DE2052092B2

DE2052092B2 - Thermodruckknopf

Info

Publication number: DE2052092B2
Application number: DE2052092A
Authority: DE
Inventors: William Louis Troy Ohio Colello (V.St.A.)
Original assignee: National Cash Register Co
Current assignee: National Cash Register Co
Priority date: 1969-10-27
Filing date: 1970-10-23
Publication date: 1973-12-13
Also published as: GB1265100A; DE2052092C3; JPS4920229B1; FR2066518A5; US3578946A; DE2052092A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermodruckkopf aus einem oder mehreren nichtleitenden Trägern, auf deren druckseitiger Oberfläche jeweils zwischen Anschlußleitungen voneinander isolierte, selektiv ansteuerbare elektrische Widerstandselemente angeordnet sind, die durch Stromdurchfluß aufheizbar sind. Bei bekannten derartigen Thermodruckköpfen besteht die Gefahr, daß infolge von Abnutzungserscheinungen Unterbrechungen im Widerstandsmaterial auftreten.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei betriebsbedingten. Abnutzungen der Schicht der Widerstandselemente deren Kontinuität weitgehend zu wahren.

ίο Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Trägeroberfläche mit parallel zueinander in Stromdurchflußrichtung verlaufenden Rillen versehen ist, wobei sich jedes Widerstandselement über mehrere Rillen erstreckt.

·■; Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß durch die Materialabtragungen bei der Abnutzung der Stromfluß und somit die Erwärmungsintensität nicht wesentlich beeinflußt werden.

Em AusfühTungsbeispiel dev Erfindung whd im

so folgenden an Hand von Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Trägers, auf dem eine Vielzahl von Widerstandselementen erzeugt wird,

F i g. 2 den Träger nach F i g. 1 mit maschinell erzeugten Rillen, auf denen die Widerstandselemente erzeugt werden,

F i g. 3 die Erzeugung einer Halbleiterschicht auf bestimmten Seiten des Trägers,

F i g. 4 den Träger mit der etwas gekürzten Halbleiterschicht,

F i g. 5 den Träger mit einer Halbleiterschicht, die durch eine Maske in mehrere Widerstandselemente aufgeteilt wird,

F i g. 6 den Träger mit definierten Widerstandselementen, die entsprechend der Maske nach F i g. 5 erzeugt wurden,

F i g. 7 den in F i g. 6 dargestellten Träger mit Widerstandselementen nach d-iin Aufbringen von elektrischen Anschlußleitern,

F i g. 8 zwei der in F i g. 7 dargestellten Druckkopfelemente, die durch eine Isolierschicht getrennt sind, F i g. 9 einen kompletten Thermodruckkopf aus den nach F i g. 1 bis 8 getrennten Elementen, die durch Isolierschichten voneinander getrennt sind und deren Widerstandselemente ein matrixförmiges Gebilde darstellen,

F i g. 10 die Vorderansicht einer Schleifvorrichtung, mit der die Rillen für die Widerstandselemente auf

so den Trägern erzeugt werden, und

F i g. 11 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach F i g. 10.

Es versteht sich, daß der Thermodruckkopf sowohl aus einem Träger zusammen mit den Widerstandselementen als auch aus mehreren nebeneinander angeordneten derartigen Trägern bestehen kann.

In F i g. 1 ist ein Teil eines elektrisch nichtleitenden Trägers 22 dargestellt, auf dem eine Mehrzahl von Widerstandselementen 62 erzeugt werden soll. Die Größe dieses Trägers hängt von den bei der Konstruktion festgelegten Anforderungen ab. Der in Fig. 1 dargestellte Träger weist vorzugsweise eine Breite von 25,4 mm, eine Länge von 39,7 mm und eine Dicke von 0,46 mm auf. Der Träger 22 (F i g. 1) weist zwei parallel verlaufende Seitenflächen 24 und 26 auf, die senkrecht zwischen einer Oberfläche 28 stehen. Zwischen der Seitenfläche 24 und der Oberfläche 28 verläuft eine gemeinsame Kante 30 und zwischen der

Seitenfläche 26 und der Oberfläche 28 eine gemein- tung zu liegen kommt und der restliche Teil zwischen

same Kante 32. Der Träger 22 besteht vorzugsweise den Heizplatten 44 und 46 eingeklemmt wird. Die

aus Glas, Porzellan oder aus Keramik. Der Aus- zwischen diesen Platten befindlichen Teile des Trägers

dehnungskoeffizient des Trägers 22 sollte etwa so groß werden nicht mit dem Widetstandsmaterial überzogen,

sein wie der Ausdehnungskoeffizient der Widerstands- 5 Die in der Heizvorrichtung 42 befindlichen Teile des

elemente, die auf ihm gebildet werden, so daß minimale Trägers 22 werden direkt erwärmt, während der

Spannungsunterschiede zwischen den beiden Material- herausragende Teil durch die Eigenleitung des Tiägers

arten auftreten. 22 erwärmt wird.

Auf dem Träger 22 werden, wie aus F i g. 2 ersieht- Das Wider tandsmaterial wird in flüssiger Form auf lieh, durch einen maschinellen Bearbeitungsvorgang io den Träger 22 aufgesprüht. Wenn als Widerstands-Rillen 34 erzeugt. Line für diesen Bearbeitungsvorgang material Zinnoxid verwendet wird, weist die Sprühgeeignete Vorrichtung wird später im Zusammenhang flüssigkeit folgende Zusammensetzung auf:
mit den F i g. 10 und 11 im einzelnen beschrieben. Die

Rillen 34 werden durch einen Schleifvorgang erzeugt. .

Sie verlaufen mit einem exakten Radius bei 38 (F i g. 2) 15 „ ^lü, ^g ^^inntncnlorif.

über die gemeinsame Kante 30 und bei 40 über die 30 cm» entionisiertes Wsser,

gemeinsame Kante 32. Die Größe des Radius bei 38 ³^⁵ g Antunonclond,

und 40 liegt bei 76 μΐυ. Durch den Schleifvorgang ¹^ ^cm ^Salzsa·-»"^

werden parallele Rillen gebildet, auf die Widerstands- ¹^ 8 ^Boroxld·
elemente abgelagert werden, die einzeln elektrisch 20

ansteuerbar sind. Die Tiefe der Rille 34 liegt zwischen Durch Hinzufügen von ..'oroxid in die Lösung wird 3 und 15 ,um. Der Bereich von 15μηι wird bevorzugt. eine Verbesserung des Druc'-.-Abbrenn-Verhältnisses Die Rillen 34 verlaufen in einer parallelen imaginäien für die einzelnen Druckkopfelemente 20 erzielt. Die Ebene, die senkrecht zu den Seiten 24, 26 und 28 ver- exakten Gründe für die Verbesserung sind nicht beläuft. 25 kannt. Das intervallmäßige Aufsprühen der Flüssig-

Die Rillen 34 dienen zur Auf nähme des Widerstands- keit (F i g. 3) wird im folgenden im einzelnen be-

materials, das auf den Träger 22 aufgebracht wird. schrieben. Mit der Aufheizung des Trägers 22 werden

Durch die Rillen erhält das Widerstandsmaterial eine beide Sprühdüsen 50 und 52 durch die Steuervorrich-

kontinuierliche Beschaffenheit, die selbst nach vielen tung 54 betätigt und dieser Träger 22 mit der HaIb-

Druckoperationen erhalten bleibt. Durch dieses Merk- 30 leiterlösung überzogen. Die Sprühdüse 50 ist auf die

mal wird das Druck-Anheiz-Verhältnis wesentlich Seitenfläche 24 und auf Teile der Oberfläche 28 und

beeinflußt. die Sprühdüse 52 auf die Seitenfläche 26 und auf Teile

Wenn die Rillen 34 erzeugt sind, wird mit der Vor- der Oberfläche 28 gerichtet. Beide Düsen sprühen richtung nach F i g. 3 ein Überzug aus Widerstands- während 1 Sekunde die Lösung auf den Träger, womaterial auf dem Träger 22 abgelagert. Die Vorrich- 35 nach sie für 10 Sekunden abgeschaltet werden. Durch tung nach F i g. 3 enthält eine Heizung 42 und zwei diesen Aufsprührhythmus wird erreicht, daß der aus beheizbare Scheiben 44 und 46, die durch eine Klemm- der Heizvorrichtung herausragende Trägerteil, der bei vorrichtung 48 so zusammengedrückt werden, daß der der Besprühung abgekühlt wird, in den Sprühpausen Träger 22 zwischen ihnen festgehalten wird. Der Teil wieder erwärmt werden kann. Nach dieser Pause des Ί rägers 22, der die Rillen 34 enthält, ragt aus der 40 werden jeweils die Sprühdüsen 50 und 52 wieder beVorrichtung 42 heraus. Das herausragende Teil des tätigt und wird für 1 Sekunde die Sprühlösung auf den Trägers 22 ist mit einer nicht gezeigten Dichtung um- Träger übertragen. Anschließend wird wieder für geben, um das Entweichen von Wärme zu verhindern. 10 Sekunden der Sprühvorgang unterbrochen, damit Außerhalb der Heizvorrichtung 42 sind Sprühdüsen 50 der Trägerteil (einschließlich der Rillen 34), der aus und 52 stationär angeordnet, die das Widerstands- 45 der Heizvorrichtung herausragt, wieder erwärmt material auf die Rillen 34 und auf Teilbereiche der werden kann. Deshalb folgen insgesamt 25 Aufsprüh-Seitenflächen 24 und 26 aufsprühen. Die Düsen 50 vorgänge von jeweils 1 Sekunde, die jeweils durch und 52 können herkömmliche Sprühdüsen mit Pausen von 10 Sekunden unterbrochen werden. Nach Plastikspitzen sein, durch die das Material durch Luft- der Durchführung dieser Aufsprühvorgänge wird überdruck geblasen wird. Die Düsen werden durch 50 durch die Zählvorrichtung in der Steuervorrichtung 54 eine Steuervorrichtung betätigt, die als Block 54 an- das Ende des Aufsprühvorganges aufgezeigt. Der gedeutet ist. Die Steuervorrichtung 54 ist in herkömm- Träger 22 mit vier Beschichtung 56 aus Zinnoxid wird licher Art aufgebaut, so daß sie nicht im einzelnen nun aus der Heizvorrichtung 42 entnommen, und ein beschrieben werden muß. Die Steuervorrichtung 54 neuer Träger 22 wird in diese eingeset.it. Durch das enthält Spulen zur Steuerung der Ventile 50 und 52 55 impulsweise Aufsprühen wird das Druck-Abbrenn- und eine Zeitgabevorrichtung zur Erzeugung von Zeit- Verhältnis des Druckkopfelementes 20 weiterhin weintervallen, während deren die Sprühdüsen Material sentlich verbessert.

auf den Träger 22 aufbringen. In den Zwischeninter- Es wurde festgestellt, daß die Widerstandsmaterial-

yalJen werden die Düsen geschlossen. Durch Zählmittel schicht 56 eine Dicke von mindestens 4000 Ä haben

wird die Anzahl der Zeitintervalle gezählt, während 60 sollte. Eine zu große Dicke verringert jedoch die Haft-

deren Material auf den Träger 22 aufgesprüht wurde. fähigkeit zwischen der Schicht und dem Träger-

Das Widerstandsmaterial wird auf den Träger 22 material. Deshalb sollte die obere Schichtdicke bei

nach einer Technik aufgetragen, die aus F i g. 3 her- 8000 Ä liefen.

vorgeht. Wenn als Widerstandsmaterial Zinnoxid ver- Die Erzeugung der Widerstandselemente 62 aus der

wendet wird, wird die Heizvorrichtung 42 auf eine 65 Schicht 56 ist aus F i g. 5 zu ersehen. Zur Erzeugung

Temperatur von O)O⁰C erwärmt. Der Träger 22 wird der Widerstandselemente 62 wird eine geschlitzte,

in der Heizvorrichtung 42 so angeordnet, daß der Teil, U-förmige, fotogeätzte Maske 64 verwendet (z. B. aus

der die Rillen 34 enthält, außerhalb der Heizvorrich- einem Metall, wie Messine). die am Ende des Tracers

22 auf die Schicht 56 aufgesetzt wird. Durch eine Düse 66 wird die Schicht 56 entsprechend den Schlitzen 68 der Maske 64 abgetragen. Dadurch entstehen die Widerstandselemente 62. Die Schlitze der Maske 64 sind etwa 0,051 mm bis 0,076 mm breit. Die Düse 66 wird entlang des Trägers 22 von der Seitenfläche 24 über die Rillen 34 zur Seitenfläche 26 und wieder zurück zur Seitenfläche 24 geführt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Material der Schicht unter den Maskenöffnungen abgetragen ist. Nach der Abtragung dieser Bereiche verbleiben die einzelnen Widerstandselemente 62 auf dem Träger übrig, wie aus F i g. 6 zu ersehen ist. Ein Vorteil dieser Abtragmethode gegenüber den bekannten Abtragsarten mit Hilfe von Diamanten besteht darin, daß das Material zwischen benachbarten Widerstandselementen 62 als Wärmesenke wirkt. Die Enden 70 der Widerstandselemente 62 sind relativ lang, damit das Anbringen der Leiterschichten auf diesen erleichtert wird. Bei einer Herstellung der einzelnen Widerstandselemente durch Sägen liegt die Tiefe des Schnittes zwischen 0,127 und 0,203 mm. Der minimale Abstand zwischen zwei Widerstandselementen liegt bei einem Sägeschnitt bei 0,127 mm. Bei der vorangehend beschriebenen Abtragsmethode kann der Abstand auf 0,051 bis 0,076 mm verringert werden. Durch den geringeren Abstand zwischen den Widerstandselementen wird das Leistungsverhältnis wesentlich verbessert. Ebenso wird durch die Verringerung des Abstands zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen die Zeichenqualität wesentlich verbessert.

Die Anschlußleiter können mit den Enden 70 der Widerstandselemente 62 verbunden werden. Wie aus F i g. 7 hervorgeht, werden Leiterstreifen 72 mit ihren Enden 60 auf die Enden 70 der Widerstandselemente 62 aufgebracht. Die Anschlußleiter 72 werden auf der Seitenfläche 24 und die Anschlußleiter 74 auf der Seitenfläche 26 angeordnet. Die Streifen 76 werden am besten auf der Außenseite der Widerstandselemente 62 aufgebracht, damit sie nicht in der Ebene liegen, die mit dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger in Kontakt gebracht wird. Sie werden vorzugsweise mit einem Abstand von 0,76 mm unterhalb angebracht.

In F i g. 8 sind zwei der in F i g. 7 dargestellten Druckkopfelemente 20 durch eine Isolierplatte 78 voneinander getrennt. Durch Zusammenfügen mehrerer dieser Druckkopfelemente 20 kann ein Thermodruckkopf gebildet werden, der eine matrixförmige Wirkungsfläche besitzt. Die Widerstandselemente 62 dieser Druckkopfelemente 20 liegen in einer Ebene, so daß sie in Wirkbeziehung mit einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger gebracht werden können. Die Elemente 20 und die Isolierschichten 78 können mit herkömmlichen Mitteln miteinander verbunden werden, wodurch ein kompletter Thermodruckkopf 80 entsteht, der in F i g. 9 dargestellt ist.

Wie bereits erwähnt, werden die Rillen 34 auf dem Träger 22 (F i g. 2) mit Hilfe einer in F i g. 10 und 11 dargestellten Schleifvorrichtung 36 erzeugt. Die Vorrichtung 36 weist eine geläppte Fläche 82 auf einer Scheibe 84 auf. Die Scheibe 84 ist rotierbar in Kugellagern 86 und 88 in einem Gehäuse 90 angeordnet. Die Scheibe 84 wird durch einen Motor 92 in eine rotierende Bewegung versetzt. Sie besitzt Schleifpapiei 94, 0,076 mm dick, auf der Fläche 82. Der zu bearbeitende Träger 22 wird fest mit einer Wand 9( eines schwenkbaren Halters 98 verbunden. Die zi bearbeitende Fläche 28 des Trägers 22 wird mit den Schleifpapier 94 in Berührung gebracht. Der schwenk bare Halter 98 weist eine Vielzahl von Kanälen 10( auf (in F ig. 10 ist nur einer dargestellt), die mit niclr gezeigten Öffnungen in der Wand 96 übereinstimmen

ίο Jn diesen sind die entsprechenden öffnungen vor flexiblen Schläuchen 102 (nur einer ist in F i g. 10 dar gestellt) verbunden, die wiederum mit einer herkömmlichen Vakuumvoi richtung 104 verbunden sind. Diese kann wahlweise eingeschaltet werden. In der dargestellten Vorrichtung kann ein Träger 22 lösbar mil der Wand 96 verbunden werden. Die Wand 96 an derr schwenkbaren Halter 98 ist senkrecht zu der Oberfläche 82 der Scheibe 84 in einer bestimmten Positior angeordnet und, wie bei 106 dargestellt, um einen

ao Winkel von 90° verschwenkbar. In der ersten Position steht die Wand 96 senkrecht zu der Oberfläche 82 der Scheibe 84 und in der zweiten Position parallel zt dieser. Um diese Schwenkung durchführen zu können ist der Halter 98 an eine Platte 108 entsprechend angeflanscht, die mit dem Gehäuse 90 über Befestigungsmittel 110 verbunden ist. Der schwenkbare Halter 98 weist einen Handgriff 112 auf, mit dem er und der Träger 22 über einen Winkel von 90° zwischen zwe Endpositionen verschwenkt werden können. Dei schwenkbare Halter 98 ist so angeordnet, daß der Mittelpunkt des Trägers 22 (wenn er mit der Wand 96 verbunden ist) entlang einer radialen Linie in bezug auf die Scheibe 84 zu liegen kommt. Der schwenkbare Halter 98 ist vom Mittelpunkt der Scheibe 84 in Richtung auf den Umfang derselben versetzt angeordnet wie aus F i g. 10 ersichtlich. Wenn ein Träger 22 sicher mit der Wand 96 des schwenkbaren Halters 98 verbunden ist, wird dieser um 90° verschwenkt. Dadurch wird die erste oder zweite Kante (30 oder 32) bearbeitet. Der schwenkbare Halter 98 wird dann in die Ausgangsposition, die in Fig. 10 dargestellt ist zui ückbewegt und der Träger 22 von der Wand 96 entfernt. Der Träger 22 wird umgedreht und wieder an der Wand 96 befestigt, so daß die noch verbleibende gemeinsame Kante (30 oder 32) bearbeitet werden kann. Durch diesen Bearbeitungsvorgang werden die in F i g. 2 dargestellten Rillen 34 erzeugt. Der durch Abschleifen der Kanten 30 und 32 entstehende Krümmungsradius 38 und 40 (F i g. 2) kann genauer eingehalten werden, als dies bei einer Bearbeitung von Hand möglich wäre. Dadurch wird die Lebensdauer eines aus den Druckkopfelementen 20 hergestellten Thermodruckkopfes (F i g. 8 und 9) wesentlich verlängert, da der Aufzeichnungsträger, wenn er in Wirkbeziehung mit dem Druckkopf gebracht wird, keinen Abrieb an den Widerstandselementen 62 hervorrufen kann, der deren Kontinuität zerstören würde. Wenn die Kanten 30 und 32 nicht abgerundet wären, würde ein fortlaufender Abriebvorgang zwischen dem Auf-So zeichnungsträger und diesen Kanten auftreten, wodurch deren Lebensdauer durch Zerstörung an bestimmten Stellen wesentlich verkürzt würde, so daß nach einer relativ kurzen Verwendung ein Thermodruckkopf unbrauchbar würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3663

Claims

Patentansprüche:

1. Thermodruckkopf aus einem oder mehreren nichtleitenden Trägern, auf deren druckseitiger Oberfläche jeweils zwischen Anschlußleitungen voneinander isolierte, selektiv ansteuerbare elektrische Widerstandselemente angeordnet sind, die durch Stromzufluß aufheizbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägeroberfläche (28) mit parallel zueinander in Stromdurchflußrichtung verlaufenden Rillen (34) versehen ist, wobei sich jedes Widerstandselement (62) über mehrere Rillen erstreckt.

2. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (62) über zwei zueinander parallele, an die Oberfläche (28) angrenzende, mit den Anschlußleitungen (72, 74) versehene Seitenflächen (24, 26) greifen.

3. Thermodruckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeicnaet, daß der Träger (22) zwischen der Oberfläche (28) und den Seitenflächen (24, 26) abgerundet ist und daß sich die Rillen (34) mindestens auch über Teile der Seitenflächen (24, 26) erstrecken.

4. Thermodruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (62) aus einem großen Anteil Zinnoxid und einem kleinen Anteil Boroxid bestehen.

5. Thermodruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadu. .h gekennzeichnet, daß die Rillen (34) eine Tiefe zwischen 3 und 15 μίτι aufweisen.

6. Thermodruckkopi nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, laß die Widerstandselemente (62) eine Stärke zwischen 4000 und 8000 Angström aufweisen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (34) durch Schleifen des Trägers (22) an einer ein Schleifmittel (94) tragenden Fläche (82) hergestellt werden.

8. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bzw. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial (56) für die Widerstandselemente (62) auf den Träger (22) in mehreren Aufsprühintervallen aufgebracht wird, während ein Teil des Trägers in einer Heizvorrichtung (44, 46, 48) erwärmt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bzw. dem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial (56) für die Widerstandselemente (62) von einer schlitzförmigen Maske (64) überdeckt wird und daß durch ein Sprühverfahren aus dem Widerstandsmaterial (56) die separaten Widerstandselemente (62) erzeugt werden.