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Die Erfindung betrifft Thermodrucker, insbesondere einen Mechanismus
zur Positionssteuerung des Druckkopfes während eines vollen
Druckzyklus.
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Bei üblichen Thermodruckern ist ein bandartiger Farbstoffträger, der eine
Reihe beabstandeter Felder mit durch Wärme übertragbaren Farbstoffen
unterschiedlicher Farbe in sich wiederholender Anordnung enthält, auf
einer Vorratsspule auf gewickelt. Der Farbstoffträger wird von der
Vorratsspule abgewickelt und auf eine Aufnahmespule auf gewickelt. Der
Farbstoffträger durchläuft einen Druckspalt zwischen einem Thermo-Druckkopf
und einem den Farbstoff aufnehmenden Empfangselement. Das
Empfangselement seinerseits ist auf einer Walze gehalten. Der Druckkopf greift an dem
Farbstoffträger an und drückt ihn gegen das Empfangselement. Das
Empfangselement kann zum Beispiel aus beschichtetem Papier bestehen,
während der Druckkopf zum Beispiel aus einer Vielzahl von Heizelementen
bestehen kann. Bei Aktivierung eines bestimmten Heizelementes wird
dieses aufgeheizt. Unter der Einwirkung von Wärme und Druck wird
Farbstoff vom Farbstoffträger auf das Farbstoff-Empfangselement übertragen.
Die Dichte bzw. die Kontraststärke des abgedruckten Farbstoffs ist
abhängig von der dem Farbstoffträger über das Heizelement zugeführten
Energie. Thermodrucker dieser Art bieten den Vorteil, daß durch
entsprechend dichte Farbübertragung eine "kontinuierlich echte
Farbtonwiedergabe" möglich ist. Erzielt wird dieses Ergebnis dadurch, daß die den
einzelnen Heizelementen zugeführte Energie variiert wird, wodurch sich
auf dem Empfangselement Bildpunkte unterschiedlicher Farbstoffdichte
ergeben.
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Das bandartige Farbstoffträgerelement besitzt häufig eine sich
wiederholende Anordnung beabstandeter gelber, tiefroter und blauer Farbfelder.
Üblicherweise besteht der Farbstoffträger aus einem sehr dünnen,
biegsamen Farbstoffträgerelement dessen Dicke im Bereich von 6,35 um (1/4
Mil) liegen kann. Zu Beginn des Druckzyklus muß sich der Druckkopf in
einer von der Walze beabstandeten Position befinden, damit ein
Farbstoffträger in Form eines Einzelblattes auf die Walze aufgewickelt und unter
dem Druckkopf vorbeigeführt werden kann. Für diesen vor dem
eigentlichen Drucken erforderlichen Verfahrensschritt muß die Walze sich drehen
können, ohne daß der Druckkopf oder der Farbstoffträger mit der Walze
in Kontakt sind. Zum Druckbeginn wird das erste, üblicherweise gelbe
Farbfeld in eine Stellung unterhalb des Druckkopfes bewegt. Der
Druckkopf wird abgesenkt und übt während der Drehbewegung der Druckwalze
Druck auf den Träger/Spender-Verbund aus. Dieser gleitet unter dem
Druckkopf, wobei die Heizelemente selektiv mit Energie gespeist werden,
so daß unter dem Druckkopf eine Reihe gelber Bildpunkte ausgebildet
wird. Durch Drehen der Walze wird der gelbe Auszug des fertigen Bildes
in aufeinanderfolgenden Reihen erzeugt. Ist der gelbe Teil des Bildes
vollständig gedruckt, wird der Druckkopf abgehoben und das
Empfangselement für die nächste Farbe wieder in Position gebracht. Während dieser
Positionierung wird der Farbstoffträger so gesteuert, daß das nächste,
zum Beispiel das tiefrote Farbfeld unter dem Druckkopf zu liegen kommt.
Nach abgeschlossener Einstellung des Druckers für die nächste Farbe wird
der Druckkopf durch Absenken wieder mit dem Farbstoffträger in Kontakt
gebracht und die nächste Farbebene auf das Empfangselement aufgebracht.
Diese Schritte, nämlich Abheben des Druckkopfes, Inlagebringen des
Empfangselements und Einstellen des nächsten Farbfeldes, werden
anschließend nochmals für die letzte Farbe, in diesem Fall blau, wiederholt.
Während des Aufbringens vermischen sich die drei Farben, so daß sich ein
vollfarbiges Bild ergibt. Nach dem Aufbringen der drei Teilfarben des
Bildes ist der Druckvorgang abgeschlossen, und der Druckkopf muß wieder
abgehoben werden, damit die Druckwalze sich drehen und das fertige Bild
auswerfen kann, und er muß in dieser abgehobenen Stellung bleiben, bis
ein neues Empfangselement in Form eines Einzelblatts auf der Walze
positioniert ist.
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Um einen Druck hoher Qualität zu erhalten, muß das Anlegen des
Druckkopfes an die Walze in einer Weise erfolgen, die eine präzise und
wiederholbare Positionierung mit gleichmäßigem Druck über die gesamte
Druckwalze hinweg ermöglicht. Die lineare Reihe der Heizelemente des
Druckkopfes muß tangential zur Walze und radial mittig über der Walzenoberfläche
angeordnet werden. Außerdem muß die Heizelemente-Anordnung mit
gleichmäßiger Kraft auf die Walzenoberfläche drücken. Da Fertigungsteile
Abweichungen gegenüber den Idealmaßen aufweisen, sollte der Mechanismus so
konstruiert sein, daß die Auswirkungen dieser Maßabweichungen auf die
Druckqualität möglichst gering gehalten werden. Die Präzision der
Druckkopf-Positionierung wird durch Minimierung der Anzahl der Komponenten
zwischen der Druckwalze und dem Druckkopf und durch die Formgebung
und Art der einzelnen Teile garantiert. Wenn diese Präzision nicht durch
die Konstruktion der Kopfhalterung garantiert werden kann, müssen
Einstellmöglichkeiten vorgesehen werden. Diese Einstellmöglichkeiten machen
die Gesamtbaugruppe komplizierter und teurer. Die Wiederholbarkeit der
Bewegungen des Mechanismus ist garantiert, wenn der Druckkopf nach
einem Abhebe- und Absenkzyklus wieder in dieselbe Position zurückkehrt.
Wenn dies nicht bei allen Farbschichten der Fall ist, hat dies eine
Verschiechterung der Bildauflösung zur Folge. Vorzugsweise sollte der
Druckkopf nicht nur während des Druckens von der Druckwalze abheben,
sondern sich auch für Wartungsarbeiten in größerem Maße beiseite
bewegen lassen.
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EP-A-94 469 beschreibt einen Matrix-Thermodrucker mit einem Rahmen,
einem durch eine Feder vorgespannten, um eine vertikale Achse
schwenkbar gelagerten Druckkopf und einer im Rahmen drehbar gelagerten Welle,
mit der die Schwenkbewegung des Druckkopfes so gesteuert wird, daß er
von einer Betriebsstellung, in der er mit einer drehbar im Rahmen
gelagerten Druckwalze in Kontakt steht, in eine Ruhestellung gebracht wird,
in der der zu bedruckende Streifen zwischen Druckkopf und Druckwalze
eingeführt werden kann.
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US-A-4, 300, 844 beschreibt eine Druckeinrichtung mit beweglichem
Druckkopf, bei der eine einzige Feder einen beweglichen Druckkopf gegen eine
schwenkbare Druckplatte drückt, wobei gleichzeitig ein gleitendes
Trägerelement an zwei parallelen Querschlitten zur Anlage gebracht wird. Der
Druckkopf ist an einem am Trägerelement gelenkig gehaltenen Arm
befestigt. Die Gelenkachse verläuft parallel zur Bewegungsrichtung des
Trägerelements entlang der Querschlitten. Durch Schwenken der Druckplatte
bleibt diese während der Bewegung des Trägerelements über die
Querschlitten immer absolut parallel zur Druckkopfoberfläche.
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen nachgiebigen
Vorspannmechanismus für einen Druckkopf eines Thermodruckers zu
schaffen, der die oben beschriebenen Probleme minimiert.
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Diese Aufgabe wird bei einem Thermodrucker gelöst durch einen
nachgiebigen Vorspannmechanismus für den Druckkopf eines Thermodruckers, der
in seinem vorgespannten Zustand einen Thermodruckkopf gegenüber einem
Farbstoffträger und einem auf einem Halter, beispielsweise einer Walze,
gehaltenen Empfangselement so nachgiebig vorspannt, daß ein Druckspalt
entsteht, mit
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a) einer ortsfesten Schwenkachse,
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b) einem fest an dem Thermodruckkopf angebrachten unteren Bügel,
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c) einem schwenkbar auf der Schwenkachse gelagerten oberen Bügel,
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d) einer drehbaren Nockenscheibe, die so ausgebildet und angeordnet
ist, daß sie den Druckkopf in seine vorgespannte Stellung und aus
seiner vorgespannten Stellung bewegen kann, und
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e) einer mit dem oberen und dem unteren Bügel fest verbundenen
Kopfvorspannfeder, die den unteren Bügel mit der Nockenscheibe in
Eingriff bringt, wobei der untere Bügel zwei Arme aufweist, die jeweils
Öffnungen besitzen, in die die Schwenkachse zum schwenkbaren
Lagern des unteren Bügels eingreift, und wobei eine der Öffnungen
nur eine geringe Toleranz besitzt und damit nur eine Drehbewegung
des unteren Bügels zuläßt, während die andere Öffnung einen Schlitz
mit einer längeren und einer kürzeren Achse bildet,
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wobei der Vorspannmechanismus dadurch gekennzeichnet ist , daß der
Schlitz in dem unteren Bügel so ausgebildet ist, daß eine vom Druckspalt
ausgehende und durch die Mitte der Schwenkachse verlaufende Linie sich
senkrecht zur längeren Achse des Schlitzes erstreckt.
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Die Zeichnungen zeigen in:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Thermodruckvorrichtung,
die für die Erzeugung eines Farbbildes auf einem
Empfangselement verwendbar ist;
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Fig. 2 eine Unteransicht eines nachgiebigen
Kopf-Vorspannmechanismus gemäß der Erfindung;
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Fig. 3a bis 3c Ansichten entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, in denen jeweils
der Kopf-Vorspannmechanismus in "vorgespannter"
Druckposition, in einer Farbstoffträger-Vorschubposition und einer
Wartungsposition dargestellt ist und
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Fig. 4a und 4b schematische Darstellungen verschiedener erfindungsgemäßer
Schlitz-Anordnungen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst auf Fig. 1 Bezug
genommen, in der eine Thermodruckvorrichtung 10 schematisch dargestellt
ist. Die Thermodruckvorrichtung 10 verwendet ein Empfangselement in
Form eines Einzelblattes 12, das mittels einer (nicht dargestellten)
Klammer auf einer drehbaren Druckwalze 16 befestigt ist. Die Druckwalze 16
wird durch einen Antrieb 15 angetrieben, der die Druckwalze 16 in
kontinuierliche Drehbewegung versetzt, so daß die einzelnen Bereiche des
Empfangselementes 12 nacheinander am Druckkopf 18 vorbeibewegt werden.
Der Einfachheit halber ist der Druckkopf 18 als Block dargestellt; der
erfindungsgemäße Druckkopf-Vorspannmechanismus ist in den übrigen
Zeichnungen wiedergegeben. Der Thermodruckkopf 18 ist von
herkömmlicher Bauart und besitzt eine Vielzahl (nicht dargestellter) Heizelemente.
Der nachgiebige Druckkopf-Vorspannmechanismus drückt den Druckkopf
gegen einen Farbstoffträger 14 und das auf der Druckwalze 16 befestigte
Empfangselement und bildet damit einen Druckspalt aus. Das
Farbstoffträgerelement 14 ist in einer Patrone angeordnet und wird mittels eines
Antriebsmechanismus 23 entlang einer Bewegungsbahn von einer
Vorratsspule 21 zu einer Aufwickelspule 22 bewegt. Der Mechanismus 23 treibt ein
(nicht dargestelltes) Zahnrad an der Spule 22 an, das die Fortbewegung
des Farbstoffträgers bewirkt. Während des Druckens transportiert der
Antriebsmechanismus 15 das Empfangselement 12 und den Farbstoffträger 14
(durch reibschlüssige Anlage am Empfangselement im Bereich des
Druckkopfs) relativ zur Reihe der Heizelemente des Druckkopfs weiter, während
die Heizelemente durch die Druckkopf-Steuerschaltung 24 selektiv aktiviert
werden. Die Funktion der Mechanismen 15 und 23 sowie die Druckkopf-
Steuerschaltung 24 werden durch den Mikrocomputer 17 gesteuert.
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Der Farbstoffträger 14 ist mit durch Wärme übertragbaren Farben in sich
wiederholender Folge versehen. Jede Folge besteht üblicherweise aus
gelben, tiefroten und blauen Farbfeldern. Zum Abdrucken eines vollfarbigen
Bildes auf dem Empfangselement 12 wird eine Folge dieser drei Farbfelder
benötigt. Im Sinne dieser Beschreibung ist unter "Farbe" ein farbiges
Material zu verstehen, das durch Energie, die von den einzelnen
Heizelementen des Druckkopfes 18 zugeführt wird, vom Farbstoffträger 14 auf
das Empfangselement 12 übertragen wird.
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Nachdem die Druckwalze 16 ein Empfangselement dreimal durch den
Druckzyklus transportiert hat und auf dem Empfangselement ein vollfarbiges
Bild abgedruckt wurde, wird der Thermokopf 18 von seiner in Fig. 3a
dargestellten vorgespannten Position abgehoben und in die in Fig. 3b
dargestellte abgehobene oder offene Stellung bewegt. Der
Antriebsmechanismus 15 dreht danach die Druckwalze 16 noch so lange weiter, bis das
Empfangselement 12 von der Druckwalze 16 abgestreift ist. Dadurch, daß
der Druckkopf während des Ladens und Entladens des Empfangselements
von der Druckwalze 16 abgehoben ist, wird die Ausübung einer Zugkraft
durch den Druckkopf auf die Druckwalze 16 verhindert, und der
Farbstoffträger 14 kann an Ort und Stelle bleiben und braucht weder von der
Spule 21 noch von der Spule 22 abgenommen zu werden.
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Fig. 2 zeigt den Druckkopf-Vorspannmechanismus 28 in Unteransicht. Der
Druckkopf-Vorspannmechanismus umfaßt zwei Bügel, nämlich einen oberen
Bügel 29 und einen unteren Bügel 30. Der Druckkopf 18 ist an einem
Mittelteil 32 des unteren Bügels 30 in nicht dargestellter Weise fest
angebracht. Der Bügel 30 besitzt zwei parallele, sich senkrecht zum mittleren
Teil 32 erstreckende Arme 36 und 38. Durch in den Schwenkarmen 36 und
38 jeweils ausgebildete Öffnungen 40a bzw. 40b ist eine Schwenkachse 39
hindurchgeführt. Die Öffnung 40a ist kreisförmig ausgebildet und
umschließt die darin feststehende Schwenkachse 39 mit enger Toleranz, so
daß eine Drehbewegung nur für den unteren Bügel 30 möglich ist. Die
zweite Öffnung 40b ist als Schlitz ausgebildet und so angeordnet, daß der
untere Bügel 30 in diesem Schlitz sowohl eine Drehbewegung als auch eine
Längsbewegung ausführen kann.
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Der Schlitz 40b besitzt eine längere und eine kürzere Achse. Die
Anordnung des Schlitzes 40b ist so getroffen, daß von der rotierenden
Druckwalze 16 auf das Medium ausgeübte Zugkräfte den unteren Bügel 30 nicht
verdrehen können. Durch die Neigung des Schlitzes kann der untere
Bügel 30 sich der Walzenoberfläche am Druckspalt anpassen. Bei
vorgespanntem Druckkopf 18 und rotierender Druckwalze 16 würde ohne eine
zweckmäßige Neigung des Schlitzes ein Verdrehmoment im unteren Bügel
erzeugt. Der Schlitz 40b ist so ausgerichtet, daß die längere Schlitzachse
sich senkrecht zu einer Linie erstreckt, die vom Druckspalt zur Mittellinie
der Schwenkachse 39 verläuft. Damit wird das Verdrehmoment vermieden
und eine einheitliche Vorspannkraft gleichmäßig über den gesamten
Druckspalt verteilt.
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In den Fig. 4a und 4b sind in schematischer Darstellung verschiedene
Ausführungsformen des unteren Bügels wiedergegeben. In beiden Fällen
ist der Schlitz 40b so angeordnet, daß seine längere Achse senkrecht zu
einer Verbindungslinie zwischen der Mittellinie der Schwenkachse und dem
Druckspalt verläuft.
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Der untere Bügel 30 besitzt einen freien Endbereich 44, an den ein Nocken
46 angreifen kann. Der Nocken 46 sitzt fest auf einer drehbaren Welle
48, die ihrerseits in Armen 50 und 52 des oberen Bügels 29 gehalten ist.
Am Mittelteil 54 des oberen Bügels 29 und am Mittelteil 32 des unteren
Bügels 30 ist eine Druckfeder 56 befestigt. Wie in Fig. 3a zu erkennen
ist, bewirkt die Feder 56 in der vorgespannten Stellung eine Bewegung
des unteren Bügels 30, durch die der Druckkopf an der Druckwalze 16
zur Anlage gebracht wird.
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In den Fig. 3a bis c sind das Empfangselement 12 und der Farbstoffträger
14 der Einfachheit halber nicht dargestellt. In Fig. 3a ist zu erkennen,
daß das Profil des Hubnockens 46 derart ausgebildet ist, daß der Nocken
in der dargestellten Stellung vom freien Endbereich 44 beabstandet ist.
Nach Abdruck einer bestimmten Farbe auf dem Empfangselement wird der
Hubnocken 46 in die in Fig. 3b dargestellte Position gedreht, in der er am
Endbereich 44 zur Anlage kommt und den unteren Bügel aufwärts bewegt,
so daß zwischen dem Druckkopf 18 und der Druckwalze 16 ein Abstand
entsteht. Beim Druck eines vollfarbigen Bildes wird der obere Bügel 29
während des Betriebes der Thermodruckvorrichtung durch eine
Verriegelungseinrichtung 58 sicher in der in den Fig. 3a und 3b dargestellten
Position gehalten. Werden Wartungsmaßnahmen erforderlich, wird die
Verriegelung 58 von Hand mit dem oberen Bügel 29 außer Eingriff gebracht,
wonach der obere und der untere Bügel in die in Fig. 3c dargestellte
Position verschwenkt werden können. In dieser Position drückt die
Druckfeder 56 den unteren Bügel nach unten in eine Stellung, in der sein freier
Endbereich 44 am Nocken 46 angreift. Dadurch ist es möglich, den
Druckkopf-Vorspannmechanismus mit zusammengehaltenen Bügeln von der
Druckwalze wegzuschwenken.
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Die Arme des oberen Bügels sind jeweils mit Öffnungen versehen, die die
schwenkbare Befestigung dieses Bügels an der feststehenden
Schwenkachse gestatten. Diese Öffnungen brauchen keine engen Toleranzen auf
zuweisen. Auch kann - auch wenn dies nicht dargestellt ist - ein kleiner
Gleichstrommotor für den Antrieb des Hubnockens 46 vorgesehen werden,
und dieser kann ebenfalls durch den in Fig. 2 dargestellten Mikrocomputer
17 gesteuert werden. Außerdem ist es möglich, auf dem oberen Bügel 29
eine Band-Erkennungseinrichtung vorzusehen.
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Für die Montage und das Vorspannen des Thermokopfes werden nur zwei
Komponenten benötigt. Es sind dies zwei Bügel, von denen einer den
Druckkopf hält und der andere zwischen einer Verriegelungs- und einer
Entriegelungsstellung bewegt werden kann. Zum Anheben des Druckkopfes
dient ein Nocken, und beide Bügel können zusammen über eine
Schwenkachse verschwenkt werden.
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Diese Erfindung gestattet die hochgenaue Positionierung des Druckkopfes.
Ermöglicht wird dies dadurch, daß die Druckkopfposition auf der
Druckplatte (Walzenoberfläche) durch den unteren Bügel bestimmt sind. Weil
Zwischenelemente fehlen, können sich Toleranzfehler nicht aufsummieren,
so daß Positionierfehler reduziert werden.
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Die Ausrichtung des Druckkopfes zur Druckwalze wird bestimmt durch die
maßliche Gestaltung des unteren Bügels.
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Ein Vorteil dieses Systems gegenüber mechanischen
Druckkopf-Hubsystemen besteht darin, daß der Druckkopf zu jedem Zeitpunkt leicht
angehoben oder abgesenkt werden kann. Dies kann bei den Startfunktionen und
bei der Behebung von Fehlern nützlich sein.
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Der Schlitz in einem Arm des unteren Bügels macht es möglich, den
Druckkopf gleichmäßig gegenüber der Walzenoberfläche vorzuspannen, so
daß Nachstellungen des Druckkopf-Anlagedruckes überflüssig werden.
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Ein wesentliches Merkmal des Schlitzes besteht in seiner Neigung, durch
die durch Zugkräfte der Druckwalze verursachte Verdrehmomente
ausgeglichen werden. Bei ausreichend hoher Zugkraft kann diese nämlich ein
Verdrehmoment im unteren Bügel erzeugen. Statt einer gleichmäßigen
Vorspannung wird in diesem Fall die von der Vorspannfeder erzeugte
Vorspannung ungleichmäßig. Die dadurch über den Druckspalt hinweg
bestehenden Druckschwankungen können zu unterschiedlicher Dichte des
Abdrucks auf dem Empfangselement führen. Diese unerwünschte Auswirkung
wird vermieden, wenn der Schlitz so ausgerichtet wird, daß er senkrecht
zu einer Verbindungslinie zwischen dem Druckspalt und der Mittellinie der
Schwenkachse verläuft. Nach diesem Prinzip läßt sich die Neigung des
Schlitzes einfach bestimmen.
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Da die beiden Bügel eine gemeinsame Schwenkachse haben, können sie zur
besseren Zugänglichkeit des Druckbereiches auch gemeinsam von der
Druckwalze weggeschwenkt werden. Anschließend kehren beide Bügel
praktisch ohne jede Veränderung wieder in die Druckposition zurück. Dies
garantiert die zuverlässige Positionierung des Druckkopfes.