(57)【要約】【課題】  球状体を単層で高密度に配列させた球状体単層配列シートとその製造方法とを提供するとともに、透明球状体が高密度に充填された再帰反射シートを提供する。【解決手段】  本発明の球状体単層配列シートは、支持体１上に多数の球状体２が単層固着されたシートであって、球状体２の平面充填率が８３％以上である。本発明の製造方法は、支持体１上のタック性の無い状態の固着層３の上に多数の球状体２を少なくとも２層以上に積層して、固着層３の上の多数の球状体２を平面充填率８３％以上の高密度に配列させ、次に、積層された球状体２の支持体１および固着層３の上での移動を実質的に抑制した状態で、最下層の球状体２を固着層３に部分的に埋設させて固着させ、固着層３に埋設していない不要な球状体２を除去する。本発明の再帰反射シートは、透明球状体の平面充填率が８３％以上である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に多数の球状体が単層固着されたシートであって、球状体の平面充填率が８３％以上であることを特徴とする球状体単層配列シート。
【請求項２】
支持体上のタック性の無い状態の固着層の上に多数の球状体を少なくとも２層以上に積層して、前記固着層の上の多数の球状体を平面充填率８３％以上の高密度に配列させ、積層された球状体の前記支持体および固着層の上での移動を実質的に抑制した状態で最下層の球状体を固着層に部分的に埋設させて固着させ、固着層に埋設していない不要な球状体を除去することを特徴とする球状体単層配列シートの製造方法。
【請求項３】
透明球状体の平面充填率が８３％以上であることを特徴とする再帰反射シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は球状体単層配列シート、その製造方法、再帰反射シートに関し、特に、支持体に球状体が単層で高密度に固着された球状体単層配列シート、その製造方法、再帰反射シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
支持体に球状体が単層に配列されたシートとしては、道路標識や衣類などに使用されている再帰反射シートや、ディスプレイなどに使用される光拡散シートなど、多様な用途がある。
【０００３】
これらのような球状体が単層に配列したシートでは、一般的には球状体を高充填することで性能が向上するため、従来より、球状体の高充填方法については多くの提案がなされてきている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、対象物（基板）の粘着材上に微小体（球状体）を供給する手段と、微小体をほぼ所定の高さに整列させる整列手段と、整列された微小体を押圧して、対象物における微小体の高さを所定の高さにする配列手段とを備えた配列装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、球状ビーズの最大粒子径よりも微少量だけ大きいピッチで多数の突起を形成した電極を用いて、熱可塑性樹脂層に局所的に電荷を注入し、球状ビーズを静電吸着で仮固定し、加熱により球状ビーズを熱可塑性樹脂層に埋設させる配列方法が記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、表面に接着層が設けられた支持体を走行速度Ｖ[ｍ／ｍｉｎ]で連続走行させ、この走行中の支持体に平均粒径Ｄ[μｍ]の微小ビーズを散布する際に、支持体の単位幅当たりの微小ビーズ散布かさ体積量Ａ[ｃｃ／ｍｉｎ／ｃｍ]を（２×Ｄ×Ｖ）＜ Ａ ＜（２０×Ｄ×Ｖ）の範囲内とすることで、高密度に単層配列する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平９−１５６９６０号公報
【特許文献２】特開２０００−２４８０８９号公報
【特許文献３】特開２００２−２１４７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したいずれの方法においても、球状体をいくらかは高密度に充填することができても、六方最密充填の如く高密度でかつ規則正しく球状体を配列させることは困難であった。
【０００８】
例えば特許文献１のものでは、粘着材上に微小体を供給するため、供給直後に微小体が粘着材上にランダムに付着してしまい、微小体は粘着材上で十分な流動性を得られず、結果として微小体を高密度に規則正しく配列させることは困難であった。
【０００９】
また、特許文献２のものでは、球状ビーズの最大粒子径よりも微少量だけ大きいピッチの多数の突起を有する電極を用いているが、球状ビーズには粒度のバラツキが存在するため、最大粒子径を基準に最大粒子径よりも微少量だけ大きいピッチで作製した電極では高密度化は困難であり、また大きなシートを作製する場合には電極も大面積のものが必要で、電極の作製に要する手間とコストが大きな問題となっていた。
【００１０】
さらに、特許文献３のものでは、支持体の表面に設けられた接着層がタック性を有するため、その接着層表面での微小ビーズの流動性が良好でない上に、複雑な製造条件を設定する必要があって、微小ビーズを高密度でかつ規則正しく配列させることは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するものであり、球状体を単層で高密度に配列させた球状体単層配列シートとその製造方法とを提供することを目的とする。また、本発明は、透明球状体が高密度に充填された再帰反射シート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】
【００１２】
本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、球状体を単層で高密度に配列させた球状体単層配列シートを見出し、この球状体単層配列シートの製造方法を確立し、これらの技術を再帰反射シートに応用することに成功した。
【００１３】
すなわち本発明の球状体単層配列シートは、支持体上に多数の球状体が単層固着されたシートであって、球状体の平面充填率が８３％以上であることを特徴とする。
また本発明の球状体単層配列シートの製造方法は、支持体上のタック性の無い状態の固着層の上に多数の球状体を少なくとも２層以上に積層して、前記固着層の上の多数の球状体を平面充填率８３％以上の高密度に配列させ、積層された球状体の前記支持体および固着層の上での移動を実質的に抑制した状態で最下層の球状体を固着層に部分的に埋設させて固着させ、固着層に埋設していない不要な球状体を除去することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の再帰反射シートは、透明球状体の平面充填率が８３％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、支持体の上に多数の球状体が高密度で配置された規則性の高い最密充填構造を取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の球状体単層配列シートの断面図を図１に示し、その正面図を図２に示す。本発明の球状体単層配列シートは、図１に示すように、平面状の支持体１と、多数の微小な球状体２と、球状体２を支持体１に固着する固着層３とを含む。
【００１７】
球状体２は、その直径を１００％として、固着層３に２０〜８０％埋設していることが好ましい。２０％未満の埋設であれば、球状体２が固着層３より脱離しやすくなる。反対に８０％を超える埋設の場合は、均一に埋設することが困難であり、また球状体単層配列シートの性能を低下させる場合がある。このため、球状体２が固着体３に３０〜７０％埋設していることがより好ましい。
【００１８】
本発明の球状単層配列シートは、図２に示すように支持体１上に球状体２が高密度に充填しているものであるが、平面充填率が８３％以上であることが必要である。平面充填率が８３％未満であれば、球状体２の配列が乱れ、十分な性能を発揮することができない。平面充填率が８３％以上であれば、図２に示すように規則性の高い最密充填構造を取ることができる。平面充填率が８５％以上であればさらに好ましく、より規則性の高い最密充填構造が得られる。このような高充填率は、球状体２の直径ができるだけ揃っているようにすることによって、達成することができる。すべての球状体２の直径が等しい場合の、最密充填の平面充填率の理論値は、９０．７％である。
【００１９】
本発明にいう平面充填率とは、図２の正面図における球状体２の占有面積率のことをいう。この平面充填率は、光学顕微鏡、レーザー顕微鏡、電子顕微鏡などを用いて撮影した画像を画像処理することで求めることができるし、あるいは、固着した球状体の重量と球状体の粒度とから求めることもできる。例えば、走査型電子顕微鏡にて球状体単層配列シートの図２に相当する正面写真を撮影し、１００個以上の粒子の粒径を写真上で測定し、この粒径から求めた粒子占有面積の総和をシート全面積で割り算することで、平面充填率が得られる。
【００２０】
支持体１としては、ガラス、プラスチック、紙、セラミックスなどのシート状物や、プラスチックフィルムや、織布や、不織布などが挙げられる。これらを積層したものや、表面にコーティング層を有するものでもかまわない。
【００２１】
球状体２は、ガラスビーズ、セラミックスビーズ、金属ビーズ、樹脂ビーズ、合金ビーズ、半導体ビーズ、有機無機ハイブリッドビーズなど、球状のものであれば良く、中空球状でも構わない。
【００２２】
球状体の種類や粒子径は、それぞれ用途によって適切なものを選択することが可能である。例えば、再帰反射シートや光拡散シートなどの光学シートでは、透明性の高いガラスビーズや樹脂ビーズなどの球状体の使用が好適であり、これらの場合には、透明球状体の屈折率の選択が重要となる。特に、露出レンズ型再帰反射シートでは、正面方向への再帰反射特性に優れた屈折率１．８９〜１．９７のガラスビーズの使用が好ましく、レンズ封入型再帰反射シートでは屈折率２．１０〜２．３０のガラスビーズの使用が好ましい。
【００２３】
また球状体２は、カップリング剤、樹脂、金属、セラミックスなどにより表面処理が施されたもの、あるいは表面層が形成されたものでも良い。表面処理は、球状体２と固着層３との親和性を改善したり、球状体２の表面での光学反射特性を制御したり、その表面反応性を制御したり、その流動性を制御したりするなどの目的で行うことができる。
【００２４】
本発明の球状体単層配列シートでは、球状体は支持体に単層固着されているが、固着層は支持体表面に形成されていても良いし、支持体そのものでも構わない。固着層としては球状体を固定できるものであれば良く、熱可塑性樹脂や接着剤、粘着剤などが挙げられ、加熱によって球状体を容易に固定することができる熱可塑性樹脂やホットメルト接着剤が好ましく用いられる。
【００２５】
球状体２の粒径は０．２μｍ〜３ｍｍが好ましく、さらに好ましくは１μｍ〜５００μｍである。球状体２の平均粒径が０．２μｍ未満であると、粒子間あるいは粒子と固着層３との間での静電気的な付着作用が大きくなるため、球状体２を高密度に単層配列させることが困難となる。反対に、球状体の平均粒径が３ｍｍを超えると、用途上制約を受ける。ここでいう粒径とは個数平均粒径である。
【００２６】
球状体２に上述のような規則性の高い最密充填構造を取らせるためには、球状体２の粒度分布は、できるだけシャープな方が好ましく、粒径の相対標準偏差が２０％以下であることが好ましい。さらに好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。球状体２の粒径の相対標準偏差が２０％を超える場合には、球状体２を高密度かつ単層で配列させることが極めて困難となる。
【００２７】
球状体２の真球度は、できるだけ高い方が好ましい。楕円や角のあるものが多く混入すると、充填密度を低下させる可能性があり、また再帰反射シートなどとして使う場合の性能低下にもつながる。ここでいう真球度とは、一つの球状体２の最大径と最小径との差を、その球状体２の平均粒径で徐した値であり、完全な真球の場合、真球度は０である。また球状体２の真球度の平均値を平均真球度とした場合に、本発明においては、この平均真球度は０．１以下が好ましく、０．０５以下がさらに好ましい。
【００２８】
以下、本発明の球状体単層配列シートの製造方法を説明する。
まず、球状体２を２層以上に積層する工程では、タック性の無い固着層３を形成した水平方向の支持体１における固着層３側の上に多数の球状体２を散布し、２層以上に積層することが必要であり、５層以上に積層することが好ましい。球状体２が２層に満たない部分が存在した場合は、球状体２の充填に斑が生じる可能性が高くなる。
【００２９】
このように球状体２を基材としての支持体１の上に配列させる工程では、高密度な配列となるように、支持体１に振動を与えることが好ましい。支持体１に振動を与えることで、上述した特許文献３に記載されているように、上にある球状体２が下にある球状体２を押し流しながら、上の球状体２が下の球状体２の隙間を埋め、固着層３に接する球状体２が高密度に充填される。なお球状体２の流動性が優れている場合には、球状体２の自重で自然に高密度な充填構造を形成可能であり、この場合には支持体１に振動を与えなくても構わない。
【００３０】
また、球状体２を基材としての支持体１上に高密度に配列させる工程では、図３に示すように球状体２の積層体を枠４などで囲ったり、球状体２の自重や外力を用いたりすることで、球状体２の流動による逃げ場を実質的に失わせて、球状体２どうしの隙間をより小さくすることができる。これによって、固着層３に接する球状体２はより高密度に充填されることになる。すなわち、理想的な最密充填構造を形成することができる。枠４などで囲う場合には、球状体２を散布して積層する前に予め枠４を設置して、この枠４の中に球状体２を散布することで積層しても良い。
【００３１】
固着層３における球状体２との接触面は、球状体２を散布して充填するときには、タック性が無いことが必要である。球状体２の散布・充填時に固着層３にタック性がある場合には、球状体２を散布して２層以上に積層しようとする工程や、球状体２を高密度に配列しようとする工程において、球状体２が固着層３に付着して、固着層３の表面での球状体２の流動性を妨げてしまい、固着層３の表面に球状体２を高密度に配列させることが困難となる。
【００３２】
このようなタック性の無い固着層３としては、熱可塑性樹脂やホットメルト接着剤を使用することができる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、アクリル、ポリスチレン、ポリ乳酸、エチレンビニルアルコールなどが挙げられる。なかでも、後の工程でビーズを埋設する際に比較的低温の加熱で軟化できて、球状体２を容易に埋設可能な、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンビニルアルコールなどが好ましい。ホットメルト接着剤としては、オレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、エチレンビニルアルコール系、エラストマーなどが挙げられる。なかでも、取り扱いが容易かつ比較的低温で軟化できて、球状体２を容易に埋設することが可能な、オレフィン系、ポリエステル系、エチレビニルアルコール系のものが好ましい。
【００３３】
球状体２を支持体１の上に固着する工程では、球状体２を高密度に配列した状態を保持したまま、加熱によって固着層３を軟化させ、球状体２の自重によって、あるいは球状体２を固着層方向へ押圧することによって、固着層３の中へ各球状体２の下部を部分的に埋設させる。加熱方法としては、熱風加熱、赤外線加熱、遠赤外線加熱、マイクロ波加熱、恒温槽中での加熱、面状ヒータ加熱などの方法が挙げられる。なかでも、球状体２の飛散が少なく、短時間で効率的に加熱が可能である、赤外線加熱、遠赤外線加熱、マイクロ波加熱、恒温槽中での加熱、面状ヒータ加熱が好ましい。加熱温度は、固着層３の軟化温度以上であれば良い。球状体２を固着層３の方向へ押圧するための装置としては、ローラプレスや平板プレスなどが挙げられる。このうち、球状体２を支持体１の全面にわたって均一に同時加圧できる平板プレスが好ましい。平板プレスのプレス面には、球状体２の表面の凸凹やうねりに対応するために、柔軟性のあるゴムやエラストマーのシートが取り付けられていることが好ましい。固着層３への球状体２の埋設率は、加熱方法、加熱温度、加熱時間、押圧方法、押圧力、押圧時間によって制御することができる。
【００３４】
不要な球状体２を除去する工程では、支持体１に高密度に固着した球状体２以外の固着していない球状体２を、ブラシで擦ったり、エアーで吹き飛ばしたり、水などの液体で洗浄することで、不要な球状体２を除去することができる。
【００３５】
以上のようにして、本発明の球状体単層配列シートを製造することができる。
また、このようにして得られた球状単層配列シートは、例えば特開昭５７−１８９８３９号公報に記載の再帰反射シートの製造方法と同様にして、同シートにおける球状体２の露出面にアルミ蒸着を行い、この球状体２を、固着層３及び支持体１から剥離させて、粘着層を有する基材や接着層を有する基材に転写することで、図４に示すような、透明球状体２の平面充填率が８３%以上の再帰反射シートを得ることができる。再帰反射シートなどの光学用途においては、ビーズすなわち球状体の占有面積が、再帰反射輝度などの性能値とほぼ比例するため、このように充填率を高めたものが有利となる。
【００３６】
図４において、５は球状体２の表面に形成されたアルミ蒸着層、６は支持体１とは別の支持体、７は粘着層または接着層である。
[実施例]
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるが、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
(実施例１)
支持体および固着層として、ポリエチレンテレフタレート７５μｍ厚／ポリエチレン４０μｍ厚のラミネートフィルムを、５０ｃｍ×３５ｃｍの長方形に切り出して使用した。ポリエチレンテレフタレート層が支持体であるとともにポリエチレン層が固着層であり、ポリエチレン層を上面として、アルミ製ホットプレート上で、周囲を１ｃｍ角のアルミ棒で固定した。
【００３７】
次に、ポリエチレン層の上に個数平均粒径５０．５μｍ、相対標準偏差３．３％、平均真球度０．０２、屈折率１．９３の高精度ガラスビーズ（ユニオン社製  ＭＢ−５０）を２．０ｋｇ散布した。このとき、ガラスビーズは１０層以上積層されていた。続いて、このようにガラスビーズを積層させたアルミ製ホットプレートを加振機上に設置し、周波数６０Ｈｚ、振幅５０μｍで１分間振動処理を行った。次いで４８ｃｍ×３３ｃｍ×１ｍｍ厚のアルミ板の片面に１ｍｍ厚のゴム板（ショアＡ硬度４０度）を接着した平面板を、ゴム板がガラスビーズと接触するようにガラスビーズ上に乗せ、アルミ製ホットプレートを１３０℃に設定し、電源を入れて加熱を２５分間行い、ガラスビーズをポリエチレン層に埋設して固着した。
【００３８】
その後、ゴム板付きアルミ板とアルミ棒を取り除き、固着されていないガラスビーズをナイロンブラシでよく掃き出すと、ガラスビーズ単層配列シートが得られた。
得られたガラスビーズ単層配列シートの表面を写真撮影した画像の例を図５に示す。ガラスビーズが２層に付着している箇所や抜けている箇所は無く、規則正しい最密充填構造であることがわかる。写真からガラスビーズの平面充填率を求めたところ８８．３％であった。シートを剃刀で切断し、断面観察を行ったところガラスビーズのポリエチレン層への埋設率は約５０％であり、ほぼ均一な埋設率であった。
(実施例２)
実施例１で得られたガラスビーズ単層配列シートのガラスビーズ露出面にアルミ蒸着を行い、厚さ８０ｎｍのアルミ蒸着層を形成した。このアルミ蒸着層が形成されたガラスビーズの面を、アクリル粘着層５０μｍ厚／ポリエチレンテレフタレート７５μｍ厚の積層体におけるアクリル粘着層側とよく貼り合わせた。その後、ポリエチレンテレフタレート７５μｍ／ポリエチレン４０μｍフィルムをビーズから剥離して、レンズ露出型再帰反射シートを得た。その正面輝度は、７６２ｃｄ／ｌｕｘ／ｍ２であった。
(比較例１)
実施例１で使用したガラスビーズを用いて、上述の特開昭５７−１８９８３９号公報に記載の従来の製造方法と同様の、粘着性を有する層の表面にガラスビーズを散布する方法で、レンズ露出型再帰反射シートを作製した。同シートの表面を写真撮影した画像の例を図６に示す。ガラスビーズの平面充填率は７５．１％であった。正面輝度を測定したところ６７４ｃｄ／ｌｕｘ／ｍ２であった。
【００３９】
実施例２と比較例１との対比より、本発明によって得られた再帰反射シートは優れた再帰反射特性を示すことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の球状体単層配列シートの断面図である。
【図２】図１の球状体単層配列シートの正面図である。
【図３】本発明の球状体単層配列シートの製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の再帰反射シートの断面図である。
【図５】実施例１のガラスビーズ単層配列シートの表面を写真撮影した画像の例を示す図である。
【図６】比較例１の再帰反射シートの表面を写真撮影した画像の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    支持体
２    球状体
３    固着層
【図１】
2006035711.tif 000003
【図２】
2006035711.tif 000004
【図３】
2006035711.tif 000005
【図４】
2006035711.tif 000006
【図５】
2006035711.tif 000007
【図６】
2006035711.tif 000008