JP7357751B1

JP7357751B1 - 蓄光レジャー用品

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Publication number: JP7357751B1
Application number: JP2022193158A
Authority: JP
Inventors: 勇後藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-11-09
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2023-10-06
Anticipated expiration: 2042-11-09

Abstract

【解決手段】蓄光剤を含まない透明容器もしくは透明材料で外装し、蓄光剤と充填剤の混合物を内装する蓄光レジャー用品であり、外装の透明容器もしくは透明材料の５３０ｎｍの光の屈折率が、充填剤の屈折率との比率が０．８５～１．２６になる材質で構成され、内装する蓄光剤に対し充填剤の体積の比率が０．４～２．５倍であり、充填剤が蓄光剤と透明な容器もしくは透明な材料の内側に密着もしくは溶着されおり、上記の形状が円筒、円錐、楕円、雫状、丸みのある円筒、球であり、外装の素材と同じかその他の材料で蓄光剤と充填剤が密閉されていることを特徴とする蓄光レジャー用品。

Description

本発明は、外部環境に応じて蓄光剤の視認性を向上させるレジャー用品に関するものである。

従来の蓄光剤を用いたレジャー用品は、蓄光剤を水分から遮断し蓄光性能維持と形状維持のために、蓄光剤を透明の樹脂や無機ガラスなどの容器に封入するか、樹脂や無機ガラスに混ぜ込み成形して使用されている。近年、蓄光性能が高い蓄光剤が開発されており、発光の時間が長く、光量が強い蓄光剤を用いたレジャー用品等が製造され、より楽しまれている。サイズを大きくすると発光範囲や光量が高まるためより視認性を高めより楽しむことができる。

しかし、光量を上げるため蓄光剤の量を増やすと物体の強度が低下し、形状の維持が困難になる。また、蓄光剤は水分により劣化する傾向があるため、適宜工夫が必要である。たとえば、蓄光剤を充填剤と混ぜ密閉状態で混錬し成形したものの光量を上げる場合は、蓄光剤の比率を上げると蓄光剤が表面に露出し、強度や密閉性が低下する。蓄光剤を容器に敷詰め密閉して使用する場合は、容器の内壁で光が屈折するため、蓄光剤の光量を上げる効果が薄まる。そのため、容器のサイズを大きくし光量を上げているが、その分容積が増えるため、運搬性が落ちるなどの問題があった。

レジャー用品は、キーホルダーや飾り、釣り具、防災用品、登山具、アクセサリー、おもちゃなどがある。蓄光剤は、紫外線や可視光などの電磁波を吸収し励起状態となったものが元に戻るときに可視光の光を放出するものであり、現在はアルミン酸ストロンチウムや硫化亜鉛を基材としたものが一般的に使用されている。該充填剤は、蓄光剤と容器内面の間に充填される透明の有機物（樹脂、油）や透明の無機物（ガラス）があり故意に水分を含有しないものが用いられている。

[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献１]特願平６－２９３４１５
[特許文献２]特願平８－９４３３
[特許文献３]特願平８－１３２０５６
[特許文献４]特願平１０－３９１１
[特許文献５]特願平１１－１０９５２４
[特許文献６]特願平１１－３３１７１５
[特許文献７]特願２０００－２３４０７

先行文献１（特願平６－２９３４１５）には、視認性を向上させるため、容器内の蓄光剤に透明の固体粒子を混ぜたものを入れ、蓋をした構造が紹介されている。特許文献２（特願平８－９４３３）には、ガラスの容器に蓄光剤と水分を含有する液体と蓄光剤と充填剤を適当な比率で混合し成形した構造が紹介されている。特許文献３（特願平８－１３２０５６）、特許文献４（特願平１０－３９１１）、特許文献５（特願平１１－１０９５２４）には、蓄光剤と充填剤を適当な比率で混合し成形した構造が紹介されている。特許文献６（特願平１１－３３１７１５）には、蓄光剤と充填剤をプラスチック樹脂で被覆した構造が紹介されている。

しかしながら、蓄光レジャー用品の大きさを維持しつつ、大気中や水中などの外部環境に応じて視認性を高める構造については解明されていなかった。

近年、光量及び発光時間が倍増した蓄光剤が開発され蓄光剤を用いたレジャー用品が多く作られており、目的に応じて、蓄光剤と成形剤の比率や形状は数多く提案されている。
本発明が解決しようとする課題は、これまで放出され視認されていなかった光を外部環境に合わせて視認者の方向に屈折させる構造にすることで、視認性を最大にできる蓄光レジャー用品を提供することにある。

本発明は、蓄光剤を入れる蓄光剤を含有しない透明材料の内側に、所定の屈折率を持つ透明な流体や固体または弾性体を蓄光剤の隙間（粒子間空隙）に充填し透明材料の内面に密着させることで、容器内の蓄光剤が発した光を容器の内壁と外壁の界面で屈折させ視認者側に放射させる構造にしたことにより、蓄光剤の充填比率を増やした場合でも強度や密閉性を維持し、光量を最大にできる構造とし視認性を高めたことを特徴とする蓄光レジャー用品を提供する。

本発明の蓄光レジャー用品によれば、図２の様に蓄光剤の光を視認者がいる方向に屈折させ、発光の範囲と光量を高め、更に内部に大量の蓄光剤を含有できる構造にしたことで、従来品よりも視認性を高めた蓄光レジャー用品を提供することができる。

代表図本発明の一蓄光レジャー用品を示す図である。（実施例１）従来の蓄光レジャー用品を示す図である。（比較例１）透明容器もしくは透明材料の形状の例を示す図である。透明容器もしくは透明材料の形状の例を示す図である。

図１は、本発明の一実施例１の蓄光レジャー用品の平面図である。
この図に示すように、本実施例の蓄光レジャー用品は、透明材料の内壁の近くにある蓄光剤からの光を曲面の接線の傾きとスネルの法則「屈折率Ａ×ｓｉｎ(θ１)＝屈折率Ｂ×ｓｉｎ(θ２)」に算出された屈折角の合計によって、これまで見えていなかった光も視認者側に届く様に屈折させることで、視認性が高くなることを示している。

外装の透明容器や透明材料の材質は、形状を維持することができ、且つ、充填剤との組み合わせで内装する蓄光剤からの屈折光を視認者側の方向に放出する屈折率を持つ素材でれば選択できる。水中の場合は、外部環境の屈折率が１．３３となるため、テフロン（登録商標）等屈折率の低い樹脂を選定することで視認性低下を防ぐことができる。また、安価で劣化、変質しにくい素材ではれば更によい。一例として、メタクリル樹脂、無機ガラス、ポリスチレン、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリエーテルサルホン、ポリ塩化ビニル、ポリサルホン、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂などのUV硬化樹脂、ウレタン樹脂、テフロン（登録商標）などがある。好ましくは、無機ガラス、ポリカーボネート、さらに好ましくは、メタクリル樹脂、ポリスチレンなどの材質がある。

外装の透明容器や透明材料の形状は、円筒状や球体や半球体、正方形や多角筒状など様々あるが、多角形の場合は、面の角度により屈折する方向が大よそ固定されるため、屈折させた光が必ずしも視認者の方向に向かう分けではないため、視認性向上の効果は視認者の見る角度により制限される。しかし、図４，５の様に、蓄光剤と透明充填剤が含まれる部分の透明材料の断面、円や楕円状にし、均一な曲面を持つ形状であれば屈折させた光が視認者の見る角度によらず視認者の方向に向かうため、視認性が確実に向上する。また、透明容器や透明材料の内外表面に粗さがあると屈折光が散乱し、その分光量が低下するため、外装材はきれいに成形された透明容器などの均一な面を有する方が望ましい。また透明容器や透明材料は、デザイン性向上のため適度に着色しても楽しめ、視認性を阻害しない範囲において有色透明でもよい。また、視認性は低下するが、微量の光沢物を蓄光剤と混ぜても楽しめる。

外装の透明容器や透明材料に取り付ける蓋は、金属、ガラス、容器と同じ材質または、水分を通しにくい材質のものであれば問わない。持ち運びする場合は、保持具を取り付けるために、蓄光剤と充填剤が内装されていない部分や蓋部に貫通孔を設けても良い。蓄光剤と充填剤に貫通孔が生じると露出した蓄光剤が水分に晒され、貫通孔部の蓄光剤の耐久性や強度が低下する。

蓄光剤の材質は、可視光や紫外線を吸収し、可視光を放出するものであれば何でもよい。蓄光性能が高いアルミン酸ストロンチウムを主剤とする蓄光剤が良く、粒径は何でもよいが、一般的に大きい方が光量が強く発光時間が長いため好ましくは、０．５ｍｍ以上更に好ましくは１ｍｍ以上がよい。

充填剤は、故意に水分を含有しない透明の有機物もしくは透明の無機物であり、外装する透明容器や透明材料の屈折率の比率を元にスネルの法則と曲面の接線なす角から計算し、蓄光剤からの光が真っ直ぐ視認者の方向に放出される屈折率をもつ素材で、最終的に透明容器や透明材料の内面に溶着もしくは密着する素材がよい。具体的には、熱可塑性樹脂、エポキシ硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、エタノール、グリセリン、シリコン油、など液状化できる素材であり、蓄光剤の隙間に浸透するものが良い。充填剤が外装の透明材料の内側と溶着もしくは密着していない場合は屈折率が１の空気等が入るため発光の光が外側に屈折するため視認者の方向に放出されず視認性が落ちるため、収縮率が高いものや透明材料の材質と硬度が異なるものなどは外装の透明材料の変形に追従できず剥離するため不適である。また、容器の外側が水中である場合は、透明材料と水の界面のスネルの法則により視認者方向に光が屈折しにくくなるため、充填剤と透明材料の界面の屈折比率が高いものを選択すると視認性が向上する。

たとえば、透明材料の屈折率が１．５９で、容器内の充填剤の比率が１．４９で、容器外の空気の屈折率が１で、透明材料の内径が５ｍｍで透明材料の外径が８ｍｍある場合、透明材料の内壁付近の蓄光剤から発する光のうち、視認者に対して真っ直ぐ進む光の下限は、入射角７０度以上である。具体的には、視認者から見て側面方向を０度として、視認者の方向を９０度とすると、透明材料の側面方向０度位置の蓄光剤から発した入射角７０度の光は、充填剤と透明材料の界面で６２度になり、更に透明材料と空気の界面（４５度傾いた円筒の接線対し、１７度の入射で侵入し）で、２８度屈折し、６２度と２８度の合計で９０度方向に屈折する。蓄光剤からの入射角がこれより浅いと光の放出方向が９０度以下となるため、光は放射方向に拡散し視認者には届かない光が存在する。逆に、入射角７０度以上の光は視認者方向に放出されるため、透明材料側面にある蓄光剤の４４％（（９０度－７０度）/９０度×２（両側））の光は視認性の向上に寄与することができる。実際の光量は、蓄光剤のみ透明材料に入れ発光させた場合６Lｘであり、同量の蓄光剤をいれ、隙間に充填剤を入れた本願を利用した場合は１０Lｘ（概ね１．５倍）になった。視認距離は前者３１mに対し、後者は４４mであった。また、透明材料の屈折率が１．４９で、透明材料内の充填剤の屈折率が１．３３の場合は、透明材料側面にある蓄光剤の光の内、８６度以上の光しか視認者に届かないため理論上は６％の光が届く、実際は透明材料の表面には粗さがあるため、透明材料の屈折率が１．５９で、透明材料内の充填剤の屈折率が１．３３の場合は、理論上は透明材料側面の蓄光剤からの光は視認者側には届かないが、容器の表面に粗さがあるため、実際は外周部がやや欠けて見えるため、屈折率の比率による限界は、１．３３÷１．５９で０．８４となる。透明材料の大小により透明材料外部の接線の傾きが異なり屈折角が変化するが、曲率が同じであれば上記と同様になる。
また、水中で使用する場合は、外装の透明材料の屈折率が１．５９で、容器内の充填剤の比率が１．４９の場合は発光幅が狭く暗く見える。そのため、透明材料の屈折率が１．２９などのテフロン（登録商標）樹脂と容器内の充填剤の比率が１．３６になる材質を用いると、外装の透明材料の内径が５ｍｍで透明容器の外径が８ｍｍある場合、容器外の水の屈折率が１.３３であるため、５４度方向に放たれた蓄光剤の光は、外装の透明材料に入る際に６９度になり、透明容器から水中に入る際に２３度になり合計で９０度以上となり視認者側に屈折する。このことから、透明容器や透明材料の材質及び充填剤の材質は、外部環境に応じて、適宜設計することが望ましい。

蓄光剤に対する充填剤の体積比率は、蓄光剤を透明材料に入れその隙間に充填剤を流し込む場合は、発光部の断面から０．７倍（重量比の場合は、０．５倍）であった。製造性を上げるため、充填剤の体積比率を３倍まで上げて行くとある比率から光量が低下する。これは、充填剤の比率を下げても蓄光剤の隙間から内部の蓄光剤の光が表面まで出てくるためである。特に充填剤の量を２．５倍以上にすると流動性が向上するため製造性は良くなるが光量が低下し、視認性が低下する。逆に、充填剤を減らしすぎると気泡が入りやすくなるため、透明材料の内壁に充填剤が密着する面積が低下し本願の効果が低下する。

実施例の一覧

性能の評価方法
透明材料（透明部）の形状は、透明なパイプを切断し両端に蓋を溶着したものを用いた。パイプの長さは５０ｍｍ、蓋の長さは１０ｍｍで確認した。
１．各材質の屈折率は可視光５５０ｎｍの光を中心にした文献値を使用した。
２．蓄光剤に対する充填剤の比率は、画像解析ソフトを用いて算出した。
蓄光剤と充填剤の断面の画像を取得し、ソフトを用いて蓄光剤粒子の外周を指定し、算出された値を使用した。
３．透明材料の内面と充填剤の隙間の密着性は、目視により確認した。９５％以上密着していれば〇、９０％以上密着していれば△、９０％以下は×とした。
４．光量は、１０００Lｘの蛍光灯の直下に３０秒晒し、消灯した後、１分後の値を照度計で測定した。
５．発光幅は、大気中及び水中で定規を使用して測定した。
６．視認性は、夜間に同じ人間がレジャー用品の光を大気中で視認できる最大の距離を測定した。
７．強度は、試験品の中心を支点として、１８Ｎの力で２ｍｍ以上変形するか確認した。変形した場合は×、変形しない場合は〇とした。
８．密閉性は、試験品を水中に漬けた後、表面の水分をふき取り、重量の増加があるか確認した。重量が増加した場合は×、重量が増加しなければ〇とした。
９．運搬性は、既存の視認性を維持、向上させても、レジャー用品の大きさが大きくなるか確認した。大きくなる場合は×、小さくなる場合や変わらない場合は〇とした。

比較例の説明
[比較例１]
長さが５０ｍｍ、容器外径が８ｍｍ、容器内径が５ｍｍ、蓋の長さが１０ｍｍのポリスチレン製の円柱容器に、アルミン酸ストロンチウム製の緑色に発光する蓄光剤を前記容器内に封入し蓋を溶着した蓄光レジャー用品を作製し性能を確認した。
蓄光剤の大気中及び水中の発光幅は容器内径と同じ５ｍｍで、大気中の視認距離（＝視認距離）は３１ｍであった。これは実施例１よりも１．５倍低い値となった。荷重を加えても変形しなかったため強度は〇、表面が透明樹脂製となっており密閉されているため水による重量変化がなく密閉性は〇、容器の大きさはキーホルダーとして邪魔とならない大きさであるため〇（ベース）とした。
[比較例２]
蓄光剤の隙間にウレタンアクリレート樹脂を蓄光剤の体積に対し０．７倍の比率で充填し、充填剤と容器が密着しない状態で入れ蓋を溶着したことを除き、比較例１同様に性能を確認した。蓄光剤の大気中及び水中の発光幅は、比較例１と同様に５ｍｍであり、視認距離にも優位性が見られなかった。その他性能は比較例１と同様であった。
[比較例３]
蓄光剤に対する充填剤の比率を２．５倍に上げ、容器内側に充填剤を密着させたことを除き比較例２同様に性能を確認した。蓄光剤の大気中及び水中の発光幅は、容器外径と同じ８ｍｍになったが、発光強度が６Lｘになったため視認距離は実施例１同様になった。その他性能は比較例１と同様であった。
[比較例４]
蓄光剤に対する充填剤の比率を３．０倍に上げたことを除き、比較例３と同様に性能を確認した。発光強度が２Lｘとなりさらに落ちたため視認距離は１２ｍとなり低下した。
[比較例５]
蓄光剤に対する充填剤の比率を０．４倍に下げたことを除き、比較例３と同様に性能を確認した。発光強度が７Lｘとなり上がったが容器と充填剤の隙間に空隙（粒子間空隙）が多く発生しているため発光幅が疎らに広がったため視認距離にあまり変化がなかった。
[比較例６]
蓄光剤に対する充填剤の比率を０．７倍にした長さ５０ｍｍ、直径８ｍｍの円柱を作製し性能を確認した。大気中及び水中の発光幅は８ｍｍとなり、視認距離は実施例１同様に上がったが、粉状の蓄光剤が表層に露出する箇所があるため、荷重を加えた場合変形がみられ強度が×となり、吸水による重量変化がったため密閉性が×となった。大きさは比較例１と同じため比較例１と同様に〇となった。
[比較例７]
蓄光剤に対する充填剤の比率を３．０倍にしたことを除き、比較例６と同様に性能を確認した。粉状の蓄光剤が表層に露出することなくなったため強度や密閉性は〇となったが、蓄光剤が減り発光強度が２Lｘとなったため視認
距離は低下し１２ｍとなった。
[比較例８]
円柱の直径を１６ｍｍにしたことを除き、比較例７と同様に性能を評価した。発光強度が１０Lｘとなり向上し、大気中及び水中の発光幅も１６ｍｍとなり視認距離が向上したが、大きさが倍になるため、運搬性が×となった。
[比較例９]
充填剤に水を用いたことを除き比較例１と同様に性能を評価した。
実施例１同様に視認性は向上したが、蓄光剤劣化させる水分を容器内に含有するため、密閉性を×とした。
[比較例１０]
容器の形状を四角筒状にし、容器外径を８ｍｍ角、容器内径を５ｍｍ角にし、充填剤を容器側面に密着させたことを除き、比較例１同様に性能を評価した。発光強度は７Lｘになったが、発光幅が５ｍｍとなり視認距離に大きな変化はなかった。（以下略）
[比較例１１]
充填剤を０．５ｍｍの固体ガラス粒子に変更したことを除き比較例２と同様に性能を評価した。結果、発光強度は７Lｘになったが、発光幅が５ｍｍとなり視認距離に大きな変化はなかった。
[比較例１２]
透明材料の形状を球体とし、内部に蓄光剤を入れ、半円割の容器を溶着したことを除き、比較例１と同様に性能を評価した。結果、発光強度は６Lｘになり、発光幅が５ｍｍとなり視認距離に大きな変化はなかった。

[実施例１]
蓄光剤と充填剤を容器内面に密着させたことを除き、比較例２同様に性能を確認した。結果、発光強度が１０Lｘとなり、発光幅が８ｍｍとなり、視認距離が４４ｍとなった。その他強度、密閉性、運搬性は、比較例２と同様であった。
[実施例２]
容器の材質をメタクリル樹脂（アクリル樹脂）にし、屈折率の比率を変更したことを除き実施例１同様に性能を確認した。結果実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例３]
容器の材質をケイ素酸のガラス製にし、屈折率の比率を変更したことを除き実施例１同様に性能を確認した。結果、実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例４]蓄光剤と充填剤の比率を２．０倍にしたことを除き、実施例１と同様に性能を評価した。結果、実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例５]
容器の材質をテフロン（登録商標）性とし、充填剤をポリエステルにし屈折率の比率を１．２６にしたことを除き、実施例１と同様に性能を評価した。結果、実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例６]
充填剤をエタノールにし屈折率の比率を１．０５にしたことを除き、実施例５と同様に性能を評価した。結果、大気中の発光幅に加えて水中の発光幅が８ｍｍとなり、実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例７]容器内径を４ｍｍにしたことを除き、実施例１と同様に性能を評価した。結果、発光強度は９になったが、結果、実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例８]
充填剤の量を減らし充填剤の体積比率を０．６倍にしたことを除き、実施例１同様に性能を確認した。結果、実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例９]
充填剤の量を減らし充填剤の体積比率を０．５倍にしたことを除き、実施例１同様に性能を確認した。結果、充填剤と容器側面に空隙が発生し、空隙部の光が欠け視認性が低下したが、実施例１同様に視認性は改善された。
[実施例１０]
充填剤をウレタンアクリレートにしたことを除き、比較例１２と同様に性能を確認した。結果、発光強度が１０Lｘとなり発光幅が８ｍｍ、視認距離が４５ｍとなったことを除き実施例１同様になった。
[実施例１１]
容器の形状を丸みのある円筒状にしたこと除き実施例２と同様に性能を評価した。結果、実施例２同様に視認性は改善された。
[実施例１２]
充填剤の材質をエタノールに変更し、屈折率の比率を0.86にしたことを除き、実施例１と同様に性能を確認した。結果、実施例１と同様に視認性が改善された。
[実施例１３]
円筒パイプに蓄光剤と充填剤を詰め、固めた丸棒を作製し、実施例１と同様に性能を確認した。結果、実施例１と同様に視認性が改善された。丸棒の端部は蓄光剤の比率が高く充填剤の隙間から露出しているため、重量変化があったが、丸棒の部分に接着剤の塗布やシールを張る等簡単な処置を施すと問題なく使用できるため密閉性は〇とした。

本発明に係る蓄光レジャー用品を用いれば、強度及び気密性、運搬性保持しながらも、大気中、水中を問わず高い視認性を有し、災害やレジャー時に有用に利用可能である。

（ａ）透明容器もしくは透明材料
（ｂ）蓄光剤及び透明な充填剤
（ｃ）透明材料もしくは蓋
（ｄ）貫通孔
（ｅ）実施例１の光の屈折方向
（ｆ）実施例１の視認状態
（ｇ）蓄光剤＋空気
（ｈ）比較例１の光の屈折方向
（ｊ）比較例１の視認状態

Claims

蓄光剤を含まない透明容器もしくは透明材料で外装し、蓄光剤と充填剤の混合物を内装する蓄光レジャー用品であり、外装の透明容器もしくは透明材料の５３０ｎｍの光の屈折率が、充填剤の屈折率との比率が０．８５～１．２６になる材質で構成され、内装する蓄光剤に対し充填剤の体積の比率が０．４～２．５倍であり、充填剤が蓄光剤と透明な容器もしくは透明な材料の内側に密着もしくは溶着されおり、上記外装の形状が円筒、円錐、楕円、雫状、丸みのある円筒、球であり、外装の素材と同じかその他の材料で蓄光剤と充填剤が、密閉されていることを特徴とする蓄光レジャー用品。
蓄光剤を含まない透明容器もしくは透明材料で外装し、蓄光剤と充填剤の混合物を内装する蓄光レジャー用品であり、外装の透明容器もしくは透明材料の５３０ｎｍの光の屈折率が、充填剤の屈折率との比率が０．８５～１．２６になる材質で構成され、内装する蓄光剤に対し充填剤の体積の比率が０．４～２．５倍であり、充填剤が蓄光剤と透明な容器もしくは透明な材料の内側に密着もしくは溶着されていることを特徴とする丸棒。
蓄光剤と充填剤が充填されていない箇所に貫通孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載の蓄光レジャー用品。