JP7202827B2 - 塗膜診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗膜に関する診断を行うための塗膜診断装置に関する。

橋梁やプラント等の構造物に対して形成された塗膜は、雨水や直射日光に晒されることが原因となり経年劣化する。また、この経年劣化に伴い、構造物の素地金属が腐食して錆が発生したり、塗膜が剥離したりする等の問題が発生する。このような問題の発生を防止するためには、構造物の管理者等が、定期的に構造物の塗膜状態を現場で診断し、診断結果に基づいて、補修や再塗装を行う必要があるか否かを適切に判断する必要がある。

しかしながら、このような塗膜状態の診断は、容易なものではなく、熟練者等であっても診断を誤ることがある。そのため、客観的に塗膜の診断を行うための塗膜診断装置が用いられるようになっている。塗膜診断装置の一例が、特許文献１や特許文献２に記載されている。

特許文献１に開示の技術では、腐食環境を診断する際に、腐食環境に流れる電流が略一定の値（例えば、１００［ｎＡ］）を維持するように、可変抵抗を変化させることにより、腐食環境を診断する。また、特許文献２に開示の技術では、複数の抵抗によりレンジ切り替え可能な定電流回路を用いて、塗膜下の腐食を診断する。

特開２０１１－１３７７６０号公報 特開平４－１７２２４１号公報

上述した特許文献１や特許文献２等に開示の診断装置を利用することにより、客観的な塗膜状態の判断を行うことができる。
しかしながら、これらの診断装置では、定電流を流すために、レンジ切り替え用の多くの抵抗や、抵抗を切り替えるためのリレー回路等が必要となる。そのため、診断装置の構成を簡易にすることが困難である。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、従来に比して、より簡易な構成の塗膜診断装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記によって達成された。

本発明の塗膜診断装置は、素地に対して塗膜を形成する塗料の表面に配置される第１電極（例えば、後述の第１電極１８）と、前記第１電極に所定の電気信号を印加する印加手段（例えば、後述のＤＡＣ１５１）と、前記第１電極に印加された前記所定の電気信号に基づいた電流が前記塗膜及び素地を通じて流れる位置に配置される第２電極（例えば、後述の第２電極１９）と、前記第２電極に流れる前記電流を対数変換した電圧を出力する変換手段（例えば、後述の電流ログアンプ１５２）と、前記変換手段の出力した電圧の電圧値を、塗膜に関する診断用情報として取得する制御手段（例えば、後述のＣＰＵ１１１）とを備える。

本発明によれば、従来に比して、より簡易な構成の塗膜診断装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態である塗膜診断装置の外観構造の一例を示す模式図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 本発明の実施形態である塗膜診断装置の機能ブロックの一例を示すブロック図である。 従来技術における、塗膜の診断のやり直しについて説明するための波形例を示すグラフである。 本発明の実施形態における、塗膜の診断途中の電流値の調整について説明するための波形例を示すグラフである。 本発明の実施形態の変形例における塗膜診断装置の機能ブロックの一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態の変形例における塗膜の診断について説明するための波形例を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
＜塗膜診断装置の外観構造＞
まず図１及び図２を参照して、本実施形態である塗膜診断装置１０の外観構成について説明をする。塗膜診断装置１０は、略円筒状の形状をしている。そして、図１はこの略円筒状の塗膜診断装置１０の上面を示す図であり、図２は図１のＡ－Ａ断面図である。

図１に示すように、塗膜診断装置１０は、コントロール基板１１、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）表示器１２、設定用ＳＷ群１３、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタ１４を上面に備える。なお、図１では、塗膜診断装置１０が備える各部を収容する筐体について図示を省略する。

コントロール基板１１は、塗膜診断装置１０を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）等が搭載されたプリント基板である。コントロール基板１１に搭載されるＣＰＵ等の詳細については、図３を参照して後述する。

ＬＣＤ表示器１２は、塗膜診断に関する各種設定用のユーザインタフェースや、上記ＣＰＵによる演算処理により算出される診断結果等を表示するための表示器である。
設定用ＳＷ群１３は、ユーザからの、塗膜診断に関する各種設定を行うため操作を受け付ける部分である。設定用ＳＷ群１３は、例えば、複数のボタンスイッチにより実現される。

ＵＳＢコネクタ１４は、上記ＣＰＵが外部装置との間で所定の情報を送受信するためのコネクタである。ＵＳＢコネクタ１４は、ＵＳＢ規格に準拠したコネクタにより実現される。このＵＳＢコネクタ１４には、外部装置として、例えばパーソナルコンピュータが接続される。

また、図２に示すように、塗膜診断装置１０は、アナログ基板１５、バッテリ１６、スペーサ１７、第１電極１８、第２電極１９、及び磁石部２０を更に備える。これら、塗膜診断装置１０が備える各部は、筐体２１に収容される。

アナログ基板１５は、塗膜診断を行うための定電流回路を実現するための電子部品が搭載された基板である。アナログ基板１５に搭載される電子部品の詳細については、図３を参照して後述する。

バッテリ１６は、塗膜診断装置１０が備える各部に電力を供給するためのバッテリである。例えば、上述した、ＬＣＤ表示器１２や、コントロール基板１１及びアナログ基板１５に搭載された電子部品等は、バッテリ１６から供給される電力により駆動する。

スペーサ１７は、コントロール基板１１とアナログ基板１５との間に所定の空間（スペース）を設ける部分である。アナログ基板１５上に搭載される電子部品は、この所定の空間に配置される。

第１電極１８は、塗膜診断装置１０の診断対象となる塗膜が形成された構造物の素地（例えば鉄）に配置される電極である。また、第２電極１９は、診断対象となる塗膜が形成された構造物における、塗膜の表面に配置される電極である。

第１電極１８は、例えば、素地に配置するための接触子であるプローブとして実現される。一方で、第２電極１９は、例えば、導電性ゲルをしみこませたスポンジ状のパッドを貼り付けた電極により実現される。ただし、塗膜診断装置１０では、従来に比べて、診断対象の抵抗値が大きな場合でも診断が可能である。そのため、このような導電性ゲルをしみこませたスポンジ状のパッドによって、導電性を高める必要なく診断を行うことができる場合が多い。このような場合には、パッドを省いた乾式の電極により第２電極１９を実現するようにしてもよい。

磁石部２０は、永久磁石を備えた部分である。磁石部２０と、診断対象となる塗膜が形成された構造物の素地との間に作用する吸引力によって第２電極１９は塗膜の表面の塗料に密着する。

筐体２１は、塗膜診断装置１０が備える各部を収容する筐体である。筐体２１は、例えばＡＢＳ樹脂等により形成される。筐体２１の形状は、上述したように略円筒状の形状であり、その直径は例えば５［ｃｍ］である。筐体２１の底面には、開口部が設けられており、開口部からは、上述した第２電極１９が突出する構成となっている。第２電極１９も略円筒状の形状をしており、その直径は例えば３．８［ｃｍ］である。なお、筐体２１の構造自体は、本実施形態の要旨ではないので、筐体２１の開口部の構造については、図示を省略する。

＜塗膜診断装置内部の機能ブロック＞
次に、上述した構成の塗膜診断装置１０内部の機能ブロックについて、図３を参照して説明をする。

塗膜診断装置１０は、機能ブロックとして、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１１３、及びバス１１４を備える。これら各部は、コントロール基板１１に搭載された電子部品により実現される。

また、塗膜診断装置１０は、機能ブロックとして、Ｄ／Ａ変換回路（図中では「ＤＡＣ」と表記する。）１５１、電流ログアンプ（図中では「ｌｏｇＩＶＣ」と表記する。）１５２、及びＡ／Ｄ変換回路（図中では「ＡＤＣ」と表記する。）１５３を備える。これら各部は、アナログ基板１５に搭載された電子部品により実現される。

更に、これら機能ブロック以外にも、バス１１４には、ＬＣＤ表示器１２、設定用ＳＷ群１３、及びＵＳＢコネクタ１４が接続される。更に、ＵＳＢコネクタ１４には、外部装置３００が接続される。更に、Ｄ／Ａ変換回路１５１の出力端子には、第１電極１８から導出されたリード線が接続される。また、電流ログアンプ１５２の入力端子には、第２電極１９から導出されたリード線が接続される。

次に、これら各部の機能及びその動作について説明をする。
ＣＰＵ１１１は、塗膜診断装置１０全体を制御することにより、塗膜の診断処理を実行する部分である。ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２に記録されているプログラムを読み込み、読み込んだプログラムをＲＡＭ１１３に展開させながら、プログラムに基づいた演算処理を行なう。また、ＣＰＵ１１１は、この演算結果に基づいて、各装置が備える各種のハードウェアを制御する。これにより、塗膜診断装置１０の機能ブロックは実現される。つまり、塗膜診断装置１０は、ハードウェアとソフトウェアが協働することにより実現することができる。

バス１１４は、ＣＰＵ１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３、ＬＣＤ表示器１２、設定用ＳＷ群１３、ＵＳＢコネクタ１４を接続する部分であり、これら各部で送受信されるデータを中継する。送受信されるデータとしては、例えば、ＬＣＤ表示器１２に表示する画像データが、ＣＰＵ１１１からＬＣＤ表示器１２に対して送信される。また、例えば、設定用ＳＷ群１３が受け付けた操作内容を示すデータが、設定用ＳＷ群１３からＣＰＵ１１１に対して送信される。また、例えば、後述する測定データが、ＣＰＵ１１１から外部装置３００に対して送信される。

Ｄ／Ａ変換回路１５１は、バス１１４を介してＣＰＵ１１１から入力される制御データをデジタル－アナログ変換することにより定電流を生成し、生成した定電流Ｉｓを第１電極１８に対して印加する部分である。Ｄ／Ａ変換回路１５１が印加する定電流Ｉｓは、例えば、１［ｐＡ］～１［ｍＡ］である。この定電流Ｉｓの電流値は、ＣＰＵ１１１により適宜設定される。

第１電極１８に対して印加された電流Ｉｓは、塗膜及び素地を通じて第２電極１９に流れる。
電流ログアンプ１５２は、第２電極に流れる電流を入力とし、この入力された電流を対数に圧縮した電圧Ｖｓを出力する、電流ログアンプである。すなわち、電流ログアンプ１５２は、出力する電圧Ｖｓが入力電流に対する対数関数（ｌｏｇ）となるように対数変換をする。

ここで、電流ログアンプ１５２には、例えば１［ｐＡ］～１［ｍＡ］といった非常に幅広い範囲（レンジ）の電流を入力することができる。そのため、塗膜診断装置１０では、従来の電圧を入力としたログアンプを用いる塗膜診断装置のように、レンジ切り替えを行うことにより、所定のレンジ内に限定して電流を流す必要は無い。従って、塗膜診断装置１０では、レンジ切り替え用の多くの抵抗や、抵抗を切り替えるためのリレー回路等が不要となる。
すなわち、本実施形態では、従来に比して、より簡易な構成の塗膜診断装置である塗膜診断装置１０を提供することができる。

Ａ／Ｄ変換回路１５３は、電流ログアンプ１５２が出力する電圧Ｖｓをアナログ－デジタル変換する部分である。Ａ／Ｄ変換回路１５３により変換後のデジタル値（すなわち、電圧Ｖｓの電圧値）は、測定データとしてＣＰＵ１１１に対して出力される。

＜塗膜診断＞
以上説明した機能ブロックの機能により、塗膜診断装置１０による塗膜に関する診断を実現することができる。
具体的には、ＣＰＵ１１１が、この測定データに基づいて、制御データを生成することにより、Ｄ／Ａ変換回路１５１が定電流を出力できるように制御を行う。
また、ＣＰＵ１１１は、この測定データに基づいて塗膜の診断を行う。そして、ＣＰＵ１１１は、診断結果をＬＣＤ表示器１２に表示させる。

あるいは、ＣＰＵ１１１は、この測定データをバス１１４及びＵＳＢコネクタ１４（とＵＳＢコネクタ１４と外部装置３００を接続するＵＳＢケーブル）を介して外部装置３００に送信する。そして、外部装置３００が、受信した測定データに基づいて、塗膜の診断を行い、診断結果をディスプレイに表示する。

ＣＰＵ１１１や外部装置３００が行う塗膜の診断については、任意の手法を用いてよい。例えば、ＣＰＵ１１１や外部装置３００は、カレントインタラプタ法を用いて塗膜の診断を行うことができる。ここで、カレントインタラプタ法は、２０１２年にＩＳＯ １３１２９（Paints and varnishes. Electrochemical measurement of the protection provided to steel by paint coatings. Current interrupter technique, relaxation voltammetry technique and DC transient measurements）に認定された手法であり、当業者にとってよく知られているので、これ以上の詳細な説明を省略する。

＜塗膜診断装置１０が奏する効果＞
以上説明した塗膜診断装置１０が奏する効果について説明をする。
上述した、特許文献１や特許文献２に記載の従来の塗膜診断装置では、電圧を入力とするログアンプを用いていたため、レンジ切り替え用の多くの抵抗や、抵抗を切り替えるためのリレー回路等が必要であった。例えば、１［ｋΩ］～１［ＴΩ］までの１０個の抵抗と、この抵抗を切り替えるためのリレー回路等が必要であった。

これに対して、塗膜診断装置１０では、電流ログアンプ１５２を用いているので、上述したように、これらレンジ切り替え用の多くの抵抗や、抵抗を切り替えるためのリレー回路等を省くことができる。すなわち、本実施形態によれば、従来に比して、より簡易な構成の塗膜診断装置である塗膜診断装置を提供することができる。

これに伴い、塗膜診断装置を小型化及び軽量化することもできる。例えば、従来の塗膜診断装置の重量は例えば８［ｋｇ］程度であり、その大きさは例えば３０［ｃｍ］×３０［ｃｍ］程度×２０［ｃｍ］程度の立方体であった。これに対して、本実施形態によれば、より簡易な構成で塗膜診断装置を実現することができるので、例えば、重量を５００［ｇ］、その大きさを直径５［ｃｍ］程度の円筒状の形状とすることができる。

また、従来の塗膜診断装置は、上述したような重さ及び大きさであったので、診断対象とする構造物に直接配置して診断を行うようなことができなかった。従って、構造物から離れた位置に塗膜診断装置を設置した上で、例えば同軸ケーブルにより、塗膜診断装置とセンサ部（第２電極１９に相当）とを接続して診断を行っていた。しかしながら、このようにすると、同軸ケーブルの絶縁抵抗が、例えば５００［ＭΩ］のため、高抵抗測定時に精度が低下するという問題があった。また、同軸ケーブルが揺れた場合に電荷が発生してしまうため、振動がある屋外での診断は困難であった。

これに対して、本実施形態よれば、上述したように塗膜診断装置１０を軽量且つ小型にできるので、塗膜診断装置１０の第２電極１９を直接診断対象とする構造物の上に直接配置して診断を行うことができる。従って、本実施形態によれば、従来技術のような同軸ケーブルに起因する不都合を解消することができる。

また、本実施形態では、測定中であっても定電流Ｉｓの電流値を変更することができる。この点について図４及び図５を参照して説明をする。
前提として、定電流Ｉｓと、塗膜及び素地の抵抗成分を乗算して得られる電圧Ｖｓが所定値以上（例えば、０．１［Ｖ］以上）となると、被膜の腐食化が進行してしまう。かといって、定電流Ｉｓがあまりにも低い場合には、適切な診断を行うことができない。
そこで、塗膜の診断は、この電圧Ｖｓが所定値以上とならない範囲で、一定以上の定電流Ｉｓを流して行う必要がある。

しかしながら、従来の塗膜診断装置では、例えばユーザがレンジ切り換えを行う必要があり、レンジ切り換えを行ったとしても、定電流Ｉｓが変化するまでには時間を要していた。そのため、定電流Ｉｓを診断の途中で調整することは困難であった。この点について図４に示す。図中に丸を付した第１例の波形のように充電波形が終了した時点で、電圧Ｖｓが０．１［Ｖ］を超えておらず、そのまま放電しているので、この波形では適切に診断を行うことができる。これは、定電流Ｉｓが適切な電流値であることを示している。

一方、図中にバツを付した第２例の波形のように充電の過程において電圧Ｖｓが０．１［Ｖ］を超えている場合や、図中にバツを付した第３例の波形のように定電流Ｉｓの電流値が低すぎる場合には、診断を適切に行うことができない。しかしながら、上述したように、従来の塗膜診断装置では、定電流Ｉｓを診断の途中で調整することは困難であったので、診断のやり直しが発生していた。そのため、診断が終了するまでに多大な時間を要していた。

これに対して、本実施形態の塗膜診断装置１０であれば、レンジ切り換えが不要であり、ＣＰＵ１１１が測定データに基づいて、適宜定電流Ｉｓの電流値を変更することができる。そのため、図中に丸を付した第４例の波形のように、定電流Ｉｓの印加が開始されて所定時間Ｔ１（例えば、１０秒間）が経過した時点で、定電流Ｉｓの電流値を変更することにより、診断のやり直しを発生させることなく診断を終了させることができる。つまり、本実施形態によれば、診断終了までの時間を従来よりも短縮することが可能となる。

＜変形例＞
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

例えば、上述の実施形態では、定電流回路により塗膜の診断を行っていた。これを変形して、定電圧回路により塗膜の診断を行うようにしてもよい。この場合、図６に示すように定電流を印加していたＤ／Ａ変換回路１５１を、定電圧を印加するためのＤ／Ａ変換回路１５４に置き換える。

そして、ＣＰＵ１１１が定電圧を印加するための制御データを生成し、Ｄ／Ａ変換回路１５４に対して出力する。また、Ｄ／Ａ変換回路１５４が制御データに基づいて定電圧を出力する。

このように変形することにより、電流ログアンプ１５２に入力される電流Ｉｓは図７に示す第５例の波形のように変化する。ＣＰＵ１１１は、このように変化する電流Ｉｓから生成される測定データに基づいて、塗膜の診断を行うことができる。

なお、本変形例のようにした場合、塗膜及び素地の抵抗成分を乗算して得られる電圧Ｖｓが、設定された定電圧（例えば、０．１［Ｖ］未満の定電圧）を超えることがない。従って、図４を参照して説明したような、診断のやり直しが発生することを防止することができる。

なお、上記の塗膜診断装置１０は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記の塗膜診断装置１０により行なわれる塗膜診断方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１０ 塗膜診断装置
１１ コントロール基板
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ バス
１２ ＬＣＤ表示器
１３ 設定用ＳＷ群
１４ ＵＳＢコネクタ
１５ アナログ基板
１５１、１５４ Ｄ／Ａ変換回路
１５２ 電流ログアンプ
１５３ Ａ／Ｄ変換回路
１６ バッテリ
１７ スペーサ
１８ 第１電極
１９ 第２電極
２０ 磁石部
２１ 筐体

Claims (5)

1. 診断対象となる塗膜が形成された素地に配置される第１電極と、
   前記第１電極に所定の電気信号を印加する印加手段と、
   前記塗膜の表面に配置される第２電極と、
   前記第１電極に印加された前記所定の電気信号に基づいて前記第２電極に流れる電流を対数変換した電圧を出力する変換手段と、
   前記変換手段の出力した電圧の電圧値を、塗膜に関する診断用情報となる測定データとして取得する制御手段と、
   前記変換手段から出力される電圧をアナログ－デジタル変換して前記制御手段に出力するＡ／Ｄ変換回路と、
   を備え、
   前記印加手段は、前記制御手段から出力される制御データをデジタル－アナログ変換して前記所定の電気信号として出力するＤ／Ａ変換回路であり、
   前記制御手段は、前記測定データに基づいて、前記印加手段による所定の電気信号の印加を制御することにより、前記所定の電気信号を、定電流の電気信号とする、塗膜診断装置。
2. 診断対象となる塗膜が形成された素地に配置される第１電極と、
   前記第１電極に所定の電気信号を印加する印加手段と、
   前記塗膜の表面に配置される第２電極と、
   前記第１電極に印加された前記所定の電気信号に基づいて前記第２電極に流れる電流を対数変換した電圧を出力する変換手段と、
   前記変換手段の出力した電圧の電圧値を、塗膜に関する診断用情報として取得する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記印加手段による所定の電気信号の印加を制御することにより、前記所定の電気信号を、定電圧の電気信号とする、塗膜診断装置。
3. 前記制御手段は、前記変換手段の出力した電圧の電圧値に基づいて前記印加手段による所定の電気信号の印加を制御することを特徴とする請求項２に記載の塗膜診断装置。
4. 前記制御手段は、前記診断用情報の取得を開始してから前記診断用情報の取得を終了するまでの間に、前記印加手段による所定の電気信号の印加の制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の塗膜診断装置。
5. 前記制御手段は、前記診断用情報に基づいて、前記塗膜の状態及び前記素地の状態の何れか又は双方の状態についての診断をし、
   当該塗膜診断装置は、前記制御手段による診断の結果を出力する出力手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の塗膜診断装置。

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