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ELEKTRISCHE WIDERSTANDSANORDNUNG AUS MEHREREN WIDERSTANDS-ELEMENTEN
Die Erfindung betrifft eine elektrische Widerstandsanordnung aus mehreren Widerstandselementen,
die einer Ionenquelle ausgesetzt sind, von der Ionen in Richtung der Widerstandselemente
wandern, und insbesondere eine als Thermodruckkopf verwendete Widerstandsanordnung
auf einer Trägerschicht gemäß der Patentanmeldung P 18 00 022.1-27.
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Die einzelnen Widerstandselemente eines Thermodruckkopfes werden
bekannterweise gemäß ein auf einenathermoempfindlichen Aufzeichnungsträger zu erzeugenden
Zeichen mit einem Strom beaufschlagt, der eine Erwärmung der angesteuerten Widerstandselemente
verursacht. Wenn Widerstandselemente, insbesondere Heizwiderstände, in der Nähe
einer Ionenquelle betrieben werden, tritt eine Ionenwanderung infolge der an den
Widerständen auftretenden elektrischen Spannungen auf. Diese Ionen durchsetzen die
Widerstandselemente, wodurch deren Lebensdauer wesentlich verkürzt wird.
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Der vorangehend beschriebene Effekt kann praktisch überall da auftreten,
wo spannungsbeaufschlagte elektrische Widerstände in der Nähe einer Ionenquelle
betrieben werden.
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In der Hauptpatentanmeldung wird ein Thermodruckkopf beschrieben,
der aus einzelnen Widerstandselementen besteht, die auf einem nicht leitenden Trägersubstrat
abgelagert sind. Die Widerstandselemente
werden gemäß den auf einen
thermoempfindlichen Aufzeichnungsträger aufzuzeichnenden Daten jeweils in einer
bestimmten Konfiguration erregt. Durch die infolge der Erregung in den Widerstandselementen
auftretende Wärme werden auf dem thermoempfindlichen Aufzeichnungsträger, der mit
dem Thermodruckkopf in Anlage gebracht wird, mosaikförmige Informationen aufgezeichnet.
Besonders während des Aufzeichnungsvorganges durcn werden in dem Aufzeichnungsträger
Ionen frei, die über die me 6 aförmigen Erhebungen über den Widerstandselementen
zu diesen hinwandern. Durch diese Ionen wird die Lebensdauer der Widerstandselemente
wesentlich verkürzt. Es ist Aufgabe der Erfindung eine Widerstandsanordnung aufzuzeigen,
die eine wesentlich längere Lebensdauer als die bekannten Widerstandsanordnungen
besitzt.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ionenquelle
und den Widerstandselementen eine als Ionenbarriere wirkende Schicht angeordnet
ist.
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Versuche haben gezeigt, daß ein Thermodruckkopf ohne die erfindungsgemäße
Ionenbarriere nach 5 Millionen Druckoperationen unbrauchbar wird, da die Heizwerte
der Widerstandselemente eine Veränderung von etwa plus 25% aufweisen. Es ist anzunehmen,
daß die Widerstandsänderung durch Natriumionen hervorgerufen wird, die von dem wärmeempfindlichen
Aufzeichnungsträger in Richtung der negativen Enden der Widerstandselemente WiderstaMseleiente
wandern und dadurch die Lebensdauer dieserVverkürzen.
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Ein erfindungsgemäß aufgebauter Thermodruckkopf, der eine als lonenbarriere
wirkende Schicht besitzt, weist nach 15 Millionen Druckoperationen noch keine wesentliche
Veränderung auf. Die Heizwertänderung liegt unter 2%.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand von
Zeichnungen im einzelnen beschrieben:- In diesen zeigt
Fig. 1 eine
perspektivische Ansicht eines nach der Erfindung aufgebauten Thermodruckkopfes mit
teilweise freigelegten Widerstandselementen; Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der
Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 eine Draufsicht auf den Thermodruckkopf gemäß Fig. 1,
und Fig. 4 eine Schnittansicht entlang den Linien 4-4 in Fig. 3.
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil einer als
Druckkopf aufgebauten Widerstandsanordnung 10. Die Widerstandselemente sind zu Gruppen
12 zusammengefaßt und bilden die Widerstandsmatrix für einen Thermodruckkopf. Die
Oberfläche 14 der Widerstandsanordnung 10 wird mit einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger
11 (Fig. 2) zur Durchführung einer Druckoperation in Berührung gebracht. Bestimmte
Gruppen 12 der Widerstandselemente werden erregt, wodurch auf dem wärmeempfindlichen
Papier 11 ein gewünschtes Informationszeichen erzeugt wird. 25 Gruppen 12 aus Widerstandselementen
sind zu einer 5x5 Matrix zusammengefaßt, wie aus Fig. 3 ersichtlich.
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Aus den Fig. 1 bis 4 ist der allgemeine Aufbau der Widerstandsanordnung
10 nach herkömmlichen Techniken ersichtlich.
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Die Widerstandsanordnung 10 befindet sich auf einer Trägerplatte 16
(z.B. Glas), auf der eine Tantaloxydschicht 18 abgelagert ist.
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Die Anordnung besteht aus einer ersten Tantalschicht, einer Goldschicht
und einer zweiten Tantalschicht, die über der Schicht 18 abgelagert ist. Mit Hilfe
von Masken werden durch Ätzverfahren die Widerstandselemente 20, 22 und 24, die
aus der ersten Tantalschicht gebildet werden, für jede Gruppe 12 ~~~~~ enfitehen
e eno erzeugt./Trägerelemente 26, 28, 30, 32 und 34/aus der ersten Tantalschicht.
Diese Trägerelemente und die Trägerleiter 26a, 28a, 30a, 32a und 34a (die aus der
Goldschicht erzeugt werden) mit verbinden die Widerstandselemente untereinander
und/7iner nicht gezeigten Spannungsquelle.
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Das Verbindungsmuster, das die verschiedenen Widerstandselemente miteinander
verbindet ist am Besten in Fig. 1 und 3 dargestellt.
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Ein Ende 36 der Goldschicht 26a ist mit einem Ende des Widerstandselementes
24 elektrisch verbunden. Das andere Ende des Widerstandselementes 24 ist über einen
aus Gold bestehenden Leiter 38 mit einem Ende des Widerstandselementes 22 verbunden.
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Ein aus Gold bestehender Leiterstreifen 40 verbindet das zweite Ende
des Widerstandselementes 22 mit dem ersten Ende des Widerstandselementes 20. Das
zweite Ende des Widerstandselementes 20 ist mit einem aus Gold bestehenden Leiter
40 verbunden, der auf dem Tantalleiter 44 angeordnet ist. Der Leiter 44 ist die
verjüngte Weiterführung der das Widerstandselement 20 bildenden Tantalschicht. Die
Widerstandselemente 20, 22 und 24 einer jeden Gruppe 12 sind voneinander beabstandet
und verlaufen räumlich parallel zueinander. Elektrisch sind sie in Serie geschaltet.
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Die Goldleiterschicht 26a kann mit einer negativen Spannungsquelle
und die Goldleiterschicht 42 mit einer positiven Spannungquelle über herkömmliche
nicht gezeigte Schalter verbunden werden. Durch diese Schalter können die einzelnen
Gruppen 12 wahlweise erregt werden. Das durch diese Erregung entstehende Wärmemuster
bewirkt auf dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger die Entstehung eines bestimmten
Informationszeichen. Die an die einzelnen Leitungen angelegten Spannungen hängen
von der Art der Spannungsversorgung ab, die für die Widerstandsanordnung 10 zur
Verfügung steht.
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Die Leitungsverbindungen, die für eine Gruppe 12 aus Widerstandselementen
beschrieben wurden, sind prinzipiell für alle anderen Gruppen 12 in gleicher Weise
vorgesehen. Die Gruppen 12 sind in horizontaler Richtung (Fig. 3) gegeneinander
versetzt, um die Herstellung der Verbindungsmuster zu erleichtern. Auf jeder der
Goldschichten 26a, 28a, 30a, 32a und 34a ist eine dünne Schicht 46 aus Tantal abgelagert,
wie aus Fig. 2 ersichtlich.
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Auf die Verbindungsstreifen 38 und 40 (Fig. 1) aus Gold ist ein dünner
Träger 48 abgelagert, der die Aufbringung einer Schutzschicht 50 aus Glas auf ihnen
ermöglicht. Die Glasschicht 50 schützt die verschiedenen Widerstandselemente 20,
22 und 24 der Gruppen 12.
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Gemäß der Erfindung wird die Ionenbarriere zwischen der Ionenquelle,
d.h. dem wärmeempfindlichen Papier und den zu schützenden Widerstandselementen angeordnet.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die frühzeitige Zerstörung der Widerstandselemente
durch die auf der Glasschicht 50 abgelagerte Schicht 52 verhindert. Da die Oberfläche
14 des Thermodruckkopfes während der Druckoperation mit dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger
11 in Berührung steht, würden die Ionen von dem Aufzeichnungsträger 11 über die
einzelnen Schichten zu den Widerstandselementen gelangen, wenn die Schutzschicht
52 nicht vorgesehen wäre. Die Schutzschicht 52 besteht aus einem elektrisch leitenden
Material.
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Die als lonenbarriere wirkende Schicht 52 (Fig. 1, 2 und 4) kann
aus verschiedenen leitfähigen Schichten und aus Halbleiterschichten durch geeignete
bekannte Techniken erzeugt werden. Die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verwendete
Schicht 52 besteht aus Chrom und wurde durch ein Vakuumablagerungsverfahren auf
der Glasschicht 50 erzeugt. Die Dicke der Schicht 52 liegt zwischen 500 und 2000
R. Das als Ionenbarriere verwendete Material sollte gut auf der Glasschicht 50 haften,
die dick genug sein muß, um der Spannung zwischen der Schicht 52 und den Schichten
26a, 38, 40 und den Widerstandselementen der Gruppe 12 zu widerstehen. Die Schicht
52 kann mit einer positiven oder negativen Spannung in Bezug auf die Spannung an
den Widerstandselementen 20, 22 und 24 beaufschlagt werden. Es ist vorteilhaft,
die Schicht 52 elektrisch zu irlieren. Die in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellte als
Ionenbarriere
wirkende Schicht 52 erstreckt sich gleichmäßig über
die gesamte Widerstandsanordnung 10. In einigen Fällen kann es auch wünschenswert
und vorteilhaft seih, für die einzelnen Gruppen 12 separate Schutzschichten (nicht
gezeigt) vorzusehen. Eine für jede Widerstandsgruppe separat angeordnete Schutzschicht
ähnlich der Schutzschicht 52 ermöglicht es, daß an die Schutzschicht die gleiche
Spannung oder der gleiche Strom angelegt werden kann, die zur Erregung der zugeordneten
Widerstandselemente der einzelnen Gruppen 12 verwendet wird.
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Wenn die Widerstandsanordnung 10 in Fig. 1 in einer Thermodruckvorrichtung
verwendet wird, in deren Umgebung Ionenquellen vorhanden sind, werden die positiven
Natriumionen von dem als Ionenquelle wirkenden wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger
gleichmäßig über die Oberfläche 54 (Fig. 2) der Schutzschicht 52 verteilt und können
nicht in die negativen Enden der Widerstandselemente 20, 22, und 24 eintreten, in
denen sie eine frühzeitige Zerstörung bewirken würden. Ohne Schutzschicht 52 würden
die positiven Ionen die Glasschicht 50 durchwandern und unter der Wirkung der an
den Widerstandselementen anliegenden elektrischen Spannungen entlang diesen Elementen
und über die Verbindungsleitungen der Widerstandselemente bis zu den negativen Enden
derselben gelangen und an diesen einen frühzeitigen Schaden hervorrufen. Die Verwendung
einer Glasschicht 56 auf der Schutzschicht 52 schützt letztere vor Abrieb und Deformierung.
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Außer dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel läßt sich
die Erfindung auch auf eine Vielzahl anderer Anwendungsfälle übertragen. Der als
Beispiel beschriebene Thermodruckkopf besitzt Widerstandselemente, die eine Stärke
von etwa 600 2 aufweisen und die durch die Goldschichten 26a, 28.a usw. angesteuert
werden, die etwa 2000 2 dick sind. Es ist nicht notwendig, über den Widerstandselementen
einer jeden Gruppe 12 (Fig. 1 und 2) Vertiefungen oder Hohlräume 58 vorzusehen.
Falls flache Vertiefungen vorgesehen sind, haben diese bei einer Verwendung der
Widerstandsanordnung als Thermodruckkopf in der Nähe einer Ionenquelle keinen sichtbaren
Effekt in Bezug auf die Druckoperation im erfindungsgemäßen Sinn.