JP2017024207A - レーザー発色性カード - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はこれらの問題点に対処するためになされたものであり、剛性を低下させずに低温での熱成形、雄雌金型でのパンチングを可能にすることを目的としている。
【解決手段】少なくとも片面にポリカーボネート基材からなる透明なレーザー発色基材があり、レーザー印字が可能なカードにおいて、最外層に透明な外装基材を有し、レーザー発色基材と接する内側の層に白色の基材を有し、内部にエッチングもしくは銅線からなる通信用のアンテナを有することを特徴としたカード。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー発色性カードに関する。また、特にはカード券面へのレーザー印字を想定したものに関する発明である。

カード券面へのレーザー印字は、海外を中心に身分証明用ＩＤカードにおいて用いられており、レーザー発色層は発色性能が高いポリカーボネート基材を用いることが一般的である。（例えば、文献１〜３参照）

これらのＩＤカードなどのレーザー発色性のカードは、アンテナコイルを有する非接触式のＩＣカードに応用されている例は多くない。
非接触式のＩＣカードは、他のレーザー発色性カードと同様に、発色性に優れる構成とする必要があると共に、さらにアンテナコイルを隠ぺいさせる構成とすることが好ましい。

レーザー発色性カードは、全てポリカーボネート基材を用いる構成のものが知られているが、全てポリカーボネート基材を用いる構成のカードは、熱成形の温度が一般的なカードが１００〜１６０℃であることに対して１８０〜１９０℃という高温での処理が必要となるため、アンテナを内蔵したカードは冷却時の収縮差で凹凸が発生しやすい。
さらに、上記高温での処理の問題は、熱成形を行うと一般的なインキでは変色や樹脂の劣化が発生するということがある。また、磁気テープを埋め込む場合、Ｔｇが高く、熱変形しにくいため、熱成形時に磁気テープの埋め込みが難しい。さらには、ポリカーボネートは雄雌金型によるパンチング適性が高くなく、小切れ化に刃物による切断が必要なる場合がある。

このような問題を解決するために、レーザー発色基材以外のコア基材や外装基材等にポリエステル等のポリカーボネート以外の樹脂を用いることで、熱成形の温度は下げることができるものの、カードを曲げた際の剛性が低下し、質感や繰り返し曲げた際の耐久性に劣るものとなってしまう。また、層間の密着性が悪いという問題もある。

特開２００４−２４３６８５公報 特表２０１２−５１６７９０公報 登録実用新案第３１００８５４号公報

本発明はこれらの問題点に対処するためになされたものであり、アンテナコイルの隠ぺい性、発色適正に優れたレーザー発色性のカードとすることを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明は、内部にアンテナコイル有する単層又は複数層からなるコア基材と、コア基材の一方の面又は両方の面に透明レーザー発色性基材を有し、さらに両方の面の最外層に透明外装基材を有するレーザー発色性カードであって、該コア基材が、隠ぺい性及び光線反射又は拡散性を有することを特徴とするレーザー発色性カードとする。

さらに、コア基材が、白色基材からなることを特徴とする。

さらに、コア基材のうち、透明レーザー発色性基材と接する側の算術平均粗さＲａが０．４〜３．０μｍであることを特徴とする。（材料の仕様は０．６５〜２．２５ｍｍ）

本発明によれば、アンテナコイルの隠ぺい性、発色適正に優れたレーザー発色性のカードとすることができる。

本発明のレーザー発色性カードの一実施形態の断面構造を示す断面図である。 本発明のレーザー発色性カードの一実施形態の断面構造を示す断面図である。 本発明のレーザー発色性カードの一実施形態の断面構造を示す断面図である。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１〜３に本発明のレーザー発色性カードの一実施形態の断面構造を示す。
図１において、２層の隠ぺい性及び光反射性又は拡散性を有するコア基材３と、２層のコア基材の間にアンテナ４（ワイヤー又は巻線タイプ）を備え、コア基材の両面にそれぞれレーザー発色基材２と、最外層にそれぞれ外装基材１とを備えている。換言すれば、レーザー発色基材２は、コア基材３と外装基材１とに挟まれている。そして、アンテナ４に接続されたＩＣチップ６を備える。
図２では、アンテナ４がアンテナ基材５に形成したエッチングタイプのアンテナを用い、同じく基材上に形成したＩＣチップ６とアンテナ４が接続している。
図３では、一方の外装基材に磁気層８を埋設してなる。そして、接触式の外部端子を有するＩＣモジュール７を備え、コア基材内部に形成したアンテナ４と接続したデュアルインタフェースタイプのＩＣカードである。
なお、図示しないが、図３の変形例として、接触式の外部端子を有するＩＣモジュール７をアンテナ４と接続させず独立させ、別にコア基材内部にアンテナ４と接続するＩＣチップ６を設けたハイブリットタイプのＩＣカードとしてもよい。
これらの例ではコア基材の両面にレーザー発色基材を設けた例で説明したが、コア基材の一方の面のみにレーザー発色基材を設けてもよい。

＜アンテナ＞
被覆された銅線（エナメル線）を所定のアンテナパターンでコア基材上に埋め込む巻線アンテナ方式や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのアンテナ基材に、２０〜５０μｍの厚みのアルミニウム、銅を接着剤等で形成し、所定のアンテナパターンをエッチングにより形成するエッチングアンテナ方式などを用いることができる。
ただし、アンテナが金属薄膜からなる場合、アンテナが被覆銅線からなる場合と比べて、通信部に、金属薄膜の基材が含まれるため通信部が厚くなり、また、アンテナの面積が大きい。そのため、外装基材の表面にアンテナの形状が浮き出やすく、アンテナの形状が浮き出たとき、その形状が視認され易い。一方、巻き線アンテナ方式の方が、面積が小さくなるため、後述の熱成形時の凹凸が目立ちにくいという利点を有している。

巻き線でのアンテナ形成方法は、直接、描画機によりコア基材に描画する方法や、別途用意した軸等に巻きつけ、形成した巻き線アンテナをコア基材に埋め込むなどの方式があるが、アンテナの形成方法に関しては、これに限られなくても良い。

エッチングアンテナ方式が用いられる場合、アンテナはパターニングされた金属薄膜から構成される。金属薄膜としては、例えば、１０μｍ以上５０μｍ以下の厚さのアルミニウムや銅からなる薄膜が用いられる。そして、こうした金属薄膜が基材に貼り付けられた後、エッチングによって所定の形状にパターニングされることによって、アンテナが形成される。この場合、アンテナは上記基材および上記基材に実装されたＩＣチップとともにコア基材３の内部に埋め込まれる。

＜コア基材＞
コア基材はアンテナコイルを隠ぺいすると共に、隣接するレーザー発色基材のレーザー発色適正を向上させるため、アンテナコイルが透けて見えない程度の隠ぺい性及び光反射又は拡散性を有することが好ましい。
このようなものとして、白色の基材を用いることができる。白色であればレーザー光を反射及び／又は拡散できるため好ましい。なお、隠ぺい性及び光反射又は拡散性を有するものであれば白色以外でも構わない。
このような白色コア基材としては、ポリエステル単体もしくは、ポリエステルとポリカーボネートのポリマーアロイ、もしくはポリエステルとポリカーボネートの共押出等による積層構造を用いることができる。
なお、単体やポリマーアロイよりは、ポリエステルとポリカーボネートの共押出等の積層構造にした方が界面での反射が期待できるため効果的である。
ポリエステル樹脂は特に制限はないが、非晶性であることが望ましい。例として、テレフタル酸と、シクロヘキサンジメタノール及びエチレングリコールとの共重合体、テレフタル酸とイソフタル酸及びエチレングリコールとの共重合体，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。また、イソシアネート等により架橋をさせても良い。

コア基材は、アンテナを内蔵する必要があるため、熱成形時に変形する必要がある。
コア基材として、ポリエステルとポリカーボネートのポリマーアロイ、もしくはポリエステルとポリカーボネートの共押出等による積層構造を用いる場合、熱成形の温度が１００〜１４０℃の場合、ポリカーボネートの比率を１０〜６０％にするのが適している。これより少ないと成形時の流動性が高すぎ、これより高いと成形時にアンテナに合わせて変形しない、熱融着しない等の不具合が発生する。
コア基材の外装側の表面（積層時は界面）はマットであることが好ましい。コア基材の表面（界面）を粗くすることで、隣接するレーザー発色基材をレーザー照射により発色させる際、レーザー発色基材を通過したレーザー光をレーザー発色基材に向けて拡散反射させ、拡散反射光を発色に寄与させることができるため好ましい。なお、粗くしすぎるとレーザー印字の解像度が低下する。
また、コア基材の表面（界面）を粗くすることで、白色基材の厚みや色の濃度が高くない場合でも、アンテナが透けて見えることを低減させることができるため好ましい。
コア基材の外装側の表面（積層時は界面）の粗さは、算術平均粗さＲａで０．４〜３．０μｍが好ましい。
算術平均粗さが０．４μｍより小さいと拡散反射による白色度向上の効果が弱まってしまう。また、算術平均粗さが３．０μｍより大きいとレーザー発色のにじみが出やすくなる。
また、コア基材の厚みは５００〜７００μｍが好ましい。
コア基材の厚みが５００μｍより薄いと接触ＩＣモジュールを埋める場合に裏透けが発生する可能性が出てくる。また、コア基材の厚みが７００μｍより大きいとＪＩＳ規格に定める０．８４ｍｍを外れてしまう恐れが出てくる。

なお、コア基材の外装側の表面（積層時は界面）については、積層後の断面を計測することで得られる。
例えば、積層後の断面を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）等の顕微鏡を用いて撮影し、断面画像から得られる界面の凹凸を粗さ曲線とし、下記式で表されるように、平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計して平均した値（Ｒａ）を用いることができる。なお測定長さは５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であることが好ましい。この範囲であれば傷や異物等の影響を少なくでき、精度の高いデータを得ることができる。

＜式１＞

また、深さ方向の形状の測定が可能なレーザー顕微鏡等の顕微鏡を用いて、界面凹凸データを入手し、これを粗さ曲線として前述の要領でＲａを得ることもできる。

レーザー発色基材に関しては、ポリカーボネート樹脂から構成される。レーザー発色性があれば特に制約は無いが、炭素の添加により、レーザーを吸収することで発熱し、その熱で炭化することにより発色する方法が一般的である。厚みはレーザー発色性の観点から５０〜２００μｍが好ましい。

外装基材は、非晶性ポリエステルもしくは、非晶性ポリエステルとポリカーボネートのポリマーアロイや、結晶性ポリエステルもしくは、結晶性ポリエステルとポリカーボネートのポリマーアロイからなる。
特に結晶性基材である結晶性ポリエステル又は結晶性の成分を含む結晶性ポリエステルとポリカーボネートのポリマーアロイからなる基材を用いることで、カード化した際の曲げ耐性を向上させることができる。
なかでも、機械的強度を上げる為には、結晶性ポリエステルが最も適している。
結晶性ポリエステル単体で使用する場合は、延伸処理をしてあると強度が向上するため好ましい。結晶性ポリエステルは例として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等が使用できる。また、この場合は、レーザー発色基材と外装基材を貼り合わせるための接着剤が必要となる。
ポリマーアロイの場合は、熱成形時にレーザー発色基材を熱融着させることができるという利点がある。ポリマーアロイに用いる結晶性ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等が使用できる。また、ポリマーアロイを用いる場合、成形温度が１００〜１４０℃の場合、ポリカーボネートの比率が２０〜８０％であることが好ましい。これより高いと流動性が高すぎて変形や歪みの原因となり、これより低いと熱融着不良の原因となる。
また、外装基材の厚みは５０〜２００μｍが好ましい。５０μｍ未満では印刷、加工適性に劣り、２００μｍより厚いと透明層が厚すぎ、カードとしての不透過度確保が難しいためである。

＜接着剤＞
各基材間を貼り合わせるために接着剤を使用しても良い。接着剤の種類に特に制約は無いが、水系エマルジョン、溶剤型、ＵＶ硬化型等の接着剤を使用することができる。

＜磁気層＞
磁気層（磁気テープ）は、カード用として一般的に使用されるものであれば、特に制約はない。厚みは１０μｍ以上３０μｍ以下のものが良く、１０μｍ以上２０μｍ以上のものが特に好適である。磁気層（磁気テープ）は、外装基材やコア基材をラミネートした後に外装基材に埋設加工してもよいし、予め外装基材に埋設してコア基材等とラミネートしてもよい。本カードは外装基材に磁気テープを配置しても良い。予め外装基材に埋設する場合、接着剤が塗工された磁気テープを熱転写により外装基材への貼りつけを行うことができる。

＜絵柄の印刷＞
各基材の表面に印刷を施しても良い。印刷方式としては、オフセット印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷等が挙げられる。乾燥方式としては、熱風乾燥、赤外線照射、紫外線照射等が挙げられる。

インキの着色は、染料、顔料を使用する。また、アルミニウム、酸化チタン、真鍮等の金属顔料やパール顔料を用いても良い。インキに使用される樹脂は、塩化ビニル，酢酸ビニル，ポリビニルアルコール、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ系樹脂、ＡＢＳやそれらの共重合体、ポリマーアロイ等が挙げられる。また、溶剤型インキ・水系インキの場合は加熱蒸発による乾燥、ＵＶ硬化型インキの場合はＵＶ照射による硬化を行う。

コア基材は、カード個片を多面付けにした全判状のものを使用することができる。
巻線（ワイヤー）アンテナを用いる場合は、一対のコア基材のうち一方のコア基材にアンテナを描画し、アンテナを挟み込むように他方のコア基材を積層する。
エッチングアンテナを用いる場合は、一対のコア基材のうち一方のコア基材にアンテナが形成されたアンテナ基材を積層し、アンテナ基材を挟み込むように他方のコア基材を積層する。コア基材の上に配置する。
アンテナの配置は、個片状でも多面付けの全判状のどちらでもよい。
なお、アンテナを形成する際、同時にＩＣチップを設けアンテナと接続することができる。

レーザー発色基材は、コア基材の外側に積層する。配置は片側でも両側でもどちらでも良いが、両側にした方が個片化した際に反りが発生しないため好ましい。
両側に積層する場合、材質、厚みを同等にすることが好ましい。

外装基材は、アンテナ、コア基材、レーザー発色基材が積層されたシートの外側に積層する。配置は両側に設ける。両側にした方が、カードの曲げ耐性や、個片化した際に反りが発生しないため好ましい。なお、両側の外装材の材質、厚みは同等にすることが好ましい。

熱成形は、積層された基材に圧力をかけた状態で加熱、冷却することで、１枚の板状に成形する。磁気テープは基材に埋め込まれることで基材表面に対して面一状になる。アンテナは２枚のコア基材にはさまれた状態でコア基材に内蔵される。熱成形の温度は１４０〜１６０℃が適しており、１５０〜１５５℃が更に良い。

また、熱成形時に加熱することで、アンテナとカード基材の線膨張係数の違いから、冷却時に収縮率が変わってしまい、アンテナ部が表面に対して浮き出るように凹凸が発生する。この現象は熱成形の温度の高さと比例して凹凸もより顕著になる傾向があり、熱成形の温度はより低温であるほうが好ましい。

さらに、熱成形時に基材が流動すると印刷した絵柄も同様に動こうとするため、歪みや絵柄が割れて見える現象が発生する。絵柄の印刷をレーザー発色基材と他基材の界面となる部分に行い、熱成形温度をポリカーボネートのＴｇよりも低い温度とすることで、この現象を抑えることができる。

絵柄の印刷に用いられるインキの樹脂分は、一般的に塩化ビニル、酢酸ビニル、ポリエステル、ポリウレタン等が用いられるが、耐熱温度は１６０℃以下であり、それより高いとインキの劣化が発生する。現象としては、変色（黄変）、低分子化による凝集破壊等が挙げられる。

インキがポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニルの場合、レーザー印字領域に印刷すると、インキの変色により茶色くなる現象が見られる。これを防止するにはインキの厚みを薄くする必要があり、０．１〜１０μｍが好適であり、０．１〜５μｍが更に適している。

カードは、プレスと雄雌金型によるパンチングによる打ち抜きを行い、個片化する。ポリカーボネートは雄雌金型でパンチングをすると、破断部が伸びてしまい、きれいな破断面が得られないため、刃物による切断が必要であるが、本発明では各シートに用いられる樹脂成分におけるポリカーボネートの割合を減らしているため雄雌金型でのパンチングが可能である。
ポリカーボネートの割合は、６０％以下であることが好ましく、５０％以下であるとポリエステル樹脂の特徴の方がより大きく出るため、更に適している。
ポリカーボネートの割合は、コア基材、発色シート、外装基材に用いる樹脂成分のうち、ポリカーボネートが含まれる比率を計算することで求めることができる。

上記した要領で、本発明のカードを作製した。基材や条件は以下に記載のものを適用した。

＜実施例１＞
基材や条件は以下に記載のものを用いて、本発明のカードを作製した。
（材料）
アンテナ基材 厚さ３８μｍ ＰＥＴベース
アンテナコイル 厚さ３５μｍの銅箔のエッチングアンテナ
コア基材 非晶質白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＧ−ＷＨＩ、厚さ２６０μｍ：三菱樹脂） 表面粗さＲａ１．５０μｍ
レーザー発色シート ポリカーボネート製炭素添加（ＤＰＩ−ＴＲ、厚さ６０μｍ、三菱樹脂）
外装基材 ＰＡ−Ｃ（厚さ６０μｍ：三菱樹脂）
磁気テープ ＳＰ−０１（トッパンＴＤＫレーベル社製）
（生産条件）
熱成形 温度１５０℃，圧力２ＭＰａ
パンチング 雄雌金型

まず、アンテナ４の周囲にコア基材３が配置される。例えば、コア基材３を構成する２つのシート状の基材がアンテナ４を挟み込むことによって、アンテナ４がコア基材３によって覆われる。具体的には、アンテナが被覆銅線から構成される場合には、一方の上記基材上でアンテナが形作られ、アンテナが金属薄膜から構成される場合には、パターニングされた金属薄膜を支持する基材が、一方の上記基材上に配置される。そして、配置されたアンテナ４を挟むように、一方の上記基材に他方の基材が重ねられる。

次に、コア基材３を挟むように、コア基材３にレーザー発色基材２が積層される。
次に、磁気テープ１５の配置された外装基材１が、コア基材と中間基材との積層体を挟むように積層される。その後、レーザー印字を行う。磁気テープ５には、予め接着剤が塗工され、磁気テープ５は、熱転写によって、一方の外装基材１ａに貼り付けられる。
コア基材３とレーザー発色基材２と外装基材１との積層体が加圧された状態で、加熱され、その後、冷却される。これによって、アンテナ４がコア基材３に埋め込まれ、１つの板状に成形される。

＜比較例１＞
材料、生産条件を以下のようにした以外は実施例１と同様に作成した。
（材料）
アンテナ基材 ＰＥＴベース
アンテナコイル 厚さ３５μｍの銅箔のエッチングアンテナ
コア基材 非晶質透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＧ−ＣＨＩ、厚さ２６０μｍ：三菱樹脂） 表面粗さＲａ１．５０μｍ
レーザー発色シート ポリカーボネート製炭素添加（ＤＰＩ−ＴＲ、厚さ６０μｍ、三菱樹脂）
外装基材 ＣＧ−０３０Ｍ（厚さ６０μｍ：太平化学製品）
磁気テープ ＳＰ−０１（トッパンＴＤＫレーベル）
（生産条件）
熱成形 温度１２０℃，圧力２ＭＰａ
パンチング 雄雌金型

各実施例の評価結果を下記に記載する。

＜アンテナ部の凹凸が目視で見えるか否か＞
熱性後のアンテナ部のある領域と無い領域の高さの差を表面粗さ計にて測定した。
結果を表１に示す。

＜印字の黒濃度＞
結果を表２に示す。
印字機 ＭＸ６０００（日本データカード）
印字条件 解像度 ５００ｄｐｉ，９０ｋＨｚ，出力１５０
印字パターン □５ｍｍのタイル状パターン
測定器 Ｍａｃｂｅｔｈ ＲＤ９１４
印字濃度 実施例１．２〜１．５
比較例０．３〜０．５

＜パンチング時に発生するバリの有無＞
結果を表３に示す。

＜静的曲げ強さ＞
ＪＩＳＸ６３０１，６３０５−１に規定される静的曲げ強さを測定する。
結果を表４に示す。

比較例１は、透明な基材（本比較例ではポリエステル）を採用しているので、コア基材との界面がなくなってしまい、界面でのレーザー散乱がなくなり、レーザー発色層での吸収するエネルギー量が減少したため、レーザー印字の発色が良好ではなかった。また、アンテナについても外観から透けて見えてしまっていたため不良とした。
実施例１は、比較例１に対して、表面粗さをＲａ１．５μｍとすることで、レーザー発色性が良好で、かつ、アンテナの透けが見えない発色性カードが提供できた。

１ 外装基材
２ レーザー発色基材
３ コア基材
４ アンテナ
５ アンテナ基材
６ ＩＣチップ
７ ＩＣモジュール
８ 磁気層（磁気テープ）

Claims (3)

1. 内部にアンテナコイル有する単層又は複数層からなるコア基材と、コア基材の一方の面又は両方の面に透明レーザー発色性基材を有し、さらに両方の面の最外層に透明外装基材を有するレーザー発色性カードであって、
   該コア基材が、隠ぺい性及び光線反射又は拡散性を有することを特徴とするレーザー発色性カード。
2. 前記コア基材が、白色基材からなることを特徴としたレーザー発色性カード。
3. 前記コア基材のうち、透明レーザー発色性基材と接する側の算術平均粗さＲａが０．４〜３．０μｍであることを特徴としたレーザー発色性カード。