DE2248954B2 - Thermographische Druckeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine thermographische Druckeinheit, bestehend aus einem Träger, unter dem sich während des Druckvorganges ein Aufzeichnungsträger kontinuierlich bewegt, aus einer Vielzahl von im Träger untergebrachten Druckelementen, wobei das Ende jedes Druckelemenles eine Druckfläche aufweist, die mit ihrer schmaleren ^messung sich in Richtung der Bewegung des Papiers erstreckt, und jedes Druckelement zum Erhitzen der Druckfläche an eine elektrische Energiequelle angeschlossen ist.

Es ist eine thermographische Druckeinheit mit einer Vielzahl von Druckelementen bekannt, die an eine Stromquelle angeschlossen sind und mit einem Ende mit einer Fläche eines wärmeleitenden Elementes in Berührung stehen, dessen gegenüberliegende Fläche an thermosensitive!!! Papier anliegt (US-PS 33 54 817).

Es ist weiterhin eine thermographische Druckeinheit bekannt, bei der auf einem elektrosensitiven Aufzeichnungsträger mit ausbrennfähigem Metallbelag durch mindestens eine an einer elektrischen Spannung liegenden Schreibelektrode Flächenteile aus der Metallschicht des Uiiter der Schreibelektrode fortbewegten Aufzeichnungsträger ausgebrannt werden (CHPS 4 65 283). Bei dieser bekannten Ausführung tritt jedoch das Problem auf, daß sich Ausbrennrückstiinde und durch die ständig aufliegende Schreibelektrode von der Metallschicht abgeschabte Meiallteilchen an der Schrcibelcktrodenspitze festsetzen und einen Oxidbart bilden, so daß mehrere in geringem Absland nebeneinander angeordnete Elektroden durch den Oxidbart kurzgeschlossen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer thermographischen Druckeinheit, die unter Verwendung eines Aufzeichnungsträgers mit auf dem Aufzeichnungsträger aufgebrachtem thermosensitiven Medium als Aufzeichnungsmaterial ein schnell ablaufendes Druckverfahren »im Fluge« (ein Drucken, bei welchem das Papier nicht für jeden Druckvorgang anhält) zuläßt, jedes Druckelement so auszubilden, daß die Druckfläehe bei Wirksamwerden des Heizstroms für das Drukken auf thermosensitives Aufzeichnungsmaterial eine rasche Erhitzung über die Temperaturschwelle erfahren kann und daß bei nachlassendem Heizstrom die Druckfläche sehr schnell abkühlbar ist und unter die

ίο Temperaturschwelle sinkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die aus Widerstandsmaterial gefertigten Druckelemente jeweils einen verjüngten Abschnitt mit einem daran anschließenden verlängerten Abschnitt mit abgeflachter Druckfläche aufweisen, und daß ein Streifen aus wärme- und elektroleitfähigem Material von dem Träger aufgenommen wird, wobei der Streifen mit seiner einen Seite an den Druckflächen der Druckelemente und mit seiner anderen Seite am thermosensitiven Papier anliegt und den Rückleiter für den die Druckelemente durchfließenden elektrischen Strom bildet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere dann, daß durch die besondere Ausbildung der Druckelemente und des Druckkopies einerseits die Druckfläche mit ihrem zu erhitzenden Flächenbereich beim Druckvorgang in vorherbestimmbaren Grenzen gehalten werden kann, die nicht mit den Abmessungen der zu druckenden Punkte übereinstimmen. wodurch die auf dem Aufzeichnungsträger erzeugten Punkte ein hohes Auflösungsvermögen besitzen und keine Randsl reuungen aufweisen und daß andererseits die Abnutzung der Druckelemente durch Abchleifen des sich an der Druckfläche vorbeibewe gender. Aufzeichnungsträgers weitgehenst herabgesetzt wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

F 1 g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Druckkopfes nach der Erfindung.

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines Stapels Widerstandselemente, die gegeneinander isoliert und in einen Block aus isolierendem Epoxyharz eingebettet sind,

Γ i g j eine perspektivische Ansicht eines hohlen quaderförmigen Halters für den Druckblock,

F i g. 4 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Streifen/iiführvorrichtung,

F i g. 5 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäß /um Ansteuern der Druckköpfe benutzten Einrichtung,

F i g 6 ein Blockdiagramm der Aktivierungsschaltung für ein Druckelement nach der Erfindung. F i g. 7 eine Ausführungsform eines thermograph!

sehen Druckkopfes mit konvergierenden Widerstands elementen.

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform eines Druck kopfes mit konvergierenden Widerstandselementen. F i g. I zeigt eines der Druckelemente 1, die benutz

<io werden, um die zum Färben des (nicht dargestellten thermographischen Papiers notwendige Wärme zu er /eugen. Diese Elemente sind aus Widcrstandsniatcria gefertigt, so daß sie sich in Auswirkung eines clcktri sehen Stromes erhitzen. Sie haben einen sich verjün

^fi5 gendcn Abschnitt 2, wobei die Verjüngung bewirkt, dal die Stromdichte an der Druckfläche 3 zunimmt, wa bewirkt, daß das Erhitzen auf einen verhältnis!·, äßij kleinen Teil des Elements begrenzt und ferner das ra

sehe Abkühlen der Druckfläche erleichtert wird Die Druckfläche 3 ist nicht quadratisch, sondern hat vielmehr Rechteckform (z. B. 2 mm mai 50 μηι). Die Tatsa- :lie, daß die Druckfläche langer als breit ist. gestattet die Benutzung des Drückens »im Fluge«, das zu (im allgemeinen als »Punkte« bezeichneten} quadratischen Markierungen an Stelle von länglicher Markierung führt, die sich ergeben würde, wenn die Druckfläche quadratisch oder rund wäre. Wie aus F ι g. 2 rrsichüxh, sind die Elemente 1 von unterschiedlicher Länge, was es ermöglicht, mit dem leitfähigen Teil 4 elektrische Anschlüsse 6 herzustellen. Die Elemente sind in Isoliermaterial (z. B. Kunststoff) eingebettet und durch dünne isolierende Folien 5 voneinander getrennt.

Die Druckflächen sind von dem Kunststoffgehäuse 7 nicht bedeckt, so daß sie mit einem Streifen 10 (F i g. 3) elektrischen Kontakt herstellen können. Der Block aus Elektroden wird in dem Hohlraum 9 eines Trägers 8 angebracht, wobei die Feder 12 die Elektroden gegen den Streifen 10 drängt. Das Papier wird über die Außenfläche des Streifens 10 hinweggeführt und mit dem Erhitzen des Streifens IC in abgegrenzten Bereichen entsprechend gefärbt. Der Kunststoffblock 7 wird in dem Hohlraum 9 durch einen Stift 13 gehalten, der einen klotz 11 in seiner richtigen Lage hält.

F i g. 4 zeigt eine vereinfachte Rollenanordnung /um Antreiben des thermosensitiven Papiers 36 an den Schreibelektroden vorbei. Die Antriebsrolle 37 und eine Gegenrolle 38 ziehen das Papier an der Trommel 39 vorbei. Unter der Trommel 39 befindet sich 1er Druckkopf, während sich /wischen dem Druckkopf und der Trommel 39 der Streifen 10 (F i g. 3) befindet, der in F i g. 4 nicht dargestellt ist.

Fig.¹} zeigt eine typische elektronische Anstcuereinrichtung für die Druckköpfe 28. Die Elektrodenansteuerschaltung 27 ist zwischen einem üblichen Festwertspeicher (ROM) 20 und den Druckköpfen 28 ange schlossen, die mit den geerdeten Streifen in Berührung stehen. Der Festwertspeicher 20 wird durch ein beliebiges aus einer Anzahl von üblichen Eingabegeräten (Rechner, Buchhaltungsmaschine usw.) gespeist, das durch die Pfeile auf der linken Seite des Festwertspeichors 20 versinnbildlicht ist.

ίο Schaltung zum Auslösen der Elektrodenansteuei schaltung 27 gehört nicht zur Erfindung und ist in der Beschreibung nur enthalten, um die Art, in welcher die Erfindung genutzt werden soll, zu offenbaren.

Die dem Festwertspeicher 20 /ugeführten Zeichen können aus einem 6-Bit-Parallelcode bestehen, den der Festwertspeicher 20 in den einer Darstellung in Übereinstimmung mit einer 5 χ 7 Punktmatrix entsprechenden Code umwandelt.

Der Festwertspeicher 20 wird über eine weitere Gruppe von Kanälen gespeist, die über die Triggerschaltung 22 das aufeinanderfolgende Drucken der Spalten des Zeichens nach dem 5 χ 7-Format steuern. Diese Kanäle stellen den Ausgang einer Abtastschaltung 21 dar. die durch das gleiche (nicht dargestellte) (ierät aktiviert wird, welches den Festwertspeicher 20 speist. Die Abtastschaltung 21 gehört nicht zur F.rfin- 6» du ng.

Die Triggerschaltung 22 läßt den Betrieb eines Oszillators 23 anlaufen, der einen Ringzähler 24 speist, der aus sieben bistabilen Elementen besteht (der Zähler 24 ist von der durch R. K. R i c h a r d s in »Digital Coinpulers« auf S. 205 beschriebenen Bauart). Durch den Ringzähler 24 wird jedes Bit verschoben, ν obei es jeden der fünf Ausgangskanäle erregt, die je an ein Gatter 29 angeschlossen sind. Die siebte Stufe des Ringzählers 24 ist an eine Stop-Schaltung 30 angeschlossen, die ihrerseits an den Oszillator 23 angeschlossen ist. Die Stop-Schaltung 30 spricht auf das Ausgangssignal des siebten bistabilen Elements durch Anhalten des Oszillators 23 an. Der Oszillator 23 ist außerdem an eine (aus einem monostabilen Multivibrator bestehende) Regelschaltung 25 angeschlossen, die die Dauer der Aktivierung der Gatter 29 steuert

Der Ausgang des Festwertspeichers 20 besteht aus sieben, der Anzahl der Widerstandselemente 1 (F i g. 1) des Druckkopfes entsprechenden Ausgangsleitungen.

Die Ausgangsleitungen enden an dem Elektrodenansteuernetzwerk 27, das einzelne Erregerschaltungen 26 enthält. Die Erregerschaltungen 26 verstärken die Signa'Jeistung bis auf einen zum Abdrucken der Signale auf dem Papier während des Druckvorgangs notwendigen Pegel. Jede Erregerschaltung 26 ist an eine Druckvorrichtung 28 des Kopfes angeschlossen, die aus einem den Streifen 10 berührenden Druckelement 1 besteht (F i g. 3).

Die Einzelheiten einer ein/igen Erregerschaltung 26 sind in F i g. 6 dargestellt. Alle sieben Erregerschaltungen 26 teilen sich in einem stabilisierten Spannungsgenerator 41 und einem Langzeit-Kompensationsnetz werk 40 (der Generator 41 und das Net/werk 40 sind in F i g. 5 nicht dargestellt). Der Ausgang des Langzett Kompensationsnetzwerks 40 (das einen Widerstand 42 und einen Kondensator 43 enthält) ist an einen Transistor 44 angeschlossen. Der Transistor 44 wird durch Signale aus dem Festwertspeicher 20 geschaltet, die über t.nen Widerstand 46 an den Transistor 44 angeschlossen sind. Der Ausgang des Transistors 44 ist an eine Phasenvoreilschaltung 47 angeschlossen, die über Widerstände 51 und 52 geerdet ist. Die Phasenvoreil schaltung 47 enthält Widerstände 48 und 49 und einen Kondensator 50. Die Leistungsstufe 54 ist ein üblicher Verstärker, der den Ausgang aus der Schaltung 47 auf nimmt und ihn nach geeigneter Verstärkung über den Widerstand 58 an das Druckelement 1 anlegt. Die Lei stungsverstärkcrstufe 54, die einen als Kathodenfolger geschalteten -npn-Transistor 45 enthält, wird durch zwei als Darlington-Schaltung geschaltete Transistoren 56 und 57 gesteuert.

Beim Betneb erfahren die Druckelemcnte eine Folge von Hei/- und Kühlzyklen. Wenn das gleiche Druckelement rasch aufeinanderfolgend Impulse erhält, hat es nicht genügend Zeit, abzukühlen. Dies führt zu einem allmählichen Überhitzen des Elements, was sich seinerseits darin äußerst, daß der gedruckte Punkt zuneh mend kunkler wird. Um ein gleichmäßiges Drucken zn erhalten, muß der dem Druckelement zugeführte Er regerstrom mit dem Erhöhen der Frequenz der Erregungen abnehmen.

Es gibt zwei Kompensationsnet/werke, die mit Zunahme der Frequenz der Aktivierungen die allmähliche Abnahme des Erregerstromes bewirken.

F i g. 6 zeigt das Langzeit Kompensationsnetzwerl 40 und das Kur/zeit-Kompensationsnetzwerk (Phasen voreilschalhing) 47. Wie bereits festgestellt, sind de Generator 41 und das Netzwerk 40 für alle Erreger schaltungen 26 gemeinsam (F^: i g. 5). Wenn der Drucke (im Gegensatz, zu einem besonderen Druckelement kontinuierlich benutzt wird, wird der gesamte Druck kopf (d. ti. werden alle Elemente 28 nach F i g. 5) über hitzt. Zu diesem Zweck wird das Lang/cit-Kompcnsa tionsnetzwerk 40 benutzt zum Verringern des Erreger stromes. Wenn der Drucker nicht benutzt wird oder (Ii

Elemente nicht rasch aufeinanderfolgend aktiviert werden, hat der Kondensator 43 des Netzwerks 40 Zeit, sich vollständig aufzuladen. Wenn der Transistor 44 durch den Festwertspeicher 20 eingeschaltet wird, fließt durch den Transistor 44 ein starker Impuls. Wenn kurz danach der Transistor 44 (oder eine beliebige der anderen Erregerschaltungen 26. F i g. 5) erregt wird, fließt durch den Transistor 44 ein etwas schwächerer Impuls, da der Kondensator 43 noch keine Zeit gehabt hat. sich völlig aufzuladen. Dieses Kompensationsnetzwerk 40 gewährleistet, daß sich die gesamte Druckeinheit nicht infolge raschen Drückens überhitzt.

Das Kurzzeit-Kompensationsnetzwerk (oder die Phasenvoreilschaltung) 47 gewährleistet, daß sich keines der einzelnen Druckelemente 28 (F i g. 5) überhitzt. Der erste Impuls über den Transistor 44 fließt durch den Kondensator 50. als sei dieser Kondensator ein Kurzschluß. Dieser Impuls lädt jedoch den Kondensator 50 auf. Der Kondensator 50 beginnt sich sofort über die Widerstände 49 und 48 zu entladen und kehrt in kurzer Zeit in seinen Normalzustand zurück. Wenn jedoch ein zweiter Impuls über den Transistor 44 zugeführt wird, bevor der Kondensator 50 eine Möglichkeit zum Entladen hat. wird die Amplitude dieses Impulses um einen Betrag erhöht, der der Kürze der zwischen den beiden Impulsen verstrichenen Zeitspanne entspricht. Demzufolge ist das Ausmaß des über den Verstärker 54 fließenden Erregerstromes von der Erregungsfrequenz des gesamten Druckkopfes und jedes einzelnen Druckelements abhängig.

F i g. 7 zeigt eine eigentliche Druckeinheit, die ein Gehäuse 61 und eine Tragfläche 62 aufweist, auf der sich eine aus sieben Stromwegen (4 auf einer Seite, 3 auf der anderen) bestehende gedruckte Schaltung 63 befindet. Die sieben länglichen flachen Widerstandselemente 64 verlaufen zur Ebene des Halters 62 lotrecht. Der F.ndabschnitt jedes WiderMandselements ist mit einer dünnen Kupferschicht überzogen und mit dem entsprechenden Stromweg 63 verlötet.

Der Endabschnitt 65 des sich verjüngenden Ab-Schnittes jedes Widerstandselements ist im wesentlichen flach und wird durch die Einwirkung der Feder 67 mit dem Streifen 66 in engem Kontakt gehalten.

Die Widerstandselemente 64 sind in sich deckender l-age so angeordnet, daß ihre Endabschnitte 65 in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei sie mit Ausnahme der Endabschnitte 65 in einem Block aus isolierenden Kunststoff eingebettet sind.

F i g. 8 zeigt cine weitere Ausführungsform des therinographischen Druckkopl'es, der ein aus drei Elementen 71.72 und 73 hergestelltes starres Gehäuse hat. Das Element 71 besteht aus einem isolierenden Kör-

f, per, von dem eine Seite eine Ausnehmung aufweist, während die gegenüberliegende Seite einen flachen Vorsprung aufweist mit den gleichen Abmessungen wie die Ausnehmung. Ein Element 72 besieht aus einem isolierenden Körper mit den gleichen Abmessungen wie

ίο das Element 71 und ist mit einer entsprechenden Ausnehmung und einem entsprechenden Vorsprung versehen, so daß jedes Element den Vorsprung des anderen aufnehmen kann. Das Element 72 hat außerdem einen Vorsprung 74. der in eine Ausnehmung 75 des Elements 73 hineinpaßt. Das Element 73. das ein guter Wärmeleiter ist, nimmt den Metallstreifen 77 in einer Nut 76 auf. Die in den Elementen 71, 72 und 74 vorhandenen Nuten nehmen die sieben flachen Widerstandselemente 78 auf. Zwischen den freiliegenden Kanten der Elemente 78 und der Wand der Ausnehmung 75 des Elements 73 wird eine isolierende Platte 81 eingelegt. Federn 80 gewährleisten, daß jedes einzelne Element 80 mit dem Streifen 77 in engem Kontakt gehalten wird. Die Federn ruhen in Halteklammern 79, die ihrerseits in den Nuten des Elements 71 ruhen.

Wesentlich ist. daß die Elemente 78 mit dem Streifen in engem Kontakt gehalten werden, so daß zwischen den Elementen und dem Streifen kein Kontaktwiderstand besteht. Der elektrische Widerstand der Elemente 78 an sich soll nämlich die erzeugte Wärme bestimmen und nicht der Kontaktwiderstand zwischen den Elementen und dem Streifen. Dies ist zwingend, da sich der Kontaktwiderstand schwierig steuern läßt.

Die Abmessungen des Druckkopfes (F i g. 2) sind für die Leistung der Einheit von wesentlicher Bedeutung. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen durch Verwendung von Graphitwiderstandselementen von 0.2 mm Dicke. 1,5 mm Breite. 15 mm Länge mit einem V-förmigen rechtwinkligen Endabschnitt, wobei die Kante des Abschnitts abgeschrägt und die Druckfläche eben sein sollte mit einer Querschnittsfläche von 0.01 mm⁷. Für eine Druckgeschwindigkeit von 200 Zeichen pro Sekunde beträgt die erforderliche Eingangswärmeenergie 8 Watt für 0.3 msec, die durch einen 0.3 msec dauernden Stromimpuls von 2.5 Ampere zugeführt wird. Diese Energie ist in der Lage, auf thermosensitivem Papici durch einen Stahlmetallstreifen von 20 μπι Dicke hindurch einen guten Druck zu erzeugen.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Thermographische Druckeinheit, bestehend aus einem Träger, unter dem sich während des Druckvorganges ein Aufzeichnungsträger kontinuierlich bewegt, aus einer Vielzahl von im Träger untergebrachten Druckelementen, wobei das Ende jedes Druckelements eine Druckfläche aufweist, die mit ihrer schmaleren Abmessung sich in Richtung der Bewegung des Papiers erstreckt, und jedes Druckelement zum Erhitzen der Druckfläche an eine elektrische Energiequelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Widerstandsmaterial gefertigten Druckelemente (1) jeweils einen verjüngten Abschnitt (2) mit einem daran anschließenden verlängerten Abschnitt mit abgeflachter Druckfläche (3) aufweisen, und daß ein Streifen (10) aus wärme- und elektroleitfähigem Material von dem Träger (8) aufgenommen wird, wobei der Streifen (10) mit seiner einen Seite an den Druckflächen (3) der Druckelemente und mit seiner anderen Seite am thermosensitiven Papier (36) anliegt und den Rückleiter für den die Druckelemente (1) durchfließenden elektrischen Strom bildet.

2. Thermographische Druckeinheit nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element (1) mit Hilfe einer Feder (12) mit dem Streifen (HO) in Berührung gehalten ist.