DE3825922C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufzeichnungsmaterial zum Aufzeichnen eines Bildes in drei Dimensionen mit einem blattartigen Basismaterial und einer thermisch expandierenden Beschichtungslage, die auf dem Basismaterial ausgebildet ist, wobei die thermisch expandierende Beschichtungslage Mikrokugeln, die bei Wärmeaufbringung expandieren, und ein Bindemittel zum Binden der Mikrokugeln in dispergiertem Zustand in der thermisch expandierenden Beschichtungslage auf dem Basismaterial, enthält.

Ein derartiges Bildaufzeichnungsmaterial ist durch die JP-PS 35 359/84 bekannt und wie in der Fig. 1 aufgebaut. Bei der Ausbildung eines dreidimensionalen Bildes unter Verwendung dieses Bildaufzeichnungsmaterials wird auf dem Blatt ein gewünschtes Bild unter Verwendung eines Materials mit hohen Lichtabsorptionseigenschaften erzeugt. Beispielsweise wird das Bild mit schwarzem Toner unter Verwendung eines üblichen elektrofotografischen Kopiergerätes ausgebildet. In Fig. 2a wird ein Zustand gezeigt, bei dem Abbildungen 4 mit schwarzem Toner auf der Beschichtungslage 2 des thermisch expandierenden Blattes P ausgebildet wurden. Daraufhin wird die Oberfläche des Blattes P mit Licht beleuchtet, was zu dem Ergebnis führt, daß ausschließlich die Bildbereiche, die mit schwarzem Toner ausgebildet sind, selektiv erwärmt werden, und zwar aufgrund der Unterschiede in den Lichtabsorptionseigenschaften. Dadurch wird eine Expandierung der thermisch expandierbaren Mikrokugeln 3 hervorgerufen, was zur Folge hat, daß die Bildbereiche von der Blattoberfläche angehoben werden, um so Bilder zu erzeugen, die wie in Fig. 2 dargestellt, eine kubische Wirkung haben.

Bisher wurde ein thermisch expandierbares Blatt mit so erzeugten dreidimensionalen Abbildungen hauptsächlich als Blindenschrift-Blatt für visuell Behinderte verwendet. Für diesen Zweck war eine einzige Farbe (Schwarz) ausreichend. Andererseits ist zu erwarten, daß derartige dreidimensionale Abbildungen auch als Werbemedien, in Bilderbüchern und vielen anderen Gebieten angewendet werden sollen, wobei jedoch farbige und großflächig ausgestaltete dreidimensionale Abbildungen wünschenswert sind. Wenn bei einem derartigen Bilderzeugungsvorgang somit ein Farbtoner verwendet würde, würde infolge der gegenüber dem schwarzen Toner geringeren Lichtabsorption in diesen zu wenig Wärme erzeugt, so daß die Expansion der thermisch expandierenden Kugeln nur mangelhaft wäre. D. h. die Erzeugung farbiger kubischer Bilder ist somit schwierig.

Dieses Problem wurde gemäß der JP-PS 35 359/84 durch ein Verfahren gelöst, bei dem Abbildungen mittels schwarzem Toner ausgebildet und durch Lichtbestrahlung angehoben werden, und dann ein Schichtfilm mit einer wärmeübertragbaren Farbmaterialschicht unter Erwärmung mit dem mit Bildern versehenen Blatt preßverbunden wird, wodurch das Material auf die angehobenen Tonerabbildungen übertragen wird. Gemäß diesem Verfahren werden jedoch die Flächen der Tonerbilder zerbrochen, wenn diese angehoben sind und werden somit rauh, was zu dem Ergebnis führt, daß es nicht nur nicht mehr möglich ist, eine gleichmäßige Übertragung der Färbungsmaterialschicht zu bewirken, sondern, daß die Beschichtungsanlage hauptsächlich aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, diese leicht an einer Klebeschicht des Schichtfilms anklebt, so daß die Gefahr besteht, daß die Farbmaterialschicht auch an anderen Oberflächenbereichen des Blattes anhaftet, als an dem Tonerbildbereich und auf diese Weise unerwünschte Flecken auf der Blattoberfläche entstehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Bildaufzeichnungsmaterial zur Ausbildung dreidimensionaler Abbildungen mit jeweils glatter Oberfläche zu schaffen, bei dem eine gewünschte Kolorierung der Bildoberfläche möglich ist, sowie ein Bildaufzeichnungsverfahren zum Erzeugen von dreidimensionalen farbigen Bildern unter Verwendung des neuartigen Bildaufzeichnungsmaterials, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bildaufzeichnungsmaterial gelöst, das durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist, und wird weiterhin durch ein Bildaufzeichnungsverfahren gelöst, das durch die Merkmale des Patentanspruches 3 gekennzeichnet ist.

Weitere Merkmale und Ziele der Erfindung ergeben sich unter Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung in Verbin­ dung mit der Zeichnung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine vergrößerte Schnittansicht des Aufbaus eines bekannten thermisch expandierbaren Blattes,

Fig. 2(a) und (b) Schnittansichten der Verarbeitungsstoffe zur Erzeugung einer dreidimensionalen Abbildung unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten thermisch expan­ dierbaren Blattes,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Aufbaus eines erfindungs­ gemäßen Bildaufzeichnungsmaterials,

Fig. 4(a), (b), (c) und (d) Schnittansichten der einzelnen Arbeitsstufen zur Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes unter Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Bildaufzeichnungsmaterials,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer grundsätzlichen Ausge­ staltung einer Belichtungsvorrichtung und

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht des Aufbaus eines Schnittfilms mit einer übertragbaren Farbmaterial­ beschichtung.

In Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines drei­ dimensionalen Bildaufzeichnungsmaterials Q dargestellt, wobei die Dicke jeder Schicht in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. In der gleichen Figur bezeichnet die Bezugsziffer 11 ein Basisblatt, welches aus einem Material gefertigt ist, welches eine ausreichende Festigkeit aufweist, um eine Expansion der Rückseite des Basis­ blattes zu vermeiden, wenn die nachfolgend zu beschreibenden thermisch expandierbaren Mikrokugeln bei einer Erwärmung expandieren. Weiterhin ist das Basisblatt aus einem Material gefertigt, welches bei einer Temperatur, bei welcher die Mikrokugeln expandieren, nicht weich wird. Beispiele für ein derartiges Material umfassen Papier, synthetisches Papier, synthetische Kunststoffblätter, Sperrholz oder eine Metall­ folie.

Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine thermisch expandierbare Beschichtungslage, welche durch Aufbringung thermisch expan­ dierbarer Mikrokugeln 13 mit einem Partikeldurchmesser von 5 bis 30 µm zusammen mit einem Kleber aus einem thermo­ plastischen Kunststoff, beispielsweise Vinylacetat-Kunst­ harz, Acrylsäureester-Kunstharz, Methacrylsäureester-Kunst­ harz oder Styrol-Butadien-Kunstharz auf das Basisblatt 11 und eine nachfolgende Trocknung ausgebildet. Die thermisch expandierbaren Mikrokugeln 13 werden jeweils durch Einkapse­ lung von Propan, Butan oder einer anderen niedrig siedenden, verdampfbaren Substanz in eine Mikrokapsel aus thermo­ plastischem Kunststoff, wie etwa Vinylidenchlorid-Acryloni­ trilcopolymer, Methacrylsäureester-Acrylonitrilcopolymer oder Vinylidenchlorid-Acrylsäureestercopolymer ausgebildet. Als thermisch expandierbare Mikrokugel kann aber auch ein granulatförmiges, wärmeempfindliches organisches Schäumungs­ material, wie etwa Azobisisobutyronitril verwendet werden.

Die Bezugsziffer 14 bezeichnet eine Filmschicht, welche aus einem Material gefertigt ist, welches einen Wärmewiderstand aufweist, welche geeignet ist, einer Wärme zu widerstehen, welche von den Bildbereichen bei der Belichtung erzeugt wird oder von Wärme, welche zum Zeitpunkt der Färbung der Bild­ bereiche unter Verwendung eines Schichtfilms erzeugt, welcher eine wärmeübertragbare Farbmaterialschicht umfaßt. Weiterhin gestattet das Material eine ausreichende Fixierung des Tonerbildes und ist schwierig mit einem Klebstoff des Lichtfilms zu verkleben. Das Auftreten von Brüchen wird verhindert, da die Expandierung in einer ebenen Richtung der angehobenen Bildbereiche durch die Filmschicht 14 verhin­ dert. Als Material für die Filmschicht 14 wird ein Material verwendet, welches eine oder eine Mischung aus zwei oder mehrere der nachfolgend genannten Substanzen umfaßt: Zelluloseether-Kunstharze, wie etwa Methylzellulose, Ethylzellulose, Propylzellulose, Carboxymethylzellulose, Hydroxyethylzellulose und Hydroxypropylmethylzellulose, Vinylpolymere, wie etwa Polyvinylalkohol und Polyvinyl­ pyrrolidone, Peptid-Kunststoffe, wie etwa Casein und Gelatine, und Stärke. Diese Materialien sind wasserlösliche Kunststoffe, wenn eine Wasserbeständigkeit erforderlich ist, kann die Verwendung eines geeigneten Vernetzungsmittels vorgesehen werden.

Um die Filmschicht 14 auf der thermisch expandierbaren Beschichtungslage 12 auszubilden, wird eine wäßrige Lösung des Kunststoffmaterials auf die Beschichtungslage 12 aufge­ bracht, woraufhin eine Trocknung erfolgt, wodurch eine Filmlage mit einer Dicke von 0,1 bis 5 µm ausgebildet werden kann.

Im nachfolgenden wird die Ausbildung und Colorierung von dreidimensionalen Abbildungen beschrieben.

Die Beschreibung erfolgt nachfolgend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels farbiger, dreidimensionaler Abbildungen unter Verwendung eines Schichtfilms in Verbindung mit Fig. 4.

Originalbilder werden auf dem Film 14, welcher auf der thermisch expandierbaren Beschichtungslage des dreidi­ mensionalen Bildaufzeichnungsmaterials (nachfolgend der Einfachheit halber als "Blatt" bezeichnet) Q übertragen, wobei ein schwarzer Toner oder ein mit einer dunklen Farbe eingefärbter Toner verwendet wird, welcher einen thermo­ plastischen Kunststoff, wie etwa Styren-Acrylsäureester oder Polyester und Kohlenstoff umfaßt, wobei die Übertragung mittels einer bekannten Kopiervorrichtung der Elektrofoto­ grafiebauweise erfolgt. Die Fig. 4(a) zeigt einen Schnitt des Blattes Q mit an diesem ausgebildeten Tonerbildern 15.

Nachfolgend wird das Blatt mit Licht bestrahlt. In Fig. 5 ist ein Beispiel einer derartigen Belichtungseinrichtung gezeigt. In einem Gehäuse 20 ist eine Belichtungslampe 21, beispielsweise eine Halogenlampe in einer oberen Stellung unter einem reflektierenden Spiegel 22 angeordnet. Unter der Belichtungslampe 21 ist ein Förderriemen 23 angeordnet, welcher aus Metall oder einem anderen wärmebeständigen Material besteht und welcher zwischen einem Antriebsrad 24 und einem angetriebenen Rad 25 gespannt ist und in Richtung des Pfeiles mittels eines nicht dargestellten Antriebs bewegt wird. Die Bezugszeichen 26 und 27 bezeichnen eine Papierzuführungsbahn bzw. eine Papierabführungsbahn.

Der Förderriemen 23 wird durch Einschaltung eines Antriebs bewegt, und die Belichtungslampe 21 wird angeschaltet. Daraufhin wird das Blatt Q herangefördert, so daß die thermisch expandierbare Beschichtungslage 12 mit den daran ausgebildeten Tonerbildern 15 der Beleuchtungslampe gegen­ überliegt. Das Blatt Q wird unter Lampe 21 mit Licht be­ leuchtet, woraufhin die Bilder 15, welche durch den schwarzen Toner ausgebildet sind, Lichtenergie absorbieren und auf diese Weise erwärmt werden, so daß die thermisch expandierbare Beschichtungslage 12, welche unter den Tonerbildern 15 liegt, erwärmt wird. Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Mikrokugeln 13 in diesem Bereich schnell expandieren, um die korrespondierenden Bereiche der Beschichtungslage 12 anzuheben. Fig. 4(b) zeigt den Schnitt durch das Blatt Q nach Beendigung der Beleuchtung. Da in diesem Falle die Ausdehnung in einer ebenen Richtung der angehobenen Bereiche durch die Filmschicht 14 begrenzt wird, werden die daran ausgebildeten Tonerbilder 15 nicht ge­ brochen oder beschädigt.

Nachfolgend werden die Oberflächen der dreidimensionalen schwarzen Tonerbildung zu Einfärbung der Oberflächen der angehobenen dreidimensionalen Bilder in einer gewünschten Farbe mit einem Schichtfilm überzogen.

Der Schichtfilm, welcher mit dem Bezugszeichen S bezeichnet ist, ist beispielsweise so aufgebaut, wie in Fig. 6 darge­ stellt. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Basisfilm, welcher in Form eines Polyesterfilmes mit einer Dicke von 5 bis 30 µm ausgebildet ist. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet eine Trennschicht, welche in Form eines Wachsbasis-Kunststoffs mit einer Dicke von ungefähr 0,02 µm ausgebildet ist. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet eine Färbungsmaterialschicht, welche durch Mischung von Kunststoff, Lösungsmittel und Farbe oder Pigment zu einer gewünschten Farbe erzeugt. Die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine dünne Aluminiumfilmschicht mit einer Dicke von ungefähr 0,04 µm, welche dadurch ausgebildet wird, daß hoch reines Aluminium mittels eines Vakuumnieder­ schlagsverfahrens auf der Verfärbungsmaterialschicht 33 aufgebracht wird. Die Bezugsziffer 35 bezeichnet eine Klebe­ schicht mit einer Dicke von ungefähr 2 µm, welche aus einem wärme- und druckempfindlichen Klebstoff ausgebildet ist, welcher bei einem bestimmten Toner gute Klebeeigenschaften aufweist. Die dünne Aluminiumfilmschicht 34 wird nur dann ausgebildet, wenn ein metallischer Farbfilm gebildet werden soll. Sie ist bei anderen Farbfilmen nicht erforderlich.

Der Beschichtungsvorgang unter Verwendung des Schichtfilms S erfolgt in folgender Weise. Zuerst wird die Oberfläche der Klebeschicht 35 des Schichtfilms S, welcher die gewünschte Farbe aufweist, auf die mit den Tonerbildern 15 versehene Seite des Blattes aufgebracht. Daraufhin werden beide unter Erwärmung druckverbunden, indem sie durch bekannte Heiz­ walzen durchgeführt werden, wodurch die Klebeschicht 35 des Schichtfilms S fest mit dem fixierten Toner verklebt, welcher die Tonerbilder 15 ausbildet (Fig. 4(c)). In diesem Falle klebt die Klebeschicht 35 nicht an dem Film 14 des Blattes 11. Bei Entfernen des Basisfilms 31 des Schichtfilms S von dem Blatt Q verbleibt eine Färbungs-Materialschicht 33 (und 34) auf dem Schichtfilm S lediglich an den Tonerbildern 15 in einem verklebten Zustand (siehe Fig. 4(d)).

Bei dem erfindungsgemäßen dreidimensionalen Bildausge­ staltungsblatt ist die thermisch expandierbare Beschich­ tungslage mit einem Film beschichtet, welcher eine gute Haftung für geschmolzenen Toner aufweist, so daß die Oberflächen des Tonerbildes auch dann glatt bleiben, wenn die thermisch expandierbaren Beschichtungslagenbereiche, welche zu den Tonerbildbereichen korrespondieren, bei einer Lichtbestrahlung angehoben werden. Weiterhin ist die Adhäsion des Toners gut, wodurch eine gleichmäßige Übertragung der Färbungsmaterialschicht auf dem Schichtfilm ermöglicht wird. Da weiterhin das Färbungsmaterial des Schichtfilms schwierig mit dem Filmoberflächenbereich zu verkleben ist, an welchem kein Tonerbild ausgebildet ist, besteht nicht die Gefahr, daß die Blattoberfläche verfärbt oder abgefärbt wird.

Claims (4)

1. Bildaufzeichnungsmaterial zum Aufzeichnen eines Bildes in drei Dimensionen, mit einem blattartigen Basismaterial und einer thermisch expandierenden Beschichtungslage, die auf dem Basismaterial ausgebildet ist, wobei die thermisch expandierende Beschichtungslage Mikrokugeln, die bei Wärmeaufbringung expandieren, und ein Bindemittel zum Binden der Mikrokugeln in dispergiertem Zustand in der thermisch expandierenden Beschichtungslage auf dem Basismaterial, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß auf der thermisch expandierenden Beschichtungslage eine Filmschicht (14) lösbar ausgebildet ist, die aus wenigstens einem der Materialien Methylzellulose, Ethylzellulose, Propylzellulose, Carboxymethylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Kasein, Gelatine, Stärke besteht.

2. Bildaufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmschicht (14) durch Aufbringen einer wäßrigen Lösung wenigstens eines der genannten Materialien auf die thermisch expandierende Beschichtungslage und nachfolgendes Trocknen ausgebildet ist.

3. Bildaufzeichnungsverfahren unter Verwendung eines Bildaufzeichnungsmaterials nach Anspruch 1 und 2 in drei Dimensionen und zur Färbung des Bildes, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeitsschritte: Bereitstellung eines Aufzeichnungsmaterials, welches ein Basismaterial (11), eine thermisch expandierbare Beschichtungslage (12), die an dem Basismaterial (11) vorgesehen ist und aus thermisch expandierbaren Mikrokugeln (13) und einem Bindematerial für die Mikrokugeln (13) besteht, und eine Filmschicht (14) umfaßt, welche auf der thermisch expandierbaren Beschichtungslage (12) ausgebildet ist; Ausbildung eines Tonerbildes (15) eines Originals auf dem Aufzeichnungsmaterial; selektives Aufbringen von Wärme auf dem Tonerbildbereich, welcher auf dem Aufzeichnungsmaterial ausgebildet ist, wobei der mit dem Tonerbild versehene Bereich zur Bewirkung einer dreidimensionalen Bildaufzeichnung angehoben wird; Aufbringung eines Schichtfilms (S), welcher eine Färbungsmaterialschicht (33) einer gewünschten Farbe umfaßt, auf das Aufzeichnungsmaterial, welches dem Arbeitsschritt zur Ausgestaltung des dreidimensionalen Bildes unterworfen wird, nachfolgende Aufbringung von Wärme und Druck, wobei die Filmschicht (S) eine wärme- und druckempfindliche Klebeschicht (35) auf ihrer mit dem Aufzeichnungsmaterial im Kontakt stehenden Fläche aufweist; und Abtrennung des Schichtfilms (S) von dem Aufzeichnungsmaterial, wobei das nun dreidimensionale Bild in der gewünschten Farbe gefärbt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsschritt der Bereitstellung des Arbeitsmaterials einen Arbeitsschritt zur Ausbildung einer thermisch expandierbaren Beschichtungslage (12) auf das Basismaterial (11) und einen Arbeitsschritt der Aufbringung einer wäßrigen Lösung eines Materials oder einer Mischung aus zwei oder mehreren ausgewählten Materialien auf die thermisch expandierbare Beschichtungslage (12) und ein nachfolgendes Trocknen umfaßt, wobei das Material in Form von Methylzellulose, Ethylzellulose, Propylzellulose, Carboxymethylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Kasein, Gelatine und/oder Stärke aufgebracht wird.