平滑に見えますが、その厚さは一定ではありません。木材の基材は粒状であることが多く、表面の粗さやプライマーの浸透の程度はさまざまです。このような多孔性と粗さは接着を促進する可能性がありますが、どのような方法でも再現性のある厚み測定を行うことが難しくなります。
超音波ゲージの測定結果は、小さな凹凸を平均化し、意味のある結果を出すように設計されています。特に粗い表面や基板では、個々の測定値が再現性に欠けることがありますが、平均化された一連の測定結果を比較することにより、許容できる再現性が得られることがよくあります。
超音波探傷検査は、木材産業にとって大きなメリットとなります。家具や床材、楽器の製造工程では、ラッカーなどの仕上げ材を何層にも塗り重ねることがよくあります。そのため、工程によっては、個々の層や一連の層の厚みを特定する能力が必要となります。例えば、高級ギターを美しく保護するための塗装は、その厚みを間違えると音質が損なわれてしまいます。塗布量が多すぎるとギターの響きが損なわれ、少なすぎると逆効果になります。
楽器メーカーは現在、超音波ゲージを使用して、大切な製品の漆を正確かつ非破壊で測定しています。その結果、ラッカーの使用量を減らせるだけでなく、生産工程に大きな支障をきたすことなく、有意義な測定ができるようになりました。塗膜の厚みを測定するために製品をスクラップする必要がなく、表面全体の厚みを簡単に測定できるため、滑らかで均一な塗膜を確保することができます。また、塗装工程を管理できるようになったことで、再加工を最小限に抑えることができるようになりました。
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一般的で信頼性の高い試験方法となっています。standard 試験方法は、ASTM D6132-04 に記載されています。"Standard Test Method for Nondestructive Measurement of Dry Film Thickness of Applied Organic Coatings Using an Ultrasonic Gage" (2004, ASTM)に記載されています。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を持つエポキシ樹脂コーティングの厚み標準が利用可能です。
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。
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。
