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光沢計（グロスメーターとも呼ばれる）は、表面の鏡面反射 光沢を測定するために使用する機器です。光沢は、一定の強度と角度で光線を表面に投影し、等しく反対の角度で反射された光の量を測定することで測定されます。
光沢測定にはさまざまな形状があり、それぞれ測定対象の表面の種類によって異なります。コーティングやプラスチックなどの非金属の場合、一部の光が表面の素材を透過し、色に応じて吸収されるか拡散散乱されるため、照明の角度が大きくなるにつれて反射光の量が増えます。金属は反射がはるかに大きいため、角度依存性は低くなります。
塗料、セラミック、紙、金属、プラスチックなど、さまざまな材料に使用されるさまざまなタイプの光沢計の使用方法と仕様を定義する国際技術規格が多数あります。多くの業界では、製品の光沢を測定して製造プロセスの一貫性を確保するため、品質管理に光沢計を使用しています。自動車業界は光沢計の主要なユーザーであり、工場の現場から修理工場までさまざまな用途に使用されています。
歴史
光沢測定に関する国際的に記録された多くの出版物のうち、最も古い記録された研究 (知覚的および機器による) は、1914 年に紙の光沢を測定する手段を開発した Ingersoll [1] によるものです。光沢測定用に開発された最も古い機器として知られる Ingersoll の「光沢計」は、光が鏡面反射で偏光するという原理に基づいています。この機器は、入射角と視野角を 57.5° に設定し、偏光要素を使用して全反射から鏡面反射成分を差し引くコントラスト法を採用しました。Ingersoll は、数年後の 1917 年にこの機器の出願に成功し、特許を取得しました。
1922年、ジョーンズ[2]は、ゴニオフォトメトリーを用いた写真用紙の光沢の研究中に、その研究に基づいて、目視評価による光沢評価とより密接な相関関係にある光沢計を開発しました。ジョーンズの光沢計は、45°/0°/45°の幾何学的構成を使用し、表面を45°で照らし、2つの入射反射角を測定して0°（拡散反射率）と45°（拡散反射率と鏡面反射率を加えたもの）で比較しました。ジョーンズは、光沢の研究においてゴニオフォトメトリー測定を使用することの重要性を強調した最初の人物でした。
1925 年の Pfund [3]による初期の研究により、鏡面光沢を測定するための可変角度「光沢計」が開発され、これは後に 1932 年に特許を取得しました。Pfund の機器では、測定角度を変えることができましたが、視野角は照明角度に維持されました。反射光は、高温計ランプを光度計として使用して測定されました。「光沢計」は、反射率設定の基準として黒色ガラス標準を使用した最初の機器でした。角度が可変であるため、この機器は、近斜角での光沢または鏡面光沢の測定にも使用できます。
この間、この分野への関心が高まり、光沢測定の独自の方法を持つ他の研究者による同様の研究が数多く行われ、そのほとんどは当時の科学雑誌に技術論文として発表されました。これらのうちいくつかは特許にも至りました。
1937 年、ハンターは米国規格協会の研究プロジェクトの一環として、光沢の測定方法に関する論文を発表しました。この論文では、6 種類の光沢の分類に関連して、当時入手可能な機器 (前述の機器を含む) について説明しました。また、この論文でハンターは、標準化された光沢計の一般的な要件についても詳しく説明しました。光沢測定の標準化はハンターと ASTM (米国材料試験協会) が主導し、1939 年に鏡面光沢の標準試験方法 ASTM D523 を作成しました。これには、鏡面角度 60° で光沢を測定する方法が組み込まれました。この標準の後の版 (1951 年) には、20° (高光沢) と 85° (マット、または低光沢) で測定する方法が含まれていました。ASTM には、特定の業界での適用を目的として設計された、他の光沢関連の標準が多数あります。
塗料業界では、鏡面光沢度の測定は国際規格 ISO 2813 に従って行われます。この規格は、国家規格 ASTM D523 (米国)、BS 3900、パート 5 (英国)、DIN 67530 (ドイツ)、NFT 30-064 (フランス)、AS 1580 (オーストラリア)、JIS Z8741 (日本) に相当します。
工事
典型的な光沢計は、測定する試験面に平行光線を投射する標準化された光源と、表面から反射された光線を受光するフィルター付き検出器からなる固定された機械アセンブリで構成されています。ASTM法では、光源と検出器の組み合わせがスペクトル補正され、CIE光源SCでCIE発光効率V(?)が得られるように照明を定義する必要があると規定されています。[4]
測定ジオメトリの点で上記の基準に準拠した機器が多数市販されています。これらの機器は、通常、ナトリウムD線の屈折率が1.567である高度に研磨された平面の黒色ガラスで作られた参照標準を使用して較正され、各ジオメトリに対して100の光沢値が割り当てられています。[5]
測定と角度の選択
光沢計は、正確な照明と観察条件を定義することで測定の一貫性を確保しながら光沢の強度を定量的に測定する方法を提供します。[6]照明源と観察受信角度の両方の構成により、全体的な反射角度の狭い範囲での測定が可能になります。光沢計の測定結果は、定義された屈折率を持つ黒色ガラス標準からの反射光の量に関連しています。光沢標準の比率と比較した試料の反射光と入射光の比率は、光沢単位 (GU) として記録されます。
測定角度とは、入射光と垂線の間の角度を指します。工業用コーティングの用途の大半をカバーするために、3 つの測定角度 (20°、60°、85°) が指定されています。角度は、次の表に示すように、予想される光沢範囲に基づいて選択されます。
たとえば、60° で行われた測定が 70 GU より大きい場合、測定精度を最適化するために測定角度を 20° に変更する必要があります。市場には、60° 単角測定器、20° と 60° の組み合わせ、および 20°、60°、85° を組み合わせたタイプの 3 種類の測定器があります。
他の材料にはさらに 2 つの角度が使用されます。セラミック、フィルム、繊維、陽極酸化アルミニウムの測定には 45° の角度が指定され、紙や印刷物には 75° の角度が指定されます。
光沢ユニット
光沢計の測定スケールである光沢単位 (GU) は、指定された角度で鏡面反射率が 100GU である定義された屈折率を持つ、高度に研磨された参照黒色ガラス標準に基づいたスケールです。
この標準は、完全にマットな表面で下限値を 0 に設定し、上限値を 100 に設定するために使用されます。このスケーリングは、ほとんどの非金属コーティングおよび材料 (塗料およびプラスチック) に適しています。通常、これらの材料はこの範囲内に収まるためです。外観が反射率の高いその他の材料 (鏡、メッキ / 未加工の金属部品) の場合、2000 光沢単位に達する高い値を達成できます。透明材料の場合、材料内での複数の反射により、これらの値も増加する可能性があります。これらのアプリケーションでは、光沢単位ではなく、入射光の反射率を使用するのが一般的です。
標準
較正
各光沢計は、BAM 連邦材料研究所または同様の組織にトレーサブルなマスター校正タイルのセットに校正することにより、測定範囲全体で直線性を保つように製造元によって設定されています。
光沢計の性能と直線性を維持するために、チェック用標準タイルの使用をお勧めします。この標準タイルには、測定角度ごとに光沢単位値が割り当てられており、BAM 連邦材料研究所などの国家標準にも追跡可能です。機器は、一般に「校正タイル」または「校正標準」と呼ばれるこのチェック用標準に校正されます。この校正をチェックする間隔は、光沢計の使用頻度と動作条件によって異なります。
最適な状態で保管された標準校正タイルは、数年の間に汚染され、光沢度が数単位変化することがあります。作業環境で使用される標準タイルは、機器メーカーまたは光沢計校正の専門家による定期的な校正またはチェックが必要です。
標準タイルの再校正の間隔は、最低 1 年と見なしてください。校正標準に永久的な傷や損傷が生じた場合は、光沢計の読み取り値が不正確になる可能性があるため、直ちに再校正または交換する必要があります。
国際規格では、光沢計ではなくタイルが校正済みで追跡可能なアーティファクトであると規定されています。ただし、製造元では、動作条件に応じた頻度で機器の動作を確認するために機器のチェックも行うことを推奨することがよくあります。
発達
光沢計は表面の光沢を測定するのに便利な機器ですが、曇りやオレンジピールなど外観品質を低下させるその他の一般的な影響には反応しません。
ヘイズは、反射光の方向をわずかに変える微細な表面構造によって発生し、鏡面（光沢）角度に隣接する部分にブルームが発生します。表面の反射コントラストは低下し、浅い乳白色の効果が見られます。
オレンジピールは、大きな表面構造が不均一な表面に形成され、反射光を歪めることによって発生します。
2 つの高光沢表面は、標準の光沢計で測定するとまったく同じになりますが、見た目は大きく異なる場合があります。画像の鮮明度(DOI) または反射画像品質 (RIQ) とヘイズを測定することで、オレンジピールを定量化できる機器があります。
アプリケーション
光沢計は、製紙工場から自動車まで、多くの業界で採用されており、商品の受領から最終検査までの製造プロセスの各段階で使用されています。例としては、塗料、粉体および木材コーティング、添加剤、インク、プラスチック、自動車、ガラス、ヨットの製造、航空宇宙、研磨された石材および金属、家庭用電化製品、陽極酸化処理された金属などがあります。
参照
参考文献
- ^ Ingersoll, LR (1914) 紙の光沢度を測定する手段、Electr. World、63、645-647; Ingersoll, RS The Glarimeter - An Instrument for measurement the gloss of paper、J. Opt. Soc. Am. 5、213 (1921); Elec. World 63,645 (1914)、Elec. World 64、35 (1915); Paper 27、18 (1921 年 2 月 9 日)、および US Patent 1225250 (1917 年 5 月 8 日)。
- ^ Jones, LA「写真用紙の光沢特性」、J. Opt. Soc. Am. 6、140 (1922)。また、British J. Photography、p. 216 (1922 年 4 月 14 日) も参照。
- ^ Pfund, AH ワニスの物理的試験、Proc. Am. Soc. Testing Materials 25, II, 396 (1925)。
- ^ CIE 出版物 No. 15.2、色彩測定法、ウィーン、1986 年
- ^ NPL レポート「NPL での光沢測定」、AR Hanson、JAF Taylor、MA Basu、DC Williams、J Zwinkels、W Czepluch、2000 年 – 38 ページを参照。
- ^ ハンター、RS「光沢の測定方法」NBS 研究論文 RP 958
外部リンク
- 光沢測定の信頼性のレベル
- PCI マガジンの記事: 光沢測定の信頼性はどの程度ですか?
- NPL: 光沢の測定に関する適正実践ガイド
- 光沢計の理論
- 光沢はどのように測定されますか?
- 光沢計