ここでは、電動工具、すなわちエアニードルスケーラ、ブラシクリーナー、およびロートピーンスケーラによって形成された表面形状の評価方法についてご案内します。

特に、レプリカテープと、3D画像処理機能を持つデジタルレプリカテープリーダーRTR-3Dを使用して様々な表面のプロファイルを評価する方法について焦点を当ててご説明します。

表面形状測定用電動工具の紹介
ハンドパワーツールは表面処理に使用される携帯用電動工具と定義でき、基本的に3つのカテゴリーに分けることができると考えられます。

• 衝撃式クリーニングツール（エアニードルスケーラー / air needle scaler など）
• 回転式クリーニングツール（ブリストルブラスター、ブリストルクリーナー / bristle cleaner など）
• 回転式衝撃クリーニングツール(ロートピーン・スケーラー / roto peen scaler など)

鋼材表面に対してブラストで形成されたプロファイル/表面形状の測定に関連する規格は数多くありますが、電動工具で作られた表面形状の測定に関する研究や指針はあまりないようです。

ここでは、表面形状パラメータを決定するための3つの一般的な測定方法（レプリカテープを使用したスプリングマイクロメーター、デプスマイクロメーター、触針式粗さ計）を検証し、電動工具で作成した表面に対する有効性を評価します。この研究では、鋼鉄製テストパネルにエアニードルスケーラー、ブラシクリーナー、ロートピーンスケーラーを使用して形成した表面形状 / 表面プロファイルを調査しました。

下地処理 / 表面処理は、防錆膜・防錆層の性能に直接影響します。

錆やミルスケールをはじめ、汚れ、油、溶解性塩類、グリースなどの表面汚染物質を確実に除去することは、非常に重要です。同様に、表面形状 / 表面プロファイルも重要で、その特性は塗膜の寿命と付着性(密着性)に影響します。 そのため、表面形状を評価することは非常に重要な作業となります。

塗装をする前に、鋼材の表面を清浄化するために電動工具が頻繁に使用されます。 ブラストを施した表面の形状は、レプリカテープ、デプスマイクロメーター、携帯用触針式粗さ計で日常的に測定されていますが、塗装の専門家でも、エアニードルスケーラー、ブラシクリーナー(ブリストルクリーナー)、ロートピーンスケーラーなどの電動工具で形成された形状に対する最適な測定方法が明確でないことが多いようです。

ブラストによる衝撃は、表面全体に複雑でランダムなパターンを作り出しています。 しかし、電動工具で作成された表面形状は反復パターンを示すようになり、適切な粗さ＝山谷の高さとピーク密度測定に課題を生じます。

2015年2月に書かれたレポートで、D. Beamish^※1は、ブラストされた鋼材表面の重要な表面プロファイルパラメータを決定するためにレプリカテープを使用する方法を説明し、これらのパラメータをプルオフ付着強度に関連づけました。 具体的には、レプリカテープ測定によって、他の測定方法よりも大幅に多くの情報が得られること、そして、ピーク密度 (Pd) と展開界面積比 (Sdr)^※2 を決定できること、それらがプルオフ付着値に直接相関していることを論じています。 さらに、レプリカテープを用いて測定した表面パラメータは、共焦点顕微鏡や触針式形状測定法などのブラストプロファイルの確立された測定技術と密接な相関があることが示されています。
ここでは、この分析をさらに進め、ブラスト加工されたプロファイルの表面パラメータを測定するだけでなく、さまざまな電動工具で形成された表面全体の表面形状を測定するためのレプリカテープの適合性を判断します。

1. D. Beamish, “Replica Tape – Unlocking Hidden Information”, Journal of Protective Coatings and Linings, February 2015, pp. 1 – 6
2. 一定の領域を定めたときに、それを展開した場合の面積＝表面積が、決めた一定の領域の面積に対してどれだけ増大しているかを表します。 完全に平らな面のSdrは0となり、表面に凸凹や傾斜があるとSdrは大きくなります。

レプリカテープ

表面プロファイル用デプスマイクロメーター

針式粗さ計

各機器を用いて、以下の要領でテストを行いました。

触針式粗さ計の測定方向

デプスマイクロメーターの測定位置

レプリカテープによる転写位置

1. 測定結果にあるパターンが見られました。表面画像を調べると、ブリストルクリーナーとロート・ピーン・スケーラーで処理した表面には、方向性のある筋目(スジ模様)が見られました。触針式粗さ計で、この方向性による偏りとそれに直交する方向で測定した結果には、表面パラメータに明確な違いがあることが確認されました。 さらに、エアーニードルスケーラーで作成した表面の画像では、山や谷がほとんどなく、デプスマイクロメーターが山から谷の高さを十分に捉えていない可能性が推測されました。 偏りやピーク密度を考慮した測定技術の改良により、結果は改善されるだろうと予想されました。
   1. ブリストルクリーナー/ロート・ピーン・スケーラーで処理した試験片は、方向性のある偏りを示し、携帯型触針式粗さ計で測定するには難しい結果となりました。測定値が偏りに依存するため、携帯型触針式粗さ計の適用は適切でない可能性があります。
   2. エアニードルスケーラーで処理した試験片は，非常に低いピーク密度になっていることが観察されました。デプスマイクロメータによる測定回数を増やすことで，このピーク密度の減少を考慮し，より正確な結果を得ることができる可能性があることが提案されました。この仮説を検証するために、2回目のテストでは、5カ所すべてで1カ所あたり20回、合計100回の測定を行ってみることにしました。5つの最大値の平均が報告されました。
2. レプリカテープは、3つの電動工具で処理された表面形状/表面プロファイルのすべてで使用できることが示されました。また、デジタルレプリカテープリーダーで測定した結果は、他の測定器の課題である偏りや密度の影響を大きく受けていないため、試験方法を特に修正する必要はありませんでした。
3. デプスマイクロメーターの結果では、5箇所の最大値の平均を使用することで、50個の個々の読み取り値の平均と比較して、他の測定方法による結果との相関性がより高くなることが示されました。

これより示す測定グラフはこのことを示しています。個々のトレースは、グラフ2と4に示されています。

ブリストルクリーナーによる処理試験片では、読み取り値2と4が、読み取り値1、3、5よりもすべてのパラメータで一貫して低い値を示しています。測定値のグラフ2と4は筋目(スジ模様)の方向（赤で表示）、測定値のグラフ1、3、5は筋目(スジ模様)を直交して（青で表示）測定されたものです。 グラフ3と5は、筋目(スジ模様)に沿った方向でのすべてのトレースを平均化した結果と、筋目(スジ模様)と直交方向のすべてのトレースを平均化した結果を示しています。

ロート・ピーン・スケーラーにより処理した試験片について、個々のトレースをグラフ6と8に示します。2と4の測定値は、1、3、5の測定値よりもすべてのパラメータで一貫して高い値を示しています。2と4は筋目(スジ模様)の方向に沿って測られ(青で表示)、1と3および5は筋目(スジ模様)に直交方向に測定された(赤で表示)ものです。グラフ7と9は、筋目(スジ模様)の方向で測定したすべてのトレースを平均化した結果と、筋目(スジ模様)と直交方向で行ったすべてのトレースを平均化した結果を示しています。

3種類の試験片のピーク密度を比較すると、グラフ10のように、エアニードルスケーラーで処理した試験片パネルは、他のパネルに比べて著しく低い測定値を示しています。