JP3596574B2 - 熱記録方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、感熱記録材料に対しレーザビームを用いて階調画像を記録する熱記録方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
感熱記録材料に対して熱エネルギを付与し、画像等の記録を行う熱記録装置が普及している。特に、熱源としてレーザを用いることで高速記録を可能としたものが出現している(特開昭50−23617号、特開昭58−94494号、特開昭62−77983号、特開昭62−78964号等参照)。
【0003】
本出願人は、このような熱記録装置に適用され、良好な階調画像を高品位で記録することのできる感熱記録材料として、支持体上に発色剤、顕色剤および光吸収色素(光熱変換剤)を備え、供給される熱エネルギに応じた濃度で発色する材料を開発し、特許出願している(特開平5−301447号、特開平5−24219号参照)。
【0004】
この感熱記録材料は、支持体に、少なくとも塩基性染料前駆体を含有するマイクロカプセル、顕色剤および光吸収色素を水に難溶または不溶の有機溶剤に溶解せしめた後、乳化分散した乳化物を含有する塗布液を塗布して形成せしめた感熱層を有する。
【0005】
塩基性染料前駆体は、エレクトロンを供与して、あるいは酸等のプロトンを受容して発色する性質を有するものであって、通常、略無色で、ラクトン、ラクタム、サルトン、スピロピラン、エステル、アミド等の部分骨格を有し、顕色剤と接触してこれらの部分骨格が開環若しくは開裂する化合物が用いられる。具体的には、クリスタルバイオレットラクトン、ベンゾイルロイコメチレンブルー、マラカイトグリーンラクトン、ローダミンBラクタム、1,3,3−トリメチル−6’−エチル−8’−ブトキシインドリノベンゾスピロピラン等がある。
【0006】
これらの発色剤に対する顕色剤としては、フェノール化合物、有機酸若しくはその金属塩、オキシ安息香酸エステル等の酸性物質が用いられる。顕色剤は融点が50〜250℃のものが好ましく、特に融点が60〜200℃の水に難溶性のフェノールまたは有機酸が望ましい。これらの顕色剤の具体例は、例えば、特開昭61−291183号に記載されている。
【0007】
光吸収色素は、可視光領域における光の吸収が少なく、赤外線領域の波長の吸収率が特に高い色素が好ましい。この色素としては、シアニン系色素、フタロシアニン系色素、ピリリウム系・チオピリリウム系色素、アズレニウム系色素、スクワリリウム系色素、Ni、Cr等の金属錯塩系色素、ナフトキノン系・アントラキノン系色素、インドフェノール系色素、インドアニリン系色素、トリフェニルメタン色素、トリアリルメタン系色素、アミニウム系・ジインモニウム系色素、ニトロソ化合物等を挙げることができる。これらの中でも特に近赤外光を発振する半導体レーザが実用化されている観点から、波長が700〜900nmの近赤外領域の光の吸収率が高いものを使用することが好ましい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような感熱記録材料は、安定した保存状態を維持するため、低い熱エネルギでは発色しないように構成されている。従って、所望の発色状態を得るためには、かなりの熱エネルギが必要となる。そこで、前記感熱記録材料に対してレーザビームを低速で走査させることにより、十分な光エネルギを付与して十分な熱エネルギを発生させることが考えられるが、この場合には記録効率が低下してしまう不具合が生じる。また、前記熱エネルギを増大させるためにレーザビームを大出力とすることは、装置のコストアップを惹起することになる。
【0009】
一方、前記感熱記録材料は、その製造時等において生じる感熱層の膜厚のむらに起因して、記録された画像に無視できないむらが出現してしまう不具合がある。このような不具合は、感熱記録材料の製造精度を向上させることである程度回避することが可能であるが、そのために多大なコストを要することになってしまう。
【0010】
本発明は、前記の不具合に鑑みてなされたものであり、感熱記録材料の感度を向上させ、効率的な階調画像の記録を可能にするとともに、装置のコストアップを回避し、また、感熱記録材料の製造精度を向上させることなく、むらのない高画質な階調画像を形成することのできる熱記録方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、光エネルギを熱エネルギに変換する光熱変換剤と、前記熱エネルギに応じた濃度で発色する発色剤とを有する感熱層を支持体上に形成した感熱記録材料に対して、記録する画像の階調に応じた光エネルギのレーザビームを前記感熱層側から照射することで、階調画像の記録を行う熱記録方法において、
前記感熱記録材料に対する前記レーザビームの走査速度を5m/s以上とすることを特徴とする。
【0012】
本発明の熱記録方法では、感熱記録材料に対するレーザビームの走査速度を5m/s以上の高速走査とすることにより、前記感熱記録材料の感熱層が必要最小限の光エネルギから得られる熱エネルギで高温度に加熱されるため、高速度で所望の階調画像を記録することができる。また、前記光エネルギから得られる熱エネルギは、感熱記録材料を構成する支持体まで到達せず、感熱層内の表層側において発色に寄与するため、前記感熱層の膜厚のむらが画像の濃度むらとして出現することがない。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の熱記録方法が適用される熱記録装置10を示す。この熱記録装置10は、レーザビームLを矢印A方向に主走査し、矢印B方向に副走査搬送される感熱記録材料Sに階調画像を記録するものであり、レーザビームLを出力するレーザダイオード12と、前記レーザビームLを平行光束とするコリメータレンズ14と、シリンドリカルレンズ16と、反射ミラー18と、レーザビームLを偏向するポリゴンミラー20と、fθレンズ22と、前記シリンドリカルレンズ16と共働してポリゴンミラー20の面倒れを補正するシリンドリカルミラー24と、感熱記録材料Sの上面部に当接するローラ26a、26bと、感熱記録材料Sの下面部に当接し、前記ローラ26aと共働して前記感熱記録材料Sを副走査搬送するローラ26cと、感熱記録材料Sの下面部に当接し、前記感熱記録材料Sに所定の予熱エネルギを供給することで予熱を行う予熱ローラ28と、前記予熱ローラ28に対して予熱のための電流を供給する電源30とを備える。電源30は、制御部32によって制御され、また、レーザダイオード12は、ドライバ34を介して前記制御部32によって制御される。
【0014】
感熱記録材料Sは、図2に示すように、支持体42上に発色剤、顕色剤および光熱変換剤を備えた透明状の感熱層44を形成し、さらに、前記感熱層44上に保護層46を形成して構成される。この場合、発色剤は、光熱変換剤から付与される熱エネルギにより透過率を増加させるマイクロカプセルに収納されており、前記熱エネルギにより流動性が付与された顕色剤と前記発色剤が所定量反応することにより、所定の濃度が実現されるものである。図3は、このような感熱記録材料Sの温度に対する発色特性aを概略的に示したものであり、室温よりも高い温度T1、T2間で所定の濃度に発色する。なお、感熱層44を構成する材料としては、前述したように、特願平3−62684号、特願平3−187494号等に記載されたものを用いることができる。
【0015】
本実施形態の熱記録装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この熱記録装置10の動作について説明する。
【0016】
先ず、感熱記録材料Sは、ローラ26b、予熱ローラ28間、および、ローラ26a、26c間に挟持された状態で矢印B方向に副走査搬送されながら予熱される。すなわち、予熱ローラ28に対して電源30から所定の電流を供給することにより、図3に示すように、感熱記録材料Sが発色直前の温度T1まで予熱される。
【0017】
次に、前記のようにして感熱記録材料Sを予熱した後、制御部32は、ドライバ34を介してレーザダイオード12を駆動する。レーザダイオード12は、感熱記録材料Sに記録する画像の階調に応じて変調されたレーザビームLを出力する。前記レーザビームLは、コリメータレンズ14によって平行光束とされた後、シリンドリカルレンズ16および反射ミラー18を介してポリゴンミラー20に導かれる。ポリゴンミラー20は高速で回転しており、その反射面によって反射され且つ矢印A方向に偏向されたレーザビームLは、fθレンズ22およびシリンドリカルミラー24を介して、ローラ26a、26b間より感熱記録材料Sに導かれ、矢印B方向に副走査搬送される前記感熱記録材料Sを主走査する。この場合、感熱記録材料Sを走査するレーザビームLの走査速度は、後述する理由から5m/s以上に設定されている。
【0018】
そこで、感熱記録材料Sにおいて、レーザビームLの光エネルギは、感熱層44に含まれる光熱変換剤により熱エネルギに変換され、この熱エネルギがマイクロカプセルの透過率を増加させるとともに、顕色剤に流動性を付与することで、前記マイクロカプセル内に収容された発色剤と前記顕色剤が反応し、所定の濃度からなる階調画像が形成される。なお、感熱記録材料Sは、予熱ローラ28により発色直前の温度T1まで予熱されているため、レーザビームLは、前記感熱記録材料Sを温度T1、T2間の範囲で加熱すればよく、従って、レーザダイオード12に対して大出力が要求されることなく高精度な階調画像を形成することができる。
【0019】
次に、前記レーザビームLの感熱記録材料S上での走査速度を5m/s以上とする理由について説明する。
【0020】
図4は、レーザビームLの走査速度と、支持体42の厚さが異なる2つの感熱記録材料Sの感度との関係を示したもので、横軸を走査速度、縦軸を発色濃度が3.0(十分に黒化したと考えられる光学濃度OD)となるためのレーザビームLの光エネルギとして表している。この場合、必要な前記光エネルギは、走査速度を速くするに従い少なくなり、走査速度が約5m/s以上で一定となっている。しかも、必要な光エネルギが一定となる走査速度の下限値は、支持体42の厚さによらず同じである。従って、感熱記録材料Sの感度は、レーザビームLによる走査速度を5m/s以上とすることにより、最大にすることができる。
【0021】
図5は、レーザビームLの走査速度と、光学濃度1.0のテスト画像の各空間周波数における画像の粒状性との関係を示したもので、横軸を走査速度、縦軸を発色濃度の平均が1.0(画像の粒状性が視認できると考えられる中間濃度である光学濃度)となる画像のノイズ(むら)の成分をフーリエ変換して得られるウィナースペクトル(パワースペクトル)として表している。この場合、前記ウィナースペクトルの値は、走査速度が約1mm/s以下において大きい値で一定となり、走査速度が速くなるに従って低くなり、走査速度が約3.3m/s以上において小さい値で一定となっている。しかも、エネルギが一定となる走査速度の下限値は、テスト画像の空間周波数によらず同じである。従って、感熱記録材料Sに形成される画像の粒状性、すなわち、感熱記録材料Sの塗布、乾燥工程で生じる感熱層44の厚さのむらに起因する画像のむらは、レーザビームLによる走査速度を3.3m/s以上とすることにより、最小にすることができる。
【0022】
ここで、図6および図7は、ビーム径が100μmのレーザビームLにより感熱層44の厚さが4μmおよび8μmの感熱記録材料Sに対して100μm×100μmの画素を形成する場合、その光エネルギの99%が感熱層44で吸収され、光学濃度2.0が実現されるように設定したときの感熱記録材料Sの厚さ方向に対する温度分布のシミュレーション結果を示したものであり、横軸を感熱層44の表面からの距離、縦軸を露光直後の温度として表している。なお、図6および図7に示す各グラフは、レーザビームLの走査速度を0.1m/s、1m/s、4m/s、5m/s、10m/s、100m/sとした場合のシミュレーション結果である。
【0023】
この場合、感熱層44の厚さに対して画素およびレーザビームLのビーム径を十分大きく設定することにより、このシミュレーションモデルを近似的に1次元熱伝導モデルとして表すことができる。なお、実際の系は、感熱層44の厚さが5〜10μm、画素の大きさが100μm×100μm程度、ビーム径が100〜150μmであり、特に高精密な医療用途の場合であっても、画素の大きさが50μm×50μm程度、ビーム径が50〜100μmであり、前記1次元熱伝導モデルを十分に適用することができる。
【0024】
そこで、レーザビームLの走査速度が高速(例えば、100m/s)であると、露光中に発生した熱エネルギの厚さ方向に対する拡散よりも速く熱エネルギを供給でき、従って、露光直後の感熱層44での温度勾配が大きく、最高温度も高くなる。これに対して、レーザビームLの走査速度が低速(例えば1m/s)であると、露光中に発生した熱エネルギが感熱記録材料Sの厚さ方向に拡散する速度よりも遅くしか熱エネルギを供給できないため、露光直後の感熱層44での温度勾配が小さく、最高温度も低くなる。しかも、最高温度が得られる露光直後において、熱エネルギの一部が発色に寄与しない支持体42側にまで拡散している状況であり、熱エネルギを有効に感熱層44の加熱に用いることができていない。
【0025】
一方、感熱記録材料Sは、レーザビームLの光エネルギを感熱層44に含まれる光熱変換剤により熱エネルギに変換し、この熱エネルギが顕色剤に流動性に付与するとともに、マイクロカプセルの顕色剤透過速度を増加させることで、前記マイクロカプセル内に収容された発色剤と前記顕色剤が反応して所定の濃度が得られる。この場合、前記マイクロカプセルの顕色剤透過速度は、拡散の速度と温度との関係を規定するアレニウスの式に従って増加する。このアレニウスの式は、拡散の速度定数k、気体定数R、絶対温度T、頻度因子A、見かけの活性化エネルギEを用いて、
k=A・exp(−E/RT)
として表される。従って、マイクロカプセルの顕色剤透過速度は、温度の上昇に伴って急激に高くなるため、感熱記録材料Sは、その加熱温度が高いほど発色が進行し、濃度が上昇する。
【0026】
この結果、感熱記録材料Sに対するレーザビームLの走査速度を速く設定することにより、前記感熱記録材料Sの感度を向上させることができる。従って、図4の関係から、走査速度を5m/s以上に設定することにより、最小限の光エネルギを用いて所望の濃度からなる画像を高速度で記録することができる。
【0027】
また、レーザビームLの走査速度を5m/s以上に設定することにより、感熱層の厚み方向に急激な温度勾配ができるため、これによって画像のむらの発生をなくすことができる。すなわち、レーザビームLの走査速度が遅いと、感熱層の厚み方向に急激な温度勾配ができない。従って、感熱層の厚み方向に濃度勾配ができず、図8Aに示すように、感熱層44が厚さ方向の全域で発色することになるため、特に、前記感熱層44が透明であって階調濃度を表すことができる場合、その製造時における感熱層44の厚さのむらがそのまま濃度むらとして出現してしまう。これに対して、レーザビームLの走査速度を5m/s以上とすれば、感熱層44の厚み方向に急激な温度勾配ができる。従って、感熱層44の厚み方向に表面ほど濃度が高い濃度勾配を作ることができる。
【0028】
このため、図8Bに示すように、同一の熱エネルギにより発色する感熱層44の厚さが場所によらず同じになるため、特に、中間濃度の画像を記録する場合において濃度むらが出現することがなくなる。
【0029】
この結果、感熱記録材料Sに対するレーザビームLの走査速度を5m/s以上に設定することにより、前記感熱記録材料Sの製造時における感熱層44のむらが画像のむらとして出現することがなく、製造精度を特別に向上させることなくむらのない良好な画像を形成することができる。
【0030】
以上のことから、レーザビームLによる感熱記録材料Sの走査速度を5m/s以上に設定することにより、感熱記録材料Sの感度を最大とし、しかも、画像のむらを最小すとすることができる。これによって、レーザビームLの出力を増加させることなく、効率的に良好な階調画像の記録を行うことができる。
【0031】
なお、感熱記録材料Sは、高温度であるほど発色の速度が向上するため、例えば、複数のレーザビームLを合波して光エネルギを高密度とし、この高密度のレーザビームLにより前記感熱記録材料Sを短時間で走査すれば、一層効率的に画像の記録を行うことができることになる。
【0032】
【発明の効果】
本発明に係る熱記録方法によれば、以下の効果が得られる。
【0033】
すなわち、感熱記録材料に対するレーザビームの走査速度を5m/s以上の高速走査とすることにより、前記感熱記録材料の感熱層が必要最小限の光エネルギで高温度に加熱されるため、高速度で階調画像を効率的に記録することができる。また、前記光エネルギから得られる熱エネルギは、感熱層内に急激な温度勾配を作り、そのため、感熱層内の表層側から発色が進行し、前記感熱層の膜厚のむらが画像の濃度むらとして出現することはない。この結果、感熱記録材料の感度を向上させ、効率的な階調画像の記録が可能になるとともに、装置のコストアップを回避し、また、感熱記録材料の製造精度を向上させることなく、むらのない高画質な階調画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の熱記録装置の構成説明図である。
【図2】図1に示す熱記録装置の記録部位近傍の構成および感熱記録材料の構造の説明図である。
【図3】感熱記録材料の発色特性図である。
【図4】レーザビームの走査速度と光学濃度3.0を得るために要する光エネルギとの関係説明図である。
【図5】レーザビームの走査速度と平均光学濃度1.0の画像のウィナースペクトルとの関係説明図である。
【図6】厚さ4μmの感熱記録材料の表面からの距離と温度との関係説明図である。
【図7】厚さ8μmの感熱記録材料の表面からの距離と温度との関係説明図である。
【図8】図8Aは、レーザビームによる低速走査を行った場合の感熱記録材料の発色域の説明図、
図8Bは、レーザビームによる高速走査を行った場合の感熱記録材料の発色域の説明図である。
【符号の説明】
10…熱記録装置 12…レーザダイオード
20…ポリゴンミラー 26a〜26c…ローラ
28…余熱ローラ 30…電源
32…制御部 L…レーザビーム
S…感熱記録材料
Claims (2)
- 光エネルギを熱エネルギに変換する光熱変換剤と、前記熱エネルギに応じた濃度で発色する発色剤とを有する感熱層を支持体上に形成した感熱記録材料に対して、記録する画像の階調に応じた光エネルギのレーザビームを前記感熱層側から照射することで、階調画像の記録を行う熱記録方法において、
前記感熱記録材料に対する前記レーザビームの走査速度を5m/s以上とすることを特徴とする熱記録方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記感熱記録材料は、透明状の前記感熱層を有することを特徴とする熱記録方法。
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