DE1240531B - Thermographisches Kopierverfahren - Google Patents

Description

fUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 41m

Deutsche Kl.: 15 k - 7/05

Nummer: 1 240 531

Aktenzeichen: C30887 VI b/15 k
Anmeldetag: 12. September 1963_

Auslegetag: 18. Mai 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Bildstellen auf einem zur Aufnahme von Kopien bestimmten Bogen, z. B. einem hektographischen Umdruckoriginal, wobei diese Bildstellen Originalbildstellen entsprechen und mittels Infrarotstrahlung übertragen werden; insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung von zur Aufnahme von Kopien bestimmten Bögen mit extrem ebener Arbeitsoberfläche sowie die bei solchen thermographischen Methoden verwendeten Kopiersätze.

Die Herstellung von Kopien von beschrifteten Originalbögen mittels Infrarotstrahlung findet derzeit starke Beachtung, und zwar wegen der Einfachheit der Methode und der Leichtigkeit, mit welcher hektographische Umdruckoriginale unter Übereinstimmung mit der auf einem Originalbogen befindlichen Beschriftung beschriftet werden können.

Die Methode, von der verschiedene Ausführungsformen in der USA.-Patentschrift 2 808 777 und der britischen Patentschrift 844 695 beschrieben sind, umfaßt ganz allgemein die folgenden Stufen: Man legt auf Infrarotstrahlung absorbierende Originalbildstellen ein thermographisches Übertragungsblatt mit einer Schicht aus einer strahlungsunempfindlichen, wärmeübertragbaren Farbmasse und einen hektographischen Umdruckoriginalbogen auf. Dann richtet man auf die Bögen Infrarotstrahlung, die von den Orignalbildstellen absorbiert und in Wärme übergeführt wird, welche auf die Übertragungsschicht abgeleitet wird, die dann an den den darüber befindlichen Originalbildstellen entsprechenden Stellen weich wird und auf den Umdruckoriginalbogen übergeht.

Da man bisher der Ansicht war, daß glatte Kopierpapiere und glatte Kunststoffilme in thermographischen Kopierverfahren ausgezeichnete Ergebnisse liefern, nahm man an, daß alle glatten Papiere und Filme gleich brauchbar seien, was jedoch in Wirklichkeit nicht zutrifft. Kunststoffilme sind nicht sehr aufnahmefähig für durch Wärme übertragene Farbmassen, da beim Abkühlen derselben und nach Trennung des Kopierbogens von dem Übertragungsblatt die Farbmasse sehr oft auf dem Übertragungsblatt zurückbleibt, da die Oberfläche des Kunststoffilms zu glatt und undurchlässig ist, um eine feste Verbindung zu ergeben. In gleicher Weise hat sich bei Papier gezeigt, daß einige Papiere mit einer sehr großen, nach dem Sheffield-Test bestimmte Glätte eine schlechtere Aufnahmefähigkeit für die Farbmasse zeigen als andere Papiere mit einer geringeren, nach dem Sheffield-Test bestimmten Glätte. Mit anderen Worten, es wurde gefunden, daß die Glätte eines

Thermographisches Kopierverfahren

Anmelder:

Columbia Ribbon and Carbon

Manufacturing Co., Inc.,

Glen Cove, Long Island, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser

und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Douglas Alexander Newman,
Glen Cove, Long Island, N. Y.;
Harold Frederick Eldon Dixon,
Douglaston, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. September 1962
(223 776)

Papiers oder Films kein zuverlässiges Merkmal für das Verhalten bei thermographischen Kopierverfahren ist. Kunststoffilme sind so glatt, daß sie kaum eine oder gar keine »Griffigkeit« oder Aufnahmefähigkeit besitzen. Unglasierte Papiere besitzen unabhängig von ihrem Glättewert zahlreiche »Spitzen«

und »Täler«, welche eine fleckige Übertragung bedingen.

Es wurde gefunden, daß übliche hektographische Umdruckoriginalbogen nicht thermographisch beschriftet werden können, da sie aus einem Papier bestehen, das etwas Infrarotstrahlung absorbiert und die erhitzten Originalbildstellen von der Schicht aus der wärmeübertragbaren hektorgraphischen Masse isoliert.

Bei der Suche nach für eine thermographische Beschriftung geeigneten Umdruckoriginalbogen wurden viele durchscheinende Papiere getestet; obwohl viele dieser Papiere in nahezu allen Punkten einschließlich der Bekk- und Sheffield-Glätte ihrer Arbeitsflächen identisch zu sein schienen, zeigte sich doch, daß einige dieser Papiere bei dem thermographischen Verfahren sehr gut funktionierten, während andere, scheinbar identische Papiere schlecht funktionierten,

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indem die hektographische Masse nur unregelmäßig und fleckig auf sie überging.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von zur Aufnahme von Kopien bestimmten Bögen, z. B. hektographischen Umdruckoriginalbögen, die auf thermographischem Wege gleichmäßig und scharf beschriftet werden können.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische, vergrößerte Querschnittsansicht eines Stückes eines erfindungsgemäßen, zur Aufnahme von Kopien bestimmten Bogens, der die geglättete Oberfläche erkennen läßt,

Fig. 2 eine vergrößerte, schematische Querschnittsansicht eines Teils eines üblichen Umdruckoriginalbogens mit verhältnismäßig rauher Oberfläche,

Fig. 3 eine vergrößerte, schematische Querschnittsansicht eines Kopiersatzes, bestehend aus einem beschrifteten Originalbogen, einem Umdruckoriginalbögen und einem hektographischen Übertragungsblatt, welche übereinander angeordnet und der Einwirkung von Infrarotstrahlung ausgesetzt sind; zur besseren Erläuterung sind die Bögen getrennt dargestellt, und

F i g. 4 den Umdruckoriginalbögen und das Übertragungsblatt von F i g. 1 nach erfolgter Übertragung.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß nicht die Oberflächenglätte im üblichen Sinne des Wortes des zur Aufnahme der Kopie bestimmten Bogens, sondern vielmehr die ebene Nivellierung der Oberfläche kritisch ist.

Das thermographische Übertragungsverfahren beruht auf mindestens zwei kritischen Faktoren. Die Übertragungsschicht muß bei Erhitzung auf die thermographische Temperatur weich und leicht klebrig werden. Ferner muß sich der zur Aufnahme der Kopie bestimmte Bogen in einwandfreiem Oberflächenkontakt mit der Übertragungsschicht befinden, so daß die letztere an den klebrig gewordenen Stellen vollständig haften kann. Bei einem unvollständigen Kontakt ist diese Haftung auch unvollständig und erfolgt in erster Linie an den erhabenen Stellen der Oberfläche, so daß von der Übertragungsschicht nach Trennung der Bögen dann auf den zur Aufnahme der Kopie bestimmten Bogen unregelmäßige und fleckige Bildstellen abgezogen werden.

Es hat sich gezeigt, daß die üblichen Bekk- und Sheffield-Glättetests keine zuverlässigen Aussagen über die ebene Nivellierung des prozentualen Anteils einer Papieroberfläche machen, die sich in perfektem Oberflächenkontakt mit der Oberfläche der Übertragungsschicht befindet. Diese beiden Tests beruhen darauf, daß zwischen die Papieroberfläche und die polierte Oberfläche einer dagegengepreßten Glasplatte Luft eingesaugt wird. Bei diesen Tests ergeben feinkörnige oder feingerauhte Papiere, z. B. Papiere mit vielen feinen Oberflächengrübchen und -erhebungen, gute Glättewerte, während Glanzpapier mit ausgeprägter ebener Nivellierung, das nur ganz wenige Vertiefungen und Erhebungen aufzeigt, als nicht glatt befunden wird. Das ist darauf zurückzuführen, daß Glanzpazier zwar verhältnismäßig wenig Oberflächenfehler aufweist, diese Fehler jedoch verhältnismäßig tief sind und in Form von Kanälen vorliegen, durch welche Luft leichter hindurchtreten kann; daraus ergeben sich dann die irreführenden Glättewerte sowohl bei dem Bekk- als auch bei dem Sheffield-Test. Die bei diesen Tests erhaltenen Werte sind auch im Fall von porösen Papieren ungenau, welche Luft hindurchtreten lassen und nicht den Lufteintritt auf den Zwischenraum zwischen der Papieroberfläche und der Glasplatte beschränken.

In Fig. 1 und 2 der Zeichnung wird die glatte Oberfläche eines üblichen, in F i g. 2 gezeigten kalandrierten Bogens mit der ebenen Oberfläche eines erfindungsgemäß verwendeten Glanzpapiers verglichen. Der Glanzpapierbogen 10 in F i g. 1 besitzt eine ebene Oberfläche 12 mit ganz engen Vertiefungen oder Rillen 11 darin. Diese Rillen bilden sich infolge Dampfeinschlusses während der Glasierung, wobei die gesamte Oberfläche des Bogens wärmeglasiert und gegen eine heiße Metallwalze gepreßt wird, wobei sich einige winzige Vertiefungen infolge von zwischen der Walze und dem Papier eingeschlossenem Wasserdampf bilden.

Der kalandrierte Bogen 19 von F i g. 2 besitzt eine verhältnismäßig glatte Oberfläche mit zahlreichen schwachen Vertiefungen 21 und Erhebungen 22. Die Vertiefungen sind tief genug, um eine damit in Berührung befindliche, unter Wärmeeinwirkung erweichte Übertragungsschicht nicht oder nur schlecht anzunehmen, während die erhabenen Stellen die Übertragungsschicht zwar annehmen, jedoch einen solchen Abstand voneinander besitzen, daß sich ein fleckiges, unzusammenhängendes Bild ergibt.

Es wurde nun gefunden, daß zur Aufnahme von Kopien bestimmtes Papier, dessen Arbeitsoberfläche eine hohe ebene Nivellierung aufweist, bei thermographischen Übertragungsverfahren viel bessere Ergebnisse ergibt, als man mit anderen, anscheinend identischen Umdruckoriginalpapieren mit größerer Bekk- und Sheffield-Glätte, aber geringerer ebener Nivellierung erzielen kann.

Die ebene Nivellierung einer Papieroberfläche oder der Anteil der Fläche, der mit einer dagegengepreßten anderen Fläche Kontakt hat, wird nach dem Chapman-Kontakttest bestimmt und mittels eines Alinco-Model-55-Testers od. dgl. gemessen. Der Chapman-Test und die ihm zugrunde liegende Theorie sind ausführlich in einem Artikel von S. M. Chapman, erschienen in »The Pulp Paper Mag. Can.«, B. 48, Nr. 3, Februar 1947, S. 140 bis 148, beschrieben.

Kurz zusammengefaßt ergibt der Test eine optische Messung des Anteils der Papieroberfläche, der sich in echtem Oberflächenkontakt mit einem glatten Glasprisma befindet. Die Messung wird so durchgeführt, daß man die Papieroberfläche gegen das Prisma preßt und auf die Rückseite des Papiers Licht fallen läßt. An Stellen, an welchen sich die Papieroberfläche in echtem Kontakt mit dem Prisma befindet, werden die auf das Papier auftreffenden Lichtstrahlen in allen Richtungen gebrochen und treten direkt aus allen Richtungen und in allen Winkeln in das Glasprisma ein. An Stellen, an welchen sich das Papier nicht in echtem Kontakt mit dem Prisma befindet, befindet sich zwischen der Papieroberfläche und dem Prisma Luft, und das durch den Papierbogen hindurchtretende Licht muß vor Eintritt in das Prisma durch diesen Luftraum hindurchgehen. Die Luft bricht die Lichtstrahlen so, daß alles in das Glasprisma durch einen Luftraum eintretende Licht unter einem Winkel nicht über 41° zur Senkrechten eintritt. Bei Verwendung von zwei Photozellen, eine zur Bestimmung der Lichtmenge an den Stellen optischen Kontakts der Papieroberfläche mit dem

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Prisma und die andere zur Bestimmung der Lichtmenge, welche in das Prisma von der gesamten Oberfläche eintritt, wird der Chapman-F-Wert als das Verhältnis der Ablesung der einen Photozelle gegenüber der Ablesung der anderen bestimmt.

Badger, Nekoosa-Edwards und Esleeck sind die Namen der die vorstehend genannten Papiere erzeugenden Papierfabriken. Die Badger- und Nekoosa-Edwards-Papiere bestehen wahrscheinlich aus gebleichtem Sulfit, während das Esleeck-Papier aus Lumpen hergestellt wird. Die Angabe von 3,63 kg in bezug auf Badger- und Nekoosa-Edwards-Papier bedeutet das Gewicht des Papiers pro Ries, wobei jedes Ries aus 500 Bögen mit Abmessungen von 43,18X55,9 cm besteht. Die Bezeichnung der Farbe, d. h. grün, normalweiß, superweiß und MG dualiteweiß, entspricht den vom Papierhersteller zur Unterscheidung der Qualität und der Sorte der verschiedenen Papiere gebrauchten Handelsbezeichnungen.

Die genannten Badger-, Nekoosa-Edwards- und Esleeck-Papiere sind alle von ausgezeichneter Qualität. Diese Papiere werden nach üblichen Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Badger- und Nekoosa-Edwards-Papiere eine Oberflächenglasur erhalten. Dies geschieht so, daß man sie bei der abschließenden Trocknung an eine polierte, beheizte Metallwalze anlegt, so daß die in Berührung mit der Walze getrocknete Papieroberfläche sich der polierten Walzenoberfläche anpaßt und einen Oberflächenglanz und eine sehr starke ebene Nivellierung aufweist. Das Esleeck-Papier wird in üblicher Weise gepreßt und getrocknet und besitzt infolge seiner Hochwertigkeit eine sehr glatt aussehende Oberfläche. Es besitzt jedoch nicht diesen hohen Grad der ebenen Nivellierung wie glasierte Papiere.

Zur Aufnahme der Kopien eignen sich gemäß der Erfindung Glanzpapiere mit einem mittleren Chapman-F-Wert von mindestens etwa 12. Die Mittelwerte erhält man, wenn man den Durchschnitt von fünf Ablesungen an verschiedenen Stellen des Papierbogens nimmt, wobei letzterer unter einem Druck von 49 kg/cm² an das Glasprisma angepreßt wird.

Die folgende Tabelle ergibt einen Vergleich zwischen den Chapman-F-Werten für die Arbeitsfläche verschiedener durchscheinender, erfindungsgemäß geeigneter Papiere und einem derzeit für thermographische Übertragungsverfahren verwendeten Esleeck-Papier. Als Standardwert ist auch der Chapman-F-Wert für einen 12,7 μ dicken Film aus Polyäthylenterephthalat-Polyester angegeben:

Papier

Badger 3,65 kg, grün

Badger 3,63 kg, normalweiß

Badger 4,08 kg, superweiß

Nekoosa-Edwards 3,63 kg, MG dualite-

weiß

Esleeck 100% Lumpen, weiß

Polyäthylenterephthalatfilm, 12,7 μ

Chapman-F-Wert

18,0
20,2
15,9

19,0

9,6

33,9

In Übereinstimmung mit den Werten der obigen Tabelle und als Ergebnis von Tests verschiedener anderer durchscheinender Papiere wurde gefunden, daß Papiere mit einem Chapman-F-Wert von mindestens etwa 12 und höher wesentlich bessere Ergebnisse bei dem thermographischen übertragungsverfahren ergeben als Papiere mit niedrigeren Chapman-Werten.

Zum Nachweis dessen, daß die ebene Nivellierung und der prozentuale Oberflächenkontakt und nicht die Glätte kritisch sind, wurde das Nekoosa-Edwards-Papier der obigen Tabelle mit dem bisher verwendeten weißen Esleeck-100%-Lumpenpapier sowohl in der Bekk- als auch in der Sheffield-Testapparatur getestet. Die Bekk-Glätte des Nekoosa-Edwards-Papiers

ίο betrug 9, verglichen mit 163 für das Esleeck-Papier; natürlich bedeutet ein höherer Bekk-Wert, daß eine längere Zeit erforderlich war, um eine bestimmte Luftmenge einzusaugen, d. h., der höhere Bekk-Wert bedeutet eine größere Glätte. Die Sheffield-Glätte des Nekoosa-Edwards-Papiers betrug 114, verglichen mit 68 für das Esleeck-Papier, wobei ein niedriger Sheffield-Wert bedeutet, daß eine kleinere Luftmenge über die Papieroberfläche entwichen ist, d. h., der kleinere Wert bedeutet eine größere Glätte. Wie jedoch die vorstehende Tabelle zeigt, besitzt das Nekoosa-Edwards-Papier die doppelte ebene Nivellierung und den doppelten prozentualen Oberflächenkontakt als das Esleeck-Papier.

Die in den Rahmen der Erfindung fallenden, zur Aufnahme von Kopien geeigneten Papiere besitzen eine Glanzoberfläche und werden auf dem Papierfachmann bekannte Weise auf hochpolierten, erhitzten Metallwalzen vergossen. Die Arbeitsfläche des Papiers gleicht sich dabei der ebenen Nivellierung der polierten Metallwalze an, mit Ausnahme der Stellen, an welchen Dampf zwischen dem Papier und der Walze eingeschlossen wird. Der Dampf wandert bei seinem Versuch zu entweichen um die Walze herum und hinterläßt in der Papieroberfläche einige wenige winzig schmale, jedoch verhältnismäßig tiefe Rillen, die auf die Gesamtaufnahmefähigkeit des Bogens für die bilderzeugende Übertragungsmasse wenig oder gar keinen Einfluß ausüben. Eine verbesserte ebene Nivellierung erzielt man noch, wenn die Glasierung mit geringeren Geschwindigkeiten und bei niedrigeren Temperaturen erfolgt.

Die erfindungsgemäßen, zur Aufnahme von Kopien bestimmten Papiere werden auf übliche Weise in einer bekannten thermographischen Vorrichtung,

z. B. einer Thermo-Fax-Maschine, oder in einer Flachformeinrichtung beschriftet, wobei eine an Infrarotstrahlung reiche Lichtquelle auf die übereinandergelegten Bögen gerichtet wird. Bei der in F i g. 3 der Zeichnung dargestellten Methode sind die Bögen so übereinandergelegt, daß sich der Originalbogen 20 zuoberst befindet, wobei die Infrarotstrahlung absorbierenden Bildstellen 25 den Infrarotlampen 40 gegenüberliegen. Der zur Aufnahme der Kopie bestimmte Bogen 10 befindet sich mit dem Originalbogen in Kontakt, seine Glanzoberfläche 12 zeigt jedoch nach unten und ist mit der Übertragungsschicht 35 eines Übertragungsblattes 30 in Kontakt.

Die Bestrahlung dauert nur wenige Sekunden, bis die Originalbildstellen erhitzt sind und entsprechende Stellen der Übertragungsschicht erweicht haben. Die erweichten Stellen der Übertragungsschicht sind klebrig und haften an der ebenen Oberfläche des Bogens 10. Nach Entfernung der Strahlungsquelle wird die Übertragungsmasse wieder hart, und nach Trennung des Bogens 10 von dem Übertragungsbogen bleiben an den den Originalbildstellen des Originalbogens entsprechenden Stellen auf dem Bogen 10 Spiegelbilder 35 a zurück.

Wird der Bogen 10 mit einer hektographischen Farbmasse beschriftet, so kann er in üblicher Weise beim Spirituskopierverfahren als Umdruckoriginal zur Erzeugung zahlreicher hektographischer Kopien des Originals verwendet werden.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Thermographisches Verfahren zur Beschriftung von zur Aufnahme von Kopien bestimmten Bögen, wobei Infrarotstrahlung absorbierende Originalbildstellen mit dem zur Aufnahme der Kopien bestimmten Bogen und einem Übertragungsblatt mit einer wärmeübertragbaren, Infrarotstrahlung nicht absorbierenden Schicht so zusammengelegt werden, daß sich die Übertragungsschicht mit der Oberfläche des die Kopie aufnehmenden Bogens in Kontakt befindet, worauf man eine Infrarotstrahlung einwirken läßt, die von den Originalbildstellen absorbiert und in Wärme übergeführt wird, unter deren Einfluß entsprechende Stellen der Übertragungsschicht an der Oberfläche des die Kopie aufnehmenden Bogens haften und bei Trennung des Übertragungsbogens von dem die Kopie aufnehmenden Bogen auf letzteren übergehen, dadurch g e kennzeichnet, daß man als die Kopie aufnehmenden Bogen ein Glanzpapier verwendet, dessen mit der Ubertragungsschicht in Kontakt kommende glasierte Oberfläche eine ebene Nivellierung mit einem Chapman-F-Wert von mindestens 12, gemessen bei 49 kg/cm², aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als kopieaufnehmender Bogen ein hektographischer Umdruckoriginalbogen verwendet wird und daß die auf dem Ubertragungsbogen befindliche wärmeübertragbare Masse einen hektographischen, bilderzeugenden Stoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Originalbildstellen auf einem Originalbogen befinden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Originalbildstellen auf dem die Kopie aufnehmenden Bogen befinden.

5. Thermographischer Kopiersatz, bestehend aus einem zur Aufnahme der Kopie bestimmten Bogen, der von Infrarotstrahlung absorbierenden Originalbildstellen überlagert werden kann, und einem Übertragungsbogen mit einer Schicht aus einer keine Infrarotstrahlung absorbierenden, wärmeübertragbaren Masse, wobei diese Schicht bei Infrarotbestrahlung mit der Oberfläche des zur Aufnahme der Kopie bestimmten Bogens in Kontakt gebracht wird, so daß nach Absorption des Infrarotlichts durch die Originalbildstellen und Umwandlung in Wärme entsprechende Stellen der Ubertragungsschicht an der Oberfläche des die Kopie aufnehmenden Bogens haften und nach Trennung der Bögen darauf übergehen, dadurch gekennzeichnet, daß man als die Kopie aufnehmenden Bogen ein Glanzpapier verwendet, dessen mit der Ubertragungsschicht in Kontakt kommende glasierte Oberfläche eine ebene Nivellierung mit einem Champan-F-Wert von mindesten 12, gemessen bei 49 kg/cm², aufweist.

6. Kopiersatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme der Kopie bestimmte Bogen ein hektographischer Umdruckoriginalbogen ist und die wärmeübertragbare Schicht auf dem Übertragungsbogen einen hektographischen, bilderzeugenden Stoff enthält.

7. Kopiersatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Originalbildstellen auf einem getrennten Bogen befinden.

8. Kopiersatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Originalbildstellen auf dem zur Aufnahme der Kopie bestimmten Bogen befinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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