DE2701496C2 - Elektrothermischer Drucker für hohe Schreibgeschwindigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrothermischen Drucker für hohe Schreibgeschwindigkeiten mit einem Zeichen aus einzeln erwärmbaren Elementen aufweisenden Druckkopf.

Moderne Informationsverarbeitungs-Systeme weisen hohe Arbeitsgeschwindigkeiten auf, so daß man auch schnelle Printer benötigt. Man hat für solche Zwecke auch anschlagfreie Schreibverfahren mit höheren Schreibgeschwindigkeiten entwickelt. Bei diesen wird ein absatzweiser Anschlag von Drucktypen oder Elementen davon auf ein Farbband und eine darunterliegende Schreibunterlage vermieden, wobei zudem eine willkommene Geräuschreduktion erzielt wird. Die Informationen werden mittels eines Druckkopfs durch thermische, elektrische, elektrochemische Mittel oder durch einen gesteuerten Tintenstrahl od. dgl. auf einen Träger übertragen. Inzwischen hat sich auch das elektrothermische Druckverfahren bewährt.

Die bekannten Thermodrucker verwenden für die Darstellung der Zeichen Druckköpfe, die vorzugsweise mehrere aus quadratischen Einzelelementen bestehende Matrices enthalten, bei welchen die Einzelelemente durch eine Steuerelektronik einzeln heizbar sind.

Es werden für die Darstellung von Einzelzeichen Matrices mit 5x7 Elementen auf einer Fläche von 1,8 χ 2,6 mm mit 0,2 mm Abstand zwischen den Elementen verwendet. Für höhere Ansprüche an die Lesbarkeit der Zeichen werden Matrices mit 7x9, 9 χ 11, It χ 13 und 13 χ 15 Elementen verwendet, wobei die Ansteuerelektronik dementsprechend dimensioniert wird. Der zeitliche Verlauf der Erhitzung der Elemente wird derart geregelt, daß beim Aufheizen eine Zone verlassen wird, wo die den Elementen entsprechenden Punkte auf dem zu beschreibenden thermosensiblen Schreibpapier mit Sicherheit keine Verfärbung aufweisen und eine Zone erreicht wird, in welcher mit Sicherheit eine satte Verfärbung eintritt. Die dazwischenliegende »Unsicherheitszone« wird beim Aufheizen und beim Abkühlen der Einzelelemente überfahren. Die Zeit zum Durchfahren dieser »Urssicherheitszone« beim Abkühlen der Elemente ist bei Erhaltung einer bestimmten Druckqualität maßgeblich für die Schreibgeschwindigkeit. Da das Schreiben durch eine chemische Reaktion erfolgt, sind für die Abkühlung der Wärmeentzug durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und die Konvektion verantwortlich. Es kann eine Schreibgeschwindigkeit von bis zu 50 Charaktere in der Sekunde erreicht werden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei einem elektrothcrmischen Drucker die Schreibgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, um ihm einen breileren Anwendungsbereich zu sichern.

Die Aufgabe wird bei einem Drucker der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Elemente einen solchen Aufbau besitzen, daß sowohl deren Erwärmung wie deren Abkühlung durch aktive elektrische Elementteile beeinflußt wird.

Die Schreibelementc sollen vorzugsweise als Hciz- und Kühl-(Peltier-)Elemente ausgebildet sein, bei welchen eine Ansteuerelektronik durch Stromimpulse in einer ersten Phase eine plötzliche Erhitzung des Heizelementes (Schreibelement) bewirkt und in einer zweiten Phase durch einen Stromimpuls durch das Kühlelcment eine beschleunigte Abkühlung des Schreibelementes erzwingt. Dadurch kann der Übergang zwischen einer Zone, in welcher auf dem unter dem betreffenden erhitzten Element liegenden Punkt eine satte Farbänderung eintritt und zwischen derjenigen, bei der keinerlei Verfärbung erzielt werden darf, gesteuert und verkürzt werden. Wenn die Taktzeiten an diese Vorgänge angepaßt werden, ist ein bedeutender Fortschritt hinsichtlich der Schreibgeschwindigkeit gegenüber dem Bekannten zu erzielen. Die Steuerelektronik für das elektrothermische Druckelement soll in diesem Fall dem Schreibelement einen Stromimpuls liefern, der durch strom- und spannungsbegrenzende Mittel eine Überhitzung vermeidet, und (verzögert) einen Stromimpuls, der die Abkühlung des Schreibelementes bewirkt. Zu diesem Zweck können bekannte mono- oder bistabile elektronische Schaltungen verwendet werden, die hier nicht näher beschrieben werden müssen.

Die Schreibelemente können auch aus einer Widerstandsschicht zum Aufheizen und einem damit thermisch leitend und elektrisch isoliert verbundenen Kühlelcment bestehen, das ausschließlich zum Abkühlen

benutzt wird. Die Abkühlgeschwindigkeit der Schreibelemenie wird durch die erzwungene Wärmeleitung zum Element naturgemäß größer sein als ohne erzwungene Kühlung, sofern die Erwärmung und die Abkühlung so gesteuert werden, daß mit Sicherheit eine satte Verfärbung bzw. keine Verfärbung mehr auftritt Für die optimale Steuerung der Taktzeiten müssen Kenngrößen des Schreibelementes selbst herangezogen werden.

Besonders schnell arbeitende Druckelemente können mit Hilfe von Kühlelementen aufgebaut werden, deren aktive Teile aus komplementären Halbleitermaterialien bestehen, die auf einer Seite mit einer metallischen Brücke versehen sind und die auf der entgegengesetzten, thermisch die entgegengesetzte Wirkung erzeugenden Seite metallische Anschlüsse besitzen. Die Metallbrücke und die metallischen Anschlüsse sollen dabei vorzugsweise in den äußeren Dimensionen übereinstimmen, die beiden Anschlüsse aber natürlich voneinander isoliert sein. Solche aus Halbleitern bestehenden Kühlelemente haben bekannlerweise einen um mindestens eine Größet.ordnung höheren Wirkungsgrad als die rein metallischen Peltier-Elemente.

Der Druckvorgang kann mit den beschriebenen Mitteln absatzweise für jedes Zeichen oder für eine ganze Zeile erfolgen, wenn genügend Zeichen auf dem Schreibkopf vorgesehen sind, was aber im allgemeinen wegen der anwachsenden Masse des Druckkopfes nicht empfehlenswert ist. Es kann jedoch auch eine kontinuierliche gegenseitige Bewegung des Druckkopfs gegenüber der Schreibunterlage vorgesehen werden, wobei nach dem Druck jeder Zeile eine Rücksetzbewegung stattfinden muß, wie dies auch beim absalzweisen Druck einzelner Zeichen der Fall ist.

Die bei obigen Einrichtungen nicht ausgenützte Reaktionsgeschwindigkeit der iherrrisch-chemischen Farbreaktion erlaubt die Anwendung einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Elemente der Zeichen auf dem Druckkopf. Bei dieser sind die Elemente als in einer Spalte senkrecht zur Schreibrichtung untereinander angeordnete Linien ausgebildet. Sie sind derart bemessen, daß die chemische Reaktionsenergie des Schreibvorgangs in der Schreibunterlage in Verbindung mit der Steuerelektronik zur Kühlung des Schreibelements beigezogen werden kann. Der Schreibkopf kann dann mit Hilfe der Anpreßvorrichlung in steter Berührung mit der zu beschreibenden Unterlage stetig entlang einer Zeile geführt werden. Dies hat verschiedene Vorteile. Die Transportvorrichtung ist einfacher und weniger der Abnützung unterworfen, da die Bewegung nicht bei jedem Zeichen absatzweise erzeugt und wieder gebremst werden muß. Der Schreibkopf ist ebenfalls einfacher und besitzt eine sehr geringe Masse und somit Trägheit. Die Elemente können zur Vermeidung eines merklichen Abriebs nach aus der Halbleiterherstellungstechnik bekannten Verfahren auf ihrer der Druckunterlage zugewandten Oberfläche mit einer harten Siliziumkarbidschicht versehen sein. Wegen der geringen Masse der Elemente wird die Schreibgeschwindigkeit erhöht. Die Steuerelektronik für jedes einzelne Element kann derart ausgelegt werden, daß die horizontalen Teile eines Zeichens als eine geschlossene Linie erscheinen, wodurch die Lesbarkeit verbessert werden kann. Mit dieser Schreibart kann durcii die Mitwirkung der chemischen Reaktionsenergie des Schreibvorgangs in der Schreibunterlage und in Verbindung mit der Peltierkühlung eine weitere Steigerung der Schreibgeschwindigkeit erreicht werden.

Die Druckköpfe können bei allen vorgenannten Ausführungsarten in der aus der Halbleiterherstellung bekannten Mesa-Technik hergestellt werden. Die Abkühlung kann noch auf bekannte Art dadurch beschleunigt werden, daß die Elemente mit der Rückseite auf einer gut wärmeleitenden Metallplatte, beispielsweise mittels eines ebenfalls gut wärmeleitenden Klebers, aufgeklebt sind, welche ebenfalls einen Bestandteil des Druckkopfes darstellt.

Wenn die Herstellung von Kopien gewünscht wird, kann dafür eine Technik angewendet werden, bei der die Schreibunterlage aus einer durch die thermochemische Reaktion verfärbbare bestandteile enthaltenden lichtdurchlässigen Folie besteht. Die Kopien können nach dem Schreiben eines Zeichens oder einer Zeile durch Licht auf einem lichtempfindlichen, einen lesbaren Kontrast erfahrenden Material hervorgebracht oder vorbereitet werden. Dabei ist jeweils die Unterlage für die letzte Kopie vorzugsweise nicht transparent, während die für die dazwischenliegenden Kopien bestimmten Unterlagen transparent sein sollen. Für die letzte oder einzige Kopie kann ein nach dem Diazotypieverfahren verarbeitbares Papier verwendet werden. Dieses soll vorzugsweise eine lichtempfindliche Diazoverbindung, eine Kupplungskomponente, einen Stabilisator gegen vorzeitige Kupplung und einen Absorbator für die beim Kopieren freigesetzte Salzsäure enthalten. Die letzte oder einzige Kopie kann auch nach dem photothermischen Verfahren hergestellt werden. Für die transparenten Kopien können Folien aus lichtempfindlichen Kunststoffsystemen dienen. Auf dem Druckkopf kann zu diesem Zweck eine Lichtquelle oder ein Umlenksystem für von einer davon getrennt auf einem festen Träger angebrachten Lichtquelle erzeugte Lichtstrahlen vorgesehen sein. Desgleichen kann neben oder über dem Aufzeichnungskopf ein Element für die Bildentwicklung bei lichtempfindlichen Kunststoffsystemen angebracht sein.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrothermischer Drucker für hohe Schreibgeüchwindigkeiten mit einem Zeichen aus einzeln erwärmbaren Elementen aufzeichnenden Druckkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente einen solchen Aufbau besitzen, daß sowohl deren Erwärmung wie deren Abkühlung durch gesteuerte aktive elektrische Elementteile beeinflußt wind.

2. Elektrothermischer Drucker nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente als Peltier-Elemente ausgebildet und mit strom- und spannungsbegrenzenden Mitteln für die Erwärmungsphase versehen sind.

3. Elektrothermischer Drucker nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus einer Widerstandsschicht zum Aufheizen und einem damit thermisch leitend und elektrisch isoliert verbundenen Peltier-Element zum Abkühlen aufgebaut sind.

4. Elektrnshermischer Drucker nach dem Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,daß die Elemente als in einer Spalte untereinander senkrecht zur Schreibrichtung angeordnete Linien ausgebildet und derart bemessen sind, daß die chemische Reaktionsenergie des Schreibvorgangs in der Schreibunterlage in Verbindung mit der Steuerelel-.tronik zur Kühlung des Schreibelementes beigezogen werden kann, und daß der Schreibkopf mit einer Anpreßvorrichtung zur steten Berührung mit der zu beschreibenden Unterlage und einer entlang einer Zeile stetig wirkenden Transportvorrichtung versehen ist

5. Elektrothermischer Drucker nach den Ansprüchen I und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente aus komplementären Halbleitermaterialien mit metallischen Brücken auf der einen Seite und metallischen Zuleitungen auf der entgegengesetzten Seite bestehen und die Zuleitungen thermisch mit einem thermisch gut leitenden Teil des Druckkopfes gekoppelt sind.

6. Elektrothermischer Drucker nach den Ansprüchen t und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Kenngrößen des Schreibelementes zur Temperatursteuerung des Schreibelementes beigezogen werden.