JP3036305B2 - 反射、干渉作用を有する発色構造体 - Google Patents
反射、干渉作用を有する発色構造体Info
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Description
よって発色する新規な発色構造体に関し、詳しくは織物
や塗装などに用いられる発色用の繊維やチップ(小片)
に関するものである。
アルミフレーク光輝材を用いた従来のメタリック塗装だ
けでなく、雲母片や加工雲母片あるいは炭素繊維チップ
などを光輝材として用い、アニソトロピックな特性を付
与し、顔料とあいまって塗装面の質感向上を表現しよう
としている。また、内装織物材などにおいても、その材
質、色調は質感向上において大変重要視されている。し
かし、前者においては、色調に対して光輝材の影響はあ
るものの、その主因子は顔料を含む塗料にあり、その塗
料が紫外線や赤外線等によって劣化退色することによっ
て色調を著しく損なってしまう。また、後者において
も、染料や顔料などの上記と同様の劣化、退色が避けら
れないのが現状である。上記のごとき問題を解決するた
め、染料や顔料などの色素を使わず、自然光の反射、干
渉作用で発色する、あるいはその作用と染料や顔料とを
組み合わせることによって、より深く鮮やかな発色をす
る構造体が鋭意研究されてきた。例えば、特公昭43−
14185号公報に記載の発明においては、屈折率の異
なる2種類以上の樹脂からなる被覆型の複合繊維を形成
することにより、真珠光沢を発する複合繊維が記載され
ている。また、「繊維機械学会誌Vol.42,No.
2,p.55、およびVol.42,No.10,p.16
0、1989年」に記載のように、偏光フィルムを分子
配向異方性フィルムでサンドイッチ構造とすることによ
って発色する材料も発表されている。また、特開昭59
−228042号、特公昭60−24847号、特公昭
63−64535号等に記載されているように、南米産
のモルフォ蝶の発色を基にして、通常の顔料や染料を使
わずに光の干渉で発色するものも提案されている。さら
に、特開昭62−170510号公報では、繊維表面に
一定幅の細隙を設けることによって干渉色を発する構造
体が記載されている。
ィルムを用いるものにおいては、細い繊維や微小なチッ
プを形成することが困難であり、また、反射する主波長
を制御することが困難である、という問題があり、実用
的でない。また、上記の特開昭59−228042号、
特公昭60−24847号、特公昭63−64535号
公報などや特開昭62−170510号公報において
は、その構造体の諸元(形状の厚さや長さ、構成材料の
屈折率など)が曖昧であり、そのままでは所望の発色構
造体を得ることが困難であった。
技術では得られなかった鮮やかな色調を呈し、しかも経
時変化のない新規な発色構造体を既に出願(特願平4−
172926号)している。しかし、上記の発色構造体
は、μm以下〜数μm程度の微細な突起(凸型翼部)の
ある形状で、その突起間に空気層が入り込む構造を有し
ており、極めて微細かつ複雑なため、製造上の精度の問
題が残されていた。すなわち、このような断面の構造体
を実際に製造するには、最終的に得たい断面構造の数百
倍程度の大きさの芯(必要な断面形状)と鞘の形状を有
するノズルをダブル紡糸用ヘッドに設置し、芯部と鞘部
とに異なる溶融高分子材料を入れて射出、冷却し、かつ
延伸させて必要な大きさに縮小し、その後、鞘部材料に
対して溶解性の高い溶媒で処理して、芯部のみを残すこ
とにより、所望の大きさの断面形状を有する構造体を得
るものである。したがって、溶剤処理等によって鞘部の
ポリマーを除去する工程が必要であり、その際、微細な
凸型翼部や芯部が犯されたり、逆に鞘部のポリマーが残
存付着する可能性が大きい。このことは、自然光の反
射、干渉効果を誘起させるのに重要な2つの因子、すな
わち構成材料の屈折率と厚さの精度を必ずしも十分確保
できないということを意味する。特に、μm以下の厚さ
の空気層(光学屈折率:n=1.0)を安定に得ること
は至難の技である。
ものであり、本発明者らの先行出願(特願平4−172
926号)をさらに改良、発展させ、製造が容易で、所
望の波長で鮮やかな色調を確実、かつ安定的に得ること
の出来る反射、干渉作用を有する発色構造体を提供する
ことを目的とする。
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項1に記載の発明にお
いては、屈折率を上げる不純物を含んでいない高分子物
質からなり、光学屈折率の異なる2種の高分子物質を積
層部のほぼ端部まで連続して交互に積層した構造を有
し、かつ、断面の上下左右の幅または径がμmオーダー
の繊維状であって、自然光の反射、干渉作用によって可
視光線領域の波長の色を発色するように構成している。
また、請求項2においては、請求項1に記載の繊維状の
発色構造体から微小なチップを形成したものである。ま
た、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の微小な
チップを発色光輝材とした透明な塗料を用いて塗布する
ことにより反射、干渉作用を有する発色塗膜を形成する
ように構成している。
造による自然光の反射、干渉作用により、従来にない鮮
やかな色調を発することが出来、かつ空気層を用いてい
ないので、製造時に鞘部を除去する必要がなくなり、製
造が容易になると共に、所望の形状、寸法を容易に実現
することが出来る。そのため所望の波長で鮮やかな色調
を確実、かつ安定的に得ることが出来、かつ容易に細い
繊維状に加工できるので、実用に適している。 また、請
求項2、請求項3に記載のように、繊維状の発色構造体
から微小なチップを形成したものにおいては、このチッ
プを車体塗装用の塗料の発色光輝材として用い、透明な
塗料を用いて車体塗装時の保護艶出し層の下部層として
塗布すれば、美麗な色を実現することが出来る。
る。図1は、本発明の発色構造体の実施例の断面図であ
る。図1において、1は第1の物質層、2は第2の物質
層である。これらの物質層は、例えば高分子樹脂の薄膜
からなり、両者の光学屈折率が異なっているものであ
る。また、図1の構造は、例えば糸の断面を示し、図1
(a)は断面形状が矩形のもの、(b)は断面形状が円
形のもの、(c)は断面形状が楕円形のものを示す。図
1に示すごとく、本実施例の構造体は、光学屈折率の異
なる2種類の物質の交互積層からなる層状構造を有する
ものである。上記の物質とは、例えば、高分子樹脂、特
に熱可塑性樹脂であり、かつ、或る程度の可視光線透過
率を有するものである。例えば、ポリエステル、ポリア
クリロニトリル、ポリスチレン、ナイロン、ポリプロピ
レン、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリ
メタクリル酸メチル、ポリエーテルエーテルケトン、ポ
リパラフェニレンテレフタルアミド、ポリフェニレンサ
ルファイド等が挙げられ、これらの高分子群の中から目
的、用途に応じて2種の樹脂が選ばれる。なお、これら
はあくまでも例示であり、これらによって本発明の構成
物質が限定されるものではない。また、前記の「層状」
とは、構造体断面の縦(y)方向に2種類の物質層があ
る程度の厚さ(da、db)で交互に規則的に積層されて
おり、しかも、横(x)方向にある程度の長さを有する
ものを言う。従って、構造体への自然光の垂直入射と
は、図1(a)に示すごとく、物質層に対して縦方向か
ら光が入射することを意味する。
1の物質層1(光学屈折率na)および第2の物質層2
(光学屈折率nb)の交互積層の仕方は2通りある。す
なわち、第1は表層から、物質層1/物質層2/物質層
1/物質層2…と積層する場合、第2は物質層2/物質
層1/物質層2/物質層1…と積層する場合である。後
述するように、本発明の構造体においては基本的には色
味の指標として彩度および明度を用いており、その観点
からすると積層数が必然的に数層になる。そのため、上
記2通りの交互積層のどちらを用いても最終的に大きな
差異は生じてこないが、好ましくは表層での反射を少な
くするため、低屈折率物質(第1の物質層1:光学屈折
率na)を表層に持ってくるのが望ましい。なお、図1
の例では、第2の物質層2を表層にした場合を例示して
いる。また、断面の横(x)方向には、その物質層が規
則的であれば、連続状(例えば図1の形状)であっても
不連続状であっても構わないが、製造上および効果の観
点からは連続状であることが好ましい。また、断面の外
形に関しては、特に制限はないが、より鮮やかな色味の
繊維(例えば、織物や編み物類)とする場合には、繊維
断面の横(x)方向へ自然光が垂直入射となりやすい偏
平断面の形状〔例えば、図1(a)、(c)〕にするこ
とが好ましい。
おいて所期の目的を達成するためには、第1の物質層1
の光学屈折率をna、その厚さをda、第2の物質層2の
光学屈折率をnb、その厚さをdbとした場合に、それら
の間に次のような関係が必要であることが判った。すな
わち、上記諸元で垂直入射とすると、反射ピーク波長λ
は λ=2(nada+nbdb) で与えられるが、その際、 1.3≦na 1.1≦nb/na≦1.4 であり、かつ、物質層の厚さda、dbのばらつき、すな
わち両物質層の厚さにおける基準値からの製造誤差の最
大値が40%以下である、ことが必要である。
ず、一方の光学屈折率を1.3≦naとしたのは、高分子
樹脂の光学屈折率は一般に1.30〜1.82、汎用的に
は1.35〜1.75のレベルであり、1.3は高分子樹
脂の光学屈折率の下限に相当するからである。なお、N
aFやMgF2等の低屈折率の結晶を微粒子化して高分
子樹脂中に含有させ、1.3以下とすることも可能では
あるが、白濁してしまったり、成型性を損ねたりして適
当ではない。現在のところ、低屈折率(1.4以下)の
高分子物質としては、4ふっ化エチレン(PTFE)や
4ふっ化エチレン・6ふっ化ポリピレン(FEP)など
のふっ素系樹脂が、また、高屈折率(1.65以上)の
高分子物質としては、ポリ塩化ビニリデン(PVD
C)、ポリふっ化ビニリデン(PVDF)、ポリエステ
ル系、ポリフェニレンサルファイド(PPS)などが挙
げられる。
は、両者の光学屈折率比nb/naを示すものである。こ
の1.1≦nb/na≦1.4なる関係の重要性について、
以下に述べる。図2〜図4は、前記のごとき構造体にお
ける反射スペクトル図であり、反射ピーク波長λ=0.
53μmとし、光学屈折率比nb/naをパラメータとし
た場合における波長λと反射率との関係を示す。なお、
図2は、第1の物質層1と第2の物質層2の層数Nが5
層の場合、図3は7層の場合、図4は10層の場合を示
す。なお、層数Nは、第1の物質層一つと第2の物質層
一つとでN=1層と数える。したがって前記図1の実施
例は全てN=10層の例に相当する。反射率がどの程度
であれば色彩的に美しいかのは、明確には定義しにくい
が、一般に50%以下では不十分とされている。まず、
図2に示すように、層数N=5の場合には、(a)のn
b/na=1.1では反射率が20%程度と極めて低い
が、(b)のnb/na=1.2になると反射率50%を
越えて明るくなる。また、図4に示すように、層数N=
10の場合には、(a)のnb/na=1.1でも反射率
が50%を越えるようになる。すなわち、光学屈折率比
nb/naを大きくするか、或いは層数Nを増すことによ
って、反射率を大きくすることが可能である。
い指標である彩度(Chroma:C)および明度(Value:
V)で表わした特性例を図5に示す。図5は、反射ピー
ク波長λ=0.53μmとした場合における光学屈折率
比nb/naと明度および彩度との関係を示しており、
(a)は層数N=5の場合、(b)は層数N=7の場
合、(c)は層数N=10の場合を示す。マンセル色票
を実際に見ると明らかなように、色相によって多少異な
るものの、彩度5以上、明度4以上で比較的鮮やかで明
るい色味を呈することがわかっている。したがって、こ
の指標に従えば、光学屈折率比nb/na=1.1〜1.4
とし、交互積層数を増すことにより、十分鮮やかな色味
を得ることが可能である。
とした場合には、次のような問題が生じる。まず第1
に、図2〜図4の特性から明らかなように、光学屈折率
比が小さい場合に高反射率を得るためには、層数Nを多
くする必要があるが、層数Nを多くするためには、製造
上、特殊な口金(例えば、公知の多層並列複合紡糸にお
いて)等を要し、実用上は10層程度までが限度にな
る。したがって実用的に必要な反射率(例えば50%)
を得るためには、光学屈折率比をあまり小さくすること
は出来ない。第2に、第1の物質層と第2の物質層との
光学屈折率が近いと、物質層同志を溶融接着した場合
に、層境界の屈折率分布が曖昧となってしまう点であ
る。そのため、両者の光学屈折率比nb/naは1.1以
上、好ましくは1.2以上であることが望ましい。ただ
し、これまでの説明から判るように、積層数をより多く
すれば光学屈折率比n b /n a が上記の値より小さくても
必要な反射率と鮮やかな色味を得ることもできる。一
方、無機物のフィラーや顔料、例えば、酸化チタン(n
=2.8)や酸化クロム(n=2.5)等の酸化物、硫化
カドミウム(n=2.4)等の硫化物を含有させること
により、高分子樹脂を高屈折率化(1.80以上)させ
ることも可能であるが、透明性を損ねたり、含有物の吸
収が生じたりする。また、製造上、成型性を損ねるとい
った問題も発生するので不適である。したがって、高分
子樹脂の光学屈折率の上限が1.82程度であるから、
前記のごとく、1.3≦naとすれば、光学屈折率比nb
/naの上限はnb/na≦1.4となる。
2の厚さの変動(ばらつき)は当然のことながら色味に
も大きな影響を及ぼす。図6は第1および第2の物質層
の厚さda、dbの変動δ(それぞれの設定基準値からの
ばらつき)と、彩度(Chroma:C)および明度(Valu
e:V)との関係を示す特性図である。この特性は、反
射ピーク波長λ=0.53μm、光学屈折率比nb/na
=1.3、層数N=5層であって、両層の光学的厚さ
(光学屈折率×幾何学的厚さ、すなわちnadaとn
bdb)が等しい場合(nada=nbdb)の特性である。
図6から明らかなように、変動度が40%までは指標で
ある彩度5以上、明度4以上を示すが、変動度が40%
を越えると彩度の値は小さくなり、実用に供せられなく
なることがわかる。
2の厚さの取りうる範囲について説明する。第1の物質
層1および第2の物質層2の厚さda、dbは、反射ピー
ク波長を与える関係式:λ=2(nada+nbdb)を満
足する範囲内で任意に設定することができる。上記の式
を変形すれば、 λ=2(nada+nbdb)=2na〔da+db(nb/n
a)〕 となる。したがって所望の反射ピーク波長λと第1の物
質層1の光学屈折率naと光学屈折率比nb/naとを決
定すれば、上記の式を満足する範囲で、第1の物質層1
および第2の物質層2の厚さda、dbを任意に設定する
ことが出来る。例えば、所望の波長をλ=0.53μm
の場合に、光学屈折率比nb/na=1.3、na=1.3
とし、一方の物質層2の厚さdbを0.02μmに設定す
れば、他方の物質層1の厚さdaは、 da=(λ/2na)−db(nb/na) =0.53/(2×1.3)−0.02×1.3 =0.178μm となる。同様に、daを先に設定すれば、その値からdb
を求めることが出来る。上記の例として、第2の物質層
2の厚さdbと彩度Cおよび明度Vとの関係の一例を図
7に示す。この特性は、反射ピーク波長λ=0.53μ
m、光学屈折率比nb/na=1.3、na=1.3、層数
N=5の場合における第2の物質層2の厚さdbと明度
および彩度との関係を示している。図7から判るよう
に、厚さdbを0.02μmから0.14μm程度まで変
えても指標である彩度Cおよび明度Vを十分満足するこ
とが判る。なお、第1の物質層1および第2の物質層2
の厚さda、dbは、上記のように所定の式を満たす範囲
で任意に設定することが出来るが、具体的には、好まし
くは 0.016μm≦da≦0.44μm 0.016μm≦db が望ましい。なお、当然のことながら、両者の光学的厚
さが等しくなるとき、すなわち、λ/4=nada=nb
db(4分の1波長時)のときに最良となる。
これによって本発明が限定されるものではない。 (実施例1) 波長λ=0.53μmで反射、干渉する鮮やかな発色構
造体を作製するため、光学屈折率比nb/na≒1.3と
なるような高分子樹脂を以下のように選定した。まず、
第1の物質層1として低屈折率(na=1.41)の高分
子樹脂であるポリふっ化ビニリデン(PVDF)を、ま
た、第2の物質層2として高屈折率(nb=1.82)の
高分子樹脂であるポリフェニレンサルファイド(PP
S)を用いた。したがって、この場合の光学屈折率比n
b/naは約1.29となる。上記両樹脂のチップを準備
し、公知の多層並列紡糸法によって層数N=7、偏平率
3.5の交互積層型偏平繊維を作製した。ただし、第1
の物質層1および第2の物質層2の厚さは、λ/4とな
るように、それぞれ0.1μm、0.08μmとし、紡糸
条件はノズル部温度:330℃、フィラメント数:1、
巻取速度:250m/minとし、紡糸後の冷却固化は
自然空冷とした。得られた交互積層型偏平繊維の反射ス
ペクトルを顕微分光光度計(モデルU−6000:日立
製作所)を用い、入射0°/受光0°にて評価した。な
お、反射率は標準白色板を基準としている。その結果
は、前記図3(c)に示すように、波長λ=0.53μ
m付近で反射率約90%に達する高反射率のスペクトル
が得られた。また、図5(c)に示すように、彩度Cお
よび明度Vの値も、それぞれ14、9程度を示し、色味
の指標値を大きく上回った。さらに、見る方向によって
色味が変わるという特徴があった。なお、上記の製造工
程では、例えば直径が10μm程度の糸が得られる。そ
してその糸を複数本撚り合わせて繊維状にし、紡績する
ことによって織物とすることが出来る。また、上記のご
とき工程で得られた糸をフリージング処理し、それを粉
砕することにより、例えば10μm立方程度の寸法のチ
ップとすることが出来る。このチップを車体塗装用の塗
料の発色光輝材として用い、透明な塗料を用いて車体塗
装時のクリア層(最上層の保護艶出し層の下部層)とし
て塗布すれば、美麗な色を実現することが出来る。
ば、従来にない鮮やかな色調を発することが出来、かつ
本発明者らの先行出願におけるような空気層を用いてい
ないので、製造時に鞘部を除去する必要がなくなり、製
造が非常に容易になると共に、所望の形状、寸法を容易
に実現することが出来る。そのため所望の波長で鮮やか
な色調を確実、かつ安定的に得ることが出来、かつ容易
に細い繊維状や微小なチップ状に加工できるので、実用
に適している、という優れた効果が得られる。
反射スペクトル特性図。
反射スペクトル特性図。
す反射スペクトル特性図。
光学屈折率比n b /n a と明度および彩度との関係を示す
特性図。
δ(それぞれの設定基準値からのばらつき)と、彩度お
よび明度との関係を示す特性図。
Vとの関係を示す特性図。
Claims (3)
- 【請求項1】屈折率を上げる不純物を含んでいない高分
子物質からなり、光学屈折率の異なる2種の高分子物質
を積層部のほぼ端部まで連続して交互に積層した構造を
有し、かつ、断面の上下左右の幅または径がμmオーダ
ーの繊維状であって、自然光の反射、干渉作用によって
可視光線領域の波長の色を発色する、ことを特徴とする
反射、干渉作用を有する発色構造体。 - 【請求項2】請求項1に記載の繊維状の発色構造体から
微小なチップを形成したことを特徴とする反射、干渉作
用を有する発色構造体。 - 【請求項3】請求項2に記載の微小なチップを発色光輝
材とした透明な塗料を用いて塗布することにより反射、
干渉作用を有する発色塗膜を形成したことを特徴とする
発色構造体。
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- 1993-07-16 JP JP5176768A patent/JP3036305B2/ja not_active Expired - Lifetime
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