特許 6981111 塗膜の粘度分布測定装置及び粘度分布測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981111

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】塗膜の粘度分布測定装置及び粘度分布測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 11/00 20060101AFI20211202BHJP

   B05D 3/14 20060101ALI20211202BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20211202BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   G01N11/00 A

   B05D3/14

   B05D3/00 D

   G01N21/17 A

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-169453(P2017-169453)

(22)【出願日】2017年9月4日

(65)【公開番号】特開2019-45338(P2019-45338A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年8月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001276

【氏名又は名称】特許業務法人 小笠原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 恭行

【審査官】 野田 華代

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０７２４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５３５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４５３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８４６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０９９６１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１２８８０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １１／００−１３／０４

Ｂ０５Ｄ ３／１４

Ｂ０５Ｄ ３／００

Ｇ０１Ｎ ２１／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧の印加により周期的な電場が生じる周期的な電極パターンが形成された基板と、
前記電極パターンに電圧を印加する電圧源と、
前記基板に平行光を照射する光源と、
前記基板に塗布された塗膜からの反射光を前記反射光の光軸に平行または略平行に検出し、検出した前記反射光に基づく画像について計測処理を行う画像計測器とを含み、
前記画像計測器は、
前記電圧源により前記電極パターンへ電圧を印加することにより変形する前記塗膜からの反射光を検出することにより時間的に連続する複数の画像を取得して、
前記複数の画像を構成する複数の画素のそれぞれにおける輝度の時間的な変化に基づいて前記塗膜の粘度分布を測定する、塗膜の粘度分布測定装置。

【請求項2】

前記光源がテレセントリック照明であり、前記平行光を前記基板に半透過鏡で同軸落斜照明し、
前記画像計測器がテレセントリックレンズを備えたエリアカメラを有する、請求項１記載の塗膜の粘度分布測定装置。

【請求項3】

前記周期的な電極パターンが複数の線パターンで形成される表面電極パターンであり、
前記基板の材料が誘電体であり、
前記基板の裏面に裏面電極パターンがさらに形成され、
前記電圧源により、前記表面電極パターンと前記裏面電極パターンとに電圧を印可することにより前記表面電極パターンと前記裏面電極パターンとの間に電位差を生じさせることができる、請求項１または請求項２記載の塗膜の粘度分布測定装置。

【請求項4】

前記線パターンの間隔が前記塗膜の膜厚の５倍以上２５倍以下であり、
前記線パターン上の前記塗膜が電圧の印加時に前記基板上の全面で変形する、請求項３記載の塗膜の粘度分布測定装置。

【請求項5】

前記電圧源が印加する電圧の波形がパルス波形、インパルス波形、及びバースト波形のいずれかである、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の塗膜の粘度分布測定装置。

【請求項6】

電圧の印加により周期的な電場が生じる周期的な電極パターンが形成された基板に測定対象の塗膜を形成する工程と、
前記電極パターンへ電圧を印加して、前記塗膜の少なくとも一部を変形させながら、前記塗膜からの反射光を検出することにより時間的に連続する複数の画像を取得する工程と、
前記複数の画像の各画素における輝度変化の時定数分布を求める工程と、
前記輝度変化の時定数分布、及び既知の粘度を有する複数の溶液を用いて予め求められた輝度変化の時定数と粘度との関係に基づいて、前記塗膜における粘度分布を求める工程とを含む、塗膜の粘度分布測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の粘度分布を測定する粘度分布測定装置及び粘度分布測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光学フィルムやガスバリアフィルム、液晶関連のカラーフィルタなど、インクや高分子樹脂溶液などの塗料で塗膜を形成する工程では、ムラが原因で製品が欠陥となる場合がある。光学フィルムやカラーフィルタでは光学特性の欠陥や膜厚分布のムラとなり、ガスバリアフィルムではバリア性能の不良などが生じる。

【0003】

ムラの発生は、塗布時に発生するムラ以外に、外見上及び膜厚分布が均一に塗布されても、乾燥中にムラが生じる場合がある。

【0004】

塗膜の乾燥状態の分布や、塗膜の濃度、膜質の指標となる塗膜の粘度分布が場所によって異なる場合、外観からムラとして確認することは難しいことが多い。すなわち光学的に塗膜のムラが観察されなくても、実際の乾燥状態の分布や粘度分布が、塗膜の面内で分布しているかを、物理的に塗膜に接触せず、光学的に観察することは難しい。そうした乾燥状態の分布や粘度分布の違いが、その後で塗膜にムラ不良を生じさせる原因となる。

【0005】

そのようなムラの発生を抑えるには、塗膜の完成後にムラを観察するだけでなく、各塗料、各塗布条件の乾燥過程において、どの段階でムラが生じるかを測定し、そこから原因を検討の上、最適な塗料と塗布乾燥条件を最適化することが有効である。

【0006】

塗膜のムラを画像検査する方法が多く用いられる（例えば特許文献１参照）。従来の方法の塗膜のムラの画像検査方法では、塗膜のムラを照明方法などを変えて強調して画像計測する方法が多く用いられている。

【0007】

しかしムラを光学的に強調して画像化する従来の方法では、外観上のムラのみの測定であり、外観上判別できない粘度分布は測定ができない。また塗膜が液体の状態で塗布され、塗布後の乾燥過程において、塗料と塗布乾燥条件を変えてムラが発生しない条件を求めたい場合、塗膜の表面形状、反射特性、色等は乾燥過程で変化していき、ムラが画像測定できる光学条件も異なっていくので、ムラを外観上だけで測定することは困難であった。また、乾燥状態の違いが外観で光学的に観察できない場合は画像測定することが困難であった。

【0008】

塗膜の粘度を電場を加えて非接触で測定する方法を適用した従来の例がある（例えば特許文献２参照）。しかし、従来の例では、電場を針から印加してレーザー光を集光し一点で測定しているため、粘度の分布が測定できないこと、膜厚の変化、表面の形状や反射特性の変化に対応することが困難なことがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−１４２１０１号公報

【特許文献2】特開２０１１−８４６９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、インクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の粘度分布を測定することのできる粘度分布測定装置及び粘度分布測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明はかかる課題を解決するものであり、その一局面は、電圧の印加により周期的な電場が生じる周期的な電極パターンが形成された基板と、電極パターンに電圧を印加する電圧源と、基板に平行光を照射する光源と、基板に塗布された塗膜からの反射光を反射光の光軸に平行または略平行に検出し、検出した反射光に基づく画像について計測処理を行う画像計測器とを含み、画像計測器は、電圧源により電極パターンへ電圧を印加することにより変形する塗膜からの反射光を検出することにより時間的に連続する複数の画像を取得して、複数の画像を構成する複数の画素のそれぞれにおける輝度の時間的な変化に基づいて塗膜の粘度を測定する、塗膜の粘度分布測定装置である。

【0012】

また、光源がテレセントリック照明であり、平行光を基板に半透過鏡で同軸落斜照明し、画像計測器がテレセントリックレンズを備えたエリアカメラを有してもよい。

【0013】

また、周期的な電極パターンが複数の線パターンで形成される表面電極パターンであり、基板の材料が誘電体であり、基板の裏面に裏面電極パターンがさらに形成され、電圧源により、表面電極パターンと裏面電極パターンとに電圧を印可することにより表面電極パターンと裏面電極パターンとの間に電位差を生じさせることができてもよい。

【0014】

また、線パターンの間隔が塗膜の膜厚の５倍以上２５倍以下であり、線パターン上の塗膜が電圧の印加時に基板上の全面で変形してもよい。

【0015】

また、電圧源が印加する電圧の波形がパルス波形、インパルス波形、及びバースト波形のいずれかであってもよい。

【0016】

また、本発明の他の局面は、電圧の印加により周期的な電場が生じる周期的な電極パターンが形成された基板に測定対象の塗膜を形成する工程と、電極パターンへ電圧を印加して、塗膜の少なくとも一部を変形させながら、塗膜からの反射光を検出することにより時間的に連続する複数の画像を取得する工程と、複数の画像の各画素における輝度変化の時定数分布を求める工程と、記輝度変化の時定数分布、及び既知の粘度を有する複数の溶液を用いて予め求められた輝度変化の時定数と粘度との関係に基づいて、塗膜における粘度分布を求める工程とを含む、塗膜の粘度分布測定方法である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、インクや高分子樹脂溶液などの塗料を基板に塗布した塗膜の粘度分布を測定することのできる粘度分布測定装置及び粘度分布測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る粘度分布測定装置の概要を示す図

【図2】本発明の第２の実施形態に係る粘度分布測定装置の概要を示す図

【図3】本発明の第３の実施形態に係る粘度分布測定装置の基板を示す図

【図4】本発明の実施形態に係る粘度分布測定方法を説明する図

【図5】本発明の実施形態に係る粘度分布測定方法を説明する図

【図6】本発明の実施形態に係る粘度分布測定方法を説明する図

【図7】本発明の実施形態に係る粘度分布測定方法を説明する図

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

【0020】

＜粘度分布測定装置＞
（第１の実施形態）
まず本発明の第１の実施形態に係る粘度分布測定装置１００を図１に示し、図１を用いて説明する。図１は、図１の（ａ）に粘度分布測定装置１００の概要を示し、図１の（ｂ）に塗膜の変形の様子を表す断面図を示す。

【0021】

図１に示すように、粘度分布測定装置１００は、電圧の印加により周期的な電場が生じる周期的な電極パターン２が形成され、表面に粘度の測定対象とする塗膜７を形成することのできる基板３と、電極パターン２に電圧を印加する電圧源８と、基板３に平行光を照射する光源１と、基板３に塗布された塗膜７からの反射光を反射光の光軸に平行または略平行に検出し、検出した反射光に基づく画像について計測処理を行う画像計測器とを含む。

【0022】

粘度分布測定装置１００は、画像計測器により、電圧源８により電極パターン２へ電圧を印加することにより変形する塗膜７からの反射光を検出することにより時間的に連続する複数の画像を取得して、複数の画像を構成する画素における輝度の時間的な変化に基づいて塗膜７の粘度分布を測定することができる。

【0023】

粘度分布測定装置１００は、平行光を照射可能な光源１から出射した光を、周期的な電極パターン２が形成された基板３上に形成された塗膜７へ照射する。光源１には、レーザー光はスペックルが発生することや可干渉性が強く基板３上での観察に適さず、インコヒーレントなハロゲン光、メタルハライド光、ＬＥＤ光、キセノン光などを好適に用いることができる。光源１としては、平行光を生成するコリメートレンズや平行ＬＥＤ光源等の汎用的に市販されている光源を用いることができる。

【0024】

画像計測器は、例えばレンズ４を取り付けたエリアカメラ５と、エリアカメラ５に接続された画像処理装置６とにより構成することができる。エリアカメラ５は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳのカメラを用いることができ、プログレッシブスキャン方式が好適である。

【0025】

基板３は、板状の基材を含み、基材の材料には、絶縁性が高く、塗膜７を平滑性良く塗布でき、電極パターン２が形成できる基板用ガラスを用いることができる。具体的には、石英ガラス、ソーダガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、無アルカリガラスなどが好適である。

【0026】

エリアカメラ５には平行光または略平行光を撮像できるレンズ４を装着することが望ましい。具体的には、汎用的なレンズでは焦点距離８０ｍｍ以上、Ｆ値を５．６以上のレンズを用いることができる。

【0027】

電極パターン２には、電圧の印加により周期的な電場が生じる周期的な電極パターンとして、図１の（ａ）に示すような、複数の線パターンの電極が平行に多数形成されるすだれ状電極などを好適に用いることができる。基板３上には、測定対象とする塗膜７が塗布される。

【0028】

電極パターン２を構成する複数の線パターンに交互に電圧印加と接地とをすると、図１の（ｂ）に示すように、線パターン間に電気力線９が生じる。塗膜７を電気力線９が通ると、塗膜７と空気との誘電率が異なるためマクスウェル応力が働き、電場によって塗膜７が変形し、塗膜の変形１０が生じる。

【0029】

比誘電率５０以下の塗膜７を、５０Ｖ以下の印加電圧で発生する電気力線９で変形させるためには、塗膜７の膜厚は５０μｍ以下、電極パターン２を構成する複数の線パターン間の間隔は１００μｍ以下が好適である。

【0030】

電圧源８から約５０Ｖ以上の電圧を電極パターン２に印可すると塗膜７に塗膜の変形１０が生ずる。レンズ４のＦ値の設定を大きくすることで、平行ないしは略平行な反射した光がエリアカメラ５に結像できるため、塗膜の変形１０が大きいとエリアカメラ５で輝度変化が大きい画像を測定できる。よって、塗膜の変形１０を画像での輝度変化として測定できる。電圧源８からステップ電圧を印加し、印加後に特定の時間にわたって画像測定した場合、塗膜７の粘度が高い部分は電場印加による応答が遅いため、塗膜の変形１０が小さく、輝度変化が小さい傾向がある。

【0031】

画像処理装置６は、エリアカメラ５により取得された電圧印加前と印加後との画像を用いて、各画素における輝度変化の速度を求めることで塗膜７の粘度分布を得ることができる。画像処理装置６は、例えばエリアカメラ５と接続された汎用的な画像解析計測ソフトなどとにより構成できる。画像処理装置６により、電圧印加前と印加後との連続的または断続的塗膜７の外観画像を測定し、外観画像における輝度のムラ、及び電圧印加時と非印加時の外観画像の輝度分布から粘度分布を測定できる。

【0032】

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る粘度分布測定装置１０１を、図２を用いて説明する。

【0033】

粘度分布測定装置１００と粘度分布測定装置１０１との相違点は、光源１としてテレセントリック照明１１用い、レンズ４としてテレセントリックレンズ１２を用い、テレセントリック照明１１からの照射光を半透過鏡１３により基板３上の塗膜７に同軸落射している点である。

【0034】

粘度分布測定装置１０１では、光源として、照射光の平行度が高いテレセントリック照明１１を用いる。テレセントリック照明１１は望ましくは平行度が０．０３°以下、Ｆ２０以上、インコヒーレント光が適する。エリアカメラ５には、平行光を結像するテレセントリックレンズ１２を装着する。テレセントリックレンズ１２は、望ましくは両側テレセントリックレンズ、平行度が０．０３°以下、Ｆ２０以上が適する。

【0035】

図２に示すように、テレセントリック照明１１から出射した平行な照射光は半透過鏡１３を介して同軸落射され、塗膜７の表面から平行に反射した光がテレセントリックレンズ１２に入射し、エリアカメラ５で結像する。テレセントリック照明１１、テレセントリックレンズ１２とも、平行度が高く、Ｆ値が大きいため、塗膜の変形１０が生じたときに、反射光が正反射しない場合はエリアカメラ５で結像されず、電圧印加による画像の輝度変化が高感度に、また画像内で均一に検出される。通常のレンズをエリアカメラ５に装着した場合、視野範囲において画角が異なるため、塗膜の変形による画像の輝度変化が場所によって異なり、不均一に検出される。

【0036】

一般的な画像測定と異なり、塗膜の変形１０は約０．３°以下のため、粘度分布測定装置１０１では平行度を高めたテレセントリック光学系で測定することが有効である。

【0037】

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る粘度分布測定装置１０２を、図３を用いて説明する。

【0038】

粘度分布測定装置１０１と粘度分布測定装置１０２との相違点は、粘度分布測定装置１０１の基板３に対応する基板２１に表面電極パターン２２及び裏面電極パターン２３が形成されている点である。その他の構成は、粘度分布測定装置１０１と同様であるため、図示及び説明は省略する。なお、説明は省略するが、粘度分布測定装置１００の基板３を基板２１に置き換えて用いてもよい。

【0039】

基板２１は、ガラス等の誘電体の材質からなる板状の基材の表面に、表面電極パターン２２である所定の間隔２７を備えて周期的に形成された複数の線パターンを備える。表面電極パターン２２としては、電極パターン２と同様に線パターンの電極が平行に多数形成されるすだれ状電極を好適に用いることができる。基板２１の基材裏面には、裏面電極パターン２３が形成されている。裏面電極パターン２３は例えばベタ電極とすることができる。

【0040】

基板２１には、粘度の測定対象とする塗膜２４が塗布される。表面電極パターン２２には、複数の線パターンが同電位となるように電圧源８により電圧を印加する。また、裏面電極パターン２３は接地する。これにより、表面電極パターン２２から基板２１の基材を通り裏面電極パターン２３へ電気力線２５が生じる。電気力線２５によって、塗膜の変形２６が生じて、第１の実施形態や第２の実施形態と同様の方法で塗膜２４の粘度分布測定が実施できる。

【0041】

１００μｍ以下の塗膜２４において、基板２１の厚さは約５００μｍ以下とすることが、電気力線２５を発生させて塗膜２４の変形２６を生じさせるために好適である。表面電極パターン２２を同電位とすることで、表面電極パターン２２の個別の線パターンで交互に電位差が生じず、液体の状態から塗布されて導電率も変化する塗膜２４において、電気的短絡を発生させずに測定することができる。

【0042】

＜粘度分布測定方法＞
次に、本発明に係る粘度分布測定方法について、粘度分布測定装置１０２を用いた例を図４〜図７を用いて説明する。なお、本粘度分布測定方法は、粘度分布測定装置１００、１０１を用いて行ってもよいし、粘度分布測定装置１００〜１０２を用いなくてもよい。

【0043】

本発明に係る粘度分布測定方法は、電圧の印加により周期的な電場が生じる周期的な電極パターンが形成された基板に測定対象の塗膜を形成する工程と、電極パターンへ電圧を印加して、塗膜の少なくとも一部を変形させながら、塗膜からの反射光を検出することにより時間的に連続する複数の画像を取得する工程と、複数の画像の各画素における輝度変化の時定数分布を求める工程と、記輝度変化の時定数分布、及び既知の粘度を有する複数の溶液を用いて予め求められた輝度変化の時定数と粘度との関係に基づいて、塗膜における粘度分布を求める工程とを含む。

【0044】

初めに、表面電極パターン２２に電圧を印可した際に得られる塗膜２４の画像の輝度変化について説明する。

【0045】

表面電極パターン２２において、平行な線パターンの間隔２７を、塗膜２４の膜厚に対して５倍以上２５倍以下の長さとする。間隔２７が狭いと電気力線２５の間隔も狭くなることから、塗膜２４の膜厚に比して塗膜２４の表面に生じる電場の分布の周期が狭くなり、塗膜の変形２６が殆ど生じなくなる。一方、間隔２７が広いと、塗膜の変形２６同士の間隔が広くなり、測定した画像全面で均一に測定できなくなる。

【0046】

例として、塗膜２４として厚さ５０μｍ、粘度５０００ｍＰａ・ｓのシリコンオイルを、表面電極パターン２２の間隔２７が１ｍｍの基板２１に塗布した。初めに、粘度分布測定装置１０２を用いて、表面電極パターン２２に電圧を印可する前の外観画像３０を求めた。得られた外観画像３０を図４に示す。

【0047】

次に、表面電極パターン２２にステップ電圧を印加し、塗膜の変形２６が生じたときの、電圧印加後の特定時間経過後における外観画像３１を測定した。得られた外観画像３１を図４に示す。また、外観画像３０と電圧印加後の特定時間経過後における外観画像３１との各画素の輝度値の絶対差分を画像処理装置６で行うと、変化画像３２が求められる。得られた変化画像３２を図４に示す。

【0048】

変化画像３２において、線３３で示した位置の各画素での値（輝度値の絶対差分値）を、図４に輝度変化３４のグラフで示した。輝度変化３４においては、各画素で０でない値となっており、全画素で電圧による輝度の変化が周期的に生じていることがわかる。このように、表面電極パターン２２にステップ電圧を印加した場合、印加後の時間に対する塗膜２４からの反射光に基づく画像の各画素における輝度の変化はほぼ一次遅れ系となる傾向が得られており、各画素での輝度変化の一次遅れ系での時定数の分布を求めることで、粘度の分布を測定することができる。

【0049】

変化画像３２では、表面電極パターン２２のパターン線と直交する方向に、輝度変化３４が生じており、周期的に輝度の変化が生じている。この周期的な輝度の変化を除き、粘度分布を平滑に求めるには、画像処理装置６において、画像処理分野においては一般的な周期性を除く移動平均フィルタやガウシアンフィルタなどの平滑処理を行う方法がある。周期を平均化することで、変化画像３２を平滑化し、図５に示す粘度分布４０が得られる。塗膜２４は、均一な粘度のシリコンオイルにより形成されているため、変化画像３２の周期性が除かれると、ほぼ均一な灰色の画像が得られた。粘度分布４０では、図５に粘度分布４０の模式図４１において示したわずかに生じた測定精度上のムラ４２以外は、輝度がほぼ均一となっている。

【0050】

次に、粘度分布測定装置１０２を用いた輝度変化の時定数と粘度との関係を求める方法について説明する。

【0051】

初めに、粘度分布測定装置１０２の基板２１上に塗膜２４を形成する。塗膜２４の形成には既知の粘度の溶液を用いる。既知の粘度の溶液としては、粘度計校正用標準液、シリコン標準粘度液等が好適である。次に、電圧源８から、例として、図６の（ｂ）に示すステップ電圧波形４３を印加し、エリアカメラ５で動画形式等で時間的に連続して、図６の（ａ）に示すように連続画像４４を測定する。次に、画像処理装置６によって、連続画像４４の各画素４５の輝度４６を求める。これにより、図６の（ｃ）に示すように、ステップ電圧波形４３を印加後、塗膜の変形２６によって生じる輝度変化を得ることができる。輝度の変化はほぼ一次遅れ系で変化する。この結果から、ステップ電圧波形４３の印加から、輝度の変化が飽和する値４７の０．６３２倍となるまでの時間である輝度変化の時定数４８を求める。

【0052】

塗膜２４に用いる溶液の粘度が異なると時定数４８が変化し、粘度が高いと時定数４８は大きくなる傾向がある。この性質を利用して、複数の既知の粘度の溶液により塗膜２４を形成したときの、それぞれの時定数４８を測定し、塗膜２４の粘度と時定数との関係を求める。

【0053】

粘度と時定数との関係の測定例として、塗膜２４として、厚さ５０±１０μｍの範囲で、粘度５０ｍＰａ・ｓ、１００ｍＰａ・ｓ、１０００ｍＰａ・ｓ、５０００ｍＰａ・ｓ、１００００ｍＰａ・ｓ、５０００００ｍＰａ・ｓそれぞれのシリコン標準粘度液を、表面電極パターン２２の間隔２７が１ｍｍの基板２１に塗布した。そして、粘度分布測定装置１０２を用いて、波形４３を電圧３００Ｖで印加し、各粘度での連続画像４４を測定しそこでの全画素平均の各時定数４８を求め、図６の（ｄ）に示す、各粘度と各時定数４８との関係を表すグラフ４９を求めた。グラフ４９において粘度と時定数とはほぼ、べき乗則の関係となっている。

【0054】

このようにして、グラフ４９を得ることで、測定対象とする溶液の塗膜２４において、連続画像４４を測定し、そこから時定数分布を画像で求め、グラフ４９に示される粘度と時定数との関係から、時定数分布を粘度分布に数式的に換算して、定量的に塗膜２４の粘度分布を測定することができる。

【0055】

次に、得られた輝度変化の時定数と粘度との関係を用いて、所定の塗膜の粘度分布を測定する方法について、測定対象とする塗膜２４を基板２１に塗布し、塗布直後から乾燥過程において変化する粘度分布を測定する場合を例に説明する。塗膜２４は塗布直後から、溶液の組成や塗布条件、乾燥ムラ等によって、一般にムラを有しながら粘度分布が高まっていく。図７の（ｂ）に示すように、塗膜２４において粘度の低い部分の粘度５０と粘度の高い部分の粘度５１が生じた場合、それぞれの部分で時間とともに粘度が変化していく。

【0056】

粘度分布測定装置１０２は、図７の（ｃ）に示すように、塗膜２４を形成した基板２１の電極パターン２２にパルス波形の電圧５２を印加する。このときエリアカメラ５により動画形式等で、図７の（ａ）に示すように、塗膜２４からの反射光を時間的に連続して検出した複数の画像から構成される連続画像５４を測定する。これにより、画像処理装置６は、連続画像５４を構成する画像の各画素の輝度値を取得し、取得した輝度の時間的変化に基づいて、各画素の輝度変化の時定数である時定数分布を求めることができる。

【0057】

連続画像５４において粘度の高い部分を測定した画素５５の輝度５８と、粘度の低い部分を測定した画素５７の輝度５６とを例に、画像処理装置６が時定数分布を得る処理の一例について説明する。

【0058】

図７の（ｄ）に示すように、画像処理装置６は、電圧５２における各パルス電圧の印加時間に基づいて、輝度５６、輝度５８の波形、すなわち時間的な変化からそれぞれ時定数５９、時定数６０を求めることができる。図７の（ｄ）において輝度５６及び時定数５９と、輝度５８及び時定数６０とで模式的に示されるように、粘度が高い部分の輝度５８のほうが時定数６０が大きくなる傾向がある。このようにして、画像処理装置６は、塗膜２４の各部分を測定した各画素から輝度変化の時定数分布を得ることができる。

【0059】

このようにして得られた時定数分布を、グラフ４９を用いて粘度に換算することで、測定対象とする塗膜２４の粘度分布が定量的に得られる。この方法によれば、電圧５２の各パルス電圧の印加タイミングごとに、粘度分布が乾燥過程で連続的に測定できる。電圧５２の各パルス電圧のパルス幅６１と、周期６２は、粘度の上昇とともに時定数が大きくなることから、順次長くしていくことも可能である。

【0060】

電圧５２は、塗膜２４に帯電する誘電体粒子等が存在する場合等は、望ましくは１ｋＨｚ以上の周波数の交流電圧のバースト波とすることで帯電を防止して測定できる。また、電圧５２をインパルス波形として印可してもパルス波形同様に測定を実施できる。

【0061】

以上説明したように、本発明にかかる塗膜の粘度分布測定装置及び塗膜の粘度分布測定方法によれば、塗膜を形成した基板に電圧を印加することで電極パターンに沿って塗膜を変形させて、塗膜の乾燥状態や濃度の指標となる粘度分布を反射光の輝度変化に基づいて測定できる。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明は、インクや高分子樹脂溶液などの塗膜の測定に有用である。

【符号の説明】

【0063】

１・・・光源
２・・・電極パターン
３・・・基板
４・・・レンズ
５・・・エリアカメラ
６・・・画像処理装置
７・・・塗膜
８・・・電圧源
９・・・電気力線
１０・・・塗膜の変形
１１・・・テレセントリック照明
１２・・・テレセントリックレンズ
１３・・・半透過鏡
２１・・・基板
２２・・・表面電極パターン
２３・・・裏面電極パターン
２４・・・塗膜
２５・・・電気力線
２６・・・塗膜の変形
２７・・・間隔
３０・・・外観画像
３１・・・電圧印加後の特定時間経過後の外観画像
３２・・・変化画像
３３・・・線
３４・・・輝度変化
４０・・・粘度分布
４１・・・模式図
４２・・・ムラ
４３・・・ステップ電圧波形
４４・・・連続画像
４５・・・画素
４４・・・輝度
４５・・・輝度の変化が飽和する値
４８・・・時定数
４９・・・グラフ
５０・・・粘度の低い部分の粘度
５１・・・粘度の高い部分の粘度
５２・・・電圧
５４・・・連続画像
５５・・・粘度の高い部分を測定した画素
５６・・・輝度
５７・・・粘度の低い部分を測定した画素
５８・・・輝度
５９・・・時定数
６０・・・時定数
６１・・・パルス幅
６２・・・周期
１００、１０１、１０２・・・粘度分布測定装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】