JP2005096132A - 発熱印字体 - Google Patents

Abstract

【課題】 カーボン含有シリコーンゴムを用いた発熱印字体は、軟質材・硬質材を問わず鮮明な印影を得ることができた。
しかし、カーボンを分散させたシリコーンゴムは、薄く加工することが難しく、容易に破断するので、連続使用に耐えられない欠点があった。また、カーボンを分散させたシリコーンゴムは体積抵抗値が高いので消費電力が多く、かつ、加熱時間・冷却時間ともに時間がかかる欠点があった。
【解決手段】 シリコーンゴム中に導電体を分散させてなる発熱印字体において、前記導電体がチューブ径０．４〜３５ｎｍのカーボンナノチューブであることを特徴とする発熱印字体。
【選択図】図２

Description

本発明は、感熱紙、熱転写リボン、箔などに押印する際に用い、通電すると発熱する発熱印字体に関するものである。

従来、機械装置や商品に箔押しするために発熱する発熱印字体が用いられており、特開昭５６−０２７３６７号、特開昭５６−０２７３６８号、特開昭５６−０２７３６９号、特開昭６２−２４２５５０号、特開平０８−２１６３６７号等が公知となっている。

特開昭５６−０２７３６７号公報 特開昭５６−０２７３６８号公報 特開昭５６−０２７３６９号公報 特開昭６２−２４２５５０号公報 特開平０８−２１６３６７号公報

しかし、これらは印判の材質が金属・ガラス・セラミックス等の硬い材質であったので、押印対象物が樹脂・プラスチックス等の軟質材の場合には鮮明な印影を得ることができたが、金属やガラス等の硬質材の場合には鮮明な印影を得ることができなかった。
そこで本出願人は、カーボン含有シリコーンゴムを用いた発熱印字体（特開平０８−２１６３６７号）を提案し、軟質材・硬質材を問わず鮮明な印影を得ることができる発熱印字体を提供した。
しかし、カーボンを分散させたシリコーンゴムは、薄く加工することが難しく、容易に破断するので、連続使用に耐えられない欠点があった。また、カーボンを分散させたシリコーンゴムは体積抵抗値が高いので消費電力が多く、かつ、加熱時間・冷却時間ともに時間がかかる欠点があった。

シリコーンゴム中に導電体を分散させてなる発熱印字体において、前記導電体がチューブ径０．４〜３５ｎｍのカーボンナノチューブであることを特徴とする発熱印字体。

カーボンナノチューブを分散させたシリコーンゴムからなる発熱印字体は、薄く加工することが容易なので、成形性に優れ、また、薄く成形しても強度を高く保ち、耐久性にも優れている。また、体積抵抗値が低く熱効率が非常に良いので、少ない電力で必要な温度まで発熱させることができ、電池などを電源としたハンディタイプのスタンプとすることが可能である。更に、発熱印字体の放熱冷却する時間が極めて短いので、押印する際は感熱紙などの被押印物に接触するとほぼ同時に発熱印字体が放熱冷却し、滲みのないシャープな印影が得られる。
もちろん、発熱印字体が軟質のシリコーンゴムなので、プラスチックス、樹脂等の軟質材だけでなく、ガラス、金属等の硬質材にも鮮明に押印できる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の発熱印字体は、シリコーンゴム中に導電体を分散させてなるタイプの発熱印字体であって、特に前記導電体がチューブ径０．４〜３５ｎｍのカーボンナノチューブを用いることを特徴とする発熱印字体である。具体的には、未架橋シリコーンゴム、カーボンナノチューブ、架橋剤、その他必要に応じて添加剤を加え、均一に分散した混合物を架橋させて製造される。
ここで、本発明に使用できる未架橋シリコーンは特に限定しないが、東芝シリコーン(株)社製ＴＳＥ２２１−５Ｕ・ＴＳＥ２２１−６Ｕ・ＴＳＥ２１２２−６Ｕ・ＴＳＥ２７０−６Ｕ・ＴＳＥ２６０−５Ｕ・ＴＳＥ２６１−５Ｕ・ＴＳＥ２３２３−５Ｕ等や、信越化学工業(株)社製ＫＥ９４１−Ｕ・ＫＥ９５１−Ｕ・ＫＥ９６１１−Ｕ・ＫＥ７６５−Ｕ・ＫＥ５４０−Ｕ・ＫＥ５５２−Ｕ等や、東レダウコーニングシリコーン(株)社製ＳＨ７４５Ｕ・ＳＨ３５Ｕ・ＳＨ５２Ｕ・ＳＨ８４１Ｕ・ＳＨ８５１Ｕ・ＳＨ８５２Ｕ・ＳＥ１１２０Ｕ・ＳＥ１６０２Ｕ・ＳＥ４７０６Ｕ等を例示することができる。
カーボンナノチューブは、チューブ径０．４〜３５ｎｍのものが好ましく用いられ、具体的には、チューブ径０．４〜３５ｎｍ・チューブ長１〜１００μｍ・チューブ層５〜５０の多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、又は、チューブ径０．４〜３５ｎｍ・チューブ長０．０１〜１００μｍの単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を用いることができる。当該カーボンナノチューブは、前記未架橋シリコーンゴム１００重量部に対して、２０〜８０重量部の割合（２０〜６０ｐｈｒ）で配合される。配合量が少なすぎると十分に発熱しない発熱印字体となるし、配合量が多すぎると割れたり脆くなったり柔軟性が無くなったり物性的に劣る発熱印字体となるので好ましくない。
架橋剤は、公知のパーオキサイドが使用でき、例えばベンゾイルパーオキサイド、２，４ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジターシャリーブチルパーオキサイド、２，５ジメチル２，５ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、ターシャリーブチルクミルパーオキサイド、ターシャリーブチルパーベンゾエートなどを用いることができ、前記前記未架橋シリコーンゴム１００重量部に対して、１〜５重量部程度（１〜５ｐｈｒ）配合できる。

本発明の発熱印字体は、未架橋シリコーンゴム、カーボンナノチューブ、架橋剤、その他必要に応じて添加剤を加え、これを均一に分散した混合物をシート状に成形して、凹状の文字等を彫った金型に充填して、一定の圧力下で加熱して架橋させて得る方法が一般的である。または、未架橋シリコーンゴム、カーボンナノチューブ、架橋剤、その他必要に応じて添加剤を加え、これを均一に分散した混合物をシート状に成形し、一定の圧力下で加熱して架橋させた後、彫刻機やレーザ加工機などで文字等を彫刻してもよい。架橋時の圧力は１００〜２００ｋｇ／ｃｍ²、温度は１５０〜２００℃、加熱時間は５〜２０分が適当である。
本発明における発熱印字体の厚さは、０．１〜５．０ｍｍにすることができるが、成形性、耐久性、導電性といった本発明の特性を最も発揮できる範囲として、１．５ｍｍ以下が好ましい。
ここで、本発明の発熱印字体を使用する場合は、通常、当該発熱印字体に電極を取り付けると共に、発熱印字体を安定させるための支持体と当該発熱印字体を一体化して、スタンプの如く使用する。
電極は、導電性のものであれば何でもよいが、特に導電率の高い銅が好ましく用いられる。また、接触抵抗を下げるために発熱印字体との接地面積を大きくすることが好ましい。発熱印字体と電極は、クリップ等による挟着、導電性接着剤等による接着、発熱印字体への電極の埋め込み、電極の蒸着などの方法により取り付けられる。
支持体は、発熱印字体を補助、固定などして安定させるために発熱印字体の後方に設置され、絶縁性、断熱性、耐熱性のある材質のものが用いられる。特に、ガラス、セラミックス、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ等が好ましく用いられる。また、ガラス繊維、アラミド繊維等からなる耐熱布も用いることができ、使用温度が１００℃前後、使用時間が３０〜６０秒／回程度ならば綿布でも実用上問題なく使用できる。支持体は発熱印字体の強度を補って、耐屈曲性・耐久性を向上させることができ、更に、支持体にフッ素ゴム、シリコーンゴム等の軟質材を用いたときは、バッククッション効果が生じるので、さらなる押印性向上に寄与するものとなる。発熱印字体と支持体は、接着剤等による接着による方法、クリップ等による挟着による方法などの方法で一体化することにより得られる。また、支持体がゴム系素材の場合は、発熱印字体と同時に架橋（又は加硫）成形すれば、発熱印字体と支持体が一体不可分となったものを得ることができる。例えば、支持体にシリコーンゴムを用いた場合は、カーボンナノチューブを分散させたシリコーンゴム混合物と未架橋シリコーンゴムをそれぞれシート状にして重ね合せた後、凹状の文字を彫った金型に入れ加圧加熱すればよい。この際、支持体に発熱印字体より軟らかい硬度４０〜６０の未架橋シリコーンゴムを用いれば、均一な厚さのものが得られるので好ましい。他の方法としては、カーボンナノチューブを分散させたシリコーンゴム混合物をケトンなどの有機溶剤に溶解させたものを、あらかじめ凸状の文字を作成した支持体に塗布又は粉霧して乾燥させた後、電気炉などで支持体の融点温度以下で加熱しても一体不可分化したものが得られる。この方法は、大きな文字の発熱印字体を作成するのに適している。また、発熱印字体と支持体の間に電極を挟み込んで同時に加圧加熱すれば、一度に三者を一体不可分化することもできる。

本発明の発熱印字体に電圧をかけ、感熱紙に押印したところ、約３〜５秒で１２０℃以上に上昇した。この状態で感熱紙に押印したところ、鮮明な印影を残すことができた。また、押印とほぼ同時に発熱印字体の温度が５０℃以下に低下し、印影の外郭を不必要に溶融せず、滲みのないシャープな印影が得られた。また、成形性に優れており薄く加工することができる。また、薄く成形しても高い強度を持ち、耐久性にも優れている。更に、体積抵抗値が低く熱効率が非常に良いので、少ない電力で必要な温度まで発熱させることができ、電池などを電源としたハンディタイプのスタンプとすることも可能である。
もちろん、発熱印字体が軟質のシリコーンゴムなので、プラスチックス、樹脂等の軟質材だけでなく、ガラス、金属等の硬質材にも鮮明に押印することが可能である。

以下、実施例を示すが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
図１、２は本発明の実施例１であり、２は発熱印字体、３は支持体、４は電極、１は発熱印字体と支持体と電極の三者からなるスタンプである。
本実施例の発熱印字体は、未架橋シリコーンゴム１００重量部と、チューブ径２〜５ｎｍの多層カーボンナノチューブ５０重量部と、架橋剤として２，５ジメチル２，５ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン０．５重量部とを加え、これを分散混練りした５０ｐｈｒカーボンナノチューブ混合物を、厚さ０．３ｍｍのシートにした。次に、未架橋シリコーンゴム１００重量部と、架橋剤として２，５ジメチル２，５ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン０．５重量部とを加え、混練りした後、厚さ２．０ｍｍのシートにした。
次に、両シートの間に電極となる銅箔を挟み込んで重ね合わせ、１．０ｍｍの凹状の文字を彫った金型に入れ、１５０ｋｇ／ｃｍ²、１７０℃で１０分間加熱した。そして離型した後、さらに２００℃で４時間、オーブンでアフターキュアを行った。
これを一辺１０ｍｍの角型に切断したところ、発熱印字体の厚み０．３ｍｍ、総厚み２．３ｍｍ、印面の文字高１．０ｍｍのスタンプを得た。
本実施例の発熱印字体にリード線を接続し電圧をかけたところ、数秒で１００℃以上に上昇した。次に、通電を停止し感熱紙に押印したところ、鮮明な印影を残すことができた。また、押印とほぼ同時に発熱印字体の温度が急激に低下し、印影の外郭を不必要に溶融せず、滲みのないシャープな印影が得られた。
また、本実施例の発熱印字体は、厚みが０．３ｍｍと極めて薄いものであるが、加工性もよく、製造時に破れたり、反りが生じたりしなかった。また、強度も高く、数千〜数万回の使用にも耐え得る耐久性を有していた。

比較として、実施例１のカーボンナノチューブを粒径０．０５μｍのカーボンに変更し、全く同一の方法で発熱印字体を作成し、比較例１とした。

図３、４は本発明の実施例２であり、次のように作成した。
未架橋シリコーンゴム１００重量部と、チューブ径１．２〜１．４ｎｍの単層カーボンナノチューブ１００重量部と、架橋剤として２，５ジメチル２，５ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン０．５重量部とを加え、これを分散混練りした１００ｐｈｒカーボンナノチューブ混合物を、厚さ０．３ｍｍのシートにした。次に、未架橋シリコーンゴム１００重量部と、架橋剤として２，５ジメチル２，５ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン０．５重量部とを加え、混練りした後、厚さ２．０ｍｍのシートにした。
次に、両シートを重ね合わせ、１．０ｍｍの凹状の文字を彫った金型に入れ、１５０ｋｇ／ｃｍ²、１７０℃で１０分間加熱した。そして離型した後、さらに２００℃で４時間、オーブンでアフターキュアを行った。
これを一辺１０ｍｍの角型に切断したところ、発熱印字体の厚み０．３ｍｍ、総厚み２．３ｍｍ、印面の文字高１．０ｍｍのスタンプを得た。次に、ポリイミドプラスチックフィルムに銅を蒸着させたものを厚さ１．０ｍｍの断熱材に巻いて電極とし、発熱印字体の文字部分以外の箇所に接触させ、更に押え枠等を用いて圧着してスタンプを作成した。
本実施例の発熱印字体に電圧をかけたところ、数秒で１００℃以上に上昇した。次に、通電を停止し感熱紙に押印したところ、鮮明な印影を残すことができた。また、押印とほぼ同時に発熱印字体の温度が急激に低下し、印影の外郭を不必要に溶融せず、滲みのないシャープな印影が得られた。
また、本実施例の発熱印字体は、厚みが０．３ｍｍと極めて薄いものであるが、加工性もよく、製造時に破れたり、反りが生じたりしなかった。また、強度も高く、数千〜数万回の使用にも耐え得る耐久性を有していた。

比較として、実施例２のカーボンナノチューブを粒径０．０５μｍのカーボンに変更し、全く同一の方法で発熱印字体を作成し、比較例２とした。

以下、実施例と比較例の性能を示す。（○：良好、×：不良又は問題あり）
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│ ｜実施例１｜実施例２｜比較例１｜比較例２｜
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｜カーボンナノチューブ又はカーボン｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
とシリコーンゴムとの混合性 ｜ ｜ ｜ ｜ ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜シーティング性 ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜文字成形性（架橋性） ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜発熱印字体の破れ ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜離型性 ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜表面の外観 ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜耐屈曲性 ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜体積抵抗（Ω・ｃｍ） ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
├────────────────┼────┼────┼────┼────┤
｜発熱捺印性（印影の鮮明度） ｜ ○ ｜ ○ ｜ × ｜ × ｜
└────────────────┴────┴────┴────┴────┘

実施例１の斜視図 実施例１の断面図 実施例２の斜視図 実施例２の断面図 実施例１の表面 実施例１の断面 実施例２の表面 実施例２の断面 比較例１の表面 比較例１の断面 比較例２の表面 比較例２の断面

符号の説明

１ スタンプ
２ 発熱印字体
３ 支持体
４ 電極

Claims (1)

1. シリコーンゴム中に導電体を分散させてなる発熱印字体において、前記導電体がチューブ径０．４〜３５ｎｍのカーボンナノチューブであることを特徴とする発熱印字体。