DE19848971A1 - Mikrokapseln für ein Bildsubstrat und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Mikrokapseln für ein Bildsubstrat und Verfahren zu deren Herstellung

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DE19848971A1
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shell
cracks
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shell wall
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DE19848971A
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Minoru Suzuki
Hiroshi Orita
Hiroyuki Saito
Katsuyoshi Suzuki
Koichi Furusawa
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft mit Farbstoff gefüllte Mikrokapseln für ein Bildsubstrat, auf dem die Mikrokapseln eine Schicht bilden und ein Bild erzeugt wird, indem die Mikrokapseln selektiv gequetscht und kompaktiert werden. Ferner betrifft die Er­ findung ein Verfahren zum Herstellen der Mikrokapseln.
Bei einem bekannten Bildsubstrat mit einer Mikrokapselschicht mit Farbstoff oder Tinte ist die Hülle einer jeden Mikrokapsel aus einem durch Licht härtbaren Kunstharz gebildet, und ein optisches Bild wird als latentes Bild auf der Mikrokap­ selschicht erzeugt, indem sie entsprechend Bildpixelsignalen mit Licht bestrahlt wird. Dann wird das latente Bild durch Ausüben eines Drucks auf die Mikrokap­ selschicht entwickelt. Die nicht den Lichtstrahlen ausgesetzten Mikrokapseln wer­ den dabei zerbrochen, wodurch der Farbstoff oder die Tinte aus ihnen austritt, und dadurch wird das latente Bild zu einem sichtbaren Bild entwickelt.
Beim Zerbrechen einer Mikrokapsel ist es unmöglich, die Menge des austreten­ den Farbstoffs oder der austretenden Tinte vorzubestimmen. Die Dichte (Gradation) eines zu erzeugenden Punktes kann daher nicht verändert werden.
Die bisherigen Bildsubstrate müssen auch lichtgeschützt verpackt sein, wodurch viel Abfallmaterial anfällt. Ferner müssen die Bildsubstrate so behandelt werden, daß sie keinem übermäßigen Druck ausgesetzt werden, wodurch ein unerwünsch­ ter Austritt von Farbstoff oder Tinte verursacht werden könnte. Dies liegt an der Weichheit der unbelichteten Mikrokapseln.
Es ist Aufgabe der Erfindung, mit Farbstoff gefüllte Mikrokapseln für ein Bild­ substrat anzugeben, bei dem der Austritt einer vorherbestimmten Farbstoffmenge möglich ist, wenn die Mikrokapsel gequetscht und kompaktiert wird, ohne daß sie zerbrochen wird.
Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen solcher Mikrokapseln angegeben wer­ den.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Mikrokapsel nach Patentanspruch 1 oder 12 und durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 oder 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt eines Bildsubstrats mit Mikrokapseln, die mit drei verschiedenen Farbstoffen gefüllt sind, als erstes Ausführungsbei­ spiel,
Fig. 2 den Verlauf des Elastizitätskoeffizienten eines Kunstharzes mit Ge­ dächtniseffekt,
Fig. 3 den Querschnitt unterschiedlicher Wanddicken der Hüllen von Mi­ krokapseln, die mit verschiedenen Farbstoffen gefüllt sind,
Fig. 4 den vergrößerten Teilschnitt einer Zyan-Mikrokapsel aus Fig. 3,
Fig. 5 die Temperatur/Druck-Kompaktierungseigenschaften der Mikrokap­ seln aus Fig. 1,
Fig. 6 den vergrößerten Querschnitt einer kompaktierten Zyan-Mikrokapsel des Bildsubstrats,
Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Rißbildung in der Hülle einer Mikrokapsel,
Fig. 8 eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 7,
Fig. 9 den Querschnitt eines Farbdruckers für ein Bildsubstrat nach Fig. 1,
Fig. 10 eine schematische Blockdarstellung dreier zeilenförmiger Thermo­ druckköpfe mit zugehörigen Treiberschaltungen für den Farbdrucker nach Fig. 9,
Fig. 11 das schematische Blockdiagramm einer Steuerschaltung für den Farbdrucker nach Fig. 9,
Fig. 12 das Blockdiagramm eines UND-Gliedes und eines Transistors in je­ der Treiberschaltung nach Fig. 10 und 11,
Fig. 13 das Zeitdiagramm eines Impulssignals und eines Steuersignals zum Betätigen einer der Treiberschaltungen zwecks Erzeugens eines Zyan-Bildpunktes auf dem Bildsubstrat nach Fig. 1,
Fig. 14 ein Zeitdiagramm ähnlich Fig. 13 für einen Magenta-Bildpunkt,
Fig. 15 ein Zeitdiagramm ähnlich Fig. 13 für einen Gelb-Bildpunkt,
Fig. 16 den Ablauf der Erzeugung von Farbpunkten eines Farbbildes in dem Farbdrucker nach Fig. 9,
Fig. 17 eine Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Rißbildung in der Hülle einer Mikrokapsel,
Fig. 18 eineweitere Darstellung ähnlich Fig. 17,
Fig. 19 eine weitere, vergrößerte Darstellung ähnlich Fig. 17 und 18,
Fig. 20 eine Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Rißbildung in der Hülle einer Mikrokapsel,
Fig. 21 eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 20,
Fig. 22 eine weitere, vergrößerte Darstellung ähnlich Fig. 20 und 21,
Fig. 23 eine Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Rißbildung in der Hülle einer Mikrokapsel,
Fig. 24 eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 23,
Fig. 25 eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 23 und 24,
Fig. 26 die schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erzeugen einer Mikrokapsel mit einem wachsartigen Farbstoff mit halbfester oder fester Phase,
Fig. 27 einen Teilschnitt eines Zentrifugalmischers zum Mischen von Ke­ ramikteilchen und Mikrokapseln,
Fig. 28 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Erzeugen einer Mikrokapsel mit anhaftenden feinen, weißen Keramikteilchen,
Fig. 29 eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 28,
Fig. 30 eine weitere Darstellung ähnlich Fig. 28 und 29, und
Fig. 31 den vergrößerten Querschnitt der Mikrokapsel, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Fig. 27 bis 30.
Fig. 1 zeigt ein Bildsubstrat 10 mit drei Mikrokapselarten 12C, 12M und 12Y, die jeweils ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel enthält die erste Mikrokapselart 12C Zy­ an-Farbstoff, die zweite Mikrokapselart 12M Magenta-Farbstoff, die dritte Mikro­ kapselart 12Y Gelb-Farbstoff. Jeder Farbstoff kann entweder eine Flüssigkeit, z. B. eine Tinte, ein halbfester oder ein fester wachsartiger Farbstoff sein.
Das Bildsubstrat 10 ist ein Papierblatt 14, auf dessen einer Seite die drei Mikro­ kapselarten 12C, 12M und 12Y gleichmäßig so verteilt sind, daß sie eine Mikro­ kapselschicht 16 bilden. Zur gleichmäßigen Ausbildung der Mikrokapselschicht 16 sind gleiche Anteile der Mikrokapselarten 12C, 12M und 12Y homogen in einer geeigneten Bindemittellösung gemischt und bilden eine Suspension, und das Papierblatt 14 ist mit dieser Lösung beschichtet, wozu ein Zerstäuber verwendet werden kann.
In Fig. 1 ist die Mikrokapselschicht 16 zwar mit einer dem Durchmesser der Mi­ krokapseln entsprechenden Dicke dargestellt, in der praktischen Ausführung lie­ gen jedoch die drei Mikrokapselarten 12C, 12M und 12Y auch übereinander, und somit hat die Mikrokapselschicht 16 eine größere Dicke als der Durchmesser ei­ ner einzelnen Mikrokapselart 12C, 12M oder 12Y. Das Bildsubstrat 10 hat ferner ein die Mikrokapselschicht 16 bedeckendes Blatt eines transparenten Schutzfilms 18.
Die Hülle einer jeden Mikrokapsel besteht aus einem Kunstharz, das normaler­ weise weiß ist wie das Papierblatt 14. Ist das Papierblatt 14 mit einem Einzel­ farbpigment eingefärbt, so kann das Kunstharzmaterial der Mikrokapseln 12C, 12M und 12Y gleichartig eingefärbt sein.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel besteht die Hülle einer jeden Mikrokapsel aus einem Kunstharz mit Gedächtniseffekt. Beispielsweise kann hierzu ein Poly­ urethan-Kunstharz wie Polynorbornen, Trans-1,4-Polyisopren und Polyurethan verwendet werden. Weitere derartige Kunstharze sind Polyimid, Polyamid, Poly­ vinylchlorid, Polyester usw.
Allgemein hat das Kunstharz mit Gedächtniseffekt gemäß der in Fig. 2 gezeigten Grafik einen Längselastizitätskoeffizienten, der sich bei einer Glasübergangstem­ peratur Tg abrupt ändert. In einem solchen Kunstharz wird die Brownsche Bewe­ gung der Molekülketten in einem Niedrigtemperaturbereich a unter der Glasüber­ gangstemperatur Tg unterbrochen, und somit zeigt das Kunstharz eine glasartige Phase. Andererseits wird die Brownsche Bewegung der Molekülketten in einem Hochtemperaturbereich b über der Glasübergangstemperatur Tg zunehmend energiereicher, und somit zeigt das Kunstharz dann eine Gummielastizität.
Das Kunstharz mit Gedächtniseffekt hat die folgende Eigenschaft: wird eine Masse des Kunstharzes im Niedrigtemperaturbereich a zu einem Gegenstand verarbeitet und dann über die Glasübergangstemperatur Tg hinaus erhitzt, so wird der Gegenstand frei verformbar. Nach der Deformation und Abkühlung unter die Glasübergangstemperatur Tg wird die zuletzt vorhandene Form des Ge­ genstandes fixiert und beibehalten. Trotzdem kehrt er zu seiner ursprünglichen Form zurück, wenn er wiederum über die Glasübergangstemperatur Tg erhitzt wird, ohne eine äußere Kraftwirkung oder Belastung zu erfahren.
In den Mikrokapseln 12C, 12M und 12Y wird diese Gedächtniseigenschaft an sich nicht genutzt, jedoch die charakteristische abrupte Änderung des Längsela­ stizitätskoeffizienten, wie noch beschrieben wird.
Wie Fig. 3 zeigt, haben in einer ersten Ausführungsform die Hüllen der Mikrokap­ seln 12C, 12M und 12Y unterschiedliche Dicke WC, WM und WY. Die Dicke WC der Zyan-Mikrokapseln 12C ist größer als die Dicke WM der Magenta-Mikrokap­ seln 12M, die wiederum größer ist als die Dicke WY der Gelb-Mikrokapseln 12Y. Ferner haben die Hüllenwände der Mikrokapseln 12C, 12M und 12Y äußere Risse 20C, 20M und 20Y. Wie Fig. 4 zeigt, verlaufen die Risse 20C von außen in die Hüllenwand einer Mikrokapsel 12C, jedoch durchdringen sie sie nicht voll­ ständig, d. h. sie haben einen Boden. Gleiches gilt natürlich für die Magenta-Mi­ krokapseln 12M und die Gelb-Mikrokapseln 12Y.
Wie die Grafik in Fig. 5 zeigt, ist das Kunstharz der Cyan-Mikrokapseln 12C so zubereitet, daß es einen charakteristischen Längselastizitätskoeffizienten mit ei­ ner Glasübergangstemperatur T1 hat, dessen Verlauf 18C mit einer durchgezo­ genen Linie dargestellt ist. Das Kunstharz der Magenta-Mikrokapseln 12M ist so zubereitet, daß es einen charakteristischen Längselastizitätskoeffizienten mit ei­ ner Glasübergangstemperatur T2 hat, dessen Verlauf 18M durch eine einfach strichpunktierte Linie dargestellt ist. Das Kunstharz der Gelb-Mikrokapseln 12Y ist so zubereitet, daß es einen charakteristischen Längselastizitätskoeffizienten mit einer Glasübergangstemperatur T3 hat, dessen Verlauf 18Y durch eine doppelt strichpunktierte Linie dargestellt ist.
Durch geeignetes Ändern der Zusammensetzungen der Kunstharze mit Gedächt­ niseffekt und/oder durch Wahl eines geeigneten Kunstharzmaterials ist es mög­ lich, Kunstharze mit Glasübergangstemperaturen T1, T2 und T3 zu realisieren. Diese Temperaturen können z. B. bei 70°C, 110°C und 130°C liegen.
Wie die in Fig. 5 dargestellte Grafik ferner zeigt, ist die Wanddicke WC der Zyan-Mikrokapseln 12C mit Rissen 20C so gewählt, daß jede Mikrokapsel 12C unter einer Druckwirkung elastisch gequetscht und kompaktiert wird, die zwischen ei­ nem kritischen Druck P3 und einem oberen Grenzdruck PUL liegt, wenn die Mi­ krokapsel 12C auf eine Temperatur zwischen den Glasübergangstemperaturen T1 und T2 erhitzt wird. Die Wanddicke WM der Magenta-Mikrokapseln 12M mit den Rissen 20M ist so gewählt, daß jede Mikrokapsel 12M unter einem Druck ela­ stisch gequetscht und kompaktiert wird, der zwischen einem kritischen Druck P2 und dem kritischen Druck P3 (Fig. 5) liegt, wenn sie auf eine Temperatur zwi­ schen den Glasübergangstemperaturen T2 und T3 erhitzt wird. Die Wanddicke WY der Gelb-Mikrokapseln 12Y mit den Rissen 20Y ist so gewählt, daß jede Mi­ krokapsel 12Y unter einem Druck elastisch gequetscht und kompaktiert wird, der zwischen einem kritischen Druck P1 und dem kritischen Druck P2 (Fig. 5) liegt, wenn sie auf eine Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur T3 und ei­ ner oberen Grenztemperatur TUL erhitzt wird.
Der obere Grenzdruck PUL und die obere Grenztemperatur TUL sind entspre­ chend den Eigenschaften der verwendeten Kunstharze mit Gedächtniseffekt ge­ wählt.
Durch geeignete Auswahl einer Heiztemperatur und eines Kompaktierungsdrucks für das Bildsubstrat 10 können die Zyan-, die Magenta- und die Gelb-Mikrokap­ seln 12C, 12M und 12Y selektiv gequetscht und kompaktiert werden.
Fallen die gewählte Heiztemperatur und der Kompaktierungsdruck beispielsweise in den schraffierten Zyan-Bereich C (Fig. 5), der durch den Temperaturbereich zwischen den Glasübergangstemperaturen T1 und T2 und den Druckbereich zwischen dem kritischen Druck P3 und dem oberen Grenzdruck PUL definiert ist, so werden nur die Zyan-Mikrokapseln 12C elastisch gequetscht und kompaktiert. Dabei durchdringen die äußeren Risse 20C vollständig die Hüllenwand, d. h. die Außenrisse werden dann zu durchgehenden Rissen, so daß der flüssige Zyan-Farbstoff aus der Mikrokapsel 12C durch sie hindurch austritt. Dabei wird die Mi­ krokapsel 12C nicht vollständig zerbrochen. Dies ist deshalb bedeutsam, weil dadurch die Menge des austretenden flüssigen Farbstoffs über die einwirkende Temperatur im Bereich zwischen den Glasübergangstemperaturen T1 und T2 einstellbar ist, d. h. die thermische Ausdehnung des flüssigen Zyan-Farbstoffs in der Mikrokapsel unter dem Kompaktierungsdruck zwischen dem kritischen Druck P3 und dem oberen Grenzdruck PUL (Fig. 5) wird vorgegeben.
Dasselbe gilt natürlich für die Mikrokapseln 12M und 12Y. Durch Regeln der auf die Magenta-Mikrokapseln 12M einwirkenden Temperatur in dem schraffierten Magenta-Bereich M (Fig. 5), der durch den Temperaturbereich zwischen den Glasübergangstemperaturen T2 und T3 und den Druckbereich zwischen den kri­ tischen Druckwerten P2 und P3 bestimmt ist, kann die Menge austretenden flüs­ sigen Magenta-Farbstoffs aus den gequetschten und kompaktierten Magenta-Mi­ krokapseln 12M bestimmt werden. Ferner kann durch Regeln der auf die Gelb-Mikrokapseln 12Y einwirkenden Temperatur in dem schraffierten Gelb-Bereich Y (Fig. 5) der durch einen Temperaturbereich zwischen den Glasübergangstempe­ raturen T3 und TUL und durch einen Druckbereich zwischen den kritischen Kom­ paktierungsdrücken P1 und P2 bestimmt ist, die Menge austretenden flüssigen Gelb-Farbstoffs aus den gequetschten und kompaktierten Gelb-Mikrokapseln 12Y bestimmt werden.
Beim Einkapseln des flüssigen Farbstoffs kann ein bekanntes Koazervierungsver­ fahren zum Herstellen der Mikrokapselarten 12C, 12M und 12Y ohne äußere Risse angewendet werden. Auch kann ein Polymerisationsverfahren wie eine Grenzflächenpolymerisation, eine in-situ-Polymerisation o. ä. zum Herstellen der Mikrokapselarten 12C, 12M und 12Y angewendet werden. In jedem Fall können diese Mikrokapseln einen mittleren Durchmesser von einigen Mikron, z. B. von 5 µm bis 10 µm haben.
Die Mikrokapseln ohne äußere Risse können nach einem ersten Verfahren mit Rißbildungen versehen werden, das in Fig. 7 und 8 dargestellt ist. Jede Mikro­ kapselart 12C, 12M und 12Y wird mit hochfrequenter elektromagnetischer Strah­ lung W, z. B. mit Mikrowellen, in der in Fig. 7 gezeigten Weise bestrahlt, und der in der jeweiligen Mikrokapsel eingeschlossene flüssige Farbstoff wird dadurch ab­ rupt aufgeheizt. Daher dehnt er sich thermisch augenblicklich so aus, daß der In­ nendruck Pin der Mikrokapselhülle abrupt und drastisch ansteigt. Wie Fig. 8 zeigt, wird die Hülle dadurch inneren Spannungskräften f1 und äußeren, größeren Spannungskräften f2 ausgesetzt. Dadurch wird ein Außenriß 20 an einer Schwachstelle der Außenfläche der Mikrokapsel erzeugt. Das Bestrahlen der Mi­ krokapsel mit Mikrowellen ist natürlich so zu regeln, daß der Außenriß 20 die Hüllenwand nicht vollständig durchdringt. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel erhält man also Mikrokapseln mit Außenrissen 20C, 20M, 20Y der in Fig. 3 und 4 gezeigten Art.
Fig. 9 zeigt schematisch einen Thermo-Farbdrucker. Dieser ist ein Zeilendrucker und erzeugt ein Farbbild auf dem Bildsubstrat 10 aus den Zyan-, den Magenta- und den Gelb-Mikrokapseln 12C, 12M und 12Y, die jeweils Risse 20C, 20M und 20Y haben.
Der Farbdrucker hat ein Gehäuse 21 in Form eines rechteckigen Parallelepipeds mit einer Eintrittsöffnung 22 und einer Austrittsöffnung 24 in der Oberseite bzw. einer Seitenwand. Das Bildsubstrat 10 wird in das Gehäuse 21 durch die Ein­ trittsöffnung 22 eingeführt und dann aus der Austrittsöffnung 24 nach dem Er­ zeugen eines Farbbildes ausgegeben. In Fig. 9 ist der Transportweg 26 des Bild­ substrats 10 strichpunktiert dargestellt.
Eine Führungsplatine 28 ist in dem Gehäuse 21 so angeordnet, daß sie einen Teil des Transportweges 26 für das Bildsubstrat 10 begrenzt, und ein erster Thermo­ druckkopf 30C, ein zweiter Thermodruckkopf 30M und ein dritter Thermodruck­ kopf 30Y sind an der Oberseite der Führungsplatine 28 befestigt. Jeder Thermo­ druckkopf 30C, 30M, 30Y bildet eine Zeile quer zu der Bewegungsrichtung des Bildsubstrats 10.
Wie Fig. 10 zeigt, enthält der zeilenförmige Thermodruckkopf 30C eine Vielzahl Heizelemente in Form elektrischer Widerstände Rc1 bis Rcn, die in Längsrichtung des Thermodruckkopfes 30C aufeinander ausgerichtet sind. Jeder elektrische Wi­ derstand Rc1 bis Rcn wird wahlweise mit einer ersten Treiberschaltung 31C entsprechend einem digitalen Zyan-Bildpixelsignal eingeschaltet, das auch ein digitales 2Bit-Gradationssignal enthält. Hat das digitale Bildpixelsignal den Wert 1, so wird der entsprechende Widerstand Rcn abhängig von dem digitalen 2Bit-Gradationssignal auf eine der Temperaturen tc1, tc2 und tc3 (Fig. 5) erhitzt, die zwischen den Glasübergangstemperaturen T1 und T2 liegen, wie noch be­ schrieben wird.
Der zeilenförmige Thermodruckkopf 30M enthält gleichfalls eine Vielzahl Heiz­ elemente oder Widerstände Rm1 bis Rmn, die in Längsrichtung des Zeilendruck­ kopfes 30M aufeinander ausgerichtet sind. Jeder Widerstand Rm1 bis Rmn wird selektiv mit einer zweiten Treiberschaltung 31M entsprechend einem Magenta-Bild­ pixelsignal eingeschaltet, das auch ein digitales 2Bit-Gradationssignal enthält. Hat das Bildpixelsignal den Wert 1, so wird der entsprechende Widerstand Rmn entsprechend dem digitalen 2Bit-Gradationssignal auf eine der Temperaturen tM1, tM2 und tM3 (Fig. 5) erhitzt, die im Bereich zwischen den Glasübergangs­ temperaturen T2 und T3 liegen, wie noch beschrieben wird.
Ferner enthält der zeilenförmige Thermodruckkopf 30Y eine Vielzahl Heizele­ mente oder Widerstände Ry1 bis Ryn, die in Längsrichtung des zeilenförmigen Thermodruckkopfes 30Y aufeinander ausgerichtet sind. Jeder Widerstand Ry1 bis Ryn wird selektiv mit einer dritten Treiberschaltung 31Y entsprechend einem Gelb-Bildpixelsignal erhitzt, das auch ein digitales 2Bit-Gradationssignal enthält. Hat das digitale Bildpixelsignal den Wert 1, so wird der entsprechende Wider­ stand Ryn entsprechend dem 2Bit-Gradationssignal auf eine der Temperaturen ty1, ty2 und ty3 (Fig. 5) erhitzt, die zwischen den Glasübergangstemperaturen T3 und TUL liegen, wie noch beschrieben wird.
Die zeilenförmigen Thermodruckköpfe 30C, 30M und 30Y sind einander so nach­ geordnet, daß die Heiztemperaturen in Bewegungsrichtung des Bildsubstrats 10 höher sind.
Der Farbdrucker enthält ferner eine erste Druckwalze 32C, eine zweite Druck­ walze 32M und eine dritte Druckwalze 32Y, die den drei Thermodruckköpfen 30C, 30M und 30Y jeweils zugeordnet sind. Jede Druckwalze 32C, 32M, 32Y kann aus einem geeigneten Hartgummi bestehen. Die erste Druckwalze 32C hat eine erste Federspanneinheit 34C, mit der sie elastisch gegen den ersten Thermodruckkopf 30C unter einem Druck zwischen dem kritischen Kompaktierungsdruck P3 und dem oberen Grenzdruck PUL angedrückt wird. Die zweite Druckwalze 32M hat ei­ ne zweite Federspanneinheit 34M, mit der sie elastisch gegen den zweiten Thermodruckkopf 30M mit einem Druck zwischen den kritischen Kompaktie­ rungsdrücken P2 und P3 angedrückt wird. Die dritte Druckwalze 32Y hat eine dritte Federspanneinheit 34Y, mit der sie elastisch gegen den dritten Thermo­ druckkopf 30Y mit einem Druck zwischen den kritischen Kompaktierungsdrücken P1 und P2 angedrückt wird.
Die Druckwalzen 32C, 32M und 32Y sind einander so nachgeordnet, daß der je­ weilige Druckwert an den Zeilendruckköpfen 30C, 30M und 30Y in Bewegungs­ richtung des Bildsubstrats 10 kleiner wird.
In Fig. 9 ist eine Steuerschaltungskarte 36 zum Steuern der Druckoperation des Farbdruckers dargestellt, ferner enthält der Drucker eine elektrische Hauptstrom­ quelle 38 zum Speisen der Steuerschaltungskarte 36.
Fig. 11 zeigt das Blockdiagramm der Steuerschaltungskarte 36. Diese enthält ei­ ne Druckersteuerung 40 mit einem Mikrocomputer. Die Druckersteuerung 40 empfängt eine Folge digitaler Farb-Bildpixelsignale aus einem Personal Computer oder einem Wortprozessor (nicht dargestellt) über eine Schnittstelle 42, wobei jedes digitale Farbbildpixelsignal ein digitales 2Bit-Gradationssignal enthält. Die empfangenen Farbbildpixelsignale für jede der drei genannten Farben werden mit dem jeweils zugehörigen digitalen 2Bit-Gradationssignal in einen Speicher 44 eingeschrieben.
Die Steuerschaltungskarte 36 enthält auch eine Motortreiberschaltung 46 für drei Elektromotore 48C, 48M und 48Y, mit denen die Druckwalzen 32C, 32M und 32Y jeweils gedreht werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Farbdruckers ist je­ der Motor 48C, 48M und 48Y ein Schrittmotor, der durch eine Folge Antriebsim­ pulse aus der Motortreiberschaltung 46 gespeist wird. Die Ausgabe dieser An­ triebsimpulse an die Motore 48C, 48M und 48Y wird mit der Druckersteuerung 40 gesteuert.
Während einer Druckoperation werden die Druckwalzen 32C, 32M und 32Y je­ weils im Gegenuhrzeigersinn (Fig. 9) mit übereinstimmender Umfangsgeschwin­ digkeit gedreht. Das Bildsubstrat 10 bewegt sich dadurch von der Eintrittsöffnung 22 längs des Transportweges 26 zur Austrittsöffnung 24. Dabei wird es einem Druck zwischen dem kritischen Kompaktierungsdruck P3 und dem oberen Grenz­ druck PUL ausgesetzt, wenn es zwischen dem ersten Thermodruckkopf 30C und der ersten Druckwalze 32C hindurchläuft. Es wird einem Druck zwischen den kri­ tischen Kompaktierungsdrücken P2 und P3 ausgesetzt, wenn es zwischen dem zweiten Thermodruckkopf 30M und der zweiten Druckwalze 32M hindurchläuft. Es wird einem Druck zwischen den kritischen Kompaktierungsdrücken P1 und P2 ausgesetzt, wenn es zwischen dem dritten Zeilendruckkopf 30Y und der dritten Druckwalze 32Y hindurchläuft.
Bei diesem Ausführungsbeispiel des Farbdruckers wird das Bildsubstrat 10 in die Eintrittsöffnung 22 so eingeführt, daß der transparente Schutzfilm 18 mit den Thermodruckköpfen 30C, 30M und 30Y in Kontakt kommt.
Wie Fig. 11 zeigt, werden die Treiberschaltungen 31C, 31M und 31Y für die Thermodruckköpfe 30C, 30M und 30Y durch die Druckersteuerung 40 mit n Gruppen jeweils eines Impulssignals STC und eines Steuersignals DAC, n Grup­ pen jeweils eines Impulssignals STM und eines Steuersignals DAM und n Grup­ pen jeweils eines Impulssignals STY und eines Steuersignals DAY gesteuert. Diese bewirken ein selektives Einschalten der Widerstände Rc1 bis Rcn, der Wi­ derstände Rm1 bis Rmn und der Widerstände Ry1 bis Ryn, wie noch beschrieben wird.
Jede Treiberschaltung 31C, 31M, 31Y enthält n Gruppen jeweils eines UND-Glie­ des und eines Transistors für die Widerstände Rcn, Rmn und Ryn. Fig. 12 zeigt ein UND-Glied 50 und einen Transistor 52 einer Gruppe. Eine Gruppe eines Im­ pulssignals STC, STM oder STY und eines Steuersignals DAC, DAM oder DAY wird von der Druckersteuerung 40 auf zwei Eingänge des UND-Gliedes 50 ge­ führt. Die Basis des Transistors 52 ist mit dem Ausgang des UND-Gliedes 50 ver­ bunden. Der Kollektor des Transistors 52 ist mit einer elektrischen Stromquelle Vcc verbunden. Der Emitter des Transistors 52 ist mit einem zugeordneten Wi­ derstand Rcn, Rmn, Ryn verbunden.
Befindet sich das UND-Glied 50 aus Fig. 12 in der ersten Treiberschaltung 31C, so wird eine Gruppe aus einem Impulssignal STC und einem Steuersignal DAC aus der Druckersteuerung 40 ausgegeben und den Eingängen des UND-Gliedes 50 zugeführt. Wie das Zeitdiagramm in Fig. 13 zeigt, hat das Impulssignal STC eine Impulsbreite PWC, und das Steuersignal DAC wird entsprechend den Bi­ närwerten des digitalen Zyan-Bildpixelsignals und des digitalen 2Bit-Gradations­ signals so geändert, wie es die folgende Tabelle zeigt:
Hat das digitale Zyan-Bildpixelsignal den Wert [0] und das 2Bit-Gradationssignal den Wert [00], so wird das Steuersignal DAC unter Steuerung der Druckersteue­ rung 40 auf niedrigem Pegel gehalten. Hat das digitale Zyan-Bildpixelsignal den Wert [1], so wird das Steuersignal DAC als Impuls hohen Pegels aus der Druckersteuerung 40 ausgegeben, und die Impulsbreite dieses Impulses ändert sich entsprechend dem Wert des digitalen 2Bit-Gradationssignals.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [11], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAC die Impulsbreite PWC3 gleich der Impulsbreite PWC des Im­ pulssignals STC, und ein entsprechender Widerstand Rcn wird während einer der Impulsbreite PWC3 entsprechenden Zeit eingeschaltet, wodurch er auf die Tem­ peratur tc3 (Fig. 5) zwischen den Glasübergangstemperaturen T1 und T2 erhitzt wird.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [10], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAC die Impulsbreite PWC2 kürzer als die Impulsbreite PWC3, und ein entsprechender Widerstand Rcn wird während einer der Impulsbreite PWC2 entsprechenden Zeit eingeschaltet, wodurch er auf eine Temperatur tc2 (Fig. 5) zwischen den Glasübergangstemperaturen T1 und T2 erhitzt wird.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [01], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAC die Impulsbreite PWC1 kürzer als die Impulsbreite PWC2, und ein entsprechender Widerstand Rcn wird während einer der Impulsbreite PWC1 entsprechenden Zeit eingeschaltet, wodurch er auf die Temperatur tc1 (Fig. 5) zwischen den Glasübergangstemperaturen T1 und T2 erhitzt wird.
Das Widerstandselement Rcn entsprechend dem digitalen Zyan-Bildpixelsignal mit dem Wert 1 wird also auf eine der Temperaturen tc1, tc2 und tc3 erhitzt, wo­ durch ein Zyan-Bildpunkt auf dem Bildsubstrat 10 durch Quetschen und Kompak­ tieren der Zyan-Mikrokapseln 12C erzeugt wird, die durch den betreffenden Wi­ derstand lokal erhitzt werden. Dabei ändert sich die Zyan-Dichte des erzeugten Zyan-Bildpunktes abhängig von der Heiztemperatur tc1, tc2, tc3, wodurch eine Änderung der Dichte (Gradation) des Zyan-Bildpunktes erreicht wird. Mit höherer Heiztemperatur tc1, tc2, tc3 wird die Zyan-Dichte des Bildpunktes größer, da der in einer Zyan-Mikrokapsel eingeschlossene flüssige Farbstoff eine entsprechend größere thermische Ausdehnung erfährt.
Gehört das in Fig. 12 gezeigte UND-Glied 50 zu der zweiten Treiberschaltung 31M, so wird eine Gruppe aus einem Impulssignal STM und einem Steuersignal DAM von der Druckersteuerung 40 ausgegeben und den Eingängen des UND-Gliedes 50 zugeführt. In dem in Fig. 14 gezeigten Zeitdiagramm hat das Impulssi­ gnal STM eine Impulsbreite PWM größer als die Impulsbreite des Impulssignals STC, und das Steuersignal DAM wird entsprechend den Binärwerten eines digita­ len Magenta-Bildpixelsignals und eines darin enthaltenen digitalen 2Bit-Gradati­ onssignals geändert, wie es die vorstehende Tabelle zeigt.
Hat das digitale Magenta-Bildpixelsignal den Wert [0] und das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [00], so wird das Steuersignal DAM durch die Druckersteuerung 40 auf niedrigem Pegel gehalten. Hat das Magenta-Bildpixelsi­ gnal den Wert [1], so wird das Steuersignal DAM als Oben-Impuls von der Druckersteuerung 40 abgegeben, und die Impulsbreite dieses Oben-Impulses ändert sich entsprechend dem Wert des digitalen 2Bit-Gradationssignals.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [11], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAM die Impulsbreite PWM3 wie das Impulssignal STM, und ein entsprechender Widerstand Rmn wird während einer der Impulsbreite PWM3 des Oben-Impulses des Steuersignals DAM entsprechenden Zeit eingeschaltet, wodurch er auf die Temperatur tM3 (Fig. 5) zwischen den Glasübergangstempe­ raturen T2 und T3 erhitzt wird.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [10], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAM die Impulsbreite PWM2 kürzer als die Impulsbreite PWM3, und ein entsprechender Widerstand Rmn wird während einer der Impulsbreite PWM2 des Oben-Impulses des Steuersignals DAM entsprechenden Zeit einge­ schaltet, wodurch er auf die Temperatur tM2 (Fig. 5) zwischen den Glasüber­ gangstemperaturen T2 und T3 erhitzt wird.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [01], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAM die Impulsbreite PWM1 kürzer als die Impulsbreite PWM2, und ein entsprechender Widerstand Rmn wird während einer der Impulsbreite PWM1 des Oben-Impulses des Steuersignals DAM entsprechenden Zeit einge­ schaltet, wodurch er auf die Temperatur tM1 (Fig. 5) zwischen den Glasüber­ gangstemperaturen T2 und T3 erhitzt wird.
Der Widerstand Rmn, der dem digitalen Magenta-Bildpixelsignal mit dem Wert [1] entspricht, wird auf eine der Temperaturen tM1, tM2 und tM3 erhitzt, wodurch ein Magenta-Bildpunkt auf dem Bildsubstrat 10 durch Quetschen und Kompaktieren der Magenta-Mikrokapseln 12M erzeugt wird, die lokal mit dem betreffenden Widerstand erhitzt werden. Dabei entspricht die Dichte des erzeugten Magenta-Bildpunktes der Heiztemperatur tM1, tM2, tM3. Wenn die Heiztemperatur tM1, tM2, tM3 zunimmt, wird die Dichte des Magenta-Bildpunktes größer, weil der flüssige Magenta-Farbstoff in der Mikrokapsel 12M eine entsprechend größere thermische Ausdehnung durch die höhere Heiztemperatur erfährt.
Gehört das in Fig. 12 gezeigte UND-Glied 50 zu der dritten Treiberschaltung 31Y, so gibt die Druckersteuerung 40 ein Impulssignal STY und ein Steuersignal DAY aus, die den Eingängen des UND-Gliedes 50 zugeführt werden. In dem in Fig. 15 gezeigten Zeitdiagramm hat das Impulssignal STY eine Impulsbreite PWY, die größer als die Impulsbreite des Impulssignals STM ist, und das Steuersignal DAY wird entsprechend den Binärwerten eines digitalen Gelb-Bildpixelsignals und ei­ nes darin enthaltenen digitalen 2Bit-Gradationssignals geändert, wie es die vor­ stehende Tabelle zeigt.
Hat das digitale Gelb-Bildpixelsignal den Wert [0] und das digitale 2Bit-Gradati­ onssignal den Wert [00], so wird das Steuersignal DAY durch die Druckersteue­ rung 40 auf geringem Pegel gehalten. Hat das digitale Gelb-Bildpixelsignal den Wert [1], so gibt die Druckersteuerung 40 das Steuersignal DAY als Oben-Impuls aus, dessen Impulsbreite entsprechend dem Wert des digitalen 2Bit-Gradations­ signals veränderlich ist.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [11], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAY die Impulsbreite PWY3 gleich der Impulsbreite PWY des Im­ pulssignals STY, und ein entsprechender Widerstand wird während einer der Im­ pulsbreite PWY3 entsprechenden Zeit eingeschaltet, so daß er auf die Tempera­ tur ty3 (Fig. 5) zwischen der Glasübergangstemperatur T3 und der oberen Grenztemperatur TUL erhitzt wird.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [10], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAY die Impulsbreite PWY2 kürzer als die Impulsbreite PWY3, und ein entsprechender Widerstand Ryn wird während einer der Impulsbreite PWY2 entsprechenden Zeit eingeschaltet, so daß er auf die Temperatur ty2 (Fig. 5) zwischen der Glasübergangstemperatur T3 und der oberen Grenztemperatur TUL erhitzt wird.
Hat das digitale 2Bit-Gradationssignal den Wert [01], so hat der Oben-Impuls des Steuersignals DAY die Impulsbreite PWY1 kürzer als die Impulsbreite PWY2, und ein entsprechender Widerstand Ryn wird während einer der Impulsbreite PWY1 entsprechenden Zeit eingeschaltet, so daß er auf die Temperatur ty1 (Fig. 5) zwischen der Glasübergangstemperatur T3 und der oberen Grenztemperatur TUL erhitzt wird.
Wird der Widerstand entsprechend dem digitalen Gelb-Bildpixelsignal mit dem Wert [1] auf eine der Temperaturen ty1 ty2 und ty3 erhitzt, so wird ein Gelb-Bild­ punkt auf dem Bildsubstrat 10 durch Quetschen und Kompaktieren der Gelb-Mi­ krokapseln 12Y erzeugt, die mit dem Widerstand lokal erhitzt werden. Die Gelb-Dichte des erzeugten Gelb-Bildpunktes ist durch die Temperatur ty1, ty2, ty3 be­ stimmt. Mit zunehmender Heiztemperatur ty1, ty2, ty3 wird die Dichte des gelben Bildpunktes höher, da der flüssige Gelb-Farbstoff in einer Gelb-Mikrokapsel 12Y einer entsprechend stärkeren thermischen Ausdehnung ausgesetzt ist.
Die mit den Widerständen Rcn, Rmn und Ryn erzeugten Zyan-, Magenta- und Gelb-Bildpunkte haben eine Punktgröße von etwa 50 µm bis etwa 100 µm, und die entsprechenden Mikrokapseln 12C, 12M und 12Y werden gleichmäßig in ei­ nen Punktbereich auf dem Bildsubstrat 10 eingeschlossen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Farbdrucker ist es natürlich möglich, ein Farbbild mit einer Farbgradation auf dem Bildsubstrat 10 aus einer Vielzahl Farbpunkte der drei Primärfarben zu erzeugen, die sich durch selektives Erhitzen der Widerstände Rc1 bis Rcn, Rm1 bis Rmn und Ry1 bis Ryn entsprechend den drei digitalen Bildpixelsignalen für die Primärfarben und den digitalen 2Bit- Gradationssignalen ergeben. Ein bestimmter Punkt des Farbbildes auf dem Bild­ substrat 10 ergibt sich durch eine Kombination von Zyan-, Magenta- und Gelb-Bildpunkten, die durch entsprechende Widerstände Rcn, Rmn und Ryn erzeugt werden.
Wie Fig. 16 zeigt, wird, wenn in einer Einzel-Punktzeile ein Teil des Farbbildes mit einem ersten weißen Punkt erzeugt wird, kein Widerstand Rc1, Rm1 und Ry1 erhitzt. Ist der zweite Punkt ein Zyan-Punkt, wird nur der Widerstand Rc2 erhitzt, nicht jedoch die übrigen Widerstände Rm2 und Ry2. Ist der dritte Punkt ein Ma­ genta-Punkt, wird nur der Widerstand Rm3 erhitzt, nicht jedoch die Widerstände Rc3 und Ry3. Ist der vierte Punkt ein Gelb-Punkt, wird nur der Widerstand Ry4 er­ hitzt, nicht jedoch die Widerstände Rc4 und Ry4.
Ist bei der Übersicht in Fig. 16 der fünfte Punkt ein Blau-Punkt, so werden die Wi­ derstände Rc5 und Rm5 erhitzt, nicht jedoch der Widerstand Ry5. Ist der sechste Punkt ein Grün-Punkt, werden die Widerstände rc6 und Ry6 erhitzt, nicht jedoch der Widerstand Rm6. Ist der siebte Punkt ein Rot-Punkt, werden die Widerstände Rm7 und Ry7 erhitzt, nicht jedoch der Widerstand rc7. Ist der achte Punkt ein Schwarz-Punkt, werden alle Widerstände rc8, Rm8 und Ry8 erhitzt. Jeder Farb­ punkt kann eine Farbgradation entsprechend dem zugehörigen 2Bit-Gradations­ signal haben.
In Fig. 17 und 18 ist eine zweite Ausführungsform der Rißbildung dargestellt, bei der die Mikrokapseln 12C, 12M und 12Y, die zunächst keine Risse haben, einer Rißbildung unterzogen werden. Bei diesem Verfahren wird jede Mikrokapsel 12C, 12M, 12Y plötzlich und drastisch z. B. mit flüssigem Stickstoff abgekühlt, so daß nur die Hüllenwand abrupt härtet und schrumpft, wie es in Fig. 17 durch Pfeile angedeutet ist. Somit wird die Innenfläche der Mikrokapselwand inneren Spannungen f3 ausgesetzt, so daß ein Innenriß 21 an einer Schwachstelle der Innenfläche gebildet wird, wie es Fig. 18 zeigt. Dies ist auf die Brüchigkeit der ge­ härteten Mikrokapselwand bei niedriger Temperatur zurückzuführen.
Das plötzliche und drastische Abkühlen der Mikrokapseln wird so geregelt, daß der Innenriß 21 nicht vollständig durch die Mikrokapselwand verläuft, d. h. er hat einen Boden. Wie Fig. 19 zeigt, ist es bei dieser zweiten Ausführungsform der Rißbildung möglich, Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y mit Innenrissen 21C, 21M, 21Y zu erhalten, die im folgenden auch als zweite Ausführungsform der Mikrokapseln nach der Erfindung bezeichnet werden.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform der Mikrokapseln durchsetzen die In­ nenrisse 21C, 21M, 21Y die Hüllenwand vollständig, wenn jede Mikrokapsel 12C, 12M, 12Y bei der entsprechenden Heiztemperatur und dem entsprechenden Kompaktierungsdruck innerhalb des schraffierten Bereichs (C, M, Y) in Fig. 5 ge­ quetscht und kompaktiert wird. Dadurch tritt der flüssige Farbstoff aus der Mikro­ kapsel 12C, 12M, 12Y durch die so geöffneten Innenrisse 21C, 21M, 21Y hin­ durch aus. Auch der Austritt des flüssigen Farbstoffs aus den gequetschten und kompaktierten Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y durch die geöffneten Innenrisse 21C, 21M, 21Y kann ohne vollständiges Zerbrechen der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y erreicht werden, so daß die Menge des austretenden flüssigen Farbstoffs durch Regeln der auf die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y einwirkenden Temperatur bestimmt werden kann, wie dies auch bei der ersten Ausführungsform der Mikro­ kapseln der Fall ist, die in Fig. 3 und 6 gezeigt ist.
Fig. 20 und 21 zeigen eine dritte Ausführungsform des Rißbildungsprozesses für die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y, die zunächst rißfrei sind. Bei dieser Ausfüh­ rungsform bleiben die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y auf einer geringen Tempera­ tur von z. B. -20°C, und der flüssige Farbstoff gefriert. Dann werden die Mikrokap­ seln 12C, 12M, 12Y mit einer mechanischen Presse mit einer festen Platte 54 und einer Druckplatte 56 der in Fig. 20 gezeigten Art einem Druck ausgesetzt. Hierzu werden die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y auf die feste Platte 54 aufgebracht, und die Druckplatte 56 übt eine geeignete Kraft F auf sie aus, bis sie zu einer ovalen Form in Längsrichtung deformiert werden, wie es Fig. 21 zeigt. Dadurch wird die Umfangsfläche der deformierten Hüllenwand hohen äußeren Spannkräften ausgesetzt, so daß Außenrisse 20 an Schwachstellen der Umfangsfläche erzeugt werden. Andererseits werden die obere und die untere Innenfläche der de­ formierten Hülle auch hohen Innenspannungen ausgesetzt, so daß Innenrisse 21 an Schwachstellen der oberen und der unteren Innenfläche erzeugt werden.
Die Druckkraft F wird so geregelt, daß die Außen- und die Innenrisse 20 und 21 die Wand einer Mikrokapsel nicht vollständig durchsetzen. Wie Fig. 22 zeigt, werden bei dieser dritten Ausführungsform der Rißbildung Mikrokapseln mit Außenrissen 20C, 20M, 20Y und Innenrissen 20C, 20M, 20Y erzeugt, die im fol­ genden als dritte Ausführungsform der Mikrokapseln nach der Erfindung be­ zeichnet werden.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform werden die Außenrisse 20C, 20M, 20Y und die Innenrisse 21C, 21M, 21Y die Hüllenwand vollständig durchsetzen, wenn die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y bei entsprechender Heiztemperatur und entsprechendem Kompaktierungsdruck in dem betreffenden schraffierten Bereich C, M, Y in Fig. 5 gequetscht und kompaktiert werden. Dadurch tritt der flüssige Farbstoff aus den Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y durch die dann geöffneten Außen- und Innenrisse 20C, 20M, 20Y; 21C, 21M, 21Y aus. Der Austritt des flüssigen Farbstoffs aus den gequetschten und kompaktierten Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y kann ohne vollständiges Zerbrechen der Mikrokapseln erzielt werden, und somit ist es möglich, die Menge des austretenden flüssigen Farbstoffs durch Regeln der Temperatur ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 3 und 6 zu bestimmen.
Fig. 23 und 24 zeigen eine vierte Ausführungsform des Rißbildungsprozesses, bei der die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y chemisch so behandelt werden, daß sie brechen und Risse bilden. Die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y werden mit einer kor­ rosiven Flüssigkeit 60, wie einer Lösung eines oberflächenaktiven Mittels, Gaso­ lin, Mineralöl o. ä. besprüht, wozu eine Sprüheinrichtung 58 gemäß Fig. 23 ein­ gesetzt wird. Bekanntlich erzeugen solche korrosiven Flüssigkeiten eine soge­ nannte Umgebungsspannung, wodurch das Kunstharzmaterial gebrochen werden kann. Wie Fig. 24 zeigt, entwickeln sich durch diese Erscheinung Außenrisse 20 chemisch über die Außenfläche der Hüllenwand der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y.
Die chemische Behandlung der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y wird gestoppt, in­ dem die korrosive Flüssigkeit 60 abgewaschen wird, bevor die Außenrisse 20 die Hüllenwand vollständig durchdringen. Wie Fig. 25 zeigt, erhält man bei dieser vierten Ausführungsform der Rißbildung Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y mit Außenrissen 20C, 20M, 12Y, die im folgenden auch als vierte Ausführungsform der Mikrokapseln nach der Erfindung bezeichnet werden.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform durchsetzen die Außenrisse 20C, 20M, 20Y die Hüllenwand der Mikrokapseln vollständig, wenn sie bei entspre­ chender Heiztemperatur und entsprechendem Kompaktierungsdruck in dem be­ treffenden schraffierten Bereich C, M, Y nach Fig. 5 gequetscht und kompaktiert werden. Dadurch tritt der flüssige Farbstoff aus den Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y durch die geöffneten Außenrisse 20C, 20M, 20Y hindurch aus. Der Austritt des flüssigen Farbstoffs kann ohne vollständiges Zerbrechen der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y erreicht werden, und somit ist es möglich, die Menge des austretenden Farbstoffs ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 6 durch Regeln der Temperatur zu bestimmen.
Fig. 26 zeigt ein weiteres Verfahren zum Erzeugen der Zyan-, der Magenta- und der Gelb-Mikrokapseln 12C, 12M und 12Y, die zunächst keine Rißbildung zeigen und die einen wachsartigen Farbstoff enthalten, der eine halbfeste oder eine feste Phase hat.
Wie Fig. 26 beispielsweise zeigt, werden Zyan-Teilchen 12Y' mit einem mittleren Durchmesser von einigen Mikron (5 µm bis 10 µm) aus einem wachsartigen Zyan-Farbstoff gebildet, der bei einer mindestens über der Glasübergangstemperatur T1 liegenden Temperatur thermisch geschmolzen wird, wie es die Grafik in Fig. 5 zeigt. Die Zyan-Teilchen 12Y' werden in eine Lösung 62 eines Kunstharzes mit Gedächtniseffekt in einem geeigneten Gefäß 64 eingetaucht und dann so ge­ trocknet, daß eine Hüllenwand 12Y'' um jedes Zyan-Teilchen 12Y' gebildet wird. Das Kunstharz mit Gedächtniseffekt in der Lösung 62 hat einen charakteristi­ schen Längselastizitätskoeffizienten, wie er in Fig. 5 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Durch geeignetes Regeln der Konzentration des Kunstharzes in der Lösung 62 und der Zahl der Eintauchvorgänge der Zyan-Teilchen 12Y' in die Lösung 62 ist es möglich, die gewünschte Dicke WC (Fig. 3) der Hüllenwand 12Y'' zu erzeugen.
Ähnlich können die Magenta-Mikrokapseln 12M unter Verwendung eines wachs­ artigen Magenta-Farbstoffs hergestellt werden, der bei einer zumindest über der Glasübergangstemperatur T2 liegenden Temperatur geschmolzen wird, wie es die Grafik in Fig. 5 zeigt. Die Hüllenwand der aus dem Kunstharz erzeugten Magenta-Mikrokapseln 12M hat die gewünschte Dicke WM (Fig. 3) und hat den cha­ rakteristischen Längselastizitätskoeffizienten, der in Fig. 5 durch eine einfach strichpunktierte Linie dargestellt ist. Ferner können die Gelb-Mikrokapseln 12Y durch Anwendung eines wachsartigen gelben Farbstoffs hergestellt werden, der bei einer mindestens über der Glasübergangstemperatur T3 liegenden Tempera­ tur geschmolzen wird, wie es die Grafik in Fig. 5 zeigt. Es ergibt sich dann eine Hüllenwand der erzeugten Gelb-Mikrokapseln 12Y mit der gewünschten Dicke WY (Fig. 3) und dem charakteristischen Längselastizitätskoeffizienten, der in Fig. 5 durch eine doppelt strichpunktierte Linie dargestellt ist.
Die erzeugten rißfreien Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y mit dem wachsartigen Farb­ stoff können nach der zweiten, der dritten und der vierten Ausführungsform der Rißbildung unterzogen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y mit einer Vielzahl feiner Vertiefungen an ihrer Außenfläche an Stelle der Risse versehen. Diese Mikrokapseln werden im folgenden als die fünfte Ausführungsform der Erfindung bezeichnet.
Insbesondere werden die nach einem der vorstehend beschriebenen Herstel­ lungsverfahren erhaltenen Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y mit feinen weißen Kera­ mikteilchen gemischt, die einen mittleren Durchmesser von z. B. 0,1 um haben. Hierzu wird ein Zentrifugalmischer 66 nach Fig. 27 verwendet. Dieser hat eine ro­ tierende Welle 68 und darauf befestigte zylindrische Behälter 70, in denen jeweils eine Mischung der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y und der feinen Keramikteilchen enthalten ist.
Während der Drehung der Behälter 70 berühren die feinen Keramikteilchen schleifend die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y, wodurch sie durch Reibungselektrizi­ tät aneinanderhaften, wie es Fig. 28 zeigt. Dort sind die zusammenhaftenden fei­ nen Keramikteilchen mit 72 bezeichnet. Es ist zu erkennen, daß ein Teil der zu­ sammenhaftenden feinen Keramikteilchen 72 in die Hüllenwand der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y eingebettet ist, und daß eine Vielzahl kleiner Zwischenräume zwi­ schen den Keramikteilchen 72 um die Außenfläche der Hüllenwand der Mikro­ kapseln 12C, 12M, 12Y herum existieren.
Die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y mit den zusammenhaftenden feinen Keramik­ teilchen 72 werden für eine vorbestimmte Zeit in ein geeignetes Lösemittel wie Aceton eingetaucht, wodurch sich eine Vielzahl feiner fleckartiger Vertiefungen 74 auf der Außenfläche der Hüllenwand an Stellen bildet, die der Vielzahl kleiner Zwischenräume entsprechen. In Fig. 29 ist jeder dieser fleckartigen Zwischen­ räume 74 mit dem Lösemittel gefüllt und schraffiert dargestellt. Dann werden die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y aus dem Lösemittel entnommen, und das verblei­ bende Lösemittel wird von ihnen abgewaschen, so daß sich die Struktur nach Fig. 30 ergibt.
Die Eintauchzeit der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y wird so geregelt, daß die fei­ nen, fleckartigen Vertiefungen 74 die Hüllenwand nicht vollständig durchsetzen. Wie Fig. 31 zeigt, hat jede dieser feinen fleckartigen Vertiefungen 74 an ihrer Unterseite einen bemerkenswert dünnen Wandabschnitt 76.
Ähnlich den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Mikrokapseln mit Rißbildung durchsetzen die feinen, fleckartigen Vertiefungen 74 die Hüllenwand vollständig und bilden dann Öffnungen, wenn die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y der entsprechenden Heiztemperatur und dem entsprechenden Kompaktierungs­ druck in den schraffierten Bereichen C, M, Y in Fig. 5 ausgesetzt werden. Da­ durch tritt der flüssige Farbstoff aus den gequetschten und kompaktierten Mikro­ kapseln 12C, 12M, 12Y durch diese Öffnungen 74 aus. Dieses Austreten kann ohne vollständiges Zerbrechen der Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y erreicht werden, und somit ist es möglich, die Menge des austretenden Farbstoffs ähnlich wie bei den Ausführungsformen der Mikrokapseln mit Rissen durch Regeln der Tempera­ tur zu bestimmen.
Bei dieser fünften Ausführungsform der Mikrokapseln, die in Fig. 30 und 31 dar­ gestellt ist, werden die Mikrokapseln 12C, 12M, 12Y mit den zusammenhaftenden feinen Keramikteilchen 74 zum Ausbilden der Mikrokapselschicht 16 des Bild­ substrats 10 benutzt.
Alle vorstehend beschriebenen Ausführungsformen betreffen das Erzeugen eines Farbbildes, jedoch sind sie auch zum Erzeugen einfarbiger Bilder geeignet. In diesem Fall besteht die Mikrokapselschicht 16 aus nur einer Mikrokapselart, die mit z. B. schwarzer Tinte gefüllt ist.
Zum Ausbilden der Mikrokapselschicht 16 kann auch eine Mischung von Mikro­ kapseln ohne Risse oder ohne feine fleckartige Vertiefungen und von Mikrokap­ seln entweder mit Rissen oder mit Vertiefungen verwendet werden. In diesem Fall ist es natürlich auch möglich, die Menge des auszugebenden Farbstoffs einzu­ stellen, da entweder Mikrokapseln mit Rissen oder Mikrokapseln mit feinen Ver­ tiefungen vorhanden sind.

Claims (15)

1. Mikrokapsel mit einer Hülle aus einem Kunstharz mit Gedächtniseffekt mit an ihrem Grund geschlossenen Rißbildungen und mit einem in der Hülle eingeschlossenen Farbstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle eine derartige Temperatur/Druckcharakteristik hat, daß die Rißbildungen durch­ gehende Öffnungen bilden, wenn die Hülle bei einem solchen vorbestimm­ ten Druck und einer solchen vorbestimmten Temperatur gequetscht und kompaktiert wird, daß der Farbstoff aus der Hülle durch die so gebildeten Öffnungen hindurch mit vorbestimmter Menge austritt.
2. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rißbildun­ gen als Außenrisse erzeugt sind, die die Hüllenwand von der Außenfläche in Richtung zur Innenfläche hin durchsetzen.
3. Mikrokapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rißbildun­ gen Innenrisse sind, die die Hüllenwand von der Innenfläche in Richtung zur Außenfläche hin durchsetzen.
4. Mikrokapsel nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rißbildungen Außenrisse und Innenrisse sind.
5. Mikrokapsel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen flüssigen Farbstoff enthält.
6. Mikrokapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen wachsartigen Farbstoff mit einer festen Phase bei einer Tem­ peratur unter der vorbestimmten Temperatur enthält.
7. Verfahren zur Rißbildung in der Hüllenwand einer Mikrokapsel aus einem Kunstharz mit Gedächtniseffekt, die einen flüssigen Farbstoff enthält, ge­ kennzeichnet durch Bestrahlen der Mikrokapsel mit hochfrequenter elektromagnetischer Strah­ lung zum thermischen Aufheizen und Expandieren des flüssigen Farbstoffs, bis Außenrisse in der Hüllenwand zur Innenseite der Hülle hin gebildet wer­ den, wobei die Erhitzung und Expansion des flüssigen Farbstoffs so geregelt wird, daß die Außenrisse die Hüllenwand nicht vollständig durchsetzen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfre­ quente elektromagnetische Strahlung eine Mikrowellenstrahlung ist.
9. Verfahren zur Rißbildung in der Hüllenwand einer Mikrokapsel aus einem Kunstharz mit Gedächtniseffekt, die einen flüssigen Farbstoff enthält, ge­ kennzeichnet durch plötzliches und drastisches Abkühlen der Mikrokapsel derart, daß nur die Hüllenwand abrupt härtet und schrumpft, bis Innenrisse die Wand von der Innenfläche zur Außenfläche hin durchsetzen, wobei das abrupte Härten und Schrumpfen der Hüllenwand so geregelt wird, daß die Innenrisse die Hüllenwand nicht vollständig durchsetzen.
10. Verfahren zur Rißbildung in der Hüllenwand einer Mikrokapsel aus einem Kunstharz mit Gedächtniseffekt, die einen flüssigen Farbstoff enthält, ge­ kennzeichnet durch
Abkühlen der Mikrokapsel derart, daß die Hüllenwand brüchig wird,
Ausüben eines Drucks auf die Mikrokapsel derart, daß die Hüllenwand de­ formiert wird, bis Innen- und Außenrisse die Hüllenwand durch Druckeinwir­ kung durchsetzen, wobei der Druck so reguliert wird, daß die Innen- und die Außenrisse die Hüllenwand nicht vollständig durchsetzen.
11. Verfahren zur Rißbildung in der Hüllenwand einer Mikrokapsel aus einem Kunstharz mit Gedächtniseffekt, die einen flüssigen Farbstoff enthält, ge­ kennzeichnet durch
Behandeln der Mikrokapsel mit einer korrosiven Flüssigkeit derart, daß sie an ihrer Außenfläche eine chemische Rißbildung erfährt, und
Abwaschen der korrosiven Flüssigkeit von der Mikrokapsel, bevor die Außenrisse die Hüllenwand vollständig durchsetzen.
12. Mikrokapsel mit einer Hüllenwand aus einem Kunstharz mit Gedächtnisef­ fekt, die mit feinen, fleckartigen Vertiefungen versehen ist, die die Hüllen­ wand nicht vollständig durchdringen, und mit einem in der Hülle enthaltenen Farbstoff, wobei die Hüllenwand eine Temperatur/Druckcharakteristik derart hat, daß die Vertiefungen die Wand durchsetzende Öffnungen werden, wenn die Hülle mit vorbestimmtem Druck und vorbestimmter Temperatur kompaktiert wird, wodurch der Farbstoff aus der gequetschten und kompak­ tierten Hülle durch die gebildeten Öffnungen hindurch austritt und seine austretende Menge vorbestimmbar ist.
13. Mikrokapsel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen flüssigen Farbstoff enthält.
14. Mikrokapsel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen wachsartigen Farbstoff mit einer festen Phase bei einer Temperatur unter der vorbestimmten Temperatur enthält.
15. Verfahren zum Erzeugen feiner, fleckartiger Vertiefungen auf der Oberfläche der Hüllenwand einer Mikrokapsel, die einen Farbstoff enthält, mit folgenden Schritten:
Anhaften feiner Keramikteilchen an der Mikrokapsel durch Reibungselektrizi­ tät derart, daß eine Vielzahl feiner Zwischenräume zwischen den zusam­ menhaftenden feinen Keramikteilchen auf der Oberfläche der Hüllenwand erzeugt wird,
Eintauchen der Mikrokapsel in ein Lösemittel für vorbestimmte Zeit derart, daß eine Vielzahl feiner, fleckartiger Vertiefungen auf der Oberfläche der Hüllenwand an Stellen erzeugt wird, die der Vielzahl feiner Zwischenräume entsprechen,
Entfernen der Mikrokapsel aus dem Lösemittel, und
Abwaschen noch verbleibenden Lösemittels von der Mikrokapsel mit den zusammenhaftenden feinen Keramikteilchen,
wobei die Eintauchzeit der Mikrokapsel in das Lösemittel so geregelt wird, daß die feinen, fleckartigen Vertiefungen die Hüllenwand nicht vollständig durchsetzen.
DE19848971A 1997-10-24 1998-10-23 Mikrokapseln für ein Bildsubstrat und Verfahren zu deren Herstellung Withdrawn DE19848971A1 (de)

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