JP3596574B2 - 熱記録方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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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