DE3825922A1 - Bildaufzeichnungsmaterial zur aufzeichnung von dreidimensionalen abbildungen und verfahren zur entwicklung dreidimensionaler abbildungen unter verwendung des materials - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildaufzeichnungs­ material, welches zur Aufzeichnung von Bildern geeignet ist, welche sich von einem Blatt erheben und eine kubische Wirkung haben, sowie auf ein Entwicklungsverfahren für eine Abbildung zur Aufzeichnung und zur Colorierung von Abbil­ dungen in drei Dimensionen unter Verwendung des oben genann­ ten Aufzeichnungsmaterials.

Zur Ausbildung von Abbildungen mit einer kubischen Wirkung auf einem Blatt wurden vielfach physikalische Verfahren verwendet, beispielsweise das Fressen eines Blattes unter Verwendung einer Matrix. Zusetzlich wurde kürzlich ein Ver­ fahren verwendet, bei welchem ein thermisch expandierbares Blatt P verwendet wird, welches in seinem Aufbau im Schnitt in Fig. 1 gezeigt ist und welches ein Basisblatt 1 und eine Beschichtungslage 2, welche aus diesem ausgebildet ist, umfaßt. Die Beschichtungslage 2 umfaßt thermisch expandier­ bare Mikrokugeln 3 eines niedrig siedenden, verdampfbaren Materials, welches jedes in einer thermoplastischen Kunst­ stoff-Mikrokapsel eingeschlossen ist (siehe dazu JP-PS 35 359/84 und JP-OS 1 01 954/80).

Zur Ausbildung eines dreidimensionalen Bildes unter Ver­ wendung des vorgenannten thermisch expandierbaren Blattes wird ein gewünschtes Bild auf dem Blatt unter Verwendung eines Materials, welches hohe Lichtabsorbierungseigen­ schaften aufweist, ausgebildet. Beispielsweise wird das Bild mit schwarzem Toner unter Verwendung einer üblichen Kopier­ maschine der Elektrofotografiebauart ausgebildet. Die Fig. 2 (a) zeigt einen Zustand, bei welchem Abbildungen 4 mit schwarzem Toner auf der Beschichtungslage 2 des thermisch expandierbaren Blattes P ausgebildet wurden. Daraufhin wird die Oberfläche des Blattes P mit Licht beleuchtet, was zu dem Ergebnis führt, daß ausschließlich die Bildbereiche 4, welche mit schwarzem Toner ausgebildet sind, selektiv erwärmt werden, und zwar aufgrund der Unterschiede in den Lichtabsorbierungseigenschaften. Dadurch wird eine Expandierung der thermisch expandierbaren Mikrokugeln 3 hervorgerufen. Folglich werden die Bildbereiche von der Blattoberfläche angehoben, um Bilder zu erzeugen, welche, wie in Fig. 2(b) gezeigt, eine kubische Wirkung haben.

Bisher wurde ein thermisch expandierbares Blatt mit aus diesem ausgebildeten dreidimensionalen Abbildungen haupt­ sächlich als Blindenschrift-Blatt für visuell behinderte Leute verwendet. In diesem Fall war eine einzige Farbe (schwarz) ausreichend. Andererseits ist zu erwarten, daß Blätter mit dreidimensionalen Bildern als Werbemedien, in Bilderbüchern und in vielen anderen Anwendungsgebieten verwendet werden. In diesem Falle ist es erforderlich, daß die dreidimensionalen Abbildungen farbig und großflächig ausgestaltet sind. Wenn ein Farbtoner bei dem Bilder­ zeugungsvorgang verwendet wird, wird jedoch, da der Farbtoner eine geringere Lichtabsorbierungswirksamkeit aufweist als ein schwarzer Toner nicht ausreichend Wärme erzeugt, um eine vollständige Expandierung der thermisch expandierbaren Kugeln auf dem Blatt hervorzurufen, wodurch es schwierig ist, Bilder mit einer kubischen Wirkung auszubilden.

Zur Lösung dieses Problems wurde ein Verfahren vorge­ schlagen, bei welchem Abbildungen mittels schwarzen Toners ausgebildt und durch Lichtbestrahlung angehoben werden, woraufhin ein Schichtfilm mit einer wärmeübertragbaren Farbmaterialschicht unter Erwärmung mit dem Blatt pressver­ bunden wird, welches mit den Bildern versehen ist und wo­ durch 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, da die Beschichtungslage hauptsächlich aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, diese leicht an einer Klebeschicht des Schichtfilms anklebt, so daß die Gefahr besteht, daß die Farbmaterialschicht auch an dem anderen Oberflächenbereich des Blattes anhaftet, als an dem Toner­ bildbereich und auf diese Weise die Blattoberfläche befleckt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Bildaufzeichnungsmaterial zur Ausbildung dreidimensionaler Abbildungen zu schaffen, welche jeweils eine glatte Ober­ fläche aufweisen.

Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Bildaufzeichnungsmaterial zur Ausbildung drei­ dimensionaler Abbildungen zu schaffen, welches eine gewünschte Colorierung der Bildoberflächen gestattet.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bildaufzeichnungsverfahren zur Aufzeichnung von Bildern in drei Dimensionen zu schaffen, so wie zur Einfärbung der­ selben in gewünschten Farben, wobei das oben genannte Bild­ aufzeichnungsmaterial verwendet wird.

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 Bildaufzeichnungsmaterial,

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 Expandierung 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 plastischem Kunststoff, beispielsweise Vinylacetat-Kunst­ harz, Acrylsäureester-Kunstharz, Methacrylsäureester-Kunst­ harz oder Styren-Butadien-Kunstharz auf das Basisblatt 11 und eine nachfolgende Trocknung ausgebildet. Die thermisch expandierbare 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 etc. 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 Gelatin, 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 ausgebildt 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 Über­ tragung 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.

lm Rahmen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann vielfältige Abwandlungsmöglichkeiten.

Claims (4)

1. Bildaufzeichnungsmaterial zur Aufnahme eines Bildes in drei Dimensionen, welches bei einem dreidimensionalen Abbildungserzeugungsverfahren anwendbar ist, bei welchem ein Tonerbild eines Originals gemäß eines elektrofoto­ grafischen Verfahrens auf einem Aufzeichnungsmaterial ausgebildet und Wärme selektiv auf den Bildbereich aufge­ bracht wird, welcher durch den Toner ausgebildet ist, um den Bildbereich anzuheben, gekennzeichnet, durch ein blattartiges Basismaterial (11), eine thermisch expandierbare Beschichtungslage (12), welche durch Aufbringung auf das Basismaterial (11) ausgebildet ist, wobei die Beschichtungslage (12) Mikrokugeln (13) umfaßt, welche bei Wärmeaufbringung expandieren, sowie ein Binde­ mittel zum Binden der Mikrokugel (13) in der Beschich­ tungslage in einem verteilten Zustand auf dem Basis­ material (11), und eine Filmschicht (14), welche an der Oberfläche der thermisch expandierbaren Beschichtungslage (12) ausgebildet ist.

2. Bildaufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmschicht (14) durch ein oder durch eine Mischung von zwei oder mehrerern ausgewählten nachfol­ genden Materialien ausgebildet ist: Methylzellulose, Ethylzellulose, Propylzellulose, Carboxymethylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Kasein, Gelatin, Stärke.

3. Bildaufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmschicht (14) durch Aufbringen einer wässrigen Lösung aus einem oder einer Mischung aus zwei oder mehreren der nachfolgenden Materialien auf die thermisch expandierbare Beschichtungslage (12) und nachfolgendes Trockenen ausgebildet ist, wobei das Material aus Methyl­ zellulose oder Ethylzellulose oder Propylzellulose, Carboxymethylzellulose oder Hydroxyethylzellulose oder Hydroxypropylmethylzellulose oder Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon oder Kasein oder Gelatin oder Stärke besteht.

4. Bildaufzeichnungsverfahren zur Aufnahme eines Bildes auf einem Aufzeichnungsmaterial in drei Dimensionen und zur Färbung des Bildes, gekennzeichnet, durch die folgenden Arbeitsschritte: Bereitstellung eines Aufzeichnungsmaterials, welches ein Basismaterial (11).