JP3704956B2 - 画像記録装置及び画像記録方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像記録装置及び画像記録方法、特に、コレステリック相を示す液晶性化合物を有する可逆性感熱記録媒体へ所定の画像を記録するための装置及び方法に関する。
【０００２】
【発明の背景と課題】
近年、省エネルギー、環境保護の観点から、ペーパーレス、省ペーパーを目的として、情報を書き換え可能なリライタブルシートの開発が進められている。また、ＩＣカードやプリペイドカードの発展に伴って情報を書き換え可能な記録材料が種々開発されている。しかしながら、現在実用化されているリライタブルな記録材料は白黒又はモノカラーであり、フルカラー表示可能な材料が望まれている。
【０００３】
フルカラー表示可能なリライタブル材料としては、高分子コレステリック液晶性化合物が知られているが、記録時の応答速度が遅く、実用化に至っていない。これを改善した材料として低分子コレステリック液晶性化合物が提案されている。この液晶性化合物は室温よりも高い温度領域でコレステリック相を示し、温度に応じた反射色を示す。さらに、これらの温度から急冷すると、急冷前の反射色を保持する。即ち、この液晶を均一に塗布したシートを種々の温度に加熱し、冷却することで、表示色を自由に選択して多色あるいはフルカラーの情報（画像）を得ることができ、ある一定の温度に再加熱して冷却することで画像の消去も可能である。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、加熱温度に応じて表示色が変化し、その温度から急冷することで表示色が固定化する記録媒体に対して、効率的に高品位の画像を書き込むことのできる記録装置を提供することにある。
【０００５】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る画像記録装置は、記録層として、所定温度領域内の加熱温度に応じて表示色が変化し、冷却することで表示色が固定化する低分子コレステリック液晶性化合物からなる液晶材料を有した記録媒体へ画像を記録する装置において、前記記録媒体を加熱することによって前記記録媒体に既に記録されている画像を消去する消去手段と、前記消去手段によって一旦加熱された記録媒体に画像を記録するための加熱手段であって、選択的に発熱可能で発熱温度がそれぞれ異なる複数の発熱体を走査方向に所定の間隔で配置したサーマルヘッドを備えた加熱手段と、を有し、前記複数の発熱体の発熱温度をそれぞれ制御することによって前記記録媒体の表示色を選択し、かつ、複数の発熱体の走査に伴って発熱温度の高い発熱体から順次画像を記録していくことを特徴とする。
また、本発明に係る画像記録方法は、記録層として、所定温度領域内の加熱温度に応じて表示色が変化し、冷却することで表示色が固定化する低分子コレステリック液晶性化合物からなる液晶材料を有した記録媒体へ画像を記録する方法において、前記記録媒体を加熱することによって前記記録媒体に既に記録されている画像を消去する消去工程と、前記消去工程によって一旦加熱された記録媒体に、選択的に発熱可能で発熱温度がそれぞれ異なる複数の発熱体を走査方向に所定の間隔で配置したサーマルヘッドを用いて画像を記録する記録工程と、を備え、前記記録工程では、複数の発熱体の発熱温度をそれぞれ制御することによって前記記録媒体の表示色を選択し、かつ、複数の発熱体の走査に伴って発熱温度の高い発熱体から順次画像を記録していくことを特徴とする。
【０００６】
記録媒体としては、低分子コレステリック液晶化合物からなる記録層を有するシートが使用される。この液晶化合物は加熱温度に応じて表示色が変化し、その温度から急冷することで表示色が固定化する特性を有している。従って、サーマルヘッドの発熱体の発熱温度を制御することで表示色を自由に選択して白黒表示、モノカラー表示又はフルカラー表示を行うことが可能である。また、一定の温度まで加熱して冷却すると、透明ないし散乱状態を示し、記録された情報が消去される。
【０００７】
ところで、フルカラーの画像を記録するには、サーマルヘッドを走査させつつその発熱温度を変化させながら書き込む必要がある。この場合、一つの発熱体を使用するのでは、印加電圧を微妙に制御する必要があり、現実的には困難である。従って、本発明に係る画像記録装置においては、サーマルヘッドは発熱温度がそれぞれ異なる複数の発熱体を走査方向に所定の間隔で配置している。即ち、複数の発熱体はオン／オフの２値制御とし、加熱温度は赤、緑、青それぞれに設定される。
【０００８】
また、本発明によれば、発熱温度の異なる複数の発熱体を走査して画像の書き込みを行い、画像の書き込みは加熱温度の高い発熱体から順次行うため、後から書き込む画像（加熱）によって前に書き込まれた画像の変化がなく、画像品位の向上を図ることができる。記録速度を高めるためには（記録時間の短縮化）、サーマルヘッドの往動及び復動共に発熱体を制御して画像を書き込めばよい。この場合、加熱温度の順序を往動と復動とで一定に揃える必要がある。複数の発熱体による往動及び復動ごとの発熱温度の順序は、各発熱体に印加する電圧値を制御したり、サーマルヘッドを１８０°回転させることで揃えることができる。
【０００９】
本発明に係る画像記録装置は、記録媒体に既に記録されている画像を消去する消去手段を有しているため、新たに記録された画像の品位を向上させることができる。さらに、画像の記録に先立って記録媒体を予め加熱する予備加熱手段を有すれば、記録処理を効率的に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像記録装置及び画像記録方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
（記録媒体の説明）
（第１例、図４、図５参照）
図４において、第１例としての可逆性感熱記録媒体１は、下からベース層２、中間層３、記録層４、保護層５によって構成されている。ベース層２は、紙や、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の可撓性を有するシート材からなる。中間層３は、可視光を吸収する機能を有する成分を含み、記録層４と接する面が滑らかに形成されている。具体的には、シリコン樹脂にカーボンブラックを分散させ、さらに触媒を混合したイソプロピルアルコール溶液をベース層２上に塗布し、乾燥熱硬化させた。
【００１２】
なお、中間層３が着色半透明のものである場合、良好なフルカラー画像を再現するために、ベース層２は光吸収性あるいは中間層３との組み合わせで光吸収性となることが望ましい。中間層３として透明のものを使用することも可能であるが、その場合はベース層２に光吸収性を持たせることが望ましい。
【００１３】
記録層４は、低分子コレステリック液晶性化合物を含む液晶層であり、具体的には、トルエンに１０，１２−ドコサジインジオン酸ジコレステリルを混合溶解させ、この溶液を中間層３上にブレードによって塗布し、加熱乾燥させて可逆性感熱記録層４とした。記録層４の厚さに関しては、３〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは６〜３０μｍの範囲である。
【００１４】
この第１例としての記録媒体１では、８７〜１１５℃に加熱すると、コレステリック液晶性化合物がヘリカル軸を中間層３に対して垂直方向を向くコレステリック相を示し、温度に応じた特定の波長の光を反射する。約８７℃で赤色、約９５℃で緑色、約１１５℃で青色を示し、それらの温度から急冷することによってその反射状態のまま固体化する。
【００１５】
また、約１１９℃以上に加熱した後に急冷すると透明になる。即ち、記録媒体１の全面を１１９℃以上に加熱した後に急冷すると、記録層４は全面が透明状態になる。このとき、矢印Ａ方向から目視する観察者に対しては、可視光が中間層３で吸収されるため、黒色表示になる。
【００１６】
この記録媒体１に対して、画像情報に応じて部分的に加熱、急冷を行うと、加熱された部分が加熱温度に応じた反射色を示す。図４において、符号４ａが透明状態の部分を示し、符号４ｂがコレステリック相のまま残された部分を示す。従って、９５℃で書き込みを行うと、矢印Ａ方向から見ると、黒地に緑色の表示を観察することができる。また、８７℃、９５℃、１１５℃で書き込みを行うと、フルカラーの表示が可能である。反射率を低く表示したい部分では、黒色表示部分を混ぜ合わせることで結果的に反射率を下げることができる。
【００１７】
なお、前記記録媒体１では、黒色をバックに液晶の表示色が観察されることになる。中間層３に、特定波長域の可視光を反射する着色剤を添加した場合は、ある１色をバックに液晶による表示色が観察される。白色をバックにした表示を行うのであれば、表示情報のない部分に青、緑、赤の各微小面積をモザイク状に表示し、巨視的に白色表示を行うことで白色のバックとすることが可能である。
【００１８】
一方、約１１９℃以上に加熱した後徐冷すると散乱状態になり白濁する。即ち、記録媒体１の全面を１１９℃以上加熱した後に徐冷すると、記録層４は全面が散乱状態になる。このとき、矢印Ａ方向から目視する観察者に対しては白色表示になる。
【００１９】
この記録媒体１に対して、画像情報に応じて部分的に加熱、急冷を行うと、加熱された部分が加熱温度に応じた反射色を示す。図５において、符号４ａが加熱反射部分を示す。従って、９５℃で書き込みを行うと、矢印Ａ方向から見ると、白色に緑色の表示を観察することができる。
【００２０】
符号４ｂで示した部分は１１９℃以上に加熱された後に急冷され、透明状態になっていることを示している。この部分は観察側（矢印Ａ方向）から見ると中間層３の色、即ち、黒色に見える。従って、１１９℃以上で書き込みを行うと、白地に黒の表示を行うことができる。符号４ｃで示した部分は加熱後に徐冷され、散乱状態となった部分で、通常は書き込みの行われないマージン領域である。また、８７℃、９５℃、１１５℃及び１１９℃以上で書き込みを行うと、フルカラーの表示が可能である。本第１例では、反射率を低く表示したい部分では、黒色表示部分を混ぜ合わせることで結果的に反射率を下げることができる。
【００２１】
（第２例、図６参照）
図６において、第２例としての可逆性感熱記録媒体１１は、下からベース層１２、中間層１３、記録層１４、保護層１５によって構成されている。記録層１４以外は前記第１例と同様である。記録層１４は、低分子コレステリック液晶性化合物と高分子樹脂との複合膜からなり、液晶組成物１４ａと樹脂膜１４ｂとに分離され、さらに、樹脂や無機酸化物等からなる球状スペーサ１６が混入されている。記録層１４での画像の記録態様は前記第１例と同様である。
【００２２】
（画像記録装置、全体構成、図１参照）
図１に本発明の一実施形態であるサーマルプリンタを示す。このプリンタは、概略、搬送ローラ対５１、画像消去用ローラ５２と支持ローラ５３、予備加熱プレート５４、支持プレート５５、サーマルヘッド５６、搬送ローラ対５７及び徐冷部材５８から構成されている。
【００２３】
以上のサーマルプリンタにおいて、記録媒体１は矢印Ｂ方向からプリンタに挿入され、ローラ５１，５２，５３によって搬送され、消去用ローラ５２によって１２０℃まで加熱される。このとき、白色を背景に画像書き込みを行う場合は、徐冷部材５８を作動して記録媒体１を徐冷し、記録層４を散乱状態即ち白濁状態とする。黒色を背景に書き込む場合は、徐冷部材５８を作動させず記録媒体１を自然冷却により急冷し、記録層４を透明にする。操作者が前記のどちらの書き込みを行うかを選択できるようにしてもよい。こうして、記録層４を白色又は透明にすることにより、前回記録された画像が消去される。その後、記録媒体１は予備加熱プレート５４上を通じて支持プレート５５上に搬送される。予備加熱プレート５４は一定の温度に制御され、記録媒体１を室温等に拘らず一定の温度（例えば、４０℃）に予備加熱する。
【００２４】
予備加熱された記録媒体１は支持プレート５５上を通過するとき、サーマルヘッド５６が搬送方向Ｂに対して直交する方向Ｃ，Ｃ'（図２、図３参照）に往復移動することによって画像が記録される。サーマルヘッド５６の構成及び記録の態様は以下に詳述するが、サーマルヘッド５６によって加熱される部分は記録媒体１の全体から見れば微小であり、支持プレート５５が熱伝導性の良好な金属製であることから、加熱部分は瞬時に冷却され、表示色が固定化される。記録が終了した記録媒体１は搬送ローラ対５７によってプリンタ外へ排出される。
【００２５】
（サーマルヘッドの説明、図２、図３参照）
サーマルヘッド５６は、図２に示すように、４本の発熱体アレイ６１，６２，６３，６４を記録媒体の搬送方向Ｂと直交する方向Ｃ，Ｃ'に所定の間隔で配置したものであり、記録媒体の全幅寸法にわたって移動しつつ１画素ずつに対応して加熱、非加熱（オン／オフ）を制御され、記録媒体を走査する。
【００２６】
各発熱体アレイ６１〜６４はそれぞれ書き込むべき色を割り当てられており、走査方向に対して加熱温度の高い順序に書き込んでいく。後から書き込む画像（加熱）によって前に書き込まれた画像に変化が生じるのを防止するためである。即ち、矢印Ｃ方向に走査する際には、発熱体アレイ６１は透明（１２０℃）、発熱体アレイ６２は青（１１５℃）、発熱体アレイ６３は緑（９５℃）、発熱体アレイ６４は赤（８７℃）を、それぞれ書き込む。加熱温度の制御は各発熱体アレイ６１〜６４へ印加される電圧値に基づいて行われる。
【００２７】
一方、書き込み速度を高めるには、サーマルヘッド５６の往動及び復動共に走査を実行すればよい。この場合、往動と復動とで書き込み温度の順序を一定に揃える必要がある。第１の手法としては、発熱体アレイ６１〜６４へ印加する電圧値を往動時と復動時とで切り換える、電気的制御方法を採用できる。即ち、矢印Ｃ’方向への復動時には、前記往動時とは逆に、発熱体アレイ６４が透明、発熱体アレイ６３が青、発熱体アレイ６２が緑、発熱体アレイ６１が赤を書き込むように制御する。
【００２８】
第２の手法としては、図３に示すように、サーマルヘッド５６を往動及び復動が終了するごとに１８０°回転させる、機械的制御方法でもよい。具体的には、サーマルヘッド５６の往動終端部及び復動終端部にセンサ７１，７２を設けると共に、サーマルヘッド５６を１８０°回転させるソレノイド７３を設置する。ソレノイド７３はサーマルヘッド５６と一体的に往復移動可能である。サーマルヘッド５６が往動及び復動してそれぞれの走査を終了するとセンサ７１，７２によって検出される。その検出信号は制御部７４に入力され、制御部７４によってソレノイド７２が駆動され、サーマルヘッド５６が１８０°回転することになる。これによって発熱体アレイ６１〜６４の走査方向に対する順序が往動及び復動ごとに一定に揃えられる。第１の手法は、機械的な構成が簡単でサーマルヘッド５６のコンパクト化を達成できる利点を有する。第２の手法は、サーマルヘッド５６の構成や電源電圧の切り換え制御の点で第１の手法の実施が困難な場合に有効である。
【００２９】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る画像記録装置及び画像記録方法は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
例えば、画像露光の直後に記録媒体を急冷する冷却手段を設けるようにしてもよい。サーマルヘッドの構成、特に発熱体アレイの構成は種々のものを採用することができる。
また、可逆性感熱記録媒体としては前記第１例、第２例以外にも種々のものを使用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に用いられるサーマルプリンタを示す概略構成図。
【図２】 前記サーマルプリンタに用いられているサーマルヘッドを示す平面図。
【図３】 前記サーマルヘッドを１８０°ずつ回転させるための概略構成図。
【図４】 記録媒体の第１例を示す断面図。
【図５】 前記第１例の記録媒体において、図４とは異なる表示状態を示す断面図。
【図６】 記録媒体の第２例を示す断面図。
【符号の説明】
１，１１…記録媒体
５２…画像消去用ローラ
５４…予備加熱プレート
５５…支持プレート
５６…サーマルヘッド
６１〜６４…発熱体アレイ

Claims (6)

1. 記録層として、所定温度領域内の加熱温度に応じて表示色が変化し、冷却することで表示色が固定化する低分子コレステリック液晶性化合物からなる液晶材料を有した記録媒体へ画像を記録する装置において、
   前記記録媒体を加熱することによって前記記録媒体に既に記録されている画像を消去する消去手段と、
   前記消去手段によって一旦加熱された記録媒体に画像を記録するための加熱手段であって、選択的に発熱可能で発熱温度がそれぞれ異なる複数の発熱体を走査方向に所定の間隔で配置したサーマルヘッドを備えた加熱手段と、を有し、
   前記複数の発熱体の発熱温度をそれぞれ制御することによって前記記録媒体の表示色を選択し、かつ、複数の発熱体の走査に伴って発熱温度の高い発熱体から順次画像を記録していくこと、
   を特徴とする画像記録装置。
2. 前記サーマルヘッドを往復移動させて走査する際、往動及び復動に応じて前記発熱体の発熱温度の順序を一定に揃えることを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
3. 前記発熱体の発熱温度の順序は、各発熱体に印加する電圧値を制御して一定に揃えることを特徴とする請求項２記載の画像記録装置。
4. 前記発熱体の発熱温度の順序は、前記サーマルヘッドを往動及び復動の終了ごとに１８０°回転させて一定に揃えることを特徴とする請求項２記載の画像記録装置。
5. 画像の記録に先立って記録媒体を予め加熱する予備加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の画像記録装置。
6. 記録層として、所定温度領域内の加熱温度に応じて表示色が変化し、冷却することで表示色が固定化する低分子コレステリック液晶性化合物からなる液晶材料を有した記録媒体へ画像を記録する方法において、
   前記記録媒体を加熱することによって前記記録媒体に既に記録されている画像を消去する消去工程と、
   前記消去工程によって一旦加熱された記録媒体に、選択的に発熱可能で発熱温度がそれぞれ異なる複数の発熱体を走査方向に所定の間隔で配置したサーマルヘッドを用いて画像を記録する記録工程と、を備え、
   前記記録工程では、複数の発熱体の発熱温度をそれぞれ制御することによって前記記録媒体の表示色を選択し、かつ、複数の発熱体の走査に伴って発熱温度の高い発熱体から順次画像を記録していくこと、
   を特徴とする画像記録方法。

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