Farbwerk für eine Thermo-Transfer-Druckeinrichtung

Abstract

 In dem Farbwerk (7) für einen Thermo-Transfer-Drucker wird ein umlaufender, in sich geschlossener Farbstoffträger (1), mit ei­ner thermoplastischen Farbstoffschicht nach dem Durchlauf durch eine Druckstation (5, 6) vollflächig regeneriert. Das Farbwerk (7) weist eine Wanne (71) mit aufgeschmolzener Druckfarbe sowie eine beheizte, mit elastischer Oberfläche versehene Andruckwal­ze (74) auf, über die der Farbstoffträger (1), mit seiner Trä­gerschicht anliegend, läuft, so daß die alte Farbstoffschicht rückgeschmolzen wird. Der Andruckwalze (74) steht achsenparal­lel auf der anderen Seite des Farbstoffträgers (1) eine Farb­walze (72) gegenüber, die ebenfalls beheizt ist und auf ihrer Umfangsfläche in einem vorgegebenen Raster Vertiefungen (75) aufweist. Die Farbwalze ist so angeordnet, daß sie teilweise in die aufgeschmolzene Druckfarbe in der Wanne (71) eintaucht und sich weiterhin mit einer vorgegebenen Andruckkraft (P) auf der Andruckwalze abstützt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Farbwerk für eine Thermo-­Transfer-Druckeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptan­spruches.

[0002] Aus EP-A1-02 53 300 ist eine Thermo-Transfer-Druckeinrichtung mit einem regenerierfähigen Farbstoffträger bekannt, der als Endlosband ausgebildet und mit einer thermoplastischen Druck­farbe niedrigen Schmelzpunktes beschichtet ist. Der Farbstoff­träger wird nach dem Durchlaufen einer Druckstation der Thermo-­Transfer-Druckeinrichtung durch ein beheiztes Farbwerk geführt, um dort die Farbstoffschicht vollständig zu regenerieren. Das Farbwerk enthält in einer beheizten Wanne weitere verflüssigte Druckfarbe, die über ein System von Auftragswalzen und Ab­streifrakel der nach einem Aufschmelzen erneut zu beschichten­den Oberfläche des Farbstoffträgers zugeführt wird.

[0003] Zweck dieser bekannten Einrichtung ist es, den als Endlosband ausgebildeten Farbstoffträger nach seinem Durchlauf durch die Druckstation kontinuierlich neu zu beschichten, d. h. vollflä­chig die Farbstoffschicht mit möglichst gleichmäßiger Schicht­dicke wiederherzustellen. Die auf dem Farbstoffträger in flüs­sigem Zustand aufgebrachte Druckfarbe erstarrt durch Abkühlen nach dem Verlassen des Farbwerkes. Der regenerierte Farbstoff­träger läuft erneut in die Druckstation ein. Dort wird mit Hil­fe eines Druckkopfes lokal Energie auf den Farbstoffträger übertragen, damit die Farbstoffschicht lokal erneut plastifi­ziert und in diesem Zustand punktweise auf einen unter Druck anliegenden Aufzeichnungsträger übertragen. Um eine hohe Druck­qualität zu erreichen, kommt es bei diesem Druckprinzip nicht nur darauf an, daß der Druckkopf eine ausreichend hohe Energie­menge punktweise auf den Farbstoffträger überträgt. Darüber hinaus muß auch dafür gesorgt werden, daß die Farbstoffschicht durch die übertragene Energiemenge lokal möglichst gleichmäßig plastifiziert wird, sonst bilden die einzelnen, so gebildeten Mikrobildpunkte kein gleichmäßiges Raster. Es ist daher zu for­dern, daß die auf die verwendete thermoplastische Druckfarbe abgestimmte Energiemenge gleichmäßige Schmelzzonen auf dem Farbstoffträger hervorruft. Dies wiederum läßt sich nur errei­chen, wenn auch die Schichtdicke der Farbstoffschicht des Farb­stoffträgers kontinuierlich innerhalb eines eng begrenzten To­leranzbereiches liegt. Mit dem bekannten Farbwerk, dessen Auf­bau im wesentlichen der Bauweise von in der Heiß-Carbon-Technik üblichen Farbwerken entspricht, wird diese Funktion allerdings nur unvollständig erreicht. Das ist darauf zurückzuführen, daß derartige Farbwerke konventionell zum großflächigen Beschichten beispielsweise von Durchschreibeformularen mit einer Farb­schicht dienen und in diesen Anwendungsfällen die genannten scharfen Toleranzbedingungen bezüglich der Schichtdicke nicht vorliegen. Noch wesentlicher ist aber, daß konventionelle Heiß-­Carbon-Farbwerke nicht dafür ausgelegt sind, einen Farbstoff­träger zu regenerieren.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Farbwerk für eine Thermo-Transfer-Druckeinrichtung der eingangs genann­ten Art zu schaffen, das bei möglichst einfachem Aufbau ein kontinuierliches Regenerieren des Farbstoffträgers durch gleichmäßiges Aufbringen einer Farbstoffschicht mit einer vor­gegebenen, eng tolerierten Schichtdicke gestattet.

[0005] Bei einem Farbwerk für eine Thermo-Transfer-Druckeinrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebenen Merkmale gelöst.

[0006] Diese Lösung berücksichtigt, daß bei dem zeilenweisen Druckvor­gang jeweils nur ein prozentual geringer Anteil der Farbstoff­schicht verbraucht wird. Das Regenerieren des Farbstoffträgers erfolgt verlustlos. Die auf dem Farbstoffträger verbliebene Druckfarbe wird beim Einlaufen in das Farbwerk rückgeschmolzen und abgequetscht. Danach wird der Farbstoffträger durch defi­niertes Zuführen flüssiger Druckfarbe vollflächig neu beschich­tet. Dabei wird der Farbauftrag so ausgeführt, daß der im Auf­tragsbereich vorhandene verflüssigte Farbstoff unter Druck gleichmäßig auf dem Farbstoffträger verteilt wird.

[0007] Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden deshalb, auf den Schmelzpunkt der verwendeten thermoplastischen Druckfarbe ab­gestimmt, sowohl die Farbwanne als auch die Andruck- und die Farbwalze beheizt und im Betrieb auf einer vorgegebenen Tempe­ratur gehalten. Andruckwalze und Farbwalze sind so zueinander angeordnet, daß die rückgeschmolzene Druckfarbe im Einlaufbe­reich der beiden Walzen weitgehend vollständig abgequetscht wird. Zugleich transportiert die Farbwalze in rasterförmig an­geordneten Vertiefungen eine definierte Farbstoffmenge in den Auslaufbereich der beiden Walzen. Wie in Unteransprüchen fest­gelegte Weiterbildungen der Erfindung zeigen, können diese Ver­tiefungen in unterschiedlichen, negativen Punktrastern ausge­bildet sein. Wesentlich ist dabei immer, daß die gerasterte Ausbildung der Umfangsfläche der Farbwalze einerseits ein ein­faches Abrakeln ermöglicht und andererseits in den Farbauf­tragsbereich eine möglichst genau definierte Menge an Druckfar­be transportiert, die auf den Farbstoffträger übertragen wird. Die gleichmäßige Beschichtung des Farbstoffträgers wird dabei durch eine definierte Andruckkraft sowie die elastische Be­schichtung der Andruckwalze unterstützt. Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0008] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1 eine Thermo-Transfer-Druckeinrichtung in einer Prinzip­darstellung und

Figur 2 in einer schematischen Darstellung ein Farbwerk der Thermo-Transfer-Druckeinrichtung nach Figur 1.

[0009] In der in Figur 1 dargestellten Thermo-Transfer-Druckeinrich­tung läuft ein Farbstoffträger 1, der als Endlosband ausgebil­det ist, über Rollen 2 geführt, kontinuierlich um. Der Farb­stoffträger 1 weist eine wenige µm dicke Trägerschicht aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyimid auf. Diese wird, wie noch im einzelnen zu beschreiben sein wird, vollflächig mit ei­ner thermoplastischen Druckfarbe niedrigen Schmelzpunktes be­schichtet. Derartige Druckfarben sind als Cold-Set- bzw. Heiß-­Carbon-Farben bekannt. Diese Druckfarben bestehen aus Wachsen und wachsähnlichen Produkten, in denen bei der Herstellung in flüssigem Zustand Farbpigmente und Ruße feinst dispergiert wer­den. Konventionell werden diese Druckfarben insbesondere als Beschichtungen für Durchschreibeformularsätze verwendet. Es ist aber auch bereits bekannt, diesen Druckfarbentyp für regene­rierfähige Farbstoffträger bei Thermo-Transfer-Druckern einzu­setzen, so daß hier eine weitere Erläuterung nicht erforderlich erscheint.

[0010] In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel läuft der Farbstoff­träger 1 kontinuierlich im Uhrzeigersinn um und gelangt dabei in eine Druckstation, in der er mit einem blatt- oder bandför­migen Aufzeichnungsträger 3 in Berührung kommt. Die Transport­richtung des Aufzeichnungsträgers 3 ist durch einen Pfeil 4 an­gedeutet.

[0011] Im Berührungsbereich des Farbstoffträgers 1 mit dem Aufzeich­nungsträger 3, d. h. in der Druckstation, ist der Aufzeich­nungsträger über eine angetriebene Andruckrolle 5 geführt, die auf der dem Farbstoffträger 1 abgewandten Seite angeordnet ist. Dieser Andruckrolle 5 gegenüberliegend ist auf der dem Farb­stoffträger 1 zugewandten Seite ein entgegen einer Vorspann­kraft ausschwenkbarer Druckkamm 6 vorgesehen. Druckkämme für Thermo-Transfer-Druckeinrichtungen sind an sich bekannt. Sie weisen, prinzipiell betrachtet, eine Vielzahl von einzelnen Schaltzellen auf, die längs einer quer zur Transportrichtung des Farbstoffträgers 1 bzw. des Aufzeichnungsträgers 3 verlau­fenden Linie angeordnet sind. Ist der Druckkamm als optischer Zeichengenerator ausgebildet, dann sind diese Schaltzellen op­tische Schaltelemente, die selektiv, durch eine Druckinforma­tion gesteuert, aktivierbar sind und damit Strahlungsenergie in Mikrobildpunkte auf den Farbstoffträger 1 übertragen. Die in den Mikrobildpunkten auftreffende Strahlungsenergie ist so be­messen, daß sie die an dem Farbstoffträger 1 anhaftende Druck­farbe in diesem Bildpunkt plastifiziert. Da der Farbstoffträger 1 im Bereich der Druckstation am Aufzeichnungsträger 3 aufgrund der Funktion der Andruckrolle 5 unter Druck anliegt, wird der im Mikrobildpunkt plastifizierte Farbstoff auf den Aufzeich­nungsträger 3 übertragen.

[0012] Dieser Vorgang läuft bei allen quer zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 3 angeordneten Mikrobildpunkten simultan ab, so daß jeweils gleichzeitig eine Mikrobildzeile auf dem Aufzeichnungsträger 3 ausgedruckt wird.

[0013] Nach dem Verlassen der Druckstation ist damit der Farbstoffträ­ger 1 teilweise entschichtet, wie in Figur 1 schematisch ange­deutet ist. Zum Regenerieren der Farbstoffschicht wird der Farbstoffträger 1 daher über ein hinter der Druckstation ange­ordnetes Farbwerk 7 geführt. Dieses besteht aus einer beheizten Wanne 71, in der ein Vorrat an Druckfarbe flüssig gehalten wird. In diese Wanne taucht eine entgegen dem Uhrzeigersinn um­laufende Farbwalze 72 ein, die bei ihrer Rotation Druckfarbe aus der Wanne 71 mitnimmt. Wie noch im einzelnen zu erläutern sein wird, wird die von der Farbwalze mitgenommene Druckfarbe zumindestens teilweise von einem Rakel 73 zurückgehalten, das mit seiner Schneide schräg gegen die Umfangsfläche der Farbwal­ze 72 gerichtet, angeordnet ist.

[0014] Achsenparallel zur Farbwalze 72 ist eine Andruckwalze 74 ange­ordnet, die vom Farbstoffträger 1 teilweise umschlungen ist und im Uhrzeigersinn rotiert. Die Andruckwalze 74 drückt den Farb­stoffträger 1 mit seiner Farbstoffschichtseite gegen die Farb­walze 72, so daß der Farbstoffträger erneut vollflächig mit Druckfarbe beschichtet wird.

[0015] In Figur 2 ist dieses Farbwerk 7 in einer dreidimensionalen Teilansicht zur Erläuterung des Beschichtungsvorganges in wei­terem Detail dargestellt. Dabei ist schematisch ein Abschnitt des Farbstoffträgers 1 gezeigt, aus dessen Farbstoffschicht, nicht maßstäblich dargestellt, beim Druckvorgang ein Buchstabe "T" gelöst wurde. Weiterhin ist schematisch angegeben, daß so­wohl die Wanne 71 als auch die Farbwalze 72 und die Andruckwal­ze 74 beheizt sind. Für eine derartige Beheizung sind eine Rei­he von konventionellen Lösungen denkbar, so daß hier eine nähe­re Erläuterung nicht erforderlich erscheint. Zweckmäßig wird man beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung einset­zen, da bei einer Thermo-Transfer-Druckeinrichtung eine elek­trische Versorgung ohnehin notwendig ist. Im stationären Zu­stand wird die Betriebstemperatur der beheizten Elemente des Farbwerkes 7 oberhalb der Schmelztemperatur der Druckfarbe ge­halten. Bei der erwähnten Gruppe von Druckfarben liegt die Schmelztemperatur in einer Größenordnung von etwa 70° C. Aus Gründen der sicheren Funktionsfähigkeit wird deshalb die Be­triebstemperatur mit etwa 90° C festgelegt.

[0016] Figur 2 zeigt weiterhin, daß die Farbwalze keine glatte, son­dern eine gerasterte Oberflächenstruktur mit regelmäßig ange­ordneten Vertiefungen 75 aufweist. In dem in Figur 2 darge­stellten Ausführungsbeispiel sind diese Vertiefungen als Näpf­chen ausgebildet, die durch Eingravieren erzeugt werden, bei­spielsweise durch eine Lasergravur. Die Tiefe dieser Näpfchen 75 beträgt einige µm. Dabei erscheint ein Bereich von etwa 8 bis 25 µm technisch sinnvoll, wobei sich eine Näpfchentiefe von etwa 15 µm als besonders vorteilhaft erweist. Die Durchmesser der Näpfchen 75 sind so gewählt, daß etwa 90 Näpfchen/cm regel­mäßig verteilt angeordnet sind. In der Drucktechnik bezeichnet man dies üblicherweise als ein 90er-Raster. Wie Untersuchungen ergeben haben, ist dies aber nur ein mittlerer Wert, zufrieden­stellende Ergebnisse werden auch mit Rastern erreicht, die in einem Bereich von etwa 60 bis 120 Näpfchen/cm liegen, was Ra­sterweiten in einem Bereich von 0,08 bis 0,2 mm entspricht.

[0017] Die Oberfläche der Farbwalze soll möglichst verschleißfest sein, so daß sich als Materialien für die Oberfläche der Farb­walze 72 sowohl hochfeste Stahllegierungen mit verkupferter und anschließend verchromter Oberfläche als auch keramische Mate­rialien wie Aluminiumoxid anbieten.

[0018] Die in Figur 2 schematisch angedeutete Näpfchenstruktur ist je­doch lediglich eine mögliche Ausführungsform. Es wäre ohne wei­teres denkbar, in der Umfangsfläche der Farbwalze 72 auch ande­re Rasterstrukturen auszubilden, beispielsweise ein Punktraster in Kalotten- oder Pyramidenform, wobei insbeonsere bei letzte­rem fein verteilte, regelmäßig angeordnete Kanäle in der Um­fangsfläche der Farbwalze ausgebildet sind. Diese Kanäle sind vorzugsweise jedoch nicht fluchtend mit den Mantellinien der Walze, sondern um einen bestimmten Winkel dazu geneigt, ausge­richtet.

[0019] Solche Oberflächenstrukturen der Farbwalze 72 haben den Zweck, daß sich die Vertiefungen beim Eintauchen der Farbwalze 72 in die in der Wanne 71 flüssig gehaltene Druckfarbe füllen. Wenn dann aufgrund der Rotation der Farbwalze 72 durch das Rakel 73 die mitgenommene Druckfarbe oberflächlich abgezogen wird, ver­bleibt in den Vertiefungen ein definierter Anteil an Druckfarbe für die erneute Beschichtung des Farbstoffträgers 1.

[0020] In Figur 2 ist angedeutet, daß die Andruckwalze 74 eine Ober­flächenschicht 76 aufweist. Diese Oberflächenschicht ist wenige mm dick und soll bei der genannten Betriebstemperatur ausrei­chend verschleißfest sein sowie eine definierte Härte aufwei­sen. Versuche haben ergeben, daß dafür ein Shorehärtebereich von etwa 50 bis 80 SH, vorzugsweise etwa 70 SH die günstigsten Ergebnisse bringt. Dabei ist gleichzeitig vorausgesetzt, daß die Andruckwalze 74 gegen die Farbwalze 72 sowie den dazwi­schengeführten Farbstoffträger 1 mit einer Andruckkraft P von etwa 500 N drückt. Für diese Andruckkraft P käme aber auch ein Bereich von etwa 250 bis 600 N in Betracht. Als Oberflächen­schicht der Andruckwalze 74 kommt elektrisch leitfähiger Sili­kongummi in Betracht.

[0021] Unter diesen genannten Voraussetzungen wird der Farbstoffträger 1, sobald er in den Umschlingungsbereich mit der Andruckwalze 74 kommt, erwärmt und damit der nach dem Druck verbliebene Farbanteil rückgeschmolzen. Die rückgeschmolzene Druckfarbe wird im Einlaufbereich der Farbwalze 72 und der Andruckwalze 74 abgequetscht. Wie Figur 2 andeutet, entsteht damit in diesem Einlaufbereich ein gewisser Farbüberschuß, der gegebenenfalls in die Wanne 71 zurückläuft. Im Auslaufbereich des Farbstoff­trägers wird die Druckfarbe aus den Vertiefungen 75 der An­druckwalze 72 ausgelöst und verteilt sich in einer gleichmäßi­gen Schicht auf dem Farbstoffträger 1. Beim weiteren Transport des Farbstoffträgers 1 kühlt sich dieser ab, so daß die Farb­schicht erstarrt. In diesem Zustand läuft der Farbstoffträger, wie beschrieben, wieder in die aus der Andruckrolle 5 und dem Druckkamm 6 gebildete Druckstation ein.

Ansprüche

1. Farbwerk für eine Thermo-Transfer-Druckeinrichtung mit einem umlaufenden, in sich geschlossenen Farbstoffträger (1), dessen thermoplastische Farbstoffschicht in einer Druckstation (5, 6) punktweise mittels eines Druckkopfes (6) aufgeschmolzen und un­ter Druck auf einen Aufzeichnungsträger (3) übertragen wird, wobei das beheizte Farbwerk (7) zum Regenerieren des Farbstoff­trägers nach seinem Durchlauf durch die Druckstation eine Wanne (71) mit aufgeschmolzener Druckfarbe aufweist, die mittels Auf­tragwalzen (z. B. 72) und Abstreifrakel (73) auf den Farbstoff­träger übertragen wird, gekennzeichnet durch eine beheizte, mit elastischer Oberfläche versehene Andruckwal­ze (74), über die der Farbstoffträger, mit seiner Träger­schichtseite anliegend, läuft und durch eine der Andruckwalze achsenparallel auf der anderen Seite des Farbstoffträgers ge­genüberstehende, ebenfalls beheizte und auf ihrer Umfangsfläche in einem vorgegebenen Raster Vertiefungen (75) aufweisende Farbwalze (72), die teilweise in den aufgeschmolzenen Farbstoff eintauchend und sich mit einer vorgegebenen Andruckkraft (P) auf der Andruckwalze abstützend angeordnet ist.

2. Farbwerk nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Farbstoffträger (1) aus einer Polyimidfolie gebildet ist.

3. Farbwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Andruckwalze (74) eine elastische Oberflächenschicht (76) mit einer Shorehärte in einem Bereich von 50 bis 80 SH, vorzugsweise von etwa 70 SH, aufweist.

4. Farbwerk nach Anspruch 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß die elastische Oberflächenschicht (76) der Andruckwalze (74) aus elektrisch leitfähigem Silikongummi besteht.

5. Farbwerk nach einem der Ansprüch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (75) näpfchenförmig ausgebildet sind, wobei ihre Tiefe in einem Be­reich von 8 bis 25 µm, vorzugsweise bei etwa 15 µm liegt.

6. Farbwerk nach Anspruch 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Rasterweite der Vertiefungen (75) in einem Bereich von 0,08 bis 0,2 mm liegt und vorzugsweise et­wa 0,1 mm beträgt.

7. Farbwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Umfangsfläche der Farbwalze (72) angeordnete Raster von Vertiefungen (75) als Punktraster mit Kalottenform ausgebildet ist.

8. Farbwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Umfangsfläche der Farbwalze (72) angeordnete Raster von Vertiefungen (75) als Punktraster in Pyramidenform ausgebildet mit in Zylinderum­fangsrichtung verlaufenden Verbindungskanälen ausgebildet ist.

9. Farbwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche der Farbwalze (72) aus einer verchromten Stahllegierung besteht.

10. Farbwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche der Farbwalze (72) mit einer Keramikschicht beschichtet ist.

11. Farbwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckwalze (74) und die Farbwalze (72) derart zueinander angeordnet sind, daß diese beiden Walzen auf den zwischen ihnen geführten Farbstoffträger (1) eine Andruckkraft (P) in einem Bereich von 250 bis 600 N, vorzugsweise von etwa 500 N, ausüben.

12. Farbwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur der beheizten Elemente (71, 72, 74) des Farbwerkes (7) über der Schmelztemperatur der Druckfarbe und bei einer aus einer Heiß­Carbon-Farbe bestehenden Druckfarbe in einem Bereich von 80 bis 100° C liegt.

Zeichnung