DE3021214A1

DE3021214A1 - Waermedruckkopf

Info

Publication number: DE3021214A1
Application number: DE19803021214
Authority: DE
Inventors: David J Schoon
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1979-06-05
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1980-12-11
Also published as: KR830002599A; FR2458396B1; US4242565A; IT1127496B; BR8003481A; IT8048884A0; JPS55161676A; GB2052394B; CA1123892A; FR2458396A1; GB2052394A

Description

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Wärmedruckkopf

Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmedruckköpfe.

Die für den Stand der Technik typischen Wärmedruckköpfe weisen ein Keramiksubstrat auf, das "¹Jt einer Glasur beschichtet ist, auf der eine Anzahl metallener Leiter abgelagert und üblicherweise als einzelne Heizleiter angeorndet sind, wobei ein oder mehrere der Leiter für den Kopf gemeinsam arbeiten. Auf die Glasur ist ein Widerstandsmaterial aufgebracht und verläuft zwischen den Endteilen der Heizleiter und dem(n) Sammelleiter (n) Gewöhnlich ist die Widerstandsschicht mit einer elektrisch isolierenden und verschleißfesten Beschichtung versehen, die eine glatte und abriebfest Oberfläche bildet, die fortwährend mit dem im Betrieb über die Oberfläche laufenden wärmeempfindlichen Papier in Berührung steht. Während des Betriebs werden Spannungsimpulse wahlweise an die Heizleiter und den Sammelleiter angelegt, so daß ein elektrischer Strom durch einen Teil der Widerstandsschichten fließt und dort Wärme erzeugt. Die Wärme wandert durch die verschleißfeste Schicht und bewirkt in dem an dieser anliegenden wärmeempfindlichen Papier eine Abbildungsreaktion. In einem einzelnen Heizelement in einem Druckkopf dieser für den Stand der Technik typischen Konstruktion fließt die Wärme zum Papier hin im rechten Winkel zu dem Widerstandsmaterial, aus dem das Heizelement besteht. Weiterhin ist die Berührungsfläche zwischen einem Heizleiter und dem Heizelement gering im Vergleich zur Gesamtoberflächengröße des Heizelements.

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Für den Stand der Technik auf dem Gebiet der Wärmedruckköpfe typische Patentschriften sind u.a. die US-PS 3 161 45 7, 3 354 817, 3 578 946, 4 096 510, 4 136 274 und 4 138 608.

Das für die Druckkopfkonstruktionen des Standes der Technik verwendete verschleißfeste Material muß elektrisch isolierend sein; sonst schließt es die Heizeinrichtung elektrisch kurz. Als elektrisch isolierendes Material hat es jedoch nicht die Wärmeleiteigenschaften, die mit einem Metall möglich wären. Macht man die verschließfeste Schicht dünner, um ihre Wärmeleiteigenschaften zu verbessern, verringert man auch die Nutzungsdauer des Kopfes. Die Ansprechzeit und der Energiewirkungsgrad werden beeinträchtigt, wenn die verschleißfeste Schicht so dick wird, daß ihre Nutzungsdauer angemessen lang ist.

Es besteht also ein Bedarf an Wärmedruckköpfen, die schnell ansprechen und es ermöglichen, eine gegebene Informationsmenge in kürzerer Zeit auszudrucken als mit den derzeit bekannten Wärmedruckköpfen möglich ist. Weiterhin besteht Bedarf an einem Druckkopf, dessen Auflösung höher ist als sich auf wirtschaftliche Weise nach den Lehren des Standes der Technik erreichen läßt, um die Qualität des Wärmedruckbildes zu verbessern. Weiterhin ist ein Wärmedruckkopf erwünscht, der sich mit wesentlich weniger Energieaufwand betreiben läßt als die bekannten Wärmedruckköpfe, da er den Aufwand für die Ansteuerschaltungen wesentlich verringern würde. Bei einer Verringerung des Energiebedarfs lassen sich auch die zum Betrieb des Wärmedruckkopfes erforderlichen Kühlkörper kleiner ausführen. Schließlich ist ein Wärmedruckkopf erwünscht, der unter unterschiedlichen wärmeempfindlichen Blattmaterialien verschleiß- und abriebfester ist als bisher bekannt, so daß seine Nutzungsdauer steigt. Diese Ziele sollten außerdem mit einem Wärmedruckkopf erreichbar sein, der sich wesentlich billiger er-

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stellen läßt als mit den bekannten Konstruktionen möglich wäre.

Die vorgenannten Ziele lassen sich mit einem Wärmedruckkopf nach der vorliegenden Erfindung erreichen, der eine Vielzahl beabstandeter elektrischer Leiter aufweist, die von einer Lagerkonstruktion getragen werden. Jeder Leiter läuft dabei zu einem Endteil mit einer Oberfläche aus, wobei der Tragkörper einen Flächenteil im wesentlichen parallel zu diesen Oberflächen und an diese angrenzend aufweist. Ein gemeinsamer elektrischer Sammelleiter ist vorgesehen, der einen dünnen Teil aufweist, der von den Oberflächen der elektrischen Leiter beabstandet und zu ihnen im wesentlichen parallel und ihnen gegenüber verläuft. Ein Widerstandsmaterial verläuft zwischen dem elektrischen Sammelleiter und jeder der Oberflächen der Vielzahl elektrischer Leiter und in elektrischer Berührung mit diesen. Bei dieser Anordnung bewirkt eine elektrische Spannung zwischen irgendeinem der Vielzahl elektrischer Leiter und dem elektrischen Sammelleiter einen Stromfluß über das Widerstandsmaterial, wobei Wärmeenergie freigesetzt wird. Der Strom fließt dabei zwischen der Oberfläche desjenigen Leiters, an den die Spannung angelegt wird, und dem elektrischen Sarnmelleiter. Der Stromflußweg sowie die Erzeugung der Wärmeenergie sind im wesentlichen im rechten Winkel zur Oberfläche des elektrischen Sammelleiters gerichtet. Im Betrieb wird ein wärmeempfindliches Papier relativ zum elektrischen Sammelleiter bewegt, um die Wärmeenergie aufzunehmen, die in denjenigen Bereichen des elektrischen Sammelleiters vorliegt, die den Enden der einzelnen elektrischen Leiter gegenüberliegen.

Vorzugsweise besteht der elektrische Sammelleiter aus einem metallischen Material, da dieses sowohl eine hohe elektrische als auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat; zusätzlich hat ein

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metallisches Material eine gute Verschleißfestigkeit. Infolge der ausgezeichneten thermischen Kopplung zwischen dem elektrischen Sammelleiter und dem relativ zu diesem sich bewegenden wärmeempfindlichen Papier können die in Widerstandsmaterial entstehenden Temperaturen niedriger sein als bei den bekannten Konstruktionen. Daher sind nun für den Einsatz als Widerstandsmaterial viele Stoffe geeignet, die vorher nicht einsetzbar waren.

Da die Kontakfläche zwischen dem Widerstandsmaterial und den elektrischen Leitern groß und der Wärmegradient am niedrigsten dort ist, wo das Widerstandsmaterial in Berührung mit den Leitern steht, neigt das Widerstandsmaterial weniger stark zu Rissen und kann daher elektrische Impulse höherer Leistung aushalten als die Wärmedruckköpfe des Standes der Technik, so daß diese Impulse kürzer gewählt werden können.

Die gute Wärmekopplung und der Betrieb mit kurzen Impulslängen führen dazu, daß die an die Lagerkonstruktion verlorene Restwärme gering bleibt. Auf diese Weise verringert sich auch die Abkühlzeit für die Heizeinrichtung und das umgebende Material zur Temperaturverringerung auf einen Wert, bei dem das wärmeempfindliche Papier anspricht, so daß ein Wärmedruckkopf nach der vorliegenden Erfindung weit schneller arbeiten kann als bisher bekannt.

Da die pro Heizelement erforderliche EingangsIeistung niedriger ist, verringert sich der Aufwand für die zugehörige Elektronik. Das geringe Tastverhältnis für jedes Heizelement erlaubt, die Heizelemente mit einer größeren Anzahl weiterer Heizelemente im Multiplex für jeden Treiber zu betreiben, so daß sich der Aufwand für die erforderliche Elektronik weiter verringert.

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Ein Wärmedruckkopf nach der vorliegenden Erfindung erlaubt, den Kantenteil des elektrischen Sammelleiters in Richtung des Papierdurchlaufs aus der Berührung mit dem Papier unmittelbar an den Heizelementen abzuwinkein - was sich bei den Konstruktionen des Standes der Technik nicht ohne Schwierigkeiten erreichen läßt.

Die vom Ende eines Leiters dem Widerstandsmaterial für jedes Heizelement dargebotene Flächengröße bestimmt primär die Größe und die Gestalt des Heizelements, so daß sich eine große Anzahl von Heizelementen pro Längeneinheit vorsehen läßt und man unterschiedlich gestaltete Heizelemente mit geringem Aufwand herstellen kann.

Die Vielzahl der elektrischen Leiter läßt sich in der Konstruktion nach der vorliegenden Erfindung zu Vertiefungen anordnen, wobei die Stirnflächen der Leiter den Boden der Vertiefungen darstellen. Das Widerstandsmaterial wird von diesen Vertiefungen aufgenommen, so daß der elektrische Stromfluß zwischen nebeneinanderliegenden Heizelementen abgeschwächt wird und die Wahrscheinlichkeit einer Rißbildung sinkt.

Die vorliegende Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine Draufsicht eines Teils eines Wärmedruckkopfes nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Schnitt eines Teils des Wärmedruckkopfes der Fig. 1 auf der Ebene 2-2 derselben;

Fig. 3 ist ein Schnitt durch den Wärmedruckkopf der Fig. 1 auf der Ebene 3-3 derselben;

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Fig. 4 ist ein Schnitt entsprechend der Fig. 3, aber auf der Ebene 4-4 der Fig. 2.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Wärmedruckkopf nach der vorliegenden Erfindung. Er weist eine Vielzahl von Leitern 10 auf, die voneinander getrennt zu einer gradlinigen Gruppe aufgereiht sind, wobei an einem Endteil jedes der Leiter - vergleiche Fig. 2 - eine Stirnfläche 12 bleibt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Endfläche jedes Leiters die Stirnfläche 12.

Die Leiter 10 sind mit einer umgebenden separaten Isolierschicht 14 dargestellt, die in der dargestellten Konstruktion die Lackisolierung auf einem Draht sein kann. Das Vorliegen einer separaten Isolierschicht 14 auf den Leitern ist für die Konstruktion des Druckkopfes nicht unbedingt erforderlich. Sie erleichtert es aber bei der Herstellung, die Leiter voneinander auf Abstand anzuordnen. Die Leiter 10 werden von einen Tragkörper aus Isoliermaterial getragen, der auch den gemeinsamen Rückbzw. Sammelleiter 18 trägt. Der Tragkörper 16 ist mit einem Flächenteil 20 ausgeführt, der im wesentlichen parallel zu und angrenzend an die Stirnfläche 12 der Leiter 10 verläuft. Während hier ein ebener Flächenteil 20 dargestellt ist, kann er auch gekrümmt sein. Während für den Wärmedruckkopf nach der hier erläuterten Ausführungsform die Stirnflächen 12 an der:. Flächenteil 20 angrenzend gezeigt sind, lassen sie sich geringfügig vertieft anordnen, so daß sie den Boden einer flachen Ausnehmung bilden, wie mit dem Bezugszeichen 12' dargestellt. Eine dünne Schicht aus Widerstandsmaterial 22 ist so angeordnet, daß elektrischer Kontakt mit der gesamten Fläche besteht, die jeder der Stirnflächen zugewandt ist; sie kann über eine kurze Strecke auch in Berührung mit dem Flächenteil 20 an jeder Stirnfläche 12 stehen. Die Dicke der Schicht 22 ist wesentlich geringer als irgendeine andere Abmessung der Stirnfläche 12,

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Es ist erwünscht, daß die Schicht über den Stirnflächen 12 gleichmäßig dick ist, so daß ein Außenflächenteil· entsteht, der im wesentlichen parallel zu den Stirnflächen 12 verläuft. Eine dünne Schicht 24 aus metallischem Material wird in elektrische Berührung mit dem Widerstandsmaterial 22 gebracht und verläuft entlang des ebenen Flächenteils 20 zum Sammel- bzw. Rückleiter 18 und steht dort in elektrischer Berührung mit diesem. Das Widerstandsmaterial 22 zwischen der Metallschicht 24 und einer Stirnfläche 12 eines Leiters 10 stellt ein einzelnes Heizelement dar, so daß eine Vielzahl von Heizelementen entsteht, und zwar jeweils eines pro Leiter 10.

Wärmedruckköpfe dienen dazu, mit Wärme auf wärmeempfindlichem Papier Bilder zu erzeugen. Im Fall des beschriebenen Wärmedruckkopfes läuft das wärmeempfindliche Papier (in den Zeichnungen) nach rechts und ist so gelegt, daß es in den jeder der Stirnflächen 12 der Leiter 10 gegenüberliegenden Bereichen in gutem Kontakt zur Metallschicht 24 steht. Wahlweise werden kurze elektrische Impulse zwischen den Rückleiter 18 und einen Leiter 10 gelegt. Auf dem wärmeempfindlichen Papier entstehen dabei Bilder infolge der Wärmeenergie, die die durch diese Signale bewirkten Stromimpulse freisetzen, die durch das zugehörige Heizelement 22 fließen, das das Widerstandsmaterial 22 über jedem der Leiter 10 darstellt. Der Stromflußweg für jedes der Heizelemente enthält dabei einen Leiter 10, das Widerstandsmaterial 22, die Metallschicht 24 sowie den gemeinsamen Rückleiter 18. Für jedes einzelne Heizelement fließt dabei der Strom im wesentlichen im rechten Winkel zur Stirnfläche 12 durch das Widerstandsmaterial 22, wobei der größte Anteil der im Widerstandsmaterial erzeugten Wärmeenergie in der gleichen Richtung über die Metallschicht 22 zum wärmeempfindlichen Papier fließt.

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Auch wenn der Flächenteil 20 eben ist, erlaubt der beschriebene Druckkopfaufbau, die Oberfläche des tragenden Körpers 16 von einem Punkt unmittelbar an oder nahe der Kante des Widerstandsmaterials, schräg wegzuführen, von dem aus die bebilderten Teile des wärmeempfindlichen Papiert: relativ zum Wärmedruckkopf über diesen laufen; diese Schrägung des tragenden Körpers 16 ist in der Fig. 2 gezeigt. Da einige wärmeempfindliche Papiere auf Wärmeenergie ansprechend Schmiermuster erzeugen, verhindert die Schräge des tragenden Körpers 16, wie beschrieben und in Fig. 2 gezeigt, ein Verschmieren der mit Wärme erzeugten Bilder.

Ein Wärmedruckkopf läßt sich nach der vorliegenden Erfindung herstellen, indem man Kupferlackdraht der Normstärke 36 zu einer einzigen Lage auf einen Dorn mit einem Abstand von 6,3 Wdg. pro Millimeter über eine Breite von 203 mm wickelt, die Wicklung dann mit einem Material wie beispielsweise einem Lack bedeckt und diesen trocknen läßt. Dann schneidet man die Wicklung längs zum Dorn auf und glättet sie. Ein Teil der Drahtanordnung, die den Leitern 10 der Zeichnung entsprechen, wird über seine gesamte Länge zwischen zwei Isolierstoffstücke eingelegt, die den in der Zeichnung mit 26 und 28 bezeichneten Teilen entsprechen. Das Isolierstoffstück 26 kann ein 1,6 mm dickes Plättchen aus Glasepoxymaterial sein; das Isolierstoff stück 28 ist ebenso aufgebaut, trägt aber auf der den Drähten abgewandten Seite eine dünne Kupferschicht. Das Isolierstoffstück 28 mit der Kupferschicht kann daher ein Stück ungeätztes Schaltungsplatinenmaterial sein. Die Kupferschicht stellt den gemeinsamen Rückleiter 18 dar. Der Rückleiter 18 ist an einem Endteil mit einem dünnen Isolierstoffstück 30 abgedeckt, das nur dazu dient, den Leiter 18 gegen unerwünschten Kontakt mit einem anderen leitfähigen Teil während des Betriebs der Anordnung zu schützen. Nachdem das Epoxymaterial ausgehärtet ist, wird die Anordnung entlang einer

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Kante glatt eingeschnitten, um die Drahtenden offenzulegen. Eine Fläche von etwa 2 mm Breite und 205 mm Länge, die auf die Reihe der Drähte 10 zentriert ist, wird mit einem geeigneten Widerstandsmaterial beschichtet - beispielsweise einem Dickschichtpolymerisat, wie es von der Fa. Methode Development Company, Chicago, Illinois, V. St. A., erhältlich ist. Das Widerstandsmaterial wird zu einer Dicke von 40 μΐη aufgebracht und dann wärmegehärtet; ein Widerstandsmaterial mit 1000 Ohm/Quadrat ist geeignet. Derartige Widerstandsmaterialien sind in großer Zahl erhältlich. Das im Einzelfall gewählte Material hängt natürlich von der Elektronik ab, die den Arbeitsstrom zum Erzeugen der erforderlichen Temperatur liefert. Dasjenige Ende der Anordnung, das die Widerstandsschicht trägt, wird dann mit 5 μΐη Chrom bedampft. Die am anderen Ende der Anordnung vorstehenden Kupferdrähte 10 dienen gemeinsam mit dem gemeinsamen Rückleiter 18 zum Anschluß an die Ansteuerelektronik.

Ein Wärmedruckkopf läßt sich herstellen, wie oben beschrieben, wobei jedoch die aufgedampfte Chromschicht nach jeweils 64 Drähten durchtrennt wird und die Kupferschicht 18 segmentiert ist, um für jeweils 64 Drähte einen gemeinsamen Rückleiter darzustellen. Auf diese Weise kann der Kopf mit 64 Pulldown-Treibern sowie einem Pullup-Treiber für jede Gruppe von 64 Drähten betrieben werden; man erhält so für den Wärmedruckkopf eine verhältnismäßig billige Ansteuerelektronik.

Da die Größe und Gestalt der Heizelemente primär von der Größe und Gestalt der Stirnfläche 12 der Leiter 10 bestimmt wird, nicht von Beschichtungs- oder Ätzverfahren, kann man eine große Anzahl von Heizelementen pro Breiteneinheit oder verschiedene Heizelementformen mit geringen Kosten herstellen.

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Wie ersichtlich, lassen sich innerhalb der Lehre der vorliegenden Erfindung zahlreiche Abänderungen vorsehen. Beispielsweise kann man die Leiter 10 aus blankem Draht herstellen oder sie als Leiterzüge auf gedruckten Schaltungen vorsehen. Für das Widerstandsmaterial 22 läßt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien einsetzen - einschließlich dotierter Halbleiter, Söffe auf Kohlenstoff(Graphit-)Basis, leitfähiges Eisenoxid, leitfähiges Zinkoxid, zahlreiche Arten von in einem Bindemittel dispergierten Metallteilchen oder gebrannte Materialien wie Rutheniumoxid. Die Leiter 10 lassen sich zu einer Reihe, wie in den Zeichnungen gezeigt, oder zu einem zweidimensionalen Muster anordnen. Das für die Schicht 24 verwendete Metallmaterial kann aufgedampft (wie im vorgehenden Beispiel) , aufgesputtert oder als Metallfolie oder andere Art eines elektrisch leitfähigen Materials vorgesehen werden. Für die Schicht 24 ist jedes leitfähige Material geeignet, das hinreichend verschleißfest ist.

Gegenüber dem Stand der Technik erbringt die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung zwei direkte Vorteile: (1) Der Wärmewiderstand zwischen dem Heizelement 22 und dem mit dein Druckkopf verwendeten Papier ist geringer als nach dem Stand der Technik möglich; (2) Das Heizelement 22 ist widerstandsfähig gegen Schäden durch hochenergetische Impulse, die daher kürzer vorgesehen werden können. Die Tatsache, daß der Wärmewiderstand zwischen dem Heizelement 22 und dem Papier niedriger ist als im Stand der Technik,ist einzusehen, wenn man die Stoffe in Betracht zieht, die für die Schicht 24 verwendet werden können, die das Heizelement 22 vom Papier trennt. Die Schicht 24 wirkt nach der vorliegenden Erfindung als verschleißfeste Schicht, als gemeinsamer elektrischer Rückleiter und als Wärmeleiter; typischerweise handelt es sich dabei um ein Metall. Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit haben auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit; wenn umgekehrt ein Material

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eine niedrige elektrische Leitfähigkeit hat (d.h. ein Isolator ist), hat es meistens auch eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Dieser Umstand ist für die Erfindung vorteilhaft, da sowohl eine hohe Wärmeleitfähigkeit als auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit erwünscht sind; außerdem gibt es zahlreiche Stoffe {beispielsweise die Metalle Kupfer, Aluminium,Chrom, Stahl usw.)/ die hier gut arbeiten. Nach dem Stand der Technik muß andererseits jedes verschleißfeste Material elektrisch isolierend sein oder schließt sonst das Heizelement nach dem Stand der Technik elektrisch kurz. Es ist kein Material bekannt, das elektrisch isoliert, aber Wärme genau so gut leitet wie ein Metall. Für die Konstruktionen des Standes der Technik muß mar. also einen Kompromiß schließen: Entweder erhält man (1) eine zu dünne oder keine verschleißfeste Schicht und die Nutzungsdauer des Kopfes ist nur kurz oder (2) man erhält eine ausreichend verschleißfeste Schicht, um das Heizelement vor Verschleiß zu schützen, muß dann aber eine schlechte Wärmekopplung zwischen dem Heizelement und dem Papier in Kauf nehmen; dann wird die Ansprechzeit zu lang und der Energiewirkungsgrad des Systems schlecht.

Um zu verstehen, weshalb ein nach der vorliegenden Erfindung aufgebautes Heizelement unter kurzen hochenergetischen Impulsen gegen Schaden beständig ist, muß man in Betracht ziehen, was geschieht, wenn plötzlich ein Spannungssignal auf das Heizelement gegeben wird. Das plötzliche Erwärmen des Heizelements bewirkt ein starkes Wärmegefälle zwischen dem Inneren und Äußeren des Heizelements; ist dieses Wärmegefälle stark genug und tritt es über ausreichend viele Arbeitszyklen auf, bilden sich im Widerstandsmaterial Risse und das Widerstandsmaterial wird brechen. Dann steigt der Widerstand nahe den Berührungsstellen mit den Leitern, so daß das Wärmegefälle weiter zunimmt und schließlich der Kontakt zwischen den elektrischen

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Leitern und dem Heizelement vollständig verloren geht. Um diesen Vorgang bei einem Heizelement nach der vorliegenden Erfindung zu vermeiden, muß man dafür sorgen, daß die Wärmeerzeugung ausreichend langsam erfolgt, um einen Ausfall des Kopfes zu vermeiden. Bei einem Heizelement nach der vorliegenden Erfindung sind weit höhere Wärmeerzeugungsgeschwindigkeiten möglich, und zwar einerseits infolge der großen Kontaktfläche zwischen dem Heizelement 22, dem elektrischen Leiter 10 und der Schicht 24 und andererseits infolge des Umstands, daß diese große Kontaktfläche in denjenigen Bereichen des Heizelements vorliegt, wo das Wärmegefälle niedrig ist. Bei einer großen Kontaktfläche lassen sich eine größere Anzahl von Rissen und Brüchen hinnehmen, bevor das Heizelement ausfällt. Die Heizelemente 22 nach der vorliegenden Erfindung und in den Wärmedruckköpfen des Standes der Technik sind dünn; folglich fließt die Wärme über die beiden großen Flächen, die die dünnen Heizelemente darbieten, im allgemeinen in nur einer Richtung; weiterhin ergeben sie große Flächen, in denen das Wärmegefälle niedriger ist als an den schmalen Kantenflächen derartiger Heizelemente. Die schmalen Kantenflächen der Heizelemente dienen beim Stand der Technik zum Herstellen des Kontakts zu den Leitern, so daß infolge des starken Wärmegefälles hohe Wärmespannungen auftreten, die Risse und Brüche erzeugen. In der Konstruktion nach dem Stand der Technik erfolgt die Verbindung zwischen dem Heizelement und den Leitern über große Flächen bei schwächerem Wärmegefälle, so daß die Wärmespannungen an den Kontaktstellen zwischen dem Heizelement und den Leitern schwächer sind als beim Stand der Technik, so daß auch die Neigung zur Rißbildung im Heizelement im Kontaktbereich geringer ist. Unter diesen Umständen erlaubt ein Heizelement nach der vorliegenden Erfindung eine Rißbildung in stärkerem Ausmaß, bevor das Heizelement ausfällt, und das Heizelement ist weiterhin gegen eine Rißbildung weniger empfindlich, so

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daß man ein Heizelement erhält, das höherenergetische Impulse verarbeiten kann und an das man kürzere Impulse anlegen kann, als beim Stand der Technik möglich wäre.

Ein Wärmedruckkopf nach der vorliegenden Erfindung kann mit höheren Druckgeschwindigkeiten arbeiten als die Druckköpfe des Standes der Technik. Dies liegt teilweise an der guten Wärmekopplung zwischen dem Heizer 22 und dem Papier, die die elektrisch leitfähige Schicht 24 ermöglicht. Da das Heizelement nun auch bei niedrigeren Temperaturen arbeiten kann, sammelt sich im Heizelement und in den es umgebenden Vorrichtungsteilen weniger Restwärme an. Weiterhin bleibt das Restwärmeniveau niedrig, da das Heizelement nach der vorliegenden Erfindung mit kürzeren Impulsen betrieben werden kann. Wird das Heizelement eingeschaltet, wandert eine Wärmewelle in die es umgebenden Vorrichtungsteile; die dabei auftretende Verlustwärme hängt von der Temperatur des Heizelements und der Einschaltdauer ab. Wenn diese beiden Größen kleiner werden, sinkt auch die an das Substrat abgehende Verlustwärmemenge. Niedrige Wärmeverluste an das Substrat bedeuten nicht nur, daß von der insgesamt zugeführten Wärmemenge ein höherer Anteil für das Papier verfügbar ist; zusätzlich ist die für das Heizelement und das umgebende Substrat erforderliche Abkühlzeit kürzer, um unter die Temperatur hinab sich abzukühlen, bei der das Papier reagiert. Die Erregerimpulse müssen um mindestens die Abkühlzeit voneinander getrennt auftreten, damit der Druckkopf einwandfrei arbeiten kann.

Da die Eingangsleistung pro Bildpunkt geringer ist, erreicht man auch einen geringeren Kostenaufwand für die Elektronik, mit der die Erregung der Heizelemente gesteuert wird. Der umstand, daß das Tastverhältnis jedes Heizelements sehr niedrig

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sein kann, bedeutet, daß nian die Heizelemente mit einer großen Anzahl anderer Heizelemente für jede Treiberstufe im Multiplex gemeinsam betreiben kann, so daß sich der Aufwand für die Ansteuerelektronik weiter verringert.

Zusätzlich zu den beiden direkten Vorteilen des Wärmedruckkopfes nach der vorliegenden Erfindung, der guten Wärmekopplung zwischen dem Heizelement und dem Papier und der Fähigkeit des Heizelements, hochenergetische Impulse auszuhalten, erhält man niedrigere Herstellungskosten für sowohl den Wärmedruckkopf als auch die zugehörige Ansteuerelektronik, einen niedrigeren Energieverbrauch sowie höhere Arbeitsgeschwindigkeiten.

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Claims

MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING COMPANY 3M Center, Saint Paul, Minnesota 55101, V. St. A. Patentansp rüche

1. Wärmedruckkopf mit einem Tragkörper, einer Vielzahl von Heizelementen mit jeweils zwei elektrischen Leitern, die der Tragkörper trägt, und einem Widerstandsmaterial zwischen den Leitern, wobei einer der beiden Leiter jedes Heizelementes zu einem Endteil mit einer Oberfläche ausläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper einen Flächenteil an jeder dieser Oberflächen aufweist, daß der jeweils andere der beiden elektrischen Leiter für jedes Heizelement ein für alle Heizelemente gemeinsamer elektrischer Leiter ist, der für jede der Oberflächen einen Teil aufweist, der beabstandet von und in; wesentlichen parallel zu den Oberflächen verläuft, und daß das Widerstandsmaterial zwischen der? gemeinsamen elektrischen Leiter und jeder der Oberflächen in elektrischem Kontakt mit iiesen verläuft, so daß beim Anlegen einer elektri-

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ORIGINAL INSPECTED

sehen Spannung zwischen die beiden elektrischen Leiter eines Heizelements ein Strom sowie der größte Anteil der resultierenden Wärmeenergie zwischen der Oberfläche dieses Heizelements und dem erwähnten Teil des gemeinsamen Leiters in einer Richtung fließen, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Oberfläche und über das zwischenliegende Widerstandsmaterial gerichtet ist.

2. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oberfläche der Endteile deren Stirnfläche ist.

3. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame elektrische Leiter aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist.

4. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine beliebige Abmessung der Oberfläche groß ist gegenüber dem Abstand des gemeinsamen elektrischen Leiters von der Oberfläche.

5. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen und der Flächenteil aneinandergrenzen.

6. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen tiefer als der Flächenteil liegen.

7. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper ein Substrat in Form einer gedruckten Schaltungsplatine aufweist und der eine der beiden elektrischen Leiter jedes Heizelements ein auf dieser Schaltungsplatine ausgebildeter Leitungszug ist.

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8. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper einen zweiten Flächenteil aufweist, der eine Verlängerung des ersterwähnten Flächenteils ist, wobei der zweite Flächenteil unter einem Winkel zum ersterwähnten Flächenteil zu einem der beiden elektrischen Leit&r jedes Heizelements hin verläuft.

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