JP4697705B2 - 再起反射材及び再帰反射材へのマーキング方法 - Google Patents

Description

本発明は、再起反射材及び再帰反射材へのマーキング方法に関し、特に、レーザ刻印（レーザマーキング）を施したオープンタイプ再帰反射材及び再帰反射材へのマーキング方法に関する。

近年、偽造防止用のシールなどに再帰反射材と呼ばれるものが用いられている。この再帰反射材とは、通常、光がどのような方向から当たっても、光が照射された方向（光源の方向）に向かって反射するものである。再帰反射材の有するその特性から、最近では、上述した偽造防止用シールの他にも、交通標識などに利用されることが多い。

この再帰反射材や、再帰反射材を用いて指向性のある像を形成する方法としては、特許文献１に開示される発明が知られている。特許文献１には、バインダ層とガラスの微小球体との接触部分に鏡のように反射する層を設け、ガラスの微小球体にレーザ光線を照射して空所を形成することによって指向性のある像を形成する発明が記載されている。
特公平５−０６９２２０号公報

しかし、従来の技術には、以下に述べるような問題があった。

特許文献１に開示された発明は、再帰反射シート上の微小球体（ガラス）に長円体状の壁を有する空所を形成し、この空所によって指向性のある像を形成するものであり、微小球体に空所を形成できる程度の、レーザ光の熱量が必要となる。

通常、微小球体を融解するほどの熱量をレーザ光によって照射すると、微小球体だけでなく、その下層側に位置する基材や保持層などが融解してしまう。これは、基材や保持層などの融点が微小球体の融点よりも低いからである。すなわち、特許文献１に開示された発明のように微小球体そのものに空所を設けるような工法では、微小球体以外の部分までもが融解してしまうので、実際に再帰反射によって形成される指向性のある像が、本来ユーザの所望する指向性のある像に比べて精度を欠く虞がある。

また、微小球体とバインダ層との間に鏡のように反射する層を設ける必要があるので、製造工程がより一層煩雑になってしまい、結果として生産性を損なうことになる。

さらに、レーザ光の照射強度によって作成される空所は、その作成のための調整が煩雑である。また、この空所自体も作成される大きさが全て一定になるものではないため、再帰反射することによって得られる指向性のある像が、不正確なものとなる虞がある。

このような問題点に鑑み、本発明は、レーザ光の照射により融解して炭化した熱可塑性樹脂が微小球体の表面を覆うことにより、マーキングを良好に行うことの可能な再帰反射材及び再帰反射材へのマーキング方法を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基材と、基材上に積層された保持層と、保持層の表面側に埋め込まれた複数の微小球体とを有し、保持層は熱可塑性樹脂で形成され、微小球体の一部が保持層の表面上に露出し、微小球体の表面が炭化した熱可塑性樹脂で被覆されたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、保持層の表面上に埋め込まれた微小球体の表面が、炭化した熱可塑性樹脂で覆われる。表面が覆われた微小球体自体がマーキングされた情報となるので、確実にマーキングできる再帰反射材を提供することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の再帰反射材において、レーザマーキングされた微小球体のみ炭化した熱可塑性樹脂に表面を被覆されてなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、レーザマーキングされた微小球体のみが炭化した熱可塑性樹脂に表面を覆われるので、レーザマーキングされない微小球体との差が明確になり、マーキングされる情報が非常に読み取りやすい。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の再帰反射材において、炭化した熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂をレーザマーキングにより融解して形成されたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、炭化した熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂が融解して形成されたものであるので、保持層を形成する熱可塑性樹脂そのものが融解して炭化した熱可塑性樹脂になる。したがって、特別に新たな材料を追加することなく、情報をマーキングすることが可能となる。

請求項４に記載の発明は、基材と、基材上に積層された保持層と、保持層の表面側に埋め込まれた複数の微小球体とを有する再帰反射材へのマーキング方法であって、保持層は、熱可塑性樹脂で形成され、微小球体へ光照射を行う光照射工程と、光照射工程により、微小球体が埋め込まれている近傍の熱可塑性樹脂を融解して、炭化した熱可塑性樹脂を形成する融解工程とを有し、微小球体の表面は、融解工程によって炭化した熱可塑性樹脂で被覆されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、保持層を形成する熱可塑性樹脂に光照射を行い、熱可塑性樹脂を融解・炭化して微小球体の表面上を覆うことによってマーキングを行うことになる。マーキングによって、炭化した熱可塑性樹脂に表面を覆われた微小球体が情報そのものになるので、確実にマーキングできる再帰反射材を提供することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の再帰反射材へのマーキング方法において、微小球体の表面は、微小球体の有する表面張力により、炭化した熱可塑性樹脂で被覆されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、マーキングされた微小球体の表面張力によって、炭化した熱可塑性樹脂が微小球体の表面を覆う。炭化した熱可塑性樹脂が、特別な工程を行うことなく微小球体の表面を覆うので、非常に容易にマーキングを行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の再帰反射材へのマーキング方法において、光照射は、微小球体を融解する照射出力よりも低く、且つ、微小球体を融解する照射時間よりも短く照射することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、微小球体を融解しないように、すなわち、微小球体が変形しないように光照射を行うので、微小球体の表面が均一に、炭化した熱可塑性樹脂で覆われることになる。したがって、マーキングされた情報が非常に読み取りやすくなる。

このように、本発明の再起反射材及び再帰反射材へのマーキング方法によれば、炭化した熱可塑性樹脂に表面が覆われた微小球体のそのものが、マーキングされた情報となるので、マーキングされた情報を確実に読み取ることが可能な再帰反射材を提供することができる。

再帰反射材を用いて指向性のある像を形成する発明において、本出願人の提示する発明、すなわち、再帰反射層における熱可塑性樹脂で覆われた微小球体自体が、レーザ刻印される情報そのものになるという発明は、従来には存在しない。特に、微小球体そのものを覆う、という思想は本出願人による新規のものである。

以下に、本実施形態における再帰反射材を、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施形態は、以下に述べるものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。また、本実施形態における再帰反射材には、微小球体の上層部（再帰反射材が接着される層と対向する側の表面部分）が保護シートのようなもので覆われておらず直接外気（空気）と接触する、いわゆるオープンタイプの再帰反射材を用いて説明する。
図１は、本実施形態のオープンタイプ再帰反射材の概略図である。

図１に示すように、本実施形態の再帰反射材では、粘着層５上の全面に積層された色層（顔料層）６からなる基材２上に、熱可塑性樹脂によって形成された保持層４が積層されている。保持層４の表面上には、保持層４上に半分ほど埋め込まれるようにしてガラスビーズ３が積層されている。このガラスビーズ３は、保持層４の表面上全面に等間隔で埋め込まれている。以下に、再帰反射層１と基材２との構成を、より詳細に説明する。

再帰反射層１は、光源から発せられた光をその光が入射した方向へと反射する層であり、本実施形態の再帰反射層１は、ガラスビーズ３と保持層４とで構成されている。まず、ガラスビーズ３について説明する。

ガラスビーズ３は、光源からの入射光をガラスビーズ３の底面（本実施形態では、保持層４側の面）に集光して反射させるものである。本実施形態においては、保持層４に含まれる熱可塑性樹脂がレーザマーキングにより融解する。そして、この融解した熱可塑性樹脂が炭化（黒化）するときに、ガラスビーズ３の表面張力によってガラスビーズ３の表面を被覆する。このようにして、表面を炭化した黒化樹脂に覆われたガラスビーズ３が、固有の情報を形成することになる。

本実施形態のガラスビーズ３は、直径が約３０μｍ〜７０μｍであることがより好ましい。これは、ガラスビーズの直径が約３０μｍ未満の場合には、ガラスビーズ自体が小さすぎるため、例えば、表面をマーキングしてドットを形成しても、このドットが小さすぎてコードリーダで読み取りにくくなってしまうからである。また一方、ガラスビーズの直径が約７０μｍより大きい場合には、逆に、ガラスビーズ自体が大きすぎるため、レーザマーキングを行った際に炭化して黒化した熱可塑性樹脂がガラスビーズの表面全体を覆いにくくなってしまう。なお、本実施形態では、直径が約５０μｍのガラスビーズを用いて説明する。

次に、保持層４について説明する。
本実施形態の保持層４は、ガラスビーズ３を保持するための層であり、基材２とガラスビーズ３とを接着して固定（保持）するものである。また、この保持層４は熱可塑性樹脂を含んでいる。上述したように、この保持層４へガラスビーズ３を介してレーザ光が照射されることによって、熱可塑性樹脂が炭化・融解、気化し、さらにガラスビーズの有する表面張力に引き寄せられて、熱可塑性樹脂がガラスビーズの表面を覆うことになる。

なお、本実施形態の保持層４に含まれる熱可塑性樹脂は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル／スチレン樹脂（ＡＳ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、などの一般的な熱可塑性樹脂を用いることができる。

次に、本実施形態の基材２について説明する。本実施形態の基材２は、粘着層５と、色層（顔料層）６とで構成される。
粘着層５は、本実施形態における再帰反射材の最下層に設けられ、再帰反射材と再帰反射材を貼り付ける媒体とを接着するものである。色層６は、ガラスビーズ３を介して集光された光源からの入射光を反射する層であり、粘着層５の上部全面に積層される。この色層６の色（顔料）が反射光の色になる。本実施形態の再帰反射材に光源を照射したときの反射光となる色に、ユーザが所望する色を用いることが可能である。

次に、本実施形態の再帰反射材にレーザ刻印する際のマーキング工程を、図面を用いて説明する。
図２は、本実施形態の再帰反射材に、レーザ光を照射した場合を示す断面図である。

まず、基材２に保持層４を塗布する。その上にガラスビーズ３を積層して固定する。このときガラスビーズ３は、その球体の半分ほどが保持層４に埋め込まれるようにして固定される。

このようにして積層された再帰反射層１に対して、次に、図２（ａ）に示すように、レーザ光を照射する。なお、本実施形態では、レーザ光にＣＯ₂レーザを用いて説明する。

再帰反射材１にＣＯ₂レーザを照射すると、図２（ｂ）に示すように、ＣＯ₂レーザを照射された部分の熱可塑性樹脂が炭化・融解、気化し、上昇し始める。すなわち、基材２側からガラスビーズ３側へと、融解された熱可塑性樹脂が流れていくことになる。

ここで、ガラスビーズ３の持つ表面張力が作用する。融解した熱可塑性樹脂の一部が、表面張力によってガラスビーズ３の周囲に引き寄せられる。通常であれば、融解した熱可塑性樹脂はそのまま外気の方向へ気化し上昇していくが、このようにガラスビーズ３の持つ表面張力に引き寄せられながら上昇してゆく。したがって、融解した熱可塑性樹脂は図２（ｃ）に示すように、ガラスビーズ３における外気側の頂点を含めて、全ての表面を覆うことができる。

また、ＣＯ₂レーザは、熱可塑性樹脂を融解する程度の出力でレーザマーキングを行うので、ガラスビーズ３や基材２などを融解してしまう虞がない。すなわち、ＣＯ₂レーザがある一定のレーザ光の出力・時間にて照射されたガラスビーズに対してのみ、熱可塑性樹脂が融解して炭化・黒化し、その表面を覆うことになる。

上記に列挙したような一般的な熱可塑性樹脂の融点は、その融点が低いもので約１００℃程度、融点が高いものでも約３００℃程度である。これに対して、一般的なガラスビーズの融点は、約６００〜７００℃程度である。このように、熱可塑性樹脂の融点の方がガラスビーズの融点よりも一般的には低いので、ガラスビーズが熱可塑性樹脂よりも先に融解することはない。
したがって、ガラスビーズ３が、レーザマーキング時のレーザ出力により損傷することがないので、本実施形態の再帰反射材にレーザ刻印する情報は、的確に反映されることになる。

また、ガラスビーズ３の表面を覆う熱可塑性樹脂は、上述したように炭化して黒化する。この黒化してガラスビーズ３の表面を覆った熱可塑性脂自体が、コードリーダなどで読み取る際の情報そのものになる。すなわち、マーキングされるデータはガラスビーズ３を覆った熱可塑性樹脂が炭化して黒化することにより形成されるので、レーザマーキングにより黒化した（熱可塑性樹脂に表面を覆われた）ガラスビーズ３とレーザマーキングされていない周辺のガラスビーズ３とのコントラストが強調されることになる。

したがって、本実施形態の再帰反射材のよれば、例えば、データマトリクスコード等の２次元コードのように黒化した部分とそれ以外の部分との差によってデータを形成する場合においては、マーキングされた情報をより明確にすることができるので、コードリーダなどで非常に読み取り易い情報を簡単に付加することが可能となるのである。

次に、上述した本実施形態の実施例を具体的に説明する。なお、下記に示す各実施例においては、図１に示す再帰反射材を用いてそれぞれの検証を行った。

以下に述べる実施例では、まず、レーザマーカに、（株）堀内電機製作所製「１２Ｗ ＣＯ₂レーザマーカ ＬＳＳ−Ｓ０５０ＶＡＨ」を使用した。また、レーザマーキングする被マーキング体にはオープンタイプ再帰反射シートを使用した。このオープンタイプの再帰反射材の構成として、今回、再帰反射層１における保持層４にはポリプロピレン（ＰＰ）を用いた。また、基材２における粘着層５には一般に公知の粘着層を用い、色層６としてパール顔料含有インキによるコーティングを粘着層５上に行った。

また、レーザマーキングを行う２次元コードのサイズは、３〜５ｍｍ角に設定した。さらに、このマーキングを読み取る２次元コードリーダとして、ｓｙｍｂｏｌ社製の「ＶＳ４００４」を使用した。
このような各種の条件下で、以下に述べる各実施例の検証を行った。

実施例１では、ドットによる２次元コードマーキング（ドットマーキング）を行った。下地となる色層６を溶解させることなくビーズを黒化させる条件としては、上述したガラスビーズ３の融点と保持層４に含まれる熱可塑性樹脂の融点との関係から、レーザ出力が、パルスモード（１パルスにおける照射時間＝１．２ｍｓｅｃ）で１．４４〜７．２０Ｗ、好ましくは２．１６〜６．００Ｗと設定した。

次に、以下に示す各種の条件で、ドットマーキングを行った。
・レーザマーカ：（株）堀内電機製作所製「１２Ｗ ＣＯ₂レーザマーカ ＬＳＳ−Ｓ０５０ＶＡＨ」
・被マーキング体：オープンタイプ再帰反射シート
・マーキングする２次元コードのサイズ：３ｍｍ角
・２次元コード：ＤＡＴＡＭＡＴＲＩＸ（セルサイズ：２２セル×２２セル）
・レーザ出力：３．１２Ｗ
・レーザ照射時間：１．２ｍｓｅｃ（１ドット当たり）

上記の条件でドットマーキングを行い、２次元コードリーダ（ｓｙｍｂｏｌ社製 ＶＳ４００４）で読み取ったところ、マーキングされたコード（情報）を良好に読み取ることができた。

実施例２では、ラインによる２次元コードマーキング（ラインマーキング）を行った。下地となる色層６を溶解させることなくビーズを黒化させる条件としては、実施例１と同様に、ガラスビーズ３の融点と保持層４に含まれる熱可塑性樹脂の融点との関係から、レーザ出力が、ラインモード（本実施形態においてはＣＯ₂レーザのレーザビームと被写体である再帰反射材との相対移動速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ）において、１．２０〜２．１６Ｗ、好ましくは１．６８〜１．９２Ｗと設定した。また、レーザマーキングする線幅を９５〜１００μｍ、１セルを構成するラインの本数を２本と設定した。

次に、以下に示す各種の条件で、レーザマーキングを行った。
・レーザマーカ：（株）堀内電機製作所製「１２Ｗ ＣＯ₂レーザマーカ ＬＳＳ−Ｓ０５０ＶＡＨ」
・被マーキング体：オープンタイプ再帰反射シート
・マーキングする２次元コードのサイズ：３ｍｍ角
・２次元コード：ＤＡＴＡＭＡＴＲＩＸ（セルサイズ：２２セル×２２セル）
・レーザ出力：１．６８Ｗ
・マーキング線幅：９５ミクロン
・１セルを構成する本数：２本

上記の条件でラインマーキングを行い、２次元コードリーダ（ｓｙｍｂｏｌ社製 ＶＳ４００４）で読み取ったところ、実施例１の場合と同様に、マーキングされたコード（情報）を良好に読み取ることができた。

以上、本実施形態の再帰反射材によれば、特別に新たなマーキング材料や、マーキングを行うための加工等を準備することなく、認識しやすいコードパターンを付加することができる。したがって、再帰反射材に、１次元バーコードや２次元コード、ＯＣＲ文字情報など、個別の情報を目的に応じて必要な分だけ簡単に追加することが可能となる。

本実施形態の再帰反射材における断面図である。 本実施形態の再帰反射材に、レーザ光を照射した場合を示す断面図である。

符号の説明

１ 再帰反射層
２ 基材
３ ガラスビーズ
４ 保持層
５ 粘着層
６ 色層

Claims (6)

1. 基材と、
   前記基材上に積層された保持層と、
   前記保持層の表面側に埋め込まれた複数の微小球体とを有し、
   前記保持層は熱可塑性樹脂で形成され、
   前記微小球体の一部が前記保持層の表面上に露出し、
   前記微小球体の表面が炭化した前記熱可塑性樹脂で被覆されたことを特徴とする再帰反射材。
2. 前記微小球体は、
   レーザマーキングされた該微小球体のみ炭化した前記熱可塑性樹脂に表面を被覆されてなることを特徴とする請求項１に記載の再帰反射材。
3. 炭化した前記熱可塑性樹脂は、
   前記熱可塑性樹脂をレーザマーキングにより融解して形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の再帰反射材。
4. 基材と、前記基材上に積層された保持層と、前記保持層の表面側に埋め込まれた複数の微小球体とを有する再帰反射材へのマーキング方法であって、
   前記保持層は、熱可塑性樹脂で形成され、
   前記微小球体へ光照射を行う光照射工程と、
   前記光照射工程により、前記微小球体が埋め込まれている近傍の前記熱可塑性樹脂を融解して、炭化した前記熱可塑性樹脂を形成する融解工程とを有し、
   前記微小球体の表面は、前記融解工程によって炭化した前記熱可塑性樹脂で被覆されることを特徴とする再帰反射材へのマーキング方法。
5. 前記微小球体の表面は、
   前記微小球体の有する表面張力により、炭化した前記熱可塑性樹脂で被覆されることを特徴とする請求項４に記載の再帰反射材へのマーキング方法。
6. 前記光照射は、
   前記微小球体を融解する照射出力よりも低く、且つ、前記微小球体を融解する照射時間よりも短く照射することを特徴とする請求項４または５に記載の再帰反射材へのマーキング方法。

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