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Die Erfindung bezieht sich auf das
Thermodrucken, insbesondere auf das Thermodrucken der Art, bei der
ein Farbstoffspendermedium und ein Farbstoffempfangsmedium zwischen
einem Thermodruckkopf und einer nachgiebigen Auflagewalze zur bildweisen Übertragung
von auf dem Farbstoftspendermedium vorhandenem Bildmaterial auf
das Farbstoffempfangsmedium hindurchtransportiert werden. Die Erfindung
eignet sich besonders für
Drucker, bei denen aufeinanderfolgende Farbstoffbilder unterschiedlicher
Farbe paßgenau auf
das Empfangsmedium übertragen
werden, um auf diesem ein mehrfarbiges Farbstoffbild zu erzeugen.
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Bei einem Thermodrucker werden ein
Farbstoftempfangsmedium, zum Beispiel ein Blatt oder Band, und ein
Farbstoffspendermedium zusammen durch einen zwischen einem Druckkopf
und einer drehbaren Auflagewalze ausgebildeten Druckspalt hindurchgeführt. Der
Druckkopf erwärmt
das Spendermedium bildweise, wodurch Farbstoff oder ein anderes
das Bild ausbildendes Material bildweise auf das Empfangsmedium übertragen
wird, während
das Spendermedium und das Empfangsmedium durch den Walzenspalt hindurchlaufen. Zur
Herstellung mehrfarbiger Bilder wird das Empfangsmedium dann zusammen
mit einem andersfarbigen Farbstoftspendermedium nochmals durch den
Walzenspalt hindurchgeführt.
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Wie dem Fachmann bekannt ist, arbeitet
ein Thermodruckkopf mit einer Reihe in engem Abstand zueinander
angeordneter Widerstandselemente, die selektiv aktiviert werden,
um Daten auf Papier oder einem anderen Medium aufzuzeichnen. In
Abhängigkeit
von Text, Balkencodes, Bild- oder grafische Darstellungen wiedergebenden
gespeicherten digitalen Informationen wird den Widerstandselementen über Treiberschaltungen
von einer Stromversorgung aus Energie zugeführt. Die Wärme der einzelnen aktivierten
Elemente kann direkt auf das wärmeempfindliche
Material oder auf ein farbstoffbeschichtetes Spendermedium übertragen werden,
um die Übertragung
des Farbstoffs durch Diffusion auf Papier oder ein anderes Empfangsmedium
zu bewirken.
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Für
den Transport des Empfangsmediums in einem Thermodrucker zur Farbstoffübertragung
sind zwei mechanische Funktionen erforderlich. Erstens muß das Empfangsmedium
an der Schnittstelle Druckkopf/Empfangsmedium nachgiebig ausgebildet
sein, damit die Bilder gleichmäßig auf
das Empfangsmedium übertragen
werden können.
Zweitens ist ein Empfangsmedium-Transportmechanismus erforderlich,
dessen Funktion für
alle Farbebenen wiederholbar sein muß.
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In 1–3 sind drei Thermodrucker-Mechanismen
dargestellt. 1 zeigt
einen Drucker 10 mit einer Auflagewalze 12, auf
der ein Empfangsmedium 14 mittels einer Klammer 16 gehalten
ist. Die Auflagewalze ist im Bereich des Walzenspalts zwischen der
Auflagewalze und einem Druckkopf 18 nachgiebig. 2 zeigt einen Drucker 20 mit
einer Auflagewalze 22 und einem Paar Klemmwalzen 24 und 26,
die ein Empfangsmedium 28 durch den Walzenspalt zwischen
der Auflagewalze 22 und einem Druckkopf 30 hindurchtransportieren.
Bei den bekannten Ausführungsformen
gemäß 1 und 2 wird das Empfangsmedium während des
Druckens aller Farbebenen von der Klammer 16 bzw. den Klemmwalzen 24 und 26 fest
in Anlage gehalten.
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3 zeigt
einen Drucker 32 mit einem Walzentransportmechanismus.
Hier wird ein Empfangsmedium 34 zur Ausführung einer
Vielzahl von Durchgängen
durch einen Walzenspalt zwischen einem Thermodruckkopf 36 und
einer Auflagewalze 38 durch eine (teilweise dargestellte)
geschlossene Bewegungsbahn bewegt. Das Empfangsmedium und ein Spendermedium 14 werden
von der Auflagewalze selbst durch den Walzenspalt hindurchtransportiert,
was das Gerät
vereinfacht. Die beiden Funktionen, nämlich Nachgiebigkeit und Transport,
werden beide von der Auflagewalze selbst erfüllt. Dieser Walzentransportmechanismus
ist insofern vorteilhaft, als er im Vergleich zu den beiden Mechanismen
gemäß 1 und 2 aus weniger Teilen besteht und daher
kostengünstig
ist. Da das Empfangsmedium 34 jedoch nicht durch mechanische
Teile gehalten ist, kann bei diesem Mechanismus eine Fehlausrichtung
zwischen den einzelnen Farbebenen vorkommen.
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Die Auflagewalze eines Thermodruckers
besteht normalerweise aus einer starren Welle, die wegen der erforderlichen
mechanischen Festigkeit normalerweise aus Metall besteht, und einer
die Welle umgebenden Elastomerschicht zur Erzielung der erforderlichen
Nachgiebigkeit. Im Falle von US-A-5 078 519 wird das Empfangsmedium
mittels einer Treibrollen-Anordnung transportiert. Der Durchhang
des Empfangsmediums zwischen den Achsen der Auflagewalze und der
Treibrollen verursacht jedoch während
des Druckens einen schrägen
Verzug des gedruckten Bildes. Da das Empfangsmedium von einem Paar
Andruckrollen und der Auflagewalze angetrieben wird, bleibt der
Durchhang des Empfangsmediums meistens auch während des Druckvorganges bestehen.
Dadurch, daß man
ein Gleiten des Empfangsmediums auf der Auflagewalze gestattet, läßt sich
der Durchhang des Empfangsmediums vermeiden. Die in US-A-5 078 519
beschriebene Technik besteht darin, dass man den Reibungskoeffizienten
zwischen dem Empfangsmedium und der Auflagewalze durch Beschichtung
der Außenfläche der
Auflagewalze mit TeflonTM verringert.
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Die nicht paßgenaue Ausrichtung der Farben
bei walzengetriebenen Thermodruckern hat ihre Ursache in der Empfindlichkeit
der Elastomerschicht gegenüber
Schwankungen der von außen
einwirkenden Kraft. Zwischen den einzelnen Farbebenen sind die Bilddichten
normalerweise unterschiedlich (bei nicht neutralen Bildern) und
der Druckkopf bringt daher unterschiedliche Wärmemengen beim Drucken der
unterschiedlichen Farbebenen auf. Die unterschiedlichen Drucktemperaturen
beeinflussen den Reibungskoeffizienten an der Schnittstelle Druckkopf/Spendermedium
und verursachen damit Schwankungen der Widerstandskräfte im Spendermedium,
Empfangsmedium und in der Auflagewalze. Diese unterschiedlichen
Widerstandskräfte
erzeugen eine unterschiedliche Schubverformung (oder elastische
Verdrehung) der Gummischicht auf der Auflagewalze, die ihrerseits
zu unterschiedlichen Bewegungen des Empfangsmediums in den einzelnen
Farbebenen, d. h. zu nicht paßgenauer
Ausrichtung der Farben führt.
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Eine Technik, mit der die Schubverformung
und damit die nicht paßgenaue
Ausrichtung der Farben bei walzengetriebenen Vorrichtungen vermindert
werden kann, besteht darin, das Schermodul der Elastomerschicht
der Auflagewalze zu erhöhen.
Mit einer Erhöhung
des Schermoduls verringert sich jedoch meistens gleichzeitig die
Nachgiebigkeit der Auflagewalze, und dies ist im Hinblick auf die
Gleichmäßigkeit
des Druckergebnisses nicht erwünscht.
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US-A-5 021 804 bezieht sich auf einen
Thermo-Farbdrucker, bei dem ein Tintenfilm und ein Aufzeichnungsmedium
in engem Kontakt zueinander zwischen einem Thermodruckkopf und einer
Auflagewalze hindurchtransportiert werden. Insbesondere beschreibt
dieses Patent eine Auflagewalze mit einem Metallkern zur Übermittlung
einer Transportkraft, einer um den Kern herum aufgebrachten Gummischicht,
die bewirkt, dass der Thermodruckkopf über einen größeren Bereich
Druck auf die Walze ausübt,
und einer die Oberfläche
der Gummischicht bedeckenden Fluorharzschicht zur Verminderung des
Reibungswiderstandes zwischen der Walze und Leporellopapier. Außerdem offenbart
dieses Patent, dass es allgemein wünschenswert ist, dass die Fluorharzbeschichtung
eine Dicke von 15 bis 25 μm
aufweist, um einen ausreichend großen Druckkontaktbereich und
hohe Haltbarkeit sicherzustellen. Ferner weist die Auflagewalze
gemäß diesem
Patent eine nach dem Federhärtetest
JIS, K6301, 5.2, Verfahren A, gemessene Oberflächenhärte von 35 ± 5 Grad auf, so dass bei
Druckanlage des Thermodruckkopfs ein ausreichender Übertragungsbereich
entsteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun,
die vorstehend erwähnte
Schwierigkeit dadurch zu überwinden,
daß sie
eine Auflagewalzenkonstruktion bereitstellt, die die paßgenaue
Ausrichtung der Farben ohne Einbuße an Nachgiebigkeit im Walzentransportmechanismus
verbessert.
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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebene
Aufgabe der Erfindung wird die Erfindung durch die verschiedenen
beiliegenden Ansprüche
definiert.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, den Einsatz eines kostengünstigen Walzentransportmechanismus
mit verbesserter Farbausrichtung und ohne Einbuße an Nachgiebigkeit im Walzenspalt
zwischen der Auflagewalze und dem Druckkopf zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren Aufgabe der
Erfindung soll die Passgenauigkeit der Farben verbessert werden, ohne
dass eine Veränderung
des Druckverfahrens oder zusätzliche
mechanische Teile im Thermodrucker erforderlich werden.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal
weist ein Walzentransportmechanismus einen Thermodruckkopf mit einer
Anordnung selektiv aktivierbarer Thermoelemente und eine drehbar
angetriebene Auflagewalze auf, die dem Druckkopf gegenüber angeordnet
ist und mit ihm einen Spalt bildet, durch den das Empfangsmedium
von der Auflagewalze angetrieben wird, während die Thermoelemente wahlweise
aktivierbar sind, wobei die Auflagewalze eine äußere Schicht aus perfluoriertem
Polymer mit einer Dicke von etwa 0,003 cm (0,001 Zoll) bis etwa
0,051 cm (0,02 Zoll) aufweist, die die Schereigenschaften der Auflagewalze
verändert, ohne
die Nachgiebigkeit der Auflagewalze zu vermindern.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Auflagewalze unter der äußeren Schicht aus perfluoriertem
Polymer eine nachgiebige Schicht auf.
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Die Erfindung, ihre Aufgaben und
Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
besser ersichtlich.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines bekannten Empfangsmedium-Transportmechanismus mit
Klammer und Walze;
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2 eine
schematische Seitenansicht eines bekannten Empfangsmedium-Transportmechanismus mit
Treibrollen-Antrieb;
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3 eine
schematische Seitenansicht eines bekannten Empfangsmedium-Transportmechanismus mit
Auflagewalzenantrieb;
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4 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Empfangsmedium-Transportmechanismus
mit Auflagewalzenantrieb; und
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5 die
molekulare Struktur eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Materials.
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Die Beschreibung richtet sich insbesondere
auf jene Elemente, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind oder direkter
mit ihr zusammenwirken. Es versteht sich, daß hier nicht speziell dargestellte
oder beschriebenen Elemente in unterschiedlicher, für den Fachmann
bekannter Weise ausgebildet sein können.
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In 4 ist
ein Bereich 42 eines mit Thermo-Fabstoffübertragung
arbeitenden Druckers ähnlich
dem gemäß 3, jedoch mit dem erfindungsgemäßen Aufbau,
dargestellt. Ein Empfangsmedium 44 wird durch einen Spalt
zwischen einem Thermodruckkopf 46 und einer Auflagewalze 48 hindurchtransportiert.
Die Auflagewalze wird von einem Antriebsorgan, z. B. einem Motor 50,
angetrieben und transportiert ihrerseits das Empfangsmedium und
das Farbstoffspendermedium 52 durch den Spalt.
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Die Auflagewalze 48 umfasst
eine starre Welle 54, die wegen der erforderlichen mechanischen
Festigkeit normalerweise aus Metall besteht, und zur Herstellung
der erforderlichen Nachgiebigkeit eine die Welle umgebende nachgiebige
Schicht 56, z. B. aus einem Elastomer. Erfindungsgemäß ist über der
nachgiebigen Schicht 56 eine Schicht 58 aus einem
perfluorierten Polymer aufgebracht. Die molekulare Struktur eines
Beispiels des perfluorierten Polymers ist in 5 dargestellt.
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Als Beispiel für das Konzept der Erfindung
sei angenommen, daß die
Auflagewalze 48 aus einer Stahlwelle 54 von 1,270
cm (0,5 Zoll) Durchmesser und einer diese umgebenden Silikon-Elastomerschicht 56 von 0,267
cm (0,105 Zoll) Dicke besteht. Die Auflagewalze ist mit einer auf
der Oberfläche
der Silikonschicht aufgebrachten Schicht 58 aus perfluoriertem
Polymer in einer Dicke von 0,005 cm (0,002 Zoll) beschichtet.
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Beim Testen der Vorrichtung wurden
zur Prüfung
der nicht paßgenauen
Ausrichtung der Farben zwei Auflagewalzen in einem Walzenantriebsmechanismus
montiert. Eine entsprechende Messung der Elastomerschicht der beiden
Walzen ergab eine Shorehärte
von 30 (Verfahren A). Eine der Walzen wies eine perfluorierte Polymerbeschichtung
auf, die andere nicht. Als Empfangsmedium wurden Einzelblätter verwendet.
Die Beschichtungsstruktur des verwendeten Thermo-Empfangsmediums
ist in der gemeinsam abgetretenen US-A-5 244 861 beschrieben. Das
Empfangsmedium bestand aus Hochglanzpapier, auf das eine mikroporöse Verbundstoffschicht
im Extrusionsverfahren auflaminiert wurde. Auf den Verbundstoff-Film
wurden der Reihe nach eine Unterschicht, eine Farbempfangsschicht
und eine Farbempfangs-Deckschicht aufgebracht. Auf die Rückseite
des Empfangsmediums wurde zunächst
im Extrusionsverfahren eine Schicht hochdichten Polyethylens (30
g/m2) und danach eine Antistatik-Schicht
aufbeschichtet. Die antistatische Schicht enthielt 4% Polystyrol-Kügelchen
von 3 μm
bis 4 μm
Durchmesser. Das verwendete Testbild enthielt entlang zweier in
Bewegungsrichtung liegender Seiten des Druckbilds Prüfmarkierungen
in gleichbleibendem Abstand sowie einen einheitlichen Bereich größter Dichte
in der Farbe Magenta. Unter Verwendung dieses Testbilds wurde der größtmögliche Unterschied
in der Reibungskraft zwischen verschiedenen Farbebenen und damit
eine maximale Farb-Fehlüberdeckung
erzeugt. Die schlimmste Fehlüberdeckung
der Farben trat im unteren Bereich der Druckbilder auf. Es wurden
mit beiden Auflagewalzen mehrere Drucke mit 5 ms/Zeile hergestellt.
Die Ergebnisse der beiden Walzen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt,
in der der Farb-Versatz der Farbebenen Gelb und Magenta relativ
zur Farbebene Cyan in Seitenrichtung von oben nach unten einmal
für eine Auflagewalze
mit perfluorierter Polymerbeschichtung und einmal für eine Auflagewalze
ohne Beschichtung verglichen werden. Die Auflagewalze mit der pertluorierten
Polymerbeschichtung ergibt eindeutig eine sehr viel bessere Farb-Paßgenauigkeit
im Vergleich zu einer Auflagewalze ohne Teflon-Schicht.
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Tabelle:
Versatz (0,01 Zoll)
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Eine ähnliche Verbesserung der Farb-Passgenauigkeit
wurde in Versuchen mit Auflagewalzen mit der perfluorierten Polymerbeschichtung
bei folgenden Parametern beobachtet:
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Der Außendurchmesser der Auflagewalze
wurde auf 1,803 cm (0,710'') festgelegt und
der Durchmesser des Stahlkerns entsprechend variiert.
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Dagegen verbesserte eine Beschichtung
mit TeflonTM-Material die Farb-Passgenauigkeit
nicht. Es wurden zwei Auflagewalzen getestet. Eine Auflagewalze
mit einer Shorehärte
A von 20 und einer 0,267 cm (0,105'')
dicken Silicongummischicht auf einem 1,270 cm (0,5'' dicken Stahlkern wurde mit einer 0,005
cm (0,002'') dicken Schicht
eines TeflonTM-Materials beschichtet. Eine andere Auflagewalze,
die einen Polyurethan-Überzug
mit einer Shorehärte
A von 40 und einer Dicke von 0,267 cm (0,105'')
auf einem 1,270 cm (0,5'') dicken Stahlkern
aufwies, wurde mit einer 0,005 cm (0,002'')
dicken Schicht eines TeflonTM-Materials
beschichtet. Bei beiden Auflagewalzen blieben signifikante Farb-Fehlüberdeckungen
auf den Drucken bestehen.
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Für
den Fachmann ist ersichtlich, dass der Reibungskoeffizient groß genug
sein muss, damit das Empfangsmedium unter normalem Kopf-Auflagedruck,
zum Beispiel etwa 5,9 kg (13 lbs.) bei einem seitenbreiten Druckkopf,
von der Auflagewalze transportiert werden kann. Ferner muss natürlich die
perfluorierte Polymerschicht stark genug sein, etwaige Ausbauch-Effekte
vermindern zu können,
die entstehen können,
wenn eine weiche Elastomerschicht im Spalt zwischen Druckkopf und
Auflagewalze transportiert wird. Die Verringerung dieses Ausbauch-Effekts
führt auch
zu einer Verringerung der elastischen Verdrehung der Elastomerschicht und
ist somit wahrscheinlich verantwortlich für die verbesserte Farb-Passgenauigkeit
des Walzentransportmechanismus.
