JP6111390B2 - 樹脂固定コロイド結晶シート、それを用いた構造色を表示する方法、それを用いた被検物の凹凸分布又は硬度分布を検出する方法、及び、構造色シート - Google Patents
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Description
(2)シート面からの仰角が60度以上90度未満の範囲であり、シート面の方位角依存性について測定した場合、所定の方位角において、Bragg反射の強度が最大値を有する。
上記条件(1)により、本発明による樹脂固定コロイド結晶シートのシート面に対して正対する観察者の観察軸と、照明光の照明軸とが重ならずにBragg反射を観察することができるので、シート面に対して正対する観察者は、容易に構造色を観察することができる。また、上記条件(2)により、本発明による樹脂固定コロイド結晶シートは、構造色の強い発色を可能とする。さらに、上記条件(1)及び(2)を満たす本発明の樹脂固定コロイド結晶シートを用いれば、観察者は、表面反射光がBragg反射光と重ならない条件で構造色を観察できるので、鮮やかな発色効果を得られる。
実施の形態1では、本発明の樹脂固定コロイド結晶シート、及び、その製造方法について詳述する。
振動の周波数:5〜100Hz
振動の振幅:表面間の距離の1〜5倍
処理時間:10秒〜10分
振動の周波数:7〜20Hz
振動の振幅:表面間の距離の1.5〜2.5倍
処理時間:30秒〜2分
尚、振動の振幅を表面間の距離の1〜3倍とすることもできる。
実施の形態2では、実施の形態1で説明した樹脂固定コロイド結晶シートを用いた構造色を表示する方法について説明する。
実施の形態3では、実施の形態1で説明した樹脂固定コロイド結晶シートを用いた被検物の凹凸分布を検出する方法について説明する。図7は、本発明の被検物の凹凸分布を検出するステップを示すフローチャートである。図8は、本発明の被検物の凹凸分布を検出するステップを示すプロシージャである。
実施の形態4では、実施の形態1で説明した樹脂固定コロイド結晶シートを用いた構造色シートについて説明する。図9は、本発明の構造色シートを示す模式図である。本発明の構造色シート900は、複数の樹脂固定コロイド結晶シート片910を含み、これらが樹脂920で固定されている。複数の樹脂固定コロイド結晶シート片910は、実施の形態1で説明した樹脂固定コロイド結晶シート100から切り出されている。なお、切り出す形状に特に制限はない。複数の樹脂固定コロイド結晶シート片910は、樹脂920中に任意の方位関係で位置する。
実施例1では、粒径150nm、粒子濃度17体積%、シート厚1mmの室温にて容易に変形可能な柔軟性のある樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。化合物アクリル酸4−ヒドロキシブチル(4−HBA)のモノマー液体に紫外線活性の重合開始剤を添加したものを分散媒として、これにコロイド粒子として粒径150nmのシリカ粒子を分散したコロイド分散液を調製した。粒子濃度は17体積%であった。コロイド分散液は、目視で遊色効果を示し、コロイド結晶状態にあることを確認した。このコロイド分散液を、図4に示す水平に相対した2枚のガラス平板の間に挟み、ガラス平板の上方を固定し、下方を水平方向に直線的に振動的並進運動をさせることで、挟まれたコロイド分散液にせん断処理を施した。2枚のガラス平板の相対する表面間の距離は1mmであった。振動的並進運動の方向(つまり、せん断方向)は、方向D(図2A及び4)であった。
振動の周波数:10Hz
振動の振幅:表面間の距離の2倍
処理時間:1分
実施例2では、粒径150nm、粒子濃度11体積%、シート厚1mmの室温にて容易に変形可能な柔軟性のある樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。実施例2の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、粒子濃度が異なる以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、実施例2の試料を目視観察し、写真評価した。
実施例3では、粒径180nm、粒子濃度17体積%、シート厚1mmの室温にて容易に変形可能な柔軟性のある樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。実施例3の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、粒径が異なる以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、実施例3の試料を目視観察し、写真評価した。
実施例4では、粒径180nm、粒子濃度32体積%、シート厚1mmの室温にて容易に変形可能な柔軟性のある樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。実施例4の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、粒径と粒子濃度とが異なる以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、実施例4の試料を目視観察し、写真評価した。実施例1と同様に、実施例4の試料の後方反射スペクトルを測定した。これらの結果を、図11A(θ=90度、φ=45度)、11B(θ=0度、φ=45度)、18A(θ=0度)、18B(θ=90度)及び19(φB=60度)に示す。
実施例5では、粒径150nm、粒子濃度17体積%、シート厚0.5mmの室温にて容易に変形可能な柔軟性のある樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。実施例5の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、シート厚が異なる以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、実施例5の試料を目視観察し、写真評価した。実施例1と同様に、実施例5の試料の後方反射スペクトルを測定した。これらの結果を、図12A(θ=90度、φ=45度)、12B(θ=0度、φ=45度)、図20A(θ=0度)、20B(θ=90度)及び図21(φB=60度)に示す。
実施例6では、粒径150nm、粒子濃度17体積%、シート厚1mmの室温にて変形不可能な硬度の高い樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。実施例6の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、室温にて硬度の高いアクリル樹脂を形成する化合物メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(2−HEMA)のモノマー液体を分散媒に用いた以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、実施例6の試料を目視観察し、写真評価した。実施例1と同様に、実施例6の試料の後方反射スペクトルを測定した。これらの結果を、図13A(θ=90度、φ=45度)、13B(θ=0度、φ=45度)、22A(θ=0度)、22B(θ=90度)及び23(φB=60度)に示す。
実施例7では、粒径150nm、粒子濃度17体積%、シート厚2mmの室温にて変形不可能な硬度の高い樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。実施例7の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、実施例6と同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、実施例7の試料を目視観察した。
比較例8では、粒径150nm、粒子濃度17体積%、シート厚1mmの室温にて容易に変形可能な柔軟性のある、多結晶様の樹脂固定コロイド結晶シート(例えば、非特許文献1に記載のコロイド結晶に相当する。)を製造した。実施例1と同様に、コロイド分散液を調製し、図4に示す水平に相対した2枚のガラス平板の間に挟んだ。せん断処理をすることなく、そのまま紫外線照射を行い、分散媒を重合固化させた。これにより、多結晶状態である樹脂固定コロイド結晶シートが得られた。実施例1と同様に、比較例8の試料を目視観察し、写真評価した。実施例1と同様に、比較例8の試料の後方反射スペクトルを測定した。なお、せん断処理をしていないため、せん断処理する場合にガラス板を並進運動させる方向を方向Dとした。これらの結果を図14A(θ=90度、φ=45度)、14B(θ=0度、φ=45度)、24A(θ=0度)、24B(θ=90度)及び25(φB=60度)に示す。
比較例9では、粒径150nm、粒子濃度17体積%、シート厚0.3mmの室温にて容易に変形可能な柔軟性のある、表面配向性の樹脂固定コロイド結晶シート(例えば、非特許文献2に記載のコロイド結晶に相当)を製造した。比較例9の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、シート厚が異なる以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。実施例1と同様に、比較例9の試料を目視観察し、写真評価した。実施例1と同様に、比較例9の試料の後方反射スペクトルを測定した。これらの結果を、図15A(θ=90度、φ=45度)、15B(θ=0度、φ=45度)、26A(θ=0度)、26B(θ=90度)及び27(φB=60度)に示す。
実施例10では、粒径150nm、粒子濃度17体積%、シート厚1mmの室温にて変形不可能な硬度の高い樹脂固定コロイド結晶シートを製造した。実施例10の樹脂固定コロイド結晶シートの製造条件は、実施例1の4−HBA(アクリル樹脂を形成する化合物)に代えて、室温にて硬度の高い樹脂としてエポキシ樹脂を形成する化合物を用い、化合物を加熱によって重合させた以外は実施例1と同様であった。詳細には次のとおりである。エポキシ樹脂を形成する化合物は、主剤としてビスフェノールAジグリシジルエーテル、及び、硬化剤として4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸を用いた。これらを重量比約1:1で混合した液体を分散媒として、これにシリカ粒子を分散した分散液を調製した。これを実施例1と同様の条件でせん断処理をし、次いで加熱を行い、分散媒を重合固化させ、厚さ1mmの樹脂固定コロイド結晶シートを得た。実施例1と同様に、実施例10の試料を目視観察した。
(1)試料のシート面からの仰角φBが60度以上90度未満の範囲であり、シート面の所定の方位角(実施例では、せん断方向Dに対して直交する方向であり、方位角θが90度又は270度)について測定した場合、0(ゼロ)でなく、かつ、
(2)試料のシート面からの仰角φBが60度以上90度未満の範囲であり、シート面の方位角依存性について測定した場合、所定の方位角(実施例では、せん断方向Dに対して直交する方向であり、方位角θが90度又は270度)において、最大値を有するように、複数の結晶ドメインが配向していることが示された。
実施例11では、実施例3の試料を用いて、被検物の凹凸分布を検出した。被検物としてWクリップの取手形状の凸部(図8の820)を有するレリーフ板を用いた。この被検物に、不透明柔軟シートとして黒色のゴムシートを介して実施例3の試料を被せ、硬質透明板としてガラス板(図8の610)で圧した(図7のステップS710)。次いで、実施例3の試料に照明光として蛍光灯の光を当て、ガラス板を介して観察した(図7のステップS720)。具体的には、照明光を、実施例3の試料のせん断方向に直交する方向(θが90度)から、試料のシート面からの仰角φが45度で、実施例3の試料に当て、デジタルカメラで構造色を撮影した。観察結果としてデジタルカメラの画像に基づいて、被検物の凹凸分布を検出した(図7のステップS730)。
実施例12では、実施例3の試料を用いて、被検物の硬度分布を検出した。被検物として、硬い金属の袋ナット(2個)が埋め込まれた柔軟なスポンジ組織を用いた以外は、実施例11と同様の手順であった。
120、920 樹脂 130 コロイド粒子
200 同軸ファイバ分光計 210 光源
220 分光計 230 光ファイバ
240 ファイバヘッド 250 照射光
260 反射された光 400 コロイド分散液
410、420 ガラス平板 500 壁 510 照明光
520、630 Bragg反射光 530 表面反射光
600 レリーフ板 610 硬質透明板
620 パターン 640 色分布 810 被検物
820 凸部 830 反射光 840 観察結果
850 測定前の色分布 900 構造色シート
910 樹脂固定コロイド結晶シート片
Claims (20)
- 樹脂中にコロイド粒子が固定された、複数の結晶ドメインを含む樹脂固定コロイド結晶シートであって、
前記樹脂固定コロイド結晶シートのシート面に対する後方反射スペクトル測定において、前記複数の結晶ドメインに起因するBragg反射の強度は、
(1)前記シート面からの仰角が60度以上90度未満の範囲であり、前記シート面の所定の方位角について測定した場合、0でなく、かつ、
(2)前記シート面からの仰角が60度以上90度未満の範囲であり、前記シート面の方位角依存性について測定した場合、前記所定の方位角において、最大値を有する、
樹脂固定コロイド結晶シート。 - せん断処理を施すことによって製造され、
前記所定の方位角の方向は、前記せん断処理のせん断方向に直交する方向である、請求項1に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。 - 前記コロイド粒子の粒子濃度は、2体積%以上35体積%以下である、請求項1に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。
- 前記樹脂は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シロキサン樹脂(シリコーン)、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、フッ素樹脂及びポリエーテル樹脂からなる群から選択される、請求項1に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。
- 前記樹脂はアクリル樹脂であり、
前記アクリル樹脂を形成する化合物は、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリル酸エチレン、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、及び、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートからなる群から少なくとも1つ選択される、請求項4に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。 - 前記樹脂はエポキシ樹脂であり、
前記エポキシ樹脂を形成する化合物は、ジグリシジルエステル誘導体化合物及び/又はジグリシジルエーテル誘導体化合物と、無水フタル酸誘導体化合物とを含む、請求項4に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。 - 前記ジグリシジルエステル誘導体化合物は、フタル酸ジグリシジルエステル、及び/又は、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステルである、請求項6に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。
- 前記ジグリシジルエーテル誘導体化合物は、グリセロールポリグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、及び、ビスフェノールAジグリシジルエーテルからなる群から少なくとも1つ選択される、請求項6に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。
- 前記無水フタル酸誘導体化合物は、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、及び/又は、ヘキサヒドロ無水フタル酸である、請求項6に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。
- 前記シートの厚さは、0.3mmより大きく10mm以下である、請求項1に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。
- 前記複数の結晶ドメインのうち一部は、前記シート面に対して傾斜した結晶格子面を有し、
前記複数の結晶ドメインのうち一部は、前記所定の方位角の方向を向いた結晶格子面を有する、請求項1に記載の樹脂固定コロイド結晶シート。 - コロイド結晶に基づく構造色を表示する方法であって、
請求項1〜11のいずれかに記載の樹脂固定コロイド結晶シートに照明光を当てるステップを包含する、方法。 - 前記照明光を当てるステップは、前記樹脂固定コロイド結晶シートのシート面に正対する方向と異なる方向から照明光を当てる、請求項12に記載の方法。
- 前記樹脂固定コロイド結晶シートは、せん断処理を施すことによって製造され、
前記照明光を当てるステップは、前記せん断処理のせん断方向に直交する方向から照明光を当てる、請求項12に記載の方法。 - 前記樹脂固定コロイド結晶シートは、文字又は図形からなるパターンを有する、請求項12に記載の方法。
- 前記樹脂固定コロイド結晶シートは、少なくとも、文字又は図形からなるパターンを凹凸で表したレリーフ板と、硬質透明板とに挟まれており、
前記照明光を当てるステップに先立って、前記硬質透明板で前記樹脂固定コロイド結晶シートを圧するステップを包含する、請求項12に記載の方法。 - 被検物の凹凸分布又は硬度分布を検出する方法であって、
被検物に請求項1〜11のいずれかに記載の樹脂固定コロイド結晶シートを被せ、硬質透明板で圧するステップと、
前記樹脂固定コロイド結晶シートに照明光を当て、前記透明硬質板を介して前記樹脂固定コロイド結晶シートを観察するステップと、
前記観察するステップで得られた観察結果に基づいて、凹凸分布又は硬度分布を検出するステップと
を包含する、方法。 - 前記観察するステップは、前記樹脂固定コロイド結晶シートのシート面に正対する方向と異なる方向から照明光を当て、観察する、請求項17に記載の方法。
- 前記検出するステップは、
前記観察結果が、前記圧するステップの前の前記樹脂固定コロイド結晶シートのそれと同じである場合、前記被検物に凹凸分布又は硬度分布がないことを検出し、
前記観察結果が、前記圧するステップの前の前記樹脂固定コロイド結晶シートのそれと異なる場合には、前記被検物に凹凸分布又は硬度分布があることを検出する、請求項17に記載の方法。 - 複数の樹脂固定コロイド結晶シート片が樹脂で固定された構造色シートであって、
前記複数の樹脂固定コロイド結晶シート片は、請求項1〜11のいずれかに記載の樹脂固定コロイド結晶シートから切り出されており、
前記複数の樹脂固定コロイド結晶シート片は、前記樹脂中に任意の方位関係で位置する、構造色シート。
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