(57)【要約】【課題】  樹脂成分への分散性に優れるとともに遮光性が高く、発光素子から受光素子への光を遮る遮光部材用として好適な受発光素子遮蔽用カーボンブラックを提供する。【解決手段】  乾式酸化処理または／および湿式酸化処理されたことを特徴とする受発光素子遮蔽用として好適なカーボンブラック。好ましくは、酸化処理後に、更に中和処理されたカーボンブラック。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾式酸化処理または／および湿式酸化処理されたことを特徴とする受発光素子遮蔽用カーボンブラック。
【請求項２】
乾式酸化処理または／および湿式酸化処理された後、中和処理されたことを特徴とする受発光素子遮蔽用カーボンブラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から発した光を被検出物に反射させ、その反射光を受光素子で検出する反射型インタラプタやチルトセンサーなどの受発光素子に用いられる遮光用のカーボンブラックに関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型インタラプタなどの受発光素子では、発光素子が発した光を被検出物に反射させて、その反射光を受光素子で検出するため、受発光素子間の遮光および外部からの光を遮断することが必要となる。すなわち、受発光素子間で光の漏洩があると、受光素子側の信号／出力比（Ｓ／Ｎ比）が低下することになるからである。
【０００３】
そこで、発光素子と受光素子の間に遮光部材を設置して発光素子から受光素子への光の漏洩を阻止する手段が講じられている。
【０００４】
例えば、特許文献１には相対向させて配置された発光素子および受光素子対が樹脂モールドされてなる光結合素子において、発光素子と受光素子間の光伝達部がフィラを含有する透光性樹脂で１次モールドされ、該１次樹脂モールド上にフィラ及び着色剤を含有する不透明樹脂で２次モールドされてなる光結合素子が開示されており、着色剤としてカーボンブラックを添加することが示されている。
【０００５】
また、特許文献２には発光チップ搭載用凹部と受光チップ搭載用凹部とが中間壁を介して並設された樹脂ケースを有し、両凹部に金属メッキ配線が施され、樹脂封止されてなる反射型フォトインタラプタにおいて、前記中間壁の受発光チップ側側面に金属メッキを施すとともに、樹脂ケースに遮光性の添加剤を混入してなる反射型フォトインタラプタが提案されており、遮光性の添加剤としてカーボン粉末を０．５〜５．０ｗｔ％添加し、その粒径範囲を１．０μｍ以下とすることにより十分な遮光性が得られることが開示されている。
【０００６】
特許文献３には受光素子および発光素子を備えた受発光モジュールにおいて、受光素子と発光素子との間に充填剤を含む光学的障壁層を設けた受発光モジュールが提案されており、ノボラックエポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機充填剤および染料を含むエポキシ樹脂で光学的障壁層を形成し、染料としてカーボン粒を用いることが開示されている。
【０００７】
この場合、カーボン粒は黒色顔料として光を吸収し、光透過率の低下に機能するもので優れた遮光性が付与され、光漏洩を効果的に抑止することが可能となる。
【特許文献１】特開昭５５−１５７２７８号公報
【特許文献２】特開平０５−０３７０１０号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、カーボン粒子は樹脂中への分散性が悪く、樹脂中においてカーボン粒子の凝集が起こり易いのでカーボン粒子が均一に安定分散した樹脂組成物を得ることが難しい。したがって、十分な遮光性能を有する遮光層を形成することが困難である。
【０００９】
そこで、発明者は、黒色顔料として有用されているカーボンブラックについて、優れた遮光性能を付与するためにその表面性状を改質する方策について鋭意研究を行った。
【００１０】
その結果、カーボンブラックを酸化処理してカーボンブラック粒子の表面性状を改質、変成して樹脂への分散性能を向上させると、発光素子と受光素子間の遮光性に優れたカーボンブラック黒色顔料とすることができることを確認した。
【００１１】
すなわち、本発明は上記の知見に基づいて開発されたもので、その目的は樹脂成分への分散性に優れ、遮光性が高く、受発光素子遮蔽用に好適なカーボンブラックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明による受発光素子遮蔽用カーボンブラックは、乾式酸化処理または／および湿式酸化処理されたことを構成上の特徴とし、好ましくは、乾式酸化処理または／および湿式酸化処理された後、更に中和処理されたことを構成上の特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
カーボンブラックを酸化処理してカーボンブラック粒子の表面性状を改質、変成することにより、樹脂成分への分散性能を向上させるとともに遮光性が高く、発光素子と受光素子間の遮光性に優れ、受発光素子遮蔽用として好適なカーボンブラックが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明において対象となるカーボンブラックには特に制限はなく、ファーネスブラックをはじめサーマルブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラックなどの各種市販品が適用される。
【００１５】
本発明の受発光素子遮蔽用カーボンブラックは、これらのカーボンブラックが酸化処理されたものであり、酸化処理は乾式酸化処理あるいは湿式酸化処理されたもの、いずれでもよく、更に、乾式酸化処理を施した後に湿式酸化処理を行ったものでもよい。
【００１６】
湿式酸化処理は、空気、酸素、オゾン、ＮＯx 、ＳＯx などの気体酸化剤中でカーボンブラックを加熱して適宜な温度に保持することにより行われる。この場合、気体酸化剤の濃度、流量、カーボンブラックの処理量、処理時間などを適宜に設定することにより酸化処理の度合いを制御することができる。
【００１７】
湿式酸化処理は、酸化剤の水溶液中にカーボンブラックを入れて攪拌、加熱することにより行われる。酸化剤にはペルオキソ２硫酸塩、ペルオキソ２硼酸塩、ペルオキソ２炭酸塩、ペルオキソ２リン酸塩などのペルオキソ２酸塩が、また、塩としては、アルカリ金属塩やアンモニウム塩などが好適に用いられる。他に、オゾン水、過酸化水素水、ヨウ素水などが例示される。
【００１８】
これらの酸化剤水溶液中にカーボンブラックを入れて、加熱下に攪拌することにより酸化処理されるが、酸化処理の程度は酸化剤水溶液の酸化剤濃度、カーボンブラックの処理量、処理温度、処理時間などを適宜に設定して制御する。
【００１９】
湿式酸化処理後のスラリー中にはカーボンブラックの大きな未分散塊や凝集体などの異物が残存する場合があるので、これらの未分散塊や凝集体は遠心分離により分級除去あるいは濾過分離などの方法で除去することが好ましい。
【００２０】
また、湿式酸化処理により生成した還元塩は、使用時の熱により溶出する場合があるので、例えば、限外濾過膜（ＵＦ）、逆浸透膜（ＲＯ膜）、電気透析膜などの分離膜を用いて還元塩を脱塩除去することが好ましい。
【００２１】
このようにして異物を除去して精製したスラリーは、水分を除去するために適宜な濃度に濃縮して、凍結乾燥、真空乾燥、加熱乾燥、噴霧乾燥などの方法で乾燥し、乾燥したカーボンブラックは、例えばジェットミル、カッターミキサー、ヘンシェルミキサー、振動ボールミル、遊星ボールミル、ピンミル、自由粉砕機などで解砕して、本発明のカーボンブラックが得られる。
【００２２】
上記の乾式酸化処理、湿式酸化処理はそれぞれ単独処理でもよいが、乾式酸化処理を施した後に、更に湿式酸化処理を施すことも好適である。
【００２３】
このようにして乾式酸化処理または／および湿式酸化処理されたカーボンブラックは、更に中和すると、より樹脂成分中への分散性能に優れたカーボンブラックに変成することができる。
【００２４】
中和剤としては、例えば、水酸化塩、炭酸水素塩、酢酸塩などの無機アルカリ水溶液、第４級アミン系水酸化物、エタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、第４級アミンなどの有機アミン類、アンモニアなどの無機アミン類などが用いられる。
【００２５】
これらの酸化処理、あるいは、更に中和処理されたカーボンブラックは、受発光素子遮蔽用の樹脂組成物として一般に使用されている樹脂、例えばエポキシ樹脂、および、硬化剤、効果促進剤などとともに混合されて、受発光素子遮蔽用の樹脂組成物が作製される。なお、必要に応じて離型剤、難燃剤などの添加剤も適宜配合することができる。
【００２６】
すなわち、上記のカーボンブラックをエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤などとともに所定の割合でミキサーに投入し、十分に混合、混練して樹脂組成物を作製し、インジェクションモールド、ポッティング、注形成形など適宜な方法で遮光部材が製造される。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に制限されるものではない。
【００２８】
実施例１
窒素吸着比表面積(N2SA)１３５ｍ2 ／ｇ、ＤＢＰ吸収量５６ｃｍ3 ／１００ｇのカーボンブラック（東海カーボン社製、トーカブラック＃７５５０Ｆ）を使用して、カーボンブラック１００ｇをオゾン発生器（ロキテクノ社製、ＺＲ−０６）に入れ、オゾンガス濃度３２．５ｇ／Ｎｍ3 、オゾン発生量９．８ｇ／ｈｒの条件で１時間保持して気相酸化処理を行った。このようにして、乾式酸化処理を施したカーボンブラック試料を作製した。
【００２９】
実施例２
オゾンガスによる気相酸化処理を施した実施例１のカーボンブラックに、アンモニア水を加えて反応温度９８℃、反応時間３時間、攪拌速度０．１５ｓ-1の条件で中和処理を行った。次いで、乾燥機中で１１０℃で乾燥した後、カッターミキサーで解砕し、更に、シングルトラック・ジェットミル（セイシン企業社製、ＳＴＪ−２００）で粉砕して、乾式酸化処理および中和処理を施したカーボンブラック試料を作製した。
【００３０】
実施例３
実施例１と同じカーボンブラックを使用して、カーボンブラックの単位表面積当たり、０．２０ｍｍｏｌ／ｍ2 のペルオキソ２硫酸アンモニウム（(NH4)2 S2O8 ）が反応するように、下記式からペルオキソ２硫酸アンモニウムの必要量を算出して純水に溶解して、３ｄｍ3 としたペルオキソ２硫酸アンモニウム水溶液にカーボンブラック１００ｇを加えて６０℃の温度で攪拌速度０．１２ｓ-1の条件で１０時間、攪拌混合して湿式酸化処理を行った。
【００３１】
ペルオキソ２硫酸ナトリウムの必要量の算出；
必要量＝（ペルオキソ２硫酸ナトリウムのカーボンブラックの単位表面積当たりの必要モル数ｍｍｏｌ／ｍ2 ）×（カーボンブラックの窒素吸着比表面積ｍ2 ／ｇ）×（ペルオキソ２硫酸ナトリウムの当量２３８．１ｇ／ｍｏｌ）
より算出する。
したがって、この場合に必要なペルオキソ２硫酸ナトリウムの重量は、カーボンブラック１００ｇ当たり、
０．２０（ｍｍｏｌ／ｍ2 ）×１３５（ｍ2 ／ｇ）×１００（ｇ）×２３８．１ｇ／ｍｏｌ）＝６４２．８７（ｇ）、となる。
【００３２】
湿式酸化処理後のカーボンブラックスラリーは、限外濾過膜（旭化成社製、ＡＨＰ−１０１０、分画分子量５００００）を用いて、２００μＳ／ｃｍ以下の電気伝導度になるまで還元塩を除去脱塩した。脱塩後のカーボンブラックスラリーをスプレードライヤーを用いて噴霧乾燥して、湿式酸化処理を施したカーボンブラック試料を作製した。
【００３３】
実施例４
実施例３の還元塩を除去したカーボンブラックスラリーにアンモニア水を加えて、反応温度９８℃、反応時間３時間、攪拌速度０．１５ｓ-1の条件で中和処理を行った。次いで、反応後のカーボンブラックスラリーを遠心分離機（日立工機株製、ＣＲ２２Ｆ）により１０-2ｓ-1の回転速度で１０分間処理し、その上澄み液を孔径１μｍのフィルターで濾過して、フィルターを通過したカーボンブラックスラリーを１１０℃の乾燥機中で乾燥し、乾燥後、カーボンブラック塊をカッターミキサーで解砕し、更にシングルトラック・ジェットミル（セイシン企業社製、ＳＴＪ−２００）で粉砕してカーボンブラック試料を作製した。
【００３４】
実施例５
実施例１と同じカーボンブラックを使用して、実施例１と同じ条件でオゾンガスによる乾式酸化処理を行ったカーボンブラックに、実施例３と同じ条件で湿式酸化処理を施し、中和処理を施すことなく乾燥、粉砕してカーボンブラック試料を作製した。
【００３５】
実施例６
実施例１と同じカーボンブラックを使用して、実施例１と同じ条件でオゾンガスによる乾式酸化処理を行ったカーボンブラックに、実施例３と同じ条件で湿式酸化処理を施し、次いで実施例４と同じ条件で中和処理ならびに乾燥、粉砕してカーボンブラック試料を作製した。
【００３６】
比較例１
実施例１と同じカーボンブラックを酸化処理、中和処理を施すことなく、そのままカーボンブラック試料とした。
【００３７】
次に、これらのカーボンブラック試料について、下記の原料とともに３本ロールにより混練して、樹脂組成物を作製した。
【００３８】
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（旭電化工業社製、EP-4100E）      ５３．５％
酸無水物系硬化剤（旭電化工業社製、EH-3326 ）                    ４５．５％
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学社製、KBM403）０．７％
カーボンブラック試料                                              ０．１％
【００３９】
これらの樹脂組成物をディスペンサー（ニードル内径；０．３ｍｍ、走行速度；１０ｍｍ／ｓｅｃ、吐出圧；３ｋｇｆ／ｃｍ2 ）で厚さ約０．１ｍｍに６回繰り返して塗布し、その後、熱硬化（１５０℃、１時間）させて、幅０．５ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍの遮光部材を形成して、その特性を下記の方法で測定、評価した。
【００４０】
分散性；
遮光部材の断面を光学顕微鏡で撮影し、顕微鏡写真（×１００倍）における未分散カーボンブラックの凝集粒子の個数を計数して、下記の５段階で評価した。５が最も分散状態が良いことを示す。
１…幅０．５ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍ中に５０個以上
２…幅０．５ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍ中に１０個以上、５０個未満
３…幅０．５ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍ中に５個以上、１０個未満
４…幅０．５ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍ中に１個以上、５個未満
５…幅０．５ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍ中に未分散凝集粒子認められず
【００４１】
遮光性；
５個の遮光部材について、その表面をマクベス濃度計（コルモーゲン社製、ＲＤ−９２７）を用いて透過による光学濃度（ＯＤ）を測定した。
【００４２】
得られた結果を表１に示した。
【００４３】
【表１】
2006190753.tif 000002
【００４４】
実施例と比較例とを対比すれば、乾式酸化処理または湿式酸化処理、あるいは乾式酸化処理次いで湿式酸化処理されたカーボンブラックは樹脂への分散性および遮光性に優れ、更に中和処理した場合には、より一層好適な性能が付与されることが分かる。