DE2308577B2

DE2308577B2 - Waermeschreiber

Info

Publication number: DE2308577B2
Application number: DE19732308577
Authority: DE
Inventors: Wataru Hirakata Shimotsuma (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-02-23
Filing date: 1973-02-21
Publication date: 1977-09-01
Also published as: GB1391392A; NL7302466A; FR2184270A5; NL160387C; US3813677A; AU5236573A; DE2308577A1; AU460872B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeschreiber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Wärmeschreiber sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Sie erweisen sich gegenüber Tintenschreibern als vorteilhaft, da diese hinsichtlich Nachfüllung der Tinte, Wartung, Steuerung des Tintenflusses usw. erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringen, die durch den trocken arbeitenden und elegant steuerbaren Wärmeschreiber vermieden werden. Ein Problem stellt jedoch die Erzielung der richtigen Temperatur in der wärmeempfindlichen Schicht des Aufzeichnungsmaterials dar, die die Umwandlung dieser Schicht in eine sichtbare Strichaufzeichnung bewirkt. Bei niedriger Relativgeschwindigkeit darf die Heizleistung nicht zu hoch sein, um keinen zerfließenden Strich zu erzeugen, bei hoher Relativgeschwindigkeit muß die Heizleistung jedoch wesentlich höher sein, um die erforderliche Färbung zu bewirken. Bei Zuführung eines niedrigen Heizgleichstroms ist jedoch auch die Umgebungstemperatur zu berücksichtigen, da im Fall einer sehr niedrigen Umgebungstemperatur auch bei sehr langsam fortschreitendem Schreibkopf die niedrige Heizleistung nicht ausreicht, um eine ausreichend hohe Temperatur der wärmeempfindlichen Schicht des Aufzeichnungsmaterials zu bewirken.

Es sind beispielsweise Aufzeichnungsmaterialien bekannt (DL-PS 65853), deren wärmeempfindliche Schicht an der Stelle der Erwärmung einen bleibenden chemisch erzeugten Farbumschlag erfährt, oder die eineThermocolorfarbe mit reversibler Charakteristik, die eine Hysterese aufweist, so daß die Aufzeichnung

durch Anlegen einer sehr niedrigen Temperatur wieder gelöscht werden kann, tragen. Es sind auch Aufzeichnungsmaterialien vorgeschlagen worden (deutsches Patent 2228581, Patentanmeldung P 23077749), die mehrschichtig aufgebaut sind und bei denen der Schreibkopf je nach seiner Energiezuführung und erreichten Temperatur eine andere Schichttiefe erreicht und damit unterschiedliche Farben erzeugt. Gerade bei solchen Aufzeichnungsmaterialien spielt die genaue Einhaltung der eingespeisten Energie zur Erreichung der erforderlichen Temperatur bei den^unterschiedlichsten Gegebenheiten eine wichtige Rolle.

Für die Wärmeschreiber sind verschiedene Schreibkopfkonstruktionen bekannt, beispielsweise (DT-OS 2039954) in Form einer Widerstandsbeschichtung auf einem elektrisch isolierenden Kern oder (DT-OS 1548 574) in Form eines gleichstromgespeisten Thermoelementes. Es ist außer der Gleichstromspeisung auch eine impulsweise Speisung des Thermokopfs bekannt (DT-OS 1548792), und zwar über einen mit einstellbarem Tastverhältnis getasteten Schalttransistor, wobei dann der Schreibkopf die zugeführte Energie integriert; hierdurch kann die Heizleistung verlustarm gesteuert werden. Es ist auch bekannt (DT-AS 1266004), impulsweise mit Impulsen definierter Energie zu speisen, die einem monostabilen Multivibrator entnommen werden, dessen Impulswiederholungsfrequenz von der Vorschubgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmaterials abhängt. Hierdurch wird zwar für schneller laufendes Aufzeichnungsmaterial eine höhere Heizleistung eingespeist, es ergibt sich jedoch noch keine definierte Heizleistung in bezug zur Relativgeschwindigkeit des Schreibkopfs zum Aufzeichnungsmaterial, da dessen Auslenkungsbewegungen nicht berücksichtigt sind. Andererseits ist im Bemühen, die Auslenkungsbewegung des Schreibkopfes zu berücksichtigen, ein Wärmeschreiber bekanntgeworden (DT-OS 1773079), bei dem zur Annäherung einer entsprechenden Berücksichtigung das die Auslenkungen des Schreibkopfs bewirkende Eingangssignal abgegriffen und gleichgerichtet wird und in Abhängigkeit vom gleichgerichteten Spannungswert die Höhe der Heiz-Wechselspannung gesteuert wird. Hierbei ist jedoch die Abhängigkeit der Heizleistung von der Auslenkgeschwindigkeit des Schreibkopfes nur unvollkommen gelöst, da sie eine stets gleiche Beziehung zwischen dem Verlauf des Eingangssignals und dem Bewegungsverlauf des Schreibkopfes voraussetzt. Unterschiedliche Empfindlichkeiten und Meßbereiche, eventuelle Störungen mit hängengebliebenem Schreibkopf sowie eine für längere Dauer auf konstantem Wert bleibende Auslenkung im Vergleich zu einer für die gleiche Dauer pulsierenden Auslenkung ergeben erhebliche Überheizungserscheinungen.

Bei Tintenschreibern ist es bekanntgeworden (US-PS 3 169821), für eine konstante, von der Relativgeschwindigkeit des Schreibstiftes unabhängige Schreibstärke den Tintenflüssigkeitsdruck durch einen Gleichstrom zu steuern, der proportional der Änderungsrate des Eingangssignals und einer dem Papiervorschub proportionalen Spannung ist. Hierbei ergibt sich wiederum nebst der Gefahr eines hängengebliebenen Schreibkopfs der Nachteil der analogen Heizsteuerung, die im Fall von Wärmeschreibern bei niedriger Geschwindigkeit und deshalb niedriger Heizleistung unter Umständen nicht die Umwandlungstemperatur der wärmeempfindlichen Schicht erreichen läßt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, solche Wärmeschreiber, bei denen sich Dichte und/oder Farbe der Schreibspur durch Bemes-

, sung der vom Schreibkopf abgegebenen Wärmeenergie beeinflussen lassen, so zu verbessern, daß Aufzeichnungen von definierter, einheitlicher Beschaffenheit auch bei ungleichen Geschwindigkeiten des

ίο Aufzeichnungsmaterials und des Schreibkopfes oder ungleichen Aufzeichnungsbedingungen erhalten werden. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen, teilweise an sich bekannten Merkmale gelöst.

Ein derartiger Wärmeschreiber erzeugt nicht eine kontinuierliche Linie, sondern eine dichte Aufeinanderfolge von Punkten, die jeweils einem durch die Bewegung des Schreibkopfes bzw. durch die Bewegung des Aufzeichnungsmaterials erzeugten Impuls entsprechen. Der den jeweiligen Schreibpunkt erzeugende, den Schreibkopf speisende Impuls hat eine definierte Impulslänge, die den Schreibkopf auf eine gegebene hohe Temperatur erhitzt, die die wärmeempfindliche Schicht des Aufzeichnungsmaterials unabhängig von der Umgebungstemperatur ausreichend erwärmt. Bei sehr langsam fortschreitendem Schreibkopf wird also nicht eine gleichmäßige sehr niedrige Heizleistung umgesetzt, sondern eine Folge von in größerem zeitlichem Abstand auftretenden Heizleistungimpulsen von ausreichend hoher Leistung, um auch bei niedriger Umgebungstemperatur die wärmeempfindliche Schicht umzuwandeln.

Dieser Effekt wird besonders deutlich, wenn gemäß Anspruch 2 oder 3 ein Schreibkopf verwendet wird, dessen Umsetzung der Heizleistung in Wärme sich mit geringer Wärmeträgheit in dessen Oberflächenschicht vollzieht, so daß die erzeugte Wärme ohne vorherige Durchdringung dicker weiterer Schichten sogleich in das Aufzeichnungsmaterial übertritt. Eine gute Anlage der Kontaktfläche des Schreibkopfes wird durch die Maßnahmen nach Anspruch 4 bewirkt, so daß die impulsweise zugeführte Wärme je Impuls sogleich vom Aufzeichnungsmaterial aufgenommen wird.

Auch die Maßnahme nach Anspruch 5 dient der impulsweisen Speisung, da durch sie verhindert wird, daß ein zu hoher Anteil der Heizleistung nicht in das Aufzeichnungsmaterial übertritt, sondern über der Zeit integriert den Schreibkopf überheizt.

Der erfindungsgemäße Wärmeschreiber eignet sich gemäß Anspruch 6 insbesondere zur Verwendung mit einem Mehrfarben-Aufzeichnungsmaterial, für dessen Farbresultat jeweils ein definierter Temperaturbereich in der Schicht des Aufzeichnungsmaterials erreicht werden muß. Durch die von der Geschwindigkeit abhängende impulsweise Speisung kann die Farbe jederzeit bei Bedarf, gegebenenfalls von Impuls zu Impuls, durch Steuerung der jeweiligen Impulsenergie geändert werden. Hierfür wird zweckmäßigerweise nach Anspruch 7 der Heizpegel quantisiert, so daß eine die gewünschte Farbe erzeugende Heizenergie je Impuls jedenfalls umgesetzt wird. Das Aufzeichnungsmaterial kann zweckmäßigerweise nach Anspruch 8 aufgebaut sein, also mit Materialien, die sich leicht durch die einzelnen Heizimpulse selektiv umwandeln lassen.

Eine zweckmäßige Zuordnung der Impulsdichte zur Relativgeschwindigkeit des Schreibkopfs je Koor-

dinate ist in Anspruch 9 angegeben. Die Maßnahme nach Anspruch 10 bewirkt, daß kurz nach dem Einschalten des Wärmeschreibers bei noch kaltem Schreibkopf nicht dieser einen zu hohen Teil der definierten Heizleistung für die eigene Vorerwärmung einbehält, sondern daß in dieser Betriebsphase durch Impulse höherer Energie, beispielsweise höherer Spannung oder längerer Dauer, die verstärkte Wärmeabführung in den Schreibkopf ausgeglichen und obendrein eine beschleunigte Erwärmung des Schreibkopfs auf seine stationäre Betriebstemperatur, die notwendigerweise etwas über der Umgebungstemperatur liegt und bei der Dimensionierung der geforderten und gelieferten Heizleistung zu berücksichtigen ist, erreicht wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 ergibt auch noch die Möglichkeit, unterschiedliche darzustellende Eingangsgrößen getrennt und in jeweils anderer Farbe durch Speisung der jezeugung von Impulsen von konstanter Impulslänge entsprechend dem Signalausgang der Schaltung 8, wobei die Ausgangsimpulse dieser Schaltung 9 dem Schreibkopf 6 zugeleitet werden, und die Bezugszahl 10 bezeichnet einen Speisestromkreis. Die Welle des Stellmotors 1 trägt eine Scheibe 1 a, in der entlang der Umfangsrichtung eine Anzahl von öffnungen verteilt ist, und ein photoelektrischer Wandler Ib wirkt zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit des Stellmotors 1 mit der Scheibe la zusammen. Die Drehzahl des Synchronmotors 3 wird mit Hilfe eines Ansprechmittels Sa festgestellt.

Der Synchronmotor 3 wird bei diesem System mit einer der Eingangsgröße für die .Y-Achse entspre-

¹S chenden Drehzahl betrieben, während er bei einem Streifenschreiber mit Selbstabgleich zur Zeitablenkung mit gleichbleibender Drehzahl betrieben wird. Dieser Motor 3 dient zum Transport des Aufzeichnungsblattes 5. Der Stellmotor wird demgegenüber

weiligen Schreibköpfe mit Heizimpulsen von jeweils ^2O nach einer Eingangsgröße für die Y-Achse gesteuert, ausgewählter Heizenergie darzustellen. um so eine entsprechende Bewegung des Schreibkop

fes 6 zu bewirken. Die Drehzahl der Motoren 1 und 3 wird von dem photoelektrischen Wandler Ib bzw. von dem Ansprechmittel 3o festgestellt, deren Aus-

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin- ²5 gangsgrößen in der Schaltung 8 kombiniert werden, dungsgemäß gestalteten Wärmeschreibers, Das Ausgangssignal der Schaltung 8, das auf der

Kombination der Drehzahlwerte der Motoren 1 und 3 beruht, entspricht im wesentlichen der Relativgeschwindigkeit des Schreibkopfes 6 zum Blatt 5. Dieses

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Steuerstromkreises für die Wärmespeisung eines Schreibkopfes,

Fig. 3 bis 5 perspektivische Ansichten von Grund- 3° Signal wird der impulserzeugenden Schaltung 9 zuge-

ausführungsformen des Kopfes, wobei in der Darstellung Teile weggebrochen sind,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Kontaktzustandes zwischen dem Kopf und einem wärmeempfindlichen Blatt,

Fig. 7 bis 9 Darstellungen der Umrißformen der Kopfspitze,

Fig. 10 bis 12 im Ausschnitt gezeigte Schnittansichten zur bildlichen Darstellung der Struktur von wärmeempfindlichem Aufzeichnungsmaterial,

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Steuerstromkreises für die Impulsenergiezuführung zu einem Kopf, die entweder entsprechend einem äußeren Signal oder handgesteuert erfolgen kann,

Fig. 14 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Aufzeichnungsdichte und der Breite der Aufzeichnung von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit,'

Fig. 15 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Widerstandsänderung von der Aufzeichnungslänge, und

Fig. 16 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Wärmeabklingzeit vom Verhältnis der wärmeerzeugenden Fläche zur Kontaktfläche.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Stellmotor für den Transport eines Schreibkopfes 6 nach Maßgabe einer Eingangsgröße, wobei der Kopf zu diesem Zweck an einem gespannten Seilzug 2 befestigt ist. Die Bezugszahl 3 bezeichnet einen Synchronmotor für den Antrieb einer für den Transport eines Blattes 5 eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials vorgesehenen Walze 4. Mit der Bezugszahl 7 ist ein Aufzeichnungslinienzug bezeichnet.

Die Bezugszahl 8 bezeichnet eine Schaltung zur Überlagerung von von dem Stellmotor und von dem Synchronmotor erzeugten Impulsen in Entsprechung zu der von dem Thermokopf zurückgelegten Strecke, die Bezugszahl 9 bezeichnet eine Schaltung zur Erleitet, so daß der Schreibkopf 6 von dieser zur Wärmeerzeugung mit einer Impulsfrequenz entsprechend seiner Geschwindigkeit mit Energie versorgt wird. In dieser Weise läßt sich eine gleichbleibende Aufzeichnungsdichte in Form einer dichten Punktfolge erzielen, von der jeder Punkt mit einem so hohen Energiestoß geschrieben wird, daß diese Energie im wesentlichen unabhängig von den Umgebungsbedingungen die definierte Umwandlung im Blatt 5 bewirkt.

In Fig. 2 ist ein elektrischer Schaltungsaufbau für das System der Fig. 1 gezeigt. Eine in dem photoelektrischen Wandler Ib vorgesehene Photodiode 11a ist als wesentliches Bauteil in einem photoelektrischen Zerhacker 11 enthalten, dessen Ausgangssignal einem Impulsformerverstärker 12 zugeführt wird, der aus Transistoren 12a und 126 besteht. Falls das Aufzeichnungsblatt 5 mit einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit transportiert wird, kann das in Fig. 1 dargestellte Ansprechmittel 3 a einen Wahlschalter 15a zum Wählen eines Widerstandes im Zuge eines Betätigungsvorgangs zur Festlegung der Vorschubgeschwindigkeit und einen Doppelbasistransistor ISb umfassen. Eine Gruppe von Widerständen 15c, die durch den Wahlschalter 15 a eingeschaltet werden können, bildet den Ladeweg für die Aufladung eines Kondensators ISd. Ist über dem Kondensator ISd eine bestimmte Spannung aufgebaut, so wird der Doppeltransistor ISb in den Durchlaßzustand gesteuert, so daß der Kondensator 15 d entladen wird, bis der Transistor schließlich in den Sperrzustand übergeht. In dieser Weise liefert die Schaltung 15 Impulse von einer bestimmten Frequenz. Die Ausgänge der Schaltungen 12 und 15 sind an einen monostabilen Multivibrator 13 angelegt, der eine Ausgangsimpulsfolge erzeugt, die durch einen Verstärker 14 leistungsverstärkt und an Anschlüssen 16 abgenommen wird, die mit dem Schreibkopf 6 verbunden sind.

Bei dem Schreiber mit dem obigen Aufbau kann auf dem Aufzeichnungsblatt bei einer Aufzeichnungsgeschwindigkeit in dem Bereich von 5 · 10~³ bis 3 ■ 10~² mm/sec eine Aufzeichnung von gleichbleibender Qualität erhalten werden. Zur mehrfarbigen Aufzeichnung kann man mit einem im folgenden noch beschriebenen wärmeempfindlichen Mehrfarbenblatt, mit mehreren Schreibköpfen und mit der gleichen Anzahl von Steuerstromkreisen für die Wärmeführung arbeiten, wobei diese Steuerstromkreise *° jeweils dem in Fig. 2 gezeigten entsprechen.

Der Schreibkopf (im folgenden kurz als »Kopf« bezeichnet), der die Impulsenergie als Wärme möglichst unmittelbar an das Blatt 5 abgeben soll, stellt ein wichtiges Bauteil dar und soll nun an Hand der in '5 Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen in seinen Einzelheiten näher beschrieben werden.

In ein p- oder n-Siliciumsubstrat 19 mit der in Fig. 3, 4 oder 5 gezeigten Form ist Phosphor oder Bor eindiffundiert und eine widerstandsbehaftete Schicht 18 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet, so daß ein Oberflächenteil 17 als Bereich für die Wärmeabgabe dient. Die Stärke der Schicht 18 beläuft sich zweckdienlicherweise auf 1 bis 40 μπι. Aluminium-Elektroden 20 grenzen an die Schicht 18.

Als Grundmaterial können indessen auch keramische Stoffe verwendet werden. Geeignete Keramikmaterialien sind in diesem Fall eine Tonerde (Al₂O₃) mit einem Reinheitsgrad von 80 bis 96 Prozent, Forsterit (2MgO · SiO₂), Steatit (MgO · SiO₂) und Beryllerde (BeO). Die wärmeerzeugende Schicht wird durch Aufsprühen oder Aufdampfen oder durch Besprühen des auf eine Temperatur von 400 bis 600° C erhitzten keramischen Materials mit einer wäßrigen Lösung eines Gemisches von Stannichlorid (SnCI₄) und Antimonchlorid (SbCl₃) in einem Molverhältnis von 5 zu 1 bis 40 zu 1, oder auch durch Aufbringen eines handelsüblichen Silber-Palladium-Anstrichstoffes auf den Teilbereich 17 und anschließendes Sintern bei einer Temperatur von 600 bis 900° C gebildet.

Zwischen einem Schreibkopf 21 und einem wärmeempfindlichen Blatt 22 kommt es oftmals zu einem Kontaktzustand, wie er in Fig. 6 gezeigt ist. Zur Erzielung einer höheren Aufzeichnungsgüte wird man die Köpfe zweckdienlich mit abgerundeten Endflächen versehen, wie sie in Fig. 7 bis 9 dargestellt sind.

In Fig. 10 bis 12 sind Beispiele für die Struktur des wärmeempfindlichen Blattes gezeigt. Bei diesen Beispielen handelt es sich bei den Färbungsmitteln um Kombinationen eines Leukofarbstoffs und einer Phenolverbindung. Das Färbungsmittel kann allgemein so hergestellt werden, daß man einen Leukofarbstoff und eine Phenolverbindung oder organische Säure miteinander kombiniert oder daß man eine organische Metallseife mit einem organischen Reduktionsmittel kombiniert. Als Leukofarbstoff kann man Kristallviolettlacton (blaufärbend) und Phenylrhodaminlacton (rotfärbend) verwenden. Als Phenolverbindung ist Bisphenol A geeignet. Als organische Metallseifen kann man Ferristearat und das Silbersalz der Behensäure verwenden und als organische Reduktionmittel Gallussäure und Protocatechusäure. Als Dispersionsmittel und als Bindemittel kommen Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat und Copolymere aus Acrylat und Vinylacetat in Betracht.

In Fig. 10 ist mit der Bezugszahl 23 ein Papier von hoher Qualität mit einem Flächengewicht von ungefähr 20 bis 70 g/m² bezeichnet und mit der Bezugszahl 24 eines der obengenannten Bindemittel. In der Bindemittelschicht sind Bisphenol A und Kristallviolettlacton dispergiert, wie dies bei 26 bzw. 25 angedeutet ist. Die Teilchendurchmesser der Bestandteile 25 und 26 halten sich in dem Bereich zwischen 1 und 5 μπι, und das Anteilsverhältnis beläuft sich auf 1 zu 10 bis 1 zu 25. Die Gesamtmenge der Beschichtung beträgt 3 bis 7 g/m². Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein wärmeempfindliches Einfarbenblatt, das bei einem 1 Sekunde andauernden Erhitzen auf eine Temperatur von 90° C eine blaue Farbe annimmt.

BeideminFig. 11 gezeigten Beispiel kann das wärmeempfindliche Blatt, das noch Leukophenylrhodamin R (rotfärbend) 27 und Leukomalachitgrün 28 enthält, zwei Farben annehmen. Bei einem 1 Sekunde andauernden Erhitzen auf eine Temperatur von 90° C färbt es sich rot, wohingegen es bei einer Temperatur von 100° C grün wird. Bei dem Beispiel der Fig. 12 handelt es sich um eine Kombination der Beispiele der F i g. 11 und 10. Es ist dies ein wärmeempfindliches Dreifarbenblatt, das sich bei 90° C blau färbt, bei 100° C rot und bei 110° C grün. Zur besseren Farbtrennung ist es bei Zweifarben-, Dreifarben- und sonstigen Mehrfarbenblättern erwünscht, zwischen den benachbarten Schichten eine Zwischenschicht vorzusehen, die Bisphenol A, Stearamid usw. enthält, das in einem Bindemittel dispergiert ist.

Zur genaueren Einhaltung der Temperaturbereiche muß der Flächeneinheit des wärmeempfindlichen Blattes bei jeder Aufzeichnungsgeschwindigkeit eine gleichbleibende Wärmemenge zugeführt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß man die thermische Energie in Form von Impulsen in einem festliegenden Verhältnis zuführt, beispielsweise also 1 bis 5 Impulse pro Millimeter der Relativbewegung des Kopfes in Richtung der Y- wie auch der X-Achse in Fig. 1.

Es läßt sich freilich nicht erreichen, daß die gesamte, dem Kopf zugeführte Energie auf das wärmeempfindliche Blatt übergeht. Demgemäß kann ins Auge gefaßt werden, die Impulszuführung für die beispielsweise in Fig. 1 in Richtung der X-Achse verlaufende Relativbewegung des wärmeempfindlichen Blattes in schnellerer Folge vorzunehmen als für die Bewegung in Richtung der Y-Achse. Hierdurch läßt sich erreichen, daß die dem wärmeempfindlichen Blatt pro Flächeneinheit zugeführte Energie auch unabhängig von der Aufzeichnungsgeschwindigkeit schließlich doch konstant bleibt. Die Geschwindigkeit der Impulszuführung in bezug auf die Bewegung in Richtung der X-Achse kann beispielsweise auf K)-bis 10⁵ Impulse pro Millimeter Vorschub des wärmeempfindlichen Blattes festgelegt sein, das mit einer Geschwindigkeit von 5 · 10~³ bis 3 · 10² mm/sec fortbewegt wird. Die erforderliche Impulsenergie ist jeweils nach der Aufzeichnungsfarbe unterschiedlich. So ist beispielsweise bei dem Blatt der Fig. 12 für die Blaufärbung ein Wert von 1 bis 2 Millijoule pro Impuls nötig, für die Rotfärbung ein Wert von 2 bis. 3 Millijoule und für die Grünfärbung ein Wert von 3 bis 5 Millijoule.

Die auf das wärmeempfindliche Blatt übertragene thermische Energie ist während einer bestimmten Anfangsperiode bis zum Erreichen der Temperatursättigung des Schreibkopfes nur niedrig, da der ΚορΓ noch Wärme aufnimmt. Die Anfangszeit bis zum Erreichen der Sättigung fällt in Abhängigkeit von der

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ίο

jeweils zugeführten Impulsenergie unterschiedlich aus und kann sich, je nach Kopf, bei einer Energiezufuhr von 5 Millijoule pro Impuls auf 5 bis 20 Sekunden und bei 1 Millijoule pro Impuls auf 100 bis 500 Sekunden belaufen.

Für nicht ständig schreibende Wärmeschreiber kann eine auf der Sättigungskurve beruhende Impulslängenkompensation gemäß Fig. 13 vorgesehen sein.

In Fig. 13 handelt es sich bei dem Schaltblock 13 um eine der Schaltung 13 in Fig. 2 entsprechende Anordnung, die zur Steuerung der Impulslänge der dem Kopf zugeführten Impulse dient. Die Impulslänge wird hierbei durch die Widerstandswerte eines Widerstandes 32 und eines Thermistors 29 festgelegt. Der Thermistor 29 ist zur Erzielung der Kompensationswirkung vorgesehen, andernfalls könnte statt dessen auch ein üblicher Widerstand verwendet werden. Wird der Schaltung die Spannung der Stromquelle zugeführt, so wird der Thermistor durch eine Heizvorrichtung 30 erhitzt, so daß sich sein Widerstandswert mit der Zeit verringert. Hinsichtlich der Abhängigkeit des Widerstandswerts von der Zeit ist die Wahl so getroffen, daß die Sättigungszeit kompensiert werden kann. Im Endeffekt wird die Impulslänge während eines Anfangsstadiums erhöht und wird schließlich bei einem vorgegebenen Wert stationär, wenn die Sättigung erreicht ist. Im Unterschied zu anderen Mitteln, die beispielsweise darauf beruhen können, daß die - Kopftemperatur ermittelt wird oder daß eine Thermistorheizvorrichtung mit dem Kopf in Reihe geschaltet wird, erfordert diese Kompensationsweise keine Zuleitung zu einem beweglichen Teil und ermöglicht eine freie Einstellung der Sättigungskurve.

Die Wärmeführung des Kopfes verbürgt nicht nur eine gleichbleibende Aufzeichnungsgüte bei jeder Aufzeichnungsgeschwindigkeit, sondern es wird bei einem Mehrfarben-Aufzeichnungsmaterial auch ein sicheres Umschalten des Kopfes für die Vornahme der Umschaltfunktion bei allen Köpfen vorgesehen sein. Diese sichere Art der Farbschreibung bewährt sich beispielsweise beim ferngesteuerten Einblenden von Zeitmarken oder dergleichen.

Mit dem beschriebenen Wärmeschreiber werden eine gute Klarheit oder Sauberkeit des Aufzeichnungslinienzuges und seine einheitliche Breite in einem Bereich der Aufzeichnungsgeschwindigkeiten von 5 · 10"³ bis 3 · 10² mm/sec erreicht. Fig. 14 zeigt

ίο die relative Aufzeichnungsdichte und die Breite des Aufzeichnungslinienzuges, bezogen auf die Aufzeichnungsgeschwindigkeit. In dieser Figur handelt es sich bei den Kurven 38 und 40 um die entsprechenden Kennlinien bekannter Wärmeempfindlichkeitsschreiber mit Heizdrähten aus einer Nickelchromlegierung, wie man solche Schreiber für Elektrokardiographen und dergleichen verwendet, wohingegen die Kurven 37 und 39 die Kennlinien eines erfindungsgemäß geschalteten Schreibers darstellen. Bei dem letzteren Schreiber mit diesen Kennlinien ist auch bei beliebigen Änderungen in der Stärke des aufzuzeichnenden Signals und in der Aufzeichnungsgeschwindigkeit eine gleichbleibende Auflösung und Dichte der Aufzeichnung gewährleistet.

Bei Berücksichtigung der Kopfgröße ist eine geeignete Geschwindigkeit der Impulszuführung eine solche von 1 bis 5 Impulsen für jeden Millimeter der Kopfbewegung. Der Aufzeichnungslinienzug kann hierbei eine Breite von 0,3 bis 0,5 mm haben. Das bedeutet, daß sich die Größe der Kopfspitze, die rechteckig oder kreisförmig ausgebildet sein kann, auf etwa 0,4 mm² beläuft. Bei dieser Größe kann bei einer Geschwindigkeit der Impulszuführung in dem genannten Bereich von 1 bis 5 Impulsen pro Millimeter ein durchgehender Aufzeichnungslinienzug erhalten werden. Ist die Geschwindigkeit der Impulszuführung geringer und beträgt beispielsweise nur 0,5 Impulse pro Millimeter, so resultiert ein durchbrochener Aufzeichnungslinienzug. Bei einer Impulszuführungszahl

g pg

Aufzeichnung in unterschiedlichen Farben ermög- 4° von 6 oder mehr Impulsen pro Millimeter würde an

licht. In Fig. 13 ist mit der Bezugszahl 31 eine Vergleichsschaltung bezeichnet, der externe Farbumschaltsignale zugeführt werden können, und mit der Bezugszahl 33 ein Verstärker. Bei einer Kombination dererseits die Ausgangsfrequenz des photoelektrischen Zerhackers 11 in Fig. 2 bei einer Kopf geschwindigkeit von 300 mm/sec einen Wert von 1,8 kHz erreichen. Durch eine so hohe Frequenz, auf di h

der Schaltungsanordnungen nach Fig. 13 und Fig. 2 45 die der Kopf nicht ansprechen kann, ließe sich keine S d Zf Wik hbi

zur Verwendung des Schreibers mit dem Zweifarbenblatt nach der Fig. 11 wird die Impulslänge der dem Kopf zugeführten Impulsenergie mit Hilfe des Thermistors 29 und des in Fig. 13 gezeigten Regel widerstandes 32 so festgelegt, daß z. B. bei 1,5 Millijoule eine Aufzeichnung in roter Farbe und bei 3,0 Mulijoule eine Aufzeichnung in grüner Farbe erhalten wird. Bei dieser Ausführungsform beläuft sich der Widerstandswert des Thermistors 29 bei normaler Tem-Wirkung hervorbringen.

Die Impulsfrequenz des Ausgangssignals der Schaltung 15 in Fig. 2 bietet die Gewähr für eine zum Anfärben des wärmeempfindlichen Blattes hinreichende Impulszuführung zu dem Kopf auch dann, wenn die Geschwindigkeit des Kopfes in Richtung der F-Achse Null wird. Ein geeigneter Wert ist der von 10² bis 10⁵ Impulsen pro Millimeter, wenn sich die erwähnte, der Relativbewegung des Kopfes entspre-

gg ,

der Widerstand 32 einen Wert von 50 Kiloohm haben kann.

Erscheint im Betrieb am Eingangsanschluß 34 der

peratur zweckdienlich auf 80 Kiloohm und nach Ver- 55 chende Impulszuführgeschwindigkeit in dem Bereich streichen der Sättigungszeit auf 50 Kiloohm, während von 1 bis 5 Impulsen pro Millimeter hält. Falls sie

0 h hb nicht in diesen Bereich fällt, ist die Aufzeichnungs-

dichte in Richtung der .Y-Achse im Vergleich zur

gg Aufzeichnungsdichte in Richtung der Y-Achse zu

Vergleichsschaltung kein Signal, so erfolgt die Auf- ^6o hoch oder zu gering, wenn der Eingang des Schreibers zeichnung in roter Farbe. Erscheint dagegen an dem Null wird, auch wenn die Impulsenergie so bemessen Eingangsanschluß 34 eine Spannung, die höher ist als sein sollte, daß beim Vorhandensein einer Eingangsdieder Vergleichsschaltung über den Spannungsteiler leistung eine geeignete Aufzeichnungsdichte erzielt 35 zugeführte, so wird der Transistor 33 gesperrt, so werden würde. Wenngleich Umstände dieser Art nur daß die Aufzeichnung nun in Grün erfolgt. Mittels 65 im Fall der Verwendung eines wärmeempfindlichen eines Handschalters 36 kann beliebig auf eine der Einfarbenblattes Schwankungen in der Aufzeich-Aufzeichnungsfarben umgeschaltet werden. Weist ein nungsdichte nach sich ziehen, so käme es beim Arbei-Schreiber mehrere Schreibköpfe auf, so kann diese ten mit einem wärmeempfindlichen Mehrfarbenblatt

immerhin auch zu Änderungen in der Farbe oder im Farbton der Aufzeichnung, so daß sich die Entsprechung zwischen Eingangssignal und Aufzeichnung verwischen würde.

Nunmehr können mit einfarbigen wie ebenso auch mit mehrfarbigen wärmeempfindlichen Blättern klare Aufzeichnungen erhalten werden. Die Wahl der Aufzeichnungsdichte und der Aufzeichnungsfarbe kann durch ein entsprechendes Justieren der dem Kopf zugeführten Impulsenergie vorgenommen werden. Für diesen Zweck genügt bei jedem der obenerwähnten Köpfe ein Impulsenergiebereich von 1 bis 5 Millijoule pro Impuls. So erhält man beispielsweise bei der Anordnung der Fig. 1 mit Siliciumköpfen bei Verwendung eines wärmeempfindlichen Mehrfarbenblattes der in Fig. 12 gezeigten Art mit einem Gehalt von Leukofarbstoffen klare Aufzeichnungen in Grün bei 1 bis 2 Millijoule pro Impuls, in Blau bei 2,5 bis 3,5 Millijoule pro Impuls und in Rot bei 4 bis 5 Millijoule pro Impuls.

Fig. 15 gibt Hinweise für die Auswahl eines einerseits hinsichtlich des geforderten Wärmeverhaltens und andererseits hinsichtlich der Lebensdauer auszuwählenden Schreibkopfs. Kurven 41,42 und 43 zeigen das Lebensdauer-Widerstandsverhalten von Schreib-

köpfen mit einer wärmeerzeugenden Schicht von

5 μπι, 100 μιη bzw. 500 μπι, die jeweils mit 4 μηι Siliciumcarbid überzogen ist. Ein Abrunden des Schreibkopfs kann die Lebensdauer wesentlich erhöhen.

Kurven 44, 45 stellen die Lebensdauer-Widerstandskurven von Silicium-Schreibköpfen mit einer wärmeerzeugenden Halbleiterschicht dar, wobei die Kurve 44 der Kopfform nach Fig. 3 und die Kurve 45 der Kopfform nach Fig. 7 bis 9 entspricht.

Für das Betriebsverhalten spielt die Abklingzeit mit, nämlich die Zeit, bis die mittlere Aufzeichnungsdichte sich auf die Hälfte reduziert hat - bei abnehmender mittlerer Schreibkopftemperatur bei einer Änderung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit von

■5 ι» = 200 mm/s angehaltenem Aufzeichnungsblatt für verschiedene Köpfe, und zwar geben die Punkte 1 bis

6 die Werte von Siliciumköpfen und 7 bis 10 die Werte von Keramikköpfen an, die jeweils unterschiedliche relative Auflageflächen haben. Allgemein entspricht Punkt 1 einem Kopf nach F i g. 3,2 nach F i g. 4,3 nach Fig. 5, 4 nach Fig. 3, 5 nach Fig. 4, 6 nach Fig. 5,

7 nach Fig. 4, 8 nach Fig. 3, 9 nach Fig. 3 und 10 nach Fig. 4. Wird als maximal zulässige Abklingzeit 2,5 Sekunden angenommen, so ergibt sich als maxi-

²S males Flächenverhältnis 3.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeschreiber mit einem elektrisch geheizten Schreibkopf, einem in Berührung mit einer wärmeabgebenden Fläche des Schreibkopfs angeordneten wärmeempfindlichen blattförmigen Aufzeichnungsmaterial sowie mit Antrieben zum Bewegen einerseits des Schreibkopfs und andererseits des wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials in Abhängigkeit von jeweiligen Eingangssignalen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) die bei der Bewegung des Schreibkopfs (6) relativ zum Chassis zurückgelegte Weite wird ¹S erfaßt, und von einem ersten Impulsgenerator (la, Ib, 11, 12) wird eine der erfaßten Weite in der Impulszahl proportionale erste Folge von Impulsen erzeugt;

b) die bei der Bewegung des wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials (5) zurückgelegte Weite wird erfaßt, und in einem zweiten Impulsgenerator (3a, 15) wird eine der erfaßten Weite in der Impulszahl proportionale zweite Folge von Impulsen erzeugt; *5

c) die erste und die zweite Impulsfolge werden einem dritten Impulsgenerator (8, 9,13, 14) eingespeist, der eine den Schreibkopf speisende dritte Impulsfolge mit definierter Impulslänge und mit einer Impulszahl entsprechend der Summe der Impulszahl der ersten und der zweiten Impulsfolge erzeugt.

2. Wärmeschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf (6) aus Silicium besteht und an seiner das Aufzeichnungsmaterial (5) berührenden Oberfläche (17) eine elektrisch angeschlossene, widerstandsbehaftete Schicht (18) in Form eines Störstoff-Dotierungsbereiches aufweist.

3. Wärmeschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibkopf (6) aus einem elektrisch isolierenden Keramikmaterial besteht und auf seiner das Aufzeichnungsmaterial (5) berührenden Oberfläche (17) eine elektrisch angeschlossene widerstandsbehaftete Schicht (18) aufweist.

4. Wärmeschreiber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Aufzeichnungsmaterial (5) berührende Oberfläche (17) des Schreibkopfs (6) abgerundete Ränder hat.

5. Wärmeschreiber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer wärmeerzeugenden Schicht (18) versehener Oberflächenbereich (17) des Schreibkopfs (6) nicht mehr als die dreifache Fläche der Kontaktflpche zwischen dem Schreibkopf (6) und dem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial (5) hat.

6. Wärmeschreiber nach einem der ,Ansprüehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeempfindliche blattförmige Aufzeichnungsmaterial (5) in .unterschiedlichen Farben oder Aufzeichnungsdichten in Abhängigkeit von der vom Schreibkopf (6) übertragenen Temperatur schreibt.

7. Wärmeschreiber nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Komparator (31), der durch Vergleich des Heizpegels des aufzuzeichnenden Signals mit einem Bezugspegel den Heizpegel quantisiert.

8. Wärmeschreiber nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufzeichnungsmaterial (5) aus einem Grundblatt (23) und mehreren, auf das Grundblatt (23) aufgebrachten Schichten (24) mit einem Gehalt eines Leukofarbstoffs und einer Phenolverbindung oder einer organischen Säure als wärmeempfindliche Färbungskomponente besteht.

9. Wärmeschreiber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß hinsichtlich der zurückgelegten Weite des Schreibkopfs (6) relativ zum Chassis 1 bis 5 Impulse pro Millimeter und hinsichtlich des Vorschubs des Aufzeichnungsmaterials (5) 10² bis 10⁵ Impulse pro Millimeter erzeugt werden und jeder Impuls eine Energie zwischen 1 und 5 Millijoule aufweist.

10. Wärmeschreiber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Steuerung (29, 30) dem zu Beginn eines Schreibvorgangs noch kalten Schreibkopf (6) Impulse höherer Energie zutührbar sind.

11. Wärmescnreiber nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von auf unterschiedliche Eingangsgrößen ansprechenden Schreibköpfen (6) vorhanden sind, die zur Aufzeichnung in verschiedenen Farben mit Impulsen von jeweils unterschiedlicher Energie gespeist sind.