DE19845499C2 - Tintentransferdrucker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tintentransferdrucker, durch welchen Tinte auf einen blattförmigen Aufzeichnungsträger übertragen wird, um darauf ein Bild zu erzeu­ gen.

Aus der JP 61-199 956 A ist ein Thermodruckkopf bekannt, der mit einem als Fo­ lie bezeichenbaren plattenförmigen Element versehen ist. Zwischen der Folie und dem Druckkopf ist eine Kammer ausgebildet, in der ein Heizelement angeordnet ist. Bei diesem Druckkopf findet keine Berührung zwischen Folie und Aufzeich­ nungsträger statt. Weiterhin wird auf die US 4 782 347 A verwiesen, die ebenfalls einen Thermodruckkopf mit einem als Folie bezeichenbaren plattenförmigen Ele­ ment offenbart. Im Unterschied zu dem vorstehend genannten Thermodruckkopf kommt es bei diesem Druckkopf zu einer Berührung zwischen Folie und Aufzeich­ nungsträger. Jedoch ist in diesem Stand der Technik keine von dem Druckkopf der Folie gebildete Kammer vorgesehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Druckvorrichtung anzugeben, die bei beson­ ders niedrigen Betriebskosten mit hoher Druckgeschwindigkeit arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch einen Tintentransferdrucker mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst.

Der Thermodruckkopf hat einen Rahmen, durch den sich der Tintenkanal er­ streckt, eine Folie und eine Vielzahl von Heizelementen. Der Rahmen und die Fo­ lie umgrenzen eine geschlossene Kammer, innerhalb derer die Heizelemente an­ geordnet sind. Die Folie ist durch Poren perforiert. Der Tintenbehälter ist am Rah­ men den Heizelementen gegenüber angeordnet und ist zumindest teilweise mit Tinte gefüllt. Durch den Tintenkanal kann Tinte aus dem Tintenbehälter in die Kammer fließen. Der Kontaktmechanismus bringt die Folie mit einem blattförmi­ gen Aufzeichnungsträger in Berührung. Tinte aus dem Tintenbehälter gelangt in die Kammer, wird von den Heizelementen erhitzt und durch die Poren der Folie auf den Aufzeichnungsträger übertragen.

Der Tintentransferdrucker hat weiterhin einen porösen Keramikstreifen, auf dem die Heizelemente angeordnet sind. Der Keramikstreifen ist am Rahmen vorgese­ hen und dem Tintenkanal zugewandt, so daß die Tinte aus dem Tintenbehälter durch den Tintenkanal und den porösen Keramikstreifen fließt, bevor sie die Kammer erreicht.

Vorzugsweise hat jede der Poren einen inneren Durchmesser, der klein genug ist, um die Tinte innerhalb der Kammer zu stauen, wenn die Heizelemente nicht be­ trieben werden. Wenn ein Heizelement erhitzt wird, wird die Folie deformiert, so daß sich die Poren weiten und Tinte zur Übertragung auf den Aufzeichnungsträ­ ger durchfließen lassen.

Der Thermodruckkopf kann ein thermischer Zeilendruckkopf sein, bei dem eine Vielzahl von Heizelementen linear am Druckkopf angeordnet ist. In diesem Fall hat der Kontaktmechanismus eine Schreibwalze, die sich parallel zum thermi­ schen Zeilendruckkopf erstreckt und unterhalb seiner angeordnet sein kann.

Oberhalb des thermischen Zeilendruckkopfes kann der Tintenbehälter angeordnet sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Be­ schreibung unter Bezug auf die Zeichnung deutlich. Darin zeigt

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Tintentransferdruckers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Thermodruckkopfes für Zeilendruck,

Fig. 3 und 4 Schnittansichten des Thermodruckkopfes zur Veranschauli­ chung des technischen Prinzips, nach dem der Tintentrans­ ferdrucker nach dem Ausführungsbeispiel auf einem Auf­ zeichnungsträger Druckzeichen erzeugt, und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Zeilendruckers mit einem Tinten­ transferdrucker nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfin­ dungsgemäßen Tintentransferdruckers.

Der Tintentransferdrucker hat einen Thermodruckkopf 10, ein Tintenreservoir 20 und eine Schreibwalze 30. Der Thermodruckkopf 10 hat einen Rahmen 11, eine Folie 12 und eine Vielzahl von Heizelementen 13. In allen Figuren sind die Folie 12, das Heizelement 13 und andere Komponenten, die in ihrer Nähe vorgesehen sind, in ihren Ausmaßen vergrößert dargestellt, um ihren Aufbau leichter verständ­ lich zu machen. Die tatsächliche Dicke der Folie 12 und ihr Abstand von einer Un­ terseite 14 des Rahmens 11 beträgt etwa einige Zehntel Mikrometer.

Die Folie 12 ist an der Unterseite 14 befestigt und definiert eine Kammer 15, in der die Heizelemente 13 angeordnet sind. Die Schreibwalze 30 besteht aus Gummi und ist unterhalb des Thermodruckkopfes 10 angeordnet. Ein blattförmi­ ger Aufzeichnungsträger P wird zwischen der Folie 12 und der Schreibwalze 30 hindurchgeführt. Die Schreibwalze 30 arbeitet also als Kontaktmechanismus, der die Folie 12 elastisch auf den Aufzeichnungsträger P preßt. Die Schreibwalze 30 wird um ihre Achse in einer Richtung B gedreht. Durch die Wirkung einer Rei­ bungskraft zwischen der Schreibwalze 30 und dem Aufzeichnungsträger P wird dieser in einer Richtung C transportiert.

Durch den Rahmen 11 erstreckt sich von seiner Oberseite 17 bis zu seiner Unter­ seite 14 ein Tintenkanal 16. Der mit Tinte gefüllte Tintenbehälter 20 ist auf der Oberseite des Rahmens 11 dem auf der Unterseite 14 vorgesehenen Heizelement 13 gegenüber angeordnet und ist mit der Kammer 15 durch den Tintenkanal 16 verbunden. Ein Streifen 18 aus poröser Keramik ist an der Unterseite 14 an einer unteren Mündung des Tintenkanals 16 vorgesehen, so daß Tinte aus dem Tinten­ behälter 20 durch den Tintenkanal 16 und den Keramikstreifen 18 in die Kammer 15 fließt. Die Heizelemente 13 sind auf dem Keramikstreifen 18 angeordnet.

Man erhält den porösen Keramikstreifen 18, indem ein Glas- oder Keramikmate­ rial, beispielsweise ein Kalziumphosphat-Derivat wie Hydroxyapatit, während einer längeren Zeitspanne bei niedriger Temperatur gebrannt wird, wodurch eine Viel­ zahl von Poren gebildet wird. Der Durchmesser einer Pore des Keramikstreifens 18 beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 20 µm. Ist der Durchmesser kleiner als 10 µm, wird der Tintenfluß zu stark behindert. Ist der Durchmesser größer als 20 µm, wird die Oberfläche des porösen Keramikstreifens 18 zu rauh.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Thermodruckkopfes 10 von unten her. Der Thermodruckkopf 10 ist ein Kopf mit einer thermischen Druckzeile, bei dem die Vielzahl der Heizelemente 13 entlang einer Geraden angeordnet ist, längs derer sich auch der Keramikstreifen 18 und der Tintenbehälter 20 erstrec­ ken. Die Schreibwalze 30 (vgl. Fig. 1) ist parallel zum Thermodruckkopf 10 ange­ ordnet.

Mit jedem Heizelement 13 sind jeweils zwei Kontaktstreifen 21 und 22 verbunden. Jeder erste Kontaktstreifen 21 ist an einen Steuerungsschaltkreis 23 angeschlos­ sen, jeder zweite Kontaktstreifen 22 ist leitend mit einem gemeinsamen Anschluß 24 verbunden, so daß jedes Heizelement 13 mit elektrischer Leistung versorgt wird.

Die Folie 12 und der Tintenbehälter 20 erstrecken sich parallel zum Rahmen 11. Die Folie 12 ist für den Durchlaß von Tinte durch eine große Anzahl von Poren 25 perforiert, die in zwei Reihen in der Längsrichtung des Rahmens 11 angeordnet sind. Die Poren 25 sind so ausgebildet, daß jeweils einige von ihnen einem der Heizelemente 13 zuzuordnen sind. Die Folie 12 bedeckt die Heizelemente 13 und die Kontaktstreifen 21 und 22. Die Kammer 15 (vgl. Fig. 1), die vom Rahmen 11 und der Folie 12 begrenzt wird, kann Tinte stauen. Jede der Poren 25 hat einen inneren Durchmesser, der klein genug ist, um die Tinte in der Kammer 15 einzu­ schließen, wenn die Heizelemente 13 nicht betrieben werden.

Eine Pore 25 wird gebildet, indem mit einer Nadel die Folie 12 durchstochen wird, während diese über die Glasumwandlungstemperatur hinaus erhitzt wird, bei der die Folie 12 in einen gummiartigen Zustand übergeht. Nach dem Entfernen der Nadel aus der Folie 12 zieht sich die Pore 25 aufgrund der Gummi-Elastizität der Folie 12 zusammen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen in Schnittansichten das Prinzip, durch welches mit dem Tintentransferdrucker Druckzeichen auf einen blattförmigen Aufzeichnungs­ träger P gedruckt werden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in den Fig. 3 und 4 die Schreibwalze 30 und der Aufzeichungsträger P nicht eingezeichnet.

Fig. 3 zeigt, daß die Tinte - wie oben beschrieben - zurückgehalten wird und nicht durch die Poren 25 fließt, wenn deren innerer Durchmesser sehr klein ist, weil die Heizelemente 13 nicht heizen. Werden die Heizelemente 13 jedoch betrieben, wird in ihrer unmittelbaren Umgebung die Tinte erhitzt, wodurch sie sich ausdehnt und verdampft. Dadurch erhöht sich der Druck der Tinte auf die Folie 12. Gleich­ zeitig wird die Folie 12 erhitzt, wobei sich ihr elastischer Koeffizient verringert und die Folie 12 zunehmend elastisch verformbar wird. Dadurch kann Tinte in die Po­ ren 25 eindringen, sie aufweiten, durch sie hindurch fließen und auf den Aufzeich­ nungsträger P übertragen werden, der in fester Berührung mit der Unterseite der Folie 12 steht.

Nachdem die Tinte auf den Aufzeichnungsträger P übertragen worden ist, wird das Heizelement 13 deaktiviert. Die aufgeheizten Anteile der Tinte und der Folie 12 werden durch die zuvor nicht erwärmten Anteile abgekühlt. Der innere Durch­ messer der Poren 25 nimmt wieder seine ursprüngliche Größe an und blockiert so an dieser Stelle der Folie 12 den weiteren Durchfluß von Tinte. Entsprechend ei­ ner vorgegebenen Druckanweisung wird anschließend die Heizsteuerung des thermischen Zeilendruckkopfes weiter durchgeführt und die Schreibwalze 30 ge­ dreht, um den Aufzeichnungsträger P zu transportieren, so daß nach und nach Druckzeichen auf dem Papier beispielsweise ein Bild entstehen lassen.

Die Folie 12 ist sehr dünn. Wenn die Heizelemente 13 erhitzt werden, wird sie de­ formiert und erlaubt das Ausspritzen von Tinte aus den Poren 25. Da die Heiz­ elemente 13 und die Kontaktstreifen 21 und 22 ebenfalls sehr dünn sind, kann die Folie 12 mit dem porösen Keramikstreifen 18 in Berührung treten. Dessen Ober­ fläche ist glatt genug, um zu vermeiden, daß die Folie 12 nicht aufgerauht oder abgeschliffen wird, wenn sie von der Schreibwalze 30 auf den Keramikstreifen 18 gedrückt wird. Dadurch hat die Folie 12 eine lange Haltbarkeit.

Die Oberfläche 14 des Rahmens 11 ist rauh und würde ebenso rauhe Oberflä­ chen der Heizelemente 13 und der Kontaktstreifen 21 und 22 hervorrufen, wenn diese beispielsweise im Vakuum aufgedampft durch Druckverfahren hergestellt würden. Da die Folie 12 in Berührung mit den Heizelementen 13 und den Kon­ taktstreifen 21 und 22 steht und diese bedeckt, würde sie durch deren Rauhigkeit schnell beschädigt und hätte eine geringe Haltbarkeit. Würde man zur Abhilfe die Oberflächen der Heizelemente 13 und der Kontaktstreifen 21 und 22 glatt schlei­ fen, änderten sich ihre Dicken. Dadurch würden Kenndaten der Wärmeerzeugung durch die Heizelemente 13 verändert. Daher ist das Schleifen der Oberflächen kein gangbarer Weg zur Abhilfe von der Rauhigkeit.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird dieses durch die Rau­ higkeit der Oberfläche 14 des Rahmens 11 gebildete Problem gelöst, indem der Keramikstreifen 18 vorgesehen ist, auf dem die Heizelemente 13 und die An­ schlußstreifen 21 und 22 angeordnet sind. Dadurch sind ihre Oberflächen, die in Berührung mit der Folie 12 stehen, glatt. Auch Kontaktflächen zwischen der Folie 12 und dem Aufzeichungsträger P sind folglich glatt. Durch den Keramikstreifen 18 wird also nicht nur Tinte zum Aufzeichnungsträger P transportiert, sondern er dient gleichzeitig auch zum Herstellen eines abriebfreien Kontaktes zwischen dem Aufzeichnungsträger P und der Folie 12.

Der Durchmesser jeder Pore im Keramikstreifen 18 beträgt zwischen 10 und 20 µm. Die Oberfläche des Keramikstreifens 18 ist glatter als die des Rahmens 11. Wenn die Heizelemente 13 und die Kontaktstreifen 21 und 22 auf der Oberfläche des porösen Keramikstreifens 18 angeordnet werden, werden ihre Oberflächen ebenfalls glatt und abriebfrei, wodurch auch sie eine Beeinträchtigung der Glattheit der Folie 12 verhindern. Wenn nötig, kann die Oberfläche des porösen Keramikstreifens 18 durch Schleifen auf eine gewünschte Glattheit gebracht wer­ den.

Fig. 5 zeigt einen allgemeinen Aufbau eines Druckers 100, bei dem der Tinten­ transferdrucker nach Fig. 1 verwendet wird. Der Drucker 100 wird als thermischer Zeilendrucker bezeichnet und hat ein Gehäuse 101 in der Form eines schmalen Quaders, das sich senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 5 erstreckt. Im Gehäuse 101 sind der Thermodruckkopf 10, die Folie 12 und die Schreibwalze 30 angeord­ net. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. 5 die Heizelemente 13 und der Keramikstreifen 18 nicht eingezeichnet.

In einer oberen Gehäusewand 103 ist eine Einführöffnung 102 für den Aufzeich­ nungsträger P ausgebildet, der durch eine Austrittsöffnung 104 in einer vorderen Gehäusewand (in der Darstellung der Fig. 5 an der rechten Seite) den Drucker 100 verläßt. Der Aufzeichnungsträger P wird durch die Einführöffnung 102 in den Drucker 100 geleitet, von der Schreibwalze 30 erfaßt, zwischen ihr und der Folie 12 hindurchgeführt und schließlich zur Austrittsöffnung 104 transportiert.

Der Thermodruckkopf 10 ist an einem Ende einer Welle 105 drehbar gelagert und wird durch eine gebogene Federscheibe 106 nach unten hin vorgespannt. Die Fe­ derscheibe 106 ist an der nach innen gewandten Seite der oberen Gehäusewand 103 befestigt und bewirkt, daß die Folie unter einem vordefinierten Druck mit dem Auzeichnungsträger P in Berührung tritt. Die Schreibwalze 30 wird von Einem Mo­ tor 107 mit einer vordefinierten Geschwindigkeit zur Drehung um ihre Achse ange­ trieben. Durch die Drehung der Schreibwalze 30 wird der Aufzeichnungsträger P entlang einer Bahn bewegt, die die Einführöffnung 102 mit der Austrittsöffnung 104 verbindet. Eine Vorrichtung zur Versorgung des Motors 107 mit elektrischer Leistung (eine Batterie) ist ebenfalls im Gehäuse 101 vorgesehen.

Ein Sensor 109 ist in einem Abschnitt unterhalb der Einführöffnung 102 vorgese­ hen, um das Einführen eines Aufzeichnungsträgers P zu detektieren. Eine Druc­ kersteuerung 110 ist im Gehäuse 101 angeordnet und mit dem Steuerungsschalt­ kreis 23 (vgl. Fig. 2), dem Sensor 109 und dem Motor 107 verbunden. Wenn der Sensor 109 einen Aufzeichnungsträgers P detektiert, wird der Motor 107 von der Druckersteuerung 110 in Betrieb gesetzt, um den Aufzeichnungsträger P in den Drucker einzuführen. Anschließend wird der Betrieb der Heizelemente 13 des thermischen Zeilendruckkopfes 10 entsprechend einer Druckanweisung gesteuert und die Schreibwalze 30 wird gedreht, um den Aufzeichnungsträger P weiter zu transportieren, auf dem in dieser Weise ein zweidimensionales Bild erzeugt bzw. gedruckt wird.

Ein Farbbild kann auf dem Aufzeichnungsträger P erzeugt werden, indem eine Mehrzahl von Zeilen von Heizelementen 13 entsprechend einer Mehrzahl von Tin­ tenfarben am thermischen Zeilendruckkopf 10 angeordnet werden.

Da der Tintenbehälter 20 am Rahmen 11 den Heizelementen 13 gegenüber ange­ ordnet ist und die Tinte aus dem Tintenbehälter 20 durch den im Rahmen 11 aus­ gebildeten Tintenkanal 16 in die Kammer 15 geleitet wird, ermöglicht der erfin­ dungsgemäße Tintentransferdrucker eine einfache Konstruktion des Tintenkanals 16. Der Tintenkanal 16 stört weder die Schreibwalze 30, noch den Aufzeich­ nungsträger P, noch irgendeine andere Komponente des Druckers, die der Seite des Rahmens 11 mit den Heizelementen 13 zugewandt ist.

Die Wartung des Druckers, wie etwa das Wiederauffüllen oder das Ersetzen des Tintenbehälters 20, ist beim erfindungsgemäßen Tintentransferdrucker besonders einfach, weil der Tintenbehälter 20 an der Seite des Rahmens 11 angeordnet ist, die von den Tintentransferkomponenten, zu denen die Folie 12, die Heizelemente 13, die Kontaktstreifen 21 und 22, die Schreibwalze 30 und andere Komponenten zählen, abgewandt ist.

Weiterhin passen Tintenbehälter 20 mit unterschiedlichen Volumina in den erfin­ dungsgemäßen Tintentransferdrucker, weil die Maße des Tintenbehälters 20 nicht von anderen Komponenten im Drucker begrenzt werden.

Die Lebensdauer der Folie 12 ist besonders hoch, weil ihre Oberfläche glatt ist und sie daher keinen hohen Reibungskräften ausgesetzt wird.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können in zahlreichen De­ tails modifiziert werden, ohne daß vom Erfindungsgedanken abgewichen wird.

Claims (11)

1. Tintentransferdrucker mit
einem Thermodruckkopf (10), der eine mit Poren (25) versehene Folie (12) und mindestens ein Heizelement (13) hat, das in einer von dem Thermo­ druckkopf (10) und der Folie (12) begrenzten Kammer (15) angeordnet ist, einem Tintenbehälter (20), der an der von dem Heizelement (13) abgewand­ ten Seite des Thermodruckkopfes (10) angeordnet und über einen in dem Thermodruckkopf (10) ausgebildeten Tintenkanal (16) mit der Kammer (15) verbunden ist,
einer zwischen dem Tintenbehälter (20) und dem Heizelement (13) ange­ ordneten porösen Keramik (18), die für durch den Tintenkanal (16) aus dem Tintenbehälter (20) tretende Tinte durchlässig ist und auf der das Heizele­ ment (13) angeordnet ist,
einem Kontaktmechanismus (30), der die Folie (12) mit einem Aufzeich­ nungsträger (P) in Berührung bringt, wobei Tinte aus dem Tintenbehälter (20) in die Kammer (15) fließt, von dem Heizelement (13) erhitzt wird und durch die Poren (25) der Folie (12) auf den Aufzeichnungsträger (P) geleitet wird.

2. Tintentransferdrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermodruckkopf (10) einen Rahmen (11) hat, in dem der Tintenkanal (16) ausgebildet ist und der mit der Folie (12) die Kammer (15) begrenzt, und daß der Tintenbehälter (20) an der von dem Heizelement (13) abgewandten Sei­ te (17) des Rahmens (11) angeordnet ist.

3. Tintentransferdrucker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik (18) an dem Rahmen (11) an den Tintenkanal (16) angrenzend an­ geordnet ist.

4. Tintentransferdrucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Poren (25) der Folie (12) einen inneren Durchmesser hat, der klein genug ist, um Tinte in der Kammer (15) zu stau­ en, wenn das Heizelement (13) nicht in Betrieb ist.

5. Tintentransferdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb des Heizelementes (13) die Folie (12) deformiert wird, so daß die Po­ ren (25) geweitet werden und die Tinte durch diese hindurch auf den Auf­ zeichnungsträger (P) fließt.

6. Tintentransferdrucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Keramik (18) ein Glas- oder Keramikmate­ rial ist, das für die Ausbildung von Poren während einer längeren Zeitspanne bei niedriger Temperatur gebrannt worden ist.

7. Tintentransferdrucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Poren in der Keramik (18) zwi­ schen 10 µm und 20 µm beträgt.

8. Tintentransferdrucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermodruckkopf (10) ein thermischer Zeilen­ druckkopf ist, bei dem mehrere Heizelemente (13) längs einer Geraden an­ geordnet sind.

9. Tintentransferdrucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktmechanismus eine Schreibwalze (30) hat, die parallel zum thermi­ schen Zeilendruckkopf (10) angeordnet ist.

10. Tintentransferdrucker nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Zeilendruckkopf (10) zwischen der Schreibwalze (30) und dem Tintenbehälter (20) angeordnet ist.

11. Tintentransferdrucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tinte aus dem Tintenbehälter (20) durch den Tin­ tenkanal (16) und die Keramik (18) in die Kammer (15) gelangt.