DE19748373A1

DE19748373A1 - Drucker zum Erzeugen eines Bildes auf einem Empfangselement

Info

Publication number: DE19748373A1
Application number: DE19748373A
Authority: DE
Inventors: Xin Wen; Joseph Cyril Olsovsky
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1997-11-03
Publication date: 1998-05-14
Also published as: US5795088A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drucker zum Erzeugen eines Bildes auf einem Empfangselement, insbesondere auf einen Widerstands-Thermodrucker der Art, bei der ein Farbstoffgeberelement und ein Farbstoffempfangselement zwischen einem Widerstands-Thermodruckkopf und einer nachgiebigen Kontaktwalze zur bildweisen Übertragung von auf dem Farbstoffgeberelement vorhandenem Bildmaterial auf das Farbstoffempfangselement hindurchtransportiert werden. Die Erfindung eignet sich besonders für Drucker, bei denen aufeinanderfolgende Farbstoffbilder unterschied licher Farbe paßgenau auf das Empfangselement übertragen werden, um auf diesem ein mehrfarbiges Farbstoffbild zu erzeugen.

Bei einem Widerstands-Thermodrucker werden ein Farbstoffempfangselement, zum Beispiel ein Blatt oder Band, und ein Farbstoffgeberelement zusammen durch einen zwischen einem Widerstands-Druckkopf und einer drehbaren Kontaktwalze ausgebil deten Druckspalt hindurchgeführt. Der Druckkopf erwärmt das Geberelement bild weise, wodurch Farbstoff oder ein anderes das Bild ausbildendes Material bildweise auf das Empfangselement übertragen wird, während das Geberelement und das Empfangselement gemeinsam durch den Walzenspalt hindurchlaufen. Zur Herstel lung mehrfarbiger Bilder wird das Empfangselement dann zusammen mit einem andersfarbigen Farbstoffgeberelement nochmals durch den Walzenspalt hindurch geführt.

Wie dem Fachmann bekannt ist, arbeitet ein Widerstands-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 wieder gebenden 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 Geberelement übertragen werden, um die Übertragung des Farbstoffs durch Diffusion auf Papier oder ein anderes Empfangs medium zu bewirken.

Für den Transport des Empfangselements in einem Widerstands-Thermodrucker zur Farbstoffübertragung sind zwei mechanische Funktionen erforderlich. Erstens muß das Empfangselement an der Schnittstelle Druckkopf/Empfangselement nachgiebig gelagert werden, damit die Bilder gleichmäßig auf das Empfangselement übertragen werden können. Zweitens ist ein Empfangselement-Transportmechanismus erforder lich, dessen Funktion für alle Farbebenen wiederholbar sein muß.

Die Kontaktwalze eines Widerstands-Thermodruckers besteht normalerweise aus einer starren Welle, die wegen der erforderlichen mechanischen Festigkeit normaler weise aus Metall besteht, und einer die Welle umgebenden Elastomerschicht zur Erzielung der erforderlichen Nachgiebigkeit. Bei einer Art Vorrichtung wird das Empfangselement mittels einer Treibrollen-Anordnung transportiert. Der Durchhang des Empfangselements zwischen den Achsen der Kontaktwalze und der Treibrollen verursacht jedoch während des Druckens einen schrägen Verzug des gedruckten Bildes. Da das Empfangselement von einem Paar Andruckrollen und der Kontakt walze angetrieben wird, bleibt der Durchhang des Empfangselements meistens auch während des Druckvorganges bestehen. Dadurch, daß man ein Gleiten des Emp fangselements auf der Kontaktwalze gestattet, läßt sich der Durchhang des Emp fangselements vermeiden. Hierzu verringert man den Reibungskoeffizienten zwi schen dem Empfangselement und der Kontaktwalze durch Beschichtung der Außen fläche der Kontaktwalze mit Teflon^TM.

Die nicht paßgenaue Ausrichtung der Farben bei rollengetriebenen Widerstands- Thermodruckern hat ihre Ursache in der Empfindlichkeit der Elastomerschicht gegen über 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 Drucktempe raturen beeinflussen den Reibungskoeffizienten an der Schnittstelle Druckkopf/Geberelement und verursachen damit Schwankungen der Widerstandskräfte im Geberelement, Empfangselement und in der Kontaktwalze. Diese unterschiedlichen Widerstandskräfte erzeugen eine unterschiedliche Schubverformung (oder elastische Verdrehung) der Gummischicht auf der Kontaktwalze, die ihrerseits zu unterschied lichen Bewegungen des Empfangselements in den einzelnen Farbebenen, d. h. zu nicht paßgenauer Ausrichtung der Farben führt. Eine Technik, mit der die Schub verformung und damit die nicht paßgenaue Ausrichtung der Farben bei rollengetrie benen Vorrichtungen vermindert werden kann, besteht darin, das Schermodul der Elastomerschicht der Kontaktwalze zu erhöhen. Mit einer Erhöhung des Schermoduls verringert sich jedoch meistens gleichzeitig die Nachgiebigkeit der Kontaktwalze, und dies ist im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit des Druckergebnisses nicht erwünscht.

Eine Kontaktwalzenkonstruktion, die die Fehlausrichtung der Farben ohne Einbußen bezüglich der Nachgiebigkeit des Rollenantriebsmechanismus verringert, besteht, wie bei Kontaktwalzen üblich, aus einer weichen Schicht aus Elastomeren, z. B. Silikon oder Polyurethan. Die Außenfläche der Kontaktwalze ist mit einer dünnen, aus Polyfluorpolymeren bestehenden Schicht beschichtet. Die Polyfluorpolymerschicht verringert den Reibungskoeffizienten der Kontaktwalze. Man nimmt an, daß die Polyfluorpolymerschicht die paßgenaue Ausrichtung der Farben dadurch verbessert, daß sie die Polymerschicht und den beim Antrieb der Elastomerschicht durch den Walzenspalt entstehenden Aufwölbeffekt unter Kontrolle hält.

Durch die Verwendung eines Polyfluorpolymers konnte zwar die paßgenaue Aus richtung der Farben bei rollengetriebenen Vorrichtungen verbessert werden, die Wirksamkeit hängt aber ab vom Aufbau der Beschichtung auf der Rückseite des Thermoempfangselements. US-A-5,244,861 beschreibt einen Aufbau des Empfangs elements, bei dem ein Verbundfilm mit mikroskopisch kleinen Hohlräumen auf ein Papier des Typs Vintage Gloss durch Extrusion auflaminiert wird. Auf den Verbund film werden nacheinander eine Tragschicht, eine Farbstoffempfangsschicht und eine Farbstoffempfangs-Deckschicht aufgebracht. Auf die Rückseite des Empfangs elements wird zunächst eine Schicht hochdichtes Polyäthylen (30 g/m²) und anschließend eine antistatische Schicht durch Extrusion aufgebracht. Die antista tische Schicht enthält einen Anteil von 4% Polystyrolkügelchen von 3-4 µm Durch messer. Die Polyfluorpolymerbeschichtung der Kontaktwalzen verbesserte die paßgenaue Ausrichtung der Farben bei rollengetriebenen Vorrichtungen.

Die auf die Rückseite der Empfangsblätter aufgebrachten Polystyrolkügelchen neigen jedoch dazu, aus der Substratoberfläche zu extrudieren, was die Reibung erhöht und den "Griff" zwischen Empfangselement und Kontaktwalze verstärkt. Leider fallen jedoch einige Polystyrolkügelchen auch aus dem Empfangselement heraus. Die losen Kügelchen neigen dazu, sich zwischen Druckkopf und Vorderseite des Empfangs elements zu sammeln, und erzeugen Ungleichmäßigkeiten im Druck. Es besteht daher ein Bedarf an einem Widerstands-Thermodrucker, der auf ein Empfangs element druckt, das keine Polystyrolkügelchen auf der Rückseite des Thermo empfangselements enthält. Wird ein Thermoempfangselement in einer rollengetrie benen Vorrichtung verwendet, deren Kontaktwalze eine Polyfluorpolymerbeschich tung aufweist, ist festzustellen, daß das Thermoempfangselement sich häufig vor dem Spalt staut und der Druckvorgang nicht ausgeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die vorstehend erwähnte Schwierigkeit dadurch zu überwinden, daß sie eine Kontaktwalzenkonstruktion bereitstellt, die die paßgenaue Ausrichtung der Farben verbessert und die für den Druck auf Thermo-Empfangs medien verwendbar ist, deren Rückseite Polystyrolkügelchen enthält oder auch nicht enthält.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung umfaßt eine Kontaktwalze einen inneren Kern und eine aus einem aufgeschrumpften Material bestehende äußere Hülse.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Kontaktwalze unterhalb der äußeren Hülse eine nachgiebige Schicht auf.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die nachgiebige Schicht aus einem Elastomer.

Bei bevorzugten Ausbildungsformen der Erfindung umfaßt der innere Kern eine nachgiebige Schicht auf einer starren Welle, und das Material der Hülse ist Poly olefin. Alternativ kann das Material jedoch auch aus Neopren, Silikon, Fluorkohlen stoffen oder vernetztem PVC (Polyvinylchlorid) bestehen. Zwischen dem Kern und einer äußeren Hülse kann eine Kleberschicht vorgesehen sein.

Die zylindrische Kontaktwalze kann in einem Widerstands-Thermodrucker dem Druckkopf gegenüber angeordnet sein und mit dem Druckkopf einen Spalt bilden, durch den ein Empfangselement mittels der Kontaktwalze angetrieben wird, um ein Bild auf dem Empfangselement zu erzeugen. Die Walze kann drehbar angetrieben sein, um ein Empfangselement durch den Druckspalt zu transportieren.

Die Erfindung, ihre Aufgaben und Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen besser ersichtlich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert, wobei Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen rollengetriebenen Empfangselement-Transportmechanismus zeigt.

Die Beschreibung richtet sich insbesondere auf jene Elemente, die Teil der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind oder direkter mit ihr zusammenwirken. Es versteht sich, daß hier nicht speziell dargestellte oder beschriebenen Elemente in unter schiedlicher, für den Fachmann bekannter Weise ausgebildet sein können.

In Fig. 1 ist ein Bereich 42 eines mit Thermo-Farbstoffübertragung arbeitenden Druckers dargestellt. Ein Empfangselement 44 wird zwischen einem Spalt zwischen einem Widerstands-Thermodruckkopf 46 und einer Kontaktwalze 48 hindurchtrans portiert. Die Kontaktwalze wird von einem Antriebsorgan, z. B. einem Motor 50, ange trieben und transportiert ihrerseits das Empfangselement und das Farbstoffgeber element 52 durch den Spalt.

Die Kontaktwalze 48 umfaßt eine starre Welle 54, die wegen der erforderlichen mechanischen Festigkeit normalerweise aus Metall besteht, und eine zur Herstellung der erforderlichen Nachgiebigkeit die Welle umgebende nachgiebige Schicht 56, die z. B. aus einem Elastomer besteht. Erfindungsgemäß wird die nachgiebige Schicht 56 in Form einer dicht anliegenden Hülse durch Aufschrumpfen eines Polyolefin schlauchs 58 aufgebracht.

Als Beispiel für das Konzept der Erfindung sei angenommen, daß der Außendurch messer der Kontaktwalze 48 1,803 cm (0,710 Zoll) beträgt, die Elastomerschicht aus einem Schlauch von 0,267 cm (0,105 Zoll) Dicke besteht.

Im folgenden soll anhand eines Beispiels das Verfahren für das Aufschrumpfen der Hülse beschrieben werden. Auf eine Stahlwelle von 1,270 cm (0,5 Zoll) Dicke wird eine Silikongummischicht mit einer Härte von 20 Shore "A" durch Extrusion aufge bracht. Die Elastomerschicht wird auf einen Außendurchmesser von 1,727 cm (0,680 Zoll) geschliffen. Man schneidet einen aufschrumpfbaren Polyolefinschlauch (erhältlich von der 3M Company in Saint Paul, Minnesota, USA) mit einer Stärke von 0,089 cm (0,035 Zoll) und einem Durchmesser von 2,45 cm (1,0 Zoll) auf die Länge der Elastomerschicht auf der Kontaktwalze zu. Dann führt man die Kontaktwalze in den aufschrumpfbaren Schlauch ein. Die jetzt vom Polyolefinschlauch lose umhüllte Kontaktwalze wird in einer Drehbank montiert und mit einer Heizpistole erwärmt. Man beginnt dabei in der axialen Mitte der Kontaktwalze, damit beim Aufschrumpfen auf das Silikongummi sich keine Luft unter dem Schlauch fängt. Um ein homogenes Auf schrumpfen zu erreichen, dreht man die Walze und bewegt die Heizpistole gleich mäßig hin und her. Nach einigen Minuten sitzt der Schlauch eng auf der Silikon schicht auf. Zur guten Verbindung zwischen dem Schlauch und der Elastomerschicht können vor dem Erwärmen auch Kleber auf die Elastomerschicht oder die Innenseite des Schlauchs aufgebracht werden. Bei dem beschriebenen Beispiel hat die Walze mit der aufgeschrumpften Hülse einen Durchmesser von 1,905 cm (0,750 Zoll). Das Polyolefinmaterial der Hülse wird nun abgeschliffen, bis die Kontaktwalze ihren End durchmesser von 1,803 cm (0,710 Zoll) aufweist.

Es versteht sich, daß die vorstehende Beschreibung des Verfahrens nur der Illustra tion der Erfindung dient. Dem Fachmann sind vielerlei Abweichungen möglich. Zum einen können andere aufschrumpfbare Schlauchmaterialien verwendet werden. Hierzu sind zum Beispiel eine Vielzahl aufschrumpfbarer Materialien, wie Polyolefin, Neopren, Silikon, Fluorkohlenstoff und (vernetztes) PVC von der Firma Raychem Company in Menlo Park, California, USA, erhältlich. Zum anderen können die Schlauchmaterialien unterschiedliche Schrumpfverhältnisse im Bereich von etwa 1,25 : 1 bis etwa 4 : 1 aufweisen. Drittens kann das aufzuschrumpfende Schlauchmate rial unterschiedliche Durchmesser und Dicken aufweisen; allerdings wählt man die Dicke des Schlauchs am besten entsprechend dem endgültigen Maß der Kontakt walze oder geringfügig dünner aus, so daß der abschießende Schleifvorgang entfal len kann. Um ein gleichmäßiges Aufschrumpfen zu erreichen, sollte zweckmäßiger weise von einem Schlauchdurchmesser ausgegangen werden, der - wie bei dem vor stehenden Beispiel - nicht größer ist als der Durchmesser der Kontaktwalze. Viertens können die Innenflächen mancher Schläuche mit Klebern (erhältlich von Raychem) beschichtet werden. Diese Kleber verbessern die Bindung zwischen dem Schlauch und dem Elastomer. Fünftens ist für das Schlauchmaterial ein höherer Reibungskoef fizient wünschenswert. Es wird angenommen, daß die mit dieser Erfindung erzielte Verbesserung zum Teil mit der stärkeren Reibung der Oberfläche der erhaltenen Kontaktwalzen zusammenhängt.

Beim Testen der Vorrichtung wurden zur Prüfung der nicht paßgenauen Ausrichtung der Farben zwei Kontaktwalzen in einem Walzenantriebsmechanismus montiert. Eine der Walzen war mit einer aufgeschrumpften Hülse aus einem Polyolefinmaterial aus gestattet, die andere nicht. Die Empfangselemente wurden in Blattform zugeführt. Die antistatische Schicht auf der Rückseite der Empfangsblätter enthielt keine Polystyrol kügelchen. 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 Ver wendung dieses Testbilds wurde der größtmögliche Unterschied in der Reibungskraft zwischen verschiedenen Farbebenen und damit eine maximale Farb-Fehlüber deckung erzeugt. Die schlimmste Fehlüberdeckung der Farben trat im unteren Bereich der Druckbilder auf. Es wurden mit beiden Kontaktwalzen mehrere Drucke mit 5 ms/Zeile hergestellt. Die Ergebnisse der beiden Walzen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt, in der der Farbversatz der Farbebenen Gelb und Magenta relativ zur Farbebene Cyan in Seitenrichtung von oben nach unten einmal für eine Kontaktwalze mit einer aufgeschrumpften Hülse aus einem Polyolefinmaterial und einmal für eine Kontaktwalze ohne Hülse oder Beschichtung dargestellt sind. Die Kontaktwalze mit der aufgeschrumpften Hülse aus einem Polyolefinmaterial ergibt eindeutig eine sehr viel bessere Farb-Paßgenauigkeit im Vergleich zu einer Kontakt walze ohne Hülse oder Beschichtung.

Versatz (0,01 Zoll)

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung eines kostengünstigen Walzenantriebs mechanismus. Sie verbessert die paßgenaue Ausrichtung der Farben, ohne daß hierzu auf eine rückseitige Beschichtung des Thermo-Empfangselements zurück gegriffen werden muß. Die Erfindung verbessert die Farbausrichtung, ohne daß hierzu eine Änderung der Druckverfahren erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

10

Widerstands-Thermodrucker

12

Nachgiebige Kontaktwalze

14

Farbstoffempfangselement

16

Klemme

18

Thermo-Druckkopf

20

Widerstands-Thermodrucker

22

Nachgiebige Kontaktwalze

24

Klemmwalze

26

Klemmwalze

28

Farbstoffempfangselement

30

Thermo-Druckkopf

32

Widerstands-Thermodrucker

34

Farbstoffempfangselement

36

Thermo-Druckkopf

38

Nachgiebige Kontaktwalze

40

Farbstoffgeberelement

42

Bereich des Widerstands-Thermodruckers

44

Empfangselement

46

Widerstands-Thermodruckkopf

48

Kontaktwalze

50

Antriebselektromotor

52

Geberelement

54

Starre Welle

56

Nachgiebige Schicht

58

Hülse

Claims

1. Drucker zum Erzeugen eines Bildes auf einem Empfangselement, gekennzeich net durch

(a) einen Druckkopf (46) und
(b) einem dem Druckkopf (46) zugeordnete zylindrische Kontaktwalze (48) mit einem inneren Kern und einer aus einem aufgeschrumpften Material beste henden äußeren Hülse (58).

2. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern eine nachgiebige Schicht (56) aufweist.

3. Drucker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Schicht (56) aus einem Elastomer besteht.

4. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern eine nachgiebige Schicht (56) auf einer starren Welle (54) umfaßt.

5. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Polyolefin ist.

6. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein flexi bles modifiziertes Elastomer ist.

7. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein flexi bles Neoprenelastomer ist.

8. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein flexi bles Silikonelastomer ist.

9. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Fluor elastomer ist.

10. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material vernetztes PVC ist.

11. Drucker nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Kleberschicht zwi schen dem Kern und der äußeren Hülse (58).

12. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der Druckkopf (46) eine Anordnung selektiv aktivierbarer Thermoelemente umfaßt und
(b) die Walze (48) gegenüber dem Druckkopf (46) angeordnet ist und mit dem Druckkopf (46) einen Spalt bildet, durch den das Empfangsmedium (44) mittels der Kontaktwalze (48) angetrieben wird, während die Thermoele mente selektiv aktiviert werden.