DE2100611B2

DE2100611B2 - Elektrothermische druckvorrichtung

Info

Publication number: DE2100611B2
Application number: DE19712100611
Authority: DE
Inventors: Lucio Dr.-Ing Cascinette; Montanari Lucio Dr Pavone Turin; Montanari (Italien)
Original assignee: Ing C Olivetti and C SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1970-01-09
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2100611A1; US3744611A; DE2100611C3

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrothermische Druckvorrichtung zum Drucken von Punktmatrixzeichen auf unbehandeltem Papier mittels eines Farbträgers mit einem definierten elektrischen Widerstand, dessen Farbpartikeln bei Raumtemperatur fest und nach Aufheizen auf eine Schwellwert-Temperatur geschmolzen sind und auf dem Papier haften, und mittels mehrerer Elektroden, die mit einer elektrischen Energiequelle zum Aufheizen eines ausgewählten Teiles der Farbpartikeln auf die Schwellwert-Temperatur verbunden sind.

Es sind thermische Schreib- oder Druckvorrichtungen bekannt, die gebräuchliches Papier verwenden, über welches ein Bogen gelegt wird, der mit einer gefärbten und durch Wärme zu übertragender. Schicht bedeckt ist, wobei die Schicht durch einen Wärmeübergang örtlich dort erweicht und auf dem Papier zum Haften gebracht werden kann, wo ein Abdruck erfolgen soll (GB-PS 6 47 821). Eine dieser Vorrichtungen benutzt als Wärmeübertragungsmittel einen modulierten Elektronenstrahl und benötigt eine komplizierte unhandliche Ausrüstung, die beispielsweise für eine Büromaschine ungeeignet ist. .

In einer anderen bekannten Vorrichtung wird ein Bogen verwendet, der eine widerstandsfähige Schicht, ein Substrat mit schwachem Widerstand und eine gefärbte Wachsschicht besitzt, die mit dem zu beschreibenden Papier in Berührung steht (US-PS 27 13 822). Zwischen einen Punkt der widerstandsfähigen Schicht und der Kante des Substrats wird mit Hilfe einer Elektrode eine Spannung angelegt, die zwischen dem Punkt und einem Teil des Substrats von veränderbarer Länge einen Strom fließen läßt. Die aufgrund des Joule-Effekts in dem Segment mit relativ großem Widerstand abgegebene Wärme bewirkt das Schmelzen des Wachses. Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß durch Veränderung der Elektrodenstellung der Widerstand des Stromkreises und damit der Strom geändert wird, was dazu führt, daß in gewissen Stellungen das Wachs nicht mehr geschmolzen wird, während es in anderen Stellungen im Übermaß geschmolzen wird. Falls weiterhin eine Anzahl von Elektroden gleichzeitig betrieben wird, so addieren sich dit durch das Substrat zurückfließenden Ströme und können dadurch aufgrund des Joule-Effektes eine Erhitzung und damit einen Schreibvorgang an unerwünschten Stellen hervorrufen.

Bei einer anderen Vorrichtung der vorgenannten Bauart wird ein Metallblatt mit hoher Leitfähigkeit verwendet, das über eine durch Wärme zu übertragende Farbschicht gelegt wird, die sich ihrerseits über einem gebräuchlichen Papierbogen befinde«. (FR-PS 15 58 712). An das Metallblatt mit hoher Leitfähigkeit wird eine Elektrode aus einem anderen Werkstoff angedrückt, die auf demselben in Querrichtung verschiebbar und mit einem elektrischen Spannungsgenerator verbunden ist. Wenn die Elektrode verschoben wird, während Spannung an ihr anliegt, so fließt durch sie ein Strom, der die unter ihr liegende Farbe erhitzt. Diese Vorrichtung benötigt jedoch hohe Ströme und, da sie auf dem Verbindungseffekt beruht, ein System, das in der Lage ist, den Schreibstift mit konstantem Druck gegen das Blatt mit hoher Leitfähigkeit anzudrücken, damit sich die elektrischen Charakteristika der Verbindung nicht mit der Stellung des Schreibstiftes ändern.

Es ist auch schon eine elektrothermische Druckvorrichtung vorgeschlagen worden (DT-PS 20 56 871), in welcher thermisch schmelzbare Farbpartikeln auf einem Träger mit niedrigem elektrischen spezifischen Widerstand in Richtung seiner Dicke aufgebracht sind und die Farbe selbst einen gewissen elektrischen spezifischen Widerstand hat. Zwei Elektroden, die die der mit Farbe beschichteten Oberfläche des Trägers gegerüberliegende Oberfläche berühren, bewirken bei Verbindung mit einer Spannungsquelle den Fluß eines Stroms von der ersten Elektrode durch die Dicke des Trägers und durch den zwischen den beiden Elektroden gelegenen Teil der festen Farbe bis zur zweiten Elektrode.

Dieser Strom verursacht das Schmelzen dieses Teils der Farbe und ihre Übertragung auf das Papier in Zusammenarbeit mit diesem. Es ist klar, daß diese Vorrichtung sich zwar für das Drucken von Linien oder Streifen auf dem Papierabschnitt eignet, während sie dagegen ungeeignet ist für das Dmcken von Punkten oder durch Punkte gebildeten Zeichnungen, weil alle Teile der vom Strom durchflossenen Farbe geschmol-

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zen werden und es unpraktisch sein würde, die beiden Elektroden so eng aneinander zu legen, daß der Teil sich auf einen Punkt reduziert

Wenn diese Einrichtung darüberhinaus eine Vielzahl von gleichzeitig mit Energie versorgten Elektrodenpaaren hat, können sich außerdem die verschiedenen durch die Farbe fließenden Ströme örtlich addieren und ein Schmelzen der Farbe auch in unerwünschten Teilen hervorrufen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrothermische Druckvorrichtung zu schaffen, die die Nachteile älterer Vorschläge vermeidet und das Drucken von auf dem Papier gut begrenzten Punkten mittels einer thermisch schmelzbaren Farbe gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einer eingangs erwähnten elektrothermischen Druckvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Farbträger aus einer Trägerschicht besteht, auf deren der Elektroden zugewandten Seite eine Schicht aus elektrischem Widerstandsmaterial und auf deren dem Papier zugewandten Seite eine Schicht aus schmelzbaren Farbpartikeln aufgebracht sind, und daß die Elektroden in einzelnen ansteuerbare, an das gleiche Potential der Energiequelle anlegbare Stiftelektroden und einer allen Stiftelektroden gemeinsamen Gegenelektrode, die isoliert von der Stiftelektrode und mit dem entgegengesetzten Pol der elektrischen Energiequelle verbunden ist, aufgeteilt sind und die Gegenelektrode die Stiftelektroden umgibt, so daß bei der Ansteuerung von Stiftelektroden ein Strom von der bzw. deü Stiftelektroden durch das Widerstandsmaterial zur Gegenelektrode fließt, der das Aufheizen dieses Teiles des Widerstandsmaterials auf eine Temperatur bewirkt, durch die die Schwellwert-Temperatur der Farbpartikeln überschritten wird und diese schmelzen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach der Erfindung; F i g. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1;

Fig.3 einen Schnitt durch Fig. 2 entlang der Linie 1II-UI;

F i g. 4 eine vergrößerte unmaßstäblich gezeichnete Einzelheit aus F ig. 3 und

Fig. 5 eine vergrößerte unmaßstäblich gezeichnete Einzelheit aus Fig.3 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schreibmaschine, die eine Schreibvorrichtung nach der Erfindung enthält. Die Maschine besitzt ein gebräuchliches alphanumerisches Tastenfeld 11, das mit Hilfe einer nicht dargestellten bekannten Kodiervorrichtung einen Schreibkopf 13 steuert, der auf einem Wagen 14 angeordnet ist, welcher hinsichtlich der Maschine mit Hilfe einer nicht dargestellten Führungseinrichtung schrittweise seitlich verschiebbar ist. Der Kopf 13 drückt ein Spezial-Farbband (Farbträger 16) gegen eine Walze 19. Das Farbband wird mit Hilfe einer bei Schreibmaschinen gebräuchlichen Einrichtung von einer Spule 17 abgewickelt und auf eine Spule 18 aufgewickelt.

Zwischen der Walze 19 und dem Farbträger 16 ist das Papier 21 angeordnet, auf dem die Schrift erscheinen soll. In Fig.2 und Fig.3 ist eine Einzelheit des Schreibkopfes i3 dargesiellt. Dieser besitzt eine Metallplatte als Gegenelektrode 22, in der eine Öffnung 23 vorgesehen ist.

In einen Vorsprung 24 der Platte 22 sind einige Stiftelektroden 25, beispielsweise fünf, eingebaut, die L-förmige Gestalt besitzen und gegen die Gegenelektrode 22 isoliert sind. Die kürzeren Abschnitte des die Stiftelektroden 25 bildenden »L« sind durch die Öffnung 23 der Gegenelektrode 22 so hindurchgeführt, daß sie die Gegenelektrode nicht berühren, und auf den Farbträger 16 drücken. Wahlweise wird zwischen jede der Stiftelektroden 25 und der Gegenelektrode 22 eine Spannung von den über das Tastenfeld 1 gesteuerten Kodiervorrichtungen angelegt. In Fig. 4 ist ein Abschnitt des Kopfes 13, des Farbträgers 16 und des Papiers 21 dargestellt Die Dicke des Farbträgers 16 ist der klareren Darstellung wegen äußerst vergrößert dargestellt Der Farbträger umfaßt eine biegsame Trägerschicht 26, die beispielsweise aus Papier, Baumwolle, Seide, »Polythen« .usw. besteht und auf der zum Schreibkopf 13 zeigenden Seite mit einer Schicht 27 aus elektrischem Widerstandsmaterial bedeckt ist, während auf der zum Papier 21 zeigenden Seite eine Schicht 28 aus durch Wärme schmelzbaren Farbpartikeln angeordnet ist Die Schicht 27 wird durch einen Auftrag von Firnis erhalten, der leitfähige Pigmente (beispielsweise Graphit, leitfähigen Schwarzkohlenstoff) und Metallteilchen enthält.

Zur Verbesserung der Schichteigenschaften können dem Firnis Zusatzmittel wie Plastisatoren, Dispersatoren und Stabilisatoren zugesetzt werden.

Im Falle polymerer Substrate als Trägerschicht 26 können die Leitfähigkeitsträger in einen solchen Kunststoff eingemischt werden, der nach einem Preßvorgang ein leitendes Band ergibt.

Die gleichfalls auf der Trägerschicht 26 angeordnete durch Wärme zu übertragende Farbe der Schicht 28 besteht aus einem mit Pigmenten und/oder Farbträgern eingefärbten Bindemittel und schmilzt an einem genau definierten Schmelzpunkt, um mit Hilfe von Druck auf das Papier 21 übertragen zu werden. Die Farbe wird fest, sobald die Wärmeeinwirkung unterbrochen wird. Es ist wichtig, daß sich die Farbe nicht bei Raumtemperatur lediglich aufgrund des Druckes übertragen läßt. Als besonders vorteilhaft haben sich für diesen Zweck Vinylchlorid- Azetatcopolymere, Butadiensty ren- Polymere, Acrylvinyl-Copolymere, Terpenpolymere usw. erwiesen.

Auch die Farbe bedarf der Zugabe von Zusatzstoffen wie Plastisatoren, Dispersatoren und Stabilisatoren.

Wird zwischen einer Stiftelektrode 25 und der Gegenelektrode 22 Spannung angelegt, so nehmen die Strombahnen 31 den in F i g. 4 dargestellten Verlauf. Die Stromdichte, d. h. der Strom je Oberflächeneinheit, hat ein Maximum in dem Teil der Schicht 27, die von der Stiftelektrode 25 berührt wird, während ihr Wert in dem Teil der Schicht 27 abnimmt, in dem die Strombahnen senkrecht zur Dicke dieser Schicht verlaufen aufgrund der Mannigfaltigkeit vor Rückflußbahnen, die seitens der kreisförmigen, die Stiftelektrode 25 umgebenden Gegenelektrode 22 ermöglicht wird. Dementsprechend hat die durch den Joule-Effekt des Stromes erzeugte Hitze ihr Maximum in dem Teil der Schicht 27, der von der Stiftelektrode 25 berührt wird. Die Wärme geht mittels Wärmeleitung durch die Trägerschicht 26 auf die durch Wärme zu übertragende Farbe der Schicht 28 über, die dementsprechend schmilzt und auf das Papier 21 übertragen wird. Das Anhaften der Farbe auf dem Papier wird durch den Druck unterstützt den die Platte zwischen dem Band, dem Papier und der Walze beim nächsten Kopfvorschub ausübt. Da das Band während

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des gesamten Kopfvorschubes hinsichtlich des Papiers stillsteht, ist kein schnelles Abkühlen der Farbe erforderlich.

Beim Niederdrücken einer Taste des Tastenfeldes U wird an die Stiftelektroden 25 des Kopfes 13 wahlweise eine Spannung angelegt, und in Übereinstimmung mit den Stiftelektroden 25, an welche die Spannung angelegt wurde, wird ein Punkt auf das Papier 21 aufgezeichnet. Der Kopf 13 wird aufeinanderfolgend vorgeschoben, und in dieser neuen Stellung werden andere Punkte auf das Papier 21 aufgezeichnet, was sich über fünf Vorschubschritte wiederholt. Das ausgewählte Zeichen wird auf diese Weise mit Hilfe einer Punktematrix geschrieben.

In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, bei der ein Farbträger 16 vei wendet wird, der eine Schicht 27 aus elektrischem Widerstandsmaterial der oben beschriebenen Art, ein biegsames hochleitendes Substrat 29 und eine durch Wärme zu übertragende Farbschicht 28 enthält. Das Substrat 29 kann beispielsweise aus Aluminium oder jedem anderen Material bestehen, das hohe Flexibilität mit mechanischer Festigkeit und guter elektrischer Leitfähigkeit verbindet. V/ird zwischen eine Stiftelektrode 25 und die Gegenelektrode 22 eine Spannung angelegt, so nehmen die Strombahnen 32 den in F i g. 5 dargestellten Verlauf. Die Strombahnen verlaufen längs eines Abschnittes, der zu den Stiftelektroden 25 parallel ist, durch die Schicht 27 und verlaufen längs eines Abschnitts, der auf dem ersten Abschnitt senkrecht steht, im Inneren des gut leitenden Substrats 29. Der Vergleich von F i g. 5 mit F i g. 4 zeigt, daß es mit

ίο Hilfe der in Fig. 5 dargestellten Bandausführung gelungen ist, den Bereich der größten Strombahndichte und damit der höchsten Jouleschen Wärme in Übereinstimmung mit den Stiftelektroden 25 anzuordnen. Auf diese Weise werden die aufgezeichneten Punkte klarer ausgebildet als mit dem erstgenannten Farbträger. Mit einem Farbträger der zweiten Art ist es auch möglich, mit Hilfe von zu Zeichen geformten Elektroden ganze Zeichen zu schreiben, wobei die Elektroden beispielsweise entlang der Peripherie eines Zylinders angeordnet sind, dessen Erzeugende parallel zu den Erzeugenden der Walze 19 verläuft. Die Auswahl der Zeichen kann mit Hilfe einer bekannten Zeichenselektionsvorrichtung vorgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

21 OO 61 Patentansprüche:

1. Elektrothermische Druckvorrichtung zum Drucken von Punktmatrixzeichen auf unbehandeltem Papier mittels eines Farbträgers mit einem definierten elektrischen Widerstand, dessen Farbpartikeln bei Raumtemperatur fest und nach Aufheizen auf eine Schwellwert-Temperatur geschmolzen sind und auf dem Papier haften, und ι ο mittels mehrerer Elektroden, die mit einer elektrischen Energiequelle zum Aufheizen eines ausgewählten Teiles der Farbpartikeln auf die Schwellwert-Temperatur verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbträger (16) aus einei Trägerschicht (2G) besteht, auf deren den Elektroden (22, 25) zugewandten Seite eine Schicht

(27) aus elektrischem Widerstandsmaterial und auf deren dem Papier zugewandten Seite eine Schicht

(28) aus schmelzbaren Farbpartikeln aufgebracht sind, und daß die Elektroden in einzeln ansteuerbare, an das gleiche Potential der Energiequelle anlegbare Stiftelektroden (25) und einer allen Stiftelektroden gemeinsamen Gegenelektrode (22), die isoliert von der Stiftelektrode und mit dem entgegengesetzten Pol der elektrischen Energiequelle verbunden ist, aufgeteilt sind und die Gegenelektrode (22) die Stiftelektroden (25) umgibt, so daß bei der Ansteuerung von Stiftelektroden (25) ein Strom von der bzw. den Stiftelektroden durch das Widerstandsmaterial zur Gegenelektrode fließt, der das Aufheizen dieses Teiles des Widerstandsmaterials auf eine Temperatur bewirkt, durch die die Schwellwert-Temperatur der Farbpartikeln überschritten wird und diese schmelzen.

2. Elektrothermische Druckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (22) ein Körper aus leitendem Material ist mit einer öffnung (23) für jede der Stiftelektroden (25), wobei die Stiftelektrode durch die öffnung hindurchgeführt und von den Wänden der öffnung isoliert ist.

3. Elektrothermische Druckvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (26) als eine dünne Lage aus thermisch und elektrisch leitendem Material (29) ausgebildet ist.