DE2365204A1 - Verfahren zum herstellen eines thermodruckkopfes - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines thermodruckkopfes

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DE2365204A1 DE2365204A DE2365204A DE2365204A1 DE 2365204 A1 DE2365204 A1 DE 2365204A1 DE 2365204 A DE2365204 A DE 2365204A DE 2365204 A DE2365204 A DE 2365204A DE 2365204 A1 DE2365204 A1 DE 2365204A1
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Description

18711 L/ls 31. Dezember 19 73
Nippon Toki Kabushiki Kaisha, Nagoya-shi (Aichi-ken), Japan
Verfahren zum Herstellen eines Thermodruckkopfes
Die Erfindiong betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Druckkopfes für die Vervrendung in einem Thermodrucksystem für den Thermodruck auf einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger.
In einem bekannten Thermodrucksystem kann man eine zu druckende Information auf einen wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger drucken, indem man einen der Information entsprechenden elektrischen Strom in ein Wärmeenergiesignal unwandelt und dieses mit Hilfe eines Druckkopfes, der einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträger zugeordnet ist, auf diesen Träger druckt. Ein bekannter Druckkopf dieser Art besitzt ein Substrat aus einem Material mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand und mehrere Widerstandselemente, die auf diesem Substrat wahlweise angeordnet sind und dazu dienen, ein elektrisches Signal in ein Wärmeenergiesignal umzuwandeln, sowie auf dem Substrat angeordnete elektrische Leiter, die mit den Wide rs tandse lementen verbunden sind und ihnen das elektrische Signal zuführen. In den üblichen Verfahren
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zum Herstellen eines derartigen Druckkopfes verwendet man ein Substrat aus einem Isoliermaterial, beispielsweise Glas, und werden die Widerstandselemente und die elektrischen Leiter auf dem Substrat durch Vacuumaufdampfung oder Kathodenzerstäubung oder als gedruckte Schaltung aufgetragen, oder verwendet man ein Halbleiter-Substrat, in das die Widerstandselemente und elektrischen Leiter eindiffundiert werden«
Da angesichts der Abmessungen eines derartigen Druckkopfes die Widerstandselemente nur sehr klein sein dürfen und Abmessungen von weniger als etwa 0,5 mm haben müssen, haben die vorerwähnten, üblichen Verfahren den Nachteil, daß die Ausschußrate i?och ist, daß die Herstellungsverfahren kompliziert sind und daß die gebildeten Wi de rs tandse lerne nte verschiedene Nachteile haben, beispielsweise hinsichtlich ihrer Genauigkeit, ihrer Haftfestigkeit auf dem Substrat, der Konstanz ihres Widerstandswertes und ihrer Verschleißfestigkeit, die von der Dicke der Widerstandselemente abhängig ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Herstellen eines Druckkopfes unter Vermeidung der vorstehend angegebenen Nachteile, wobei Widerstandselemente und elektrische Leiter, d.h. die wichtigsten Teile des Druckkopfes, auf wirtschaftliche Weise auf einem Substrat angebracht werden können und ein Druckkopf mit ausgezeichneten Funktionseigenschaften erhalten wird.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Thermodruckkopfes wird auf eine Fläche eines ebenen Papierblatts eine Schaltung aus Widerstandselementen und elektrischen Leitern gedruckt, worauf die gedruckte Schaltung und die genannte Fläche des ebenen Papierblattes mit einer Trägerschicht aus einem im wesentlichen durchsichtigen Methacrylsäureharz bedeckt werden, das ebene Papierblatt abgezogen wird, die die gedruckte Schaltung tragende Trägerschicht mit innenliegender gedruckter Schaltung auf einer Fläche eines vorgeformten Isoliersubstrats angeordnet
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wird und danach die auf dem Substrat angeordnete Trägerschicht erhitzt und dadurch abgebrannt wird, während die Schaltung mit der genannten Fläche des Substrats verklebt.
In den Zeichnungen zeigt
Fig.l ein Fließschema zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2 bis 5 im Schnitt in Teildarstellungen je
einen Schritt des erfindungsgemäßen. Verfahrens, wobei zur besseren Verständlichkeit die Bestandteile übertrieben groß dargestellt sind;
Fig.6 in größerem Maßstab in einer Teildarstellung ein Ausführungsbeispiel einer gedruckten Schaltung;
Fig.-7 in einer Teildars te llung schaubildlich ein Isoliers ubs trat;
Fig.8 im Schnitt eine Abänderung des in Fig.4 erläuterten Schritts;
Fig.9 im Schnitt eine Abänderung des in Fig.4 gezeigten Schritts und
Fig. 10 in einer Teildarstellung in größerem Maßstab in Draufsicht ein gegenüber Fig.6 abgeändertes Ausführungsbeispiel einer gedruckten Schaltung.
Fig. 11 (A) und (B) zeigen eine Schnittdarstellung bzw. eine Draufsicht zur Erläuterung des erfi ndungs gemäßen Verfahrens;
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Fig. 12 (A) und (B) zeigen ebenfalls eine Schnittdarstellung bzw» eine Draufsicht zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 13 zeigt Wärmehaushaltskurven und Differential-Wärmehaushaltskurven für die Materialien der Widerstandselemente und der elektrischen Leiter und das Methacrylsäureharz der Trägerschicht, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden;
Fig. 14 zeigt in vergrößerte^ Photographien die
Veränderungen des Zustands j ede ^gedruckten Schaltung durch den Abb renn Vorgang für den Fall, daß die Trägerschicht erfindungsgemäß aus einem Methacrylsämreharz besteht und für den Fall, daß in einem nicht zur Erfindung gehörenden Verfahren die Trägerschicht aus einem anderen Material, beispielsweise aus Nitrocellulose besteht.
' Nachstehend wird die Erfindung anhand von Äusfüiirungsbeispielen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Thermodruckkopf mit Hilfe der in Fig.l dargestellten Verfahrensschritte hergestellt werden. Im Schutt 1 wird ein Papierblatt hergestellt. Das Papierblatt kann fest und wasserabsorptionsfähig sein. Auf der einen Seite eiäiäit das Papierblatt eine glatte Fläche la (siehe Fig.2). In dem Schritt A wird auf die glatte Fläche la eine Schicht 2 (siehe Fig. 2) aufgetragen, die aus Klebstoffen 2a besteht. Diese Klebstoffe bestehen überwiegend beispielsweise aus Polyvinylalkohol, Dextrin oder anderen wasserlöslichen Klebstoffen. Man kann auch selbstklebende Klebstoffe verwenden. In dem Schritt B wird auf die obere Fläche der Klebstoffschicht 2 eine gewünschte Schaltung 3 aufgetragen, die aus elektrischen Leitern 3A und Widerstandselementen 3B besteht, wobei für die elektrischen Leiter ein
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Material 3A1 und für die Wi de rs tandse lemente ein Material 3B1 verwendet werden. Ein Beispiel einer gedruckten Schaltung 3 ist in Fig.6 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere punktförmige Wi de rs tandse leine nte 3B zu einem Block zusammengefaßt. Ein derartiger Block oder mehrere derartige Blöcke bilden ein Zeichen, beispielsweise einen Buchstaben, ein Symbol oder eine Ziffer. Bei einem Druckkopf, der nur zum Drucken von Zahlen bestimmt ist, kann man die Widerstandselemente in Form einer Gruppe von Segmenten anordnen, die wahlweise zur Bildung aller Ziffern verwendet werden können, wie di® in Fig.IO gezeigt ist. Man kann gegebenenfalls die Schaltungen 3A und 3B auch ohne eine Klebstoffs chi ch t direkt auf die Fläche la des Papierblattes 1 drucken. Das Material 3A1 für die elektrischen Leiter kann eine elektrisch leitende Paste sein, die ein organisches Bindemittel enthält, das in einem nachstehend ausführlich beschriebenen Abbrennvorgang F ausgeheizt werden kann. Die Paste kann ferner im Gemisch eine Glasfritte sowie ein Pulver aus einem elektrisch leitenden Material, wie Pt, Ag, RuD2, Ph, Pa oder Pd enthalten. Das Material 3B1 für die Widerstandselemente kann eine pastenartige Widers tands-Anstrichmasse sein, die im Gemisch ein organisches Bindemittel der vorstehend angegebenen Art sowie eine Glasfritte, das vorerwähnte elektrisch leitende Pulver und Silberoxyd oder Palladium-
3 oxyd enthält. Zunächst wird das Material A1 für die elektrischen Leiter in Form des gewünschten Musters gedruckt. Dann wird das Material 3B1 für die Widers tandse lemente in Form des gewünschten Musters gedruckt. Wie vorstehend erwähnt wurde, wird erfindungsgemäß jedes Muster auf die ebene Fläche la des Papierblatttes 1 gedruckt, damit gewährleistet ist, daß das Muster leichter mit sehr hoher Genauigkeit gebildet werden kann. Da erfindungsgemäß die Muster auf eine ebene Fläche gedruckt werden, können sie leichter mit sehr hoher Genauigkeit und mit sehr hoher Geschwindigkeit gedruckt werden, ähnlich wie beim üblichen Drucken, selbst wenn die Schaltungen sehr kompliziert sind und sehr kleine Abmessungen haben. Da erfindungs gemäß die Muster auf eine ebene Fläche eines Papierblattes gedruckt werden, kann man ohne weiteres eine genügend ebene Fläche für die Aufnahme der Muster vor-
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sehen» Erfindungsgemäß wird daher die Bildung von Widers tandselementen mit unebenen Flächen vermieden^ die auftreten würden, wenn die Widerstandselemsnte direkt auf eine Fläche eines Is oliersubstrats^ beispielsweise aus keramischem Material, gedruckt werden würden. Dies wird nachstehend anhand der Figuren 11 und 12 genauer beschrieben. Wenn die Fläche 11a eines Trägers 11, auf den ein Muster gedruckt werden soll, genügend eben ist, wie dies in Fxg.il gezeigt ist? kann das auf die Fläche 11a gedruckte Muster 30 beispielsweise hinsichtlich seiner Dicke und Breite sehr genaue Abmessungen erhalten. Wenn dagegen die Fläche 11a1 eines Trägers II1, auf den ein Muster gedruckt werden soll, eine Vertiefung 12 und Vorsprünge 13 besitzt, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist,, hat das auf die Fläche lla1 gedruckte Muster 30' ungleiche Dicken t., t-, t3 und ungleiche Breiten b.r b~, b«. tfenn daher das Muster 30' aus Wide rs tandse lementen besteht, haben diese unterschiedliche Vitdecstandswerte. Das von den Widerstandselementen gebildete Muster hat ferner infolge ihrer unterschiedlichen Dicke eine sehr geringe Verschleißfestigkeit. Diese Nachteile können erfindungsgemäß vermieden werden.
Dem Schritt B folgt der Schritt C1 in dem die gedruckte Schaltung 3 mit einer Trägerschicht 4 bedeckt wird. Diese kann aus einem Methacrylsäureharz bestehen, so daß die Trägerschicht 4 die gedruckte Schaltung 3 genau in der gewünschten Lage festhalten kann, wenn in dem nachstehend beschriebenen Schritt D das Papierblatt 1 von der Schaltung abgezogen wird.
Ferner kann die Trägerschicht 4 aus dem Methacrylsäureharz im wesentlichen durchsichtig sein und in dem nachstehend beschriebenen
Schritt F durch Erhitzen auf eine Temperatur über etwa 500°C abge-
werden brannt werfen. Beispielsweise kann die Trägerschicht 4 gebildet, indem man eine Lösung aus 50 Gewichtsprozent Methacrylsäureester und 50 Gewichtsprozent eines hochsiedenden Verdünnungsmittels von oben auf die gedruckte Schaltung 3 spritzt. In Fig.2 ist das nach der Durchführung der Schritte A bis C erhaltene Produkt dargestellt.
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Die nachstehend beschriebenen Schritte D bis G brauchen nicht unmittelbar im Anschluß an die Schritte A bis C durchgeführt zu werden. Man kann eine Anzahl der in Fig.2 gezeigten Produkte mit Hilfe der Schritte A bis C vorfertigen.
In dem in Fig.2 gezeigten Produkt ist die gedruckte Schaltung 3 zwischen dem Papierblatt 1 und der Trägerschicht 4 angeordnet. In dem Schritt D wird das Papierblatt 1 abgezogen» Wenn der im Schritt A verwendete Klebstoff 2a wasserlöslich ist, kann man das als Träger für die gedruckte Schaltung verwendete Papierblatt 1 von der unteren Fläche der gedruckten Schaltung 3 abziehen, wenn man das ganze in Fig.2 gezeigte Produkt oder mindestens das Papierblatt 1 desselben so lange in Wasser taucht, bis der wasserlösliche Klebstoff aufgelöst ist. Wenn der Klebstoff 2a selbstklebend ist, kann man das Papierblatt 1 durch entsprechende Kraftausübung mechanisch abziehen. Fig.3 seigt das Produkt nach dem Abziehen des Papierblattes 1. In diesem Produkt wird die gedruckte Schaltung 3 von der Trägerschicht 4 auf deren Oberseite festgehalten. Da die Trägerschicht 4 aus einem Mathacrylsäureharz besteht, das sehr durchsichtig ist und in festem Zustand eine hohe mechanische Festigkeit pro Einheit seiner Dicke besitzt, kann man die gedruckte Schaltung 3 durch die Trägerschicht 4 hindurch erkennen und kann sie von der Trägerschicht 4 in ihrer Form und Stellung gehalten werden. Das in Fig. 3 gezeigte Produkt ist ferner biegsam.
In dem nächsten Schritt E wird die gemäß Fig.3 auf ihrer Unterseite mit der gedruckten Schaltung 3 versehene Trägerschicht 4 in einer vorherbestimmten Stellung so auf ein Isoliersubstrat 5 gelegt, daß sich die gedruckte Schaltung 3 innen befindet, wie dies in Fig.4 gezeigt ist. Die Form des Isoliersubstrats 5 kann entsprechend der Gesamtausbildung des Thermodruckkopfes gewählt werden. Beispielsweise kann das Isoliersubstrat 5 aus einem Isoliermaterial wie Fosterit, Steatit oder Aluminiumoxyd hergestellt werden und die Form des in Fig.7 gezeigten Thermodruckkopfkörpers erhalten. Da, wie vorstehend erwähnt wurde, die gedruckte Schaltung 3 durch die Trägerschicht 4 hindurch sichtbar ist, kann die
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Arbeiterin die gedruckte Schaltung 3 durch die Trägerschicht 4 hindurch erkennen, während sie die gedruckte Schaltung 3 auf das Substrat 5 legt» Infolgedessen kann das Auflegen leicht und genau erfolgen? selbst wenn die Stirnfläche 6 des Substrats 5 nur schmal ist, wie dies in Fig»4 gezeigt ist. Da das aus der Trägerschicht 4 und der gedruckten Schaltung 3 bestehende Produkt biegsam ist» kann man die gedruckte Schaltung 3 gleichzeitig auf zwei oder mehrere Flächen des Substrats 5 lagen, wenn man die Trägerschicht 4 um das. Substrat 5 herumbiegt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die gedruckte Schaltung 3 wird mit den Umfangsflächen des Substrats 5 in satte Berührung gebracht, erforderlichenfalls unter Druckeinwirkung. In diesem Zustand wird der Schritt F durchgeführt, in dem die Anordnung in einem Heizofen 60-150 mino lang auf etwa 500-8000G erhitzt wird.
In Fig„13 sind die Wärmeenergie menge η dargestellt, die infolge des erfindungs gemäße η Mhitzens von den Materialien der Trägerschicht (aus Msthac2ylsäureharz), der elektrischen Leiter und der Widerstandselementen erzeugt werden, sowie die dabei stattfindenden Veränderungen des Gewichts dieser Teile. In Fij.13 umfaßt die Kurvenschar TGk eine Wärmehaushaltskurve χ des Materials der
elektrischen Leiter, eine Wärmehaushaltskurve x. des Materials der Widerstandselemente und eine Wärmshaushaltskurve χ des Methacrylsäureharzes und umfaßt die Kurvenschar DTA eine Differential-Wärmehaushaltskurve y des Materials der elektrischen Leiter,
el
eine Differential-Wärmehaushaltskurve yb des Materials der Widerstandselemente und eine Differential-Wärmehaushaltskurve y des Methacrylsäureharzes.
Wie aus der Fig. 13 hervorgeht, bewirkt der vorgenannte Erhitzungsvorgang, daß die Trägerschicht 4 aus dem Methacrylsfiureharz zersetzt und verdampft wird und daher ohne Zurücklassung von Kohlenstoff resten vollständig verbrennt, und daß das Material 3A1 der elektrischen Leiter und das Material 3B° der Widerstandselemente unter Bildung der elektrischen Leiter 31A bzw. der Widerstands-
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_ Q —
elemente 3IB fest mit der Oberfläche des Substrats 5 verbunden werden (Fig.5). In de.n Figuren 4 und 5 sind Widerstandselemente gezeigt, .die sich auf der Stirnfläche 6 des Substrats 5 befinden. Man kann aber auch gemäß den Figuren 8 und 9 Widerstandselemente auf einer Seitenfläche 7 des Substrats 5 anordnen. Fig. 14 zeigt in vergrößerten Photos die Veränderung der gedruckten Schaltung durch den Abb renn vor gang bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Trägerschicht aus einem Methacrylsäure]! ar ζ und einer nicht der Erfindung entsprechenden Trägerschicht aus einem anderen Material, beispielsweise Nitrocellulose. Aus diesen Photos erkennt man, daß nach einem Abbrennen bei 3OO°C die beiden gedruckten Schaltungen verschieden aussehen. Nach einem Abbrennen bei etwa 500 C (dies ist die Untergrenze des Temperaturbereichs, in dem die Widerstandselemente und die elektrischen Leiter fest mit dem Isoliersubstrat verbunden werden und die Eigenschaften von elektrischen Widerständen und elektrischen Leitern annehmen - vor dem Ausheizen besitzen die Materialien diese Eigenschaften nicht), werden die Widerstandselemente und elektrischen Leiter in dem nicht zur Erfindung gehörenden Verfahren derart verformt und teilweise zerbrochen, daß sie ihre Widerstands- bzw. Lei te rf unk ti one η nicht erfüllen können. In dem erfindungs gemäße η Verfahren wird auch bei dieser Temperatur das Aussehen der gedruckten Schaltung nicht verändert.
Wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann man für die Widerstandselemente oder elektrischen Leiter ein Material verwenden, das bei etwa 8000C aus geheizt werden muß. Wie aus den beiden untersten Photos in Fig. 14 hervorgeht, wird selbst nach einem Abbrennen bei 800°C das Aussehen der gedruckten Schaltung in dem erfindungs gemäßen Verfahren nicht verändert, während nach einem Abbrennen bei 800°C in dem nicht zur Erfindung gehörenden Verfahren die gedruckte Schaltung derart verformt ist, daß sie ihre Funktion nicht durchführen kann.
Man erkennt, daß in dem erfindungs gemäßen Verfahren jeder Schritt leicht durchgeführt werfen und eine gewünschte Schaltung aus
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Widsrstandselemsnten und elektrischen Leitern mit hoher Genauigkeit gebildet werden kann? so daß man auf wirtschaftliche Weise einen hochwertigen Thermodruckkopf herstellen kann.
Wach dem Lesen der vorstehenden Beschreibung sind weitere Abänderungen des erfindungs gemäßen Verfahrens für den Durchs chnitts f achmann naheliegend. Die Erfindung ist auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt«,
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Claims (1)

  1. P ate nt ans ρ r ü ehe
    Verfahren zum Herstellen eines Thermo druckkopf es, dadurch gekennzeichnet? daß auf eine Fläche eines ebenen Papierblatts eine Sdialtung aus Widerstands elemente η und elektrischen Leitern gedruckt wird, daß danach die gedruckte Schaltung und die genannte Fläche des ebenen Papierblattes mit einer Trägerschicht aus einem im wesentlichen durchsichtigen Methacrylsäureharz bedeckt werden, daß das ebene Papierblatt abgezogen wird, daß die die gedruckte Schaltung tragende Trägerschicht mit innenliegender gedruckter Schaltung auf einer Fläche eines vorgeformten Isoliersubstrats angeordnet wird und daß danach die auf dem Substrat liegende Trägerschicht erhitzt und dadurch abgebrannt wird, während die Schaltung mit der genannten S übst rat fläche verklebt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ebene Papierblatt fest und was se ^absorptions fähig ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Fläche des Papierblatts eine Klebstoff schicht aufgetragen und die Schaltung auf die obere Fläche der Klebstoffschicht gedruckt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff überwiegend aus Polyvinylalkohol, Dextrin oder einem anderen wasserlöslichen Klebstoff besteht und das Papierblatt von der gedruckten Scnaltung abgezogen wird, nachdem mindestens das Papierblatt bis zum Auflösen des Klebstoffs in Wasser getaucht worden ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff selbstklebend ist und das Papierblatt unter entsprechender Kraftausübung mechanisch abgezogen wird.
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    238520.
    6. Verfahren nach Anspruch I7 dadurch gekennzeichnet, daß
    als Material für die elektrischen Leiter eine elektrisch leitfähige Paste verwende t wird, die im Gemisch mit einem organischen Bindemittel ρ das beim Abbrennen ausgeheist werden kann, eine Glasfritte und ein elektrisch leitendes Pulver aus Pt, Ag, RuO2^ Ph, Pa und/oder Pd enthält, und daß als Material für die Widerstandselemente eine pastenartige Widerstands-Änstrichmasse verwendet wird, die im Gemisch mit einem organischen Bindemittelj, das beim Abbrennen ausgeheizt werden kann, eine Glasfritte, ein elektrisch leitendes Pulver aus Pt4T Ag, RuO2f. Ph, Pa und/öder Pd und ein Metallo2^dpulver
    aus Silberosyd und/oder Paliadinamoie^d enthält.
    7, Verfahren nach Anspruch lr dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus einer Verbindung besteht, die durch Erhitzen auf eine Temperatur über etwa 5000G abgebrannt werden kann»
    Verfahren nach Anspruch T9 dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen durchsichtige Trägerschicht aus Msthacrylsäureharz besteht.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
    zuiU Bilden der Trägerschicht eine Lösung aus 50 Gewichtsprozent Methacrylsäureharz und 50 Gewichtsprozent eines
    hochsiedenden Verdünnungsmittels gespritzt wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeformte Isoliersubstrat aus keramischem Material besteht.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Isoliersubstrat aus Posterity Stearit und/oder Aluminiumoxyd besteht.
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    12. Verfahren nach Anspruch I7 dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Substrat angeordnete Trägerschicht zu ihrem Abbrennen ehitzt wird.
    Abbrennen etwa 60-150 min. lang auf etwa 500-BoO0C er-
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht bei etwa 800°C abgebrannt wird.
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    Leerseite
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