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Thermo-DruckkopS Die Erfindung betrifft einen Thermo-Druckkopf, der
eine Anzahl elektrisch ansteuerbarerMiniatur-Heizelemente enthält, die in Beziehung
mit einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger gebracht werden und bei entsprechender
Erregung auf diesem visuell erkennbare Kontraste, insbesondere Schriftzeichen und
Symbole, verursachen, Ein solcher Druckkopf ist das Kernstück informationsgesteuerter
Thermodrucker, die infolge ihrer relativ hohen Druckgeschwindigkeit, ihrer Geräuscharmut
sowie ihrer Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit beste Voraussetzungen haben,
sich ein breites Anwendungsgebiet in der elektronischen Datenverarbeitung, in der
Meßwerterfassung und in der Büromaschinen- sowie Fernschreibtechnik zu verschaffen.
Thermo-Druckköpfe für wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial sind bereits bekannt.
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Allen diesen Ausführungen ist die Eigenschaft gemeinsam, daß in jedem
Einzelelement auf kleinem Raum und unter Beteiligung möglichst kleiner
Wärmekapazität
eine relativ große elektrische Leistung in Joulesche Wärme umgesetzt und diese auf
den wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger übertragen wird. Eine der bekannten Ausführungen
sieht eine isolierte Aufteilung paarig angeordneter plattenförmiger Körper aus elektrisch
und wärmetechnisch gut leitendem Material vor, Jedes Plattenpaar wird durch einen
dünnen, kurzen bandförmigen leiter überbrückt, der vorzugsweise aus einem Widerstandsmaterial
besteht, Diese Brücke kann durch ein freitragendes Band oder bei ausgefülltem Zwischenraum
durch eine aufgedampfte ebenso bandförniig begrenzte Widerstandsschicht gebildet
werden. Bei einer anderen Lösung wird von einem Trägerkörper in orm einer dünnen
Platte ausgegangen, die aus einem wärmefesten Isolier-oder Halbleitermaterial besteht
und auf deren schmaler Stirnfläche die Heizelemente als voneinander abgegrenzte
Schichtbezirke aus einem Widerstandsmaterial aufgereiht sind. Diese Widerstandselemente
sind beiderseitig mit Anschlußleitern verbunden, die parallel zu den beiden Seite
flächen der Platte geführt sind. Dabei können die Anschlußleiter auf einer Seite
einer gemeinsamen Stromrückführung zusammengefaßt sein.
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Durch isolierte Zusammenlagerung mehrerer solcher Grundeinheiten erhalt
man schließlich einen
Matrixverband von Heizelementen, wobei natürlich
für rasterzeilen- und rasterspaltenweisen Druck auch eine Grundeinheit allein betrieben
werden kann.
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Die Widerstands elemente und Leiterzüge werden durch auf einen elektrisch
isolierenden Trägerkörper aufgebrachte dünne Schichten oder durch örtliches Eindiffundieren
geeigneter Stoffe in ein Halbleitermaterial gebildet. Diese Lösung wird noch auf
Druckkopfstrukturen erweitert, bei denen elektrische Leiter in geordneter eise in
ein isolierendes, wärmefestes Trägermedium eingebettet sind. lurch Planschleifen
einer Seite senkrecht zum Verlauf der leiter entsteht eine Fläche, auf der, je nach
vorhergesehener Konzeption, ein oder mehrere parallele Streifen eines Widerstandsmaterials
so aufgebracht werden, daß die auf einer Geraden liegenden in der Fläche erscheinenden
Leiterenden mit diesen Streifen elektrisch leitend verbunden werden. Zwei benachbarte
leiter bilden dann mit dem dazwischenliegenden Teilstück des Widerstandsstreifens
jeweils ein Heizelement.
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Die Nachteile der bekannten Ausführungen bestehen einmal darin, daß
die Konturen der gedruckten Zeichen den typischen Charakter der Mosaikschrift tragen,
der durch einen mit bloßem Auge gut wahrnehmbaren Konstrastwechsel im Linienzug
der Zeichen
gekennzeichnet ist, und daß zum ander-en bei den in
Dünnschichttechnik oder Halbleitertechnologie hergestellten Thermo-Druckköpfen ein
relativ großer Aufwand an hochwertigen Werkstoffen, technologischen Ausrüstungen
und Erfahrungen zur Herstellung der Druckköpfe erforderlich ist.
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Zweck der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Thermo-Druckkopfes,
mit dem sich gut erkennbare Schriftzeichen, Symbole und dergleichen darstellen lassen
und der gleichzeitig einen einfachen Aufbau besitzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Druckkopf so auszubilden,
daß die mit ihm dargestellten Schriftzeichen, Symbole und dergleichen eine größere
Kontinuität in ihrem Linienzug durch Abbau der Kontrastwechsel des für Mosaikdruck
typischen Zeichenbildes aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Thermo-Druckkopf, der eine
oder mehrere Grundeinheiten enthält und bei dem die Grundeinheit aus einer elektrisch
isolierenden dünnen Trägerplatte besteht, auf deren einerSti.rnfläche Widerstandselemente
angeordnet sind, dadurch gelbst, daß jeweils zwei oder mehrere elektrisch in Reihe
geschaltete
Widerstandselemente für die Erzeugung eines Rasterpunktes vorgesehen sinde Die auf
der Stirnfläche der Trägerplatte angeordneten Widerstandselemente, die Stromzuführungen
und eine Brücke bzw. Brücken der zusammengehörigen Teilelemente bestehen aus einem
dünnen YWiderstandsband oder Widerstandsdraht. Die Stromzuführungen und die Brücke
bzw. Brücken der zusammengehörigen Teil elemente sind mit einem gut leitenden Material
überzogen. Die Grundeinheiten können dabei auch in Dünnschicht-, Dickfilm- oder
Halbleitertectmik ausgeführt sein. Zur Verbesserung der Wärmeableitung sind die
Stromzuführungen mit Platten in guten \Värmekontakt gebracht, die sich auf beiden
Seiten der Trägerplatte über sämtliche Band- oder Brahtabschnitte hinweg erstrecken.
Zur Erzielung eines Abriebschutzes der Widerstandselemente stehen die beiderseitig
der Trägerplatte angeordneten Platten so weit über die Stirnfläche der Trägerplatte
in Richtung der Widerstandselemente hinaus, daß sie in der Berührungsebene der Widerstandselemente
mit dem Aufzeichnungsträger liegen. Dabei bestehen die seitlich angeordneten Platten
aus einem abriebfesten Material. Bei einer Ausführungsart ohne seitlich angeordnete
Platten besteht der Abriebschutz aus einer abriebfesten Zementierung oder einem
Glasurüberzug, in die die Widerstandselemente samt einem Teilstück ihrer
Stromzuführungen
eingebettet sind und die an der Druckfläche so weit abgeschliffen wird, daß die
VJiderstandselemente gerade sichtbar werden. Die Zementierung besteht z. B. aus
einer aushärtbaren keramischen Masse, aus mit geeigneten Süllstoffen versehenem
Kunstharz oder einer emailähnlichen Glasurschmelze.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß bei einer
einfachen ausführung des Thermo-Druckkopfes gegenüber den bekannten Druckköpfen
eine bessere Zeichnung der Schriftzeichen, Symbole und dergleichen erreicht und
gleichzeitig durch Anwendung eines Abriebschutzes die Lebensdauer des Druckkopfes
verlängert wird.
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Die Erfindung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen naher
erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: die Seitenansicht einer
in Bandtechnik ausgeftilirten Grundeinheit eines Thermo-Druckkopfes für 7 x 2 Heizelemente;
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht zweier in Reihe geschalteter Teilelemente einer
Grundeinheit nach Fig. 1; Fig. 3: die Ansicht der Stirnfläche des Thermo-Druckkopfes
nach Fig. 1; Fig. 4: ein mit dem Thermo-Druckkopf im 5 x 14 Pseudoraster dargestelltes
Druckzeichen;
Fig. 5: einen Schnitt durch einen Thermo-Druckkopf
mit in einer Reihe angeordneten Widerstandselementen und seitlichen Wärmeableitplatten;
Fig. 6: einen Schnitt durch einen Thermo-Druckkopf mit seitlich angeordneten Wärmeableitplatten,
die gleichzeitig zur Verhinderung des Abriebs an der Druckfläche dienen, und i.
7: die Seitenansicht einer Grundeinheit des Thermo-Druckkopfes mit einer Zementierung
als Abriebschutz und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit.
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Die Grundeinheit des Thermo-Druckkopfes nach Fig. 1 bis 3 ist durch
die vorzugsweise aus Glas, Keramik oder einem wärmefesten kunststoff bestehende
Trägerplatte 1 und das Widerstandselemente-Paar 2 und 3 gekennzeichnet. Die Dicke
der Tr£gerplatte 1 entspricht etwa der zu erwartenden Größe eines Druckpunktes.
nird die Grundeinheit nicht als @estandteil einer Heizelemente-Matrix verwendet,
kann die Tr@gerplatte auch dicker ausgebildet sein, wenn ie die Widerstandselemente
2 und 3 tragende Stirnfläche einen beiderseitigen Fasenanschliff erhält. @it letzterem
wird garantiert, daß die
mit dem Aufzeichnungsträger in Berührung
befindlichen Widerstandselementelängen den Druckpunktabmessungen entsprechen. Um
die Trägerplatte 1 sind sieben Doppelwindungen aus einem dünnen Widerstandsband
oder -draht gelegt. Die parallel an den Seitenflächen der Trägerplatte 1 liegenden
Band-oder Drahtabschnitte einschließlich der freien Enden 4 und 5 sowie die Brücke
6 zwischen der ersten und der zweiten Windung sind mit einer gut leitenden Metallschicht,
die vorzugsweise durch Galvanisieren hergestellt wird, überzogen. Die an der Stirnfläche
der Trägerplatte 1 anliegenden Abschnitte der Widerstandsbahnen bleiben frei und
bilden die Widerstandselemente 2 und 3, Die freien Enden 4 und 5 stellen die Anschlüsse
dar, wobei sämtliche auf einer Seite liegenden Anschlüsse mit einem gemeinsamen
Rückleiter 7 verbunden sind. Mit dieser Ausbildung wird erreicht, daß jeder der
bisher von einem Punkt dargestellte Zeichenabschnitt in zwei Teile zerlegt wird,
die elektrisch gesehen in Reihe geschaltet sind und somit gleichzeitig erregt werden.
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Obwohl die Zahl der Anschlüsse gegenüber den bekannten Ausführungen
gleich bleibt, wird eine indirekte Verfeinerung des Rasters erzielt, indem sich
jeder Druckpunkt aus mehreren Teilflächen zusammensetzt, die zum Beispiel bei üblicher
Schriftgröße
schon unter der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges liegen. Mit der AuSspaltung
jedes Ileizelementes in Teilelemente können Bänder bzw.
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Drähte kleinerer Querschnitte eingesetzt werden und so bei etwa gleichbleibender
thermischer Zeitkonstante der Stronbedarf verringert werden. Außerdem wird dadurch,
daß die Heizelemente an der Stirnfläche nur anliegen, beispielsweise im Vergleich
zu aufgedampften Heizelementen, ein relativ schlechter Wärmeübergang zur Trägerplatte
erzielt, was sich vorteilhaft auf Energiebedarf und zeitliches Verhalten der Heizelemente
auswirkt. Fig. 4 zeigt, wie sich die Pseudoverfeinerung des Rasters und die dichte
Pneinanderreihung der Heizelemente auf die Gesamtdarstellung eines Zeichens auswirkt.
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Neben einer möglichst kleinen Wärmekapazität und einem möglichst kleinen
Wärmewiderstand der Widerstandselemente 2; 3 an der Druckfläche ist es für das gewünschte
zeitliche Verhalten der iJiderstandselemente wichtig, die Temperatur der Zuleitungen
an den Übergangsstellen zu den eigentlichen Heizleitern möglichst niedrig und konstant
zu halten. Das wird, wie Fig. 5 zeigt, zum Beispiel dadurch erreicht, daß beiderseits
der Grundkörper 1 die Zuleitungen mit elektrisch isolierenden Platten 8, die aus
einem Material mit gutem \iärmeeindringungsvermögen
bestehen,
in guten Wärmekontakt gebracht werden Hierfür ist zum Beispiel Aluminium vorgesehen,
das durch einen anodisch oxydierten bberzug eine gut wärmeleitende, dünne und gleichmäßige
Isolierschicht erhält. Um den Druckkopf an der Druckfläche 9 vor Abrieb zu schützen,
werden die Platten 8 (Fig. 6) so weit über die Tr'-£i£erplatte 1 vorgezogen, daß
sie mit den Widerstandselementen 2; 3 eine Fläche bilden. Die gesamte Anordnung
wird an der Druckfläche noch so weit überschliffen, bis ein geringer Teil der Widerstandselemente
abgetragen ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in Fig. 7 gezeigt. Die Trägerplatte
1 ist mit sieben Doppel-Widerstandselementen 1 und 2 aus Runddraht bewickelt. Der
unte@ re Bereich des Druckkopfes ist mit einer Zementierung 10 versehen. Hierfür
lassen sich zum Beispiel Kittmassen auf der Basis von Wasserglas und Quarzmehl verwenden,
die dickflüssig aufgetragen werden. Nach der Aushärtung der Kittmasse wird die Druckfläche
9 so weit abgeschliffen, bis etwa 20 % des Durchmessers der Widerstandselemente
abgetragen worden sind. Mit dieser Maßnahme sind einerseits die Widerstandselemente
auf der Trgerplatte festgeleg-t, während andererseits Widerstandselemente 1; 2 und
die harte Zementierung 10 ein gleiches Niveau aufweisen, wodurch die Abriebfestigkeit
ebenfalls wesentlich erhöht wird.