発色材、及び発色材の形成方法
【課題】硬度及び光沢性が高く、耐衝撃性に優れるとともに、所望の色を発色することが可能な発色材を提供する。
【解決手段】平滑な主面を有する金属下地膜と、前記金属下地膜の前記主面上に形成された、着色材からなる複数の島状部と、前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するように形成された金属膜と、を具えるようにして発色材を構成する。
【解決手段】平滑な主面を有する金属下地膜と、前記金属下地膜の前記主面上に形成された、着色材からなる複数の島状部と、前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するように形成された金属膜と、を具えるようにして発色材を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発色材、及び発色材の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、塗装や液晶パネルなどの分野においては、種々の発色方法が用いられている。塗装分野においては、有機色素や無機顔料、無機物や金属粒子フィラーなどを塗料に配合し、塗装後の塗膜を着色する方法が一般的である。液晶パネルの分野においては、赤色、緑色、及び青色のカラーレジストからそれぞれの色に対応した１００μｍ程度の大きさの画素を形成して、カラーフィルターを構成する方法が実用されている。
【０００３】
しかしながら、上記カラーフィルターフィルム、或いは顔料や色素等を含む塗料、インキなどから得られる塗膜は硬度が低く、鉛筆硬度が高々４Hから６H程度であり、塗装面（塗装材）の表面に傷が付いたり、さらには塗装材が剥離したりしてしまう問題があった。したがって、特に硬度や密着性、耐衝撃性が問題となる塗装材には、上述したような塗料等の着色材を用いることはなく、専らめっき法によって形成しためっき膜を用いていた。この場合、塗膜の色は基本的にめっき膜の色に依存するため、目的の色を得るために種々の工夫がなされている。
【０００４】
例えば、顔料及びＮｉなどの金属の複合めっきを行い、顔料の色を適宜調整することによって、目的の色を有するめっき膜（塗膜）を形成する試みがなされている（例えば、非特許文献１及び２参照）。しかしながら、この方法で得ためっき膜（塗膜）は、光沢が不足するとともに色が暗く、さらにはめっき膜（塗膜）の強度も目的とするような強度を得ることができないでいた。
【０００５】
また、所定の基材上に酸化クロムなどの干渉膜を形成するとともに、その厚さを調整し、外部光における所定の波長の光のみを干渉膜中に閉じ込めて発色させ、目的とする色の塗膜を得る試みもなされている（例えば、非特許文献３参照）。しかしながら、このような干渉膜は、上記のような酸化膜などから構成されるため、長期間の使用によって、膜が劣化して剥離してしまうなどの問題を生じる。結果として、実用に供するような塗膜を得ることはできない。
【０００６】
その他、アルマイト処理を行い、表面に形成された孔部に顔料などの塗料を含浸させ、目的とする色の塗膜を得る方法が実用化されているが、この方法は、塗膜を形成すべき基材あるいは下地がアルミニウムに限定されてしまうという欠点を有するとともに、アルミニウム表面の孔部内に塗料を含浸させるものであるため、その硬度はアルミニウムの硬度に依存し、十分高い硬度を有する塗膜を得ることはできないでいた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】”Preparation of colored composite films of Ni/organic pigments by immersion plating over zinc surface”, Yusuke Kowase, Nabeen K. Shrestha, Tetsuo Saji, Surface & Coatings Technology 200 (2006) 5526-5531
【非特許文献２】”Colored Coating of Ni/Organic Pigment Composite Films in Two Steps Using a Surfactant Containing an Azobenzene Group”, Nabeen K. Shrestha, Tetsuo Saji, J. Jpn. Soc. Colour Mater. (SHINKIZAI), 73 [5], 227-233, 2000
【非特許文献３】”レーザーによるカラー発色加工”、田辺郁男, 表面技術, Vol. 60, No. 11, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、硬度及び光沢性が高く、耐衝撃性に優れるとともに、所望の色を発色することが可能な発色材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明は、
平滑な主面を有する金属下地膜と、
前記金属下地膜の前記主面上に形成された、着色材からなる複数の島状部と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するように形成された金属膜と、
を具えることを特徴とする、発色材に関する。
【００１０】
また、本発明は、
平滑な主面を有する金属下地膜を準備する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上に、着色材からなる複数の島状部を形成する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するようにして金属膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、発色材の形成方法に関する。
【００１１】
本発明によれば、着色材から複数の島状部を形成し、さらに複数の島状部の間の空隙を埋めるようにして、金属膜を形成するようにしている。また、金属膜の上面を、複数の島状部の上面位置以上の高さとなるようにしている。したがって、得られた発色材において、発色は上記着色材の色を適宜に選択することによって、複数の島状部においてなされることになる。また、その硬度は、複数の島状部の周囲において、上面が複数の島状部の上面位置の高さ以上となるように形成された金属膜が担うようになる。すなわち、発色材に対して外的負荷が加わった際に、金属膜が外的負荷に対する保護材として機能する。したがって、硬度が高く、所望の色を発色することが可能な発色材を提供することができる。
【００１２】
また、上記発色材の、外部と接触する部分は、着色材からなる複数の島状部と金属膜とであるので、上述した塗装材や酸化膜などと比較すると、高硬度、高い耐衝撃性、高光沢性を有する。
【００１３】
さらに、上記発色材は、平滑な主面を有する金属下地膜の、その主面上に複数の島状部及び金属膜を形成するようにしている。したがって、複数の島状部及び金属膜側から入射した光は、上記金属下地膜の平滑な主面で反射されるようになるため、十分に高い光沢性を奏するようになる。
【００１４】
なお、“金属下地膜の主面が平滑である”とは、金属下地膜の主面に対して積極的に孔部などを形成することなく、めっき法やその他の方法で形成した状態のままであることを意味する。
【００１５】
本発明の一例において、金属膜の上面の位置を、複数の島状部の上面位置より１μｍ以上高くすることができる。この場合、金属膜が外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、発色材の複数の島状部にはほとんど外的負荷がかからなくなって、硬度に対する金属膜の依存性が増大する。したがって、発色材の硬度をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の一例において、島状部の数は８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることができる。この場合、島状部の形状によらず、島状部の大きさを所定の値以下とすることができるので、島状部の周囲に形成された金属膜が外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、島状部に対する外的負荷が軽減されるようになる。したがって、発色材の硬度をさらに向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明の一例において、島状部の数は２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることができる。この場合、島状部の形状によらず、島状部の大きさを所定の値以上とすることができる。したがって、島状部は、その構成材料である着色材に起因した色を十分に発することができるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、硬度及び光沢性が高く、密着性、耐衝撃性に優れるとともに、所望の色を発色することが可能な発色材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の発色材の一例を示す上平面図である。
【図２】図１に示す発色材をＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。
【図３】図１及び図２に示す実施形態の変形例を示す図である。
【図４】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図５】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図６】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図７】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図８】実施例で用いたフォトマスクの外観図である。
【図９】実施例で得た発色材の顕微鏡写真である。
【図１０】実施例で得た発色材の反射スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、実施の形態に基づいて説明する。
【００２１】
（発色材）
図１は、本発明の発色材の一例を示す上平面図であり、図２は、図１に示す発色材をＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。なお、これらの図面においては、本発明の特徴を明確にすべく、それぞれ発色材の一部を拡大して示している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施形態における発色材１０は、金属下地膜１１と、この金属下地膜１１の主面１１Ａ上に形成された着色材からなる複数の島状部１２と、複数の島状部１２の間の空隙を埋めるように形成された金属膜１３とを有している。金属下地膜１１の主面１１Ａは平滑であり、金属膜１３の上面１３Ａは、複数の島状部１２の上面１２Ａよりも上方に位置し、金属膜１３の上面１３Ａと複数の島状部１２の上面１２Ａとの間には段差（ギャップ）ｈが形成されている。
【００２３】
なお、本実施形態において段差（ギャップ）ｈを形成することは必須の要件ではなく、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さであればよい。
【００２４】
金属下地膜１１は、任意の金属から構成することができ、例えば、以下に詳述するめっき法などによって簡易に形成することが可能な、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｐｄ−Nｉ合金などから構成することができる。なお、一般には、同一のめっき浴を使用できるという作製上の便宜、及びこれに基づくコストの観点から、金属下地膜１１と金属膜１３とは同一の材料から構成することが好ましい。また、以下に説明するように、発色材１０の硬度は金属膜１３が担うようになるので、金属下地膜１１は、上述したような硬度の高い金属から構成することが好ましく、アルミニウムなどの硬度の低い金属は避けることが好ましい。
【００２５】
島状部１２は、図１及び図２に示すように、上述したような着色材から円柱状に形成されている。島状部１２は、目的に応じて、任意の色の着色材から構成することができる。着色材としては、カラーレジスト、塗料、インキなどから形成された塗膜を挙げることができる。カラーレジストは、例えばＵＶなどの外部エネルギーで重合するモノマー及び光重合開始剤を含み、着色するために色素や微細に分散させた顔料、及びバインダーを含む。その他、必要に応じて界面活性剤、密着改善剤を含む場合もある。
【００２６】
塗料は、水溶性や油溶性の各種塗料、熱硬化性や焼付塗料、UV硬化塗料、粉体塗料、電着塗料などの塗料が使用できる。本発明の着色材としては、カラーレジスト、塗料、インクから得られる塗膜は金属下地膜からの反射光の透過性を得るためには光透過性の高いものが好ましい。
【００２７】
なお、本実施形態では、島状部１２を円柱状に形成しているが、以下に説明する島状部１２の機能を奏することができれば、その形状は特に限定されるものではない。
【００２８】
金属膜１３は、上述したように、めっき法などによって簡易に形成することが可能な、金属下地膜１１と同じＮｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｕ，Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｐｄ−Nｉ合金，Ｓｎ−Ｃｏ合金，Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金などから構成することができる。金属下地膜１１と金属膜１３とは必ずしも同一の金属から構成する必要はないが、上述したように、作製の際の便宜及びコストを考慮すると、同一の材料とすることが好ましい。また、同一の材料とすることにより、金属下地膜１１と金属膜１３とはホモ接合となるので、互いの界面における密着性が向上するようになる。但し、以下に説明するように、金属膜１３は、発色材１０の硬度を担うことになるので、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉなどのより硬度の高い材料から構成してもよい。
【００２９】
図１に示す発色材１０においては、着色材から複数の島状部１２を構成し、さらに複数の島状部１２の間の空隙を埋めるようにして、金属膜１３を形成するようにしている。また、金属膜１３の上面１３Ａを、複数の島状部１２の上面１２Ａから上方に位置するようにしている。したがって、発色材１０において、発色は上記着色材の色を適宜に選択することによって、複数の島状部１２においてなされることになる。また、その硬度は、複数の島状部１２の周囲において、上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置の高さ以上となるように形成された金属膜１３が担うようになる。すなわち、発色材１０に対して外的負荷が加わった際に、金属膜１３が外的負荷に対する保護材として機能する。したがって、硬度が高く、所望の色を発色することが可能な発色材１０を提供することができる。
【００３０】
また、発色材１０の、外部と接触する部分は、着色材からなる複数の島状部１２と金属膜１３とである。これらは、酸化膜などと比較すると、高い耐衝撃性を有する。したがって、発色材１０は、高い耐衝撃性を奏することができる。
【００３１】
さらに、発色材１０は、平滑な主面１１Ａを有する金属下地膜１１の、その主面１１Ａ上に複数の島状部１２及び金属膜１３が形成されてなる。したがって、複数の島状部１２及び金属膜１３側から入射した光は、金属下地膜１１の平滑な主面１１Ａで反射されるようになるため、十分に高い光沢性を奏するようになる。
【００３２】
なお、上述したように、“金属下地膜１１の主面１１Ａが平滑である”とは、金属下地膜１１の主面１１Ａに対して積極的に孔部などを形成することなく、めっき法やその他の方法で形成した状態のままであることを意味する。
【００３３】
また、本実施形態では、上述したように、金属膜１３の上面１３Ａは、複数の島状部１２の上面１２Ａよりも上方に位置し、金属膜１３の上面１３Ａと複数の島状部１２の上面１２Ａとの間には段差（ギャップ）ｈが形成されている。したがって、金属膜１３は、外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、発色材１０の複数の島状部１２にはほとんど外的負荷がかからなくなって、硬度に対する金属膜１３の依存性が増大する。したがって、発色材１０の硬度をさらに向上させることができる。
【００３４】
なお、段差（ギャップ）ｈ、すなわち、金属膜１３の上面１３Ａと複数の島状部１２の上面１２Ａとの差は、１μｍ以上であることが好ましい。これによって、金属膜１３の外的負荷に対する保護材としての機能がより促進され、発色材１０の硬度をより向上させることができる。なお、段差（ギャップ）ｈの上限値は、例えば１５μｍとすることができる。これを超えて段差（ギャップ）ｈを大きくしても、発色材１０の硬度の向上には何ら寄与せず、また、アスペクト比が大きくなり過ぎることによって、金属膜１３自体の強度が低下し、発色材１０の硬度を低下させてしまう場合がある。
【００３５】
また、島状部１２の数は８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることができる。さらに、島状部１２の数は２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることができる。
【００３６】
“ｄｐｉ”とは、インチ当たりに存在する島状部の数を表すものであり、ｄｐｉが大きいほど、島状部１２の平面的大きさ、すなわち図１及び図２における、上面１２Ａの大きさが小さくなることを意味し、ｄｐｉが小さいほど、島状部１２の平面的大きさ、すなわち図１及び図２における、上面１２Ａの大きさが大きくなることを意味する。したがって、上述した島状部１２の数のｄｐｉ下限値は、島状部１２の平面的大きさ（上面１２Ａの大きさ）の上限値を間接的に規定することになり、島状部１２の数のｄｐｉ上限値は、島状部１２の平面的大きさ（上面１２Ａの大きさ）の下限値を間接的に規定することになる。
【００３７】
したがって、島状部１２の数は８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることにより、島状部１２の大きさを所定の値以下とすることができるので、島状部１２の周囲に形成された金属膜１３が外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、島状部１２に対する外的負荷が軽減されるようになる。したがって、発色材１０の硬度をさらに向上させることができる。
【００３８】
また、島状部１２の数は２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることにより、島状部１２の形状によらず、島状部の大きさを所定の値以上とすることができる。したがって、島状部１２は、その構成材料である着色材に起因した色を十分に発することができるようになる。
【００３９】
本実施形態において、島状部１２は円柱状で、その上面１２Ａは円形であるので、島状部１２の数が８０ｄｐｉ以上の場合、上面１２Ａの直径ｄは約２６０μｍ以下（間隙ａは約４０μｍ以上）となる。一方、島状部１２の数が２５００ｄｐｉ以下の場合、上面１２Ａの直径ｄは約１０μｍ以上（間隙ａは約１５以上）となる。したがって、本実施形態において、上述したｄｐｉに関する条件は、本段落で示すような、島状部１２の上面１２Ａの直径ｄに関する条件に置き換えることができる。
【００４０】
図１及び図２に示す発色材１０は、鉛筆硬度試験による硬さが４Ｈ〜５Ｈ以上であることが好ましく、さらには６Ｈ以上、特には９Ｈ以上であることが好ましい。これによって、発色材１０は十分に高い硬度を有することになる。本実施形態のように、金属膜１３の上面１３Ａが島状部１２の上面１２Ａよりも上方に位置する場合は、上記要件を必然的に満足するが、金属膜１３の上面１３Ａと島状部１２の上面１２Ａとの高さが同じで段差（ギャップ）ｈが形成されないような場合においては、島状部１２の大きさを適宜に制御する必要がある。すなわち、島状部１２の大きさを小さくして、金属膜１３による外的負荷に対する保護材としての機能を高める必要がある。
【００４１】
なお、鉛筆硬度試験は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４ 引っかき硬度（鉛筆法）に準じ、所定の硬さの鉛筆（例えば６Ｂ〜９Ｈ）を０．５〜１ｍｍ／秒の速度で、発色材１０上を７ｍｍ以上トレースし、発色材１０に対して傷が生じない最も硬度の高い鉛筆の、当該硬度をもって発色材１０の硬度を規定して評価するものである。
【００４２】
また、図１及び図２に示す発色材１０は、可視光域での反射率が５％以上であることが好ましく、さらには１０％以上であることが好ましい。この場合、発色材１０は十分な光沢性を有することになる。なお、金属下地膜１１として主面１１Ａが平滑なものを用い、島状部１２の厚さを数μｍ〜数十μｍの範囲に設定することによって、上記要件は必然的に満足される場合が多い。
【００４３】
一方、島状部１２を青色の着色材から構成したような場合、上記可視光域における低波長側での反射率が減少する傾向がある。この場合は、金属下地膜１１を例えばＣｒあるいはＣｒ合金から構成することが好ましい。Ｃｒは、可視光域、低波長側での反射率が比較的高いので、ＣｒあるいはＣｒ合金から金属下地膜１１を構成することによって、島状部１２を青色の着色材から構成したような場合における、可視光域、低波長側での反射率の低下を補うことができる。
【００４４】
本実施形態における発色材１０は、上述のように、硬度及び光沢性が高く、耐候性に優れるとともに、所望の色を発色することができるので、これらの特性が要求される、自動車外装用の塗装材、携帯電話用の塗装材、眼鏡フレーム用の塗装材として好適に用いることができる。
【００４５】
図３は、上記実施形態の変形例を示す図である。図３は、上記実施形態の図１に相当し、発色材１０の上平面図である。図３に示す実施形態においては、島状部１２がハニカム断面を有するような円柱状に形成されている点で、図１及び図２に示す発色材１０と相違する。
【００４６】
島状部１２を、図３に示すように、ハニカム断面を有するような円柱状に形成することによって、島状部１２を発色材１０中に最密充填の形態で形成することができるようになる。したがって、十分に高い硬度を維持しながら、島状部１２を構成する着色材の色に基づいた、より十分に高い発色性を奏することができる。
【００４７】
（発色材の形成方法）
次に、上述した発色材１０の形成方法の一例について説明する。図４〜図７は、本実施形態における発色材１０の形成方法の工程図である。なお、図４〜図７においては、形成方法の特徴を明確にすべく、各工程図は、断面図で表している。
【００４８】
最初に、図４に示すように、所定の基材１６上に金属下地膜１１を一様に形成する。金属下地膜１１は、めっき法などの湿式法、スパッタリング法及び蒸着法などの乾式法のいずれの方法を用いてもよい。但し、後者の乾式法の場合は、真空装置などが必要になって、装置が複雑かつ高価になるとともに、基材１６の種類や大きさを制限することになる。したがって、めっき法などの湿式法を用いて形成することが好ましい。
【００４９】
めっき法を用いて金属下地膜１１を形成する場合、例えばめっき浴を数十度に保持するとともに、数分から数十分間、数アンペア／ｄｍ２の電流を流すことによって、所望の厚さ、例えば１μｍ〜３０μｍの厚さの金属下地膜１１を形成することができる。
【００５０】
また、金属下地膜１１中には、その光沢性を向上させるために、サッカリンなどの光沢剤を含有させることができる。光沢剤は、例えばめっき浴中のめっき液中に含有させることができる。
【００５１】
なお、基材１６は、例えば発色材１０を自動車外装用の塗装材として使用する場合は、自動車のボディ外壁であって、携帯電話用の塗装材として使用する場合は、携帯電話のケース部材である。また、眼鏡フレーム用の塗装材として使用する場合は、眼鏡フレームである。
【００５２】
次いで、図５に示すように、金属下地膜１１の主面１１Ａ上に着色材１２１をスピンコート法、スプレー法、インクジェット法、フレキソ印刷、スクリーン印刷などによって一様に形成する。着色材１２１は、発色材１０において所望の発色が得られるように適宜に選択する。また、着色材１２１の厚さは数μｍ〜数十μｍとすることができる。また、着色材１２１を塗布する際の溶剤は、水系、アルコール系、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、炭化水素系等の各種溶剤を用いることができるが、コーティング性を考慮して高沸点系溶剤を適宜加えることができる。
【００５３】
次いで、図６に示すように、着色材としてフォトレジストを用いた場合には、着色材１２１に対してフォトリソグラフィを施してパターニングし、複数の島状部１２を形成する。塗料やインキを着色材とする場合はフォトリソグラフィーの代わりに、インクジェット法やスクリーン印刷など各種印刷法により図６の島状部パターンを形成する。着色材の形成に用いた溶媒は、必要に応じ室温乾燥や加熱乾燥を行い除去する。
【００５４】
次いで、図７に示すように、金属下地膜１１の主面１１Ａ上において、複数の島状部１２の間の空隙を埋めるとともに、上面１３Ａが、複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さに位置するようにして金属膜１３を形成する。なお、図７においては、図２の場合と同様に、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの上方に位置するようにしているが、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さに位置すればよい。
【００５５】
金属膜１３は、金属下地膜１１と同様に、めっき法などの湿式法、スパッタリング法及び蒸着法などの乾式法のいずれの方法を用いてもよい。但し、上述したように、後者の乾式法の場合は、真空装置などが必要になって、装置が複雑かつ高価になるとともに、基材１６の種類や大きさを制限することになる。したがって、めっき法などの湿式法を用いて形成することが好ましい。
【００５６】
めっき法によって金属膜１３を形成する場合は、金属下地膜１１をめっき導電膜として用いて電解めっきを行うことにより、絶縁性の島状部１２の周囲の間隙を埋めるようにして、自ずから金属膜１３が形成されるようになる。
【００５７】
めっき法を用いて金属膜１３を形成する場合、例えばめっき浴を数十度に保持するとともに、数分から数十分間、数アンペア／ｄｍ２の電流を流すことによって、所望の厚さ、すなわち、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さとなるようにして形成することができる。
【００５８】
なお、図６におけるフォトリソグラフィにおいては、好ましくは、島状部１２の数が８０ｄｐｉ（dot per inch）以上、２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下となるようにする。島状部１２の数をこのような値に設定する理由は、上述したとおりである。
【００５９】
また、図５に示す着色材１２１の形成、及び図６に示すフォトリソグラフィの実施に代えて、インクジェット法を用い、直接着色材から図６に示すような複数の島状部１２を形成することもできる。また、凸版印刷、凹版印刷、平板印刷、孔板印刷、スクリーン印刷などの汎用の印刷法を用いることもできる。これらの場合、フォトリソグラフィを行うことなく複数の島状部１２を形成することができるので、フォトリソグラフィのためのマスク形成を行う必要がないとともに、複雑な露光現像装置を用いることがない。したがって、複数の島状部１２を簡易かる低コストに形成することができる。
【００６０】
さらに、図６に示す複数の島状部１２を形成した後であって、図７に示す金属膜１３を形成する以前に、金属下地膜１１に対して陽極酸化処理を施すことができる。これによって、金属下地膜１１の表面に形成された酸化膜の除去や、レジスト残渣の除去を行うことができ、後に形成する金属膜１３と金属下地膜１１との密着性を向上させることができる。
【００６１】
なお、陽極酸化処理は、金属下地膜１１や金属膜１３をめっき法で形成する場合と同様にして行うことができるが、めっきを行う場合に比較して極性を逆転させる（めっき材と被めっき材との極性）必要がある。例えば、めっき法では、被めっき材をカソード、めっき材をアノードとして処理を行うが、陽極酸化処理では、被めっき材をアノード、めっき材をカソードとして処理を行う。
【実施例】
【００６２】
（実施例１）
NiSO4・6H2O 20g、NiCl2・6H2O 2.25g、H3BO3 1.5g、サッカリン(C7H5NO3S) 75 mg、SDS(NaC12H25SO4) 7.5 mgの水溶液50 mlを調製し、このめっき液にニッケル板を対極、4.0 cm2の銅板を陰極として50 ℃、5 A / dm2で定電流電解を30分間行い、銅板上にNiめっき膜（金属下地膜）を厚さ25μｍに形成した。
【００６３】
次いで、青色フォトレジスト(PD500BS1,日立化成)を塗布し、300rpで5秒、700 rpmで5秒スピンコーティングを行い、これを乾燥させた。次いで、図８に示すフォトマスク(開口部径d = 200μm、ギャップg = 50μm)を通して150 mJ / cm2の強度の光でパターン状に露光し、0.4 wt% Na2CO3水溶液20 mlに5分間浸漬させることで、100dpiのパターン状の色素薄膜（島状部）を得た。次いで、上記のめっき浴中で、5 A / dm2で１分間、陽極酸化処理を実施した後、極性を変えて定電流電解を5分間行い、Ni皮膜を形成して、目的とする発色材を得た。
【００６４】
得られた皮膜（金属膜）の顕微鏡写真(図９)より、色素薄膜がパターン状に分布し、その周囲にニッケル皮膜があることが分かる。また、特に図示しないが、ニッケル皮膜の上面は、色素薄膜の上面よりも3μｍ上方に位置していることが判明した。さらに、作製した皮膜の外観は青色を呈し、反射スペクトルは、図１０に示すように、可視光域で約１３％以上の反射率を呈し、高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６５】
（実施例２）
青色フォトレジスト(PD500BS1,日立化成)に代えて、緑色フォトレジスト(PD500GS1,日立化成)を用いた以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、緑色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６６】
（実施例３）
青色フォトレジスト(PD500BS1,日立化成)に代えて、赤色フォトレジスト(PD500RS1,日立化成)を用いた以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、赤色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６７】
（実施例４）
NiSO4・6H2 O 9 g、CuSO4・5H2O 0.3 g、クエン酸ナトリウム二水和物4 g、サッカリン(C7H5NO3S) 10 mg、SDS (NaC12H25SO4) 75 mgの水溶液50 mlを調製し、このめっき液にニッケル板を対極、4.0 cm2の銅板を陰極として30 ℃、4 A / dm2で定電流電解を30分間行い、Ni-Cu合金めっき膜を厚さ20μｍに形成した。その後、実施例１と同様にして色素薄膜、Niめっき膜を形成して、目的とする発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６８】
（実施例５）
Ag2SO4 0.78 g、ウラシル(C4H4N2O2) 2.81 g、KOH 8.42 gの水溶液50 mLを調製し、このめっき液にAg線を対極、1.0 cm2の銅板を陰極として30 ℃、0.2 A / dm2で定電流電解を10分間行い、Agめっき膜を厚さ１μｍに形成した。その後、実施例１と同様にして色素薄膜、Niめっき膜を形成して、目的とする発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６９】
（実施例６）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 160μm、ギャップg = 40μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７０】
（実施例７）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 120μm、ギャップg = 30μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７１】
（実施例８）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 80μm、ギャップg = 20μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７２】
（実施例９）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 240μm、ギャップg = 60μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７３】
上記実施例から明らかなように、本発明にしたがって得た発色材は、硬度、及び光沢性、基材への密着性が高く、着色材の色に基づいた所望の色を発色できることが分かる。また、特に示さないものの、上記発色材において外部と接触するのは色素薄膜及びめっき膜であるので、酸化膜などに比較して耐衝撃性に優れることが当然に推察される。
【００７４】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００７５】
例えば、図２に示すような段差（ギャップ）ｈを埋めるようにして、アクリル系やポリカーボネート系などのトップコートを形成することもできる。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 発色材
１１ 金属下地膜
１２ 島状部
１３ 金属膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発色材、及び発色材の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、塗装や液晶パネルなどの分野においては、種々の発色方法が用いられている。塗装分野においては、有機色素や無機顔料、無機物や金属粒子フィラーなどを塗料に配合し、塗装後の塗膜を着色する方法が一般的である。液晶パネルの分野においては、赤色、緑色、及び青色のカラーレジストからそれぞれの色に対応した１００μｍ程度の大きさの画素を形成して、カラーフィルターを構成する方法が実用されている。
【０００３】
しかしながら、上記カラーフィルターフィルム、或いは顔料や色素等を含む塗料、インキなどから得られる塗膜は硬度が低く、鉛筆硬度が高々４Hから６H程度であり、塗装面（塗装材）の表面に傷が付いたり、さらには塗装材が剥離したりしてしまう問題があった。したがって、特に硬度や密着性、耐衝撃性が問題となる塗装材には、上述したような塗料等の着色材を用いることはなく、専らめっき法によって形成しためっき膜を用いていた。この場合、塗膜の色は基本的にめっき膜の色に依存するため、目的の色を得るために種々の工夫がなされている。
【０００４】
例えば、顔料及びＮｉなどの金属の複合めっきを行い、顔料の色を適宜調整することによって、目的の色を有するめっき膜（塗膜）を形成する試みがなされている（例えば、非特許文献１及び２参照）。しかしながら、この方法で得ためっき膜（塗膜）は、光沢が不足するとともに色が暗く、さらにはめっき膜（塗膜）の強度も目的とするような強度を得ることができないでいた。
【０００５】
また、所定の基材上に酸化クロムなどの干渉膜を形成するとともに、その厚さを調整し、外部光における所定の波長の光のみを干渉膜中に閉じ込めて発色させ、目的とする色の塗膜を得る試みもなされている（例えば、非特許文献３参照）。しかしながら、このような干渉膜は、上記のような酸化膜などから構成されるため、長期間の使用によって、膜が劣化して剥離してしまうなどの問題を生じる。結果として、実用に供するような塗膜を得ることはできない。
【０００６】
その他、アルマイト処理を行い、表面に形成された孔部に顔料などの塗料を含浸させ、目的とする色の塗膜を得る方法が実用化されているが、この方法は、塗膜を形成すべき基材あるいは下地がアルミニウムに限定されてしまうという欠点を有するとともに、アルミニウム表面の孔部内に塗料を含浸させるものであるため、その硬度はアルミニウムの硬度に依存し、十分高い硬度を有する塗膜を得ることはできないでいた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】”Preparation of colored composite films of Ni/organic pigments by immersion plating over zinc surface”, Yusuke Kowase, Nabeen K. Shrestha, Tetsuo Saji, Surface & Coatings Technology 200 (2006) 5526-5531
【非特許文献２】”Colored Coating of Ni/Organic Pigment Composite Films in Two Steps Using a Surfactant Containing an Azobenzene Group”, Nabeen K. Shrestha, Tetsuo Saji, J. Jpn. Soc. Colour Mater. (SHINKIZAI), 73 [5], 227-233, 2000
【非特許文献３】”レーザーによるカラー発色加工”、田辺郁男, 表面技術, Vol. 60, No. 11, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、硬度及び光沢性が高く、耐衝撃性に優れるとともに、所望の色を発色することが可能な発色材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明は、
平滑な主面を有する金属下地膜と、
前記金属下地膜の前記主面上に形成された、着色材からなる複数の島状部と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するように形成された金属膜と、
を具えることを特徴とする、発色材に関する。
【００１０】
また、本発明は、
平滑な主面を有する金属下地膜を準備する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上に、着色材からなる複数の島状部を形成する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するようにして金属膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、発色材の形成方法に関する。
【００１１】
本発明によれば、着色材から複数の島状部を形成し、さらに複数の島状部の間の空隙を埋めるようにして、金属膜を形成するようにしている。また、金属膜の上面を、複数の島状部の上面位置以上の高さとなるようにしている。したがって、得られた発色材において、発色は上記着色材の色を適宜に選択することによって、複数の島状部においてなされることになる。また、その硬度は、複数の島状部の周囲において、上面が複数の島状部の上面位置の高さ以上となるように形成された金属膜が担うようになる。すなわち、発色材に対して外的負荷が加わった際に、金属膜が外的負荷に対する保護材として機能する。したがって、硬度が高く、所望の色を発色することが可能な発色材を提供することができる。
【００１２】
また、上記発色材の、外部と接触する部分は、着色材からなる複数の島状部と金属膜とであるので、上述した塗装材や酸化膜などと比較すると、高硬度、高い耐衝撃性、高光沢性を有する。
【００１３】
さらに、上記発色材は、平滑な主面を有する金属下地膜の、その主面上に複数の島状部及び金属膜を形成するようにしている。したがって、複数の島状部及び金属膜側から入射した光は、上記金属下地膜の平滑な主面で反射されるようになるため、十分に高い光沢性を奏するようになる。
【００１４】
なお、“金属下地膜の主面が平滑である”とは、金属下地膜の主面に対して積極的に孔部などを形成することなく、めっき法やその他の方法で形成した状態のままであることを意味する。
【００１５】
本発明の一例において、金属膜の上面の位置を、複数の島状部の上面位置より１μｍ以上高くすることができる。この場合、金属膜が外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、発色材の複数の島状部にはほとんど外的負荷がかからなくなって、硬度に対する金属膜の依存性が増大する。したがって、発色材の硬度をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の一例において、島状部の数は８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることができる。この場合、島状部の形状によらず、島状部の大きさを所定の値以下とすることができるので、島状部の周囲に形成された金属膜が外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、島状部に対する外的負荷が軽減されるようになる。したがって、発色材の硬度をさらに向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明の一例において、島状部の数は２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることができる。この場合、島状部の形状によらず、島状部の大きさを所定の値以上とすることができる。したがって、島状部は、その構成材料である着色材に起因した色を十分に発することができるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、硬度及び光沢性が高く、密着性、耐衝撃性に優れるとともに、所望の色を発色することが可能な発色材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の発色材の一例を示す上平面図である。
【図２】図１に示す発色材をＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。
【図３】図１及び図２に示す実施形態の変形例を示す図である。
【図４】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図５】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図６】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図７】本発明の発色材の形成方法の一例における工程図である。
【図８】実施例で用いたフォトマスクの外観図である。
【図９】実施例で得た発色材の顕微鏡写真である。
【図１０】実施例で得た発色材の反射スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、実施の形態に基づいて説明する。
【００２１】
（発色材）
図１は、本発明の発色材の一例を示す上平面図であり、図２は、図１に示す発色材をＩ−Ｉ線に沿って切った場合の断面図である。なお、これらの図面においては、本発明の特徴を明確にすべく、それぞれ発色材の一部を拡大して示している。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施形態における発色材１０は、金属下地膜１１と、この金属下地膜１１の主面１１Ａ上に形成された着色材からなる複数の島状部１２と、複数の島状部１２の間の空隙を埋めるように形成された金属膜１３とを有している。金属下地膜１１の主面１１Ａは平滑であり、金属膜１３の上面１３Ａは、複数の島状部１２の上面１２Ａよりも上方に位置し、金属膜１３の上面１３Ａと複数の島状部１２の上面１２Ａとの間には段差（ギャップ）ｈが形成されている。
【００２３】
なお、本実施形態において段差（ギャップ）ｈを形成することは必須の要件ではなく、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さであればよい。
【００２４】
金属下地膜１１は、任意の金属から構成することができ、例えば、以下に詳述するめっき法などによって簡易に形成することが可能な、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｐｄ−Nｉ合金などから構成することができる。なお、一般には、同一のめっき浴を使用できるという作製上の便宜、及びこれに基づくコストの観点から、金属下地膜１１と金属膜１３とは同一の材料から構成することが好ましい。また、以下に説明するように、発色材１０の硬度は金属膜１３が担うようになるので、金属下地膜１１は、上述したような硬度の高い金属から構成することが好ましく、アルミニウムなどの硬度の低い金属は避けることが好ましい。
【００２５】
島状部１２は、図１及び図２に示すように、上述したような着色材から円柱状に形成されている。島状部１２は、目的に応じて、任意の色の着色材から構成することができる。着色材としては、カラーレジスト、塗料、インキなどから形成された塗膜を挙げることができる。カラーレジストは、例えばＵＶなどの外部エネルギーで重合するモノマー及び光重合開始剤を含み、着色するために色素や微細に分散させた顔料、及びバインダーを含む。その他、必要に応じて界面活性剤、密着改善剤を含む場合もある。
【００２６】
塗料は、水溶性や油溶性の各種塗料、熱硬化性や焼付塗料、UV硬化塗料、粉体塗料、電着塗料などの塗料が使用できる。本発明の着色材としては、カラーレジスト、塗料、インクから得られる塗膜は金属下地膜からの反射光の透過性を得るためには光透過性の高いものが好ましい。
【００２７】
なお、本実施形態では、島状部１２を円柱状に形成しているが、以下に説明する島状部１２の機能を奏することができれば、その形状は特に限定されるものではない。
【００２８】
金属膜１３は、上述したように、めっき法などによって簡易に形成することが可能な、金属下地膜１１と同じＮｉ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｕ，Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｐｄ−Nｉ合金，Ｓｎ−Ｃｏ合金，Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金などから構成することができる。金属下地膜１１と金属膜１３とは必ずしも同一の金属から構成する必要はないが、上述したように、作製の際の便宜及びコストを考慮すると、同一の材料とすることが好ましい。また、同一の材料とすることにより、金属下地膜１１と金属膜１３とはホモ接合となるので、互いの界面における密着性が向上するようになる。但し、以下に説明するように、金属膜１３は、発色材１０の硬度を担うことになるので、Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉなどのより硬度の高い材料から構成してもよい。
【００２９】
図１に示す発色材１０においては、着色材から複数の島状部１２を構成し、さらに複数の島状部１２の間の空隙を埋めるようにして、金属膜１３を形成するようにしている。また、金属膜１３の上面１３Ａを、複数の島状部１２の上面１２Ａから上方に位置するようにしている。したがって、発色材１０において、発色は上記着色材の色を適宜に選択することによって、複数の島状部１２においてなされることになる。また、その硬度は、複数の島状部１２の周囲において、上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置の高さ以上となるように形成された金属膜１３が担うようになる。すなわち、発色材１０に対して外的負荷が加わった際に、金属膜１３が外的負荷に対する保護材として機能する。したがって、硬度が高く、所望の色を発色することが可能な発色材１０を提供することができる。
【００３０】
また、発色材１０の、外部と接触する部分は、着色材からなる複数の島状部１２と金属膜１３とである。これらは、酸化膜などと比較すると、高い耐衝撃性を有する。したがって、発色材１０は、高い耐衝撃性を奏することができる。
【００３１】
さらに、発色材１０は、平滑な主面１１Ａを有する金属下地膜１１の、その主面１１Ａ上に複数の島状部１２及び金属膜１３が形成されてなる。したがって、複数の島状部１２及び金属膜１３側から入射した光は、金属下地膜１１の平滑な主面１１Ａで反射されるようになるため、十分に高い光沢性を奏するようになる。
【００３２】
なお、上述したように、“金属下地膜１１の主面１１Ａが平滑である”とは、金属下地膜１１の主面１１Ａに対して積極的に孔部などを形成することなく、めっき法やその他の方法で形成した状態のままであることを意味する。
【００３３】
また、本実施形態では、上述したように、金属膜１３の上面１３Ａは、複数の島状部１２の上面１２Ａよりも上方に位置し、金属膜１３の上面１３Ａと複数の島状部１２の上面１２Ａとの間には段差（ギャップ）ｈが形成されている。したがって、金属膜１３は、外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、発色材１０の複数の島状部１２にはほとんど外的負荷がかからなくなって、硬度に対する金属膜１３の依存性が増大する。したがって、発色材１０の硬度をさらに向上させることができる。
【００３４】
なお、段差（ギャップ）ｈ、すなわち、金属膜１３の上面１３Ａと複数の島状部１２の上面１２Ａとの差は、１μｍ以上であることが好ましい。これによって、金属膜１３の外的負荷に対する保護材としての機能がより促進され、発色材１０の硬度をより向上させることができる。なお、段差（ギャップ）ｈの上限値は、例えば１５μｍとすることができる。これを超えて段差（ギャップ）ｈを大きくしても、発色材１０の硬度の向上には何ら寄与せず、また、アスペクト比が大きくなり過ぎることによって、金属膜１３自体の強度が低下し、発色材１０の硬度を低下させてしまう場合がある。
【００３５】
また、島状部１２の数は８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることができる。さらに、島状部１２の数は２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることができる。
【００３６】
“ｄｐｉ”とは、インチ当たりに存在する島状部の数を表すものであり、ｄｐｉが大きいほど、島状部１２の平面的大きさ、すなわち図１及び図２における、上面１２Ａの大きさが小さくなることを意味し、ｄｐｉが小さいほど、島状部１２の平面的大きさ、すなわち図１及び図２における、上面１２Ａの大きさが大きくなることを意味する。したがって、上述した島状部１２の数のｄｐｉ下限値は、島状部１２の平面的大きさ（上面１２Ａの大きさ）の上限値を間接的に規定することになり、島状部１２の数のｄｐｉ上限値は、島状部１２の平面的大きさ（上面１２Ａの大きさ）の下限値を間接的に規定することになる。
【００３７】
したがって、島状部１２の数は８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることにより、島状部１２の大きさを所定の値以下とすることができるので、島状部１２の周囲に形成された金属膜１３が外的負荷に対する保護材としてより効果的に機能するようになり、島状部１２に対する外的負荷が軽減されるようになる。したがって、発色材１０の硬度をさらに向上させることができる。
【００３８】
また、島状部１２の数は２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることにより、島状部１２の形状によらず、島状部の大きさを所定の値以上とすることができる。したがって、島状部１２は、その構成材料である着色材に起因した色を十分に発することができるようになる。
【００３９】
本実施形態において、島状部１２は円柱状で、その上面１２Ａは円形であるので、島状部１２の数が８０ｄｐｉ以上の場合、上面１２Ａの直径ｄは約２６０μｍ以下（間隙ａは約４０μｍ以上）となる。一方、島状部１２の数が２５００ｄｐｉ以下の場合、上面１２Ａの直径ｄは約１０μｍ以上（間隙ａは約１５以上）となる。したがって、本実施形態において、上述したｄｐｉに関する条件は、本段落で示すような、島状部１２の上面１２Ａの直径ｄに関する条件に置き換えることができる。
【００４０】
図１及び図２に示す発色材１０は、鉛筆硬度試験による硬さが４Ｈ〜５Ｈ以上であることが好ましく、さらには６Ｈ以上、特には９Ｈ以上であることが好ましい。これによって、発色材１０は十分に高い硬度を有することになる。本実施形態のように、金属膜１３の上面１３Ａが島状部１２の上面１２Ａよりも上方に位置する場合は、上記要件を必然的に満足するが、金属膜１３の上面１３Ａと島状部１２の上面１２Ａとの高さが同じで段差（ギャップ）ｈが形成されないような場合においては、島状部１２の大きさを適宜に制御する必要がある。すなわち、島状部１２の大きさを小さくして、金属膜１３による外的負荷に対する保護材としての機能を高める必要がある。
【００４１】
なお、鉛筆硬度試験は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４ 引っかき硬度（鉛筆法）に準じ、所定の硬さの鉛筆（例えば６Ｂ〜９Ｈ）を０．５〜１ｍｍ／秒の速度で、発色材１０上を７ｍｍ以上トレースし、発色材１０に対して傷が生じない最も硬度の高い鉛筆の、当該硬度をもって発色材１０の硬度を規定して評価するものである。
【００４２】
また、図１及び図２に示す発色材１０は、可視光域での反射率が５％以上であることが好ましく、さらには１０％以上であることが好ましい。この場合、発色材１０は十分な光沢性を有することになる。なお、金属下地膜１１として主面１１Ａが平滑なものを用い、島状部１２の厚さを数μｍ〜数十μｍの範囲に設定することによって、上記要件は必然的に満足される場合が多い。
【００４３】
一方、島状部１２を青色の着色材から構成したような場合、上記可視光域における低波長側での反射率が減少する傾向がある。この場合は、金属下地膜１１を例えばＣｒあるいはＣｒ合金から構成することが好ましい。Ｃｒは、可視光域、低波長側での反射率が比較的高いので、ＣｒあるいはＣｒ合金から金属下地膜１１を構成することによって、島状部１２を青色の着色材から構成したような場合における、可視光域、低波長側での反射率の低下を補うことができる。
【００４４】
本実施形態における発色材１０は、上述のように、硬度及び光沢性が高く、耐候性に優れるとともに、所望の色を発色することができるので、これらの特性が要求される、自動車外装用の塗装材、携帯電話用の塗装材、眼鏡フレーム用の塗装材として好適に用いることができる。
【００４５】
図３は、上記実施形態の変形例を示す図である。図３は、上記実施形態の図１に相当し、発色材１０の上平面図である。図３に示す実施形態においては、島状部１２がハニカム断面を有するような円柱状に形成されている点で、図１及び図２に示す発色材１０と相違する。
【００４６】
島状部１２を、図３に示すように、ハニカム断面を有するような円柱状に形成することによって、島状部１２を発色材１０中に最密充填の形態で形成することができるようになる。したがって、十分に高い硬度を維持しながら、島状部１２を構成する着色材の色に基づいた、より十分に高い発色性を奏することができる。
【００４７】
（発色材の形成方法）
次に、上述した発色材１０の形成方法の一例について説明する。図４〜図７は、本実施形態における発色材１０の形成方法の工程図である。なお、図４〜図７においては、形成方法の特徴を明確にすべく、各工程図は、断面図で表している。
【００４８】
最初に、図４に示すように、所定の基材１６上に金属下地膜１１を一様に形成する。金属下地膜１１は、めっき法などの湿式法、スパッタリング法及び蒸着法などの乾式法のいずれの方法を用いてもよい。但し、後者の乾式法の場合は、真空装置などが必要になって、装置が複雑かつ高価になるとともに、基材１６の種類や大きさを制限することになる。したがって、めっき法などの湿式法を用いて形成することが好ましい。
【００４９】
めっき法を用いて金属下地膜１１を形成する場合、例えばめっき浴を数十度に保持するとともに、数分から数十分間、数アンペア／ｄｍ２の電流を流すことによって、所望の厚さ、例えば１μｍ〜３０μｍの厚さの金属下地膜１１を形成することができる。
【００５０】
また、金属下地膜１１中には、その光沢性を向上させるために、サッカリンなどの光沢剤を含有させることができる。光沢剤は、例えばめっき浴中のめっき液中に含有させることができる。
【００５１】
なお、基材１６は、例えば発色材１０を自動車外装用の塗装材として使用する場合は、自動車のボディ外壁であって、携帯電話用の塗装材として使用する場合は、携帯電話のケース部材である。また、眼鏡フレーム用の塗装材として使用する場合は、眼鏡フレームである。
【００５２】
次いで、図５に示すように、金属下地膜１１の主面１１Ａ上に着色材１２１をスピンコート法、スプレー法、インクジェット法、フレキソ印刷、スクリーン印刷などによって一様に形成する。着色材１２１は、発色材１０において所望の発色が得られるように適宜に選択する。また、着色材１２１の厚さは数μｍ〜数十μｍとすることができる。また、着色材１２１を塗布する際の溶剤は、水系、アルコール系、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、炭化水素系等の各種溶剤を用いることができるが、コーティング性を考慮して高沸点系溶剤を適宜加えることができる。
【００５３】
次いで、図６に示すように、着色材としてフォトレジストを用いた場合には、着色材１２１に対してフォトリソグラフィを施してパターニングし、複数の島状部１２を形成する。塗料やインキを着色材とする場合はフォトリソグラフィーの代わりに、インクジェット法やスクリーン印刷など各種印刷法により図６の島状部パターンを形成する。着色材の形成に用いた溶媒は、必要に応じ室温乾燥や加熱乾燥を行い除去する。
【００５４】
次いで、図７に示すように、金属下地膜１１の主面１１Ａ上において、複数の島状部１２の間の空隙を埋めるとともに、上面１３Ａが、複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さに位置するようにして金属膜１３を形成する。なお、図７においては、図２の場合と同様に、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの上方に位置するようにしているが、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さに位置すればよい。
【００５５】
金属膜１３は、金属下地膜１１と同様に、めっき法などの湿式法、スパッタリング法及び蒸着法などの乾式法のいずれの方法を用いてもよい。但し、上述したように、後者の乾式法の場合は、真空装置などが必要になって、装置が複雑かつ高価になるとともに、基材１６の種類や大きさを制限することになる。したがって、めっき法などの湿式法を用いて形成することが好ましい。
【００５６】
めっき法によって金属膜１３を形成する場合は、金属下地膜１１をめっき導電膜として用いて電解めっきを行うことにより、絶縁性の島状部１２の周囲の間隙を埋めるようにして、自ずから金属膜１３が形成されるようになる。
【００５７】
めっき法を用いて金属膜１３を形成する場合、例えばめっき浴を数十度に保持するとともに、数分から数十分間、数アンペア／ｄｍ２の電流を流すことによって、所望の厚さ、すなわち、金属膜１３の上面１３Ａが複数の島状部１２の上面１２Ａの位置以上の高さとなるようにして形成することができる。
【００５８】
なお、図６におけるフォトリソグラフィにおいては、好ましくは、島状部１２の数が８０ｄｐｉ（dot per inch）以上、２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下となるようにする。島状部１２の数をこのような値に設定する理由は、上述したとおりである。
【００５９】
また、図５に示す着色材１２１の形成、及び図６に示すフォトリソグラフィの実施に代えて、インクジェット法を用い、直接着色材から図６に示すような複数の島状部１２を形成することもできる。また、凸版印刷、凹版印刷、平板印刷、孔板印刷、スクリーン印刷などの汎用の印刷法を用いることもできる。これらの場合、フォトリソグラフィを行うことなく複数の島状部１２を形成することができるので、フォトリソグラフィのためのマスク形成を行う必要がないとともに、複雑な露光現像装置を用いることがない。したがって、複数の島状部１２を簡易かる低コストに形成することができる。
【００６０】
さらに、図６に示す複数の島状部１２を形成した後であって、図７に示す金属膜１３を形成する以前に、金属下地膜１１に対して陽極酸化処理を施すことができる。これによって、金属下地膜１１の表面に形成された酸化膜の除去や、レジスト残渣の除去を行うことができ、後に形成する金属膜１３と金属下地膜１１との密着性を向上させることができる。
【００６１】
なお、陽極酸化処理は、金属下地膜１１や金属膜１３をめっき法で形成する場合と同様にして行うことができるが、めっきを行う場合に比較して極性を逆転させる（めっき材と被めっき材との極性）必要がある。例えば、めっき法では、被めっき材をカソード、めっき材をアノードとして処理を行うが、陽極酸化処理では、被めっき材をアノード、めっき材をカソードとして処理を行う。
【実施例】
【００６２】
（実施例１）
NiSO4・6H2O 20g、NiCl2・6H2O 2.25g、H3BO3 1.5g、サッカリン(C7H5NO3S) 75 mg、SDS(NaC12H25SO4) 7.5 mgの水溶液50 mlを調製し、このめっき液にニッケル板を対極、4.0 cm2の銅板を陰極として50 ℃、5 A / dm2で定電流電解を30分間行い、銅板上にNiめっき膜（金属下地膜）を厚さ25μｍに形成した。
【００６３】
次いで、青色フォトレジスト(PD500BS1,日立化成)を塗布し、300rpで5秒、700 rpmで5秒スピンコーティングを行い、これを乾燥させた。次いで、図８に示すフォトマスク(開口部径d = 200μm、ギャップg = 50μm)を通して150 mJ / cm2の強度の光でパターン状に露光し、0.4 wt% Na2CO3水溶液20 mlに5分間浸漬させることで、100dpiのパターン状の色素薄膜（島状部）を得た。次いで、上記のめっき浴中で、5 A / dm2で１分間、陽極酸化処理を実施した後、極性を変えて定電流電解を5分間行い、Ni皮膜を形成して、目的とする発色材を得た。
【００６４】
得られた皮膜（金属膜）の顕微鏡写真(図９)より、色素薄膜がパターン状に分布し、その周囲にニッケル皮膜があることが分かる。また、特に図示しないが、ニッケル皮膜の上面は、色素薄膜の上面よりも3μｍ上方に位置していることが判明した。さらに、作製した皮膜の外観は青色を呈し、反射スペクトルは、図１０に示すように、可視光域で約１３％以上の反射率を呈し、高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６５】
（実施例２）
青色フォトレジスト(PD500BS1,日立化成)に代えて、緑色フォトレジスト(PD500GS1,日立化成)を用いた以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、緑色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６６】
（実施例３）
青色フォトレジスト(PD500BS1,日立化成)に代えて、赤色フォトレジスト(PD500RS1,日立化成)を用いた以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、赤色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６７】
（実施例４）
NiSO4・6H2 O 9 g、CuSO4・5H2O 0.3 g、クエン酸ナトリウム二水和物4 g、サッカリン(C7H5NO3S) 10 mg、SDS (NaC12H25SO4) 75 mgの水溶液50 mlを調製し、このめっき液にニッケル板を対極、4.0 cm2の銅板を陰極として30 ℃、4 A / dm2で定電流電解を30分間行い、Ni-Cu合金めっき膜を厚さ20μｍに形成した。その後、実施例１と同様にして色素薄膜、Niめっき膜を形成して、目的とする発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６８】
（実施例５）
Ag2SO4 0.78 g、ウラシル(C4H4N2O2) 2.81 g、KOH 8.42 gの水溶液50 mLを調製し、このめっき液にAg線を対極、1.0 cm2の銅板を陰極として30 ℃、0.2 A / dm2で定電流電解を10分間行い、Agめっき膜を厚さ１μｍに形成した。その後、実施例１と同様にして色素薄膜、Niめっき膜を形成して、目的とする発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００６９】
（実施例６）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 160μm、ギャップg = 40μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７０】
（実施例７）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 120μm、ギャップg = 30μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７１】
（実施例８）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 80μm、ギャップg = 20μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７２】
（実施例９）
図８に示すフォトマスクを開口部径d = 240μm、ギャップg = 60μmとした以外は、実施例１と同様にして発色材を得た。この発色材は、青色を呈し、また高い光沢性を有することが判明した。また、JIS規格のテープテストは１０点満点、上述した鉛筆硬度試験の結果は9H以上であった。
【００７３】
上記実施例から明らかなように、本発明にしたがって得た発色材は、硬度、及び光沢性、基材への密着性が高く、着色材の色に基づいた所望の色を発色できることが分かる。また、特に示さないものの、上記発色材において外部と接触するのは色素薄膜及びめっき膜であるので、酸化膜などに比較して耐衝撃性に優れることが当然に推察される。
【００７４】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００７５】
例えば、図２に示すような段差（ギャップ）ｈを埋めるようにして、アクリル系やポリカーボネート系などのトップコートを形成することもできる。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 発色材
１１ 金属下地膜
１２ 島状部
１３ 金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑な主面を有する金属下地膜と、
前記金属下地膜の前記主面上に形成された、着色材からなる複数の島状部と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するように形成された金属膜と、
を具えることを特徴とする、発色材。
【請求項２】
前記金属膜の前記上面の位置が、前記複数の島状部の前記上面位置より１μｍ以上高いことを特徴とする、請求項１に記載の発色材。
【請求項３】
前記島状部の数が８０ｄｐｉ（dot per inch）以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発色材。
【請求項４】
前記島状部の数が２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の発色材。
【請求項５】
前記金属下地膜は、Ni、Ni合金或いはAgの少なくとも一種からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の発色材。
【請求項６】
可視光域での反射率が、５％以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の発色材。
【請求項７】
鉛筆硬度試験による硬さが、９Ｈ以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の発色材。
【請求項８】
平滑な主面を有する金属下地膜を準備する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上に、着色材からなる複数の島状部を形成する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するようにして金属膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、発色材の形成方法。
【請求項９】
前記金属膜の前記上面の位置が、前記複数の島状部の前記上面位置より１μｍ以上高くなるようにして、前記金属膜を形成することを特徴とする、請求項８に記載の発色材の形成方法。
【請求項１０】
前記金属膜は、めっき法によって形成することを特徴とする、請求項８又は９に記載の発色材の形成方法。
【請求項１１】
前記複数の島状部は、フォトレジストに対してフォトリソグラフィを施すことによって前記着色材を形成することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１２】
前記複数の島状部は、塗料やインクを用いてインクジェット法又は印刷法によって前記着色材を形成することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１３】
前記複数の島状部の数を８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１４】
前記複数の島状部の数を２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１５】
前記複数の島状部を形成した後であって、前記金属膜を形成する前において、前記金属下地膜に対して陽極酸化を施す工程を具えることを特徴とする、請求項８〜１４のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１】
平滑な主面を有する金属下地膜と、
前記金属下地膜の前記主面上に形成された、着色材からなる複数の島状部と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するように形成された金属膜と、
を具えることを特徴とする、発色材。
【請求項２】
前記金属膜の前記上面の位置が、前記複数の島状部の前記上面位置より１μｍ以上高いことを特徴とする、請求項１に記載の発色材。
【請求項３】
前記島状部の数が８０ｄｐｉ（dot per inch）以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発色材。
【請求項４】
前記島状部の数が２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の発色材。
【請求項５】
前記金属下地膜は、Ni、Ni合金或いはAgの少なくとも一種からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の発色材。
【請求項６】
可視光域での反射率が、５％以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の発色材。
【請求項７】
鉛筆硬度試験による硬さが、９Ｈ以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の発色材。
【請求項８】
平滑な主面を有する金属下地膜を準備する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上に、着色材からなる複数の島状部を形成する工程と、
前記金属下地膜の前記主面上において、前記複数の島状部の間の空隙を埋めるとともに、上面が、前記複数の島状部の上面位置以上の高さに位置するようにして金属膜を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、発色材の形成方法。
【請求項９】
前記金属膜の前記上面の位置が、前記複数の島状部の前記上面位置より１μｍ以上高くなるようにして、前記金属膜を形成することを特徴とする、請求項８に記載の発色材の形成方法。
【請求項１０】
前記金属膜は、めっき法によって形成することを特徴とする、請求項８又は９に記載の発色材の形成方法。
【請求項１１】
前記複数の島状部は、フォトレジストに対してフォトリソグラフィを施すことによって前記着色材を形成することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１２】
前記複数の島状部は、塗料やインクを用いてインクジェット法又は印刷法によって前記着色材を形成することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１３】
前記複数の島状部の数を８０ｄｐｉ（dot per inch）以上とすることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１４】
前記複数の島状部の数を２５００ｄｐｉ(dot per inch)以下とすることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【請求項１５】
前記複数の島状部を形成した後であって、前記金属膜を形成する前において、前記金属下地膜に対して陽極酸化を施す工程を具えることを特徴とする、請求項８〜１４のいずれか一に記載の発色材の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３２４０５（Ｐ２０１１−２３２４０５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１００２１１（Ｐ２０１０−１００２１１）
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００２２２１１８）東洋インキＳＣホールディングス株式会社 (2,229)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２３日（２０１０．４．２３）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００２２２１１８）東洋インキＳＣホールディングス株式会社 (2,229)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]