(57)【要約】【課題】整列可能な回折顔料フレークおよび整列の方法と装置およびそれから形成される像を提供する。【解決手段】回折顔料フレークが選択的に整列されて像を形成する。一実施形態において、誘電体または半導体等の材料からなるフレークは、電場中での整列を容易にする形状に加工される。【選択図】図１
2007065673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子の一方の縁部から対向する縁部に及ぶ縦方向の線または隆起の所定パターンを有する回折格子を形成する材料、またはそれを中に形成した材料を含み、前記材料および回折格子パターンが、印加電場の存在下で、格子パターンの前記線または隆起に沿う方向に顔料粒子の配向を容易にする、配向可能な顔料粒子。
【請求項２】
前記材料が少なくとも半透過性である請求項１に記載の電場中で配向可能な顔料粒子。
【請求項３】
実質上粒子全体がその中またはその上に縦方向の線、隆起または溝を有する請求項１に記載の顔料粒子。
【請求項４】
前記材料が、その中に形成された回折格子を有し、前記回折格子が複数の溝を含む請求項１に記載の配向可能な顔料粒子。
【請求項５】
前記複数の溝が１００線／ｍｍ〜５０００線／ｍｍの間隔を有する請求項４に記載の顔料粒子。
【請求項６】
インク媒体中に分散されてインク配合物を提供する請求項１に記載の顔料粒子。
【請求項７】
塗料媒体中に分散されて塗料配合物を提供する請求項１に記載の顔料粒子。
【請求項８】
ポリマーシート中に分散され、前記顔料粒子の回折格子が選択的に前記シート中で配向される請求項１に記載の顔料粒子。
【請求項９】
請求項１に記載の第１の複数の配向された顔料粒子から形成される像。
【請求項１０】
第１の複数の顔料粒子とは異なる配向を有する第２の複数の回折顔料粒子をさらに含む請求項９に記載の像。
【請求項１１】
前記第１の複数の顔料粒子が第１の線形格子間隔を有する第１の複数の溝を含み、前記第２の複数の顔料フレークが第２の線形格子間隔を有する第２の複数の溝を含み、前記第１の線形格子間隔が第２の線形格子間隔と異なる請求項１０に記載の像。
【請求項１２】
回折格子がその中または上に形成された複数の顔料粒子を基板に塗布するステップ、および、
前記粒子が電場の方向に平行な格子の線または隆起に沿う方向に配向されるように、前記顔料粒子を前記基板周囲の電場に露出するステップ
を含む顔料粒子の配向方法。
【請求項１３】
前記複数の顔料粒子を塗布するおよび前記粒子を電場に露出するステップが、前記粒子をブレードでスクリーンを通して塗工するステップを含み、電場を提供するために手段が前記ブレードに結合される請求項１２に記載の顔料粒子の配向方法。
【請求項１４】
前記基板が可動であり、第１印刷位置から第２印刷位置へ進められる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
回折格子がその中または上に形成された複数の顔料粒子を基板に塗布するステップ、および、
前記粒子が電場の方向に平行な格子の線または隆起に沿う方向に配向されるように、前記顔料粒子を前記基板周囲の電場に露出するステップが、印刷ドラムおよび支持ドラムを有する印刷装置の使用を含む請求項１２に記載の顔料粒子の配向方法。
【請求項１６】
液体中に懸濁された前記回折顔料粒子を保持するための容器、
フレーク上の回折格子が少なくとも第１および第２電極の間の場線に沿って配向されるように、前記フレークを配向するための電場を提供する電極、および、
前記配向されたフレークを取り上げて第２ドラムもしくはローラーまたは直接基板に転写するドラムを含む、その上または中に回折格子を有する請求項１に記載の顔料粒子を配向するための装置。
【請求項１７】
前記電極がドラム内に配置される請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記ドラムが電極間に配置される請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
電極が前記容器の外側の一部を形成し、前記容器の電気的な絶縁領域によって互いに電気的に絶縁されて、前記少なくとも第１と第２電極間に展延する場の線が容器内部の領域に及ぶ請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記容器および電極が、前記ドラムによって取り上げられたフレークの配向を変化させるために相対的に可動である請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記粒子が基板上に堆積され、電場中で整列および配向されて、少なくとも一部のフレークが基板と異なる角度を形成し、かつ一部のフレークが面外にある請求項１に記載の複数の顔料粒子。
【請求項２２】
前記顔料粒子を基板に塗布するステップ、および、
前記粒子が電場の方向に平行な格子の線または隆起に沿う方向に配向されるように、前記顔料粒子を前記基板周囲の電場に露出するステップ
を含む請求項１に記載の顔料粒子を配向する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、配向可能な回折性顔料フレーク、および立体画、キネグラム、画素配向装置、ドット配向装置、およびピクセル配向装置等の光学的回折構造および回折性光可変像デバイス（「ＤＯＶＩＤ」）、および配向された光可変顔料フレークに関する。
【背景技術】
【０００２】
光可変顔料（「ＯＶＰ（商標）」）は様々な用途に用いられる。それらは、塗料またはインクに使用することができ、またはプラスチックと混合することができる。それらの塗料またはインクは装飾目的に用いられ、または紙幣の偽造防止対策として用いられる。ＯＶＰの１種は、基板上に多くの薄膜層を使用し、光干渉構造を形成する。一般に、誘電体（スペーサ）層はしばしば反射体上に形成され、次いで、光吸収材料がスペーサ層上に形成される。追加の層は、追加のスペーサ−吸収体層対の追加等、追加の効果のために加えることができる。代わりに、（高−低−高）ｎまたは（低−高−低）ｎ誘電体材料、または両方の組合せからなる光スタックを調製することができる。
【０００３】
他の種類の顔料は一連の溝等のパターンを用いて回折干渉構造を作る。回折顔料は、自動車塗料等の印刷媒体および塗料の両方に真珠光沢効果を作るために用いられている。
【０００４】
回折干渉を用いて所望の効果を得る他の製品があり、一般に回折性光可変像デバイス（diffractive, optically-variable image device,「ＤＯＶＩＤ」）として知られる。いくつかのＤＯＶＩＤはその観察角度に応じて様々な像を提供する。例えば、いくつかのＤＯＶＩＤの種類は、１個の印刷された対象物が他の対象物の前面に現れ、観察角度によって連続的な像を提供することができ、または観察角度が変化すると二次元像の動きが現れるようにすることができる。他のＤＯＶＩＤは１つの観察角度で現れ、他の角度で消失する１つの像を有することができる。ＤＯＤＶＩＤは銀行紙幣、クレジットカード、ソフトウェア媒体、および他の高価値の書類の偽造防止、ならびに装飾の目的で用いられてきた。特別な種類のＤＯＶＩＤは「ピクセル画」として知られる。ピクセル画（pixel-gram）は異なる線形回折領域（ピクセル）の不均一な空間分布に基づく。回転または傾斜するとき、異なる像が現れまたは消失することができ、高品質のカラー複写機でさえも像の可変効果を複写することがないので、ピクセル画の偽造が困難になる。
【０００５】
干渉計、ホログラフ、化学的エッチング、イオンビーム・リソグラフ、および電子ビーム・リソグラフ等、マスター・ホログラム上にホログラフ微小構造を得るのに用いられる技術は、比較的複雑で高価である。マスター・ホログラムを調製した後、一般にマスターからの複写型が生成される。複写型はポリマー箔上に表面の浮き彫り微小構造を押し圧し、次いで、箔の背面がアルミ化される。箔は次いで書類上にスタンプされる。マスター・ホログラムは新しい像ごとに、またはマスター・ホログラムが磨耗すれば、作製しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ＤＯＶＩＤを製造するためのより簡単な物品および技術を提供することが望ましい。さらに、様々な光効果を得るために顔料フレークを所望の配向に整列できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
回折格子を有する顔料粒子は選択的に整列されて像または複数の像を形成する。異なる回折顔料、または選択的な方向に整列された回折顔料で異なる分野を印刷することができる。同様に、異なるおよび／または異なるように整列された回折顔料のピクセルまたはドットで像を作ることができる。本発明の一実施形態は印刷されたピクセル画であり、他はドットＤＯＶＩＤであり、他はキネグラムである。
【０００８】
本発明によれば、所定の線または隆起のパターンを有する回折格子を形成する、またはその中に形成されて有する材料を含む配向可能な顔料粒子が提供され、材料および回折格子パターンは、印加された電場の存在下、格子パターンの線または隆起に沿う方向への顔料粒子の配向を容易にし、好ましくは隆起、線、または溝は、平行または実質上平行であり、フレークの一端から反対の端に及び、好ましくはフレークの断面は一端から反対の端へ線または溝に沿う方向に均一である。好ましくは、フレークの表面全体はその中またはそこを貫通して走る平行な線を有する。
【０００９】
特定の実施形態において、材料は回折格子を形成する複数の縞を含む。顔料粒子は半透明材料を含むことができ、回折格子は、例えば１００線／ｍｍ〜５０００線／ｍｍの間隔を有する複数の溝を含むことができる。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、顔料粒子を配向する方法が提供され、回折格子がその中または基板上に形成された複数の顔料粒子を基板に塗布するステップと、粒子が電場の方向に平行な格子の線または隆起に沿う方向に配向するように、顔料粒子を基板周りの電場に露出するステップとを含む。
【００１１】
本発明のさらに他の態様によれば、その上または中に回折格子を有するように顔料粒子を配向するための装置は、液体に懸濁させた回折顔料粒子を保持する容器と、フレーク上の回折格子が少なくとも第１電極と第２電極の間の電場線に沿って配向されるように、フレークを配向させるための電場を提供する電極と、配向されたフレークを取り上げ、第２ドラムもしくはローラーへまたは直接基板に転写するためのドラムとを含む。
【００１２】
複数の電場配向可能な顔料粒子が提供され、これらの粒子は、基板上に堆積され、電場中で整列および配向されて、少なくとも一部のフレークが基板と異なる角度を形成し、かつ一部のフレークが面外にある。
【００１３】
本発明の広い態様において、フレークの中または上に回折格子を有するフレークのピクセル化像である像が形成され、ピクセル化像内のフレークは、電場に露出されたことによって、回折格子に沿う所定の向きに配向される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
Ｉ  導入部
一実施形態において、本発明は磁気的に配向可能な回折顔料フレークを提供する。特定の実施形態において、磁気的に配向可能な回折顔料フレークはＤＯＶＩＤを含んで、像（image）の印刷に用いられる。回折顔料フレークは、塗料、インク、フィルム、プラスチックに用いられる一般に小さな粒子であり、観察角度に応じて可変知覚の色、輝度、色相、および／または彩度を提供する。Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ型干渉構造を含むもの等、いくつかの回折顔料は、観察される色を移動させ、ならびに回折効果を提供する。また、誘電体層を用いる薄膜干渉構造は、微小構造回折パターンと組み合わせることもできる。いくつかの実施形態はスペーサおよび吸収体層と組み合わせた回折反射体層を含み、回折と薄膜干渉の両方を有するフレークを形成する。
【００１５】
回折格子を有する顔料は、プリズムと同様に、光をスペクトル成分に分離するので、知覚色彩は観察角度で変化する。顔料フレークが磁性材料を含むならば、顔料フレークは磁場で配向できることが見出された。この用途のための「磁性」材料は、第１鉄または第２鉄磁石とすることができる。ニッケル、コバルト、鉄、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、エルビウム、およびそれらの合金と酸化物、Ｆｅ／Ｓｉ、Ｆｅ／Ｎｉ、Ｆｅ／Ｃｏ、Ｆｅ／Ｎｉ／Ｍｏ、ＳｍＣｏ５、ＮｄＣｏ５、Ｓｍ２Ｃｏ１７、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ、ＴｂＦｅ２、Ｆｅ３Ｏ４、ＮｉＦｅ２Ｏ４、およびＣｏＦｅ２Ｏ４は磁性材料の数例である。磁性層または磁性層の磁性材料は、可能ではあっても、恒久的に磁化できる必要はない。いくつかの実施形態において、恒久的に磁化することのできる磁性材料は、フレーク中に含まれるが、それが像形成のために塗布されるまで磁化されずにいる。さらに他の実施形態において、永久磁性材料を有するフレークは基板に塗布されて可視像を形成し、続いて磁化されて可視像に加えて磁性像を形成する。いくつかの磁性フレークは、像の形成または塗料またはインク媒体と混合する前に残りの磁化があまり高いと、互いに凝集する傾向がある。
【００１６】
ＩＩ  例示的フレーク構造
図１Ａは本発明の一実施形態による被覆されたフレーク１０の簡略化した断面である。一連の薄膜層が基板１２上に堆積される。薄膜層は磁性材料層１４、１４’、反射材料層１６、１６’、および追加の層１８、１８’を含む。追加の層は、例えば、特別な干渉波長および吸収体層１９、１９’を提供するために選択された厚さを有する誘電体材料１８、１８’のスペーサ層とすることができる。被覆されたフレークは基板１２の両側に対称的な被覆を有するように示されるが、被覆は非対称、または完全に存在せず、または片側のみとすることができる。同様に、フレークは連続的な被覆層によって封入することができる。様々な色移動、選択的吸収／反射、および他の光学的効果を得るために多くの光学的設計が知られている。代替の実施形態において、基板１２は磁性材料であり磁性材料１４の分離層は省略される。さらに他の実施形態において、基板は反射性および磁性の両方であり、反射層１６も省略される。さらに他の実施形態において、反射層は磁性材料であり、磁性材料の分離層は省略される。他の実施形態において、吸収体層は磁性層とすることができる。
【００１７】
適切な基板は、ガラス、マイカ、アルミナ、酸化鉄、グラファイト、ビスマスオキシクロリド、窒化ホウ素、ポリマーまたは金属または類似の粒子等の材料から形成することができる。適切な反射材料の例は、アルミニウム、銀、鉄、タンタル、イリジウム、レニウム、銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、ニオブ、クロム、スズ、およびその組合せまたは合金を含む。スペーサ層用の適切な材料は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、ダイアモンド状炭素、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズインジウム（「ＩＴＯ」）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）および酸化第２鉄（Ｆｅ２Ｏ３）等の酸化鉄、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ネオジウム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化パラセオジミウム（Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、三酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、ケイ素（Ｓｉ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、三酸化セレン（Ｓｅ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化セリウム（ＣｅＦ３）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化アルミニウムナトリウム（例えば、Ｎａ３ＡｌＦ６またはＮａ５Ａｌ３Ｆ１４）、フッ化ネオジウム（ＮｄＦ３）、フッ化サマリウム（ＳｍＦ３）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、およびその組合せ等の金属フッ化物、アクリレート（例えば、メタクリレート）、ペルフルオロアルケン、ポリテトラフルオロエチレン（例えばＴＥＦＬＯＮ（登録商標））、フッ化エチレンプロピレン（「ＦＥＰ」）、その組合せ等のジエンまたはアルケンを含む有機モノマーおよびポリマーを含む。適切な吸収材料の例は、クロム、ニッケル、鉄、チタン、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、ＩＮＣＯＮＥＬ（商標）（Ｎｉ--Ｃｒ--Ｆｅ）等のその組合せ、化合物または合金、誘電体マトリックスに混合された金属、または可視スペクトルに均一なまたは選択的な吸収体として働くことのできる他の物質を含む。代わりに、吸収体は酸化鉄（例えばＦｅ２Ｏ３）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、炭素、チタン下位酸化物（ＴｉＯｘ）ｘは２．０未満）炭化金属、炭窒化金属、その組合せ等の誘電体材料であることもできる。金属吸収体層は、実質上吸収体層を光が透過するように、一般に十分薄い層に堆積される。
【００１８】
特定の実施形態において、基板はガラスフレークであり、磁性材料はＮｉ−Ｃｏであり、反射層はアルミニウムである。追加の層１８は、ＳｉＯ２またはＴｉＯ２等の誘電体材料を含み、吸収体材料は金属または窒化チタン（ＴｉＮ）等の合金の半透明層である。これらの材料は単に可能な実施形態の例であり、多くの他の適切な材料および組合せが知られている。
【００１９】
反射体層１６および続く薄膜層１８はＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉フィルタを形成し、フレークの観察角度が変化すると、強い色移りを提供することができ、「色移動」とも呼ばれる。透明塗料、プラスチック、または他の媒体等の結合剤中に分散されるならば、凝集の効果は、対象物の色が観察角度によって変化することであり、これは対象物と観察者の間の相対的な動きのため、または対象物が湾曲面を含むために発生し得る。他の実施形態は反射体層を省略することができ、またはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉構造をもたなくてもよく、いくつかは銀色を有する。
【００２０】
図１Ｂは、本発明の他の実施形態による回折フレーク２０の簡略化した断面図である。反射体層２２、２２’はパターン形成、例えば、基板表面上にサインカーブの変形の断面で示される周期的構造でエンボス加工され、磁性層２４を含む。代替の実施形態において、反射体層はエンボス加工された反射磁性材料であり分離磁性層２４は省略される。磁性層はエンボス加工されないもので示されるが、他の実施形態においてエンボス加工することができる。他の実施形態において、磁性層は不連続であり、回折格子の構造に沿って形成される。他の実施形態において、エンボス加工された層はフレークの一方の側にだけ提供される。
【００２１】
特定の実施形態において、ポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）のフレークまたはフィルム等の基板はエンボス層で被覆され、エンボス加工されて回折格子パターンが形成される。エンボス層は、パターンのエンボス加工の前または後に、ローラー間で基板を圧延して、少なくともその１つをパターン加工すること等によって架橋されるポリマー層とすることができる。一実施形態において、フィルムのエンボス加工されたロールは磁性材料、次いで、アルミニウムの層等の反射層で連続的または不連続的に被覆される。代替の実施形態において、磁性層は反射材料であり、別の反射体層の必要がない。次いで、被覆され、エンボス加工されたフィルムは、レーザ切断等によってフレークに加工される。いくつかの実施形態において、磁性層を省略することができる。それらのフレークは、基板にフレークを塗布して、回折格子を所望の方向に整列させる適切な技術でＤＯＶＩＤを形成するのに用いることができる。
【００２２】
エンボス加工されたパターンは、通常「回折格子」として知られる。線密度は典型的に約５００線／ｍｍ〜約５０００線／ｍｍであり、典型的に約２０ｎｍ〜約３００ｎｍの深さである。アルミニウム反射体を備える約１４００〜２０００線／ｍｍの線密度は塗料引き下ろしサンプルにおいて良好な色特性を提供する。線（溝）は、いくつかを挙げれば、直線、三角形対称格子、三角形刻み目格子、矩形波格子、または斜行平行線格子とすることができる。フレークは、一般に幅が約２０〜５０ミクロンであるが、フレークはさらに小さくまたは大きくすることができ、フレークの全厚さは非常に薄くすることができる。いくつかの実施形態において、フレークの全厚さは約５００ｎｍ〜約２ミクロンであるがより薄くまたはより厚くすることができる。特に、補強層を有するフレークはより厚くなる。補強層は典型的に取り扱い特性を改善するためにフレーク構造に加えられる誘電体材料の層である。
【００２３】
回折格子パターンは、クリア層（clear layer）２６、２６’の外表面に複製されて示されるが、これは他の実施形態において必ずしも必要ではない。クリア層はＳｉＯ２等の無機材料、またはポリマーとすることができる。いくつかの実施形態において、クリア層は、粉砕、および寸法選別、および対象物へのフレーク顔料の塗布等の加工中、被覆構造に剛性を加える。また、クリア層は、反射性を損なうことのある環境要因から反射層を保護することもできる。他の実施形態において、クリア層は省略される。いくつかの実施形態において、回折格子パターンを有する顔料フレークはある程度環境保護を提供する担体に加えられる。さらに他の実施形態において、クリア層の材料は意図される担体または結合剤の屈折率に類似した屈折率を有するように選択される。
【００２４】
図１Ｃは本発明の他の実施形態による回折フレーク２１の一部の簡略化した断面である。エンボス加工された層２３はＰＥＴのフレークまたはフィルム２５等の基板上に形成される。磁性材料の不連続層が回折格子パターン２７上に堆積されて、磁性針２９、２９’（観察者から紙の方向へ突出する）を形成する。針はパターンの性質および堆積因子に応じて格子パターンの頂部、側部、または谷（底）に形成することができる。透明な頂部層３３は磁性針およびある点で流動化されて平坦な表面を形成する熱硬化性または熱可塑性ポリマー層等のエンボス層の上に形成される。図示した頂部層は比較的平坦であるが、エンボス層のパターンに従うことができる。代替の実施形態において、頂部層は反射材料の層とすることができ、または反射材料の層は、エンボス層と頂部層の間に含まれ、典型的に磁性針を覆うことができる。エンボス層がフィルム基板上に形成されるならば、レーザ切断または他の技術を用いてフィルムをフレークに加工することができる。フレークは、塗料媒体またはインク媒体中等でそれを塗布する表面にフレークを整列させる（すなわち、平坦化または「薄片化する」）のを容易にするため、厚さに対する表面積の適切なアスペクト比を有することが一般に望ましい。例は通常１００ミクロン×１００ミクロンまたは５０×５０ミクロンおよび厚さ約１０〜１５ミクロンのフレークである。
【００２５】
図１Ｄは本発明の他の実施形態による回折フレーク３０の一部の簡略化した断面である。反射体層３２、３２’の回折格子パターンは、堆積基板から複製される。例えば、ポリマーフィルムは格子パターンでエンボス加工することができる。第１のクリア層３４’はエンボス加工されたフィルム（典型的にフレークが堆積基板から分離されるときに除去されるので示されていない、離型層の上）に堆積され、次いで第１反射体層３２’上に堆積される。磁性材料層３１が堆積され、次いで他の反射体層３２、および他のクリア層３４が堆積される。次いで、被覆された層はエンボス加工された堆積基板から分離され、所望の回折フレークを形成するために加工される。それらの技術はロール被覆装置に用いることができる。代わりに、回折格子パターンを磁性フレーク基板等のフレーク基板上にエンボス加工することができ、次いで、反射体層および続く層をフレーク基板上に堆積することができる。同様に、単一の反射体層は、クリア層もしくは反射体層の１層の一表面またはそれ以上の表面に形成された磁性針と一緒に用いることができ、磁性層は省略される。
【００２６】
図１Ａ〜１Ｄに示した実施形態によるフレークは、フレークが適切に形状加工されるならば、フレークの面内に磁気的に配向することができる。一般に、フレーク（比較的平坦であり、厚さに対する最小横寸法のアスペクト比が少なくとも２：１、およびさらに典型的には約１００：１よりも大きい）が一表面上で他よりも長い寸法であるならば、フレークは磁場中で自己整列して場のエネルギーを最小にする傾向がある。
【００２７】
ＩＩＩ  例示的フレーク形状
図２Ａは本発明の一実施形態による磁性フレーク４０の簡略化した平面図である。磁性フレークは磁性材料を含む顔料フレークである。磁性材料はフレークの面、例えば、回折格子でパターン化された平坦なシートまたは層中で本質的に均一とすることができ、または、磁性材料は図３Ａおよび３Ｂと一緒に以下で論じるような、「縞」等のパターンを加工することができる。磁性材料の縞を有する実施形態は、フレークを磁気的に整列させるためにフレークがいかなる特定の形状であることも必要としないが、フレークが一般に磁性縞に平行な長軸を有するようにフレークをパターン加工することが望ましい。フレークは意図的に形状加工することができ、またはフレークまたは基板製造工程の産物として形状加工することができ、適切な形状のフレークの割合を高めるために貯蔵することができる。強く磁気的に配向されたフレークが一般に望ましいが、適切な効果を得るには、全てのフレークを磁気的に配向することは必要ない。
【００２８】
磁性フレーク４０は長辺４２と短辺４４を有する。厚さに対する長さの適切なアスペクト比を有し、適切な担体中のフレークは、それらが塗布される表面に平坦に横たわる傾向がある。長さ（長辺）と幅（短辺）の間のアスペクト比は、フレークの面内の磁気的配向を可能にする。担体は、担体が蒸発または硬化する前に、フレークがいくらか動くことが可能なように、典型的にある期間液体である。代わりに、フレークは表面に配置する前に配向させることができ、担体は本質的に即座に乾燥または固化することができる。例えば、インクは、フレークを定着させるために蒸発する揮発性担体を有することができ、または透明塗料インク基質等の透明塗料担体は硬化してフレークを定着することができる。同様に、未硬化の熱硬化樹脂または加熱された熱可塑性樹脂は、表面への塗布の前、間、または後のいずれでも、それぞれ硬化または冷却の前にフレークを配向させることができる。
【００２９】
磁場に置かれた磁性材料を有するフレークは、磁場線を旋回させる。場中のフレークの最も安定な状態はフレーク極が場の方向を指すときである。フレークは典型的にその位置が配向されて系のエネルギーを低下するまで回転する。フレークに加えられるトルクは、磁気フラックスの大きさ、フレーク中の磁性構造、およびフレークのサイズ（梃子の腕）等、多くの要因に依存する。
【００３０】
矢４６で示される磁場が加わると、形状加工されたフレーク４０は、最も長い寸法が本質的に磁場の線に平行になるように、それ自体で整列する傾向がある。短辺に対する長辺の長さは制限されない。一般に、フレークの表面のアスペクト比が大きいほど、印加された磁場に沿って整列する傾向が大きい。適切な光学的効果を生むために全てのフレークが磁場に整列する必要はない。典型的に、一部のフレークは回折パターンに沿っても、または基板の面内でも完全に整列しない。
【００３１】
図２Ｂは本発明の他の実施形態による磁性フレーク５０の簡略化した平面図である。菱形の形状のフレークは通常「ダイアモンド」と呼ばれる。フレークは長手軸を有し、その軸上により鋭い点５２、５２’があり、短い軸を有し、その上により広い点５４、５４’がある。矢４６で示される磁場中で、フレークは図２Ａを参照して論じたように、長手軸が本質的に磁場に平行になるように整列する傾向がある。
【００３２】
多くの他の形状は、磁場で整列する磁性フレークを製造することができる。図２Ａおよび２Ｂに示した形状は、それらが本質的に全ての被覆された表面を用いることができるので、望ましい。形状加工されたフレークは様々な技術によって製造することができる。１つの手法は堆積基板をロール・コーター中で、所望の形状の堆積基板から、または後続の粉砕、研磨、または切断作業中の薄膜層の取り出しを容易にする、所望の粒子形状の比較的深い溝または高い隆起等の表面特徴を有するようにパターン化することである。代わりに、ＰＥＴフィルムのロール等の基板は、基板から薄膜層（フレーク）を分離する前にレーザ切断することができる。次いで、任意選択的な補強層を薄膜スタックに塗布し、スタックを切断基板から分離する（任意選択的な補強層と共に）ことができる。他の実施形態において、薄膜スタックは切断されるがＰＥＴ基板は切断されない。これらの技術を用いて、研磨することなく所望のサイズのフレークを得ることができ、特定のサイズ範囲内でフレークの高い収率を提供することができる。磁性フレークは主要面の一面または両面にＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ型干渉構造および／または回折格子を含むことができる。回折格子は、溝が磁場に沿って整列するように整列させることができ、または溝は配向の軸に対して他の角度にすることができる。
【００３３】
ＩＶ  パターン形成した磁性層
図３Ａは本発明の他の実施形態による磁性フレーク６０の簡略化した平面図である。フレークは自由な不規則な形状を有して示されるが、選択的に形状加工することができる。磁性材料の縞６２が堆積されたが、縞は磁場４６に沿って整列する傾向にある。磁性材料の縞は、例えば遮蔽マスクを通して堆積することができる。磁性材料の縞は、ロール・コーター中で、例えば堆積基板上、またはフレークの表面上、またはフレークの中間相として堆積することができる。縞はフレークの光学特性に過度な影響を防止するために比較的薄くすることができる。
【００３４】
図３Ｂは、縁部と共に断面で示したエンボス加工された堆積基板７２上の被覆スタック７０の一部の簡略化した俯瞰図である。被覆スタックの第１のクリア層７４はエンボス加工された基板上に堆積される。次いで、反射体層７６が堆積され、次いで第２のクリア層７８が堆積される。堆積基板上にエンボス加工された回折格子パターンは、層を通して保持される。磁性「針」８０は回折格子構造の高い点に形成される。他の磁性針（示されない）は同様に隆起の間の「谷」に形成され、または場合によって隆起の上だけに形成される。
【００３５】
磁性材料は、堆積中の核形成動力学または「遮蔽」効果によって、隆起の上および／または谷の中に優先的に堆積すると考えられる。溝の底と溝の頂部の間の異なる蒸気密度、格子側壁の傾斜は全て、いかに磁性材料が回折格子上に堆積されるかに影響を与える。言い換えれば、それらの針が形成されるには１つ以上の理由があり得る。
【００３６】
代わりに、被覆スタックは補強層のいずれかの側にＭｇＦ２層等の２層の反射体層を含むことができる。反射体層は不透明なアルミニウムとすることができる。ＭｇＦ２は本質的に透明な材料であるが、透明度は反射体層間の材料として重要ではない。磁性層は第２アルミニウム層上に堆積して、磁性針またはその他を形成することができる。
【００３７】
一実施形態において、磁性針は厚さ５０ｎｍのニッケル層を第２クリア層の上に電子ビーム蒸着を用いて形成した。厚さ２００ｎｍのニッケル層は針を形成しなかったことが判ったが、フレーク自体が形状加工されたならば、本発明による磁性フレークを形成するのに用いることができる。より薄いニッケル層は少なくとも磁気的に不連続であり、回折格子パターンに整列した磁性針を形成するものと考えられる。いくつかの針は少なくとも部分的に磁性材料の薄い部分と結合するが、非常に薄い部分は強い磁気ドメインを形成することができず、したがって層は磁気的に不連続である。いくつかの例において、磁性膜（層）は厚さが変動する。より強い磁気トルクは回折格子の方向に提供され、したがって、磁場中の粒子の整列が容易になる。さらに、５０ｎｍよりも薄いニッケル層は、ある回折格子パターンに整列した不連続磁性層を形成し、また厚さ５０ｎｍ〜２００ｎｍの磁性層はある場合に針を形成すると考えられる。
【００３８】
また、溝回折格子は望ましい形状を有するフレークの製造を容易にすることができる。いくつかの実施形態において、薄膜スタックは回折格子の溝に沿って破壊する傾向がある。これは溝の方向により長い寸法のフレークをもたらし、溝を横断してより短い寸法のフレークをもたらす。この種のアスペクト比は得られるフレークの磁気的または流体を整列させて、像の形成を容易にすることができる。
【００３９】
フレークは互いに凝集する傾向があるので、フレークをインクまたは塗料媒体に混合する前、または基板に塗布して像形成する前に、それらが恒久的に磁化されることを防止することが望ましい。十分薄い磁性材料の層は、フレークが恒久的に強く磁化されるのを防止する。少量の磁性材料しかフレークに存在しないならば、塗布の間に顔料フレークを整列するため、または磁場をより長い時間印加するために、より強い磁場が必要であり、その場合、より長い時間流体に留まる担体が適切である。
【００４０】
図３Ｃは本発明の他の実施形態による磁性回折フレーク７１の簡略化した平面図である。フレークは、薄膜層をＰＥＴフィルム等のエンボス加工された基板上に堆積し、薄膜層を堆積基板から分離し、粉砕し、フレークを所望のサイズに選別することによって作られる。フレークは、ＭｇＦ２の第１層７３、アルミニウム反射体の第１層７５、格子の頂点に針として示した磁気的に不連続な層を形成する５０ｎｍのニッケル層７７、第２のアルミニウム層７９、およびＭｇＦ２の第２層８１を含む。
【００４１】
図３Ｄは本発明の一実施形態による色移り回折フレーク８３の簡略化した断面図である。フレークは対称的に、吸収体層８４、スペーサ層８５、反射体層８６、いくつかの実施形態において磁気的に不連続な層、すなわち回折格子上に磁性針を形成するように選択される厚さを有する磁性層８７、および他の反射体層８６’、スペーサ層８５’、および他の吸収体層８４’である。回折格子はエンボス加工層を有するＰＥＴフィルム等のロール塗布基板上にエンボス加工することができる。層の順序は単なる例示であり、非対称性すなわち不均斉顔料を作ることができる。
【００４２】
緑−青色移り回折フレークを、厚さ８ｎｍのクロムの第１吸収体層、５３０ｎｍで４×１／４波光学厚さのＭｇＦ２の第１スペーサ層、厚さ８０ｎｍのアルミニウムの第１反射体層、厚さ５０ｎｍのニッケル磁性層、第１反射体層と本質的に同様の第２反射体層、第１スペーサ層と本質的に同じ第２スペーサ層、第１吸収体層と本質的に同じ第２吸収体層を堆積することによって作製した。層はロール塗布機中でエンボス加工されたフィルム（ウェブ）上に堆積し、ウェブから分離し、フレークに加工した。
【００４３】
金から銀の色移り回折フレークを、厚さ８ｎｍのクロムの第１吸収体層、６０５ｎｍで２×１／４波光学厚さのＭｇＦ２の第１スペーサ層、厚さ８０ｎｍのアルミニウムの第１反射体層、厚さ５０ｎｍのニッケル磁性層、第１反射体層と本質的に同様の第２反射体層、第１スペーサ層と本質的に同じ第２スペーサ層、第１吸収体層と本質的に同じ第２吸収体層を堆積することによって作製した。層はロール塗布機中でエンボス加工されたフィルム（ウェブ）上に堆積し、ウェブから分離し、フレークに加工した。
【００４４】
銀色のフレークを、５３０ｎｍで４×１／４波光学厚さのＭｇＦ２の層、厚さ５０ｎｍのニッケル磁性層、および５３０ｎｍで４×１／４波光学厚さのＭｇＦ２の他の１層を堆積することによって作製した。薄く着色された（透明に着色された）２色または色移り回折顔料は、高指数と低指数の誘電体材料およびＦｅ３Ｏ４等の磁性酸化物の交互層を用いることによって作製できると考えられる。回折格子パターンはパターン形成された（例えばエンボス加工）基板上に層を堆積し、続いてフレークを分離することによってフレークに付与することができる。公称５層設計の例はＨＬＨＬＨスタック（Ｈは高指数材料の層を表し、Ｌは選択された光学厚さを有する低指数材料の層を表す）である。磁性材料の層はスタックの任意の数の位置、例えば中央のＨ層等に堆積することができる。他の設計、７層または９層設計が望ましい。同様に、７層および９層設計を含んでＬＨＬＨＬ型の構成、ならびにそれよりも多いまたは少ない層の設計も望ましい。
【００４５】
Ｖ  印刷可能な像
本発明の実施形態による回折格子を有する磁性顔料粒子は、例えばＤＯＶＩＤまたは分極材等の多くの効果を作るのに用いることができる。一般に、回折格子が照明されるとき、本質的に格子の溝に垂直な方向から見ている観察者は回折光を見、格子の溝に沿って見るとき観察者は回折光を見ない。したがって、ピクセルの外観は観察角度の回転で変化する。外観の相違は色ならびに明度移動を含むことができる。より強い回折効果を得るため、またはピクセル画、ドット像、またはキネグラム等の像を作成するためには、回折顔料フレークを整列することが望ましい。例えば、一般により多くのフレークが、典型的に基板の面（必ずしもその必要はない）と同じ面にあるならば、さらに明らかな光効果が得られる。効果は回折格子の配向を選択すること、または異なる間隔を有する回折格子を用いることによって得ることができる。例えば、装置の一領域は１，４００線／ｍｍの線形格子間隔を有するフレーク、他の領域は２，０００線／ｍｍの線形格子間隔を有するフレークを有する。一領域は緑色に見え、他の領域は赤色に見える。観察者は観察角度を変えるとき各領域からの異なる光効果を観察する。
【００４６】
図４は本発明の一実施形態による回折顔料フレークで印刷された像９０の簡略化した平面図である。像は、自由な周縁部と３個の分野を有するように示され、各分野はその分野の回折フレークの格子パターンを表すパターンによって示される。第１分野９２は、比較的細かなピッチの溝付き回折格子を有する第１の種類の回折顔料を含むインクで印刷される。一実施例において、第１分野中の回折顔料フレークは整列されない。第２分野９４は、粗いピッチの溝付き回折格子を有する第２の種類の回折顔料フレークを含むインクで印刷される。この実施例において、回折顔料フレークは必ずしも整列されないが、第２分野においてより高い線間間隔で示される、異なる格子パターンを有する。第３分野９６は、例えば、横断格子を有する回折顔料フレークを有するインクで印刷される。この第３分野は、異なる分野の顔料フレークが異なる間隔、または異なるパターンを有することができ、像の作製には２種類の分野だけが必要であることを示すために含まれる。
【００４７】
他の例において、１個またはそれ以上の分野の回折顔料フレークは選択された方向に整列することができる。例えば、第１分野９２の顔料フレークは、回折格子が多かれ少なかれ場の線に沿って整列されるように整列することができる。第２分野９４の顔料フレークは、異なる方向または無作為に整列することができる。実際に、第１分野の印刷に用いるものと同じ種類のフレークとすることができる。像は、適切な角度で光の下で観察するとき、または印刷媒体が回転されるとき現れる。
【００４８】
第１分野９２および第２分野９４が類似のフレークで印刷されるならば、一分野は磁気的に整列され、他は整列されないか異なる角度で整列され、ある観察条件で像は現れず、像は銀色または明るい灰色の分野等の均一な分野として現れる。像、光源、および／または観察角度が変化するとき、像は現れる。
【００４９】
また、回折顔料技術を用いて他の種類の像を形成することができる。多くの像は多数の画素（「ピクセル」）から構成される。像は単純な像、またはホログラフとすることができる。いくつかのＤＯＶＩＤは対象物の三次元像として現れることができ、他のＤＯＶＩＤは観察角度で変化することができ、または像に動きを与えて現れる。
【００５０】
図５は、磁気的に配向された回折フレークで印刷された像１００の一部の簡略化した平面図である。像の一部は本質的に格子上に置かれた９個のピクセルから構成される。この構成は、例示のためだけであり、ピクセルは矩形である必要はなく、同じ形状またはサイズである必要はない。他の実施形態はピクセルの代わりにドットを用いて像を形成する。
【００５１】
多くの用途において、ピクセルは少なくとも矩形であり同じサイズを有する。いくつかの用途において、ピクセルは互いに隣接せず、印刷されない領域の狭い「小路」がピクセルを分離する。いくつかのピクセル１０２は任意選択的に印刷されない。他のピクセル１０４は任意選択的に黒色インクまたは着色インクの単純なインクで印刷される。同様に、ピクセルは非磁性回折顔料を有するインク、または無作為に配向した磁性回折顔料フレークで印刷することができる。他の例示ピクセルは、選択された方向に配向された磁性回折顔料フレークを含むインクで印刷される。
【００５２】
磁性回折顔料フレークは、インクの塗布前、間、および／または後に磁場を提供することによって、ピクセル内で配向される。考察と図示を簡単にするため、ピクセルは複数の不規則な形状の粒子を有して示される。他の実施形態において、ピクセルは選択的に形状加工した磁性回折フレークを含むことができる。用語「配向された」は、配向されたフレーク上の回折格子が十分に整列されて、類似のしかし無作為的に配向されたフレークから観察される効果と区別可能な凝集効果を生じることを意味する。「配向された」は大部分のフレークがそれらの溝が平行または大部分平行であるように整列されることを意味する。他の実施形態において、回折フレークはいかなるピクセル中でも整列されず、回折格子パターンが異なるピクセル中で異なり、いくつかのピクセルの各々にいくつかの異なる回折格子を用いることができる。さらに他の実施形態において、異なる回折格子パターンが用いられ、１種またはそれ以上の顔料フレークが選択された様式で整列される。
【００５３】
フレーク上の回折パターンは、図中、水平または縦方向に走る平行線１０６、１０８で表される。格子はピクセル縁部と整列する必要はなく、像は整列されたピクセルおよび／またはドットのいくつかの異なる組を含むことができる。各領域の格子（ピクセル）は、箱矢１１０で示される、白色光の特定の共通配向ビームの下で、選択された方向に光を回折することができる。光は回折されて主要格子方向に垂直の方向に回折する、すなわち、光は縦に整列されたピクセル格子から水平に回折し、水平に整列されたピクセル格子から縦に回折する。一般に、「水平」線を有するフレークは凝集効果を有するので、箱矢１０７で示す観察方向はこれらのピクセルからの回折光を提供し、同様に、縦に整列された回折格子については箱矢１０９で示す観察方向に光を回折する。縦に整列されたピクセル１０８によって生成される像を見るためには、入射光は矢１１０’の方向からであり、箱矢１０９から見なければならない。
【００５４】
他の実施形態において、一組のピクセルは横断回折格子を有するフレークを含むことができる。像は数種のピクセルを同数含む必要はなく、同じ回折格子配向を有するピクセルは互いに隣接することができる。全てのフレークがピクセル内で互いに完全に整列する必要のないことが理解される。
【００５５】
異なる線形格子の周波数および／または溝の配向、すなわち、ピクセルの整列方向または格子周期は各「種類」ごとに用いることができる。いくつかの実施形態において、ピクセルは、異なるピクセルに異なる回析格子を有する無作為に配向された回折顔料フレークを含んで像を形成する。異なる像は、異なる種類のピクセル組合せを用いて作ることができる。これは、観察角度が変化し、または印刷対象物が回転すると、一組のピクセルで得られた各像のアニメーション効果を生成することができる。同様に、異なる種類のピクセルを適切に配分することによって、１個以上の像を印刷領域に作ることができる。フレークおよびピクセルの相対サイズは尺度をもたない。一般に１個のピクセルは約５０ミクロン〜約１，０００ミクロンの程度であり、回折フレークは典型的に約５ミクロン〜約５０ミクロンに及ぶ程度である。
【００５６】
図６Ａ〜６Ｄは、光学的可変像が磁気的に配向された回折顔料フレークで印刷されるとき、異なる像がどのように現れるかを示す。図６Ａは、印刷されたＤＯＶＩＤ１２０の簡略化した平面図である。３個の文字「Ａ」１２２、「Ｂ」１２４、および「Ｃ」１２６は重なり合う領域に印刷された。この図では、説明の簡略化のため文字の外形のみを示す。実際のＤＯＶＩＤは非回折または無作為の回折分野で実施することができる。例えば、図６Ａにおいて無地の紙である背景は、文字と同じインクで印刷することができるが、磁気的に整列されない、または非回折インクで印刷することができ、または印刷しないでおくこともできる。
【００５７】
各文字の像はいくつかのピクセルから構成される。単一の文字を含むピクセルの組は、特定の方向に配向された回折顔料フレークを有するピクセルを含む。観察者が、像を構成する回折顔料フレークの回折格子に本質的に垂直の方向からＤＯＶＩＤを見るとき、観察者はその像を見る。例えばＤＯＶＩＤを回転することによって観察者の観察角度が変化するとき、観察者は他の像を見る。１個またはそれ以上の文字が、薄膜干渉構造を有する回折顔料で印刷されるならば、像の傾斜は色移り特徴ならびに回折色移動を提供する。
【００５８】
１個の像が他の像に互いに重なり合う領域において、様々な像のためのピクセルは挟まれる、すなわち、文字「Ａ」を構成する回折ピクセルは文字「Ｂ」および「Ｃ」を構成する回折ピクセルと相互散在する。各像は重なり合う領域に比肩し得る数のピクセルを有する必要はなく、いくつかのピクセルは印刷しなくてもよく、非回折インクで印刷し、または無作為に配向された回折顔料フレークで印刷して、像の密度または他の特性を調整することができる。
【００５９】
複写機でＤＯＶＩＤを写真複写することは像の光学的可変効果を保持しない。文字または複数の文字は現れるが像は回転と共に変化しない。したがって、印刷されたＤＯＶＩＤは、書類または他の対象物のセキュリティ、または本物の特徴として働くことができる。機密性のセキュリティは間隔３，０００線／ｍｍ以上の格子を有する回折顔料によって提供され、これは補助のない目では見えないが、紫外線カメラまたは検出器によって検出することができる。
【００６０】
図６Ｂは図６ＡのＤＯＶＩＤを矢１２８で示した方向から見たときの平面図である。他の文字は点線で示され、これらの文字を構成するピクセルの配向された回折フレークが観察方向に光を回折しないので、それらがこの方向からは顕著でないことを表す。図６Ｃは図６ＡのＤＯＶＩＤを矢１３０で示した方向から見たときの平面図であり、図６Ｄは図６ＡのＤＯＶＩＤを矢１３２で示した方向から見たときの平面図である。図６Ｂ〜６Ｄの文字を横切る線は、それぞれの像を形成するピクセル中に配向された回折顔料フレークの凝集効果回折格子パターンを表す。
【００６１】
図７はキネグラム（kinegram）１４０の簡略化した図であり、ページが回転するとどのようにして像がページを横断して動いて見えるかを示している。像の第１部分１４２は、顔料フレーク上の回折溝の主要方向を示す縦線１４４で表した、第１方向に整列された配向回折顔料フレークで印刷される。像の第２部分１４６は、線１４８で表される回折溝が縦ではない角度で印刷され、像の第３部分１５０は、線１５２で表されるように、回折溝が本質的に水平で印刷される。照明源は箱矢１５４で表され、最初の観察方向は矢１５６で表される。
【００６２】
ＤＯＶＩＤが湾曲矢１５８の方向に回転すると、像は矢１６０の方向に移動して現れる。正しい条件で観察しない限り像がはっきりしないように、３種の像全てを類似のインク背景に無作為に整列した回折フレークで印刷することができる。
【００６３】
回折磁性顔料フレークを用いて他の効果を得ることができる。一例では、環状磁石はカード貯蔵の背後に配置される。透明な結合材中の回折磁性顔料は、磁石の反対側のカード貯蔵の側を横切って、ドクターブレード（本質的に薄く狭いステンレス鋼製のスパチュラ）で引き出された。得られた像は真の三次元的「魚眼」の印象を与えた。回折磁性顔料フレークは、フレークを磁場線に沿って傾斜および回転することによって整列したと考えられる。他の例では、顔料は噴霧塗料として塗布された。
【００６４】
ＶＩ  塗布および整列の方法
磁性顔料フレークは多くの方法で整列することができる。顔料フレークは、媒体上に顔料を塗布する前、間、または後に、磁場を用いて整列することができ、または、磁場を工程のいくつかの部分に加えることができ、または工程を通して加えることができる。例えば、磁場は、印刷、乾燥、粉体被覆、または塗工装置によって塗布する前に加えてフレークを整列または予備整列することができ、または磁場は顔料フレークが媒体に塗布された後に加えることができる。同様に、噴霧ヘッド、ローラー、またはスクリーン等の塗布装置を磁化して、それらが媒体に塗布されるときに顔料フレークを整列することができる。適切な媒体の例は、紙、プラスチック、金属、木材、皮革、織物を含む。例示的印刷技術は、グラビア、スタンプ、インタグリオ（Ｉｎｔａｇｌｉｏ）、フレキソグラフ、シルクスクリーン、ジェット、およびリソグラフ印刷を含み、印刷技術の組合せを用いて像を形成することができる。また、回折顔料は、プラスチック物品またはフィルムの押し出しまたは射出成型の間に、磁場と共にまたは流体が流れの方向に沿って回折格子を整列する傾向を有する結果のいずれかによって、整列することができる。
【００６５】
転写ローラーを用いる印刷技術を用いるならば、インク源（容器）を磁化して、それらがローラーに取り上げられる前に顔料フレークを配向することができる。フレークが意図した媒体に転写されるとき、配向は実質上保持される。同様に、スクリーン印刷技術において、スクリーン全体またはスクリーン要素に磁場を加えて顔料フレークを整列することができ、またはインクまたは塗料をスクリーンに塗工するとき、スキージーを磁化してフレークを整列することができる。この場合、塗工の方向を変化させることによって簡単にフレークの異なる配向が得られる。
【００６６】
印刷された、または描かれた像は多くの用途に用いることができる。例えば、印刷されたＤＯＶＩＤは、銀行紙幣、トラベラーズチェック、ソフトウェア媒体、およびクレジットカード上のセキュリティまたは本物の特徴として用いることができる。ＤＯＶＩＤは媒体上に直接印刷することができ、または転写フィルムまたは熱箔等の箔に印刷することができ、次いでそれらは媒体に塗工（熱プレス）される。いずれの手法も、マスター・ホログラムを作製する必要なしに、ＤＯＶＩＤを提供する。すなわち、これは、提供される像に柔軟性を与える。例えば、回折性光可変日付コードを用いることができる。従来の技術を用いて、特に単一使用のためにマスター・ホログラムを作製することは高価であり、比較的時間がかかる。しかし、偽造者はマスター・ホログラム作製装置を入手しており、それらのデバイスは偽造が容易になっている。
【００６７】
他の場合、媒体自体を磁化することができる。例えば、選択されたパターン中の残留磁気を鋼パターンに付与することによって、エンブレムまたはロゴを鋼板上に製造することができる。磁性顔料フレークを含む塗料は、十分な磁場を有する領域中で整列し、磁場の少ない、または磁場のない領域では整列しない。同様に、永久磁石および／または電磁石または磁性流体を有する磁性テンプレートを、金属、プラスチック、または木材パネル等のパネルの背部に配置して、それらがパネルに塗布された後に顔料フレークを整列することができる。他の技術は磁化されたワイヤまたは粒子を、媒体の中または上に塗布または埋め込むことができ、または、磁性流体を顔料フレークと反対の基板側に塗布することができる。続いて塗布された塗料またはインク中の磁性回折顔料粒子は、次いで磁化された材料に整列する。また、回折顔料の配向は、配向されることのないマイクロワイヤ等の他の非磁性粒子を整列することができる。フレークは、基板の表面に塗布される前に、それらが基板まで飛翔する間にフレークを整列する濾過カソードアーク堆積等を用いて整列される。
【００６８】
本発明の実施形態による顔料フレークと一緒に多くの異なる担体を用いることができる。例えば、塗料媒体を顔料フレークと組み合わせて塗料配合物を提供することができ、インク媒体を顔料フレークと組み合わせてインク配合物を提供することができ、または粉体被覆結合剤を顔料フレークと組み合わせて粉体被覆配合物を形成することができる。粉体被覆材料は塗布の間に広がって、塗布すべき物品に少量部の磁性顔料だけが到達することがあるので、予備配合しなければならない。高速乾燥インク配合物等のいくつかの実施形態において、媒体または担体は比較的揮発性とすることができ、または紙等の媒体中に迅速に吸収されてもよい。塗布の前に顔料フレークを整列する技術は、それらの高速乾燥、または高速定着担体に比肩し得る。例えば、グラビア印刷において、アイドラーがインクを取り上げる前に、インク受容体を磁化することができる。
【００６９】
他の技術は緩慢乾燥または緩慢定着担体である。例えば、自動車塗料配合物は、少なくとも数分間比較的流体に留まるポリウレタン担体を用いる。フレークは塗布の前に整列することができ、配向は塗料が硬化するとき保持され、または、無作為配向で塗布し、続いて磁場を加えることによって整列することができる。フレークは典型的に媒体の表面に横たわり、回折格子をフレークの面に配向することを容易にする。赤外、紫外、または他の光または熱を用いて硬化される担体等、他の担体は選択的に硬化されるまで流体に留まる。
【００７０】
他の実施形態において、磁性回折顔料フレークは押し出しフィルム等のポリマーフィルムに含ませることができる。押し出し工程は、一般にフレークをフィルムの面に整列し、フィルムが押し出されるときに磁場を加えて、フレークの面に回折格子を整列することができる。同様に、磁性回折顔料フレークをポリマーに鋳造し、鋳造の前またはポリマーがまだ流体である間に、磁気的に整列することができる。それらの技術はフレークの面の整列ならびにフレーク面中の回折格子の回転配向を含むことができる。
【００７１】
ポリマーフィルムに用いることのできる材料の例は、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテートポリビニルピロリドン、ポリ（エトキシエチレン）、ポリ（メトキシエチレン）、ポリ（アクリル）酸、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（オキシエチレン）、ポリ（無水マレイン酸）、ヒドロキシエチルセルロース、セルロースアセテート、およびアラビアゴムおよびペクチン等のポリ（サッカライド）等の水性ポリマーを用いることができる。有機溶媒系を用いるならば、溶解可能なほとんど大部分のポリマー系を用いることができる。これは上記の水性例にリストしたポリマーを含むことができるが、ポリビニルブチラール等のポリ（アセタール）、ポリビニルクロリドおよびポリビニレンクロリド等のポリ（ハロゲン化ビニル）、ポリブタジエン等のポリ（ジエン）、ポリエチレン等のポリ（アルケン）、ポリメチルアクリレート等のポリ（アクリレート）、ポリメチルメタクリレート等のポリ（メタクリレート）、ポリ（オキシカルボニルオキシヘキサメチレン等のポリ（カルボナート）、ポリエチレンテレフタレート、ポリ（ウレタン）、ポリ（シロキサン）、ポリ（スルフィド）、ポリ（スルホン）、ポリ（ビニルニトリル）、ポリ（アクリロニトリル）、ポリ（スチレン）等のポリ（エステル）、ポリ（２，５−ジヒドロキシ−１，４−フェニレンエチレン）等のポリ（フェニレン）、ポリ（アミド）、天然ゴム、ホルムアルデヒド樹脂、および他のポリマーの追加のポリマーも含む。
【００７２】
図８Ａは本発明の一実施形態による媒体上の像の形成方法８００を示す簡略化したフロー図である。回折顔料フレークは像の第１分野に整列される（ステップ８０２）。整列は回折顔料フレークを媒体に塗布する前、塗布の間、および／または塗布の後に行うことができる。
【００７３】
図８Ｂは本発明の他の実施形態による顔料フレークの整列方法８１０を示す簡略化したフロー図である。フレーク面に整列可能な磁性構造を有する顔料フレークが用意される（ステップ８１２）。磁性構造は、本質的にフレークの形状によって整列することのできる磁性材料の均一な層とすることができ、または、回折格子上に形成された縞または針等の不均一な磁性材料層とすることができる。顔料フレークに磁場をかけて、フレーク面で顔料フレークを整列させる（ステップ８１４）。特定の実施形態において、磁性顔料フレークは回折格子を有し、回折格子は加えられた磁場に応じて選択された向きに整列される。
【００７４】
図８Ｃは本発明の他の実施形態による光可変像の印刷方法８２０を示す簡略化したフロー図である。第１選択方向に整列された回折顔料フレークを有する第１の複数のピクセルは媒体上に配置される（ステップ８２２）。第２選択方向に整列された回折顔料フレークを有する第２の複数のピクセルは媒体上に配置される（ステップ８２４）。追加の方向に整列された回折フレークを有する追加のピクセルを含むことができる。整列は箔の面上にあることができ、または所望の角度に傾けることができる。ステップの順序は制限されず、いくつかの工程は異なる組のピクセルを媒体に同時に塗布することができる。他のピクセルを非配向の回折顔料フレーク、または非回折顔料と一緒に印刷することができ、または印刷しないでおくこともできる。同様に、光可変像または像の一部は他の像の上に印刷することができ、または他の像が光可変像または像の一部を覆うこともできる。
【００７５】
また、フレークは、フレークが塗布される媒体の面内にない磁場を加えることによって、所望の傾きならびに所望の回折格子の配向で整列することができる。例えば、棒磁石の端部極を回折フレークが散布されたカードの下部に配置することができる。湾曲した磁場線は三次元の「目」の劇的で異常な効果を生む。類似の効果は棒の縁部、円板、および環状磁石を用いて得られた。環状磁石がカードの裏側に配置されたとき、回折顔料に複数の三次元の環状効果が生まれた。スクリーン印刷、塗布、および噴霧を含む様々な技術を用いて磁性回折顔料を塗布した。
【００７６】
ＶＩＩ  実験結果
いくつかの種類の磁性回折顔料フレークを作製し光学特性の試験を行った。フレークは一般にエンボス加工したＰＥＴフィルム上に薄膜層を堆積し、次いで、薄膜層を堆積基板から分離しフレークを研磨選別することによって作製した。次いで、担体としてＥ．Ｉ．ＤＵ  ＰＯＮＴ  ＤＥ  ＮＥＭＯＵＲＳ  ＡＮＤ  ＣＯＭＰＡＮＹから販売されている１５０Ｋ（商標）ベースコート等の結合剤とフレークを混合した。やはりＥ．Ｉ．ＤＵ  ＰＯＮＴ  ＤＥ  ＮＥＭＯＵＲＳ  ＡＮＤ  ＣＯＭＰＡＮＹからのＣＨＲＯＭＡＳＹＳＴＥＭＳ結合剤およびベース作製材、および他の供給社からの他の製品等の他の適切な結合剤および担体が入手可能である。混合物はドクターブレードを用いてカード上に塗布し顔料を塗工した。カード上をドクターブレードで引っ張ると、カード面内の顔料フレークは全体的に平坦化する。１個の磁石を磁石の北極がカードの縁に隣接するようにカードの縁に置いた。第２の磁石をその南極がカードの縁に隣接するようにカードの反対側の縁に置いた。これは第１磁石の北極と第２磁石の南極の間に磁場を形成した。フレークを約７インチ離れた磁石の間の領域に塗工して、回折格子を整列した。このようにして、整列された回折顔料フレークは、マスター・ホログラムを用いる従来の技術によって製造される箔、またはエンボス加工された反射体の連続シートを模倣した。
【００７７】
他の実施例において、磁場は顔料フレークを塗工した後に加えた。対向する磁極（北−南）が顔料フレークを塗工したカードの下部で互いに面している間、担体は十分流体に留まった。顔料フレークは回折格子パターンに沿って形成された磁性針を有し、磁性針は極の間の磁場線に沿って自己整列した。
【００７８】
ゴニオスペクトルフォトメーターを用いてサンプルの色移動を測定した。走査マスクを光検出器に用いた。「ａ」軸は、標準ＣＩＥ（商標）ＬＡＢの色彩協定にしたがって、負の方向に緑、正の方向に赤を表し、「ｂ」軸は負の方向に青、正の方向に黄を表す。一般に、曲線が原点から遠いほど、その方向から観察したとき、所与の明度について色の彩度はより強い。説明を明瞭にするため絶対観察角度は省略されるが、データ点は約２度離れている。
【００７９】
図９Ａは本発明の一実施形態による磁気的に整列された回折顔料フレークの色移動を示す簡略化したグラフ９００である。顔料フレークは１４００線／ｍｍでエンボス加工されたＰＥＴフィルム上に作製し、次いで、堆積基板から剥離した。フレーク構造はＭｇＦ２−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｌ−ＭｇＦ２であった（全体は図３Ｃを参照されたい）。フッ化マグネシウムは、得られるフレークに剛性を提供し取り扱いと加工を容易にするために、厚さ約４００ｎｍであった。それらは光学特性を必要とせず、他の材料を使用することができる。いくつかの実施形態において、それらの層は環境保護または指標整合を提供するために用いることができる。アルミニウム層は厚さが約８０ｎｍであり、一般に不透明な輝く反射体を提供した。他の実施形態において、より薄い、またはより厚い反射体層を用いることができ、または省略することができる。この実施形態および図９Ｂ〜９Ｅに示した実施形態でニッケル層は厚さが約５０ｎｍであり、溝に沿って堆積して磁性針を製造した。このフレークは輝く銀の外観を呈した。
【００８０】
第１曲線９０２は、サンプル、すなわち溝配向を約−３３度９０４〜約８０度９０６の間で回転するとき、印加電場または回折格子（磁場を加えた）に４５度または垂直の入射光ビームで照明されたサンプルの色移動を示し、本質的に鏡面反射９０７は観察角度約４５度で行われる。第２曲線９０８は、サンプルが本質的に同じ円弧を回転するとき、回折格子に平行な入射光ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。第１曲線９０２は第２曲線９０８に比べて高度の色移動を示す。本質的に第２曲線が原点から外に出て戻る性質は比較的小さな色移動を示し、これは回折干渉のない効果の特徴である。
【００８１】
図９Ｂは、本発明の一実施形態による磁気的に整列した回折顔料フレークの色移動の簡略化したグラフ９１０である。磁性回折顔料フレークは図９Ａに示した実施例と実質上同様に作製したが、格子は堆積基板上に２０００線／ｍｍをエンボス加工した。得られたフレークは、同様に担体に混合し、カードの面にフレーク整列のための磁場を提供する２個の磁石の間で、フレークを塗工するドクターブレードを用いてフレークを塗工して、カード上に塗工した。全てのサンプルは４５度入射および２度のステップでマイナス３３〜８０度の観察角度で解析した。
【００８２】
第１曲線９１２はフレークの凝集した回折格子に垂直な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。第２曲線９１４は凝集した回折格子に垂直な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。このサンプルは、ある観察角度によって、磁場に垂直な照明源で広い色移動を示したが、範囲の残りは比較的小さな色移動または彩度を示した。第２曲線は比較的低い色移動を示す。
【００８３】
図９Ｃは本発明の一実施形態による磁気的に整列した回折顔料フレークの色移動の簡略化したグラフ９２０である。［ａ］軸および負の「ｂ」軸の尺度の変化に留意されたい。磁性回折フレークは図９Ａに示した実施例と実質上同様に作製したが、堆積基板上に３０００線／ｍｍをエンボス加工した格子で作製した。得られたフレークは、同様に担体に混合し、カードの面にフレーク整列のための磁場を提供する２個の磁石の間で、フレーク塗工用ドクターブレードを用いてカード上に塗工した。
【００８４】
第１曲線９２２はフレークの凝集した回折格子に垂直な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。第２曲線９２４は凝集した回折格子に垂直な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。このサンプルは、磁場に垂直な照明源でゆるやかな色移動を示し、特に、彩度中心から＋ａ、−ｂの象限へ比較的速い転移を示した。第２曲線は比較的低い色移動および比較的低い彩度を示す。
【００８５】
４５度の入射と９０度の観察角度で、われわれは紫（４００ｎｍ）および緑（約５５０ｎｍ）の色相を見ることができる。これは第１次波長に一致する。マイナス１次回折反射は、この格子周波数で５５０ｎｍよりも長い波長の水平の下（格子面）にある。
【００８６】
図９Ｄは本発明の一実施形態による磁気的に整列した回折顔料フレークの色移動の簡略化したグラフ９３０である。尺度の変化に留意されたい。磁性回折顔料フレークは、堆積基板上に１４００線／ｍｍの格子をエンボス加工して、図９Ａに示した実施例と実質上同様に作製したが、アルミニウム層を除いた。５０ｎｍのニッケル層は反射体として働いた。サンプルの全体的な外観はアルミニウム反射層と共に作製したサンプルよりも輝度が低かった（より灰色）。得られたフレークは、同様に担体に混合し、カードの面にフレーク整列のための磁場を提供する２個の磁石の間で、フレーク塗工用ドクターブレードを用いてフレークをカード上に塗工した。
【００８７】
第１の曲線９３２は、フレークの凝集した回折格子に垂直な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。第２曲線９３４は凝集した回折格子に平行な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。
【００８８】
図９Ｅは本発明の一実施形態による磁気的に整列した回折顔料フレークの色移動の簡略化したグラフ９４０である。この設計は金−銀の色彩変化効果を生む。他の図と尺度が違うことに留意されたい。磁性回折フレークは、堆積基板上に１４００線／ｍｍの格子をエンボス加工して作製したが、異なる光学設計で作製した。薄膜スタックはＭｇＦ２層の上にクロムの半透明層（すなわち吸収体層）を含んだ。言い換えれば、薄膜構造はＣｒ−ＭｇＦ２−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｌ−ＭｇＦ２−Ｃｒであった。ＭｇＦ２層は剛性とＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔフィルタのスペーサ層を提供したが、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ型の干渉構造は回折格子でパターン形成した反射体の上に形成することもできる。得られたフレークは、同様に担体に混合し、カードの面にフレーク整列のための磁場を提供する２個の磁石の間で、フレーク塗工用ドクターブレードを用いてフレークをカード上に塗工した。
【００８９】
第１の曲線９４２は、フレークの凝集した回折格子に垂直な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。第２曲線９４４は凝集した回折格子に平行な入射ビームで照明されたサンプルの色移動を示す。このサンプルの全体的な印象は、金色の背景が照明下でサンプルを傾けると銀色に変化することであり、フレークの配向された溝（回折格子）に垂直な配向性の高いビームで照明されるとき、回折効果を示す。
【００９０】
他の効果は他の光学設計で得ることができると考えられる。例えば、窒素化チタン（ＴｉＮ）は回折フレークに金色系の色彩を付与する反射材料として使用することができる。同様に、金は回折フレーク用途に優れた反射体を作る。銅はさらに他の系の色彩および色移りを得るために使用することができる。
【００９１】
ここで図１０ａに話を向けると、写真は複数の磁気的に整列可能なフレークを示し、その中の回折溝に関するそれらの配向は無作為であり、したがって、フレークは互いに整列されず、または特別に配向されない。この例示的実施形態において、周期的な溝を有するフレークは５００溝または波線／ｍｍの同じパターンを有する。この実施形態において、フレークはポンプ油等の高粘度の流体に配置され、フレークが典型的に用いられる標準的なインク充填を模する。図１０ａに示した配合物は、フレークの配向または無配向を示すために低濃度を用いた。対照的に、図１０ｂは、北と南に標識を付けた２個の磁石の間に磁場を加えた後の同じフレークのサンプルを示す。回折フレークはその溝が磁場に平行な柱状構造に整列する傾向がある。驚くべきことに、磁場に平行な溝の整列は実質上フレークの形状およびサイズに依存しない。
【００９２】
図１１は本発明の一実施形態によるシルクスクリーン平板印刷装置および方法の概要を示す。構成は従来のシルクスクリーン工程と異なり、スキージー１０７に結合された２個の磁石１０９ａ、１０９ｂを有し、フレーク上の回折格子線または溝が磁場で整列するように、磁気的に整列可能なフレークを配向する２個の磁石の間の磁場中でインクを塗布する。ステンシルおよびスクリーン１０３を有する枠１０１は印刷される基板１０５の上に配置される。第１の磁石１０９ａはスキージー１０７の後方に配置され、第２の磁石１０９ｂは基板１０５の後方に配置される。好ましい構成に応じて、これらの２個の磁石は機械的に結合することができ、または２個の同期系によって平行な位置に同時に動くことができる。磁石の寸法および相対位置は、磁石の強度、印刷速度、ステンシルと基板間の距離等に依存する。回折格子の線に応じて配向されたフレークを有する印刷領域１０８は基板上に示される。
【００９３】
図１２ａは図１１の拡大された領域を示し、フレーク溝に関するフレーク１１２の配向ならびにフレークが硬化される領域を見ることができる。この図において、磁場で整列された溝配向の詳細とスキージー１０７の位置が示される。フレークおよび溝の配向は図１０ｂに示した配向と類似している。スキージー１０７が機械的に動いてインクを塗工するとき、フレークはそれらの溝の配向を保持して基板１０５に向かって押し圧される。ＵＶ、電子ビームまたは熱硬化部１１４は、フレークの位置を印刷されたインクの領域に固定するように配置される。都合よく、磁石／スキージー系の回転は、図１３に示すように、フレークが基板に平行であるが基板面中で溝配向の異なる、他の一連のピクセル、ドット、または領域を生成する。フレーク上またはフレーク中の格子の線は磁場に従い、フレークは、溝または線が磁場と平行になるように、好ましい配向で実質上平坦に横たわる。
【００９４】
代替の実施形態において、２個の磁石をそれらのＮ−Ｓ極を互いに面して備える代わりに、図１２ｂに示すように、単一磁石１１１をスキージーの背後または前面に配置して、フレークの磁気的整列を作ることができる。
【００９５】
ここで図１３を参照すれば、２個の窓１３０および１３２が示され、両方ともその中に形成された印刷像を有する。両方の像中のフレークは、特定のしかし異なる方向に沿って配向された格子線または溝を有する。これは基板を横断して動くスキージーの方向を変化させることによって行われる。
【００９６】
図１４ａは、いくつかの点で図１１の実施形態に類似した実施形態を示す。しかし、図１４ａは印刷ローラー１１９および磁石１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ等を有し、基板が矢で示した方向に進むとき、基板１１５の領域に磁場を提供する。運転中に、印刷ローラー１１９はそれが回転するとき、ローラーとスクリーン１０３の間の基板またはウェブ１１５を進める。ローラー１１９が回転するとき、ローラー１１９の内部に配置された磁石は逐次的に印刷領域に進むので、基板は連続的に配向された回折フレークで印刷することができる。
【００９７】
ここで図１５ｃを参照すれば、回転ウェブ印刷装置が印刷シリンダに取り付けられて覆うスクリーン１５２を含む本発明の一実施形態が示される。磁石１０９ａを備える印刷装置１０７のスキージー部分は図１１に示した装置と本質的に同じである。ドラム１１９は図１４ａのドラムと本質的に同じである。運転中、印刷シリンダはローラー・ドラム１１９と一緒に回転して、動いている基板１１５上の領域を印刷する。
【００９８】
上述の実施形態は、主として、磁気的に配向可能な回折フレークを磁場中で整列または配向することに焦点を合わせた。本発明の主要な態様は、非磁性半導体および誘電体フレークが印加された電場中で電場線に沿う方向に配向することができる発見に関係する。
【００９９】
ＤＣ電場中の粒子は分極され、粒子を優先的に配向する「容易」軸に沿って電荷が現れる。分極された粒子の荷電が比較的高いと、粒子の＋および−側は互いに誘引して電極間に鎖状の粒子整列を生成する。この整列特徴は特殊効果の像を生成する印刷に無論有用である。
【０１００】
装填が低い場合、ＤＣ場は分極粒子を動かす傾向を有する。正に荷電した粒子の側はカソードに向かって動く傾向があり、逆に負に荷電した端部または側はアノードに誘引される。粒子が完全に均一に分極されるならば、それは動かない。やはり、容易軸に関して同じ量の電荷を有する均一な分極は多くはない。電極の１つが他よりも大きく、またはそれらが互いに完全に平行ではないので、一般に電場は均一ではないことが予測される。これらの条件において、粒子は、電場がより強くより小さな寸法の電極に誘引される。
【０１０１】
他の重要な考察は、粒子を取り囲む電気的層の形成であり、「部分的」に導電性の流体からの＋または−に荷電した分子（カチオンまたはアニオン）は、分極した粒子によって誘引される。
【０１０２】
ＡＣ電場は一般に取り扱いが容易であり、したがって好ましい。電場の周波数、流体の粘度および性質に応じて流体の電気的層は形成されない。多くの場合、カチオンとアニオンの移動度は、交流で変化する周波数に追随するほど十分高くない。さらに、粒子は電流が常に変化しているので、均一な電場上を電極に向かって動く傾向がない。しかし、ＡＣ電流についても、不均一なＡＣ場の場合には、粒子は電極の１つに転位する傾向を有する。これは不均一性の大きさおよび流体の粘度に依存する。
【０１０３】
図１５ａおよび１６ａは電場を印加される前、すなわち、印加電場が存在しないときの異なる拡大率での顕微鏡写真であり、図１５ｂおよび１６ｂは、インク中のフレークを模して油中に懸濁させ、１５００Ｖの電場を加えた後の整列粒子を示す図である。この例示的実施形態において、誘電体フレークは５００ｌ／ｍｍ内に形成された格子を有する。電圧を印加した図の中で、フレークの柱状形成は明らかである。この発見は、媒体中に懸濁した粒子、すなわち、識別可能な再現可能な像を作る電場を加えることによって、特殊な可視効果を提供することのできるインクでの印刷に導く。誘電体液体中の粒子は印加電場によって分極されて双極子モーメントを得る。電場に起因して存在する双極子モーメントは、粒子の形状、サイズ、および容積の影響を受ける。例えば、図１４ｂは電場中の単純な形状の粒子の優先的配向を示す。楕円形および棒形状の粒子の両方とも電場で整列する。図１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂおよび１７の顔料は５００ｌ／ｍｍ格子基板で得られた。用いられた層は、５０ｎｍＭｇＦ２／１００ｎｍＳｉ／５０ｎｍＭｇＦ２である。フレークは真空ポンプ用のシリコン油中に懸濁した。
【０１０４】
電場内で整列させる回折粒子として複数の材料を用いることができる。考慮すべきことは懸濁粒子の材料だけではない。一般に、配向は、粒子と、粒子が存在してインクを形成する液体の誘電率の差の関数である。
【０１０５】
ポリマー、半導体、およびセラミック（例えば誘電体）粒子は単独、または組み合わせて用いることができることが見出された。
【０１０６】
ポリマーの例として、半導電性特性を有する液晶ポリマーであるポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスチアゾール）（ＰＢＺＴ）は配向することができると考えられる。回折フレーク中に形成された配向可能な非磁性材料のさらに他の例は、典型的に電気粘性流体として用いられるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックを含むことができる。さらに、Ｓｉ、Ｇｅ等は金属性半導体回折フレークとして無論用いることができる。
【０１０７】
図１７に示した写真は、誘電体回折フレークが、印加された電場中で電場線に平行なその回折溝に沿って整列する傾向があることを明らかに示している。図１７において、１５００Ｖの場が印加される。
【０１０８】
これまで、磁気的に整列したフレークおよび電場で整列された半導体または誘電材料のフレークの両方を用いて、整列および印刷の様々な実施形態を説明した。図１８、１９、および２０は、回折フレークの整列のさらに他の実施形態の図示であり、それらは磁場中の整列だけに制限されない。この装置は電場中で非磁性フレークの整列に用いるために非常に簡単に修正することができる。
【０１０９】
図２１は回折フレークを整列するさらに複雑なしかし小型の構成を明らかにする。
【０１１０】
図１８に示した実施形態は、フレークを容器または器内にひとまとめに整列する手段を提供するので特に実施可能であり、フレークを含むインクは予備配向したフレークの配向を実質上保持しながらそこから直接印刷ローラーに塗布されて整列する。図１８において、回折磁性フレーク１８２は、その溝を互いに平行および北磁石および南磁石１８３と１８５の間の磁場に平行に整列して容器１８４中に懸濁されて示される。代わりに、これらの磁石は、回折誘電体または半導体フレーク、または電場内で整列することのできる任意の回折フレークを整列するのに十分な電圧を提供することのできる電極プレートに置き換えることができる。この実施形態において、電場整列可能な、すなわち、誘電体または半導体フレーク（図１８には磁性フレーク１８２として示されるが）は、フレーク全体に及ぶ溝または隆起を有し、対向する縁部はフレーク表面全体に縁から縁に及ぶ波で波形にされる。例えば、アニロックス・シリンダ、フレキソグラフ・シリンダ、またはグラビア（インタグリオ）シリンダの形の回転可能な印刷シリンダ１８７は、容器１８４内のインクと接触して示される。印刷シリンダ１８７を固定しながら、容器１８４または磁石を相対的に回転することによって、磁場にしたがってフレークの配向を意図的に変化させることができる。前述のように、電場中で整列するフレークに類似の構成を提供することができ、永久磁石は電場中で配向する粒子を整列するのに適した高電圧プレートで置き換えることができる。
【０１１１】
図１９の印刷装置は図１８のそれと類似の構成を示し、第１のグラビア・シリンダ１９２ａは容器１９４からフレークを取り上げるのに用いられ、印刷ローラー１９２ｂは動いている基板１９５に張力を加え、それをシリンダ１９２に接触させる。類似の系は図２０に示され、３個のローラー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃが用いられる。第１のアニロックス・ローラー２０２ａは容器中のインクに接触し、ソフト印刷プレート２０２ｂにも接触して、場で配向されたフレークの像を動いているウェブ上に転写する。印刷ローラー２０２ｃは、印刷ローラーに対してウェブ１９５がしっかり保持されることを保証する。
【０１１２】
図２１は、さらに複雑な小型印刷装置を示し、印刷シリンダ２１０はその周辺に間隔をおいて複数の棒磁石２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ・・・等を有する。磁場の方向は、シリンダ全体の周りの隣接する磁石の間に示される。シリンダ２１０はアニロックス、フレキソグラフ、グラビア、または他の印刷シリンダの形とすることができる。示していないが、運転中、基板はシリンダ２１０の頂部に接触し、印刷ローラーは基板とシリンダ２１０の十分な接触を確保する。フレークがシリンダ２１０によって取り上げられるとき、それらは磁石によって提供される磁場内で整列される。
【０１１３】
代わりに、本発明の類似の態様によれば、周辺に間隔をおく棒磁石２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ・・・等は互いに対面して容器の壁とインクから電気的に絶縁された電場発生プレートに置き換えることができるので、この構成は図２１と類似の実施形態において、電場配向可能なフレークに用いることができる。この場合、電源はドラムの内部または外部に配置することができる。電源が駆動の外部にあるならば、電気的接続は回転シャフト経由で提供することができる。電場の強度はフレークと使用されるインク媒体の誘電率に依存する。
【０１１４】
ここで図２２に話を向けると、本発明の実施形態による回折フレークの側面図である。回折顔料を用いることによって、印加された場は回折フレークの溝に沿う整列を作る。このようにして、フレークは整列されて、入射光がフレークの溝に垂直であるときの光分散または回折の条件を作る。これらの整列された回折フレークによって形成された像が縦軸の周りを９０度回転するとき、または、したがって照明源が変化するならば、分散はもはや観察可能ではなく、フレークの組合せは平坦な顔料として挙動する。格子周波数に応じて、光の分散および回折は異なる。低周波数の格子については、重なり合うことのできる複数の回折次数があり、像を縦軸の周りに９０度回転すると、観察される効果は暗／明である。高周波数格子については、１つだけまたは部分的な回折次数があり、可視分散を生じる。これらの場合、像は、縦軸に関して図２２で定義したように、縦軸の周りをｙ方向に傾けることによって回折効果を示す。フレークの溝は照明に平行に配向されるので、これらの効果は縦軸の周りを回転することによって消失する。構成は、使用されるフレークに応じて、電場または磁場中で整列可能なまたは配向可能なフレークに提供することができる。
【０１１５】
印刷された架空像の実施例
図２３は印刷像２０の簡略化した断面であり、考察の目的で本発明の一実施形態による「スイッチング」光効果または「フリップ・フロップ」と呼ばれる。フリップ・フロップは遷移部２５で分離された第１印刷部分２２と第２印刷部分２４を含む。インク媒体または塗料媒体等の担体２８で囲まれた顔料フレーク２６は第１部分中の第１面に平行に整列され、第２部分の顔料フレーク２６’は第２面に平行に整列された。フレークは断面図において短い線として示される。フレークは、磁性フレーク、すなわち、磁場を用いて整列することのできる顔料フレークである。それらは残留磁化を保持し、または保持しない。各部分の全てのフレークは、互いにまたは整列のそれぞれの面に正確に平行ではないが、全体の効果は本質的に図示したとおりである。図は尺度で描かれていない。典型的なフレークは２０ミクロンに及び、厚さ約１ミクロンでありしたがって図は単に説明のためである。像は紙、プラスチック・フィルム、積層品、カードストック、または他の面等の基板２９上に印刷され、または描画される。説明の便宜上、用語「印刷された」は、全体的に表面への担体中の顔料の塗布を記述し、それは他の技術を含むことができ、他者が「描画」と呼ぶ技術を含むことができる。
【０１１６】
一般に、フレークの面に垂直に見たフレークは輝いて見えるが、面の縁に沿って見たフレークは暗く見える。例えば、照明源３０からの光は第１の領域のフレークから観察者３２へ反射される。像が矢３４で示した方向へ傾けられると、光は第２領域２４中のフレークから反射されるので、第１領域２２中のフレークは端部に観察される。このように、第１の観察位置において、第１領域は明るく見えて第２領域は暗く見えるが、第２観察位置において場は反転し、第１領域は暗くなり第２領域は明るくなる。これは非常に衝撃的な可視効果を提供する。同様に、顔料が色移動するならば、一部は第１色に見え、他の部分は他の色に見える。
【０１１７】
担体は典型的に無色または着色された透明であり、フレークは典型的にかなり反射性がある。例えば、担体は緑色に着色することができ、フレークはアルミニウム、金、ニッケル、白金、または金属合金等の金属層を含むことができ、またはニッケルまたは合金フレーク等の金属フレークとすることができる。緑色に着色した担体を通して金属層から反射された光は明るい緑色に見え、端部から観察されるフレークの他の部分は暗い緑色または他の色に見える。フレークが透明な担体中の金属フレークだけであるならば、像の一部は明るい金属に見え、他は暗く見える。代わりに、金属フレークは着色層で被覆することができ、または吸収体−スペーサ−Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ型構造の反射体等の光干渉構造を含むことができる。さらに、回折構造を反射表面の上に形成して強化と追加のセキュリティ特徴を提供することができる。回折構造は反射表面に形成された単純な線形格子を有することができ、または拡大するときだけ識別することができるが観察のときに全体的な効果を有する、より複雑な所定のパターンを有することができる。回折反射層を提供することによって、観察者はシート、銀行紙幣、または回折フレークを有する構造を単純に回転することによって色変化または輝度変化が見える。
【０１１８】
回折フレークの製造工程は米国特許第６６９２８３０号に詳細に説明される。米国特許出願第２００３０１９０４７３号は色回折フレーク（米国特許第６，８４１，２３８号）の製造を説明する。磁性回折フレークの製造は回折フレークの製造に類似するが、その１層は磁性であることが必要である。実際に、磁性層はＡｌ層の間に挟むことで隠蔽することができ、このようにして磁性層はフレークの光学的設計に実質上影響を与えず、または同時に薄膜干渉光学設計における吸収体、誘電体または反射体としての光学的な能動的役割を果たすことができる。
【０１１９】
図２４は、銀行紙幣または株式証券等の書類とすることのできる基板２９上の、第１の選択観察角度での印刷像２０の簡略化した平面図である。印刷像は、架空像が写真複写せず、従来の印刷技術によって製造できないので、セキュリティおよび／または本物の特徴として働くことができる。第１部分２２は明るくみえ、第２部分２４は暗く見える。区画線４０は図２３に示した断面を示す。第１部分および第２部分の間の遷移部２５は比較的鋭い。書類は例えば銀行紙幣、株式証券、または他の高価値印刷物とすることができる。
【０１２０】
図２６は、説明のために「回転する棒」と呼ぶ、本発明の他の実施形態による動的光学装置の印刷層４２の簡略化した断面図である。像は基板２９上に印刷された透明担体２８によって囲まれた顔料フレーク２６を含む。顔料フレークは湾曲して整列される。フリップ・フロップのように、顔料フレークの表面から観察者へ光を反射する回転棒の領域（複数の領域）は、光を観察者へ直接反射しない領域よりも明るく見える。この像は、像が観察角度に関して傾けられるとき、像を横断して動く（「回転する」）ように見える明るい帯（複数の帯）または棒（複数の棒）を提供する。
【０１２１】
ここで図２７ａに話を向けると、数字１００の像が示され、像を軸２７０の周りに傾けるとき回転棒効果が見られる。照明は箔の頂部側からである。像内の明るい棒は数字「１００」を横断する中央の位置からそのより低い領域へ動くように見える。この場合、像は、その溝を像の頂上部から低部へ配向して有する回折フレークから構成され、このような傾きは回折効果を示さない。黒と白で示した図２７ｃ〜２７ｅは実際には銀、青、および赤（図示されない）に見えることに留意すべきである。対照的に、図２７ｃ〜２７ｅは像を作り上げる溝付きフレークの回折性質による追加の効果を示す。図２７ｃ〜２７ｅ中の回転棒の像は、それを図２７ａの位置から９０度回転させると回折性になる。図２７ｃにおいて、数字内のフレークの溝は左から右へ配向され、像が回転されると、回転棒の色は、傾き軸２７０に関して前後に傾けるとき、入射光の回折によって鏡面反射の銀（ｃ）から紫青（ｄ）および最終的に２７（ｅ）に示したように黄赤に移動する。色移動効果は格子周波数および光学設計に依存する。溝が配向しているため、９０度回転するとき溝が入射光に関して垂直に配向された位置にあるので、像の反射部分（棒）は回折効果を示す。
【０１２２】
磁性粒子は、以降「容易軸」と呼ぶ容易磁化軸に一致する方向に配向される。回折フレークは格子の溝または線に平行な容易軸を有する。有利なことに、面外の磁場に露出されるとき、回折フレークは同時に面外および格子の溝または線に沿って整列される。
【０１２３】
これまで説明した回折性の磁気的に配向されたフレークは、フリップ・フロップ像、回転棒像、および他の像を作るのに用いることができ、それらは基板に平行に対して基板に関して面外の「容易軸」に整列されるべきフレークを必要とする。
【０１２４】
本発明の一実施形態において、磁場に関して説明した実施形態と同様に、ドラムを用いることができ、磁石はドラム内の場を含んで、ドラム外側に配置される。電場の使用は、電場を発生させるのに十分高い電圧を誘起するため、ドラムの対向する領域または側部に互いに絶縁された金属プレートを有する、本質的に電気的に絶縁されたドラムを備えることによって行うことができる。電極をドラムから離して配置すると、電極間のドラムはドラム内に適切な場を提供しないと考えられる。
【０１２５】
本発明を様々な特定の実施形態に関して上で説明したが、本発明は、本発明の精神から逸脱することなく他の特定の形で実施することができる。したがって、上述の実施形態は本発明を説明するが、以下の請求項に示される本発明を制限しない。請求項の意味および範囲内に現れる全ての修正および等価はその範囲に含まれる。
【０１２６】
ＡＣ電場およびＤＣ電場の両方とも本発明に用いることができるが、ＡＣ電場はそれがより制御可能であるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１Ａは様々な実施形態による例示的フレーク構造の簡略化した断面図である。図１Ｂは様々な実施形態による例示的フレーク構造の簡略化した断面図である。図１Ｃは様々な実施形態による例示的フレーク構造の簡略化した断面図である。図１Ｄは様々な実施形態による例示的フレーク構造の簡略化した断面図である。
【図２】図２Ａは実施形態による形状加工されたフレークの簡略化した平面図である。図２Ｂは実施形態による形状加工されたフレークの簡略化した平面図である。
【図３】図３Ａは形状加工された磁気層の簡略化した平面図である。図３Ｂは実施形態によるフレークの簡略化した断面図である。図３Ｃは実施形態によるフレークの簡略化した断面図である。図３Ｄは実施形態によるフレークの簡略化した断面図である。
【図４】像の簡略化した平面図である。
【図５】ＤＯＶＩＤの一部の簡略化した図である。
【図６】図６Ａは像の種類を示す簡略化した図である。図６Ｂは像の種類を示す簡略化した図である。図６Ｃは像の種類を示す簡略化した図である。図６Ｄは像の種類を示す簡略化した図である。
【図７】キネグラムを示す簡略化した図である。
【図８】図８Ａは本発明の実施形態による方法の簡略化したフロー図である。図８Ｂは本発明の実施形態による方法の簡略化したフロー図である。図８Ｃは本発明の実施形態による方法の簡略化したフロー図である。
【図９Ａ】整列された回折顔料フレークのカラー走査である。
【図９Ｂ】整列された回折顔料フレークのカラー走査である。
【図９Ｃ】整列された回折顔料フレークのカラー走査である。
【図９Ｄ】整列された回折顔料フレークのカラー走査である。
【図９Ｅ】整列された回折顔料フレークのカラー走査である。
【図１０ａ】５００ｌ／ｍｍを有する溝配向可能な回折顔料フレークのポンプ油中の顕微鏡写真であり、フレークは磁場を加えないとき特定の配向をもたない。
【図１０ｂ】印加磁場の存在下、同じフレークサンプルの顕微鏡写真であり、フレークは、フレーク溝を印加磁場と同じ方向に配向して、２個の磁石の間で整列される。
【図１１】同時に磁場を印加してその溝に沿ってフレークを配向しながら、ステンシルスクリーンを通して回折フレークを基板に塗布する装置の図である。
【図１２ａ】図１１の装置の拡大領域を示す図であり、フレークが硬化された領域と同様に、フレーク溝に関するフレークの配向を見ることができる。
【図１２ｂ】より単純な磁化配置が用いられる図１２ａに類似した図である。
【図１３】より大きな矩形領域中の２個の矩形印刷を示し、２個の印刷はフレークの溝および２種の異なる印加場により異なって配向されたフレークを有し、フレークは２種の異なる磁気スキージー方向を用いて塗布した。
【図１４ａ】印加された場中で回折フレークを塗布する修正装置の図であり、動く磁石のアレーを有するシリンダまたはドラムが動く基板に接触する。
【図１４ｂ】印加された場によって整列した分極粒子を示す図である。
【図１５ａ】印加電場が存在しない油中に懸濁した誘電体粒子の写真である。
【図１５ｂ】印加電場が存在する油中に懸濁した誘電体粒子の写真である。
【図１５ｃ】回転式ウェブ印刷装置の断面側面図である。
【図１６】図１６ａは図１５ａの粒子を低倍率で示す写真である。図１６ｂは図１５ｂの粒子を低倍率で示す写真である。
【図１７】誘電体回折フレークの柱状形成、およびそれらが印加電場に平行な溝に沿って整列する傾向を示す写真である。
【図１８】回折溝が印加場の線に整列されるように回折フレークを配向し、印刷するための装置の図である。
【図１９】図１８に示したものに類似した装置の図であり、グラビア・シリンダおよび印刷ローラーが用いられる。
【図２０】図１９に示したものに非常に類似した装置の図であり、１個のローラーがソフト印刷プレートである、３ローラーのフレキソグラフ装置が示される。
【図２１】アニロックス・シリンダまたはグラビア・シリンダが用いられる印刷装置の代替の構成を示す図であり、シリンダ内に配置された対の磁気棒を有し、フレークが配向されていない溶液から取り出されるとフレークを配向する。
【図２２】本発明の実施形態によって、基板に平行および非平行に配置された回折フレークを有する２領域で形成された架空像の側面図である。
【図２３】「フリップ−フロップ」と呼ばれる印刷像の簡略化した断面図である。
【図２４】第１の選択された観察角度で書類上に印刷された像の簡略化した平面図である。
【図２５】第２の選択された観察角度で書類上に印刷され、観察点に関して像を傾けることによって得た像の簡略化した平面図である。
【図２６】本発明の他の実施形態による、考察のために「回転棒」と呼ばれる印刷像の簡略化した断面図である。
【図２７】図２７ａは面外と溝配向を組み合わせた配向の影響、および印刷像の光学的外観への効果を示す、異なる向きで示された像である。図２７ｂは面外と溝配向を組み合わせた配向の影響、および印刷像の光学的外観への効果を示す、異なる向きで示された像である。図２７ｃは面外と溝配向を組み合わせた配向の影響、および印刷像の光学的外観への効果を示す、異なる向きで示された像である。図２７ｄは面外と溝配向を組み合わせた配向の影響、および印刷像の光学的外観への効果を示す、異なる向きで示された像である。図２７ｅは面外と溝配向を組み合わせた配向の影響、および印刷像の光学的外観への効果を示す、異なる向きで示された像である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  被覆されたフレーク
１２  基板
１４、１４’  磁性材料
１６、１６’  反射材料層
１８、１８’  追加の層
１９、１９’  吸収体層
２０  回折フレーク
２２、２２’  反射体層
２３  エンボス層
２４  磁性層
２５  フィルム
２６、２６’  クリア層
２７  回折格子パターン
２９、２９’  磁性針
３０  回折フレーク
３１  磁性材料層
３２、３２’  反射体層
３３  透明頂部層
３４、３４’  クリア層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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