DE10012360A1 - Verfahren zur Steuerung der Heizelemente eines Thermodruckkopfes - Google Patents

Abstract

Zum Aufzeichnen und Löschen von Daten auf einem reversibel beschreibbaren Thermoaufzeichnungsmaterial (5) mit einem Thermodruckkopf (2) wird den Heizelementen (8) des Thermodruckkopfes zum Aufzeichnen ein Energiepuls (W) zugeführt, durch den das Aufzeichnungsmaterial auf eine Temperatur (T1) erwärmt wird, bei der es einen farbigen und/oder opaken Zustand einnimmt. Zum Löschen im Anschluss an den Aufzeichnungspuls (W) werden die Heizelemente (8) mit einem Energiepulszug (E1) beaufschlagt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Heizelemente eines Thermodruckkopfes zum Aufzeichnen und Löschen von Punkten mit einem reversibel beschreibbaren Ther­ moaufzeichnungsmaterial.

Ein reversibel beschreibbares Thermoaufzeichnungsmaterial zeichnet sich dadurch aus, dass seine Transparenz und/oder Farbe in Abhängigkeit von der Temperatur reversibel von einem transparenten und/oder farblosen Zustand in einen opaken und/oder farbigen Zustand und umgekehrt verändern kann.

Das reversibel beschreibbare Thermoaufzeichnungsmaterial wird dem Thermodruckkopf schrittweise zugeführt, der eine sich über die gesamte Druckbreite erstreckende, quer zur Trans­ portrichtung des Thermoaufzeichnungsmaterials verlaufende Reihe von Widerstandsheizelementen aufweist, die einzeln an­ steuerbar sind. Pro Schritt kann damit eine der Heizelemen­ tenreihe entsprechende Zeile von Punkten aufgezeichnet wer­ den, wenn die Heizelemente auf eine Temperatur erwärmt wer­ den, die zu dem farbigen/opaken Zustand des Thermoaufzeich­ nungsmaterials führt.

Die Löschung der farbigen/opaken Punkte kann durch einen zweiten Thermodruckkopf erfolgen, dessen Heizelemente auf ei­ ne Temperatur erwärmt werden, bei der das reversibel be­ schreibbare Thermoaufzeichnungsmaterial wieder in den farblo­ sen/transparenten Zustand übergeht. Auch kann ein einziger Thermodruckkopf eingesetzt werden, mit dem gelöscht wird, wenn das Aufzeichnungsmaterial in der einen Richtung an ihm entlang bewegt wird, während bei der anschließenden Bewegung des Aufzeichnungsmaterials in der umgekehrten Richtung das Aufzeichnen, also das punktförmige Beschreiben, erfolgt (DE 41 30 539 A1).

Aus DE 42 10 379 C2 ist es bekannt, bei jedem Transporttakt erst die Heizelemente, die einen Punkt aufzeichnen sollen, mit einem Energiepulszug anzusteuern, und dann mit einem wei­ teren Energiepulszug die Heizelemente, mit denen eine punkt­ weise Löschung durchgeführt werden soll, zu beaufschlagen.

Bei den bekannten reversiblen Aufzeichnungsverfahren läßt je­ doch die Aufzeichnungsgeschwindigkeit noch zu wünschen übrig.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Aufzeichnungs- und Löschge­ schwindigkeit beim Thermodrucken eines reversibel beschreib­ baren Aufzeichnungsmaterials wesentlich zu erhöhen.

Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekenn­ zeichnete Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben.

Erfindungsgemäß werden die Heizelemente zum Schreiben mit ei­ nem einzigen Energiepuls angesteuert, der zu einer Temperatur führt, bei der das reversibel beschreibbare Thermoaufzeich­ nungsmaterial eine erste, hohe Temperatur einnimmt, die zum farbigen/opaken Zustand führt.

Die Heizelemente, mit denen gelöscht werden soll, werden, wenn nach dem Aufzeichnungspuls die Maximaltemperatur er­ reicht worden ist, dann mit einem Energiepulszug beauf­ schlagt. Auf diese Weise kann die Bearbeitung, also das Auf­ zeichnen und Löschen der einzelnen Punkte einer Druckzeile, auf 3 ms oder weniger herabgesetzt und dabei eine entspre­ chend hohe Aufzeichnungs- und Löschgeschwindigkeit erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird ein reversibel beschreibbares Thermoauf­ zeichnungsmaterial verwendet, das bei der ersten, hohen Tem­ peratur farbig und/oder opak wird, den farbigen/opaken Zu­ stand bei rascher Abkühlung beibehält, jedoch bei langsamer Abkühlung verliert, dessen farbiger/opaker Zustand aber auch dadurch verlorengeht, wenn eine konstante Erwärmung auf eine zweite niedrigere Temperatur erfolgt.

Die erste hohe Temperatur, die zu einer Färbung bzw. opak, also milchig trüb Werden des Thermoaufzeichnungsmaterials führt, kann beispielsweise 150°C oder mehr betragen, die zweite konstant zu haltende niedrigere Temperatur, die zu ei­ ner Löschung führt, liegt vorzugsweise mindestens 20°C darun­ ter.

Demzufolge können erfindungsgemäß die Heizelemente zum Lö­ schen in zwei Varianten mit dem Energiepulszug beaufschlagt werden.

Nach der einen Variante werden zunächst alle Heizelemente mit dem Aufzeichnungsenergiepuls angesteuert und im Anschluß an den Aufzeichnungsenergiepuls ein Energieimpulszug zugeführt, der die Abkühlung derjenigen Heizelemente, die eine Löschung herbeiführen sollen, derart verlangsamt, dass das Aufzeich­ nungsmaterial seinen farblosen/transparenten Zustand ein­ nimmt. Bei dieser Variante werden also bei jedem Takt alle Heizelemente erst auf die zum Verfärben des Aufzeichnungsma­ terials erforderliche Temperatur aufgeheizt, und die Heizele­ mente, die punktweise löschen sollen, dann mit dem Pulszug beaufschlagt, um langsamer als die übrigen Heizelemente abzu­ kühlen. Es versteht sich, dass nicht unbedingt alle Heizele­ mente des Thermodruckkopfes in dieser Weise angesteuert wer­ den müssen, sondern nur die, die der gewünschten Druckbreite entsprechen. Auch ist klar, dass der farblose/transparente Zustand gegebenenfalls auch eine andere Farbe aufweisen kann als die Farbe, die beim Verfärben des Thermoaufzeichnungsma­ terials auftritt.

Nach der anderen Variante werden die Heizelemente zum Auf­ zeichnen mit dem Aufzeichnungsenergiepuls beaufschlagt und die Heizelemente zum Löschen unmittelbar im Anschluß an den Aufzeichnungsenergiepuls mit einem Energiepulszug, durch den die Heizelemente auf eine zweite konstant zu haltende Tempe­ ratur erwärmt werden, bei der das Thermoaufzeichnungsmaterial einen transparenten/farblosen Zustand einnimmt, wobei die zweite Temperatur unter der den farbigen/opaken Zustand her­ vorrufenden Temperatur liegt.

Bei der zweiten Variante muß jedoch zum Löschen die zweite Temperatur im allgemeinen eine gewisse Zeit von wenigstens 1 ms lang gehalten werden. Sie ist deshalb im allgemeinen etwas langsamer als die erste Variante. D. h., während die Pulsdauer für den Puls zum Aufzeichnen etwa 1 bis 2 ms beträgt, beträgt die Dauer des beim Abkühlen zugeführten Pulszuges der ersten Variante etwa 1 bis 2 ms, während die Dauer des Pulszuges zum Löschen bei der zweiten Variante etwa 2 bis 3 ms beträgt, um die Temperatur wenigstens etwa 1 ms auf der zweiten Tempera­ tur zu halten, bei der das Thermoaufzeichnungsmaterial den transparenten/farblosen Zustand einnimmt.

Das reversibel beschreibbare Thermoaufzeichnungsmaterial, das erfindungsgemäß verwendet werden kann, kann irgendein bekann­ tes reversibel beschreibbares Thermoaufzeichnungsmaterial sein (vergleiche DE 41 30 539 A1, De 42 10 379 C2 und 42 00 474 C2). Vorzugsweise wird jedoch ein im Handel erhältliches Aufzeichnungsmaterial verwendet, das aus einem Gemisch aus einem Leukofarbstoff und einem Entwickler besteht. Der Leuko­ farbstoff kann ein Xanthenderivat sein. Vorzugsweise weist das Xanthen in der 3-Position einen Dialkylamin-Rest auf und an dessen 9-Position ist ein Phenylrest mit einer Carboxyl­ säuregruppe in o-Stellung gebunden ist, so dass sich wie bei Fluorescein in der Leukoform ein Lactonring mit der 9- Position ausbildet, der im farbigen Zustand durch Rückbildung der Carboxylgruppe geöffnet ist. Als Entwickler kann ein Säu­ reamid einer Carbonsäure mit einem p-Aminophenol und/oder ein Harnstoffderivat, das an einer Aminogruppe mit einem p- Hydroxyphenylrest und an der anderen Amingruppe mit einem Al­ kylrest substituiert ist, verwendet werden.

Durch die Energiezufuhr zum Löschen in Form eines Pulszuges wird erfindungsgemäß eine Feintemperatursteuerung erreicht. Dazu weist der Pulszug Pulse gleicher Periodendauer von vor­ zugsweise weniger als 100 µs, insbesondere weniger als 50 µs auf. Das Puls/Pausen-Verhältnis je Periode liegt vorzugsweise bei höchstens 1 : 1, insbesondere etwa bei 1 : 2. D. h., bei einer Periodendauer von z. B. 30 µs beträgt beispielsweise die Puls­ dauer 10 µs und die Pause 20 µs.

Vorzugsweise werden die Heizelemente des Thermodruckkopfes vor dem Bearbeiten, also Aufzeichnen und Löschen, auf eine Temperatur vorerwärmt, die vorzugsweise wenigstens 30°C un­ terhalb der zweiten, also der Löschtemperatur liegt. Wenn die Löschtemperatur beispielsweise bei 120°C liegt, kann die Vor­ erwärmtemperatur beispielsweise bei ca. 60°C liegen.

Ein solches Vorheizen beim Thermodrucken geht beispielsweise aus DE 30 33 746 A1 hervor. Durch das Vorheizen wird die Tem­ peraturdifferenz bis zum Aufzeichnen bzw. Löschen verringert, d. h. die zum Drucken erforderliche Heizleistung herabgesetzt, wodurch aufgrund der schnelleren Erwärmung der Wider­ standsheizelemente eine höhere Druckgeschwindigkeit erzielt wird. Zudem wird die Löschqualität deutlich verbessert.

Während nach DE 38 33 746 A1 die Taktfrequenz beim Vorheizen nicht mehr als das Vierfache der Pulsdauer zum Aufzeichnen betragen und die Pulsbreite beim Vorheizen konstant sein soll, beträgt erfindungsgemäß die Periodendauer der Einzelpulse des Pulszuges zum Vorheizen weniger als 100 µs, insbe­ sondere weniger als 50 µs, d. h. bei einer Pulsdauer für den Puls zum Aufzeichnen von 1 bis 2 ms, weniger als ein Zehntel, vorzugsweise weniger als ein Zwanzigstel der Pulsdauer.

Um die gewünschte Vorwärmtemperatur möglichst genau einstel­ len zu können, wird außerdem das Puls/Pause-Verhältnis je Pe­ riode vorzugsweise mit zunehmender Temperatur des Thermo­ druckkopfes herabgesetzt. So kann bei konstanter Periodendau­ er der einzelnen Pulse die Pulsdauer zu Beginn des Vorheizens beispielsweise 10% oder weniger der Periodendauer und am Ende des Vorheizvorganges oder zum Halten der Vorheiztemperatur beispielsweise 3% oder weniger betragen. D. h., bei, einer Pe­ riodendauer von beispielsweise 30 µs je Einzelpuls kann die Pulsdauer zu Beginn des Vorheizens beispielsweise 2 µs betra­ gen und am Ende des Vorheizens und zum Halten der Vorheiztem­ peratur beispielsweise 0,5 µs.

Die Pulsdauer beim Vorerwärmen kann beispielsweise durch die Temperatur des Thermodruckkopfes gesteuert werden, welche mit einem Temperatursensor, beispielsweise einem temperaturabhän­ gigen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten gemes­ sen werden kann.

Unter diesen Umständen läßt sich die Vorerwärmungstemperatur der Heizelemente auf beispielsweise ±2°C oder noch genauer einstellen. Damit wird der Thermodruckkopf minimal thermisch beansprucht und seine Lebensdauer wesentlich erhöht. Wie sich durch Versuche abzeichnet, wird die Lebensdauer dadurch sogar länger wie ohne Vorheizen, da der Thermodruckkopf beim Auf­ zeichnen geringeren Temperatursprüngen unterworfen ist. Die Periodendauer der einzelnen Pulse des Pulszuges beim Vorer­ wärmen entspricht vorzugsweise der Periodendauer der Einze­ limpulse des Pulszuges zum Löschen, kann also in beiden Fäl­ len beispielsweise 30 µs betragen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das die Veränderung der Farbdichte ei­ nes reversiblen wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmate­ rials zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren in Abhängigkeit von der Temperatur darstellt;

Fig. 2 schematisch einen Thermodrucker zum reversiblen Druc­ ken von Berechtigungskarten;

Fig. 3 ein Blockdiagramm zur Ansteuerung des Thermodruckkop­ fes; und

Fig. 4 und 5 jeweils ein Diagramm zur Erläuterung der er­ sten bzw. zweiten Variante des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens.

Gemäß Fig. 1 liegt das reversible Thermoaufzeichnungsmateri­ al bei T0 in einem transparenten und/oder farblosen Zustand, also mit geringer Farbdichte vor. T0 kann dabei Raumtempera­ tur sein oder darunter liegen oder eine Vorheiztemperatur darstellen. Durch Erwärmung von T0 auf T1 (z. B. 160°C) nimmt die Farbdichte entsprechend der gestrichelten Linie zu, ins­ besondere nachdem der Schmelzpunkt TM des reversiblen Thermo­ farbstoffs überschritten worden ist. Während der farbige und/oder opake Zustand erhalten bleibt, wenn gemäß der ausge­ zogenen Linie von T1 rasch abgekühlt wird, wird der farblose und/oder transparente Zustand wieder eingenommen, wenn das Thermoaufzeichnungsmaterial von der Temperatur T1 entspre­ chend der gestrichelten Linie langsam abgekühlt wird, oder wenn es konstant auf die Löschtemperatur T2 erwärmt wird.

Gemäß Fig. 2 weist ein Thermodrucker 1 zwischen zwei Trans­ portwalzenpaaren 3, 4 einen Thermodruckkopf 2 auf. Die Be­ rechtigungskarten 5 werden gemäß dem Pfeil 6 zugeführt, mit den Transportwalzen 3, 4 schrittweise zur Bearbeitung entlang dem Thermodruckkopf 2 bewegt und über den Ausgabeschlitz 7 ausgegeben.

Der Druckkopf 2 weist an seiner der Karte 5 zugewandten Kante einzeln ansteuerbare Widerstandsheizelemente 8 auf, die auf der Karte 5 eine quer zur Transportrichtung 6 verlaufende Reihe bilden. Die Heizelemente 8 werden zwischen zwei aufein­ anderfolgenden Transportschritten angesteuert und dadurch er­ wärmt. Gleichzeitig wird die Gegendruckwalze 9 gegen die Kar­ te 5 gedrückt. Damit wird erfindungsgemäß zunächst allen Hei­ zelementen 8 ein Energiepuls zugeführt, durch den das Auf­ zeichnungsmaterial entlang der Zeile einen farbigen/opaken Zustand einnimmt. Unmittelbar danach werden die Heizelemente 8 an den Punktendes Aufzeichnungsmaterials bzw. der Karte 5, an denen eine Löschung erfolgen soll, mit einem Energiepuls­ zug angesteuert.

Gemäß Fig. 3 empfängt beispielsweise ein Schieberegister 10 Daten 11 von einer nicht dargestellten Datenquelle die auf der Karte 5 darzustellende Information. Ein Diskriminator 12 unterscheidet, ob für die Informationsaufzeichnung ein farbi­ ger/opaker Punkt oder ein farbloser/transparenter Punkt auf der Karte bei dem jeweiligen Transportschritt durch das be­ treffende Heizelement 8 gebildet werden soll. Der Bearbei­ tungsabschnitt 13 legt die Daten fest, um den Aufzeichnungse­ nergiepuls und den Löschenergiepulszug zu generieren. Die Pulsdaten werden vom Dekoder 14 zu einem Gesamtimpulszug zum Ansteuern der Heizelemente 8 zum Bearbeiten der betreffenden Zeile der Karte 5 dekodiert und dieser Gesamtpulszug dem Treiber 15 aufgegeben.

In Fig. 4 ist für die erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit (a) der Pulszug dargestellt, mit dem die Hei­ zelemente 8 angesteuert werden und mit (b) die Temperatur des Thermoaufzeichnungsmaterials beim Empfang des Pulszuges.

Danach werden alle Heizelemente 8 zum Vorerwärmen oder zum Halten einer Temperatur T0 von beispielsweise 60°C mit einem Impulszug P angesteuert, der eine Periodendauer von z. B. 30 µs und eine Pulsdauer je Periode von z. B. 2 bis 0,3 µs aufweist, je nachdem, wie groß die Differenz zwischen der von dem nicht dargestellten Temperatursensor gemessenen Tempera­ tur gegenüber der vorgegebenen Vorerwärmungstemperatur T0 ist.

Zum Bearbeiten einer Zeile werden alle Heizelemente 8 bei t1 mit einem Aufzeichnungsimpuls W von z. B. 1 bis 2 ms beauf­ schlagt, wodurch die Temperatur des Thermoaufzeichnungsmate­ rials 8 am Ende des Aufzeichnungspulses bei t2 auf die Tempe­ ratur T1 von z. B. 160°C steigt, also eine Temperatur oberhalb der Temperatur, bei der das reversible wärmeempfindliche Auf­ zeichnungsmaterial einen farbigen und/oder opaken Zustand einnimmt.

Die Heizelemente 8 an den Punkten der Zeile, die gelöscht werden sollen, werden unmittelbar nach dem Puls W mit dem Pulszug E1 angesteuert. Er besteht beispielsweise aus Einzel­ pulsen mit einer Periodendauer von 30 µs, wobei die Pulsdauer z. B. 10 µs und die Pausendauer beispielsweise 20 µs je Peri­ ode betragen kann.

Während ohne den Pulszug E1 die Temperatur des betreffenden Heizelementes 8 entsprechend der Kurve F von T1 exponentiell, also rasch abnimmt, erfolgt bei Beaufschlagung mit dem Puls­ zug E1 eine eher lineare, langsamere Abkühlung entsprechend der gestrichelten sägezahnförmigen Kurve S auf die Vorheiz- oder Ausgangstemperatur T0.

In Fig. 4 stellt L1 den Zeitraum für das Bearbeiten, also Drucken und Löschen der 1. Zeile und L2 für das Bearbeiten der 2. Zeile dar.

Während nach dem Diagramm gemäß Fig. 1 durch die rasche Ab­ kühlung gemäß der Kurve F der farbige/opake Zustand erhalten bleibt, erfolgt durch die langsamere, gleichmäßigere Abküh­ lung nach der Kurve S ein Löschen des jeweiligen farbi­ gen opaken Punktes.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der nach Fig. 4 im wesentlichen dadurch, dass unmittelbar nach dem Puls F die Heizelemente 8 an den Punkten der Zeile, an denen gelöscht werden soll, mit dem Impulszug E2 beaufschlagt werden, durch den die Temperatur des betreffenden Heizele­ ments 8 entsprechend der Kurve C auf eine Temperatur T2 ange­ hoben wird, die unterhalb der Temperatur T1 nach dem Diagramm der Fig. 1 liegt. Dabei stellen in Fig. 5(a) den Pulszug dar, der den Heizelementen zum Aufzeichnen zugeführt wird, und (c) den Pulszug, mit dem die Heizelemente zum Löschen an­ gesteuert werden, während (b) und (d) das Temperatur/Zeit- Diagramm bei Empfang des Pulszuges (a) bzw. (c) darstellen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Steuerung der Heizelemente eines Thermo­ druckkopfes zum Aufzeichnen und Löschen von Daten auf ei­ nem reversibel beschreibbaren Thermoaufzeichnungsmateri­ al. dadurch gekennzeichnet, dass den Heizelementen zum Aufzeichnen ein Energiepuls zugeführt wird, durch den das Aufzeichnungsmaterial auf eine Temperatur (T1) erwärmt wird, bei der es einen farbigen und/oder opaken Zustand einnimmt, und die Heizelemente zum Löschen im Anschluß an den Aufzeichnungspuls mit einem Energiepulszug beauf­ schlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Heizelementen zum Löschen im Anschluß an den Auf­ zeichnungspuls ein Pulszug zugeführt wird, der die Abküh­ lung der Heizelemente derart verzögert, dass das Auf­ zeichnungsmaterial einen farblosen und/oder transparenten Zustand einnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Heizelementen zum Löschen im Anschluß an den Auf­ zeichnungspuls ein Pulszug zugeführt wird, durch den sie auf eine zweite Temperatur (T2) erwärmt werden, bei der das Thermoaufzeichnungsmaterial einen farblosen und/oder transparenten Zustand einnimmt, wobei die zweite Tempera­ tur (T2) unter der ersten Temperatur (T1) liegt, bei der das Thermoaufzeichnungsmaterial den farbigen und/oder opaken Zustand einnimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch den Pulszug die zweite Temperatur (T2) wenig­ stens 1 ms lang einstellt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente zum Aufzeichnen und Löschen durch einen Energiepulszug auf eine vorgegebene Temperatur (T0) vorerwärmt werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulszug zum Löschen und/oder zum Vorerwärmen aus Pulsen gleicher Periodendauer besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodendauer der Einzelpulse des Pulszuges höchstens 100 µs beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Puls/Pausen-Verhältnis des Pulszuges zum Löschen je Periode höchstens 1 : 1 beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Puls/Pausen-Verhältnis des Pulszuges zum Vorerwärmen pro Periode mit zunehmender Temperatur des Thermodruck­ kopfes herabgesetzt wird.