JPH0676920B2 - 着色成形品の色むら評価方法 - Google Patents

着色成形品の色むら評価方法

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JPH0676920B2 JP20212488A JP20212488A JPH0676920B2 JP H0676920 B2 JPH0676920 B2 JP H0676920B2 JP 20212488 A JP20212488 A JP 20212488A JP 20212488 A JP20212488 A JP 20212488A JP H0676920 B2 JPH0676920 B2 JP H0676920B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、着色プラスチック成形品のように、基材中
に着色剤を分配してなる着色成形品の、色むらの程度の
評価等に利用し得る。
[従来の技術] 着色成形品の着色方法は、従来は例えば着色プラスチッ
ク成形品の場合、基材すなわち無着色の樹脂に顔料を混
入し、小球状にした着色ペレットを溶融する方法であ
り、得られた着色溶融樹脂を押出し、射出等によって成
形して着色プラスチック成形品としている。
ここに、着色ペレットの製造方法は、主として、ナチュ
ラルペレットとドライカラー(粉末状着色剤)を混合溶
融したのちペレット(小球)化する方法である。
近年は、着色ペレットにかわって、顔料と樹脂とワック
スからなり着色ペレットよりは顔料濃度を高くしたペレ
ットであるマスターバッチを用いて、着色コストを低減
する傾向になっている。
マスターバッチによる着色方法ではナチュラルペレット
100部に対しマスターバッチ5部程度を混入していた
が、最近では顔料濃度を更に高めてナチュラムペレット
100部に対する混入量が3部程度にまで減少できる高濃
度分散着色剤への要請が高まっている。
しかるに、このような高濃度分散着色剤では、これを混
入混練されて希釈する基材への均一な分配が困難によ
り、その結果成形品に色むらが発生し成形品の外観を損
うという問題がある。すなわち、プラスチック成形品の
場合その成形方法としては押出成形、インフレーション
成形、ブロー成形、射出成形等、さまざまあり、各成形
方法に適した着色剤及び希釈樹脂の選択が必要とされる
のであるが、これらの成形方法の中で前3者では一般
に、スクリュー構成にダルメージ等の混練効果の強い部
分が組込まれかつ成形過程の作業性等を考慮して溶融粘
度の高い希釈樹脂が使用されるため、着色剤のほぐれも
良く、色むらの問題は比較的少ないのであるが、射出成
形においては成形サイクルが速いことが他の成形方法に
比べて最大の特徴であることから希釈樹脂としてなるべ
く溶融粘度の低いものが好ましくかつスクリューもあま
り混練効果の大きくないものが使用されるため、着色剤
の分配不良による色むらが生じやすい。
また、着色剤中の顔料の分子構造によっては薄片状や針
状をなしてその顔料の向きにより光学的性質が異なりか
つ樹脂の流れの方向に平行に配向する特質のものがあ
り、この場合、成形品表面のうち樹脂の流れの方向と速
さが一様な部分では一様な色調であるが、樹脂の流れの
方向が一様でない部分や流れが遅い部分、例えばゲート
付近、ゲート対面、複数の樹脂流の出会うウェルドマー
ク付近、成形品の末端部等では顔料の向きがランダムに
なって他の部分と色調が異なり色むらを生じる。
このような分配不良による色むらの問題を解決する高濃
度分散着色剤の開発にあたり、色むらに対する正確な評
価・判定が重要なポイントになっている。
この着色剤の色むらの評価・判定は従来は目視によって
行なわれていた。
[発明が解決しようとする課題] しかるに目視による評価・判定は曖昧であって、評価す
る人の個人差がある、数値的にランク付けできない、或
いは大量のサンプル間の比較や過去のサンプルとの比較
にはそのサンプルを保管したり取出す手間がかかり非常
に困難であり、また判定を誤る恐れがあるという欠点が
ある。
目視による評価・判定の上記の欠点を補う方法として分
配特性評価用の標準片や印刷物による統一が考えられる
が、実際の射出成形によるプラスチックプレートではシ
ョット間のバラツキがありまた成形品毎に差があるた
め、全く同等の標準片での統一は不可能であり、また印
刷物で成形品の表面の微妙な色合いの差を表すことは不
可能なため現在までその様な試みは全く行なわれていな
い。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、着色成形品における着色剤分配性の微妙な差をも、
目視によらず、客観的定量的に評価し正確な判定をなし
得る色むら評価方法を提供することを目的としている。
[課題を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の着色成形品の色むら評
価方法は、基材中に着色剤を分配してなる着色成形品の
色むら評価方法であって、前記着色成形品の表面を微小
面積測色機により所定径の微小面積の領域で走査測色
し、該走査測色の結果を座標平面の一方の軸に測色位置
をかつ他方の軸に測色値をとることにより得られる波形
を波形解析することを特徴としている。
[作用] このように構成された着色成形品の色むら評価方法で
は、着色成形品の表面は例えば0.1mmφ〜4.0mmφの所定
径の微小面積の領域で走査測色される。
すなわち、前記微小面積の領域における反射率や透過
率、或いは三刺激値X,Y,Z及びこれらから算出されたL
値,a値,b値等の表色パラメータが測色値として得られ
る。これらのパラメータのいずれでも評価可能である
が、好ましくは色むらを最も敏感に反映する最適のパラ
メータをその色により選択してその測色値を座標平面の
2つの座標値の一方、例えば、横軸に測色位置を、縦軸
に測定値をとることにより、走査測色の結果は波形とし
て表される(第4図(a),(b),(c)参照)。こ
の波形を目視して上下変化の多少により色むらの程度を
比較することもできるが、この波形をフーリエ級数展開
を用いた解析法或いは表面粗さ解析法により波形解析す
ることにより、色むらの度合いが定量化され客観的に評
価可能になる。
すなわち、フーリエ級数展開を用いる解析法では、得ら
れた波形はフーリエ変換することにより周期Tの周期関
数とみなすことができ、下式のような三角関数の級数と
して表すことができる。
この式でCnはこの級数の各項三角関数の振幅すなわち上
下変化の幅を表し、|Cn|2を各項三角関数のパワー、集
合{|Cn|2}を関数yのパワースペクトルという。ここ
でCnのバラツキが大きいほどyの波形の上下変化の幅が
大きくなり分配性が悪いことになるから、例えばパワー
スペクトルの標準偏差が算出することにより、この波形
の表すもとの成形品の色むらの度合いが数値化され定量
化される。
また、表面粗さ解析法による評価では、前記波形は日本
規格協会による「JIS B 0601表面粗さ」の定義と表
示で規定されている、中心線平均粗さ(Ra)、最大高さ
(Rmax)、及び十点平均粗さ(Rz)等により数値化さ
れ、または、最近、三次元特性として姫路工業大学で研
究されている三次元表面粗さ解析法の評価パラメータで
あるゼロクロッシング数(Z)、断面曲線のピーク数
(Np)、単位面積当たりの突起の数(Ns)、突起の絶対
傾斜(|θ|)及び表面平均傾斜(G)により数値化さ
れる。
ここでは、これらのパラメータの詳細な説明は省略する
が、どのパラメータも数値の大きいほど色むらの度合い
が大きいことを表し、これらの中では、突起の絶対傾斜
(|θ|)或いは表面の平均傾斜(G)によって評価す
るのが最も好ましい。
[実施例] 以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
まず第1図(a)に示すように、評価対象の着色成形品
1の表面のうち評価箇所2を選定する。これは色むらの
生じやすい部分を含むように選定するのが好ましい。
次に評価箇所2内の多数の微小面積の領域S1,S2,…,Sn
を微小面積測色機により走査測色し、各領域について所
定の測色パラメータの値の変化を測定する。
ここに、測色パラメータとしては、反射率、透過率、三
刺激値X,Y,Z及びこれらから算出される。L値,a値,b値
等のうちの1つを選択することができる。どの測色パラ
メータが最適であるかはその評価対象の成形品の色相に
よって異なる(実験例参照)。
このうち、反射率または透過率を選択する場合は、測色
は固定波長で行うため、評価対象の成形品1の色相によ
り最適の波長を選定することが好ましい。
ここに最適の波長とは着色剤の分配濃度の変化が反射率
または透過率に顕著に影響するような波長であって、例
えばナチュラル樹脂100部に着色剤を数部添加して着色
した場合、色むらの測色に好ましい波長領域は、緑系の
色では500〜600nm、青系の色では400〜500nm、その他の
色(例えば赤、黄)では600〜780nmである。
また、上記は希釈樹脂がナチュラル樹脂の場合である
が、希釈樹脂がナチュラル樹脂でない場合でもナチュラ
ル樹脂にタルク、炭酸カルシウム等の無機フィラーを混
入したものである場合が多く、この場合でも樹脂自体は
着色されていないので、最適な波長領域は、上記と同様
となる。
更に、希釈樹脂がナチュラル樹脂でなくかつ既に着色さ
れている場合であるが、これは通常の生産過程ではほと
んどない。しかし、着色剤の分配性能の評価を行うとき
に、判定しやすくするため白色に着色された希釈樹脂を
用いる場合があり、この場合の最適波長は赤や黄色の着
色剤の場合は400〜450nmであって、前述の場合の600〜7
80nmと相違してくるので注意を要する。
次に使用する微小面積測色機としては、領域Skの径(測
色径)rが4mm以下、隣接する2領域Sk,Sk+1の中心の距
離(走査間隔)dが4mm以下の場合においてこれら2領
域における測色パラメータの変化をとらえ得る性能のも
のが必要である。このような微小面積測色機の市販品と
しては、例えば東京電色社製,ミクロカラーアナライザ
ーがある。これは測色径rを最小0.1φmmに、走査間隔
dを最小0.1mmにすることが可能であり最大走査距離100
mmにわたって1回の測定では最大1001個の領域の測色が
可能である。
ここで、測色径rと測色間隔dとの条件設定であるが、
まず、測色径rが大きくなると測色面積が広くなり、測
色結果が平均化して波形がなだらかになる。従ってrが
大きすぎると色むらの評価に適さない。通常のプラスチ
ック成形品の場合測色径rは0.1mm〜4mmφ程度が適当で
ある。前記市販品の場合測色径rとして0.1mmφ,0.2mm
φ,0.5mmφ,1mmφの4種類を選択できる。
ここで微小領域Skの個数が多いほうが測色データ数が多
くなり色むらを正確に表現できるため好ましく、一方こ
のデータ数は最大走査距離と測色間隔dにより決定され
るから測色間隔dが小さいほど正確になる。前記市販品
の場合 r=d=0.1mm のときが最も正確になり得られる波形は小刻みで複雑に
なる。
またこのようにr=dの場合は第2図(a)のように未
測色部分がないので色むらの評価もれがない。
第1図(a)ではr<dの場合を示したが、測色径rに
比して測色間隔dが極端に大きすぎると第2図(b)の
ように未測色部分が生じ正しい評価ができない。末測色
部分(d−r)は1mm以下になるように設定することが
望ましい。
またr>dの場合はダブリ測定部分が出て来て測色デー
タ値が平均化する。
従って測色径rと測色間隔dとを等しくとるのが最も好
ましいが、rとdがいずれかの大小関係の場合にも評価
は可能である。
このように同一測色箇所を走査測色しても測色径、測色
間隔により得られる波形形状は異なり正確さにも差が出
るが、いずれの場合でも着色分配性の定量化、ランク付
け評価はできる。
前記市販の微小面積走査測色機は、1回の測色で測色箇
所2内の1つの直線l上を走査測色するものであるから
測色箇所を面としてとらえたいときは例えば所定間隔の
複数の平行直線上を測色して総合的に評価する等の方法
をとることができる。
[実施例1](灰色) 目視によって分配性評価を9ランクに分けた灰色の標準
プレート3(第3図参照)9個を作製し、各標準プレー
ト3について同一箇所(図のP−30の線上)を走査測色
し、その結果を反射率,L値,a値,及びb値について波形
で表し、その各波形をフーリエ級数展開を用いる解析法
により解析してパワースペクトルの標準偏差を求めてそ
の大小を目視評価ランクと比較し、また表面粗さ解析法
により解析して前述の各パラメータ値を求めてその大小
を目視評価ランクと比較した。
なお、標準プレート3は、中央部4点ゲート構造であ
り、希釈樹脂としてABS樹脂(MI=11:220℃,10Kg荷重)
を用い、その100部に対し着色剤を5部を添加したもの
を、射出形成機(東芝機械株式会社製,IS75E−3A型)を
用いて成形した。
また、走査測色は、CIE表色系の標準光D−65を使用し
て、測色径r=0.5mmφ,測色間隔d=0.6mm、測色距離
60mmで行い101個のデータで評価した。反射率について
は700nm波長で測色した。
実験の結果 いずれのパラメータも、本発明の色むら評価方法が目視
評価ランクとよく相関していることを示したが、灰色の
場合は表色パラメータは反射率及びL値での評価がより
適当であり(第5図(a),(b)参照)、表面粗さ解
析法では、前述の各パラメータのうち表面の平均傾斜G
値が最も目視との相関性が高かった。
[実験例2](青色) 実験例1と同様のことを青色の標準プレートについて行
い、目視評価と本発明の評価方法との相関性を調べた。
希釈樹脂としては、タルク15%含有のポリプロピレン
(MI=15:190℃,2.16Kg荷重)を使用した。
実験の結果 青色の場合、表色パラメータはb値が最も目視との相関
性が高かった(第6図(a),(b)参照)。
[実験例3] 実験例1と同様のことを黄色,オレンジ色,及び赤色の
標準プレートについて行い、目視評価と本発明の評価方
法との相関性を調べた。希釈樹脂は、ナチュラルのポリ
エチレン(MI=4:190℃,2.16Kg荷重)を使用し、三次元
表面粗さ解析法により表面平均傾斜G値を用いて評価し
た。
実験の結果 黄色,オレンジ色はb値で、また赤色は反射率で、目視
評価との相関関係が求められた(第7図(a),(b)
参照)。
[発明の効果] 以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、プラ
スチックその他の着色成形品における着色剤分配性の微
妙な差をも、目視によらず客観的に評価し正確な判定を
なし得る色むら評価方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の着色成形品の色むら評価方法を順に
示し、第1図(a)は走査測色の仕方を示す平面説明
図、第1図(b)は波形を示す説明図、第1図(c)は
波形と評価の関係を示す説明図、第2図は同じ測色距離
と測色径に対し測色間隔を種々変えた状態を示す平面説
明図であって、第2図(a)はr=d,第2図(b)はr
<d,第2図(c)はr>dの場合を示す説明図、第3図
は標準プレートを示す平面図、第4図(a),(b),
(c)は波形の例を示す図であって種々の赤色着色剤を
用いた標準プレートにおける反射率の波形を示すグラ
フ、第5図は灰色標準プレートについて本発明の評価方
法と目視評価との相関を示すグラフであって、第5図
(a)はフーリエ展開による解析法でのグラフ、第5図
(b)は三次元表面粗さ解析法でのグラフ、第6図は青
色標準プレートについて本発明の評価方法と目視評価と
の相関を示すグラフであって、第6図(a)はフーリエ
展開による解析法でのグラフ、第6図(b)は三次元表
面粗さ解析でのグラフ、第7図(a)は黄色とオレンジ
色との標準プレートについて本発明の評価方法と目視評
価との相関を示すグラフ、及び第7図(b)は赤色の標
準プレートについて本発明の評価方法と目視評価との相
関を示すグラフである。 1……着色成形品 2……評価箇所

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基材中に着色剤を分配してなる着色成形品
    の色むら評価方法であって、前記着色成形品の表面を微
    小面積測色機により所定径の微小面積の領域で走査測色
    し、該走査測色の結果を座標平面の一方の軸に測色位置
    をかつ他方の軸に測色値をとることにより得られる波形
    を波形解析することを特徴とする着色成形品の色むら評
    価方法
  2. 【請求項2】前記波形解析にはフーリエ級数展開を使用
    することを特徴とする第1項記載の着色成形品の色むら
    評価方法
  3. 【請求項3】前記波形解析には表面粗さ解析法を使用す
    ることを特徴とする第1項記載の着色成形品の色むら評
    価方法
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