JP6268843B2 - 構造色発色積層構造体 - Google Patents

Description

本発明は、構造色発色のための空洞部が形成されている構造色発色用樹脂層を備えた構造色発色積層構造体に関し、より詳細には、構造色の消失が有効に防止された積層構造体に関する。

従来から、キャップ或いは容器等の分野において、容器等の表面を装飾することにより商品価値を向上させることが行われている。しかし、近年、リサイクル性や環境適性の観点から顔料等の物質を用いる化学的発色が受け入れられなくなりつつある。そのため、微細周期構造による光の回折・干渉等の現象を用いて発色する構造色（例えばホログラム像）を発現させる技術が、化学的発色に代わる技術として種々提案されている。

例えば、特許文献１には、所定の下地基材の表面に形成された樹脂層に、レーザ照射によって構造色発色用の規則的配列パターンの空洞部が形成されている積層構造体が本出願人から提案されている。

特開２００７−２８６１１３号公報

上記のようなレーザ光の照射によって構造色を発現し得る微細な規則的配列パターンの空洞部が形成されている構造体は、版型が不要で、模様の変更がスキャニング・プログラムの変更で対応できるため、少量多品種への適用が容易であると共に、平面のみならず、曲面や凹凸面にも容易に適用することが可能である。例えばキャップの天面や容器の胴部など、種々の部分に構造色を発現させ、これら製品の商品価値を高めることができる。

しかし、このような構造色発色積層構造体は、構造色の発色が消失してしまうという問題をしばしば生じていた。特に、キャップや容器の形態で使用した場合、このようの問題が顕著に発生していた。

従って、本発明の目的は、構造色を発現し得る微細な規則的配列パターンの空洞部が形成されている構造色発色用樹脂層を備えており、構造色発色の消失が有効に防止された構造色発色積層構造体を提供することにある。

本発明者らは、構造色発色用積層構造体における構造色発色の消失の要因が熱水処理にあるという知見を見出し、この知見に基づき、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明によれば、下地基材表面上に、構造色を発色するための規則的配列の空洞部が形成されている構造色発色用樹脂層が設けられ、該構造色発色用樹脂層上に保護層が形成されている構造色発色積層構造体において、該保護層は、ビニルアクリル系塗料からなり、且つ、２３℃で測定した水に対する接触角が８５度以下となるように親水化処理が施された表面を有していることを特徴とする構造色発色積層構造体が提供される。

本発明の構造色発色積層構造体においては、
（１）７０乃至１００℃の温度の熱水で処理されていること、
（２）容器またはキャップの形態を有していること、
が好ましい。

本発明の構造色発色積層構造体は、構造色発色用樹脂層を被覆するように設けられている保護層の表面が、水に対する接触角が一定値以下の親水性面を有している点に重要な特徴を有している。即ち、保護層の表面が、このような親水性面となっているため、構造色の発色が消失するという問題を有効に解決することができるのである。
例えば、この構造色発色用積層構造体は、７０乃至１００℃の温度の熱水で処理されている場合においても、構造色の発色は消失せずに安定に維持される。
従って、本発明の構造色発色用積層構造体は、殺菌や洗浄のために、上記のような熱水で処理される容器やキャップの形態を有していることが最適であり、構造色の安定な発色により、容器やキャップの商品価値を高めることができる。

本発明の構造色発色用積層構造体の層構造を示す概略断面図。 構造色発色の消失の原理及び消失防止の原理を説明するための説明図。 本発明の構造色発色積層構造体の作成に用いるレーザ照射装置の構成を示す概略斜視図である。 本発明の積層構造体に照射される光の干渉領域を示す模式図である。

図１を参照して、全体として３０で示されている積層構造体においては、構造色発色用樹脂層５０が、下地基材５３の上方に設けられている。構造色発色用樹脂層５０には、構造色を発色するための微細な空洞部５５が規則的にほぼ等間隔で配列されている。また、構造色発色用樹脂層５０の上には、空洞部５５を完全に閉じた状態に保持し、空洞部５５内へのホコリ等の異物の侵入を防止し、空洞部５５による構造色の発色が安定に維持されるように、透明な保護層５７が設けられている。

即ち、空洞部５５の間隔及びその大きさは、可視光波長（約４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に近いものであり、このような空洞部５５が多数形成されていることにより、光の回折が生じ、空洞部５５と、空洞部５５の間の部分との間で光路差による光の干渉が生じ、これにより、構造色が発現するわけである。
尚、図１の例において、上記の空洞部５５は、構造色発色用樹脂層５０の表面に露出しており、透明な保護層５７により閉じられているが、空洞部５５の上端部が構造色発色用樹脂の薄層で覆われており、構造色発色用樹脂層５０内に空洞部５５が埋設された状態となることもある。
このような空洞部５５は、一般に、後述する周期的強度分布を有するレーザ光を照射することにより形成される。

本発明においては、上記の保護層５７の表面が親水性面５７ａとなっており、このような親水性面５７ａにより、構造色の発色が消失するという現象を確実に防止することができる。
即ち、構造色の発色が消失するという現象は、通常、空洞部５５に異物などが侵入することが要因となっており、このために、空洞部５５（構造色発色用樹脂層５０）を覆うように保護層５７を設け、異物の侵入を防止しているのであるが、このような保護層５７を設けているにもかかわらず、構造色の発色が消失してしまう。このような構造色の発色が消失するという現象は、本発明者らの研究によると、熱水処理によるものと判明している。

例えば、後述する実施例での実験（基本実験）に示されているように、構造色発色積層構造体３０を９０℃の熱水に浸漬した後、これを取り出して乾燥させたものは、構造色の発色が消失している。このことから、構造色の発色が熱水処理に起因していることが判る。即ち、容器やキャップの分野では、飲料等の内容液の充填に先立って、殺菌や洗浄のための熱水処理が一般に行われる。この結果、構造色の発色の消失が頻繁に生じることとなる。

しかも、驚くべきことに、構造色発色積層構造体３０を９０℃の熱水に浸漬した後、浸漬した状態で熱水温度を７０℃まで降温させると、構造色の発色が消失せずにそのまま維持されるのである。かかる事実も、上記の基本実験から明らかにされている。このような驚くべき事実から判断して、本発明では、保護層５７の表面を親水性面５７ａとし、これにより、熱水処理に起因する構造色の消失を防止することに成功したものである。

かかる原理を説明するため図２を参照して、熱水処理前の構造色発色積層構造体３０では、空洞部５５は、例えばレーザ加工で形成されたままの形態に保持されている（図２（ａ）参照）。
しかるに、これを７０℃以上の熱水で処理すると（熱水中への浸漬や熱水噴霧）、構造色発色樹脂層５０の膨張による空洞部５５の収縮及び保護層５７の膨張によって、保護層５７を形成している樹脂が空洞部５５内に侵入し、この結果、空洞部５５の大部分が埋められた状態となる（図２（ｂ）参照）。

空洞部５５がこのような状態となっている熱水処理された構造色発色積層構造体３０を冷却すると、保護層５７の表面が外部雰囲気に直接接触しているため、保護層５７が急冷され、構造色発色用樹脂層５０よりも先に降温して収縮し、寸法が安定化されてしまう（図２（ｃ）参照）。このため、空洞部５５は、保護層５７の侵入により埋められた状態のまま固定化されてしまい、この結果、構造色の発色が消失してしまうわけである。事実、熱水処理され、冷却された構造色発色積層構造体３０（親水性表面５７ａが形成されていないもの）についての断面を顕微鏡観察すると、空洞部５５がほとんど閉塞してしまっていることが確認される。

しかるに、本発明にしたがって、保護層５７の表面が親水性面５７ａとなっている場合には、熱水処理後に冷却したとき、この親水性面５７ａ上に熱水の水膜６０が形成された状態で冷却されていくこととなる。即ち、熱水の水膜６０が存在しているため、保護層５７は急冷されず、徐々に冷却されていくこととなる（図２（ｄ）参照）。この結果、保護層５７と構造色発色用樹脂層５０とは、大きな温度差を生じることなく、徐々に降温していくこととなり、該樹脂層５０の収縮による空洞部５５の粗大化と保護層５７の収縮とがほぼ同時に進行し、保護層５７と該樹脂層５０とが寸法安定化され、初期の大きさの空洞部５５が再生される。従って、本発明によれば、構造色の発色の消失が防止されることとなるわけである。実際、親水性面５７ａが保護層５７の表面に形成されている本発明の構造色発色積層構造体３０について、熱水処理及び冷却後の断面を顕微鏡観察すると、空洞部５５が閉塞することなく、初期と同様の大きさで存在していることが確認される。

＜構造色発色用樹脂層５０＞
本発明において、構造色発色用樹脂層５０は、それ自体公知の樹脂で形成されていてよく、熱可塑性樹脂、又は熱若しくは紫外線硬化型樹脂により形成される。

熱可塑性樹脂の例としては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ１−ブテン、ポリ４−メチル−１−ペンテンあるいはエチレン、プロピレン、１−ブテン、４−メチル−１−ペンテン等のα−オレフィン同士のランダムあるいはブロック共重合体、環状オレフィン共重合体などのオレフィン系樹脂；エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体等のエチレン・ビニル系共重合体；ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ＡＢＳ、α−メチルスチレン・スチレン共重合体等のスチレン系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のビニル系樹脂；ナイロン６、ナイロン６−６、ナイロン６−１０、ナイロン１１、ナイロン１２等のポリアミド樹脂；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、ポリエチレンナフタレート、及びこれらの共重合ポリエステル等のポリエステル樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリフエニレンオキサイド樹脂；ポリ乳酸など生分解性樹脂などを挙げることができる。

また、熱硬化性樹脂の例としては、フェノール樹脂、ケトンホルムアルデヒド樹脂、ノボラック樹脂、キシレン樹脂、芳香族系アクリル樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール変性アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂等を挙げることができ、これらの熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを含む樹脂組成物、例えば、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−マレイン酸共重合体、塩化ビニル−マレイン酸−酢酸ビニル共重合体、アクリル重合体、飽和ポリエステル樹脂などと上記熱硬化性樹脂との樹脂組成物を用いることもできる。

さらに、紫外線硬化型樹脂は、上記のような熱硬化性樹脂に公知の紫外線吸収剤を配合したものであってよい。

かかる層５０には、例えばレーザ光の照射により構造色を発色するためのは空洞部５５の規則的配列パターンが形成される。従って、この構造色発色用樹脂層５０は、空洞部５５の形成に用いるレーザ光に対して高い吸収性を示すことが好ましい。

例えば、本出願人が先に出願したＰＣＴ／ＪＰ２００９／０６８０５２で提案したように、芳香族環を分子中に有する樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート）は、所定の短波長領域の波長のレーザ光に対して吸収性を示す。従って、このような芳香族環を分子中に有する樹脂を選択し、このような樹脂を用いて、該樹脂が感度を示す波長のレーザ光を照射することによりレーザアブレーションが進行し、所定のパターンで空洞部５５が配列した構造色発色用樹脂層５０が形成される。

また、レーザ光に対する吸収性を高めるために、この樹脂層５０に有機系或いは無機系の紫外線吸収剤を配合することもできる。このような紫外線吸収剤の配合により、所定の波長のレーザ光に対する吸収性が著しく向上することから、当該波長のレーザ光の照射により、例えば樹脂層５０に入射したレーザ光のみならず下地基材層５３との界面での反射レーザ光によってもレーザアブレーションが生成し、この結果、空洞部５５には、樹脂層５０の表面に露出しているものと、樹脂層５０の内部に閉じられた状態で存在するものとが混在したパターンを形成することもできる。

上記のような有機系の紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サリチル酸エステル系、シアノアクリレート系、ヒドロキシベンゾエート系、ベンゾオキサジノン系、トリアジン系等に属する化合物や、アゾ系染料、アントラキノン系染料、インジゴ系染料、フタロシアニン系染料、ピラゾロン染料、スチルペン系染料、チアゾール系染料、キノリン染料、ジフェニルメタン染料、トリフェニルメタン染料、アクリジン染料、アジン染料、チアジン染料、オキサジン染料、ポリメチン染料、インドフェノール染料、ナフタルイミド染料、ペリレン染料等が知られており、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。
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。

構造色発色用樹脂層５０中に分散される紫外線吸収剤の量は、その種類やレーザ光に対する感度によっても若干異なるが、一般には、樹脂層５０の形成に用いる樹脂（樹脂マトリックス）１００重量部当り、０．０１乃至４０重量部の量で使用され、特に有機系の紫外線吸収剤を用いる場合には、０．０１乃至２０重量部、さらに好ましくは０．３乃至３．０重量部の量で使用するのがよく、無機系紫外線吸収剤の場合には１乃至２００重量部、特に５乃至４０重量部の範囲が好ましい。

尚、構造色を発色させるための空洞部５５は、レーザ加工だけでなく、保護層５７を形成する前の段階での注型、型押し、フォトレジスト等の手段によって形成することも可能であり、この場合も、光透過性のある樹脂、例えば各種の熱可塑性樹脂、熱乃至光硬化型樹脂、感光性樹脂等で形成されていてよい。
型押しを採用するのであれば、構造色を発色させるための空洞部５５のパターンに対応する凸部を備えた型を用意し、この型を樹脂層に圧接して空洞部（凹部）を形成する。この場合には、紫外線吸収剤の配合は全く必要ない。但し、このような型を用いての空洞部５５のパターンの形成は、型の製造など、極めて面倒な作業が必要となり、高コストとなるため、通常は、レーザ光の照射により空洞部５５が形成される。

上記のような構造色発色用樹脂層５０は、構造色を発色するための空洞部５５を所定のパターンで形成するためにのみ設けられる層であるため、その厚みは、空洞部５５を形成し得る程度の大きさであればよく、一般に、０．５μｍ以上、特に１乃至１５μｍ程度の厚みを有していればよい。

尚、紫外線硬化型の樹脂を用いて構造色発色用樹脂層５０を形成する場合には、そ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、樹脂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。

＜保護層５７＞
上述した構造色発色用樹脂層５０の上に設けられる保護層５７は、先にも述べたように、空洞部５５内への異物の侵入を防止し、異物の侵入による構造色の不鮮明化を抑制するために設けられる。

保護層５７は、当然のことながら、構造色を発色させるために、可視光に対して透過性を有している（例えば可視光に対する光線透過率が７０％以上）必要がある。
また、保護層５７を形成した後にレーザ加工により空洞部５５を形成する場合には、保護層５５は、使用するレーザ光に対しての透過性が高いこと（例えば、レーザ光に対する光線透過率が７０％以上）が好ましい。
さらに、このような保護層５７は、水不溶性であることが望ましい。ポリビニルアルコールの如き、水溶性樹脂で保護層５７が形成されていると、殺菌のための熱水処理を行うことができなくなってしまうからである。即ち、熱水処理により、保護層５７が溶解して消失してしまうことになる。

上記の観点から、保護層５７は、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂等により形成されていることが好ましい。また、従来トップコートとして用いられていたアクリル系塗料等、或いは仕上げワニス等により保護層５７を形成することもできる。

保護層５７の厚みは、これを形成する材質によっても異なるが、一般的には、空洞部５５への異物の侵入が効果的に防止される程度の厚みを有してればよく、例えば１μｍ以上、特に３μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。また、必要以上に厚く設けても格別の効果はなく、コストの増大或いはレーザ加工性の低下、構造色の不鮮明化などの不都合を生じ易くなってしまうため、通常は、３００μｍ以下、特に１５０μｍ以下であるのがよい。

尚、上記の保護層５７と構造色発色用樹脂層５０との間に接着性がない場合には、その間に接着剤層を設けることもできるが、この場合、接着剤層も可視光及び使用するレーザ光に対する透過性と疎水性とを有することは言うまでもない。

＜親水性表面５７ａ＞
本発明において、上述した保護層５７の表面は、親水性面５７ａとなっている。具体的には、２３℃で測定した水に対する接触角が８５度以下、特に８１度以下となっており、極めて濡れ性が高い。即ち、この接触角が上記範囲よりも大きいと、熱水処理によって前述した熱水の水膜６０を効果的に形成することができず、従って、熱水処理による構造色発色の消失を防止することができなくなってしまう。

このような親水性面５７ａは、保護層５７を親水性の樹脂により形成することができるが、このような樹脂によって親水性面５７ａを形成すると、例えば７０度以上の熱水を用いての処理により保護層５７が消失してしまったり、或いは剥離する恐れがある。従って、かかる親水性面５７ａは、表面の親水化処理により形成するべきである。

親水化処理には、物理的又は化学的な処理により、表面への極性基の導入、表面張力の向上、表面の微細な凹凸面化などがあり、特に限定されないが、通常は、コロナ放電処理、紫外線露光処理、プラズマ処理による公知の親水化処理が好ましく、簡単に行うことができるという観点から、コロナ放電処理や紫外線露光処理が特に好ましい。

＜下地基材５３＞
本発明において、構造色発色用樹脂層５０の下地となる下地基材５３の種類は特に制限されず、例えばスチールやアルミニウム等の金属、ガラス、プラスチック、紙等からなるものであってよく、さらに、これらの基材は、多層構造を有していてもよい。例えば、金属製の下地基材５３は、箔でもよいし、板状でもよく、例えば、ティンフリースチール、錫めっき鋼板、ブリキ等の各種表面処理鋼板、アルミニウム箔等の軽金属板等、従来金属缶や金属製キャップに用いられている金属板や金属箔であってよい。また、その表面がポリエステル等の樹脂被覆が形成されている樹脂被覆金属板であってもよい。さらに、プラスチック製の下地基材５３は、多層ボトルのように、種々の機能の樹脂層を積層した多層構造を有しているものであってもよく、下地基材５３の構造は制限されず、用途に応じて適宜の構造とすることできる。

また、上記の下地基材５３は、その用途に応じて、種々の形態を採ることができ、例えば、キャップ、缶蓋、缶、ボトル、カップ、トレイ、パウチ、シート、フィルム等の形態を有していてよい。

尚、本発明においては、上記の下地基材５３としては、金属製であることが好ましい。即ち、下地基材５３が金属製である場合、より頻繁に構造色の発色が消失してしまうという問題を生じ易い。熱水処理後の冷却時に、下地基材５３（金属）からの伝熱により構造色発色用樹脂層５０が冷却されにくく、保護層５７と間に温度差を生じ易く、図２（ｃ）の形態になりやすいからである。
しかるに、本発明においては、保護層５７の表面を親水性面５７ａとすることにより、下地基材５３が金属製であった場合においても、熱水処理後の冷却時に、図２（ｄ）に示されるように熱水の水膜６０が形成され、保護層５７を徐冷とすることができ、構造色の発色の消失を有効に回避することが可能となる。即ち、本発明の効果が最も顕著に発現することとなる。

＜構造色発色積層構造体３０の製造＞
上述した構造を有する本発明の構造色発色積層構造体３０は、下地基材５３の材質等に応じて、適宜の手段を採用して製造することができる。
例えば、下地基材５３が金属製である場合には、この上に、各層に対応する組成の塗料（所定の樹脂と層に応じた顔料や紫外線吸収剤を溶媒に分散させたもの）を塗布し、乾燥及び硬化して各層を形成し、目的とする積層構造を形成することができる。
また、予め形成されたフィルムを用いてのドライラミネーション等により、下地基材５３上に所定の層を形成することもできる。

下地基材５３がプラスチック製である場合には、各層に対応する組成の樹脂組成物を使用し、これを押出成形（或いは共押出）する手段や、予め形成されたフィルムを用いてのドライラミネーション等の手段を採用することができる。

本発明においては、上記のようにして下地基材５３、構造色発色用樹脂層５０、保護層５７からなる積層体を形成した後、レーザ光を所定のパターンで照射してのレーザ加工によって空洞部５５が形成される。

このようなレーザ加工を行うためのレーザ光照射装置は、図３に示された構造を有するものであり、全体として１０で示されている照射装置１０は、レーザ発振器１１、ビームスプリッタ（透過型回折光学素子）１２、コリメータ素子１３、光束選択素子１４と、集光素子１５を備えている。

レーザ発振器（レーザ光源）１１は、レーザを出力するものであって、本発明においては、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ＹＬＦレーザ等を好適に用いることができる。
前述した構造色発色用樹脂層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、微細周期構造の凹部５５（または空洞部）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。

このレーザ発振器１１は、照射パルス数を調整する機能を有している。またレーザ発振器１１は、レーザ出力を調整することで、エネルギー密度（フルエンス：１パルス照射面積当たりのエネルギー）をコントロールすることもできる。
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。

ビームスプリッタ１２は、表面に微細な凹部又は凸部が周期的に刻まれている為に回折を起こす、透過型の光学素子であって、レーザ光を複数の光束に分割する。

コリメータ素子１３は、例えば焦点距離が２００ｍｍの合成石英平凸レンズを用いることができ、この場合は、ビームスプリッタ１２から２００ｍｍの位置に置かれる。そして、コリメータ素子１３は、ビームスプリッタ１２で分割された複数の光束を通す。

光束選択素子１４は、コリメータ素子１３を通過した光束が焦点を結ぶ位置におかれ、複数の光束のうち干渉に不必要な光束を遮り、必要な光束のみを通過させる。
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。

この干渉した領域は図４に示すように高強度域の分布となり、この領域で２０で示されている積層構造体２０に照射する。このとき、干渉領域における高強度域の間隔（周期）ｄは、光束の交差角度θによって異なる。高強度域の周期ｄは、レーザ波長λ、光束の交差角度θを用いて次式で求めることができる。
ｄ＝λ／（２ｓｉｎ（θ／２））

即ち、下地基材５３の表面に構造色発色用樹脂層５０（空洞部５５を形成すべき層）が形成された積層構造体（２０）をレーザ光照射装置１０の集光素子１５から所定の距離のところに配置する。この位置は集光素子１５により複数の光束が交差する干渉領域である（図４参照）。
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の樹脂層（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、樹脂層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。

尚、上記のようなレーザ加工による空洞部５５の形成は、保護層５７を形成する前に行うこともできる。
また、先にも述べたように、レーザー加工によらず、型押し等によっても行うことができるが、このよう手段での空洞部５５の形成は、当然、保護層５７を形成する前に行われる。

空洞部５５が形成された後は、前述した親水化処理（例えばコロナ放電処理や紫外線処理など）が行われ、これにより、保護層５７の表面に親水性面５７ａが形成される。
親水性面５７ａを形成した後は、殺菌や洗浄のため、７０度以上の熱水を用いての浸漬や噴霧などによる熱水処理が行われることとなる。処理時間等は、この構造色発色積層構造体３０の形態によって適宜、決定することができる。

本発明の構造色発色積層構造体３０は、殺菌のための熱水処理による構造色発色の消失を有効に防止することができるため、このような殺菌処理が行われる用途、例えば飲料、各種食品類、各種医療品等を収容する容器（例えばボトル、カップ、袋など）や、このような容器用のキャップとしての使用に極めて有用である。

本発明の優れた効果を、次の実験例で説明する。

（構造色発色積層構造体の作製）
アルミニウム製板にポリエステル系塗料を塗布した後、ポリエステル系塗料面側にビニルアクリル系塗料を塗布した。各層の厚みは、アルミニウム製板が約２４０μｍ、ポリエステル系塗料が約２μｍ、ビニルアクリル系塗料が約４μｍである。その後、ビニルアクリル系塗料面が外面側となるようにキャップ形状に成形した。
その次に、レーザ光照射装置を用いてビニルアクリル系塗料面側からＱ-スイッチ パルスＹＡＧレーザ第４高調波（波長２６６ｎｍ）を照射した。なお、波長２６６ｎｍの透過率は、ポリエステル系塗料に対しては０%、ビニルアクリル系塗料に対しては８８．９%である。パルスＹＡＧレーザの仕様は、パルス幅５ｎｓ、繰り返し周波数が１０Ｈｚである。レーザ照射により、ポリエステル系塗料層に規則的配列の空洞部が形成された。このとき、形成された空洞部の周期は約１．０μｍである。上記のようにして、構造色発色積層構造体を作製した。作製した構造色発色積層構造体からは、虹色に発色する構造色が観察された。
ここで、アルミニウム製板は下地基材に、周期的配列の空洞部が形成されたポリエステル系塗料から成る塗膜は構造色発色用樹脂層に、ビニルアクリル系塗料から成る塗膜は保護層に相当する。

（基本実験１）
上記で作製した構造色発色積層構造体のビニルアクリル系塗料表面は、２３℃で測定した水に対する接触角は９５．０度だった。この構造色発色積層構造体を９０℃の熱水に浸漬した後、これを取り出して乾燥させたものは、構造色の発色が消失していた。

（基本実験２）
一方、上記で作製した構造色発色積層構造体を９０℃の熱水に浸漬した後、浸漬した状態で熱水温度を７０℃まで降温させると、構造色の発色が消失せずにそのまま維持されることが確認された。

（実施例と比較例）
上記で作製した構造色発色積層構造体に対して、親水化処理（コロナ放電処理、あるいは紫外線露光処理）を施した実施例１〜３、及び比較例１〜２の試料を調整した。そのときの各試料のビニルアクリル系塗料表面に対して、２３℃で測定した水に対する接触角を表１に示す。そして、各試料において９０℃の熱水に浸漬した後、これを取り出して乾燥させたときの構造色の発色の有無について確認した。（表１）

なお、親水化処理は次に示す方法にて実施した。
コロナ放電処理はバッチ式処理装置を用いて実施した。装置仕様は、放電電極長が３５０ｍｍ、放電電極と構造色発色積層構造体表面との間隔が３ｍｍ、試料固定台の送り速度が５０ｍｍ／ｓｅｃである。処理回数は１パスで、放電電力を異ならせてコロナ放電処理を施した。
紫外線露光処理は、ウシオ電機（株）製ＤＥＥＰ−ＵＶメタルハライドランプ装置（電源：ＢＡ−Ｍ５００、ランプハウス：ＳＸ−ＵＩＤ５０１ＭＡＭＱＱ、ランプ光源：ＵＸＭ−５００ＳＸ）を用いて実施した。このとき、ランプ装置にはファイバーアタッチメントを取り付け、ファイバー端面と構造色発色積層構造体表面との間隔が１２０ｍｍ、構造色発色積層構造体表面に対して正面から露光するように配置した。印加電流２５Ａ（一定）として、露光時間を異ならせて紫外線露光処理を施した。

（結果）
ビニルアクリル系塗料表面の接触角が８５度超であった比較例１〜２では、９０度の熱水に浸漬した後、これを取り出して乾燥させると、構造色の発色が消失していた。一方、ビニルアクリル系塗料表面の接触角が８５度以下であった実施１〜３では、９０度の熱水に浸漬した後、これを取り出して乾燥させた後も構造色の発色が維持されていることが確認された。よって、２３度で測定した水に対する接触角が８５度以下の親水性表面となっていることにより、構造色発色の消失が有効に防止されたと言える。

３０：構造色発色積層構造体
５０：構造色発色用樹脂層
５３：下地基材
５５：空洞部
５７：保護層
５７ａ：親水性面

Claims (3)

1. 下地基材表面上に、構造色を発色するための規則的配列の空洞部が形成されている構造色発色用樹脂層が設けられ、該構造色発色用樹脂層上に保護層が形成されている構造色発色積層構造体において、
   該保護層は、ビニルアクリル系塗料からなり、且つ、２３℃で測定した水に対する接触角が８５度以下となるように親水化処理が施された表面を有していることを特徴とする構造色発色積層構造体。
2. ７０乃至１００℃の温度の熱水で処理されている請求項１に記載の構造色発色積層構造体。
3. 容器またはキャップの形態を有している請求項１または２に記載の構造色発色積層構造体。

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