DE60215607T2

DE60215607T2 - Direkthermodrucker

Info

Publication number: DE60215607T2
Application number: DE60215607T
Authority: DE
Inventors: John West Chester Long; Richard B. Centerville Moreland
Original assignee: NCR International Inc
Current assignee: NCR International Inc
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: ES2272645T3; EP1321296B1; US6784906B2; DE60215607D1; EP1321296A2; EP1321296A3; US20030112318A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Thermodirektdrucker, insbesondere auf Thermodirektdrucker zum doppelseitigen Ausdruck.
Thermodirektdrucker werden in vielen Anwendungen verwendet, um einem Benutzer Informationen zur Verfügung zu stellen. Oft werden Informationen nur auf einer Seite einer Quittung aus Papier bereitgestellt. Es ist wünschenswert, in der Lage zu sein, verschiedene Informationen auf beiden Seiten der Quittung zur Verfügung zu stellen, um Material zu sparen und Flexibilität beim Bereitstellen von Informationen zu erzielen. Maßgebliche Quellen auf dem Gebiet der doppelseitigen Thermodrucker umfassen die folgenden Patente:
Das US-Patent Nr. 5 101 222, das am 31. März 1992 für Kunio Hakkaku erteilt wurde, offenbart ein Material zur Thermo-Aufzeichnung, das eine Lage aus magenta-farbenen Pigmenten, eine Lage aus gelben Pigmenten, eine Lage aus cyan-farbenen Pigmenten und einen Polyesterfilm (PET) umfasst. Das Material zur Thermo-Aufzeichnung kann durch zwei Schreibköpfe, die einander gegenüber liegen, mittels Hitze behandelt werden.
Das US-Patent Nr. 4 956 251, das am 11. September 1990 für Washizu et al. erteilt wurde, offenbart eine Vorrichtung, die mit einem doppelten Thermo-Schreibkopf ausgestattet werden kann, was es erlaubt, simultan durch Thermo-Aufzeichnung auf beide Seiten zu schreiben. Dieses Patent offenbart zudem die japanische Patentanmeldung (OPI) Nr. 208298/82 und beschreibt, dass das japanische Patent das Drucken auf beide Seiten eines undurchsichtigen Substrats offenbart.
Die EP-A-0 947 340 offenbart einen Zwei-Seiten-Thermodrucker, der so ausgebildet ist, dass der Thermo-Schreibkopf gegenüber einer zylindrischen Schreibwalze angeordnet ist, wie es im Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs im vorliegenden Dokument ausgeführt ist.
Diese Druckschriften offenbaren jedoch keinen Thermodirektdrucker zum doppelseitigen Ausdruck, der eine kompakte Konstruktion aufweist, wie er in der vorliegenden Erfindung beansprucht ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Thermodirektdrucker zur Verfügung gestellt, der umfasst: einen ersten Druckkopf, der einer ersten Schreibwalze benachbart angeordnet ist und einen zweiten Druckkopf, der einer zweiten Schreibwalze benachbart angeordnet ist, wobei der erste Druckkopf der zweiten Schreibwalze gegenüber angeordnet ist und der zweite Druckkopf der ersten Schreibwalze gegenüber angeordnet ist, und der zudem umfasst: eine erste Druckkopfanordnung, die einen ersten Arm, der mit dem ersten Druckkopf gekoppelt ist, umfasst, und eine zweite Druckkopfanordnung, die einen zweiten Arm, der mit dem zweiten Druckkopf gekoppelt ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Arm (130, 140) an einer Armachse (210) gelagert ist, um ein Wegschwenken von dem anderen Arm zum Zuführen eines Thermodirekt-Bildelements (10) zu erlauben und dass die erste Schreibwalze mit dem ersten Arm gekoppelt ist und die zweite Schreibwalze mit dem zweiten Arm gekoppelt ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines beispielhaften Bildelements zeigt,
2 eine schematische Ansicht von oben auf einen beispielhaften Thermodirektdrucker zum doppelseitigen Ausdruck von Bildern mit einer Antriebsanordnung zeigt, die gestrichelt dargestellt ist,
3 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linien 2-2 von 2 des beispielhaften Thermodirektdruckers zum doppelseitigen Ausdruck von Bildern zeigt,
4 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linien 3-3 in 4 des beispielhaften Thermodirektdruckers zum doppelseitigen Ausdruck von Bildern zeigt und
5 eine schematische Ansicht von oben auf den beispielhaften Thermodirektdrucker zum doppelseitigen Ausdruck von Bildern zeigt, in der ein zweiter Arm 140 in einer von einem ersten Arm 130 weggeschwenkten Position gezeigt ist.
Wie in 1 gezeigt, kann ein Bildelement 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Substrat 20 umfassen, das eine erste Oberfläche 30 und eine zweite Oberfläche 50, eine erste Grundierung 40, eine zweite Grundierung 60, eine erste Beschichtung 80, eine zweite Beschichtung 100, eine erste Deckschicht 120 und eine zweite Deckschicht 140 umfasst. Vorzugsweise ist die erste Grundierung 40 auf die erste Oberfläche 30 und die zweite Grundierung 60 auf die zweite Oberfläche 50 unter Verwendung geeigneter Mittel, wie beispielsweise durch Aufschwemmen bzw. Aufbringen und Abrakeln (flooding and mete ring) und nachfolgendes Trocknen aufgebracht. Eine Grundierung wird im Allgemeinen durch Aufschwemmen einer wässrigen Beschichtungs-Mischung und durch anschließendes Abrakeln des Überschusses aufgebracht. Die erste und die zweite Beschichtung 80 und 100 können entsprechend auf die erste bzw. die zweite Grundierung 40 bzw. 60 unter Verwendung jedes geeigneten Mittels aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Aufschwemmen und Abrakeln und anschließendes Trocknen. Optional können die erste und die zweite Deckschicht 120 und 140 entsprechend auf die erste bzw. die zweite Beschichtung 80 und 100 unter Verwendung jedes geeigneten Mittels aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Aufschwemmen und Abrakeln. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bildelement keine erste und keine zweite Grundierung 40 und 60 und keine Deckschichten 120 und 140 und umfasst lediglich die erste und die zweite Beschichtung, die direkt auf die erste bzw. zweite Oberfläche des Substrats aufgebracht ist. Die Beschichtungen können unter Verwendung jedes geeigneten Mittels aufgebracht werden, wie beispielsweise durch Aufschwemmen und Abrakeln und anschließendes Trocknen. Alternativ kann anstelle von Aufschwemmen und Abrakeln auch ein Aufsprühen oder Tauchen zum Aufbringen der Grundierungen, Beschichtungen und Deckschichten verwendet werden. Das Bildelement 10 kann ein Grundgewicht von ungefähr 5,9 kg (13 pounds) aufweisen – ungefähr 82 kg (180 pounds) pro Standard-Ries (500 Blatt Papier der Maße 43 cm (17'') × 56 cm (22''), bevorzugt ungefähr 5,9 kg (13 pounds) – ungefähr 45 kg (100 pounds) pro Standard-Ries und des Weiteren bevorzugt ungefähr 5,9 kg (13 pounds) – ungefähr 9,5 kg (21 pounds) pro Standard-Ries. Alternativ kann ein Bildelement 10, das ein Basisgewicht von 5,9 kg (13 pounds) aufweist, ebenfalls verwendet werden. Das Bildelement 10 kann zudem mit jedem geeigneten Verfahren oder jeder geeigneten Vorrichtung, wie beispielsweise einer konventionellen Papier-Beschichtungsmaschine, hergestellt werden. Das Bildelement 10 weist vorzugsweise eine Dicke auf, die kleiner ist als die von zwei Rücken an Rücken liegenden konventionellen, das heißt einseitig bedruckbaren Thermopapieren.
Das Substrat umfasst vorzugsweise ein zellulosehaltiges Material, obwohl auch andere Materialien, wie beispielsweise Polymere, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen verwendet werden können, die in Form einer Folie vorliegen können. Der Ausdruck „zellulosehaltiges Material" bezieht sich, hier auf ein vliesförmiges Netz, das Zellulosefasern umfasst (beispielsweise Pülpe) und das eine Struktur von individuellen Fasern aufweist, die zueinander angeordnet sind, jedoch nicht auf eine identifizierbare, sich wiederholende Weise. Derartige Netze wurden in der Vergangenheit unter Verwendung einer Vielzahl von Vlies-Herstellungsverfahren geformt, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, wie beispielsweise Luftblasformen (air-forming), Nassformen (wet-forming) und/oder Papierherstellungsprozessen. Zellulosehaltiges Material umfasst ein Kohlenhydratpolymer, das von solchen Ausgangsmaterialien wie beispielsweise Samenfasern, Holzfasern, Bastfasern, Blätterfasern und Fruchtfasern erhalten wird.
Die erste und die zweite Grundierung 40 und 60 können aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, das das Anhaften der ersten und der zweiten Beschichtung auf der entsprechenden ersten und zweiten Oberfläche 30 und 50 des Substrats 20 erleichtert. Ein bevorzugtes Material ist eine wasserbasierte Mischung, die überwiegend Lehm-Materialien umfasst. Die wasserbasierte Mischung kann auf dem Substrat 20 verteilt und dann getrocknet werden. Vorzugsweise können die Grundierungen 40 und 60 verwendet werden, um die aktiven Beschichtungen 80 und 100 gegen den aktiven Rest im Substrat 20 zu puffern.
Die erste und die zweite Beschichtung 80 und 100 können zumindest ein bildgebendes Material oder ein Mittel zum Ausbilden eines Bildes umfassen. Das Mittel zum Ausbilden eines Bildes kann ein bildgebendes Material sein. Ein bildgebendes Material kann zumindest einen Farbstoff und/oder ein Pigment umfassen und es kann optional aktivierende Agenzien umfassen. Ein beispielhafter Farbstoff ist ein Leuko- bzw. Lueco-Farbstoff. Die Beschichtungen 80 und 100 können des Weiteren zudem zumindest eine ko-reaktante Chemikalie, wie beispielsweise einen Farbentwickler und zumindest eine als Sensibilisator wirkende Chemikalie umfassen, die angewendet wird, während sie in einer Lehm-Mischung in einer wässrigen Form suspendiert ist, bevor sie getrocknet wird, um in feste Form gebracht zu werden. Geeignete Leuko- bzw. Lueco-Farbstoffe, ko-reaktante Chemikalien und Sensibilisatoren können solche sein, wie sie im US-Patent Nr. 5 883 043 offenbart sind, das am 16. März 1999 erteilt wurde; diese Offenbarung wird durch Bezugnahme in diese Patentanmeldung aufgenommen. Um ein Verschwimmen von Bildern zu vermeiden, kann die erste Beschichtung 80 einen Farbstoff und/oder eine ko-reaktante Chemikalie aufweisen, die bei einer Temperatur aktiviert wird, die sich von der Temperatur unterscheidet, bei der der Farbstoff und/oder die ko-reaktante Chemikalie aktiviert wird bzw. werden, die in der zweiten Beschichtung 100 vorliegt bzw. vorliegen. Alternativ kann das Substrat 20 einen hinreichenden Wärmewiderstand aufweisen, um zu verhindern, dass die Hitze, die auf eine Beschichtung aufgebracht wird, den Farbstoff und/oder die ko-reaktante Chemikalie in der anderen Beschichtung aktiviert. Beide Beschichtungen 80 und 100 können daher bei der gleichen Temperatur aktivierbar sein. Die Beschichtungen 80 und 100 sind im Allgemeinen dünner als 2,54 × 10^–5 m (0,001 Zoll).
Die Deckschichten 120 und 140 können geeignete Komponenten enthalten, die dazu dienen, gewisse Leistungsmerkmale des Elements 10 zu verbessern. Die Zusammensetzung der Deckschichten kann stark variieren, um verschiedene Eigenschaften des Elements 10 zu verbessern, wobei solche Zusammensetzungen dem Fachmann bekannt sind. Alternativ kann eine der Deckschichten 120 und 140 eine Deckbeschichtung (backcoat) sein, vorausgesetzt, dass die Deckbeschichtung die bildgebenden Eigenschaften des Elements 10 nicht negativ beeinflusst. Die Deckbeschichtung kann als wasserhaltiges Sprühmittel appliziert werden, das antistatische oder abrasionsreduzierende Additive umfasst.
Das Bildelement 10 wird bevorzugt von einem geeigneten Thermodirektdrucker zum doppelseitigen Ausdruck bedruckt, wie er hier beschrieben ist. Ein bevorzugter Thermodirektdrucker zum doppelseitigen Ausdruck 100 ist in den 2 bis 4 gezeigt. Der Thermodirektdrucker 100 kann eine erste Druckkopfanordnung 110, eine zweite Druckkopfanordnung 120, eine Antriebsanordnung 220, einen Motor 230 und optional Sensoren 240 und 250 umfassen.
Die erste Druckkopfanordnung 110 kann zudem einen ersten Arm 130, einen ersten Druckkopf 150 und eine erste Schreibwalze 170 umfassen. Der erste Arm 130 kann einstückig mit dem ersten Druckkopf 150 ausgebildet oder an ihn angekoppelt sein. Der erste Druckkopf 150 kann ein beliebiger Druckkopf sein, der zum Thermodirektdruck geeignet ist, wie er beispielsweise in den US-Patentschriften Nummern 3 947 854, die am 30. März 1976 erteilt wurde, 4 708 500, die am 24. November 1987 erteilt wurde, und 5 964 541, die am 12. Oktober 1999 erteilt wurde, offenbart ist. Die erste Schreibwalze 170 kann eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt haben und an einer ersten Welle 190 gelagert sein, die wiederum mit dem ersten Arm 130 gekoppelt sein kann. Die erste Schreibwalze 170 ist bevorzugt um die Welle 190 drehbar gelagert, um ein Bildelement 10 durch den Drucker 100 durchzuführen.
Die zweite Druckkopfanordnung 120 kann zudem einen zweiten Arm 140, einen zweiten Druckkopf oder ein zweites Mittel zum Thermo-Direktdruck 160 und eine zweite Schreibwalze oder ein zweites Haltemittel 180 umfassen. Der zweite Arm 140 kann einstückig mit dem zweiten Druckkopf 160 ausgebildet oder mit diesem gekoppelt sein. Der zweite Arm 140 kann zudem an einer Armwelle 210 gelagert sein, um eine Drehung des Arms 140 zu erlauben. In einer anderen Ausführungsform sind der erste und der zweite Arm 130 und 140 relativ zueinander fixiert. Der zweite Druckkopf 160 kann ein beliebiger Druckkopf sein, der zum Thermo-Direktdruck geeignet ist, wie er beispielsweise in den US-Patenten mit den Nummern 3 947 854, 4 708 500 und 5 964 541 offenbart ist. Die zweite Schreibwalze 180 kann eine im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt haben und an der zweiten Welle 200 gelagert sein, die wiederum an den zweiten Arm 140 angekoppelt sein kann. Vorzugsweise ist die zweite Schreibwalze 180 mit der ersten Schreibwalze 170 abgestimmt und um die Welle 200 drehbar, um ein Bildelement 10 durch den Drucker 100 zu führen.
Eine Antriebseinheit 220 steht mit den Wellen 190, 200 und 210 in Verbindung, um die Schreibwalzen 170 und 180 wenn gewünscht um 360° und den zweiten Arm 140 wenn gewünscht um bis zu 170° von dem ersten Arm 130 weg zu drehen. Die Antriebsanordnung 220 kann ein System aus Getrieben, Gelenken, Nocken und Kombinationen von diesen Elementen sein. Die Antriebsanordnung 220 steht wiederum, wie in 3 gezeigt ist, mit einem Motor 230 in Verbindung, der vorzugsweise ein Elektromotor ist.
Der Drucker 100 kann optional Sensoren 240 und 250 umfassen. Der Sensor 240 kann die Charakteristika des Bildelements 10 detektieren und der Sensor 250 kann beispielsweise die Bildqualität detektieren. Zusätzlich kann ein weiterer Satz an Sensoren gegenüber den Sensoren 240 und 250 auf der gegenüberliegenden Seite des Bildelements 10 angeordnet sein.
Bei Betrieb wird das Bildelement 10 mittels des Motors 230 in den Drucker eingeführt, um den zweiten Arm 140 weg vom ersten Arm 130 in die Position zu drehen, wie sie in 4 gezeigt ist. Ist das Bildelement 10 an den Schreibwalzen 150 und 160 vorbei eingeführt, wird der Arm 140 in die Position, die in 1 gezeigt ist, zurückgeschwenkt. Diese Position des zweiten Arms 140 klemmt das Bildelement 10 zwischen dem ersten Druckkopf 150 und der zweiten Schreibwalze 180 und dem zweiten Druckkopf 160 und der ersten Schreibwalze 170.
Danach wird der Motor so betrieben, dass er die Schreibwalzen 170 und 180 dreht, wodurch das Bildelement 10 an dem Sensor 250 vorbei, wie durch den Pfeil in 1 angedeutet, transportiert wird. Passiert das Bildelement zwischen dem ersten Druckkopf 150 und der zweiten Schreibwalze 180, bewirkt ein Aktivieren des Druckkopfes 150, das Hitze von dem Druckkopf 150 auf das Bildelement 10 transferiert wird, was in einem Aktivieren des bildgebenden Materials in einer der Beschichtungen, beispielsweise der ersten Beschichtung 80, resultiert. Nach dem Aktivieren bildet sich das gewünschte Bild auf dieser Seite der Beschichtung. Der Wärmeübergangswiderstand des Substrats und/oder die untere Aktivierungstemperatur des bildgebenden Materials im Verhältnis zu der Aktivierungstemperatur des bildgebenden Materials in der weiter außen liegenden Beschichtung verhindert, dass sich ein Bild auf der anderen Seite des Bildelements 10 bildet. Das Bildelement läuft danach weiter zwischen dem Druckkopf 160 und der Schreibwalze 170, wo ein zweites Bild auf der Seite des Bildelements 10, die dem ersten Bild gegenüberliegt, erzeugt werden kann. Obwohl dieses Bild ein Spiegelbild des ersten Bilds sein kann, um ein verstärktes Bild zu erhalten, unterscheidet sich dieses zweite Bild vorzugsweise von dem ersten Bild, um einem Benutzer zusätzliche Informationen zur Verfügung stellen zu können. Ein Aktivieren des Druckkopfs 160 überträgt Hitze vom Druckkopf 160 auf das Bildelement 10, was zu einem Aktivieren des bildgebenden Materials in der anderen Beschichtung, beispielsweise der zweiten Beschichtung 100 führt. Ist diese einmal aktiviert, bildet sich das gewünschte Bild auf dieser Seite der Beschichtung. Die Anfangs-Aktivierungstemperatur ist im Allgemeinen 150°F (66°C) bis 189°F (87°C) und bevorzugt 158°F (70°C) bis 165°F (74°C) und die Bild-Entwicklungstemperatur (oder optimale Aktivierungstemperatur) ist 176°F (80°C) bis 302°F (150°C), bevorzugt 190°F (88°C) bis 239°F (115°C) und optimalerweise 190°F (88°C) bis 212°F (100°C). Die Anfangs-Aktivierungstemperatur ist die Temperatur, bei der einige chemische Umwandlungen in der ersten und der zweiten Beschichtung 80 und 100 beginnen, bei der aber noch nicht genügend Umwandlungen stattfinden, um das Bild vollständig, akzeptabel oder lesbar zu machen. Die Bild-Entwicklungstemperatur (oder optimale Aktivierungstemperatur) ist die Temperatur, bei der die Mehrheit der aktiven Inhaltsstoffe chemisch reagiert hat, beispielsweise hat die Mehrheit der Leuko- bzw. Lueco-Farbstoffe ihre Farbe von farblos zu schwarz geändert.
Der Wärmeübergangswiderstand des Substrats und/oder die höhere Aktivierungstemperatur des bildgebenden Materials in Bezug auf die Aktivierungstemperatur des bildgebenden Materials in anderen Beschichtungen kann eine vorzeitige Bildentwicklung verhindern, wenn das Heizelement 150 aktiviert war. Diese Anordnung der Druckköpfe 150 und 160 und der Schreib walzen 170 und 180 kann das im Wesentlichen simultane Drucken von beidseitigen Bildern möglich machen, wobei es zusätzlich dem ersten Bild Zeit gibt, sich zu entwickeln und der ersten Seite Zeit gibt, abzukühlen, bevor mit dem zweiten Bild fortgefahren wird. Wird das Bildelement 10 einmal gedruckt, läuft es am Sensor 250 vorbei, um von einem Benutzer entnommen zu werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung bzw. den Ansprüchen kann ein Durchschnittsfachmann auf leichte Weise die wesentlichen Charakteristika der vorliegenden Erfindung entnehmen und verschiedene Änderungen und Modifikationen der Erfindung vornehmen, um diese an verschiedene Anforderungen und Bedingungen anzupassen, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.

Claims

Thermodirektdrucker (100), umfassend einen ersten Druckkopf (150), der zu einer ersten Schreibwalze (170) benachbart angeordnet ist, und einen zweiten Druckkopf (160), der zu einer zweiten Schreibwalze (180) benachbart angeordnet ist, wobei der erste Druckkopf (150) der zweiten Schreibwalze (180) gegenüber angeordnet ist und der zweite Druckkopf (160) der ersten Schreibwalze (170) gegenüber angeordnet ist, zusätzlich umfassend: eine erste Druckkopfanordnung (110), die einen ersten Arm (130), der mit dem ersten Druckkopf (150) verbunden ist, umfasst, und eine zweite Druckkopfanordnung (120), die einen zweiten Arm (140), der mit dem zweiten Druckkopf (150) verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Arm (130, 140) an einer Armachse (210) gelagert ist zum Ermöglichen eines Wegschwenkens von dem anderen Arm zum Transportieren eines Thermodirekt-Bildelements (10) und dadurch, dass die erste Schreibwalze mit dem ersten Arm verbunden ist und die zweite Schreibwalze mit dem zweiten Arm verbunden ist.
Thermodirektdrucker nach Anspruch 1, wobei die erste Druckkopfanordnung (110) zudem die erste Schreibwalze (170) umfasst, die an einer ersten Welle (190) gelagert ist, und die erste Schreibwalze (170) sich dreht, um das Thermodirekt-Bildelement (10) zum Drucken zu positionieren.
Thermodirektdrucker nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, zusätzlich mit zumindest einer Antriebsanordnung (220) zum Verbinden der ersten Schreibwalze mit einem Motor.
Thermodirektdrucker nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Druckkopfanordnung zudem die zweite Schreibwalze umfasst, die an einer zweiten Welle gelagert ist, wodurch die zweite Schreibwalze sich mit der ersten Schreibwalze abgestimmt dreht, um ein Thermodirekt-Bildelement zum Drucken zu positionieren.
Thermodirektdrucker nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Schreibwalze im Wesentlichen zylindrisch sind.
Thermodirektdrucker nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Druckkopf bei einer von der des zweiten Druckkopfs unterschiedlichen Temperatur arbeitet.