(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅リン酸結晶化ガラスを１０重量％以上含有する近赤外線吸収材料であって、銅リン酸結晶化ガラスが、銅をＣｕＯに換算して２６．４〜４６重量％、リン酸をＰ２Ｏ５に換算して５４〜７３．６重量％、含有する近赤外線吸収材料。
【請求項２】
銅リン酸結晶化ガラスが、アルミニウムをＡｌ２Ｏ３に換算して１〜１０重量％、含有する請求項１に記載の近赤外線吸収材料。
【請求項３】
銅リン酸結晶化ガラスが、カリウムをＫ２Ｏに換算して１〜１０重量％、含有する請求項２に記載の近赤外線吸収材料。
【請求項４】
銅リン酸結晶化ガラスにおける結晶の析出量が５重量％以上である請求項１、２、または３に記載の近赤外線吸収材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は近赤外線吸収材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物体や画像は肉眼で認識していたため、認識しやすい材料とは可視光領域での光を吸収、あるいは散乱する材料であった。しかし、最近、自動的に物体や画像を認識する技術が急速に進歩している。そして、この画像を認識、読み取るための光源としては、半導体レーザーが主流になるといわれている。この半導体レーザーとしては、７００〜１６００ｎｍの波長領域のものが実用化されているが、この波長は近赤外線の領域であり、肉眼では認識できない。可視光を良好に吸収あるいは散乱する物体や画像でも、必ずしも近赤外光を良好に吸収、散乱するとは限らない。従来の材料では物体や画像がこの近赤外領域で認識し難いという課題があった。この課題を克服する材料として、我々は先に銅含有リン酸化合物が有効であることを見出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の有する前述の課題を解消するためになされたものであり、近赤外線で認識が容易な近赤外線吸収材料を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、銅リン酸結晶化ガラスを１０重量％以上含有する近赤外線吸収材料であって、銅リン酸結晶化ガラスが、銅をＣｕＯに換算して２６．４〜４６重量％、リン酸をＰ２Ｏ５に換算して５４〜７３．６重量％、含有する近赤外線吸収材料を提供するものである。
【０００５】
本発明の近赤外線吸収材料において銅リン酸結晶化ガラスの含有量が１０重量％未満の場合は、近赤外線吸収能力が不充分である。銅リン酸結晶化ガラスの含有量は多いほど近赤外線吸収能力は大きくなり好ましい。その含有量の上限に特に制限はないが、この化合物を結合する媒体の量が相対的に少なくなり本材料の強度が低下してくるため、用途によっては、含有量の上限が制限される。
【０００６】
この結晶化ガラスの組成としては、銅をＣｕＯに換算して２６．４〜４６重量％、リン酸をＰ２Ｏ５に換算して５４〜７３．６重量％、含有する。銅がＣｕＯに換算して２６．４重量％未満の場合は近赤外線吸収能が不充分のため好ましくない。また４６重量％を超える場合は熱処理前の均質なガラスが得られないため好ましくない。リン酸がＰ２Ｏ５に換算して５４重量％未満の場合は銅を充分ガラス中に溶かし込むことが難しく、また７３．６重量％を超える場合は結晶化ガラスが吸湿性となり、近赤外線吸収能力が経時的に劣化するおそれがあるのでいずれも好ましくない。
【０００７】
この結晶化ガラスは、特に、アルミニウムを加えることによって、さらに近赤外線吸収能力が高められる。そのためのアルミニウムの含有量は、Ａｌ２  Ｏ３  に換算して１重量％以上が好ましい。一方、アルミニウムがＡｌ２  Ｏ３  に換算して１０重量％を超える場合は、熱処理前の均質なガラスが得られにくく、また熱処理後の結晶化率も小さくなるので好ましくない。
【０００８】
この結晶化ガラスには、さらにカリウムをＫ２  Ｏに換算して１〜１０重量％、含有することが好ましい。カリウムの含有量がＫ２  Ｏに換算して１重量％未満の場合は、熱処理前の均質なガラスが得られにくい場合があり好ましくない。また１０重量％を超える場合は耐久性が不充分となり好ましくない。
【０００９】
銅リン酸結晶化ガラスにおける結晶の析出量は、５重量％以上であることが好ましい。５重量％未満の場合は結晶化することによる粉末の淡色化及び近赤外線吸収能向上効果が不充分のため好ましくない。
【００１０】
結晶化ガラス粉末の色調調整剤として、Ｌｉ２  Ｏ、Ｎａ２  Ｏなどのアルカリ金属酸化物やＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどのアルカリ土類金属酸化物、ＣｅＯ２  、Ｎｄ２  Ｏ３  などの希土類酸化物、また、Ｂ２  Ｏ３  などを適宜添加してもよい。
【００１１】
この銅リン酸結晶化ガラスの製造方法としては、特に制限はないが、例えば、銅リン酸ガラスを作製した後、これを熱処理し結晶化ガラスとするなどの方法がある。すなわち銅を含む化合物とリン酸化合物を所定量調合混合した後、白金坩堝に入れ、電気炉中、７００℃〜２０００℃で溶融し、ガラス化させ、その後これを、２００℃〜８００℃で熱処理して結晶化させる方法などが用いられる。この場合、銅は銅リン酸ガラス中に１価と２価という２種のイオン状態で存在するが、近赤外線吸収には２価の銅イオンが寄与するため、ガラス作製中に酸化剤を添加したり、ガラス作製中や熱処理結晶化中に酸化性雰囲気で処理することも銅リン酸結晶化ガラスの近赤外線吸収能力を高めるのに有効である。
【００１２】
この銅リン酸結晶化ガラスを粉末とした場合の粒径にも特に制限はないが、用途に応じて適切な粒径がありうる。微細な形状やパターンを認識させたい場合には、銅リン酸結晶化ガラス粉末の粒径は細かい方がよい。一般的に平均粒径として１００μｍ以下が好ましい。銅リン酸結晶化ガラスを粉末にする方法にも制限はないが、ボールミルによる粉砕等、粉末の作製法として一般的な方法が用いられる。
【００１３】
銅リン酸結晶化ガラス粉末を分散する媒体にも特に制限はなく、この銅リン酸結晶化ガラスが適切に分散され、銅リン酸結晶化ガラスの近赤外線吸収能力が発現されるような近赤外線に比較的透明な材料が好ましい。用途によっては、銅リン酸結晶化ガラスと可視光の屈折率が一致した材料が、可視光に対して透明な材料となるので好ましい場合がある。常温で使用する場合は、この媒体として樹脂系材料が一般的に使用できる。
【００１４】
銅リン酸結晶化ガラス粉末を分散する方法にも制限はなく、樹脂系材料に分散する場合には、樹脂溶液に分散した後に溶媒を蒸発させる方法、樹脂低分子量体中に分散した後に樹脂を重合する方法、樹脂粉末を銅リン酸結晶化ガラス粉末に混合した後に加熱焼結する方法等が適宜使用できる。
【００１５】
銅リン酸結晶化ガラス粉末を分散した近赤外線吸収材料の形態にも特に制限はなく、用途に応じて適宜選択できる。この材料自体の成形体として用いることも可能であるが、認識したい物品の表面に塗布して使用することでも目的は達成できる。この場合、本発明の近赤外線吸収材料は可視光に対しほぼ無色透明であるので、基材の肉眼による外観を損なうことなく近赤外光のみを有効に吸収させることが可能となる。また、本材料を基材上にパターンを付与して塗布あるいは印刷することにより、近赤外光で有効に判読できる印刷も可能となる。
【００１６】
【実施例】
［実施例１］
８５％リン酸１００重量部を水で約２倍に希釈した溶液に酸化銅３４．５重量部を加えた。この量は、銅がＣｕＯに換算して３６重量％、リン酸がＰ２  Ｏ５  に換算して６４重量％に相当する。充分撹拌した後、１５０℃で乾燥し、１０００℃で溶解し、急冷して青緑色のガラスを得た。このガラスをボールミルで粉砕し、磁製坩堝に入れて６００℃で熱処理することによって淡緑色の粉末を得た。Ｘ線回折法でこの粉末が結晶化ガラスであることを確認した。また結晶析出量は６０重量％であった。この粉末の平均粒径は３．２μｍであった。
【００１７】
この粉末４０重量部に対し、２０重量％のエチルセルロースを溶解したα−テルピネオール溶液を６０重量部の割合で加えて混練し、３本ロールミルにより均質分散を行ない、所望の粘度に調整してペースト状のインク組成物を得た。このインクを４インチ角のアルミナ板上の約半面にスクリーン印刷し、乾燥した。乾燥後の印刷膜厚は約１５μｍであった。印刷部分は淡い緑色を呈していた。この板による半導体レーザー（波長：８１０ｎｍ）に対する反射率を測定した結果、印刷部分の反射率はアルミナ基板の反射率の約１６％であった。
【００１８】
［実施例２］
８５％リン酸１００重量部を水で約２倍に希釈した溶液に酸化銅２６重量部、炭酸ナトリウム１１重量部を加えた。この量は、銅がＣｕＯに換算して２８重量％、リン酸がＰ２  Ｏ５  に換算して６５重量％、ナトリウムがＮａ２  Ｏに換算して７重量％に相当する。充分撹拌した後、１５０℃で乾燥し、１０００℃で溶解し、急冷して青色のガラスを得た。このガラスを６００℃で熱処理し、ボールミルで粉砕して淡青色の粉末を得た。Ｘ線回折法でこの粉末は結晶化ガラスであることを確認した。結晶析出量は７０重量％であった。この粉末の平均粒径は２．８μｍであった。
【００１９】
この粉末４０重量部に対し、２０重量％のエチルセルロースを溶解したα−テルピネオール溶液を６０重量部の割合で加えて混練し、３本ロールミルにより均質分散を行ない、所望の粘度に調整してペースト状のインク組成物を得た。このインクを４インチ角のアルミナ板上の約半面にスクリーン印刷し、乾燥した。乾燥後の印刷膜厚は約２０μｍであった。印刷部分は淡い灰色を呈していた。この板による半導体レーザー（波長：８１０ｎｍ）に対する反射率を測定した結果、印刷部分の反射率はアルミナ基板の反射率の約２０％であった。
【００２０】
［実施例３］
８５％リン酸１００重量部を水で約２倍に希釈した溶液に酸化銅４７．４重量部、水酸化アルミニウム８．５重量部、炭酸カリウム６．０重量部を加えた。この量は、銅をＣｕＯに換算して２９．３重量％、アルミニウムをＡｌ２  Ｏ３  に換算して５．５重量％、カリウムをＫ２  Ｏに換算して４．１重量％、リン酸をＰ２  Ｏ５  に換算して６１．１重量％に相当する。充分撹拌した後、１５０℃で乾燥し、１２００℃で溶解し、急冷して濃緑色のガラスを得た。このガラスをボールミルで粉砕し、磁製坩堝に入れて７００℃で熱処理することによって淡緑色の粉末を得た。Ｘ線回折法でこの粉末が結晶化ガラスであることを確認した。また結晶析出量は７０重量％であった。この粉末の平均粒径は３．２μｍであった。
【００２１】
この粉末４０重量部に対し、２０重量％のエチルセルロースを溶解したα−テルピネオール溶液を６０重量部の割合で加えて混練し、３本ロールミルにより均質分散を行ない、所望の粘度に調整してペースト状のインク組成物を得た。このインクを４インチ角のアルミナ板上の約半面にスクリーン印刷し、乾燥した。乾燥後の印刷膜厚は約２０μｍであった。印刷部分は、ごく淡い緑色を呈していた。この板による半導体レーザー（波長：８１０ｎｍ）に対する反射率を測定した結果、印刷部分の反射率はアルミナ基板の反射率の約１１％であった。
【００２２】
［実施例４］
８５％リン酸１００重量部を水で約２倍に希釈した溶液に酸化銅３８．３重量部、水酸化アルミニウム７．５重量部を加えた。この量は、銅をＣｕＯに換算して２６．４重量％、アルミニウムをＡｌ２  Ｏ３  に換算して５．４重量％、リン酸をＰ２  Ｏ５  に換算して６８．１重量％に相当する。充分撹拌した後、１５０℃で乾燥し、１２００℃で溶解し、急冷して濃緑色のガラスを得た。このガラスをボールミルで粉砕し、磁製坩堝に入れて７００℃で熱処理することによって淡緑色の粉末を得た。Ｘ線回折法でこの粉末が結晶化ガラスであることを確認した。また結晶析出量は６５重量％であった。この粉末の平均粒径は３．２μｍであった。
【００２３】
この粉末４０重量部に対し、２０重量％のエチルセルロースを溶解したα−テルピネオール溶液を６０重量部の割合で加えて混練し、３本ロールミルにより均質分散を行ない、所望の粘度に調整してペースト状のインク組成物を得た。このインクを４インチ角のアルミナ板上の約半面にスクリーン印刷し、乾燥した。乾燥後の印刷膜厚は約２６μｍであった。印刷部分は、ごく淡い緑色を呈していた。この板による半導体レーザーに対する反射率を測定した結果、印刷部分の反射率はアルミナ基板の反射率の約１４％であった。
【００２４】
［比較例１］
８５％リン酸１００重量部を水で約２倍に希釈した溶液に酸化銅３４．５重量部を加えた。充分撹拌した後、１５０℃で乾燥し、１０００℃で溶解し、急冷して青緑色のガラスを得た。このガラス（結晶化していない）をボールミルで粉砕し青緑色の粉末を得た。この粉末の平均粒径は３．２μｍであった。
【００２５】
この粉末３重量部に対し、４０重量％のエチルセルロースを溶解したα−テルピネオール溶液を１００重量部の割合で加えて混練し、３本ロールミルにより均質分散を行ない、所望の粘度に調整してペースト状のインク組成物を得た。このインクを４インチ角のアルミナ板上の約半面にスクリーン印刷し、乾燥した。乾燥後の印刷膜厚は約１５μｍであった。印刷部分は青緑色を呈していた。この板による半導体レーザーに対する反射率を測定した結果、印刷部分の反射率はアルミナ基板の反射率の約３０％であった。
【００２６】
［比較例２］
８５％リン酸１００重量部を水で約２倍に希釈した溶液に酸化銅２６重量部、炭酸ナトリウム１１重量部を加えた。充分撹拌した後、１５０℃で乾燥し、１０００℃で溶解し、急冷して青色のガラスを得た。このガラス（結晶化していない）をボールミルで粉砕して青色の粉末を得た。この粉末の平均粒径は２．８μｍであった。
【００２７】
この粉末４０重量部に対し、２０重量％のエチルセルロースを溶解したα−テルピネオール溶液を６０重量部の割合で加えて混練し、３本ロールミルにより均質分散を行ない、所望の粘度に調整してペースト状のインク組成物を得た。このインクを４インチ角のアルミナ板上の約半面にスクリーン印刷し、乾燥した。乾燥後の印刷膜厚は約２０μｍであった。印刷部分は淡い灰色を呈していた。この板による半導体レーザー（波長：８１０ｎｍ）に対する反射率を測定した結果、印刷部分の反射率はアルミナ基板の反射率の約３５％であった。
【００２８】
［比較例３］
８５％リン酸１００重量部を水で約２倍に希釈した溶液に酸化銅４７．４重量部、水酸化アルミニウム８．５重量部、炭酸カリウム６．０重量部を加えた。この量は、銅をＣｕＯに換算して２９．３重量％、アルミニウムをＡｌ２  Ｏ３  に換算して５．５重量％、カリウムをＫ２  Ｏに換算して４．１重量％、リン酸をＰ２  Ｏ５  に換算して６１．１重量％に相当する。充分撹拌した後、１５０℃で乾燥し、１２００℃で溶解し、急冷して濃緑色の非結晶ガラスを得た。このガラスをボールミルで粉砕した。この粉末の平均粒径は４．２μｍであった。
【００２９】
この粉末４０重量部に対し、２０重量％のエチルセルロースを溶解したα−テルピネオール溶液を６０重量部の割合で加えて混練し、３本ロールミルにより均質分散を行ない、所望の粘度に調整してペースト状のインク組成物を得た。このインクを４インチ角のアルミナ板上の約半面にスクリーン印刷し、乾燥した。乾燥後の印刷膜厚は約２０μｍであった。印刷部分は、暗緑色を呈していた。この板による半導体レーザーに対する反射率を測定した結果、印刷部分の反射率はアルミナ基板の反射率の約２５％であった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の近赤外線吸収材料は近赤外外域での半導体レーザーを良好に吸収するため、この光源を用いたシステムにより物体、画像として良好に認識できる。