JP3177664B2

JP3177664B2 - 加熱、冷却変色具

Info

Publication number: JP3177664B2
Application number: JP30541091A
Authority: JP
Inventors: 種博中川; 勉戸松; 義明小野
Original assignee: Pilot Ink Co Ltd
Current assignee: Pilot Ink Co Ltd
Priority date: 1991-10-23
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 2001-06-18
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JPH06105965A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱、冷却変色具に関
する。さらに詳細には、軸胴の一端に加熱要素を、他端
に冷却要素を備えた、加熱、冷却の両用機能を備えた変
色具に関し、熱変色層が形成されている熱変色性要素と
組み合わせて適用され、前記熱変色層に先端部を接触さ
せて接触部位を加熱又は冷却変色させる通電加熱、冷却
変色具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、温度変化により変色する熱変色層
を有する熱変色性要素の、前記熱変色層を変色させる手
段として、タングステン、ニッケル等の抵抗発熱体を装
備した通電加熱具は、実開昭６２−１３９５７３号公
報、特開昭６２−２０１１７８号公報等に開示されてい
る。一方、熱変色層を冷却変色させるための携帯性の軽
便な冷熱手段は未だ開示されておらず、冷水、氷片等の
冷熱媒体の適用や、対象の熱変色性要素を冷蔵庫内に入
れ、庫内の冷気による変色操作を余儀なくされていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の通電加熱具
にあっては、発熱体自体に自己温度制御機能がなく、そ
のままでは過熱による危険性があり、温度制御スイッチ
等が要求される上、漏電による危険性回避のためのセラ
ミックス等による発熱部の被覆加工等の絶縁処理が必要
であった。

【０００４】前記従来の冷熱手段は、家庭等の特定場所
において適用性があるとしても、必要時、場所を選ば
ず、即座に、対象物の熱変色層を変色させることができ
ず、低温域に変色点を有する熱変色性要素の機能を効果
的に発現させることができなかった。又、前記冷熱媒体
の適用は、冷熱持続時間に限界があり、これらの媒体を
その都度、用意する面倒な手間を要していた。又、非耐
水性の熱変色性要素にあっては、前記冷熱媒体の直接的
な接触は勿論、冷熱媒体を容器に収容させて適用する間
接的な接触操作に対しても、容器表面に発生する結露層
や水滴、或いは漏水等により熱変色性要素を変質させが
ちであった。

【０００５】本発明は、加熱と冷却の両用機能を備えた
変色具に係わり、前記従来の過熱或いは漏電による危険
性を解消し、低電圧の印加により発熱体を所期の発熱温
度に速やかに昇温させ、しかも、外気温の変動による発
熱温度の変動が少ない加熱要素を構成して軸胴の一端に
配備し、前記軸胴の他端には、ペルチェ効果を有する熱
電変換素子の、低電圧の印加による吸熱効果を効果的に
利用した冷却要素を配備して、加熱、冷却の両用機能を
備えた変色具を構成し、加熱と冷却の機能を任意な時、
任意な場所において、即座に有効に発現させる利便性、
携帯性、安全性に富む、加熱、冷却変色具を提供しよう
とするものであり、多様な熱変色性要素の熱変色性機能
を効果的に発現させようとするものである。

【０００６】殊に、対象の熱変色性要素が、色彩記憶性
感温変色性色素（温度変化により大きなヒステリシス特
性を示して変色し、低温側変色点と高温側変色点の二つ
の変色点をもち、着色状態と無色状態又は有色〔１〕と
有色〔２〕間の互変性を呈し、前記低温側変色点以下の
冷熱又は高温側変色点以上の温度の熱の適用により、常
態と異なる様相に変化させることができ、その様相を常
温域で互変的に記憶保持させることができる機能を有す
る色素）を含む色材で彩色された熱変色層を備えた系と
組み合わせ適用することにより、前記色彩記憶性感温色
素の機能を効果的に発現させて商品の多様化、多分野へ
の応用展開を図ろうとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明加熱、冷却変色具
を図面について説明する。本発明は、温度変化により変
色する熱変色層１２１が配設された熱変色性要素１２
の、前記熱変色層１２１を変色させる加熱、冷却の両用
機能を備えた通電変色具であって、軸胴６の一端に加熱
要素を、他端に冷却要素を配備してなり、前記加熱要素
は、通電発熱体８と、該通電発熱体８に接触配置の伝熱
性先端部材４を少なくとも備えており、前記通電発熱体
８が（イ）少なくとも、２５℃〜７０℃の温度範囲にお
いて、電気抵抗の温度係数が正の値を示す抵抗発熱体で
あり、（ロ）２５℃における体積抵抗率（ρ25）が９．
８×１０^-3Ω・ｃｍ〜２．９７×１０⁵Ω・ｃｍ、
（ハ）２５℃と７０℃における体積抵抗率の比率（ρ70
／ρ25 ）が次式５≦（ρ70／ρ25）≦４００の範囲内
にあることの各要件を満たし、０．８Ｖ〜５０Ｖの電圧
印加により発熱し、発熱飽和温度が２５℃〜７０℃の温
度範囲内の任意の温度に自己温度制御されるサーミスタ
により構成されてなり、冷却要素は、Ｐ型半導体素子２
１とＮ型半導体素子２２とを金属片２３で交互に接合
し、上下両面を熱伝導性絶縁板２４で挟持してユニット
化した構成のペルチエ効果を有する熱電変換素子２と、
該熱電変換素子２の吸熱側Ａに連接配置される伝熱性先
端部材４１と、該熱電変換素子２の発熱側Ｂに連接配置
される放熱器３を少なくとも備えており、直流電圧の印
加により、１０℃〜３５℃の環境温度において、吸熱側
Ａが前記範囲内の各環境温度に対し、少なくとも３℃以
上の温度降下機能を発現できるよう構成されてなる、加
熱、冷却変色具１を要件とするものである。

【０００８】更には、前記冷却要素における放熱器３
は、放熱性容器３１と、該容器内に使用時に少なくとも
充填状態にある水又は水を主体とする蓄熱媒体３２から
構成されていることを要件とする。

【０００９】更には、熱変色性要素１２の熱変色層１２
１が温度変化により大きなヒステリシス特性を示して、
着色状態と無色状態又は有色〔１〕と有色〔２〕状態間
の互変性を呈し、常温域で前記二状態の何れかを選択的
に記憶保持可能な色彩記憶性感温変色性色素を含む色材
で彩色されてなり、前記熱変色性要素１２と組合わせて
適用される前記構成の加熱、冷却変色具１を要件とす
る。

【００１０】前記において，通電発熱体８は、ＢａＴｉ
Ｏ₃系焼結体〔稀土類元素をドープして半導体化し、更
に必要に応じ、Ｓｒ等の元素で置換したもの、Ｓｉ単結
晶系、有機プラスチック系（低融点の結晶性プラスチッ
ク中にグラファイト等の導電性微粉末がブレンドされた
もの）等を挙げることができ、低温度域（２５〜７０
℃）での発熱飽和温度の調整、昇温特性等の面より前記
ＢａＴｉＯ₃系焼結体が効果的である。発熱体８は、デ
ィスク状、帯状、ハニカム状、その他、目的に応じた適
宜の形状が採用される。

【００１１】次に本発明に適用される通電発熱体８の特
性を図４〜図７に示すグラフについて説明する。

【００１２】通電発熱体８は、少なくとも２５℃〜７０
℃の範囲内において、電気抵抗の温度係数が正の値を示
し、且つ温度上昇にともなう抵抗値の増加が急勾配であ
ることが必須要件（図４）であり、抵抗値の増加が前記
温度範囲内で急激であることにより、発熱量は急激に減
少し、前記温度範囲内において自己温度制御を可能とす
る。

【００１３】更に、発熱体８は、２５℃における体積抵
抗率（ρ25）が９．８×１０^-3Ω・ｃｍ〜２．９７×１
０⁵Ω・ｃｍ、更に詳細には各温度における体積抵抗率
（ρ）が図５に示す許容範囲内（上限値と下限値を示す
線の範囲内）にあり、２５℃と７０℃における体積抵抗
率の比率（ρ70／ρ25）が、次式５≦（ρ70／ρ25）
≦４００の範囲内にあることを要件とする。

【００１４】前記要件を満たすことにより、低温度域
（７０℃以下、好ましくは５０℃以下）での発熱性と自
己温度制御性を満たす発熱体８を供給できる。発熱体８
が各温度における上限値外の系、例えば、上限値の線を
越える体積抵抗率の系では、電圧を高くしなければ、所
期の温度域に短時間で昇温させ難いし、下限値の線より
低い体積抵抗率の系では、電圧を極めて小さくして大電
流を流さなければ、所期の発熱温度が得られず、低温度
域での適用（例えば、玩具要素等）性を満たさない。

【００１５】図６は、室温変化による発熱体の安定温度
の関係を示すグラフであり、被加熱体が発熱体の発生す
る単位時間当たりの発熱量と、放熱量（単位時間当た
り）が一致する温度で安定し、本発明に適用の発熱体８
が金属系発熱体の系に較べて雰囲気温度による影響が少
なく、安定した熱特性を示す。図７は通電時間と発熱体
の発熱温度との関係を示すグラフである。尚、実験デー
タは、ＢａＴｉＯ₃系焼結体〔１５．０ｍｍφ×厚さ１
ｍｍ、２．５Ω（２５℃）を発熱体とし、チタン線によ
る配線（０．１ｍｍポリエステルフイルム上に形成）の
系を金属系発熱体として対比試験したものであり、それ
ぞれ３０ｍｍ角×厚さ０．３ｍｍの真鍮板に固着し、約
１Ｖの電圧を印加して得られた。

【００１６】前記発熱体８には、電極を設けることが通
電組み付け加工の面で効果的であり、具体的には、前記
通電発熱体８自体の対向面にアルミニウム溶射やニッケ
ル、スズ等によるメッキを施して形成、或いは通電発熱
体８に接触配置の伝熱性先端部材４に設けることができ
る。

【００１７】伝熱性先端部材４は、金属材料に限らず、
肉薄状のゴム、プラスチック、セラミックス等であって
もよく、更には前記した材料で発熱体８を被覆加工した
構成であってもよい。前記した伝熱性先端部材４は、筆
記又は塗布先端形状、印像を備えた形状、円形または多
辺形等目的形状に造形した先端面をもつ形状、玩具要素
（例えば、人形玩具の櫛、メイクアップ具等）であって
もよい。尚、前記先端部材４が金属材により形成された
系では、熱変色層１２１への接触先端となる個所をシリ
コン樹脂加工或いはフッソ樹脂加工等を施し、潤性を付
与することができるし、連続気孔をもつ多孔体を装着
し、該多孔体に水等を含浸させて、軟質なタッチとスム
ーズな塗布性を付与できる。

【００１８】電極は、通電発熱体８の対向面に設けた構
成、一方の電極を通電発熱体８の背面に、対極を伝熱性
先端部材４（導電性の部材）の前面に設けることができ
る。前記電極にはリード線１１等の導電部材を介して電
源９と通電可能にセットされる。

【００１９】電源９は、各種の電池や商用電源が所定電
圧（０．８〜５０Ｖ）に調整されて適用される。電源９
は、例えば、乾電池等にあっては本体内に着脱自在に収
納して変色具を構成できるが、系外に配備の電源と通電
可能に接続することができる。前記における伝熱性先端
部材４及びその背部に密接配置の通電発熱体８からなる
発熱要素は、通常、保持部材５に保持されて軸胴６の一
端に装着される。次に前記軸胴６の他端に装備される冷
却要素について説明する。前記におけるペルチェ効果を
有する熱電変換素子２は、従来より汎用されているもの
が有効であり、該熱電変換素子２は、不足電子Ｐ型と、
過剰電子Ｎ型の半導体素子からなるカプルを金属片２３
（電極）で交互に接合し、上下及び下面をアルミナ、セ
ラミック等の熱伝導性絶縁板２４で挟持しユニット化し
てなる構成であって、Ｎ側端子からＰ型端子に電流を流
すとペルチェ効果により上面で吸熱、下面で発熱する。
（図８、図９参照）

【００２０】前記におけるＰ型或いはＮ型半導体素子２
１、２２は、Ｂｉ₂Ｔｅ₃、Ｂｉ₂Ｓｅ₃、Ｓｂ₂Ｔｅ
₃等が例示できる。前記半導体素子の対数は、１〜５１
１対、より実用的には４〜１２７対、好ましくは４〜３
１対の系が有効である。

【００２１】発熱側Ｂ（極性の切り換えにより吸熱側Ａ
に変換させることもできる）に連接、配置する放熱器３
は、熱抵抗値０．１〜１５０〔℃／ワット〕の放熱能力
を備えていることが必須であり、１５０〔℃／ワット〕
を越える系では、充分な放熱能力を発現させることがで
きず、逆に０．１〔℃／ワット〕未満の値を示す放熱器
は、設計、製作が困難である。

【００２２】前記放熱器３の熱抵抗値の測定、算出方法
を以下に記載する。

【００２３】熱電変換素子２の発熱面は放熱器３により
単位時間当たりＷ３の熱量を大気中に放出する。Ｗ３は
熱電変換素子２に加える電力Ｗ１（電圧×電流）による
ものと、冷却面より単位時間当たりに吸熱される熱量の
絶対値Ｗ２とを加えたものとなる。

【００２４】Ｗ３＝Ｗ１＋Ｗ２

【００２５】本願における熱抵抗値（Ｒｔｈ）は、熱電
変換素子２と放熱器３との接触する面の中央の温度Ｔと
室温Ｔｒを測定し

【００２６】Ｒｔｈ＝（Ｔ−Ｔｒ）／Ｗ３により算出する。

【００２７】尚、単位はＴ、Ｔｒは℃、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ
３はワットである。

【００２８】又、Ｔｒは１０℃〜３５℃の間で行う。

【００２９】前記熱電変換素子２に通電する直流電源に
よる印加電圧は、０．３〜５０Ｖであり、０．３Ｖ以下
の系では、電池による作動が困難であり、５０Ｖ以上の
系では、それに応じたカプル数の増加が必要であり、玩
具、教習、筆記材等の分野等の一般商品への適用に対し
高価格となり、不向きであり、特殊な用途に制約され
る。通常、０．５〜２０Ｖの印加電圧により機能する熱
電変換素子２との組み合わせが好ましい。前記要件を満
たす放熱器３は、金属材からなる放熱フィンを形成した
もの、金属材からなるメッシュ状シート材を捲回したも
の等を挙げることができる。更には、放熱器３を放熱性
容器３１と、使用時に少なくとも前記容器に充填状態に
ある蓄熱媒体３２から構成し、前記両者が共働して所期
の放熱機能を効果的に発現させることもできる。前記放
熱性容器３１は、プラスチック材からなる薄肉状の容器
の適用を妨げないが、熱電変換素子２の絶縁板２４（発
熱側）に接触される面が少なくとも金属材からなり、該
容器内に充填される蓄熱媒体３２への伝熱効果を高め
る。アルミニウム、銅、真鍮材等により構成された金属
性容器が効果的である。蓄熱媒体３２は液体であり、対
流効果の面より比較的低粘性のものが有効であり、重量
及び体積当たりの熱容量が大きい値を示し、加えて入手
の容易性、安全性、コスト面を満足させる水が最適であ
り、不凍性を付与するための適宜量の多価アルコール類
や、防錆剤等の適宜量を配合できる。水以外の液体とし
ては、グリセリン、エチルアルコール、アンモニヤ水等
を例示できる。

【００３０】前記電圧を印加する電源部９は、前記発熱
要素に通電させる電源と共用させることができ、スイッ
チ１０の切替えにより冷却要素への通電と発熱要素への
通電を切替えることができる。電源としては各種バッテ
リーやＡＣ／ＤＣ変換器を接続し、交流を直流に変換さ
せて適用することもできる。

【００３１】前記システムにおける吸熱側Ａの温度降下
機能は、１０℃〜３５℃の環境温度において、前記範囲
の温度に対し、少なくとも３℃以上の降下温度、さらに
具体的には３℃〜４０℃（好ましくは１０〜２５℃）の
降下温度を発現させる。前記３℃以内の降下温度では室
温の変動に対し、変色機能を充分発揮できない。一方、
４０℃を越える降下温度では水蒸気の凍結が発生し実用
的でない。前記熱電変換素子２の吸熱側（絶縁板２４）
に配される伝熱性先端部材４１は、金属材に限らず、肉
薄状の、ゴム、プラスチック、セラミック材等からなる
加工体であってもよい。前記伝熱性先端部材４１は、筆
記又は塗布先端形状、印像を備えた形状、円形又は多辺
形等目的形状に造形した先端面をもつ形状、玩具要素
（例えば、人形玩具の櫛、メイクアップ具等）であって
もよい。尚、前記先端部材４１が金属材により形成され
た系では、熱変色層１２１への接触先端となる個所をシ
リコン樹脂加工或いはフッソ樹脂加工等を施し、滑性を
付与することができるし、連続気孔をもつ多孔体を装着
し、該多孔体に水等を含浸させて、軟質なタッチとスム
ーズな塗布性を付与できる。

【００３２】尚、本願でいう直流とは、熱電変換素子２
を有効に作動させるための直流を意味し、冷却又は加熱
させる間、一瞬たりとも逆電圧が印加されてはならない
ということではない。熱電変換素子２自体、熱容量を有
しているものであるから、短い時間であれば、逆電圧が
印加されても必ずしも冷却面と加熱面が逆転するわけで
はない。このような逆電圧の印加を含むものであっても
よい。よく知られているように、熱電変換素子２を用い
て温度の制御を行う場合、熱応答性を早めるために逆電
圧を印加することがある。

【００３３】本発明における、通電加熱、冷却変色具は
多様な形態が有効であり、例えば、筆記具、塗布具、筆
跡消去具、スタンプ、玩具要素（例えば、人形玩具の
櫛、その他のメイクアップ具等）が挙げられる。

【００３４】次に、本発明の加熱、冷却変色具と組み合
わせて適用される熱変色性要素１２の熱変色層１２１を
構成する感温変色性材料について説明する。

【００３５】従来より公知の感温変色性色素を含む熱変
色性材料、例えば、液晶や、電子供与性呈色性有機化合
物、前記化合物の顕色剤及び前記両者の呈色反応を生起
させる媒体となる化合物の３成分を含む熱変色性材料又
は前記成分の樹脂固溶体の微粒子の形態の変色性を示す
熱変色性材料（例えば、特公昭５１−３５４１４号公
報、特公昭５１−４４７０６号公報、特公昭５２−７７
６４号公報、特公平１−２９３９８号公報等）を挙げる
ことができる。前記は所定の温度（変色点）を境とし
て、その前後で変色し、変化前後の両状態のうち常温域
では特定の一方の状態しか存在しえない。即ち、もう一
方の状態は、その状態が発現するのに要する熱又は冷熱
が適用されている間は維持されるが、前記熱又は冷熱の
適用がなくなれば常温域で呈する状態に戻る、所謂、温
度変化による温度−色濃度について小さいヒステリシス
幅（ΔＨ）を示して変色するタイプである。（図１０参
照）

【００３６】又、本出願人が先に提案した特開昭６０−
２６４２８５号公報に記載されている、大きなヒステリ
シス特性を示して変色する色彩記憶性感温変色性色素を
含む熱変色性材料で彩色された系が有効である。前記色
素は、大きなヒステリシス幅（ΔＨ）を示して変色す
る。即ち、温度変化による着色濃度の変化をプロットし
た曲線の形状が、温度を変色温度域より低温側から温度
を上昇させていく場合と逆に変色温度域より高温側から
下降させていく場合とで大きく異なる経路を辿って変色
するタイプである。（図１１参照）

【００３７】グラフ中のＡ点（温度ｔ1 ）はこれ以下の
温度では前記色素が完全に呈色している状態になる点で
あり、Ｂ点（温度ｔ3 ）は温度が上昇する過程で実質的
な変色（消色）が始まる点であり、Ｃ点（温度ｔ4 ）は
これ以上の温度では完全に消色している状態になる点で
あり、変色温度域は前記ｔ1 とｔ4 の間の温度域であ
り、特に着色状態と無色状態の両状態又は有色〔１〕と
有色〔２〕の両状態が共存でき、色濃度の差の大きい領
域であるｔ2 とｔ3 の間が実質的な変色温度域、常温域
で前記二状態の何れかを選択的に記憶保持可能な領域で
ある。

【００３８】前記した感温変色性色素、色彩記憶性感温
変色性色素は、通常、微小カプセルに内包され、バイン
ダーを含む媒体中に分散されて、インキ、絵具又は塗料
などの形態の色材として適用され、支持体表面に熱変色
層が形成される。また、熱可塑性プラスチック中に前記
微小カプセル顔料を練合させて溶融成形した多様な形状
の熱変色性要素１２が本発明の変色具１と組み合わせて
有効に適用される。熱変色性要素１２は、熱変色性面状
体、熱変色性線状体、凹凸表面をもつ熱変色性成形体、
その他既述の熱変色性材料による熱変色層１２１が表面
層に形成されたもの全てを含む。筆記板、教習、学習
材、絵本、各種表示体、その他玩具要素等を挙げること
ができる。熱変色層１２１は、−１０℃〜＋７０℃の範
囲（好適には−５℃〜＋５０℃）に変色点を有するもの
が実用面よりみて有効である。

【００３９】

【作用】本発明の変色具は、一端に冷却要素を、他端に
加熱要素を装備し、熱変色性対象物に前記各要素の先端
を接触させて、接触部位を冷却変色或いは加熱変色させ
る機能を有する。加熱要素にあっては、電圧印加によ
り、通電発熱体８は自己発熱して昇温し、それにつれて
抵抗値が急激に増加し、温度上昇は低くなり、発熱量と
放熱量が一致する温度で安定して自己温度制御される。
通電後の経過時間と発熱温度の関係をみると、金属発熱
体の系が温度による抵抗変化率が極めて小さいことに依
存して温度上昇による単位時間当たりの発熱量が略一定
になり、温度がゆっくりと上昇するのに対し、本発明の
通電発熱体は、通電直後は大きな電流が流れ、温度上昇
率が大きく速やかに所定温度に昇温する。

【００４０】室温の変化に対し、通電発熱体８は、雰囲
気温度が２０℃のとき、約３３℃で安定し、雰囲気温度
が２８℃のとき約３８℃で安定しており、その差約５℃
であるのに対し、金属発熱体の系では温度による単位時
間当たりの発熱量の変化が小さいことに依存して、雰囲
気温度が２０℃のときの安定温度は約３２℃、雰囲気温
度が２８℃のときの安定温度が３９℃、その差７℃の実
験データ（図６参照）が示すように本発明に適用の通電
発熱体８は、金属発熱体の系に較べて雰囲気温度による
温度変化が小さい挙動を示す。

【００４１】通電発熱体８は、（イ）、（ロ）、（ハ）
の各要件を満たすことにより、低電圧（０．８〜５０
Ｖ）の印加により、前記した挙動を示し、７０℃以下の
低温度域において自己温度制御機能を果たし、所期の熱
特性を発現させる。前記通電発熱体８に接触配置した伝
熱性先端部材４には、斯くして適正の発熱温度が伝達さ
れる。

【００４２】冷却要素にあっては、直流電圧（０．３〜
５０Ｖ）の印加により、Ｎ側端子からＰ側端子に電流を
流すとペルチエ効果により上面で吸熱、下面で発熱し、
上下両面の熱伝導性絶縁板２４に伝熱し、吸熱側Ａ、発
熱側Ｂを形成する。放熱器３の作用により、吸熱側Ａの
温度を所望範囲に降下、維持させる。放熱器３として、
金属性放熱フィン、メッシュ状シート材等を捲回させた
系にあって、熱抵抗値が０．１〜１５０〔℃／ワット〕
の範囲の適宜の抵抗値に設定することにより、目的の放
熱能力を発現させる。放熱器３が発熱側Ｂより発生する
熱を逃がす機能は、放熱器３自体の蓄熱効果と放熱器３
が大気に放熱する効果による。発熱側Ｂが発熱を開始し
た直後にあっては、発生した熱量は放熱器３を加熱する
ことに主として費やされ、大気に放熱する能力は小さ
い。即ち、蓄熱効果は大きい。放熱器３の温度が高くな
るにつれ、大気に放出される熱量は大きくなり、放熱器
３の温度が一定になると、もはや蓄熱効果は無くなる。
即ち、大気に放熱する能力は小さくとも、発熱開始から
の経過時間が短かければ、蓄熱効果により放熱効果を得
ることができる。放熱器３として、蓄熱媒体３２を放熱
性容器３１に充填して適用する系にあっては、前記要件
に鑑み、放熱器３の機能のうち、特に蓄熱能力の向上に
主体をおいたものであって、放熱性容器３１内に蓄熱能
力の大きい蓄熱媒体３２を充填することにより、熱電変
換素子２の発熱側Ｂより発生する熱量を吸収する能力を
高め、短時間の使用に対して充分に放熱器３としての機
能を果たす。前記吸熱側Ａに密接配置の伝熱性先端部材
４１には、斯くして適正の冷熱温度が伝達される。

【００４３】熱変色層１２１（−１０℃〜６０℃の範囲
に変色点を有する）により表面層が形成されている熱変
色性要素１２に、前記加熱先端部材４或いは冷却先端部
材４１を接触させると接触部位を変色させる。

【００４４】熱変色層１２１がヒステリシス幅（ΔＨ）
の小さい熱変色特性を示す感温色素を含む色材で形成さ
れた系では、変色点を境としてその前後で変色し、変化
前後の両状態のうち、常温域では特定の一方の状態を存
在させ、もう一方の状態はその状態が発現するのに要す
る熱又は冷熱の適用をなくすと常温域で呈する状態に戻
る。

【００４５】一方、色彩記憶性感温変色性色素を含む色
材で形成された熱変色層１２１は、低温側変色点以下の
冷熱、或いは高温側変色点以上の熱の適用により、常態
と異なる様相に互いに変色させ、その状態が発現するの
に要した冷熱又は熱の適用をなくしても、その状態を常
温域で記憶保持させることができ、前記記憶保持された
様相は、前記状態の発現するに要したと逆の熱的手段に
より元の状態に変色させ、これを常温域で記憶保持させ
る。

【００４６】

【実施例１】（図１〜図３参照）有底アルミニウム短筒体（伝熱性先端部材４）の内底面
に、通電発熱体８〔ＢａＴｉＯ₃系焼結体（１５ｍｍφ
×厚み１ｍｍであり、両面に導電性メッキ層が形成され
ている、抵抗値２．５Ω（２５℃）の発熱飽和温度４５
℃に設定された抵抗発熱体）〕が、導電性接着剤により
接合されて発熱要素が構成される。前記通電発熱体３及
び短筒体の内壁には、それぞれリード線１１が接続さ
れ、系外に配備の電源９（１．５Ｖの乾電池４個からな
る）と結線し、通電可能にセットされる。前記発熱要素
は、プラスチック材からなる保持部材５に有底部を突出
させて、取り付けられ、軸胴６の一端に装着され、加熱
変色具を構成する。冷却要素は次の如くして構成され
る。中心孔と前記中心孔に連通し他端に開口する拡大孔
をもつ、プラスチック材により成形された保持部材５１
を用意し、アルミニウム製伝熱性先端部材４１を前記中
心孔に挿入し、その後端面を前記拡大孔に取り付けた熱
電変換素子２（半導体の対数：７対）の吸熱側Ａの絶縁
板２４に密接状態に取り付ける。前記熱電変換素子２に
は、リード線１１を接続して電源９と通電発熱可能にセ
ットされる。前記保持部材５１の拡大孔には、アルミニ
ウム製軸胴６（直径１５ｍｍΦ、全長１０ｃｍ）からな
る放熱性容器３１に水約５ｃｃ（蓄熱媒体３２）を充填
して構成される放熱器３の底部を挿入し、発熱側Ｂの絶
縁板２４と密接状に取り付けられる。

【００４７】

【実施例２】（図示せず）保持部材５１に装着した熱電変換素子２（半導体の対
数：１１対）の吸熱側Ａの絶縁板２４には、ペン先形状
の伝熱性先端部材４１がその後端を密接させて取り付け
られており、発熱側Ｂの絶縁板２４には、接触平面を備
えたアルミニウム製棒状体にアルミニウム製メッシュ状
シート材を捲回してなる放熱器３（熱抵抗値：１９〔℃
／ワット〕が前記接触平面を密接させて、連接配置され
ていて、軸胴６（多数の放熱孔が周壁に配設されてい
る）に挿着され、前記熱電変換素子２にはリード線１１
を介して、系外に配備の直流電源部９（１．５Ｖ乾電
池）と結線され、冷却変色具が構成される。前記軸胴６
の他端には、実施例１の発熱要素が取り付けられ、加熱
変色具が構成される。

【００４８】

【実施例３】（図示せず）実施例２の変色具において、熱電変換素子２の発熱側の
絶縁板２４に、アルミニウムのダイキャスト成形による
多数のフィンを備えた放熱器３が連接配置し、前記放熱
器３の後方位置に、１．５Ｖの乾電池２個を配備し、リ
ード線１１を介して通電可能に組み付ける以外は、前記
実施例２と同様な構成となして、冷却、加熱の両用が可
能な変色具１を得た。尚、前記直流電源部はバッテリー
等を配備した系に限らず、ＡＣ／ＤＣ変換器を接続した
系であってもよい。

【００４９】適用例１（図１、図２参照）実施例１の変色具１を用い、白色シート材に色彩記憶性
感温変色性色素〔黒色←→無色、低温側変色点（ｔ1 ）
１５℃、高温側変色点（ｔ4 ）３５℃〕を含む色材によ
り熱変色層１２１が全面に形成されている熱変色性要素
１２（室温下で白色を呈している）に伝熱性先端部材４
１（冷却側）を当接させて筆記したところ、筆記部分の
白色が変色し、黒色の筆跡（熱変色像１２２）を現出さ
せた。前記筆跡は１７℃〜３０℃の室温下で記憶保持さ
れた（図１参照）。前記黒色の筆跡部分を実施例１の変
色具１の伝熱性先端部材４（発熱側：約４０℃に筆記先
端部が加熱されている）を、前記筆跡部分に当接させて
筆記したところ、黒色の筆跡を消去できた（図２参照）

【００５０】適用例２適用例１の熱変色性要素１２（但し、室温下で全面黒色
に維持されている）に実施例１の変色具１の加熱側先端
部（約４０℃に筆記先端部が加熱されている）を当接さ
せて筆記したところ、白色の筆跡を現出させた。前記筆
跡は１７℃〜３０℃の室温下で記憶保持された。前記白
色の筆跡部分を実施例１の変色具１の冷却側先端部（伝
熱性先端部材４１の前端面が約６℃に冷却されている）
を当接させて筆記したところ、白色の筆跡を消去でき、
全面が黒色のシートに復元できた。前記適用例１及び適
用例２の様相変化は、繰り返し再現できた。

【００５１】適用例３可逆熱変色層により回答要素を隠蔽した構成の幼児用絵
本〔黄色の非変色性インキにより、バナナの絵柄及び文
字が印刷形成され、前記非変色層を覆い、４０℃に変色
点をもち、４０℃未満で緑色を呈し、４０℃以上で消色
する可逆熱変色層が重ね刷りされている〕に、前記実施
例１の変色具１の加熱側先端部を熱変色層に当接させて
筆記したところ、該層は消色して非変色層が顕出し、回
答を判別させた。しばらくすると、前記非変色層は、緑
色に着色した熱変色層により隠蔽状態に復した。

【００５２】

【発明の効果】本発明の加熱、冷却変色具は、熱変色層
を設けた熱変色性要素と組み合わせて適用され、加熱或
いは冷却により前記熱変色層を簡便に変色させることが
できる。

【００５３】加熱要素側にあっては、低電圧の印加によ
り通電発熱体を速やかに発熱させ、所定温度に昇温させ
て、熱変色層を変色させることができ、しかも前記発熱
温度が所望の低温域の発熱飽和温度に自己温度制御され
るので過熱による危険性がない。更に、低電圧の印加に
よる通電発熱系のため、漏電による危険もなく、前記危
険防止のためのヒーター部の被覆加工を要さないことは
勿論、幼児等に対しても安心して使用させることができ
る。

【００５４】冷却要素側にあっては、低温域に変色点を
有する熱変色性要素の機能を効果的に発現させることが
でき、従来の冷水、氷片等を冷熱媒体とする冷熱手段に
対し、任意な時、任意な場所において、即座に簡便に対
象物の熱変色層を冷熱変色させる利便性、非耐水性対象
物への適用性、携帯性等を満足させる。

【００５５】しかも、印加電圧が低電圧（５０Ｖ以下）
で有効に機能させることができ、漏電等の危険もない。
乾電池等バッテリーの取り換えにより機能を永続させる
ことができる。前記した如く、簡便に冷熱の適用が可能
となり、低温域に変色点を有する熱変色層を配設した構
成の多様な熱変色性要素との組み合わせを可能となす。

【００５６】殊に、対象の熱変色性要素が、色彩記憶性
感温変色性色素（温度変化により大きなヒステリシス特
性を示して変色し、低温側変色点と高温側変色点の二つ
の変色点をもち、着色状態と無色状態または有色〔１〕
と有色〔２〕間の互変性を呈し、前記低温側変色点以下
の冷熱又は高温側変色点以上の熱の適用により、常態と
異なる様相に変化させることができ、その様相を常温域
で記憶保持させることができる機能を有する色素）を含
む色材で彩色された熱変色層を備えた系と組み合わせ適
用することにより、前記色彩記憶性感温変色性色素の機
能を効果的に発現させて、商品の多様化、多分野への応
用展開を可能にすることができる。

【００５７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明加熱、冷却変色具の一実施例の使用状態
を示した説明図である。

【図２】本発明加熱、冷却変色具の一実施例の別の使用
状態を示した説明図である。

【図３】本発明加熱、冷却変色具の一実施例の縦断説明
図である。

【図４】本発明に適用の発熱体の温度と抵抗の特性を示
すグラフである。

【図５】本発明に適用の発熱体の各温度における体積抵
抗率の許容範囲を示すグラフである。

【図６】室温変化による発熱体の安定温度を示すグラフ
である。

【図７】通電時間と発熱体の発熱温度との関係を示すグ
ラフである。

【図８】本発明変色具に適用する熱電変換素子の斜視図
である。

【図９】本発明変色具に適用する熱電変換素子の構造及
び作用の説明図である。

【図１０】感温変色性色素の温度変化による変色特性の
説明図である。

【図１１】色彩記憶性感温変色性色素の温度変化による
変色特性の説明グラフである。

【符号の説明】

１加熱、冷却変色具２熱電変換素子２１Ｐ型半導体素子２２Ｎ型半導体素子２３金属片２４絶縁板Ａ吸熱側Ｂ発熱側３放熱器４伝熱性先端部材４１伝熱性先端部材５保持部材５１保持部材６軸胴７リード線カバー部材８通電発熱体９電源１０スイッチ１１リード線１２熱変色性要素１２１熱変色層１２２熱変色像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ４１Ｋ 1/00 Ｂ４１Ｋ 1/00 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A63H 3/52 A63H 30/02 A63H 33/00 A63H 33/22 B41K 1/00 B43K 8/00 B43K 19/00 - 19/12 B43L 1/00 B43L 19/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】温度変化により変色する熱変色層が配設
された熱変色性要素の、前記熱変色層を変色させる加
熱、冷却の両用機能を備えた通電変色具であって、軸胴
の一端に加熱要素を、他端に冷却要素を配備してなり、
前記加熱要素は、通電発熱体と、該通電発熱体に接触配
置の伝熱性先端部材を少なくとも備えており、前記通電
発熱体が（イ）少なくとも、２５℃〜７０℃の温度範囲
において、電気抵抗の温度係数が正の値を示す抵抗発熱
体であり、（ロ）２５℃における体積抵抗率（ρ25）が
９．８×１０^-3Ω・ｃｍ〜２．９７×１０⁵Ω・ｃｍ、
（ハ）２５℃と７０℃における体積抵抗率の比率（ρ70
／ρ25 ）が次式５≦（ρ70／ρ25）≦４００の範囲
内にあることの各要件を満たし、０．８Ｖ〜５０Ｖの電
圧印加により発熱し、発熱飽和温度が２５℃〜７０℃の
温度範囲内の任意の温度に自己温度制御されるサーミス
タにより構成されてなり、冷却要素は、Ｐ型半導体素子
とＮ型半導体素子とを金属片で交互に接合し、上下両面
を熱伝導性絶縁板で挟持してユニット化した構成のペル
チエ効果を有する熱電変換素子と、該熱電変換素子の吸
熱側に連接配置される伝熱性先端部材と、該熱電変換素
子の発熱側に連接配置される放熱器を少なくとも備えて
おり、直流電圧の印加により、１０℃〜３５℃の環境温
度において、吸熱側が前記範囲内の各環境温度に対し、
少なくとも３℃以上の温度降下機能を発現できるよう構
成されてなる、加熱、冷却変色具。
【請求項２】熱変色性要素の熱変色層が、温度変化に
より大きなヒステリシス特性を示して、着色状態と無色
状態又は有色〔１〕と有色〔２〕状態間の互変性を呈
し、常温域で前記二状態の何れかを選択的に記憶保持可
能な色彩記憶性感温変色性色素を含む色材で彩色されて
なり、前記熱変色性要素と組合わせて適用される請求項
１記載の加熱、冷却変色具。
【請求項３】冷却要素における放熱器は、放熱性容器
と該容器内に収容される水又は水を主体とする蓄熱媒体
から構成されてなる請求項１記載の変色具。