JP2009083162A - 発熱印字体 - Google Patents

Abstract

【解決手段】印字部１と基底部２の間に電極３を挟んで一体化した発熱印字体において、前記電極３の表面に凹凸部３１を設けた。
【効果】２枚の未加硫シリコーンゴムに電極を挟み込んで加硫し一体化した場合でも、加硫時に発生したガスが印字部と電極の界面に残留することがなく、接触面積が低下する現象が起こらないため、接触抵抗も高くならない。このように接触抵抗が高くならないと、ほぼ印面部のみピンポイントで発熱するため、捺印したとき印影部分以外を変色させるいわゆる腹付き現象を生じさせることなく、発熱捺印性が良好となる。また、上記の通り、ほぼ印面部のみピンポイントで発熱し、余分な部分で電力を消費していないので、電力の消費効率が高くなり経済的である。
【選択図】図３

Description

本発明は、感熱紙、サーマル紙、リライタブルシート、箔押し、熱転写等に用いる発熱印字体に関する。

印字部、基底部、電極とからなる発熱印字体は、従来からよく知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
前記特許文献１、特許文献２とも、本願出願人が出願したものであり、印字部としてカーボン含有シリコーンゴムやカーボンナノチューブを含有したシリコーンゴムを採用し、印字部と基底部の間に電極を挟み込んで同時に加圧加熱すれば、一度に３者を一体化することもできる旨記載がある（特許文献１段落番号０００６、特許文献２段落番号段落番号０００８に記載）。
特開平０８−２１６３６７号公報 特開２００５−９６１３２号公報

しかし、特許文献１または、特許文献２の発熱印字体は、表面がフラットな電極を印字部と基底部の間に挟着してあるだけのため、不用意に電極が引っ張られたり、長期間使用することにより電極が外れてしまうといった不具合が生じていた。
また、電極表面がフラットな場合、印字体と電極間の接触抵抗が高くなる傾向にある。ここで、接触抵抗とは、印字体と電極の接触面に起こる抵抗を意味している。接触抵抗が高くなると、印字体と電極の界面で消費される電力が大きくなるため、印字体の印面部での発熱効率が低下する。接触抵抗を下げるためには、印字部と電極界面の接触面積を大きくすることが好ましいが、２枚の未加硫シリコーンゴムに電極を挟み込んで加硫し一体化すると、加硫時に発生したガスが印字部と電極の界面に残留することで未接触部分が生じ、接触面積が低下する現象が起こる。接触面積が低下することで、接触抵抗が高くなり、印字体の印面部での発熱効率が低下する。また、印字体の印面部以外の部分も発熱するため、例えば感熱紙へ押印した際、印面部分以外も変色するいわゆる腹付き現象が生じ、使用に際して不具合が生じていた。
また、熱プレスで印字体と基底部を一体化した場合でも、樹脂がエアーを抱き込んで気泡を形成し、これが印字部と電極の界面に残留することで未接触部分が生じ、接触面積が低下する現象が起こり、前記と同様に接触抵抗が高くなり、印字体の印面部での発熱効率が低下する。そして、印字体の印面部以外の部分も発熱するため、前記と同様、印面部分以外も変色するいわゆる腹付き現象が生じていた。

上記の課題を解決するために完成された第１の発明の発熱印字体は、印字部と基底部の間に電極を挟んで一体化した発熱印字体において、前記電極の表面に凹凸部を設けたことを特徴とする。
また、第２の発明の発熱印字体は、印字部と基底部の間に電極を挟んで一体化した発熱印字体において、前記電極の表面に設けた孔もしくは突部と、これら孔もしくは突部に対応する前記印字体の位置に設けた突片もしくは凹み部とを、嵌め合わせたことを特徴とする。

本発明は、前記電極の表面に凹凸部を設けたり、前記電極の表面に設けた孔もしくは突部と、これら孔もしくは突部に対応する前記印字体の位置に設けた突片もしくは凹み部とを、嵌め合わせているため、アンカー（錨）効果が生じ、不用意に電極が引っ張られたり、長期間使用することにより電極が外れてしまうといった不具合が生じない。
また、２枚の未加硫シリコーンゴムに電極を挟み込んで加硫し一体化した場合でも、加硫時に発生したガスが印字部と電極の界面に残留することがなく、接触面積が低下する現象が起こらないため、接触抵抗も高くならない。
また、熱プレスで印字体と基底部を一体化した場合でも、樹脂がエアーを抱き込んで気泡を形成することがないため、印字部と電極の界面にエアーが残留することがなく、接触面積が低下する現象が起こらない。そのため、接触抵抗も高くならない。このように、ガスやエアーが残留しない現象は、電極に凹凸部等を設けることで印字部と電極界面にガス抜き用の流路が形成され、ガスやエアーが外部に排出されるためと推察される。
そして、上記のように接触抵抗が高くならないと、ほぼ印面部のみピンポイントで発熱するため、捺印したときいわゆる腹付き現象を生じさせることなく、発熱捺印性が良好となる。
また、上記の通り、ほぼ印面部のみピンポイントで発熱し、余分な部分で電力を消費していないので、電力の消費効率が高くなり経済的である。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
本発明で使用する印字部１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、特に前記導電体がカーボンやチューブ径０．４〜３５ｎｍのカーボンナノチューブを用いることができる。具体的には、未架橋シリコーンゴム、カーボンあるいは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。
ここで使用できる未架橋シリコーンは特に限定されないが、ＧＥ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ＫＥ９３１−Ｕ、ＫＥ９４１−Ｕ、ＫＥ９５１−Ｕ、ＫＥ９５３−Ｕ、ＫＥ９６１−Ｕ、ＫＥ９７１−Ｕ、ＫＥ９８１−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、ＳＨ５０２ＵＡ．Ｂ、Ｕ、ＳＨ８４１Ｕ、ＳＨ８５１Ｕ、ＳＥ１１２０Ｕ、ＳＥ１１８５Ｕ、ＳＥ１６０２Ｕ、ＳＥ４７０６Ｕ、ＳＥ６７４９Ｕ等を例示することができる。
また、前記未架橋シリコーンゴム以外にも、本発明発熱印字体の使用温度（約１００℃〜１５０℃）で耐熱性のあるゴムであれば特に制限はなく、例えば、フッ素ゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）等の未加硫ゴムを採用可能である。また、前記ゴム以外にも、例えばナイロン、ポリイミド、ポリエステル等の合成樹脂を採用することも可能である。
カーボンは、粒径０．０１〜０．３μｍのものが好ましく用いられ、前記混合物中２０〜６０重量％の割合で配合される。なお、生シリコーンゴムにカーボンを分散させたシリコーンゴムとして市販されている、ＧＥ東芝シリコーン(株)社製ＹＥ３４５２ＵＢ、ＴＣＭ５４０６Ｕ、ＴＣＭ５４０７Ｕ、ＴＣＭ５４１７Ｕ、ＸＥ２３−Ａ３２２８、ＸＥ２３−Ｂ２４８４等や、信越化学工業(株)社製ＫＥ３６０３−Ｕ、ＫＥ３６０１ＳＢ−Ｕ、ＫＥ３６１１−Ｕ、ＫＥ３７１１−Ｕ、ＫＥ３８０１Ｍ−Ｕ等や、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)社製ＳＥ６７５８Ｕ、ＳＥ６７６５Ｕ、ＳＥ６７７０Ｕ、ＳＲＸ５３９ＵＴ、ＤＹ３８−００８、ＤＹ３２−４０８Ｕ等を用いてもよい。
また、カーボンナノチューブを配合する際は、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（２０〜８０ｐｈｒ）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、前記混合物中１〜５重量％の割合で配合できる。

基底部２は、絶縁、断熱、耐熱の材質のものを用いることができる。特に、ガラス、セラミックス、フッ素ゴム、シリコーンゴム等が好ましく用いられ、これらは前記市販シリコーンゴム等の各種の市販品を用いることができる。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。
電極３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印字部１との接触面積を大きくすることが好ましい。前記電極３には、孔３２もしくは突部３３を設ける。前記孔３２は、前記電極３を貫通しており、その形状は、円形、楕円形、多角形等適宜採用可能である。前記突部３３の形状も、円筒状、円錐状、角柱状、角錐状等適宜採用可能である。前記孔３２もしくは突部３３の個数は、単数、複数採用可能であり、孔３２と突部３３を組合わせて採用することも勿論可能である。
また、前記電極３の表面に凹凸部３１を設けてもよい。前記凹凸部３１は、前記電極３の表面全面に設けてもよいし、部分的に設けてもよい。前記凹凸部３１を設けることにより、印字部１との接触面積を大きくすることができる。
ここで、前記孔３２もしくは突部３３、凹凸部３１を設ける面は、印字部側だけでなく基底部側に設けてもよいものである。

本発明の発熱印字体を作製する場合は、次の方法で印字部１と基底部２の間に電極３を挟んで一体化することができる。
まず、印字部１と基底部２の間に電極３を挟み込んで同時に加圧加熱すれば、一度に３者を一体化することができる。例えば、基底部２にシリコーンゴムを用いた場合は、カーボン含有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、その間に電極３を挟み込んで重ね合せた後、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、基底部に印字部より軟らかい硬度４０〜７０の生シリコーンゴムを用いれば均一な厚さの印字部が得られるので好ましい。この方法であれば、加圧加熱したとき、前記印字体１に突片１１もしくは凹み部１２が同時に成型されるため手間が省ける。電極３の表面に凹凸部３１を設けたときも同様である。
また他の方法として、カーボン含有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、その間に電極３を挟み込んで重ね合せて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。この方法でも、前記と同様、加圧加熱したとき、前記印字体１に突片１１もしくは凹み部１２が同時に成型されるため手間が省ける。電極３の表面に凹凸部３１を設けたときも同様である。

また、前記印字部１は、前記混合物をシート状にして、凹状の文字等を彫った金型に入れ、加圧加熱して得る方法も採用可能である。圧力は１００〜２００ｋｇ/ｃｍ^２、温度は１５０〜２００℃、加熱時間は５〜２０分が適当である。本発明において印字部１の厚さは０．１〜５ｍｍにすることができるが、０．３〜３ｍｍが最も好ましい。０．３ｍｍ以下では文字部分の成形が困難であり、３ｍｍ以上では発熱効率が低下するからである。
また、未架橋シリコーンゴム、カーボンあるいは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。
このようにして得られた印字部１を用いて本発明の発熱印字体を作製する場合は、印字部１と基底部２の間に電極３を挟み込んだ状態で、接着剤等により接着する方法や、クリップ等で挟着する方法や、支持体等で保持する方法で一体化し、前記発熱印字体を得ることができる。このとき、前記電極３に孔３２もしくは突部３３を設けた場合は、これらと対応する前記印字体１の位置に、突片１１もしくは凹み部１２を予め設けておけばよいし、前記電極３の表面に凹凸部３１を設けた場合は、前記印字体１に突片や凹み部を設けることなく使用することができる。

次に、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実施例１の発熱印字体は、次のように作製した。未架橋シリコーンゴム１００重量部と、粒径０．０４μｍのカーボン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混合物を、厚さ０．５ｍｍ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、表面全面に凹凸部を形成した銅箔を電極として挟み込んで重ね合わせ（図３参照）、１．０ｍｍの凹状の文字を彫った金型に入れ、１５０ｋｇ／ｃｍ^２、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、印字部の厚み０．５ｍｍ、発熱印字体の総厚み２．３ｍｍ、印面の文字高１．０ｍｍの発熱印字体を作製し、実施例１とした。尚、実施例１の発熱印字体は、印字部の厚みが０．５ｍｍと極めて薄いものであるが、加工性もよく、反りが生じたりもしなかった。また、強度も高く、使用に際して十分な耐久性を有していた。

実施例２として次の発熱印字体を作製した。実施例１の電極の表面全面に設けた凹凸部の替わりに、直径５ｍｍの孔を２個設けた（図４参照）。それ以外は、前記実施例１と全く同一の方法で発熱印字体を作成し、実施例２とした。

比較例１として次の発熱印字体を作製した。実施例１の電極の表面に何も設けずフラットとした。それ以外は、前記実施例１と全く同一の方法で発熱印字体を作成し、比較例１とした。

実施例１、実施例２および比較例１の発熱印字体を用いて、次のように捺印試験を行った。発熱印字体にリード線を接続し１８Ｖ（９Ｖ電池２個）の電圧を印加し、印面部が１３０℃に到達する時間を測定した。また、その際、回路に流れる電流を電圧電流計で測定した。次に、通電を停止し感熱紙（ＰＬＵＳ社製 Ｔｒｅｅ‘ｓＯＡワープロ用紙 感熱用スタンダードタイプ）に押印したときの印影を目視で確認した。試験環境は、温度２０℃湿度６５％で行った。

次に、実施例１、実施例２および比較例１の捺印試験結果を表１に示す。

捺印試験の結果から、実施例１、実施例２は、発熱捺印性が良好だったのに対し、比較例１は印影の周囲も変色していた。これは、電極の表面がフラットのために電極の界面にガスが残留し接触抵抗が高くなることで、印字体の印面部以外の部分も発熱するため、感熱紙へ押印した際、印影部分以外も変色する、いわゆる腹付き現象が生じたものと推察される。一方で、実施例１、実施例２は接触抵抗が低いため、ほぼ印面部のみピンポイントで発熱しており、印影部分以外を変色させるいわゆる腹付き現象が生じることはなく、発熱捺印性が良好であったと思われる。
これは、回路の電流値の測定結果からも明らかである。実施例１、実施例２と比較して、比較例１の電流値は低く、印面部の抵抗値以外に無視できない抵抗が存在するものと推察され、これが印字体と電極の間に生じる接触抵抗と思われる。これにより電力が分散し、印面部の温度が１３０℃まで到達する時間も、比較例１では１０〜１１秒と、実施例１、実施例２と比較して極端に遅くなっている。そして、捺印に必要な消費電力量、つまり、印面部の温度を１３０℃まで到達させるための消費電力量も１０８Ｗ・ｓとなり、実施例１、実施例２と比較して極端に電力の消費効率が悪いものである。

尚、本発明を前記実施例により説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。

本発明発熱印字体の斜視図 図１中のＡ−Ａ線断面図 実施例１のＢ部分拡大断面図 実施例２のＢ部分拡大断面図 他の実施例のＢ部分拡大断面図

符号の説明

１ 印字部
１１ 突片
１２ 凹み部
２ 基底部
３ 電極
３１ 凹凸部
３２ 孔
３３ 突部

Claims (2)

1. 印字部と基底部の間に電極を挟んで一体化した発熱印字体において、前記電極の表面に凹凸部を設けたことを特徴とする発熱印字体。
2. 印字部と基底部の間に電極を挟んで一体化した発熱印字体において、前記電極の表面に設けた孔もしくは突部と、これら孔もしくは突部に対応する前記印字体の位置に設けた突片もしくは凹み部とを、嵌め合わせたことを特徴とする発熱印字体。

Images