JP5257866B2 - 接触インジケータ - Google Patents

Description

本発明は接触インジケータに関する。さらに詳しくは、本発明は、表面に圧力が加えられた部分が変色して視認され得るようにした接触インジケータに関するものである。

従来、圧力インジケータとしては、例えば特許文献１や特許文献２に示すものが知られている。
特許文献１には、マイクロカプセル化した発色剤を塗布したフィルムと、顕色剤を塗布したフィルムとを組み合わせて圧力分布測定位置に挟んで加圧し、顕色剤を塗布したフィルムの発色の濃度によって圧力分布の測定を行い、その際、圧力測定フィルムとして、顕色剤を塗布したフィルムが表面に微細な凹凸を均一に有し、または圧力分布を測定するために使用される定盤として、表面に微細な凹凸を有する物を使用して、圧力分布を測定するようにした圧力測定フィルムが開示されている。このような構成の圧力分布測定フィルムによれば、上述した微細な凹凸形状により、測定時の圧力による荷重が加わる実効面積が減少する。これにより、実際に荷重が加えられる部分における圧力感度が向上し、僅かな圧力でも発色が可能になる。

ところで、形状異方性を有するフィラーを、所謂バインダーに対して添加した塗布材料を使用して塗布膜を形成した場合に、塗布膜中のフィラーは塗装の際に塗工方向に沿って整列して配向することになる。

これに対して、従来、表面に突起が施され機能性を付与するようにした塗布膜の形成が種々試行されており、このような表面突起膜に使用される材料や形成方法、そして付与される機能性は多岐に亘っている。

例えば、特許文献２には、フィラーの一方の端部を磁性材料または誘電体で形成することにより、基材に塗布されたフィラーを含有する塗布材料の硬化前に、この塗布材料に対して磁界または電界を印加することによりフィラーを基材の表面に所定角度、好ましくは垂直に配向させるようにした溌水塗膜が開示されている。このような溌水塗膜によれば、塗膜中のフィラーの配向を制御することによって、垂直に配向したフィラーの少なくとも一部が塗布材料の表面から突出する。これにより、塗膜表面に高い溌水性が得られる。

さらに、非磁性または非強磁性の光輝性顔料を配向制御するようにした塗布膜が、特許文献３や特許文献４に開示されている。特許文献３においては、樹脂中に分散された光輝性顔料を含む塗装材料を基材に塗布して強磁場中に配置することにより、光輝性顔料が配向制御され、塗装材料が硬化される。これにより、光輝性顔料が所定方向に配向している意匠性媒体が形成される。

特許文献４においては、樹脂中に分散された顔料を含む塗装材料を基材に塗布して強磁場中に配置すると共に、パターン形成部分とその周辺とで異なる磁気勾配を生じさせることにより、パターン形成部分とその周辺とで顔料の異なる配向制御が行われ、塗装材料が硬化される。これにより、顔料がパターン形成部分でのみ所定方向に配向している意匠性媒体が形成される。

特開平０６−３３１４６７号公報 特開２００６−２０５００１号公報 特開２００７−０５４８２０号公報 特開２００７−０２９８９４号公報

しかしながら、特許文献１による圧力測定フィルムでは、測定可能な圧力は１ｋｇ／ｃｍ^２以下であるが、実際には例えば０．５ｋｇ／ｃｍ^２程度と、高い圧力に限定されてしまう。このため、例えば指が触れた程度の低い圧力を検出することは不可能であった。

特許文献２による溌水塗膜では、磁界または電界の印加によりフィラーを塗布材料の表面領域で所定角度に配向させるために、フィラーの一方の端部が磁性材料や誘電体から構成されている。従って、通常のフィラーの一端に磁性材料や誘電体を接着等により結合させる工程が必要になる。このため、フィラーのコストが高くなってしまう。

また、フィラーは、一方の端部に結合された磁性材料や誘電体を磁界または電界を印加して誘引することにより、基材表面に対して所定角度で配向する。しかしながら、フィラーの少なくとも一部を表面から突出させるための具体的手段は明記されていない。
従って、この配向工程においては、塗布材料の表面からフィラーの他方の端部を突出させることはできないので、塗布材料の塗布厚がフィラーの長さより長い場合には、フィラーが塗布材料の表面から全く突出しない可能性もある。このため、フィラーの少なくとも一部を塗布材料の表面から突出させるためには、例えばワイピングや研磨等の工程が必要になるが、ワイピングや研磨等の工程により塗布材料の表面が荒れてしまい、塗膜の機能性が失われてしまうことがある。

これに対して、特許文献３及び４により形成された意匠性媒体では、基材表面に対してフィラーを少なくとも部分的に所定角度で配向させることは可能であるが、フィラーの少なくとも一部を塗布材料の表面から突出させて、機能性を付与することは困難である。

本発明は、上記課題に鑑み、形状異方性に基づく変色性を有するフィラーの少なくとも一部が塗布膜の表面から突出しており、圧力印加部分でフィラーの突出部分が倒れて、色の変化により接触が視認され得るようにした接触インジケータを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の接触インジケータは、基材と基材の表面に塗布され硬化された塗布膜とを備え、塗布膜が、バインダーと形状異方性に基づく変色性を有するフィラーとを含んでおり、塗布膜が、バインダーの硬化前に塗布材料に対して磁場をかけて、フィラーを基材表面に対して垂直に配向させ、塗布材料を硬化させた後、フィラーが塗布膜の表面から突出するようにバインダーを表面から所定深さだけエッチングにより除去してなり、塗布膜に圧力が加えられたとき塗布膜におけるフィラーの突出部分が変形することにより塗布膜の表面が変色して観察されることを特徴とする。

上記構成によれば、形状異方性に基づく変色性を有するフィラーの少なくとも一部が塗布膜の表面から上方に突出している。これにより、外部から観察したとき、フィラーがほぼ直立した状態にあって、垂直状態の色が視認される。
これに対して、塗布膜の表面の少なくとも一部に圧力が印加されると、この圧力印加部分において、塗布膜の表面から上方に突出しているフィラーの部分が圧力によって倒れて塗布膜の表面に沿ってほぼ平行に変形する。従って、外部から観察したとき、フィラーがほぼ水平に倒れた状態にあって、水平状態の色が視認される。これにより、圧力印加部分のみフィラーが倒れることにより異なる色に変化するので、圧力印加部分が容易に認識できることになる。

この場合、検出できる圧力は、フィラーの塗布膜の表面から突出している部分が倒れる程度、例えば１ｇ／ｃｍ^２のオーダーであるので、僅かな圧力、例えば人の手指が触れる程度の小さな圧力であっても確実に検出することが可能である。

フィラーの異方性磁化率が正の場合にはその長手方向に関してより大きな磁気力を受けることになり、フィラーの長手方向が磁力線の方向に沿って配向する。フィラーの異方性磁化率が負の場合には短手方向に大きな磁化率を有しているので、フィラーはその短手方向が磁力線の方向に沿って配向する。この場合、フィラーを強磁場に限らず所定の磁場により特定の方向に配向させることができる。一方、フィラーが非磁性体の場合であっても、強磁場を用いることにより配向させることができる。このため、フィラーの材料は、磁性等の性質により制限されない。さらに、塗布材料の硬化後に、塗布膜の表面領域において所定深さだけバインダーがエッチングにより除去される。これにより、塗布膜の表面からフィラーの少なくとも一部が上方に突出する。従って、塗布膜の表面がワイピングや研磨等の工程により荒れてしまうようなことがない。

本発明の別の構成の接触インジケータは、基材と基材の表面に塗布され硬化された塗布膜とを備え、塗布膜が、バインダーと形状異方性に基づく変色性を有するフィラーとを含んでおり、塗布膜が、バインダーの硬化前に塗布材料の表面に対して垂直な強磁場をかけて、フィラーを基材表面に対して垂直に配向させ、かつ磁気アルキメデス効果により浮遊させたフィラーを塗布材料の表面領域に偏位して、塗布材料を硬化させてなり、塗布膜に圧力が加えられたとき塗布膜におけるフィラーの突出部分が変形することにより塗布膜の表面が変色して観察されることを特徴とする。この場合、表面に塗布材料が塗布された基材に対して垂直な強磁場が加えられることにより、硬化前のバインダー中において、形状異方性を有するフィラーが磁力線の方向に沿って配向すると同時に、重力の反対方向の磁気力を受けることになる。

従って、フィラーには、所謂磁気アルキメデス効果が生じる、即ちこのフィラーに直接に作用する磁気力に加えて、重力とバインダーとの比重差による浮力と、さらにフィラーとバインダーの磁化率の差に基づいてバインダーより作用する磁気浮力とが作用する。そして、これら四つの力が釣り合うように、各フィラーがバインダー中を上下方向に偏位することになる。

本発明の接触インジケータは、好ましくは、フィラーが非磁性体から成る。フィラーが反磁性体または常磁性体のような非磁性体から成る場合であっても、上述した磁気配向や磁気アルキメデス効果によりバインダー中で表面領域に凝集して、少なくとも一部が塗布膜の表面から上方に突出する。

本発明の接触インジケータは、好ましくは、フィラーが光輝性顔料である。これにより光輝性顔料の垂直配向時と水平配向時の色調の変化によって、接触が視覚的に容易に視認され得る。

本発明の接触インジケータは、好ましくは、フィラーの突出部分が圧力印加により塑性変形する。これにより圧力印加による色の変化が不可逆となるので、例えばセキュリティ用途にも利用することができる。

本発明の接触インジケータは、好ましくは、フィラーの突出部分が圧力印加により弾性変形する。これにより、弾性変形の復元力によりフィラーの突出部分が元の垂直配向に戻るので、繰返し圧力を検出することができる。

本発明によれば、常磁性体、強磁性体または非磁性体のフィラーであっても、形状異方性に基づく変色性を有するフィラーの少なくとも一部が塗布膜の表面領域から突出して、圧力によりフィラーの突出部分が倒れて水平状態になって異なる色調を呈するようにした接触インジケータが提供される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
図１は本発明による接触インジケータの構成を示す概略断面図である。図１において、接触インジケータ１０は、基材１１とこの基材１１の表面に塗布され硬化された塗布膜１２とから構成されている。塗布膜１２は、バインダー１２ａ中にフィラー１２ｂを添加して硬化させた膜であり、十分に混合された状態で基材１１の表面に塗布されるようになっている。フィラー１２ｂは少なくともその一部が塗布膜１２から突出している。ここで、フィラー１２ｂは、高アスペクト比を有する細長い形状、例えば針状、板状、鱗状等の形状異方性を備えた形状を有している。

図２は、図１の接触インジケータ１０の（Ａ）圧力印加前及び（Ｂ）圧力印加後の状態をそれぞれ示す模式的な断面図である。
図２（Ａ）に示すように、塗布膜１２の表面における領域Ａに対して、人が手指で触れると、塗布膜１２の表面に圧力が加えられる。このため、塗布膜１２の表面の領域Ａから上方に突出しているフィラー１２ｂに対して圧力が加えられる。従って、この領域Ａにおいてフィラー１２ｂの塗布膜１２の表面から突出している部分は、図２（Ｂ）に示すように倒れて、塗布膜１２の表面に沿ってほぼ平行になる。これにより、外部から観察したとき、フィラー１２ｂの水平状態が観察され、フィラー１２ｂの水平状態における色調が視認される。

このようにして、塗布膜１２の表面のうち、圧力が加えられた領域でのみフィラー１２ｂの突出部分が倒れて水平状態となって色調が変化するので、圧力が加えられた領域が一目で視認される。

本発明の接触インジケータ１０における基材１１は非磁性体からなり、板状またはフィルム状の塗布膜１２を塗布できる材料であれば、天然繊維、木材、各種プラスチックからなる合成樹脂、金属、セラミックス、ガラス、セメント、ケイ素化合物、生体材料などからなる種々の基材１１を用いることができる。本発明において、非磁性体は、常磁性体、反強磁性体、反磁性体の何れかの総称である。

合成樹脂からなる基材１１としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなるフィルムを使用することができる。さらに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタアクリレート、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、セロハン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルペンテン、ポリブテン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、オキシベンゾイルポリエステル、ポリ乳酸、ポリカプロラクタムなどのプラスチック材料を用いることができる。

金属からなる基材１１としては、常磁性および反磁性の金属であるアルミ二ウム、銅、金、銀、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、アンチモン、テルル、鉛、パラジウム、カドミウム、ビスマス、スズ、セレン、インジウム等を用いることができる。金属からなる基材１１は金属化合物を用いてもよく、上記常磁性及び反磁性の金属からなる、酸化物、窒化物又は合金等であってもよい。

ここで、バインダー１２ａは、容易にフィラー１２ｂを混合でき、塗布後の硬化工程において容易に硬化される材料を使用する。また、後述する接触インジケータ１０の形成方法で、バインダー１２ａをエッチングして、フィラー１２ｂを塗布膜１２の表面に突出させる場合には、バインダー１２ａはフィラー１２ｂよりもエッチングレートの高い材料を使用する。つまり、バインダー１２ａは、フィラー１２ｂよりもエッチングされ易い材料であり、好ましくは選択エッチングできる材料であることが望ましい。

バインダー１２ａとしては、有機系の紫外線硬化型、溶剤型、熱可塑型、熱硬化型の樹脂や、無機系の金属アルコキシドによるゾルゲル膜、無機高分子やケイ酸アルカリ水溶液などが使用される。

紫外線硬化型のバインダー１２ａとしては、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、スチレンアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、エポキシ樹脂などを挙げることができる。

溶剤型のバインダー１２ａとしては、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニルなどのビニル系樹脂や、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などのスチレン系樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体などのエチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、エチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロースなどのセルロース系樹脂、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂、ポリエステルなどを挙げることができる。

熱可塑型のバインダー１２ａとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリビニルホルマール、ポリアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ナイロンなどが挙げられる。

熱硬化型のバインダー１２ａとしては、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、尿素樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、アルキド樹脂、シリコン樹脂、ジアリルフタレート樹脂などが挙げられる。なお、バインダー１２ａとして、熱可塑型樹脂や熱硬化性樹脂が使用される場合には、基材１１として耐熱性のある材料が使用される必要がある。

金属アルコキシドによるゾルゲル膜としては、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシド、その他Ｍｇアルコキシド、Ｔｉアルコキシド、Ｚｒアルコキシドなどが挙げられる。Ｓｉアルコキシドとしては、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、テトラエトキシシランなどが挙げられる。Ａｌアルコキシドとしては、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムイソブトキシドなどが挙げられる。

無機高分子としては、ポリシラザン、パーヒドロポリシラザンなどが挙げられる。

フィラー１２ｂは、アルミニウム、金、銀等の金属微粒子や、カーボン、ＩＴＯ、酸化亜鉛、マイカ（雲母）等の無機材料、ポリマー微粒子等の有機材料からなる。

フィラー１２ｂは、後述する接触インジケータ１０の形成方法でエッチング工程を用いる場合には、バインダー１２ａよりもエッチングレートの低い材料を用いる。好ましくはエッチングで溶解せず、かつ磁場に対して配向する非磁性体材料であって、形状異方性に基づく変色性を有する材料、例えば光輝性顔料、特にパール顔料が使用され得る。この場合、フィラー１２ｂは、磁力線の方向や磁力線と直交する方向に配向すればよい。
ここで、形状異方性に基づく変色性とは、フィラー１２ｂがほぼ垂直の状態とほぼ水平の状態とで、異なる色調で視認され得ることをいう。

フィラー１２ｂは、常磁性、反磁性、反強磁性の何れかである非磁性体からなる材料を使用することができる。フィラー１２ｂの磁場配向に磁気アルキメデス効果を使用する場合には、フィラー１２ｂは、垂直磁場に対して垂直に配向する異方性磁化率が正の非磁性体材料が使用され得る。また、フィラー１２ｂの質量磁化率は、常磁性体が正の値であり、反磁性体では負の値である。さらに、フィラー１２ｂの磁場配向に磁気アルキメデス効果を使用しない場合には、フィラー１２ｂとしては、異方性磁化率が負の非磁性体材料を使用することができる。

質量磁化率の例を挙げる。ＳｉＯ_２の質量磁化率は、−０．４９３×１０^−６ｍ^３／ｋｇの反磁性体であり、Ａｌ_２Ｏ_３の質量磁化率は、−０．３６３×１０^−６ｍ^３／ｋｇの反磁性体であり、ＭｎＣｌ_２の質量磁化率は、１１４×１０^−６ｍ^３／ｋｇの常磁性体であり、Ｆｅ_３Ｏ_４の質量磁化は、９１．２Ｇｍ^３／ｋｇの強磁性体である。
この質量磁化率の絶対値が１０^−３ｍ^３／ｋｇ以下の微粒子であっても、磁場Ｈが強磁場である場合には、非磁性体から成るフィラー１２ｂが、磁気配向して塗布膜１２の表面に対して垂直方向に配向される。

バインダー１２ａがポリエチレン等の有機系材料から成り、このバインダー１２ａを酸素プラズマエッチングにより溶解させる場合には、フィラー１２ｂは、シリカや金属などの無機材料や、ポリイミドなどのエッチングレートの低い材料が使用される。
また、バインダー１２ａがポリスチレン等の有機系材料から成る場合は、このバインダー１２ａを溶媒によりエッチングすることができる。この場合、フィラー１２ｂは上記溶媒に溶解しない無機材料やフッ素樹脂などの材料が使用される。
さらに、バインダー１２ａが無機系材料から成り、このバインダー１２ａを酸やアルカリ等によりエッチングする場合には、フィラー１２ｂは、これらの酸やアルカリ等に対して耐久性があり溶解しない材料を用いる。バインダー１２ａが例えばＳｉＯ_２の場合、フィラー１２ｂとしてはポリエチレンなどを用いることができる。

上述した実施形態においては、フィラー１２ｂは非磁性体から構成されているが、これに限らず強磁性体から構成されていてもよいことは明らかである。

本発明の接触インジケータ１０は以上のように構成されており、非磁性体のフィラー１２ｂであっても、塗布膜１２の表面から突出した状態に偏位されるようにした、接触インジケータ１０が提供される。

本発明の接触インジケータ１０によれば、形状異方性に基づく変色性を有するフィラー１２ｂの少なくとも一部が塗布膜１２の表面から上方に突出している。これにより、外部から観察したとき、フィラー１２ｂがほぼ直立した状態にあって、垂直状態の色が視認される。
これに対して、塗布膜１２の表面の少なくとも一部に圧力が印加されると、この圧力印加部分において、塗布膜１２の表面から上方に突出しているフィラー１２ｂの部分が圧力によって倒れて、塗布膜１２の表面に沿ってほぼ平行に変形する。従って、外部から観察したとき、フィラー１２ｂがほぼ水平に倒れた状態にあって水平状態の色が視認される。このため、圧力印加部分のみフィラー１２ｂが倒れることで、異なる色に変化するので、圧力印加部分が容易に認識できる。

接触インジケータ１０において、フィラー１２ｂが圧力印加により塑性変形する場合には、一回の接触で変色した後は、元の色調に戻らないので、例えばセキュリティ用途に利用され得る。

接触インジケータ１０において、フィラー１２ｂが圧力印加により弾性変形する場合には、圧力が加えられて変形して色調が変化した後に、フィラー１２ｂが元の垂直状態に復元して元の色調に戻るので、繰返し使用することができる。

本発明の接触インジケータ１０が検出できる圧力は、フィラー１２ｂの塗布膜１２の表面から突出している部分が倒れる程度、例えば１ｇ／ｃｍ^２のオーダーであるので、僅かな圧力、例えば人の手指が触れる程度の小さな圧力であっても確実に検出することが可能である。

次に、本発明の実施形態による接触インジケータ１０の第１の形成方法について説明する。
図３は接触インジケータ１０の第１の形成方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、バインダー１２ａ中にフィラー１２ｂを添加して混合することにより塗布材料を作製する。

続いて、ステップＳ２において、この塗布材料を基材１１の表面に塗布する。
ここで、基材１１への塗布材料の塗布方法としては、スプレー法、刷毛塗り、グラビア印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、ダイレクトグラビアコート、グラビアリバースコート、マイクログラビアコート、ロールコート、ダイコート、スピンコート、ワイヤーバーコート、ナイフコート、エアーナイフコート、カーテンコ一ト、ディップコート、コンマコートなどの方法により行うことができる。

バインダー１２ａは、容易にフィラー１２ｂを混合でき、塗布後の硬化工程において容易に硬化され得ると共に、後述するエッチング工程でフィラー１２ｂよりも比較的エッチングレートの高い材料を使用する。つまり、バインダー１２ａは、フィラー１２ｂよりもエッチングされ易い材料であり、好ましくは選択エッチングできる材料である。

その後、ステップＳ３において、塗布材料が塗布された基材１１を磁石内に配置し、磁石を動作させて所定時間だけ磁場Ｈを印加する。

図４は、図１の接触インジケータ１０において、（Ａ）及び（Ｂ）が硬化前の磁場印加開始時と、（Ｃ）が磁場印加後の、各状態を示す概略断面図である。
図４（Ａ）に示すように、硬化前の接触インジケータ１４において、フィラー１２ｂは塗布材料が基材１１の表面に塗布された後に、基材１１の垂直方向に磁場Ｈをかけることにより、図４（Ｃ）に示すように基材１１の垂直方向に配向する。図４（Ｂ）に示すように、硬化前の接触インジケータ１４において、フィラー１２ｂは塗布材料が基材１１の表面に塗布された後に、基材１１の水平方向に磁場Ｈをかけることにより、図４（Ｃ）に示すように基材１１の垂直に配向させてもよい。

図５は、図１の接触インジケータ１０の形成工程における磁石２０による磁場印加工程を示す一部破断斜視図であり、図６は磁石２０の内部を示す部分拡大断面図である。
図５及び図６に示すように、磁場Ｈの印加は、具体的には磁石２０を使用することにより実施される。図示するように、硬化前の塗布膜１４が、磁石２０内に配置されている。磁石２０としては、永久磁石、電磁石を使用することができる。特に強磁場Ｈ’の発生が必要な場合には超伝導磁石を使用することができる。
ここで、磁石２０は中空円筒状に構成されており、その垂直方向に延びる中空部２１内において上向きの磁場Ｈが生成されるようになっている。これにより、中空部２１内に上述したように塗布材料を塗布した基材１１が配置されることで、塗布材料に対して磁場Ｈが印加される。

次に、ステップＳ４において、磁石２０の中空部２１内で磁場Ｈを印加したままの状態で、適宜の方法により塗布材料のバインダー１２ａを硬化させる。例えば、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂を用いる場合には、塗布材料が塗布された基材１１に対して紫外線を照射することによりバインダー１２ａを硬化させる。また、バインダー１２ａとして熱硬化性樹脂を用いる場合には、赤外線などの熱源から熱を照射して硬化してもよい。このようにして、塗布膜１２中においてフィラー１２ｂが垂直方向に配向した状態においてバインダー１２ａ中に固定保持される。

続いて、磁場印加が停止し、その中空部２１内から塗布膜１２が形成された基材１１が取り出された後、ステップＳ５において、塗布膜１２の表面から所定深さだけバインダー１２ａがエッチングにより除去される。つまり、図４（Ｂ）において鎖線Ｃから上側における塗布膜１２の表面から所定深さまでの範囲で、塗布膜１２中のバインダー１２ａのみがエッチングにより除去される。

エッチングは、バインダー１２ａに対してエッチングレートが高く、かつフィラー１２ｂに対してエッチングレートが低くなるように、バインダー１２ａ及びフィラー１２ｂの材料に応じて適宜な方法、例えばドライエッチングやウェットエッチングが選定される。
これにより、塗布膜１２中において垂直方向に配向したフィラー１２ｂの多くが、塗布膜１２のエッチングにより形成された新たな表面において、多くのフィラー１２ｂが表面から突出することになる。このようにして、エッチングが行われることにより、接触インジケータ１０が完成する（ステップＳ６参照）。

磁気力としては、磁気アルキメデス効果による磁気浮上を利用してもよい。この場合、非磁性体のフィラー１２ｂを磁気浮上させるには約０．５テスラ（Ｔ）以上の強磁場Ｈ’が必要となる。この強磁場Ｈ’の発生には、超伝導磁石２０を用いることができる。

接触インジケータ１０の第１の形成方法によれば、バインダー１２ａの硬化前に磁場Ｈを印加することによって、バインダー１２ａ中の例えば非磁性体から成るフィラー１２ｂが基材に対して垂直方向に配向する。バインダー１２ａの硬化後のエッチング工程によりフィラー１２ｂがバインダー１２ａの表面から突出する。このため、単にフィラーを塗布し配向させる場合よりも多くのフィラー１２ｂを、塗布膜１２の表面から上方に突出させることができる。

次に、本発明の実施形態による接触インジケータ１０の第２の形成方法について説明する。
図７は接触インジケータ１０の第２の形成方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１１において、バインダー１２ａ中にフィラー１２ｂを添加して混合することにより、塗布膜１２となる塗布材料を作製する。

ステップＳ１２において、図２（Ａ）に示すように、この塗布材料を基材１１の表面に塗布する。
ステップＳ１３において、塗布材料が塗布された基材１１を、図５に示すように超伝導磁石２０の中空部２１内に配置し、超伝導磁石２０を動作させて所定時間だけ強磁場Ｈ’を印加する。これにより、図６に示すように、フィラー１２ｂは、磁力線の方向に沿って配向すると同時に、磁気アルキメデス効果によって塗布材料の表面領域に偏位する。従って、フィラー１２ｂは、バインダー１２ａの表面領域において少なくともその一部が表面から突出することになる。

次に、ステップＳ１４において、超伝導磁石２０の中空部２１内で強磁場Ｈ’を印加したままの状態で、塗布材料が塗布された基材１１に対して適宜の方法により、塗布材料のバインダー１２ａを硬化させる。例えば、バインダー１２ａとして紫外線硬化樹脂を用いる場合には、塗布材料が塗布された基材１１に対して紫外線を照射することでバインダー１２ａを硬化させる。また、バインダー１２ａとして熱硬化性樹脂を用いる場合には、赤外線などの熱源から熱を照射して硬化してもよい。このようにして、塗布膜１２中においてフィラー１２ｂが垂直方向に配向しかつ表面領域に変位して、少なくともその一部が表面から突出した状態において固定保持される。

最後に、ステップＳ１５において、超伝導磁石２０が停止し、その中空部２１内から塗布膜１２が形成された基材１１が取り出されることにより、接触インジケータ１０が完成する。

接触インジケータ１０の第２の形成方法が上記した第１の形成方法と異なるのは、バインダー１２ａ中のフィラー１２ｂを、ステップＳ１４において強磁場Ｈ’を印加して磁気浮上させ、表面領域において、少なくともその一部が表面から突出するようにしたことにある。従って、第１の形成方法のステップＳ５で用いたエッチングを実施しない。

ステップＳ１４の強磁場Ｈ’を用いた磁気浮上について説明する。
図８は、図５及び図６の磁石２０による磁場印加及び磁場勾配を示す概略図である。磁石２０は、強磁場Ｈ’の印加のために超伝導磁石を用いるものとして説明する。
図８に示すように、超伝導磁石２０においてはその中空部２１内において、垂直方向に関して磁気勾配が生ずることが知られている。この磁場勾配は、図８右側のグラフから明らかであるように、磁気中心Ｏから垂直方向にずれた位置において最大値を与えるようになっている。従って、このフィラー１２ｂが磁気勾配の最大値付近に位置するように、塗布材料を塗布した基材１１は、磁気中心Ｏから例えば上方に距離ｄだけずれた位置に配置される。
これにより、フィラー１２ｂには、磁気勾配の最大値付近に配置されることによって最大限の磁気アルキメデス効果が作用する。この場合、フィラー１２ｂは、その方向によって磁化率が異なり、長手方向に大きな磁化率を有している場合には、その長手方向が磁力線の方向に沿って配向する。

即ち、フィラー１２ｂには、図８に示すように、重力Ｆ１、バインダー１２ａとの比重差による浮力Ｆ２が作用していると共に、上述した強磁場Ｈ’によりフィラー１２ｂに対して直接に作用する磁気力Ｆ３、そしてバインダー１２ａより作用する磁気浮力Ｆ４とが作用する。
ここで、上記磁気力Ｆ３及び磁気浮力Ｆ４即ち強磁場Ｈ’による磁気力Ｆは、下記（１）式で与えられる。
磁気力Ｆ＝密度×質量磁化率×磁場強度×磁気勾配 （１）
従って、（１）式から磁気力Ｆを大きくするためには、媒質であるバインダー１２ａと媒体であるフィラー１２ｂの質量磁化率の差を大きくする、磁場強度を強くする、磁気勾配を大きくすることが重要である。
なお、バインダー１２ａと媒体であるフィラー１２ｂとの質量磁化率の差を大きくするためには、例えば一方を常磁性体とし、他方を反磁性体とすることが望ましい。

そして、上記浮力Ｆ２及び磁気力Ｆ３、磁気浮力Ｆ４と重力Ｆ１とのバランスにより強磁場Ｈ’を適宜に選定することによって、フィラー１２ｂをバインダー１２ａ中において垂直に配向させ、かつ上方に偏位させることができる。これにより、フィラー１２ｂは強磁場Ｈ’の磁力線の方向、即ち垂直方向に配向し、かつバインダー１２ａ中を上方にその表面領域まで偏位して、フィラー１２ｂの一部がバインダー１２ａの表面から突出するようにされる。

ここで、磁場の値としては、質量磁化率にもよるが、磁場中心において１テスラ（Ｔ）以上の磁束密度であることが好ましい。このような磁場は、超伝導磁石２０により発生させることができる。フィラー１２ｂの質量磁化率の絶対値が１０^−３ｍ^３／ｋｇ以下の材料から成る微粒子であれば、１テスラ以上の強磁場Ｈ’をかけることによって、磁気アルキメデス効果によりフィラー１２ｂをバインダー１２ａの任意の領域、特に表面領域に偏位させることができる。

フィラー１２ｂが反磁性体からなる材料の場合、フィラー１２ｂは磁場に反発する力を受ける。塗布材料を磁場中心よりも上側に置くと、フィラー１２ｂの反発力が重力よりも強い場合には、フィラー１２ｂは塗布材料からなる膜の上部に分離する。バインダー１２ａが常磁性体からなる材料の場合、バインダー１２ａは磁場中心に誘引されるため、フィラー１２ｂの塗布膜１２の上部への分離はより促進される。

フィラー１２ｂが常磁性体や反強磁性体からなる材料の場合、フィラー１２ｂは磁場に誘引される力を受ける。塗布材料を磁場中心よりも下側に置くと、フィラー１２ｂが塗布材料の上部に分離する。

フィラー１２ｂは、形状異方性に基づく変色性を有する材料、例えばマイカ、シリカ、アルミナ等の非磁性体材料を主成分とする光輝性顔料が使用され得る。このような光輝性顔料の質量磁化率は、常磁性体が正の値であり、反磁性体では負の値である。例えば、反磁性体材料から成る場合には、フィラー１２ｂの質量磁化率は１０^−６ｍ^３／ｋｇ以下であって、磁気異方性を有する。

これにより、質量磁化率の絶対値が１０^−３ｍ^３／ｋｇ以下の非磁性体から成る微粒子であっても、強磁場Ｈ’の印加により磁気アルキメデス効果が発生するので、非磁性体から成る光輝性顔料等が確実に偏位される。
なお、上述した実施形態ではフィラー１２ｂは非磁性体から構成されているが、これに限らず強磁性体から構成されていてもよいことは明らかである。

接触インジケータ１０の第２の形成方法によれば、フィラー１２ｂを、強磁場Ｈ’の印加により磁気アルキメデス効果を利用して塗布材料の表面付近に偏位させるようにしている。これに限らず、超伝導磁石２０内において基材１１の下側に塗布材料が位置するように基材１１を反転して配置し、フィラー１２ｂを下方に向かって偏位させて、塗布材料の表面領域に偏位させたり、あるいは超伝導磁石２０の適宜の制御によって上記四つの力Ｆ１〜Ｆ４のバランスを調整したりすることでフィラー１２ｂの塗布材料の表面からの突出量を調整することも可能である。
このように塗布材料中において、フィラー１２ｂが表面領域に偏位されることによって各フィラー１２ｂの少なくとも一部が、塗布膜１２の表面から突出することになる。

本発明の接触インジケータ１０の形成方法によれば、非磁性体のフィラー１２ｂであっても、塗布膜１２の表面から突出した状態になるようにした接触インジケータ１０を作製することができる。このようにして作製した接触インジケータ１０によれば、塗布膜１２の表面からフィラー１２ｂの一部が直立して突出していることで、外部から観察したときフィラー１２ｂの垂直状態が観察されることになり、フィラー１２ｂの垂直状態における色調が視認される。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
実施例の接触インジケータ１０において、バインダー１２ａとして、紫外線硬化樹脂（Ｔ＆Ｋ ＴＯＫＡ製、ＵＶフレキソニス）を、フィラー１２ｂとして雲母を主成分とする光輝性顔料（資生堂製、Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｒ０８）を、そして基材１１としてＰＥＴフィルムを使用した。

磁石２０としては、超伝導磁石（住友重機械工業製、スプリット型ＨＦ５−１００ＶＴ−５０ＨＴ）を使用した。

図９は、図１の接触インジケータ１０の具体的な実施例で使用される超伝導磁石２０の磁束密度分布及び磁気勾配を示すグラフである。図９の横軸は超伝導磁石２０の中心からの位置（ｃｍ）で、左縦軸は磁束密度（Ｔ）、右縦軸は磁気勾配（Ｔ^２／ｍ）である。ここで、磁気勾配はＢｚ×（ｄＢｚ／ｄＺ）で表わされ、Ｂｚは位置がｚのときの磁束密度である。
図９に示すように、超伝導磁石２０は磁場中心近傍では５〜６テスラの磁束密度を有しており、磁気勾配は、磁束密度が最大となる位置よりもずれた位置で最大となることが分かる。

９０部のバインダー１２ａと１０部のフィラー１２ｂとを混合することにより塗布材料を作製し、この塗布材料を基材１１上にワイヤーバーにより塗工し、硬化前の塗布膜１５とした。

この硬化前の塗布膜を超伝導磁石２０の中空部２１内に配置して、３分間だけ３テスラの磁場Ｈ中に静置して磁場配向を行い、フィラー１２ｂを垂直配向させた。その後、磁場中で紫外線照射によりバインダー１２ａを硬化させて、厚さが約５０μｍの塗布膜１２を形成した。続いて、この硬化した塗布膜１２に対して、酸素プラズマ処理を１０分間行うことにより、２０μｍ厚のバインダー１２ａをエッチング除去して、厚さが約３０μｍの塗布膜１２を有する接触インジケータ１０を作製した。

次に、実施例に対する比較例について説明する。
（比較例）
実施例と同じ硬化前の塗布膜に磁場Ｈを印加せずに、紫外線照射によりバインダー１２ａを硬化させて、厚さ５０μｍの塗布膜を形成した。続いて、この塗布膜に対して、酸素プラズマ処理を１０分間行うことにより、約２０μｍ厚のバインダー１２ａを約２０μｍエッチング除去して、厚さが約３０μｍの比較例の塗布膜を作製した。

実施例及び比較例において、それぞれ製作した接触インジケータ１０及び塗布膜を観察した。
図１０は実施例の接触インジケータ１０の断面における走査型電子顕微鏡像を示す。走査型電子顕微鏡の加速電圧は１５ｋＶであり、倍率は１５００倍である。
図１０から明らかなように、実施例の接触インジケータ１０では、基材１１の上に厚さが約３０μｍの接触インジケータ１０が形成され、フィラー１２ｂが基材１１の表面に対して垂直に配向すると共に、塗布膜１２の表面から突出して、塗布膜１２の表面に露出したフィラー１２ｂによる微細な突起が形成されていることが分かる。
これにより、外部から観察したとき小豆色の色調が観察されると共に、塗膜表面に圧力を加えた箇所のみで青紫色の色調に変化した。

図１１は比較例で形成した塗布膜の断面の走査型電子顕微鏡像を示す。図１１から明らかなように、比較例の塗布膜の場合には、フィラー１２ｂがバインダー１２ａ中に均一に散在しかつ塗装方向に沿って横たわっており、表面から突出していないことが分かる。これにより、外部から観察したとき青紫色の色調が観察されると共に、塗布膜の表面に圧力を加えた箇所でも色調の変化は観察されなかった。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、例えば、用いるバインダー１２ａやフィラー１２ｂは接触インジケータ１０の使用目的に応じて設定することができ、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

本発明に係る接触インジケータは、フィラーを基材の表面領域に偏位させて、少なくとも一部を塗布膜の表面から突出させることにより圧力を加えられた箇所でフィラーの突出部分が倒れることにより、形状異方性に基づく変色性を有するフィラーが変色するので、容易にかつ確実に圧力印加箇所が検出される。

本発明による接触インジケータの構成を示す概略断面図である。 図１の接触インジケータの模式的な断面図で、（Ａ）は圧力印加前の、（Ｂ）は圧力印加後の状態を示す。 図３は接触インジケータの第１の形成方法を示すフローチャートである。 図１の接触インジケータにおいて、（Ａ）及び（Ｂ）が硬化前の磁場印加開始時と、（Ｃ）が磁場印加後の、各状態を示す概略断面図である。 図１の接触インジケータの形成工程における磁石による磁場印加工程を示す一部破断斜視図である。 図５の磁石の内部を示す部分拡大断面図である。 接触インジケータの第２の形成方法を示すフローチャートである。 図５及び図６の磁石による磁場印加及び磁場勾配を示す概略図である。 図１の接触インジケータの具体的な実施例で使用される超伝導磁石の磁束密度分布及び磁気勾配を示すグラフである。 実施例の接触インジケータの断面における走査型電子顕微鏡像を示す図である。 比較例で形成した塗膜の断面の走査型電子顕微鏡像を示す図である。

符号の説明

１０：接触インジケータ
１１：基材
１２：塗布膜
１２ａ：バインダー
１２ｂ：フィラー
１４：硬化前の接触インジケータ
２０：磁石（超伝導磁石）
２１：中空部

Claims (6)

1. 基材と該基材の表面に塗布され硬化された塗布膜とを備え、
   上記塗布膜が、バインダーと形状異方性に基づく変色性を有するフィラーとを含んでおり、
   上記塗布膜が、バインダーの硬化前に塗布材料に対して磁場をかけて、フィラーを基材表面に対して垂直に配向させ、塗布材料を硬化させた後、フィラーが塗布膜の表面から突出するように上記バインダーを表面から所定深さだけエッチングにより除去してなり、
   上記塗布膜に圧力が加えられたとき、上記塗布膜におけるフィラーの突出部分が変形することにより塗布膜の表面が変色して観察されることを特徴とする、接触インジケータ。
2. 基材と該基材の表面に塗布され硬化された塗布膜とを備え、
   上記塗布膜が、バインダーと形状異方性に基づく変色性を有するフィラーとを含んでおり、
   上記塗布膜が、バインダーの硬化前に塗布材料の表面に対して垂直な強磁場をかけて、フィラーを基材表面に対して垂直に配向させ、かつ磁気アルキメデス効果により浮遊させたフィラーを塗布材料の表面領域に偏位して、塗布材料を硬化させてなり、
   上記塗布膜に圧力が加えられたとき、上記塗布膜におけるフィラーの突出部分が変形することにより塗布膜の表面が変色して観察されることを特徴とする、接触インジケータ。
3. 前記フィラーが、非磁性体から成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の接触インジケータ。
4. 前記フィラーが、光輝性顔料であることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の接触インジケータ。
5. 前記フィラーの突出部分が、圧力印加により塑性変形することを特徴とする、請求項１または２に記載の接触インジケータ。
6. 前記フィラーの突出部分が、圧力印加により弾性変形することを特徴とする、請求項１または２に記載の接触インジケータ。