JP2023034495A

JP2023034495A - 部材

Info

Publication number: JP2023034495A
Application number: JP2021140752A
Authority: JP
Inventors: 大輝岩下; Daiki Iwashita; 俊徳森; Toshinori Mori; 秀治川合; Hideji Kawai; 意和大江; Okikazu Oe; 英雄竹内; Hideo Takeuchi
Original assignee: Lixil Corp
Current assignee: Lixil Corp
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-13
Also published as: WO2023032431A1

Abstract

【課題】低光沢表面を有する部材において防汚性を高める。【解決手段】基材３と、基材３の上方に位置する表面層５と、を有する部材１である。表面層５の表面は、ＪＩＳＺ８７４１：１９９７の、６０度における鏡面光沢度が３０以下であり、カットオフ値λｃを０．００８ｍｍとした際の算術平均粗さＲａ’が９．３×１０－２μｍ以下である。【選択図】図１

Description

本開示は、部材に関する。

光沢度の低い部材は、一般的に材料表面に凹凸を設け、光が拡散されるように設計されている。この部材は、凹凸に汚れが入りやすくなり、防汚性が低下する。そこで、例えば特許文献１では、粗さ指標の数値を特定の範囲内にして、低光沢の領域において防汚性を確保している。

特開２０１８－１０４２７２号公報

特許文献１の技術では、粗さ指標のうちで、最大高さの値を所定値よりも小さな値にしている。特許文献１では、これにより、均質的で、しっとりとした面状を達成できる旨が記載されている。

この技術を用いて、ゆらぎのある例えば焼き物らしさを有した低光沢表面にするには、最大高さの値を大きくする必要がある。しかし、その値が大きくなると凹凸に汚れが入りやすくなる。

本開示は、上記事情に鑑み、低光沢表面を有する部材において防汚性を高めることを目的とする。

基材と、前記基材の上方に位置する表面層と、を有する部材であって、前記表面層の表面は、ＪＩＳＺ８７４１：１９９７の、６０度における鏡面光沢度が３０以下であり、カットオフ値λｃを０．００８ｍｍとした際の算術平均粗さＲａ’が９．３×１０^－２μｍ以下である、部材。

図１は、一実施形態に係る部材の断面を示す概念図である。

１．部材１
部材１は、基材３と、基材３の上方に位置する表面層５とを有する。表面層５の表面５Ａは、ＪＩＳＺ８７４１：１９９７の、６０度における鏡面光沢度が３０以下である。部材１は、カットオフ値λｃを０．００８ｍｍとした際の算術平均粗さＲａ’が９．３×１０^－２μｍ以下である。

（１）鏡面光沢度
表面層５の表面５Ａは、表面５Ａにマット感を持たせる観点、すなわち、表面５Ａを艶のない状態にする観点から、ＪＩＳＺ８７４１：１９９７の、６０度における鏡面光沢度が３０以下であり、２８以下が好ましく、２５以下がより好ましい。鏡面光沢度の下限は特に限定されない。防汚性の観点から、鏡面光沢度は、５よりも大きいことが好ましく、７以上がより好ましく、１０以上が更にこのましい。これらの観点から６０度における鏡面光沢度は、５以上３０以下が好ましく、７以上２８以下がより好ましく、１０以上２５以下が更に好ましい。

鏡面光沢度は、堀場製作所製の光沢計「グロスチェッカーＩＧ－３２０」にて測定できる。光沢度は、光源から規定された入射角θで試料表面に光を入射し、鏡面反射方向に反射角θ’で反射する光を受光器で測定する。ＪＩＳ規格（Ｚ８７４１）では、屈折率１．５６７の黒色鏡面ガラス板を基準とし、規定された入射角θでの鏡面反射率を鏡面光沢度１００と定義している。測定に用いた光学系の条件は以下のように設定できる。
＜光学系＞
入射角６０°－受光角６０°
測定面積：１２ｍｍ×６ｍｍの楕円
光源：ＬＥＤ（波長８８０ｎｍ）
使用温度範囲：０℃以上４０℃以下

（２）算術平均粗さＲａ’
表面層５の表面５Ａの算術平均粗さＲａ’は、表面５Ａのマット感及び防汚性の両立の観点から、９．３×１０^－２μｍ以下が好ましく、８．０×１０^－２μｍ以下がより好ましく、７．０×１０^－２μｍ以下が更に好ましい。他方、低光沢の観点から、算術平均粗さＲａ’は、１．０×１０^－２μｍよりも大きいことが好ましく、２．２×１０^－２μｍ以上がより好ましく、２．５×１０^－２μｍ以上が更に好ましい。これらの観点から算術平均粗さＲａ’は、１．０×１０^－２μｍ以上９．３×１０^－２μｍ以下が好ましく、２．２×１０^－２μｍ以上８×１０^－２μｍ以下がより好ましく、２．５×１０^－２μｍ以上７×１０^－２μｍ以下が更に好ましい。

算術平均粗さＲａ’はＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠したレーザー顕微鏡（例えばＫＥＹＥＮＣＥ製のレーザー顕微鏡ＶＫ－Ｘ１５０）を用いて測定できる。ＪＩＳＢ０６３３：２００１で定められている条件で測定した算術平均粗さをＲａとする。これに対し、以下の条件で測定した算術平均粗さをＲａ’とする。対物レンズには５０倍レンズを使用し、１視野あたり２００μｍ×２７５μｍの画像を撮影する。１サンプルにつき３画像撮影する。カットオフ値λｃを０．００８ｍｍ，評価長さを２６４μｍ（４０μｍ以上推奨）として１画像につき１０か所の線粗さを測定する。各画像における１０か所の平均値を算出する。３画像でそれぞれ求めた平均値を更に平均してＲａ’とする。

（３）表面粗さＳｚ
表面層５の表面５Ａの表面粗さＳｚ（最大高さ）は、特に限定されない。表面粗さＳｚは、マット感の観点から、４．０μｍ以上が好ましく、５．０μｍ以上がより好ましく、６．０μｍ以上が更に好ましい。他方、防汚性の観点から、表面粗さＳｚは、２０．０μｍ以下が好ましく、１８．０μｍ以下がより好ましく、１６．０μｍ以下が更に好ましい。これらの観点から表面粗さＳｚは、４．０μｍ以上２０．０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上１８μｍ以下がより好ましく、６μｍ以上１６μｍ以下が更に好ましい。

表面粗さＳｚは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠したレーザー顕微鏡（例えばＫＥＹＥＮＣＥ製のレーザー顕微鏡ＶＫ－Ｘ１５０）を用いて測定できる。ＩＳＯ２５１７８に規定される最大高さＳｚは以下の条件で算出する。対物レンズには５０倍レンズを使用し、１視野あたり２００μｍ×２７５μｍの画像を撮影する。Ｆ－オペレーション（形状補正）には平面傾き補正を選択し、Ｌ－フィルター、Ｓ－フィルターは設定なしとした。１サンプルにつき３画像撮影し、その平均値を採用する。

（４）基材３
基材３は、特に限定されない。基材３として、例えば、無機質基材、有機質基材を用いることができる。無機質基材は、特に限定はされないが、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラス基材；金属基材；陶器、磁器等のセラミックス基材が挙げられる。有機質基材は、特に限定はされないが、例えば、樹脂基材、木質基材（木材等）、紙基材等が挙げられる。樹脂基材は、特に限定はされないが、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等のポリエステル；ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）；ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）等のポリオレフィン系樹脂；ＰＡ（ポリアミド）；ＡＢＳ樹脂；ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂；シリコーン樹脂等が挙げられる。

（５）表面層５
表面層５の材質は特に限定されない。表面層５は、例えば、釉薬層、樹脂層のいずれであってもよい。基材３の材質と表面層５の材質は、同一であっても相違していてもよい。基材３と表面層５の材質が同一の場合には、両者に界面が存在しなくても、存在していてもよい。基材３と表面層５との間に他の層（中間層）が存在していてもよい。表面層５が釉薬層の場合には、例えば焼成後の状態で以下の組成を有する。釉薬層の組成はＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）によって測定できる。
（釉薬層の組成の例）
ＳｉＯ_２：５０質量％以上７５質量％以下
Ａｌ_２Ｏ_３：３質量％以上２０質量％以下
ＣａＯ：５質量％以上２２質量％以下
ＭｇＯ：１質量％以上２０質量％以下
Ｋ_２Ｏ：０．１質量％以上１０質量％以下
Ｎａ_２Ｏ：０．１質量％以上５質量％以下
ＺｎＯ：０質量％以上１５質量％以下
ＺｒＯ_２：０質量％以上２０質量％以下

表面層５の厚みは、特に限定されない。表面層５に耐水性の機能及び耐貫入性の機能を持たせる観点から、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下がより好ましく、０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下が更に好ましい。

２．部材１の製造方法
部材１の製造方法は、算術平均粗さＲａ’を特定範囲に調整できる限り、特に限定されない。

基材３がセラミックス基材であり、表面層５が釉薬層である部材１の場合には、例えば次のようにして製造できる。

窯業原料に水を加えて粉砕し、素地スラリーを調製する。素地スラリーを、所定の形状にして成形素地とする。成形素地を乾燥して乾燥素地とする。乾燥素地に、釉薬スラリーを施釉する。その後、施釉した素地を焼成する。

窯業原料としては、例えば、長石、陶石、カオリン、粘土等が例示される。粉砕には、例えばボールミル等が用いられる。成形素地とするためには、例えば、石膏型等が用いられる。成形素地の乾燥温度は、例えば２０℃以上８０℃以下である。焼成温度は、例えば１２００℃以上１３００℃以下である。

算術平均粗さＲａ’を調整する方法は、特に限定されない。例えば、釉薬スラリーの調製方法を工夫することで算術平均粗さＲａ’を調整できる。一例を挙げると、釉薬原料のうち、ダイオプサイドの形成に関係する原料のメジアン径（ｄ５０）を１５μｍ以上５０μｍ以下に調整し、それ以外の原料のメジアン径（ｄ５０）を３μｍ以上１５μｍ以下にコントロールして算術平均粗さＲａ’を調整できる。ダイオプサイドの形成に関係する原料とは、ドロマイト、炭酸カルシウムが例示される。それ以外の原料としては、長石、ジルコン、亜鉛華、粘土、アルミナ、ガラスフリット、珪砂が例示される。このように釉薬原料のメジアン径を調整するためには、例えば、ダイオプサイドの形成に関係する原料の粉砕と、それ以外の原料の粉砕を別々に行って、両者のメジアン径をコントロールできる。例えば、ボールミルでの粉砕時間を調整することでメジアン径がコントロールされる。このように釉薬原料のメジアン径を調整するためには、予め所望のメジアン径に調整された原料（初期粒度が調整された原料）を用いてもよい。ダイオプサイドの形成に関係する原料のメジアン径（ｄ５０）を１５μｍ以上５０μｍ以下に調整し、それ以外の原料のメジアン径（ｄ５０）を３μｍ以上１５μｍ以下にコントロールした場合には、次のようにして算術平均粗さＲａ’が９．３×１０^－２μｍ以下に調整されると推測される。ダイオプサイドの形成に関係する原料（結晶の源となる釉薬原料）が比較的大きいために種（結晶の源）となり、この種によってダイオプサイドの結晶が成長することで、算術平均粗さＲａ’が９．３×１０^－２μｍ以下になると推測される。粒子のメジアン径は、レーザー回折散乱法によって測定できる。

算術平均粗さＲａ’を調整する方法としては、表面層５の後加工も好適に採用される。例えば、後処理としてウェットブラスト処理等のブラスト処理が挙げられる。

表面層５が樹脂層である場合には、樹脂層の表面を成形する際に使用する型（例えば金型）の表面を、エッチング処理、サンドブラスト処理、ガラスビーズブラスト処理、メッキ処理等の処理で所望の表面形状にすることで、算術平均粗さＲａ’を調整できる。表面層５が樹脂層の場合には、基材３も樹脂基材であることが好ましい。この場合には、基材３と表面層５とが同一樹脂素材からなることが好ましい。

３．部材１の用途
本開示の部材の用途は、特に限定されない。本開示の部材１は、防汚性及び低光沢性を有するため、この特性を生かした用途、例えば、便器、洗面器、便器タンク、便蓋、便座シートに好適に用いられる。

４．部材１の効果
本開示の部材１は、低光沢表面を有していても防汚性が高い。

１．実験例の評価サンプルの作製
（１）実験例１―２１
表１に示す実験例１―２１は、次のようにして作製した。窯業原料に水を加えて粉砕し、素地スラリーを調製した。窯業原料としては、長石、陶石、カオリン、粘土を用いた。素地スラリーを、所定形状して成形素地とした。成形素地を４０℃で乾燥して乾燥素地とした。乾燥素地に、釉薬スラリーを施釉した。その後、施釉した素地を１２００℃以上１３００℃以下で焼成してサンプル（焼成体）を作製した。

各実験例で用いた釉薬スラリーは、釉薬原料としての、ドロマイト、炭酸カルシウム、長石、ジルコン、亜鉛華、粘土、アルミナ、ガラスフリット、珪砂の配合割合を適宜調整して作製した。各実験例の釉薬層の組成は、表３に示されている。焼成後の釉薬層が各組成になるように、各釉薬原料を配合した。釉薬層の組成はＥＤＳによって測定した値である。

釉薬スラリーの調製において、実験例１，４，６，９では、結晶源となる釉薬原料としてのドロマイト、炭酸カルシウムの粉砕と、これら以外の釉薬原料の粉砕とは別々に行った。その結果、結晶の源となる釉薬原料（ドロマイト、炭酸カルシウムの混合物）のメジアン径と、これ以外の釉薬原料（長石、ジルコン、亜鉛華、粘土、アルミナ、ガラスフリット、珪砂の混合物）のメジアン径が異なっている。表１においては、結晶の源となる釉薬原料のメジアン径は、「結晶源原料の粒度」として示されており、これ以外の釉薬原料のメジアン径は、「釉薬原料の粒度」として示されている。

釉薬スラリーの調製において、実験例２，３，５，７，８，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１では、ドロマイト、炭酸カルシウム、長石、ジルコン、亜鉛華、粘土、アルミナ、ガラスフリット、珪砂は、一緒に粉砕を行った。これらの実験例では、長石、ジルコン、亜鉛華、粘土、アルミナ、ガラスフリット、珪砂の混合物のメジアン径は、「釉薬原料の粒度」として示されている。

実験例１７では、焼成したサンプル（焼成体）の釉薬層（表面層）の表面の表面粗さを更にウェットブラストにて調整した。

（２）実験例２２―２７
表２に示す実験例２２―２７の評価サンプルは、射出成形によって作製した。樹脂としてはＡＢＳまたはＰＰ樹脂を使用した。樹脂層の表面を成形する際に使用する金型の表面を、エッチング処理、サンドブラスト処理、ガラスビーズブラスト処理、メッキ処理の処理で所望の表面形状にすることで、評価サンプルの表面層の表面の算術平均粗さＲａ，Ｒａ’，Ｓｚを調整した。

２．評価方法
評価サンプルの表面層の表面の鏡面光沢度，Ｒａ，Ｒａ’，Ｓｚ,マット感を測定した。
（１）鏡面光沢度
鏡面光沢度は、堀場製作所製の光沢計「グロスチェッカーＩＧ－３２０」を用いて測定した。詳細は、上記「（１）鏡面光沢度」の欄に記載した通りである。マット感は、以下の基準で評価した。
良好：６０度における鏡面光沢度が３０以下である。
不良：６０度における鏡面光沢度が３０より大きい。
（２）Ｒａの測定
ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠したレーザー顕微鏡を用いて測定した。
（３）Ｒａ’の測定
ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠したレーザー顕微鏡を用いて測定した。詳細は、上記「（２）算術平均粗さＲａ’」の欄に記載した通りである。
（４）Ｓｚの測定
ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準拠したレーザー顕微鏡を用いて測定した。詳細は、上記「（３）表面粗さＳｚ」の欄に記載した通りである。
（５）汚染回復率の測定方法
まず、汚れていないサンプル表面の拡散反射率をコニカミノルタ製の色彩色差計ＣＲ－４００を用いて測定した。次に、ワセリンとカーボンブラックを１０対１の割合（質量比）で混錬した汚染物質をサンプル表面に擦り込み３０分放置した後、乾いた脱脂綿を用いて汚染物質をふき取った。汚れをふき取ったサンプル表面の拡散反射率を再度測定した。汚染回復率Ｙ（％）は以下の式によって求めた。
Ｙ（％）＝（Ｙ_１／Ｙ_０）×１００
但し、Ｙ_１は汚染試験後の拡散反射率、Ｙ_０は汚染試験前の拡散反射率である。本試験においては、汚れに対する耐性（耐汚れ）は以下の基準で評価した。
良好：Ｙが８５％以上である。
不良：Ｙが８５％未満である。

３．結果
実験例の評価サンプルの評価結果を表１，２に併記する。６０度における鏡面光沢度が３０以下であり、かつ算術平均粗さＲａ’が９．３×１０^－２μｍ以下である、実験例１，２，４，６，８，９，１５，１７，１８，２２，２３，２４，２５は、低光沢表面であり（マット感があり）、かつ汚れに対する耐性が高かった。

１…部材、３…基材、５…表面層

Claims

基材と、前記基材の上方に位置する表面層と、を有する部材であって、
前記表面層の表面は、ＪＩＳＺ８７４１：１９９７の、６０度における鏡面光沢度が３０以下であり、
カットオフ値λｃを０．００８ｍｍとした際の算術平均粗さＲａ’が９．３×１０^－２μｍ以下である、部材。
前記表面層は、釉薬層である、請求項１に記載の部材。
前記表面層は、樹脂層である、請求項１に記載の部材。
前記基材と前記表面層とが同一素材である、請求項１及び請求項３のいずれか一項に記載の部材。