DE2506892A1

DE2506892A1 - Elektrothermischer drucker

Info

Publication number: DE2506892A1
Application number: DE19752506892
Authority: DE
Inventors: Franco Dr Knirsch; Lucio Dr Ing Montanari; Giorgio Rossi
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1974-02-18
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1975-08-21
Also published as: JPS6012945B2; DE2560409C2; FR2261135B1; US3989131A; DE2506892C2; FR2261135A1; JPS50130454A; GB1473870A; CA1035410A

Description

ifferkörner<L

1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODB1ELSK1ALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49

Ing. C. Olivetti & C, S.p.A.

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEY

25 741 Berlin, den 12. Februar 1975

Elektrothermischer Drucker

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrothermischen Drucker für schlagloses Drucken von Punkt-Matrix-Schriftzeichen auf einem Anzeigemedium. Sie betrifft insbesondere einen elektrothermischen Drucker zum Schreiben von Punkt-Matrix-Schriftzeichen auf einer Drucklinie eines Aufzeichnungsmediums, die entlang dieser Linie mittels eines elektrothermischen Druckkopfes auf einer Platte angebracht werden, der sich während des Druckvorganges stetig auf der Drucklinie entlang bewegt und der eine Reihe aus widerstandsfähigen Druckelementen umfaßt, die im rechten Winkel zur Drucklinie verlaufen und in zeitlicher Beziehung zur Bewegung des Druckkopfes wahlweise elektrisch erwärmbar sind.

Aus der DT-OS 2 248 954 ist ein thermischer Druckkopf bekannt und in der älteren Patentanmeldung P 24 50 594.0 ist ein zweiter Druckkopf vorgeschlagen, die eine einzige Reihe von wahlweise erregten Heizelementen haben. In beiden Fällen ist der Druckkopf gleich ausgerichtet mit der Reihe der Heizelemente, die sich entlang der Höhe der zu druckenden Schriftzeichen erstrecken, und senkrecht zur Drucklinie der Anzeige.

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Jedes dieser Heizelemente ist in der Lage, alle Punkte einer Punktreihe im Matrixformat des zu druckenden Schriftzeichens zu drucken, wobei die Höhe eines jeden dieser Heizelemente dem des gedruckten Punktes entspricht, der auf dem Anzeigemedium erhalten werden soll, während die Breite eines jeden dieser Heizelemente sehr viel geringer ist als die des gedruckten Punktes. Dadurch kann der Druckkopf stetig entlang der Drucklinie bewegt werden, wobei der gedruckte Punkt das Ergebnis gemeinsamer Wirkung des Heizens der Heizelemente und der Bewegung des Druckkopfes ist.

Auf diese Weise wird jedes der Schriftzeichen der Drucklinie durch eine Anzahl von Elementarvorgängen 'des Drückens geschrieben, wobei während eines jeden dieser Vorgänge eines oder mehrere der Heizelemente entsprechend der Anzahl an Reihen des Matrix-Formats der Schriftzeichen erregt werden.

Wie bereits in den oben erwähnten Schutzrechten beschrieben, bietet dieses Schreibverfahren eine große Anzahl Vorteile gegenüber dem System, bei dem der Druckkopf so viele Heizelemente umfaßt wie Punkte auf der Matrix sind, und bei dem er während des Schreibvorganges für jedes Schriftzeichen in bezug auf das Anzeigemedium feststeht und nach jedem Druckvorgang um einen Schritt in eine neue Stellung vorwärts rückt. Dies ermöglicht es, mechanische Einrichtungen zu verwenden, die die ständige Vorwärtsbewegung des Druckkopfes statt unterbrochener Bewegung steuern. Dies ermöglicht es außerdem, die Größe des elektrischen Antriebskreises für eine· Anzahl von Heizelementen der Anzahl an Punkten einer Reihe der Matrix anzupassen statt der Gesamtzahl von Punkten der Matrix, wodurch eindeutig Kosten erspart werden. Diese Vorteile werden noch erhöht, wenn es bei Anwendung des gleichen Verfahrens möglich ist, auf gewöhnlichem Papier zu drucken, das wesentlich billiger ist als wärmeempfindliches Papier.

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Die naheliegende Lösung, ein Wärmeabdruckband bekannter Art zwischen dem Druckkopf und dem Anzeigeträger einzufügen, erwies sich als nicht zufriedenstellend bezüglich der Qualität des Drückens. Gewöhnlich haben diese Bänder eine Unterlage, auf der eine Schicht aus Anzeigematerial aufgebracht ist, die bei Erwärmung aufweicht und an dem Anzeigemedium anhaftet, wenn sie mit diesem in Berührung kommt, wobei eine Ablagerung und damit ein sichtbares Zeichen der Aufzeichnung hinterlassen wird.

Normalerweise besteht der Hauptvorgang für den Abdruck im Aufheizen des Teils der Schicht, der abgedruckt werden soll, wobei geringer Druck bereits ausreicht, um die aufgeweichte Schicht auf dem Anzeigemedium anhaften zu lassen.

Diese Bänder haben jedoch die Neigung, die Beschichtung schon bei einer Temperatur zu übertragen, die niedriger ist als diejenige, bei der sie normalerweise erweichen, wenn ausreichender Druck auf das Papier ausgeübt wird.

Wenn dieses Arbeitsverfahren auch in solchen Druckern hingenommen werden kann, bei denen der Druckkopf feststeht und während der Erregung der Heizelemente mit dem Band in Berührung steht, und in denen der Druckkopf für die Vorwärtsbewegung in eine neue Stellung vom Band gelöst wird, so ist dieses Verfahren jedoch nicht anwendbar, wenn der Druckkopf während der Erregung der Heizelemente in Berührung mit der Rückseite des Bandes gleitet. In diesem letzteren Falle wird der Zeitraum, während dessen jedes Teil der abzudruckenden Schicht mit dem Heizelement und dem Papier in Berührung sein sollte, aufgrund der Bewegung des Druckkopfes verkürzt, und der Druck muß entsprechend erhöht werden, um sicherzustellen, daß die Beschichtung tatsächlich auf das Papier übertragen wird. Wenn das Band den oben erwähnten Mangel hat, kann der einheitliche vom Druckkopf

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ausgeübte Druck den Abdruck der Beschichtung an Stellen verursachen, wo er nicht erforderlich ist. Das macht sich dann auf dem Anzeigemedium als schwarze Streifen oder Anzeigebereiche bemerkbar, in denen die Qualität ungleichmäßig ist, d.h. die Qualität der Aufzeichnung ist nicht so gut wie die der gedruckten Schriftzeichen, sondern sie verdirbt die Qualität des Drucks. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrothermisehen Drucker zum Drucken alphanumerischer Schriftzeichen in Punkt-Matrizen auf einem Anzeigemedium zu schaffen, das vorzugsweise gewöhnliches Papier ist, wobei ein wärmeempfindliches Band zwischen dem elektrothermisehen Druckkopf, der sich während des Schreibvorganges stetig entlang der Drucklinie bewegt, und dem Anzeigeträger selbst eingefügt wird.

Gleichzeitig soll in Weiterausbildung der vorliegenden Erfindung ein Band hergestellt werden, das für den Abdruck der Beschichtung auf den Träger wärmeempfindlich ist und nicht die oben erwähnten Mängel hat.

Diese Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein wärmeempfindliches Einfärbelement zwischen dem Anzeigeträger und dem Druckkopf eingefügt wird, wobei das Einfärbelement aus einem Träger besteht, auf dessen dem Papier zugewandter Seite sich eine Beschichtung aus einem Material befindet, das unter der Doppeleinwirkung von Wärme und Druck abdruckbar ist; daß eine Einrichtung zur stetigen Bewegung des Druckkopfes entlang der Drucklinie und zum Ausüben von Druck auf den Druckkopf vorgesehen ist, wodurch seine Heizelemente in Berührung mit dem Einfärbelement gehalten werden, wobei die wahlweise Erregung des Heizelements, die synchron mit der Bewegung des Druckkopfes läuft, zur Folge hat, daß Teile der Beschichtung in einer Stellung auf

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das Anzeigemedium abgedruckt werden, die den durch das Element erwärmten Bereichen entsprechen.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß ein wärmeempfindliches Einfärbelement mit einem Träger aus warmedurchdrxngbarem Material das mit einer Beschichtung aus einem Material überzogen ist, das zur gemeinsamen Einwirkung von Wärme und Druck zwischen dem Druckkopf und dem Aufzeichnungsmedium abdruckbar ist, eingefügt wird, und daß eine Druckeinrichtung vorgesehen ist, die während der Bewegung des Druckkopfes die Druckelemente gegen den Träger und die Beschichtung gegen das Aufzeichnungsmedium drückt.

Vorzugsweise besteht der Träger aus Kunststoff und hat eine Dicke von zwischen 7 und 20 ,um und die Beschichtung hat eine Dicke zwischen 2 und 4 ,um und enthält als wesentliche Bestandteile ein reversibles thermoplastisches Harz, einen Plastifizierer, ein Pigment und/oder eine Farbe.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines elektrothermischen Druckers entsprechend der Erfindung;

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Druckkopfes eines in Fig. dargestellten elektrothermischen Druckers;

Fig. 3 eine Seitenansicht von Fig. 2;

Fig. 4 eine vergrößerte Einzelheit von Fig. 2;

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Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4; und

Fig. 6 eine im Schnitt darstellte vergrößerte Einzelheit des Druckkopfes von Fig. 2, und zwar des unter Wärme übertragbaren Einfärbelements entsprechend der Erfindung und des Anzeigemediums.

Die Fig. 1 und 5 zeigen einen thermischen Druckkopf 10 eine in der älteren Patentanmeldung P 24 50 594.0 vorgeschlagenen Bauart.

Dieser Druckkopf 10 umfaßt einen Träger aus Isoliermaterial 11, der z.B. die Form eines Prismas mit einem gleicheckigen trapezförmigen Querschnitt und einem Winkel ρ gerade unter 180° zwischen der kleineren Basis und der schrägen Seite, aufweist.

Auf der flachen Oberfläche 12 und entsprechend zur kleineren Basis befinden sich N Heizelemente 13, die parallel zu den Ecken des Trägers 11 ausgerichtet sind. Die Anzahl N kann z.B. entsprechend Fig. 2 sieben betragen.

Jedes der genannten Elemente 13 ist mit einem Zuführleiter und einem Leiter 18 verbunden; dies ist bei allen Heizelementen gleich.

Die Leiter 15 und 18 verlaufen von der Fläche 12 zu den Flächen 16 und 17 entsprechend den schrägen Seiten, bis zur Basis 19 des Prismen-Trägers 11.

Die Technik zur Aufbringung dieser Heizelemente und Leiter auf den Träger 11 kann nach der bekannten Art des Aufbringens dicker Filme erfolgen. In diesem Fall werden erst entsprechend der Darstellung in Fig. 5 leitende Schichten 15 und 18 aufge-

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bracht, wobei eine Lücke von einigen Mikrons (ein typisches Beispiel liegt bei 50/Um) zwischen dem Ende 15a des Leiters 15 und dem Ende 17 des Leiters 18 im Winkel β in der Aufbringung nahe dem Ende 20 etwa 150 bis 2OO ,um beträgt.

Danach werden mehrere Schichten aus widerstandsfähigem Material in jedem zwischen dem Ende 15a des Leiters 15 und dem Rückleiter 18 liegenden Bereich 20 aufgebracht, bis .eine widerstandsfähige Aufbringung erreicht ist, deren nicht mit dem Träger in Berührung stehende Fläche entsprechend Fig. 5 gekrümmt ist. Die Aufbringung von Schichten über den Leitern 15 und 18 werden von den darunter liegenden Leiterauftragungen völlig kurzgeschlossen.

Der einzige Bereich, der nicht kurzgeschlossen wird, ist der in der Zone 20, deren eine Basis mit dem Träger rechteckig (Größe = A χ B = 50,Um χ 200 ,um) und deren äußere Oberfläche gekrümmt ist. Diese Teile stellen die Heizelemente 13 des Druckkopfes dar, und jedes von ihnen wird durch Anlegung einer angemessenen Spannung zwischen dem entsprechenden Zufuhrleiter 15 und dem Rückkehrleiter 18 erwärmt.

Fig. 1 zeigt einen Drucker entsprechend der Erfindung unter Verwendung eines Druckkopfes 10 der oben beschriebenen Art.

Der Druckkopf 10 ist mit einem Druckkopf-Träger 30 verbunden, der Einstell- und Führungselemente 33 umfaßt, die mit entsprechenden Einstell- und Führungselementen 34 auf einem Wagen 36 zusammenwirken können, der den Druckkopf entlang der Drucklinie des Anzeigemediums 60 führt (Fig. 6).

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Zu diesem Zweck ist der Wagen 36 auf Stangen 39 und 40 angebracht, die mit den Endplatten 41 und 42 des Druckerrahmens verbunden sind. Die Führungsstange 40 durchdringt Öffnungen 46 und 45 in der rechten bzw. linken Endplatte und arbeitet in Verbindung mit dem Arm 50 eines drehbar gelagerten Hebels 51, der mit der Führungsstange 39 verbunden ist und einen zweiten Arm 53 hat.

Zwischen dem Arm 53 und dem Rahmen des Druckers ist eine Feder 99 gespannt.

Der Hebel 51 kann zwei bestimmte Stellungen einnehmen. Die eine ist in Fig. 1 dargestellt, und in der anderen ist der Hebel gegenüber der Stellung entsprechend der Fig. 1 im Uhrzeigersinn gedreht. Die Führungsstange 40 wird in gleicher Weise nach oben an die Oberseite der Öffnung 45 und 46 gebracht oder zur Unterseite der öffnung 45 und 46, wodurch der drehbar auf der Führungsstange 39 gelagerte Wagen in bezug auf die in Fig. 1 dargestellte Stellung im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Das Anzeigemedium 60, das vorzugsweise aus gewöhnlichem Papier bestehen sollte,wird normalerweise von einer Spule abgerollt, die drehbar auf den Endplatten 41 und 42 des Druckerrahmens gelagert ist. Das Papier wird mittels einer Antriebswalze 65 zugeführt, die drehbar an den Endplatten und 42 angebracht ist, sowie mittels der Druckwalzen 67 und 68, die drehbar an den Hebeln 69 und 70 angebracht sind. Diese Hebel sind an den Endplatten 41 und 42 schwenkbar und mit diesen über Federn 71 und 72 verbunden, die auf die Walzen 67 und 68 Druck ausüben und sie veranlassen, mit der Antriebswalze 65 zusammenzuwirken.

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Die Antriebswalze 65 wird mit Hilfe eines in den Zeichnungen nicht dargestellten Schrittmotors bekannter Bauart gesteuert, der den senkrechten Zeilenabstand des Aufzeichnungsblattes steuert. Das Anzeigemedium 60 wird entlang der Drucklinie mit einer Platte 80 in Berührung gehalten, die eine starre Halterung 100 umfaßt, welche an dem Rahmen des Druckers befestigt und mit einer dünnen Lage aus einem nicht widerstandsfähigen elastisch-plastischen Material 101 bedeckt ist, z.B. einer Lage aus mit einer Schicht aus Kunststoffmaterial, z.B. Polyvinylchlorid überzogenem Hartgummi.

Zwischen der Wagenanordnung mit dem Druckkopf 10 und dem Anzeigemedium 60 wird entlang der Platte ein Band 83 eingesetzt, das aus einem Träger besteht, der mit einer Schicht von unter Wärmeeinfluß abdruckbarem Material auf der dem Anzeigemedium zugekehrten Seite überzogen ist. Das Band wird durch eine Aufnahmespule 86 und eine Zuführspule 85 bewegt, die auf dem Druckerrahmen angebracht und beide durch einen Motor gesteuert werden, damit das Band gespannt gehalten und exakt geführt wird.

Zwei Bandführungen 87 und 88 liegen nahe den Endplatten 41 und 42 und sind mit den Endplatten aus einem Stück gefertigt. Durch Einsetzen des Druckkopfträgers 30 in die Wagenanordnung 36 wird der Druckkopf mit der Reihe der Heizelemente 13 senkrecht zur Drucklinie und in Berührung mit dem Band 83 eingestellt. Der Wagen trägt acht elektrische Kontakte aus biegsamen blattförmigen Leitern 90, die über ein biegsames Kabel 91 zur Auswahl und elektrischen Steuerung der nicht in den Zeichnungen dargestellten Heizelemente bekannter Bauart an den Stromkreis angeschlossen sind. Das ermöglicht die

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elektrische Verbindung zwischen diesem Stromkreis selbst und den Leitern 15 und 18 der Heizelemente 13 des Druckkopfes

Während des Schreib^T/organges wird der Wagen bei gleichmäßiger Geschwindigkeit von links nach rechts bewegt (Fig. 1),wobei ein in Fig. 1 nicht dargestellter Motor bekannter Bauart verwendet wird.

Während dieser Bewegung wird der Druckkopf 10 in Berührung mit dem Band 83 gehalten, während der Hebel 51 sich in der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet, und die Feder 99 übt unter Verwendung des Hebels 51 und der Führungsstange 40 den erforderlichen Druck auf den Druckkopf 10 aus. Auch während der Bewegung und synchron zu dieser erregt der Steuer- und Auswählstromkreis die Heizelemente 13, die erforderlich sind, um die Punkte all der Schriftzeichen der Drucklinie zu schreiben.

Aus diesem Grund wird an alldsn Punkten des Bandes 83, an denen während des Durchlaufs des Druckkopfes 10 gleichzeitig Druck und Wärme durch die Heizelemente 13 erzeugt wird, das thermisch abdruckbare Material des Bandes 83 auf das Anzeigemedium abgedruckt, und infolgedessen werden Schriftzeichen 110 gedruckt. Dieses Verfahren wird im folgenden im einzelnen beschrieben.

Am Ende des Laufes von links nach rechts, d.h. nach dem Schreiben einer Linie auf dem Anzeigemedium 60, wird der Hebel 51 im Uhrzeigersinn gegen die Wirkung der Feder 99 gedreht, wodurch die Führungsstange 40 in den unteren Teil der Öffnungen 46 und 45 eingreift und die Drehung des Wagens 36 um die Führungs stange 39 im Uhrzeigersinn bewirkt, so daß der Druckkopf vom Anzeigemedium entfernt wird. Der

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Wagen kehrt dann von rechts nach links zurück, wobei er durch einen Motor bekannter Bauart gesteuert wird. Am Schluß seines Rücklaufes befinden sich Hebel 53 und der Wagen wieder in ihrer in Fig. 1 dargestellten Stellung. In der Zwischenzeit hat die vom Schrittmotor gesteuerte Antriebswalze 65 das Anzeigemedium um eine Zeilenlinie weitergeführt, und ein Teil des Bandes 83 ist von der Zuführspule 85 um ein Stück, das der Drucklinie entspricht zur Aufnahmespule 86 hin geführt worden. Auf diese Weise ist die Maschine bereit, eine weitere Linie von Schriftzeichen zu drucken.

Die Struktur und Zusammensetzung des Bandes, die Form der Heizelemente und ihre Anordnung sowie schließlich die Art der Walzen beeinflussen den Abdruck des thermisch abdruckbaren Materials auf das Anzeigemedium und damit die Qualität des Schreibens.

Das mit der Schicht aus thermisch abdruckbarem Material versehene, in diesem Schreibsystem verwendete Band 83 muß extrem begrenzte Eigenschaften haben, die in einem Band bekannter Art nicht gefunden werden können.

Vor allem muß der Träger der thermisch abdruckbaren Schicht extrem gute wärmeleitende Eigenschaften haben, und diese müssen gleichmäßig sein, so daß das thermische, durch die wahlweise Erregung der Heizelemente 13 auf der thermisch abdruckbaren Schicht erzeugte Bild nicht verzerrt wird. Daher muß der Bandträger so dünn sein, wie es nur bei den verlangten Eigenschafter mechanischer Stärke und Widerstandsfähigkeit gegen Verbiegung möglich ist, die für die Zufuhr und das Umgehen mit dem Band wesentlich sind, so daß es möglich ist, den Abdruck des thermischen Bildes mit einem minimalen Verlust an Klarheit und Verschmieren selbst bei hoher Geschwindigkeit zu gewährleisten.

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Das Erfordernis geringer thermischer Trägheit ist besonders wichtig, wenn der Kopf 10 sich während der Druckvorgänge entlang der Drucklinie bewegt, und daher ist die zum Schreiben eines jeden Schriftzeichens erforderliche Zeit streng fixiert und hängt von der Geschwindigkeit des Druckkopfes ab. Die von den erregten Heizelementen erzeugte Wärme muß daher die Beschichtung auf dem thermisch abdruckbaren Material in geringerer Zeit erweichen, damit eine gute Druckgeschwindigkeit erreicht wird.

Von diesem Gesichtspunkt aus betrachtet haben theoretische Überlegungen und Versuche gezeigt, daß bei Gebrauch des gleichen Materials der Bandträger sich in gleicher Weise verhält wie eine RC Übertragungsleitung, deren äquivalente Zeitkonstante dem Quadrat ihrer Dicke proportional ist, und daher hängt die Schreibgeschwindigkeit völlig von dieser Dicke ab.

Der Träger des Bandes muß auch hohe Temperaturen auehalten, die sogar höher liegen können als die, bei denen die Beschichtung erweicht, da die in Berührung mit dem Druckkopf stehende Fläche sogar höheren Temperaturen ausgesetzt ist als denen, bei denen die Beschichtung von thermisch abdruckbarem Material zu erweichen beginnt.

Die Beschichtung von Einfärbmaterial muß oberhalb eines bestimmten Temperatur-Schwellenwertes erweichen, der sehr klar sein muß, da dies bei der Auswahl des Abdrucks hilft, und unter diesen Umständen muß sie auf dem Anzeigemedium mit einem Adhäsionsgrad haften bleiben, der gleich wie oder höher als der ist, mit dem sie an dem Träger haftet und bei Berührungsdrücken, die so gering wie möglich sind.

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Unterhalb der Schwellenwerttemperatur darf die Materialschicht nicht einmal teilweise infolge ausgeübten Drucks abgedruckt werden, damit oben erwähnte Streifen und VerSchmierungen nicht entstehen.

Darüber hinaus muß die Adhäsion der Beschichtung, die erweicht worden ist und sich dann auf dem Anzeigemedium wieder abgesetzt hat, viel höher sein als die Adhäsion auf dem Trägerband, so daß ein vollständiger Abdruck erhalten wird, wenn dasBand und das Anzeigemedium sich voneinander trennen.

Infolgedessen müssen das Band und das Anzeigemedium völlig ruhig gehalten werden, bis die Materialschicht sich vollkommen abgesetzt hat.

Im folgenden wird entsprechend einer der Aufgaben der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung eines Bandes mit einer Schicht aus thermisch abdruckbarem Material gegeben,das alle oben erwähnten Eigenschaften hat.

Im Hinblick auf ihre Verwendung als Träger wurden verschiedene Arten von Kunststoff geprüft, und ihre zufriedenstellende Funktion wurde bei Dicken zwischen 7 bis 20 Aim erreicht. Sehr gute Resultate wurden bei einer Unterlage aus Polyäthylenglycol-Therephthalat erzielt, das unter der Bezeichnung "Mylar" und "Hostaphan" bekannt ist(Firma Du Pont bzw. Hoechst) oder aus Polyäthylen mit einer bevorzugten Dicke zwischen 7 bis 12 ,um.

Insbesondere für die Polyäthylen-Unterlage wurde festgestellt, daß oberhalb dieser Werte für die Dicke der Schicht, d.h. bei Werten, die zu denen gehören, die für bekannte Wegwerfbänder verwendet werden, die Polyäthylen-Unterlage mit einer

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thermischen Trägheit behaftet ist, die zu hoch ist, um die Wärme mit ausreichender Intensität und Geschwindigkeit auf die thermisch abdrn»;kbare Beschichtung zu übertragen, während sich die Polyäthylen-Unterlage bei niedrigeren Werten unter der Heizwirkung der Heizelemente verwirft und so die gleichmäßige Zufuhr und Handhabung des Bandes stört.

Andere Kunststoffsubstanzen wie Polyvinyl-Chlorid, Zellulose-Ester-Polyurethan, Polycarbonate und Polypropylen wurden ebenfalls ausprobiert, ergaben aber keine zufriedenstellenden Ergebnisse.

Hinsichtlich der thermisch abdruckbaren Beschichtung wurde festgestellt, daß die meisten der erforderten Eigenschaften nicht nur von der Zusammensetzung, sondern auch von der Dicke dieser Schicht abhingen. Insbesondere wurde festgestellt, daß es bei einer Dicke zwischen 2 und 4 ,um und bei einer Zusammensetzung, die im einzelnen unten beschrieben werden wird, nicht erforderlich war, eine Unterlagebeschichtung zu verwenden, um die Adhäsionsqualitäten der Beschichtung zu verbessern, wie es allerdings bei Bändern bekannter Art der Fall ist, wobei die derart erhaltene Adhäsion sich als mit den erforderlichen Qualitäten ausgestattet erwiesen hat. Das bedeutet, daß bei Erwärmung unter Druck die Haftung auf der Unterlage verringert und übertroffen wird von der Adhäsion am empfangenden Medium, selbst wenn das letztere aus nichtzellulosem Material wie Polyäthylen, Wachspapier usw. besteht, wodurch es möglich wird, einen klaren Abdruck des gesamten Bereichs der beheizten Beschichtung zu gewährleisten.

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Darüber hinaus ist es innerhalb des oben genannten Dicken-bereichs möglich, den Abdruck von Teilen der Beschichtung neben dem erwärmten Teil zu vermeiden.

Die Zusammensetzung der thermisch abdruckbaren Beschichtung umfaßt drei wesentliche Elemente: Pigmente und/oder Farben, Bindemittel und Plastifizierer.

Aufgabe der Pigmente und/oder Farben ist es, die Zusammensetzung auf die erforderliche Farbe einzufärben. Es kann sich dabei um jegliche Art von Pigmenten und/oder Farben handeln, die gewöhnlich zum Färben verwendet werden.

Aufgabe des Bindemittels ist es, die verschiedenen Bestandteile, insbesondere die PigmentteiJLchen zu verbinden. Es spielt eine besondere Rolle bei der thermischen Reaktion der Beschichtung und bei ihrem Abdruck auf dem Anzeigemedium. Das Bindemittel besteht aus reversiblen thermoplastischen Harzen, die zeitstabil sind, und seine Hauptaufgabe ist es, den Erweichungspunkt der Beschichtung festzusetzen.

Der Plastifizierer soll die Adhäsion an der Unterlage gewährleisten und sicherstellen, daß die Beschichtung nicht während der Handhabung des Bandes d.h. z.B. bei der Zufuhr, Aufrollung und Auswechslung des Bandes bricht.

Bei der Abstimmung der Einfärbschicht werden vorzugsweise die nachfolgend in der Reihenfolge ihrer Bedeutung genannten Bindemittel verwendet, da diese bequem bei der Herstellung der thermisch abruckbaren Schichten verwendet werden können;

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Styrolharze und/oder Terpenharze und Epoxyharze allein oder miteinander vermischt; Ketonharze sind ebenfalls geeignet, weiterhin Kolophoniumäther und nicht trocknende Alkydharze.

Die besten Erfolge wurden bei einem Pigment-Bindemittel Gewichtsverhältnis von 1:4 bis 1:8 erzielt.

Als wesentliche Plastifizieren die immer mit den oben genannten Harzen zusammen verwendet werden müssen, wurden einige Wachse und hochschmelzende Mischungen als geeignet gefunden, und sie trugen dazu bei, die Eigenschaften der Plastizität und Adhäsion der die genannten bevorzugten Bindemittel enthaltenden Mischungen, auf ein Optimum zu steigern. Auf diese Weise reagieren z.B. die hochschmelzenden Verbindungen auf hydrocarbonischer Wachsund thermoplastischer Harzbasis günstig in Gegenwart der bevorzugten Styro- und Terpenharze und auch in Gegenwart der Epoxyharze, die ebenfalls verwendet werden können.

Unter den Styrolharzen wurden die jenigen als die geeignetsten befunden, die unter der Bezeichnung Piccolastic D-75, D-IOO, E-IOO AL im Handel erhältlich sind (Firma Pennsylvania Industrial Company). Ein weiter Bereich von thermoplastischen Harzen wird unter diesem Namen verkauft, die bei genau bestimmten Erweichungspunkten, die sich entsprechend dem Harztyp unterscheiden zeitstabil sind, so daß eine weitreichende Auswahl für die geeignete Zusammensetzung der anderen Bestandteile der thermisch abdruckbaren Schicht entsprechend dem Verwendungszweck des Bandes zur Verfügung steht. Insbesondere ist es möglich, den Erweichungspunkt der Beschichtung den Erfordernissen oder den Arbeitstemperaturen des Druckkopfs entsprechend zu erhöhen oder zu senken.

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Darüber hinaus ermöglicht es der unterschiedliche Grad an Plastizität der Bestandteile der verschiedenen Gruppen, die beste Abstimmung zu erhalten, um jedes Reißen der Farbschicht zu vermeiden.

Hinsichtlich von Terpenharzen erwiesen sich die unter dem Namen Piccolyte (Pennsylvania Industrial Co.) vertriebenen als die geeignetsten.

Unter den Epoxyharzen wurden z.B. die des Epikote-Typs (Shell Chemical Co.) als am geeignetsten gefunden.

Soweit hochschmelzende Zusammensetzungen betroffen sind, so wurde festgestellt, daß die auf hochraffinierten Kohlenwasserstoff-Wachsen und thermoplastischen Harzen basierenden des unter der Bezeichnung Lanumelt (Firma Lüneburger Wachsbleiche GmbH) vertriebenen Typs vorteilhaft zur Erreichung des Bestwertes für die Plastizitätseigenschaften und Haftungseigenschaften der auf Styrol- und/oder Terpenbindemittelbasis basierenden Verbindungen beitragen, daß sie jedoch auch mit Epoxyharzen verwendet werden können.

Aus den Eigenschaften der oben erwähnten Bestandteile kann deutlich entnommen werden, daß nur eine sehr sorgfältige Auswahl dieser es ermöglicht, eine genaue Abstimmung der jeweiligen Größen in den verschiedenen Verbindungen zu erhalten und auf diese Weise termisch abdruckbare BeSchichtungen zu erhalten die ein hohes Maß an Plastizität und Adhäsion mit ausgezeichneten Betriebsmerkmalen haben, d.h. die durch gemeinsame Einwirkung von Wärme und Druck mit klaren und abgegrenzten Punkten abgedruckt werden können, ohne irgendwelches Verwischen oder Schmieren, das normalerweise auftritt, wenn

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die thermisch abdruckbare Beschichtung zu zerbrechlich ist oder zu haftend ode" nicht genau abgegrenzte Erweichungspunkte hat.

Die unten angeführten Beispiele zeigen einige der Wege, wie die Farbverbindungen gehalten wurden, jedoch ohne eine Beschränkung auf diese zu bedeuten.

Beispiel 1

170 g Piccolastic D-75

30 g Lunamelt HS-6OO

25 g Raven Carbon Black 1200 (Firma Columbian Carbon Co.) 500 cm Toluol

300 cm Methylisobutylketon und
100 cm Methyläthylketon

wurden in ein 1750 cm fassendes Stahlgefäß gefüllt. Die Mischung wurde 48 Stunden lang gemahlen, dann gefiltert und auf einen 8 Aim dicken Film aus Hostophan aufgetragen, wobei die Dicke der aufgebrachten Beschichtung etwa 2 bis 4 Aim betrug. Nach Austrockung wurde festgestellt, daß das thermisch abdruckbare Band einen Erweichungspunkt bei etwa 60⁰C hatte und bei Verwendung in einem Drucker der oben beschriebenen Art und bei thermischem Abdruck gut abgegrenzte schwarze Punkte erzeugte, die ohne jedes Verwischen und Verschmieren sehr gut hervortraten.

Beispiel 2

175 g Piccolastic D-75
25 g Piccolastic AL (das ist ein Styrolharz, das bei

Zimmertemperatur flüssig wird und eine plastifizierende Wirkung hat)

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25 g Raven Carbon Black 12(X)
500 cm Toluol

3OO cm Methylisobutylketon und
100 cm³ MethyläthyIketon.

Nach 48-stündigem Mahlen wurde die Mischung gefiltert und auf einen 8 λμπ dicken Film aus Hostophan aufgetragen. Die praktischen Ergebnisse des Endproduktes waren gut, die Beschichtung hatte einen Erweichungspunkt bei 60°C.

Beispiel 3

Die gleiche Mischung wurde verwendet und das gleiche Verfahren angewandt, statt Raven Carbon Black 1200 wurden 50 g Paliogen Blau 674Ο (BASF) verwendet, wobei ein zufriedenstellendes Produkt erhalten wurde.

Beispiel 4

Bei gleicher Mischung und gleichem Verfahren wie im Beispiel 2 wurden 170 g Epikote 1000 als Bindemittel verwendet, wobei ein zufriedenstellendes Produkt erhalten wurde.

Beispiel 5

100 g Vinoflex MP 400 (zum Plastifizieren von Co-Polymeren

aus Vinylchlorid/Vinylisobutyläther hergestellt von der BASF)

50 g Piccolyte S-70

50 g Piccolyte S-55

25 g Raven Carbon Black 1200
750 cm Toluol

150 cm Methylisobutylketon und
100 cm³ Me thyläthylketon

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wurden in ein Stahlgefäß gefüllt. Die Mischung wurde 48 Stunden lang gemahlen dann gefiltert und auf einen 8 -um dicken Film aus Hostophan aufgetragen. Nach dem Austrocknen hatte das daraus erhaltene thermisch abdruckbare Band einen Erweichungspunkt bei etwa 80 C und erzeugte bei thermischem Abdruck gut abgegrenzte schwarze Punkte, die sehr gut hervortraten.

Das auf diese Weise erzeugte wärmeempfindliche Band kann nur einmal verwendet werden und kann dazubenutzt werden, eine Darstellung eines thermisch abgedruckten Textes im Ursprung zu erstellen, die sichtbar durch gegen das Licht halten geprüft werden kann, oder die als photographisches Negativ oder durch Verwendung anderer bekannter Systeme reproduziert werden kann.

Für besondere Verwendungen kann das Band auch mit zweifarbiger Farbschicht hergestellt werden.

Ein Band der beschriebenen Art wurde auf einer gewöhnlichen Schreibmaschine verwendet, bei der der Schreibdruck pro Schriftzeichen ungefähr 10 kg beträgt; es wurde jedoch kein Abdruck auf dem Papier hinterlassen.

Andererseits ergab das auf dem oben beschriebenen Drucker bei einer Betriebstemperatur der Heizelemente zwischen und 180°C verwendete Band 83 bei entsprechenden Erweichungstemperaturen der Beschichtung zwischen 65° und 70⁰C und mit einer eine Kraft zwischen 250 g und 1,2 kg ausübenden Feder 99 zufriedenstellende Ergebnisse, wobei der Text bei einer Schreibgeschwindigkeit von 40 Schriftzeichen pro Sekunde ohne jegliches Verwischen oder Verschmieren klar und vollständig abgedruckt wurde.

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Wie bereits festgestellt worden ist, bedingt die Form der Heizelemente die Qualität des Abdrucks auf der Beschichtung insbesondere auf gewöhnlichem Papier.

Tatsächlich ist die dem Anzeigemedium zugekehrte Oberfläche der Beschichtungen von Material gewöhnlich sehr glatt, insbesondere aufgrund der Materialien, aus denen sie hergestellt ist, und auch wegen des Beschichtungsvorganges.

Andererseits hat das aus gewöhnlichem Papier bestehende Anzeigemedium eine unregelmäßige unebene Oberfläche. Es ist daher erforderlich sicherzustellen, daß bei thermischem Abdruck auf gewöhnliches Papier enge Berührung zwischen der Oberfläche der Beschichtung und dem Papier selbst besteht, damit diese Unebenheit überwunden wird.

Dies wird erreicht durch Ausüben ausreichenden Drucks auf die Rückseite des Bandes, jedoch sind auch die Form und die Größe der diesen Druck ausübenden Fläche wichtig. Wenn diese flach und ziemlich breit ist, wie z.B. die Heizelemente eines Druckkopfes, der so viele Heizelemente hat wie Punkte auf der Formmatrize sind und der im Hinblick auf das Band und das Papier während jedes Druckvorganges feststeht (wobei als Formmatrize eine solche aus sieben Reihen mit jeweils fünf Punkten angesehen wird, bei der die Schriftzeichen 2 mm breit und 2,5 mm hoch sind und die Heizelemente gewöhnlich eine viereckige Form mit einer Seitenlänge von 0,3 mm = 300 Aim haben), wird es sehr schwierig sein, enge Berührung zwischen der thermisch abdruckbaren Beschichtung und dem Papier über die gesamte Druck ausübende Oberfläche hin zu erreichen, oder überhaupt wesentlichen Druck auszuüben.Diese Berührung ist nur an den obersten Stellen des unebenen Bereichs gewährleistet, und die Beschichtung wird nur an diesem Punkt abgedruckt

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werden, was folglich zu Verlust an Klarheit und Kontrast des gedruckten Punktes und des gedruckten Schriftzeichens führt.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Reihe von Heizelementen 13 des Druckkopfs 10, die entsprechend der Erfindung während des Schreibens gegen den Träger 110 des Bandes 83 anliegt, wobei entsprechend der Erfindung die thermisch abdruckbare Färbschicht 111 in Berührung mit der Oberfläche 113 des Anzeigemediums 60 ist, das Unebenheiten 112 aufweist.

Das Anzeigemedium 60 liegt an der elastisch-plastischen Schicht 101 der Platte 80 an,d.h. an einer Schicht aus Kunststoffmaterial 115, wie z.B. aus Polyvinylchlorid, und einer Unterlage aus Hartgummi 116.

Der durch die Feder 99 auf den Druckkopf 10 ausgeübte Druck macht es möglich, daß die Reihe der Heizelemente 13 das Band 83 und das Anzeigemedium 60 im Kontaktbereich "d" "versenkt" und die thermisch abdruckbare Beschichtung 112 und das Anzeigemedium 60 in diesem Bereich mit Hilfe der elastischplastischen Biegsamkeit der Platte 80 zusammenzwingt und den Bereich der Unebenheiten 112 im Bereich "d" glättet.

Wenn das Heizelement 13 auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Beschichtung 111 in diesem Bereich schmilzt, klebt die Beschichtung 111 an der Oberfläche 113 fest, und daher kommen das Band 83 und das Anzeigemedium 60 an diesen Punkten in Berührung.

Die Bewegung des Druckkopfes 10 veranlaßt diese Versenkungen, sich zu den nächsten Druckstellen des Druckkopfes hin zu bewegen, wodurch die unebenen Stellen 112 "ausgebügelt"

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werden und gewährleistet wird, daß gute Berührung über die gesamte Breite des gedruckten Punktes besteht.

Die Trennung von Band 83 und Anzeigemedium 60 am Schluß des Drückens einer Linie, wenn die Beschichtung 111 sich absetzt, läßt wieder die Teile der Beschichtung, die vorher erweicht waren und an dem Anzeigemedium 60 klebten, auf dem Anzeigemedium 60 selbst zurück und erzeugt damit das erforderliche Drucken.

Für eine gute Druckqualität ist es erforderlich, daß die Schicht 101 keine örtlich begrenzte Reaktion auf den Druck eines jeden Heizelementes 13 erzeugt, die proportional zum örtlichen Eindringen eines jeden Heizelementes ist. Es ist auch erforderlich, daß das Eindringen eines jeden Heizelementes nicht aufgrund der Flexibilität der Schicht 101 das Eindringen des ihm in der Reihe am nächsten liegenden Heizelementes bedingt und daß die Reaktion auch für verschiedene Eindringungen praktisch konstant ist.

Von diesem Gesichtspunkt aus ergab die Schicht aus Kunststoff material 115 z.B. aus Polyvinylchlorid mit einer Unterlage 116 aus Hartgummi zufriedenstellende Ergebnisse insofern, als sie eine wesentliche elastische Nachwirkung ergab , und daher das Zurückspringen längere Zeit in Anspruch nimmt als die Zeit, während der der Druck auf den Druckkopf ausgeübt wird.

Die obigen Ausführungen haben gezeigt, wie die Kombination eines Druckkopfes des beschriebenen Typs mit einem thermisch abdruckbaren Band mit den oben erwähnten Eigenschaften es ermöglichte, einen elektrothermxschen Drucker zum Drucken auf einem Anzeigemedium zu erhalten, das vorzugsweise aus

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nicht empfindlichem Papier besteht und einen Druckkopf umfaßt, der während des Druckvorganges entlang einer Drucklinie läuft, ohne die Nachteile aufgrund Verwischens oder Verschmierens zu haben.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

[ 1.JElektrothermi scher Drucker zum Schreiben von Punkt-Matrix- ^-—^Schriftzeichen auf einer Drucklinie eines Aufzeichnungsmediums, die entlang dieser Linie mittels eines elektrothermischen Druckkopfes auf einer Platte angebracht werden, der sich während des Druckvorganges stetig auf der Drucklinie entlang bewegt und der eine Reihe aus widerstandsfähigen Druckelementen umfaßt, die im rechten Winkel zur Drucklinie verlaufen und in zeitlicher Beziehung zur Bewegung des Druckkopfes wahlweise elektrisch erwärmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmeempfindliches Einfärbelement (83) mit einem Träger (110) aus wärmedurchdringbarem Material das mit einer Beschichtung aus einem Material überzogen ist» das zur gemeinsamen Einwirkung von Wärme und Druck zwischen dem Druckkopf (10) und dem Aufzeichnungsmedium (6o) abdruckbar ist, eingefügt wird, und daß eine Druckeinrichtung (53,99 und 40) vorgesehen ist, die während der Bewegung des Druckkopfes (10) die Druckelemente (13) gegen den Träger (110) und die Beschichtung gegen das Aufzeichnungsmedium (60) drückt.
2. Thermischer Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (80), auf der das Anzeigemedium (60) entlang der Drucklinie angebracht ist, eine erste Schicht aus elastischem Material (101) umfaßt, die mit einer zweiten Schicht aus plastischem Material (115,116) beschichtet ist und in Berührung mit dem Anzeigemedium (60) steht.

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3. Thermischer Drucker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dieser thermischen Elemente (13) eine -eilweise zylindrische äußere Oberfläche hat, die zum Träger (110) hin konvex verläuft, wobei die Erzeugenden der teilweise zylindrischen äußeren Fläche parallel zu einer gemeinsamen Richtung verlaufen, die senkrecht auf der Drucklinie des Aufzeichnungsmediums verläuft.
4. Thermischer Drucker nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigemedium (60) aus nicht empfindlichem Papier besteht.
5. Thermischer Drucker nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (110) aus Kunststoff besteht und eine Dicke von zwischen 7 und 20 Aim hat und daß die Beschichtung eine Dicke zwischen 2 und 4 Aim hat und als wesentliche Bestandteile ein reversibles thermoplastisches Harz, einen Plastifizierer, ein Pigment und/oder eine Farbe enthält.
6. Thermischer Drucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial ein Polyäthylenglycol-Terephthalat ist.
7. Thermischer Drucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Polyäthylen ist.
8. Thermischer Drucker nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Styrolharz ist.

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9. Thermischer Drucker nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Terpenharz
ist.
10. Thermischer Drucker nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Epoxyharz ist.

Se/ÜP - 25 741

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