EP0756544A1 - Thermoelectric printing unit for transferring ink to a print carrier - Google Patents

Thermoelectric printing unit for transferring ink to a print carrier

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EP0756544A1
EP0756544A1 EP95901343A EP95901343A EP0756544A1 EP 0756544 A1 EP0756544 A1 EP 0756544A1 EP 95901343 A EP95901343 A EP 95901343A EP 95901343 A EP95901343 A EP 95901343A EP 0756544 A1 EP0756544 A1 EP 0756544A1
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EP
European Patent Office
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printing
thermoelectric
ink
drum
printing drum
Prior art date
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EP95901343A
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German (de)
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EP0756544B1 (en
Inventor
Manfred Wiedemer
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Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Original Assignee
Oce Printing Systems GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP0756544B1 publication Critical patent/EP0756544B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41C—PROCESSES FOR THE MANUFACTURE OR REPRODUCTION OF PRINTING SURFACES
    • B41C1/00—Forme preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14161—Structure having belt or drum with holes filled with ink

Definitions

  • Thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium
  • thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium.
  • thermoelectric printing units are known:
  • thermosensitive paper is printed with a heatable print head by heating selected areas of the paper by discoloring the heated areas.
  • an ink-containing wax layer on a carrier film is partially melted with the help of heatable printing elements and transferred to paper.
  • ink is sprayed from a nozzle onto a recording medium.
  • the nozzles have a heating device which can be activated individually for each nozzle.
  • the ink contained in the nozzle is heated by the heating device, whereby a gas bubble is created which drives the ink out of the nozzle.
  • a liquid that contains color pigments serves as the ink. Furthermore, it is heat-resistant up to approx. 350 ° C, is non-toxic - e.g. water-based - and does not cause any deposits in the nozzles.
  • the nozzles are usually located in a print head.
  • the printhead has an ink supply from which the nozzles are supplied with ink by capillary forces.
  • the maximum spray frequency of such ink printing units with a thermoelectric converter (bubble jet) is limited to approximately 4 kHz.
  • the ink needs 250 ⁇ s and more until the ink sucked up by capillary forces for the next spraying course is available.
  • the activation time for the heating element in the nozzle of approx. 5 to 10 ⁇ s and the time until the formation of drops of approx. 50 ⁇ s is relatively short. In principle, the spray frequency cannot be increased significantly.
  • a cylindrical printing roller is known from US Pat. No. 4,785,311, the jacket of which has a plurality of passage openings arranged in a matrix for a highly viscous ink.
  • the ink is stored inside the platen.
  • Each passage opening is assigned a selectively controllable heating element, with the aid of which a flow of the ink through the passage opening can be released. Due to the force of gravity, the released ink flows directly onto a recording medium which is in contact with the corresponding surface of the printing roller located in the region of the released passage opening.
  • the printing speed can be increased with the known printing roller. Due to the principle-related direct contact of the printing roller with the recording medium, there is a risk that the passage openings will become dirty and, as a result, the quality of the printed image will be reduced. In addition, due to the direct contact between the printing roller and the recording medium, it is absolutely necessary to arrange the passage openings as an endless matrix on the printing roller in accordance with the resolution of the print image. The fineness of the print image resolution is thereby limited, since a large number of passage openings have to be electrically coupled to a control unit and the coupling paths cannot be reduced as desired. Because the ink is stored in the printing roller, it is extremely difficult to change the printing ink using the same printing roller.
  • the present invention has for its object to show a thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium, which allows the Condition printing speed without loss of print image resolution, print image quality and maintainability of the thermoelectric printing unit.
  • the matrix lines of printing elements arranged on the printing drum with the heating elements located therein and the line paths required for the energy supply can be produced with the aid of manufacturing techniques which are known from semiconductor technology.
  • the inking station has a distributor roller, the surface of which rolls tangentially on the surface of the printing drum.
  • the distributor roller is partially immersed in a trough which extends along the distributor roller and is filled with ink. The ink can thereby over the entire longitudinal extent the printing drum is fed evenly dosed to the printing drum and filled into the printing elements.
  • the roll-off area of the distributor roller on the printing drum in the direction of movement of the printing drum is followed by a scraper bar which extends along the surface of the printing drum and strips excess ink off the surface. This returns excess ink to the inking station.
  • the surface of the printing drum is cleaned of any ink residue.
  • the cleaning effect is supported by the embodiment of the invention, according to which the outer surface of the printing drum is formed by a hydrophobic and / or oliophobic protective layer. Whether the hydrophobic and / or the oliophobic protective layer is selected depends on the ink used.
  • the printing drum can be freed of adhering ink or dirt during longer printing breaks or in possibly required cleaning intervals.
  • the record carrier is designed as an intermediate carrier that rolls on a printing material in the area of a counterpressure device, as a result of which the printed image can be transferred to the printing material.
  • a direct influence of the printing material, for example paper, on the printing drum can be prevented by the intermediate carrier.
  • the reliability of the • printing unit and the quality of the printed image can be increased further as a result.
  • the service life of the pressure drum can also be increased.
  • the intermediate carrier is preferably made of an elastic material, for example rubber or silicone. As a result, it can have a rough surface or uneven shapes, e.g. Adjust label printing, of a substrate. During the transfer printing process from the printing drum to the intermediate carrier there is nevertheless a uniform distance between their surfaces, as a result of which blurring of the printed image is avoided.
  • a plurality of printing drums are assigned to the intermediate carrier.
  • the printing elements of different printing drums can be filled with differently colored inks. This enables multi-color printing. Since the transfer printing on the individual printing drums takes place without contact with the intermediate carrier, color carryover is ruled out.
  • thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium with a printing drum and a coloring station for the printing drum
  • FIG. 2 shows a printing drum with an arrangement of printing elements as an endless matrix
  • FIG. 3 shows a detail from the surface of the printing drum according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows an end view of the printing drum according to FIG. 2 with a control unit for the printing elements
  • FIG. 5 shows a sectional illustration of a pressure element
  • FIG. 6 shows a printing drum with an arrangement of four matrix rows running axially on the printing drum
  • FIG. 7 shows a basic circuit diagram for the control of the heating devices of a column in the different matrix rows according to FIG. 6,
  • FIG. 8 shows an arrangement of individual printing elements of a matrix line according to FIG. 6,
  • FIG. 9 shows a sectional illustration of a pressure element according to FIG. 6,
  • FIG. 10 shows a printing drum with a matrix line running diagonally between the end faces
  • FIG. 11 shows a detail from the surface of the printing drum according to FIG. 10 with individual printing elements
  • FIG. 12 shows a sectional illustration of a pressure element according to FIG. 10,
  • FIG. 13 shows a thermoelectric printing unit with an intermediate carrier between the printing drum and the recording medium
  • FIG. 14 shows a thermoelectric printing unit with a plurality of printing drums assigned to the intermediate carrier.
  • thermoelectric printing unit for transferring an ink 13 to a recording medium 14 contains a circular-cylindrical printing drum 10 which rotates in the direction of rotation 15.
  • the record carrier 14 is guided past the transfer drum at a transfer location 18 in the record carrier transport direction 16 at a distance 17.
  • the recording medium transport direction 16 and the direction of rotation 15 of the printing drum 10 are aligned.
  • a transfer roller 19 is arranged.
  • the axis of symmetry of the transfer roller 19 runs parallel to the axis of rotation of the printing drum 10 and perpendicular to the recording medium transport direction 16.
  • the recording medium 14 is transported between the transfer roller 19 and the printing drum 10.
  • the record carrier 14 rolls tangentially over its entire width on the transfer roller 19.
  • the transfer roller 19 thus ensures a uniform distance 17 between the recording medium and the printing drum 10.
  • the thermoelectric printing unit further contains a inking station 11 which is arranged on the circumference of the printing drum 10.
  • the inking station 11 contains a circular cylindrical distributor roller 12, the surface of which rolls tangentially on the surface of the printing drum 10.
  • the distributor roller 12 is mounted in a trough 20 which extends along the distributor roller 12.
  • the trough 20 is filled with ink 13, so that the distributor roller 12 is partially immersed in the ink 13, for example with half its circumference. When immersed, the distributor roller 12 picks up the ink 13 and transfers the ink 13 adhering to it to the printing drum 10.
  • the distributor roller 12 contains porous material.
  • the roll-off area between the printing drum 10 and the distributor roller 12 is followed in the direction of rotation 15 by a scraper strip 21 which extends along the surface of the printing drum 10 and scrapes off excess ink 13 from the surface thereof.
  • the excess ink 13 is collected by the tub 20 and returned to the ink supply 13 located in the tub 20 by means not shown.
  • the thermoelectric printing unit also contains a cleaning station designed as a cleaning roller 22.
  • the cleaning roller 22 can be pivoted onto the printing drum 10 in such a way that it rolls tangentially over the entire width of the printing drum 10.
  • the surface of the cleaning roller 22 is formed by absorbent material, for example a flow. In the event that the cleaning roller 22 pivots on the printing drum 10, the inking station 11 or its distributor roller 12 is pivoted away from the printing drum 10.
  • a matrix line 33 is composed of a plurality of individual printing elements 30.
  • the pressure elements 30 are formed as depressions in the surface of the printing drum 10, a selectively activatable heating device 31 being located in the depression.
  • a plurality of matrix lines 33 run axially at a uniform distance on the printing drum 10.
  • the line spacings 34 like the column spacings 35, correspond to the resolution of the print image.
  • the arrangement of the printing elements 30 thus corresponds to an endless matrix. With a resolution of 240 dpi (dots per inch), the line spacing is 34 and the column spacing is 35 1/240 inches.
  • the diameter of the depression of a pressure element 30 is approximately 50 ⁇ m.
  • the heating elements 31 contained in the depressions of the pressure elements 30 can be selectively activated by a network of column and row lines 42, 43. For this purpose, the column and row lines 42, 43 are coupled to a control unit 40.
  • control unit 40 is arranged on the end of the printing drum 10.
  • the control unit 40 is formed by a module that has a plurality of integrated circuits and is mounted on the end face of the printing drum 10.
  • the connections to the column and row lines 42, 43 are produced by bonding or laser beam welding.
  • the arrangement of the control unit 40 on the printing drum 10 ensures that the matrix line 33 with a printing device supplied by the printing or copying device is always formation is applied, which is located at the transfer location 18.
  • the pressure element 30 is constructed in accordance with FIG. 5.
  • a first layer 24 is applied to a carrier 23, which forms the core of the printing drum 10.
  • Column lines 42 are embedded in this first layer 24.
  • Row lines 43 are embedded in a second layer 25 located above the first layer 24.
  • heating elements 31 are inserted between the column lines 42 and the row lines 43.
  • the second layer 25 has circular-cylindrical penetrations, which form the depressions extending as far as the heating elements 31.
  • a protective layer 26 is provided on the heating element 31, which prevents direct contact between the heating element 31 and ink 13.
  • a third layer 27, which surrounds the second layer 25, forms the outer surface of the printing drum 10.
  • the third layer 27 has funnel-shaped penetrations 36 that are aligned with the depressions of the printing elements 30.
  • the third layer consists of hydrophobic material. This prevents ink 13 from accumulating on the drum surface.
  • the funnel-like penetration 36 favors the filling of the pressure element 30 while avoiding air pockets by the distributor roller 12.
  • the distributor roller 12 is always in contact with the printing drum 10 during the printing operation.
  • the distribution roller 12 feeds ink 13 into the printing elements 30.
  • the ink 13 remains in the printing element 30 up to the transfer location 18 and is driven out of the printing element 30 there depending on the respective printing information.
  • the heating resistors 31 arranged in the intersection of the row and column lines 43, 42 are supplied with current and thus heated. This heat is transferred to the ink 13, forming a vapor bubble.
  • the vapor bubble drives the ink 13 out of the printing element 30.
  • the teardrop-shaped ink 13 strikes the record carrier 14.
  • the ink drops flow there, whereby a closed lettering is obtained despite the non-overlapping geometric arrangement of the printing elements 30.
  • the printing elements 30, from which the ink 13 has been removed in this way, are subsequently filled again with ink 13 in the inking station 11.
  • FIGS. 6 to 9 four matrix lines 33, which run axially on the printing drum 10 between the end faces thereof, are arranged on the printing drum 10.
  • the circumference of the printing drum 10 in this embodiment of the printing drum 10 is divided into four sectors which are insulated from one another. Each sector is built up from the carrier 23, which forms the core of the printing drum 10, in the following manner:
  • An electrically conductive layer 39 is applied to the carrier 23 via insulation 29.
  • Layer 39 serves as row line 43.
  • a layer 38 is arranged on layer 39, which contains a matrix row with printing elements 30 and the associated column lines 42.
  • the individual sectors are electrically insulated from one another by an insulation 28 which is introduced between the sectors.
  • a control unit 40 according to FIG. 4 is arranged on one end of the printing drum 10 and is coupled to the column lines 42 and the line line 43 designed as foil conductor tracks.
  • the control unit 40 has, according to FIG. 7, column switches 41 and a row switch 44.
  • the line switch 44 connects that matrix line 33 to a voltage source 45, which is located in the area of the transfer location 18.
  • the heating element 31 of a pressure element 30 is connected to the voltage source 45 with the column switches 41.
  • the heating element 31 has an electrical resistance of 30 to 100 ohms and is supplied with a voltage between 5 and 40 volts by the voltage source 45.
  • the film 38 is constructed using methods known from printed circuit board technology.
  • the pressure elements 30 are formed by penetrations with funnel-shaped openings, the penetrations being closed by the heating elements 31.
  • the heating element 31 extends to the underside of the film 38 and can thus be contacted directly with the layer 39.
  • the conductor tracks 42 are embedded in the film 38.
  • the immediately adjacent pressure elements 30 are offset along the matrix line and arranged on both sides of a line of symmetry. Since the rotational speed of the printing drum 10 is greater than the conveying speed of the recording medium 14, by means of appropriate control of the printing elements 30, which are located either on one or on the other side of the line of symmetry 46, a positionally accurate transfer of the ink 13 to the Record carrier 14 are guaranteed. The time-shifted control leads to a uniform current load on the voltage source 45.
  • FIGS. 10 and 11 A further variant of the arrangement of a matrix line 33 on the printing drum 10 is shown in FIGS. 10 and 11.
  • two matrix lines 33 run diagonally between the end faces of the printing drum 10.
  • the rotation speed of the printing drum 10 is greater than the recording medium speed, and the individual printing elements 30 of the matrix lines are correspondingly controlled so that the ink 13 is transferred to the recording medium 14 in a precise position.
  • the pressure elements 30 are connected to a control unit 40 via column lines 42.
  • a layer 47 containing the heating elements 31 and the column lines 42 is applied to the carrier 23.
  • a layer 48 made of oliophobic material is arranged above it. net, each having penetrations 49 in the area of the heating elements 31.
  • thermoelectric printing unit according to FIG. 1 is expanded by an intermediate carrier 51.
  • the printed image is transferred to this intermediate carrier 51 with the aid of a printing drum 10 configured as described above.
  • the printing drum 10 interacts with an inking station 11, a squeegee 21 and a cleaning station 22.
  • the print image transferred to the intermediate carrier 51 is transferred to the recording medium 14 at a transfer printing point 56.
  • the intermediate carrier 51 is designed as a cylindrical roller with an elastic jacket surface.
  • the record carrier 14 is transported through between a counter-pressure roller 55 and the intermediate carrier roller 51, which roll tangentially on one another.
  • the print image is transferred to the recording medium 14 by direct contact of the intermediate carrier roller 51 with the latter.
  • the elastic surface of the intermediate carrier roller 51 has the effect that a high quality of transfer printing can be achieved even with rough surfaces of the recording medium 14 or with uneven surface shapes of the recording medium, such as in label printing.
  • the use of the intermediate carrier roller 51 protects the printing drum 10 against any contamination which occurs due to the transport of the recording medium 14 in the immediate vicinity of the printing drum 10. Through special spatial separation measures (not shown), such as When the printing drum 10 is installed in an almost completely closed housing, the spatial separation can be achieved.
  • thermoelectric printing unit that is suitable for multi-color printing . shown in Figure 14.
  • the intermediate carrier 50 transports a multicolored printed image applied to the intermediate carrier 50 to a transfer printing location 56, where the The print image according to FIG. 13 can be transferred to the record carrier 14 by the interaction of the intermediate carrier 50 and a counter-pressure roller 55.
  • the intermediate carrier 50 is designed as an intermediate carrier belt that is transported between two deflection rollers 53, 54.
  • Four transfer rollers 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 are arranged along the intermediate carrier belt 50. With the help of these transfer rollers 10, ink 13 is transferred to the intermediate carrier 50.
  • Each transfer roller 10 is assigned an inking station 11.1, 11.2, 11.3, 11.4.
  • Each coloring station 11 is filled with ink 13 of a different color.
  • this ink is stripped from the surface of the printing drum 10.
  • the transfer printing process between the printing drums 10 and the intermediate carrier 50 is controlled in such a way that a complete, colored printed image is present on the intermediate carrier 50 and is transported by this to the transfer printing location 56, where it is transferred to the recording medium 14.
  • Ink residues remaining after the transfer to the recording medium 14 on the intermediate carrier 50 are removed by a cleaning station 52 which is arranged in front of the first printing drum 10.1. Since the transfer printing on the individual printing drums 10 takes place without contact with the intermediate carrier tape 50, there is no fear of ink spreading. A synchronization of the drives of the printing drums 10 is possible without any problems by known mechanical or electronic means.

Abstract

A print drum (10) comprises printing elements (30) which are in the form of depressions in the surface of the print drum (10). The printing elements (30) are arranged along matrix lines. A print drum (10) comprises more than one matrix line (33) of printing elements (30). Each printing element (30) comprises a heating arrangement (31) which can be activated selectively and which can heat ink (13) present in the printing element (30) in such a way that a gas bubble produced during heating forces it out of the printing element (30) in the direction of a print carrier (14). The printing elements (30) are filled with ink (13) in an inking station (11).

Description

Beschreibungdescription
Thermoelektrisches Druckwerk zur Übertragung einer Tinte auf einen AufzeichnungsträgerThermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium
Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Druckwerk zur Übertragung einer Tinte auf einen Aufzeichnungsträger. Es sind verschiedene thermoelektrische Druckwerke bekannt:The invention relates to a thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium. Various thermoelectric printing units are known:
Beim Thermo-Drucken wird thermosensitives Papier mit einem beheizbaren Druckkopf durch Erwärmen ausgewählter Stellen des Papiers bedruckt, indem sich die erwärmten Stellen verfärben.In thermal printing, thermosensitive paper is printed with a heatable print head by heating selected areas of the paper by discoloring the heated areas.
Beim Thermotransferdruckverfahren wird eine auf einer Träger- folie befindliche, farbhaltige Wachsschicht mit Hilfe von heizbaren Druckelementen partiell geschmolzen und auf Papier übertragen.In the thermal transfer printing process, an ink-containing wax layer on a carrier film is partially melted with the help of heatable printing elements and transferred to paper.
Bei einem Thermotintendruckwerk wird Tinte aus einer Düse auf einen Aufzeichnungsträger gespritzt. Die Düsen weisen eine Heizeinrichtung auf, die für jede Düse einzeln aktivierbar ist. Die in der Düse enthaltene Tinte wird durch die Heizein¬ richtung erwärmt, wodurch eine Gasblase entsteht, die die Tinte aus der Düse austreibt.In a thermal ink printing unit, ink is sprayed from a nozzle onto a recording medium. The nozzles have a heating device which can be activated individually for each nozzle. The ink contained in the nozzle is heated by the heating device, whereby a gas bubble is created which drives the ink out of the nozzle.
Als Tinte dient dabei eine Flüssigkeit, die Farbpigmente enthält. Ferner ist sie hitzebeständig bis ca. 350°C, ist ungiftig - beispielsweise auf Wasserbasis hergestellt - und verursacht keinerlei Ablagerung in den Düsen.A liquid that contains color pigments serves as the ink. Furthermore, it is heat-resistant up to approx. 350 ° C, is non-toxic - e.g. water-based - and does not cause any deposits in the nozzles.
Üblicherweise befinden sich die Düsen in einem Druckkopf. Der Druckkopf verfügt über einen Tintenvorrat, aus dem die Düsen durch Kapillarkräfte mit Tinte versorgt werden. Die maximale Spritzfrequenz solcher Tintendruckwerke mit thermoelektri- schem Wandler (bubble-jet) ist auf ca. 4kHz begrenzt. Je nach Tropfengröße benötigt die Tinte 250μs und mehr, bis die durch Kapillarkräfte nachgesaugte Tinte für den nächsten Spritzvor- gang zur Verfügung steht. Die Ansteuerzeit für das Heizele¬ ment in der Düse von ca. 5 bis lOμs und die Zeit bis zur Tropfenbildung von ca. 50μs ist dagegen relativ kurz. Die Spritzfrequenz ist prinzipbedingt nicht wesentlich erhöhbar.The nozzles are usually located in a print head. The printhead has an ink supply from which the nozzles are supplied with ink by capillary forces. The maximum spray frequency of such ink printing units with a thermoelectric converter (bubble jet) is limited to approximately 4 kHz. Depending on the size of the drop, the ink needs 250μs and more until the ink sucked up by capillary forces for the next spraying course is available. The activation time for the heating element in the nozzle of approx. 5 to 10 μs and the time until the formation of drops of approx. 50 μs is relatively short. In principle, the spray frequency cannot be increased significantly.
Aus US 4,785,311 ist eine zylindrische Druckwalze bekannt, deren Mantel eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Durchtrittsöffnungen für eine hochviskose Tinte aufweist. Die Tinte ist im Inneren der Druckwalze bevorratet. Jeder Durch- trittsöffnung ist ein selektiv ansteuerbares Heizelement zugeordnet, mit dessen Hilfe ein Durchfluß der Tinte durch die Durchtrittsöffnung freigebbar ist. Die freigegebene Tinte fließt bedingt durch die Schwerkraft unmittelbar auf einen Aufzeichnungsträger, der sich im Berührungskontakt mit der entsprechenden, im Bereich der freigegebenen Durchtrittsöff¬ nung befindlichen Oberfläche der Druckwalze ist.A cylindrical printing roller is known from US Pat. No. 4,785,311, the jacket of which has a plurality of passage openings arranged in a matrix for a highly viscous ink. The ink is stored inside the platen. Each passage opening is assigned a selectively controllable heating element, with the aid of which a flow of the ink through the passage opening can be released. Due to the force of gravity, the released ink flows directly onto a recording medium which is in contact with the corresponding surface of the printing roller located in the region of the released passage opening.
Mit der bekannten Druckwalze kann die Druckgeschwindigkeit erhöht werden. Durch den prinzipbedingten unmittelbaren Kontakt der Druckwalze mit dem Aufzeichnungsträger besteht die Gefahr, daß die Durchtrittsöffnungen verschmutzen und infolgedessen die Qualität des Druckbildes herabgesetzt wird. Darüber hinaus ist es durch den unmittelbaren Kontakt zwi¬ schen Druckwalze und Aufzeichnungsträger zwingend erforder- lieh, die Durchtrittsöffnungen entsprechend der Druckbildauf¬ lösung auf der Druckwalze als Endlosmatrix anzuordnen. Da¬ durch ist die Feinheit der Druckbildauflösung begrenzt, da eine große Anzahl von Durchtrittsöffnungen elektrisch mit einer Ansteuereinheit gekoppelt werden müssen und die Koppel- wege nicht beliebig verkleinerbar sind. Durch die Bevorratung der Tinte in der Druckwalze ist ein Wechsel der Druckfarbe unter Verwendung derselben Druckwalze äußerst schwierig vornehmbar.The printing speed can be increased with the known printing roller. Due to the principle-related direct contact of the printing roller with the recording medium, there is a risk that the passage openings will become dirty and, as a result, the quality of the printed image will be reduced. In addition, due to the direct contact between the printing roller and the recording medium, it is absolutely necessary to arrange the passage openings as an endless matrix on the printing roller in accordance with the resolution of the print image. The fineness of the print image resolution is thereby limited, since a large number of passage openings have to be electrically coupled to a control unit and the coupling paths cannot be reduced as desired. Because the ink is stored in the printing roller, it is extremely difficult to change the printing ink using the same printing roller.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermoelektrisches Druckwerk zur Übertragung einer Tinte auf einen Aufzeichnungsträger aufzuzeigen, das es erlaubt, die Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Druckbildauflö¬ sung, der Druckbildqualität und der Wartbarkeit des ther- moelektrischen Druckwerks zu bedingen.The present invention has for its object to show a thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium, which allows the Condition printing speed without loss of print image resolution, print image quality and maintainability of the thermoelectric printing unit.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features specified in claim 1. Further developments and refinements of the invention are specified in subclaims.
Durch die Anordnung von mehr als einer Matrixzeile von Druck- elementen auf einer Drucktrommel und deren Befüllung mit Tinte von der Oberfläche der Drucktrommel her, ist bei weit¬ gehend beliebiger Druckbildauflösung eine hohe Druckbildqua¬ lität bei gleichzeitiger Steigerung der Druckgeschwindigkeit erreichbar. Durch Austausch der am Umfang der Drucktrommel angeordneten Einfärbestation kann die Farbe des Druckbilds auf einfache Weise gewechselt werden. Die erhöhte Druckge¬ schwindigkeit ist auf Grund der Mehrfachanordnung der Druck¬ elemente erreichbar. Dadurch kann die Zeit zum Nachfüllen der Tinte in die Druckelemente, sowie die thermische Stabilisie- rung relativ lange Zeit in Anspruch nehmen. Es sind Spritz¬ frequenzen von 20kHz erreichbar. Durch eine sogenannte über¬ lappende Ansteuerung von zwei Matrixzeilen ist die Spritzfre¬ quenz auf über 40 kHz e höhbar. Bei überlappender Ansteuerung wird ein nachfolgender Spritzvorgang bereits eingeleitet, während ein aktueller Spritzvorgang stattfindet. Die Matrix¬ zeilen von auf der Drucktrommel angeordneten Druckelementen mit den darin befindlichen Heizelementen und den für die Energiezufuhr erforderlichen Leitungswege sind mit Hilfe von Fertigungstechniken, die aus der Halbleitertechnik bekannt sind, herstellbar.By arranging more than one matrix line of printing elements on a printing drum and filling them with ink from the surface of the printing drum, high printing quality can be achieved with a largely arbitrary printing image resolution while increasing the printing speed. The color of the printed image can be changed in a simple manner by exchanging the inking station arranged on the circumference of the printing drum. The increased printing speed can be achieved due to the multiple arrangement of the printing elements. As a result, the time for refilling the ink into the printing elements and the thermal stabilization can take a relatively long time. Spray frequencies of 20 kHz can be achieved. The spray frequency can be increased to over 40 kHz by a so-called overlapping control of two matrix lines. If the control overlaps, a subsequent spraying process is already initiated while a current spraying process is taking place. The matrix lines of printing elements arranged on the printing drum with the heating elements located therein and the line paths required for the energy supply can be produced with the aid of manufacturing techniques which are known from semiconductor technology.
Gemäß einer Ausbildung und Ausgestaltung der Erfindung weist die Einfärbestation eine Verteilerwalze auf, deren Oberfläche tangential auf der Oberfläche der Drucktrommel abrollt. Die Verteilerwalze taucht teilweise in eine sich längs der Ver¬ teilerwalze erstreckende Wanne, die mit Tinte gefüllt ist, ein. Die Tinte kann dadurch über die gesamte Längsausdehnung der Drucktrommel gleichmäßig dosiert an die Drucktrommel herangeführt und in die Druckelemente eingefüllt werden.According to an embodiment of the invention, the inking station has a distributor roller, the surface of which rolls tangentially on the surface of the printing drum. The distributor roller is partially immersed in a trough which extends along the distributor roller and is filled with ink. The ink can thereby over the entire longitudinal extent the printing drum is fed evenly dosed to the printing drum and filled into the printing elements.
Gemäß einer Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung ist dem Abrollbereich der Verteilerwalze auf der Drucktrommel in Bewegungsrichtung der Drucktrommel eine Abstreifleiste nach¬ geordnet, die sich entlang der Oberfläche der Drucktrommel erstreckt und überschüssige Tinte von der Oberfläche ab¬ streift. Dadurch wird überschüssige Tinte in die Einfärbesta- tion zurückgeführt. Die Oberfläche der Drucktrommel wird von eventuellen Tintenresten gereinigt. Der Reinigungseffekt wird durch die Ausbildung der Erfindung, wonach die Mantelfläche der Drucktrommel durch eine hydrophobe und/oder oliophobe Schutzschicht gebildet wird, unterstützt. Ob die hydrophobe und/oder die oliophobe Schutzschicht gewählt wird, ist von der verwendeten Tinte abhängig.According to a development and refinement of the invention, the roll-off area of the distributor roller on the printing drum in the direction of movement of the printing drum is followed by a scraper bar which extends along the surface of the printing drum and strips excess ink off the surface. This returns excess ink to the inking station. The surface of the printing drum is cleaned of any ink residue. The cleaning effect is supported by the embodiment of the invention, according to which the outer surface of the printing drum is formed by a hydrophobic and / or oliophobic protective layer. Whether the hydrophobic and / or the oliophobic protective layer is selected depends on the ink used.
Durch die Weiterbildung der Erfindung, wonach am Umfang der Drucktrommel eine Reinigungsstation, die bedarfsweise mit der Oberfläche der Drucktrommel kontaktierbar ist, angeordnet ist, kann die Drucktrommel in größeren Druckpausen oder in eventuell erforderlichen Reinigungsintervallen von anhaften¬ der Tinte oder von Verschmutzungen befreit werden.Through the development of the invention, according to which a cleaning station is arranged on the periphery of the printing drum, which can be contacted, if necessary, with the surface of the printing drum, the printing drum can be freed of adhering ink or dirt during longer printing breaks or in possibly required cleaning intervals.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufzeichnungsträger als Zwischenträger ausgebildet, der im Bereich einer Gegendruckeinrichtung auf einem Bedruckstoff abrollt, wodurch das Druckbild auf dem Bedruckstoff übertragbar ist. Durch den Zwischenträger kann eine direkte Einflußnahme des Bedruckstoffes, beispielsweise Papier, auf die Drucktrommel verhindert werden. Die Zuverläs- • sigkeit des Druckwerks und die Qualität des Druckbildes kann dadurch weiter erhöht werden. Die Lebensdauer der Drucktrom¬ mel kann ebenfalls gesteigert werden. Vorzugsweise wird der Zwischenträger aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi oder Silikon gefertigt. Dadurch kann er sich einer rauhen Oberfläche oder ungleich äßgen Formen, z.B. beim Etikettendruck, eines Bedruckstoffes anpassen. Beim Umdruck¬ vorgang von der Drucktrommel zum Zwischenträger ist dennoch ein gleichmäßiger Abstand zwischen deren Oberflächen gegeben, wodurch Unscharfe des Druckbildes vermieden wird.According to a further development and refinement of the invention, the record carrier is designed as an intermediate carrier that rolls on a printing material in the area of a counterpressure device, as a result of which the printed image can be transferred to the printing material. A direct influence of the printing material, for example paper, on the printing drum can be prevented by the intermediate carrier. The reliability of the • printing unit and the quality of the printed image can be increased further as a result. The service life of the pressure drum can also be increased. The intermediate carrier is preferably made of an elastic material, for example rubber or silicone. As a result, it can have a rough surface or uneven shapes, e.g. Adjust label printing, of a substrate. During the transfer printing process from the printing drum to the intermediate carrier there is nevertheless a uniform distance between their surfaces, as a result of which blurring of the printed image is avoided.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung sind dem Zwischenträger eine Mehrzahl von Druck¬ trommeln zugeordnet. Die Druckelemente verschiedener Druck¬ trommeln können mit unterschiedlich gefärbten Tinten befüllt werden. Dadurch kann Mehrfarbendruck realisiert werden. Da der Umdruck an den einzelnen Drucktrommeln kontaktlos zum Zwischenträger erfolgt, ist eine Farbverschleppung ausge¬ schlossen.According to a further development and embodiment of the invention, a plurality of printing drums are assigned to the intermediate carrier. The printing elements of different printing drums can be filled with differently colored inks. This enables multi-color printing. Since the transfer printing on the individual printing drums takes place without contact with the intermediate carrier, color carryover is ruled out.
Weitere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich¬ nung näher erläutert. Dabei zeigenFurther developments and refinements of the invention are specified in further subclaims. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Show
Figur 1 ein thermoelektrisches Druckwerk zur Übertragung einer Tinte auf einen Aufzeichnungsträger mit einer Drucktrommel und einer Einfärbestation für die Druck¬ trommel,1 shows a thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium with a printing drum and a coloring station for the printing drum,
Figur 2 eine Drucktrommel mit einer Anordnung von Druckele¬ menten als Endlosmatrix,FIG. 2 shows a printing drum with an arrangement of printing elements as an endless matrix,
Figur 3 ein Ausschnitt aus der Oberfläche der Drucktrommel gemäß Figur 2,FIG. 3 shows a detail from the surface of the printing drum according to FIG. 2,
Figur 4 eine stirnseitige Ansicht der Drucktrommel gemäß Figur 2 mit einer Ansteuereinheit für die Druckele¬ mente,FIG. 4 shows an end view of the printing drum according to FIG. 2 with a control unit for the printing elements,
Figur 5 eine Schnittdarstellung eines Druckelements, Figur 6 eine Drucktrommel mit einer Anordnung von vier axial auf der Drucktrommel verlaufenden Matrixzeilen,FIG. 5 shows a sectional illustration of a pressure element, FIG. 6 shows a printing drum with an arrangement of four matrix rows running axially on the printing drum,
Figur 7 ein Prinzipschaltbild für die Ansteuerung der Heiz¬ einrichtungen einer Spalte in den unterschiedlichen Matrixzeilen gemäß Figur 6,FIG. 7 shows a basic circuit diagram for the control of the heating devices of a column in the different matrix rows according to FIG. 6,
Figur 8 eine Anordnung einzelner Druckelemente einer Matrix¬ zeile gemäß Figur 6,FIG. 8 shows an arrangement of individual printing elements of a matrix line according to FIG. 6,
Figur 9 eine Schnittdarstellung eines Druckelements gemäß Figur 6,FIG. 9 shows a sectional illustration of a pressure element according to FIG. 6,
Figur 10 eine Drucktrommel mit einer diagonal zwischen den Stirnseiten verlaufenden Matrixzeile,FIG. 10 shows a printing drum with a matrix line running diagonally between the end faces,
Figur 11 einen Ausschnitt aus der Oberfläche der Drucktrom¬ mel gemäß Figur 10 mit einzelnen Druckelementen,FIG. 11 shows a detail from the surface of the printing drum according to FIG. 10 with individual printing elements,
Figur 12 eine Schnittdarstellung eines Druckelements gemäß Figur 10,FIG. 12 shows a sectional illustration of a pressure element according to FIG. 10,
Figur 13 ein thermoelektrisches Druckwerk mit einem Zwi¬ schenträger zwischen Drucktrommel und Aufzeichnungs- träger undFIG. 13 shows a thermoelectric printing unit with an intermediate carrier between the printing drum and the recording medium and
Figur 14 ein thermoelektrisches Druckwerk mit einer Mehrzahl von dem Zwischenträger zugeordneten Drucktrommeln.FIG. 14 shows a thermoelectric printing unit with a plurality of printing drums assigned to the intermediate carrier.
Ein thermoelektrisches Druckwerk zur Übertragung einer Tinte 13 auf einen Aufzeichnungsträger 14 enthält eine kreiszylin¬ drische Drucktrommel 10, die in Drehrichtung 15 rotiert. Der Aufzeichnungsträger 14 wird an einer Umdruckstelle 18 in Aufzeichnungsträgertransportrichtung 16 im Abstand 17 an der Drucktrommel vorbeigeführt. An der Umdruckstelle 18 sind Aufzeichnungsträgertransportrichtung 16 und Drehrichtung 15 der Drucktrommel 10 gleichgerichtet. An der Umdruckstelle 18 7 ist eine Umdruckwalze 19 angeordnet. Die Symmetrieachse der Umdruckwalze 19 verläuft parallel zur Drehachse der Druck¬ trommel 10 und senkrecht zur Aufzeichnungsträgertranspor- trichtung 16. Zwischen der Umdruckwalze 19 und der Drucktrom¬ mel 10 wird der Aufzeichnungsträger 14 hindurchtransportiert. Der Aufzeichnungsträger 14 rollt dabei tangential über seine gesamte Breite an der Umdruckwalze 19 ab. Durch die Umdruck¬ walze 19 ist damit der gleichmäßige Abstand 17 zwischen dem Aufzeichnungsträger und der Drucktrommel 10 gewährleistet.A thermoelectric printing unit for transferring an ink 13 to a recording medium 14 contains a circular-cylindrical printing drum 10 which rotates in the direction of rotation 15. The record carrier 14 is guided past the transfer drum at a transfer location 18 in the record carrier transport direction 16 at a distance 17. At the transfer location 18, the recording medium transport direction 16 and the direction of rotation 15 of the printing drum 10 are aligned. At the transfer location 18 7, a transfer roller 19 is arranged. The axis of symmetry of the transfer roller 19 runs parallel to the axis of rotation of the printing drum 10 and perpendicular to the recording medium transport direction 16. The recording medium 14 is transported between the transfer roller 19 and the printing drum 10. The record carrier 14 rolls tangentially over its entire width on the transfer roller 19. The transfer roller 19 thus ensures a uniform distance 17 between the recording medium and the printing drum 10.
Das thermoelektrische Druckwerk enthält weiterhin eine Ein¬ färbestation 11, die am Umfang der Drucktrommel 10 angeordnet ist. Die Einfärbestation 11 enthält eine kreiszylindrische Verteilerwalze 12, deren Oberfläche tangential auf der Ober- fläche der Drucktrommel 10 abrollt. Die Verteilerwalze 12 ist in einer Wanne 20 gelagert, die sich längs der Verteilerwalze 12 erstreckt. Die Wanne 20 ist mit Tinte 13 gefüllt, so daß die Verteilerwalze 12 teilweise, beispielsweise mit der Hälfte ihres Umfangs, in die Tinte 13 eintaucht. Beim Eintau- chen nimmt die Verteilerwalze 12 die Tinte 13 auf und über¬ trägt die an ihr haftende Tinte 13 zur Drucktrommel 10. Um ausreichende Mengen an Tinte 13 transportieren zu können, enthält die Verteilerwalze 12 poröses Material.The thermoelectric printing unit further contains a inking station 11 which is arranged on the circumference of the printing drum 10. The inking station 11 contains a circular cylindrical distributor roller 12, the surface of which rolls tangentially on the surface of the printing drum 10. The distributor roller 12 is mounted in a trough 20 which extends along the distributor roller 12. The trough 20 is filled with ink 13, so that the distributor roller 12 is partially immersed in the ink 13, for example with half its circumference. When immersed, the distributor roller 12 picks up the ink 13 and transfers the ink 13 adhering to it to the printing drum 10. In order to be able to transport sufficient quantities of ink 13, the distributor roller 12 contains porous material.
Dem Abrollbereich zwischen Drucktrommel 10 und Verteilerwalze 12 ist in Drehrichtung 15 eine Abstreifleiste 21 nachgeord¬ net, die sich entlang der Oberfläche der Drucktrommel 10 erstreckt und überschüssige Tinte 13 von deren Oberfläche abstreift. Durch die Wanne 20 wird die überschüssige Tinte 13 aufgefangen und durch nicht dargestellte Mittel wieder dem in der Wanne 20 befindlichen Tintenvorrat 13 zugeführt.The roll-off area between the printing drum 10 and the distributor roller 12 is followed in the direction of rotation 15 by a scraper strip 21 which extends along the surface of the printing drum 10 and scrapes off excess ink 13 from the surface thereof. The excess ink 13 is collected by the tub 20 and returned to the ink supply 13 located in the tub 20 by means not shown.
Das thermoelektrische Druckwerk enthält des weiteren eine als Reinigungswalze 22 ausgebildete Reinigungsstation. Die Reini- gungswalze 22 ist so an die Drucktrommel 10 anschwenkbar, daß sie über die ganze Breite der Drucktrommel 10 tangential auf dieser abrollt. Die Oberfläche der Reinigungswalze 22 wird durch saugfähiges Material, beispielsweise ein Fließ gebil¬ det. Im Falle des Anschwenkens der Reinigungswalze 22 an die Drucktrommel 10 wird die Einfärbestation 11 oder deren Ver¬ teilerwalze 12 von der Drucktrommel 10 weggeschwenkt.The thermoelectric printing unit also contains a cleaning station designed as a cleaning roller 22. The cleaning roller 22 can be pivoted onto the printing drum 10 in such a way that it rolls tangentially over the entire width of the printing drum 10. The surface of the cleaning roller 22 is formed by absorbent material, for example a flow. In the event that the cleaning roller 22 pivots on the printing drum 10, the inking station 11 or its distributor roller 12 is pivoted away from the printing drum 10.
Auf der Drucktrommel 10 sind sich von einer Stirnseite der Drucktrommel 10 zur anderen Stirnseite erstreckende Matrix¬ zeilen 33 angeordnet. Eine Matrixzeile 33 setzt sich aus einer Mehrzahl von einzelnen Druckelementen 30 zusammen. Die Druckelemente 30 sind als Vertiefungen in der Oberfläche der Drucktrommel 10 ausgebildet, wobei sich in der Vertiefung eine selektiv aktivierbare Heizeinrichtung 31 befindet.Arranged on the printing drum 10 are matrix lines 33 extending from one end of the printing drum 10 to the other end. A matrix line 33 is composed of a plurality of individual printing elements 30. The pressure elements 30 are formed as depressions in the surface of the printing drum 10, a selectively activatable heating device 31 being located in the depression.
Gemäß den Figuren 2 und 3 verläuft eine Mehrzahl von Matrix- zeilen 33 in gleichmäßigem Abstand axial auf der Drucktrommel 10. Die Zeilenabstände 34 entsprechen ebenso wie die Spalten¬ abstände 35 der Auflösung des Druckbildes. Die Anordnung der Druckelemente 30 entspricht somit einer Endlosmatrix. Bei einer Auflösung von 240 dpi (dots per inch) entsprechen der Zeilenabstand 34 und der Spaltenabstand 35 1/240 Zoll. Der Durchmesser der Vertiefung eines Druckelements 30 beträgt etwa 50um. Die in den Vertiefungen der Druckelemente 30 enthaltenen Heizelemente 31 sind durch ein Netz von Spalten- und Zeilenleitungen 42 ,43 selektiv aktivierbar. Die Spalten- und Zeilenleitungen 42 ,43 sind dazu mit einer Ansteuerein- heit 40 gekoppelt.According to FIGS. 2 and 3, a plurality of matrix lines 33 run axially at a uniform distance on the printing drum 10. The line spacings 34, like the column spacings 35, correspond to the resolution of the print image. The arrangement of the printing elements 30 thus corresponds to an endless matrix. With a resolution of 240 dpi (dots per inch), the line spacing is 34 and the column spacing is 35 1/240 inches. The diameter of the depression of a pressure element 30 is approximately 50 μm. The heating elements 31 contained in the depressions of the pressure elements 30 can be selectively activated by a network of column and row lines 42, 43. For this purpose, the column and row lines 42, 43 are coupled to a control unit 40.
Gemäß Figur 4 ist die AnSteuereinheit 40 stirnseitig an der Drucktrommel 10 angeordnet. Die Ansteuereinheit 40 ist durch ein Modul, das eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen aufweist, gebildet und an der Stirnseite der Drucktrommel 10 montiert. Durch Bonden oder Laserstrahlschweißen werden die Verbindungen zu den Spalten- und Zeilenleitungen 42, 43 hergestellt. Die Anordnung der Ansteuereinheit 40 an der Drucktrommel 10 sorgt dafür, daß stets diejenige Matrixzeile 33 mit einer vom Druck- oder Kopiergerät gelieferten Druckin- formation beaufschlagt wird, die sich an der Umdruckstelle 18 befindet.According to FIG. 4, the control unit 40 is arranged on the end of the printing drum 10. The control unit 40 is formed by a module that has a plurality of integrated circuits and is mounted on the end face of the printing drum 10. The connections to the column and row lines 42, 43 are produced by bonding or laser beam welding. The arrangement of the control unit 40 on the printing drum 10 ensures that the matrix line 33 with a printing device supplied by the printing or copying device is always formation is applied, which is located at the transfer location 18.
Das Druckelement 30 ist gemäß Figur 5 aufgebaut. Auf einem Träger 23, der den Kern der Drucktrommel 10 bildet, ist eine erste Schicht 24 aufgebracht. In diese erste Schicht 24 sind Spaltenleitungen 42 eingebettet. In einer zweiten, sich über der ersten Schicht 24 befindenden Schicht 25 sind Zeilenlei¬ tungen 43 eingebettet. An deren Kreuzungspunkten sind zwi- sehen den Spaltenleitungen 42 und den Zeilenleitungen 43 Heizelemente 31 eingebracht. Die zweite Schicht 25 weist an Kreuzungspunkten kreiszylindrische Durchdringungen auf, welche die bis zu den Heizelementen 31 reichenden Vertiefun¬ gen bilden. Im Bereich der Vertiefung ist auf dem Heizelement 31 eine Schutzschicht 26 vorgesehen, die einen unmittelbaren Kontakt zwischen Heizelement 31 und Tinte 13 verhindert. Eine dritte Schicht 27, die die zweite Schicht 25 umschließt, bildet die Mantelfläche der Drucktrommel 10. Die dritte Schicht 27 weist mit den Vertiefungen der Druckelemente 30 fluchtende trichterförmige Durchdringungen 36 auf. Die dritte Schicht besteht aus hydrophobem Material. Eine Anhäufung von Tinte 13 an der Trommeloberfläche wird dadurch vermieden. Die trichterartige Durchdringung 36 begünstigt das Füllen des Druckelements 30 unter Vermeidung von Lufteinschlüssen durch die Verteilerwalze 12.The pressure element 30 is constructed in accordance with FIG. 5. A first layer 24 is applied to a carrier 23, which forms the core of the printing drum 10. Column lines 42 are embedded in this first layer 24. Row lines 43 are embedded in a second layer 25 located above the first layer 24. At their crossing points, heating elements 31 are inserted between the column lines 42 and the row lines 43. At intersection points, the second layer 25 has circular-cylindrical penetrations, which form the depressions extending as far as the heating elements 31. In the area of the depression, a protective layer 26 is provided on the heating element 31, which prevents direct contact between the heating element 31 and ink 13. A third layer 27, which surrounds the second layer 25, forms the outer surface of the printing drum 10. The third layer 27 has funnel-shaped penetrations 36 that are aligned with the depressions of the printing elements 30. The third layer consists of hydrophobic material. This prevents ink 13 from accumulating on the drum surface. The funnel-like penetration 36 favors the filling of the pressure element 30 while avoiding air pockets by the distributor roller 12.
Die Verteilerwalze 12 ist während des Druckbetriebs mit der Drucktrommel 10 immer in Kontakt. Die Verteilerwalze 12 fördert dabei Tinte 13 in die Druckelemente 30. Die Tinte 13 verbleibt bis zur Umdruckstelle 18 im Druckelement 30 und wird dort abhängig von der jeweiligen Druckinformation aus dem Druckelement 30 ausgetrieben. Dazu werden die im Kreu¬ zungspunkt der Zeilen- und Spaltenleitungen 43, 42 angeordne¬ ten Heizwiderstände 31 mit Strom versorgt und somit erhitzt. Diese Wärme wird auf die Tinte 13 übertragen, wodurch sich eine Dampfblase bildet. Die Dampfblase treibt die Tinte 13 aus dem Druckelement 30 heraus. Die tropfenförmige Tinte 13 trifft auf dem Aufzeichnungsträger 14 auf. Dort zerfließen die Tintentropfen, wodurch man trotz der nicht überlappenden geometrischen Anordnung der Druckelemente 30 einen geschlos¬ senen Schriftzug erhält. Die Druckelemente 30, aus denen auf diese Weise die Tinte 13 entfernt wurde, werden in der Ein¬ färbestation 11 nachfolgend wieder mit Tinte 13 gefüllt.The distributor roller 12 is always in contact with the printing drum 10 during the printing operation. The distribution roller 12 feeds ink 13 into the printing elements 30. The ink 13 remains in the printing element 30 up to the transfer location 18 and is driven out of the printing element 30 there depending on the respective printing information. For this purpose, the heating resistors 31 arranged in the intersection of the row and column lines 43, 42 are supplied with current and thus heated. This heat is transferred to the ink 13, forming a vapor bubble. The vapor bubble drives the ink 13 out of the printing element 30. The teardrop-shaped ink 13 strikes the record carrier 14. The ink drops flow there, whereby a closed lettering is obtained despite the non-overlapping geometric arrangement of the printing elements 30. The printing elements 30, from which the ink 13 has been removed in this way, are subsequently filled again with ink 13 in the inking station 11.
Gemäß den Figuren 6 bis 9 sind vier Matrixzeilen 33, die axial auf der Drucktrommel 10 zwischen deren Stirnseiten verlaufen, auf der Drucktrommel 10 angeordnet. Der Umfang der Drucktrommel 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Druck¬ trommel 10 in vier gegeneinander isolierte Sektoren aufge¬ teilt. Jeder Sektor ist ausgehend von dem, den Kern der Drucktrommel 10 bildenden Träger 23 in folgender Weise aufge- baut: Eine elektrisch leitfähige Schicht 39 ist über eine Isolation 29 auf dem Träger 23 aufgebracht. Die Schicht 39 dient als Zeilenleitung 43. Auf der Schicht 39 ist eine Folie 38 angeordnet, die eine Matrixzeile mit Druckelementen 30 und die zugehörigen Spaltenleitungen 42 enthält. Die einzelnen Sektoren sind durch eine Isolation 28, die zwischen die Sektoren eingebracht ist, gegeneinander elektrisch isoliert. An einer Stirnseite der Drucktrommel 10 ist eine Ansteuerein¬ heit 40 gemäß Figur 4 angeordnet, die mit den als Folienlei¬ terbahnen ausgebildeten Spaltenleitungen 42 und der Zeilen- leitung 43 gekoppelt ist.According to FIGS. 6 to 9, four matrix lines 33, which run axially on the printing drum 10 between the end faces thereof, are arranged on the printing drum 10. The circumference of the printing drum 10 in this embodiment of the printing drum 10 is divided into four sectors which are insulated from one another. Each sector is built up from the carrier 23, which forms the core of the printing drum 10, in the following manner: An electrically conductive layer 39 is applied to the carrier 23 via insulation 29. Layer 39 serves as row line 43. A layer 38 is arranged on layer 39, which contains a matrix row with printing elements 30 and the associated column lines 42. The individual sectors are electrically insulated from one another by an insulation 28 which is introduced between the sectors. A control unit 40 according to FIG. 4 is arranged on one end of the printing drum 10 and is coupled to the column lines 42 and the line line 43 designed as foil conductor tracks.
Die Ansteuereinheit 40 weist gemäß Figur 7 Spaltenschalter 41 und einen Zeilenschalter 44 auf. Der Zeilenschalter 44 ver¬ bindet jeweils diejenige Matrixzeile 33 mit einer Spannungs- quelle 45, die sich im Bereich der Umdruckstelle 18 befindet. Mit den Spaltenschaltern 41 wird gemäß der vorliegenden Druckinformation das Heizelement 31 eines Druckelements 30 mit der Spannungsquelle 45 verbunden. Das Heizelement 31 weist einen elektrischen Widerstand von 30 bis 100 Ohm auf und wird von der Spannungsquelle 45 mit einer Spannung zwi¬ schen 5 und 40 Volt beaufschlagt. Die Folie 38 ist mit Hilfe von aus der Leiterplattentechnik bekannten Methoden aufgebaut. Die Druckelemente 30 sind durch Durchdringungen mit trichterförmigen Öffnungen gebildet, wobei die Durchdringungen durch die Heizelemente 31 ver- schlössen sind. Das Heizelement 31 reicht bis zur Unterseite der Folie 38 und kann dadurch unmittelbar mit der Schicht 39 kontaktiert werden. In der Folie 38 sind die Leiterbahnen 42 eingebettet.The control unit 40 has, according to FIG. 7, column switches 41 and a row switch 44. The line switch 44 connects that matrix line 33 to a voltage source 45, which is located in the area of the transfer location 18. According to the available pressure information, the heating element 31 of a pressure element 30 is connected to the voltage source 45 with the column switches 41. The heating element 31 has an electrical resistance of 30 to 100 ohms and is supplied with a voltage between 5 and 40 volts by the voltage source 45. The film 38 is constructed using methods known from printed circuit board technology. The pressure elements 30 are formed by penetrations with funnel-shaped openings, the penetrations being closed by the heating elements 31. The heating element 31 extends to the underside of the film 38 and can thus be contacted directly with the layer 39. The conductor tracks 42 are embedded in the film 38.
Auf Grund der zu erwartenden thermischen Belastung der Folie 38 und der Strombelastung der Spannungsquelle 45 sind die unmittelbar benachbarten Druckelemente 30 entlang der Matrix¬ zeile versetzt und beiderseits einer Symmetrielinie angeord¬ net. Da die Rotationsgeschwindigkeit der Drucktrommel 10 größer ist als die Transportgeschwindigkeit des Aufzeich¬ nungsträgers 14, kann dennoch durch entsprechende Ansteuerung der Druckelemente 30, die sich entweder auf der einen oder auf der anderen Seite der Symmetrielinie 46 befinden, eine positionsgenaue Übertragung der Tinte 13 auf den Aufzeich- nungsträger 14 gewährleistet werden. Die zeitversetzte An¬ steuerung führt zu einer gleichmäßigen Strombelastung der Spannungsquelle 45.Because of the expected thermal load on the film 38 and the current load on the voltage source 45, the immediately adjacent pressure elements 30 are offset along the matrix line and arranged on both sides of a line of symmetry. Since the rotational speed of the printing drum 10 is greater than the conveying speed of the recording medium 14, by means of appropriate control of the printing elements 30, which are located either on one or on the other side of the line of symmetry 46, a positionally accurate transfer of the ink 13 to the Record carrier 14 are guaranteed. The time-shifted control leads to a uniform current load on the voltage source 45.
Eine weitere Variante der Anordnung einer Matrixzeile 33 auf der Drucktrommel 10 ist in den Figuren 10 und 11 dargestellt. Auf der Drucktrommel 10 verlaufen zwei Matrixzeilen 33 diago¬ nal zwischen den Stirnseiten der Drucktrommel 10. Die Rotati¬ onsgeschwindigkeit der Drucktrommel 10 ist größer als die Aufzeichnungsträgergeschwindigkeit, und die einzelnen Druck- elemente 30 der Matrixzeilen werden entsprechend so gesteu¬ ert, daß die Tinte 13 positionsgenau auf den Aufzeichnungs¬ träger 14 übertragen wird. Wie bei den vorhergehenden Ausfüh¬ rungsbeispielen sind die Druckelemente 30 über Spaltenleitun¬ gen 42 mit einer Ansteuereinheit 40 verbunden. Auf dem Träger 23 sind gemäß Figur 12 eine die Heizelemente 31 und die Spaltenleitungen 42 enthaltende Schicht 47 aufgebracht. Darüber ist eine Schicht 48 aus oliophobem Material angeord- net, die im Bereich der Heizelemente 31 jeweils Durchdringun¬ gen 49 aufweist.A further variant of the arrangement of a matrix line 33 on the printing drum 10 is shown in FIGS. 10 and 11. On the printing drum 10, two matrix lines 33 run diagonally between the end faces of the printing drum 10. The rotation speed of the printing drum 10 is greater than the recording medium speed, and the individual printing elements 30 of the matrix lines are correspondingly controlled so that the ink 13 is transferred to the recording medium 14 in a precise position. As in the previous exemplary embodiments, the pressure elements 30 are connected to a control unit 40 via column lines 42. According to FIG. 12, a layer 47 containing the heating elements 31 and the column lines 42 is applied to the carrier 23. A layer 48 made of oliophobic material is arranged above it. net, each having penetrations 49 in the area of the heating elements 31.
Gemäß Figur 13 ist das thermoelektrische Druckwerk gemäß Figur 1 um einen Zwischenträger 51 erweitert. Auf diesen Zwischenträger 51 wird das Druckbild mit Hilfe einer gemäß der obigen Beschreibung ausgestalteten Drucktrommel 10 über¬ tragen. Die Drucktrommel 10 wirkt dabei mit einer Einfärbe¬ station 11, einer Abstreifleiste 21 und einer Reinigungssta- tion 22 zusammen. Das auf den Zwischenträger 51 übertragene Druckbild wird an einer Umdruckstelle 56 auf den Aufzeich¬ nungsträger 14 übertragen.According to FIG. 13, the thermoelectric printing unit according to FIG. 1 is expanded by an intermediate carrier 51. The printed image is transferred to this intermediate carrier 51 with the aid of a printing drum 10 configured as described above. The printing drum 10 interacts with an inking station 11, a squeegee 21 and a cleaning station 22. The print image transferred to the intermediate carrier 51 is transferred to the recording medium 14 at a transfer printing point 56.
Der Zwischenträger 51 ist als kreiszylindrische Walze mit elastischer Manteloberfläche ausgeführt. An der Umdruckstelle 56 wird der Aufzeichnungsträger 14 zwischen einer Gegendruck¬ rolle 55 und der Zwischenträgerwalze 51, die tangential aufeinander abrollen, hindurchtransportiert. Das Druckbild wird durch unmittelbaren Kontakt der Zwischenträgerwalze 51 mit dem Aufzeichnungsträger 14 auf diesen übertragen. Die elastische Oberfläche der Zwischenträgerwalze 51 bewirkt, daß auch bei rauhen Oberflächen des AufZeichnungsträgers 14 oder bei ungleichmäßigen Oberflächenformen des Aufzeichnungsträ¬ gers, wie beim Etikettendruck, eine hohe Güte des Umdrucks erreichbar ist. Darüber hinaus bewirkt der Einsatz der Zwi¬ schenträgerwalze 51 einen Schutz der Drucktrommel 10 vor etwaiger Verschmutzung, die durch den Vorbeitransport des AufZeichnungsträgers 14 in unmittelbarer Umgebung der Druck¬ trommel 10 auftritt. Durch spezielle räumliche Trennungsmaß- nahmen (nicht dargestellt), wie z.B. dem Einbau der Druck¬ trommel 10 in ein nahezu vollständig geschlossenes Gehäuse, kann die räumliche Trennung erreicht werden.The intermediate carrier 51 is designed as a cylindrical roller with an elastic jacket surface. At the transfer printing point 56, the record carrier 14 is transported through between a counter-pressure roller 55 and the intermediate carrier roller 51, which roll tangentially on one another. The print image is transferred to the recording medium 14 by direct contact of the intermediate carrier roller 51 with the latter. The elastic surface of the intermediate carrier roller 51 has the effect that a high quality of transfer printing can be achieved even with rough surfaces of the recording medium 14 or with uneven surface shapes of the recording medium, such as in label printing. In addition, the use of the intermediate carrier roller 51 protects the printing drum 10 against any contamination which occurs due to the transport of the recording medium 14 in the immediate vicinity of the printing drum 10. Through special spatial separation measures (not shown), such as When the printing drum 10 is installed in an almost completely closed housing, the spatial separation can be achieved.
Ein thermoelektrisches Druckwerk, das für den Mehrfarbdruck geeignet ist, ist. in Figur 14 dargestellt. Ein ZwischenträgerA thermoelectric printing unit that is suitable for multi-color printing . shown in Figure 14. An intermediate carrier
50 transportiert ein auf den Zwischenträger 50 aufgebrachtes mehrfarbiges Druckbild zu einer Umdruckstelle 56, wo das Druckbild gemäß Figur 13 durch das Zusammenwirken des Zwi¬ schenträgers 50 und einer Gegendruckwalze 55 auf den Auf¬ zeichnungsträger 14 übertragbar ist. Der Zwischenträger 50 ist als Zwischenträgerband ausgeführt, das zwischen zwei Umlenkrollen 53, 54 transportiert wird. Entlang des Zwischen¬ trägerbandes 50 sind vier Umdruckrollen 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 angeordnet. Mit Hilfe dieser Umdruckrollen 10 wird Tinte 13 auf den Zwischenträger 50 übertragen. Jeder Umdruckrolle 10 ist eine Einfärbestation 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 zugeord- net. Jede Einfärbestation 11 ist mit Tinte 13 anderer Farbe gefüllt. Mit Hilfe je einer Abstreifleiste 21.1, 21.2, 21.3, 21.4 wird diese Tinte von der Oberfläche der Drucktrommel 10 abgestreift. Der Umdruckvorgang zwischen den Drucktrommeln 10 und dem Zwischenträger 50 wird so gesteuert, daß ein voll- ständiges, farbiges Druckbild auf dem Zwischenträger 50 vorliegt und von diesem zur Umdruckstelle 56 transportiert wird, wo es auf den Aufzeichnungsträger 14 übertragen wird. Nach dem Umdruck zum Aufzeichnungsträger 14 auf den Zwischen¬ träger 50 verbliebene Tintenreste werden durch eine Reini- gungsstation 52, die vor der ersten Drucktrommel 10.1 ange¬ ordnet ist, entfernt. Da der Umdruck an den einzelnen Druck¬ trommeln 10 kontaktlos zum Zwischenträgerband 50 erfolgt, ist keine Farbverschleppung zu befürchten. Eine Synchronisation der Antriebe der Drucktrommeln 10 ist durch bekannte mechani- sehe oder elektronische Mittel problemlos möglich.50 transports a multicolored printed image applied to the intermediate carrier 50 to a transfer printing location 56, where the The print image according to FIG. 13 can be transferred to the record carrier 14 by the interaction of the intermediate carrier 50 and a counter-pressure roller 55. The intermediate carrier 50 is designed as an intermediate carrier belt that is transported between two deflection rollers 53, 54. Four transfer rollers 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 are arranged along the intermediate carrier belt 50. With the help of these transfer rollers 10, ink 13 is transferred to the intermediate carrier 50. Each transfer roller 10 is assigned an inking station 11.1, 11.2, 11.3, 11.4. Each coloring station 11 is filled with ink 13 of a different color. With the help of a scraper strip 21.1, 21.2, 21.3, 21.4, this ink is stripped from the surface of the printing drum 10. The transfer printing process between the printing drums 10 and the intermediate carrier 50 is controlled in such a way that a complete, colored printed image is present on the intermediate carrier 50 and is transported by this to the transfer printing location 56, where it is transferred to the recording medium 14. Ink residues remaining after the transfer to the recording medium 14 on the intermediate carrier 50 are removed by a cleaning station 52 which is arranged in front of the first printing drum 10.1. Since the transfer printing on the individual printing drums 10 takes place without contact with the intermediate carrier tape 50, there is no fear of ink spreading. A synchronization of the drives of the printing drums 10 is possible without any problems by known mechanical or electronic means.
BezugszeichenlisteReference list
10 = Drucktrommel10 = printing drum
11 = Einfärbestation11 = coloring station
12 = Verteilerwalze12 = distributor roller
13 = Tinte13 = ink
14 = Aufzeichnungsträger14 = record carrier
15 = Drehrichtung15 = direction of rotation
16 = Aufzeichnungsträgertransportrichtung16 = recording medium transport direction
17 = Abstand17 = distance
18 = Umdruckstelle 19 = Umdruckwalze18 = transfer printing point 19 = transfer roller
20 = Wanne20 = tub
21 = Abstreifleiste21 = squeegee
22 = Reinigungsstation/Reinigungswalze22 = cleaning station / cleaning roller
23 = Träger23 = carrier
24 = erste Schicht24 = first layer
25 = zweite Schicht25 = second layer
26 = Schutzschicht26 = protective layer
27 = dritte Schicht27 = third layer
28 = Isolation28 = isolation
29 = Isolation29 = isolation
30 = Druckelement30 = pressure element
31 = Heizelement/Heizeinrichtung31 = heating element / heating device
32 = Spalte32 = column
33 = Zeile/Matrixzeile33 = line / matrix line
34 = Zeilenabstand34 = line spacing
35 = Spaltenabstand35 = column spacing
36 = trichterförmige Druchdringung36 = funnel-shaped penetration
38 = Folie38 = foil
39 = Schicht39 = shift
40 = Ansteuereinheit40 = control unit
41 = Spaltenschalter41 = column switch
42 = Spaltenleitung42 = column line
43 = Zeilenleitung43 = row line
44 = Zeilenschalter44 = line switch
45 = Spannungsquelle45 = voltage source
46 = Symmetrielinie46 = line of symmetry
47 = Schicht47 = shift
48 = Schicht48 = shift
50 = Zwischenträger/Zwischenträgerband50 = intermediate carrier / intermediate carrier belt
51 = Zwischenträger/Zwischenträgerwalze51 = intermediate carrier / intermediate carrier roller
52 = Reinigungsstation52 = cleaning station
53 = Umlenkrolle53 = deflection roller
54 = Umlenkrolle54 = deflection roller
55 = Gegendruckrolle55 = counter pressure roller
56 = Umdruckstelle 56 = transfer location

Claims

Patentansprüche Claims
1. Thermoelektrisches Druckwerk zur Übertragung einer Tinte auf einen Aufzeichnungsträger mit - einer Drucktrommel,1. Thermoelectric printing unit for transferring an ink to a recording medium with - a printing drum,
- mehr als einer Matrixzeile von auf der Drucktrommel ange¬ ordneten Druckelementen, die als Vertiefung in der Oberflä¬ che der Drucktrommel ausgebildet sind, wobei in der Vertie¬ fung eine selektiv aktivierbare Heizeinrichtung vorgesehen ist,more than one matrix line of printing elements arranged on the printing drum, which are designed as a depression in the surface of the printing drum, a heating device which can be activated selectively being provided in the depression,
- einer am Umfang der Drucktrommel angeordneten Einfärbesta¬ tion, mittels derer Tinte von der Oberfläche der Drucktrom¬ mel her in die Druckelemente einbringbar ist, undan inking station arranged on the circumference of the printing drum, by means of which ink can be introduced into the printing elements from the surface of the printing drum, and
- einer Umdruckstelle, an der entsprechend einer Druckinfor- mation die Heizelemente aktivierbar sind, wodurch die Tinte aus den entsprechenden Druckelementen zum Aufzeichnungsträ¬ ger hin austreibbar ist.- A transfer printing point at which the heating elements can be activated in accordance with printing information, as a result of which the ink can be expelled from the corresponding printing elements to the recording medium.
2. Thermoelektrisches Druckwerk nach Anspruch 1 mit einer Einfärbestation, die enthält:2. Thermoelectric printing unit according to claim 1 with a coloring station, which contains:
- eine Verteilerwalze, deren Oberfäche tangential auf der Oberfläche der Drucktrommel abrollt,a distributor roller, the surface of which rolls tangentially on the surface of the printing drum,
- eine sich längs der Verteilerwalze erstreckende Wanne, die mit Tinte gefüllt ist und in die die Verteilerwalze teil- weise eintaucht.- A trough extending along the distributor roller, which is filled with ink and into which the distributor roller is partially immersed.
3. Thermoelektrisches Druckwerk nach Anspruch 2 mit einer dem Abrollbereich in Bewegungsrichtung der Drucktrommel nachge- ordneten Abstreifleiste, die sich entlang der Oberfläche der Drucktrommel erstreckt und überschüssige Tinte von der Ober¬ fläche abstreift.3. Thermoelectric printing unit according to claim 2 with a wiping strip arranged downstream of the rolling area in the direction of movement of the printing drum, which extends along the surface of the printing drum and wipes off excess ink from the surface.
4. Thermoelektrisches Druckwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer am Umfang der Drucktrommel angeordneten Reinigungsstation, die bedarfsweise mit der Oberfläche der Drucktrommel kontaktierbar ist. 4. Thermoelectric printing unit according to one of the preceding claims with a cleaning station arranged on the circumference of the printing drum, which, if necessary, can be contacted with the surface of the printing drum.
5. Thermoelektrisches Druckwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer die Mantelfläche der Drucktrommel bilden¬ den hydrophoben und/oder oliophoben Schutzschicht.5. Thermoelectric printing unit according to one of the preceding claims with a the outer surface of the printing drum forming the hydrophobic and / or oliophobic protective layer.
6. Thermoelektrisches Druckwerk nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche mit einer der Druckbildauflösung entsprechenden Anordnung der Druckelemente als Endlosmatrix.6. Thermoelectric printing unit according to one of the preceding claims with an arrangement of the printing elements corresponding to the print image resolution as an endless matrix.
7. Thermoelektrisches Druckwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Anordnung von mindestens zwei axial auf der7. Thermoelectric printing unit according to one of claims 1 to 5 with an arrangement of at least two axially on the
Drucktrommel verlaufenden Matrixzeilen, deren Heizelemente alternativ aktivierbar sind.Printing drum-running matrix lines, the heating elements of which can alternatively be activated.
8. Thermoelektrisches Druckwerk nach Anspruch 7, bei der die unmittelbar benachbarten Druckelemente entlang der Matrix¬ zeile versetzt, beiderseits einer Symmetrielinie angeordnet sind.8. Thermoelectric printing unit according to claim 7, in which the immediately adjacent printing elements are offset along the matrix line, arranged on both sides of a line of symmetry.
9. Thermoelektrisches Druckwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit diagonal zwischen den Stirnseiten der Drucktrommel verlaufenden Matrixzeilen.9. Thermoelectric printing unit according to one of claims 1 to 5 with diagonal matrix lines running between the end faces of the printing drum.
10. Thermoelektrisches Druckwerk nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche mit einem als Zwischenträger ausgebildeten Aufzeichnungsträger, der im Bereich einer Gegendruckeinrich¬ tung auf einem Bedruckstoff abrollt, wodurch das Druckbild auf den Bedruckstoff übertragbar ist.10. Thermoelectric printing unit according to one of the preceding claims with a recording medium designed as an intermediate carrier, which rolls in the area of a counter-pressure device on a printing material, as a result of which the printed image can be transferred to the printing material.
11. Thermoelektrisches Druckwerk nach Anspruch 10 mit einer Mehrzahl von dem Zwischenträger zugeordneten Drucktrommeln.11. Thermoelectric printing unit according to claim 10 with a plurality of printing drums assigned to the intermediate carrier.
12. Thermoelektrisches Druckwerk nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche mit einer Ansteuereinheit für die selektiv aktivierbaren Heizeinrichtungen, die mit der Drucktrommel koppelbar ist. 12. Thermoelectric printing unit according to one of the preceding claims with a control unit for the selectively activatable heating devices, which can be coupled to the printing drum.
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