DE2921011C2 - Verfahren zum Erzeugen eines Reliefs - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen eines Reliefs

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Reliefs.
Bisher wurden Reliefs, die an der Oberfläche eines Bogens, einer Platte od. dgl. dreidimensional in einem Muster gebildet sind, beispielsweise in Form von Buchstaben, Zeichen, Symbolen, Diagrammen, Zeichnungen, Bildern u.dgl., mittels eines physikalischen Verfahrens wie Pressen oder Hochprägen mit einer besonderen Form oder mittels eines chemischen Verfahrens erzeugt, beispielsweise mittels photographischen Ätzens. Diese Verfahren erfordern jedoch komplexe Verfahrensschritte und lange Zeiträume.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, bei welchem die Nachteile der bekannten Verfahren nicht vorhanden sind und welches ein Relief mit einer einfachen Arbeitsweise innerhalb kurzer Zeit liefern kann. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß eine Musterschicht auf der Oberfläche eines Bogens, einer Platte od. dgl. gebildet wird, der bzw. die aus einem Material gebildet ist, welches die Eigenschaft hat, sein Volumen bei Erhitzung zu vergrößern, das Muster aus einem Material gebildet wird, welches eine größere Fähigkeit, Licht zu absorbieren, als das zuvor genannte Material hat, danach die gesamte obere Fläche des Bogens, der Platte od. dgl. gleichmäßig mit so starkem Licht bestrahlt wird, daß in ausgewählter Weise derjenige Teil des Bogens, der Platte od. dgl. erwärmt wird, der sich nahe oder neben der Unterfläche der Musterschicht befindet, und daß dadurch die Musterschicht gegenüber der Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. entsprechend der Volumenvergrößerung des betreffenden Teiles des Bogens, der Platte od. dgl. gehoben wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Musterschicht mittels einer elektrophotographischen Technik gebildet wird, wobei das Pulver für die Elektrophotographie aus einem Material besteht, das Licht in Wärme umsetzt und die Wärme an die Unterlage weitergibt
Bei der Erfindung werden die Eigenschaften der beiden verwendeten Materialien, nämlich die Eigenschaft, das Volumen bei Erhitzung zu vergrößern, und die Eigenschaft, Licht in großem Ausmaß zu absorbieren, vorteilhaft kombiniert Bei einem Relief, welches mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung erhalten ist, ist das erhabene oder vorragende Muster gebildet durch
ίο teilweises Heben des Bogens, der Platte od. dgL. und das gehobene oder erhabene Muster ist mit demjenigen Teil des Bogens, der Platte od. dgl. einheitlich, der nicht gehoben wurde. Demgemäß hat das Relief überlegene mechanische Festigkeit, und es entwickelt keine Risse und auch kein Abfallen.
Feine bzw. kleine kugelige thermoplastische Mikrokapseln mit einer Teilchengröße von 10 bis 30 Mikron können für das Material verwendet werden, welches bei Erhitzung sein Volumen vergrößert Die Mikrokapseln enthalten eine flüchtige Substanz mit niedrigem Kochpunkt oder Siedepunkt, beispielsweise Butan, welches in einer Hülle aus polymeren! Material eingekapselt ist, beispielsweise aus einem VinylidenchlorLd/Acrylnitril-CopoIymeren. Der Bogen, die Platte od dgl., der bzw. die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann durch ein bekanntes Verfahren hergestellt werden aus einem Gemisch von solchen Mikrokapseln (vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 30 Gewichts-%) und einem Binder, beispielsweise einem Vinylacetat-Polymeren, (vorzugsweise in einer Menge von 90 bis 70 Gewichts-%). Bögen, Platten od. dgl., die aus bekannten Gemischen aus bei Erhitzung erweichenden Kunststoffen und wärmeempfindlichen organischen Blähmitteln wie beispielsweise Azoisobutlersäurenitril hergestellt sind, können ebenfalls bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das Material, welches die größere Fähigkeit hat, Licht zu absorbieren, und welches dazu verwendet wird, die Musterschicht auf dem Bogen, der Platte od. dgl. zu bilden, ist beispielsweise ein Gemisch aus einem Binder und einem Pigment, und zwar ein sogenannter Toner und vorzugsweise ein schwarzer Toner.
Eine Musterschicht wird auf der Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. unter Verwendung eines solchen Toners gebildet, indem beispielsweise das gewünschte Muster auf der Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. das gewünschte Muster von Hand gezeichnet wird unter Verwendung eines Toners der gewünschten Farbe. Die Musterschicht kann auch gebildet werden durch Drucken des gewünschten Musters auf die Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. unter Verwendung eines Toners der gewünschten Farbe, und zwar in Übereinstimmung mit einer gewöhnlichen Drucktechnik, oder durch Kopieren einer Hauptzeichnung oder Vorlagezeichnung, auf welche das gewünschte Muster gedruckt ist, auf die Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. unter Verwendung eines pulverigen Toners, der Ruß enthält, und zwar in Übereinstimmung mit einer gewöhnlichen photographi-
fio sehen Technik.
Nachdem das gewünschte Muster unter Verwendung des Toners auf die Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. aufgebracht ist, wird gemäß der Erfindung Licht von einer starken Lichtquelle, beispielsweise einer Lampe großer Leuchtkraft oder großer Lichtstärke, auf die Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. gestrahlt. Die Musterschicht absorbiert das Licht stärker bzw. in größerem Ausmaß als der Bogen, die Platte od. dgl., und
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als Ergebnis wird nur derjenige Teil des Bogens, der Platte od. dgl., welcher mit der Unterfläche der Musterschicht in Verbindung steht, wahlweise bzw. in ausgewählter Weise erhitzt. Die in diesem Bereich befindlichen Mikrokapseln quellen auf (bzw. der schäumfähige Kunststoff in diesem Bereich schäumt), und die Musterschicht wird auf eine Höhe gehoben, die höher als derjenige Teil der Oberfläche des Bogens. der Platte od. dgl. liegt, in welchem ein Aufquellen der Mikrokapseln (bzw. ein Schäumen des Kunststoffs) nicht atf tritt Dies führt zur Erzeugung eines Reliefs an der Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl., bei welchem die vorragenden Teile mit dem Umriß oder der Kontur des Musters übereinstimmen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, daß das Heben des erhitzten Teiles des Bogens, der Platte od. dgl. als Ergebnis der Volumenvergrößerung (Aufquellen oder Schäumen) auf derjenigen Seite des Bogens, der Platte od. dgl. stattfindet, auf welcher die Musterschicht vorhanden ist. Mit a.ideren Worten ausgedrückt, sollte ein Heben der Hinterfläche oder rückwärtigen Fläche des Bogens, der Platte od. dgl. soweit wie möglich verhindert werden. Um dies zu gewährleisten, insbesondere dann, wenn der Bogen, die Platte od. dgl. von einer besonders empfindlichen Art ist, oder wenn er oder sie geringe Dicke hat, wird es bevorzugt, auf die rückwärtige Fläche des Bogens, der Platte od. dgl. eine Grundschicht aus wärmeisolierendem Material oder aus einem sehr starren Material aufzubringen, beispielsweise eine Schicht, Platte od. dgl. aus geschäumtem Polystyrol, oder eine Schicht aus dickem Papier.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. la bis Ie stellen jeweils eine Seitenansicht dar zum Erläutern des Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Fig.2 bis 4 sind graphische Darstellungen, anhand welcher die bei dem Verfahren gemäß der Erfindung angewendeten Arbeitsbedingungen erläutert sind. -to
Fig.5 ist eine graphische Darstellung, anhand welcher die Nützlichkeit eines Produktes erläutert ist, welches mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten worden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung verwendet, welche die gleiche wie eine übliche elektrophotographische Vorrichtung ist, mit der Ausnahme, daß eine starke Lichtquelle, beispielsweise eine Rotlicht-! lalogenlampe von 500 Watt, vorgesehen ist und anstelle des Aufzeichnungspapiers ein Bogen, eine Platte od. dgl. aus einem Material verwendet wird, welches die Eigenschaft hat, bei Erhitzung sein Volumen zu vergrößern.
Fig. la zeigt eine Vorlagezeichnung,die aus Papier 3 besteht, auf dessen Oberfläche gewünscht Musler 1 und 2 gedruckt sind. Diese Vorlage ist dargestellt, um zu zeigen, daß das Muster 2 eine optische Dichte hat, die etwa das Zweifache der optischen Dichte des Musters 1 beträgt Wenn die Vorlage bei der zi'.vor genannten Vorrichtung verwendet wird, werden Musler 5 und 6 eines Toners auf der Oberfläche einer elektrophotographischen Schicht 4 entw .kc't, die in der Vorrichtung so verwendet wird wie bei einem gewöhnlichen elektrophotographischen Verfahren, wobei zu diesem Zeitpunkt der Toner nicht fixiert ist (F i g. 1 b). Das Muster 5 entspricht dem Muster 1 der Vorlage, und das Muster 6 entspricht dem Muster 2 der Vorlage. Demgemäß ist das Muster 6 aus einer Tonermenge zusammengesetzt, die etwa das Zweifache der Tonermenge beträgt, aus der das Muster 5 zusammengesetzt ist
Als nächstes werden die Muster 5 und 6 auf einen Bogen, eine Platte 8 od. dgl. in Form von Mustern 9 und
10 übertragen, wie es in Fig. Ic dargestellt ist. Der Bogen, die Platte 8 od. dgl. ist beispielsweise aus Mikrokapseln 11 und einem Binder 12 hergestellt und seine bzw. ihre Fähigkeit, Licht zu absorbieren, sollte geringer sein als die betreffende Fähigkeit des Toners, der die Muster 9 und 10 darstelle Ein Unterlagebogen, eine Unierlageplatte 7 od. dgl., beispielsweise aus geschäumtem Polystyrol, ist an die Unterfläche des Bogens, der Platte 8 od. dgl. gebunden. Der Bogen, die Platte 8 od. dgl. mit den übertragenen Mustern 9 und 10 wird dann von einer starken Lichtquelle 13 bestrahlt, wie es in F i g. Id dargestellt ist Da der Toner Licht von dieser Bestrahlung absorbiert, erzeugen die Muster 9 und 10 Wärme, die auf denjenigen Teil des Bogens, der Platte 8 od. dgl. übertragen wird, der sich unmittelbar unter den Mustern 9 und 10 befindet Da das Muster 10 eine größere Tonermenge als das Muster 9 enthält, wird der unmittelbar unter dem Muster 10 liegende Teil des Bogens, der Platte 8 od. dgl. stärker erhitzt als der unmittelbar unter dem Muster 9 liegende Teil des Bogens, der Platte 8 od. dgl.
Derjenige Teil des Bogens, der Platte 8 od. dgl., der kein Muster trägt, entwickelt praktisch kaum Wärme zufolge der geringeren Fähigkeit des Materials, Licht zu absorbieren.
Wenn die Lichtbestrahlung in gewissem Ausmaße fortgesetzt wird, wird der Binder 12, der in den unmittelbar unter den Mustern 9 und 10 liegenden Teilen des Bogens, der Platte 8 od. dgl. enthalten ist, erweicht, so daß ein Ausdehnen der Mikrokapseln 11 ermöglicht ist. Durch das Ausdehnen der Mikrokapseln
11 werden die Muster 9 und 10 gegenüber demjenigen Teil der Oberfläche des Bogens, der Platte 8 od. dgl., die keine Wärme entwickeln, auf eine größere Höhe gehoben. Wenn die Muster 9 und 10 auf die gewünschte Höhe H 1 bzw. H 2 gehoben sind, wird die Lichtbestrahlung beendet. Demgemäß wird der Toner auf der genannten Höhe gehärtet und die Muster werden fixiert. F i g. 1 e zeigt diesen Zustand. In dieser Figur sind mit den Bezugszeichen 9' und 10' fixierte Muster bezeichnet, welche die gleichen Konturen bzw. Umrisse wie die Muster 1 und 2 auf der Vorlagezeichnung haben. Mit dem Bezugszeichen 11' sind ausgedehnte Mikrokapseln bezeichnet. Da das Muster 10 etwa die doppelte Tonermenge wie das Muster 1 enthält, entwickelt der unmittelbar unter dem Muster 10 liegende Teil des Bogens, der Platte 8 od. dgl. ungefähr doppelt so viel Wärme wie der unmittelbar unter dem Muster 9 liegende Teil des Bogens, der Platte 8 od. dgl., und etwa die doppelte Anzahl von Mikrokapseln 11 wird ausgedehnt, um das Muster 10 auf eine Höhe zu heben, die etwa das Doppelte dei Höhe beträgt, auf welche das Muster 9 gehoben wird.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Bogen, eine Platte od. dgl. verwendet, der bzw. die zusammengesetzt ist aus Mikrokapseln, einem Binder und bis zu 50 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der beiden Bestandteile, eine Pulvers aus lichtleitendem Material für die Elektrophotographie (beispielsweise ein Zinkoxidpulver). Die Verwendung eines solchen Bogens, einer solchen Platte od. dgl. macht es möglich, ein Muster direkt an dem Bogen, der Platte od. dgl zu entwickeln, ohne die Verwendung der elektrophotographischen Schicht 4, d. h. ohne Ausfüh-
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rung des Arbeitsschrittes zur Übertragung. Demgemäß kann das gewünschte Relief mittels eines vereinfachten Verfahrens hergestellt oder erzeugt werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ergibt sich ein Bestreben für ein unbeabsichtigtes Wachsen eines Musters, d. h. seiner Ausdehnung in Querrichtung (R 1 bzw. R 2) in Abhängigkeit von dem beabsichtigten Heben (H 1 bzw. HT) des Musters, wie es in Fig. Ie übertrieben dargestellt ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen experimentelle Daten, die die Relation zwischen der Bestrahlungszeit und dem Ausmaß des Hebens bzw. die Relation zwischen der Bestrahlungszeit und dem Ausmaß des Wachsens zeigen.
Bei den Experimenten gemäß den F i g. 2 und 3 wurde ein Kreismuster mit einem Durchmesser von 5 mm und einer optischen Dichte von 1,5 auf der Oberfläche eines 0,2 mm dicken weißen Bogens gebildet, der aus Mikrokapseln und einem Vinylacetat-Polymeren zusammengesetzt war, wobei das Muster unter Verwendung von Ruß enthaltendem Toner gebildet wurde. Das Gebilde wurde der Strahlung einer Halogenlampe von 500 Watt ausgesetzt, die in einem Abstand von 50 mm oberhalb des Bogens angeordnet war. Fig. 2 zeigt, daß das Heben des Musters (schwarzer Teil) im wesentlichen nach einer Bestrahlung von zwei Sekunden eine V^ Grenze erreicht, und daß nach einem Bestrahlen von 2,2 see. das Heben desjenigen Teiles des Bogens (weißer Teil) beginnt, der kein Muster trägt. F i g. 3 zeigt andererseits, daß das Wachsen des Musters (R 1 bzw. R2 in Fig. 1e) nach einer Bestrahlung von 1,7 see. beginnt. Aus den F i g. 2 und 3 ist daher ersichtlich, daß unter den obengenannten Bedingungen vorragende Teile oder Erhebungen ohne Wachsen in die Breite gebildet werden können, wenn die Bestrahlung in einem Zeitraum zwischen einer Sekunde und 1,7 see. ausge- v> führt wird.
Die Höhe des Hebens steht auch in Verbindung mit der optischen Dichte des Musters. F i g. 4 zeigt die Ergebnisse von Experimenten, die unter den vorgenannten Bedingungen ausgeführt wurden mit der Ausnahme, daß die optische Dichte des Kreismusters geändert wurde. Fig.4 zeigt demgemäß, daß. wenn die Bestrahlungszeit unverändert bleibt, das Heben umso höher ist, je höher die optische Dichte des Muslers ist.
Aus den Daten in den F i g. 2 bis 4 ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung ein gewünschtes Relief frei erzeugt werden kann durch richtiges Einstellen der optischen Dichte des Muslers, der Intensität der Bestrahlung, der Bestrahlungszeit usw.
Ein Relief, welches mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugt worden ist, kann vorteilhaft für Braille-Symbole für Blinde verwendet werden, beispielsweise für Photographien, Zeichnungen, Dokumente usw., die bzw. deren Inhalt durch Abtasten erkannt werden soll. Fig.5 zeigt eine graphische Darstellung mit experimentellen Daten, die dieses demonstrieren.
Bei dem in F i g. 4 dargestellten Experiment wurde ein Erkennungstest ausgeführt mit blinden Personen und mit sehfähigen Personen, deren Augen verdeckt wurden. Es wurden vier Typen eines Reliefs gemäß der Erfindung verwendet, zusammengesetzt aus einem Bogen, einer Platte od. dgl. und zehn römischen Buchstaben gleicher Größe (6 χ 6 mm, 8 χ 8 mm, 12x12 mm bzw. 18x18 mm), die auf eine Höhe von 0,5 mm gehoben worden waren. F i g. 5 zeigt das Mittel der Erkennungsgeschwindigkeiten für zehn Buchstaben jeder Größe.
Es ist ersichtlich, daß die Erkennungsgeschwindigkeit der blinden Person viel höher als diejenige von sehfähigen Personen ist. Diese Tatsache zeigt, daß Reliefs oder erhabene Darstellungen gemäß der Erfindung für eine blinde Person sehr leicht und bequem zu erkennen sind. Die besonders hohe Erkennungsgeschwindigkeit bei Buchstaben mit der Größe von 12 χ 12 mm wird der Tatsache zugeordnet, daß die Größe der Fingerspitze im wesentlichen dieser Größe entspricht.
Zusätzlich können Reliefs oder erhabene Darstellungen, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, auch auf Gebieten angewendet werden, auf denen die oben beschriebene Struktur und die oben beschriebenen Eigenschaften vorteilhaft ausgenutzt werden können, beispielsweise bei Vorlagebögen, Vorlageplatten od. dgl. für Reliefdruck oder Prägedruck, und auch für dreidimensionale Karten.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 2921 Oil
1. Verfahren zum Erzeugen eines Reüefs, dadurch gekennzeichnet, daß eine Musterschicht auf der Oberfläche eines Bogens, einer Plane od. dgl. gebildet wird, der bzw. die aus einem Material gebildet ist, welches die Eigenschaft hat sein Volumen bei Erhitzung zu vergrößern, das Muster aus einem Material gebildet wird, welches eine größere Fähigkeit, Licht zu absorbieren, als das zuvor genannte Material hat, danach die gesamte obere Fläche des Bogens, der Platte od. dgl. gleichmäßig mit so starkem Licht bestrahlt wird, daß in ausgewählter Weise derjenige Teil des Bogens, der Platte od. dg!, erwärmt wird, der sich nahe oder neben der Unterl'läche der Musterschicht befindet, und daß dadurch die Musterschicht gegenüber der Oberfläche des Bogens, der Platte od. dgl. entsprechend der Volumenvergrößerung des betreffenden Teiles des Bogens, der Platte od. dgl. gehoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch ä, dadurch gekennzeichnet, daß die Musterschicht mittels einer elektrophotographischen Technik gebildet wird, wobei das Pulver für die Elektrophotographie aus einem Material besteht, das Licht in Wärme umsetzt und die Wärme an die Unterlage weitergibt.
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