DE19726470A1 - Thermodrucker und nachgiebige Walze für den Drucker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermodrucker und eine nachgiebige Walze für den Drucker, insbesondere der Art, bei der ein Geber- und ein Empfangs­ element zur bildweisen Übertragung von auf dem Geberelement vorhandenem Bildmaterial auf ein Empfangselement zwischen einem Druckkopf und einer nach­ giebigen Walze hindurchgeführt werden. Die Erfindung ist besonders nützlich für Drucker, bei denen verschiedenfarbige Bilder nacheinander und paßgenau auf das Empfangselement übertragen werden, um auf dem Empfangselement ein mehr­ farbiges Bild zu erzeugen.

Bei Thermodruckern werden ein Empfangsblatt oder eine Empfangsbahn und ein Geberblatt oder eine Geberbahn zusammen durch einen Druckspalt zwischen einem Thermodruckkopf und einer drehbaren Walze hindurchgeführt. Der Druck­ kopf bewirkt eine bildweise Erwärmung des Geberelements, durch die beim Hin­ durchlaufen des Geberelements und des Empfangselements durch den Spalt Farbstoff oder ein ähnliches Material bildweise auf das Empfangsblatt übertragen wird. Zur Herstellung mehrfarbiger Bilder wird das Empfangselement anschließend nochmals zusammen mit einem andersfarbigen Geberelement durch den Spalt hindurchgeführt.

Für die mehrfachen Durchgänge des Empfangselements durch den Spalt zwischen einem Thermodruckkopf und einer Druckwalze wird das Empfangselement entlang einer geschlossenen Bahn transportiert. Bei vielen bekannten Vorrichtungen wird der Transport durch den Walzenspalt durch dem Spalt nachgeschaltete Klemm­ walzen bewirkt, wobei die Druckwalze durch Reibung durch das Empfangselement angetrieben wird. Erfindungsgemäß sind keine Klemmwalzen vorgesehen; viel­ mehr werden das Empfangselement und das Geberelement von der Druckwalze selbst durch den Walzenspalt transportiert, was die Vorrichtung insgesamt verein­ facht.

Die paßgenaue Ausrichtung der Bilder wird durch die Form und die Bewegung der mit einer elastomeren Schicht versehenen Druckwalze beeinträchtigt. Form und Bewegung der Druckwalze ihrerseits werden beeinträchtigt durch den vom Ther­ modruckkopf ausgeübten beträchtlichen Druck, der eine gute Anlage zwischen Geber- und Empfangselement während des Druckvorgangs sicherstellt. Der Druck erzeugt an der Anlagefläche zwischen Druckkopf und Geberelement eine Rei­ bungskraft. Der Druck und die Reibungskraft führen zu einer vorübergehenden Verformung (gelegentlich "Drall" genannt) der Walze. Der Drall bewirkt eine Auf­ wölbung in der Nähe des Druckkopfes sowie Scherkräfte in der elastomeren Schicht von der Außenfläche in Richtung zum Kern der Druckwalze. Da die Rei­ bungskraft an der Anlagefläche zwischen Geberelement und Druckkopf von der lokalen Temperatur abhängt und diese wiederum abhängig ist vom zu druckenden Bildinhalt, ist das Ausmaß der Scherkräfte und der Aufwölbung von Farbe zu Farbe unterschiedlich, was zu Ausrichtungenauigkeiten zwischen verschiedenen Farben führt.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Paßgenauigkeit bei einem Mehrfarben-Thermodrucker zu verbessern, der mit einer Druckwalze, insbesondere einer das Empfangsmedium antreibenden Druckwalze, arbeitet.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden erreicht durch einen Thermo­ drucker, der mit einer Druckwalze arbeitet, und einen Thermodruckkopf, der mit der Druckwalze einen Übertragungsspalt bildet. Die Walze besteht aus einem nach­ giebigen Grundmaterial, zum Beispiel Silikongummi oder Polyurethan, und einem streckfesten, aber zusammendrückbaren Material, das die Scherfestigkeit der Walze erhöht.

Vorzugsweise besteht das streckfeste Material aus einem vernetzten Material, zum Beispiel aus einem Netzwerk oder Gewebe aus Nylon, gewebtem Polyester oder gewebter Glasfaser. Diese Materialien ermöglichen das Zusammendrücken der Walze, wenn der Druckkopf Druck auf sie ausübt, widersteht aber einer seitlichen Bewegung und Aufwölbung der Walze und verringert somit wesentlich die Entste­ hung von Scherkräften.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine in einem Thermodrucker der beschriebenen Art einsetzbare Walze anzugeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Druckbereichs eines Thermo­ druckers;

Fig. 2 einen schematischen, perspektivischen Schnitt durch eine Druck­ walze; und

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Walze.

Die Erfindung ist in Verbindung mit jedem Thermodrucker einsetzbar, der mit einer Druckwalze arbeitet, auch mit solchen, bei denen der Antrieb durch ein im allge­ meinen in Bewegungsrichtung hinter dem Walzenspalt angeordnetes Paar Klemmwalzen erfolgt die größten Vorteile ergeben sich jedoch beim Einsatz in Verbindung mit einer Druckwalze, bei der der Transport des Empfangselements durch die Druckwalze selbst erfolgt.

Ein Thermodrucker dieser Art ist in Fig. 1 dargestellt. Dabei werden ein Farbstoff­ geberblatt oder eine Farbstoffgeberbahn 3 (hier "Geberelement" genannt) und ein Empfangsblatt oder eine Empfangsbahn 5 (hier "Empfangselement" genannt) durch einen von einem Thermodruckkopf 9 und einer Walze 11 ausgebildeten Druckspalt 7 transportiert. Die Walze wird von einem Motor 13 derart angetrieben, daß sie das Empfangsblatt durch den Spalt hindurch bewegt.

Während des Transports durch den Spalt wird das Geberelement 3 durch den Thermodruckkopf 9 bildweise erwärmt, wodurch der auf dem Geberelement 3 be­ findliche Farbstoff bildweise auf das Empfangselement 5 übertragen wird. Das Empfangselement 5 wird zum Beispiel durch eine geschlossene Umlaufbahn oder durch Vorwärts- und Rückwärtsbewegung erneut durch den Spalt 7 geführt, wobei es jedoch mit einem anderen Bereich des Geberelements 3 in Anlage kommt. Bei jedem weiteren Durchgang wird ein andersfarbiger Farbstoff bildweise auf das Empfangselement 5 übertragen. Bei präziser Ausführung wird dadurch ein mehr­ farbiger Druck extrem hoher Qualität erzeugt.

Für die Qualität des Bildes ist die Paßgenauigkeit zwischen den auf das Empfangselement 5 aufgebrachten Farbbildern entscheidend. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Drucker übernimmt die Druckwalze 11 zwei wichtige Funktionen. Zum einen sorgt sie für Nachgiebigkeit im Spalt, so daß die Bilder gleichmäßig auf das Empfangselement 5 übertragen werden können, zum anderen gewährleistet sie den für die einzelnen Bilder wiederholbaren zuverlässigen Transport des Empfangselements 5, so daß die für die gewünschte Auflösung des erzeugten Bildes erforderliche Paßgenauigkeit sichergestellt wird. Da das Empfangselement 5 nicht in Klemmwalzen oder von einer Klammer gehalten wird, treten bei Vorrich­ tungen, bei denen der Transport durch den Walzenspalt durch die Druckwalze besorgt wird, leicht Fehlausrichtungen zwischen den Bildern der verschiedenen Farben auf. Eine Druckwalze eines Thermodruckers besteht normalerweise aus einer starren Welle, üblicherweise wegen der erforderlichen mechanischen Festig­ keit aus Metall, und einem elastomeren Überzug auf der Welle, durch die die Nachgiebigkeit hergestellt wird. Die Fehlausrichtungen bei Thermodruckern, bei denen der Transport durch die Walze selbst erfolgt, ergeben sich aus der Emp­ findlichkeit des elastomeren Überzuges für Veränderungen der äußeren Kräfte. Da die Bilddichten zwischen den Bildern der verschiedenen Farben schwanken, wer­ den auf die einzelnen Bilder unterschiedliche Wärmemengen aufgebracht. Durch die unterschiedlichen Drucktemperaturen wird der Reibungskoeffizient an der An­ lagefläche zwischen Druckkopf und Geberelement 3 beeinflußt, und dies wiederum führt zu unterschiedlichen Widerstandskräften beim Geberelement 3, Empfangs­ element 5 und bei der Druckwalze. Diese unterschiedlichen Widerstandskräfte erzeugen in der Elastomerschicht der Druckwalze unterschiedliche, durch Scher­ kräfte verursachte Verformungen (gelegentlich "Drall" genannt), und dies wiederum führt zu einer unterschiedlichen Bewegung des Empfangselements 5 bezüglich des Druckkopfes bei den einzelnen Bildern der verschiedenen Farben. Dadurch ergeben sich Fehlausrichtungen zwischen den einzelnen Farben, durch die das Bild unbrauchbar werden kann.

Bei bekannten Vorrichtungen wirkt man Fehlausrichtungen bei Thermodruckern, bei denen der Antrieb durch die Druckwalze erfolgt, dadurch entgegen, daß man den Scherwiderstand in der Druckwalze durch Verbesserung des Schermoduls des Gummimaterials erhöht. Hierzu erhöht man jedoch normalerweise das Kom­ pressionsmodul, was eine verringerte Nachgiebigkeit im Walzenspalt und ein weniger gleichmäßiges Druckergebnis bedeutet.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst durch eine Druckwalze 11, bei der auf einer Metallwelle 23 eine relativ weiche elastomere Schicht 21 (Fig. 1-3) aus­ gebildet ist. In die elastomere Schicht 21 ist ein streckfestes Material 25 in Form eines Netzwerks (Fig. 3) eingebettet. Das elastomere Material bietet die für den gleichmäßigen Druck erforderliche Kompressions-Nachgiebigkeit. Das streckfeste Material besteht vorzugsweise aus einem Netzwerk fest miteinander verbundener Fäden eines Materials, wie zum Beispiel einem streckfesten Nylonvlies. Wenn zwi­ schen Metallwelle und Empfangselement ein Schermoment auf die elastomere Schicht wirkt, streckt sich ein Teil der elastomeren Schicht. Der Streckwiderstand im Netzwerk verringert jedoch die Scherbewegung in der elastomeren Schicht. Dadurch wird der Transport des Empfangselements gleichmäßiger und die paß­ genaue Ausrichtung der Farbbilder verbessert.

Zum Beispiel ist eine Stahlwelle mit einem Durchmesser von 1,27 cm (0,5 inch) mit einer elastomeren Schicht mit einer Dicke von 0,267 cm (0,105 inch) überzogen. Die elastomere Schicht weist ein Grundmaterial aus einem Silikonelastomer mit einem darin eingebetteten Netzwerk aus Nylon auf. Das Silikonelastomer hat eine Nachgiebigkeit im Bereich von 5 bis 60 Shore A, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 45 Shore A. Das Netzwerk des Nylonvlies ist in das Silikonelastomer-Grund­ gewebe eingebettet. Das Netzwerk weist gegenüber Streckverformung einen sehr viel höheren Widerstand auf als das Silikonelastomer.

Andere Materialien mit diesen Eigenschaften wären ebenfalls verwendbar. Zum Beispiel könnte statt des Silikonelastomers Polyurethan, Naturkautschuk oder ein ähnlich nachgiebiges Elastomermaterial verwendet werden. Das Material des Netzwerks könnte außer aus Nylonvlies auch aus einem ähnlichen Netzwerk aus gewebtem Polyester oder gewebter Glasfaser oder aus ähnlichen zusammen­ drückbaren, aber streckfesten Strukturen bestehen.

Die Druckwalze kann mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wobei eines zum Beispiel die folgenden Schritte umfassen könnte:

• 1. Einlegen einer Metallwelle in eine Form, wobei der Durchmesser der Metallwelle kleiner ist als der gewünschte Enddurchmesser der Walze.
• 2. Einbringen des geschmolzenen elastomeren Grundmaterials in die Form.
• 3. Vulkanisieren des Elastomers in der Form mittels Wärme.
• 4. Nötigenfalls Aufbringen eines Grundiermittels, Herstellen des Netzwerks um das elastomere Material herum und Einlegen des so hergestellten Verbundes in eine Form mit dem gewünschten Außendurchmesser.
• 5. Einbringen weiteren elastomeren Materials in die Form.
• 6. Vulkanisieren des in der Form vorhandenen Verbundes.
• 7. Gegebenenfalls Aushärten der Walze unter Einwirkung von Wärme zur Verbes­ serung der Haftung zwischen den Materialien.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhält man eine Walze, die eine gewisse Schichtung aufweist, aber beim Einsatz in Verbindung mit einem Thermo­ drucker der in Fig. 1 dargestellten Art dennoch eine wesentlich verbesserte Aus­ richtgenauigkeit ergibt.

Für die leichtere Herstellung ist es manchmal wünschenswert, das Verbund­ elastomermaterial zu extrudieren und die fertige Druckwalze in einem Schritt her­ zustellen. Dies geschieht mit dem folgenden alternativen Verfahren:

• 1. Einlegen einer Metallwalze in eine Form mit dem Enddurchmesser der Druck­ walze.
• 2. Herstellen des weichen elastomeren Materials in geschmolzener Form.
• 3. Herstellen einer Schmelze des Materials, aus dem das Netzwerk im Endprodukt ausgebildet sein soll. Hierbei ist zu beachten, daß das Material zu diesem Zeit­ punkt aus einer Flüssigkeit einzelner Polymere, Moleküle, Fasern oder Fäden besteht. Das Netzwerk an sich ist noch nicht ausgebildet.
• 4. Herstellen eines Vernetzungsmittels für das Netzwerk in flüssiger Form.
• 5. Homogenes Mischen der drei vorstehend genannten Schmelzen unmittelbar vor dem Extrudieren.
• 6. Einbringen der Mischschmelze in die in Schritt 1 vorbereitete Form.
• 7. Warten bis zur erfolgten Vernetzung des Netzwerks in dem geschmolzenen elastomeren Material. Nach Abschluß dieses Schritts ist das Netzwerk herge­ stellt, das elastomere Material liegt aber noch als Schmelze vor.
• 8. Vulkanisieren des elastomeren Materials in der Form. Jetzt sind sowohl das elastomere Material als auch das Material des Netzwerks "verfestigt".

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhält man ein homogenes Ver­ bundmaterial, bei dem das Netzwerk dreidimensional innerhalb des weichen Grundmaterials verteilt ist. Schritt 4 führt zur Herstellung eines Netzwerks des streckfesten Materials. Ein verbundenes Netzwerk ist zwar vorzuziehen, aber nicht erforderlich. Auch streckfeste Fasern oder Fäden, die mit benachbarten Fasern oder Fäden nicht verbunden sind, vermindern die Scherkräfte und verbessern die paßgenaue Ausrichtung. Somit kann Schritt 4 auch entfallen, und die Paßgenauig­ keit wird gegenüber der alleinigen Verwendung des Grundmaterials dennoch ver­ bessert.

Für die Herstellung der hier beschriebenen Walze sind darüber hinaus weitere, auf dem Gebiet der Herstellung von elastomeren Walzen bekannte Verfahren, zum Beispiel das Extrusionsverfahren, einsetzbar.

Die Erfindung wurde vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf eine bevor­ zugte Ausführungsform beschrieben; es versteht sich jedoch, daß Abweichungen und Modifikationen möglich sind, ohne den vorstehend beschriebenen und in den nachstehenden Ansprüchen definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

1. Thermodrucker mit
einer Walze (11) und
einem mit der Walze (11) einen Farbstoff-Übertragungsspalt (7) bildenden Thermodruckkopf (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (11) ein nachgiebiges Material (21) und ein in das nachgiebige Material (21) eingebettetes streckfestes Material (25) in Form eines Netzwerks umfaßt.

2. Thermodrucker der Art, bei dem ein Farbstoffgeber (3) und ein Farbstoffemp­ fänger (5) in Anlage zueinander durch einen Druckspalt (7) transportiert werden, wobei sie bildweise erwärmt werden, um Farbstoff bildweise vom Farbstoff­ geber (3) auf den Farbstoffempfänger (5) zu übertragen, mit einem Thermodruckkopf (9),
einer Walze (11), die derart positioniert ist, daß sie den Druckspalt (7) mit dem Thermodruckkopf (9) ausbildet, und
Mitteln zum Antreiben der Druckwalze (11) und damit zum Transport des Farb­ stoffempfängers (5) durch den Spalt (7),
dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (11) ein nachgiebiges Material (21) und ein in das nachgiebige Material (21) eingebettetes streckfestes Material (25) in Form eines Netzwerks umfaßt.

3. Walze für einen Thermodrucker der Art, bei dem ein Farbstoffgeber (3) und ein Farbstoffempfänger (5) in Anlage zueinander durch einen Druckspalt (7) trans­ portiert werden, wobei sie bildweise erwärmt werden, um Farbstoff bildweise vom Farbstoffgeber (3) auf den Farbstoffempfänger (5) zu übertragen, wobei die Walze (11) eine nachgiebige Schicht, bestehend aus einem nachgiebigen Material (21) und einem darin eingebetteten streckfesten Material (25) in Form eines Netzwerks, umfaßt.

4. Walze nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material (21) eine Shore-Härte A von weniger als 60 aufweist.

5. Walze nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material (21) eine Shore-Härte A zwischen 10 und 45 aufweist.

6. Walze nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material (21) ein Silikonelastomer ist.

7. Walze nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material (21) ein Polyurethan ist.

8. Walze nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Netzwerks ein Nylonvlies ist.

9. Walze nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Netzwerks ein Netzwerk aus gewebtem Polyester oder gewebter Glasfaser ist.

10. Walze nach den Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material (21) ein Silikonelastomer und das Material des Netzwerks ein Nylonvlies ist.