JPH0639151A - 変色具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱変色層が表面に形成されている、玩具、教
習材、筆記板等の、前記熱変色層に先端部材を接触させ
ることにより、接触部位を冷熱変色させる軽便な変色具
を提供する。 【構成】 ペルチェ効果を有する熱電変換素子２を冷熱
源とし、前記熱電変換素子２の吸熱側に伝熱部材４を、
発熱側に放熱器３をそれぞれ密接配置し、電源電池７と
前記熱電変換素子２の間に抵抗体６を介して直列に接続
され、通電、作動可能に構成される。 【効果】 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ことができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変色具に関する。さら
に詳細には、種々の熱変色性対象物の熱変色層に当接さ
せることにより、当接個所を冷熱変色させる変色具に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱変色性対象物の熱変色層を変色
させる手段として、タングステン、ニッケル等の抵抗体
発熱体を装備した通電加熱具が開示され、動物玩具等の
表面に形成した熱変色素材に接触させ、該接触部位を色
変化させる試みが実開昭６２−１３９５７３号公報に開
示されている。前記した如く、熱変色層を変色させるた
めの加熱手段に関する試みは、開示されているが、熱変
色層を冷熱変色させるための有効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
による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。

【０００４】本発明は前記した従来の冷熱手段の適用に
よる不具合を一挙に解消し、携帯性、即効性、冷熱持続
性、利便性等を満足させ、任意な時、任意な場所におい
て、簡便に熱変色層を冷熱変色させる変色具を提供しよ
うとするものである。

【０００５】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
への応用展開を可能となす変色具を提供しようとするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明変色具１を図面に
ついて説明する。本発明は、熱変色層が形成されている
熱変色性要素に接触させることにより、接触部位を熱変
色させる変色具において、Ｐ型半導体素子２１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を熱源として利用
した変色具であって、前記熱電変換素子２の吸熱側に伝
熱部材４を密接し、発熱側に放熱器３を密接して組立て
られており、前記熱電変換素子２には抵抗体を介して電
源電池が直列に接続されてなる変色具１を要件とする。
更には、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る系と
組合わせて適用される変色具１を要件とする。

【０００７】前記において、ペルチエ効果を有する熱電
変換素子２は、従来より汎用されているものが有効であ
る。前記熱電変換素子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、上面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、下面で発熱する（図４、図
５参照）。

【０００８】前記におけるＰ型或いはＮ型半導体素子２
１、２２は、Ｂｉ₂ Ｔｅ₃ 、Ｂｉ₂Ｓｅ₃ 、Ｓｂ₂ Ｔｅ
₃ 等が例示できる。半導体素子の対数は、１〜５１１
対、より実用的には４〜１２７対、好ましくは４〜３１
対の系が有効である。

【０００９】本発明における放熱器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、金属板片の加工体、放熱性
金属容器内に水性媒体（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したも
の）やグリセリン、エチルアルコール、アンモニヤ水等
を充填して放熱器を構成したもの等を例示できる。

【００１０】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、０．１〜５０Ｖであり、０．１Ｖ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、０．２〜２０Ｖ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。

【００１１】前記電圧を印加する電源電池７は、変色具
１を構成する軸胴５内に収容し、リード線８により熱電
変換素子２と接続して構成することができるが、電源収
容部９を別体に構成して適用できる。抵抗体６は、カー
ボン被覆抵抗体、酸化被覆抵抗体、酸化金属被覆抵抗
体、ニクロム線、ステンレス線、銅、鉄、アルミニウム
等の加工体、各種合金部材等を挙げることができる。特
に、０．１Ω〜１０Ωの抵抗値のものが有効である。

【００１２】尚、熱電変換素子２の絶縁板２４（吸熱
側）に密接される伝熱部材４は、金属材に限らず、肉薄
状の、熱伝導性ゴム、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。又、伝熱部材４が金属材
により形成された系では、熱変色層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。

【００１３】又、金属材による伝熱部材４の前端に、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。

【００１４】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。尚、本発明変色具にあっては、極性の切り換
えにより、吸熱側Ａを発熱側に変換させて加熱変色具と
して機能させることができる。

【００１５】変色具１は、多様な形態が有効であり、例
えば、筆記具、スタンプ、玩具要素（例えば、人形玩具
の櫛、その他メイクアップ具等）等が挙げられる。次
に、本発明の変色具１と組み合わせて適用される熱変色
性要素の熱変色層を構成する感温変色性材料について説
明する。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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、その他
玩具要素等を挙げることができる。

【００１９】熱変色層は、−１０℃〜＋１００℃の範囲
（好適には−５℃〜＋７０℃）に変色点を有するものが
実用面よりみて有効である。

【００２０】

【作用】直流電圧（０．１〜５０Ｖ）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（図４〜
図５参照）。

【００２１】前記発熱側Ｂ（極性の逆転により、吸熱側
に変換される）に連接配置の放熱器３の作用により、吸
熱側Ａの温度を所望温度範囲に降下、維持させる。

【００２２】次に、抵抗体６を熱電変換素子２と電源電
池７との間に直列的に介在させる作用をグラフについて
説明する（図６参照）。

【００２３】熱電変換素子２の冷却能力と駆動電流の関
係はグラフに示すとおりである。本発明における変色具
は、携帯性の小型変色具であり、従って適用される熱電
変換素子２におけるＰＮ接合対数は少なく、適正駆動電
流は低い。このような素子２を電池で駆動すると、電池
の出力電流が素子２の適正電流範囲より高くなる場合が
ある。この場合、駆動電流の適正な領域を超えた過大な
電流（例えば、Ｉ_。）が流れ、冷却能力はＣ_。となる。
しかし、駆動電流を小さく（例えば、Ｉ₁ ）すれば、冷
却能力はＣ_。より大きいＣ₁ が得られる。ここにおい
て、抵抗体の介在により駆動電流を小さくして、大きな
冷却能力を持たせ且つ、電源電池７の寿命を長くさせる
ことができる。

【００２４】本発明の変色具１の適用に際し、熱変色層
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。

【００２５】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。

【００２６】

【実施例】第１実施例を説明する（図１〜図２参照）。
側部に多数の放熱孔５１を配設した軸胴５の前部に熱電
変換素子２（半導体の対数：１１対）を装着させ、吸熱
側Ａの絶縁板２４に筆記先端形状の金属性伝熱部材４を
密接配置し、発熱側Ｂの絶縁板２４には、１ｍｍ厚×８
ｍｍ幅×１７０ｍｍ長さのアルミニウム板片の中央部１
０ｍｍ幅を基底面とし「コ字状」に折曲形成した放熱器
３の、前記基底面を密接（熱伝導性グリースが塗布され
て密接性が保持されている）配置してなる。熱電変換素
子２にはリード線８を介して乾電池７（１．５Ｖ）と接
続され、その回路には抵抗体６（約０．３Ω）を介在さ
せて通電、作動可能に構成される。

【００２７】第２実施例を図３に示す。電源収容部９を
別体として構成した変色具１であって、その他の構成は
実施例１と同様である。

【００２８】前記変色具１の筆記先端部の温度は、室温
２５℃において、通電開始２０秒後で約０℃、６０秒後
で−７℃を示した。

【００２９】前記変色具１（冷熱用）を用いて、白色シ
ート材に色彩記憶性感温色素〔黒色←→無色（低温側変
色点１５℃、高温側変色点３５℃）を含む色材により熱
変色層が全面に形成されている熱変色性要素（室温下で
白色を呈している）に筆記したところ、筆記部分の白色
が変色し、黒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。前記シート材を３
５℃以上に加熱すると黒色の筆跡は消え、全面白色の筆
記面として繰り返し、実用に供される。

【００３０】尚、前記変色具１において、抵抗体６を適
用しない系にあっては、筆記先端が８℃以下の温度に持
続する時間が１０５分に対し、前記抵抗体６の適用系に
あっては、８℃以下の温度を約１８０分間、持続時間さ
せることができた。又、抵抗値約１Ωの抵抗体６を適用
すると筆記先端の温度を有効に降下させることができな
かった。

【００３１】

【発明の効果】本発明の変色具は、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、殊に、低温域に変
色点を有する熱変色性要素の変色機能を効果的に発現さ
せることができる冷熱変色具であって、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。しかも、印加電圧が低電圧で有効に機
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。更には、抵抗体の介在により、電源電池の出力電流
を適正に小さくして効果的に機能させ、電池寿命を長く
することができる。更には熱電変換素子より発生する熱
量が小さくなるため放熱器の放熱能力が小であっても有
効に機能させることができ、小容量の放熱器が適用で
き、小型の使い勝手の良い変色具を構成することができ
る。本発明の変色具は、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。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明変色具の一実施例の縦断面図である。

【図２】図１の変色具の回路説明図である。

【図３】本発明変色具の他の実施例の縦断面図である。

【図４】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５】本発明変色具に適用する熱電変換素子の作動説
明図である。

【図６】熱電変換素子の冷却能力と駆動電流の関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ 変色具 ２ 熱電変換素子 ２１ Ｐ型半導体素子 ２２ Ｎ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 伝熱部材 ５ 軸胴 ６ 抵抗体 ７ 電源電池 ８ リード線 ９ 電源収容部 １０ スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱変色層が形成されている熱変色性要素
   に接触させることにより、接触部位を熱変色させる変色
   具において、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
   素子を熱源として利用した変色具であって、前記熱電変
   換素子の吸熱側に伝熱部材を密接し、発熱側に放熱器を
   密接して組立てられており、前記熱電変換素子には抵抗
   体を介して電源電池が直列に接続されてなる変色具。
2. 【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記載の変色具。