めっき・塗膜の膜厚測定の指定——磁力式・渦電流・蛍光X線の使える組合せと校正

膜厚の数字は「どの方法で測ったか」とセットで読む

受入で膜厚を測ったら仕入先の成績書より 2 µm 薄かった、という食い違いは、測定器の誤差だけでは説明できないことが多い。仕入先は蛍光 X 線式で測り、受入は磁力式の膜厚計を当てている。仕入先は平らな面で測り、受入は角の近くで測っている。校正に使った標準が素地の材質と違っている。どれも規格の想定から外れた測り方で、どちらの数字が正しいとは言えなくなる。

JIS H 8501（めっきの厚さ試験方法）は、断面を顕微鏡で見る方法から蛍光 X 線やβ線、渦電流、磁力を使う非破壊の方法、めっきを溶かす電解式、付着量を質量で求める方法まで 10 通りを定めている^[1]。塗膜の膜厚は JIS K 5600-1-7 で、機械式、質量法、光学的方法、磁気法、放射線法、音響法を規定している^[2]。めっきの発注で決めることの全体、有効面と局部厚さの考え方はめっきの発注で指定することで扱った。塗膜の仕様全体は塗装の仕様の決め方にある。この記事は、その先の「どの方法で、どう校正して、どこを何回測るか」を注文書に書く話に絞る。

素地と皮膜の組合せで、使える方法が決まる

磁力式：磁性の素地の上の、非磁性の皮膜

磁力式は、磁性素地金属の上の非磁性めっきの厚さによって変わる磁気的引力や磁束の磁気抵抗を測る方法である^[1]。鋼の上の亜鉛めっきや銅めっき、すずめっきが典型的な対象になる。前提が「非磁性のめっき」なので、ニッケルのように磁性をもつめっきは、この方法の前提に入らない。素地金属がすでに磁化されているものには適用しない^[1]。

塗膜でも同じで、JIS K 5600-1-7 の磁気法は金属素地上の塗膜に適しており、測定法 7A と 7C では素地が強磁性体でなければならない^[2]。測定値は、素地の大きさ・湾曲・厚さ、透磁性などの素地材料の特性、素地の粗さ、素地に残る磁場や外部の磁場の影響を受ける^[2]。薄い鋼板の部品や、焼入れなどで磁気的な性質が変わった部品では、普通の鋼板で校正した膜厚計の値がずれることがある。

渦電流式：非磁性の導体の上の皮膜

塗膜の測定法 7D（渦電流膜厚計）は、素地が非強磁性体でなければならない^[2]。導電性の素地に高周波（例えば 0.1〜30 MHz）の交流磁場で渦電流を生じさせ、その磁場の変化から膜厚を求める^[2]。アルミニウムや銅合金の上の塗膜が対象になる。アルミニウムの陽極酸化皮膜（アルマイト）も、JIS H 8680-2 が渦電流式で厚さを測る方法を定めている^[3]。

めっきの渦電流式は、めっきと素地の電導度の差を使う。相互の電導度に十分な差が無い場合は、精度が極めて悪いか測定不可能になるので、測る前に組合せが測定可能かを調べることになっている^[1]。精度に影響する因子として、めっきの厚さ、素地金属の磁気的性質、素地金属の厚さと形状、表面粗さ、エッジ効果が挙がっている^[1]。

蛍光 X 線式：金属のめっき。ただし測れない組合せがある

蛍光 X 線式は、試料に X 線を当て、めっきから出る蛍光 X 線の量から厚さを求める方法で、金属素地上でも非金属素地上でも非破壊で測れる^[1]。ただし規格の表 5 は素地とめっきの組合せごとに測定の可否を示しており、どの装置でも測れない組合せ（表の C）がある^[1]。たとえば、ニッケルの上のニッケル、銅の上の銅、亜鉛の上の亜鉛は当然として、黄銅の上の銅と亜鉛、洋白の上のニッケル・銅・亜鉛、ステンレス鋼の上のクロムとニッケルが C になっている^[1]。いずれも、素地にめっきと同じ金属が含まれる組合せである。

表には、波長分散形では測れるがエネルギー分散形では検出器の種類によって測れない組合せ（表の B）もある^[1]。黄銅の部品にニッケルめっきをかけて蛍光 X 線で膜厚を保証してもらう場合は、仕入先の装置の形式で測れる組合せかを確かめる。めっきの厚さが飽和厚さ（めっきが無限に厚いときの蛍光 X 線量の 90 % が得られる膜厚）を超えてはならない、という上限もある^[1]。

素地が薄く両面にめっきされた試料では、裏面のめっきからの蛍光 X 線が素地を透過して検出され、測定値が増えることがある^[1]。端子や薄板のプレス部品で、両面めっきの膜厚を蛍光 X 線で測る場合に起きやすい。合金めっきは、同じ成分の校正標準を使えば厚さを測れるが、合金の組成比が変わると測定誤差になる^[1]。

断面顕微鏡と電解式：食い違ったときの判定に使う

顕微鏡断面試験方法は、めっきの垂直断面を研磨して顕微鏡で観察し、厚さを読み取る方法である^[1]。金、銀、すずのような軟らかいめっきでは、研磨によるだれを防ぐために少なくとも 10 µm 以上の硬い皮膜を上に付けるとされ、めっき厚さに応じた倍率も示されている（6〜10 µm なら 400 倍、20〜30 µm なら 200 倍）^[1]。部品を切断する破壊試験なので日常の検査には向かないが、非破壊の方法の値が食い違ったときの判定に使える。断面観察の依頼の仕方は同じ束の断面観察の依頼で扱う。

電解式試験方法は、めっきの小さな一定面積を定電流で溶かし、溶けきるまでの時間から厚さを求める方法で、多層めっきでも測定箇所を変えずに各層の厚さを順に測れる^[1]。めっきと素地の組合せごとに使う電解液が決まっており、組合せが表に無いものは測れない^[1]。

出典: JIS H 8501 の箇条 9〜13 と表 5、JIS K 5600-1-7 の 5.5 から作成^[1][2]。右端は発注側の提案である。

校正の標準を、素地と皮膜で製品に合わせる

渦電流式・磁力式・蛍光 X 線式はいずれも、標準の試料で校正してから測る比較測定である。JIS H 8501 は、校正に使う標準試料を均一な厚さで厚さ既知のはくかめっきで被覆したものとし、校正標準の素地とめっきの材質は測定試料と同じか類似のものでなければならない、としている^[1]。はくを使う場合は素地との密着性に注意する^[1]。使用前に校正し、測定中も適当な間隔で校正することが必要とされている^[1]。

蛍光 X 線式では、下地めっきがある場合は同じ下地めっきを施した校正標準が望ましい^[1]。表面粗さの粗い試料は同じ粗さの校正標準で校正するのが望ましく、粗さが違うと 2〜3 % の測定誤差を生じることがあるとされている^[1]。曲面での測定を避けられない場合は、同じ曲面をもつ校正標準で校正するのが望ましい^[1]。

たとえば、鋼板用の標準で校正した膜厚計で鋳鉄や焼入れ鋼の部品を測った場合を考える。数字は出るが、規格が求める「素地が同じか類似」の条件を満たしていない。注文書に「校正標準は製品と同材質の素地を用いる」と一行書き、初回は校正標準の素地材質を成績書に書いてもらう（発注側の提案）。

アルマイトの膜厚は JIS H 8680-2 の決まりで測る

アルミニウムの陽極酸化皮膜の渦電流式測定は、JIS H 8680-2 で手順が決まっている^[3]。素地の材質、表面の粗さ、平面度が測定値に影響を及ぼしやすい方法だと規格自身が注意している^[3]。標準板は 2 種類あり、測定器の機能検定と校正用標準板づくりに使う管理用標準板と、生産管理と商品試験で測定器を校正する校正用標準板である^[3]。

測定は、校正用標準板で目盛を合わせた後、試験片の直径約 8 mm の範囲にプローブを当てて 5 回以上読み取り、その平均を小数点以下 1 けたに丸めて表す^[3]。この値は JIS H 8601 の測定点皮膜厚さに相当する^[3]。校正用標準板にプラスチックフィルムを使う場合は、試料と材質・形状の同じ素地の上で校正し、校正用標準板と試験片の材質が違う場合は、あらかじめ顕微鏡断面測定法で実際の皮膜厚さとの関係を調べて補正する必要がある^[3]。

試験片は製品の有効面で測るのが原則で、製品で試験できない場合は同一材料・同一処理条件の試験片でよいが、材料の種類・質別と処理前の表面状態が製品と同じでなければならない^[3]。A5052 の部品のアルマイトを、A1050 の板で作った標準で校正しただけの測定器で保証していないか、成績書で校正の素地を確かめる。アルマイトの種類と色の指定は同じ束のアルマイトの種類と色の指定、硬質アルマイトは硬質アルマイトの指定で扱っている。

測る場所と回数、判定に使う値

渦電流式・磁力式・蛍光 X 線式とも、測定は通常、同一箇所で 3 回以上行い、異常値を除いた 3 個の値を平均する^[1]。プローブの押付け圧力を一定にし、測定面に垂直に当てる^[1]。試料の端や湾曲部での測定は誤差を生じやすいので、なるべく避ける^[1]。

ここで発注側が困るのは、めっきが一番薄くなりやすいのが、まさに端や穴の周り、くぼみだということである。規格は端での測定を避けるよう求めているので、非破壊の方法で角の膜厚を保証させることには無理がある。角や穴の内側の膜厚が性能に効く部品は、①平らな面の膜厚を日常の検査で見る、②角や内側は初回と工程変更時に断面で確かめる、のように、場所ごとに方法を分けて書く（発注側の提案）。

平均厚さの決め方も規格にある。製品の有効面が局部厚さを決めるのに必要な面積を大幅に上回る場合は、3〜5 回の測定を有効面の上に分散して行い、その平均値を平均厚さとする^[1]。顕微鏡断面試験方法で局部厚さを決める場合は、指示された断面の長さで 5 か所以上分散して測る^[1]。注文書の「平均○ µm 以上」が、1 か所の 3 回平均なのか、有効面の数か所の平均なのか、最小局部厚さなのかを決めておかないと、同じ部品でも合否が変わる。

塗膜の膜厚で気をつけること

塗膜は、ぬれ膜厚と乾燥膜厚、未硬化の粉体塗料層の厚さを区別して測る^[2]。受入で確かめられるのは乾燥膜厚である。機械式の測定方法は、全体の厚さと素地の厚さの差として膜厚を出す方法で、塗る前と後に同じ場所を測る塗装法（非破壊）と、測った後に塗膜を削り取って段差を測る塗膜除去法（破壊）がある^[2]。マイクロメータで部品の寸法を測って膜厚を推定する方法は、塗る前の寸法を同じ場所で測っていなければ成り立たない。

放射線法（β 線後方散乱）は、塗膜材料と素地材料の原子番号の差が 5 以上あれば、どのような組合せにも原理的に適用できるとされている^[2]。めっきの β 線式は、素地とめっきの原子番号が通常 3〜4 以上離れていなければならない^[1]。めっきと塗膜で条件の書き方が違うので、どちらの規格の方法かを注文書で取り違えないようにする。

膜厚は付着性の試験条件にも効く。クロスカット試験の切込み間隔は試験位置の乾燥膜厚で変わるので、付着性を指定するときは膜厚の測り方とそろえておく。付着性の指定は同じ束のクロスカット試験の指定で扱う^[4]。粉体塗装・電着塗装の膜厚を測る場所は粉体塗装の指定とカチオン電着塗装の指定に書いた。

成績書と注文書の書き方

めっきの成績書には、めっきの種類、試験方法、測定位置、個々の測定値を載せてもらう（発注側の提案）。塗膜の膜厚の試験報告には、試験した製品の情報、規格番号、使用した方法と機器、個々の測定値とその平均値を含む結果、手順からの変更、試験年月日などを記載する^[2]。成績書に平均だけが載っていて個々の測定値が無い場合は、ばらつきが分からない。

注文書の例（発注側の提案）を示す。

「めっき厚さ：電気亜鉛めっき 8 µm 以上（図面の測定点 A〜C、各点で 3 回測定し異常値を除いた平均）。測定方法：JIS H 8501 の蛍光 X 線式。校正標準は製品と同材質の素地に同種のめっきを施したものを用いる。端部から○ mm 以内では測定しない。成績書には各点の測定値、使用装置、校正標準の素地材質を記載。値に疑義が生じた場合は JIS H 8501 の顕微鏡断面試験方法で判定する。」

非破壊の方法と判定の方法を分けて書いておけば、受入の値が仕入先の成績書と合わなかったときに、どちらの装置が正しいかを言い合わずに済む。断面で判定した結果が仕様を満たしていれば合格、満たしていなければ不合格と、手順が先に決まっているからである。

よくある質問

ハンディの膜厚計で受入検査をしてよいですか

素地と皮膜の組合せが、その膜厚計の方式（磁力式か渦電流式か）に合っていて、製品と同じ素地の標準で校正しているなら使える^[1][2]。鋼の上のニッケルめっきや、黄銅の上のめっきのように方式の前提に合わない組合せでは、値が出ても使わない。

溶融亜鉛めっきの膜厚も同じですか

溶融亜鉛めっきは JIS H 8641 で種類と膜厚の決め方が別にある。指定の仕方は溶融亜鉛めっきの指定で扱った。

めっきの上に塗装した部品で、めっきの膜厚を受入で測れますか

塗装の後では、塗膜とめっきを合わせた厚さを測ってしまう方法が多い。めっきの厚さを保証させたいなら、塗装前の工程で測った記録を出してもらうか、断面で層ごとに確かめる（発注側の提案）。

測定器の差を減らすにはどうすればよいですか

同じ部品（あるいは同じ標準）を、仕入先の装置と受入の装置の両方で測って差を確かめておく。差が大きければ、校正標準の素地、測る位置、プローブの当て方を見直す。

まとめ

膜厚の数字は測定方法とセットで意味をもつ。素地と皮膜の組合せで、磁力式・渦電流式・蛍光 X 線式の使える範囲が決まり、蛍光 X 線式には黄銅やステンレスの上で測れない組合せがある^[1][2]。校正の標準は製品と同じ素地・同じ皮膜にし、端や曲面は避け、3 回以上測って平均する^[1]。アルマイトは JIS H 8680-2 の標準板と 5 回平均で測る^[3]。注文書には測定方法、校正の標準、測る場所と回数、判定に使う値、食い違ったときの判定方法を書く。

同じ束では、光沢度の指定も扱っている。

出典・参考資料

1. JIS H 8501:1999 めっきの厚さ試験方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1999 年 8 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）
2. JIS K 5600-1-7:2014 塗料一般試験方法－第 1 部：通則－第 7 節：膜厚（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2014 年 3 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認）
3. JIS H 8680-2:1998 アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化皮膜厚さ試験方法－第 2 部：渦電流式測定法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1998 年 11 月 20 日制定・2023 年 10 月 20 日確認）
4. JIS K 5600-5-6:1999 塗料一般試験方法－第 5 部：塗膜の機械的性質－第 6 節：付着性（クロスカット法）（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1999 年 4 月 20 日制定・2023 年 10 月 20 日確認・正誤票を含む）

WHITE PAPER

この記事の理解を深める
無料ホワイトペーパーをプレゼント

製造業の現場で使える実務資料（PDF）を無料でお届けします。"こんな資料が届きます" ↓ 下のボタンからどうぞ。

🔒 全文は無料ダウンロードで