DE2204509C3

DE2204509C3 - Aufzeichnungsträger für Registriergeräte

Info

Publication number: DE2204509C3
Application number: DE2204509A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1981-12-03
Also published as: IT971918B; DE2204509A1; JPS4885255A; GB1410424A; DE2204509B2; FR2163199A5; US3831179A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen für Registriergeräte bestimmten Aufzeichnungsträger mit einem Isolierstoffband als tragender Schicht und einer im wesentlichen aus Aluminium bestehenden Deckschicht.

Bei den bekannten Aufzeichnungsträgern dieser Art erfolgt der Registriervorgang so, daß der über die Schreibspitze fließende Strom die Metallschicht aufgrund der erzeugten Jouleschen Wärme anschmilzt. Die Schicht lauf; zusammen, der elektrische Kontakt reißt ab, und es entsteht ein Lichtbogen. Dieser brennt die Schicht bis zu einem gewissen Umkreis aus und verlöscht dann. Dieser Vorgang wiederholt sich, wenn durch Papier- oder Nadelvorschub .;in neuer Kontakt hergestellt wird. Die Schreibspur entsteht somit durch eine Folge diskreter Ausbrände.

Bei diesen Registrierschichten wird die gesamte für das Ausbrennen des Aluminiums notwendige Energie über den Lichtbogen zugeführt. Im gesamten Bereich den Lichtbogenplasmas entstehen sehr hohe Temperaturen. Das führt dazu, daß Schichtmaterial verdampft und im Plasma ionisiert wird. Durch Konvektion und unter dem Einfluß des elektrischen Feldes erfolgt ein Materialtransport, so daß sich an der Schreibspitze Ablagerungen von Aluminiumoxid bilden. Diese Ablagerungen führen zu Unterbrechungen des Stromflusses und damit der Schreibspur. Es sind daher hohe Schreibspannungen und Nadelauflagedrücke notwendig. Die hohe mechanische und thermische Beanspruchung der Schreibspitze führt zu Abnutzungserscheinungen der Nadel sowie zu sogenannten »Nachziehern« auf dem Papier, das sind schwach sichtbare Spuren, die entstehen, obgleich weder ein Strom fließt noch ein Lichtbogen brennt. Die Ursachen für diese »Nachzieher« sind bisher noch unbekannt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Registrierschichten, auch derjenigen auf Aluminiumbasis, liegt in der verhältnismäßig hohen Korrosion der Metall· schicht. Vor allem bei Verwendung von lackiertem Papier als Schichtträger werden offenbar aus der Lackschicht stammende Lösungsmittelreste sowie Stoffe mit sauren oder alkalischen Gruppen, die besonders von den Oberflächen der Pigmentkörner herrühren können, in die Metallschicht transportiert, wo sie die Korrosion des Metalls bewirken. Das bedeutet, daß bei den bekannten Rgistrierschichten die Schichtbeständigkeit in vielen Fällen noch nicht als befriedigend bezeichnet werden kann.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Aufzeichnungsträger ist die Abhängigkeit der Qualität der erzeugten Spuren von der elektrischen Polung, Bei den bekannten Aufzeichnungsträgern erhält man scharf begrenzte Spuren, wenn die Schreibspitze negativ gepolt ist Das führt aber zu verhältnismäßig häufigen Aussetzern, da sich leicht Aluminiumoxid an öer Nadel absetzt, womit ein höherer Auflagedruck notwendig ist. Man legt daher im allgemeinen die Nadelspitze an den positiven Pol der Spannungsquelle und nimmt damit in Kauf, daß die Spur nicht so scharf begrenzt ist. Es ist aber dadurch möglich, den Auflagedruck ϊ.·α erniedrigen, da sich Aluminiumoxid nicht mehr in dem Maße an der Nadelspitze absetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Qualität und die Betriebssicherheit des Aiifzeichnungsträgers zu verbessern. Insbesondere sollen Oxidablagerungen an der Nadelspitze vermieden werden, damit das Registriergerät zur weitgehenden Schonung seiner mechanisch beanspruchten Teile mit niedrigerem Auflagedruck betrieben werden kann. Dazu ist es auch wünschenswert, daß die Qualität der aufgezeichneten Spuren von der Polung möglichst unabhängig ist. Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Aufzeichnungsträger in hohem Maße korrosionsfest zu machen und damit seine Beständigkeit zu erhöhen.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht man von dem Gedanken aus, die für die Spurbildung benötigte Energie nicht allein durch den Lichtbogen zuzuführen, sondern den größten Anteil der benötigten Energie in der Schicht selber in Form latenter chemischer Energie zu speichern.

Die Aufgabe wird daher erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich zwischen Träger- und Deckschicht eine Schicht eines Oxides befindet, das eine geringere Bildungswärme hat als Aluminiumoxid.

Die Bildungswärmen werden auf 1 g-Atom Sauerstoff bezogen, so daß sich für Ai₂O₃ ein Wert von 131 kcal pro g-Atom ergibt.

Der Registriervorgang bei Verwendung des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers läßt sich wie folgt beschreiben: Der zwischen Nadelspitze und Aluminium-Deckschicht fließende elektrische Strom löst durch Schichterwärmung und Lichtbogen eine exotherme Reaktion aus, die den größten Teil der für die Spurbildung notwendigen Energie liefert. Diese

-,(/ exotherme Reaktion ist eine sogenannte aluminothermische Reaktion, die für den Fall, daß man Manganoxid, Mn₃O₄, als Zwischenschicht verwendet, sich durch folgende Reaktionsgleichung darstellen läßt:

8AI+ 3Mn₃O₄-

'4Al₂O₃ + 9Mn + 607 kcal.

Die freiwerdende Energie hängt vom Gesamtumsatz sowie von der Oxidationsstufe ab, in welcher das Metall vorliegt.

Eine Abschätzung der Energiebilanz zeigt, daß bereits die aus der Reaktion mit dem Manganoxid Mn₃O₄ freiwerdende Energie ausreicht, um einen Aluminiumbelag mit einem Quadratwiderstand von 2,5 Ohm, was einer Massenbelegung von 10 μg/cm² entspricht, zu verdampfen. Entscheidend für die gute Qualität der auf dem erfindungsgemäßen Aufzeich-

e,5 nungsträger erzielten Spuren ist offenbar die Tatsache, daß der Ort, an dem der Vorgang der Spurbildung stattfindet, vom Lichtbogenplasma in die Schicht hinein verlegt worden ist. Hierdurch wird eine lokale Be-

grenzung der Reaktion erreicht, die zu sehr scharfen Spuren führt. Es hat sich darüber hinaus bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger gezeigt, daß ein Einfluß unterschiedlicher elektrischer Polung nicht festzustellen ist. Die Beschreibbarkejt der Schicht ist also praktisch unabhängig von der Polung der Schreibspitze,

Schließlich hat sich gezeigt, daß die aus Metalloxid bestehende Mittelschicht als Diffusionssperre für alle aus der tragenden Schicht stammenden korrosiven ι ο Gruppen, die die Korrosion der Aluminium-Deckschicht verursachen, wirkt. Hierdurch wird die Schichtbeständigkeit des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers beträchtlich erhöht. Bei vergleichenden Korrosionstests konnte festgestellt werden, daß bei der Aluminiumschicht des neuen Aufzeichnungsträgers noch kein Angriff auf die Aluminiumschicht erkennbar war, wenn die Aluminiumschichten der bisher verwendeten Aufzeichnungsträger bereits deutlich sichtbare Korrosionserscheinungen zeigten.

Für die Mittelschicht kann man prinzipiell alle Oxide verwenden, deren Bildungswärme, bezogen auf 1 g-Atom Sauerstoff, kleiner ist als die von Aluminiumoxid. Für den vorliegenden Verwendungszweck müssen jedoch einige Gesichtspunkte beachtet werden, die bei der Schichterzeugung sowie bei dem Vorgang der Spurbildung eine Rolle spielen. So ist zunächst einmal wichtig, daß sich die Oxidschicht in möglichst einfacher Weise auf die tragende Schicht aufbringen läßt Ferner soll die als Zwischenschicht dienende Oxidschicht keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, da anderenfalls die Aluminium-Deckschicht aufgrund der Tatsache, daß sich die Gesamtleitfähigkeit aus den Teilleitfähigkeiten zusammensetzt und der Quadratwiderstand der Schicht 2,5 Ohm betragen soll, so dünn werden müßte, daß die Aluminiumschicht dann durchscheinend sein würde. Dies ist unerwünscht, da sonst die Spuren, vor allem im durchfallenden Licht, nicht deutlich zu erkennen wären.

Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte ist es besonders vorteilhaft, wenn die Oxidschicht aus einem oder mehreren Oxiden von mindestens einem der Metalle Mangan, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel oder Zinn besteht.

Die Oxidschichten können auf dem Träger nach bekannten Verfahren wie z. B. direkie Aufdampfung, reaktive Bedampfung, Aufdampfen des Metalls und nachträgliche Oxidation, CVD oder chemische Abscheidung aus der Lösung erzeugt werden.

Die einzelnen Schichten des Aufzeichnungsträgers sollen zweckmäßig die folgenden Dicken aufweisen: Die tragend». Schicht soll eine Dicke von 5 bis 500 μπι, insbesondere 10 bis 100 μπι, die Metalloxidschicht eine Dicke von 0,005 bis 1 μΐη, insbesondere 0,01 bis 0,5 μπι und die Aluininiumschicht eine Dicke von 0,01 bis 0,5 μπι, insbesondere 0,02 bis 0,1 μιη haben.

Die Erfindung soll in den folgenden Beispielen näher erläutertwerden.DieFig, 1 und 2 stallen Schnitte durch den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger dar, wobei in Fig. 1 eine unlackierte, in Fig. 2 dagegen eine lackierte Trägerschicht verwendet wird.

In Fig. 1 ist mit 11 ein Trägerband bezeichnet, das aus einer Kunststoffolie mit einer Dicke von 50 μπι besteht. Auf dieses Trägerband wird eine Manganoxidschicht 12 aufgebracht, und zwar durch sogenannte reaktive Bedampfung, d. h„ das Trägerband 11 wird mit Mangan in Gegenwart von Wasserdampf in einer Bedampfungsanlage bedampft, wobei sich Manganoxid, im wesentlichen Mn₃O₄ bildet. Die Dicke dieser Manganoxidschicht beträgt ca. 0,1 μίτι. In einem weiteren Arbeitsgang wird auf diese Manganoxidschicht in einer zweiten Bedampfungsanlage eine Aluminiumschichf von ca, 0,07 μπι aufgedampft.

In Fi g. 2 besteht das Trägerband aus einer mit einer Lackschicht 22 versehenen Papierfo'ie 21. Beide zusammen haben eine Dicke von ca. 80 μιη. Auf die Lackschicht 22 wird in der gleichen Weise wie oben bei Fig. 1 beschrieben eine Manganoxidschicht 23 von ca. 0,08 μπι Dicke und darauf eine Alumiiiiumschicht 24 von der gleichen Dicke aufgedampft.

Es ist auch möglich, die Oxidschicht und die Aluminiumschicht in einer Bedampfungsanlage nacheinander aufzudampfen, wenn eine entsprechend konstruierte Bedampfungsanlage zur Verfugung steht.

Mit den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgern nach den Fig. 1 und 2, wie sie soeben beschrieben wurden, konnten im Vergleich zu den bekannten Aufzeichnungsträgern dieser Art die folgenden Werte erreicht werden:

Für eine bestimmte, standardisierte Spurbreite und Qualität der Spuren war bei den bekannten Aufzeichnungsträgern eine Schreibspannung von 30 bis 35 Volt erforderlich, während man die gleiche Spurbreite und die gleiche Qualität bei den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgern schon mit einer Schreibspannung von 20 Volt erzielt. Mit einem Auflagedruck der Schreibspitze von 34,33 · 10"⁵ N konnten bei den erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgern noch einwandfreie Spuren erzeugt werden, und zwar unabhängig davon, ob die Schreibspitze negativ oder positiv gepolt war. Bei den bekannten Aufzeichnungsträgern dagegen konnte bei dem gleichen Auflagedruck bei negativer Polung der Schreibspitze überhaupt keine Schreibspur mehr, bei positiver Polung der Spitze dagegen nur eine fehlerhafte Schreibspur mit Aussetzern erzielt werden.

Das verbesserte Korrosionsverhalten und die damit zusammenhängende erhübte Schichtbeständigkeit der eriindangsgemäßen Aufzeichnungsträger gegenüber den bekannten Aufzeichnungsträgern wurde oben bereits erwähnt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Für Registriergeräte bestimmter Aufzeichnungsträger mit einem Isolierstofrband als tragender Schicht und einer im wesentlichen aus Aluminium bestehenden Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Träger- und Deckschicht eine Schicht eines Oxids befindet, das eine geringere Bildungswärme hat als Aluminiumoxid.
2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht aus einem oder mehreren Oxiden von mindestens einem der Metalle Mangan, Chrom, Eisen, Kobalt, Nikkei oder Zinn besteht.