DE2724202A1 - Thermokopfvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Durchbildung einer Thermokopfvorrichtung.

Die Bezeichnung "Thermokopf-Aufzeichnungsgerät" bezieht sich allgemein auf ein Gerät, bei dem eine Anzahl kleiner Heizwiderstände vorgesehen ist, die aus einem wärmebeständigen Material bestehen und in einer Reihe oder in Matrixform angeordnet sind, so dass wahlweise bestimmte Widerstände zur Hervorrufung einer Verfärbung eines daran anliegenden wärmeempfindlichen Aufzeichnungsblattes gespeist werden können, um elektrische Signale sichtbar darzustellen. Soll ein Thermokopf beispielsweise in einem Faksimilegerät verwendet werden, so sind Heizelemente in großer Zahl in einer Reihe anzuordnen, so dass jedes elektrisch gesteuert werden kann. Zur Vereinfachung des Schaltungsaufbaus bedient man sich in solchen Fällen üblicherweise der in Fig. 1 gezeigten Verdrahtung. In Fig. 1 bestimmt sich die Zahl N der Widerstände, die zu jeder der zur Vereinfachung der

Außenbeschaltung aufgebauten Widerstandsgruppen gehören, zu N = 2n (worin n eine willkürlich gewählte ganze Zahl bezeichnet) und kann beispielsweise also 8, 16, 32 oder 64 sein. Baut man M Gruppen mit je N Widerständen zusammen, wie dies in Fig. 1 für N = 16 gezeigt ist, so umfasst die Außenbeschaltung M Treiberschaltungen für die Heizwiderstände und es kann somit eine Matrizensteuerung M x N vorgenommen werden, indem man über M Schaltkreise schaltet. Da die Heizwiderstände jedoch keine Polarität haben, muß jeder der Widerstände mit einer Diode D1, D2 usw. bzw. DN versehen sein, die zur Vermeidung des Rückstroms in Reihe geschaltet ist. Natürlich kann statt dieser Diode auch ein Transistor vorgesehen sein.

Zudem hat sich immer stärker das Erfordernis eines hohen Auflösungsvermögens der Heizelemente abgezeichnet und es erwies sich als notwendig, ein Auflösungsvermögen von mindestens 4 pro 1 mm vorzusehen, d.h. es sind für jeweils 1 mm vier Heizelemente nötig. Wenngleich es natürlich auf die Breite des abzuziehenden Blattes ankommt, so müssen also normalerweise doch mindestens einige hundert Heizelemente ausgeformt werden. Hinsichtlich der Verdrahtung ist ferner festzustellen, dass der Thermokopf nicht leicht herzustellen ist, da die Elemente zur Gewährleistung der erforderlichen Genauigkeit durch Photoätzung ausgebildet werden müssen und da die räumliche Ausdehnung des Kopfes der Breite des wärmeempfindlichen Aufzeichnungsblattes entsprechen muß. Wiewohl künftighin für den Thermokopf wegen seiner Eigenheit der einfachen, direkten Farbbildung eine starke Nachfrage zu erwarten ist, so bedarf es folglich doch noch erheblicher Fortschritte in fertigungstechnischer Hinsicht.

Ein herkömmlicher Thermokopf besteht im allgemeinen aus drei Teilen, nämlich einer Anordnung von Heizelementen und den entsprechenden Elektroden, einer Diodenanordnung zur Verhinderung des Rückstroms und einem Mehrschichtenverdrahtungsteil zur Ermöglichung der Matrizensteuerung. Sollen alle diese Teile zur Erzielung einer kompakten Form auf dem gleichen Träger ausgebildet werden, so wirft dies gewisse Probleme auf, die in der Schwierigkeit der Ausformung der Elemente und der Vornahme der Verdrahtungsarbeiten auf dem groß bemessenen Träger sowie in dem hierbei erzielten Ausbeuteverhältnis liegen. Werden diese Teile hingegen einzeln hergestellt, so können die obigen Schwierigkeiten zwar weitgehend umgangen werden, doch können hinsichtlich der Verbindung zwischen den Teilen andere schwierige Probleme auftauchen. So ist denn bis heute auch noch keine optimale Lösung gefunden worden.

Die Erfindung bezweckt die Lösung der obengenannten Probleme und hat zur Hauptaufgabe, einen Thermokopf zu schaffen, der in den Abmessungen kompakt, in der Herstellung nicht aufwendig und ohne weiteres für die Massenfertigung geeignet ist.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, einen Thermokopf zu schaffen, bei dem die Teile im Fall einer Störung mühelos ausgewechselt werden können.

Zur Aufgabenlösung wird eine Thermokopfvorrichtung geschaffen, umfassend einen Heizwiderstandsblock, der mit einer Anzahl gruppenweise zusammengefasster Heizwiderstände versehen ist, eine Diodenblockanordnung mit einer Anzahl von Dioden entsprechend der Zahl der Heizwiderstände, einen Leiterblock mit Leitern zur selektiven Speisung der Heizwiderstände und einen Trägerfilm o.dgl. mit einer Anzahl von Leitern zum Verbinden der Heizwiderstände mit den Dioden und der Dioden mit den zur Vornahme der Auswahl dienenden Leitern.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung anhand der beigegebenen Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema eines herkömmlichen Thermokopfes mit einer bestimmten Reihungsanordnung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines bei dem erfindungsgemäßen Thermokopf vorgesehenen Heizelements;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht in einem entlang der Linie III-III der Fig. 2 gelegten Schnitt;

Fig. 4 bis 7 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermokopfes, wobei im einzelnen in Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer mit einer Leitergruppe versehenen Isolierfolie gezeigt ist, in Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines an der Isolierfolie angeordneten Diodenblocks, in Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines isolierenden Trägers mit einem daran angeordneten Heizelementteil und in Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 6 dargestellten isolierenden Trägers, auf dem hier die Isolierfolie und der Diodenblock angeordnet sind;

Fig. 8 und 9 perspektivische Ansichten von Verdrahtungsträgern als Bestandteilen einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermokopfvorrichtung;

Fig. 10(A) und 10(B) Querschnittsansichten in Schnitten entlang der Linien X(A)-X(A) bzw. X(B)-X(B) der Fig. 9;

Fig. 11 eine Ansicht zur Veranschaulichung des Einbaus einer Diodenanordnung bei einer anderen Ausführungsform;

Fig. 12 eine Ansicht zur Darstellung der Verbindung zwischen den auf einen Film vorgesehenen Leitern und der Diodenanordnung;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht in einem entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 11 gelegten Schnitt; und

Fig. 14 und 15 Ansichten zur Veranschaulichung des Zusammenbaus bzw. des Endzustandes einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermokopfvorrichtung.

In Fig. 2 ist der Aufbau eines Heizwiderstandsblocks gezeigt, der in dem erfindungsgemäßen Thermokopf vorgesehen ist. In dieser Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 einen wärmebeständigen Träger mit der mechanischen Festigkeit und Isolierfähigkeit eines Keramikmaterials, der zur Erzielung einer glatten Oberfläche und zur Wärmedämmung mit einer Glasschicht 6 überzogen sein kann. Die Bezugszahl 3 bezeichnet Heizwiderstände, die in Tupfenform in einer Reihe annähernd in der Mitte des rechteckigen Trägers vorgesehen und jeweils aus einer Widerstandsschicht aus einer Nickelchromlegierung, aus Silicium mit hoher Störstoffkonzentration, aus einem Carbid, Silicat oder Nitrid durch Vakuumbedampfung, Zerstäubung oder in ähnlicher Weise gebildet sind. Mit den Bezugszahlen 4 und 2 sind Elektrodenanschlüsse für die Widerstände bezeichnet, die aus Nickel, Gold, Aluminium o.dgl. bestehen. Bei den Elektrodenanschlüssen 2 handelt es sich um gesonderte Einzelelektroden, während der Elektrodenanschluß 4 als gemeinsamer Anschluß den N Elektrodenanschlüssen 2 entspricht, wobei N eine bestimmte ganze Zahl ist. Die Bezugszahl 5 bezeichnet eine verschleißfeste Schicht zur Verhinderung des Abriebs beim Kontakt der Aufzeichnungsblätter mit dem Bauelement, bestehend aus Siliciumcarbid, -nitrid, -oxid o.dgl., wobei die Stärke dieser Schicht sich auf einige Mikron beläuft. Solche Heizelementreihen können vorteilhaft in großen Stückzahlen aus einer dementsprechend groß bemessenen Platte hergestellt werden. Die gesonderten Anschlüsse 2 werden zum Ende hin jeweils schmaler, um die Herstellung der Verbindung mit einem im folgenden noch zu beschreibenden Filmleitungsteil zu erleichtern. In Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III der Fig. 2 gezeigt.

Die erfindungswesentliche Verdrahtung ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Die Beschaltung der N Heizelemente wird in der Weise vorgenommen, dass eine auf einem wärmebeständigen und flexiblen Isolierfilm 7 (normalerweise ein organischer Polyimidfilm) in Fig. 4 angeordnete Kupferdünnschicht einer Photoätzung unterzogen wird, um als Finger bezeichnete Leitungsteile 8, 9 und 10 auszubilden, deren Oberflächen weiterhin mit Zinn, Lötmetall o.dgl. plattiert werden. Aus den weiter unten genannten Gründen ist der Film 7 mit Öffnungen 12, 13 und 16 versehen, so dass die Finger 8, 9 und 10 endseitig freiliegen. Als nächstes wird in die Öffnung 13 ein Diodenblock 14 mit N Dioden eingeschoben, so dass die Leiter an den als Finger bezeichneten Endteilen in umkehrbarer Eindeutigkeit mit den an den Diodenanschlüssen des Diodenblocks vorgesehenen jeweiligen Elektrodenvorsprüngen oder - erhöhungen in Flucht gebracht werden können und der Diodenblock 14 durch Wärme- und Druckeinwirkung auf die Finger an den mittleren Teil der Verdrahtung angeschlossen werden kann. In Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V der Fig. 4 nach erfolgtem Einbau des Diodenblocks 14 gezeigt. In die Filmöffnungen 12, 13 und 16 können die Elektrodenteile aufgenommen werden und die Finger 9 und 10 sind durch die Erhöhungen 15 mit dem Diodenblock 14 verbunden.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind ein Heizelementträger 17 und ein isolierender Träger 19 mit N parallelen Leitern 18 mit Hilfe eines Metallteils 21 fest auf einem metallischen Träger 20 angeordnet.

Die Bezugszahl 22 bezeichnet eine gemeinsame Anschlussverdrahtung für N Heizelemente und es sind insgesamt N solcher Anschlussverdrahtungen erforderlich. In der Praxis sind zwischen den Heizelementen die in Fig. 2 dargestellten Zwischenräume vorgesehen, wenngleich dies in Fig. 6 im Detail nicht gezeigt ist.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung im zusammengebauten Zustand gezeigt, wobei eine Einheit mit den in Fig. 4 und 5 dargestellten, auf einem Film vorgesehenen Leitungsteilen und die mit dieser verbundenen Dioden auf dem Träger 1 der Fig. 6 angeordnet sind. Der in Fig. 7 dargestellte Film wird durch Abtrennen der überschüssigen Teile von dem in Fig. 4 gezeigten entlang der Linien B-B und C-C erzeugt. Die in Fig. 4 dargestellten Finger 8 werden durch Erhitzen und Andrücken mit den Elektrodenanschlüssen 2 verbunden und dienen als gesonderte Anschlüsse für die Heizwiderstände. Außerdem werden die Finger 11 der Fig. 4 über die Leiter 18 der Fig. 6 und 7 durch Erhitzen und Andrücken mit dem gemeinsamen Verdrahtungsteil auf dem Träger 19 verbunden. Diese Filmeinheiten werden auf den Halterungsträger 3 in einer Anzahl entsprechend N angeordnet, so dass im Ganzen eine Matrix M x N gebildet wird. Wie bereits erwähnt, sind in der Praxis zwischen den Heizelementen sowie zwischen den Leiterteilen natürlich Zwischenräume vorgesehen, obwohl dies der Darstellung der Fig. 7 im einzelnen nicht zu entnehmen ist.

Die Figuren 8 und 9 sind perspektivische Ansichten eines Leiterteilblocks 112 bzw. eines Films 117 mit Leiterteilen zur Darstellung der die Matrix bildenden Verdrahtung als Bestandteil einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermokopfvorrichtung. In Fig. 8 ist ein Träger 111 aus einem isolierenden Material von geringer Verformung gebildet, auf dem Leiterteile 110 in der Weise vorgesehen sind, dass jeweils N Leitungen zu einer Gruppe zusammengefasst werden, in Fig. 8 also beispielsweise N = 16, wobei die Gesamtzahl dieser Gruppen M ist. Die einen Endteile a der Leiter 110 sind zur Verbindung mit den Elektrodenanschlüssen 2 parallel zueinander angeordnet, worauf noch zurückzukommen sein wird, während die anderen Endteile b so angeordnet sind, dass sich die Reihung der Enden b rechtwinklig zur Reihung der Enden a erstreckt. Da bei solchen Verdrahtungsarbeiten ein hoher Genauigkeitsgrad erforderlich ist, wird normalerweise die Gesamtoberfläche der
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in einer Einzelschicht oder in mehreren kombinierten Schichten mit einem hoch leitfähigen Material wie etwa Chrom, Kupfer, Nickel, Silber oder Gold bedampft, so dann einer Photoätzung unterworfen. Es ist ein
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hen. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, können die Halbleiterelemente jeweils an den einen Anschluss oder auch gleichzeitig an beiden Anschlüssen mit den Leitern
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verbunden werden, indem erhitzt wird und indem die in den Diodenblocks 116 vorgesehenen
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In Fig. 15 ist der Vorgang der Endmontage veranschaulicht, bei dem die Endteile b der Leiterteile der in Fig. 8 gezeigten Leiterteilblocks 112 in jeder Gruppe gemeinsam durch den in Fig. 9 dargestellten Leiterteilfilm 124 aufgeschaltet werden. Die jeweils über der Öffnung 114 des Leiterteilfilms liegenden Leiterteile werden mit den Endteilen b verbunden.

In der Praxis sind zwischen den Heizelementen und zwischen den Leiterteilen Zwischenräume vorgesehen, wenngleich dies in Fig. 14 und 15 im Detail nicht gezeigt ist. Bei der obenbeschriebenen Anordnung geht man vorzugsweise so vor, dass man vorweg den Heizwiderstandsblock, den mit den verbindenden Leiterteilen versehenen Diodenblockträger und den Leiterteilblock in die zur Befestigung vorgesehene Lage bringt, um dann die Diodenanordnungen für jede Gruppe von Leiterteilen in den Leiterteilblock in die Rille des Trägers einzuschieben, für die so durch die verbindenden Leiterteile eine elektrische

Verbindung hergestellt wird.

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Claims (4)

1. Thermokopfvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Heizelementblock (17), der eine Anzahl von Heizelementen (3) einbegreift, die jeweils einzeln ausgeformt und entlang einer Geraden angeordnet sind, wobei diese Heizelemente (3) in eine Anzahl von Gruppen (M) unterteilt und in jeder Gruppe (M) mit einem gemeinsamen Anschluß versehen sind, eine Anzahl von Diodenblocks (14) entsprechend der Anzahl von Gruppen (M), einen mit einer Gruppe von Leitern (18) zur Matrizenverdrahtung der Heizelemente (3) über den Diodenblock (14) versehenen Leiterträger (19) und einen Trägerfilm (7), der mit Leitern zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Heizelementblock (17) und den auf der einen Seite des Diodenblocks (14) vorgesehenen Anschlüssen sowie zwischen den auf der anderen Seite des Diodenblocks (14) vorgesehenen Anschlüssen und dem Leiterträger (19) versehen ist.

2. Thermokopfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizelementblock (17) in bezug auf die Diodenblocks (14) und den Leiterträger (19) endseitig angeordnet ist.

3. Thermokopfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trägerfilm (7) um einen Isolierfilm handelt, der jeweils der betreffenden Gruppe (M) von Heizelementen (3) gemeinsam ist und der mit den Leitern versehen ist, wobei dieser Isolierfilm (7) an den den Heizelementen (3) und dem Diodenblock (14) entsprechenden Stellen Öffnungen (12, 13) aufweist, wobei die Leiter endseitig in diese Öffnungen (12, 13) hineinragen, wobei der Leiterträger (19) parallel zur Anordnungsrichtung der Heizelemente (3) vorgesehen ist, wobei die zumindest in einer Anzahl gleich der Zahl der Heizelemente (3) in den einzelnen Gruppen (M) dieser Heizelemente (3) vorgesehenen Leiter (18) allen Gruppen (M) der Heizelemente (3) gemeinsam sind und wobei die an den betreffenden Enden mit dem Diodenblock (14) verbundenen Leiter des Trägerfilms (7) jeweils an den anderen Enden mit den parallel angeordneten Leitern (18) verbunden sind.

4. Thermokopfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerfilm (118, 119) zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Gruppen (M) der Heizelemente (3) und den Diodenblocks (116) sowie zwischen den Diodenblocks (116) und den betreffenden Enden der Leitergruppen auf dem Leiterträger (112) vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Leitergruppen auf dem Leiterträger (112) gleich der Zahl der Heizelementblocks (107) ist, während die Anzahl der Leiter in jeder der Leitergruppen gleich der Zahl der in die Heizelementgruppe einbegriffenen Heizelemente (3) ist, wobei die mit den Diodenblocks (116) verbundenen jeweiligen Enden der Leitergruppen in einer Richtung quer zur Richtung der Aneinanderreihung der Heizelemente (3) angeordnet sind, während die jeweiligen anderen Enden der Leitergruppen parallel zur Richtung der Aneinanderreihung der Heizelemente (3) angeordnet sind, wobei die Leitergruppen gesondert voneinander in einer Anzahl gleich der Zahl der Heizelementgruppen vorgesehen sind, wobei die Anzahl der Leiter in jeder dieser Gruppen gleich der Zahl der Heizelemente (3) in jeder der Heizelementgruppen ist und die Leiter parallel zueinander angeordnet sind und wobei der zur Matrizenverdrahtung dienende Trägerfilm (113), der an den den jeweiligen anderen Enden auf dem Leiterträger (112) entsprechenden Stellen Öffnungen (114) zum Freigeben der Leiter (115) aufweist, zum gemeinsamen Verbinden der an den gleichen und entsprechenden Stellen in den betreffenden Leitergruppen auf dem Leiterträger (112) angeordneten Leiter vorgesehen ist.