DE60030088T2

DE60030088T2 - Druckeinheit und diese benutzender Drucker

Info

Publication number: DE60030088T2
Application number: DE60030088T
Authority: DE
Inventors: Mitsuhisa Suwa-shi Ando
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2020-12-23
Also published as: JP2001205892A; EP1120264A3; KR100533409B1; ES2265860T3; US6480216B2; BR0100062A; HK1039768A1; ATE336385T1; US20010015749A1; HK1039768B; KR20010077964A; JP3864659B2; EP1120264B1; DE60030088D1; CN1309026A; CN1205046C; EP1120264A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drucker, der mit einer Thermodrucktechnik druckt, und betrifft insbesondere die Druckeinheit eines derartigen Druckers, die einen Andrückmechanismus zum Andrücken eines Druckkopfes an eine Druckwalze besitzt.
Eine in JP-A-9-216436 offenbarte Druckeinheit 100 ist in 8 dargestellt. Diese Druckeinheit besitzt einen Thermodruckkopf 101, eine Druckwalze 102 sowie Druckfedern 109, die so angeordnet sind, daß sie den Druckkopf 101 zum Drucken gegen die Druckwalze 102 drücken.
Der Druckkopf 101 weist ein Keramiksubstrat mit Treiberelementen und einer auf ihm angebrachten integrierten Treiberschaltung auf. Das Keramiksubstrat ist von einem Kopfträger 103 gelagert, der auch als Wärmestrahler dient. Der Kopfträger 103 ist im Prinzip rechteckig und hat Lagerzapfen 104, 105, die sich koaxial von entgegengesetzten Enden in Längsrichtung des Kopfträgers 103 erstrecken. Der Kopfträger 103 ist von diesen Zapfen 104, 105 so gelagert, daß er gegenüber einem Druckerkörper 106 verschwenkt werden kann. In Längsrichtung erstreckt sich eine Achse 108 durch die Druckwalze 102. Die Achse 108 ist vom Druckerkörper 106 drehbar gelagert, wobei sich die Achse 108 parallel zu der von den Zapfen 104, 105 gebildeten Schwenkachse erstreckt. Eine Vielzahl Druckfedern 109 drückt gegen die Rückseite des Kopfträgers 103, wobei diese Rückseite diejenige Seite ist, die von der Druckwalze 102 abgewandt ist und der Seite gegenüberliegt, welche das Keramiksubstrat des Druckkopfes 101 trägt. Die Federn 109 drängen den Druckkopf 101 zur Druckwalze, so daß längs der Berührungslinie zwischen dem Druckkopf 101 und der Druckwalze 102 gleichmäßig Druck aufgebracht wird.
Ein Problem bei diesem Stand der Technik besteht darin, daß die Schwenkachse des Kopfträgers 103 und die Drehachse der Druckwalze 102 unter Umständen beispielsweise wegen Fertigungstoleranzen verschiedener Teile nicht wirklich parallel zueinander verlaufen. Das bedeutet, daß der zwischen dem Druckkopf 101 und der Druckwalze 102 herrschende Druck nicht tatsächlich gleichmäßig ist. Infolgedessen kann beim Drucken keine gleichmäßige Schwärzung erzielt werden.
In JP-A-09-277647 ist eine Druckeinheit offenbart, die folgendes aufweist: einen Rahmen, eine in dem Rahmen (2a, 2b) gelagerte Druckwalze, eine Thermokopfdruckeinrichtung mit einer ersten und einer zweiten entgegengesetzten Seite mit einer Vielzahl von Heizelementen, die auf einer ersten Reihe auf der ersten Seite angeordnet sind, und mit ersten und zweiten Stützeinrichtungen, wobei die ersten und zweiten Stützeinrichtungen eine Schwenkachse bilden und mit dritten bzw. vierten Stützeinrichtungen zusammenwirken, um die Druckkopfeinrichtung in dem Rahmen schwenkbar zu lagern, so daß sie gegenüber der Druckwalze zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei die erste und zweite Position nicht parallel zueinander sind, wobei die dritte und vierte Stützeinrichtung an einer ersten bzw. zweiten Rahmenseite angeordnet sind, und Federeinrichtungen, um den Druckkopf um die Schwenkachse zur Druckwalze zu drängen, die Heizelemente sind der Druckwalze zugewandt und die Druckwalze übt eine Reaktionskraft auf die erste Seite der Druckkopfeinrichtung aus, wobei eine Druckwalzenachse der Druckwalze parallel zu der ersten Reihe verläuft und zusammen mit der ersten Reihe eine Bezugsebene bestimmt, während die Druckkopfeinrichtung in der zweiten Position von der Druckwalze getrennt ist, und die Projektion der Druckwalzenachse auf die Bezugsebene die erste Reihe kreuzt. Die erste und zweite Stützeinrichtung sind von den entgegengesetzten Enden einer Welle gebildet, und die dritte und vierte sind von einer jeweiligen Öffnung in Rahmenteilen zur Aufnahme der Wellenendbereiche gebildet. Die Druckkopfeinrichtung weist eine Kopfplatte auf, die einen Thermokopf trägt. Die Kopfplatte hat zwei Flanschabschnitte, einen mit einem kreisförmigen Loch und den anderen mit einem Längsloch. Die Welle erstreckt sich durch beide Löcher, um die Kopfplatte zu lagern. Wegen des Längslochs können Kopfplatte und Thermokopf gegenüber der Welle kippen, um Parallelität zur Druckwalze einzuhalten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorstehend genannte, bekannte Problem zu überwinden und eine Druckeinheit zu schaffen, in der ein gleichmäßiger Druck zwischen einem Thermodruckkopf und einer Druckwalze erzielt und nicht durch unterschiedliche Präzision der Bauelemente beeinträchtigt wird, um eine gleichmäßige Schwärzung beim Drucken zu erhalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Thermodruckers, der die Druckeinheit benutzt.
Diese Ziele werden mit einer Druckeinheit gemäß Anspruch 1 und einem Thermodrucker gemäß Anspruch 5 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Druckeinheit eine Druckwalze mit einer Druckwalzenwelle auf, die sich in Längsrichtung durch dieselbe erstreckt, so daß die Druckwalze um die Achse der Druckwalzenwelle drehbar ist, und einen Kopfträger, der einen Thermodruckkopf einer Länge trägt, die zum Drucken mittels eines Thermodruckverfahrens auf einen Aufzeichnungsträger geeignet ist, der zwischen dem Druckkopf und der Druckwalze gehalten wird. Eine Stützwelle am Kopfträger ebenso wie die Druckwalzenwelle sind in einem Rahmen gelagert. Die Stützwelle bildet eine Schwenkachse zum Schwenken des Kopfträgers. Die Schwenkachse ist parallel zu einer Reihe von Heizelementen des Druckkopfes. Die Stützwelle ist auf solche Weise gelagert, daß der Kopfträger sich längs eines spezifischen Weges um eine Achse wenden kann, die sich im wesentlichen rechtwinklig durch ein Ende der Stützwelle erstreckt. An einer bestimmten Position auf der dem Druckkopf gegenüberliegenden Seite des Kopfträgers ist eine Andrückeinheit angeordnet.
Da ein Ende des Kopfträgers an einem Ende der Stützwelle festgehalten wird, während das andere Ende der Stützwelle bewegt wird, um den Druckkopf mit der Druckwalze auszurichten, kann der Druckkopf die Druckwalze unabhängig von der Präzision der Lagebestimmung der Druckwalze gleichmäßig berühren.
Wenn die Andrückeinheit sich in solcher Lage befindet, daß Druck gleichmäßig auf die miteinander in Berührung stehenden Teile der Druckwalze und des Druckkopfes ausgeübt wird, kann der Druckkopf gleichmäßig in Anlage am Aufzeichnungsträger gehalten werden. Deshalb kann unabhängig von Schwankungen in der Präzision der Teile mit gleichmäßiger Schwärzung gedruckt werden.
Weitere Ziele und weiter Erreichbares wird zusammen mit einem volleren Verständnis der Erfindung unter Hinweis auf die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen offenkundig und geschätzt werden. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht der grundlegenden Konfiguration eines Druckers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine von der linken Seite in 1 gesehene Seitenansicht;
3 eine von der rechten Seite in 1 gesehene Seitenansicht;
4 eine Schnittansicht längs der Linie X-X in 1, von der linken Seite gesehen;
5(a) eine Seitenansicht der Druckeinheit, von der linken Seite in 1 gesehen;
5(b) eine Seitenansicht der Druckeinheit, von der rechten Seite in 1 gesehen;
6(a) eine Ansicht hauptsächlicher Teile der Druckeinheit, in Richtung des Pfeiles A in 5(a) gesehen;
6(b) eine Ansicht hauptsächlicher Teile der Druckeinheit, in Richtung des Pfeiles B in 5(a) gesehen;
(7a) und (b) schematische Seitenansichten zur Erläuterung der relativen Lage zwischen Druckkopf, Druckwalze und Federkräften; und
8 den Grundaufbau einer bekannten Druckeinheit.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist eine perspektivische Ansicht des grundlegenden Innenaufbaus eines Druckers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Drucker 1 besitzt ein Paar Rahmenteile, nämlich einen ersten Rahmenteil 2a und einen zweiten Rahmenteil 2b, die grundsätzlich rechteckige Gestalt haben, typischerweise aus Metall bestehen und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Der erste Rahmenteil 2a ist an der gleichen Seite des Druckers angeordnet wie eine Antriebseinheit 90, die eine Druckwalze 50 antreibt und nachfolgend näher beschrieben wird. Hinter den Rahmenteilen 2a, 2b ist ein Papierrollenhalter 3 vorgesehen. Der Papierrollenhalter 3 besteht üblicherweise beispielsweise aus Harz und hat kastenförmige Gestalt, die zur Aufnahme einer Papierrolle geeignet ist. Die Rahmenteile 2a, 2b und der Papierrollenhalter 3 bilden gemeinsam ein Druckergehäuse 7 als Rahmen für den Drucker 1.
Am hinteren Ende des Papierrollenhalters 3 ist ein Deckel 4 so angeordnet, daß er zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung bewegt werden kann, wobei er in seiner geschlossenen Stellung an den Rahmenteilen 2a, 2b und dem Papierrollenhalter 3 anliegt, während er in geöffneter Stellung das Beladen des Papierrollenhalters mit einer Rolle Papier ermöglicht. Der Deckel 4 ist groß genug, um einen Teil der Rahmenteile 2a, 2b und des Papierrollenhalters 3 in seiner geschlossenen Stellung zu bedecken.
4 ist eine seitliche Schnittansicht von der Seite des Rahmenteils 2a aus gesehen. Zum Drucker 1 gehört eine Druckeinheit 20, die einen Thermodruckkopf 40, einen den Thermodruckkopf 40 stützenden Kopfträger 30, eine Druckwalze 50 und eine Andrückeinheit 60 aufweist, die vorgesehen ist, um den Druckkopf gegen die Druckwalze zu drücken.
6 zeigt die Hauptteile der Druckeinheit 20 allein, wobei 6(a) eine Draufsicht und 6(b) eine Stirnansicht ist.
Der Kopfträger 30 ist ein dünner, im wesentlichen rechteckiger Körper beispielsweise aus Aluminium. An einem Ende des Kopfträgers 30 befindet sich eine Kopfoberfläche 41, wo auf dem Druckkopf 40 eine Reihe von Heizelementen ausgebildet ist. Die von den Heizelementen gebildete Reihe wird nachfolgend als Heizelementlinie L1 bezeichnet. Eine Stützwelle bei diesem Ausführungsbeispiel besteht aus einem ersten und zweiten Zapfen 31a und 31b, die sich von einer ersten und einer entgegengesetzten von zwei Längsseiten bzw. Kanten am anderen Ende des Kopfträgers 30 erstrecken. Die gemeinsame Achse (eine Schwenkachse) der Zapfen 31a und 31b verläuft parallel zur Heizelementlinie L1. Diese gemeinsame Achse wird nachfolgend als Stützlinie L2 bezeichnet. So ist der Druckkopf 40 mittels der Zapfen 31a und 31b an den Rahmenteilen 2a, 2b schwenkbar gelagert.
5(a) ist eine Seitenansicht des ersten Rahmenteils 2a, 5(b) ist eine Seitenansicht des zweiten Rahmenteils 2b. Im Rahmenteil 2a ist eine Positionierrinne 5 zur Aufnahme und Lagebestimmung des ersten Zapfens 31a des Kopfträgers 30 ausgebildet. Im Rahmenteil 2b ist eine Positionierrinne 5 zur Aufnahme und Führung des zweiten Zapfens 31b ausgebildet. Wie 5(a) zeigt, ist die Positionierrinne 5 der grundsätzlich horizontale Teil (in Richtung von vorn nach hinten des Druckergehäuses 7 verlaufend) eines im wesentlichen L-förmigen Ausschnitts, der von oben bis etwa zur Mitte des Rahmenteils 2a reicht. Diese Positionierrinne 5 ist etwas breiter als der Durchmesser des Zapfens 31a und wird von einer oberen und einer unteren Führungskante 5a und 5b gebildet, die einander in vertikaler Richtung in 5 gegenüberliegen, sowie einer Endkante 5c, die das rückwärtige Ende der Positionierrinne bestimmt. Die Führungskanten 5a und 5b dienen zum Führen des Zapfens 31a zwischen beiden. Die Endkante 5c stellt einen Anschlag für den Zapfen 31a dar und bestimmt die hinterste Stelle des Zapfens 31a. Folglich bestimmt die Endkante 5c an einem Ende in axialer Richtung der Druckwalze die relative Stellung von Druckkopf 40 und Druckwalze 50 in der Richtung, in der ersterer gegen letztere gedrückt wird.
Wie 5(b) zeigt, ist die Führungsrinne 6 im zweiten Rahmenteil 2b so ausgebildet, daß sie zur Positionierrinne 5 im wesentlichen in dem Sinne symmetrisch ist, als die Führungsrinne 6 der orthogonalen Projektion der Positionierrinne 5 auf die Ebene des Rahmenteils 2b entspricht, mit Ausnahme der unterschiedlichen Lage der jeweiligen Endkanten. Die Führungsrinne 6 hat also Führungskanten 6a und 6b entsprechend den Führungskanten 5a bzw. 5b sowie eine Endkante 6c, die sich allerdings weiter hinten befindet als die Endkante 5c.
Der Druckkopf 40 wird also durch Einsetzen der Zapfen 31a und 31b des Kopfträgers 30 in die entsprechende Positionierrinne 5 bzw. die Führungsrinne 6 in den Rahmenteilen 2a, 2b gelagert. Der Kopfträger 30 ist um die von den Zapfen 31a und 31b bestimmte Stützlinie L2 schwenkbar; ferner können sich die Zapfen 31a und 31b innerhalb der Positionierrinne 5 bzw. der Führungsrinne 6 bewegen.
Wie 4 zeigt, ist die Druckwalze 50 der Druckeinheit 20 am vorderen Ende des Deckels 4 mittels einer Druckwalzenwelle 51 drehbar angebracht. Die Druckwalzenwelle 51 ist parallel zu einer Linie angeordnet, die rechtwinklig zu den Rahmenteilen 2a, 2b verläuft, und wird im wesentlichen parallel zu dieser Linie gehalten, wenn der Deckel zwischen geöffneter und geschlossener Stellung bewegt wird. Wenn der Deckel 4 geschlossen ist, berührt die Druckwalze 50 die Kopfoberfläche 41 des Druckkopfes 40 im Zusammenhang mit einer Bewegung des Kopfträgers 30. Die Druckwalze 50 hat ein erstes Ende an der Seite des ersten Rahmenteils 2a und ein zweites Ende an der Seite des zweiten Rahmenteils 2b.
In Bezug auf eine vertikale Ebene ("vertikal" in 4 und 5), welche die Positionierrinne 5 und die Führungsrinne 6 schneidet, ist die Andrückeinheit 60 der Druckeinheit 20 an derjenigen Seite angeordnet, die der Vorderseite des Druckers zugewandt ist (linke Seite in 5(b) und rechte Seite in 4 und 5(a)), und weist eine Federeinheit 61, eine Federstütze 62 und eine Federhalterung 63 auf.
Die Federeinheit 61 weist eine oder mehr Druckfedern auf. Zwei Federn 61a, 61b, welche die gleiche Druckkraft ausüben, sind in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen. Die Federstütze 62 stützt die Federeinheit 61 ab, die an einer bestimmten Stelle von ihr vorsteht. Die Federhalterung 63 ist an den Rahmenteilen 2a, 2b so befestigt, daß die Federstütze 62 frei abnehmbar ist. Die Andrückeinheit 60 ist so gestaltet, daß die Federkraft, die scheinbare (kombinierte) Federkraft im Fall mehrerer Federn, der Federeinheit 61 an einer bestimmten Stelle (dem Kraftangriffspunkt) an der Rückseite des Kopfträgers 30 wirkt (die Rückseite ist die von der Druckwalze 50 abgewandte und der den Druckkopf 40 stützenden Seite gegenüberliegende Seite).
Diese spezielle Position des Kraftangriffspunktes wird nachfolgend unter Hinweis auf 7 näher erläutert. Es sei darauf hingewiesen, daß in 7 Großbuchstaben zur Bezeichnung von Linien und Kleinbuchstaben zur Bezeichnung der Länge einer Linie benutzt sind.
Folgende Definitionen werden in der nachfolgenden Erläuterung benutzt: Der Berührungspunkt zwischen dem ersten Zapfen 31a und der Endkante 5c ist Bezugspunkt P1, und die Berührungslinie zwischen der Kopfoberfläche 41 des Druckkopfes 40 und der Druckwalze 50 ist die Drucklinie L3 (die im wesentlichen mit der Heizelementlinie L1 zusammenfallen sollte). Die beiden Endpunkte der Drucklinie L3 sind mit P2 und P3 bezeichnet, und zwar P2 auf der Seite des ersten Rahmenteils 2a und infolgedessen näher an P1, dem ersten Endpunkt, und P3 als zweiter Endpunkt. Das ungleichseitige Dreieck mit P1, P2 und P3 an den Scheitelpunkten ist das Arbeitsdreieck T. Die Arbeitslinie L4 ist eine Linie parallel zur Drucklinie L3, aber versetzt um einen Abstand d1 zum Bezugspunkt P1 innerhalb der Ebene des Dreiecks T. LO1 ist die Mittellinie, die den Bezugspunkt P1 und den Mittelpunkt des Liniensegments P2P3 verbindet. Der Schnittpunkt zwischen der Arbeitslinie L4 und der Mittellinie LO1 ist der Bezugspunkt P4.
Wenn man den Kraftangriffspunkt auf die Linie LO1 legt, trennt sich der erste Zapfen 31a nicht von der Endkante 5c der Positionierrinne 5 und es kann eine Druckkraft gleichmäßig längs der Drucklinie L3 aufgebracht werden. Anders ausgedrückt, der Druckkopf kann gleichmäßig an die Druckwalze angedrückt werden.
Wie schon gesagt, kann als Federeinheit 61 eine oder eine Vielzahl von Druckfedern verwendet werden. Bei Verwendung einer Vielzahl von Federn ist es nur nötig, die Federn so anzuordnen, daß die kombinierte Kraft aller Federn (die scheinbare Kraft der Federeinheit) an einem Punkt auf der Linie LO1 wirkt. Eine Vielzahl von Federn wird vorzugsweise verwendet, da in einem tatsächlichen Druckerfabrikat aufgrund unterschiedlicher Steifheit des Aufzeichnungsträgers und der Reaktion von die Druckwalze antreibenden Zahnrädern bei Verwendung nur einer Druckfeder leicht Druckschwankungen auftreten.
Ferner wird der Kraftangriffspunkt der Federn vorzugsweise an einer Stelle auf der Linie LO1 näher an der Drucklinie L3 als am Bezugspunkt P1 vorgesehen. Das liegt daran, daß bei einem dem Bezugspunkt P1 näher liegenden Kraftangriffspunkt aus unterschiedlicher Präzision der Bauteile beispielsweise unter verschiedenen Druckern resultierende Druckschwankungen längs der Drucklinie L3 verstärkt werden wegen des Hebelprinzips.
Außerdem wird der Druck, mit dem der Druckkopf an die Druckwalze angedrückt wird, von der (kombinierten) Federkraft und der Lage ihres Kraftangriffspunktes auf der Linie LO1 bestimmt.
In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß eine Federeinheit 61 mit zwei Druckfedern, beide mit der gleichen Druckkraft, benutzt wird. Die erste Feder 61a und die zweite Feder 61b berühren den Kopfträger 30 an Angriffspunkten F1 bzw. F2 auf der Arbeitslinie L4 innerhalb des Arbeitsdreiecks T. Der Angriffspunkt F1 liegt zwischen dem Bezugspunkt P4 und dem Schnittpunkt P5 zwischen dem Liniensegment P1P2 und der Arbeitslinie L4. Wenn L5 die Senkrechte auf einer Verlängerung der Drucklinie L3 ist, und durch den Bezugspunkt P1 läuft, und P6 der Schnittpunkt zwischen L5 und einer Verlängerung von L4 ist, ist die Länge x1 von P6 zum Angriffspunkt F1 größer als das Liniensegment P6P5 und kürzer als das Liniensegment P6P4. Das liegt daran, daß sich der Zapfen 31a von der Endkante 5c der Positionierrinne 5 trennt, wenn die Länge x1 länger wird als das Liniensegment P6P4.
Auf der anderen Seite ist der Angriffspunkt F2 der zweiten Feder 61b so gesetzt, daß die Länge x2 von P6 bis zum Angriffspunkt F2 gleich der Länge x1 plus zweimal dem Abstand d2 zwischen dem Angriffspunkt F1 und Bezugspunkt P4 ist (x2 = x1 + 2d2). Das bedeutet, daß die kombinierte (scheinbare) Kraft der beiden Federn 61a und 61b an einem Bezugspunkt P4 der Linie LO1 wirkt.
Von den oben beschriebenen Positionen ausgehend kann das Moment M um P6 aus folgender Gleichung berechnet werden, in der f die Kompressionskraft jeder der Federn 61a und 61b ist. M = f·x1 + f·x2 = 2f·(x1 + d2).
Die rechte Seite 2f·(x1 + d2) in dieser Gleichung zeigt, daß zwei Federn der Kraft f, die je an Angriffspunkten F1 bzw. F2 wirken, einer Feder der Kraft 2f gleichwertig sind, die den Bezugspunkt P4 als Kraftangriffspunkt hat.
Die Federn 61a und 61 sind also geeignet, Druck auf die Arbeitslinie L4 im Arbeitsdreieck T auszuüben und sind so angeordnet, daß sie zwischen dem Druckkopf und der Druckwalze ein gleichmäßiges Andrücken längs der Drucklinie L3 erzeugen. Da die Arbeitslinie L4 gegenüber der Drucklinie L3 zum Bezugspunkt P1 versetzt ist, trennt sich in diesem Fall der erste Zapfen 31a nicht aus der Berührung mit der Endkante 5c der Positionierrinne 5 im ersten Rahmenteil 2a am Bezugszpunkt P1. Darüber hinaus kann der Versatz d1 beispielsweise in Übereinstimmung mit unterschiedlicher Präzision der Bauteile nach Bedarf gewählt werden.
Wie 1 und 2 zeigen, ist der Antriebsmotor 91 der genannten Antriebseinheit 90 vorn unten am ersten Rahmenteil 2a angeordnet und hat ein Antriebsrad 92, welches an der außerhalb des Rahmenteils 2a vorgesehenen Antriebswelle 91a befestigt ist. Am Rahmenteil 2a ist gleichfalls ein erstes Zwischenrad 93 in Eingriff mit dem Antriebsrad 92 sowie ein zweites Zwischenrad 94 vorgesehen, welches mit dem ersten Zwischenrad 93 kämmt. Am ersten Ende der Druckwalzenwelle 51 der Druckwalze 50 ist ein Druckwalzenrad 52 befestigt. Wenn der Deckel 4 geschlossen ist, kämmt dieses Druckwalzenrad 52 mit dem zweiten Zwischenrad 94, so daß Antriebskraft vom Antriebsmotor 91 übertragen wird, um die Druckwalze 50 zu drehen.
Wenn der Deckel 4 offen ist, verursacht die Kraft der auf den Kopfträger 30 einwirkenden Federn 61a und 61b, daß der erste Zapfen 31a die Endkante 5c der Positionierrinne 5 berührt, und daß der zweite Zapfen 31b die Endkante 6c der Führungsrinne 6 berührt. Damit befindet sich der zweite Zapfen 31b also weiter hinten am Drucker 1 als der erste Zapfen 31a. Infolgedessen wird die Stützlinie L2 (und damit der Kopfträger) aus der Parallelität mit der Druckwalzenwelle 51 gewendet (mit anderen Worten, die Heizelementlinie L1 kreuzt die Projektion der Achse der Druckwalzenwelle 51 auf eine von der Heizelementlinie L1 und der Achse der Druckwalzenwelle 51 bestimmte Bezugsebene, wenn die Druckwalze 50 den Druckkopf 40 berührt (möglicherweise über einen Aufzeichnungsträger)).
Wenn der Deckel 4 geschlossen wird, bewegt sich die Druckwalze 50 zum Druckkopf 40. Als Reaktion auf diese Bewegung und wegen der vorstehend beschriebenen, gewendeten Stellung des Kopfträgers berührt die Druckwalze 50 zunächst nur denjenigen Teil der Kopfoberfläche 41, der dem zweiten Rahmenteil 2b benachbart ist. In dem Maß, in dem die Druckwalze 50 eine Reaktionskraft auf diesen Teil ausübt und ihn damit zur Vorderseite des Druckers bewegt, dehnt sich dann die Berührungslinie zwischen der Druckwalze und dem Druckkopf 40 allmählich zum entgegengesetzten Teil der Kopfoberfläche 41 aus, der dem ersten Rahmenteil 2a benachbart ist. Diese Bewegung des Druckkopfes 40, und damit des Kopfträgers 30, verursacht, daß sich der zweite Zapfen 31b längs der Führungskanten 6a und 6b bewegt und sich von der Endkante 6c trennt, während der erste Zapfen 31a von den Federn 61a und 61b zur Führungskante 5a der Positionierrinne 5 gedrückt wird. Anders ausgedrückt, der Kopfträger 30 und der auf ihm angebrachte Druckkopf 40 werden um eine Achse gedreht, die von der Linie L5 in 7(b) wiedergegeben ist, bis die Heizelementlinie L1 und die Stützlinie L2 parallel zur Druckwalzenwelle 51 verlaufen. Gleichzeitig schwenkt der Kopfträger 30 um seine von den Zapfen 31a und 31b gebildete Schwenkachse, das heißt um die Stützlinie L2 entgegen der Kraft der Federn 61a und 61b. Das bedeutet, daß die Stützlinie (und folglich die Schwenkachse des Kopfträgers) in einer Ebene bewegbar ist, die im wesentlichen parallel zu der oben genannten Bezugsebene liegt.
Wenn davon ausgegangen wird, daß der Deckel 4 seine vollständig geschlossene Stellung angenommen hat und die Druckwalze 50 folglich aufhört sich zu bewegen, befindet sich der Kopfträger 30 in einer Stellung, bei der die Heizelementlinie L1 des Druckkopfes 40 mit einer Mantellinie der Druckwalze 50 fluchtet. Infolgedessen berührt der Druckkopf 40 die Druckwalze 50 gleichmäßig, wodurch die Drucklinie L3 des genannten Arbeitsdreiecks T gebildet wird. In diesem Zustand fallen die Linien L1 und L3 zusammen, zumindest im wesentlichen (in der Praxis ist die Drucklinie L3 keine wahre Linie, sondern hat eine endliche Breite und somit tatsächlich eine Fläche. Je nach dem Druck und dem Material der Druckwalze wird der berührte Bereich der Druckwalze vom Druckkopf mehr oder weniger stark elastisch abgeflacht, so daß die Breite der Drucklinie größer oder kleiner ist. Je stärker der Druckkopf die Druckwalze abflacht, um so mehr kann die Heizelementlinie aus der Senkrechten auf der Kopfoberfläche verlagert werden, die durch die Achse der Druckwalze verläuft, mit anderen Worten, die Heizelementlinie fällt nicht notwendigerweise mit der Mittellinie der Kontaktfläche zusammen).
Der Druck längs der Drucklinie L3 ist deshalb gleichmäßig, weil die Druckfedern 61a, 61b in der oben beschriebenen Weise in Bezug auf das Arbeitsdreieck T angeordnet sind. Papier oder ein anderer Aufzeichnungsträger, der zwischen dem Druckkopf 40 und der Druckwalze 50 gehalten ist, wird durch Drehen der Druckwalze 50 transportiert und längs der Drucklinie L3 bedruckt. Eine gute Druckqualität kann auch deshalb gewährleistet werden, weil der längs der Drucklinie L3 ausgeübte, gleichmäßige Druck den Aufzeichnungsträger in gleichmäßiger Berührung mit den Heizelementen des Druckkopfes 40 hält, die längs der Drucklinie L3 angeordnet sind.
Da einer der Zapfen (bei diesem Ausführungsbeispiel der zweite 31b), die zum Stützen des Kopfträgers vorgesehen sind, zum Ausrichten der Kopfoberfläche 41 mit der Druckwalze 50 bewegt wird, während der andere (bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Zapfen 31a) gegenüber der Druckwalze 50 in seiner Position fest ist, wird mit einer Druckeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung eine Selbsteinstellung erzielt, durch die die Kopfoberfläche 41 des Druckkopfes 40 in gleichmäßiger Berührung mit der Druckwalze 50 gehalten wird. Aus diesem Grund ist es möglich, den Aufzeichnungsträger unabhängig von irgendwelchen Abweichungen in der Präzision der Bauteile mit gleichmäßiger Schwärzung zu bedrucken.
Außerdem hat die Verwendung von zwei Federn 61a, 61b, wie beim vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiel, den Vorteil, daß ein gleichmäßiger Druck längs der Drucklinie L3 ohne weiteres wiederherstellbar ist, falls eine Änderung des Drucks längs der Drucklinie L3 auftritt, wenn beispielsweise Papier zwischen der Druckwalze 50 und dem Druckkopf 40 eingeführt wird.
Weil die Positionierrinne 5 sich auf der gleichen Seite wie die Antriebseinheit 90 befindet, kann außerdem die relative Position zwischen der Positionierrinne 5 und dem zweiten Zwischenrad 94, welches mit dem Druckwalzenrad 52 kämmt, ohne weiteres mit großer Präzision eingestellt werden, denn sie sind ja im gleichen Rahmenteil 2a ausgebildet bzw. daran angebracht. Folglich kann die Position des Bezugspunktes P1 gegenüber der Druckwalze 50 genau bestimmt werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Eine Druckeinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, daß die Druckfedern 61a und 61b die Rückseite des Kopfträgers 30 an einer anderen Stelle berühren.
Im einzelnen sind die Angriffspunkte F1 und F2 der Federn 61a und 61b gegenüber den für das erste Ausführungsbeispiel beschriebenen festgelegten Positionen um einen kleinen Ausgleichsabstand (beispielsweise etwa 1 mm) längs der Arbeitslinie L4 in Richtung zu P5, das heißt zur Seite des ersten Rahmenteils verlagert. Das dient zum Ausgleich eines Versatzes, von dem festgestellt wurde, daß er beim Drucken mit tatsächlichen Druckerfabrikaten entsteht, in denen eine Druckeinheit gemäß dieser Erfindung benutzt wird. Genauer gesagt haben Druckprüfungen gezeigt, daß die Angriffspunkte F1 und F2 der Federn 61a und 61b eine geringfügige Verlagerung in Richtung weg von P5 beim Drucken erfahren. Wenn man die Federn so anordnet, daß die anfänglichen Angriffspunkte F1 und F2 so versetzt sind wie bei diesem Ausführungsbeispiel, kann die genannte Verlagerung ausgeglichen werden.
Der Ausgleichsabstand kann auch mittels Computeranalyse erhalten werden, wobei als Parameter Faktoren benutzt werden, die zu dieser Verlagerung der Angriffspunkte F1 und F2 beitragen, wie die Reibung des Aufzeichnungsträgers am Druckkopf 40 während des Druckens, die Dicke des Kopfträgers 30, die Temperatur der Heizelemente des Druckkopfes 40 und die Gummihärte der Druckwalze 50. Die Computeranalyse hat auch gezeigt, daß es nur nötig ist, die Angriffspunkte F1 und F2 um etwa einen Millimeter zur Seite des ersten Rahmenteils, das heißt in Richtung der Antriebseinheit zu verlegen.
Durch Anordnen der Federn 61a und 61b unter Verlagerung der Angriffspunkte um eine spezifische Entfernung aus der erhaltenen Position des statischen Gleichgewichts, wie für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben, wird mit der Druckeinheit gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel ein sogenannter dynamischer Ausgleich erzielt, bei dem der Kraftangriffspunkt der Federeinheit als Ganzes mit dem Bezugspunkt P4 zusammenfällt, wenn die jeweiligen Angriffspunkte F1 und F2 der Federn 61a und 61b sich beispielsweise während des Druckens verlagern.
Es kann also eine Druckeinheit 20 und ein diese nutzender Drucker 1 erzielt werden, mit denen unter einer Vielfalt an Bedingungen eine gleichmäßige Schwärzung beim Drucken beibehalten wird, wenn man die Parameter, die zum Erhalten dieses Ausgleichsabstandes herangezogen werden, entsprechend setzt. Dies ist besonders nützlich, wenn die Federstütze 62 an der Federhalterung 63 abnehmbar angebracht ist, wie für das erste Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf 4 beschrieben, weil dann Federstützen mit für verschiedene Ausgleichsabstände ausgelegten Druckerfedereinheiten 61 vorbereitet werden können, um die Druckeinheit rasch an verschiedene Bedingungen anzupassen.
Für den Fachmann liegt auf der Hand, daß die vorstehend als Beispiele beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise abgewandelt werden können, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
So sind bei den obigen Ausführungsbeispielen zwei Druckfedern mit je der gleichen Kraft beschrieben worden, die in gleichen Abständen vom Bezugspunkt P4 angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, stattdessen Druckfedern zu benutzen, die unterschiedliche Kräfte ausüben. In diesem Fall müssen nur die jeweiligen Entfernungen vom Bezugspunkt P4 entsprechend dem Kräfteverhältnis der Federn bestimmt werden. Wenn beispielsweise die Kraft der Feder 61a f ist und die der Feder 61b 2f ist, müßte das Verhältnis zwischen den Abständen d2 und d3 vom Bezugspunkt P4 d2 = 2d3 sein.
Die vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind mit Verwendung einer Federeinheit 61 beschrieben worden, die zwei Kompressionsfedern umfaßt. Die Erfindung ist aber nicht auf zwei Federn begrenzt. Stattdessen kann die Federeinheit 61 auch nur eine oder drei oder mehr Federn aufweisen. Wenn beim zweiten Ausführungsbeispiel nur eine Feder in der Federeinheit 61 vorgesehen ist, wird sie so angeordnet, daß ihr Kraftangrifspunkt in 7 gesehen vom Bezugspunkt P4 zur Seite von P5 hin versetzt ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß selbst beim Auftreten einer Änderung der Belastung längs der Drucklinie L3 der erste Zapfen 31a des Kopfträgers 30 mit der Endkante 5c der Positionierrinne 5 fest in Berührung gehalten werden kann.
Wenn andererseits die Federeinheit 61 drei oder mehr Federn aufweist, müssen diese Federn so angeordnet werden, daß die Summe der Momente um P6 der Federkräfte dem Moment um P6 einer einzigen Kraft gleicht, die gleich der Summe der Kräfte (kombinierte Kraft) der drei oder mehr Federn ist, wobei die einzige Kraft am Bezugspunkt P4 wirkt. Anders ausgedrückt, der Kraftangriffspunkt der kombinierten Kraft muß auf die Mittellinie gelegt werden.
Es liegt auch auf der Hand, daß bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Zapfen 31a und 31b zwar am Kopfträger 30 und die Positionierrinne 5 und die Führungsrinne 6 in den Rahmenteilen 2a und 2b ausgebildet sind, diese Rinnen alternativ aber auch im Kopfträger 30 ausgebildet und die Zapfen an den Rahmenteilen 2a, 2b vorgesehen werden können.

Claims

Druckeinheit, aufweisend: einen Rahmen (2a, 2b), eine Thermodruckkopfeinrichtung (30, 40, 41), die eine erste und eine zweite Seite hat, die einander gegenüber liegen, wobei eine Vielzahl von Heizelementen auf einer ersten Linie (L1) an der ersten Seite angeordnet ist, und die einen ersten und zweiten Wellenabschnitt (31a, 31b) an einer dritten bzw. vierten Seite hat, die einander gegenüber liegen, wobei der erste und zweite Abschnitt eine Schwenkachse (L2) parallel zu der ersten Linie (L1) bilden und mit einer ersten bzw. einer zweiten Öffnung (5, 6) zusammenwirken, um die Druckkopfeinrichtung (30, 40, 41) im Rahmen (2a, 2b) schwenkbar zu lagern, wobei die erste und die zweite Öffnung (5, 6) an einer ersten bzw. einer zweiten Rahmenseite vorgesehen sind, eine Druckwalze (50), die in dem Rahmen (2a, 2b) so gelagert ist, daß sie gegenüber dem Rahmen (2a, 2b) zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbar ist, wobei die erste und die zweite Position der Druckwalze (50) im wesentlichen parallel zueinander sind, und eine Vorspanneinrichtung (60, 61), um die Druckkopfeinrichtung (30, 40, 41) um die Schwenkachse zur Druckwalze (50) zu drängen, wobei die Vorspanneinrichtung (60, 61) Druck auf die zweite Seite der Druckkopfeinrichtung (30, 40, 41) ausübt, wobei die Druckwalze (50) in ihrer ersten Position den Heizelementen zugewandt ist und eine Reaktionskraft auf die erste Seite der Druckkopfeinrichtung (30, 40, 41) ausübt, und eine Druckwalzenachse der Druckwalze (50) parallel zu der ersten Linie (L1) verläuft und zusammen mit der ersten Linie (L1) eine Bezugsebene bildet, während die Druckwalze (50) in ihrer zweiten Position von der Druckkopfeinrichtung (30, 40, 41) getrennt ist und die Projektion der Druckwalzenachse auf die Bezugsebene die erste Linie (L1) schneidet, wobei der zweite Wellenabschnitt (31b) in der zweiten Öffnung (6) linear beweglich ist, so daß die Schwenkachse (L2) in einer Ebene im wesentlichen parallel zu der Bezugsebene bewegbar ist, wobei der zweite Wellenabschnitt (31b) als Reaktion auf den Druck in Berührung mit einer Endkante (6c) der zweiten Öffnung (6) gedrängt wird, wenn die Druckwalze (50) in der zweiten Position ist, und infolge der Reaktionskraft von der Endkante (6c) getrennt wird, wenn die Druckwalze (50) in der ersten Position ist; und jede der Öffnungen (5, 6) eine Führungsrinne aufweist, die zwei entgegengesetzte Führungskanten (5a, 5b, 6a, 6b) hat, welche im wesentlichen parallel zu der Bezugsebene verlaufen, um zwischen sich den ersten bzw. den zweiten Wellenabschnitt (31a, 31b) zu führen, und eine Endkante (5c, 6c) hat, die im wesentlichen senkrecht zu den Führungskanten (5a, 5b, 6a, 6b) verläuft, wobei der erste Wellenabschnitt (31a) in der ersten und der zweiten Position der Druckwalze (50) mit der Endkante (5c) der ersten Öffnung (5) in Berührung gehalten wird.
Druckeinheit nach Anspruch 1, bei der die Vorspanneinrichtung (60, 61) einen oder mehrere flexible Körper (61a, 61b) aufweist, und der Angriffspunkt der kombinierten Kraft des einen oder der mehreren flexiblen Körper auf die Druckkopfeinrichtung (30, 40, 41) auf oder in der Nähe einer zweiten Linie (LO1) liegt, die in der ersten Position der Druckwalze den Kontaktpunkt (P1) zwischen dem ersten Wellenabschnitt (31a) und der Endkante (5c) und den Mittelpunkt einer Kontaktlinie (L3) zwischen der Druckwalze (5) und der Druckkopfeinrichtung (30, 40, 41) verbindet.
Druckeinheit nach Anspruch 2, bei der der Angriffspunkt gegenüber der zweiten Linie (LO1) in Richtung im wesentlichen parallel zur ersten Linie (L1) zu der Seite des Kontaktpunktes (P1) hin versetzt ist.
Druckeinheit nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Angriffspunkt der ersten Linie (L1) näher liegt als dem Kontaktpunkt (P1).
Thermozeilendrucker mit einer Druckeinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Drucker nach Anspruch 5, ferner mit einer Antriebseinheit (90) zum Drehen der Druckwalze (50), wobei die Antriebseinheit (90) an der ersten Rahmenseite angeordnet ist.
Drucker nach Anspruch 5 oder 6, ferner mit einem Deckel (4), der auf dem Rahmen (2a, 2b) so gelagert ist, daß er zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung bewegbar ist, wobei die Druckwalze (50) am Deckel (4) angebracht ist, und die offene Stellung des Deckels (4) der zweiten Position der Druckwalze (50) entspricht während die geschlossene Stellung des Deckels (4) der ersten Position der Druckwalze (50) entspricht.