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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet des
Wärmedrucks.
Genauer betrifft sie einen verbesserten Druckkopfmechanismus, der
sich durch einen schwimmend angebrachten Druckkopf auszeichnet,
das ausgenutzt werden kann, um die Ausrichtung eines Druckkopfes
in Bezug auf eine Walze beizubehalten.
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Das
Wärmedrucken
ist ein anschlagfreies Verfahren, um Bilder auf Papier und Kunststofffolie zu
drucken. Das Verfahren wendet Wärme
von einem Wärmedruckkopf
auf ein Thermomaterial an; und da Wärmedrucker typisch weniger
bewegliche Komponenten aufweisen, sind sie sehr zuverlässig, sauber, leise
und leicht instand zu halten. Demzufolge ist das Wärmedrucken
zurzeit eines der gängigsten
Verfahren, das benutzt wird, um qualitativ hochwertige, beliebige
Druckbilder freien Formats nach Bedarf zu erzeugen.
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Die älteste und
am besten bekannte Anwendung des Wärmedruckens ist das Direkt-Thermodruckverfahren,
das in Faxgeräten
benutzt wird. Jedoch hat die ständig
voranschreitende Technologie zu einer Verbreitung von wichtigen
neuen Anwendungen geführt,
die von Registrierkassenbelegen, Billetts, fälschungssicheren Etiketten
bis zu Wetterkartendruck reichen. Außerdem macht die hohe Bildqualität, die mit
dem Wärmedrucken
erzeugt wird, diese Technologie für das Drucken von Barcodesymbolen
besonders geeignet.
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Bei
dem Direkt-Thermodrucken besteht der Druckmechanismus hauptsächlich aus
einem Wärmedruckkopf,
der eine große
Anzahl von winzigen Widerständen
aufweist, die einzeln reagieren, um einen elektrischen Impuls in
Wärme umzuwandeln.
Die Wärme
von dem Wärmedruckkopf
löst eine
Reaktion mit einer chemischen Beschichtung auf dem Thermomaterial
(oftmals Papier) aus, um ein Bild zu erzeugen. Bei einem Thermotransferdruck
ist der Druckmechanismus einem Thermo-Direktdrucker sehr ähnlich,
wobei eine Farbbandzuführung
und ein Aufwickelmechanismus hinzukommen.
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Das
Kernstück
beider, des Dirkekt-Thermodruckmechanismus und des Thermotransferdruckmechanismus,
ist der Wärmedruckkopf,
der die Wärmeenergie
liefert, die erforderlich ist, um ein Bild entstehen zu lassen.
Im Stand der Technik bekannte Wärmedruckköpfe sind
typischerweise vom Typ mit linearen Thermalen Bereichen, die in
einer sicheren Lage fixiert sind und ein Bild auf einem Medium erzeugen,
wenn sich das Medium an dem Druckkopf vorbeibewegt. Bei diesem Ausführungstyp
ist der Druckkopf breit genug, um sich über die gesamte Breite des
Mediums, das bedruckt wird, zu erstrecken, wobei eine Führungswalze
hinter dem Medium benutzt wird, um das Medium in Kontakt mit dem Druckkopf
zu halten. Da das Druckelement in Bezug auf die Bewegungsrichtung
des Mediums fest ist, ist die Druckgenauigkeit hervorragend. Genau
diese hervorragende Druckgenauigkeit lässt das Wärmedrucken zu einem der am
häufigsten
angewendeten Verfahren zum Drucken von maschinenlesbaren Barcodes
werden.
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Beim
Wärmedrucken
ist der entscheidende Faktor für
die einwandfreie Funktion des Druckers die Anordnungsbeziehung zwischen
dem Druckkopf und der Führungswalze
hinter dem Medium. Es ist entscheidend, dass die Wärmedruckelemente
normal zur Mittellinie der Zylinderwalze angeordnet sind und dass
ein angemessener Druck zwischen Druckkopf, Farbband und Medium aufrechterhalten
wird. Wenn sich die Druckelemente nicht auf der Mittellinie der Zylinderwalze
befinden, werden die Elemente nicht Punkte gleicher Größe auf dem
bedruckten Medium erzeugen.
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US 5,013,387 (Goodwin) betrifft
eine handgehaltene Etikettiervorrichtung mit einem Wärmedruckkopf
zum Drucken auf Etiketten von einer zusammengesetzten Etikettenbrolle.
Der Wärmedruckkopf
ist an einem Bauteil angebracht, das den Druckkopf mittels einer
Druckfeder drehgelenkig in einen Druckkontakt mit einer Walze drängt.
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Zwar
lässt ein
Wärmedrucken
im Allgemeinen ein qualitativ hochwertiges Druckerzeugnis entstehen,
doch kann sich der fixierte Druckkopf, der im Stand der Technik
bekannt ist, nicht an eine breite Vielfalt von unterschiedlichen
Mediendicken anpassen. Um diesen Mangel an Anpassungsfähigkeit
zu beheben wurden schwenkbar gelagerte Druckköpfe entwickelt. Im Stand der
Technik ist ein schwenkbar gelagerter Druckkopf, wie etwa jener,
der im US-Patent Nr. 5,051,009 offenbart ist, im Allgemeinen nur an
einem Gelenkpunkt befestigt. Gegenüber dem Gelenkpunkt ist der
Druckkopf in Richtung der Walze federbelastet, wodurch es dem Druckkopf
möglich ist,
sich gegebenenfalls zu der Walze hin oder von dieser weg zu bewegen,
um sich verschiedenen Mediendicken anzupassen. Mit der Dickenänderung
des Mediums ändert
sich jedoch die Ausrichtung des schwenkbaren Druckkopfes mit der
Walze, was die Druckqualität
beeinträchtigt.
Außerdem
sind sowohl bei einem Wärmedrucker
mit einem fixierten Druckkopf als auch bei einem Wärmedrucker
mit einem schwenkbaren Druckkopf der Druckkopf und die Walze gezwungenermaßen Parallel.
Infolge der erforderlichen parallelen Ausrichtung wird dann, wenn
die Walze und der Druckkopf bei der Herstellung nur geringfügig verlagert
worden sind oder wenn das Medium, das benutzt wird, eine uneinheitliche
oder ungleichmäßige Dicke
aufweist, der Anpressdruck des Druckkopfes quer über das Medium ungleichmäßig sein,
und die Druckqualität
wird über
die volle Länge der
Druckzeile uneinheitlich sein. Folglich besteht ein Bedarf an einem
verbesserten Wärmedruckkopfmechanismus.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Unzulänglichkeiten
des Standes der Technik, indem ein verbesserter Druckkopfmechanismus
geschaffen wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist der verbesserte Druckkopfmechanismus einen Druckkopf
auf, der an einem oberen Befestigungsbügel angebracht ist, einen unteren
Träger,
der von dem oberen Befestigungsbügel
gehalten wird, und ein ortsfestes Federfassungsprofil, das ein federndes
Material aufnimmt und den oberen Befestigungsbügel beweglich unterstützt. In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das Federfassungsprofil an einer vorderseitigen
Montageplatte befestigt und unterstützt den oberen Befestigungsbügel und
den Druckkopf durch die Verwendung einer Vielzahl von Federn vom Druckfedertyp
als federndes Material. Die Federn vom Druckfedertyp bewirken eine
Vorbelastung des schwimmend gelagerten Druckkopfes in Richtung einer
Walze, um zwischen dem schwimmend gelagerten Druckkopf und dem Druckmedium
einen gleich bleibenden Druck aufrechtzuerhalten. Eine Ausführungsform
der Erfindung stellt außerdem
einen Nocken bereit, der zwischen dem Federfassungsprofil und einem
unteren Träger
angeordnet ist, um einen einfachen Mechanismus zum Einlegen und
Verriegeln eines Druckerfarbbandes und des Druckmediums zu schaffen.
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Ein
weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass ein Verfahren zur Aufrechterhaltung
der Ausrichtung zwischen einem Druckkopf und einer Schreibwalze
in einer Wärmedruckvorrichtung
geschaffen wird. Gemäß diesem
Verfahren wird ein Federfassungsprofil in einer fixierten Lage befestigt,
wobei ein federndes Material in dem Federfassungsprofil bereitgestellt wird,
und wird verwendet, um einen oberen Befestigungsbügel, an
den ein Druckkopf angebracht wird, beweglich zu lagern. Außerdem sorgt
eine Ausführungsform
des vorliegenden Verfahrens für
die Verwendung einer Vielzahl von Federn vom Druckfedertyp als federndes
Material.
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Indem
das Federfassungsprofil in einer fixierten Lage befestigt wird und
gleichzeitig dem Druckkopf ermöglicht
wird, Spiel in der Lagerung zu haben, die durch das federnde Material
und das Federfassungsprofil geschaffen wird, kann durch die vorliegende
Erfindung eine Anpassung an eine breite Vielfalt von Druckmediendicken
erfolgen. Da die vorliegende Erfindung dem Druckkopf Spiel bei der
Lagerung durch das Federfassungsprofil ermöglicht, statt ihn zu fixieren
oder um einen festen Punkt zu schwenken, braucht er zudem nicht
parallel zu einer Schreibwalze zu bleiben, um den Anpressdruck des Druckkopfes über ein
unebenes Medium aufrechtzuerhalten. Folglich ist die beanspruchte
Erfindung vielseitiger verwendbar und sorgt für eine einheitliche Druckzeile
und für
eine gleich bleibende Gesamtdruckqualität über einer größeren Vielfalt
von Medien als die Wärmedruckkopfmechanismen,
die im Stand der Technik zur Verfügung stehen.
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Es
werden nun Ausführungsformen
der Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, worin:
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1 eine
Perspektivansicht eines Wärmedruckkopfmechanismus
gemäß der beanspruchten Erfindung
ist;
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2 eine
Perspektivansicht einer Druckkopfmechanismusbaueinheit gemäß der beanspruchten
Erfindung ist;
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3 eine
auseinandergezogene Perspektivdarstellung einer Druckkopfmechanismusbaueinheit
gemäß der beanspruchten
Erfindung ist;
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4 eine
Perspektivansicht einer Rückwandbaueinheit
gemäß der beanspruchten
Erfindung ist.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1 einen typischen
Wärmedruckkopfmechanismus
des Typs, der die vorliegende Erfindung anwendet. Der Wärmedruckkopfinechanismus
beinhaltet ein Federfassungsprofil 7, einen oberen Befestigungsbügel 5 und
einen Druckkopf 8 ein. In der bevorzugten Ausführungsform
der beanspruchten Erfindung beinhaltet der in 1 gezeigte
Wärmedruckkopfinechanismus
außerdem
einen unteren Träger 12 und
einen Nocken 20 und ist an einer vorderseitigen Montageplatte 1 neben
einer Schreibwalze 10 angebracht, wie in 2 und 3 gezeigt
ist.
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Die
in 1 gezeigte Wärmedruckkopfmechanismus-
und Nockenbaueinheit ist so beschaffen, dass der obere Befestigungsbügel 5 an
beiden Enden gestützt
wird, um sicherzustellen, dass der Druckkopf 8, der an
dem oberen Befestigungsbügel 5 befestigt
ist, genau parallel zu der Walze 10 ausgerichtet ist. Der
Druckkopf 8 ist vorzugsweise ein zwei Zoll breiter Dickschicht-Wärmedruckkopf
mit fünf Volt,
203 Punkten pro Zoll, der im Stand der Technik verbreitet verfügbar ist.
Der Druckkopf 8 ist vorzugsweise mit zwei Schrauben 41 an
dem oberen Befestigungsbügel 5 angebracht.
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Das
Federfassungsprofil ist unbeweglich und wird vorzugsweise von vier
Stahlstiften oder Schrauben 37 gehalten, die an beiden
Schenkeln 3, 4 der vorzugsweise U-förmigen vorderseitigen
Montageplatte 1 befestigt sind. Das Federfassungsprofil 7 kann
aus fast jedem Material hergestellt sein, ist jedoch vorzugsweise
ein Spritzgussteil, das aus glasgefülltem, PTFE-geschmiertem Nylon
oder Analogem hergestellt ist. Das Federfassungsprofil ist ferner
dafür ausgelegt,
dass ein federndes Material, wie etwa eine Druckfeder, zwischen
dem Federfassungsprofil 7 und dem oberen Befestigungsbügel 5 aufgenommen
oder gehalten wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der beanspruchten Erfindung ist eine Vielzahl von Druckfedern 30 gleichmäßig voneinander
beabstandet zwischen dem Federfassungsprofil 7 und dem
oberen Befestigungsbügel 5 angeordnet,
um den Druckkopf 8 in Richtung der Schreibwalze 10 vorzuspannen
und einen angemessenen Walzendruck auf das Medium aufrechtzuerhalten,
wenn es über
den Druckkopf 8 gezogen wird. Zwar könnte der Fachmann jedes federnde
Material verwenden, um den Druckkopf 8 in Richtung der
Walze 10 vorzubelasten, es werden jedoch, um die höchste Druckqualität zu erhalten, Druckfedern
bevorzugt, die ungefähr
um 0,020'' vorbelastet sind,
um für
eine Kraft von vier Pfund zu sorgen. Die Verwendung derartiger Druckfedern 30 bei der
federbelasteten Bewegung zwischen dem oberen Befestigungsbügel 5 und
dem Federfassungsprofil 7 ermöglicht dem Druckkopf 8 Spiel
bei der federbelasteten Bewegung und gleichzeitig und automatisch
ein Anpassen in vertikaler Richtung an wechselnde Dicken des Mediums,
die von 0,003 Zoll bis 0,030 Zoll reichen, und in horizontaler Richtung
an ein unebenes Medium. Derartige Anpassungen in zwei Richtungen
bewirken, dass ein gleichmäßiger Kontakt
zwischen dem Druckkopf und den Medien beibehalten wird und eine
einheitliche Druckzeile erzeugt wird, was mit einem unbeweglichen
oder schwenkbaren Druckkopf, der gegenwärtig im Stand der Technik bekannt
ist, nicht erzielt werden kann.
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Außerdem bietet
eine Ausführungsform
der beanspruchten Erfindung die Verwendung eines Nockens 20.
Der Nocken 20 ist vorzugsweise in einen unteren Träger 12 eingelassen,
um für
eine lineare Bewegung bis zu ungefähr 0,100 Zoll zu sorgen, die einem
Benutzer ermöglicht,
den Wärmedrucker
mit einem Medium und einer (nicht gezeigten) Farbbandkassette zu
bestücken.
Der Nocken 20 wird einteilig geformt einen Knauf 20B,
einen Nockenstab 20C und eine Nockenstange 20A aufweisen
und wird eine (nicht gezeigte) Farbbandkassette entweder verriegeln
oder entriegeln, wenn er gedreht wird. Wenn ein Nocken 20 und
ein unterer Träger 12 verwendet
werden, ist der obere Befestigungsbügel 5 vorzugsweise ein
stranggepresstes Aluminiumteil, das in eine U-förmige Konfiguration geformt
ist, die zwei Schenkel aufweist, wobei das Ende jedes Schenkels
eine nach innen gebogene Lippe aufweist. Währenddessen ist der untere
Träger 12 vorzugsweise
ein Formteil, das in eine U-förmige
Konfiguration geformt ist, die zwei Schenkel aufweist, wobei jedoch
das Ende jedes Schenkels eine nach außen gebogene Lippe aufweist.
Die Lippen des oberen Befestigungsbügels 5 halten die
Lippen des unteren Trägers 12,
wodurch ein Kanal gebildet wird, der die Nockenstange 20A hält. Der
Fachmann wird erkennen, dass der Nocken und der obere Befestigungsbügel nicht
notwendig sind, damit das Federfassungsprofil 7 den oberen Befestigungsbügel 5 und
den Druckkopf 8 unterstützt,
und dass zahlreiche andere Typen von Nocken verwendet werden könnten, um
die gleichen Ergebnisse zu erzielen.
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Die
in 2 und 3 gezeigte vorderseitige Montageplatte 1 ist
vorzugsweise ein gestanztes Metallteil aus einem verzinktem, kaltgewalzten
Stahlmaterial, das in eine U-förmige
Konfiguration mit zwei Schenkeln 3, 4 geformt
worden ist. Wie in 2, 3 und 4 gezeigt
ist, besteht die generelle Funktion der vorderen Montageplatte 1 darin,
für eine kompakte
einteilige Einheit zu sorgen, die sowohl das Federfassungsprofil 7,
die Schreibwalze 10 und den Nocken 20 als auch
den Schrittmotor 45 und das Zahnradgetriebe 35 eines
Wärmedruckers
trägt.
Tatsächlich
sind bei dem Wärmedruckkopfmechanismus
der beanspruchten Erfindung nur die Schreibwalze 10 und
das Federfassungsprofil 7 an dem vorderseitigen Montageträger 1 angebracht.
Die Schreibwalze 10 ist vorzugsweise aus Siliconkunstharz
aufgebaut, das durch Einlagerungsgießen auf eine Stahlwelle geformt
und nach dem Formen geschliffen worden ist. Wie 3 zeigt,
ist das Federfassungsprofil 7 an den Schenkeln 3, 4 der
vorderen Montageplatte 1 unter Verwendung einer Verschleißplatte 24 und
zweier Schrauben 37 an jedem Ende des Federfassungsprofils 7 befestigt.
Währenddessen
sind die übrigen
Elemente des beanspruchten Wärmedruckkopfmechanismus
der Erfindung beweglich angebracht und werden von dem befestigten Federfassungsprofil 7 unterstützt, und
folglich ist es dem Druckkopf möglich,
zu "schwimmen", da er an keiner
Struktur gesichert ist.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt ist, unterstützt die
vorderseitige Montageplatte 1 außerdem eine Rückwand 2,
einen Motor 45 und ein Zahnradgetriebe 35. Während des
Betriebs einer Wärmedruckvorrichtung,
die den beanspruchten Wärmedruckkopfinechanismus
enthält,
wird ein elektronisch gesteuerter Gleichstromschrittmotor 45 benutzt,
der die mechanische Antriebsenergie liefert, die durch das Zahnradgetriebe 35 auf
die Walze 10 und den Farbbandkupplungsantrieb 15,
der benutzt wird, um eine Spule in einer Farbbandkassette anzutreiben (nicht
gezeigt), übertragen
wird. Der Farbbandkupplungsantrieb 15 ist vorzugsweise
umkehrbar, um den Etikettenabfall zu verringern, indem ermöglicht wird, das
Etikett und das Farbband vor dem Drucken zurückzusetzen. Der Farbbandkupplungsantrieb 15 weist
außerdem
ein Kupplungs- und Bremssystem auf, das in jedes Farbbandgetriebe
und in jede Farbbandtransportvorrichtung eingebaut ist. Der Farbbandkupplungsantrieb 15 kann
für eine
Bewegung entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn
eingerichtet sein, wobei er nur das erforderliche Drehmoment von
dem Schrittmotor 45 auf die Farbbandspule überträgt, um eine
angemessene Spannung des Farbbandes aufrechtzuerhalten. Die Bremsvorrichtung,
vorzugsweise eine einfache Druckfeder oder eine Filzplatte, sorgt
für den
erforderlichen Betrag des spannenden Drehmoments auf die Abwickelspule,
um eine angemessene Spannung des Farbbandes aufrechtzuerhalten,
wodurch Falten vermieden werden.