JP3559741B2 - 磁気泳動表示用着色磁性粒子 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は磁気泳動を利用して表示する磁気泳動表示用パネルに供される着色磁性粒子に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に、幼児用のお絵描きボードとして、透明又は半透明な描画面板（基板）とこれに対向する面材との間に多数の六角形のセルを有するハニカムコアを密封し、上記各セル内に磁性粒子を含む塑性分散液体を封入した磁気画板が知られている。
【０００３】
これは、ペン磁石の先端を描画面に接触させることにより、分散液体に磁界を作用させ、磁性粒子を描画面に浮上させて分散媒と磁性粒子とのコントラストの差で描画面に絵や文字を表示し、また基板の下で字消し棒を動かすことにより、浮上した磁性粒子を再び沈降させて絵や文字を消去するものである。
【０００４】
塑性分散液体としては分散媒に磁性粒子、微粒子増稠剤及び着色剤を配合したものが知られている。分散媒としては、例えば、水、グリコール類等の極性分散媒、有機溶剤、油類等の非極性分散媒などが挙げられる。磁性粒子としては、黒色マグネタイト、γ−ヘマタイト、二酸化クロム、フェライトなどの酸化物磁性材料や鉄、コバルト、ニッケル等の合金系の金属性磁性材料の粒子等を用いればよい。微粒子増稠剤としては、例えば、無水けい酸、含水けい酸カルシウム、含水けい酸アルミニウム、シリカ粉、けい藻土、カオリン、クレー、ベンナイト、等の単独又は混合物からなる微粉けい酸塩、アルミナ、極微細炭酸カルシウム、極微細活性炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、含水塩基性炭酸マグネシウム、硫酸バリウム等があり、さらに、着色剤としては、白色有色顔料や染料などがある。磁性粒子としては、黒色マグネタイト、γ−ヘマタイト、二酸化クロム、フェライトなどの酸化物磁性材料や鉄、コバルト、ニッケル等の合金系の金属性磁性材料の粒子等が用いられていた。このように、描画面には白色又は乳白色の分散媒の地色と黒色の磁性粒子による描線とのコントラストにより、図形や文字などが表示されるのである。
【０００５】
ところで、このような白地に黒色線による表示の次の段階の表示用パネルとしてカラー化が望まれており、本発明者等もその実現のために研究を重ねてきた。従来、金属粉を着色する方法としては、粉砕法とスプレードライ法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粉砕法は、鉄粉と顔料と合成樹脂とを混ぜ合せ、乾燥した後に粉砕し、所定の粒径に整えるもので、色彩は明るいが、粉砕時に顔料が剥離して微粉が出るので、分散液を汚染する原因となる。また、スプレードライ法は、鉄粉と顔料と合成樹脂とを混ぜ合せて液状とし、温風中にスプレーし、必要な粒子径とする方法で、粉砕しないので剥離は少ないが、スプレー時のエアに当たることにより顔料が剥れ、また剥離自体がそのまま粒子となってしまうという問題があった。
【０００７】
また、製造時に顔料の剥離がない着色磁性粒子が得られたとしても、磁気泳動表示用パネルに塑性分散液とともに着色磁性粒子を密封して使用すると、使用時に着色された磁性粒子が浮上、沈降を繰り返すうちに磁性粒子同士が衝突するので、着色層が少量ずつ剥離し、長い期間のうちには剥離した着色分が分散媒に溶け出して分散媒が汚染されてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決し、顔料の剥離がほとんどなく、しかも使用時においても分散媒を汚染することがない磁気泳動表示用着色磁性粒子を提供する個とをその課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係る磁気泳動表示用着色磁性粒子は、磁気泳動表示パネルを構成する塑性分散液体内に含まれる磁性粒子であって、有色顔料と合成樹脂と水分とから成る分散液により、コーティング装置内で転動流動造粒コーティングにより着色された着色層を有するとともに、以下の要件から成ることを特徴とする。
（イ）上記合成樹脂が水性エマルジョンであること
（ロ）上記コーティング装置内で、上記着色層の上に上記合成樹脂を水で固形成分が２０〜３０％になるように分散させた分散液を霧状に塗布してオーバーコートすることにより保護層を形成したこと
【００１０】
なお、前記着色層の下に、チタン白と合成樹脂に水を加えた分散液を前記コーティング装置内の磁性粒子に霧状に塗布することにより白色下地層を層成してもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、磁気泳動表示用パネルに供される着色磁性粒子を製造するための材料は、磁性粒子と顔料と合成樹脂である。
【００１２】
磁性粒子としては、ケイ素鋼、ステンレス鋼を使用することができる。ＳＵＳ３４３、ＳＵＳ３４３Ｌ、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ３２９ＪＩ等が適している。着色される前の見掛け密度は２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３であり、飽和磁化１３０〜２００ｅｍｕ／ｇであるのが好ましく、最適値は１３０〜１６０ｅｍｕ／ｇである。なお、従来と同じく、黒色マグネタイト、γ−ヘマタイト、二酸化クロム、フェライトなどの酸化物磁性材料や鉄、コバルト、ニッケル等の合金系の金属性磁性材料の粒子等を用いてもよい。なお、磁性粒子の径は４０〜１００μｍ である。
【００１３】
磁性粒子を着色する顔料は、例えば赤の有色顔料としては、パーマネントレッド、ファーストレッド、ピグメントレッド、ブリリアントカーミン、チンチングレッド、ベンガラ等があり、黄色の有色顔料としては、ファーストイエロー、ピグメントイエロー、ピグメントオレンジ、アシッドイエロー、アンザイエロー、黄色酸化鉄等があり、また、青の有色顔料としては、シアニンブルー、コバルトブルー、紺青、群青等があり、さらに、緑の有色顔料としては、フタロシアニングリーン、ピグメントグリーン、コバルトグリーン及び上記青と黄色の混合物等がある。なお、上記のような有機系有色顔料及び無機系有色顔料のほか、着色樹脂を粉砕したレジンカラーも使用することができる。
【００１４】
顔料だけでは磁性粒子上に付着固定されないので、有色顔料に合成樹脂を混合して磁性粒子の表面上に確実に接着させる。
【００１５】
合成樹脂は、水を分散媒とした水性エマルジョンで、このようなエマルジョンとしてアクリル酸エステルエマルジョン樹脂、アクリル共重合エマルジョン、アクリルスチレン共重合エマルジョン、酢酸ビニルエマルジョン等を使用することができる。このように水性エマルジョンを使用する理由は次のとおりである。溶剤可溶樹脂を溶剤に溶かして使用する場合は、防爆設備や溶剤の回収設備が必要となるので、コストが高くなるという問題があり、また水溶性樹脂を水に溶かして使用する場合はエマルジョンと同じ設備で可能であるが、このような樹脂は吸湿性があり使用できないという問題がある。さらに、溶剤可溶樹脂も水溶性樹脂も溶剤又は水が揮発すると粘り（粘着性）が出て、粒子同士が付着しやすくなるという欠点がある。これに対し、エマルジョンで低温（４０°Ｃ以下）の場合は、粘りの少ない状態でコーティングができるのである。エマルジョンの樹脂のガラス転移度は４０°Ｃであり、３０°Ｃ前後でコーティングすると造粒ができないことが確認されている。
【００１６】
次に、磁性粒子に着色層を層成するためには、磁化強さの調整のため、磁性粒子、顔料及び合成樹脂の含有量は、磁性粒子が７５〜７７ｗｔ％、残りを顔料と合成樹脂とすればよい。そして、顔料は１３〜１４ｗｔ％、合成樹脂は９〜１０ｗｔ％とする。なお、これらの顔料と合成樹脂の重量比率は、後述の白色下地層のための顔料や、保護層のための合成樹脂をも含むものである。
【００１７】
次に、着色磁性粒子を製造するためには、合成樹脂を半分程度残しておき、残りの合成樹脂と有色顔料と水とを固形分が３０〜５０％となるように分散させておき、図１及び図２に示す転動流動造粒コーティング装置で造粒する。上記比率が３０％未満では時間がかかり効率が悪く、剥離が起きる原因となり、また５０％を越えると、粘度が高くなり、スプレーされた霧状粒子が大きくなって磁性粒子同士が造粒されやすい。
【００１８】
まず、底部にブレード５の付いたロータ６を設けた流動槽４に磁性粒子１を投入する。流動エア（温風）７をブレードロータ６の外周部と装置側壁の隙間から給気すると、ブレードロータ６上に供給された磁性粒子１はブレード５とロータ６による転動圧密作用を強く受ける。外周部に転動してきたときにノズル８から合成樹脂と顔料と水とを混ぜ合せた分散液２を霧状にスプレーして塗布すると、磁性粒子１はこの分散液に乗って中央上部に吹き上げられ、中央コーン部６ａのテーパに沿って循環する。そのプロセスは、磁性粒子が湿潤を受けた後、分散液を吸着し、圧密球形化され、乾燥固化するという順序で繰り返される。このようにして着色層を備えた磁性粒子が造粒され、図３に示されるような、磁性粒子１上に着色層２Ａが層成された着色磁性粒子が得られる。
【００１９】
上記転動流動造粒コーティング装置によれば、高い水分状態で造粒を進行させることができるので、比較的短時間で着色磁性粒子を得ることができる。磁性粒子は転動による渦巻きの中に巻き込まれて生乾きの状態で造粒が進行するため、微粉は生乾き状態の表面に付着してしまうので、微粉の残存がきわめて少なく、粒度分布がシャープとなり、湿潤と乾燥のバランスを操作することにより密度をコントロールすることができる。
【００２０】
前記有色顔料の粒子径は０、０１〜６μｍであるのが好ましい。この粒子径があまり小さいと製造工程で分散媒を汚染する微粉が発生しやすく、大きすぎると、着色後に十分な彩度が得られにくい。鮮明な彩度を実現するためには０、１〜４μｍが最適である。
【００２１】
上述のように、転動流動造粒コーティング装置によれば、磁性粒子の周囲にムラなくきれいに着色顔料をコーティングすることができる。各粒子の粒子径が均一となり、磁化も平均化するから、少ない分散液によってきれいな色を発色させることができ、彩度が向上する。
【００２２】
また、上記コーティング法によれば、磁性粒子は転動による渦巻きの中に巻き込まれて造粒が進行するため、微粉の残存がきわめて少ないから、磁気泳動表示用パネルの各セル内の分散媒の汚染を有効に防止することができる。
【００２３】
ところで、青、赤、緑、黄のうち、緑と青は比較的容易に良い色が得られるが、赤と黄では色が明るくならない。なぜならば、通常、磁性粒子（ｓｕｓ粉）１は灰色の粉末であり、この下地の上に分散液をコーティングする場合、緑、青のように明度の低い色（暗い色）は下地の影響を受けにくいが、赤、黄のように明度の高い色（明るい色）は下地が透けるので暗くなりやすい。
【００２４】
そこで、赤と黄については、上記顔料１３〜１４ｗｔ％のうち白色顔料であるチタン白（二酸化チタン）７ｗｔ％と、上記合成樹脂９〜１０ｗｔ％のうちの合成樹脂１ｗｔ％と水分とを固形分が３０〜５０％となるように分散させた分散液を前記コーティング装置内の磁性粒子に霧状に塗布して白色下地層を層成するのが好ましい。白色下地層上に赤又は黄の分散液をコーティングするのが好ましい。この場合、図４のように、磁性粒子１上に白色下地層２Ｂが層成され、その上に着色層２Ａが層成される。青や緑についても、できれば白色下地層の上に着色する方が好ましい。
【００２５】
次に、顔料と合成樹脂の分散液の全量を同一条件でコーティングすると、運転条件によっては少量の剥離が生じることがある。このため、コーティングのし易さや着色粒子全体の強度の点を考慮し、予め残しておいた半分の合成樹脂を、着色終了後に水で固形分が２０〜３０％となるように分散させ、この分散液を前記コーティング装置内の磁性粒子に霧状に塗布してオーバーコートするのが好ましい。上記比率が２０％未満では時間がかかり効率が悪く、３０％を越えると接着性が強く、造粒が起きやすい。これにより、図５（ａ） （ｂ） に示されるように、磁性粒子１の表面に形成された着色層２Ａの上に合成樹脂による保護層３が形成されるから、この保護層３により着色層２Ａの剥離を有効に防止することができる。特に、使用時に磁性粒子１が浮上、沈降を繰り返すうちに磁性粒子１同士が衝突するので、着色層２Ａが少量ずつ剥離し、長い期間のうちには剥離した着色分が分散媒に溶け出して分散媒も汚染されてしまうが、上記保護層３により着色磁性粒子が衝突しても剥離が生じにくいから、分散媒の汚染も防ぐことができ、長くクリアな表示を継続することができる。
【００２６】
なお、オーバーコートの量は全体の１０％ｗｔ以下が望ましい。１０ｗｔ％よりも多いと、着色層の剥離に対する強度は高くなるが、相対的に着色層は薄くなり、彩度が低下する。強度と彩度との関係より最適値は３〜６ｗｔ％である。
【００２７】
次に、上記構成の着色磁性粒子は水、グリコール類等の極性分散媒、有機溶剤、油類等の非極性分散媒に微粒子増稠剤や着色剤を配合した塑性分散液体とともに所定の形状のハニカムコア内に充填され、さらにハニカムコアの表裏面にパネルを接着することにより、図６のような磁気泳動表示用パネルが完成する。各セルあるいは複数のセルのまとまったグループａ、ｂ、ｃ・・・毎に異なる色の着色磁性粒子を封入すればよい。
【００２８】
上記磁気泳動表示用パネルの描画面上に図７のようにペン磁石１４の先端を接触させ、あるいはパネル１５の裏側に摺動自在に配置された字消し棒１６を左右に動かすことにより、塑性分散液体１７に磁界を作用させて着色磁性粒子ａを描画面に浮上させ又は描画面から離反するように沈降させて描画面に絵や文字を表示し又は消去させることができる。上述のように、着色磁性粒子ａは分散媒１８の汚染を防止し、浮上時には彩度の高い鮮明な色を発現するので、磁気泳動表示用パネルの多色化を実現することができる。
【００２９】
着色された状態の飽和磁化は８０〜１５０ｅｍｕ／ｇが好ましく、ペン磁石で使用する際の磁界の強さに近い１Ｋｏｅの印加磁界における磁化は３５〜６５ｅｍｕ／ｇ（加印磁界１ＫＯｅ；振動式試料型磁力計 ＶＳＭ２型 東栄工業製）とするのがよい。これはペン磁石で着色磁性粒子２を良好に浮上または沈降させるためである。磁化が３５ｅｍｕ／ｇよりも小さいと、浮上または沈降の応答が鈍いため、表示色も薄くなる。６５ｅｍｕ／ｇよりも大きいと、ペン磁石と接触していない近くのセルの着色磁性粒子も浮上させてしまうので、描線のキレが生じ、いわゆる実際に書いた線の側端に細かいヒゲ状の突起や破線が生じる。最適値は４０〜５５ｅｍｕ／ｇである。
【００３０】
また、完成した着色磁性粒子の粒子径は５０〜１３０μｍが９０ｗｔ％以上であることが好ましい。着色磁性粒子の径が５０〜１３０μｍのときが、最もコーティング剤のコーティング作業を効率的に行なうことができるとともに、美しい描線が得られるからである。５０μｍよりも小さいと、１個のセル内の着色磁性粒子の数が多すぎて、全てが磁石ペンに瞬時に反応しにくい。また、１３０μｍよりも大きいと、１個のセル内の着色磁性粒子の数が少なく、また粒子の大きさにより磁石ペンの吸引力によって浮上しても描線が荒くなる。上記粒子径の着色磁性粒子ａが９０ｗｔ％未満であると、粒が揃わないので、きれいな描線が得られにくい。
【００３１】
【実施例】
原料として次に示すものを用意した。
磁性粒子 ｓｕｓ３４３Ｌ （４４μｍ〜１０５μｍ）
合成樹脂 アクリルエマルジョン樹脂（固形分４０％の水分散液）
顔 料 群青、チタン白
【００３２】
上記チタン白７％、合成樹脂１％に水を加え、固形分が５０％となるように分散させて第１の分散液を作った。また、群青７％と合成樹脂３％に水を加え、固形分が４０％となるように分散させて第２の分散液を作った。さらに、上記合成樹脂に水を加え、同様に固形分が３０％となるように分散させて第３の分散液を作った。まず、転動流動造粒コーティング装置内にｓｕｓ粉（磁性粒子）を入れ、７５°Ｃ、２０ｍ^３／ｍｉｎ の温風で、ｓｕｓ粉（磁性粒子）を流動させながら上記第１の分散液を霧状に塗布する。このときの吐出量と霧化エアの量のバランスにより小さな霧にしてコーティングする。そして、吐出量をコントロールして製品温度を３０〜３２°Ｃ（エマルジョンの樹脂のガラス転移度より低くしてコーティングするため）として、第１の分散液の全量を塗布して白色下地層を層成した。上記温度は、製品が適度に濡れていて、剥離が少なく、かつ粒子がくっつかない範囲とする。
【００３３】
次に、同じ温度及び風量条件下でｓｕｓ粉（磁性粒子）を流動させながら上記第２の分散液を霧状に塗布し、さらに吐出量をコントロールして製品温度を３０〜３２°Ｃとして、第２の分散液の全量を塗布して着色層を層成した。
【００３４】
さらに、同じ温度及び風量条件下でｓｕｓ粉（磁性粒子）を流動させながら上記第３の分散液を霧状に塗布し、吐出量をコントロールして製品温度を３０〜３２°Ｃとして、第３の分散液の全量を塗布して保護層を層成した。
【００３５】
最後に、５０°Ｃに加熱して水分を蒸発させ、青色の着色磁性粒子を得た。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、分散液を構成する合成樹脂が水性エマルジョンであるため、粘りの少ない状態でコーティングができるので、粒子同士が付着して造粒が起きにくく、したがって着色層に剥離が生じにくい。
【００３７】
また、着色層の上に合成樹脂を水で固形成分が２０〜３０％になるように分散させた分散液による保護層を備えたので、磁気泳動表示用パネルに使用された際に着色磁性粒子が浮上、沈降を繰り返すうちに磁性粒子同士が衝突しても、着色層が剥離するのが防止されるので、上記パネル内の分散媒の汚染も防ぐことができ、長くクリアな表示を継続することができる。しかも、固形成分が２０〜３０％になるように分散させたので、効率がよく、造粒も起きにくい。
【００３８】
請求項２に係る発明によれば、さらに、着色層の下に白色下地層が層成されるので、明度の低い色でも磁性粒子の色の影響を受けないので、暗くくすむことがなく、本来の色が発現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】転動流動造粒コーティング装置の透視図
【図２】転動流動造粒コーティング装置の一部の断面図
【図３】着色磁性粒子の拡大断面図
【図４】白色下地層を形成した場合の着色磁性粒子の拡大断面図
【図５】（ａ） （ｂ） は保護層を形成した場合の着色磁性粒子の拡大断面図
【図６】磁気泳動表示用パネルの斜視図
【図７】磁気泳動表示用パネルの実施状態を示す断面図
【符号の説明】
１ 磁性粒子
２Ａ 白色下地層
２Ｂ 着色層
３ 保護層

Claims (2)

1. 磁気泳動表示パネルを構成する塑性分散液体内に含まれる磁性粒子であって、有色顔料と合成樹脂と水分とから成る分散液により、コーティング装置内で転動流動造粒コーティングにより着色された着色層を有するとともに、以下の要件から成ることを特徴とする磁気泳動表示用着色磁性粒子。
   （イ）上記合成樹脂が水性エマルジョンであること
   （ロ）上記コーティング装置内で、上記着色層の上に上記合成樹脂を水で固形成分が２０〜３０％になるように分散させた分散液を霧状に塗布してオーバーコートすることにより保護層を形成したこと
2. チタン白と合成樹脂に水を加えた分散液を前記コーティング装置内の磁性粒子に霧状に塗布することにより前記着色層の下に白色下地層が層成された請求項１記載の磁気泳動表示用着色磁性粒子。

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