(57)【要約】【課題】常温で反応硬化する耐久性の高い撥水性塗膜を形成することが可能な混合塗料、効率よく防除氷を行うことのできる翼および防除氷システムを提供する。【解決手段】常温反応硬化型樹脂と、粒子状フッ素樹脂と、を混合してなり、塗膜における前記粒子状フッ素樹脂の構成比率が４３重量％以上８２重量％以下であることを特徴とする混合塗料。翼前縁部の水滴衝突領域Ｐの最表層は、非撥水性塗膜１１２からなり、水滴衝突領域Ｐに隣接する撥水性領域Ｑの最表層は、本発明の混合塗料によって形成された撥水性塗膜１１３からなることを特徴とする翼１１０。本発明の翼１１０と、水滴衝突領域Ｐを加熱するための加熱手段（発熱体１２０）と、を備える防除氷システム１００。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温で反応硬化する常温反応硬化型樹脂と、粒子状フッ素樹脂と、を混合してなり、
塗膜における前記粒子状フッ素樹脂の構成比率が４３重量％以上８２重量％以下であることを特徴とする混合塗料。
【請求項２】
前記粒子状フッ素樹脂は、四フッ化エチレン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の混合塗料。
【請求項３】
前記常温反応硬化型樹脂は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合塗料。
【請求項４】
前記粒子状フッ素樹脂の平均粒子径は、１．５μｍ未満であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の混合塗料。
【請求項５】
前記粒子状フッ素樹脂の平均粒子径は、１．０μｍ未満であることを特徴とする請求項４に記載の混合塗料。
【請求項６】
翼前縁部の水滴衝突領域の最表層は、非撥水性塗膜からなり、
前記水滴衝突領域に隣接する撥水性領域の最表層は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の混合塗料によって形成された撥水性塗膜からなることを特徴とする翼。
【請求項７】
前記非撥水性塗膜は、前記水滴衝突領域から前記撥水性領域にまたがって形成されており、
前記撥水性塗膜は、前記非撥水性塗膜上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の翼。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の翼と、
前記水滴衝突領域を加熱するための加熱手段と、
を備えることを特徴とする防除氷システム。
【請求項９】
前記加熱手段は、前記撥水性領域のうちの、少なくとも前記水滴衝突領域側の一部も加熱可能であることを特徴とする請求項８に記載の防除氷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合塗料、翼、および防除氷システムに関し、特に航空機等の翼の防除氷に有用な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術において、航空機には、機体への着氷や着氷の成長を防ぐための防除氷装置が設けられており、この防除氷装置には、エンジン抽気又は電気による熱防除氷装置、デアイサブーツによる空気式除氷装置、アルコールによる化学的除氷装置などがある。航空機の防除氷装置の役割は、機体への着氷や着氷の成長を防ぐことによって、着氷による機体のスムーズな空気の流れの妨げや、さらに翼の揚力の減少による空気抵抗の増加によって発生する航行中の機体燃料の無駄な消費を低減させることにある。
【０００３】
しかし、実際は、防除氷装置を備えた航空機であっても、防除氷装置によって完全に着氷を防除することができない部分、すなわち、防除氷装置の能力の及ばない部分に着氷がある。この機体の防除氷装置の能力の及ばない部分で着氷や成長する着氷を防除氷できないことは、防除氷装置の能力の及ばない部分で航行中の抵抗が増大するため無駄な航空機の燃料の消費に繋がるという大きなマイナス要因となる。
【０００４】
これを解決するために、機体の防除氷装置の及ばない部分であるアンテナ、フラップヒンジ、コントロールホーンなどまで、防除氷装置の増設や防除氷装置の高稼働運転などによって防除氷させることが考えられる。しかし、この防除氷装置の能力の及ばない部分にまで防除氷装置による防除氷効果を適用させようとすることは、防除氷装置の増設による機体の重量の増加や防除氷装置の高稼働運転による機体燃料の消費によって、却って有限な機体燃料をより消費することに繋がるため、困難であるのが現状である。
【０００５】
このため、機体の防除氷装置の及ばない部分にも、すなわち機体表面全体に対して、防除氷効果の適用が容易で、かつ適用した場合に機体の重量増加が少なく、航行中の燃料を無駄に消費しない、防除氷効果の高い塗料が産業界において渇望され、研究されている。
【０００６】
このような防除氷効果の高い塗料として、高撥水性の塗膜を形成できる混合塗料、具体的には、例えば、紫外線硬化樹脂と四フッ化エチレン樹脂との混合樹脂と、ハイドロフルオロカーボンを含む有機溶剤とを混合してなり、塗膜硬度１Ｈ以上である混合塗料（以下「ＡＩＳ」という。）が提案されている（特許文献１参照）。また、ＡＩＳを塗装材料として用いた翼と、当該翼に取り付けられた加熱手段と、を備える翼構造体（防除氷システム）が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３８４８３３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３４９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＡＩＳは、紫外線硬化型の塗料であるため、航空機のような大型の構造物用の塗料としては使いづらいという問題がある。また、ＡＩＳにより形成された塗膜は、耐久性が低い、具体的にはエロージョンによって撥水性能が低下しやすいという問題もある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、常温で硬化する耐久性の高い撥水性塗膜を形成することが可能な混合塗料、効率よく防除氷を行うことのできる翼および防除氷システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、混合塗料において、
常温で反応硬化する常温反応硬化型樹脂と、粒子状フッ素樹脂と、を混合してなり、
塗膜における前記粒子状フッ素樹脂の構成比率が４３重量％以上８２重量％以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の混合塗料において、
前記粒子状フッ素樹脂は、四フッ化エチレン樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の混合塗料において、
前記常温反応硬化型樹脂は、フッ素樹脂であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の混合塗料において、
前記粒子状フッ素樹脂の平均粒子径は、１．５μｍ未満であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の混合塗料において、
前記粒子状フッ素樹脂の平均粒子径は、１．０μｍ未満であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、翼において、
翼前縁部の水滴衝突領域の最表層は、非撥水性塗膜からなり、
前記水滴衝突領域に隣接する撥水性領域の最表層は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の混合塗料によって形成された撥水性塗膜からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の翼において、
前記非撥水性塗膜は、前記水滴衝突領域から前記撥水性領域にまたがって形成されており、
前記撥水性塗膜は、前記非撥水性塗膜上に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、防除氷システムにおいて、
請求項６または請求項７に記載の翼と、
前記水滴衝突領域を加熱するための加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の防除氷システムにおいて、
前記加熱手段は、前記撥水性領域のうちの、少なくとも前記水滴衝突領域側の一部も加熱可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の混合塗料によれば、常温で硬化するため、航空機のような大型の構造物用の塗料として好適に用いることができる。また、形成される塗膜には耐久性の高い常温反応硬化型樹脂が含まれているため、紫外線硬化樹脂と四フッ化エチレン樹脂とを混合した従来の塗料（ＡＩＳ）よりも、耐久性の高い撥水性塗膜を得ることができる。
また、本発明の翼および防除氷システムによれば、翼前縁部の水滴衝突領域の最表層は、非撥水性塗膜からなり、水滴衝突領域に隣接する撥水性領域の最表層は、本発明の混合塗料によって形成された撥水性塗膜からなるため、効率よく防除氷を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、本実施形態の翼および防除氷システムの一例を説明するための断面図であり、（ｂ）は、その要部拡大図である。
【図２】（ａ）は、実施例２の塗料を塗布して形成した塗膜表面のＳＥＭ写真であり、（ｂ）は、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して形成した塗膜表面のＳＥＭ写真である。
【図３】（ａ）は、レインエロージョン試験に用いた供試体の模式図であり、（ｂ）は、レインエロージョン試験に用いたレインエロージョン試験装置の模式図である。
【図４】レインエロージョン試験前後に撮影した供試体の写真である。
【図５】レインエロージョン試験前後に撮影した供試体の写真である。
【図６】着氷風洞試験に用いた翼型供試体および動的着氷成長装置の模式図である。
【図７】防除氷性能の評価結果を示す図である。
【図８】撥水性および滑水性の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる混合塗料、翼、および防除氷システムの実施形態について説明する。
【００２２】
〔混合塗料〕
本実施形態の混合塗料は、常温硬化型の塗料である。具体的には、本実施形態の混合塗料は、常温反応硬化型樹脂と、粒子状フッ素樹脂と、を混合してなり、常温で反応硬化する塗料である。塗膜は、常温反応硬化型樹脂と粒子状フッ素樹脂とにより構成される。なお、本発明で「塗膜」とは、硬化した状態の塗膜を指す。
【００２３】
上記の常温反応硬化型樹脂としては、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等が例示できる。これらの樹脂のいずれか１種または複数混合を用いることによって、混合塗料の塗膜強度を向上させることができ、エロージョンによっても被塗装体の表面の塗膜が剥離されにくくなる。
【００２４】
粒子状フッ素樹脂としては、例えば、四フッ化エチレン樹脂（以下「ＰＴＦＥ」という。）を好ましく用いることができる。
ＰＴＦＥは、例えば、特許第１９３７５３２号の製造方法によって調製されたものである。このＰＴＦＥは、前記製造方法によって調製されるものに限定されるものではなく、常温反応硬化型樹脂と良好に混合できるものであればよい。特に、ＰＴＦＥは、高撥水効果を有し、常温反応硬化型樹脂と混合させることが良好であるため、低分子量のもの、具体的には平均分子量５００から５，０００までのものが好ましい。
なお、粒子状フッ素樹脂は、ＰＴＦＥに限定されるものではなく、適宜任意に変更可能であるが、ＰＴＦＥと同等またはそれ以上の高撥水効果を有し、常温反応硬化型樹脂と良好に混合できるものが好ましい。
【００２５】
ここで、高撥水性の塗膜であるというためには、塗膜の水接触角は１００°以上が好ましく、１２０°以上がより好ましい。さらに、塗膜は、高撥水性に加えて、高滑水性（すなわち、水が滑りやすい性質）を有していると、より高い防除氷効果が期待できる。高滑水性の塗膜であるというためには、塗膜の水転落角が１０°以下が好ましい。しかし、塗料に含まれる樹脂成分全体（常温反応硬化型樹脂＋粒子状フッ素樹脂）に対する粒子状フッ素樹脂の混合比率が小さいと、高撥水性の塗膜、高滑水性の塗膜を得ることができなくなる。一方、粒子状フッ素樹脂の混合比率が大きいと、塗料に含まれる樹脂成分全体に対する常温反応硬化型樹脂の混合比率が小さくなるため、塗膜の耐久性が低下して、必要な耐久性を有することができなくなる。
よって、塗料に含まれる樹脂成分全体に対する粒子状フッ素樹脂の混合比率の好ましい範囲は、水接触角が１００°以上の塗膜を得ることができ、かつ、塗布作業を円滑に行うことができるとともに必要な耐久性を有する塗膜を得ることができる範囲であり、より好ましい範囲は、水接触角が１２０°以上の塗膜を得ることができ、かつ、塗布作業を円滑に行うことができるとともに必要な耐久性を有する塗膜を得ることができる範囲であり、さらに好ましい範囲は、水接触角が１２０°以上で水転落角が１０°以下の塗膜を得ることができ、かつ、塗布作業を円滑に行うことができるとともに必要な耐久性を有する塗膜を得ることができる範囲である。
【００２６】
同様に、塗膜における粒子状フッ素樹脂の構成比率の好ましい範囲は、当該塗膜の水接触角が１００°以上であり、かつ、当該塗膜が必要な耐久性を有することができる範囲であり、より好ましい範囲は、当該塗膜の水接触角が１２０°以上であり、かつ、当該塗膜が必要な耐久性を有することができる範囲であり、さらに好ましい範囲は、当該塗膜の水接触角が１２０°以上で水転落角が１０°以下であり、かつ、当該塗膜が必要な耐久性を有することができる範囲である。
【００２７】
以下に、本実施形態の混合塗料の製造方法を説明する。ただし、これに限定されるものではない。
【００２８】
常温反応硬化型樹脂と粒子状フッ素樹脂とを一般的な混合方法によって混合する。これにより、液状の混合塗料を得ることができる。
【００２９】
得られた混合塗料は、アルミ、鉄、銅などの単体又はこれらの合金の金属、タイルなどの陶器類、ＰＥＴなどのプラスチック類、その他として紙、布、不織布、塗膜面などに塗布することができる。具体的には、航空機等の輸送機器、風力タービンブレード、アンテナ、電線、建築物などの、防水や防氷が求められる構造物に塗布すると効果的である。
【００３０】
本発明の混合塗料は、常温で硬化する、すなわち塗布後に放置するだけで硬化するため、航空機のような大型の構造物用の塗料として好適に用いることができる。また、従来、常温反応硬化型塗料によって形成される塗膜は、常温反応硬化型樹脂を含んでいるため耐久性に優れていることが知られているが、本発明の混合塗料によって形成される塗膜にも常温反応硬化型樹脂が含まれているため、紫外線硬化樹脂とＰＴＦＥとを混合した従来の塗料（ＡＩＳ）よりも、耐久性の高い撥水性塗膜を得ることができる。
【００３１】
〔翼および防除氷システム〕
図１（ａ）は、本実施形態の翼１１０および防除氷システム１００の一例を説明するための断面図であり、図１（ｂ）は、その要部拡大図である。
本実施形態の翼１１０は、航空機の翼であり、翼本体部１１１の表面には、非撥水性塗膜１１２および撥水性塗膜１１３が形成されている。なお、翼１１０は、航空機の翼に限らず、風力タービンブレード、航空機エンジンのファンブレード、車両等にダウンフォースを発生させるウイング等であっても良い。
また、本実施形態の防除氷システム１００は、本実施形態の翼１１０と、水滴衝突領域Ｐを加熱するための加熱手段としての発熱体１２０と、を備えて構成される。
【００３２】
通常、航空機の離着陸時において、翼１１０は、相対的な空気の流れに対して一定の角度（仰角）をもって対峙しており、このとき、着氷の原因となる過冷却状態の水滴の多くは、翼前縁部の一定領域に衝突する。この水滴の衝突が予想される領域（水滴衝突領域Ｐ）は、航空機の飛行速度、相対的な空気の流れに対する翼の角度、水滴の大きさ、翼型等に依存するが、これらを特定することによって、水滴衝突領域Ｐを一意的に決定することができる。
図１（ａ），（ｂ）では、翼１１０の前縁から翼弦長の０〜５％の部分の表面を、水滴衝突領域Ｐとした態様を例示している。
【００３３】
本実施形態においては、水滴衝突領域Ｐを加熱することができるように、少なくとも水滴衝突領域Ｐに対応する翼前縁部の内側の所定位置に、電熱ヒータなどで構成される発熱体１２０（加熱手段）が設けられている。発熱体１２０は、当該発熱体１２０の温度を制御する温度制御装置（図６参照）などに接続されている。
【００３４】
図１（ａ），（ｂ）では、発熱体１２０として、前縁から上面にかけて翼弦長の０〜２０％の部分と、前縁から下面にかけて翼弦長の０〜１５％の部分とを加熱可能な態様を例示している。すなわち、図１（ａ），（ｂ）に示す例においては、発熱体１２０は、水滴衝突領域Ｐだけでなく、水滴衝突領域Ｐに隣接する撥水性領域Ｑのうちの、水滴衝突領域Ｐ側の部分も加熱可能に配置されている。このように、加熱手段（発熱体１２０）によって、撥水性領域Ｑのうちの、少なくとも水滴衝突領域Ｐ側の一部も加熱することで、より確実な防除氷が可能となる。
なお、発熱体１２０の設置範囲や個数などは、図１（ａ），（ｂ）に限定されるものではなく、発熱体１２０によって少なくとも水滴衝突領域Ｐを加熱できるのであれば、適宜任意に変更可能である。
【００３５】
本実施形態の翼１１０の表面には、撥水性領域Ｑが形成されている。撥水性領域Ｑは、母材（常温反応硬化型樹脂）に微小の粉粒（粒子状フッ素樹脂）を混入してなる撥水性塗料（本実施形態の混合塗料）を塗布することによって、塗布面の表面粗さを増大させて、その撥水性を実現している。
図１（ａ），（ｂ）では、前縁から翼弦長の５〜４０％の部分の上面および下面を、最表層が撥水性塗膜１１３からなる撥水性領域Ｑとした態様を例示している。
【００３６】
本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、翼前縁部の水滴衝突領域Ｐに、撥水性塗膜１１３を形成しない。これは、大きな表面粗さを有する表面構造が、動的な着氷に対しては、着氷の付着強度を強める作用を示すという知見に基づいて採用された着氷防止構造である。本実施形態の翼１１０は当該着氷防止構造を採用しているため、過冷却水滴が衝突して翼前縁部に形成された氷核は、発熱体１２０からの熱によって融解し水となった後、撥水性領域Ｑに達すると、その表面の撥水構造によって弾かれて、最終的には空気抵抗の作用で離脱し除去される。ここで、「動的な着氷」とは、離着陸時の航空機の翼における着氷現象のように水滴が速度を持って物体に衝突して氷化する場合のことである。
【００３７】
一般的に撥水性塗膜は非撥水性塗膜よりも耐摩耗性や耐エロージョン性が低いため、大気中の水分やゴミや昆虫などの衝突に起因する撥水性塗膜の侵食が問題となる。この点につき、本実施形態の翼１１０においては、大気中のゴミなどの衝突頻度が最も高いと予想される水滴衝突領域Ｐに、撥水性塗膜１１３を形成しないため、撥水性塗膜１１３の侵食が回避され、その結果、保守コストを低減することができる。
【００３８】
なお、本実施形態の翼１１０において、撥水性塗膜１１３を形成しない水滴衝突領域Ｐの最表層は、航空機の翼体表面の塗装材料として一般的に使用されるポリウレタン塗料などの非撥水性塗膜１１２によって形成することができる。動的な着氷において、大きな表面粗さを有する表面構造が着氷の付着強度を強める作用を示す理由について、相対速度４０〜１００ｍ／ｓ程度で水滴が撥水性塗膜に衝突する場合には、水滴がその表面で弾かれることなくその表面に形成された凹凸構造の内部に入り込んで凍結するという現象が起こり、その結果、表面粗さの大きい構造ほど、そのアンカー効果により付着強度が大きくなるためと推察される。したがって、翼前縁部の水滴衝突領域Ｐの最表層は、ポリウレタン塗料などの非撥水性塗膜１１２、すなわち撥水性塗膜１１３よりも表面粗さの小さい塗膜によって形成することが好ましく、ポリウレタン塗料などの従来塗膜よりもさらに表面粗さの小さい塗膜によって形成することがより好ましい。
すなわち、本実施形態の翼１１０においては、翼前縁部の水滴衝突領域Ｐの最表層が、非撥水性塗膜１１２からなり、水滴衝突領域Ｐに隣接する撥水性領域Ｑの最表層が、本実施形態の混合塗料によって形成された撥水性塗膜１１３からなっている。
【００３９】
また、本実施形態の翼１１０の撥水性領域Ｑについては、その撥水性（表面性状）を維持するために、極力、機械的接触を回避することが要請される。そのため、点検・整備に係る作業性向上の観点から、撥水性領域Ｑを、できる限り（すなわち、必要な防除氷性能を有することのできる範囲内で）狭くすることが好ましい。
なお、撥水性領域Ｑに隣接する翼後縁部までの領域の最表層は、非撥水性塗膜１１２などによって形成することができる。
【００４０】
本実施形態の翼１１０は、翼本体部１１１の全体にポリウレタン塗料等を塗布して非撥水性塗膜１１２を形成した後に、撥水性領域Ｑとなる部分のみに本実施形態の混合塗料を塗布して撥水性塗膜１１３を形成することによって作製することができる。すなわち、図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の翼１１０において、非撥水性塗膜１１２は、水滴衝突領域Ｐから撥水性領域Ｑにまたがって形成されており、撥水性塗膜１１３は、非撥水性塗膜１１２上に形成されている。
【００４１】
なお、撥水性領域Ｑには非撥水性塗膜１１２が形成されないよう、特許文献２（特開２０１０−２３４９８９号）のように塗料を塗り分ける、具体的には、ポリウレタン塗料等を撥水性領域Ｑとなる部分以外の部分に塗布し、撥水性領域Ｑとなる部分にはポリウレタン塗料等を塗布せずに本実施形態の混合塗料のみを塗布することも可能である。しかし、本実施形態のように塗料を塗り分けない方が、翼本体部１１１の塗装をより簡単に行うことができる。
また、塗料を塗り分けた場合、撥水性塗膜１１３が侵食されると翼本体部１１１が露出してしまうが、本実施形態のように塗料を塗り分けない場合は、万が一、撥水性塗膜１１３が侵食されても、撥水性塗膜１１３の下地（非撥水性塗膜１１２）が露出するだけなので、翼本体部１１１が露出してしまうことが防止され、その結果、保守コストを低減することができる。
【００４２】
本発明の翼１１０および防除氷システム１００は、翼前縁部の水滴衝突領域Ｐの最表層が、非撥水性塗膜１１２からなり、水滴衝突領域Ｐに隣接する撥水性領域Ｑの最表層が、本実施形態の混合塗料によって形成された撥水性塗膜１１３からなる。したがって、高速の過冷却水滴が曝露される環境下において、着氷を効果的に防止できるため、効率よく防除氷を行うことができる。
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明の実施例を説明する。本発明は、これに限定されるものではない。
【００４４】
＜実施例１＞
塗膜における常温反応硬化型樹脂の構成比率が５６．４重量％となり粒子状フッ素樹脂の構成比率が４３．６重量％となるように、常温反応硬化型樹脂であるポリウレタン樹脂と、粒子状フッ素樹脂であるＰＴＦＥ（低分子量ＰＴＦＥ）と、を混合して、実施例１の塗料を得た。実施例１の塗料では、平均粒子径が１．１５μｍの粒子状フッ素樹脂を用いた。
【００４５】
＜実施例２＞
塗膜におけるポリウレタン樹脂の構成比率が３２．７重量％となり粒子状フッ素樹脂の構成比率が６７．３重量％となるように、実施例１の塗料と同様の手法で、実施例２の塗料を得た。実施例２の塗料では、平均粒子径が１．１５μｍの粒子状フッ素樹脂を用いた。
【００４６】
＜実施例３＞
塗膜における常温反応硬化型樹脂の構成比率が３４．２重量％となり粒子状フッ素樹脂の構成比率が６５．８重量％となるように、常温反応硬化型樹脂であるフッ素樹脂と、粒子状フッ素樹脂であるＰＴＦＥ（低分子量ＰＴＦＥ）と、を混合して、実施例３の塗料を得た。実施例３の塗料では、平均粒子径が０．９６μｍの粒子状フッ素樹脂を用いた。
【００４７】
＜比較例１＞
比較例１の塗料として、市販のポリウレタン塗料を用意した。
【００４８】
＜比較例２＞
塗膜におけるポリウレタン樹脂の構成比率が７４．４重量％となり粒子状フッ素樹脂の構成比率が２５．６重量％となるように、実施例１の塗料と同様の手法で、比較例２の塗料を得た。
【００４９】
＜比較例３＞
塗膜硬度が５Ｈであるアクリル樹脂（UV-75、オリジン電気（株））１０ｇと乾燥ＰＴＦＥ１１ｇとを混合させた。混合させた両樹脂に、ハイドロフルオロカーボン（三井デュポンフロロケミカル）２４ｇとイソプロピルアルコール５５ｇとを混合させた有機溶剤を添加させた。添加後、室温で、これらをディスペーザーにより５分間攪拌させ、さらにモーターミル（アイガージャパン）により１５分間攪拌させることにより、比較例３の塗料としてＡＩＳを得た。
【００５０】
＜比較例４＞
比較例４の塗料として、既存の撥水性塗料を用意した。この撥水性塗料は、塗布面の表面粗さを増大させることなく撥水性を実現する塗膜を形成できる。
【００５１】
〔撥水性および滑水性の評価〕
実施例１の塗料を、必要に応じてシンナー等の溶剤で希釈し、エアースプレーガン（アネスト岩田社製）を用いてアルミ合金表面に塗布し、常温で硬化させて、実施例１の塗料を塗布して作製した試料を得た。エアースプレーガンによる塗布条件として、重ね塗り回数を３回（膜厚：３０μｍ〜５０μｍ）とした。
また、実施例１の塗料を塗布して作製した試料と同様の手法で、実施例２の塗料を塗布して作製した試料、比較例１の塗料（ポリウレタン塗料）を塗布して作製した試料、および比較例２の塗料を塗布して作製した試料を得た。
また、比較例３の塗料（ＡＩＳ）については、紫外線を照射することによって硬化させた。その点以外は、実施例１の塗料を塗布して作製した試料と同様の手法で、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して作製した試料を得た。
そして、撥水性および滑水性の評価のために、各試料について、水接触角および水転落角を、接触角計（協和界面科学社製）を用いて室温で測定した。
その結果を表１および表２に示す。なお、比較例１の塗料（ポリウレタン塗料）を塗布して作製した試料については、水転落角の測定を行わなかった。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
表１に示す結果から、粒子状フッ素樹脂の含有量（塗膜における粒子状フッ素樹脂の構成比率）が多くなるほど、水接触角が大きくなり、粒子状フッ素樹脂の含有量が４３．６重量％以上であれば、水接触角が１００°以上になることが分かった。
水接触角が１２０°以上であるとより好ましいが、表１に示す結果から、粒子状フッ素樹脂の含有量が約５０重量％以上であれば、水接触角が１２０°以上になると推測される。
水接触角が１２０°以上で水転落角が１０°以下であるとさらに好ましいが、表１に示す結果から、粒子状フッ素樹脂の含有量が約５５重量％以上であれば、水接触角が１２０°以上で水転落角が１０°以下になると推測される。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
表２には、実施例２の塗料を塗布して作製した試料と、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して作製した試料と、をそれぞれ複数個用意し、各試料の水接触角および水転落角を測定した結果を示す。
表２に示す結果から、実施例２の塗料は、比較例３の塗料、すなわち防除氷効果の高い塗料であるＡＩＳと同等の性能を有することが分かった。
また、実施例２の塗料を塗布して作製した試料は、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して作製した試料よりも水接触角のバラツキおよび水転落角のバラツキが小さいことが分かった。これは、実施例２の塗料を塗布して形成した塗膜の方が、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して形成した塗膜よりも、フラクタルな表層構造を有し、また、ＰＴＦＥが表面に均一に分布しているためであると考えられる。
【００５６】
ここで、図２（ａ）に、実施例２の塗料を塗布して形成した塗膜の表面のＳＥＭ写真を示し、図２（ｂ）に、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して形成した塗膜の表面のＳＥＭ写真を示す。
これらのＳＥＭ写真から、実施例２の塗料を塗布して形成した塗膜（図２（ａ）参照）の方が、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して形成した塗膜（図２（ｂ）参照）よりも、フラクタルな表層構造を有することが確認できる。また、ＳＥＭ写真中の粒状のものがＰＴＦＥであるが、実施例２の塗料を塗布して形成した塗膜（図２（ａ）参照）の方が、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して形成した塗膜（図２（ｂ）参照）よりも、ＰＴＦＥが表面に均一に分布していることが確認できる。
【００５７】
〔耐久性の評価〕
塗膜の耐久性を評価するために、レインエロージョン試験を行った。
図３（ａ）に、レインエロージョン試験に用いた供試体Ｓの模式図を示し、図３（ｂ）に、レインエロージョン試験に用いたレインエロージョン試験装置１０の模式図を示す。
供試体Ｓは、図３（ａ）に示すように、Ｄ字状をなしている。以下、Ｄ字を形成する曲面のうちの曲率が大きい部分を部分Ｓ１と称し、曲率が小さい部分の一方側を部分Ｓ２と称する。
【００５８】
レインエロージョン試験装置１０は、図３（ｂ）に示すように、円筒状の本体内に設けられた、所定量の水粒子を噴霧するためのスプレーノズル１１，１１と、供試体Ｓを回転させるための回転軸１２と、回転軸１２と供試体Ｓとを接続するための接続部材１３と、を備えて構成される。回転時に供試体Ｓの部分Ｓ１が回転方向を向き、部分Ｓ２が上側（スプレーノズル１１側）を向くように供試体Ｓを接続部材１３に取り付け、レインエロージョン試験装置１０の本体内下部で供試体Ｓを回転させ、レインエロージョン試験装置１０の本体内上部に設けられたスプレーノズル１１，１１から水滴を落とし、水滴を供試体Ｓの表面に衝突させることによって、レインエロージョン試験を行った。試験条件として、降水量を毎時２５ｍｍ、供試体速度を毎秒１２０ｍｍとした。
【００５９】
実施例２の塗料を、エアースプレーガン（アネスト岩田社製）を用いて、化成被膜処理後に脱脂したアルミ製の供試体本体の表面に塗布し、常温で硬化させて、実施例２の塗料を塗布して作製した供試体Ｓを得た。エアースプレーガンによる塗布条件として、重ね塗り回数を３回（膜厚：３０μｍ〜５０μｍ）とした。
また、実施例２の塗料を塗布して作製した供試体Ｓと同様の手法で、比較例１の塗料（ポリウレタン塗料）を塗布して作製した供試体Ｓを得た。
また、比較例３の塗料（ＡＩＳ）については、紫外線を照射することによって硬化させた。その点以外は、実施例２の塗料を塗布して作製した供試体Ｓと同様の手法で、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して作製した供試体Ｓを得た。
そして、各供試体Ｓについて、レインエロージョン試験前後における写真を撮影した。その結果を、図４および図５に示す。
【００６０】
図４に示すように、実施例２の塗料を塗布して作製した供試体Ｓと、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して作製した供試体Ｓとでは、レインエロージョン試験を行うと、エロージョンを受けやすい部分、具体的には部分Ｓ１の塗膜が剥離していることが分かった。一方で、比較例１の塗料（ポリウレタン塗料）を塗布して作製した供試体Ｓは、レインエロージョン試験を行っても、塗膜の剥離が生じないことが分かった。
【００６１】
しかし、図５に示すように、実施例２の塗料を塗布して作製した供試体Ｓでは、レインエロージョン試験を行っても、エロージョンを受けにくい部分、具体的には部分Ｓ２の撥水性はほとんど低下しないのに対し、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して作製した供試体Ｓでは、レインエロージョン試験を行うと、エロージョンを受けにくい部分、具体的には部分Ｓ２の撥水性が低下することが分かった。すなわち、比較例３の塗料（ＡＩＳ）を塗布して形成した塗膜は、エロージョンが進んで膜厚が薄くなっていくと撥水性能が低下していくのに対し、実施例２の塗料を塗布して形成した塗膜は、エロージョンが進んで膜厚が薄くなっても撥水性能がほとんど低下せず、耐久性が高いことが分かった。これは、実施例２の塗料に耐久性のある常温反応硬化型樹脂としてポリウレタン樹脂を用いたことで、塗膜の耐久性が向上したためであると考えられる。
【００６２】
〔防除氷性能の評価〕
翼および防除氷システムの防除氷性能を評価するために、航空機の飛行環境を模擬した着氷風洞試験を行った。
図６に、着氷風洞試験に用いた翼型供試体Ｔおよび動的着氷成長装置２００の模式図を示す。
【００６３】
比較例１の塗料を、エアースプレーガンを用いて、化成被膜処理およびプライマー塗装を施したアルミ製の供試体本体の表面全体に、膜厚が５０μｍとなるよう塗布し、常温で硬化させて翼型供試体Ｔを得た。以下、これを「サンプル１」という。
また、実施例３の塗料を、エアースプレーガンを用いて、サンプル１の前縁から翼弦長の５〜４０％の部分（図１（ｂ）において撥水性塗膜１１３が形成されている部分と同じ部分）に、膜厚が５０μｍとなるよう塗布し、常温で硬化させて翼型供試体Ｔを得た。以下、これを「サンプル２」という。
また、サンプル２と同様の手法で、比較例４の塗料を塗布して翼型供試体Ｔを得た。以下、これを「サンプル３」という。
【００６４】
まず、実施例３の塗料および比較例１，４の塗料により形成した各塗膜（膜厚：５０μｍ）について、表面粗さ、水接触角、および水転落角を、室温にて測定した。
その結果を表３に示す。
【００６５】
【表３】
2017002269.tif 000005
【００６６】
表３に示す結果から、実施例３の塗料によって、水接触角が１２０°以上で水転落角が１０°以下の塗膜、すなわち高撥水性かつ高滑水性の塗膜を形成できることが分かった。
次いで、サンプル１〜３のそれぞれに、発熱体１２０を装着した。
【００６７】
また、大気中の過冷却水滴が高速で物体に衝突して起こる着氷を再現するために、図６に示すような動的着氷成長装置２００を作製した。動的着氷成長装置２００に形成された空気流路２０２内の下流側にサンプル（翼型供試体Ｔ）を翼前縁部が上流側を向くようにセットし、空気流路２０２内の温度を一定に保持した状態で、上流側から整流された空気を一定の風速で送風するとともに、上流側に配設された噴霧器２０４から一定のＬＷＣおよびＭＶＤでミストを噴霧することによって、着氷風洞試験を行った。試験条件として、温度を−１５℃、風速を９５ｍ／ｓ、ＬＷＣを０．３ｇ／ｍ３、ＭＶＤを１８μｍとした。ここで、「ＭＶＤ：Median Volume Diameter」とは、動的着氷成長装置２００内を飛散する水滴粒子の体積の分布の中央値における直径であり、「ＬＷＣ：Liquid Water Content」とは、体積当たりの水分含有量である。
【００６８】
サンプルに電力計２０６および温度制御装置２０８を接続し、温度制御装置２０８によって、サンプルに装着した発熱体１２０の設定温度を変化させ、電力計２０６によって、その際における発熱体１２０の消費電力量を計測した。設定温度は１０℃，１５℃，２０℃，３０℃，５０℃，６０℃とした。
なお、本実施例では、発熱体１２０によって、翼弦長の０〜１５％の部分を加熱した。そして、各設定温度それぞれについて、試験開始から１０分後にサンプルの表面に着氷が生じていないか確認した。
【００６９】
サンプル１（すなわち、撥水性領域を有さないサンプル）において、着氷が生じない最も低い設定温度は、６０℃であった。
また、サンプル２（すなわち、実施例３の塗料による撥水性領域を有するサンプル）において、着氷が生じない最も低い設定温度は、１５℃であった。
また、サンプル３（すなわち、比較例４の塗料による撥水性領域を有するサンプル）において、着氷が生じない最も低い設定温度は、５０℃であった。
【００７０】
ここで、翼前縁部を発熱体で加熱することによって着氷を融解・除去する従来の防除氷システムにおいて、過冷却水滴が衝突することによって翼前縁部に形成された氷核は、その翼前縁部の内側に設けられた発熱体から発生する熱によって融解して液相の水となる。しかしながら、この融解水は、空気抵抗によって翼表面を伝って翼弦方向に流れる間に再び凍結し、翼体に固着してしまう。加熱温度を高くして、発熱体により直接加熱される加熱領域（翼前縁部側の領域）からの伝熱によって直接加熱されない非加熱領域（翼後縁部側の領域）の温度を上昇させたり、融解水を蒸発させたりする手法もあるが、消費電力が極めて高くなるという問題点がある。なるべく消費電力を抑えて再凍結を防止するためには、融解水を翼弦方向に流れる間に撥水構造によって弾く必要がある。
【００７１】
サンプル１は、融解水を翼弦方向に流れる間に弾くための撥水性領域を有さないので、再凍結を防止するには、発熱体の設定温度を６０℃まで上げて、発熱体によって直接加熱されない非加熱領域の温度を十分に上昇させる必要がある。
一方、サンプル２，３は、融解水を翼弦方向に流れる間に弾くための撥水性領域を有するので、着氷が生じない設定温度がサンプル１よりも低く、着氷が生じない設定温度が最も低いのはサンプル２であることが分かった。これは、サンプル２が有する撥水性領域の撥水性能が高く、融解水を確実に弾くことができるため、発熱体によって直接加熱されない非加熱領域の温度を上昇させなくても、再凍結を防止できるためと考えられる。
【００７２】
次いで、各サンプルそれぞれについて、着氷が生じない最も低い設定温度のときの、発熱体１２０の消費電力量（１０分間の消費電力量）を積算した積算消費電力量を算出した。
その結果を図７に示す。
図７に示すように、サンプル１の積算消費電力量が最も多く、サンプル２の積算消費電力量が最も少ないことが分かった。具体的には、サンプル１の積算消費電力量を１００％とした場合に、サンプル２は３０．７％、サンプル３は５８．８％であった。
これにより、サンプル２は、サンプル１に比べて、積算消費電力量を７割カットできることが分かった。
【００７３】
＜実施例４＞
塗膜における粒子状フッ素樹脂の構成比率が７４重量％となるように、常温反応硬化型樹脂であるポリウレタン樹脂と、粒子状フッ素樹脂であるＰＴＦＥ（低分子量ＰＴＦＥ）と、を混合して、実施例４の塗料を得た。実施例４の塗料では、常温反応硬化型樹脂として、主剤（赤色のポリウレタン塗料）と硬化剤とからなり、混合比率が主剤：硬化剤＝１：１であるポリウレタン樹脂塗料を用いた。また、実施例４の塗料では、平均粒子径が０．９６μｍの粒子状フッ素樹脂を用いた。
【００７４】
＜実施例５＞
塗膜における粒子状フッ素樹脂の構成比率が７７重量％となるように、実施例４の塗料と同様の手法で、実施例５の塗料を得た。実施例５の塗料では、平均粒子径が０．９６μｍの粒子状フッ素樹脂を用いた。
【００７５】
＜実施例６＞
塗膜における粒子状フッ素樹脂の構成比率が８２重量％となるように、実施例４の塗料と同様の手法で、実施例６の塗料を得た。実施例６の塗料では、平均粒子径が０．９６μｍの粒子状フッ素樹脂を用いた。
【００７６】
〔撥水性および滑水性の評価〕
実施例４の塗料を、必要に応じてシンナー等の溶剤で希釈し、ヘラを用いてアルミ合金表面に塗布し、常温で硬化させて、実施例４の塗料を塗布して作製した試料を得た。
また、実施例４の塗料を塗布して作製した試料と同様の手法で、実施例５の塗料を塗布して作製した試料および実施例６の塗料を塗布して作製した試料を得た。
そして、各試料について、水接触角、水転落角、および表面粗さを、室温で測定した。
その結果を図８に示す。なお、実施例６の塗料を塗布して作製した試料については、水接触角および水転落角の測定を行わなかった。また、実施例５の塗料を塗布して作製した試料については、表面粗さの測定を行わなかった。
【００７７】
図８に示す結果から、実施例４〜６の塗料によって、水接触角が１２０°以上の塗膜、すなわち高撥水性の塗膜を形成できることが分かった。
また、図８に示す結果から、実施例４の塗料によって形成された塗膜に比べて、実施例６の塗料によって形成された塗膜の方が、表面粗さが大きいことが分かった。塗布面の表面粗さが大きいほど、撥水性が高くなる一方で、そのアンカー効果により水滴の付着強度が大きくなる。したがって、表面粗さは大きいほど良いというわけではなく、必要な撥水性を有することができる表面粗さの範囲内で、できるだけ小さい方が好ましい。
【００７８】
表１および図８に示す結果から、塗膜における粒子状フッ素樹脂の構成比率の範囲の好ましい下限は、４３重量％であり、より好ましい下限は、５０重量％であり、さらに好ましい下限は、５５重量％であることが分かった。また、塗膜における粒子状フッ素樹脂の構成比率の範囲の好ましい上限は、８２重量％であり、より好ましい上限は、７７重量％であることが分かった。
また、実施例１および実施例２の塗料では、平均粒子径が１．０μｍ以上１．５μｍ未満（具体的には１．１５μｍ）の粒子状フッ素樹脂を用い、実施例３、実施例４、実施例５、および実施例６の塗料では、平均粒子径が１．０μｍ未満（具体的には０．９６μｍ）の粒子状フッ素樹脂を用いた。平均粒子径が１．０μｍ以上１．５μｍ未満の粒子状フッ素樹脂でも十分な分散性を得ることはできるが、平均粒子径が１．０μｍ未満の粒子状フッ素樹脂の方が分散性が良く、より均一（均質）な塗膜を形成することができる。塗膜の均一性が高いほど、エロージョン等の外的な影響で膜厚が薄くなっていっても撥水性能が低下しにくく、塗膜が均一であれば、膜厚が薄くなった際に、塗膜形成直後と同等の撥水性を再現することができるという利点がある。
なお、実施例４〜６の塗料では、常温反応硬化型樹脂塗料の主剤として着色塗料（具体的には、赤色のポリウレタン塗料）を用いた。これにより、塗膜の成膜性や塗膜の劣化（剥離の度合い等）などを目視確認することが可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１００  防除氷システム
１１０  翼
１１２  非撥水性塗膜
１１３  撥水性塗膜
１２０  発熱体（加熱手段）
Ｐ  水滴衝突領域
Ｑ  非撥水性領域
【図１】
2017002269.tif 000006
【図３】
2017002269.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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