JP2000515636A - 顔料添加された特殊効果の色調の色処方を算出する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ｉ）着色剤系の基礎となる各々の顔料について、一揃えの較正パネルをつくり、そして関連する反射係数を実験的に決定し、ii）着色剤系の基礎となる各々の顔料について測定した反射係数から、粒状媒質内での光の拡散を示す放射伝播モデルを用いて光学的な物質パラメータを決定し、iii）着色剤系の基礎となる微小板状の特殊効果顔料のすべてから、そして各々の場合、彩色的に不活性で、トポロジーに影響する一種またはそれ以上の充填剤の一定量から、光学的な物質パラメータが較正スケールによって同様に決定されるいわゆる擬似顔料をつくり、iv）そして、ある着色剤系の処方成分そして顔料および（または）関連する擬似顔料を指定し、再び合致させるべき特殊効果の色調の反射スペクトルを、粒状媒質内での光の拡散を示す適当な放射伝播モデルを用いて、光学的物質パラメータを参照することによって数学的にシミュレーションし、各々の顔料、各々の擬似顔料およびトポロジーに影響を与える充填剤について関係する量を得る顔料添加された特殊効果の色調の色処方を計算するための方法。

Description

【発明の詳細な説明】 顔料添加された特殊効果の色調の 色処方を算出する方法 本発明は顔料添加によってよい特殊効果の色調の色処方を算出する方法に関す る。この方法は特殊効果を付与する表面コーティングの分野、特に、色調パター ンに色調を再び合致させるように、表面コーティングを着色するためのすべての 顔料を決めねばならない場合に用いられる。しかしこの方法は色処方の修正を算 定するのにも用いることができる。 顔料調合（pigmentation）が知られていない色調を再び合致させることは、ラ ッカー業界の彩色分野のすべてにおいて中心的な問題である。特に、自動車コー ティングの部門では、顔料の範囲が近年拡大しつづけている。この部門では特殊 効果の色調の数が特に急激に増加した。デザイナー達が特殊効果顔料を任意に組 み合わせて色調に組み込むことが益々増えている。これらの推移から見て、この 種の色調を再び合致させる際の労力と費用とを最少にする効率的な方法は経済的 に重要性が大きい。 実際、例えばアルミニウム、干渉性顔料または液晶顔料のような特殊効果顔料 型のものは、その性質はすべて二次元的であり、横の広がりが５〜40μｍであり 、また厚さが５μｍより薄い。顕著な明度および特殊色彩効果は、粒子がラッカ ー表面に対して最適な平行配列下にある時にのみ得ることができる。微小板の配 向は、これらの顔料が使用される個々のラッカー系の特性であり、また施用パラ メータによって決まる。 顔料調合が知られていない特殊効果の色調を再び合致させる場合、例えば自動 車コーティングの部門において要求される高品位を保証するために、ある範囲の 周囲の条件に合格せねばならない。再び合致させるべき色見本で使用されるのと 同じ顔料の種類を使用することが高品位の再合致を行う ための前提条件である。使用する特殊効果顔料の種類および粒子寸法分布が色見 本の成分に対応する場合にのみ、メタメリズムの全く起きない精密な再合致が可 能である。さらにまた、微小板状の特殊効果顔料が塗装されたラッカー中でのト ポロジーが同様に重要であるが、これは明度および特殊色彩効果の形成および顕 著さを最終的に決定するのがこのトポロジーであるからである。 顔料調合が知られていない色調の彩色研究室における再合致は、今日、コンピ ュータによる色彩処方を算出する方法によって支えられている。色彩処方の計算 は、スペクトルの可視領域での反射スペクトル分析により、また粒状媒質内での 光の拡散を示す、従って計測学的に検出可能な反射スペクトルを示す適当な放射 伝播モデルを用いて、色調に関して顔料調合を解析するための手段である。 算出された処方の質は、混合ラッカー系中のすべての成分の標準化そして施用 パラメータの不変性に関係する。色調を再び合致させるために使用されるバイン ダー系の顔料トポロジーからみて、当該の色調パターンの顔料トポロジーに何ら かの偏倚があると、シミュレーションの結果は必然的に質が低下する（図２）。 再び合致させるべき色見本および合致を行うのに使用するバインダー系において 、特殊効果顔料の配向が異なる場合、二つの可能性、すなわち(ｉ)作業者独自の バインダー系内の微小板状の顔料粒子の水平方向の配列が合致されるべき色調で の配向ほど良くないこと、および(ii)作業者独自のバインダー系における配向が 合致されるべき色調での配向より良いことがある。 前者の場合、処置すべき色調の精密な再合致を行うのに作業者独自のバインダ ー系を使用することはできない。作業者独自のラッカー系内の粒子の配向がより 良い場合、再合致すべき色見本に存在するトポロジーに合致 すべき、粒子寸法分布が適当な彩色上不活性な充填剤／顔料を添加することによ り粒子のトポロジーを乱すことができる。しかしながらこれらの充填剤／顔料は それらの屈折率が、埋設する媒体に匹敵するために彩色的効果を有しないので、 これらは着色剤の較正という状況に限っては顔料のように扱うことはできず、ま た色彩処方計算に含めることはできない。従って特殊効果の色調に関する慣用の 色彩処方計算では、トポロジーを影響因子として考慮することはできない。 本発明の目的は、特殊効果顔料の粒子のトポロジーの影響を定量的に考慮し、 これによって色彩処方計算の精度を増大しそして色彩処方をつくり出すのに必要 な着色工程の数を実質的に減少させる、特殊効果の色調について色彩処方を計算 する方法を提供することにある。 この目的は、 ｉ）着色剤系の基礎となる各々の顔料について、一揃えの較正パネル（calibrat ion panels）をつくり、そして関連する反射係数を実験的に決定し、 ii）着色剤系の基礎となる各々の顔料について測定した反射係数から、粒状媒質 内での光の拡散を示す放射伝播モデルを用いて光学的物質パラメータを決定し、 iii）着色剤系の基礎となる微小板状の特殊効果顔料のすべてから、そして各々 の場合、彩色上不活性なトポロジーに影響する一種またはそれ以上の充填剤の一 定の量から、光学的物質パラメータが一揃えの較正パネルによって同様に決定さ れるいわゆる擬似顔料をつくり、 iv）そして、ある着色剤系の処方成分そして顔料および（または）関連する擬似 顔料を指定し、再び合致させるべき特殊効果の色調の反射スペクトルを、粒状媒 質内での光の拡散を示す適切な放射伝播モデルを用い、 光学的な物質パラメータを参照することによって数学的にシミュレーションして 、各々の顔料、各々の擬似顔料およびトポロジーに影響を与える充填剤について 関係する量を得る ことからなることを特徴とする特殊効果の色調について色彩処方を計算する方法 によって達せられる。 着色剤系は吸収顔料および（または）特殊効果顔料の任意の系を意味すると解 すべきである。顔料成分の数および選定について本発明では制限はない。着色剤 系は当該の要求に対して何らかの仕方で適応することができる。例えばこのよう な着色剤系は標準化された混合ラッカー系の顔料成分のすべてに基礎をおくこと ができる。 彩色的に不活性な充填剤は、一方では彩色効果がなく、つまり自己吸収が極め て低く、またその屈折率が埋設する媒質のそれと同じであり、他方、表面コーテ ィング、つまり施されるラッカーフィルムの特殊効果顔料の配向（平行な配列） に影響を及ぼすことができる任意の物質／化合物を意味すると解すべきである。 使用できる不活性な物質／化合物は例えば下記に示すものであるが、彩色的に不 活性であり、トポロジーに影響を及ぼす充填剤はこれらの例に限らない。この定 義に相当する好適な不活性充填剤は例えば硫酸バリウム、硅酸マグネシウム、硅 酸アルミニウム、結晶性二酸化硅素、不定形シリカ、酸化アルミニウム、サイズ が例えば0.1〜50μｍである例えばガラス、セラミックまたはポリマーの微細な ビーズまたは微細な小球のような透明なまたは半透明な充填剤または顔料であっ てよい。さらに例えば尿素−ホルムアルデヒド縮合生成物、微小化ポリオレフィ ンロウおよび微小化アミドロウのような任意の不活性有機粒子が不活性充填剤と して使用できる。各場合、不活性充填剤は混合して使用することもできる。しか しながら充填剤は一種だけで使用するのが好ましい。 特殊効果顔料とは、微小板状構造を有しそして表面コーティングに対して特殊 な装飾的色彩効果を付与する任意の顔料を意味すると解すべきである。例えば特 殊効果顔料は、自動車のコーティングおよび商業的コーティングで従来から使用 可能な任意の特殊効果付与顔料である。このような特殊効果顔料は例えばアルミ ニウム、鉄または銅の顔料のような純粋の金属の顔料、例えば二酸化チタンでコ ートされた雲母、酸化鉄でコートされた雲母、混合酸化物でコートされた雲母( 例えば二酸化チタンとFe₂O₃とで、あるいは二酸化チタンとCr₂O₃とでコートされ たもの)、金属酸化物でコートされたアルミニウムのような干渉顔料または液晶 顔料である。 色彩処方を計算するための本発明の方法は特殊効果顔料の任意の組み合わせに 、そして種々の特殊効果顔料と色彩を付与する吸収顔料との任意の組み合わせに 用いることができる。 吸収顔料は例えば、ラッカー産業で使用できる慣用の有機または無機の吸収顔 料である。有機吸収顔料の例は、アゾ、フタロシアニン、キナクリドンおよびピ ロロピロール顔料である。無機吸収顔料の例は酸化鉄顔料、二酸化チタンおよび カーボンブラックである。 色彩処方を計算するための本発明の方法にとって不可欠な前提は、混合系を形 づくるラッカーおよび顔料の混合物のすべての光学的物質パラメータについてよ く知っていることである。特殊効果の色調の反射インディカトリックスを示すた めには、反射係数の角度依存度を十分な精度で示すことのできる放射伝播モデル が選定されねばならない。 可能な定式化は例えば方位角とは無関係な形の放射伝播式 である。 このモデルは反射のような巨視的に計測できる変数を、吸収係数(κ)および散 乱係数(σ)のような顔料の光学的物質パラメータおよび位相関数（ｐ(μ，μ') ）に関係づける。 しかしながら顔料添加された媒体内での放射線の拡散を示すために、一層普遍 的に妥当する理論モデルもまた使用できる。方位角とは無関係である放射伝播式 は幾何深さ(geometric depth)ｘでの放射の強度Ｉ(ｘ，μ)を顔料の光学的物質 パラメータに関係づける。吸収係数(κ)および散乱係数(σ)に加えて、個々の顔 料粒子における光の散乱の角度依存度を示す位相関数ｐ(μ，μ')もまた決定し なければならない。なおここで、μ＝cosθ（θ＝散乱角）である。混合物の場 合、光学的物質パラメータ(散乱係数、吸収係数、位相関数)はすべて、各々の顔 料の濃度によって重み付けした個々の寄与量を合計したものからなる。光学的物 質パラメータは一揃えの較正パネルによって反射係数から実験的に決定される。 これらの物質的変数が分かれば、何らかの仕方で顔料添加された不透明または透 明なラッカーの反射挙動を放射伝播式により測定上のそれぞれの幾何学的関係に ついて定量的に算出することができる。 光学的物質パラメータは、それぞれのバインダー系内に分散された形で存在す る顔料の特性を示す。この特性は波長に依存するので、所望のそれぞれの波長に 対して決定されねばならない。最も簡単な場合、各々の顔料に対して特定の一揃 えの較正パネルが用意され、そして関心のあるスペクトル領域において照明およ び観測に関する様々な幾何学的関係に対して、反射係数または放射密度係数が測 定される。例えば、この目的のために、顔料のすべての色について、そして例え ば白および黒のような反射が既知である異なる二つの基材上の顔料の不透明なま たは透明なコーティングの 場合、純粋な顔料と黒または白との配合物について較正パネルをつくることがで きる。 ラッカーフィルム内の微小板状の特殊効果顔料のトポロジーは角度依存度を決 定するのにも関係があるので、混合系のためにつくられた光学的較正データの蓄 積したものを使用することにより、その顔料トポロジーが匹敵する色調のみが数 学的に作り出される。再び合致されるべき色調に、混合系より良好な特殊効果顔 料の配列があるならば、この色調は条件付きでのみ再び合致させうるが、品質は ある程度落ちる。他方、もし再び合致されるべき色調での特殊効果顔料の水平配 列が混合系ほど良好でないならば、混合系での特殊効果顔料の空間的配置は、粒 子寸法分布が適当である、トポロジーに影響を与えるが彩色的に不活性である充 填剤によって適合させることができる。放射伝播理論の意味に限ると、この充填 剤はその屈折率が埋設する媒質と比肩をしうるために粒状性を有しないので、充 填剤の場合には顔料の場合に可能なようには光学的物質パラメータを決定するこ とはできない。 従って本発明により、微小板状の特殊効果顔料の各々をトポロジーに影響を及 ぼすが、他の点では彩色的に不活性である充填剤（前記の定義を参照）の一種ま たはそれ以上の一定量と混合することにより、色彩処方を計算するための本方法 において、いわゆる擬似顔料がつくられる。次いで擬似顔料の光学的物質パラメ ータは、着色剤系に含まれる他の顔料に対して適用される方法と同様の方法で一 揃えの較正パネルによって決定される。 擬似顔料は純粋な特殊効果顔料と比べるとそのトポロジーがかなり乱される。 色彩処方を計算する際には、トポロジーの乱されていない特殊効果顔料をトポロ ジーの乱された擬似顔料と混合することにより、二つの顔料のトポロジーの間の 内挿を連続的に行うことができる。各々の顔料につい て関連する量に加えて、トポロジーに影響を及ぼす充填剤の添加すべき量が、処 方の計算で同時に与えられる。 さらに顔料の微小板のフロップ挙動の乱れをシミュレーションに取りいれるこ とにより必要とする着色した成分（吸収顔料）をすべて処方に取り込むように計 算することも可能なことが保証できる。特殊効果の乱れがないと、色彩処方を計 算する時に、実際には必要である着色した成分がシミュレーションにおいて濃度 がゼロであると示される現象がしばしば起きるが、これは着色成分が反復計算の 目標変数値（誤差の平方に重み付けしたものの和）に悪影響を与えることによる 。結果に対するこの悪影響は、再び合致されるべき色調と比較すると、特殊効果 を付与する成分の配向そのものが良すぎ、測定した反射インディカトリックスと 計算上のそれとの間の偏差が大きくなる（図２）。 この方式では、不活性充填剤の利用できる最大量は、擬似顔料について光学的 物質パラメータを決定するための較正パネルを作成する時に使用する充填剤の量 に関係する。配合物のこの成分は、乱されない種類の顔料と乱される種類の顔料 との間の内挿が結果において十分に正確であり、しかも、十分な量の不活性充填 剤が処方に含まれるように計算可能なように選ばれるべきである。このことは実 験によってのみ検証することができる。 顔料添加されているけれども、着色表面コーティングの光学的性質を計測器に よって確認するために、つまり反射係数を計測的に知るために測角スペクトル光 度計を慣用的に用いる。対称的（例えば０°／αまたはα／０°）または非対称 的（例えば、45°／αまたはα／45°）な測定上の幾何学的関係を有する固定式 または可搬式の測角スペクトル光度計を使用することができる。カバーすべき観 測角度の範囲は、各々の場合に用いられる 放射伝播式の近似度に依存する。照明を変える計器および観測を変える計器の双 方を使用することができる（図１）。測定上、幾何学的関係が対称的である場合 、照明（観測）は試料表面に垂直であり、そして観測（照明）の極角度θは様々 である（０°＜θ＜90°）。この際選ばれる照明用の光学系および観測用の光学 系の開口は大きすぎてはならない。あるいはまた、非対称の測定上の幾何学的関 係を用いるとき、照明（観測）の極角度は45°であってよく、また観測のために 例えば０°＜ε＜90°の範囲の複数の角度を選択することができ、この場合εは 視射角(Glanzwinkel)との角度差と理解すべきである（図１参照）。 次に放射伝播式あるいはL₂−標準（L₂−Norm）の意味に限って一層普遍的に妥 当するモデルを、以上の実験データに前記したように合わせることによって物質 パラメータが決定される。 ここに述べた方法は、反射スペクトル分析を基礎とするコンピューターによる 顔料調合分析の何らかの手段、例えば組み合わせ処方の計算および修正処方の計 算のために使用せねばならないことはないが使用可能である。前者の場合、使用 者によって指定される、ｎ成分混合系のｍ成分の組み合わせのすべてが自動的に 計算しつくされ、そして使用者の規定する基準（例えば、色差、条件等色指数ま たは重み付けした平方剰余の和などのような）に従って仕分けられる。この際、 処方のために用いるべき顔料が使用者によって選定される処方物の対話的な作成 におけるのと同様な仕方でトポロジーが考慮される。区別のできるすべての処方 物の総数は相関式: によって与えられる。 様々な理由から、処方は混ぜる時、視覚的そして計測的に検知できる、 目標とする色調との色差を依然として示すのが一般的であるので、偏差を低減す るように処方物を修正するための手段は彩色担当者にとって望ましい助けとなろ う。このため、通常の色調の場合に対していろいろな方法が開発されており、そ してすべてが特殊効果の色調の分野に転用可能である。特殊効果顔料のトポロジ ーを考慮にいれる本記載の方法は、選定した方法の種類（例えば修正係数による 方法）とは無関係に、修正処方の計算に、さらに改良することなくやはり応用で きるが、これは処方を修正するためにも、色彩処方計算のアルゴリズムを使用す ることがやはり必要であることによる。 色彩処方を計算するための本発明の方法の慣用の方法に比較して改良された点 は顔料の光学的物質パラメータを広範に使用することにあり、このパラメータは 粒子のトポロジーの影響を考慮しながら放射伝播式を用いて一揃えの較正パネル から決定されなければならない。 実施例および図面を参照することにより本発明を以下に一層詳細に説明する。 図１：測角スペクトル光度計で用いる測定上の幾何学的関係の比較。左側には 観測の変化する系が示されまた右側には照明の変化する系が示される。この場合 、測定角|ε|は反射角(Spiegelwinkel)に対するものである。光源と受光体とが 反射角の同じ側にあるならば、測定角は正の符号を有する。光源と受光体とが反 射角の別な側にあるなら、測定角は負の符号を有する。 図２：上方の図面は、特殊効果付与剤として板状のアルミニウム顔料を有する 系の例を用いて、特殊効果の色調の反射インディカトリックスに対する粒子のト ポロジーの定性的影響を示す。下方の図面では、アルミニウムマスの階調の明る さ（L^*）の角度依存度が粒子のトポロジーが乱されて いないもの(△)および乱されているもの(▽)に関してともに示される。 て実験的に測定した反射係数の面。この色調は明るいアルミニウム顔料を黄色い 顔料および黒い顔料と合わせることによって再び合致させることができる。 図４：図３に示すベージュ色の特殊効果の色調についての、粒子のトポロジー が乱されていない場合（左）および乱されている場合（右）に実験的に測定して そして計算した反射スペクトル。観測角度は曲線群のパラメータである。一層簡 明にするために、いくつかの角度のスペクトルだけを示す。両方の場合とも、測 定したスペクトルは実線でまた計算したスペクトルは点線で示す。 図５：図３に示すベージュ色の特殊効果の色調について比色測定された値およ びまた粒子のトポロジーの乱された場合そして乱されていない場合について計算 した色処方の角度依存度。 STD 標準 OIF 不活性充填剤を含まず MIF 不活性充填剤を含む 色彩処方を計算するための本発明の方法は、自動車の部門で典型的な特殊効果 の色調の再合致について例証する。ベージュ色の特殊効果の色調（Toyota社のBe ige Metallic）を有する色調パターンを示す。対応して作成される処方はこれに 向かうべきである。 測角スペクトル光度計を使用して色調パターンをまず測定した。図３は 放射が垂直に入射する場合について測定した反射面を示す。図３から分か るように、このベージュ色の特殊効果の色調は角度について顕著な変化を示す。 ここではきわだった角度ばらつきを有する明るいアルミニウム顔料を特殊効果付 与成分として使用した。再び合致させるために黄色の吸収顔料とカーボンブラッ クとを追加的に指定した。ここで、反射面は、指定した顔料の光学的物質パラメ ータを参照してシミュレートすることができる。しかしながら反射面のシミュレ ーションにおいては、アルミニウム顔料は、再び合致させるべき色見本における より、使用するラッカー系において一層良好に配向していることが明らかとなる （図４、左方を参照）。結果として、再合致は視射角(Glanzwinkel)に近い領域 で明るすぎ、また視射角から遠い領域で暗すぎた。このケースは好都合である。 なぜならば特別の効果として参照用色調の反射特性を得るために、作業者独自の バインダー系は希釈されねばならないからである。この不一致は、指定したアル ミニウム顔料に同伴する乱れのある擬似成分を考慮することにより事実上完全に 解消することができる。色調パターンの反射領域とシミュレーションによるそれ との間に極めて良好な一致が今度はあることが図４の右の方から分かる。シミュ レーション結果のこの著しい改善を図５に示すが、ともに計算された処方の比色 測定データにやはり反映されている。粒子のトポロジーが乱れていないと、混合 された時の最初の処方からの平均的な色差は低下させることができる。この場合、着色された階調について認められる角度差 は処方物の着色成分（黄色）の後処理調整だけを必要とする。この数学的な比色 分析の結果は、混合の際の当該の式による結果と一致する。 下記の表は顔料のトポロジーに乱れのない場合および乱れのある場合に関して 、ベージュ色の特殊効果の色調（色調パターン）について計算した 処方の結果（決定されたすべての成分の濃度）を示す。両方の処方物とも顔料成 分としてアルミニウム顔料、黄色顔料およびカーボンブラックを含有する。アル ミニウム顔料の配向に影響を及ぼす充填剤はトポロジー感受性のある処方物（Ｃ 乱れあり）の場合の追加的成分である。 乱れなし（％） 乱れあり（％） アルミニウム顔料 66.21 60.00 黄色顔料 19.16 15.21 カーボンブラック 14.64 16.59 充填剤 ----- 8.21

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウゼ，ハルトムート ドイツ連邦共和国デー―42929 ヴェルメ ルスキルヒェン．ブーチャイト１アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．i）着色剤系の基礎となる各々の顔料について、一揃えの較正パネルをつく り、そして関連する反射係数を実験的に決定し、 ii）着色剤系の基礎となる各々の顔料について測定した反射係数から、粒状媒 質内での光の拡散を示す放射伝播モデルを用いて光学的物質パラメータを決定し 、 iii）着色剤系の基礎となる微小板状の特殊効果顔料のすべてから、そして各 々の場合、彩色的に不活性で、トポロジーに影響する一種またはそれ以上の充填 剤の一定量から、光学的物質パラメータが較正パネルによって同様に決定される いわゆる擬似顔料をつくり、 iv）そして、ある着色剤系の処方成分そして顔料および（または）関連する擬 似顔料を指定し、再び合致させるべき特殊効果の色調の反射スペクトルを、粒状 媒質内での光の拡散を示す適当な放射伝播モデルを用いて、光学的物質パラメー タを参照することによって数学的にシミュレーションし、各々の顔料、各々の擬 似顔料およびトポロジーに影響を与える充填剤について関係する量を得る ことからなることを特徴とする特殊効果の色調の色彩処方を計算する方法。 ２．放射伝播モデルが方位角と無関係な形の放射伝播式であることを特徴とする 、請求項１記載の顔料添加された特殊効果の色調の色彩処方を計算する方法。 ３．光学的物質パラメータを決定するために、関心のあるスペクトル領域におい て、反射係数またはビーム密度係数を照明および観測上のいろいろな幾何学的関 係で測定することを特徴とする、請求項１記載の顔料添加された特殊効果の色調 の色彩処方を計算する方法。