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構造色発色のための層を備えた積層構造体
説明

構造色発色のための層を備えた積層構造体

【課題】規則的配列パターンの凹部或いは空洞部により発現する構造色を明瞭に視認することができ、構造色の加飾性を十分に発揮することが可能な構造色発色用樹脂層を備えた積層構造体を提供する。
【解決手段】下地基材53の表面上に、構造色を発色するための規則的配列の凹部又は空洞部55を有する構造色発色用樹脂層50が形成されている積層構造体において、構造色発色用樹脂層50と下地基材53の表面との間に着色樹脂層57が設けられていることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、凹部或いは空洞部により構造色を発色するための規則的配列パターンが形成されている構造色発色用樹脂層を備えた積層構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
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は従来から行われているが、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。
【0003】
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凹部や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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−286113号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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凹部或いは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。
【0006】
しかしながら、上記のような構造色発色用樹脂層が形成された積層構造体においては、発現した構造色を視認しにくく、このため、構造色による加飾性が十分に発揮し得ないという不都合をしばしば発生した。特に、キャップや容器などの包装材として構造発色用樹脂層を備えた積層構造体を用いる場合には、このような不都合を発生する場合が多い。
【0007】
従って、本発明の目的は、規則的配列パターンの凹部或いは空洞部により発現する構造色を明瞭に視認することができ、構造色の加飾性を十分に発揮することが可能な構造色発色用樹脂層を備えた積層構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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凹部又は空洞部を有する構造色発色用樹脂層が形成されている積層構造体において、前記構造色発色用樹脂層と下地基材表面との間に着色樹脂層が設けられていることを特徴とする積層構造体が提供される。
さらに、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凹部又は空洞部を有する構造色発色用樹脂層が形成されている積層構造体において、前記構造色発色用樹脂層と下地基材表面との間に、4乃至300μmの厚みを有する光透過性樹脂層が設けられていることを特徴とする積層構造体が提供される。
【0009】
上記のような着色樹脂層或いは光透過性樹脂層が構造色発色用樹脂層と下地層との間に設けられている本発明の積層構造体においては、
(1)前記構造色発色用樹脂層の上に、光透過性の保護層が設けられていること、
(2)前記構造色発色用樹脂層の上に、印刷層が設けられていること、
が好ましく、さらに、
(3)前記下地基材が金属製基板であること、
或いは、
(4)前記下地基材がプラスチック製基板であり、その表面が白色またはシルバー色を有していること、
が好ましい。
また、前記光透過性樹脂層は着色されていることが最適である。
更に、前記凹部又は空洞部の規則的配列によって構造色による単位像が形成され、該単位像の配列パターンに応じて構造色による像を形成することにより、多様なデザインを構造色により表示することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明においては、構造色発色用樹脂層と下地基材の表面との間に設けられている着色樹脂層或いは所定厚みの光透過性樹脂層により、発色する構造色を確実に明瞭に視認することが可能となり、構造色の加飾性を十分に発揮させることが可能となるのである。
【0011】
即ち、構造色発色用樹脂層に形成されている規則的配列の凹部や空洞部での光の回折や干渉により発現する構造色が不明瞭となる原因としては2つのことが考えられる。
【0012】
一つは、構造色のバックグラウンドとなる下地基材の表面の色が白色、シルバー色などの光の吸収性の乏しい色となっている場合、この下地基材表面での反射光が極めて多くなり、この結果、構造色発色用樹脂層での反射光(構造色を発現する光)に対して、構造色の発現に全く関与しないバックグラウンドからの光がより多く眼に入ってくることとなり、従って、構造色を明瞭に視認することが困難となってしまうのである。このような場合には、下地基材の表面に、着色樹脂層を設けることにより、構造色の視認性を高めることができる。即ち、構造色のバックグラウンドからの光は、着色樹脂層での吸収により制限され、この結果、より選択的に構造色を発現する光が眼に入るようになり、構造色を明瞭に視認することが可能となるのである。
上記のことから理解されるように、本発明において、着色とは、下地基材表面に対して、光の吸収を大きくすること(反射を少なくすること)を意味する。即ち、下地表面に対して、光の吸収が大きい色(例えば黒色)にするほど、構造色の視認性が向上する。
【0013】
二つ目には、構造色を発現する光(構造色発色用樹脂層の規則的配列パターンを通る光)が不十分の場合である。これは、構造色を見る環境にも影響されるが(例えば屋外、屋内)、この光が不十分であると、当然のことながら、構造色を明瞭に視認することができなくなってしまう。しかるに、本発明にしたがい、所定厚み(4乃至300μm)の透明樹脂層を介して構造色発色用樹脂層を設けることにより、透明樹脂層での光の屈折等により、より多くの光が構造色発色用規則的配列パターンに導入されることとなり、従って、構造色の視認性が向上することとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の積層構造体の断面構造の一例を示す図である。
【図2】本発明の積層構造体の断面構造の他の例を示す図である。
【図3】本発明の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。
【図4】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。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図1及び図2を参照して、本発明の積層構造体においては、構造色発色用の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おり、この樹脂層50の上には、必要により、透明な保護層が設けられる。
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凹部55が規則的にほぼ等間隔で配列されている。即ち、この凹部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、このような凹部55が多数形成されていることにより、光の回折が生じ、凹部55と凹部55の間の部分(凸部)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、上記の凹部55は、構造色発色用樹脂層50の表面に露出しているが、かかる凹部55の上端が閉じられ、樹脂層50内に埋設された空洞部の形態となっていてもよい。
このような凹部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。
【0016】
本発明においては、上記の構造色発色用樹脂層50が、着色樹脂層57(図1)或いは透明樹脂層59(図2)の上に設けられている。即ち、本発明においては、下地基材53と構造色発色用樹脂層50との間に、着色樹脂層57或いは透明樹脂層59が配置されており、これにより、構造色の視認性を大きく向上させることが可能となるわけである。
【0017】
<着色樹脂層57>
例えば、着色樹脂層57は、下地基材53の表面に比して、光の吸収が大きくなるように着色された樹脂層であり、下地基材53の表面での材質(光の吸収もしくは反射の程度)に応じて、適宜の色、具体的には、下地基材53の表面の色に比して暗い色(明度の低い色)に着色されている。
即ち、このような着色樹脂層57の形成により、構造色のバックグラウンドとなる下地基材53からの光は、着色樹脂層57での吸収により制限され、従って、構造色を発現するための光(構造色発色用樹脂層50からの光)が選択的に眼に入り、構造色を明瞭に視認することが可能となる。例えば、下地基材53の表面の色が白色やシルバー色など、反射度の高い色となっている場合には、バックグランドとなる光の光量が必要以上に多くなるため、構造色が不明瞭となってしまうが、上記のような着色樹脂層57の形成により、下地基材53での反射光が大きく制限されるため、下地基材53の表面の色が上記のような白色等であった場合にも、構造色を明確に視認することができる。
【0018】
上記の説明から理解されるように、着色樹脂層57は、その下層の下地基材53の表面が隠ぺいされる程度の量で顔料や染料等の着色材が含有し且つ適度な厚みを有していればよい。例えば、着色樹脂層57中に含まれる着色材の含有量は、その種類によっても異なるが、一般的には、着色樹脂層57を形成する樹脂100重量部当り0.01乃至20重量部程度の量でよく、また、厚みは、1乃至40μm程度でよい。
【0019】
また、着色樹脂層57を形成する樹脂は、特に制限されず、種々の熱可塑性樹脂或いは熱硬化型もしくは紫外線硬化型樹脂であってよく、下地基材53の表面材質などに応じて適宜のものを使用することができる。
【0020】
例えば、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。
【0021】
また、熱硬化性樹脂の例としては、例えば、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。
【0022】
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。
【0023】
例えば、下地基材53が金属製の場合には、着色樹脂層50中の樹脂成分は特に制限されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び紫外線硬化型樹脂の何れであってもよく、これらの中から、下地基材53に対して接着性の良好なものを選択して使用する。
一方、下地基材53がプラスチック製である場合には、熱硬化性樹脂を使用することは避け、熱可塑性樹脂及び紫外線硬化型樹脂の中から、下地基材53に対して接着性の良好なものを選択して使用するのがよい。熱硬化性樹脂を用いた場合には、被膜形成のための熱硬化によって、下地基材表面のプラスチックが変形乃至変質してしまうことがあるからである。
【0024】
尚、着色樹脂層57を形成する樹脂成分と下地基材53表面との接着性が不十分である場合には、それ自体公知の接着剤を下地基材53の表面に塗布しておくことも勿論可能である。
【0025】
<透明樹脂層59>
また、着色樹脂層57ではなく、図2に示されているように、構造色発色用樹脂層50と下地基材53との間に透明樹脂層59を設けた場合には、この透明樹脂層59に侵入した光が、下地基材53の表面での反射などにより構造色発色用樹脂層50内に導入される。即ち、より多くの光が構造色発色用の凹部また空洞部55の規則的配列パターンに導入されることとなり、従って、構造色の視認性が向上することとなるのである。
【0026】
従って、かかる透明樹脂層59は、可視光に対して高い光透過性を有していることが必要であり、例えば波長550nmの光の透過性が10%以上、特には50%以上、最も好適には70%以上であることが好ましい。
【0027】
さらに、この透明樹脂層59は、その厚みが4乃至300μm、特に10乃至150μmの範囲にあることが必要である。例えば、その厚みが接着剤樹脂層のように薄い場合には、構造色発色用樹脂層50中に導入される光の量を十分に増大させることができず、従って、構造色の視認性を高めることができない。また、構造色発色用樹脂層50中に導入される光の量を増大させるにも限界がある。従って、その厚みを上記範囲よりも厚くしても、光量の増大による視認性の向上は得られず、コスト的に不利となるに過ぎない。
【0028】
上記の説明から理解されるように、透明樹脂層59は一定の光透過性を有しており、さらにその厚みが上記範囲内にあるかぎり、その構造は制限されず、例えば、2層、或いは3層以上の多層構造を有していてもよい。勿論、このような多層構造では、各層が前述した光透過性を示し、且つ各層のトータル厚みが前述した範囲にあることが必要である。
また、光透過性が損なわれない限り、透明樹脂層59に顔料乃至染料等の着色材が配合されていてもよい。例えば、下地基材53の表面が白色やシルバー色などの反射率の高い表面となっている場合には、透明樹脂層59を光吸収率の高い暗い色に着色することにより、バックグラウンドの光の入射を制限し、眼に入る構造色からの光の選択性を高めると同時に、その光の光量を増大させることにより、構造色の視認性をより高めることができる。
【0029】
さらに、上述した透明樹脂層59を形成する樹脂は、前述した着色樹脂層57の形成に用いる樹脂と同様、熱可塑性樹脂、熱或いは紫外線硬化型樹脂であってよく、下地基材53の種類に応じて、適宜のものを使用することができる。
【0030】
<構造色発色用樹脂層50>
尚、構造色発色用樹脂層50は、上述した着色樹脂層57や透明樹脂層59と同様の熱可塑性樹脂、熱或いは紫外線硬化型樹脂により形成されるが、先にも述べたように、かかる層50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凹部(または空洞部)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、凹部(または空洞部)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。
【0031】
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、所定のパターンで凹部55が配列した構造色発色用樹脂層50が形成される。
【0032】
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着色樹脂層57、透明樹脂層59或いは下地基材層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、凹部や空洞部が混在したパターン、或いは空洞部のみで構造色発色用のパターンが形成されることもできる。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
尚、構造色を発色させるための凹部55のパターンは、このパターンに対応する凸部を備えた型を圧接することによって形成することも可能であり、この場合には、紫外線吸収剤の配合は全く必要はない。但し、このような型を用いての凹部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凹部55(または空洞部)が形成される。
【0036】
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凹部55(或いは空洞部)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、凹部55(或いは空洞部)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。
【0037】
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、凹部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、凹部55の形成が困難となってしまうからである。
【0038】
<下地基材53>
本発明において、上述した着色樹脂層57或いは透明樹脂層59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。
【0039】
例えば、金属製基材の表面に各色の着色層を設けたものを下地基材53として使用することもできる、この場合、この上に着色樹脂層57を形成する場合には、この着色樹脂層57は下地基材53表面の着色層よりも明度が低く且つ反射率の低い色の層となる。勿論、プラスチック製基材の表面に、このような着色層が形成されているものを下地基材53として用いた場合も同様である。
【0040】
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。
【0041】
特に、本発明においては、下地基材53の表面が金属製の光沢を有する面或いは白色やシルバー色等の明度もしくは反射度の高い面となっていることが好ましい。即ち、下地基材53が金属製であったり、アルミニウム粉やブロンズ粉などの金属粉顔料、薄板状の雲母粒子の表面を二酸化チタンや酸化鉄などによりコートして得られるパール顔料、ガラスフレークやそれに金属などをコーテイングしたガラスフレーク顔料、或いは酸化チタン等の白色顔料が分散された樹脂層が、下地基材53の表面に形成されている場合には、構造色の視認が困難となってしまうが、本発明にしたがい、この上に着色樹脂層57或いは透明樹脂層59を形成することにより、構造色の視認性を大きく向上させることができ、構造色の加飾性を確保することができるからである。
【0042】
<その他の層>
本発明においては、前述した着色樹脂層57或いは透明樹脂層59と下地基材53との接着性が乏しい場合には、適宜、接着剤層を設けることもできる。このような接着剤層は、それ自体公知の接着剤樹脂、例えば無水マレイン酸変性ポリエチレン等の不飽和カルボン酸変性オレフィン系樹脂などにより適宜の厚み(例えば1乃至4μm程度)で形成される。
尚、このような接着剤層は、通常、透明である。従って、透明樹脂層59と下地基材53との表面の間に接着剤層を設ける場合には、この透明樹脂層59の厚みは、この接着剤層を含む厚みとなる(即ち、接着剤層は透明樹脂層59の一部である)。
【0043】
さらに、図1及び図2には示されていないが、上述した構造色発色用樹脂層50の上には、保護層を設けることができる。このような保護層の形成により、例えば構造色発色用樹脂層50に形成されている凹部55内への異物の侵入が有効に防止され、異物の侵入による構造色の不鮮明化を抑制することができる。
【0044】
上記のような保護層は、当然のことながら、可視光に対して透過性を有していること(例えば可視光に対する光線透過率が70%以上)が必要であり、前述した構造色発色用樹脂層50や透明樹脂層59を形成するために使用される各種の樹脂により保護層を形成することが可能である。尚、保護層を形成する場合には、樹脂層50の上に保護層を形成した後に、レーザ加工により凹部55(または空洞部)の形成が行われる。従って、かかる保護層はレーザ加工に用いるレーザ光に対しても透過性のものでなければならない。
かかる保護層は、艶出し等の観点から、仕上げニス等として使用されている熱硬化性樹脂塗料、熱可塑性樹脂塗料、紫外線硬化型塗料等により好適に形成される。
【0045】
<積層構造体の製造>
上述した構造を有する本発明の積層構造体は、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、最後にレーザ光照射により凹部55(または空洞部)を形成することにより、目的とする積層構造体を得ることができる。また、金属製の基体に着色層などを形成したものを下地基材53として用いる場合も同様であり、例えば、金属製の基体の表面に、各層に対応する組成の塗料を塗布し、乾燥及び硬化して各層を形成し、最後にレーザ光照射により凹部55(または空洞部)を形成すればよい。
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。
【0046】
また、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。
【0047】
尚、本発明の積層構造体において、下地基材53の全面に上述した各層が形成されている必要はなく、例えば構造色を発現するための凹部55(または空洞部)が形成されている部分にのみ着色樹脂層57或いは透明樹脂層59が形成されていればよい。
【0048】
本発明の積層構造体は、上述した基材53の表面に構造色発色用樹脂層50等が設けられた後、前述した紫外線吸収剤が感度を有する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凹部55(または空洞部)が形成される。
【0049】
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。
【0050】
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の表面に凹部55(または空洞部)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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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))
【0057】
即ち、下地基材53の表面に構造色発色用樹脂層50(凹部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、凹部55が形成されることとなる。
【0058】
上述した本発明によれば、構造色が明瞭に視認できるため、これを利用して多様なデザインを表示し、下地基材53である容器やキャップ等の商品価値を高めることができる。
【0059】
例えば、構造色発色用樹脂層50の上に、印刷インキにより印刷層を形成することができ、この印刷層による図柄、模様、文字などと構造色による像とを組み合わせることにより、構造色による像をより強調することができる。この場合、構造色を形成するための規則的配列の凹部が形成されていない部分に印刷インキ層を形成することもできるし、透明な印刷インキを用い、構造色を形成するための規則的配列の凹部に重ねて印刷インキ層を形成することもできる。勿論、このような印刷インキ層を設けた上に、前述した透明保護層を設けることが好適である。
なお、構造色発色用樹脂層の上に、印刷インキにより印刷層を形成した場合、着色樹脂層或いは透明樹脂層を省略して下地基材上に直接、構造色発色用樹脂層を設ける構成とすることも可能である。例えば、印刷層/構造色発色用樹脂層50/下地基材53の積層構造とすることにより、上述した多様なデザインを表示することができる。
【0060】
また、図1に形成されているような着色樹脂層57を印刷インキ層とすることもできる。この場合においても、着色樹脂層57に形成される印刷像に重ねて構造色を発色させることもできるし、印刷像が形成されていない部分(印刷像のバックグラウンドとなる部分)に構造色を発色させて構造色による像と印刷インキ像を組み合わせることもできる。
【0061】
さらに、構造色が明瞭に視認できるため、構造色による像の多様化も実現できる。
即ち、同じ規則的配列で形成されている凹部55の領域を構造色の単位像とし、このような単位像の配列パターン、例えば構造色の配列の向き(凹部の列が伸びている方向)や間隔(単位像の密度)などを種々変更することにより、構造色により様々な像を発現させることができる。例えば、100μm×100μm程度の大きさの単位像毎に、構造色の配列の向きを変え、単位像間の間隔を小さく設定することにより、構造を見る方向によって色が異なったり或いは色が点滅するような構造色の像を形成することができる。尚、単位像毎に構造色の配列の向きを変えるためには、前述した装置により構造色発色のための凹部55を形成する際に、パルスレーザー光のワンショット毎にビームスプリッタ12を回転させて干渉領域を変更すればよい。
このような構造色のパターンと前述した印刷層との併用により、より一層、構造色によるデザインの多様化を実現できる。
【実施例】
【0062】
本発明の優れた効果を、次の実験例で説明する。
【0063】
<比較例1>
エポキシ塗料に平均粒径が25nmの酸化亜鉛微粒子(テイカ(株)製、MZ−500)を、該塗料の樹脂成分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)の片面側に塗布して試料を調製した。このとき、被膜の厚みは約2μmであった。
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であった。
その試料に対して、被膜が形成された側からレーザ光照射装置を用いてレーザ光を照射することで、微細周期構造を形成した。
その結果、得られた構造体を観察したところ、下地基材からの反射光が極めて多く、構造色発色を視認しにくかった。
【0064】
<比較例2>
ポリエステル塗料に酸化チタン微粒子を配合し調合した白色塗料を、アルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布した。このとき、白色塗料層の厚みは約30μmであった。
さらに、エポキシ塗料に平均粒径が25nmの酸化亜鉛微粒子(テイカ(株)製、MZ−500)を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して20重量部の量を添加し調合した塗料を、得られた塗装アルミニウム製板の白色塗料層側に塗布し、試料を調製した。このとき、該塗料の被膜の厚みは2μmであった。
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であった。
その試料に対して、被膜が形成された側からレーザ光照射装置を用いてレーザ光を照射することで、微細周期構造を形成した。
その結果、得られた構造体を観察したところ、白色塗料層からの反射光が極めて多く、構造色発色を視認しにくかった。
【0065】
<実施例1>
ポリエステル塗料にカーボンブラック粒子を配合し調合した黒色塗料を、アルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布した。このとき、黒色塗料層の厚みは約15μmであった。
さらに、エポキシ塗料に平均粒径が25nmの酸化亜鉛微粒子(テイカ(株)製、MZ−500)を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して20重量部の量を添加し調合した塗料を、得られた塗装アルミニウム製板の黒色塗料層側に塗布し、試料を調製した。このとき、該塗料の被膜の厚みは2μmであった。
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であった。
その試料に対して、被膜が形成された側からレーザ光照射装置を用いてレーザ光を照射することで、微細周期構造を形成した。
その結果、得られた構造体を観察したところ、バックグラウンドからの光は抑制され、構造色発色を明瞭に視認することができた。
【0066】
<実施例2>
ポリエステル塗料を、アルミニウム製板(厚み200μm)の片面側に塗布した。このとき、透明樹脂層の厚みは約15μmであった。
さらに、エポキシ塗料に平均粒径が25nmの酸化亜鉛微粒子(テイカ(株)製、MZ−500)を、該塗料の樹脂成分100重量部に対して20重量部の量を添加し調合した塗料を、得られた塗装アルミニウム製板の透明樹脂層側に塗布し、試料を調製した。このとき、該塗料の被膜の厚みは2μmであった。
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であった。
その試料に対して、被膜が形成された側からレーザ光照射装置を用いてレーザ光を照射することで、微細周期構造を形成した。
その結果、得られた構造体を観察したところ、比較例1に比べ、構造色発色の視認性が向上した。
【符号の説明】
【0067】
50:構造色発色用樹脂層
53:下地基材
55:構造色発色用凹部
57:着色樹脂層
59:透明樹脂層

【特許請求の範囲】
【請求項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凹部又は空洞部を有する構造色発色用樹脂層が形成されている積層構造体において、前記構造色発色用樹脂層と下地基材表面との間に着色樹脂層が設けられていることを特徴とする積層構造体。
【請求項2】
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凹部又は空洞部を有する構造色発色用樹脂層が形成されている積層構造体において、前記構造色発色用樹脂層と下地基材表面との間に、4乃至300μmの厚みを有する光透過性樹脂層が設けられていることを特徴とする積層構造体。
【請求項3】
前記構造色発色用樹脂層の上に、光透過性の保護層が設けられている請求項1または2に記載の積層構造体。
【請求項4】
前記構造色発色用樹脂層の上に、印刷層が設けられている請求項1または2に記載の積層構造体。
【請求項5】
前記下地基材が金属製基板である請求項1乃至3の何れかに記載の積層構造体。
【請求項6】
前記下地基材がプラスチック製基板であり、その表面が白色またはシルバー色を有している請求項1乃至4の何れかに記載の積層構造体。
【請求項7】
前記光透過性樹脂層が着色されている請求項2に記載の積層構造体。
【請求項8】
前記凹部又は空洞部の規則的配列によって構造色による単位像が形成され、該単位像の配列パターンに応じて構造色による像が形成されている請求項1乃至7の何れかに記載の積層構造体。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−29805(P2013−29805A)
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−98364(P2012−98364)
【出願日】平成24年4月24日(2012.4.24)
【出願人】(000003768)東洋製罐株式会社 (1,150)
【Fターム(参考)】