JPH11226606A - 指紋の目立ちにくい金属表面 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 指紋が付着しても目立ちにくい金属板を提供
する。 【解決手段】 中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以
上で、かつ、表面粗さのパワースペクトル解析で１０μ
ｍ以下の波長領域の凸凹が検出されないこと、および／
または、表面を１μｍピッチの微小平面に置き換える３
次元表面解析において、その法線が、マクロな平均表面
の法線に対して５度未満の角度をなす微小平面の割合
が、全微小平面の５０％以下であることを特徴とする指
紋の目立ちにくい金属表面。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道、自動車、船
舶、飛行機、建築内外装材、厨房部材、食器、工具、家
具、器物、装身具、装飾品などに使用するステンレス鋼
板、チタン板、アルミ板、銅板、金、銀、白金、金属メ
ッキ体、金属箔被覆体など、表面仕上げが重要である金
属表面に関する。

【０００２】

【従来の技術】人の手が接触する可能性の高い部位に使
用される金属表面には使用中に指紋が付着すると、見る
角度により指紋付着部がその周囲に対し青白く見えた
り、赤褐色を帯びた色に見えたり、場合によっては黒み
がかった色に見えたりして汚らしくなることが問題とな
る。なぜこのように見えるかについては、特開平８−２
７５４４にも記載されているとおり、これまでそのメカ
ニズムに立ち入った研究はなされていなかった。経験的
には、金属面へ有機または無機クリアー塗装を施すと指
紋が目立ちにくくなることが知られており、業務用冷蔵
庫向けステンレス鋼板表面などにこの技術が広く適用さ
れている。しかしながら、ステンレス鋼へのクリアー塗
装付与は、その密着耐久性や塗装コストの面から、より
ヘビーデューティーな環境に曝される部材への適用に対
して慎重にならざるを得ないのが実状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中、
金属表面に微細な凹凸を付与した場合、人の手が軽く接
触しても指紋の脂が凸部にのみしか付着しないことに着
眼して、凸部面積率が３０％以下とするような技術が特
開平６−３３５７０５号公報に開示されている。この技
術の場合、強く手や指を押しつけて凹部にも指紋が付い
た場合には、やはり指紋付着による汚れが目立つことに
なるため、その適用範囲には限定されたものがある。ま
た予め指紋に似た形状の凹凸模様を金属表面に付与して
おくと指紋が目立ちにくくなるという発見に基づき、幅
１００μｍ以上２ｍｍ以下、深さ５μｍ以上の均等幅の
溝を、隣接する溝同士の中心間距離を溝幅以上として多
数併設した指紋が目立たないダル仕上げ金属板が特開平
７−９００７号公報に開示されているが、この技術の場
合、溝状の凹凸を金属板に付与することが前提となるた
め、意匠性においてその適用範囲が限定され、より多く
の市場ニーズに対し十分に応えきれないでいる。また、
強く指を押し付けた場合は、前述と同様に溝内部にも指
紋が付着し汚れが目立つ様になることは、該明細書に明
示されている通りである。

【０００４】フロッピーディスクシャッター用の耐指紋
性に優れた薄鋼板に関する技術が特開平８−２７５４４
号公報に開示されている。この技術では、好ましくはマ
ルテンサイト量が１０ｖｏｌ％以下で残部オーステナイ
ト相となる金属板表面に、中心線平均粗さ（Ｒａ）：
０．２〜２．０μｍ、粗さ曲線の中心線に対する片寄り
指数であるスキューネス（Ｒｓｋ）：−０．８〜＋１．
５、粗さ曲線の平均山間隔：５０〜３００μｍであり、
入射角および受光角２０°の時の鏡面光沢度が３０〜２
００％、白色度が２５〜５０％である表面を有すること
を特徴としている。この技術は、フロッピーディスクシ
ャッター用薄鋼板に限定されていると同時に、その明細
書にも明示されているとおり原理について未解明のまま
経験的になされた発明であるため、その他の分野への適
用は容易とは言えず、多くの市場ニーズに対し十分に応
えきれないという問題がある。本発明者による同等材料
の追試の結果、ある角度では付着した指紋が見えにくく
はなるものの、別の角度からみればやはり目立つという
問題もあった。

【０００５】本発明は、上記従来の技術の問題点を解決
し、鉄道、自動車、船舶、飛行機、建築内外装材、厨房
部材、食器、工具、家具、器物などに使用するステンレ
ス鋼板、チタン板、アルミ板、銅板などの人の手が触れ
ることが多く指紋などの油脂汚れが目立つことが問題と
なる分野に適用可能な、指紋が付いても目立ちにくい金
属表面を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、付着した指紋
がなぜ目立つかという原理を解明しつつ、より多くの用
途ニーズに対しフレキシブルに対応しうる指紋などの油
脂汚れが目立ちにくい表面を持った金属系材料をより安
価にて製造・提供することを可能とする点で引例の発明
とは本質的に異なる。

【０００７】前記課題を解決するため、金属表面で起こ
る光学的現象の本質について理論的に考察した。金属表
面に光が入射すると、そこでは反射、乱反射、透過、吸
収、弾性散乱、非弾性散乱、皮膜による干渉などの複雑
な光学的現象がおこる。そのうち、１００オングストロ
ーム以下の皮膜厚が典型的な一般の金属表面において人
間の目で感知しうる支配的現象は反射、乱反射、吸収、
弾性散乱であり、金や銅のように黄色を呈する金属でな
ければ吸収の効果も小さい。これらの支配的現象は、光
の入射に対し角度依存性を有することがよく知られてい
る。つまり視点の置く位置により反射光、乱反射光、弾
性散乱光の相対的強度が異なり、金属表面の見え方は変
幻することとなる。ここで、指紋が付着した金属表面で
起こる光散乱現象について説明する。光散乱現象とは、
物体内の光学的ゆらぎに起因する光の再放射過程と定義
され、古くはＲａｙｌｅｉｇｈによりその現象が解明さ
れている。Ｒａｙｌｅｉｇｈ理論によると、散乱光強度
は入射した光の波長の４乗に逆比例することから、白色
光が入射された場合、波長の短い青っぽい光が全方位に
散乱し、その結果透過光は短波長成分が減光され相対的
に赤っぽくなる。これは、平滑な金属表面に指紋が付着
した場合、指紋内部の水と脂のコロイド状微細構造によ
り光学的ゆらぎとなり、光が入射すると指紋部分で全方
位に青っぽい光が散乱されると同時に、指紋を透過した
金属表面からの反射光は赤っぽく着色されることを意味
している。また、周辺の指紋が付着していない部分から
反射されてくる光に比べ、指紋付着部は減光されるため
相対的に暗く見えることになり、反射光側で金属表面を
みると茶色っぽく汚れてみえることになる。一方、反射
光と大きな角度をなす視点から金属表面をみると、清浄
な金属表面から反射される光は極めて弱い反面、指紋か
らの散乱光が青白く目立つことになるのである。

【０００８】金属表面に可視光の波長と同程度の波長の
凹凸が存在すると、これも金属と媒体（空気、水、脂な
ど）により形成される光学的ゆらぎの原因となり、光散
乱の原因となる。金属表面をダル仕上げすると、条件に
より白色度の高い表面ができることもあるが、これは金
属表面の微細凹凸に起因した白色光の散乱現象に基づい
ている。この場合、光散乱理論によると微細凹凸をなす
金属とその周囲の媒体の屈折率比が散乱光強度に大きな
影響を与えるため、金属表面に接する媒体の種類により
白色度に差異が生ずることとなる。つまり、微細凹凸を
有する金属表面に指紋を付着させた場合、清浄部に比べ
指紋付着部にて金属表面から起こる白っぽい散乱光の強
度が低下するため、結果として黒っぽく汚れて見えるこ
とになるのである。

【０００９】これらの原理を熟考し、指紋が付着しても
目立ちにくい表面を光学的に設計すると、まず金属表面
からの光散乱が起きにくいことが重要であると導出され
る。つまり金属表面の極微細な凹凸に起因する光散乱現
象を極小とすることで、指紋が付いても目立ちにくい金
属表面が製造可能であるという結論が得られる。また、
さらに目立ちにくくするためには、ある方向から光が入
射してくる場合でも、付着している指紋に対してはより
多くの方向から光を入射させ、マクロな反射光方向へも
指紋からの散乱光を重畳させることによってその赤色化
を防止すると同時に、強い乱反射光により全方位への微
弱な散乱光を隠蔽することで清浄表面および指紋付着部
の色調変化を最小化するという指針も得られた。つま
り、金属表面の極微細凹凸を無くし、より多くの方向へ
の強い乱反射が可能な条件を整えることで、指紋が付着
しても目立ちにくい金属が提供できることを発見し、本
発明を完成したもので、その要旨とするところは以下の
とおりである。

【００１０】（１）中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５μ
ｍ以上で、かつ、表面粗さのパワースペクトル解析で１
０μｍ以下の波長領域における最大の振幅が０．０２μ
ｍ以下であることを特徴とする指紋の目立ちにくい金属
表面。 （２）表面を１μｍピッチの微小平面に置き換える３次
元表面解析において、その法線が、マクロな平均表面の
法線に対して５度未満の角度をなす微小平面の割合が、
全微小平面の５０％以下であることを特徴とする指紋の
目立ちにくい金属表面。

【００１１】（３）中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５μ
ｍ以上で、かつ、表面粗さのパワースペクトル解析で１
０μｍ以下の波長領域における最大の振幅が０．０２μ
ｍ以下であり、さらに、面を１μｍピッチの微小平面に
置き換える３次元表面解析において、その法線が、マク
ロな平均表面の法線に対して５度未満の角度をなす微小
平面の割合が、全微小平面の５０％以下であることを特
徴とする指紋の目立ちにくい金属表面。

【００１２】（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記
載の表面を有することを特徴する指紋の目立ちにくい金
属板。

【００１３】

【発明の実施の形態】種々の表面形態を有する金属板を
試作し、３次元表面形状解析および人間の指を強く押し
付けることで付着させた指紋の目立ち具合の目視評価を
実施したところ、金属面での光散乱の観点からは、波長
１０μｍ以下の極微細な凹凸を極力少なくすることで達
成可能であることが判明した。

【００１４】極微細な凹凸の解析にはパワースペクトル
解析を用いる。該解析は表面の形状を一定周期の凹凸に
分解し、横軸に凹凸の周波数もしくは周期（波長）、縦
軸にその周期の凹凸の最大の振幅に相当するパワーを表
示するもので、表面形状のフーリエ分解に相当する。パ
ワースペクトル解析装置は、市販されており、具体的に
は、東京精密製サーフコム１４００Ａ−３Ｄなどが挙げ
られる。

【００１５】パワースペクトル解析で、１０μｍ以下の
波長領域における最大の振幅が０．０２μｍを超えなけ
れば、光散乱の観点からは、指紋の目立ちにくい表面と
なる。ここに振幅は、振幅のゼロ点が定義困難である場
合もあるので、ピーク−ピーク間の最大値を振幅と定義
する。パワーとして実測される値もピーク−ピーク間の
最大値に相当している。１０μｍ以下の波長領域におけ
る最大の振幅が０．０１μｍ以下であれば光散乱の観点
からさらに好ましい表面となる。

【００１６】つぎに、乱反射の観点からは、より多くの
方向へ強い乱反射光を発生させるために、表面全体を微
小な平面で置き換えた場合に、微小な平面がなるべくあ
らゆる方向に向き、一定方向から入射した光線を多くの
方向に反射させるようになっているのがよい。本発明で
は、この具体的な条件として、表面を１μｍピッチの微
小平面に置き換える３次元表面解析において、その法線
が、マクロな平均表面の法線に対して５度未満の角度を
なす微小平面の割合が、全微小平面の５０％以下である
ことを見いだした。

【００１７】この三次元解析には、例えば、触針式また
は光学式の３次元表面形状測定機で、２００×２００μ
ｍの領域を縦横とも１μｍ間隔で高さを測定し、金属表
面上の相隣り合う３つの測定点よりなる３角形を、１つ
の微小平面として、その法線ベクトルを計算し、マクロ
な平均表面の法線ベクトルとの角度を計算する。マクロ
な平均表面とは、前記２００×２００μｍの凹凸をなら
して形成される平面であり、その中に含まれる微小平面
の個数はこの場合８００００個程度である。これらの微
小平面のうち、その法線が、マクロな平均表面の法線に
対して５度未満の角度をなす微小平面の割合が、全微小
平面の５０％以下であることを確認する。

【００１８】なお、金属表面が必ずしも平面でなくて
も、曲率が極端に大きくなければ、２００×２００μｍ
程度の大きさの接平面は定義可能であるから、本発明の
考えはマクロな曲面には全く問題なく適用が可能であ
る。光散乱に対する条件である前記（１）と乱反射に対
する条件の前記（２）は、いうまでもなく指紋などの油
脂汚れが目立たないための独立した条件であるから、両
者を併用して前記（３）のように金属表面を構成すると
非常に高い効果が得られる。

【００１９】本発明の金属表面を製造する方法として最
も代表的なものは、以下の実施例でも説明する圧延転写
により表面に凹凸をつける方法である。この方法はロー
ルに本願発明の表面をレーザーやエッチングなどの微細
加工により付けておき、冷延により目的の金属表面に転
写させる方法で、量産にも非常に有利な方法である。こ
のほか、金属板の場合直接ショットブラスト、酸洗、電
解研磨、機械加工、所定の凹凸を持った金型の押し付
け、放電加工、レーザーによる加工などのいずれか、ま
たはいくつかの手法の組み合わせにより本発明の表面を
実現できる。もちろん、ここに記載していないその他の
方法も本願発明の表面を再現良く製造可能であれば採用
できる。メッキなど被覆表面の場合は、下地材に予め本
発明の表面形態を上記の方法で付与しておいてから電
解、溶融、無電解メッキを施すなどの方法、あるいはメ
ッキした後にメッキ表面を本発明の表面形態に加工する
方法、本発明の表面形態を付与した金属箔を貼り付ける
方法などがある。

【００２０】本発明の金属表面を製造するための諸条件
に関しては、さらに調査中であるが、酸洗工程が入ると
金属結晶粒界などが腐食され波長１０μｍ以下の極微細
凹凸が生ずるようである。

【００２１】

【実施例】本発明により作成した金属板の製造方法とそ
の性能について述べる。冷間圧延した後に光輝焼鈍をし
たＳＵＳ３０４鋼板、および大気焼鈍後溶融塩で酸化皮
膜を改質した後に硝酸−ふっ酸混合液により酸洗処理を
施したＳＵＳ３０４鋼板を、ショットブラストにより表
面をランダムな粗さをつけ電解研磨により極微小な凹凸
を除去して作成した種々のロールにより圧延することで
本発明に記載の特徴を有する金属板を試作した。

【００２２】パワースペクトル解析は、東京精密製サー
フコム１４００Ａ−３Ｄによりパワースペクトル解析を
行い、１０μｍ以下の波長領域における凹凸が存在する
かどうかを調査した。３次元表面測定は２００×２００
μｍの領域を縦横とも１μｍ間隔で高さを測定した。３
次元形状データを用いて、マクロにみた平均表面の垂直
方向に対し５°未満の領域に属する法線ベクトルを持つ
微小平面の構成率を求めた。

【００２３】指紋の目立ちにくさは、表面に指を強く押
しつけ凹部にまで到達するように指紋をつけて、どの方
位からみても指紋が目立ちにくいかを目視にて判定し
た。今回試作したステンレス鋼板について解析・評価し
た結果を一覧表として表１に示す。この表より本発明の
性能が発現するのは波長１０μｍ以下の極微細凹凸スが
パワーペクトル解析で０．０２ミクロン以下のレベルで
あり、かつ、Ｒａが０．５μｍ以上であるか、マクロに
みた平均表面の垂直方向から５°未満の面方位を持つ微
小平面の率が５０％以下であると効果が現れ、これら２
つの条件を兼備すると性能が大幅に向上することが判
る。

【００２４】本実施例ではステンレス鋼であるＳＵＳ３
０４を例にしてその性能確認を行ったが、金属材料とし
ては当該成分以外のステンレス鋼でも良く、またチタ
ン、アルミ、銅、金、銀、白金などの金属材料一般に対
しても適用できることは言うまでもない。また、上述の
特徴を有する金属メッキ体などにおいて、同様の効果が
得られる。

【００２５】また、本実施例では製造法として圧延転写
により表面に凹凸をつける方法を例示したが、金属板の
場合直接ショットブラスト、酸洗、電解研磨、機械加
工、所定の凹凸を持った金型の押し付け、放電加工、レ
ーザーによる加工などのいずれか、またはいくつかの手
法の組み合わせにより本発明を実現することが可能であ
り、製造法により効果が変わることはない。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、鉄道、自動車、船舶、飛
行機、建築内外装材、厨房部材、食器、工具、家具、器
物、装身具、装飾品などに使用するステンレス鋼板、チ
タン板、アルミ板、銅板、金、銀、白金、金属メッキ
体、金属箔被覆体などの金属表面において、指紋などの
油脂汚れが付着しても汚れを目立たなくすることが可能
となった。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以
   上で、かつ、表面粗さのパワースペクトル解析で１０μ
   ｍ以下の波長領域における最大の振幅が０．０２μｍ以
   下であることを特徴とする指紋の目立ちにくい金属表
   面。
2. 【請求項２】 表面を１μｍピッチの微小平面に置き換
   える３次元表面解析において、その法線が、マクロな平
   均表面の法線に対して５度未満の角度をなす微小平面の
   割合が、全微小平面の５０％以下であることを特徴とす
   る指紋の目立ちにくい金属表面。
3. 【請求項３】 中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以
   上で、かつ、表面粗さのパワースペクトル解析で１０μ
   ｍ以下の波長領域における最大の振幅が０．０２μｍ以
   下であり、さらに、表面を１μｍピッチの微小平面に置
   き換える３次元表面解析において、その法線が、マクロ
   な平均表面の法線に対して５度未満の角度をなす微小平
   面の割合が、全微小平面の５０％以下であることを特徴
   とする指紋の目立ちにくい金属表面。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の表面を
   有することを特徴する指紋の目立ちにくい金属板。