JPS6147425B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ホログラムを大量に複製するための
方法ならびに装置に関する。

コヒーレント光源としてのレーザーの開発によ
り３次元の立体情報を２次元の記録材料に記録し
たホログラムが製造されている。しかしながら、
ホログラム作製に関する現在までの開発研究は主
として被写体からの記録手法の改良に向けられて
おり、ホログラムの大量供給については、一、二
の提案があるが、困難であるとされていた。この
理由は次の通りである。

まずホログラムの作製は、コヒーレントな光の
干渉縞を感材面（乾板）に記録することが本質的
な原理であることから、被写体からの記録に際し
ての被写体と乾板との位置関係、又は複製に際し
ての原版（マスター）と乾板との位置関係には、
光の波長オーダー以上の振動や移動があつては干
渉縞が形成できない。したがつて繰り返し記録や
複製が困難であつて、ホログラムの大量生産は困
難である。また原版からの光学的複製は暗室作業
が前提であり、１対１複製を繰り返すだけであつ
て量産性に乏しい。

これに対し、原版を金属で作り、ホログラフイ
ツク情報を構成する微細な干渉縞の凹凸を高分子
材料面上にプレスする方法が提案されている（エ
ヌ・ケー・シエリドン“ブレーズド・ホログラフ
イー”の製造（Producing of blazed
holography）“Appl.Phys.Lett.12，316―318
（1968））この手法は典型的には以下のようにして
行われる。すなわち、まず、ガラス板上にコーテ
イングしたフオトレジストに干渉縞を記録し、現
像後、レジストに形成された凹凸状の干渉縞上に
金蒸着をする。次いで、この金蒸着面上に、スル
フアミン酸ニツケルメツキ浴中でニツケル対向電
極を用いニツケルメツキを施してマザー（母版）
を作る。その後、同様なメツキ処理でマザーから
マスター（原版）を作る。次いでこのニツケル原
版を熱可塑性樹脂シート上にプレスして干渉縞を
記録してホログラムとする。

このホログラムの作製方法は、原版から製品ホ
ログラムを複製する過程がプレス加工で行われる
ため、光学的手法を採用する従来方法と比較して
量産性に富むという利点がある。しかしながら、
この方法では微細な干渉縞の記録に樹脂の熱可塑
性を利用しているためプレス時の温度制御の困難
性、樹脂のスプリングバツクのため、経時変化・
温度変化により作製されたホログラムの回折効率
が減少してくるという欠点がある。

本発明は、このような事情に鑑み、ホログラム
を大量に且つ精度良く作成するための方法および
装置を提供することを目的とする。

本発明者の研究によれば、このような目的は、
上述した原版の樹脂シートに対するプレス（押
圧）を行う手法に類似はするが、微細干渉縞の記
録のための樹脂の賦形に樹脂の熱可塑性ではなく
電子線硬化性を利用し、且つ電子線の二段照射に
より離型効果と賦形効果を調和させることにより
達成されることが見出された。

すなわち本発明のホログラムの製造方法は、基
材シート上に塗布された電子線硬化性樹脂層に、
電子線を予備露光してその表面層のみを硬化さ
せ、次いでホログラフイツク情報を構成する微細
凹凸を有する版面を前記樹脂層に押圧し、この押
圧と同時に樹脂層に再度電子線を照射して硬化を
完了させることを特徴とするものである。

また本発明のホログラムの連続的製造装置は、
電子線硬化性樹脂層を形成した基材シートの供給
装置と、該基材シートの流れ方向に沿つて基材シ
ートの前記樹脂層形成面側に順次配置された前記
樹脂層の表面のみを予備硬化するための第一電子
線照射装置および該予備硬化した樹脂層に押圧転
写するためのホログラフイツク情報を微細凹凸模
様として有する原版と、基材シートの前記樹脂層
を設けた面とは逆の面側に前記原版と対向して設
けられた第二電子線照射装置とからなることを特
徴とするものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明で使用する原版を得るための方法として
は、たとえば上述したシエリドン文献に記載され
たものも含めて既知の任意のものを用いることが
できる。

母版の作成 より一般的にはダイクロメートゼラチン乾板、
銀乾板等を用い、He―Neレーザー（波長632・
8nm）、Arレーザー（波長488nm、543nm）等の
レーザー光により、適当なレンズ、ミラーあるい
はビームスプリツターを含む光学系を用いて物体
光および参照光を得てこれらを乾板の感光剤層に
照射することにより、記録が行われる。その後、
硬膜、脱水、乾燥等の処理を行うことによりホロ
グラムを得る。これがマザー（母版）となる。

原版の作成 上述したようにこの母版から、シエリドンに記
載の方法により、金属蒸着を含む方法で金属原版
を得てもよい。しかしながら、シリンドリカルな
金属原版を得るためには、カーボテイツシユの使
用とエツチングを含む以下の方法により原版を製
造するのが良い。

この方法は、一例として以下のように実施され
る。

すなわち第１図に示すように、ベンガラ台紙等
の暗色の台紙１上に、予め重クロム酸でセンシタ
イズした厚さがたとえば10〜300μのゼラチン層
２を形成したカーボンテイツシユＡのゼラチン層
２に密着して、上記のガラス基板３上に微細な干
渉縞としてホログラフイツク情報を含む感光樹脂
層４を有する母版Ｂの感光樹脂層４を密着して、
母版Ｂ側からレーザー光５を照射することによ
り、母版Ｂのホログラフイツク情報が、カーボン
テイツシユＡのゼラチン層２に転写される。ゼラ
チン層２には、ホログラフイツク情報は第２図に
示すように微細な干渉縞６の潜像として記録され
るものと考えられる。このような干渉縞６はゼラ
チン層２の全面に記録しても良いし、適当なマス
キングを行い、その一部に記録してもよい。

かくしてホログラフイツク情報を記録したカー
ボンテイツシユＡを金属版胴に巻き付ける。これ
は、たとえば第３図に示すように、アルコール水
溶液１１をゴムロール１２を介してCu製のグラ
ビア版胴１３上に塗布し、この塗布面にカーボン
テイツシユＡのゼラチン２面を密着させつつ、案
内ロール１４ａ，ｂ，ｃ、を回るベルト１６で押
圧することにより行われる。アルコール水溶液
は、２〜20％、特に５〜12％のアルコール含量の
ものを16〜24℃、特に20〜22℃で用いることが好
ましく、図示のようなロールコートのみならず、
スプレーコートをしても良い。また版胴１３への
カーボンテイツシユＡの付着は、好ましくは圧力
200ｇ／cm²〜7.5Kg／cm²、速度15〜80cm／分で行わ
れる。

カーボンテイツシユＡの版胴１３への完全密着
を確認した後、台紙２を剥す。そのためには、ま
ず台紙２側から徐々に15〜65℃の水を、次第に温
度を増加させつつにじませてから台紙を剥す。

台紙剥離後、版胴に付着したゼラチン層２に好
ましくは32〜58℃の温水を流下することにより未
露光部のゼラチンを溶解除去し、更に版胴を回転
させつつ50〜100％のアルコール水溶液で１〜３
回洗浄する。次いで90〜190℃の熱風を吹き付け
つつゼラチンを10〜40分間で急速乾燥して、ゼラ
チンを硬化させる。ここまでの現像開始処理は、
カーボンテイツシユへのホログラフイツク情報の
記録後、24時間以内、特に３時間以内に行うのが
好ましい。またこの状態のゼラチン層は湿度に弱
いので乾燥状態に保つのが良い。

このようにして形成されたゼラチン層２を形成
した版胴１３の表層の断面は、版胴１３としてバ
ラード法のグラビア版胴を用いた場合について第
４図に示すように、内側Cu層１６、Ag層１７、
外側Cu層１８の上にホログラフイツク情報を微
細なクラツク１９として有するゼラチン層２を形
成したものである。したがつて、この状態で、版
胴を適当なエツチング液に浸漬するとまずゼラチ
ン層２のクラツク１９を通つてエツチング液が
Cu面１８に到達し、またしばらくするとゼラチ
ン中を通過したエツチング液もCu面１８に到達
する。この様にゼラチンが付着している所と、し
ていない所、またゼラチン層の厚さの異なる所で
エツチング速度が異なり、またエツチングの表層
パターンとしてはCu面１８に密着した部分のゼ
ラチンの干渉縞が記録されることになる。エツチ
ング後にゼラチン層を除去した後の版胴１３の表
層部の概念的断面図を第５図に示す。このように
してCu面１８に形成された表層エツチング模様
は、一般に言われているブレーズドホログラムの
パターンと類似のものであることが本発明者によ
り発見された。

エツチングは、版胴１３の外側Cuメツキ層と
して1.0〜40μ、特に２〜10μのものを用い、
Be′35〜44゜、特にBe′39〜42゜塩化第２鉄溶液を
エツチング液として用いて５分〜30分、特に10〜
15分行うことが好ましい。エツチング後直ちに水
洗を行い、更に30〜45℃の温水で充分にゼラチン
を溶解除去してCu面１８を出す。

更にCu面上にCu面を保護し、且つ後述する樹
脂との離型性をよくするために0.1〜４μ、特に
0.2〜1.0μのCrメツキを施すことが好ましい。

かくして、本発明に使用するための好ましいホ
ログラム原版が得られたことになる。

ホログラムの複製 上記のようにして得られたホログラム原版から
ホログラムを複製するためには、好ましくは、一
例として第６図（その一部を拡大して第７図およ
び第８図として示す）に示すような装置系を用い
て以下に示すような方法が採られる。

すなわち、紙あるいは好ましくは二軸延伸され
たプラスチツクフイルム等からなる厚み10μ〜
300μ程度の基材シート２０を５〜50ｍ／分、好
ましくは15〜35ｍ／分で供給ロール２１から送り
出しつつ塗布ロール２１を介して電子線硬化性樹
脂２３を、たとえば2.0〜6.0ｇ／m²の塗布量ある
いは20〜300μの層厚で塗布する。電子線硬化性
樹脂の塗布に先立つて図示しないが、適当な印刷
ロールを付加して基材シート２０の印刷を行つて
もよい。

かくして電子線硬化性樹脂を一面に塗布した基
材シート２０ａを次いで窒素チエンバー２４中に
導入し、ここで基材シート２０ａの電子線硬化性
樹脂塗布面に対向して設けられた第一電子線照射
装置２５から電子線２６を照射して電子線硬化性
樹脂層２３の表層２７のみを硬化させる（第６
図，第７図）。

次いで表層の硬化した電子線硬化性樹脂層を有
する基材シート２０ａは、第二の窒素チエンバー
２４ａに導入され、ここで基材シート２０ａの電
子線硬化性樹脂層２３を有する側に設けられた上
述のようにして作成されたグラビアシリンダー状
のホログラム原版３０により、ホログラフイツク
情報を構成する微細凹凸３１が表層の硬化した熱
硬化性樹脂層２３に押圧され、対応するホログラ
フイツク情報が微細凹凸３２として電子線硬化性
樹脂層２３ないしその硬化物層２７に記録され
る。押圧の圧力は一対のテンシヨンロール３０
ａ，ｂにより調節する。一方、基材シート２０ａ
のホログラム原版３０を設けた側の面と逆の面に
対向して設けられた第二電子線照射装置３３から
は電子線２６が基材シート２０を通して電子線硬
化性樹脂層２３に照射され、その全層にわたる硬
化物２７を与える（第６図および第８図）。

最後にかくして形成された基材シート２０ａの
硬化樹脂層２７の表層に微細凹凸３２としてホロ
グラフイツク情報を記録してなるホログラムの連
続体シート３４は巻取ロール３５により巻取られ
る。このシート３４を適当な寸法に截断すること
により製品ホログラムが得られる。

本発明の場合、第７図、第８図を参照するとよ
くわかるように、紙又は樹脂フイルムからなる基
材シート２０の面のように光の波長オーダから見
て粗面と見なされる面に対して電子線硬化性樹脂
層２３を塗布形成し、電子線を照射して表層２７
を硬化させると、平滑性に富んだ高光沢な平面が
与えられる。かくして形成された表層のみを硬化
させた樹脂層は、干渉縞の微細凹凸を付与するに
適した適当な全体としての軟らかさと表面の離型
性が理想的に調和している。そして賦形とほぼ同
時に第二の電子線が照射されて樹脂層全体が硬化
されるため、熱可塑性樹脂を用いて成形するとき
に見られるようなスプリングバツクも殆んど問題
とならない。したがつて原版３０に形成された干
渉縞の微細凹凸が硬化樹脂層２７に精密に転写さ
れる。

本発明で使用する電子線硬化性樹脂はラジカル
硬化性組成物であつて、通常は二重結合を有する
オリゴマー単独あるいはビニルモノマーとの混合
物から成る。ビニルモノマーはフイルムへのコー
トを可能にするための粘度調整剤であり、また、
硬化する際にはオリゴマーと共重合する。オリゴ
マーとしては不飽和ポリエステル系樹脂、アクリ
ル系樹脂、ウレタン変性不飽和ポリエステル、シ
リコン変性不飽和ポリエステル、ビニルウレタン
系樹脂、エポキシ変性不飽和ポリエステル、アク
リル変性エポキシ樹脂等の単独もしくは２種以上
の混合物として使用できる。また、ビニルモノマ
ーとしては、アクリル酸メチル、メタクリル酸メ
チル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、
アクリル酸ｎ―およびｉ―プロピル、メタクリル
酸ｎ―およびｉ―プロピル、アクリル酸ｎ―、ｉ
―およびｔブチル、メタクリル酸ｎ―、ｉ―およ
びｔ―ブチル、アクリル酸２―エチルヘキシル、
メタクリル酸２―エチルヘキシル、アクリル酸ラ
ウリル、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸シク
ロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、酢酸
ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリロ
ニトリル、メタクリロニトリル、スチレン、ビニ
ルトルエン、エチレングリコールジアクリレー
ト、エチレングリコールジメタクリレート、ジエ
チレングリコールジアクリレート、ポリエチレン
グリコールジアクリレート、ポリエチレングリコ
ールジメタクリレート、プロピレングリコールジ
アクリレート、プロピレングリコールジメタクリ
レート、ポリプロピレングリコールジアクリレー
ト、ポリプロピレングリコールジメタクリレー
ト、１，３―ブチレングリコールジアクリレー
ト、１，３―ブチレングリコールジメタクリレー
ト、１，４―ブチレングリコールジアクリレー
ト、１，４―ブチレングリコールジメタクリレー
ト、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネ
オペンチルグリコールジメタクリレート、ジビニ
ルベンゼン、ジアリルフタレート、トリメチロー
ルエタントリアクリレート、トリメチロールエタ
ントリメタクリレート、トリメチロールプロパン
トリアクリレート、トリメチロールプロパントリ
メタクリレート、グリセリントリアクリレート、
グリセリントリメタクリレート、ペンタエリスリ
トールテトラアクリレート、ペンタエンスリトー
ルテトラメタクリレート等の化合物が単独もしく
は２種以上の混合物として使用できる。

これら電子線硬化性樹脂の基材シート２０への
塗布は前述したロールコート法以外にも、グラビ
アコート法、フレキソリバース法等の方法が適宜
使用される。

第一および第二電子線照射装置としては、リニ
アフイラメント型のカーテン方式あるいはスキヤ
ニング方式の電子線照射装置のいずれを用いるこ
ともできる。ただし、第二電子線照射装置に関し
てはスキヤニング方式であると、円筒状の原版の
微細凹凸に対して電子線が斜めに入射する場合か
げを作り、電子線硬化性樹脂中に未露光部を作る
こともあるので、カーテン方式の方が好ましい。
適当なカーテン方式の電子線照射装置の一例とし
てはESI（エネルギー、サイエンス、インコーポ
レーテツド）社製のリニアフイラメント型のもの
がある。

照射する電子線のエネルギーは、10〜1000KeV
の範囲とし、特に予備露光では15〜65KeV、硬化
完了のための第二電子線照射は100〜300KeVの範
囲が好ましい。一つの目安として予備照射エネル
ギーは硬化に要するエネルギーの1/10〜1/3の範
囲とするのが好ましい。

なお、本発明の実施に当り原版は必ずしも円筒
状である必要はなく平板な原版を基材シート上の
予備硬化した電子線硬化性樹脂層に押圧すること
によつても実施可能である。この際第６図に示し
たような装置系においては基材シートの供給は間
欠的に行われる。本発明のホログラムの連続的製
造装置における「連続的」の意味はこのような間
欠的な場合を包含するものとする。但し第６図の
装置系は完全な連続製造が可能であるという点で
より好ましいことはいうまでもない。

上述したように、本発明によれば、ホログラフ
イツク情報（干渉縞）をなす微細な凹凸模様を有
するホログラム原版を、樹脂面に押圧してホログ
ラムを複製するに際して樹脂として電子線硬化性
樹脂を用い、且つ電子線の二段照射を併用するこ
とにより微細な凹凸模様を精密に転写することが
できる。特にカーボンテイツシユとエツチングの
併用を特徴とする一連の方法により得られた円筒
状のホログラム原版を用いることにより、ホログ
ラムの完全な連続製造が可能となる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明
する。

実施例 １ オフセツト輪転機で印刷した週刊紙の表紙の銀
刷り部分に、第６図に図示の装置でグラビアロー
ルを使い、電子線硬化性樹脂（Mobil Chemical
社製78E145B）を5.2ｇ／m²塗布し、30m／分の
速度で巻き取りながら、窒素雰囲気中で、電子線
を12.5kV、30mAの条件で予備照射し、該電子線
硬化性樹脂の表面層約0.4μを硬化させ、ピツチ
３μの干渉縞の凹凸を有する円筒状ホログラム原
版で押圧し、同時に紙面裏部から電子線をカーテ
ン状に175kV、30mAのエネルギーの条件で、
2.5Mradの線量を照射した。これにより該樹脂層
を原版の凹凸で変形させると同時に硬化させ、干
渉縞を紙面上に記録し、同時に表面のつや出し効
果も与えた。このようにして、作られた週刊紙の
表紙は、光沢があり、銀刷り部分は干渉縞によつ
て、光を回折し、ニジ色に見え、極めて幻想的な
効果をかもし出した。

実施例 ２ ２軸延伸ポリプロピレンフイルムの25μ厚さの
ものを、連続型２槽真空蒸着装置で、蒸着槽の真
空度を10^-5Torrに保ち、アルミニウムを600Åの
厚さに蒸着し、蒸着フイルムとした。

該フイルムに電子線硬化性樹脂（Mobil
Chemical社製の78E145B）をグラビアロールを
用いて、4.5ｇ／m²の量で塗布し、30m／分の速
さで巻きとりながら、第６図に示すような装置
で、電子線を13kV、30mA、の条件で予備照射し
て表面層のみを硬化させ、縦、横２μピツチの格
子状の干渉縞を、カーボンテイツシユ全面に記録
して作つた円筒状ホログラム原版で該樹脂上に凹
凸の干渉縞をつけ更に175kV、30mAの電子線で
該樹脂を完全に硬化させた。このフイルムを化粧
品用の袋にしたところ、光が袋表面で回折し、ニ
ジ色に見え、極めてアピール効果の高い袋を作る
ことができた。

実施例 ３ グラビア印刷されたカタログの表紙の
「DNP」の文字部分を、凹状に作つた被写体を、
ホログラムに記録し、このホログラムを原版とし
て、第１図のようにしてカーボンテイツシユのゼ
ラチン層に転写した。この時、原版に入射する参
照光の向きは、被写体を記録した時の参照光の入
射方向とは反対側にした。該カーボンテイツシユ
より本文に記載した手法で円筒状にホログラム原
版を作つた。該原版のホログラム部分と、印刷さ
れた該文字部分とを第６図に示す装置で、検討合
せをした後、実施例―１に述べた電子線の照射条
件でホログラムを記録した。

このカタログは、光（点光源）にてらすと、
「DNP」の文字部分が表紙より約１cm飛び出して
みえ、カタログとしての価値をより一層高めるこ
とができた。

実施例 ４ 80ｇ／m²の上質紙（0.75ｍ幅巻取）に電子線硬
化性樹脂（Mobil Chemical社製78E145B）をグ
ラビアロールを用いて45ｇ／m²の量で塗布し、30
ｍ／分の速さで巻き取りながら、窒素雰囲気中で
175kV、30mAの電子線カーテンにより、
2.5Mradの線量を照射し、平滑な樹脂コート面を
もつ紙を得た。

これを、連続型２槽真空蒸着装置で、蒸着槽の
真空度を10^-5Torrに保ちアルミニウムを600Åの
厚さに蒸着し、蒸着紙とした。

この蒸着紙上に実施例―２で述べた条件で再
度、電子線硬化性樹脂を塗布し、第６図の装置で
該蒸着紙の表面にホログラムを記録した。以上の
ようにして製造した回折格子（ホログラム）を表
面にもつ蒸着紙は、金属が樹脂コート面上に均一
に、かつ最密に積層した全く金属的な光沢を示す
面を有しているため、光にあたると、該面で光を
80％近く反射し、表面の回折格子の回折効果を高
めた。しかも、この蒸着紙は、樹脂が電子線照射
により硬化してもなお柔軟なため紙としての性質
を失なつておらず、成形性は良好であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はホログラム母版からカーボンテイツシ
ユへの転写工程を示す母版―カーボンテイツシユ
積層体の断面図、第２図は、転写後のカーボンテ
イツシユの断面図、第３図はカーボンテイツシユ
の版胴への貼付工程を示す側面図、第４図および
第５図はそれぞれエツチング前後の版胴の表層の
断面図、第６図は本発明のホログラム製造装置の
一例を示す各部の配置図、第７図および第８図
は、第６図の二つの窒素チヤンバーにおける変化
を概念的に示す基材シートの側方から見た拡大断
面図である。 Ａ…カーボンテイツシユ、（１…台紙、２…ゼ
ラチン層）、Ｂ…ホログラム母版（３…基板、４
…感光剤層）、５…レーザー光、６…干渉縞潜
像、１３…版胴、１５…押圧ベルト、１６…内側
Cu層、１７…Ag層、１８…外側Cuメツキ層、１
９…ゼラチン層クラツク、２０…基材シート、２
３…電子線感光性樹脂層、２４…窒素チエンバ
ー、２５，３３…電子線照射装置、２６…電子
線、２７…硬化樹脂、３０…ホログラム原版、３
１…ホログラフイツク情報をなす微細凹凸、３２
…転写された凹凸、３４…ホログラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基材シート上に塗布された電子線硬化性樹脂
   層に、電子線を予備露光してその表面層のみを硬
   化させ、次いでホログラフイツク情報を構成する
   微細凹凸面を有する原版を前記樹脂層に押圧し、
   この押圧と同時に樹脂層に再度電子線を照射して
   硬化を完了させることを特徴とする、ホログラム
   の製造方法。 ２ 電子線硬化性樹脂層を形成した基材シートの
   供給装置と、該基材シートの流れ方向に沿つて基
   材シートの前記樹脂層形成面側に順次配置された
   前記樹脂層の表層のみを予備硬化するための第一
   電子線照射装置および該予備硬化した樹脂層に押
   圧転写するためのホログラフイツク情報を微細凹
   凸模様として有する原版と、基材シートの前記樹
   脂層を設けた面とは逆の面側に前記押圧版と対向
   して設けられた第二電子線照射装置とからなるこ
   とを特徴とする、ホログラムの連続的製造装置。 ３ 前記原版が、金属版胴上に設けたホログラフ
   イツク情報を含むカーボンテイツシユのゼラチン
   硬化層を介して、該金属版胴をエツチングして得
   られたものである上記第２項の装置。