JP4053127B2

JP4053127B2 - 意匠性に優れたステンレス鋼又はチタンおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4053127B2
Application number: JP05523698A
Authority: JP
Inventors: 泉武藤; 章夫山本
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JPH11256352A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋根や壁などの建築物の内外装材、フェンスやドアノブなどの建材金物、輸送用機器の内外板などに用いられる意匠性に優れたステンレス鋼又はチタンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築物の内外装材は、町並みなど都市景観を形成する素材であり、人間が外観から受ける質感は極めて重要な特性である。特に近年、塗装や金属に特有な人工的な質感でも石材などが有する非人工的な外観でもない、他に類例のない外観を有する素材が求められつつある。
【０００３】
その一つの試みとして、石材などに比べて加工性に優れる金属材料に脱鋼材感を付与する技術が提案されている。例えば、特開平５−１４７１６１号公報には、鋼材に下地処理層、防食被覆層、必要に応じて接着層を形成した後に、最上層に長さ０．５mm以上の非金属繊維を植毛する脱鋼材感を有する重防食被覆鋼材とその製造方法が開示されている。また、特開平７−１１４５２号公報には、ステンレス鋼表面に目付量２００g/mm²以上の溶融亜鉛めっきを有し、さらに燐酸塩処理により黒灰色に発色させる意匠性に優れたステンレス鋼製屋根外装材および製造方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者は植毛塗膜、後者は化成処理膜の質感であり、鋼材に脱鋼材感を付与することには成功しているものの、他に類例を見ない外観を有する素材の開発には至っていない。
本発明は、主に鋼材の表面色の組合わせ方および表面粗さを制御することで、金属や塗膜さらには化成処理膜などの単一な物質とは全く異なった質感を有する特異な意匠性を有するステンレス鋼又はチタンおよびその製造方法を提供することを目的になされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を要旨とする。
（１）表面の色調が、明度指数Ｌ^＊が５０以下の暗色を地の色として、その中に平均面積５mm^２以下で明度指数Ｌ^＊が６０以上の明色である部分を有し、かつ、表面粗さＲａが０．５μｍ以上である表面を有することを特徴とする意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
【０００６】
（２）前記暗色および明色の一方もしくは両方において、色質指数ａ^＊が−１０以上１０以下、かつ、色質指数ｂ^＊が−１０以上１０以下であることを特徴とする前項（１）に記載の意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
（３）前記暗色および明色が、金属表面の物質色、金属表面に形成した表面処理層の物質色、金属表面に形成した表面処理層による干渉色のいずれかであることを特徴とする前項（１）または（２）に記載の意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
（４）前記明色が、金属表面の物質色または金属表面上に形成された表面処理層による干渉色であって、前記暗色が金属表面上に形成された表面処理層の物質色または表面処理層による干渉色であることを特徴とする前項（３）に記載の意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
【０００７】
（５）前記明色がＴｉの金属表面の物質色であって、前記暗色が、前記明色を有する金属上に形成した陽極酸化皮膜による干渉色であることを特徴とする前項（４）に記載の意匠性に優れたチタン。
（６）前記明色が、ステンレス鋼の金属表面の物質色であって、前記暗色が、前記明色を有するステンレス鋼上に形成した酸化スケールもしくは黒色クロメート皮膜の物質色であることを特徴とする前項（４）に記載の意匠性に優れたステンレス鋼。
【０００８】
（７）前項（４）に記載のステンレス鋼又はチタンを製造するに際し、その金属表面上に、表面処理層を形成した後に、硬質粒子の投射や研磨によって、該表面処理層を部分的に剥離もしくは薄膜化すると共に、表面粗さを調整することを特徴とする意匠性に優れたステンレス鋼又はチタンの製造方法。
（８）前項（４）に記載のステンレス鋼又はチタンを製造するに際し、その金属表面上に、表面処理層を形成した後に、硬質粒子の投射や研磨によって、該表面処理層を部分的に剥離して、下地金属を露出させると共に、表面粗さを調整した後に、再度表面処理を行うことを特徴とする意匠性に優れたステンレス鋼又はチタンの製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成要素ごとに限定理由を詳細に述べる。
１）明色および暗色の明度指数Ｌ^＊、明色部の平均面積、表面粗さ
物体の表面を暗色系の色を地として、その中に明度指数Ｌ^＊の異なる多数の小区画の作製することにより、単一な物質とは異なった質感を発現させることができると共に、意匠性を付与することができる。しかし、地の暗色と小区画の明度指数Ｌ^＊が近接している場合には、その効果が不充分である。従来の塗膜や化成処理とは異なった質感を出すためには、明度指数Ｌ^＊が５０以下の暗色を地の色として、その中に明度指数Ｌ^＊が６０以上の明色部を形成する必要がある。
【００１０】
また、明色部の単位区画の面積が大きくなると、暗色部と明色部の色を別々のものとして認識できるようになるため、単一な物質とは独特な質感を発現させることはできない。充分な効果を発揮するためには、明色部の単位区画が平均面積で５mm²以下である必要がある。
さらに、表面粗さＲａが小さいと、表面全体が光って見えるため、暗色と明色の色の差が際立たず特異な質感を付与することができない。充分な効果を得るには、算術平均粗さＲａを０．５μｍ以上とすることが必要である。
【００１１】
２）金属
本発明は、表面状態および外観を規定したステンレス鋼又はチタン（以下、「金属材料」と略す。）である。金属は、陶器、ガラス、セラミックス、高分子（プラスチック）、ゴム、木材など他の素材とは異なり、一般に、曲げ、溶接、切断、穴あけなどの加工が容易であるため、建築物などの内外装材として好適であり、本発明の必須要件である。
【００１２】
３）色質指数ａ^＊、ｂ^＊
暗色と明色の一方もしくは両方の色質指数ａ^＊を−１０以上１０以下、色質指数ｂ^＊を−１０以上１０以下とすることで、暗色と明色の一方もしくは両方を無彩色に近づけることができ、さらに特異な質感を得ることが可能である。したがって、明度指数Ｌ^＊、明色部の大きさ、表面粗さの制御だけで、所定の効果が得られない場合には、暗色と明色の一方もしくは両方の色質指数をａ^＊が−１０以上１０以下、ｂ^＊が−１０以上１０以下にすることが好ましい。
【００１３】
尚、本発明でいう明度指数Ｌ^＊、色質指数ａ^＊、ｂ^＊とは、ＪＩＳＺ８７２９に規定されているＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系の色の表し方の定義によるものであり、光源としては同規格に示されている２度視野ＸＹＺ系による場合のＤ６５を用いた際のものとする。
【００１４】
４）干渉色
暗色と明色の一方もしくは両方に表面処理層による干渉色を用いることで、上述した色彩の混合による特異な質感に加え、干渉色が持つ金属的な質感を付与することができる。
【００１５】
５）表面処理層
暗色の地の中に明色の小区画を描く方法は、多種多様なものが考えられる。例えば、象嵌のように、金属の表面に異種の金属や陶器などの小片を埋め込む技術は、古くから工芸品で用いられている装飾技術である。また、蒔絵のように漆に金や銀をまぶし、最後に表層から軽く研磨することで、漆の暗色のなかに金や銀の明色を作製する方法も知られている。しかし、これらの技術は工業製品としての大量生産には不向きである。
【００１６】
そこで、安価に大量に必要とする際には、暗色として金属表面に化成処理、めっき、塗装、高温酸化処理、陽極酸化処理、酸洗処理、腐食、溶射処理、ドライコーティング処理や侵炭・脱炭処理などにより作製した表面処理層の物質色もしくはその表面処理層による干渉色を、また明色として金属の物質色もしくは金属表面に化成処理、めっき、塗装、高温酸化処理、陽極酸化処理、酸洗処理、腐食、溶射処理、ドライコーティング処理や侵炭・脱炭処理などにより作製した表面処理層による干渉色を用いることが可能である。
【００１７】
６）下地金属
本発明は、表面状態および外観を規定した金属材料であり、金属の種類や組成を必ずしも規定するものではない。しかし、Ｔｉの表面に干渉色を有する陽極酸化皮膜による干渉色を暗色として、下地金属の物質色を明色とすることで、耐食性を付与することができ、さらに、この陽極酸化皮膜は、可視光の吸収がほとんどないため、澄んだ色調の独特な質感を得ることができる。
また、ステンレス鋼表面に形成した酸化スケールもしくは黒色クロメート皮膜の物質色を暗色として、皮膜下地金属の物質色を明色とすることで、特異な質感のみならず、安価で耐食性、加工性、溶接性、切削性、穴あけ性に優れた材料を得ることができる。
【００１８】
７）製造方法
前記（７）および（８）は、意匠性に優れた金属材料の製造方法を規定したものである。
まず、はじめに金属の表面に表面処理層を形成し、硬質粒子の投射や研磨によって、表面処理層を部分的に剥離もしくは薄膜化し、下地金属の色もしくは表面処理層の干渉色を発現させると共に、所定の範囲の表面粗さを付与するものである。硬質粒子を表面処理層を有する金属に投射することで、皮膜の部分的な剥離に伴う明色部の形成と粗さの付与を同時に行うことができ、省工程化、大量生産が可能で安価で効率的である。製造工程は、大きく、▲１▼表面全体への暗色系の表面処理、▲２▼硬質粒子の投射、の２工程であり、現有する各種の表面処理工程が流用できるのみならず、生産性アップや大規模化が可能となる。
【００１９】
さらに、硬質粒子の投射や研磨の後に、干渉色を有する表面処理層を表面全体に形成することにより、硬質粒子投射ままとは異なった趣のある質感を得られるだけではなく、２度目に形成した干渉色を有する表面処理層による防錆効果や防汚染効果などを得ることができ、堅牢で意匠性に優れた金属材料を製造することができる。
尚、ここで言う硬質粒子の投射とは、例えばショットブラスト法でアルミナ粒子、ガラスビーズなどを用いるものである。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
真鍮（６５％Ｃｕ−３５％Ｚｎ）、純銅（９９．９９％）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、純チタン（ＪＩＳ１種）を基板となる素材として、各種の表面処理を施し、種々の組合わせの明色部と暗色部からなる金属板を作製した。作製した金属板の明細を表１（表１−１及び表１−２）に示す。表１において、番号６、８〜２０、２３〜２５は本発明であり、番号ａ１〜ａ１１は比較例である。尚、表１には官能検査で調査した意匠性の程度も示した。
【００２１】
この官能検査は２０〜４０歳までの１０名の一般消費者を対象に行い、「建築物などの外観外装材として従来にないデザインの金属材料である」という尺度で、１００点満点で採点してもらった結果を整理したものである。意匠性Ａは１００点〜９０点、Ｂは８９点〜８０点、Ｃは７９点〜７０点、Ｄは６９点〜６０点、Ｅは５９点以下である。従来材の中でも比較的意匠性が高く、脱鋼材感があると言われているステンレス鋼に黒色クロメート処理を施したものが５３点で、一方ステンレス鋼に黒色の塗料を塗ったものが３２点であったことから、Ｄ（６０点〜６９点）以上を従来材に比べ、得意な質感を有する意匠性に優れるものと判断した。尚、この官能検査は、北天昼光が射し込む北向きの部屋の窓辺に置いた白色の机の上に、試験片を並べて、１名ごとに実施した。
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２５】
一方、比較例ａ１およびａ２は、番号１の明色部の色はそのままとして、塗料の色を変えた比較例である。塗料としては銀白色および金色のものを使用した。製造方法は番号１と同様である。この比較例ａ１およびａ２は暗色の明度指数Ｌ^＊が５０を超えるため、明色部の平均面積と表面粗さは本発明の範囲内であるものの、意匠性は低いことが分かる。これは素材全面の色調が明るく、従来材と同じく金属的な質感であることが原因ではないかと思われる。
【００２６】
また、番号ａ３（比較例）は、粗さは本発明の範囲内であるが明色部の面積が規定をはずれているもの、番号ａ４（比較例）は明色部の面積は本発明の範囲であるが粗さが規定範囲外であるものであり、いずれも意匠性には優れていないことが分かる。さらに、番号ａ５は、明色部の素材として真鍮を用いた例であるが、エナメル塗装、ショットブラスト後に、高温高湿の大気環境で真鍮を腐食させ、エナメルが剥離した部分をやや暗い色に変化させたものである。明度指数が低下し、本発明の範囲外となっており、意匠性にも優れていないことが分かる。
【００２７】
次に、番号６はステンレス鋼の表面に茶色のエナメル塗料を塗り、その後にショットブラスト処理を行うことにより、Ｌ^＊が５０以下の有彩色の地の中に、Ｌ^＊が６０以上でしかも色質指数ａ^＊、ｂ^＊が共に−１０以上１０以下の無彩色のステンレス鋼素地を部分的に露出させたものである。意匠性はＢランクであり、明色暗色共に有彩色とした番号１〜５に比べ意匠性に優れている。
【００２９】
次に、番号８は、ステンレス鋼の表面に黒色クロメート処理を施し表面全体のＬ^＊を低めると共に、色質指数ａ^＊およびｂ^＊を−１０以上１０以下に制御した後に、ショットブラスト処理により部分的に黒色クロメート皮膜を剥離し、Ｌ^＊が６０以上でａ^＊およびｂ^＊が−１０以上１０以下であるステンレス鋼の素地を露出させたものである。すなわち、明色部暗色部ともに無彩色にした例である。
これも官能検査の結果はＡランクであり、意匠性に優れている。
【００３０】
同様に、暗色部の無彩色として、番号９は黒色のエポキシ系塗料の塗布、番号１０は熱硫酸に浸漬することで形成させた黒色の腐食生成物、番号１１はＰｂメッキ後にリン酸塩電解処理により得た黒色皮膜、番号１２はステンレス鋼を９００℃で２時間大気酸化することで得た黒色酸化スケールを暗色部として用いたものである。これらはいずれも表面処理層を形成した後に、ショットブラスト処理により部分的に黒色皮膜を剥離し、Ｌ^＊が６０以上でａ^＊およびｂ^＊が−１０以上１０以下であるステンレス鋼の素地を露出させたものである。さらに、番号１３は明色部としてステンレス鋼の代わりにチタンを用いた例である。
【００３１】
これらに対して、比較例ａ６とａ７はステンレス鋼とエポキシ塗料を用いて明色部暗色部共に無彩色にした例であるが、比較例ａ６は明色部の平均面積が、比較例ａ７は表面粗さが本発明の範囲外であり、意匠性は極めて悪い。明色暗色共に無彩色としても、明色部の平均面積や表面粗さを本発明の範囲に限定することが高い意匠性を得るために必要であることが分かる。
【００３２】
以上より、明色と暗色の色質指数ａ^＊、ｂ^＊を共に、−１０以上１０以下に制御することにより優れた意匠性を付与できることが分かる。また、表面処理した金属を出発材料とし、硬質粒子を投射することにより、意匠性に優れる金属材料を製造できることが分かる。
【００３３】
次に、番号１４は、ステンレス鋼に黒色クロメートを施し、ショットブラスト法により黒色クロメート皮膜を部分的に剥離した後に、材料全面にＳｉＯ₂を干渉色が現れる程度に薄くイオンプレーティングしたものである。黒色クロメートが残存する部分は黒色のままであり、ステンレス素地の部分には明るい青色を干渉色で発色させたものである。同じく、番号１５はイオンプレーティングに変えて通常のクロメート処理により黄色の干渉色を発色させたものである。干渉色を用いることで高い意匠性を得ることができることが分かる。
【００３４】
比較例ａ８は、番号１４と同じ方法で作製した干渉色を発色させたものであるが、明色部の面積が本発明の範囲外の例である。また、比較例ａ９は、番号１５と同じ方法で作製した干渉色を利用したものであるが、表面粗さが本発明の範囲外である例である。いずれも官能検査の結果はＥランクであり、干渉色を用いたとしても粗さや明色部の面積を本発明の範囲に制御することが高い意匠性を得るための条件であることが分かる。
【００３５】
次いで、番号１６〜２０は純チタンを陽極酸化して干渉色を有する酸化皮膜を形成した後に、アルミナブラスト処理を施し、皮膜を部分的に剥離して、下地チタンの物質色を明色として出現させたものである。チタン酸化物は可視域の光を吸収しないため、暗色であるものの澄んだ色彩を得ることができ、金属チタンの明色と組み合わせると軽快な他に類例を見ない外観と優れた意匠性を得ることができる。
【００３６】
番号２３〜２５は、チタンを用いて、発色とブラスト処理を行い、その後に再度陽極酸化を行うことで、ブラスト処理により陽極酸化皮膜が剥離した部分にも再度干渉色を発色させたものである。このように、明色、暗色ともにチタンの干渉色とすることにより、極めて意匠性に優れた金属材料を得ることができることが分かる。
【００３７】
比較例ａ１０およびａ１１は、番号２３と同じ方法で作製した明色部暗色部共に干渉色を有する例であるが、ａ１０は明色部の平均面積が、ａ１１は表面粗さがそれぞれ本発明の範囲外のものである。官能検査での評点はＥランクであり、意匠性は低い。明色暗色共に、干渉色を用いたとしても粗さや明色部の面積を本発明の範囲に制御することが高い意匠性を得るための条件であることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、屋根や壁などの建築物の内外装材、フェンスやドアノブなどの建材金物、輸送用機器の内外板などに用いられる意匠性に優れた金属材料を安価に得ることができる。

Claims

表面の色調が、明度指数Ｌ^＊が５０以下の暗色を地の色として、その中に平均面積５mm^２以下で明度指数Ｌ^＊が６０以上の明色である部分を有し、かつ、表面粗さＲａが０．５μｍ以上である表面を有することを特徴とする意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
前記暗色および明色の一方もしくは両方において、色質指数ａ^＊が−１０以上１０以下、かつ、色質指数ｂ^＊が−１０以上１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
前記暗色および明色が、金属表面の物質色、金属表面に形成した表面処理層の物質色、金属表面に形成した表面処理層による干渉色のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
前記明色が、金属表面の物質色または金属表面上に形成された表面処理層による干渉色であって、前記暗色が金属表面上に形成された表面処理層の物質色または表面処理層による干渉色であることを特徴とする請求項３に記載の意匠性に優れたステンレス鋼又はチタン。
前記明色がＴｉの金属表面の物質色であって、前記暗色が、前記明色を有する金属上に形成した陽極酸化皮膜による干渉色であることを特徴とする請求項４に記載の意匠性に優れたチタン。
前記明色が、ステンレス鋼の金属表面の物質色であって、前記暗色が、前記明色を有するステンレス鋼上に形成した酸化スケールもしくは黒色クロメート皮膜の物質色であることを特徴とする請求項４に記載の意匠性に優れたステンレス鋼。
請求項４に記載のステンレス鋼又はチタンを製造するに際し、その金属表面上に、表面処理層を形成した後に、硬質粒子の投射や研磨によって、該表面処理層を部分的に剥離もしくは薄膜化すると共に、表面粗さを調整することを特徴とする意匠性に優れたステンレス鋼又はチタンの製造方法。
請求項４に記載のステンレス鋼又はチタンを製造するに際し、その金属表面上に、表面処理層を形成した後に、硬質粒子の投射や研磨によって、該表面処理層を部分的に剥離して、下地金属を露出させると共に、表面粗さを調整した後に、再度表面処理を行うことを特徴とする意匠性に優れたステンレス鋼又はチタンの製造方法。