DE3423072C2

DE3423072C2 - Thermodruckvorrichtung

Info

Publication number: DE3423072C2
Application number: DE3423072A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokosuka Kanagawa Saito
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1986-11-20
Also published as: FR2548964B1; GB2142583A; FR2548964A1; DE3423072A1; US4561789A; GB8415958D0; GB2142583B

Abstract

Ein Thermodrucksystem bzw. -verfahren und ein Thermodrucker weisen einen Behälter mit darin befindlicher Druckfarbe sowie eine Wärmeerzeugungseinrichtung (4) zur Aktivierung der Druckfarbe (11) selektiv entsprechend dem zu druckenden Muster auf. Die durch Schmelzen oder Sublimation durch die Wärmeerzeugungseinrichtung (4) in den aktiven Zustand gebrachte Druckfarbe (11) wird über Löcher (24) eines Filters (13) oder eines porösen Thermodruckkopfes (22) zum Druck auf ein Papier (2) übertragen. Damit benützt das Thermodrucksystem kein Farbband.

Description

Die Erfindung betrifft eine Thermodruckvorrichtung zur Verwendung z. B. bei einem Faksimilegerät und/ oder einem Drucker und insbesondere ein System bzw. einen Thermodrucker, mit dem ein Farbbild gedruckr werden kann.

Thermodruckverfahren haben den Vorteil, daß sie weniger mechanisch bewegbare Teile besitzen, das Druckgeräusch gering ist, die Gerätegröße klein ist, die Geräte mit niedriger Netzspannung arbeiten usw. Deshalb werden derartige Drucker in vielfältiger Weise als Aufnahme- und/oder Drucksysteme verwendet.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift 17 87 84/82 ist eine Thermodruckvorrichtung mit einer drehbar gelagerten Farbwalze, einem Vorwärmgerät und einem Thermodruckkopf bekannt. Zwischen der Farbwalze und dem Thermodruckkopf ist ein Aufnahmepapier angeordnet und der Thermodruckkopf drückt über das Papier auf die Farbwalze. Die Farbwalze besteht aus Sintermetall und weist feine Löcher bzw. Nadellöcher auf, in denen sich wärmeempfindliche Druckfarbe mit Farbstoff. Überzug. Wachs und/oder einigen Zusätzen befindet. Die Farbwalze wird durch das Vorwärmgerät derart etwas aufgewärmt, daß die in der Walze eingeschlossene Farbe nicht das Papier berührt. Wenn der Thermodruckkopf die Walze selektiv so erwärmt, daß die Farbe schmilzt, so wird die geschmolzene Farbe auf das Papier übertragen. Die Farbwalze kann während einer langen Zeitdauer verwendet werden, da-die Farbe von den Innenlöchern zur Oberfläche der Walze hin Die bekannte Thermodruckvorrichtung hat jedoch die Nachteile, daß die Wärmekapazität des Therniodruckkopfes aufgrund der Wärmeverluste groß sein muß, da dieser die Farbwalze über ein Papier mit einer Dicke voa 50 bis 80 μπι aufwärmt. Außerdem ist die Druckauflösung aufgrund der thermischen Diffusion durch das Papier gering.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Thermodruckvorrichtung zu schaffen, bei der kein Farbband verwendet wird, das Drucken mit niedrigem Energieverbrauch durchgeführt werden kann und der Druck außerdem klar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Thermodruckvorrich-'rung gelöst, bei dem sich Druckfarbe in einem Behälter befindet, eine Wärmeerzeugungseinrichtung vorgesehen ist zur Statusumwandlung der Druckfarbe vom festen inaktiven Zustand in den aktiven Zustand, und zwar dadurch, daß selektiv entsprechend einem zu druckenden Muster Wärmeenergie auf die Druckfarbe zur Einwirkung gebracht wird. Die in den aktiven Zustand gebrachte Druckfarbe wird über Löcher einer filter- bzw. siebähnlichen Vorrichtung oder eines porösen Thermodruckkopfes auf ein Papier übertragen, wobei die Druckfarbe thermisch schmelzbar oder thermisch sublimierbar i%t.

Vorzugsweise weist die Wärmeerzeugungseinrichtung einen porösen Thermodruckkopf auf, der gleichzeitig als filter- oder siebähnliche Vorrichtung, im folgenden kurz Filter, dient.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung sind in den Ansprüchen 1 bis 6 beschrieben.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. i den Aufbau einer erfindungsgernäßen Thermodruckvorrichtung;

Fig. 2 a und 2 b den Aufbau des erfindungsgemäßen Thermodruckkopfes;

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der Stromversorgungsschaltung für den erfindungsgemäßen Thermodruckkopf;

Fig. 4 a und 4 b den Aufbau eines porösen Thermodruckkopfes zur Verwendung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung;

Fig. 5 den Aufbau einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung unter Verwendung eines porösen Thermodruckkopfes;

Fig. 6 den Aufbau einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung;

Fig. 7 eine Farbkapsel zur Verwendung bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemiißen Thermodruckvorrichtung und

Fig. 8 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Thermodruckvorrichtung zur Verwendung für den Farbdruck.

Fig. 1 zeigt den Aufbau aer erfindungsgemiißen Thermodruckvorrichtung oder eines Drucksystems zur

Übertragung von wärmeempfindlicher Druckfarbe, Farbe oder Tinte. Ein Farbbehälter ist von einer Seitenwand 14, einem als Wärmeerzeugungseinrichtung dienenden Thermodruckkopf 12 sowie einem Filter 13 umgeben, das in der Nähe des Thermodruckkopfes 12 angeordnet ist. In diesem Farbbehälter befindet sich Druckfarbe 11. Dabei soll die Druckfarbe Il einen niedrigen Schmelzpunkt besitzen oder sublimierbar sein. Damit besitzt die Druckfarbe 11 zwei Zustände,

nämlich einen festen inaktiven Zustand bei niedriger Temperatur und einen flüssigen (oder gasförmigen) aktiven Zustand bei hoher Temperatur für das Drukken. Eine Heizeinrichtung 4, die am Ende des Therniodruckkopfes 12 angebracht ist, weist eine Vielzahl von Heizzellen auf, die in der dargestellten Ausführungsforrn senkrecht angeordnet sind. Der Thermodruckkopf 12 aktiviert die Druckfarbe dadurch, daß durch Aufwärmen der Druckfarbe deren Zustand vom inaktiven Zustand in den aktiven Zustand umgewandelt wird. Durch eine Preß- oder Druckwalze 15 wird ein Aufnahmepapier 2 auf den Filter 13 gedrückt. Das Aufnahmepapier 2 besteht vorzugsweise aus einem Trägerpapier 2, und einer Oberflächenschicht I₁, die von der Art der Druckfarbe 11 abhängt. Je nach Druckfarbe 11 kann auch auf die Oberflächenschicht 2, verzichtet werden. Der Filier 13 besteht aus einer dünnen Schicht mit thermischer Stabilität. Er weist eine Vielzahl von Nadelkichern oder ein Netzwerk mit einem Durchmesser von weniger als 60 um auf. Seine Dicke ist Vorzugsweise kleiner als 100 μπι. Die Druckfarbe 11 besitzt bei Zimmertemperatur hohe Viskosität und kann in diesem Zu5.tand nicht durch den Filter 13 hindurchtreten. Bei hoher Temperatur wird die Druckfarbe 11 geschmolzen oder sublimiert und sie tritt dann durch den Filter 13 und erreicht das Aufnahmepapier 2, das durch die Druckfarbe bedruckt wird.

Das gewünschte Muster wird auf das Aufnahmepapier durch selektives Aufwärmen der Heizzellen des Thcrmodruckkopfes 12 gedruckt, wodurch die Druckfarbe 11 selektiv aufgewärmt und geschmolzen wird.

Fig. 2 a und 2 b zeigen Ausführungsformen des in Fig. I dargestellten Therniodruckkopfes 12. Bei der in Fig. 2 a dargestellten ersten Ausführungsform weist der Thermodruckkopf 12, eine Vielzahl von getrennten Heizzellen 4 auf, die am Ende des Substrats 3, line:ar angeordnet sind. Jede Heizzelle 4 besteht aus einem Dünnfilm- oder Dickfilmwiderstand und wird durch Anlegen eher Spannung zwischen der gemeinsamen Elektrode 16 und der jeweiligen Elektrode 17 aufgewärmt, die für jede Zelle vorgesehen ist. Die Zahl der einzelnen Elektroden 17 entspricht der der Heizzellen 4, die die Druckfarbe 11 entsprechend der angelegten Spannung für das gewünschte Druckmuster selektiv aufwärmen. Der Aufbau des ThermoJruckkopfes 12] ist gleich wie beim Stand der Technik, mit der Ausnahme, daß die Heizzellen 4 am Rand- oder Endabschnitt des Substrats angeordnet sind, während bei einem bekannten Thermodruckkopf lieizzellen im Inneren oder im mitltlcren Teil des Substrats angeordnet sind. Das Substrat ist beispielsweise ein glasiertes Keramiksubstrat, das sowohl das Substrat als auch die glasierte Schicht bekannter Thermodruckköpfe ersetzt. Die Heizzellen 4 sind beispielsweise aus Ta₂N oder Si-Ta. Die Elektrode ist beispielsweise aus Au, Al oder Cu und die Schutzschicht ist beispielsweise aus Ta₂ O₅ oder SiC. die auf das Substrat durch Sputtern oder Aufdampfverfahren aufgebracht werden. Die Heizzellen 4 werden durch das Photolitho-Ätzverfahren aufgebracht. Die Dichte der Meizzellen 4 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 4 Punkte/mm und 16 Punkte/mm. Der Grund warum die Hcizzellen am Randabschnitt des Substrats angeordnet sind, ist der, daß die Heizzellen 4 in der Nähe (lies Filters 13 angeordnet sind, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei der in Fig. 2 a dargestellten Ausführun^sform die gemeinsame Elektrode 16 jeweils von den Elektroden 17 duch eine dünne Isolierschicht (beispielsweise Polyimid) isoliert wird, die sandwichartig zwischen der gemeinsamen Elektrode 16 und den einzelnen Elektroden 17 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Thermodruckkopfes 12?. der aus einer einzigen länglichen Heizleitung 4 besteht. Die Elektroden 17 sind irn vorbestimmten Abstand zueinander mit der Heizleitung 4 verbunden. Dabei dient die Elektrode 17 sowohl als gemeinsame Elektrode als auch als einzelne Elektrode. Der Strom wird durch ein aufeinanderfolgendes Paar von Elektroden 17 in die Heizleitung 4 geliefert. Die in Fig. 5 b dargestellte Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Herstellungsverfahren für den Thermodruckkopf besonders einfach ist.

Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Stromversorgungsschaltung für einen Thermodruckkopf 12,, wie er in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform verwendet wird. Für jede Abtastzeile wird ein Bildsignal PIX einem Schieberegister 18 zugeführt, das mit einem Taktimpuls CLK synchronisiert ist. Der Inhalt des Schieberegisters 18 wird parallel zu ...inem Abtastsignal STB einer Halte- bzw. Zwischenspeicher- oder Halteschaltung 19 übertragen. Danach wird ein Freigabesignal ENB den Torschaltungen 20 so zugeführt, daß die Zelle der Halteschaltung 19 über die Torschaltung 20 und dL Pufferschaltung 21 einer ausgewählten Heizzelle 4 Strom zuführt, wodurch in der ausgewählten Heizzelle 4 Wärme erzeugt wird. Das eine Ende der Heizzellen 4 ist jeweils über die gemeinsame Leitung bzw. Elektrode 16 mit dem vorbestimmten Potential \'_rH verbunden. Die Heizzellen 4 sind entlang der Breite eines Aufnahmepapiers 2 linear angeordnet. In einem G3-Faksimilesystem beträgt beispielsweise die Dichte der Heizzelien 8 Punkte/mm, und die Gesamtzahl der Zellen ist 1728 Punkte (ISO, DIN A4).

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform einer Heizerzeugungseinrichtung, und zwar in Fig. 4 a in Draufsicht und in Fig. 4 b im Querschnitt entlang der Linie X bis X in Fig. 4 a. Der Thermodruckkopf 22 wird dabei als poröser Thermodruckkopf 22 bezeichnet, da ^r die Funktionen sowohl des Filters 13 als auch des Thermodruckkopfes 12 in Fig. 1 erfüllt.

Der poröse Thermodruckkopf 22 in Fig. 4 weist ein Substrat 22,, eine (Wärme-)Widerstandsschicht 222, eine Elektrode 223, eine Schutzschicht 22₄, eine Trägerplatte 22₅, eine Heizzelle 23 und Löcher 24 auf. durch die die Druckfarbe hindurchdringt. Das Substrat 22, muß hitzebeständig sein und besteht beispielsweise aus einer porösen Keramik, einem porösen Glas oder einem flexiblen Substrat aus einer Polyimidschicht. Das Substrat 22, ist entweder in seinem gesamten Bereich oder lediglich in dem Abschnitt porös, in dem eine Heizzelle 23 vorgesehen ist, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die letztgenannte Ausführungsform ist im Hinblick auf die mechanische Festigkeit und/oder die Henstellungsausbeute vorzuziehen. Die Widerstandsschicht 22_: besteht aus einer dünnen Schicht aus Ta₂N, Si-Ta oder Ta-SiO^ oder aus einer dicken Schicht aus RuO₂ wie im Falle eines bekannten Tiermodruckkopfes. Wenn die Heizeinrichtung aus einer dünnen Schicht von weniger als 0,3 μπι Dicke besteht, so muß der Durehmesser eines •Lochs 24 zum Hindurchtreten der Druckfarbe größer gemacht werden als die Dicke der Schicht, so daß das Loch im Zerstäubungs-(Sputter-) oder Aufdampfverfahren zur Aufbringung der Dünnfilmwiderstandsschicht nicht mit Widerstandsmaterial gefüllt wird. Falls das Loch 24 mit dem Dünnfilmwiderstandsmaterial gefüllt wird oder eine Dickfilmwiderstandsschicht verwendet wird, muß beim Ätzen eine Maske auf dem

Substrat 22₍ verwendet werden. Die Schutzschicht 22₄ besteht beispielsweise aus SiO₂, SiC oder einer Nitritverbindung und wird zur Vermeidung einer Oxydation oder einer chemischen Korrosion der Widerstandsschicht 22₂ durch die Druckfarbe verwendet.

Ein Beispiel für ein experimentelles Herstellungsverfahren eines porösen Thermodruckkopfes 22 auf einem Polyimid-Substrat 22₁ sieht wie folgt aus.

a) Durch Zerstäubungs- oder Spritzverfahren wird eine dünne Schicht (Dicke: 5-30 μπι) von Polyimid-Lack auf der Trägerplatte 22, aus Fe oder Cu aufgebracht. Danach wird der dünne Polyimidfilm während einer Zeitdauer von 1-2 Stunden bei relativ niedriger Temperatur (100-200 ⁰C) in der Wärme ausgehärtet.

b) Durch Photoätzverfahren wird in dem dünnen Polyimidfilm ein I .och 24 zum Hindurchtreten der Druckfarbe erzeugt.

c) Der dünne Polyimidfilm wird 1 bis 2 Stunden lang bei relativ hoher Temperatur (200-400 ⁰C) ein zweites Mal in der Wärme ausgehärtet, um das Substrat 22, zu liefern.

d) Durch Sputtern (Zerstäubungsverfahren) wird die (Wärme-)Widerstandsschicht 222 auf dem Substrat aufgebracht. Die Widerstandsschicht ist aus Ta-SiO₂, und ihre Dicke beträgt 0,01 bis 0,1 μπι.

e) Durch Aufdampfverfahren wird eine Elektrode 22₃ aus Au auf der Widerstandsschicht 22j aufgebracht.

f) Die Elektrode 22j (Schritt e) wird einem Photolitho-Ätzverfahren so ausgesetzt, daß eine Heizeinrichtung 23 einschließlich der Löcher 24 zum Hindurchtreten der Druckfarbe ausgebildet wird.

g) Durch Sputtern wird eine Schutzschicht 22₄ aus SiO₂ oder Ta₂O₅ auf die Heizeinrichtung 23 aufgebracht.

h) Schließlich wird der Abschnitt in der Trägerplatte 22* in der Nähe der Heizeinrichtung 23 durch Photolitho-Ätzverfahren ausgehöhlt.

Mit dem vorgenannten Verfahren wurde ein Prüfling hergestellt, bei dem die Dichte der Heizzellen 5 Punkte/ mm betrug. Es bestätigte sich, daß der Prüfling ohne Probleme arbeitet. Versuchsweise ergab sich, daß der Durchmesser eines Lochs 24 zum Hindurchtreten der Druckfarbe vorzugsweise bei 2-30 μπι liegt. Die Dichte der Löcher 24 zum Hindurchtreten der Druckfarbe ist vorzugsweise ebenso hoch wie beim Druck die optische Dichte der aufgenommenen Punkte. Die Dichte der Löcher 24 ist jeAach begrenzt durch die Größe der Heizzelle 23, deren mechanische Festigkeit und die Genauigkeit des Photolitho-Ätzverfahrens. Wenn das Substrat 22, aus einer Polyimid-Schicht besteht, ist das Wärmeverhalten aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit langsam. Das niedrige bzw. langsame Wärmeverhalten wird beschleunigt, wenn zwischen der Trägerplatte 22₅ und dem Substrat 22, eine Au- oder Cu-Schicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen wird.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird der poröse Thermodruckkopf 22 nach Fig. 4 verwendet. Mit 25 ist ein Farbbehälter und mit 26 eine flexible Leiterplatte (FPC) aus einer Polyimidschicht gekennzeichnet, die mit der Elektrode 223 des porösen Thermodruckkopfes 22 elektrisch verbunden ist. Der poröse Thermodruckkopf 22 wird von einer externen Schaltung gesteuert, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist hier anzumerken, daß die Treiberschaltung nach Fig. 3 auch auf der Leiterplatte 26 befestigt sein kann. Wenn das Substrat 22, des porösen Thermodruckkopfes aus einer Polyimidschicht besteht, kann das Substrat 22, auch als Substrat der Leiterplatte 26 dienen. Der poröse Thermodruckkopf 22 in Fig. 5 dient sowohl als Filter 13 als auch als Thermodruckkopf 12 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, d. h. er erfüllt sowohl die Funktion des Haltens der Druckfarbe als auch deren LJrwärmen. Bei Zimmertemperatur, bei der die Heizzelle 23 nicht erwärmt wird, kann die Druckfarbe das Loch in der Heizzelle 23 nicht passieren und die Druckfarbe wird daher nicht auf das Aufnahmepapier 2 überlragen. Bei hoher Temperatur, bei der die Heizzelle 23 erwärmt wird, schmilzt oder sublimiert andererseits die Druckfarbe 11 selektiv und die geschmolzene oder sublimierte Druckfarbe durchdringt das Loch 24 und wird auf das Aufnahmepapier 2 übertragen, um auf diesem das gewünschte Muster zu liefern.

Der poröse Thermodruckkopf 22 nach Fig. 5 hat den Vorteil, daß die elektrische Leistung zum Drucken im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig. 1 klein ist, da keine thermischen Diffusionsverluste in Abhängigkeit von der Länge zwischen der Heizeinrichtung 4 und dem Filter 13 auftreten, wie es bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Fall ist. Vorzugsweise ist die Dicke des Substrats 22, in Fig. 4 so dünn wie möglich, um die elektrische Leistung beim Drucken zu vermindern. Da ein düriies Substrat in mechanischer Hinsicht jedoch schwach ist, wird das Substrat 22, vorzugsweise nur in dem Teil dünn gemacht, in dem die Heizzelle 23 ausgebildet ist. Diese Ai'sführungsform hat den Vorteil, daß die elektrische Druckleistung gering ist und die mechanische Festigkeit des Substrats nicht geschwächt wird. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsfomi unterscheidet sich der Werkstoff der Widurstandsschicht 22 von dem der Schutzschicht 22₄. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Wenn das Material der Widerstandsschichl 22 ausreichend stabil ist, so ist die Schutzschicht 22₄ nicht erforderlich und es kann auf sie verzichtet werden.

Wenn die Widerstandsschicht 22; aus Si besteht, das ein stabiles Oxid (SiO₂) liefert, wird die Schutzschicht 22₄ durch einfaches Oxidieren der Oberfläche der Widerstandsschicht erhalten, so daß kein Sputtern oder Aufdampfprozeß für die Schutzschicht 22₄ erforderlich ist.

Wenn die Widerstandsschicht 222 aus Silizium (Si) besteht, so braucht das Silizium nicht ein Einkristall-Silizium zu sein, sondern es kann auch ein amorphes Silizium verwendet werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung. Dabei sind mu dem Bezugszeichen 27 die Leiterplatte bzw. das Substrat einer gedruckten Schaltung, mit 28 ein leitender Filter und mit 29i und 29₂ Elektroden gekennzeichnet. Die Druckfarbe 11 ist schmelzbar oder sublimierbar und wird durch die Leiterplatte 27 und den Filter 28 gehalten. Die Leiterplatte 27 weist die gemeinsame Elektrode 29₂ sowie die individuelle Elektrode 29, auf, um dem ausgewählten Teil des Filters 28 selektiv die Spannung zuzuführen. Wenn die Spannung an die ausgewählte individuelle Elektrode 29, und die gemeinsame Elektrode 29₂ gelegt wird, fließt der Strom in das leitende Filter 28. Damit wird der Filter 28 aufgewärmt, so daß die Druckfarbe in der Nähe des aufgewärmten Abschnitts geschmolzen oder sublimiert wird und die geschmolzene oder sublimierte Druckfarbe durch den Filter 28 hindurchtritt und das Aufnahmepapier 2 erreicht. Auf diese Weise wird die Druckfarbe auf das Aufnahmepapier 2 übertragen und das gewünschte

Muster wird auf dem Papier gedruckt. Als Modifikation zur Ausführungsform nach Fig. 6 liefert die Kombination einer leitenden Druckfarbe und eines nichtleitenden Filters ein ähnliches Betriebsverhaltcn wie die Ausführungsform nach Fig. 1, bei der nichtleitende Druckfarbe 11 und ein leitender Filter 13 verwendet werden. Im nachfolgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Druckfarbe beschrieben.

Das erste Ausführungsbeispiel einer Druckfarbe ist eine thermisch schmelzbare, halbfeste Druckfarbe, die bei Zimmertemperatur pastenartig, ist und etwas Fließfähigkeit besitzt. Die Druckfarbe muß so beschaffen sein, daß sie bei Zimmertemperatur nicht durch den Filter 13 oder das Loch 24 hindurchtritt. Die Druckfarbe besitzt die Eigenschaft, daß die Fließfähigkeit bei hoher Temperatur zunimmt und die Druckfarbe durch den Kilter 13 oder das Loch 24 hindurch tritt. Es ist

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eine geringe Fließfähigkeit besitzt, so daß ein kontinuierlicher Druckvorgang durch Zuführung der Druckfarbe in die Nähe des Filters oder des porösen Thermodruckkopfes gewährleistet ist. Vorzugsweise wird dabei die Druckfarbe unter Verwendung eines Kolbens oder Luftdruck unter etwas erhöhten Druck gesetzt. Beim Versuch lagen die bevorzugten Kenndaten der Druckfarbe hinsichtlich der Schmelztemperatur bei etwa 60° C und hinsichtlich der Viskosität bei 5 bis 50 Pa · s (50 bis 500 Poise) (bei 25" C). Diese Kenndaten wurden durch die Kombination des thermisch schmelzbaren Mediums wie etwa Karnauba-Wachs und ölhaltigem Farbstoff mit 5 bis 15 Gew.-% erhalten. Der Versuch wurde mit einer Druckfarbe durchgeführt, die aus 94 Gew.-% Wachs und 6 Gew.-% öligem Farbstoff bestand. Diese Druckfarbe lieferte eine ausreichende optische Dichte der aufgenommenen Punkte. Vorzugsweise weist bei dieser Aasführungsform das Aufnahmepapier 2 eine behandelte Oberflächenschicht T_n so auf, daß die Druckfarbe auf der Papieroberfläche nicht fließt, sondern in Richtung der Dicke des Papiers eindringt.

Das zweite Ausführungsbeispiel einer Druckfarbe ist eine chemisch reaktive, halbfeste Druckfarbe, bei der der ölhaltige Farbstoff im ersten Ausführungsbeispiel durch ein Farbagens ersetzt wird, das die Farbe bei der Entwicklung ändert. Deshalb muß das Aufnahmepapier 2 eine mit Entwickler beschichtete, behandelte Oberfläche besitzen. Wenn die Heizeinrichtung 4 (Fig. 1) oder die Heizeinrichtung 23 (Fig. 5) erwärmt wird, so wird die Druckfarbe in der Nähe der Heizeinrichtung geschmolzen und die geschmolzene Druckfarbe erreicht durch den Filter 13 oder 28 oder durch das Loch 24 das Aufn-ihmepapier 2. Da das Aufnahmepapier 2 mit dem Entwickler beschichtet ist, reagiert das Farbagens in der Druckfarbe mit dem Entwickler und liefert eine sichtbare Farbe auf dem Papier. Selbst dann, wenn das Agens einen Bereich erreicht, in dem kein Druck gewünscht wird, so liefert es keine sichtbare Farbe, wenn die Wärmeenergie klein ist. Dies bedeutet, daß der Farbdruck nur dann erhalten wird, wenn erstens das Farbagens auf das mit Entwickler beschichtete Papier übertragen wird und zweitens der zu druckende Bereich sich auf hoher Temperatur befindet. Die Notwendigkeit einer hohen Temperatur für das Drucken verhindert eine Verschlechterung der Druckqualität infolge eines Flicßens oder Kleeksens der Druckfarbe.

Das Farbagens und der Entwickler können jedes chemische Agens sein, so lange dieses selbst transparent oder weiß ist und sie eine sichtbare Farbe liefern, wenn sie miteinander reagieren. Beispielsweise kann jedes für herkömmliche wärmeempfindliche Papiere verwendete chemische Agens mit einem dualen chemischen Agens verwendet werden. So kann beispielsweise das Farbagens ein Leuko-Farbstoff und der Entwickler Bisphenol A sein. Drüber hinaus können auch Sensibilisatoren und/oder ein Haftverhinderungsagens, wie es üblicherweise in einem wärmeempfindlichen Papier verwendet wird, im Farbagens und/oder Entwickler enthalten sein. Obwohl das Papier in diesem Ausführungsbeispiel ein behandeltes Papier ist, ist das Papier lediglich mit einer einzigen Schicht bedeckt und kann daher billig genug hergestellt werden. Die Kosten sind fast dieselben wie die für ein übliches wärmeempfindliches Papier.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Druckfarbe ist ein sublimierbares Farbpulver, das ein Dispersionsfarbstoff mit einem Molekulargewicht zwischen 200 und 400 ist und das bei einiger Temperatur direkt vom festen in den gasförmigen Zustand sublimiert. Vorzugsweise ist die Temperatur der Sublimation niedriger als 200 ¹C (statische Wärmetemperatur), aufgrund des Aufbaus des Thermodruckkopfes. Beim Betrieb sublimiert das Farbpulver bei Erwärmung durch den Thermodruckkopf und das so durch Sublimation erzeugte Gas erreicht das Papier, wo das Gas wieder in den festen Zustand zurückkehrt, um das sichtbare Muster auf dem Papier zu liefern.

Wenn der sublimierbare Dispersionsfarbstoff als Druckfarbe verwendet wird, so sollte die Affinität zwischen der Druckfarbe und dem Papier berücksichtigt werden. Es ist hier anzumerken, daß sublimierbarer Dispersionsfarbstoff keine gute Affinität mit natürlichen Geweben besitzt, wie sie als herkömmliche unbehandelte Papiere verwendet werden, und daß dieser Farbstoff nicht gut ist für die optische Dichte der aufgenommenen Punkte und die Druckstabilität. Demzufolge sollte das Aufnahmepapier vorzugsweise mit einem Kunstharz, wie etwa Polyester, Nylon, Acrylharz oder einer Azetatfaser beschichtet sein, das ausgezeichnete Affinität mit dem sublimierbaren Farbstoff besitzt. Es ist hier anzumerken, daß jedes Agens, das den Zustand schnell vom festen über den flüssigen in den gasförmigen Zustand ändert, im wesentlichen sublimierbar ist, obwohl es den Zustand nicht direkt vom festen in den gasförmigen ändert, und daß diese Art von Agens als Druckfarbe erfindungsgemäß verwendet werden kann.

Die sublimierbare Druckfarbe hat den Vorteil, daß sie mühelos das Filter durchdringen kann, eine ausgezeichnete Druckqualität und einen weiten (Helligkeits-) Abstufungsbereich liefert, obwohl die für den Druckvorgang erforderliche elektrische Leistung etwas größer ist als bei einer anderen Druckfarbe.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Druckfarbe ist diese in einer Mikrokapsel enthalten. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch die Mikrokapsel 30, die eine Kapselschale 3O₁ aufweist, die die Druckfarbe 3O₂ enthält. Die Schale 30, ist sublimierbar und hat einen niedrigen Schmelzpunkt. Wenn beim Betrieb die Mikrokapsel durch den Thermodruckkopf erwärmt wird, so bricht die Schale 30, der Kapsel 30 durch Sublimation oder Schmelzen und die in der Kapsel befindliche Druckfarbe tritt aus dieser aus. Dann erreicht die Druckfarbe über den Filter oder das Loch das Papier, um dieses mit dem gewünschten Druckmuster zu versehen.

Die Kapselschale kann aus einem thermisch schmelzbaren Wachs (z. B. Karnauba-Wachs) oder einem sublimierbaren Agens (z. B. Hexachloräthan) sein. Die in

der Kapsel enthaltene Druckfarbe kann ein Farbstoff mit Wasserfarbe, Ölfarbe und Leuko-Farbstoff sein.

Eine Mikrokapsel kann hergestellt werden durch das Koazervationsverfahren, Grenzflächenpolymesationsverfahren oder durch In-situ-Vervahren, wie es zur Herstellung herkömmlichen Nicht-Karbon-Vervielfältigungspapiers /erwendet wird. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Kapsel größer als der Durchmesser des Lochs des Filters.

Vorstehend wurden eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen von Heizeinrichtungen und Druckfarben beschrieben. Im Rahmen der Erfindung ist dabei jede Kombination der genannten Heizeinrichtungen mit einer Druckfarbe möglich.

Fig. 8 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Farbdruck. Mit den Bezugszeichen 31, bis 3I₄ sind Liniendruckkopfeinheiten mit gelber Druckfarbe (Y), Mngpnta-Driiekfnrhe (Af). Zyan-Druckfarbe (C) und schwarzer Druckfarbe (BK) gekennzeichnet. Die Heizzellen der Einheiten 3I₁ bis 3I₄ sind in senkrechter Richtung zur Papieroberfläche in Fig. 8 ausgerichtet. Die Kopfeinheit hat beispielsweise den Aufbau nach Fig. 5 mit Farbbehälter 25, porösem Thermodruckkopf 22 und Druckfarbe 11. Jeder Druckkopf 3I₁ bis 3I₄ wird über das Papier 2 durch die Preß- und Druckwalzen 15, bis IS₄ gedrückt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist vier Farben auf, die den herkömmlichen drei Primärfarben und schwarz entsprechen. Die Kombination dieser Farben liefert jede gewünschte Farbe auf dem Papier. Die Druckfarbe für die Farben Y, M, C und BK entspricht den herkömmlichen Druckfarben und ist dem Fachmann bekannt. Mit den Bezugszeichen 32, bis 32₄ sind Fixiereinheiten zum Fixieren der Druckfarbe gekennzeichnet, mit denen ein Farbvermischen verhindert wird. Auf diese Fixiereinheiten kann dann verzichtet werden, wenn die durch die Köpfe 3I₁ bis 3I₄ aufgezeichneten bzw. aufgeprägten Punkte ausreichend stabil sind.

Wie bereits oben beschrieben wurde, ist bei der Erfindung kein Farbband oder keine dünne Farbschicht zum Thermodruck erforderlich, sondern lediglich eine thermisch schmelzbare oder sublimierbare Druckfarbe im schüttfähigen Zustand (bulk ink). Dadurch werden die Betriebskosten eines Thermodruckers beträchtlich vermindert. Außerdem wird der Aufbau eines Thermodruckers vereinfacht, da keine Einrichtung zum Bewegen des Farbbands oder der dünnen Farbschicht erforderlich ist. Da darüber hinaus das Heizgerät die Wärme in der Druckfarbe selbst erzeugt, ist der thermische Wirkungsgrad des Thermodruckkopfes hoch und die elektrische Druckleistung bzw. der Energieverbrauch wird vermindert. Durch die Verwendung von mehreren Farben wird darüber hinaus ein Farbdrucker durch Thermodruckköpfe erhalten.

Änderungen und Ausgestaltungen der beschriebenen Ausführungsform sind für den Fachmann ohne weiteres möglich und fallen in den Rahmen der Erfindung.

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermodruckvorrichtung mit einer selektiv envärmbare Bereiche aufweisenden Wärmeerzeugungseinrichtung und mit einem Farbbehälter, der eine Vielzahl von Löchern aufweist, durch welche Druckfarbe bei Erwärmung auf einen Aufzeichnungsträger übertragen wird, dadurch gekennzeichne t. daß der Farbbehälter (12,13,14; 25; 27, 28) die Wärmeerzeugungsvorrichtung (4; 23; 29_l7 29_:) beinhaltet.

> 2. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeerzeugungseinrichtung ein eine Farbbehälterwand bildender Thermcdruckkopf (12; 22) vorgesehen ist, dessen Heizzellen (4; 23) in der Nähe der Löcher (24) vorgesehen sind.

3. Thermridruckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, daß das die Löcher (24) umgebende Substrat (22^ leitfähig ist und daran angeschlossene Elektroden (223) vorgesehen sind.

4. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeerzeugungseinrichtung Heizzellen (23) aufweist, die auf dem die Löcher (24) umgebenden Subsaat (22,) angeordnet sind.

5. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (22j) Polyimid ist.

6. Thermodruckvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Jas Substrat (22,) im Bereich der Heizzellen (23) dünner ist als in den daran anschließenden Bereiche· .