DE3534144C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckeinrichtung mit einem, Heizelement aufweisenden Druckkopf zum Drucken eines Bildes.

Als Beispiel für ein Thermodruckgerät ist ein Thermo­ transfer-Farbkopiergerät bekannt, das ein Farbbild repro­ duziert durch Verwendung von Thermotransfer-Tintenbändern mit mehreren Farbmitteln. Bei einem herkömmlichen Gerät dieser Art sind die Bänder gegenüber einem Kopierpapier angeordnet und werden selektiv mit Hilfe eines Thermo­ druckkopfes erhitzt, der mehrere Heizelemente aufweist, die in einer Linie auf einem Keramiksubstrat angeordnet sind, wobei Treiber- oder Steuerschaltkreise auf dem Kera­ miksubstrat in Form einer Mikrobaugruppe angeordnet sind. Bei Betrieb erzeugen die Steuerschaltkreise Steuerimpulse entsprechend dem zu druckenden Bild, und auf diese Weise werden die ausgewählten Heizelemente gespeist, so daß die Farbmittel auf das Kopierpapier zur Erzeugung des Bildes übertragen werden. Beispiele solcher bekannten Geräte sind beispielsweise gezeigt in den US-Patentschriften 40 67 017, 43 78 566 und 44 27 985 und der Europäischen Patentanmeldung 00 50 481.

Bei dem obenerwähnten Thermodruckgerät haben jedoch sämtliche Farbmittel den gleichen Schmelzpunkt, so daß das Gerät nicht dazu verwendet werden kann, einen Zwischen­ farbton oder eine befriedigende Abstufung zu erhalten. Es ist daher bekannt, um Abstufungen bei schwer lesbaren Kopien zu erhalten, die Bilddichte zu steuern, indem man die Anwendungszeit der Steuerimpulse für den Thermodruck­ kopf variiert oder indem man die Bilddichte der gedruckten Punkte steuert, was durch Variieren der Zahl der gesteuer­ ten, für die Bildung eines Bildelementes vorgesehenen Heiz­ elemente erfolgen kann. Die Beziehung zwischen der Bild­ dichte und der Anwendungszeit der Steuerimpulse ist jedoch nicht linear; wenn daher auf diese Weise eine gleichmäßige Abstufung erreicht werden soll durch Variation der Anwen­ dungszeit, ist es notwendig, komplizierte Bedingungen zu erfüllen. Darüberhinaus ist ein Bildelement durch eine Vielzahl von Aufzeichnungspunkten definiert. Daher ver­ schlechtert sich die Auflösung des gedruckten Bildes, wenn eine gleichmäßige Abstufung durch Variation der Zahl der gesteuerten Heizelemente erhalten wird.

Durch die EP 1 42 964 A2 ist eine Vorrichtung zum Thermo­ drucken mit einem Thermokopf bekannt, der eine Vielzahl von in einer Linie angeordneten wärmeerzeugenden Wider­ ständen für jeden Bildpunkt aufweist. Ein Farbtonwert eines einzelnen Bildpunktes wird bestimmt durch die Wider­ stände. Wenn die gewünschte Dichte der Bildpunkte unter der halben Maximaldichte liegt, wird nur ein Widerstand aktiviert und die Dauer der Speisung des Widerstandes wird so gesteuert, daß sich die Dichte linear ändert. Wenn die gewünschte Dichte oberhalb der halben Maximaldichte liegt, werden beide Wider­ stände aktiviert. Die Widerstände sind so angeordnet, daß der Abstand zwischen ihnen gleich der Hälfte des Abstandes zwischen benachbarten Bildpunkten ist. Außerdem ist der eine Widerstand so angeordnet, daß er sich in einer Vorheiz­ stellung des anderen Widerstandes befindet. Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung, daß sich die Bildauflösung verschlechtert, wenn eine gleichmäßige Abstufung durch Variation der Zahl der gesteuerten Heizelemente erhalten wird.

Durch die DE-OS 24 29 114 ist eine elektrostatische Druckeinrichtung zum Drucken mit unterschiedlichen Grautönen bekannt, welche erhalten werden durch Änderung der Zahl der Bildpunkte. Die Druckeinrichtung verwendet eine Aufzeich­ nungselektrode und eine an die Elektrode anlegbare Hoch­ spannung. Die Elektrode besteht aus einer Vielzahl von Drahtelektroden oder Hülsenelektroden, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Gesamtelektrode, die aus den einzelnen getrennten Elektroden aufgebaut ist, ist in einem Halte- und Vorschubteil befestigt und befindet sich gegenüber einer Gegeneleketrode. Ein Aufzeichnungsträger wird kontinuierlich in Aufzeichnungsrichtung zwischen die­ sen beiden Elektroden hindurchbewegt. Die Gesamtelektrode wird dabei orthogonal zur Transportbewegung des Aufzeich­ nungsträgers bewegt. Beim Druckbetrieb kann die gewünschte Farbdichte des Druckes durch entsprechende Einschaltung der Elektroden erhalten werden. Mit der Druckeinrichtung nach dieser Veröffentlichung ist es nicht möglich, stets quadratische Bildelemente zu erzeugen; es treten Abstände zwischen benachbarten Bildelementen auf, wodurch die Bild­ qualität verschlechtert wird.

Durch die JP-OS 56-19 777 ist eine Thermodruckvorrich­ tung mit einer Vielzahl von Heizsegmenten für einen Bild­ punkt bekannt. Beim Druckbetrieb werden die Heizelemente selektiv betätigt, um so die gewünschte Farbdichte zu er­ zielen. Auch bei dieser bekannten Thermodruckvorrichtung verschlechtert sich die Bildauflösung, wenn eine gleich­ mäßige Abstufung erhalten werden soll, durch Änderung der Zahl der angesteuerten Heizelemente.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine gleichmäßige Abstufung erzielbar ist, ohne daß die Bildauflösung verschlechtert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung gemäß Kenn­ zeichen des Anspruchs gelöst.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Druckeinrichtung zeichnet sich durch eine Vielzahl von selektiv betätigbaren, konzentrisch ineinandergeschachtelten, rechteckförmigen Drucksegmenten aus. Es wird jeweils eine vorbestimmte Zahl von Drucksegmenten betätigt, um einen Bildbereich zur Bil­ dung des gedruckten Bildes in Abhängigkeit von den akti­ vierten Drucksegmenten zu ändern. Auf diese Weise wird durch Änderung des Bereiches in den Bildelementen eine Abstufung erzielt, ohne daß die Bildauflösung beeinträch­ tigt wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht der Innenseite eines Thermodruckers gemäß der vor­ liegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Thermokopf des Thermodruckers nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Thermo­ kopf,

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm eines Treiber- bzw. Steuerkreises zur Steuerung des Thermokopfes und

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Abstufungs­ darstellung.

Die Fig. 1 zeigt einen Thermodrucker mit einer Druckeinheit 10 und einer Zuführeinheit 12, die in einem Gehäuse 14 ein­ geschlossen sind. Eine Druckwalze 16 ist horizontal im zentralen Teil der Druckeinheit 10 angeordnet. Ein Thermo­ kopf 18 ist an der Vorderseite der Druckwalze 16 angeordnet. Dieser Thermokopf 18 ist an einem Heizkörper befestigt, der einstückig an der rückwärtigen Endfläche eines Hal­ ters 22 ausgebildet ist. Eine Bandkassette 24, die ein Thermotransfer-Tintenband 26 einschließt, ist über eine Kassettenaustauschöffnung (nicht gezeigt) abnehmbar in einem Halter 52 angeordnet. Wenn die Bandkassette 24 im Halter 22 installiert ist, befindet sich das Thermotrans­ fer-Tintenband 26 zwischen dem Thermokopf 18 und der Druck­ walze 16. Die Bandkassette 24 weist eine Transportwalze 28 und eine Aufnahmewalze 30 auf, mit denen die Enden des Tintenbandes 26 verbunden sind, sowie ein Gehäuse 32. Ein Teil des Gehäuses 32 ist geöffnet, so daß das Thermotrans­ fer-Tintenband 26 zwischen der Druckwalze 16 und dem Thermo­ kopf 18 angeordnet ist. Wenn die Bandkassette 24 in der Druckeinheit 10 installiert ist, werden die Transportwalze 28 und die Aufnahmewalze 30 an eine Antriebswelle eines Motors (nicht gezeigt) zum Antrieb des Tintenbandes 26 gekuppelt und gedreht. Eine Papierzuführkassette 34, in der Kopierpapier P gespeichert ist, ist unterhalb der Druckwalze 16 positioniert. Das Kopierpapier P in der Kassette 34 wird einzeln durch Drehung einer Zuführrolle 36 aufgenommen, die unterhalb und rechterhand der Druck­ walze 16 vorgesehen ist. Die Zuführeinheit 12 ist versehen mit einem manuellen Zuführtisch 38, durch den Kopier­ papierbögen der Druckeinheit 10 über einen Führungskanal 40 zuführbar sind. Das Kopierpapier P , das aus der Kas­ sette 34 entnommen wird oder vom Tisch 38 zugeführt wird, wird mit Hilfe zweier Walzen 42 ausgerichtet, die ober­ halb und rechterhand der Zuführrolle 36 angeordnet sind. Danach wird das Kopierpapier P der Druckwalze 16 zugeführt. Zwei Preßwalzen 44 und 46 gelangen in Druckkontakt mit der Druckwalze 16 und das Kopierpapier P wird um die Druckwalze 16 vermittels der Rollen 44 und 46 herumgewickelt, wo es genau in einer vorbestimmten Transportposition eingestellt wird. Wenn das Kopierpapier P zwischen dem Thermokopf 18 und der Druckwalze 16 aufgenommen wird, wird die auf dem Tintenband 26 aufgetragene Tinte vom Band 26 auf das Papier P übertragen aufgrund der Wärme, die selektiv vom Thermo­ kopf 18 abgegeben wird, so daß Kopierbilder auf dem Papier P gebildet werden. Danach wird das Kopierpapier P an einen Auffangbehälter 48 durch eine Papierabgaberolle 50 abgegeben. Hinter den Preßwalzen 44 und 46 sind Tore 52 und 54 vorge­ sehen, so daß der Weg des Kopierpapieres P selektiv blockier­ bar ist oder geöffnet werden kann. Das Tor 52 blockiert den Weg nicht, wenn das Papier P in Vorwärtsrichtung transpor­ tiert wird. Andererseits, wenn das Papier in Rückwärtsrich­ tung transportiert wird für eine Sekunde oder für einen nachfolgenden Bildformungsvorgang, blockiert das Tor 52 den Weg und leitet das Papier P zu einer ersten Führungs­ platte 56. Das Tor 54 blockiert den Transportweg so lange, bis der Transfervorgang der Abbildung durchgeführt ist, so daß das Papier nicht dem Auffangbehälter 48 zugeführt wird, sondern einer zweiten Führungsplatte 58. Auf diese Weise wird ein Kopierbild auf dem Papier P gedruckt durch über­ lappende Abbildungen bei jedem Abbildungsvorgang. Danach öffnet das Tor 54, damit das Papier P zum Auffangbehäl­ ter 48 transportierbar ist. Die Papierzuführkassette 34 kann frei an der Zuführeinheit 12 angebracht und von dieser abgenommen werden durch die Vorderseite hindurch. Zusätzlich gestattet der manuelle Zuführtisch 38 die ma­ nuelle einzelne Zufuhr von Papier per Hand.

Nachfolgend soll das Prinzip des Thermotransfer­ druckens beschrieben werden. Der Thermokopf 18 weist ein Feld von Heizelementen auf, die in einer Linie in Axial­ richtung der Druckrolle 16 an der Berührungsfläche mit der Druckrolle 16 angeordnet sind. Wenn das von den Walzen 42 zugeführte Kopierpapier P sich zwischen der Druckwalze 16 und dem Tintenband 26 befindet, drückt der Thermokopf 18 das Kopierpapier P gegen die Druckwalze 16 über das Tin­ tenband 26 und zur gleichen Zeit werden die Heizelemente entsprechend den Bildsignalen selektiv aktiviert. Die auf dem Band 26 als Farbmittel befindliche Tinte wird aufge­ schmolzen und thermisch auf das Kopierpapier linienweise übertragen.

In der Fig. 2 ist der Aufbau des Thermokopfes 18 dar­ gestellt. Der Thermokopf 18 weist ein Feld 60 von Heizelementen und einen Treiberschaltkreis 62 auf, welche auf einem ke­ ramischen Substrat 64 integriert angeordnet sind. Das Feld von Heiz­ elementen ist in einer horizontalen Linie quer zur Trans­ portrichtung des Papieres P (Pfeil X) in der Fig. 2 ange­ ordnet und mit einer Vielzahl von Druckelementen 66 ₁-66 _N versehen. Jedes dieser Druckelemente 66 ₁-66 _N dient dazu, ein Bildelement zu drucken, d. h. einen Druckpunkt, und ist unterteilt in M Drucksegmente 68 ₁-68 _M , die ringförmige, insbesondere rechteckförmige Gestalt haben. Die Druckseg­ mente 68 ₁-68 _M sind so angeordnet, daß ihre Durchmesser von Segment zu Segment in jedem Bildelement zunehmen, und sind konzentrisch angeordnet. So beträgt der Außendurch­ messer A kleinsten Drucksegmentes 68 ₁ etwa 25 µm und der Außendurchmesser B des größeren Drucksegmentes 68 _M etwa 250 µm. Für die Drucksegmente 68 ₁-68 _M sind Leiter 70 ₁-70 _M und 72 ₁-72 _M vorgesehen. Die Leiter 70 ₁-70 _M sind an einem gemeinsamen Leiter 74 angeschlossen, der über einen Leiter 76 mit dem Treiberschaltkreis 62 ver­ bunden ist. Die Leiter 72 ₁-72 _M sind mit dem Treiberschalt­ kreis 62 verbunden. Jedes der Drucksegmente 68 ₁-68 _M weist ein Heizteil auf, welches Material mit einem elektrischen Widerstand enthält. Der Widerstand und die Leistungs­ dichte für die Wärmeerzeugung sind auf einen vorbestimmten Wert eingestellt, derart, daß die durch jedes der Drucksegmente 68 ₁-68 _M gedruckte Bilddichte auf dem gleichen Wert gehalten wird. Bei diesem Beispiel ist die Gesamtzahl von Druckseg­ menten, die für jede Linie verfügbar ist, definiert als NXM. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, weist das Zentrum des Drucksegmentes 68 eine Öffnung auf; diese Öffnung kann jedoch aufgrund des Widerstandes des Drucksegmentes 68 ge­ füllt sein. Auch braucht die Breite der Drucksegmente nicht notwendigerweise die gleiche zu sein.

Die Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt des Thermoheizelementes, d. h. des Druckelementes 66 ₁. Leiter 70 ₁-70 _M und 72 ₁-72 _M für die Drucksegmente 68 ₁-68 _M sind auf dem Keramiksubstrat 64 angeordnet. Das Druckseg­ ment 68 ₁ ist zwischen den Leitern 80 ₁ und 72 ₁ ausgebildet, und die anderen Drucksegmente 68 ₂-68 _M sind so ausgebildet, daß sie der Reihe nach das Drucksegment 68 ₁ auf dem kera­ mischen Substrat 64 umgeben, wobei Isolierelemente 78 zwischen den Drucksegmenten 68 ₂-68 _M und den Leitern 70 ₁-70 _M und 72 ₁-72 _M angeordnet sind.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Treiberschaltkreises 62 zur Steuerung der Druckelemente 66 ₁-66 _N . Jedes der Druck­ segmente 68 ₁-68 _M ist unabhängig verbunden mit einem Kol­ lektor eines Transistors eines Satzes von Transistoren 80 ₁₁-80 _NM über einen der Leiter 72 ₁-72 _M . Jedes Druckseg­ ment ist außerdem mit einer Energiequelle 82 über einen der Leiter 70 ₁-70 _M und 76 und den gemeinsamen Leiter 74 verbunden. Die Energiequelle 82 ist ferner mit jedem Emitter der Transistoren 80 ₁₁-80 _NM verbunden. Die Basis jedes der Transistoren 80 ₁₁-80 _NM ist mit einem Ausgangs­ anschluß 0 ₁₁-0 _NM eines Pufferregisters 84 verbunden. Die Transistoren 80 ₁₁-80 _NM sind integriert im Substrat 84 als ein IC 86 ausgebildet. Der Puffer 84 weist einen Eingangsanschluß zur Aufnahme serieller Daten eines zu druckenden Bildes, Ausgangsanschlüsse 0 ₁₁-0 _NM zur Ausgabe paralleler Daten, um jeden der Transistoren 80 ₁₁-80 _NM zu aktivieren, und einen Vorbereitungsanschluß (Enable-Anschluß) zur Aufnahme eines Taktimpulses auf, um den Druckbetrieb so zu steuern, daß eine Zeile zur Zeit gedruckt wird. Puffer 84 ist mit NXM Speicherzellen ausgestattet zur Bildung eines Schieberegisters.

Bei Betrieb werden die ein Punktmuster eines zu druckenden Bildes bildenden seriellen Bilddaten dem Ein­ gangsanschluß des Puffers 84 für jede Druckzeile zuge­ führt und dann im Puffer gespeichert. Als nächstes wird der Taktimpuls eingegeben, so daß die in den Speicher­ zellen des Schieberegisters gespeicherten Daten ausge­ geben werden, um die Transistoren 80 ₁₁-80 _NM entsprechend dem Punktmuster zu aktivieren. Auf diese Weise arbeiten die Transistoren 80 ₁₁-80 _NM in Abhängigkeit von der Bild­ datenausgabe des Puffers 84, derart, daß an die Druckseg­ mente 68 ₁-68 _M entsprechend den aktivierten Transistoren eine Spannung über die Energiequelle 82 angelegt wird, und die Drucksegmente erzeugen Wärme, um das Tintenband 26 zu erwärmen. Auf diese Weise wird das Tintenband 26 se­ lektiv durch die gesteuerten Drucksegmente erwärmt. Als Ergebnis werden die auf dem Tintenband 26 aufgetragenen Farbmittel auf das von der Druckwalze 16 aufgenommene Papier P übertragen.

Wie die Fig. 5 zeigt, wird die Bilddichte des ge­ druckten Bildes durch Änderung des Heizbereiches in den Druckelementen 66 ₁-66 _N erzeugt, d. h., daß sich der Bild­ bereich zum Definieren des gedruckten Bildes entsprechend den aktivierten Drucksegmenten ändert. Beispielsweise be­ zeichnet ein durch eine gebrochene Linie umgebener Be­ reich 88 den maximalen mit einem Bildelement zu bedruckenden Heizbereich, und ein schraffierter Bereich 90 bezeichnet ein durch die Drucksegmente koloriertes oder gedrucktes Ge­ biet des Bildelementes. In dieser Zeichnung zeigt die Figur am linken Ende das durch das Drucksegment 68 ₁ gedruckte Bild­ element, und die Figur am rechten Ende das durch alle Druck­ segmente 68 ₁-68 _M gedruckte Bildelement. Das heißt, daß die Änderung des Gebietes bzw. Bereiches des Bildelementes von links nach rechts durch die Zahl der zunehmend aktivierten Druckelemente gezeigt ist. Auf diese Weise wird eine Abstu­ fung erreicht durch Änderung des Bereiches bzw. Gebietes in den Bildelementen. Bei dem obenerwähnten Beispiel werden die für die Abstufung erforderlichen Daten in den Bilddaten als ein Punktmuster vorbereitet, das die gespeisten Drucksegmente angibt.

Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Heizbereich für ein Bildelement im Drucker ge­ ändert werden, derart daß ein Abstufungsverfahren durchgeführt werden kann, das einer gerasterten Punktänderung entspricht. In Übereinstimmung mit diesem Verfahren kann eine gleichmäßige Abstufung erhalten werden, ohne jede Auflösungsverschlechte­ rung in dem gedruckten Bild, weil es nicht notwendig ist, ein Bildelement in eine Matrix aufzuteilen. Bei diesem Ver­ fahren wird ein Bildelement durch eine Vielzahl von Druck­ segmenten definiert, die ringförmig und konzentrisch ange­ ordnet sind, so daß eine Verbesserung der Punktdichte er­ reicht wird. Darüberhinaus wird eine lineare Abhängigkeit zwischen dem gedruckten Bild und der gerasterten Punktän­ derung erreicht.

Die Form der Drucksegmente kann anders sein als recht­ eckförmig. So kann auch ein kreisringförmiges Segment vorgesehen werden. Auch kann die vorliegende Erfindung sowohl zum einfarbigen als auch zum mehrfarbigen Drucken verwendet werden.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird die Ab­ stufung durch Aktivierung der Drucksegmente in der Reihen­ folge der Segmentgröße erreicht. Die Reihenfolge kann auch umgekehrt werden. Es ergibt sich kein Unterschied in der Abstufung. Auch ist die Verwendung des Thermokopfes beispiel­ haft. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines solchen Kopfes begrenzt. Die vorlie­ gende Erfindung kann auch beispielsweise angewendet werden beim elektrostatischen Drucken, beim Nadeldruck und beim Farbstempeldrucken.

Claims (1)

1. Druckeinrichtung zum Drucken eines Bildes mit unter­ schiedlichen Farbdichten auf einem in vorbestimmter Richtung transportierbaren Aufzeichnungsträger, mit einem festen Substrat, auf dem Heizelemente aufweisende Druckelemente in einer quer zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers verlaufenden Linie angeordnet sind, wobei die Druckelemente selektiv betätigbar sind zum Drucken von Bildelementen des Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Druckele­ mente (66 ₁-66 _N ) aus einer Vielzahl von selektiv betätigbaren, konzentrisch ineinandergeschachtelten, recht­ eckringförmigen Drucksegmenten (68 ₁-68 _M ) besteht.