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Druckkopf für einen Wärmedrucker und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft einen Druck-Kopf für einen Wärmedrucker und ein Verfahren
zu seiner Herstellung.
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Es sind Faksimile-Drucker bekannt und sie werden benutzt, um Informationen
über Telefonleitungen oder andere Fernmeldeverbindungen auszusenden und zu empfangen.
Die handelsüblichen Faksimile-Drucker haben eine Übertragungszeit von mehreren Minuten
für die Übertragung des Inhaltes eines Blattes mit der Größe A4. Einer der Faktoren,
der die Gesamtzeit oder Gesamtgeschwindigkeit der bekannten Faksimile-Drucker begrenzt,
ist die Arbeitsgeschwindigkeit des Druckmechanismus.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druck-Kopf für
einen Wärmedrucker zu schaffen, mit dem höhere Druckgeschwindigkeiten als bisher
erreichbar sind.
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Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch einen Träger aus einem
elektrisch und wärme-isolierendem Material, der eine profilierte und geschlitzte
Längsseite hat, um eine Druckfläche für den Kopf zu bilden, wobei diese Fläche in
Längsrichtung in eine Vielzahl von im Abstand angeordneten Bereichen unterteilt
ist, ferner durch eine Vielzahl von Streifen aus einem elektrischen Widerstandsmaterial,
die um die im Abstand angeordneten Bereiche gelegt und an ihnen angebracht sind,
um ein Heizelement für den Druck-Kopf zu schaffen, wobei die freien Enden jedes
Heizelementes über die beiden Grundflächen des Trägers verlaufen und durch eine
Vielzahl von im Abstand angeordneten Elektron auf jeder der sich gegenüberliegenden
Grundflächen, wobei jede Elektrode in elektrischem Kontakt mit einem freien Ende
eines der Heizstreifen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines solchen Druck-Kopfes
besteht darin, einen Träger aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material
an einer Längsstirnseite mit einem Profil zu versehen, um eine Druckfläche zu bilden,
die Oberflächen des Trägers mit einer Schicht aus einem elektrischen Widerstandsmaterial
zu überziehen, die überzogene Druckfläche in Längsrichtung in eine Vielzahl von
im Abstand angeordneten Bereichen zu unterteilen, die Druckfläche mit einer Maske
zu versehen und auf die von der Maske freigelassenen Bereiche eine elektrische Widerstandsschicht
sowie eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material aufzubringen, worauf
selektiv Teile der elektrisch leitenden Schicht und der unter ihr liegenden Schicht
aus dem elektrischen Widerstandsmaterial entfernt werden, um auf jeder der beiden
Grundflächen des Trägers eine Vielzahl von parallelen im Abstand liegenden Streifen
aus den beiden übereinander liegenden Schichten zu bilden, wobei die Streifen mit
den im Abstand angeordneten Bereichen der Druckfläche fluchten.
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Das elektrische Widerstandsmaterial, das also einen ohmischen Widerstand
besitzt,
kann aus stromlos niedergeschlagenem Nickel bestehen und der Träger kann ein keramisches
Material sein.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nach folgend
anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 bis 3 schematisch einen Druck-Kopf
für einen Wärmedrucker in Vorderansicht, in Draufsicht und im Schnitt zeigen.
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Fig. 4 zeigt schematisch die Anschlußverbindungen für die Duckelemente
des Druck-Kopfes.
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Die Figuren 1 bis 3 zeigen einen Druck-Kopf für einen Wärme-Drucker,
der auch als Thermo-Drucker bezeichnet wird, mit einem Träger 1 aus einem elektrisch
und thermisch isolierenden Material, beispielsweise aus einem keramischen Material,
wobei der Träger an einer Längsstirnseite 2 mit einem Profil versehen ist, um eine
Druckfläche mit einer gleichmäßig gekrümmten Form zu schaffen.
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In der Stirnfläche 2 ist eine Vielzahl von Schlitzen 4 ausgebildet,
die die Stirnfläche in Langsrichtung in eine Vielzahl von im Abstand angeordneten
Nasen 5 unterteilen'. Die Druckfläche jeder Nase 5 ist mit einer streifenförmigen
Schicht 6 aus einem elektrischen Widerstandsmaterial überzogen, z.B. stromlos aufgebrachtem
Nickel. Die Streifen 6, die die Heizelemente für den Druck-Kopf bilden, erstrecken
sich mit ihren freien Enden über die gegenüberliegenden Grundflächen 7a und 7b des
Trägers 1.
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Die freien Enden von jedem der streifenförmigen Heizelemente 6 sind
mit einem Film bzw. einer Schicht 8 aus einem elektrisch leitenden Material, wie
z.B. Gold, überzogen, um auf jedem Heizelement zwei Elektroden zu schaffen.
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Die Heizstreifen 6 sind durch die Schlitze 4 thermisch und
elektrisch
voneinander getrennt und die Breite der eizstreifen bestimmt ein Maß jedes der zu
druckenden Elemente. Das andere Maß dieser zu druckenden Elemente ist bestimmt durch
die Form der Stirnfläche 2. In der Praxis kann jedes Druckelement z.B.
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die Maße 0,25 mm 0,25 mm haben.
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Bei der Herstellung des Druckkopfes nach den Figuren 1 bis 3 wird
die Stirnseite 2 des Trägers 1 mit dem gewünschten Profil, d.h. der gewünschten
Form versehen, worauf alle Oberflächen des Trägers mit einer Schicht aus einem elektrischen
Widerstandsmaterial (ein Material mit ohmischem Widerstand) überzogen werden.
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Hierzu eignen sich zahlreiche Materialien, vorzugsweise Nickel, das
durch stromlose Vernickelung auf dem Träger 1 aufgebracht wird und eine stabile
Widerstandsschicht mit guter Adhäsion und gleichmäßiger Dicke bildet. Stromlos aufgebrachte
Nickelschichten haben einen gleichmäßigen Flächenwiderstand und sie sind auch bei
hohen Temperaturen verschleißfest und daher für den vorliegenden Zweck wegen der
Abriebwirkung des Druckpapieres geeignet, der die Druckfläche ständig ausgesetzt
ist. Die stromlose Platierung eines keramischen Substrates erzeugt einen Film, der
in einigem Umfang die Poren in der Oberfläche des Substrates ausfüllt und so eine
ohmische Widerstandsschicht bildet, die gegen Abrieb verstärkt ist.
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Es werden dann die Schlitze 4 in der erforderlichen Tiefe in der profilierten
und überzogenen Druckfläche 2 hergestellt. Dies Kann durch eine einzige Operation
erfolgen, z.B. unter Verwendung eines geeigneten rotierenden Schneidwerkzeuges,
z.B. einer Anzahl von Diamant-Sägen, die auf einem Dorn sitzen und durch DistanzstUcke
der erforderlichen Länge, die zwischen ihnen angeordnet sind, auf dem gewünschten
Abstand gehalten werden.
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Die so bearbeitete Druckfläche wird dann geeignet maskiert, z.B.
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mittels eines Abdeck-Wachses oder geeigneter Maskier-Bänder, worauf
die
freiliegenden Bereiche der Widerstandsschicht mit einem Film aus einem elektrisch
leitenden Material, wie z.B. Gold, überzogen werden. Dies kann in üblicher Weise
mittels eines elektrolytischen Platierbades erfolgen.
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Bestimmte Bereiche des elektrisch leitenden Filmes und der darunter
liegenden Widerstandsschicht werden dann entfernt beispielsweise mit Hilfe von fotolithografischen-Methoden,
um auf den Oberflächen 7a und 7b im wesentlichen parallele und im Abstand verlaufende
elektrisch leitende Streifen 8 zu erzeugen, die auf Streifen 6, die aus der Widerstandsschicht
bestehen, liegen. Die aus den beiden Schichten 6 und 8 zusammengesetzten Streifen
auf jeder der Oberflächen 7a und 7b sind so angeordnet, daß sie mit den Nasen 5
entsprechend fluchten, wobei die Streifen 6 auf dem elektrischen Widerstandsmaterial
bestehen, mit dem auch die Nasen 5 überzogen sind, wobei die' Streifen 6 im Bereich
der Flächen 7a und 7b ihrerseits mit den leitenden Streifen 8 überzogen sind.
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Die Druckfläche des Druck-Kopfes hat eine Breite, die im wesentlichten
gleich der Breite des Papieres ist, auf das die Informationen gedruckt werden.
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Bei einem Thermo-Drucker, der handelsübliches Thermo-Druckpapier verwendet,
wird das Druckpapier mittels einer Andruckplatte gegen den Druck-Kopf gedrückt und
es wird markiert, d.h. mit Zeichen versehen, wenn seine Temperatur durch die eizelemente
des Druckkopfes über eine bestimmte Höhe gebracht wird. Es kann auf diese Weise
ein Bild ohne jede Entwicklung erzeugt werden.
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Die Andruckplatte (oder das Andruckpolster) das aus einem wärmefesten
Material, wie z.B. Quarzgewebe oder Glasfasern besteht, ist notwendig, um einen
guten thermischen Kontakt zwischen den Heizelementen 6 und dem Papier herbeizuführen.
Der Druck-Kopf
druckt mittels der Reihe aus Heizelementen 6 an der
Druckfläche 2 bei jedem Druckvorgang eine Linie bzw. Zeile eines Bildes. Das Papier
wird schrittweise synchron mit der ankommenden In formation transportiert und die
Information wird in Form von kurzen Stromimpulsen an die Heizelemente 6 gegeben.
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Es kann eine flexible gedruckte Verdrahtung verwendet werden, um die
Iieizelemente des Druck-Kopfes mit dessen Steuerschaltungen zu verbinden. Die Verwendung
einer flexiblen gedruckten Verdrahtung ermöglicht Verbindungen zwischen den Elektroden
und die Bildung einer elektrischen MatrixAdurch die erforderliche Anzahl von Leitungen
und Strom-Treibern gering gehalten werden kann. Bei einem DLuck-Kopf mit einer Länge
von z.B. 20 cm und 1024 Heizelementen 6, können diese durch 32 Elektrodenanschlüsse
an jeder der Flächen 7a und 7b adressiert werden. Eine geeignete Schaltung hierfür
zeigt Fig. 4. Die Ileizelemente HE1 bis HE1024 sind in 32 Gruppen zu je 32 Heizelementen
unterteilt und die Elektroden, die mit einem Ende der Heizelemente jeder Gruppe
verbunden sind, sind zusammengekoppelt und an eine Seite von einem von 32 Stromschalter
CSS1 bis CSS32 angeschlossen. Beispielsweise sind die Elektroden der Heizelementgruppen
HEI bis HE32, HE33 bis HE64 und EIE993 bis HE1024 entsprechend an eine Seite der
Schalter CSS1, CSS2 und CSS32 angeschlossen. Die anderen Seiten der Schalter sind
zusammengekoppelt und mit einer'nicht gezeigten Spannungsqu,elle verbunden und der
Eingang jedes Schalters CSS1 bis CSS32 ist an eine von 32 Signal-Eingangsleitungen
angeschlossen. Die Schalter CSS1 bis CSS32 können Silicium-Gleichrichter, Transistoren
oder andere ähnliche Geräte sein.
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Die an das andere Ende der Heizelemente jeder Gruppe angeschlossenen
Elektroden sind der Reihe nach mit jeweils einer von 32 Strom-Ansteuerleitungen
verbunden. Ein Stromschalter (nicht gezeigt), wie z.B. ein Transistor, ist in der
Praxis an den Eingang jeder dieser Ansteuerleitungen geschaltet.
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Bei der Schaltung nach Fig. 4 kann daher die Zeile von Heizelementen,
die zum Drucken einer Zeile von Informationen benutzt wird, durch Betätigung der
Schalter CSS1 bis CSS32 in Gruppen von je 32 abgetastet werden. Die Dauer einer
Heizperiode für jede Gruppe der Heizelemente liegt bei etwa 1 Millisekunde-und bei
einer Abkühlzeit von etwa 10 Millisekunden vor der Weiterschaltung des Papiers für
den Druck der nächsten Zeile ergibt sich eine Gesamtdruckzeit für eine Zeile von
42 Millisekunden. Mit dieser Druckgeschwindigkeit kann ein Blatt mit der Größe A4
in 42 Sekunden ausgedruckt werden.
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Um die Druckvorrichtung unabhängig von Änderungen der Umgebungstemperatur
zu machen und um einen bestimmten Grad von Kontrolle über die Temperaturen des Druckpapieres
zu erhalten, ist es zweckmäßig, eine thermostatisch gesteuerte Hilfsheizung vorzusehen,
um den Druck-Kopf auf einer Temperatur über der normalen Umgebungstemperatur zu
halten.
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Das vorstehend beschriebene Druckverfahren, das sich sehr gut für
das Bedrucken von Blättern der Größe A4 eignet, ist schneller als die bekannten
Methoden und es erfordert keine beweglichen Teile oder hohe Spannungen, wie sie
bei elektrostatischen Druckverfahren benutzt werden. Die Produktionskosten für den
Druck-Kopf ebenso wie die Kosten der erforderlichen Materialien sind relativ niedrig.