特許 7603354 塗膜切込み装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】塗膜切込み装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 7/04 20060101AFI20241213BHJP

   B24B 41/06 20120101ALI20241213BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20241213BHJP

   G01N 17/00 20060101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

B24B7/04 A

B24B41/06 L

G01N1/28 G

G01N1/28 Q

G01N17/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024128790

(22)【出願日】2024-08-05

【審査請求日】2024-08-06

(73)【特許権者】

【識別番号】519454925

【氏名又は名称】オールグッド株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085316

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 三雄

(74)【代理人】

【識別番号】100171572

【弁理士】

【氏名又は名称】塩田 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100213425

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 正憲

(74)【代理人】

【識別番号】100221707

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 洋介

(74)【代理人】

【識別番号】100099977

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 章吾

(74)【代理人】

【識別番号】100104259

【弁理士】

【氏名又は名称】寒川 潔

(72)【発明者】

【氏名】前田 浩伸

(72)【発明者】

【氏名】峯岸 寛人

【審査官】マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－９９２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－５８３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－８６４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－３００６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ７／０４

Ｂ２４Ｂ ４１／０６

Ｇ０１Ｎ １／２８

Ｇ０１Ｎ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に塗膜が形成された試験片に対して所定の切込み処理を行う装置であって、
前記試験片を保持する試験片ホルダと、
前記試験片ホルダに保持された試験片に対して所定の切込み処理を行うツールを備えたツールユニットとを有してなり、
前記試験片ホルダは、装置基台上において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向に移動可能に備えられ、
前記ツールユニットは、動力源を有する手持ち式の切削装置と、前記切削装置を着脱可能に保持する工具保持部とを有し、前記工具保持部が、前記装置基台上において、Ｚ軸方向に移動可能に備えられた第１ステージにロードセルを介して吊り下げられた第２ステージに装着されている
ことを特徴とする塗膜切込み装置。

【請求項2】

前記切削装置は、直線型の装置本体部と前記装置本体部の先端に着脱可能に装着される切削工具とを有し、
前記工具保持部は、前記切削装置をＺ軸方向に沿って起立状態で保持する構造を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の塗膜切込み装置。

【請求項3】

前記工具保持部は、前記切削装置の先端側を固定する先端側固定部と、前記先端側固定部より基端側に位置し、前記切削装置の装置本体部を固定する基端側固定部とを有する
ことを特徴とする請求項２に記載の塗膜切込み装置。

【請求項4】

前記先端側固定部は、Ｚ軸方向に貫通する支持孔を有してなり、この支持孔に前記切削装置の先端側が挿入・支持される構造を有している
ことを特徴とする請求項３に記載の塗膜切込み装置。

【請求項5】

前記切削装置は、電動式のマイクログラインダで構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の塗膜切込み装置。

【請求項6】

前記ツールユニットは、前記切削工具に臨む位置に切削時に発生する切粉を吸引するための吸引機構の吸込口を有している
ことを特徴とする請求項２に記載の塗膜切込み装置。

【請求項7】

前記吸引機構は、吸引装置に連通する吸引通路と、前記吸引通路に連通する吸引ノズルとを有してなり、
前記吸引ノズルは、前記切削工具の先端近傍の外周を囲う筒状部を有し、この筒状部によって前記切削工具の外周に形成される環状の開口部が前記吸込口とされる
ことを特徴とする請求項６に記載の塗膜切込み装置。

【請求項8】

前記試験片ホルダは、Ｚ軸方向に昇降可能な昇降ステージと、前記昇降ステージと協働して前記試験片の周縁を挟み込んで保持する押えフレームと、前記押えフレームの外側にこぼれ落ちる切粉を受け止める切粉落下防止トレーとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の塗膜切込み装置。

【請求項9】

前記装置基台は、前記試験片ホルダをＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動機構と、前記試験片ホルダをＹ軸方向に駆動するＹ軸駆動機構と、前記試験片ホルダをθ軸周りに回転駆動するθ軸駆動機構と、前記第１ステージをＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動機構と、これら各駆動機構を駆動制御する制御手段とを備えている
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の塗膜切込み装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、塗膜切込み装置に関し、より詳細には、素地上に塗膜が形成された試験片に対して所定の切込み処理を行う装置に関する。

【背景技術】

【0002】

塗料の一般試験方法には様々な試験があるが、そのなかには塗膜に所定の切込みを入れて行う試験がある。たとえば、塗膜の付着性を評価するクロスカット法（ＪＩＳ－Ｋ５６００－５－６）や、塗膜の長期耐久性を評価するサイクル腐食試験方法（ＪＩＳ－Ｋ５６００‐７－９）、塩水噴霧試験方法（ＪＩＳ―Ｚ２３７１）、屋外暴露耐候性試験方法（ＪＩＳ－Ｋ５６００－７－６）、Paint and varnishes-Corrosion Protection of steel structures by protective paint systems（ＩＳＯ１２９４４）などが知られている。

【0003】

このような試験では、素地上に塗膜が形成された試験片が用いられる。試験片の塗膜には、試験前または試験中に、カッターナイフで所定の切込みが入れられる。たとえば、クロスカット法では、試験前の準備として、カッターナイフを用いて手作業で試験片の塗膜に直角の格子パターン（２５マス）が切り込まれる（たとえば、特許文献１参照）。また、サイクル腐食試験や屋外暴露耐候性試験では、試験前に試験片の塗膜にカッターナイフを用いて手作業で切込みが行われ、その後塩水の噴霧、乾燥、湿潤の腐食サイクルが繰り返し実行されたり、屋外暴露耐候性試験が実行される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２-８５７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、このような従来のやり方には以下のような問題があり、その改善が望まれていた。

【0006】

すなわち、従来のようなカッターナイフによる塗膜への切込みでは、切込みに伴う素地の露出が少なくなる傾向がある。そのため、たとえば、サイクル腐食試験や塩水噴霧試験、屋外暴露耐候性試験のような塗膜の耐久性に関する試験では素地等の腐食による錆の発生や塗膜の膨らみや塗膜の剥がれなどが発現するまでに長期間を要することとなり、試験に長期間を要するという問題があった。また、塗膜への切込みの深さや切込み角度、さらには素地への食い込み具合などは試験結果に大きく影響を与えるところ、従来のように切込み処理を手作業で行っていたのでは、人為的な偏りにより、切込みの再現性・安定性が乏しく、塗膜に均一な切込みを施すことが困難であった。

【0007】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、素地の露出が大きい切込み処理を実現するとともに、再現性、安定性の高い均一な切込み処理を塗膜に施すことができる塗膜切込み装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に係る塗膜切込み装置は、表面に塗膜が形成された試験片に対して所定の切込み処理を行う装置であって、上記試験片を保持する試験片ホルダと、上記試験片ホルダに保持された試験片に対して所定の切込み処理を行うツールを備えたツールユニットとを有してなり、上記試験片ホルダは、装置基台上において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向に移動可能に備えられ、上記ツールユニットは、動力源を有する手持ち式の切削装置と、上記切削装置を着脱可能に保持する工具保持部とを有し、上記工具保持部が、上記装置基台上において、Ｚ軸方向に移動可能に備えられた第１ステージにロードセルを介して吊り下げられた第２ステージに装着されていることを特徴とする。

【0009】

そして、本発明はその好適な実施態様として、以下の特徴を備えている。
（１）上記切削装置は、直線型の装置本体部と上記装置本体部の先端に着脱可能に装着される切削工具とを有し、上記工具保持部は、上記切削装置をＺ軸方向に沿って起立状態で保持する構造を備えていることを特徴とする。

【0010】

（２）上記工具保持部は、上記切削装置の先端側を固定する先端側固定部と、上記先端側固定部より基端側に位置し、上記切削装置の装置本体部を固定する基端側固定部とを有することを特徴とする。

【0011】

（３）上記先端側固定部は、Ｚ軸方向に貫通する支持孔を有してなり、この支持孔に上記切削装置の先端側が挿入・支持される構造を有していることを特徴とする。

【0012】

（４）上記切削装置は、電動式のマイクログラインダで構成されることを特徴とする。

【0013】

（５）上記ツールユニットは、上記切削工具に臨む位置に切削時に発生する切粉を吸引するための吸引機構の吸込口を有していることを特徴とする。

【0014】

（６）上記吸引機構は、吸引装置に連通する吸引通路と、上記吸引通路に連通する吸引ノズルとを有してなり、上記吸引ノズルは、上記切削工具の先端近傍の外周を囲う筒状部を有し、この筒状部によって上記切削工具の外周に形成される環状の開口部が上記吸込口とされることを特徴とする。

【0015】

（７）上記試験片ホルダは、Ｚ軸方向に昇降可能な昇降ステージと、上記昇降ステージと協働して上記試験片の周縁を挟み込んで保持する押えフレームと、上記押えフレームの外側にこぼれ落ちる切粉を受け止める切粉落下防止トレーとを有することを特徴とする。

【0016】

（８）上記装置基台は、上記試験片ホルダをＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動機構と、上記試験片ホルダをＹ軸方向に駆動するＹ軸駆動機構と、上記試験片ホルダをθ軸周りに回転駆動するθ軸駆動機構と、上記第１ステージをＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動機構と、これら各駆動機構を駆動制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、塗膜が形成された試験片を保持する試験片ホルダが、装置基台上でＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ軸方向に移動可能に構成されるとともに、塗膜に対する切込み処理を行うツールユニットが、装置基台上でＺ軸方向に移動可能に備えられた第１ステージにロードセルを介して吊り下げられた第２ステージに装着されているので、たとえば、切削工具が回転していないツールユニットを試験片の位置まで下げ、ロードセルにおいて指定された荷重の値が検出された位置をＺ軸の原点とし、そこから切削工具を回転させながら指定の切込み深さまで下降させて、指定の深さに達した位置を保持し続けた状態で試験片をＸ軸方向などに移動させて試験片の塗膜をカットすることができ、再現性、安定性が高く均一な切込みを塗膜に施すことができる。そのため、本発明に係る塗膜切込み装置を用いることにより、塗膜の機械的性質を評価する試験をバラつきなく正確に行うことができる。

【0018】

また、ツールユニットには、動力源を有する手持ち式の切削装置が備えられるので、たとえば、切削装置に適用する切削工具としてエンドミルを用いることにより、試験片の塗膜に対する切込み処理において、素地の露出に関して取り付けたエンドミルの直径と同等の大きい切込みを形成することができる。その結果、塗膜の耐久性に関する試験において素地等の腐食による錆の発生や塗膜の膨らみ、塗膜の剥がれなどが発現するまでの期間を短縮でき、試験に要する時間を短縮することができる。また、一定の幅と深さで塗膜と素地をカットでき、再現性、安定性の高い均一な切込み処理を塗膜に施すことができるため、サイクル腐食試験や塩水噴霧試験、屋外暴露耐候性試験のような塗膜の耐久性に関する試験で安定した結果を得られることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る塗膜切込み装置の外観構成の一例を示す正面側斜視図である。

【図2】同塗膜切込み装置の外観構成の一例を示す背面側斜視図である。

【図3】同塗膜切込み装置の内部構造を部分的に示した斜視図である。

【図4】同塗膜切込み装置のツールユニットの外観構成の一例を示す斜視図である。

【図5】同ツールユニットへの切削装置の装着と手順を示す分解斜視図である。

【図6】同ツールユニットにおける切粉の吸引機構を示すツールユニットの部分断面図である。

【図7】本発明に係る塗膜切込み装置の試験片ホルダの外観構成の一例を示す斜視図であって、図７（ａ）は昇降ステージを上昇させて試験片を保持した状態を、図７（ｂ）は昇降ステージを下降させて試験片を除去した状態をそれぞれ示している。

【図8】同塗膜切込み装置による試験片の切削状態を示すツールユニットおよび試験片ホルダの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る塗膜切込み装置の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。

【0021】

塗膜切込み装置１は、表面に塗膜が形成された試験片ＴＰに対して所定の切込み処理を行うための装置であって、試験片ＴＰを保持する試験片ホルダ２と、試験片ＴＰに対して所定の切込み処理を行うツール（切削装置４０）を保持するツールユニット３とを主要部として備えている。

【0022】

ここで、試験片ＴＰは、金属または樹脂などで構成された素地の上に機械的性質が評価される塗膜が形成された板状またはフィルム状の試料である。素地としては、たとえば金属（鉄、炭素鋼、耐候性鋼、亜鉛、銅、アルミニウム、ステンレス鋼など）、プラスチックなどの合成樹脂のほか、コンクリート、ゴム、ガラスなどが例示される。また、塗膜としては、たとえば塗料（アクリル樹脂系、シリコン樹脂系、フッ素樹脂系などの塗料）を塗布または印刷してなる塗膜が例示される。なお、本実施形態では、試験片ＴＰとして、図８に示すように、薄い金属板に塗膜を形成してなる試験片ＴＰが例示されるが、図７（ａ）に示すように、厚手の素地（たとえばコンクリート片）の上に塗膜を形成した試験片ＴＰを用いることも可能である。

【0023】

塗膜切込み装置１は、図１および図２に示すように、ケーシング４に収容されている。ケーシング４は、装置全体を覆うケーシング本体４ａと、ケーシング本体４ａにヒンジ５を介して開閉可能に取り付けられた開閉蓋４ｂとで構成されており、開閉蓋４ｂを閉じることによって、試験片ホルダ２およびツールユニット３を含む装置全体を閉じた空間内に収容できるようになっている。そのため、試験片ＴＰに対して切込み処理を行うときは、開閉蓋４ｂを閉じることで、塗膜の切削屑などの切粉が装置外部に飛散するのを防止することができる。なお、本実施形態では、ケーシング４は、アルミニウム製のフレーム４ｃ，４ｃ，…を立体的（箱型）に組み立て、このフレーム４ｃの枠内に所定のパネルを装着することで閉じた空間を形成している。図中の符合４ｄは、開閉蓋４ｂを構成するフレーム４ｃに備えられた透明な窓パネルを示しており、この窓パネル４ｄを通じて切込み処理の状況をケーシング４の外部から視認できるようになっている。また、図中の符合４ｅは、ケーシング本体４ａを構成するフレーム４ｃに備えられた金属製の化粧パネルを示している。

【0024】

試験片ホルダ２は、試験片ＴＰを固定的に保持するためのホルダであって、図７および図８に示すように、上下方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に構成された昇降ステージ６と、昇降ステージ６と協働して試験片ＴＰを挟み込んで保持する押えフレーム７と、押えフレーム７の外側にこぼれ落ちる切粉を受け止める切粉落下防止トレー１７とを主要部として構成されている。

【0025】

具体的には、試験片ホルダ２は、ベース板８と、ベース板８に立設される支柱９と、支柱９上に配置される押えフレーム７と、押えフレーム７の下方に配置される昇降ステージ６と、昇降ステージ６の昇降機構１０とを備えている。ベース板８は略矩形状を呈する板状の部材で構成されており、その四隅に支柱９，９，…が立設されている。押えフレーム７は、試験片ＴＰが載置された昇降ステージ６が上昇したときに、試験片ＴＰの外周縁と当接して、試験片ＴＰを昇降ステージ６との間に挟み込んで保持する部材であって、中央部が開口した枠体で構成されおり、その四隅が支柱９上に取り付けられている。なお、押えフレーム７において、昇降ステージ６と対面する面（下面）には、図示しない弾性体（たとえば、ゴム板）が配置される。これにより、試験片ＴＰの位置ずれが弾性体との摩擦によって防止される。また、この種の試験片ＴＰでは、試験片ＴＰの端部をシールするために試験片ＴＰの外周縁に塗膜を構成する塗料を多めに塗布することがあり、そのため試験片ＴＰの外周縁が膨らんでいることがある。しかし、このように外周縁が膨らんだ試験片ＴＰであっても押えフレーム７に弾性体を配置しておくことで、確実に保持することができるようになる。

【0026】

昇降ステージ６は、４本の支柱９，９，…の内側に配置される略矩形状を呈する板状部材で構成される。昇降機構１０は、昇降ステージ６の下面に作用するカム１８と、このカムの回転軸１９に連結された昇降ノブ１１と、昇降ステージ６の昇降移動を案内するリニアシャフト１２およびリニアブッシュ１３とを有しており、昇降ノブ１１の回転に伴って、回転軸１９が回転し、これによりカム１８が昇降ステージ６に作用して昇降ステージ６を昇降させるようになっている。図中の符合１４は昇降ステージ６を下げ切った位置で、昇降ノブ１１の回転を制限する回転ストッパである。また、図７に示す昇降ステージ６は、当該ステージの外周部に中央より低い溝１６が形成されている。この溝１６は、上述した外周縁が膨らんだ試験片ＴＰの膨らんだ外周縁部分を収容するための溝であって、この溝に外周縁を収容することで、昇降ステージ６上に試験片ＴＰを安定して載置することができる。

【0027】

切粉落下防止トレー１７は、試験片ＴＰへの切込み処理によって発生する切粉が後述する装置基台２０側に落下するのを防止するための部材であって、昇降ステージ６の下方に配置される。本実施形態では、切粉落下防止トレー１７は、昇降ステージ６や押さえフレーム７と同様の略矩形状を呈する皿状の部材で構成されており、その外周縁は昇降ステージ６および押えフレーム７の外周縁よりも外側に張り出している。また、切粉落下防止トレー１７は、昇降ステージ６とともに昇降移動できるように、昇降ステージ６の下面に装着されている。これにより、試験片ＴＰへの切込み処理によって発生する切粉（塗膜や素地の切削屑など）が押えフレーム７から外側にこぼれ落ちて試験片ホルダ２の下（具体的には、後述するＸＹステージ２９や基台板２１などの上）に落下するのを防止することができる。

【0028】

このように構成された試験片ホルダ２は、使用にあたり、まず、昇降ステージ６を試験片ＴＰのセット位置まで下げ、その位置で昇降ステージ６上に試験片ＴＰを載置する。なおその際、試験片ＴＰが薄い場合は、図８に示すように、試験片ＴＰの表面の高さ位置を調整するスペーサＳＰを試験片ＴＰの下に適宜配置する（図８ではスペーサＳＰを２枚配設した状態を示している）。試験片ＴＰの載置が完了すると、次に、昇降ノブ１１を操作して昇降ステージ６を上昇させる。昇降ステージ６を上昇させることで、昇降ステージ６と押えフレーム７との間に試験片ＴＰが挟み込まれ、昇降ステージ６と押えフレーム７との間に試験片ＴＰが保持される。

【0029】

本発明に係る塗膜切込み装置１では、このような構成を有する試験片ホルダ２は、塗膜切込み装置１の装置基台２０上において、Ｘ軸方向（左右方向）、Ｙ軸方向（前後方向）およびθ軸方向（周方向）に移動可能に備えられている。

【0030】

ここで、塗膜切込み装置１の装置基台２０について図３を参照しつつ説明する。
本実施形態に示す塗膜切込み装置１では、装置基台２０を構成する基台板２１の下側に表示部９０、操作部９１、図示しないマイコンや電源部などの電装品を収容する電装品エリアＥＡが形成され、基台板２１の上側に試験片ホルダ２とその駆動機構を収容する試験片ホルダエリアＨＡと、その上方にツールユニット３とその駆動機構を収容するツールユニットエリアＴＡとが形成されている。

【0031】

試験片ホルダ２は基台板２１上に配置されている。基台板２１は、ケーシング４のフレーム４ｃ,４ｃ，…によるフレーム構造によってケーシング４内の所定の高さ位置に支持されており、ケーシング４の底板（図示せず）と基台板２１との間に電装品エリアＥＡを形成している。基台板２１には、試験片ホルダ２をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動機構２５と、試験片ホルダ２をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構２６と、試験片ホルダ２をθ軸周りに回転させるθ軸駆動機構２７とが備えられる。

【0032】

Ｙ軸駆動機構２５は、基台板２１上にＹ軸方向に配設された一対のＹ軸レール２８と、Ｙ軸レール２８上をＹ軸方向に走行可能に配置されたＸＹステージ２９と、ＸＹステージ２９をＹ軸方向に駆動するＹ軸モータ（図示せず）とを備えている。Ｙ軸モータは、後述する制御部１００と接続されており、制御部１００によってＸＹステージ２９のＹ軸方向の位置制御ができるようになっている。

【0033】

Ｘ軸駆動機構２６は、ＸＹステージ２９上にＸ軸方向に配設された一対のＸ軸レール３１と、Ｘ軸レール３１上をＸ軸方向に走行可能に配置された第１θステージ３２と、第１θステージ３２をＸ軸方向に駆動するＸ軸モータ３３とを備えている。Ｘ軸モータ３３は、後述する制御部１００と接続されており、制御部１００によって第１θステージ３２のＸ軸方向の位置制御ができるようになっている。第１θステージ３２の四隅には支柱３８が立設されており、この支柱３８上に第２θステージ３４が配設されている。すなわち、Ｘ軸レール３１上に配置されるθステージは、第１および第２のθステージからなる２層構造とされる。

【0034】

θ軸駆動機構２７は、第２θステージ３４上に配設された環状のθ軸レール（図示せず）と、θ軸レール上に配置されてθ軸を中心に軸周りに回転可能に配置された試験片ホルダ取付板３６と、試験片ホルダ取付板３６に連結されたθ軸体（図示せず）を回転駆動するθ軸モータ（図示せず）とを有している。θ軸モータは、後述する制御部１００と接続されており、制御部１００によって試験片ホルダ取付板３６の回転角を制御できるようになっている。なお、θ軸体は、第２θステージ３４を貫通して第１θステージ３２に配置された電磁ブレーキ（図示せず）に連結されており、電磁ブレーキによってθ軸体の回転を制止できるようになっている。これにより、試験片ホルダ取付板３６に取り付けられた試験片ホルダ２の回転を制止・固定することができ、試験片ＴＰへの切込み処理中における試験片ホルダ２の位置ずれが防止される。

【0035】

そして、このθ軸駆動機構２７の試験片ホルダ取付板３６上に試験片ホルダ２のベース板８が取り付けられている。これにより、試験片ホルダ取付板３６の回転とともに試験片ホルダ２が回転駆動するようになっている。

【0036】

なお、本実施形態では、試験片ホルダ２のＹ軸駆動機構２５、Ｘ軸駆動機構２６およびθ軸駆動機構２７について、上下方向の高さ位置をずらして配置した積層構造を採用していることから、試験片ホルダ２の駆動手段を狭いスペース（平面視において狭いスペース）に配置することができ、塗膜切込み装置１をコンパクトに構成できる。

【0037】

一方、ツールユニット３は、試験片ホルダ２に保持された試験片ＴＰに対して所定の切込み処理を行うためのユニットであって、図４ないし図６に示すように、試験片ＴＰに切込み処理を行う切削装置４０と、切削装置４０を着脱可能に保持する工具保持部５０とを主要部として備えている。また、本実施形態では、ツールユニット３には、切込み処理時に発生する切粉を吸引するための吸引機構６０が備えられている。

【0038】

切削装置４０は、動力源を有する手持ち式の切削装置であって、片手持ちに対応した形状の直線型（いわゆるペンシル型）の装置本体部４１と、装置本体部４１の先端に着脱可能に装着される切削工具４２とを有している。本実施形態では、切削装置４０は、動力源として電動モータ（図示せず）を備えた電動式の装置で構成される。切削装置４０は、装置本体部４１内に切削工具４２を回転駆動する電動モータを備えており、ケーシング４の外部に配置されたモータ制御装置（図示せず）と電動モータとが制御ケーブル４３を介して有線接続されている。モータ制御装置は、電動モータに対する電力供給と電動モータの駆動制御とを行う装置であって、図示しない外部の商用電源から電力供給を受けて電動モータに給電するとともに、装置本体部４１に内蔵された電動モータのＯＮ／ＯＦＦ制御および回転速度制御などを行う。

【0039】

装置本体部４１の先端には、切削工具４２を着脱可能に装着するチャッキング機構部４４が備えられている。チャッキング機構部４４は、手動操作によって切削工具４２の着脱ができるように構成されている。本実施形態では、チャッキング機構部４４には、試験片ＴＰの塗膜に対する切込み処理用の工具としてエンドミルが装着される。エンドミルによる塗膜への切込み処理はカッターナイフによる切込み処理に比して塗膜に幅広の切込みを形成することができる。本実施形態では切削工具４２としてエンドミルが好適に使用されるが、電動モータの回転に伴って塗膜に対して幅広の切込み処理が可能な工具であれば、エンドミル以外の工具、たとえば、スロットドリル、コバルトスロットドリルなどを用いることも可能である。

【0040】

なお、本実施形態では、上述した切削装置４０として、市販品のマイクログラインダ（たとえば、株式会社ナカニシ製のＥＶ４１０－１００／ＥＶ４１０－２３０など）を使用している。このように切削装置４０に市販品の装置を使用することで、ツールユニット３の製造コスト、メンテナンスコストを安価に抑えることができる。

【0041】

工具保持部５０は、切削装置４０を着脱可能に保持するものであって、切削装置４０をＺ軸方向に沿って起立状態で保持する構造を備えている。具体的には、工具保持部５０は、切削装置４０の先端側を固定する先端側固定部５１と、先端側固定部５１より基端側に位置し、切削装置４０の装置本体部４１を固定する基端側固定部５２と、先端側固定部５１と基端側固定部５２とを連結する連結部５３とを備えている。

【0042】

先端側固定部５１は、水平に配置される略矩形の板状部材で構成される。この板状部材は、長手方向の一端が連結部５３の下端に固定されるとともに、長手方向の他端側にＺ軸方向に貫通する支持孔５４が形成されている。支持孔５４は、切削装置４０の先端側を挿入するための孔であって、図６に示すように、支持孔５４に切削装置４０の先端側を挿入することにより、切削装置４０の先端側が支持孔５４の周縁によって位置決め支持されるようになっている。すなわち、先端側固定部５１は、切削装置４０において先端側から基端側に向かって胴体径が太くなる部分を利用して、この太くなった胴体径よりも狭い開口径の支持孔５４を用いて切削装置４０を受け止めることで、切削装置４０の先端側を支持する構造を備えている。そのため、支持孔５４によって先端側が支持された切削装置４０は、その先端に備えられた切削工具４２が前後左右（Ｘ，Ｙ軸方向）にぶれることなく安定して保持される。

【0043】

基端側固定部５２は、切削装置４０の装置本体部４１を挟み込んで固定する構造を有しており、連結部５３に固定される本体部５５と、切削装置４０を本体部５５側に押さえつけて固定する押さえ片部５６とを備えている。本体部５５は、Ｚ軸方向に厚みのあるブロック状の部材で構成されており、その長手方向の一端が連結部５３の上端に固定されるとともに、長手方向の他端の端面にＺ軸方向に貫通する装着溝５８が形成されている（図５参照）。装着溝５８は、切削装置４０の装置本体部４１の外周形状に対応した凹状の溝で構成される。押さえ片部５６は、本体部５５と対面する側の端面に、Ｚ軸方向に貫通する第２の装着溝５９が形成されている（図５参照）。第２の装着溝５９は、装着溝５８と同様に、切削装置４０の装置本体部４１の外周形状に対応した凹状の溝で構成されている。そして、押さえ片部５６を本体部５５の他端側の端面に突き合わせることによって第２の装着溝５９と装着溝５８との間に切削装置４０の保持空間を形成し、この保持空間に切削装置４０の装置本体部４１を挟み込んで保持するようになっている。なお、押さえ片部５６はネジ５７によって本体部５５に着脱可能に装着され、これによって切削装置４０の装置本体部４１が本体部５５に着脱可能に固定される。

【0044】

このように構成された工具保持部５０は、その使用にあたり、まず、先端側固定部５１の支持孔５４に切削装置４０の先端側を挿入して切削装置４０の先端側を位置決めする。そして、基端側固定部５２の装着溝５８と第２の装着溝５９との間に切削装置４０の装置本体部４１を挟み込んみ、その状態で押さえ片部５６を本体部５５に装着・固定する。これにより、切削装置４０は、切削工具４２を下に向けてＺ軸方向に沿って起立した状態で保持される。このとき、切削装置４０は、基端側固定部５２の装着溝５８および第２の装着溝５９により形成される二つの面によってその全周が挟持されるので、これらの面によって装置本体部４１は安定的に保持される。そのため、試験片ＴＰヘの切込み処理時の切削抵抗や荷重などの影響による切削装置４０のぐらつきを抑制し、安定した切込み処理を実現できる。

【0045】

吸引機構６０は、切削装置４０による切込み処理の際に発生する切粉を吸引・除去するための装置であって、図示しない吸引装置６１と、吸引装置６１に連通する吸引通路６２と、吸引通路６２に連通する吸引ノズル６３とを主要部として備えている。

【0046】

吸引装置６１は、試験片ＴＰの塗膜や素地の切削屑などの切粉を吸引する装置であって、本実施形態ではケーシング４の外部に配置される。吸引装置６１としては、たとえば、業務用または家庭用の掃除機が好適に用いられる。吸引ノズル６３は、切削工具４２に臨む位置に切粉の吸込口６４を配置する部品であって（図６参照）、本実施形態では、工具保持部５０の先端側固定部５１の下面に配置されている。この吸引ノズル６３は、切削工具４２の先端近傍の外周を囲う筒状部６３ａを有し、この筒状部６３ａによって切削工具４２の外周に形成される環状の開口部を吸込口６４としている。このように吸込口６４を環状に構成することで、切削工具４２の周囲に吸込口６４が形成され、切粉を効率的に吸引することができる。なお、吸込口６４の形成にあたっては、図６に示すように、吸引ノズル６３の下端面から切削工具４２の先端が突出するように構成される。これは切削工具４２による切込み処理時に吸引ノズル６３の下端面が試験片ＴＰの表面と接触干渉しないようにするためである。たとえば、試験片ＴＰへの切込み深さが２ｍｍの場合、切削工具４２の突出量Ｌ１は切込み深さより長い値（たとえば、３ｍｍ）に設定される。

【0047】

また、筒状部６３ａには、管路の一端が筒状部６３ａの側壁を貫通する管継手６５が装着されている。この管継手６５の他端にはフレキシブル吸引チューブ６６の一端が装着されている。フレキシブル吸引チューブ６６は、後述するツールユニット３の昇降動作に対応可能な柔軟性を有するチューブで構成されており、その他端が吸引管路６７の一端に接続される。吸引管路６７は、フレキシブル吸引チューブ６６の他端を吸引装置６１の吸込口（図示せず）に接続するための配管であって、図２および図３に示すように、その他端はケーシング４の外部に引き出されて、最終的に吸引装置６１の吸込口に接続される。すなわち、吸引装置６１と吸引ノズル６３は、吸引管路６７、フレキシブル吸引チューブ６６および管継手６５を介して連通するように接続されており、これらが切粉の吸引通路６２を構成している。

【0048】

そして、このように構成されたツールユニット３は、工具保持部５０の連結部５３の背面側（先端側固定部５１、基端側固定部５２が備えれる面とは反対側の面）に、ツールユニット３をＺ軸方向（上下方向）に移動可能に支持するための取付板３５が備えられており、この取付板３５を介して後述する第２ステージ７２に着脱可能に装着されている。

【0049】

次に、ツールユニット３をＺ軸方向に移動可能に構成する構造について説明する。
本実施形態に示す塗膜切込み装置１では、ツールユニット３は、図３に示すように、装置基台２０上において、Ｚ軸方向に移動可能に備えられた第１ステージ７１にロードセル（図示せず）を介して吊り下げられた第２ステージ７２に装着される。

【0050】

第１ステージ７１は、基台板２１上に起立して設けられたＺ軸移動用のＺ軸ベース板７０）に取り付けられている。Ｚ軸ベース板７０にはＺ軸方向に一対のＺ軸レール７３が配設されており、第１ステージ７１はこのＺ軸レール７３にスライド移動可能に装着されている。また、Ｚ軸ベース板７０には、第１ステージ７１をＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動機構（図示せず）が備えられている。Ｚ軸駆動機構は、Ｚ軸レールと、第１ステージ７１をＺ軸方向に駆動するＺ軸モータ（図示せず）とを備えており、第１ステージ７１はＺ軸モータと駆動連結され、これによって第１ステージ７１がＺ軸方向に駆動するように構成されている。なお、Ｚ軸モータは、後述する制御部１００と接続されており、制御部１００を通じて第１ステージ７１、ひいてはツールユニット３のＺ軸方向の位置を制御できるようになっている。

【0051】

ロードセルは、ツールユニット３に付加される荷重を測定するセンサであって、一端が第１ステージ７１に連結されるとともに、他端が第２ステージ７２に連結されている。これにより、第２ステージ７２は、ロードセルを介して第１ステージ７１に吊り下げられている。

【0052】

このように吊り下げられた第２ステージ７２にツールユニット３を取り付けると、ツールユニット３の自重によりロードセルが引張状態となって第２ステージ７２が下降する。ここで、ツールユニット３の自重が１ｋｇであり、１ｋｇあたりのロードセルのたわみ量が４μｍであったと仮定すると、この状態で第１ステージ７１を下降させてツールユニット３に保持された切削装置４０の切削工具４２の先端を試験片ＴＰに接触させると、接触前に４μｍの引張状態になっていたロードセルのたわみが徐々に戻ることになるが、この時の戻り量が４μｍ以下の場合は自重（１ｋｇ）以下の荷重が付加されていることになる。第１ステージ７１をさらに下降させ、ロードセルに圧縮方向のたわみが加わるようになると、自重以上の荷重が付加されていることになる。これらの荷重は、いずれもＺ軸駆動機構のＺ軸モータの推力によって設定される。なお、ロードセルは制御部１００と接続されており、制御部１００はツールユニット３に付加される荷重を測定できるようになっている。

【0053】

第２ステージ７２は、ツールユニット３を装着する部位であって、略板状の部材で構成されている。本実施形態では、第２ステージ７２は、第１ステージ７１の表面にＺ軸方向に配設される一対のガイドレール（図示せず）に装着されており、このガイドレールに沿ってＺ軸方向にスライド移動できるように構成されている。

【0054】

このように、本実施形態に示す塗膜切込み装置１では、第１ステージ７１をＺ軸方向に移動させることによって、第２ステージ７２に装着されたツールユニット３をＺ軸方向に移動させることができ、これにより、ツールユニット３に保持された切削装置４０の切削工具４２を用いて、試験片ホルダ２に保持された試験片ＴＰに対して、所定の切込み処理を行えるようになっている。

【0055】

制御部１００は、Ｙ軸駆動機構２５（Ｙ軸モータ）、Ｘ軸駆動機構２６（Ｘ軸モータ３３）、θ軸駆動機構２７（θ軸モータ）、Ｚ軸駆動機構（Ｚ軸モータ）などを制御する制御装置であって、本実施形態では、これら各駆動機構の駆動制御や表示部９０の表示制御などを行う制御プログラムを備えたマイコン（図示せず）で構成されており、装置基台２０の電装品エリアＥＡに収容されている。特に、本実施形態では、制御部１００は、これら各駆動機構の駆動制御を通じて、後述する塗膜への切込み処理を実行するように構成されている。

【0056】

なお、図中の符合９０は塗膜切込み装置１の表示部を示している。本実施形態では、表示部９０は、たとえば、操作部９１を兼ねたタッチパネルで構成される。また、図中の９１は、タッチパネル以外の物理スイッチで構成された操作部を示している。塗膜切込み装置１のユーザは、表示部９０の表示を確認しながら、物理スイッチやタッチパネルを操作することで、制御部１００に対して各種指示を入力できるようになっている。

【0057】

次に、塗膜切込み装置１による試験片ＴＰの塗膜への切込み処理について説明する。
塗膜への切込み処理は、概ね以下の手順で行われる。

【0058】

（１）試験片ホルダ２への試験片ＴＰの装着
塗膜の切込み処理にあたっては、事前準備として、表面に塗膜が形成された試験片ＴＰを試験片ホルダ２に装着する。この装着は、上述したように、昇降ステージ６と押えフレーム７との間に試験片ＴＰを挟み込んで保持することにより行う。

【0059】

（２）ツールユニット３への切削装置４０の装着
試験片ホルダ２への試験片ＴＰの装着と並行して、ツールユニット３に切削装置４０を装着する。この装着は、基端側固定部５２の押さえ片部５６を取り外して行う。具体的には、押さえ片部５６を取り外した状態で、切削装置４０の先端を先端側固定部５１の支持孔５４に挿入して先端側の位置決めを行いつつ、切削装置４０の装置本体部４１を基端側固定部５２の装着溝５８に嵌め合わせ、その上から押さえ片部５６を装着、ネジ止め固定することで、切削装置４０の装着を完了する。なお、あらかじめ切削装置４０が装着されたツールユニット３を用いることで、この作業は省略することができる。

【0060】

（３）切込み処理
切削装置４０の装着が完了すると、次に、試験片ＴＰに対する切込み処理を実行する。試験片ＴＰへの切込み処理は、ユーザが操作部９１を介してＹ軸駆動機構２５、Ｘ軸駆動機構２６、θ軸駆動機構２７およびＺ軸駆動機構のそれぞれを操作して手動で行ってもよいが、本実施形態では、制御部１００による自動制御によって切込み処理の全工程または一部の工程が自動で実行されるように構成される。すなわち、試験片ＴＰの切込み処理の自動制御に必要なデータをユーザが入力することで、入力されたデータに基づいて、制御部１００がＹ軸駆動機構２５、Ｘ軸駆動機構２６、θ軸駆動機構２７およびＺ軸駆動機構をそれぞれ駆動制御して自動で切込み処理を実行する。なお、本実施形態では、切削装置４０および吸引装置６１は制御部１００とは連携していないので、これらの装置はユーザが手動で操作する。

【0061】

以下、制御部１００による切込み処理の一例を説明する。
Ａ：荷重を指定した切込み処理
（Ｉ）この切込み処理では、制御部１００は、まずＺ軸駆動機構を駆動して切削工具４２を下降させる。このとき、切削装置４０および吸引装置６１は作動停止状態にある。
（ＩＩ）切削工具４２の下降中、制御部１００は、ロードセルで検出される荷重を監視し、検出される荷重が所定の荷重（ユーザが設定した荷重）に到達すると、その時点で切削工具４２の下降を停止させる。ユーザはこのタイミングで切削装置４０および吸引装置６１を手動で作動させる。
（ＩＩＩ）切削工具４２の下降を停止させた制御部１００は、Ｚ軸駆動機構の停止状態（第１ステージ７１のＺ軸方向の位置）を維持しながら、あらかじめ入力されたデータに基づいて、Ｙ軸駆動機構２５、Ｘ軸駆動機構２６およびθ軸駆動機構２７を適宜駆動制御し、試験片ＴＰに対して切削工具４２による切込みを加える。

【0062】

このとき、Ｙ軸駆動機構２５またはＸ軸駆動機構２６を駆動させることで、試験片ＴＰに対してＹ軸方向またはＸ軸方向への切込みを行うことができる。また、これにＺ軸駆動機構によるツールユニット３の上昇・下降動作を組み合わせることで、試験片ＴＰに対して複数列の切込みを行うことができる。さらに、θ軸駆動機構２７による試験片ホルダ２の回転を組み合わせることで、試験片ＴＰに対して直交する切込みを行うことができる。加えて、Ｙ軸駆動機構２５およびＸ軸駆動機構２６の制御により、たとえば切込み速度を一定に保つことができる。

【0063】

Ｂ：切込み深さを指定した切込み処理
（Ｉ）この切込み処理では、制御部１００は、まずＺ軸駆動機構を駆動して切削工具４２を下降させる。このとき、切削装置４０および吸引装置６１は作動停止状態にある。
（ＩＩ）切削工具４２の下降中、制御部１００は、ロードセルで検出される荷重を監視し、検出される荷重が所定の荷重（ユーザが設定した荷重）に到達すると、その時点で切削工具４２の下降を停止させるとともに、このときのＺ軸方向の位置を切込み深さ測定用の原点として記憶させる。なお、ユーザはこのタイミングで切削装置４０および吸引装置６１を手動で作動させる。
（ＩＩＩ）制御部１００は、切込み深さ測定用の原点を基準として所定の切込み深さ（ユーザが設定した切込み深さ）に到達するまでＺ軸駆動機構を駆動し、所定の切込み深さに到達した時点でＺ軸駆動機構を停止させる。そして、この停止状態（第１ステージ７１のＺ軸方向の位置）を維持しながら、あらかじめ入力されたデータに基づいて、Ｙ軸駆動機構２５、Ｘ軸駆動機構２６およびθ軸駆動機構２７を適宜駆動制御し、試験片ＴＰに対して切削工具４２による切込みを加える。

【0064】

なお、本実施形態に係る塗膜切込み装置１では、このような切込み処理中に発生する切粉は吸引装置６１によって吸引され装置外に排出・除去されるとともに、試験片ホルダ２からこぼれ落ちた切粉は切粉落下防止トレー１７によって受け止められるので、こぼれ落ちた切粉によってＹ軸駆動機構２５、Ｘ軸駆動機構２６、θ軸駆動機構２７などが動作不良に陥るおそれが有効に防止される。

【0065】

このように、本発明に係る塗膜切込み装置１によれば、試験片ＴＰ（塗膜）に作用する荷重や切込み深さを指定した切込み処理を実行することができるので、再現性、安定性が高く均一な切込みを塗膜に施すことができる。そのため、本発明に係る塗膜切込み装置１を用いることにより、塗膜の機械的性質を評価する試験をバラつきなく正確に行うことができる。

【0066】

また、試験片ＴＰへの切込み処理にあたり、ツールユニット３の切削装置４０に装着する切削工具４２としてエンドミルなどを選択することで、素地の露出が大きい切込みを試験片ＴＰの塗膜に形成することができる。その結果、塗膜の耐久性に関する試験において素地等の劣化が発現するまでの期間を短縮でき、試験に要する時間を短縮することができる。

【0067】

なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。

【0068】

たとえば、上述した実施形態では、試験片ホルダ２の昇降ステージ６を手動操作で昇降させる場合を示したが、試験片ホルダ２に電動モータを配置するなどして、昇降ステージ６の昇降移動を電動で行わせるように構成することも可能である。

【0069】

また、上述した実施形態では、切削装置４０として、外部電源で駆動する電動式の切削装置を用いた場合を示したが、内部電源で駆動する電池駆動式の切削装置を用いることも可能である他、たとえば、圧縮空気を利用するエアモータなど電気以外の動力源を用いた切削装置を用いることも可能である。

【0070】

また、上述した実施形態では、工具保持部５０は、先端側固定部５１と基端側固定部５２の２つの固定部を用いて切削装置４０を保持する場合を示したが、単一または３つ以上の固定部を用いて切削装置４０を保持してもよい。また、工具保持部５０を構成する個々の固定部は、切削装置４０を着脱可能に保持できる構造であればよく、上述した実施形態に示す構造に限定されず適宜設計変更可能である。

【0071】

また、上述した実施形態では、吸引機構６０の吸引装置６１をケーシング４の外部に配置した場合を示したが、吸引装置６１はケーシング４内に収容されていてもよい。また、吸引ノズル６３の吸込口６４は、切込み処理によって発生する切粉の吸引が可能な態様であればよく、具体的な形状および配置は適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0072】

１ 塗膜切込み装置
２ 試験片ホルダ
３ ツールユニット
４ ケーシング
６ 昇降ステージ
７ 押えフレーム
１０ 昇降機構
１７ 切粉落下防止トレー
２０ 装置基台
２１ 基台板
２５ Ｙ軸駆動機構
２６ Ｘ軸駆動機構
２７ θ軸駆動機構
２９ ＸＹステージ
３２ 第１θステージ
３４ 第２θステージ
４０ 切削装置
４１ 装置本体部
４２ 切削工具
４４ チャッキング機構部
５０ 工具保持部
５１ 先端側固定部
５２ 基端側固定部
５３ 連結部
５４ 支持孔
６０ 吸引機構
６１ 吸引装置
６２ 吸引通路
６３ 吸引ノズル
６４ 吸込口
７１ 第１ステージ
７２ 第２ステージ
９０ 表示部
９１ 操作部
１００ 制御部
ＴＰ 試験片

【要約】

【課題】素地の露出が大きい切込み処理を実現するとともに、再現性、安定性の高い均一な切込み処理を塗膜に施すことができる塗膜切込み装置を提供する。
【解決手段】塗膜が形成された試験片ＴＰに切込み処理を行う装置であって、試験片ＴＰを保持する試験片ホルダ２と切込み処理を行うツールユニット３とを備えている。試験片ホルダ２は、装置基台２０上に、Ｘ軸、Ｙ軸およびθ軸方向に移動可能に備えられる。ツールユニット３は、Ｚ軸方向に移動可能に備えられた第１ステージ７１にロードセルを介して吊り下げられた第２ステージ７３に装着される。塗膜への切込み処理は、動力源を有する手持ち式の切削装置４０をツールユニット３に装着し、これをＺ軸方向に移動させて切込みを行いつつ、試験片ホルダ２をＸ軸、Ｙ軸およびθ軸方向に移動させることで所望の深さ、長さ、向きの切込みを行う。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】