JP4640254B2 - 擦傷の測定装置と測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する技術に関する。

自動車ボディ等の塗装面は、擦傷がつきにくいことや、擦傷が目立ちにくいことが要求される。そのことから、塗料を開発する過程では、塗料を塗布した塗装面に擦傷を意図的に形成する処理を実施し、擦傷のつきにくさ（耐擦傷性）や、擦傷が目立ちにくさを評価する試験が行われている。
引用文献１には、擦傷の目立ちにくさを評価する技術が記載されている。引用文献１の技術では、塗装面に擦傷を形成する処理に代えて、擦傷を形成した透明フィルム材を用意し、その透明フィルム材を評価対象である塗装面に密着させる。そして、塗装面に密着させた透明フィルム材の擦傷が形成されている部位と、擦傷が形成されていない部位の明度をそれぞれ測定する。このとき、擦傷が目立ちやすい塗装面では、擦傷が形成されている部位を測定した明度と、擦傷が形成されていない部位を測定した明度との間の明度差が大きくなる。一方、擦傷が目立ちにくい塗装面ではその明度差は小さくなる。この技術では、擦傷の有無による明度変化量によって、擦傷の目立ちにくさを定量的に評価する。
特開平７−５５７０８号公報

一方、擦傷のつきにくさ（耐擦傷性）を評価する試験では、評価対象である塗装面に擦傷を意図的に形成する処理を行い、塗装面に形成された擦傷の程度を評価する。塗装面に形成された擦傷の程度は、擦傷形成の前後における明度変化量を測定することによって、定量的に測定することができる。即ち、擦傷形成の前後における明度変化量が大きければ、塗装面に多くの擦傷が形成されたことを示しており、塗装面の耐擦傷性は低いと判断できる。一方、擦傷形成の前後における明度変化量が小さければ、塗装面に形成された擦傷が少ないことを示しており、塗装面の耐擦傷性は高いと判断できる。塗装面の耐擦傷性を評価した結果は、例えば塗料の開発にフィードバックされ、塗料の配合等を調整することによって、耐擦傷性の向上が図られる。

本願出願人は、塗装面の耐擦傷性を向上するための技術を研究する過程において、擦傷形成の前後における明度変化量のみでは、塗装面の耐擦傷性を正しく評価できないことを確認した。具体的には、２種類の塗装面に対して耐擦傷性の評価試験を行ったときに、擦傷形成の前後における明度変化量は同じであったが、その２種類の塗装面を目視で評価した場合に明らかな差があった。このことは、擦傷形成の前後における明度変化量が同じ塗装面であっても、その耐擦傷性を同一視することができないことを示している。従来の技術では、塗装面に形成された擦傷の状態を正しく測定できず、耐擦傷性を正しく評価することができない。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、塗装面等の物体表面に形成された擦傷を正しく測定することができる技術を提供する。

本発明の技術は、物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する装置に具現化することができる。この測定装置は、前記物体表面に所定の入射角で照明光を照射する照明手段と、照明手段によって照明された前記物体表面の明度を測定する第１明度測定手段と、照明手段によって照明された前記物体表面の明度を、入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第２明度測定手段と、第１明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と、第１明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第１明度変化量と、第２明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と、第２明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第２明度変化量とを計算する手段とを備えている。
ここでいう入射面とは、照明光が物体表面に入射するときの入射軸と物体表面の法線とを含む平面を意味している。

本願出願人は、物体表面に形成される擦傷を詳細に研究した結果、物体表面に形成される擦傷には、物体表面に凹凸が形成される表面傷と、物体の表層を変色させる内部傷とが含まれることを見出した。物体表面に形成された表面傷は、物体表面に微小な反射面を生成することから、物体表面の光沢等を減少させてしまう。物体の表層に形成された内部傷は、物体の表層を例えば白濁させることから、物体の色そのものを変化させてしまう。擦傷形成の前後における明度変化は、表面傷の形成に伴って生じるとともに、内部傷の形成によっても生じる。従来技術のように、擦傷形成の前後における明度変化量を単純に測定しただけでは、表面傷に起因する明度変化量と内部傷に起因する明度変化量の合計が測定されてしまい、表面傷に対する耐性が劣っているのか、内部傷に対する耐性が劣っているのかを判別することができない。
表面傷と内部傷は、その形成メカニズムが異なっている。そのことから、例えば塗装面の耐擦傷性を向上するために塗料の配合等を調整する場合、表面傷に対する耐性を向上するための方策と、内部傷に対する耐性を向上するための方策は、互いに異なることとなる。塗装面の耐擦傷性を向上するための方策を適切に行うためには、表面傷に対する耐擦傷性と、内部傷に対する耐擦傷性を区別して評価する必要がある。そのためには、塗装面に形成された擦傷を、表面傷と内部傷とに区別して定量的に測定することが必要となる。

物体表面に照明光を入射させると、その一部が物体表面において表面反射されるとともに、その一部が物体の表層において拡散反射される。物体表面における表面反射光の強度は、物体表面の性状に応じて変化することから、物体表面に形成された表面傷の程度に応じて変化する。従って、擦傷形成の前後における表面反射光の強度変化量を測定することができれば、物体表面に形成された表面傷を定量的に測定することができる。一方、物体の表層における拡散反射光の強度は、物体の表層の性状に応じて変化することから、物体の表層に形成された内部傷の程度に応じて変化する。従って、擦傷形成の前後における拡散反射光の強度変化量を測定することができれば、物体の表層に形成された表面傷を定量的に測定することができる。

物体表面における表面反射では、入射面に対して垂直に振動する成分については比較的に高い反射率によって反射されるが、入射面に対して平行に振動する成分については比較的に低い反射率によって反射される。それにより、物体表面で反射された表面反射光は、入射面に対して垂直に振動する成分を主とする略直線偏光となる。一方、物体の表層において拡散反射された拡散反射光は、特定の振動方向を持たない非偏光となる。従って、物体表面の明度を測定する際に、入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定すると、表面反射光は偏光フィルタによってほぼ排除され、主に拡散反射光の強度を測定することができる。

本発明によって具現化される測定装置では、擦傷形成の前後における物体表面の明度を、偏光フィルタを介さずに測定することができるとともに、偏光フィルタを介して測定することもできる。偏光フィルタを介さずに測定した擦傷形成前の明度と、偏光フィルタを介さずに測定した擦傷形成後の明度との間の第１明度変化量は、物体表面に形成された表面傷に起因する明度変化量と、物体の表層に形成された内部傷に起因する明度変化量との合計を示している。即ち、第１明度変化量は、表面傷と内部傷の両者を含む擦傷の程度を定量的に示している。一方、偏光フィルタを介して測定した擦傷形成前の明度と、偏光フィルタを介して測定した擦傷形成後の明度との間の第２明度変化量は、物体の表層に形成された内部傷に起因する明度変化量の略半分の値を示している。即ち、第２明度変化量は、物体の表層に形成された内部傷の程度を定量的に示している。本発明によって具現化される測定装置によると、第１明度変化量と第２明度変化量をそれぞれ測定することができる。第１明度変化量と第２明度変化量が判明すれば、物体表面に形成された表面傷と物体の表層に形成された内部傷のそれぞれを、定量的に把握することができる。
この測定装置によると、物体表面に形成された擦傷の程度を、表面傷と内部傷とに区別して、定量的に測定することができる。

上記した測定装置では、前記計算手段が、前記第１明度変化量から前記第２明度変化量を二倍して減算した第１擦傷指標と、第２明度変化量を二倍した第２擦傷指標の少なくとも一方を計算することが好ましい。
第１明度変化量から第２明度変化量を二倍して減算した第１擦傷指標は、物体表面に形成された表面傷に起因する明度変化量に相当する。第２明度変化量を二倍した第２擦傷指標は、物体の表層に形成された内部傷に起因する明度変化量に相当する。この装置によると、物体表面に形成された表面傷の程度を定量的に示す第１擦傷指標や、物体の表層に形成された内部傷の程度を定量的に示す第２擦傷指標を得ることができる。

上記した測定装置では、照明光の入射角が、前記物体表面のブリュースタ角に略等しいことが好ましい。
先に説明したように、物体表面における表面反射では、入射面に対して平行に振動する成分については比較的に低い反射率によって反射される。この反射率は、照明光が物体表面へ入射するときの入射角に応じて変化し、所定の入射角ではその反射率がゼロとなる。このときの入射角は、一般にブリュースタ角と呼ばれている。照明光の入射角がブリュースタ角に等しい場合、表面反射光は入射面に対して垂直に振動する成分のみを持つ直線偏光となる。従って、照明光の入射角がブリュースタ角に等しければ、偏光フィルタによって表面反射光を完全に排除することが可能となる。それにより、前記した第１擦傷指標は表面傷に起因する明度変化量に正確に対応し、第２擦傷指標は内部傷に起因する明度変化量に正確に対応する。物体表面に形成された擦傷の程度を、表面傷と内部傷とに正確に区別して、定量的に測定することができる。

上記した測定装置では、前記物体表面における光屈折率を入力する入力手段と、入力手段によって入力された光屈折率に基づいて、前記物体表面のブリュースタ角を計算するブリュースタ角計算手段と、前記照明光の入射角を、ブリュースタ角計算手段によって計算されたブリュースタ角に調整する調整手段とが付加されていることが好ましい。
物体表面のブリュースタ角は、物体表面における光屈折率に応じて変化する。この測定装置では、物体表面の光屈折率を入力すれば、照明光の入射角がブリュースタ角に等しく調整される。それにより、光屈折率が異なる様々な物体表面に関して、形成された擦傷を定量的に測定することができる。

上記した測定装置では、前記第１明度測定手段と第２明度測定手段が、共通の光度計を用いて構成されていることが好ましい。この場合、前記偏光フィルタは、その共通の光度計と物体表面との間に着脱可能であることが好ましい。
それにより、二つの光度計を用いることなく、本発明を具現化した測定装置を実現することができる。

上記した測定装置では、照明光の入射角が略５７度であることが好ましい。
自動車ボディ等の塗装面では、その表面にクリアコート層が形成されている。クリアコート層の多くは、その屈折率が１．４８〜１．６０の範囲にあり、そのブリュースタ角は５７度に略等しい。従って、照明光の入射角が略５７度であると、自動車ボディ等の塗装面に形成された擦傷を、表面傷と内部傷とに区別して、定量的に測定することができる。

本発明の技術はまた、物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する方法にも具現化することができる。この測定方法は、擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射して物体表面の明度を測定する第１明度測定工程と、擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射するとともに入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して物体表面の明度を測定する第２明度測定工程と、擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射して物体表面の明度を測定する第３明度測定工程と、擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射するとともに入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して物体表面の明度を測定する第４明度測定工程と、第１明度測定工程によって測定された明度と第３明度測定工程によって測定された明度との間の第１明度変化量と、第２明度測定工程によって測定された明度と第４明度測定工程によって測定された明度との間の第２明度変化量とを計算する工程を備えている。計算工程では、第１明度変化量から第２明度変化量を二倍して減算した第１擦傷指標と、第２明度変化量を二倍した第２擦傷指標の少なくとも一方を計算することがより好ましい。
この測定方法によると、物体表面に形成された擦傷の程度を、表面傷と内部傷とに区別して、定量的に測定することができる。

本発明によって、物体表面に形成された表面傷の程度と、物体の表層に形成された内部傷の程度を、それぞれ定量的に測定することができる。それにより、表面傷に対する耐擦傷性と、内部傷に対する耐擦傷性とを区別して評価することが可能となり、物体表面の耐擦傷性を向上するための方策を適切に行うことが可能となる。

最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 測定装置は、回動可能な試料台を備えている。測定装置は、試料台を回動させることによって、照明手段による照明光が物体表面に入射するときの入射角を調整する。
（特徴２） 測定装置は、物体表面によって反射された反射光を受光し、反射光の強度を測定する光度計を備えている。
（特徴３） 測定装置は、照明光の正反射方向と光度計の受光軸とがなす変角を調整する手段を備えている。
（特徴４） 測定装置は、第１擦傷指標と第２擦傷指標を複数の変角毎に計算する。
（特徴５） 測定装置は、計算した第１擦傷指標と第２擦傷指標を表示する表示手段を備えている。

本発明を具現化した耐擦傷性の測定装置（以下、単に測定装置と略す）について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の測定装置１０の構成を模式的に示している。
測定装置１０は、耐擦傷性の測定対象である試料１００を載置するための試料台１４を備えている。試料台１４は、基準軸Ｃの回りに回動可能に設けられている。試料台１４には、試料表面１００ａ内に基準軸Ｃが位置するように、試料１００が固定される。ここで、説明の便宜を図るために、ｚ軸が基準軸Ｃに平行であるｘｙｚ直交座標系を定める。この場合、試料表面１００ａの法線Ｄｂは、ｘｙ平面内に位置することとなる。試料台１４が基準軸Ｃの回りに回動すると、試料表面１００ａの法線Ｄｂはｘｙ平面内において基準軸Ｃの回りに回動する
測定装置１０は、試料台１４上の試料１００を照明するための光源器１２を備えている。光源器１２は、例えばハロゲンランプを用いて構成することができる。光源器１２の光軸Ｄａは、ｘｙ平面内において基準軸Ｃに向けて伸びている。測定装置１０では、試料台１４を回動させることによって、光源器１２の光軸Ｄａと試料表面１００ａの法線Ｄｂとがなす角θ、即ち、照明光２の入射角θを調整することができる。また、光源器１２の光軸Ｄａと試料表面１００ａの法線Ｄｂとを含む平面、即ち、照明光２の入射面は常にｘｙ平面に平行となる。

測定装置１０は、回転台１６と、光度計１８と、偏光フィルタ２０を備えている。回転台１６は、基準軸Ｃの回りに回動可能となっている。光度計１８と偏光フィルタ２０は、回転台１６上に配置されている。光度計１８の受光軸Ｄｄは、ｘｙ平面内において基準軸Ｃに向けて伸びている。偏光フィルタ２０は、基準軸Ｃと光度計１８との間に着脱可能に取り付けられている。偏光フィルタ２０を取り付けた状態では、試料１００によって反射された反射光４が、偏光フィルタ２０を透過した後に、光度計１８によって受光される。一方、偏光フィルタ２０を取り外した状態では、試料１００によって反射された反射光４が、偏光フィルタ２０を透過することなく、光度計１８によって受光される。

光度計１８は、試料表面１００ａで反射された反射光４の強度を測定する。即ち、試料表面１００ａの明度を測定する。なお、光度計１８はいわゆる分光光度計であり、反射光４の強度を波長毎に測定することもできる。光度計１８は、分光器（例えばプリズム）や受光素子（例えばフォトダイオードアレイ等）を用いて構成されている。ただし、本実施例の測定装置１０では、反射光４の強度を波長毎に測定する必要はない。
偏光フィルタ２０は、その吸収軸がｚ軸方向に伸びている直線偏光子を備えている。偏光フィルタ２０は、反射光４が透過するときに、ｘｙ平面に対して垂直に振動する成分を吸収し、ｘｙ平面に対して平行に振動する成分のみを透過する。ｘｙ平面は、照明光２の入射軸Ｄａと試料表面１００ａの法線Ｄｂとを含む平面であり、照明光２が試料表面１００ａに入射するときの入射面である。即ち、偏光フィルタ２０は、反射光４が透過するときに、入射面に対して垂直に振動する成分を吸収し、入射面に対して平行に振動する成分を透過する。それにより、偏光フィルタ２０を取り付けた状態では、反射光４のなかで入射面に対して平行に振動する成分のみが光度計１８に入射する。
回転台１６は、変角αを調整するために設けられている。ここでいう変角αとは、光度計１８の受光軸Ｄｄと正反射方向Ｄｃとがなす角αを示す。測定装置１０では、回転台１６を基準軸Ｃの回りに回動させることによって、変角αを調整することができる。

図１に示すように、測定装置１０は、試料台１４を回動させる第１モータ２２と、回転台１６を回動させる第２モータ２４と、第１モータ２２と第２モータ２４の動作を制御するモータコントローラ２６と、計算装置３０を備えている。計算装置３０は、ブリュースタ角計算部３２と、擦傷指標計算部３４と、表示装置４０と、入力装置４２等を備えている。計算装置３０には、光度計１８やモータコントローラ２６が接続されている。計算装置３０は、汎用のコンピュータ装置を用いて構成されている。

ブリュースタ角計算部３２は、試料１００の光屈折率に基づいて、試料表面１００ａに対するブリュースタ角を計算する。試料１００の光屈折率は、オペレータ等が入力装置４２を用いて入力することができる。ブリュースタ角計算部３２が計算したブリュースタ角は、モータコントローラ２６に教示される。モータコントローラ２６は、第１モータ２２の動作を制御して、照明光２の入射角θをブリュースタ角に調整する。擦傷指標計算部３４については、後段において詳細に説明する。

図２を参照して、ブリュースタ角計算部３２が計算するブリュースタ角について説明する。図２は、試料表面１００ａに照明光２が入射角θで入射している状態を示している。このとき、照明光２の一部は試料表面１００ａで正反射し、表面反射光４ａとなって正反射方向Ｄｃへと進む。また、照明光２の一部は試料表面１００ａで屈折し、透過光６となって透過方向Ｄｅへと進む。照明光２の入射軸（光源器１２の光軸Ｄａ）と、試料表面１００ａの法線Ｄｂと、正反射方向Ｄｃと、透過方向Ｄｅは、ｘｙ平面内に位置している。一般に、照明光２の入射軸（光源器１２の光軸Ｄａ）と試料表面１００ａの法線Ｄｂとを含む平面は、入射面とよばれる。本実施例では、ｘｙ平面が入射面に相当する。また、試料表面１００ａの法線Ｄａと透過方向Ｄｅとがなす角φは、透過角とよばれる。
試料表面１００ａにおける表面反射では、照明光２のなかで入射面（ｘｙ平面）に対して平行に振動している成分と、照明光２のなかで入射面（ｘｙ平面）に対して垂直に振動している成分が、異なる反射率によって反射される。照明光２の入射面に対して平行に振動している成分の強度をＨｐ、照明光２の入射面に対して垂直に振動している成分の強度をＨｓ、表面反射光４ａの入射面に対して平行に振動している成分の強度をＪｐ、表面反射光４ａの入射面に対して垂直に振動している成分の強度をＪｓとすると、フレネルの法則から以下の関係が成立する。
Ｒｐ＝Ｊｐ／Ｈｐ＝ｔａｎ^２（θ−φ）／ｔａｎ^２（θ＋φ） ・・（１）
Ｒｓ＝Ｊｓ／Ｈｓ＝ｓｉｎ^２（θ−φ）／ｓｉｎ^２（θ＋φ） ・・（２）
上式のＲｐ、Ｒｓは、一般にフレネル係数と呼ばれる。一方のフレネル係数Ｒｐは、入射面に対して平行に振動している成分に対する反射率を示す。他方のフレネル係数Ｒｓは、入射面に対して垂直に振動している成分に対する反射率を示す。上記の（１）式から、θ＋φ＝π／２となるときに、フレネル係数Ｒｐがゼロとなることがわかる。このときの入射角θを、ブリュースタ角θｂという。照明光２がブリュースタ角θｂに等しい入射角で試料表面１００ａに入射した場合、試料表面１００ａではｘｙ平面に対して垂直に振動する成分のみが反射される。その結果、表面反射光４ａは、ｘｙ平面に対して垂直に振動する成分Ｊｓのみを持つ直線偏光となる。

ブリュースタ角θｂは、試料１００の光屈折率を用いて計算することができる。空気の光屈折率をｎ１、試料１００の光屈折率をｎ２とすると、スネルの法則から、入射角θと透過角φとの間には次式の関係が成立する。
ｎ１・ｓｉｎθ＝ｎ２・ｓｉｎφ ・・（３）
上記の（３）式とθｂ＋φ＝π／２の関係から、ブリュースタ角θｂは次式によって求めることができる。
ｔａｎθｂ＝ｎ２／ｎ１ ・・（４）
測定環境が大気中であれば、空気の屈折率ｎ１は１に近似することができるので、上記の（４）式は次式に近似することができる。
ｔａｎθｂ＝ｎ２ ・・（５）
ブリュースタ角計算部３２は、上記の（５）式を用いて、ブリュースタ角θｂを計算する。

図３は、測定装置１０を用いて耐擦傷性を測定する手順を示すフローチャートである。図３に示すフローに沿って、測定装置１０を用いて耐擦傷性を測定する手順について説明する。ここでは、自動車ボディ用の塗装面の耐擦傷性を測定する場合を例に挙げる。
ステップＳ２では、先ず、自動車ボディ用の塗装面を形成した試料（サンプル）１００を用意する。図４に示すように、自動車ボディ用の塗装面を形成した試料１００では、アルミニウム等で形成した基板１０６上に、着色顔料や光輝材を含む塗料層１０４と、無色透明のクリアコート層１０２等が形成されている。用意した試料１００は、測定装置１０の試料台１４に載置する。
ステップＳ４では、入力装置４２等を用いて、試料表面１００ａにおける光屈折率を入力する。ここでは、試料表面１００ａを形成しているクリアコート層１０２の光屈折率を入力する。クリアコート層１０２の光屈折率は、予め測定しておくことができる。一般に、自動車ボディ用の塗装面のクリアコート層１０２の光屈折率は、１．４８〜１．６０の範囲にあることが多い。この光屈折率に対応するブリュースタ角は、５６度〜５８度となる。

ステップＳ６では、ステップＳ４で入力した光屈折率に基づいて、測定装置１０が光源器１２の光軸Ｄａと試料表面１００ａの法線Ｄｂとがなす角θ、即ち、照明光２の入射角θをブリュースタ角θｂに調整する。このステップＳ６の処理では、先ず、計算装置３０のブリュースタ角計算部３２が、入力された試料表面１００ａ（ここではクリアコート層１０２）における光屈折率に基づいて、ブリュースタ角θｂを計算する。例えばクリアコート層１０２の光屈折率が１．５３の場合、ブリュースタ角θｂは略５７度となる。次いで、モータコントローラ２６が、第１モータ２２を制御することによって、光源器１２の光軸Ｄａと試料表面１００ａの法線Ｄｂとがなす角θを計算されたブリュースタ角θｂに調整する。即ち、照明光２の入射角θがブリュースタ角θｂに調整される。
なお、このステップＳ６では、照明光２の入射角θをブリュースタ角θｂに厳密に調整する必要は必ずしもない。例えばクリアコート層１０２の光屈折率が１．５３であって、略１％の測定誤差が許容される場合であれば、入射角を５５度から５９度の間に調整すればよい。逆に、入射角を５７度に固定した場合でも、クリアコート層１０２の光屈折率が１．４８〜１．６０であれば、表面反射光４ａでは入射面に対して平行に振動している成分の割合が略１％以内に抑えられる。即ち、入射角を５７度に設定しておけば、表面反射光４ａのほぼ全量を偏光フィルタ２０によって吸収することができる。

ステップＳ８では、図５に示すように、偏光フィルタ２０を取り外した状態で、試料表面１００ａの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ２０を取り外した状態で、試料１００で反射された反射光４の強度を測定する。試料表面１００ａの明度を測定する変角αは特に限定されないが、５度〜３０度の範囲が好ましい。本実施例では、後述するステップＳ１０、Ｓ１４、Ｓ１６の処理も含めて、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度の変角における明度をそれぞれ測定する。図５に示すように、光源器１２からの照明光２は、試料表面１００ａにブリュースタ角θｂの入射角で入射する。試料表面１００ａに入射した照明光２は、一部が試料表面１００ａにおいて表面反射され、一部がクリアコート層１０２や塗料層１０４において拡散反射される。表面反射光４ａは、入射面に対して垂直に振動する成分のみを持つ直線偏光となっている。一方、拡散反射光４ｂは、特定の振動方向を持たない非偏光となっている。なお、図中の符号ｐが付された記号は入射面に対して平行に振動している成分を示しており、図中の符号ｓが付された記号は入射面に対して垂直に振動している成分を示している。光度計１８には表面反射光４ａと拡散反射光４ｂの両者が入射し、表面反射光４ａと拡散反射光４ｂの両者の強度に基づいて、明度Ｌ１（α）が測定される。測定された明度Ｌ１（α）は、計算装置３０の擦傷指標計算部３４に入力される。

図３のステップＳ１０では、図６に示すように、偏光フィルタ２０を取り付けた状態で、試料表面１００ａの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ２０を取り付けた状態で、試料１００で反射された反射光４の強度を測定する。この場合、表面反射光４ａは、入射面に対して垂直に振動する成分のみを持つ直線偏光であることから、偏光フィルタ２０によって吸収される。一方、拡散反射光４ｂは、特定の振動方向を持たない非偏光であることから、入射面に対して平行に振動している成分は、偏光フィルタ２０を透過していく。その結果、光度計１８には拡散反射光４ｂのみがその半分の強度となって入射し、拡散反射光４ｂの実際の強度の略半分の強度に基づいて、明度Ｌ２（α）が測定される。測定された明度Ｌ２（α）は、計算装置３０の擦傷指標計算部３４に入力される。

図３のステップＳ１２では、測定装置１０から試料１００を取り外し、試料表面１００ａに擦傷形成処理を実施する。擦傷形成処理とは、試料表面１００ａに擦傷を人為的に形成する処理であり、例えば試料表面１００ａに砂粒等を散布し、試料表面１００ａを布材等で擦るという手法が挙げられる。あるいは、所定期間に亘って試料１００を実車のボディに装着して実車テストを行ってもよい。擦傷形成処理の手法は特に限定されず、従来から利用されている手法を採用することができる。擦傷形成処理を実施した試料１００は、再び試料台１４に載置する。なお、試料１００に擦傷形成処理を実施することに代えて、擦傷形成処理を実施した別の試料（同一の塗装面を形成したもの）を用意してもよい。あるいは、試料表面１００ａの一部に擦傷形成処理を予め実施しておくと、このステップＳ１２では試料台１４において試料１００の載置位置を変更するだけでよい。

ステップＳ１４では、図７に示すように、偏光フィルタ２０を取り外した状態で、擦傷形成処理後の試料表面１００ａの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ２０を取り外した状態で、擦傷形成処理後の試料１００によって反射された反射光４の明度を測定する。このステップＳ１４では、先のステップＳ８と同様に、表面反射光４ａと拡散反射光４ｂの両者が光度計１８に入射し、表面反射光４ａと拡散反射光４ｂの両者の強度を合わせた明度Ｌ３（α）が測定される。ただし、擦傷形成処理が実施された試料１００では、試料表面１００ａに表面傷１１２が生じているとともに、試料１００の内部に内部傷１１４が生じている。ここでいう表面傷１１２とは、試料表面１００ａに生じた凹凸を意味している。また、内部傷１１４とは、試料１００の内部（ここではクリアコート層１０２）に生じた白濁を意味している。表面傷１１２と内部傷１１４は塗装面の見栄えを悪化させるものであり、表面傷１１２と内部傷１１４の両者が生じにくい塗装面ほど耐擦傷性に優れている。表面傷１１２は、試料表面１００ａに微小な反射面を形成する。その結果、特に変角５度〜３０度の範囲では、表面傷１１２が多く形成されるほど、表面反射光４ａの強度が大きく変化（通常は増大）する。また、内部傷１１４は、クリアコート層１０２を白濁させることから、クリアコート層１０２における拡散反射を増大させる。その結果、内部傷１１４が多く形成されるほど、拡散反射光４ｂの強度が大きく変化（通常は増大）する。従って、このステップＳ１４で測定される明度Ｌ３（α）と、先のステップＳ８で測定された明度Ｌ１（α）との間には、表面傷１１２に起因する明度変化量ｄＬａ（α）と、内部傷１１４に起因する明度変化量ｄＬｂ（α）による差異が生じる。即ち、Ｌ３（α）−Ｌ１（α）＝ｄＬａ（α）＋ｄＬｂ（α）である。この明度変化量Ｌ３（α）−Ｌ１（α）は、特許請求の範囲に記載の第１明度変化量に対応する。なお、例えば明度Ｌ１（α），Ｌ３（α）を測定する変角αによっては、表面傷１１２に起因する明度変化量ｄＬａ（α）と、内部傷１１４に起因する明度変化量ｄＬｂ（α）とが相殺し、明度Ｌ１（α）と明度Ｌ３（α）とが等しくなることも起こり得る。本実施例の技術では、そのような場合においても、耐擦傷性を正しく測定することができる。測定された明度Ｌ３（α）は、計算装置３０の擦傷指標計算部３４に入力される。

ステップＳ１６では、図８に示すように、偏光フィルタ２０を取り付けた状態で、擦傷形成処理後の試料表面１００ａの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ２０を取り付けた状態で、擦傷形成処理後の試料１００によって反射された反射光４の明度を測定する。このステップＳ１６では、先のステップＳ１０と同様に、拡散反射光４ｂのうちの入射面に対して平行に振動している成分のみが光度計１８に入射し、拡散反射光４ｂの実際の明度の略半分の明度Ｌ４（α）が測定される。このステップＳ１６で測定される明度Ｌ４（α）と、先のステップＳ１０で測定された明度Ｌ２（α）との間には、内部傷１１４に起因する明度変化量ｄＬｂ（α）の略半分の差異が生じる。即ち、Ｌ４（α）−Ｌ２（α）＝ｄＬｂ（α）／２となる。この明度変化量Ｌ４（α）−Ｌ２（α）は、特許請求の範囲に記載の第２明度変化量に対応する。測定された明度Ｌ４（α）は、計算装置３０の擦傷指標計算部３４に入力される。

ステップＳ１８では、計算装置３０の擦傷指標計算部３４が、ステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１４、Ｓ１６で測定された明度Ｌ１（α）、Ｌ２（α）、Ｌ３（α）、Ｌ４（α）を用いて、第１擦傷指標Ｅ１（α）を計算する。第１擦傷指標Ｅ１（α）は、次式によって計算される。
Ｅ１（α）＝（Ｌ３（α）−Ｌ１（α））
−２・（Ｌ４（α）−Ｌ２（α）） ・・（６）
前記した説明から明らかなように、第１擦傷指標Ｅ１（α）は、ステップＳ１２における擦傷形成処理の前後において、表面反射光４ａに生じた明度変化量ｄＬａ（α）に等しい。即ち、第１擦傷指標Ｅ１（α）は、擦傷形成処理によって試料１００に形成された表面傷１１２を定量的に示している。第１擦傷指標Ｅ１（α）の絶対値が小さいほど、表面傷１１２に関して耐擦傷性が優れている（表面傷１１２がつきにくい）といえる。

ステップＳ２０では、計算装置３０の擦傷指標計算部３４が、ステップＳ１０、Ｓ１６で測定された明度Ｌ２（α）、Ｌ４（α）を用いて、第２擦傷指標Ｅ２（α）を計算する。第２擦傷指標Ｅ２（α）は、次式によって計算される。
Ｅ２（α）＝２・（Ｌ４（α）−Ｌ２（α）） ・・（７）
前記した説明から明らかなように、第２擦傷指標Ｅ２（α）は、ステップＳ１２における擦傷形成処理の前後において、拡散反射光４ｂに生じた明度変化量ｄＬｂ（α）に等しい。即ち、第２擦傷指標Ｅ２（α）は、擦傷形成処理によって試料１００に形成された内部傷１１４を定量的に示している。第２擦傷指標Ｅ２（α）の絶対値が小さいほど、内部傷１１４に関して耐擦傷性が優れている（内部傷１１４がつきにくい）といえる。
ステップＳ２２では、ステップＳ１８で計算された第１擦傷指標Ｅ１（α）と、ステップＳ２０で計算された第２擦傷指標Ｅ２（α）が、表示装置４０に表示される。

図９〜図１２は、測定装置１０による測定結果の一例を示している。図９は、第１の塗装面（サンプルＸ）の明度Ｌ１（α）、Ｌ２（α）、Ｌ３（α）、Ｌ４（α）の測定結果を示している。図１０は、サンプルＸの第１擦傷指標Ｅ１（α）と第２擦傷指標Ｅ２（α）の測定（計算）結果を示している。図１１は、第２の塗装面（サンプルＹ）の明度Ｌ１（α）、Ｌ２（α）、Ｌ３（α）、Ｌ４（α）の測定結果を示している。図１２は、サンプルＹの第１擦傷指標Ｅ１（α）と第２擦傷指標Ｅ２（α）の測定（計算）結果を示している。なお、図９〜図１２では、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度の各変角における測定結果がすべて表示されているが、測定結果を評価する際にはいずれか一つの変角（例えば２０度）の測定結果のみに着目すれば足りる。
図９と図１１を比較すると、サンプルＸとサンプルＹでは、測定された明度Ｌ１（α）、Ｌ２（α）、Ｌ３（α）は等しく、明度Ｌ４（α）のみが相違している。詳しくは、サンプルＸで測定された明度Ｌ４（α）の方が、サンプルＹで測定された明度Ｌ４（α）よりも大きい。このような場合、例えば偏光フィルタ２０を用いた測定を行わなければ、明度Ｌ１（α）と明度Ｌ３（α）との変化量のみを比較することとなり、両者の耐擦傷性は同等であるという結論に至る。一方、本実施例の測定装置１０によれば、図１０、図１２を比較して明らかなように、サンプルＸとサンプルＹでは、互いに異なる擦傷指標Ｅ１（α）、Ｅ２（α）が得られる。図１０、図１２に示す測定結果から、サンプルＸは、サンプルＹに比して、表面傷１１２はつきやすく、内部傷１１４はつきにくいことが判明する。

本実施例の測定装置１０によると、擦傷形成処理によって試料１００に形成された表面傷１１２と内部傷１１４の程度を、それぞれ独立して数値化することができる。それにより、例えば塗装面等の耐擦傷性の評価を、表面傷１１２と内部傷１１４と区別して行うことができる。表面傷１１２と内部傷１１４は、形成のメカニズムが互いに異なることから、それらの形成を低減するための対策も異なる。表面傷１１２に関して耐擦傷性が劣っていることが判明すれば、表面傷１１２の形成を低減するのに適した対策を講じることができる。また、内部傷１１４に関して耐擦傷性が劣っていることが判明すれば、内部傷１１４の形成を低減するのに適した対策を講じることができる。測定装置１０を用いて測定した耐擦傷性を塗料開発者や塗装工程設計者にフィードバックすることによって、耐擦傷性に優れた塗装面を実現することができる。

本実施例の技術では、照明光２の入射角θはブリュースタ角θｂに必ずしも限定されず、その結果、表面反射光４ａが入射面に対して平行に振動する成分を含んでもよい。照明光２の入射角θを所定角度に定めると、その入射角θと試料表面１００ａにおける光屈折率から、上記（１）（２）式に示したフレネル係数Ｒｓ、Ｒｐを計算することができる。フレネル係数Ｒｓ、Ｒｐが判明すれば、表面反射光４ａのなかで入射面に対して平行に振動する成分の割合が判明する。この割合をＱとすると、Ｑ＝Ｒｐ／（Ｒｓ＋Ｒｐ）となり、０≦Ｑ＜０．５となる。この場合、図３のステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１４、Ｓ１６で測定される明度Ｌ１（α）、Ｌ２（α）、Ｌ３（α）、Ｌ４（α）は、下記を満たす。
Ｌ１（α）＝Ｌａ（α）＋Ｌｂ（α）
Ｌ２（α）＝Ｌａ（α）・Ｑ＋Ｌｂ（α）／２
Ｌ３（α）＝Ｌａ（α）＋ｄＬａ（α）＋Ｌｂ（α）＋ｄＬｂ（α）
Ｌ４（α）＝（Ｌａ（α）＋ｄＬａ（α））・Ｑ＋（Ｌｂ（α）＋ｄＬｂ（α））／２
上式において、Ｌａは表面反射光４ａの強度に対応する明度を示し、Ｌｂは拡散反射光４ｂの強度に対応する明度を示している。また、ｄＬａ（α）は表面傷１１２の形成に起因する表面反射光４ａの強度変化に対応する明度変化量を示しており、ｄＬｂ（α）は内部傷１１４の形成に起因する拡散反射光４ｂの強度変化に対応する明度変化量を示している。上記した明度Ｌ１（α）、Ｌ２（α）、Ｌ３（α）、Ｌ４（α）から、表面傷１１２に起因する明度変化量ｄＬａ（α）と、内部傷１１４に起因する明度変化量ｄＬｂは、次式のように計算できる。
ｄＬａ（α）＝（Ｌ３（α）−Ｌ１（α））／（１−２・Ｑ）
−２・（Ｌ４（α）−Ｌ２（α））／（１−２・Ｑ） ・・（８）
ｄＬｂ（α）＝２・（Ｌ４（α）−Ｌ２（α））／（１−２・Ｑ）
−２・Ｑ（Ｌ３（α）−Ｌ１（α））／（１−２・Ｑ） ・・（９）
従って、図３のステップ１８では、上記した（８）式を用いることによって、第１擦傷指標Ｅ１（α）＝ｄＬａ（α）を計算することができる。また、図３のステップ２０では、上記した（９）式を用いることによって、第２擦傷指標Ｅ２（α）＝ｄＬｂ（α）を計算することができる。（８）、（９）式は、前記した（６）、（７）式を任意の入射角θに関して一般化したものとなる。（８）、（９）式を用いることによって、照明光２の入射角θをブリュースタ角θｂに調整することなく、第１擦傷指標Ｅ１（α）と第２擦傷指標Ｅ２（α）を正しく測定することができる。この場合、ブリュースタ角計算部３２に代えて、表面反射光４ａのなかで入射面に対して平行に振動する成分の割合Ｑ＝Ｒｐ／（Ｒｓ＋Ｒｐ）を計算する手段を付加するとよい。この割合Ｑは、照明光２の入射角θと試料表面１００ａにおける光屈折率を用いて計算することができる。この方式を採用すると、照明光２の入射角を調整する機構は不要となる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記した実施例では、測定（計算）した第１明度変化量Ｌ３（α）−Ｌ１（α）と第２明度変化量Ｌ４（α）−Ｌ２（α）を用い、第１擦傷指標Ｅ１（α）と第２擦傷指標Ｅ２（α）を計算して表示するが、第１擦傷指標Ｅ１（α）と第２擦傷指標Ｅ２（α）を計算する必要は必ずしもない。測定した明度Ｌ１（α）、Ｌ２（α）、Ｌ３（α）、Ｌ４（α）を用い、第１明度変化量Ｌ３（α）−Ｌ１（α）と第２明度変化量Ｌ４（α）−Ｌ２（α）を計算して表示するようにしてもよい。第１明度変化量Ｌ３（α）−Ｌ１（α）と第２明度変化量Ｌ４（α）−Ｌ２（α）が判明すれば、形成された表面傷１１２の程度と内部傷１１４の程度のそれぞれを、定量的に把握することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

実施例の測定装置の構成を示す模式図。 表面反射の偏光状態を説明する図。 耐擦傷性を定量的に測定する手順を示すフローチャート。 塗装面の構成を例示する図。 試料の明度を測定する様子を示す図（擦傷形成処理前、偏光フィルタ無し）。 試料の明度を測定する様子を示す図（擦傷形成処理前、偏光フィルタ有り）。 試料の明度を測定する様子を示す図（擦傷形成処理後、偏光フィルタ無し）。 試料の明度を測定する様子を示す図（擦傷形成処理後、偏光フィルタ有り）。 明度の測定例を示す図（サンプルＸ）。 擦傷指標の測定例を示す図（サンプルＸ）。 明度の測定例を示す図（サンプルＹ）。 擦傷指標の測定例を示す図（サンプルＹ）。

符号の説明

１０：測定装置
１２：光源器
１４：試料台
１６：回転台
１８：光度計
２０：偏光フィルタ
２２：第１モータ
２４：第２モータ
２６：モータコントローラ
３０：計算装置
３２：ブリュースタ角計算部
３４：擦傷指標計算部
４０：表示装置
４２：入力装置

Claims (7)

1. 物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する装置であって、
   前記物体表面に所定の入射角で照明光を照射する照明手段と、
   照明手段によって照明された前記物体表面の明度を測定する第１明度測定手段と、
   照明手段によって照明された前記物体表面の明度を、入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第２明度測定手段と、
   第１明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と第１明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第１明度変化量と、第２明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と第２明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第２明度変化量とを計算する手段と、
   を備える測定装置。
2. 前記計算手段は、前記第１明度変化量から前記第２明度変化量を二倍して減算した第１擦傷指標と、第２明度変化量を二倍した第２擦傷指標の少なくとも一方を計算することを特徴とする請求項１の測定装置。
3. 前記照明光の入射角は、前記物体表面のブリュースタ角に略等しいことを特徴とする請求項１又は２の測定装置。
4. 前記物体表面における光屈折率を入力する入力手段と、
   入力手段によって入力された光屈折率に基づいて、前記物体表面のブリュースタ角を計算するブリュースタ角計算手段と、
   前記照明光の入射角を、ブリュースタ角計算手段によって計算されたブリュースタ角に調整する調整手段と、
   が付加されていることを特徴とする請求項３の測定装置。
5. 前記第１明度測定手段と第２明度測定手段は、共通の光度計を用いて構成されており、
   前記偏光フィルタは、その共通の光度計と前記物体表面との間に着脱可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの測定装置。
6. 前記照明光の入射角は、略５７度であることを特徴とする請求項１又は２の測定装置。
7. 物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する方法であって、
   擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を測定する第１明度測定工程と、
   擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を、照明光の入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第２明度測定工程と、
   擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を測定する第３明度測定工程と、
   擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を、照明光の入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第４明度測定工程と、
   第１明度測定工程によって測定された明度と第３明度測定工程によって測定された明度との間の第１明度変化量と、第２明度測定工程によって測定された明度と第４明度測定工程によって測定された明度との間の第２明度変化量とを計算する計算工程と、
   を備える測定方法。

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