JP2021045972A

JP2021045972A - 感熱フィルム

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Publication number: JP2021045972A
Application number: JP2020203098A
Authority: JP
Inventors: 貴之木村; Takayuki Kimura; 寛樹古澤; Hiroki Furusawa; 吉田　雅彦; Masahiko Yoshida; 雅彦吉田; 小野　信一; Shinichi Ono; 信一小野
Original assignee: Osaka Sealing Printing Co Ltd
Current assignee: Osaka Sealing Printing Co Ltd
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2036-05-24
Also published as: JP7069446B2

Abstract

【課題】サーマルヘッドの摩耗が抑制された感熱フィルムを提供する。【解決手段】感熱フィルム１は、基材２と基材の少なくとも一方の表面に部分的に設けた感熱層３と保護層４とを備え、サーマルヘッドにより感熱層を発色させるか又は発色させた感熱フィルムであって、保護層を、基材の感熱層を設けた側の表面上に、感熱層の全面を被覆した状態で、感熱フィルムとサーマルヘッドとの接触範囲６に設けている。【選択図】図４

Description

本発明は、感熱フィルムに関し、更に詳しくは、サーマルヘッドの摩耗を抑制できる感熱フィルムに関する。

感熱フィルムは、サーマルヘッド等の加熱によって感熱発色組成物が化学反応により発色し、記録画像が得られるものであり、ファクシミリや自動券売機、科学計測機の記録用媒体としてだけではなく、小売店等のＰＯＳシステムの感熱記録ラベルなどとして広範な用途に使用されている（例えば特許文献１参照）。

周囲を囲繞する空白部分を残した状態で感熱記録材層を基材シート上に部分的に形成した感熱記録シートにおいて、化学物質への耐久性を付与する目的で、感熱記録材層直上部全面及び空白部分の少なくとも感熱記録材層形成部近傍の周縁部を被覆するようにして基材シート上に透明保護層を形成した感熱記録シートが開示されている（特許文献２参照）。しかしながら、サーマルヘッドの観点からの保護層形成については検討されていない。

特開２００２−３６２０２７号公報特開２００５−８８５５７号公報

上記サーマルヘッドは、複数の発熱抵抗体を一列に配置することにより、選択的に発熱させることができる構造を有している。感熱フィルムに接触して断線することを防止するため、この複数の発熱抵抗体は、ヘッド保護層に覆われている。発熱抵抗体による加熱効率を上げるため、通常このヘッド保護層は非常に薄く形成されている。そのため、印字時に感熱フィルムと接触することによるヘッド保護層の摩耗は避けることができず、感熱フィルムとの接触によるヘッド保護層の摩耗が、サーマルヘッドの寿命に大きな影響を与えている。
特に、感熱フィルムのブロッキング防止のため、感熱フィルムの基材にブロッキング防止材としてシリカ等が配合されている場合には、感熱フィルムとの接触によるヘッド保護層の摩耗が顕著であり、サーマルヘッドの寿命がきわめて短くなるという問題があった。
本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、サーマルヘッドのヘッド保護層の摩耗が抑制された感熱フィルムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

本発明の感熱フィルムは、基材と上記基材の少なくとも一方の表面に部分的に設けた感熱層と保護層とを備え、サーマルヘッドにより上記感熱層を発色させるか又は発色させた感熱フィルムであって、上記保護層を、上記基材の上記感熱層を設けた側の表面上に、上記感熱層の全面を被覆した状態で、上記感熱フィルムと上記サーマルヘッドとの接触範囲に設けている。

また、本発明の感熱フィルムは、上記感熱層を複数備えていることが好ましい。
さらに、本発明の感熱フィルムは、上記基材が帯状体であり、上記保護層を、上記基材の長さ方向に連続して設けていることが好ましい。

本発明によれば、サーマルヘッドの摩耗を抑制できる感熱フィルムを提供できる。

本発明の一実施形態の感熱フィルムの概略断面図である。本発明の一実施形態の感熱フィルムを上から見た図である。本発明の一実施形態の感熱フィルムにサーマルヘッドが接触した状態を表す概略断面図である。本発明の一実施形態の感熱フィルムにおける、感熱フィルムとサーマルヘッドとの接触範囲を示す図である。本発明の他の一実施形態の感熱フィルムの概略断面図である。本発明の他の一実施形態の感熱フィルムを上から見た図である。本発明の他の一実施形態の感熱フィルムにおける、感熱フィルムとサーマルヘッドとの接触範囲を示す図である。本発明の別の一実施形態の感熱フィルムを上から見た図である。本発明の別の一実施形態の感熱フィルムにおける、感熱フィルムとサーマルヘッドとの接触範囲を示す図である。

感熱層は、基材の少なくとも一方の表面に部分的に設けられているが、ここで、「部分的に」とは、基材の少なくとも一方の表面を、感熱層が１００％（全て）被覆していない状態をいう。

また、「感熱フィルムとサーマルヘッドとの接触範囲」とは、感熱フィルムをサーマルヘッドからの熱により発色させる工程において、感熱フィルムが既にサーマルヘッドと接触した範囲と、将来的にサーマルヘッドと接触する範囲とを含む。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態の感熱フィルム１の概略断面図を示す。感熱フィルム１は、フィルム状の基材２上に、加熱によって発色する感熱発色組成物を含む感熱層３、及び保護層４が積層された構造となっている。感熱層３は、図１に示すように、基材２の幅よりも狭い幅で、基材２上に部分的に形成されている。保護層４は、感熱層３を覆い、さらに基材２上の感熱層３の形成されていない部分の上であって、少なくとも、図１中に示したサーマルヘッド接触幅Ｌで形成されている。保護層４の幅は、上記Ｌ以上であることが好ましい。

図２でさらに説明すると、感熱フィルム１では、基材２上に、基材２の長さ方向に連続して１つの感熱層３が、基材２の幅よりも狭い幅で、基材２の長手方向に連続して形成されている。保護層４は、基材２上に、サーマルヘッド接触幅Ｌ以上の幅をもって、基材２の長さ方向に連続して形成されており、感熱層３を全て被覆し、さらに感熱層３の無い部分の基材２上に直接形成されている。

図２中に示す、サーマルヘッド接触幅Ｌの両端部から、保護層４の幅方向の両端部までの幅Ｌ_１、Ｌ_２は、それぞれ独立して、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上である。Ｌ_１、Ｌ_２の上限は、例えば１５ｍｍ程度である。なお、本明細書において、基材の長手方向を「長さ方向」、基材上で該長手方向に垂直な方向を「幅方向」と称する。

図３に示すように、感熱フィルム１の印字工程では、サーマルヘッド５が保護層４に接触する。そして、サーマルヘッド５は、感熱フィルム１が紙面後方から手前側に向けて長さ方向に移動するのに伴い、サーマルヘッド接触幅Ｌで保護層４に接触し続け、これにより感熱層を発色させる。サーマルヘッド接触幅Ｌは、サーマルヘッド５の幅である。

上述の様に、サーマルヘッド５が保護層４に接触した状態で、感熱フィルム１が図４中の矢印で示す方向に、移動する。従って、感熱フィルム１とサーマルヘッド５は、サーマルヘッド接触幅Ｌで、基材２の長さ方向に連続した範囲で接触する。感熱フィルム１とサーマルヘッド５との接触範囲は、図４に参照符号６で示した範囲である。

基材２としては、透明の合成樹脂フィルム、例えば、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルムなどを用いることができる。基材は、二枚以上を積層して、複合基材として使用してもよい。これらのフィルムを使用することにより、より高い透明性を有する感熱フィルムを製造できる。

かかるフィルムの厚さは特に限定されないが、例えば、１０μｍ〜１００μｍ程度が塗工性及び透明性に優れ、より好ましい。これらのフィルムは、タック性を有している場合がある。この場合、しわや搬送エラーを防止するために、ブロッキング剤を練り込んで形成してもよい。ブロッキング剤としては、微粒シリカの粉末等が使用できる。

また、基材２としては、透明性が不要であれば、紙やパルプなどを用いても良い。

ブロッキング剤を添加した基材２や、基材２として用いた紙やパルプは、表面に凹凸を有しており、これらがサーマルヘッド５に直接接すると、サーマルヘッド５の摩耗の原因となる。

感熱層３を形成する材料は、染料と顕色剤とを含む感熱発色組成物を含む。染料は、加熱により発色する発色剤が好ましい。感熱発色組成物は、他に、充填剤、結着剤、及び滑剤などを含んでいてもよい。

上記染料としては、具体的には、発色剤であるロイコ染料として、例えば、２−アニリン−３メチル−６−（Ｎ−メチル−Ｐ−トルイジノ）フルオランなどを挙げることができる。上記染料の含有量は、感熱発色組成物中、１０〜２０質量％が好ましく、１５〜１８質量％がより好ましい。

上記顕色剤としては、例えば、３，３’−ジアリル−４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルホンなどを挙げることができる。上記顕色剤の含有量は、感熱発色組成物中、２０〜４５質量％が好ましく、３０〜４０質量％がより好ましい。

上記の充填剤としては、例えば、カオリン、炭酸カルシウムなどを挙げることができ、それらの粒子径は、１．０μｍ以下であるのが好ましい。

上記の結着剤としては、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体などを挙げることができる。

上記の滑剤としては、ポリエチレン、ステアリン酸亜鉛、パラフィンなどを挙げることができ、それらの粒子径は、０．５μｍ以下であるのが好ましい。

透明性を向上させるためには、パラフィンを含有させるのが特に有効であり、このパラフィンは、感熱層３の発色温度未満、好ましくは８０℃未満、より好ましくは、５０℃未満の低融点のパラフィンであるのが好ましい。

この低融点のパラフィンの粒子径は、上記のように０．５μｍ以下であるのが好ましい。このパラフィンの含有量は、乾燥重量で、例えば、０．１〜１．０ｇ／ｍ^２であるのが好ましい。

このように低融点のパラフィンを含有させることによって、感熱層形成用の塗液を、基材２上に塗布し、乾燥する際に、パラフィンが溶融し、感熱層３を構成する粒子の表面の凹凸等の隙間に入り込んで、隙間を埋めることになり、これによって、粒子表面の乱反射を抑制して透明性をより向上させることができる。

基材２上に感熱層３を形成したフィルムは、タック性を有している場合がある。この場合、しわや搬送エラーを防止するために、上記ブロッキング剤を表面に添加してもよい。

感熱層３が充填剤として、カオリン、炭酸カルシウムなどを含有している場合や、基材２上に感熱層３を形成したフィルム表面にブロッキング剤を添加した場合は、表面に凹凸を有しており、これらがサーマルヘッド５に直接接すると、サーマルヘッド５が摩耗しやすくなる。

保護層４は、上記基材２や感熱層３の表面の凹凸や硬度の高い材料を保護してサーマルヘッド５との摩擦を抑制し、サーマルヘッド５の摩耗を抑制する。また、好ましくは、サーマルヘッド５に対する感熱フィルム１のマッチング性を向上させて、感熱層３の発色が順調に行われるようにする。保護層４としては、結着剤中に充填剤、滑剤、架橋剤などを添加したものが用いられる。

結着剤である樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、などが挙げられる。

滑剤としては、例えば、ポリエチレン、ステアリン酸亜鉛などが挙げられる。

架橋剤としては、例えば、炭酸ジルコニウムなどが挙げられる。

充填剤としては、コロイダルシリカ、炭酸カルシウム、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）などが挙げられる。

これら充填剤の粒子径は、１．０μｍ以下であるのが好ましい。

透明性をより向上させるためには、充填剤として、粒子径の小さいコロイダルシリカが好ましい。

以上のような材料によって形成される感熱層３、及び保護層４の厚み、すなわち、基材２を除いたフィルム状の感熱フィルム１の厚みは、特に限定されないが、１．０μｍ以上の厚みにおいて、当該感熱フィルム１の不透明度が、１０％以下であることが好ましい。この不透明度は、紙の不透明度の測定規格であるＪＩＳＰ８１３８に基づくものである。

感熱フィルム１において、感熱層３と保護層４との間に、水や油に対するバリアー性を有する中間層を設けてもよい。

中間層は、主に、樹脂によって形成されている。この中間層の樹脂としては、例えば、アクリル樹脂のエマルション、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂等の水溶性樹脂、ＳＢＲ樹脂などが挙げられる。

透明性を向上させるためには、上記樹脂は、水溶性部分を有する樹脂、例えば、親水性構造単位としてヒドロキシ基を有する樹脂であるポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、あるいは、疎水性のコア粒子を、水溶性のシェルポリマーでコーティングしたコア−シェル構造の樹脂、例えば、コア−シェル型アクリル樹脂などが好ましい。

水溶性のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やコア−シェル型のアクリル樹脂は、成膜性が良好であり、感熱層３上に、中間層形成用の塗液を塗布して乾燥する際に、水溶性部分を有する樹脂が、感熱層３へ染み込んで平滑な中間層が形成されるので、感熱層３での乱反射が抑制されて透明性がより向上する。

コア−シェル型の樹脂は、従来公知であり、例えば、コア−シェル型アクリル樹脂として、バリアスター（三井化学社製）の名称で市販されているものなどを挙げることができる。

実施形態の感熱フィルム１の製造方法では、感熱層形成工程において、上記基材２上に、上記感熱層形成用塗料を部分的に塗布して、上記感熱層３を形成する。続いて、保護層形成工程において、上記感熱層３上ならびに上記感熱層３が形成されていない基材２上に、保護層形成用塗料を塗布して保護層４を形成する。

感熱層３上に中間層を設ける場合には、上記感熱層形成工程において形成した感熱層３上に、中間層形成用の塗液を塗布して乾燥して中間層を形成した後、保護層形成工程において、中間層上及び上記感熱層３ならびに中間層が形成されていない基材２上に、保護層形成用塗料を塗布して保護層４を形成する。

変形例１
図５に、本発明の他の一実施形態の感熱フィルム１０の概略断面図を示す。感熱フィルム１０は、フィルム状の基材１２上に、加熱によって発色する感熱発色組成物を含む２つの感熱層１３、及び保護層１４が積層された構造となっている。２つの感熱層１３は、基材１２上に部分的に形成されている。保護層１４は、基材１２上に、２つの感熱層１３を被覆し、さらに感熱層１３の無い部分の基材１２上であって、図５中に示したサーマルヘッド接触幅Ｌ以上の幅で形成されている。

基材１２、感熱層１３、及び保護層１４の材料ならびに膜厚は、上記基材２、感熱層３、及び保護層４と好ましい態様を同じとする。また、感熱層１３、及び保護層１４の間に中間層が形成されていてもよい。中間層の材料ならびに膜厚は、感熱フィルム１に好ましくは形成されていてもよい中間層と好ましい態様を同じとする。

２つの感熱層１３は、例えば、赤発色の感熱層と、黒発色の感熱層であってもよい。２つの感熱層１３は、１つのサーマルヘッドで同時に発色できる。

図６でさらに説明すると、感熱フィルム１０では、基材１２上に、基材１２の長さ方向に連続して２つの感熱層１３が、基材１２上にそれぞれ部分的に形成されている。保護層１４は、基材１２上に、サーマルヘッド接触幅Ｌ以上の幅をもって、基材１２の長さ方向に連続して形成されており、２つの感熱層１３を被覆し、さらに感熱層１３の無い部分の基材１２上に直接形成されている。

図６中に示す、サーマルヘッド接触幅Ｌの両端部から、保護層１４の幅方向の両端部までの幅Ｌ_１、Ｌ_２は、それぞれ独立して、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上である。Ｌ_１、Ｌ_２の上限は、例えば１５ｍｍ程度である。

上述の様に、サーマルヘッドが保護層１４に接触した状態で、感熱フィルム１０が図７中の矢印で示す方向に、移動する。従って、感熱フィルム１０とサーマルヘッドは、サーマルヘッド接触幅Ｌで、基材１２の長さ方向に連続した範囲で接触する。感熱フィルム１０とサーマルヘッドとの接触範囲は、図７に参照符号１６で示した範囲である。

変形例２
図８に示すように、感熱フィルム２０では、基材２２上に、複数の感熱層２３が島状に部分的に形成されている。保護層２４は、基材２２上の全ての複数の感熱層２３を覆い、さらに感熱層２３の無い部分の基材２２上においてもサーマルヘッドとの接触範囲の幅を保った状態で、基材２２の長さ方向に連続して形成されており、複数の島状の感熱層２３を被覆し、さらに感熱層２３の無い部分の基材２２上に直接形成されている。

図８中に示す、サーマルヘッド接触幅Ｌの両端部から、保護層２４の幅方向の両端部までの幅Ｌ_１、Ｌ_２は、それぞれ独立して、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上である。Ｌ_１、Ｌ_２の上限は、例えば１５ｍｍ程度である。

基材２２、感熱層２３、及び保護層２４の材料ならびに膜厚は、上記基材２、感熱層３、及び保護層４と好ましい態様を同じとする。また、感熱層２３、及び保護層２４の間には中間層が形成されていてもよい。中間層の材料ならびに膜厚は、感熱フィルム１に好ましくは形成されていてもよい中間層と好ましい態様を同じとする。

複数の島状の感熱層２３は、例えば、それぞれ異なる色を発色する感熱層であってもよい。これらの感熱層２３は、１つのサーマルヘッドで同時に発色できる。

上述の様に、サーマルヘッドが保護層２４に接触した状態で、感熱フィルム２０が図９中の矢印で示す方向に、移動する。従って、感熱フィルム２０とサーマルヘッドは、サーマルヘッド接触幅Ｌで、基材２２の長さ方向に連続した範囲で接触する。感熱フィルム２０とサーマルヘッドとの接触範囲は、図９に参照符号２６で示した範囲である。

次に、実施例に基づいて、本発明について、更に詳細に説明する。なお、以下において、部は質量部を意味する。

実施例１
基材として、厚さ４０μｍのＯＰＰ（２軸延伸ポリプロピレン）フィルムを使用した。

このＯＰＰフィルムのＪＩＳＰ８１３８に基づく不透明度は、２．０％であった。

不透明度は、東京電色製の反射率計「ＴＣ−６ＤＳ／Ａ型」を使用して測定した。

［感熱層の形成］
このＯＰＰフィルム上に、加熱により発色する発色剤、顕色剤、充填剤、結着剤、及び滑剤などを含む感熱層形成用の塗液を、塗布量が、乾燥重量で４．０ｇ／ｍ^２となるように塗布・乾燥を行って感熱層を得た。感熱層は、上記図１で示すように、基材の長さ方向に連続して、１つの感熱層を基材の幅よりも狭い幅で、基材上に部分的に形成した。

［中間層の形成］
コア−シェル型アクリル樹脂で構成された中間層形成用の塗料を、上記感熱層上に、塗布量が、乾燥重量で２．０ｇ／ｍ^２となるように塗布した後、乾燥を行って、感熱層上に中間層を形成した。

［保護層の形成］
ポリエチレン１１部、ステアリン酸亜鉛４部、アクリル４６部、炭酸Ｚｒ６部、コロイダルシリカ４３部からなる汎用の保護層形成用の塗料を、上記感熱層と中間層の上ならびに感熱層が形成されていない基材層上のサーマルヘッドとの接触範囲に、塗布量が、乾燥重量で４．０ｇ／ｍ^２となるように塗布した後、乾燥を行って保護層を形成し、感熱フィルムを得た。

上記感熱フィルムを、サーマルヘッドを有するサーマルプリンタにセットして、発色印字した。１つのサーマルヘッドで、１００ｋｍ長さの感熱フィルムの印字が可能であった。

実施例２
変形例１に対応した実施例として、感熱層を、上記図５、６に示すように、基材の長さ方向に連続して、２つの感熱層を基材の幅よりも狭い幅で、基材上に２ラインで部分的に形成した以外は実施例１と同様にして、感熱フィルムを得た。

実施例３
変形例２に対応した実施例として、感熱層を、上記図８に示すように、島状に、基材上に部分的に形成した以外は実施例１と同様にして、感熱フィルムを得た。

比較例
保護層を感熱層と同じ幅で設けた以外は実施例１と同様にして、感熱フィルムを得た。

上記感熱フィルムを、サーマルヘッドを有するサーマルプリンタにセットして、発色印字した。１ｋｍ長さの感熱フィルムの印字をしたところで、サーマルヘッドが摩耗し、印字不能となった。

上記実施例１〜３と比較例が示すように、保護層を、基材の感熱層を設けた側の表面上に、感熱層の全面を被覆した状態で、感熱フィルムとサーマルヘッドとの接触範囲に設けることにより、サーマルヘッドの摩耗を抑制でき、数百ｋｍの感熱フィルムを１つのサーマルヘッドで印字できた。

１、１０、２０感熱フィルム
２、１２、２２基材
３、１３、２３感熱層
４、１４、２４保護層
５サーマルヘッド
６、１６、２６感熱フィルムとサーマルヘッドとの接触範囲

Claims

基材と前記基材の少なくとも一方の表面に部分的に設けた感熱層と保護層とを備え、サーマルヘッドにより前記感熱層を発色させるか又は発色させた感熱フィルムであって、
前記保護層を、前記基材の前記感熱層を設けた側の表面上に、前記感熱層の全面を被覆した状態で、前記感熱フィルムと前記サーマルヘッドとの接触範囲に設け、
さらに、前記感熱層と前記保護層との間に中間層を備え、前記中間層にコア−シェル構造の樹脂を含む
感熱フィルム。
前記感熱層を複数備えた、
請求項１に記載の感熱フィルム。
前記基材が帯状体であり、
前記保護層を、前記基材の長さ方向に連続して設けた、
請求項１又は２に記載の感熱フィルム。