光沢計
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の機器です。光沢は、一定の強度と角度で光線を表面に照射し、等角度で反対方向からの反射光量を測定することで測定されます。
光沢測定には様々な測定方法があり、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材料の場合、照射角度が大きくなるにつれて反射光量が増加します。これは、光の一部が表面を透過し、その色に応じて吸収されたり拡散散乱したりするためです。金属は反射率がはるかに高いため、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、様々な材料に使用される様々なタイプの光沢計の使用方法と仕様を規定した国際技術規格が数多く存在します。多くの業界では、製品の光沢を測定し、製造工程の一貫性を確保するために、品質管理において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幅広い用途で使用されています。
歴史
光沢測定に関する国際的に記録されている多くの出版物の中で、最も古い記録研究（知覚的および機器による）は、1914年に紙の光沢度を測定する手段を開発したレナード・R・インガソル[ 1 ]によるものとされています 。光沢測定用に開発された最古の機器として知られるインガソルの「光沢計」は、光が鏡面反射において偏光するという原理に基づいていました。この機器は、入射角と視野角を57.5°に設定し、偏光素子を用い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ていました。インガソルはこの機器の出願に成功し、数年後の1917年に特許を取得しました。
1922年、LA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度研究中に、その研究に基づいて光沢度計を開発しました。この光沢度計は、目視評価による光沢度評価とより密接な相関関係を示しました。ジョーンズの光沢度計は、45°/0°/45°の幾何学的構成を採用し、表面を45°で照射し、0°（拡散反射率）と45°（拡散反射率と鏡面反射率の和）の2つの入射反射角を測定し比較しました。ジョーンズは、光沢度研究においてゴニオフォトメトリー測定を用いることの重要性を初めて強調した人物です。
1925年にAH Pfund [ 3 ]が行った初期の研究により、鏡面光沢度を測定するための可変角度「光沢計」が開発され、後に1932年に特許を取得しました。Pfundの装置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ていました。反射光は、高温計ランプを光度計として用いて測定されました。この「光沢計」は、反射率設定の基準として黒色ガラス基準を使用した最初の装置でした。角度が可変であったため、この装置は近斜角での光沢または鏡面光沢度の測定にも使用できました。
この時期、この分野への関心の高まりにより、他の研究者による同様の研究が数多く行われ、それぞれ独自の光沢測定法が考案されました。そのほとんどは当時の科学雑誌に技術論文として掲載され、そのうちのいくつかは特許も取得されました。
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、当時利用可能であった機器（前述の機器を含む）について論じました。また、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年には鏡面光沢のASTM D523標準試験方法が策定されました。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。この規格の後の版（1951年）には、20°（高光沢）と85°（マット、または低光沢）で測定する方法が追加されました。ASTMには、特定の業界での応用を目的とした、他の光沢関連の規格も多数あります。
塗装業界では、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、測定対象となる試験面に平行光線を投射する標準化された光源と、表面からの反射光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、CIE光源SCを用いてCIE視感度効率V(?)が得られるように、光源と検出器の組み合わせを分光補正するように照明を定義することが規定されています。[ 4 ]
上記の基準に適合した測定形状を持つ機器が数多く市販されています。これらの機器は、通常、ナトリウムD線に対する屈折率1.567を有する、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用いて校正され、各形状に対して100の光沢度が割り当てられています。[ 5 ]
測定と角度の選択
光沢計は、正確な照明条件と観察条件を定義することで、光沢強度を定量的に測定し、測定の一貫性を確保する手段を提供します。[ 6 ]照明源と観察受光角の両方を設定することで、反射角全体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基準からの反射光量と相関しています。試料の反射光と入射光の比率を光沢基準の比率と比較し、光沢単位（GU）として記録します。
測定角度とは、入射光と垂線との間の角度を指します。工業用コーティングのほとんどの用途に対応するため、3つの測定角度（20°、60°、85°）が規定されています。測定角度は、次の表に示すように、想定される光沢範囲に基づいて選択されます。
| 光沢範囲 | 60°値 | 注記 |
| ハイグロス | >70 GU | 測定値が70 GUを超える場合は、テスト設定を20°に変更します。 |
| 中光沢 | 10～70 GU | |
| 低光沢 | 10 GU未満 | 測定値が10 GU未満の場合は、テスト設定を85°に変更します。 |
例えば、60°で測定した値が70GUを超える場合、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3種類の測定器が販売されています。60°単角測定器、20°と60°を組み合わせたもの、そして20°、60°、85°を組み合わせたものです。
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において、上限を100、下限を0とする較正値を確立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。これらの材料は概ねこの範囲内に収まるためです。外観上反射率の高い材料（鏡、メッキ／未加工の金属部品）では、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、材料内部での多重反射により、これらの値も増加する可能性があります。これらの用途では、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
| 標準 | 20° | 60° | 85° | 45° | 75° |
| ハイグロス | 中光沢 | 低光沢 | 中光沢 | 低光沢 | |
| コーティング、プラスチックおよび関連材料 | セラミックス、プラスチックフィルム | 紙 | |||
| ASTM C346 [ 7 ] | X | ||||
| ASTM D523 [ 8 ] | X | X | X | ||
| ASTM C584 [ 9 ] | X | ||||
| ASTM D2457 [ 10 ] | X | X | X | ||
| BS3900 D5 | X | X | X | ||
| ISO 2813:2014 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] | X | X | X | ||
| EN ISO 7668 [ 14 ] | X | X | X | X | |
| JI Z 8741 [ 15 ] | X | X | X | X | X |
| タッピT480 [ 16 ] | X | ||||
較正
各光沢計は、ISO 2813 やドイツ連邦材料試験研究所(BAM)などの国内または国際規格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、検査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、ドイツのBAMなどの国家標準にもトレーサブルです。機器は、一般的に「校正タイル」または「校正標準」と呼ばれるこの検査用標準タイルに基づいて校正されます。この校正の確認間隔は、光沢計の使用頻度と動作条件によって異なります。
最適な状態に保た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可能性があることが分かっています。実用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度計の校正専門家による定期的な校正または点検が必要です。
標準タイルの再校正間隔は最低1年としてください。校正標準タイルに恒久的な傷や損傷が生じた場合は、光沢計の測定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、校正されたトレーサブルな測定物は光沢計ではなくタイルであると規定されています。しかしながら、メーカーは、動作条件に応じた頻度で機器の動作確認を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。しかし、ヘイズやオレンジピールといった外観品質を低下させる一般的な影響には敏感ではありません。
ヘイズは、表面の微細構造によって反射光の方向がわずかに変化し、鏡面反射（光沢）角付近でブルーム現象を引き起こすことで発生します。表面の反射コントラストは低下し、かすかな乳白色のような外観になります。
オレンジの皮は、反射光を歪める大きな表面構造の不均一な表面形成によって発生します。
標準的な光沢計では、2つの高光沢面の測定値は同一でも、視覚的には大きく異なる場合があります。像の鮮明度（DOI）または反射像品質（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産業まで、多くの業界で採用されており、商品の受入から最終検査まで、製造工程の各段階で使用されています。例としては、塗料、粉体塗料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・ヨット製造、航空宇宙産業、研磨された石材・金属、家庭用電化製品、陽極酸化処理された金属などが挙げられます。
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)、および米国特許1225250 (1917年5月8日)。
- ^ Jones, LA (1922)、「写真用紙の光沢特性」、アメリカ光学会誌、6 (2): 140– 161、doi : 10.1364/JOSA.6.000140; また、ジョーンズ（1922年4月7日）「写真用紙の光沢特性」、ブリティッシュ・ジャーナル・フォトグラフィー、69 : 216–218、ISSN0007-1196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、測色法、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、リチャード・S.（1937年1月）、「光沢測定法」（PDF）、米国国立標準局研究ジャーナル、第18巻、NBS研究論文、doi：10.6028/jres.018.006、RP 958
- ^ 「ASTM C346 - セラミック材料の45度鏡面光沢の標準試験方法（2023年廃止）」 store.astm.org . 2025年4月17日閲覧。
- ^ 「ASTM D523 - 鏡面光沢の標準試験方法」store.astm.org . 2025年4月17日閲覧。
- ^ 「ASTM C584 - 施釉陶磁器白磁器および関連製品の鏡面光沢度の標準試験方法」store.astm.org . 2025年4月17日閲覧。
- ^ 「ASTM D2457 - プラスチックフィルムおよび固体プラスチックの鏡面光沢の標準試験方法」store.astm.org . 2025年4月17日閲覧。
- ^ "ISO 2813:2014" . ISO . 2025年4月18日閲覧。
- ^ "DIN EN ISO 2813 塗料およびワニス - 20°、60°、および 85° での光沢値の決定 (ISO 2813:2014)"。 DIN ドイツ規格研究所 e. V. 2025 年4 月 18 日に取得。
- ^旧規格 DIN 67530
- ^ ISO 7668
- ^ 「JIS Z 8741:1997 - 鏡面光沢度 ― 測定方法」 . webstore.ansi.org . 2025年4月17日閲覧。
- ^ “TAPPI T480” . 2013年3月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。
外部リンク
