JP5620775B2 - 積層構造体 - Google Patents
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Description
しかしながら、ホログラム像形成用の微細な規則的配列の空洞部が設けられる被膜の材質或いは状態等によっては、必ずしも満足する構造色が得られない場合がある。特に、この被膜が基材の表面に形成されている場合には、この被膜表面に形成されている空洞部に異物(例えば指で触れたときの脂質)が入り込んでしまい、この結果、ホログラム像が不鮮明になったり、場合によっては消失してしまうという問題がある。このために、この被膜表面にはさらに保護膜を形成することが必要となっている。
前記有機系紫外線吸収剤が、前記構造色発色用樹脂被膜を形成している樹脂100質量部当り0.01乃至20質量部の量で添加されていることを特徴とする積層構造体が提供される。
(1)被膜中に封じ込まれている前記空洞部が、規則的配列の空洞部の全個数当り、少なくとも10%の割合で存在していること、
(2)前記構造色発色用樹脂被膜が表面に露出していること、
(3)前記基材が金属製であること、
(4)前記基材が金属キャップまたは金属缶であり、該キャップの頂板部外面側或いは該金属缶の胴部外面側に前記構造色発色用樹脂被膜が形成されていること、
が好適である。
尚、規則的に配列された空洞部の少なくとも一部が被膜中に封じ込まれていることはSEM観察により容易に確認することができる。
即ち、空洞部55を形成するために照射する周期的強度分布を有するレーザ光に対して、膜形成材自体が吸収性を示す場合には、被膜50の表面から内部に向かってレーザアブレーションが進行し、この結果、形成される多数の空洞部55は、表面が開放されたもの(即ち、空洞部55a)となってしまう。一方、上記のレーザ光に対して吸収性を示す紫外線吸収剤が被膜50中に添加されている場合には、この紫外線吸収剤が起点となってレーザアブレーションが進行するため、このアブレーションの進行度合いが凹部55の形態に反映されてしまうものと推定される。即ち、レーザアブレーションが過大に生じるときには、その進行が被膜50の表面にまで達し、表面が開放された形態の空洞部55aが形成されるが、一部のレーザアブレーションの進行は、紫外線吸収剤の濃度ムラや照射レーザ光の強度ムラ或いは被膜50の厚みムラなどの影響を受け、その進行が被膜50の表面にまでは達せず、内部に封じ込められた空洞部55bが形成されるものと推定される。
また、無機系の紫外線吸収剤としては、例えば、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化チタン等の金属酸化物やこれら金属酸化物を含む複合金属酸化物などのコロイド粒子を挙げることができ、これらの内、所定のレーザ光の波長領域に極大吸収を有するものが使用される。
例えば、無機系紫外線吸収剤が配合されている場合には、図1に示されているように、被膜50の表面近傍に内部に封じ込められた空洞部55bが偏在している。即ち、無機系紫外線吸収剤の場合には、レーザ光を吸収して発熱して熱分解して揮散する作用が大きく、この結果、被膜50の表面近傍でレーザアブレーションが優先的に進行し、空洞部55bが被膜50の表面近傍に偏在することとなる。
一方、本発明において使用される有機系紫外線吸収剤が配合されている場合には、レーザ光を吸収して発熱して熱分解して揮散する作用は大きくなく、レーザ光が被膜50の内部に浸透し且つ基材53との界面で反射する。この結果、被膜50と基材53との界面側からレーザアブレーションが進行し、この結果、図3に示されているように、被膜50と基材53との界面側に内部に封じ込められた空洞部55bが偏在するようになる。特に、基材53として金属製のものを用いた場合には、界面側でのレーザ光の反射の度合いが極めて大きいため、空洞部55bが界面側に偏在する傾向が極めて大きい。このことから理解されるように、内部に閉じ込められた空洞部55bの存在割合を高めるためには、有機系紫外線吸収剤を用いることが必要であり、有機系紫外線吸収剤を用いた場合には空洞部55の全てを内部に封じ込められた空洞部55bとすることができる。
これに対して、本発明において、有機系紫外線吸収剤の使用は、被膜50の内部に封じ込められた空洞部55bを多く形成することができるという利点を有しており、特に、空洞部55の全てを内部に封じ込められた空洞部55bとすることができるという点で特に有利である。空洞部55全てが内部に封じ込められた空洞部55bとなっている場合には、被膜50の表面がフラットな面となるため、例えば、被膜50の上に保護膜を設けた場合に被膜50と保護膜との間に高い密着性を確保することができ、保護膜の剥離等を効果的に防止することができる。
例えば、延伸ポリエチレンテレフタレート(延伸PET)は、約330nm以上の波長に対して透過率が70%以上であることから、延伸PETが膜形成材として使用され、その内部に紫外線吸収剤が添加されているときには、波長が330nm以上のレーザ光を用いてレーザ加工を行うことが好適である。
尚、紫外線硬化型塗料を用いる場合には、塗膜の硬化のための紫外線として、前述した紫外線吸収剤が感度を有していない波長領域の紫外線を用いることが、空洞部55を形成するためのレーザ加工を効果的に行うために必要である。即ち、塗膜の硬化のための紫外線照射に際して、この紫外線に対して紫外線吸収剤が感度を有していると、レーザ加工に際して、紫外線吸収剤が劣化してしまって効果的に機能せず、空洞部55の形成が困難となってしまうからである。
但し、本発明では、この被膜50を外表面に露出させるように設けることができ、その上に保護層を設ける必要がないことが最大の利点であるため、この被膜50に基材53に対しての保護膜としての機能を与えることが好適であり、このために、基材53の外面側の全面に被膜50を設けることができ、この被膜50の一部分に、前述した空洞部55を形成することが最適である。
前述した被膜50に空洞部55を形成するためには、高パワーパルスレーザであることが必要であり、また微細周期構造により構造色を発現させる場合、可視光で効率よく発色する為には微細周期構造のピッチは0.5〜2μm程度がよく、その周期構造を精度よく加工するためにはレーザ光の波長をこのピッチよりも短い紫外線波長域にする必要があり、更に、微細周期構造の空洞部55の形成は、レーザ光の干渉を利用した樹脂等の分解(レーザアブレーション)によるものであるため、コヒーレンシーの高いレーザを使用する必要がある。このために、上記レーザを好適に用いることができる。
また、これらのパルスレーザは、数Hz〜数十MHzの繰り返し周波数を有するが、この繰り返し周期の間、蓄えられたエネルギーを数ps〜数十nsというきわめて短い時間幅で放出する為、少ない入力エネルギーから高いピークパワーを効率的に得ることができる。
尚、エネルギー密度のコントロールは、レーザ発振器11におけるレーザ出力の調整の他、例えば、レーザ出力が同じで照射ビーム径を変化させることによっても実現できる。
集光素子15は、例えば、焦点距離が100mmの合成石英平凸レンズを用いることができ、光束選択素子14を通過した光束を集光し、光束を交差させ干渉させる。
尚、コリメータ素子や集光素子としては、凸レンズの他、フレネルレンズやGRIN(Graded−Index)レンズ等の光学素子を用いることができる。
d=λ/(2sin(θ/2))
レーザ光照射装置10が、レーザ光を出力し、ビームスプリッタ12がレーザ光を分割して複数の光束を形成し、集光素子15がそれら複数の光束を交差させて干渉領域を形成し、積層構造体20に照射させる。ここで積層構造体20の被膜(50)中の紫外線吸収剤によりレーザ光が吸収される。また、レーザ光の照射が干渉領域で行われるため、被膜50の表面に周期的な光強度分布が励起し、高強度部でレーザアブレーションの発生が顕著となり、空洞部55が形成されることとなる。本発明では、紫外線吸収剤が被膜50中に添加され、分散されている紫外線吸収剤の吸収によって、被膜50の内部からレーザアブレーションが発生するため、内部に封じ込められた空洞部55bが形成されることとなる。このように形成される空洞部55(空洞部55b)は、レーザ光の周期的強度分布と同じ周期で形成されることとなる。
尚、実施例5〜10は、本発明の範囲外の参考例である。
ポリエステルアミノ塗料にベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して1重量部の量を添加し、塗料を調合した。
この塗料をアルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布して積層体を調製した。このとき、アルミニウム製板の表面に形成した樹脂被膜の厚みは約1μmである。
照射するレーザ光には、Qスイッチ パルスYAGレーザ第3高調波(波長355nm)を用いた。パルスYAGレーザのパルス幅は5nsである。
また、このSEM写真から、内部に封じ込められた空洞部55bは、全空洞部55の80%であった。
各種樹脂組成の塗料にベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤または酸化亜鉛を、塗料の樹脂成分100重量部に対して各重量部の量を添加し、塗料を調合した。この塗料をアルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布して試料を調製した。このとき、被膜の厚みは約1〜5μmである。
これら試料に対して、パルスYAGレーザ第3高調波(波長355nm)を、被膜が形成された側からレーザ光照射装置を用いて各フルエンスで1パルスを照射し、実施例1と同様にして構造色発色用空洞部55を被膜に形成した。このときの、構造色発色の有無と表面を指で擦った後の変化を確認した結果を表1に示す。
何れの場合にも、図2に示されているように内部に封じ込められた空洞部55bが形成されていることを確認した。
エポキシ塗料に酸化亜鉛を、塗料の樹脂成分100重量部に対して20重量部の量を添加し、塗料を調合した。この塗料をアルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布し被膜を形成した後、この被膜の上にポリエステルアミノ塗料を塗布し保護層を形成した。このようにして試料を調製した。このとき、被膜の厚みは約3μm、保護層の厚みは約6μmである。
この試料に対して、パルスYAGレーザ第3高調波(波長355nm)を、被膜および保護層が形成された側からレーザ光照射装置を用いてフルエンスが60mJ/cm2で1パルスを照射し、実施例1と同様にして、規則的配列の構造色発色用空洞部55を形成した。その結果、虹色に発色する構造色が観察され、指で擦った後も発色が消失することはなかった。
このとき、規則的配列の空洞部55(内部に封じ込められた空洞部55b)は被膜の表面側近傍に偏在していた。
53:基材
55:構造色発色用空洞部
55a:表面が開放された空洞部
55b:内部に封じ込められた空洞部
Claims (5)
- 基材表面に構造色発色用樹脂被膜が設けられている積層構造体であって、該構造色発色用樹脂被膜には、有機系紫外線吸収剤が添加されており且つ構造色を発色するための規則的配列の空洞部が周期的強度分布を有するレーザ光照射により形成されていると共に、該規則的配列の空洞部の少なくとも一部は、該被膜中に封じ込まれており且つ該被膜と基材との界面側に偏在しており、
前記有機系紫外線吸収剤が、前記構造色発色用樹脂被膜を形成している樹脂100質量部当り0.01乃至20質量部の量で添加されていることを特徴とする積層構造体。 - 前記被膜中に封じ込まれている前記空洞部が、規則的配列の空洞部の全個数当り、少なくとも10%の割合で存在している請求項1に記載の積層構造体。
- 前記構造色発色用樹脂被膜が表面に露出している請求項1または2に記載の積層構造体。
- 前記基材が金属製である請求項1乃至3の何れかに記載の積層構造体。
- 前記基材が金属キャップまたは金属缶であり、該キャップの頂板部外面側或いは該金属缶の胴部外面側に前記構造色発色用樹脂被膜が形成されている請求項4に記載の積層構造体。
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