DE2436362A1

DE2436362A1 - Thermodruckkopf und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2436362A1
Application number: DE2436362A
Authority: DE
Inventors: Patricia Ann Mclaughlin; Earl Wesley Stapleton; Jerry Edwin Turnbaugh
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1973-07-30
Filing date: 1974-07-27
Publication date: 1975-02-20
Also published as: JPS5045650A; FR2239347A1; NL7408759A; JPS5544710B2; NL165688B; CA1034185A; US3903393A; NL165688C; FR2239347B1; GB1453002A

Description

DiPL.-iNG. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1- · S cn ad ο wp I atz 9

Düsseldorf, 26. Juli 1974

PF 2114
•7477

.Tektronix, Inc.
Beaverton, Oregon, V. St. A.

•Thermodrückkopf und Verfahren zu dessen Herstellung - '

•Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckkopf und insbesondere einen Thermodrückkopf.

Dickfilm-Thermodruckköpfe, wie sie sich derzeit im Einsatz befinden, weisen auf einem keramischen Substrat angeordnete Widerstandselemente auf, die mit einem gemeinsamen leitenden Element und entsprechenden weiteren individuellen leitenden Elementen verbunden sind, wobei auch diese Elemente auf dem Substrat festgelegt sind. Für diese Dickfilm-Thermodruckköpfe wird ein Substrat mit einer verhältnismäßig hohen thermischen Leitfähigkeit verwendet, das einen hohen Anteil der verfügbaren Wärme verlorengehen und nicht zu dem Papier gelangen laßt. Es kann auf das Substrat unter den Widerständen eine Lage aus Isoliermaterial aufgebracht werden, um den Wärmeverlust zu verhindern, jedoch stellt dies einen zusätzlichen Arbeitsgang dar, der den Aufbau verwickelter und komplizierter werden läßt· und im übrigen zusätzliche Kosten mit sich bringt. . '

Der Längsaufbau von in normaler Weise gedruckten Dickfilm-Widerstandselementen ist typischerweise wellenförmig, so daß der Mittelbereich, in dem die Wärme ihre höchste Konzentration hat,

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Telefon (0211) 32 08 58

Telegramme Custopat

niedriger als die seitlich angrenzenden Bereiche angeordnet ist und damit ein einwandfreies Drucken auf dem wärmeempfindlichen Papier verhindert.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung eines Thermodruckkopfes mit einem Substrat niedriger thermischer Leitfähigkeit, der im Einsatz sauber an dem wärmeempfindlichen Papier angreift. Seine Widerstandselemente sollen einen optimalen Aufbau haben, so daß das wärmeempfindliche Papier an dem Teil der Widerstandselemente mit der höchsten Temperatur angreifen und somit eine maximale Farbänderung erfahren kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Thermodruckkopf erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Substrat aus einem Material niedriger thermischer Leitfähigkeit; ein gemeinsames leitendes Element auf einer Seite des Substrats; mit ihren Enden im Abstand von dem gemeinsamen leitenden Element auf der einen Seite des Substrats angeordnete weitere leitende Elemente; ferner durch auf dem Substrat und dem gemeinsamen leitenden Element sowie den entsprechenden weiteren leitenden Elementen angeordnete Widerstandselemente mit im wesentlichen ebenen Deckflächen.

Durch die Verwendung eines Substrats mit niedriger thermischer Leitfähigkeit in Verbindung mit dem Thermodruckkopf nach der Erfindung läßt sich der Wärmeverlust verringern, so daß ein verhältnismäßig großer Anteil der durch die Widerstandselemente erzeugten Wärme zur Verfügung steht, um das wärmeempfindliche Papier seine Farbe ändern zu lassen und Information darauf einzuprägen. Der Aufbau der Widerstandselemente ist so, daß eine im wesentlichen ebene Deckfläche für jedes Widerstandselement vorgesehen ist, um so eine große Gesamtfläche für den Angriff durch das wärmeempfindliche Papier zu erhalten und damit dessen Entfärbung über die erwärmten Widerstandselemente zu gewährleisten. An dem Substrat ist ein Kühlkörper angebracht, um eine Überhitzung des Substrats und damit allgemein ein Schmieren des

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Papiers zu verhindern. Die Dicke der streifenförmigen leitenden Elemente ist typischerweise geringer, und ebenso ist die Dicke der Widerstandselemente typischerweise geringer als bei herkömmlichen Dickfilm-Elementen, um einen einwandfreien Papierkontakt zu gewährleisten. Die Druck-Widerstände können durch Laser-Schneiden einer fortlaufenden Widerstandsschiene zwischen leitenden Bahnen unter Bildung einzelner Widerstandselemente oder im Siebdruckverfahren hergestellt werden,' so daß eng benachbarte Widerstandselemente entstehen, die durch Einschnürungen miteinander verbunden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine Teilansicht einer Ausführung eines Thermodruckkopfes nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Thermodruckkopfes nach Fig. 1;

Fig. 3 und 4

Querschnitte durch Fig. 1 längs den.Linien 3 - 3 bzw. 4 - 4 ;".■"."

Fig. 5 perspektivisch eine Teilansicht einer weiteren Ausführung des Thermodruckkopfes nach der Erfindung;

Fig. 6 eine Teildraufsicht auf den- Thermodruckkopf nach Fig. 5; und

Fig„ 7 und 8

Querschnitte durch Fig,, 5 längs den Linien 7-7 bzw. 8 -'8.

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©iaselnea läßt die Zeichnung suit Fig. 1-4 einen Thermodruck-(thermal printing head) mit einem keramischen Substrat gemeinsamen leitenden Element 12₀ Widerstandselementen weiteres?» individuellen leitenden Elementen 16 sowie einem 18

Substrat 10 bestellt vorzugsweise aus einem Material alt niedriger thermischer Leitfähigkeit, wobei die Verwen-

terite einem-in der Hauptsache aus Magnesiumoxid

zusammengesetzten Material _? ausgezeichnete se geliefert hat« Jedoch .kann jedes Material oder niedrigerer thermischer Leitfähigkeit verst werden_ff das In der Lage ist, den Beanspruchungen einer Di©kflla-3ehandlung su widerstehen _o Sie Verwendung von Material r tliesniseher Leitfähigkeit for aas Substrat führt sa n ^rriscieruntj der isrsoröerlieiaesi lasistusig durch des Wlrae^asiastes _s Dis üsitsaciea 31ei»este 12 and a ist SiebäraGkfss'Salireii ad'i lisitsaäss? '3öla<pB:2°&& auf sine Safestrafcs 10 -aaaispssoliSSAi sis©ss ^:i/©s?srsg(sSssaea Mustsr _g

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lleraeats 12 aasrüllt^ außerdem kleine Bereiche dieser ©a !!©»©at© tBntsps^:sahemä W±q_B 3 überlappt. Die Widerfe© £i5t ©las aesSs&äLalialis flI®BfIfe.ig@ Batlienat-Dickfiliti

erstreckt. Die Dicke der leitenden Elemente 12 und 16 beträgt etwa die Hälfte der Dicke herkömmlicher leitender Dickfilm-Elemente , so daß die Dicke der leitenden Elemente 12 und 16 und der Widerstandselemente 14 im Vergleich zu entsprechenden leitenden Elementen und Widerstandselementen bestehender Thermodruckköpfe verhältnismäßig gering ist. Die leitenden Elemente können so dünn sein, weil eine leitende glasfreie Edelmetall-Tinte verwendet werden kann, die in der Lage ist* eine unmittelbare Verbindung mit dem Substrat einzugehen.

Nach dem Fixieren der Widerstandspaste wird.ein herkömmlicher YAG-Lasertrimmer verwendet? um die Widerstandsschiene zwischen den leitenden Elementen 16 in der aus der Zeichnung, ersichtlichen Weise mit den Aussparungen 20 zu versehen, durch die die Widerstandsschiene in diskrete Widerstandselemente 14 mit im wesentlichen rechteckiger Gestalt unterteilt wird, die zwischen das gemeinsame leitende Element 12 und die entsprechenden leitenden individuellen Elemente 16 geschaltet sind, so daß bei Führung eines Stroms längs eines bestimmten leitenden Elements 16 in Verbindung mit allgemein bekannten Schaltmitteln, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erläutert zu werden brauchen, das damit in Verbindung stehende Widerstandselement 14 erwärmt wird und die dadurch erzeugte Wärme das wärmeempfindliche Papier 22 bei dessen Bewegung längs des Thermodruckkopfes unter Bildung einer entsprechenden Markierung verfärbt.

Die Verwendung des Lasers ermöglicht die Herstellung eines unter Kontrolle gehaltenen Schnitts, so daß die fortlaufende Widerstandsschiene in diskrete Widerstandselemente zerschnitten wird, der Laserstrahl leicht in das Substrat einschneidet, um eine bessere thermische Isolierung zwischen den diskreten Widerstandselementen zu schaffen, und eine ebene Deckfläche für die Widerstandselemente erhalten wird, die su einer größeren Papierkontaktfläche führt, die wiederum eine größere Markierungsfläche auf dem wärmeempfindlichen Papier und damit eine bessere Äuf-

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lösung der Merkmale ermöglicht,, wobei außerdem durch das Laser-Schneiden ein geringerer Abstand zwischen den diskreten Widerstandselementen erreicht wird,»

Die Deckflächen der Widerstandselemente 14 sind im wesentlichen ebenf, um große Flächen für den Angriff an dem wärmeempfindlichen Papier zu schaffen, außerdem sicherzustellen, daß das Papier im Bereich größter Wärmekonzentration der Widerstandselemente angreift, um diese zu verfärben. Das Papier steht somit im wesentlichen über die gesamte Papierangriffsfläche der Widerstandselemente mit diesen in Kontakt, was zu geringen Abständen zwischen den benachbarten Markierungspunkten und zu großen Markierungspunkten führt.

Der Kühlkörper 18 besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Kühlkörper-Material, um ein überhitzen des Substratmaterials und damit ein Verschmieren des wärmeempfindlichen Papiers zu verhindern.

Mit Fig_o 5 - 8 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, bei der der Thermodruckkopf TPHa ähnlich dem Thermodruckkopf TPH der Fig. i - 4 ist, mit der Ausnahme, daß die Widerstandselemente 14a rhombusförmig ausgestaltet sind und der Kontakt eines Widerstandselements 14a zu benachbarten Widerstandselementen 14a durch Einschnürungsbereiche 24 auf ein Minimum gebracht wird.

Die Einschnürungsbereiche 24 bilden Bahnen hohen Widerstands, so daß jedes Widerstandselement unabhängig wirksam werden kann. Aufbau und Herstellung des Thermodruckkopfes nach Fig. 5-8 sind die gleichen wie für Fig. 1-4, abgesehen von den Widerstandselementen, die gleich zu Beginn gesondert ausgebildet werden und daher nicht noch anschließend getrennt werden müssen.

Wie mit Fig. 5-8 gezeigte haben die Widerstandselemente 14a eine im wesentlichen ebene Deckfläche, die die Papierangriffs-

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flächefür. den Angriff an dem wärmeempfindlichen Papier 22a bildet, um'so einen engen JÜbstand -zwischen den Markierungspunkten und große Markierungspunkte su erhalten_o

Die Widerstandselemente können gruppenweise zusammengefaßt-.werdest wie" das' mit/#ig<,' 2 gezeigt" ist, wobei ein diskretes Widerstandseiement 26' Zwischen den'Gruppen angeordnet ist, wenn die öurehgehehde" Wielisrstandsschiene In .diskrete Widerstandselemente zerschnitten wl^fU..©der /die Widerstandselement-Gruppen können gesonderte Gruppen einer durchgehenden Widerstandsschiene sein, die zwischen sief::": Icein. Widerstandsmaterial aufweisen, wie das mit'Fig» β gezeigt Ist,-.".'■ .--,.".";."

Die Vort@i3,# fler vorliegenden Erfindung bestehen In einer vereinfachten ¥@gärbeitung>\,einexrL geringeren Leistungsverbrauch, einer verbesserten. Auflösung infolge großer und im wesentlichenebener PapierangriffsfiäGhen der Widerstandselemente sowie einem großen Verhältnis stoischen der Dicke der Widerstandselemente sü der Dicke der leitenden Elemente_o

Die Erfindung stellt; somit einen--fhermodruckkopf-mit einer Heihe Dickfilm-Widerstände star Verfügungt- die über Dickfilmleiter auf einem keramischen Substrat verbunden sind und in geeigneterweise mit Energie versorgt werden, um als Thermodruckkopf t-ilrken zu können» Das wärmeempfindliche Papier kann in innigen Kontakt * mit den Widerständen gebracht werden, von denen einige auf eine Temperatur erhitzt werden £, die-eine Farbänderung in "dem Papier hervorrufen kann _B um so eine entsprechende Matrix von Markie-

rungspunkten zn bilden» Das Papier wird an dem Druckkopf In inkrementellen Schritten vorbeibewegt ₀_ wobei andere Markierungspunkt-Matrizen gebildet werden„Die Markierungspunkte bilden dann gemeinsam alphanumerische. Zeichen _o

Patentansprüche s

Claims

— ο —

Patentansprüche ;

Thermodruckkopf, gekennzeichnet durch ein Substrat (JO) aus einem Material niedriger thermischer Leitfähigkeit; ein gemeinsames leitendes Element (12) auf einer Seite des Substrats? mit ihren Enden im Abstand von dem gemeinsamen leitenden Element (12) auf der einen Seite des Substrats angeordnete weitere individuelle leitende Elemente <16); ferner durch auf dem Substrat und dem gemeinsamen leitenden Element sowie den entsprechenden weiteren leitenden Elementen angeordnete Widerstandselemente (14; 14a) mit im wesentlichen ebenen Deckflächen.
2. Thermodruckkopf nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die-Widerstandselemente (14) eine im wesentlichen rechteckige Gestalt haben.
3. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (14a) eine im wesentlichen rhombusförmige Gestalt haben.
4. Thermodruckkopf nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Substrat (10) ein Kühlkörper

(18) verbunden ist.
5. Thermodruckkopf nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Widerstandselemente (14; 14a) etwa das Zweifache der Dicke des gemeinsamen leitenden Elements bzw. der weiteren individuellen leitenden Elernente (16) beträgt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die" eine Fläche des aus isolierendem Material bestehenden Substrats (10) leitende Paste unter Bildung eines

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gemeinsamen leitenden Elements (12) sowie der im Abstand voneinander angeordneten weiteren leitenden Elemente (16), die mit ihren Enden einen Abstand von dem gemeinsamen leitenden Element aufweisen, aufgebracht; die leitende Paste und das Substrat unter Fixierung des gemeinsamen leitenden Elements und der weiteren leitenden Elemente auf dem Substrat einem Brennvorgang ausgesetzt; eine Paste aus Widerstandsmaterial auf das gemeinsame leitende· Element und die Enden der weiteren leitenden Elemente sowie in die Zwischenräume zwischen dem gemeinsamen leitenden Element und den Enden der weiteren leitenden Elemente unter Bildung einer durchgehenden Schiene aus Widerstandsmaterial aufgebracht; das Substrat und die Widerstandspaste unter Fixierung der Widerstandsschiene auf dem gemeinsamen leitenden Element, den Enden der weiteren leitenden Elemente und dem Substrat gebrannt; und die Widerstandsschiene unter Bildung der zwischen das gemeinsame leitende Element (12) und die entsprechenden weiteren individuellen leitenden Elemente (16) geschalteten Widerstandselemente (14) durchschnitten wird. ' .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden ein Laserstrahl verwendet wird.

8ο Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den benachbarten eingeschnittenen Widerstandselementen (14a) diese miteinander verbindende Einschnürungsbereiche (24) belassen werden.

KN/sg 3

00808/07