色差計 | 株式会社アイテス

色差計による塗料の色評価

fujiko3_staff — Fri, 19 Nov 2021 02:30:57 +0000

物体色を数値化する色差計をご紹介します。光を物体に照射すると、物体の表面や内部で光学的な現象が起こり、その散乱光を検出することで物体色を数値化することが可能となります。

例として、水性塗料に対して紫外線（UV)を照射した条件と、UV未処理の条件で色の違いを数値化した試験結果をご紹介いたします。

色差計（装置構造）

色差計の装置には積分球が内蔵されています。

可視光（380nm~780nm）が塗料サンプルに入射すると、散乱現象が起こり、積分球内で散乱光が多重反射を起こします。

それによって均一になった光が検出器で受光されると塗料サンプルの分光反射率が検出されます。

この分光反射率からL*a*b*表色系へ変換して物体色を数値化します。

Lab*表色系

色空間（明度、色相、彩度）

物体色はL*a*b*表色系に変換することで、三次元直交座標の色空間で指定できます。
L*軸は明度(100：白、0：黒）と呼ばれており、a*b*軸は色相・彩度の座標です。

色相環（色相、彩度）

色彩と彩度はa*b*軸の座標で指定できます。 a*b*軸がプラスの場合、赤味から黄味となり、原点は無彩色を示します。

水性塗料の目視とLab*表色系への変換

水性塗料　乾燥サンプル目視

UV照射条件の塗料は未処理に比べて、水色が薄くなったと感じられます。
UV照射によって塗料が変質することで、散乱現象に違いが生じている可能性があります。

Lab*表色系へ変換

b*値がＵＶ照射条件の方で大きく増えています。青味が減少して、黄味が増していることが想定されます。色差(ΔE)も高く、目視で識別可能な値となっています。

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プラスチック成形品の歪、複屈折評価

fujiko3_staff — Fri, 29 Oct 2021 03:00:46 +0000

射出成形法によるプラスチック成形品は樹脂の溶融、金型への充填、冷却・保圧といった工程を経ていますが、
これらの条件が適切でない場合、内部に応力が残り（残留応力）、成形不良の原因となります。

二次元複屈折測定システムは、その応力の指標である複屈折位相差(歪)や流れ方向・応力方向(主軸方位)の視覚化が可能です。例として、ポリスチレン（PS）成形品を加熱条件で比較した複屈折評価をご紹介します。

装置原理（二次元複屈折測定システム）

複屈折を持つ透明体に光を当てると、その偏光状態が変化する性質がある。

左図の複屈折測定装置を使用することで、偏光情報を専用の偏光イメージセンサで視覚化することが可能となる。

本装置では523nm・543nm・575nmの波長を使用して、透明体を通過する前後の偏光状態を比較することで、複屈折を評価することができる。

評価サンプル

PS製シャーレ（射出成形法で製造）

未処理　　　　　90℃×2h

PS構造

射出成形法で成形されたPS製シャーレを用いて、ガラス転移温度付近で加熱を実施した。

PSは側鎖に大きい分極率を持つベンゼン環があるので、樹脂の配向方向の屈折率(α1)に対して垂直方向の屈折率(α2)が大きい性質を持つ。

測定データ（絶対値　主軸方位）

複屈折位相差をグラデーションで表示している。
ゲート付近はせん断速度が速く、せん断応力が増大。
加熱条件では残留応力が緩和されて、複屈折位相差が小さくなっている。

絶対値

未処理

90℃×２ｈ

軸方位角度をグラデーションで表示している。加熱することで、若干ではあるが、赤味と緑味が濃くなり、配向性が変わっている。

主軸方位

未処理

90℃×２ｈ

線分析

複屈折位相差をグラフで表示。加熱条件の方が位相差が小さくなっていることがわかる。

測定方向

未処理

90℃×2ｈ

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WPAによる製品/素材の歪、複屈折評価

fujiko3_staff — Tue, 19 Oct 2021 03:00:50 +0000

製品を構成する材料は様々ですが、製造成形プロセスにおいて内部応力が大きく、または偏って存在すると、使用中、使用環境により変形、割れ（クラック）、特性低下などの不具合を招きます。WPA（広範囲偏光分析）
により、素材の配向、歪、複屈折を評価することで、内部応力、歪状態を把握することが可能となります。

評価サンプル　光拡散フィルムに関して

光拡散フィルム／シートは、主にLCD（液晶ディスプレイ）やアートデザイン等に使用されるが、配向の不均一、歪、複屈折率の高い素材など、製造プロセス条件や選定材料により不具合発生率に影響することがあります。
今回の評価では、恒温恒湿試験70℃85％の負荷前後で比較評価しました。

恒温恒湿試験装置

恒温恒湿負荷試験前後　位相差画像比較

絶対値

試験前の約2220nmの位相差（歪）に対し、試験後は約1690nmに減少している。

軸方位

試験前の約160°/‐20°に対し、試験後は約120°/‐60°に大きく方位が変化している。

ライン解析（ライン箇所：左上から右下）

試験前

試験後

恒温恒湿試験前後で、素材のコンホメーションと軸方向が変化し、熱による緩和で歪が解消しています。
材料はアクリルであるが、分子構造から異方性があり側鎖の分極で負の異方性となります。その一方、温度湿度ではその異方性がランダムとなり、歪の解消と異方性異方ベクトル合成を小さくしています。
Δα＝主鎖分極ー側鎖分極　（主鎖分極＜側鎖分極）

アイテスでは、材料の歪、複屈折の評価を分子の視点で解明いたします。
ラマン分光（定性/歪/結晶性）、XRD（X線回折）、AFM/SEM/TEM（結晶構造観察）、DSC（結晶化度）など、複数の手法でマトリックスに解析し、不具合、理論を解明いたします。

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色差計による樹脂の表色系、および透過率評価

fujiko3_staff — Mon, 31 May 2021 07:56:04 +0000

樹脂は、成形加工、および調色がしやすいため多くの製品で使用されています。使用される環境によっては、変色しやすいことも事実であり、信頼性試験前後の表色系、および透過率の評価は欠かせません。
本資料では、透明樹脂の恒温恒湿試験前後における表色系、透過率の変化結果をご紹介いたします。

（ｘｙY）およびLab*表示系について

xyY表色系

X：赤の色相だけを有し明るさはない
Y：緑の色相と明るさを共有する
Z：青の色相だけを有し明るさはない

ｘ＝Ｘ/（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
ｙ＝Ｙ/（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
Ｙ：明るさ（光の強さ）

Lab*表色系

L*　：明度（100：白　、０：黒）
a* b*：色相と彩度の色度

＋a*は赤の方向
－a*は緑の方向
＋b*は黄の方向
－b*は青の方向

恒温恒湿試験（85℃　85％　168時間）前後の測定

試験評価サンプル：PVC（塩ビ）　PET（ポリエチレンテレフタレート）　※8585：85℃85％負荷試験サンプル

温度湿度の負荷により、両サンプルともに色度は黄変方向にシフト、また透過率も試験後に低下しています。

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色差計による透過率、黄変度（黄色度）評価

fujiko3_staff — Wed, 07 Apr 2021 01:54:20 +0000

製品構成素材を、透明、色彩豊かにすることで、製品用途に必要な機能特性や芸術性、意匠性などが付与されますが、使用される環境により黄変（変色）し、それらの特性が損なわれることがあります。
透明度、色彩を人の目の感覚ではなく、数値データ化することで、客観的な評価が可能となります。

色差測定原理と取得データ（XYZ　Yxy表色系）

光源から放出される光が透明試料を通過し、積分球ボックス内で、透過した波長（透過率）と変換された表色系データを取得します。

装置原理（イメージ）

透明樹脂の測定例

測定サンプル　　PMMA：アクリル　　PC：ポリカーボネート　　PET：ポリエチレンテレフタレート　　　　

＜サンプル＞

サンプルサイズ：40mm角
UV照射：波長257nm　1W×64時間

＜測定条件＞

光源：D65
視野：10°
光学条件：透過
測定孔径：φ30mm
測定波長：380ー780nm
波長間隔：5nm

試料名

PMMA
（UV照射）

86.47

91.38

95.71

4.15

0.3161

0.334

91.38

PMMA

87.43

92.18

98.63

1.88

0.3142

0.3313

92.18

△

-0.96

-0.8

-2.92

2.27

0.0019

0.0027

-0.8

PC
（UV照射）

84.35

89.35

92.27

5.53

0.3171

0.3359

89.35

85.34

89.96

96.08

2.12

0.3145

0.3315

89.96

△

-0.99

-0.61

-3.81

3.41

0.0026

0.0044

-0.61

PET
（UV照射）

81.62

86.04

88.26

6.9

0.3189

0.3362

86.04

PET

84.23

88.84

93.67

3.6

0.3158

0.3331

88.84

△

-2.61

-2.8

-5.41

3.3

0.0031

-2.8

データ解析

UV照射により素材は劣化黄変し、複数短波長吸収により、明るさ（光強度）は低下している。
UV照射後の可視光短波長の透過率低下はPCが大きく、劣化による分子構造変化で共役系が増した可能性がある。

装置仕様

測定孔径（mm）

反射：Φ5・15・30　等価：Φ30

光学条件

反射　透過

光源

A　C　D65　F6　F8　F10　F11

視野

2°　10°

測定項目（表色系）

XYZ（Yxy）　L*a*b*　L*C*h*　TI　△Y
ハンター　マンセル　グレースケール

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色差計 | 株式会社アイテス

色差計による塗料の色評価

色差計（装置構造）

L*a*b*表色系

色空間（明度、色相、彩度）

色相環（色相、彩度）

水性塗料の目視とL*a*b*表色系への変換

水性塗料 乾燥サンプル目視

L*a*b*表色系へ変換

プラスチック成形品の歪、複屈折評価

装置原理（二次元複屈折測定システム）

評価サンプル

測定データ（絶対値 主軸方位）

線分析

WPAによる製品/素材の歪、複屈折評価

評価サンプル 光拡散フィルムに関して

恒温恒湿負荷試験前後 位相差画像比較

ライン解析（ライン箇所：左上から右下）

色差計による樹脂の表色系、および透過率評価

（ｘｙY）およびL*a*b*表示系について

xyY表色系

L*a*b*表色系

恒温恒湿試験（85℃ 85％ 168時間）前後の測定

色差計による透過率、黄変度（黄色度）評価

色差測定原理と取得データ（XYZ Yxy表色系）

透明樹脂の測定例

＜サンプル＞

＜測定条件＞

データ解析

装置仕様

Lab*表色系

水性塗料の目視とLab*表色系への変換

水性塗料　乾燥サンプル目視

Lab*表色系へ変換

測定データ（絶対値　主軸方位）

評価サンプル　光拡散フィルムに関して

恒温恒湿負荷試験前後　位相差画像比較

（ｘｙY）およびLab*表示系について

Lab*表色系

恒温恒湿試験（85℃　85％　168時間）前後の測定

色差測定原理と取得データ（XYZ　Yxy表色系）