(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン型ケースとこのペン型ケースの先端に取付けられるペン先と、ケース内に収納される電池と、この電池からの給電によりレーザー光を発生させるレーザー光発生部と、発生したレーザー光を収束してペン先に照射する収束レンズとを設け、レーザー光の熱エネルギーによりペン先を加熱することを特徴とする感熱紙用レーザー式ヒートペン。
【請求項２】
ペン先の被照射面に、レーザー光を吸収するレーザー光吸収材を設けたことを特徴とする請求項１記載の感熱紙用レーザー式ヒートペン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロイコリライタブル用紙等の感熱紙に手書きにより書き込む際に用いられるヒートペンに関し、特にペン先をレーザー光でもって加熱する感熱紙用レーザー式ヒートペンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリやパソコンプリンター等の感熱記録装置において、印刷された感熱紙の任意箇所に加筆を必要とする場合がある。その際、加筆のための筆記具としては、一般に油性マジック又は水性インクを用いることが多い。しかし、このような筆記具を用いて書き込みを行なうと、次のような問題がある。まず、油性マジックで書き込む方法では、書込み部分を消去したいときアルコール等の溶剤を用いる方法もあるが、消去に手間がかかるうえに、消し残しや消し跡が残るという欠点がある。また、水性インクで書き込む方法では、書込み部分を乾燥させるのに時間がかかり、しかも用紙を重ねた場合に他の用紙を汚すという問題がある。
【０００３】
また、鉛筆で加筆した場合、消しゴムを用いるが、これも消去に手間がかかるばかりでなく、消し屑が用紙に残るという問題がある。そこで、感熱紙に加熱したペン先で筆記するヒートペンが種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１４３８８８号公報（第２頁−第３頁、図１−図２）
【特許文献２】
特開平６−１８３１９３号公報（第２頁−第３頁、図１−図２）
【特許文献３】
特開平９−２６３０８８号公報（第２頁−第３頁、図１−図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来のヒートペンは、ペン先や加熱ヒーターに使用される金属やセラミック等の抵抗性素材を筆記可能な温度まで昇温させるためにかなり時間がかかる。そこで、加熱力を上げるために供給電力を大きくするべく、商用電源を使用したものもあるが、これは電源ケーブルが邪魔になり携帯性が悪い。本発明は上記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、ペン先の加温を極めて短時間行なうことができ、小型で携帯性に優れ且つ安全な感熱紙用レーザー式ヒートペンを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の感熱紙用レーザー式ヒートペンは、ペン型ケースとこのペン型ケースの先端に取付けられるペン先と、ケース内に収納される電池と、この電池からの給電によりレーザー光を発生させるレーザー光発生部と、発生したレーザー光を収束してペン先に照射する収束レンズとを設け、レーザー光の熱エネルギーによりペン先を加熱することを第１の特徴とする。また、ペン先の被照射面に、レーザー光を吸収するレーザー光吸収材を設けたことを第２の特徴とする。
【０００７】
本発明は、レーザー光の熱エネルギーを間接的に利用して、感熱紙用レーザー式ヒートペン（以下、レーザーペンと称す）のペン先温度を上昇させ、このペン先をロイコ系リライタブル感熱紙に接触させて発色筆記を行うことができるようにしたものである。レーザー光は自然光と違って、波長と位相の揃った単一周波数であり、指向性が安定し、高エネルギー光を発生することができる。特に、単一波長であるので一点に集中照射でき、高温を容易に作ることができる。本発明では半導体レーザーを使用するが、半導体レーザーは、ＰＮ接合型ダイオードに順方向の電流を流すことによって、レーザー発振を起こすことができる。この半導体レーザーを使用すれば装置の小型軽量化が図られる上に小電力で動作し、高い変換効率が得られる。
【０００８】
半導体レーザーより発光されたレーザー光は、一旦、収束レンズにて集光してペン先に照射する。レーザー光を効率良く吸収させるため、ペン先の被照射面にはレーザー光吸収材を施す。レーザー光吸収材の材料としては、黒亜鉛、黒クロム、二硫化モリブデン、シリコン等が好ましい。レーザー光吸収材はペン先のキャップ形状の内面に蒸着又は鍍金して被膜を形成する。
【０００９】
感熱紙は、酸性雰囲気で起こるロイコ染料の反応を利用しているが、多くの場合は材料はフェノール化合物である。ロイコ染料に可逆顕色剤を加熱して溶融混合させた後、冷却速度の違いにより発色状態と消色状態を選択的に作り出す。すなわち、加熱急冷により発色し、加熱徐冷により透明化する。感熱紙は、印字及び消去が可能な感熱紙対応型の専用プリンタで文字及びイラストの印刷が行われ、通常の感熱紙と同程度の感度で高精細に書き込める。熱ローラ等で印刷部分を加熱消去でき、発色画像の繰り返し印刷／消去が可能で、数百回の再使用に耐える。尚、例えば、感熱紙及び専用プリンターとしては、例えば、特許第３３７６４８９号公報（発明の名称「電送受信印刷システム」）に記載されているものを使用できる。
【００１０】
回覧者に対して注意事項、特記事項等を追加記載するために、印刷後の感熱紙に加筆するときは、レーザーペンにより普通紙同様に文字、イラスト、アンダーライン等を書き込むことができる。加筆後に印刷済の感熱紙が不要になった場合は、専用プリンタで消去処理を行う時に、印刷部分と同様に書き込み部分を消去することができる。この消去処理では、感熱紙等に汚れや印字跡が残らず、専用プリンターには、特別な消し残し除去機構や拭き取り機構を設ける必要がない。
【００１１】
本発明のレーザーペンは、ペン型ケースと、このケースの先端に設けたペン先とを備える。ペン先の固定部分には、熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下のテフロン(登録商標）等の断熱性、耐熱性のある素材を用い、ペン先から熱が外に逃げないようにする。ケースの中には、電源としての充電可能な電池と、この電池からの給電でレーザー光を発生するレーザー発生部（半導体レーザー発光部）と、レーザー光の出力を制御する制御回路部と、制御されたレーザー光をペン先に収束照射するレーザー光用収束レンズとを収容する。ペン先は、レーザー光の熱エネルギーを吸収して所定の温度まで極めて短時間で上昇する。
【００１２】
このレーザー光の発光波長は、８００ｎｍ近傍の赤外線からなっている。ペン先は、銅又はアルミニウム等の熱伝導率の良い金属材料からなる。ペン先の内面には、８００ｎｍ近傍の赤外線に対する吸収率の高いレーザー光吸収材を施す。すなわち、レーザー光吸収材でもってペン先の内面に蒸着又は鍍金により被膜を形成することにより、レーザー光の熱エネルギーを効率よく吸収し、ペン先の昇温効果を高める。レーザー発生部により発光されたレーザー光は、（一対の）収束レンズにより収束し、ペン先の内側面の中心点に集光照射される。
【００１３】
レーザーペンは、電源スイッチのオン動作により、制御回路部で制御された規定電流がレーザー発生部に供給され、レーザー光を発生する。発生したレーザー光は、一対の収束レンズにより集光され、ペン先中央部の内側面に照射される。レーザー光の熱エネルギーは、ペン先のレーザー光吸収材で吸収され、ペン先を効率よく加熱し昇温させる。この場合、例えばレーザー出力が０．５Ｗであれば、ペン先の温度は２００℃以上になる。尚、この温度は、制御回路部でレーザー出力を制御することにより、感熱紙の発色温度に合わせ所要値に変更することもできる。所定温度になったペン先により、感熱紙の任意の箇所に筆記することができる。
【００１４】
本発明のレーザーペンを用いれば、書き込み部分を乾燥させる必要がなく、複数枚の感熱紙を重ねても感熱紙を汚すことがない。また、使用者の目にレーザー光が曝露するようなことなく安全に使用できる。文字消去の際は消し跡さえ残ることがない。また、小型の電池を使用することでコンパクト化が図られ、電源ケーブルも不要で携帯性に優れている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に示す本実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係るレーザーペンの内部構造を示す一部断面側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３はグリップの詳細構造を示す一部拡大断面図、図４はペン先の詳細を示す分解断面図、図５はレーザー発生・制御部を説明する電気回路ブロック図、図６はレーザーペンの動作手順を説明するフローチャートである。
【００１６】
【実施例】
図１及び図２に示すように、本発明のレーザーペンは、銅製ペン先２６をペン型ケース１の先端に装着すると共に、ケース１に、赤外線レーザー光３２を発生させるレーザーダイオード（レーザー発生部）１６と、発生した赤外線レーザー光３２を収束してペン先２６に照射加熱する一対の平凸レンズ２０、２１を内蔵させる。また、ペン先２６の被照射面である突出部２６Ｂの内面に、赤外線レーザー光３２を効率よく吸収させるため、レーザー光吸収膜（レーザー光吸収材）２６Ｃを形成する。赤外線レーザー光３２の熱エネルギーでペン先２６を照射加熱することにより、ペン先温度を所要の温度に昇温させ、ロイコ系リライタブル感熱紙に筆記するものである。
【００１７】
ペン型のケース１は、電池３５が収納される中空筒体の電源収納部２と、この電源収納部２の一端側に縮径部３を介して一体に形成された中空筒体のグリップ４とからなっている。電源収納部２の外径は２８ｍｍであるが、グリップ部４の外径は、片手で握りやすいように９ｍｍに設定されている。ケース１内の中央には、回路基板５がネジ止め固定されている。回路基板５の上には、レーザー発生・制御回路７などが実装され、回路基板５の材質はガラスエポキシ樹脂とされている。グリップ４の内部にはレーザーダイオード部８、レンズ部９が設けられ、レーザーダイオード部８、レンズ部９は、それぞれ、レーザーダイオード固定スペーサ１３、レンズ固定スペーサ１４を介して、グリップ４の内壁にネジで固定されている。グリップ４の先端にはペン先部１０がネジ止め装着されている。
【００１８】
レーザーダイオード部８は、図３に示すように、レーザーダイオード固定スペーサ１３にネジ止めされたダイオードホルダ１５と、このダイオードホルダ１５の先端面に固着されたレーザーダイオード１６とからなり、レーザーダイオード１６は半導体レーザー発光素子（３３）を備えている。レーザーダイオード１６の前面部はレーザー発生部とされ、このレーザー出力は、例えば、熱エネルギー０．５Ｗに設定されている。
【００１９】
レーザーダイオード部８は、レンズ固定スペーサ１４にネジ止めされたレンズホルダ１９と、このレンズホルダ１９の前・後端に互いに平行に固着された一対の平凸レンズ２０、２１とからなっている。後方の平凸レンズ２０はレーザー発生部側（前方側）が凸部とされている一方、前方の平凸レンズ２１は後方側が凸部とされている。後方の平凸レンズ２０は、レーザーダイオード１６からの赤外線レーザー光３２を前方の平凸レンズ２１に対し、直角方向（レンズ２１の光軸と平行方向）に指向させるものである。また前方の平凸レンズ２１は、平行束である赤外線レーザー光３２を収束させ、ペン先部１０のペン先２６内面に照射集光して加熱昇温するものである。
【００２０】
ペン先部１０は、図４に示すように、中空円錐台形のペン先ボディ２３を有している。ペン先ボディ２３の内部にはテーパー状の中心孔２７が設けられ、中心孔２７の内径は、前方の平凸レンズ２１による赤外線レーザー光３２の絞りに対応して、先端方向に行くにつれて漸次縮径している。ペン先ボディ２３の先端側には、中心孔２７の先端径よりも大径（５ｍｍ）の段付きペン先装着孔２８が前記中心孔２７に連続して形成されている。ペン先装着孔２８の内部には、ペン先外筒ホルダ２４、ペン先内筒ホルダ２５を介してペン先２６が装着されている。つまり、ペン先外筒ホルダ２４とこの内側に嵌合するペン先内筒ホルダ２５とによりペン先２６が前後に挟持され、段差状のペン先装着孔２８にペン先外筒ホルダ２４が嵌合された状態でペン先２６がペン先ボディ２３に装着固定されている。
【００２１】
ペン先外筒ホルダ２４及びペン先内筒ホルダ２５の材質としては、熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下のテフロン（登録商標）等が使用されている。これにより、レーザー照射により高温状態になったペン先２６から、熱エネルギーが散逸しないようにされている。ペン先２６は、固定板２６Ａと円錐形の突出部２６Ｂとから一体形成され、突出部２６Ｂは固定板２６Ａよりも前方に断面Ｖ字状に突出している。突出部２６Ｂは、ペン先外筒ホルダ２４に形成したペン先露出用孔２９から外部に露出している。突出部２６Ｂの内面にはレーザー光吸収膜２６Ｃが形成され、このレーザー光吸収膜２６Ｃにより、赤外線レーザー光３２を効率良く吸収できるようにされている。尚、ペン先２６とペン先ボディ２３等との間は気密構造とされ、この部分から赤外線レーザー光３２が外部に漏洩することがないようにされている。
【００２２】
レーザー発生・制御回路７の構成は、図５に示すように、発光波長８００ｎｍ近傍の赤外線レーザー光３２を発生させる半導体レーザー発光素子３３と、発生した赤外線レーザー光３２の照射出力を制御する制御回路部３１と、半導体レーザー発光素子３３に電流を通電する充電可能な電源電池３５と、この電池３５から半導体レーザー発光素子３３への通電をオンオフする電源スイッチ３４とからなっている。電源スイッチ３４は、ケース１外面の適所に設けられる。また、赤外線レーザー光３２の照射出力は、制御回路部３１により任意に設定変更できるようになっている。
【００２３】
次に、上記レーザーペンでロイコ系リライタブル感熱紙に筆記する際の処理手順について、図６のフローチャートに従って説明する。
この処理手順は、プリンター部における印字処理工程３９と、レーザーペンによる筆記処理工程４０とからなっている。まずプリンターにおいて感熱紙に印刷処理を行う（ステップＳ１）。次に、感熱紙の印刷面をチェックして、情報データなどの加筆を行う必要があるか否かを判断する（ステップＳ２）。加筆の必要がないときは、そのまま使用者による閲覧又は回覧を行う（ステップＳ３）。閲覧又は回覧後に感熱紙が不要になれば、感熱紙を回収して再利用する（ステップＳ４）。再利用する際は、使用済の感熱紙をプリンターの用紙セット部にセットするだけでよい。これにより、感熱紙に印刷処理を行う前に、不要なデータが消去バー等で消去され、再び感熱紙への印刷処理が可能になる。
【００２４】
一方、感熱紙の印刷面について、加筆する必要があるときは、プリンター部の処理工程３９からレーザーペンの筆記処理工程４０に移行する。この筆記処理工程４０は、レーザーペンの電池３５へのオン入力（ステップＳ５）、赤外線レーザー光３２によるペン先２６の加熱昇温（ステップＳ６）、ペン先２６による感熱紙への筆記（ステップＳ７）、筆記後の電池３５のオフ切替え（ステップＳ８）の各段階を備えている。
【００２５】
以下に、筆記処理工程４０でのレーザーペンの動作について説明する。
先ず、電源スイッチ３４をオンすると、電池３５から制御回路部３１を介して半導体レーザー発光素子３３に送電される（ステップＳ５）。そして、制御回路部３１により制御された規定電流が半導体レーザー発光素子３３に給電され、半導体レーザー発光素子３３から赤外線レーザー光３２が発生する。発生した赤外線レーザー光３２は、一対の平凸レンズ２０及び２１により収束、集光され、ペン先２６の側に進行する。そして、この赤外線レーザー光３２は、ペン先２６の先端中心部内側面に局所的に照射される。すると、照射レーザー光３２の熱エネルギーは、ペン先２６のコーン形突出部２６Ｂの内面側のレーザー光吸収膜２６Ｃにより吸収され、ペン先２６を加熱して所定の温度に昇温させる（ステップＳ６）。
【００２６】
ここでは、赤外線レーザー光３２の出力が０．５Ｗに設定されているため、ペン先２６の温度は極めて短時間（約１０秒後）に２００℃以上に上昇する。この場合、レーザー出力の値を制御回路部３１により制御することで、感熱紙の発色温度に応じて、所要の温度に適宜設定変更することができる。ペン先２６が所要の温度に達したら感熱紙に筆記することができる（ステップＳ７）。この後、ステップＳ３に移行し、使用者による閲覧又は回覧を行う。上記と同様に、筆ペン先２６で記入した感熱紙は、使用後に不要になっても廃棄せずに回収して再使用する（ステップＳ４）。
【００２７】
このように、本発明のレーザーペンを用いて感熱紙に書き込みを行えば、従来の油性マジック、水性インク又は鉛筆を用いる場合に生じた課題が解消する。すなわち、消去の際のアルコール等の溶剤や消し込みが不要になり、消し残しや消し跡も発生することなくきれいに消すことができる。また書き込み部分を乾燥させる必要がなく感熱紙を重ねた場合でも他の感熱紙を汚すことがない。
【００２８】
ここで、赤外線レーザー光３２を感熱紙に直接照射して書き込む方法が考えられる。このためには、感熱紙にレーザー光吸収材を塗布すればよいが、この場合は、使用者が赤外線レーザー光３２で書き込む際に、使用者の目に赤外線レーザー光３２が直接曝露される危険がある。この点本発明では、ケース１の外部に赤外線レーザー光３２が漏れ出すことがないので、安全に使用することができる。
【００２９】
また、加熱による書き込み手段として、半田コテ先等を応用した場合は、金属、セラミック等の熱伝導率の高い部材を抵抗ヒータ等で温める必要がある。そのためには、消費電力が大きいＡＣ−１００Ｖの商用電源を使うので、電源ケーブルを必要とし、装置が大型化して携帯タイプに構成することができない。その点本発明では、筺体１に充電可能な電源電池３５を内蔵し、電源供給ケーブルが不要になるので、レーザーダイオード（レーザー発生部）１６自体を小型化できることとも相まって、筺体１全体を小型化して携帯型に作製できる。要するに、本実施例は、赤外線レーザー光３２を利用することで、ペン先２６の微小部を即時高温化できると共に、使用者へ対する赤外線レーザー光３２の曝露を防止し、小型で且つ安全なレーザーペンを供給することができる。
【００３０】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、種々の応用変形が可能である。例えば、上記実施例において、ペン先２６の温度が所要値以上まで上昇した時、又は上昇後に所定時間以上経過した時点で電源スイッチ３４が自動的にオフできるようにすることもできる。また、グリップ４と電源収納部２は同径にすることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のごとく本発明は、レーザー照射で加熱されるペン先を有することから、ペン先を所要温度に極めて短時間に加温でき、小型で安全なハンディタイプのレーザーペンを提供することができるという優れた効果がある。また、ペン先の被照射面にレーザー光吸収材を形成したものでは、レーザー光の熱エネルギーを効率よく吸収して、ペン先の熱上昇効果を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザーペンの内部構造を示す一部断面側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】グリップの詳細構造を示す一部拡大断面図である。
【図４】ペン先の詳細を示す分解断面図である。
【図５】レーザー発生・制御部を説明する電気回路ブロック図である。
【図６】レーザーペンの動作手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１    ペン型ケース
２    電源収納部
３    縮径部
４    グリップ
５    回路基板
７    レーザー発生・制御回路
８    レーザーダイオード部
９    レンズ部
１０  ペン先部
１３  レーザーダイオード固定スペーサ
１４  レンズ固定スペーサ
１５  ダイオードホルダ
１６  レーザーダイオード（レーザー発光部）
１９  レンズホルダ
２０  後方平凸レンズ（収束レンズ）
２１  前方平凸レンズ（収束レンズ）
２３  ペン先ボディ
２４  ペン先外筒ホルダ
２５  ペン先内筒ホルダ
２６  ペン先
２６Ａ固定板
２６Ｂ突出部
２６Ｃレーザー光吸収膜（レーザー光吸収材）
２７  中心孔
２８  ペン先装着孔
２９  ペン先露出用孔
３１  制御回路部
３２  赤外線レーザー光
３３  半導体レーザー発光素子（ダイオード赤外線レーザー発光素子）
３４  電源スイッチ
３５  電池
【図１】
0003661151.tif 000002
【図２】
0003661151.tif 000003
【図３】
0003661151.tif 000004
【図４】
0003661151.tif 000005
【図５】
0003661151.tif 000006
【図６】
0003661151.tif 000007