DE3686832T2

DE3686832T2 - Widerstandsfarbband fuer waermetransferdruckverfahren.

Info

Publication number: DE3686832T2
Application number: DE8686303217T
Authority: DE
Inventors: Ari Aviram; Kwang Kuo Shih
Original assignee: Lexmark International Inc
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1986-04-28
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2006-04-29
Also published as: EP0200523A3; JPS61254376A; EP0200523A2; EP0200523B1; CA1241568A; US4692044A; JPH0458799B2; DE3686832D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandsband zur Verwendung bei einem Druckverfahren mit einem Widerstandsband- Wärmetransfer der Farbe von einem Band auf ein Aufzeichnungsmedium.
Das anschlagfreie Drucken wird immer mehr zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Schriftstücken eingesetzt,wenn dies erwünscht ist. Unter den anschlagfreien Drucktechniken hat sich das Wärmetransferdrucken als besonders günstig erwiesen, wenn ein qualitativ hochwertiger Druck mit geringer Auflagenzahl erforderlich ist, wie bei Computerterminals und Schreibmaschinen. Beim Wärmetransferdrucken wird Farbe auf die Oberfläche eines Empfangsmaterials (wie Papier) immer dann gedruckt, wenn eine schmelzbare Farbschicht, die in Kontakt mit der Empfangsfläche gebracht wird, mittels einer Quelle für Wärmeenergie erweicht wird. Die Wärmeenergie kann von einer Stromquelle aufgebracht werden, wobei die elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Bei einer Art eines Wärmetransferdruckens, welches als Widerstandsband-Wärmetransferdrucken bezeichnet wird, wird ein dünnes Band eingesetzt. Das Band weist im allgemeinen entweder drei oder vier Schichten auf, welche eine Tragschicht, eine Schicht aus schmelzbarer Farbe, welche in Kontakt mit dem Empfangsmaterial gebracht wird, und eine Schicht aus elektrischem Widerstandsmaterial umfassen. Bei einer Ausführungsvariante ist die Widerstandsschicht so ausreichend dick, daß sie die Tragschicht bildet, so daß eine gesonderte Tragschicht nicht erforderlich ist. Gegebenenfalls ist eine dünne elektrisch leitende Schicht vorhanden, welche zur Stromrückführung dient.
Um die Farbe von der schmelzbaren Farbschicht zu dem Empfangsmaterial zu übertragen, wird die Farbschicht in Kontakt mit der Empfangsfläche gebracht. Das Band wird auch durch eine elektrische Energiequelle kontaktiert und selektiv mittels Drucknadeln an jenen Stellen kontaktiert, die den Stellen auf dem Empfangsmaterial gegenüberliegen, an denen der Druck zu erstellen ist. Wenn den dünnen Drucknadeln Strom zugeführt wird, geht dieser durch die Widerstandsschicht und bewirkt daher örtliche Widerstandserwärmung, welche ein kleines Farbvolumen in der schmelzbaren Farbschicht zum Erschmelzen bringt. Diese erschmolzene Farbe wird dann auf das Empfangsmedium zum Ausführen eines Druckens übertragen. Das Widerstandsband-Wärmetransferdrucken ist beispielsweise in US-A-3,744,611; A-4,309,117; A-4,400,100; A-4,491,431; und A-4,491,432 beschrieben.
Beim Widerstandsband-Wärmetransferdrucken passiert es häufig, daß die Kontaktpunkte Tragschicht mit dem Druckkopf übermäßig erwärmt werden und daß Abrichtteilchen sich am Druckkopf sammeln. Hierdurch wird der Kontaktwiderstand erhöht, und im Druckkopf entsteht Wärme. Um das Ansammeln von Abriebteilchen und den größer werdenden Kontaktwiderstand zu überwinden, muß die Amplitude des angelegten Stroms vergrößert werden. Dies ist jedoch nachteilig, da hierbei unerwünschte Dämpfe erzeugt werden können und die Tragschicht zerstört werden kann.
Eine Technik zur Herabsetzung der dem Druckkopf bei einem Widerstandsband-Wärmetransferdruckverfahren zuzuführenden Energiemenge ist in IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 23, No. 9, Februar 1981 auf Seite 4302 beschrieben. Bei diesem Vorschlag wird über eine Rolle in der Widerstandsschicht, die sich im Druckband befindet, ein Vorstrom bereitgestellt. Der Vorstrom erzeugt eine gewisse Wärme, so daß nicht die gesamte zum Erschmelzen der Farbe erforderliche Energie über den Druckkopf zugeführt werden muß.
Die US-A-4,470,714 beschreibt ein verbessertes Widerstandsband zur Verwendung beim Wärmetransferdrucken. Wie in dieser Beschreibung angegeben ist, wird hierbei versucht, Widerstandsbänder für das Wärmetransferdrucken bereitzustellen, welche in typischer Weise beträchtlichen Beschränkungen unterworfen sind. Das zum Tragen sowohl der schmelzbaren Farbschicht als auch der Widerstandsschicht gewählte Material beispielsweise haftet nur schwer an den anderen Schichten des Bandes. Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, da ein und dieselbe Tragschicht als eine Wärmesperre hinsichtlich der Wärmeübertragung von der Widerstandsschicht zu der Farbschicht wirken kann, wodurch das Druckverfahren behindert wird. Zusätzlich weisen die Widerstandsschichten der üblichen Bänder in typischer Weise Graphit auf, welches in einem Bindemittel dispergiert ist. Da diese Widerstandsschichten zur Erwärmung eine große Energiemenge erforderlich machen, passiert es manchmal, daß die Widerstandsschicht vor dem Drucken durchbrennt, wobei unerwünschte Dämpfe freigesetzt werden.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, umfaßt das Widerstandsband, das in der vorstehend genannten US-A-4,470,714 angegeben ist, die Verwendung einer anorganischen Widerstandsschicht, vorzugsweise eine solche aus einer binären Legierung. Ein Beispiel für eine derartige Widerstandsschicht ist eine Metallsilicidschicht. Diese Widerstandsmaterialien werden verwendet, um die Widerstandswärme bei sehr geringen Energiezuleitungen zu induzieren, und um die Notwendigkeit des Einsatzes eines polymeren Bindemittels in der Widerstandsschicht zu vermeiden. Diese dient dazu, die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Durchbrennen der vorstehend genannten Art zu überwinden und auch die mögliche Entstehung von toxischen Dämpfen zu vermeiden, welche auftreten können, wenn polymere Bindemittel eingesetzt werden.
Bei den Widerstandsbändern der angegebenen Art, und insbesondere bei derartigen Widerstandsbändern, die in US-A-4,470,714 angegeben sind, tritt häufig eine spezielle Charakteristik auf, welche zu Schwierigkeiten führen kann. Diese Charakteristik ist in einem Schaltverhalten zu sehen, bei dem der Impedanzwert der Widerstandsschicht sich bei einer gewissen Spannung ändert. Zu Beginn haben die üblichen Materialien bei nichtdruckenden Spannungen eine hohe Impedanz. Wenn jedoch eine gewisse Spannung erreicht war (welche als Knickspannung bezeichnet wird), ändert sich das Widerstandsmaterial zu einem Zustand mit geringer Impedanz. Als Folge hiervon erhält man eine "Halte"-Spannung (d. h. die dem Zustand mit niedriger Impedanz zugeordnete Spannung), wobei der Strom durch die Widerstandsschicht stark anstieg. Die Haltespannung in diesen Materialien, wie den binären Legierungen, beläuft sich typischerweise auf etwa 1,5 Volt. Das Vorhandensein dieses Schaltverhaltens bedeutet, daß Konstantstromquellen nur mit Schwierigkeiten eingesetzt werden können und daß man daher Konstantspannungsquellen bevorzugen muß.
Da Widerstandsschichten im allgemeinen eine gewisse Energiegröße erforderlich machen, um eine ausreichende Widerstandserwärmung zur adäquaten Erschmelzung der schmelzbaren Farbschicht zu induzieren, wird es bevorzugt, daß die Spannung beim Zustand mit geringer Impedanz (bei dem das Drucken auftritt) so hoch wie möglich sein sollte. Für eine konstante Leistungsquelle bedeutet dies, daß die Größe des erforderlichen Stroms in den Bereich gebracht werden kann, welcher von der Energiequelle zur Verfügung gestellt wird.
Beim Stand der Technik war es möglich, den Grenzflächenwiderstand zwischen der Widerstandsschicht und der elektrisch leitenden Schicht zu erhöhen, und die Knickspannung konnte über etwa 6 Volt hinaus erhöht werden. Ferner war es nicht möglich, Widerstandsbänder bereitzustellen, welche einen verbesserten Grenzflächenwiderstand und eine verbesserte Knickspannung haben, wenn man trotzdem Bänder haben möchte, die flexibel und haltbar sind, und bei welchen eine gute Haftung zwischen den verschiedenen Schichten des Bandes vorhanden ist. Bei diesen üblichen Widerstandsbändern, bei denen Aluminium eingesetzt wird, welches darauf einen Überzug aus Aluminiumoxid hat, traten weitere Schwierigkeiten auf. Obgleich diese Filme ein Impedanzschaltverhalten zeigen, war es sehr schwierig, die Knickspannung und den Grenzflächenwiderstand auf gewünschte Werte einzustellen. Ferner können die Aluminiumoxidfilme nicht als durchgehende, nadelstichporenfreie Filme mit reproduzierbaren und steuerbaren Eigenschaften hergestellt werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein verbessertes Widerstandsband zur Verwendung bei einem Widerstandsband-Wärmetransferdruckverfahren bereitzustellen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandsband zur Verwendung bei einem Widerstandsband-Wärmetransferdruckverfahren nach Anspruch 1.
Die zusätzliche, elektrische Widerstandsgrenzflächenschicht wird eingesetzt, um dem Band verbesserte elektrische Eigenschaften zu verleihen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung hat die zusätzliche Schicht eine Dicke von kleiner als etwa 100 nm (1000 Angström) und wird eingesetzt, um der Strom-Spannungs-Charakteristik des Bandes ein nichtlineares Verhalten zu verleihen. Diese Nichtlinearität tritt an einer Knickspannung von größer als 6 Volt auf. Die Vorgabe der Nichtlinearität ist selbst bei kurzen Zeitintervallen nicht umkehrbar. Wenn daher einmal die Nichtlinearität erreicht ist und sich die Strom- Spannungs-Charakteristik zu einem Zustand mit niedriger Impedanz ändert, führt eine Herabsetzung des Stromes nicht dazu, daß die gleiche Kurve durchlaufen wird. Somit kann eine im wesentlichen konstante Spannung eingesetzt werden, wobei die Spannung größer als 6 Volt ist.
Die zusätzliche Schicht im Widerstandsband, welche als elektrische Grenzflächenschicht bezeichnet wird, ist durchgehend und nadelstichporenfrei und kann mit an sich bekannten Techniken in einer konstanten Dicke hergestellt werden. Im allgemeinen weist die elektrische Grenzflächenschicht ein Polymer auf, so daß das Lösungsmittelgießen, die Plasmapolimerisation usw. zur Aufbringung der Schicht eingesetzt werden können. Eine geeignete Art von Materialien für die elektrische Schicht sind Alkylalkoxysilane, welche die folgende allgemeine Zusammensetzung haben:
(RO)m - Si-(R')4-m
wobei m = 1,3 (nicht-symmetrische Materialien) m = 2,4 (symmetrische Materialien) R = - CH&sub3;, (CH&sub2;)p - CH&sub3;
p = 0, 1, 2, 3
R'= (CH&sub2;)n - CH&sub3;
n = 0, 1, 2, . . ....., 21
und verzweigte Isomere hiervon.
Wenn m = 1 oder 3 ist, sind diese Materialien nicht-symmetrisch,und man erhält sowohl einen verbesserten Grenzflächenwiderstand als auch eine verbesserte Knickspannung. Wenn jedoch m = 2 oder 4 ist, sind die Materialien symmetrisch, und die Hauptwirkung der elektrischen Widerstandsschicht ist in der Verstärkung des Grenzflächenwiderstandes zu sehen (wenn die Knickspannung erhöht wird, so handelt es sich hierbei nur um einen sehr kleinen Wert, wenn symmetrische Alkylalkoxysilane eingesetzt werden).
Das verbesserte Widerstandsdruckband der vorstehend beschriebenen Art ermöglicht ein Drucken bei sehr niedrigen Strömen und mit höherer Geschwindigkeit, ohne daß man Techniken, wie eine chemische Wärmeverstärkung, benötigt. Niedrigere Druckströme werden auf eine steuerbare Weise bereitgestellt, ohne daß eine Elektrodenverschmutzung verursacht wird. Ferner werden sowohl der Grenzflächenwiderstand als auch die Knickspannung gleichzeitig durch den Einsatz der elektrischen Widerstandsschicht verbessert. Obgleich der Grenzflächenwiderstand und die Knickspannung verbessert werden, ist die Möglichkeit eines Schaltverhaltens und einer Bistabilität kein Problem, und man kann sehr hohe Knickspannungen erzielen.
Als zusätzliche Vorteile ermöglicht die elektrische Grenzflächenschicht eine äußerst stabile und inerte Grenzfläche, welche keinen Umgebungs- oder Feuchtigkeitsschwierigkeiten ausgesetzt ist. Auch die metallische Stromrücklaufschicht kann andere Metalle als Al aufweisen, welche beispielsweise Au, Ni, Cu, rostfreien Stahl usw. umfassen.
Unterschiedliche Silane wurden als Bindeschichten in den Widerstandsbändern eingesetzt, wie dies in der vorstehend angegebenen US-A-4,400,100 beschrieben ist. Bei diesem Patent wird ein dünner, organischer Haftvermittler zwischen der Widerstandsschicht und der Stromrücklaufschicht aus Aluminium eingesetzt. Der Haftvermittler ist eine Alkoxysilanverbindung, welche ein Amin für die Haftvermittlung der Polycarbonatwiderstandsschicht und ein Siloxan für die Haftvermittlung mit Aluminium umfaßt. Keine Angaben bezüglich der elektrischen Eigenschaften der Haftvermittlerschicht sind dort gemacht. Ferner können die Haftvermittlerschichten etwas dünn sein und beispielsweise von einer einzigen Schicht gebildet werden, welche zu dünn wäre, um die elektrischen Eigenschaften des Bandes zu beeinflussen. Zusätzlich zu diesen Unterschieden, bei denen die elektrische Grenzflächenschicht eines Bandes nach der Erfindung ein Alkylalkoxysilan ist, werden keine Amingruppen verwendet. Dies steht im Gegensatz zu der Haftschicht nach der US-A-4,400,100, bei der eine Amingruppe zur Haftvermittlung mit der Polycarbonatwiderstandsschicht erforderlich ist.
Zum weiteren Verständnis der Erfindung wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in welcher folgendes angegeben ist:
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Widerstandsbandes nach der Erfindung, welches zu Druckzwecken eingesetzt werden kann, wenn Strom durch die dargestellten Elektroden geht,
Fig. 2 ist eine Strom-Spannungs (I-V) Kennlinie für das Band nach Fig. 1 für unterschiedliche Dicken einer elektrischen Grenzflächenschicht, welche plasmapolymerisiertes Octadecyltriethoxysilan aufweist,
Fig. 3 ist ein Diagramm der Knickspannung VK aufgetragen über der Dicke der elektrischen Schichten bei den Bändern, welche die I-V-Kennlinien nach Fig. 2 haben,
Fig. 4 ist ein Diagramm des Anfangswiderstandes, welcher proportional zum Grenzflächenwiderstand ist, und zwar aufgetragen über der Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht, wobei diese Grenzflächenschicht plasmapolymerisiertes Octadecyltriethoxysilan aufweist,
Fig. 5 ist ein Diagramm der Strom-Spannungs-Kennlinien eines Widerstandsbandes nach der Erfindung, bei dem die elektrische Grenzflächenschicht ein symmetrisches Alkylalkoxysilan aufweist, welches beispielsweise von Tetrabutoxysilan gebildet wird,
Fig. 6 ist ein Diagramm der Strom-Spannungs-Kennlinien für das Widerstandsband nach Fig. 1, wobei die elektrische Grenzflächenschicht Alkylalkoxysilan mit unterschiedlichen Dicken aufweist, wobei das Silan bei diesem Beispiel von plasmapolymerisiertem Butyltrimethoxysilan gebildet wird,
Fig. 7 ist ein Diagramm der Strom-Spannungs-Kennlinien für ein weiteres Widerstandsband nach der Erfindung, wobei die Kennlinien für unterschiedliche Dicken einer elektrischen Grenzflächenschicht angegeben sind, welche Butyltrimethoxysilan aufweist, welches mittels Plasmapolymerisierung eines Dampfes aus Silan hergestellt wurde, das in eine Plasmakammer eingeleitet wurde,
Fig. 8 ist ein Diagramm des Stromes über der Spannung für das Widerstandsband nach Fig. 1, welches eine elektrische Grenzflächenschicht umfaßt, die Octadecyltriethoxysilan aufweist, wobei die I-V-Kurven sich durch das Anlegen von elektrischen Impulsen ergeben, die unterschiedliche Anstiegszeigen haben,
Fig. 9 ist ein Diagramm des Stromes über der Spannung für das in Fig. 1 gezeigte Band, bei dem die elektrische Grenzflächenschicht plasmapolymerisiertes Octadecyltriethoxysilan ist und die dünne leitende Schicht Au ist, und
Fig. 10 zeigt Beispiele von verzweigten Isomeren, welche bei der elektrischen Grenzflächenschicht nach Fig. 1 zur Anwendung kommen können.
Bei der zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsform werden die elektrischen Eigenschaften eines Widerstandsdruckbandes durch den Einschluß einer zusätzlichen Schicht zwischen der Widerstandsschicht und der metallischen Stromrücklaufschicht verbessert. Wie gezeigt, erhält man zusätzlich zu den Vorteilen der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften noch weitere Vorteile, da die elektrische Grenzflächenschicht den Einsatz von anderen Metallen als Aluminium als metallische Stromrücklaufschicht ermöglicht.
Wie sich aus der nachstehenden Beschreibung näher ergibt, können die verbesserten elektrischen Eigenschaften sowohl eine Zunahme des Grenzflächenwiderstandes zwischen der Widerstandsschicht und der metallischen Stromrücklaufschicht als auch die Verbesserung der Knickspannung umfassen, wobei beide Zunahmen und Verbesserungen von der Dicke dieser zusätzlichen Schicht abhängig sind. Ferner ist die Vorgabe der Nichtlinearität zu der Knickspannung nicht umkehrbar, und zwar selbst nicht bei sehr kurzen Zeitintervallen (d. h. kurzen elektrischen Impulsen und schnellen Impulswiederholungszeiten). Das Vorsehen dieser zusätzlichen Schicht beeinträchtigt die Flexibilität des Widerstandsbandes nicht, und auf die verschiedensten Weisen werden die Haltbarkeit und die mechanische Stabilität dadurch verbessert, daß eine Grenzfläche vorgesehen ist, welche gegenüber der Umgebung inert ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nunmehr in schematischer Weise ein Widerstandsband 10 und eine Struktur desselben zur Verwendung als Widerstandsband beim Wärmetransferdrucken gezeigt. Das Band 10 weist eine Widerstandsschicht 12, eine dünne, metallische Stromrücklaufschicht 14, eine Farbschicht 16 und eine elektrische Grenzflächenschicht 18 auf, welche zwischen der Widerstandsschicht 12 und der Metallschicht 14 liegt. Eine gegebenenfalls vorgesehene Farblöseschicht (nicht gezeigt) kann zwischen der Metallschicht 14 und der Farbschicht 16 vorgesehen werden. Eine Druckelektrode 20 und ein Teil einer großen Masseelektrode 22 sind gezeigt.
Die Arbeitsweise der Widerstandsband-Drucktechnik ist an sich bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden. Wenn ein Strom über die Elektrode 20 bereitgestellt wird, geht dieser durch die Widerstandsschicht 12, die elektrische Grenzflächenschicht 18 und die Metallschicht 14, bevor der zur Masse über die große Masseelektrode 20 zurückkehrt. Dieser Durchgang des elektrischen Stromes bewirkt eine Wärmeentwicklung in der Widerstandsschicht 12 und in der elektrischen Schicht 18, insbesondere infolge des erhöhten Grenzflächenwiderstandes zwischen der Widerstandsschicht 12 und der Metallschicht 14, welcher durch die elektrische Grenzflächenschicht 18 bereitgestellt wird. Diese örtliche Wärme wird auf die Farbschicht 16 übertragen, wodurch eine örtliche Erschmelzung bewirkt wird, und sie wird auf ein Empfangsmedium, wie Papier (nicht gezeigt) übertragen.
Die Komponenten, die für die Widerstandsschicht 12, die Metallschicht 14, die gegebenenfalls vorgesehene Farblöseschicht und die Farbschicht 16 eingesetzt werden können, sind an sich bekannt. Bei der zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsform können die diese Schichten bildenden Materialien aus irgendwelchen an sich bekannten Materialien ausgewählt werden, welche für diese Schichten einsetzbar sind. Die Widerstandsschicht 12 kann mit Graphit gefülltes Polycarbonat aufweisen. Beispielsweise können Widerstandskombinationen aus etwa 75 bis 65 Gew.- % Polycarbonat und aus etwa 20 bis 35 Gew.- % Kohlenstoff zubereitet werden. Weitere geeignete Materialien für die Widerstandsschicht 12 schliessen Polyimid, welches etwa 20 bis 35% Kohlenstoff, Polyester, der etwa 20 bis 32% Kohlenstoff enthält, und Polyurethan ein, welches etwa 20 bis 30% Kohlenstoff enthält. Selbstverständlich können andere polymere Materialien eingesetzt werden, und die Kohlenstoffmenge wird so gewählt, daß man den geeigneten Widerstand erhält. Eine repräsentative Dicke der Widerstandsschicht 12 beläuft sich auf etwa 17 Micrometer bei einem Drucksystem, welches Stromimpulse mit 20 bis 30mA nutzt.
Die wärmeübertragbare Farbschicht 16 weist üblicherweise ein polymeres Material auf, welches einen Schmelzpunkt von etwa 100ºC hat, und einen Farbzusatz. Ein Beispiel einer geeigneten Farbe ist eine solche, welche ein Polyamid und Kohlenstoffruß enthält. Diese Farben sind ebenfalls an sich bekannt (siehe beispielsweise Macromelt 6203, hergestellt von Henkel Corp., welches Kohlenstoffruß enthält). Die Farbschicht 16 ist in typischer Weise etwa 5 Micrometer dick.
Die Metallschicht 14 wird als eine Stromrückführungsschicht genutzt und wird vorzugsweise von Al gebildet. Bei der zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsform jedoch können auch andere Metalle einschließlich rostfreiem Stahl, Cu, Mg und Au verwendet werden. Ein Vorteil der zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsform ist darin zu sehen, daß man einen qualitativ hochwertigen Druck unabhängig von dem Metall erhält, welches in der Schicht 14 eingesetzt wird, und zwar im Gegensatz zu üblichen Bändern, welche häufig ein spezielles Material erforderlich machen, um eine gute Druckqualität zu erhalten. Die Dicke der Schicht 14 beläuft sich typischerweise auf etwa 100 nm (1000 Angström).
Die elektrische Grenzflächenschicht 18 hat eine Dicke von etwa 50-100 nm (500-1000 Angström,) und ist eine gleichmäßige, durchgehende, nadelstichporenfreie Schicht, welche sich leicht auf der Widerstandsschicht 12 ausbilden läßt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schicht 18 ein Polymer, welches Alkylalkoxysilane aufweist, welche die folgende allgemeine Zusammensetzung haben:
(RO)m - Si-(R')4-m
wobei m = 1,3 (nicht-symmetrische Materialien) m = 2,4 (symmetrische Materialien) R = - CH&sub3;, (CH&sub2;)p - CH&sub3;
p = 0, 1, 2, 3
R' = (CH&sub2;)n - CH&sub3;
n = 0, 1, 2, . . ., 21
und verzweigte Isomere hiervon.
Beispiele für geeignete, verzweigte Isomere für die Gruppe R' sind in Fig. 10 verdeutlicht.
Die elektrische Grenzflächenschicht 18 ist derart gewählt, daß sie eine solche ist, welche den Grenzflächenwiderstand zwischen der Widerstandsschicht 12 und der Metallschicht 14 in der Nähe der Farbübertragungsschicht 16 erhöht, und sie ist auch eine solche, bei der die Knickspannung der Strom-Spannungskennlinie des Bandes verbessert wird (d. h. erhöht wird). Im besonderen ist das Material der Schicht 18 ein solches, welches eine Knickspannung von größer als 6 Volt bereitstellt. Der spezifische Widerstand der Schicht 18 kann in Abhängigkeit von seiner Zusammensetzung variieren, und Versuche, wie das Dotieren, lassen sich einsetzen, um den Grenzflächenwiderstand und die Knickspannung einzustellen.
Als ein Beispiel wurden dünne Schichten aus polymerisiertem Octadecyltriethoxysilan mit einer Dicke von 50-100 nm (500-1000 Angström) mit Widerstandsschichten bei drei gesonderten Bändern beschichtet. Beim ersten Band belief sich die Knickspannung des Bandes ohne die elektrische Grenzflächenschicht auf etwa 7 Volt. Das Vorhandensein der elektrischen Grenzflächenschicht verschob die Knickspannung auf einen Wert zwischen 9 und 12 Volt. Beim zweiten Band belief sich die anfängliche Knickspannung (d. h. ohne die elektrische Grenzflächenschicht) auf etwa 0 Volt. Das Vorhandensein einer elektrischen Grenzflächenschicht, welche Octadecyltriethoxysilan aufweist, verschob die Knickspannung auf 8 Volt. Beim dritten Band ermöglichte das Vorhandensein der elektrischen Grenzflächenschicht eine Zunahme der Knickspannung auf etwa 4 Volt.
Die elektrische Polymergrenzflächenschicht 18 läßt sich auf einfache Weise mittels üblichen Techniken vorsehen, welche die Plasmapolymerisation, das Aufdampfen und das Lösungsmittelgießen umfassen. An sich bekannte Beschichtungstechniken, wie das Aufstreichen, Tauchen, Sprühen, Siebdrucken u. dgl. können eingesetzt werden. Bei der Plasmapolymerisation kann entweder eine Flüssigkeit oder ein Dampf in die Plasmakammer eingeleitet werden. Beispielsweise kann eine Polycarbonatwiderstandsschicht in eine Plasmakammer eingebracht werden, welche Dampf aus Alkylalkoxysilanen enthält. Nach einigen Minuten des Verharrens in der Plasmakammer wird die dünne elektrische Grenzflächenschicht 18 gebildet.
Als weitere Beispiele wurden die folgenden Materialien als dünne Schichten zwischen einer leitenden Polycarbonatschicht (Widerstandsschicht) und einer Al Stromrückführungsschicht aufgebracht, um die elektrische Grenzflächenschicht zu bilden. Diese Materialien waren die folgenden:
1. Octadecyltriethoxysilan gelöst in Alkohol;
2. Polydimethylsiloxanacetoxy abschließend in Kerosin oder Petroleumether gelöst; und
3. Polyimid gelöst in 1 Methyl 2 Pyrrolidon.
Jedes dieser Materialien wurde auf der Oberfläche des Polycarbonats mittels einer Walze aufgetragen und dann in Luft oder in einem erwärmten Ofen getrocknet, um die elektrische Grenzflächenschicht zu bilden. Al wurde dann auf der Grenzflächenschicht aufgetragen, und die Strom-Spannungs-Messungen wurden durchgeführt. Die Verbesserungen durch die elektrischen Grenzflächenschichten sind in der nachstehenden Tabelle angegeben. Material Max.-Knickspannung festgestellte Zunahme* Grenzflächenwiderstandszunahme verglichen mit unbehandeltem Beispiel Octadecyltriethoxysilan gelöst in Alkohol 4fach Polyimid gelöst in 1 Methyl 2 Pyrroliden Polydimethylsiloxan gelöst in Kerosin Polydimethylsiloxan gelöst in Petroleumether * Beim unbehandelten Beispiel beläuft sich die Knickspannung auf etwa 7 Volt.
Bei den Alkylalkoxysilanen der vorstehend beschriebenen Art wurde beobachtet, daß die nicht-symmetrischen Silanverbindungen (wenn m = 1, 3 ist), sowohl einen verbesserten Grenzflächenwiderstand als auch eine verbesserte Knickspannung zeigten. Im Gegensatz hierzu zeigten symmetrische Alkylalkoxysilane (bei denen m = 2, 4 ist), einen verbesserten Grenzwiderstand, aber keine nennenswerte Verbesserung der Knickspannung. Der Grund für diesen Unterschied ist nicht vollständig bekannt, er ist aber maßgebend für die unerwarteten spezifischen Eigenschaften dieser Klasse von Materialien.

Elektrische Eigenschaften

Die Fig. 2 bis 9 zeigen die elektrischen Eigenschaften von verschiedenen, als Beispiele dienenden Bändern und verdeutlichen die Auswirkungen der zusätzlichen elektrischen Grenzflächenschicht bei einem Band. Beispielsweise ist Fig. 2 ein Strom-Spannungs (I-V) Diagramm für ein Band, welches eine Widerstandsschicht aus Polycarbonat und eine 1000 Angström dicke Al Metallschicht aufweist. Beispiele dieser Art eines Bandes wurden mit unterschiedlich dicken elektrischen Grenzflächenschichten versehen, welche zwischen der Widerstandsschicht und der Al Metallschicht liegen. Die erhaltenen I-V-Kurven sind in Fig .2 für ein Band ohne eine elektrische Grenzflächenschicht und für Bänder gezeigt, welche unterschiedliche Dicken der Grenzflächenschicht haben. Diese Dicken beliefen sich auf etwa 30, 50, 100 und 200-300 nm (300, 500, 1000 und 2000-3000 Angström). Somit verdeutlicht die Kurve A ein Band, bei dem keine elektrische Grenzflächenschicht vorhanden ist, während die Kurven B bis E, I bis V Kennlinien verdeutlichen, wenn die Dicke der Grenzflächenschicht von etwa 30 nm (300 Angström) bis auf etwa 200-300 nm (2000 bis 3000 Angström) zunimmt.
Bei den für die Messungen in Fig. 2 eingesetzten Bändern war die elektrische Grenzflächenschicht plasmapolymerisiertes Octadecyltriethoxysilan. Das Vorhandensein dieser Schicht verbesserte den Anfangswiderstand und auch die Knickspannung VK des Bandes, wobei VK in Fig. 2 definiert ist. Um den Effekt des Kontaktwiderstandes zu eliminieren, wurden 127 Micrometer (5 mil) Au Punkte auf der Widerstandsschicht aufgetragen. Während den Messungen wurden 50 Microsekunden lang kontinuierliche Spannungsimpulse angelegt. Diese Technik wurde auch eingesetzt, um die elektrischen Eigenschaften festzustellen, welche in den Fig. 3-9 angegeben sind.
Die elektrische Grenzflächenschicht verleiht dem Band eine nichtlineare I-V-Charakteristik, bei der der anfängliche Anstieg jeder I-V-Kurve ein Maß des Grenzflächenwiderstands zwischen der Widerstandsschicht 12 und der Metallschicht 14 ist. Wenn die Dicke der Grenzflächenschicht ansteigt, nimmt dieser Grenzflächenwiderstand zu. Somit erhält man in der Nähe der Farbschicht einen Widerstand, um eine meßbare Wärmemenge zu haben, welche in diesem Bereich erzeugt wird, der der Farbschicht am nächsten liegt. Diese günstigeren I-V-Kurven ermöglichen ein Drucken bei niedrigeren Strömen.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Knickspannung VK gegenüber der Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht 18 (Fig. 1). Dieses Diagramm erhält man auf dieselbe Weise unter Verwendung von als Beispiele dienenden Bändern, welche die I-V-Kennlinien nach Fig. 2 haben. Wie sich aus Fig. 3 ersehen läßt, steigt die Knickspannung VK mit der Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht auf eine solche Weise an, welche nichtlinear zu der Dicke ist.
Fig. 4 ist ein Diagramm eines Anfangswiderstands eines Widerstandsbandes als eine Funktion der Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht 18. Dieses Band weist eine Polycarbonatwiderstandsschicht und eine 100 nm, (1000 Angström) Dicke Al Schicht auf. Verschiedene Dicken der elektrischen Grenzflächenschicht wurden zwischen der Widerstandsschicht und der Al Metallschicht vorgesehen. Bei den Beispielen für das Diagramm nach Fig. 4 wurden die elektrische Grenzflächenschichten von plasmapolymerisierten Octadecyltriethoxysilanverbindungen gebildet. Ihre Dicken lagen zwischen 0 und 100 nm (0 und 1000 Angström).
In Fig. 4 steigt der Anfangswiderstand im wesentlichen linear mit der Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht an. Der Anfangswiderstand weist den Grenzflächenwiderstand und einen kleinen Reihenwiderstand auf und ist im wesentlichen proportional zu dem Grenzflächenwiderstand. Die Ergebnisse nach Fig. 4 stimmen mit jenen nach Fig. 2 überein, wobei die Anfangsteile der I-V-Kurven eine Zunahme des Widerstands zeigen, wenn die Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht größer wird.
Fig. 5 ist ein I-V-Diagramm für einige Beispiele von Bändern, welche eine mit Graphit gefüllte Polycarbonatschicht als Widerstandsschicht und eine 100 nm (1000 Angström) dicke Al-Schicht aufweisen. Zwischen der Widerstandsschicht und der Al-Schicht war ein plasmapolymerisiertes Alkylalkoxysilan. Für diese Datensätze wurde ein symmetrisches Alkylalkoxysilan, Tetrabutoxysilan verwendet. Die Kurve A verdeutlicht die Bandeigenschaften, wenn keine Grenzflächenschicht vorhanden ist, während die Kurven B-D sich auf soviel Beispiele beziehen, bei denen die elektrische Grenzflächenschicht mit einer zunehmenden Dicke vorhanden ist. Beispielsweise hatte das Band, das bei der Kurve D eingesetzt wurde, eine dickere elektrische Grenzflächenschicht als das Band für die Kurve C, welche seinerseits eine dickere elektrische Grenzflächenschicht als das Band hatte, welche man für die Herstellung der Kurve B einsetzte.
Der Grenzflächenwiderstand wurde unter Einsatz dieses symmetrischen Alkylalkoxysilans verbessert, aber die Knickspannung wurde nicht nennenswert verbessert. Obgleich man einige Verbesserungen hinsichtlich der Knickspannung erhält, ist die Größe der Zunahme von VK nicht so groß als wenn nichtsymmetrische Alkylalkoxysilane eingesetzt werden.
Fig. 6 zeigt die IV-Kennlinien von 3 Bändern, dargestellt durch die Kurven A, B und C. Die Kurve A ist für ein Band, welches keine elektrische Grenzflächenschicht enthielt, welches aber Schichten aus Widerstandsmaterial und einen metallischen Stromrückführungsleiter enthält. In diesem Fall war die Widerstandsschicht graphitgefülltes Polycarbonat, während die Metallschicht aus Al mit einer Dicke von 100 nm (1000 Angström) war.
Die Kurven B und C zeigen die I-V-Kennlinien desselben Bandes, bei dem jedoch eine elektrische Grenzflächenschicht vorgesehen ist, für die plasmapolymerisiertes Butyltrimethoxysilan zwischen der Widerstandsschicht und der Al- Schicht eingesetzt wurde. Die Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht ist in dem Band für den Kurvenzug C dicker als bei dem Band für den Kurvenzug B.
Butyltrimethoxysilan ist eine nicht-symmetrische Alkylalkoxysilanverbindung, daher wurden sowohl der Grenzflächenwiderstand als auch die Knickspannung des Bandes durch das Einbringen dieser elektrischen Grenzflächenschicht erhöht. Die Zunahme des Grenzflächenwiderstandes und jene der Knickspannung sind größer, wenn die Dicke der elektrischen Grenzflächenschicht größer wird.
Fig. 7 zeigt drei I-V-Kurven für Widerstandsbänder, bei denen durch das Vorhandensein der elektrischen Grenzflächenschicht die I-V-Kennlinien verschoben werden. Die Kurve A ist jene für ein Band, welches keine elektrische Grenzflächenschicht enthält. Das Band weist eine graphitgefüllte Polycarbonatwiderstandsschicht und eine dünne Al-Schicht auf. Die Kurven B und C sind für dasselbe Band abgesehen davon, daß eine elektrische Grenzflächenschicht zwischen der Widerstandsschicht und der Al-Schicht eingeschlossen ist. Die elektrische Grenzflächenschicht ist dieselbe wie jene, die man zur Erstellung der Kurven nach Fig. 6 einsetzte, Butyltrimethoxysilan, aber bei diesem Beispiel wurde das Silan durch Einführen eines Dampfes an Stelle einer Flüssigkeit in eine Plasmakammer erzeugt. Ferner sind die Dicken der elektrischen Grenzflächenschichten bei den Bändern nach Fig. 7 größer als die Dicken der elektrischen Grenzflächenschichten bei den Bändern nach Fig. 6. Dies ist der Hauptgrund dafür, daß die Bänder nach Fig. 7 größere Grenzflächenwiderstände und größere Knickspannungen als die Bänder nach Fig. 6 haben.
Fig. 8 ist ein I-V-Diagramm für ein Widerstandsband, welches eine elektrische Grenzflächenschicht umfaßt, die Octadecyltriethoxysilan aufweist und zwischen einer graphitgefüllten Polycarbonatwiderstandsschicht und einer Al- Metallschicht liegt, wobei die Kurven bei unterschiedlichen Anstiegszeiten t eines angelegten rampenförmigen Impulses erhalten werden, welche eine Spitzenspannung von 14,5 V hat. Die Dicken der elektrischen elektrischen Grenzflächenschichten beliefen sich auf 50-100 nm (500-1000 Angström).
Aus diesen Kurvenzügen läßt sich ersehen, daß die dem Band zugeführte Energiemenge einen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften des Bandes hat, wobei es eine Art eines nichtlinearen Durchbruchs gibt, wenn die Impulsbreite (Anstiegszeit) so ausreichend groß wird, daß eine große Energiemenge der elektrischen Schicht zugeführt wird.
Fig. 9 zeigt die I-V-Kennlinien eines Bandes ohne eine elektrische Grenzflächenschicht (Kurve A) und drei Bänder mit übereinstimmendem Aufbau abgesehen davon, daß sie jeweils eine elektrische Grenzflächenschicht (Kurven B, C, D) umfassen. Alle diese Bänder weisen eine Widerstandsschicht aus graphitgefülltem Polycarbonat und eine dünne, metallische Stromrücklaufschicht mit einer Dicke von 100 nm (1000 Angström) auf. Die Grenzflächenschichten bestanden aus plasmapolymerisiertem Octadecyltriethoxysilan mit einer Dicke von etwa 50 nm (500 Angström) (Kurve B), 100 nm (1000 Angström), (Kurve C) und 200-300 nm (2000-3000 Angström) (Kurve D). Für diese Bänder bestand die metallische Stromrücklaufschicht aus Au im Gegensatz zu der Al-Metallschicht beispielsweise bei den Bändern nach Fig. 2.
Das Vorhandensein der Au-Schicht im Gegensatz zu einer Al- Schicht verändert die I-V-Kennlinien etwas, wie sich dies aus einer Gegenüberstellung von Fig. 2 und Fig. 9 ergibt, wobei die dort verwendeten Bänder sich nur hinsichtlich des Metalls unterscheiden, welches die Stromrücklaufschicht bildet. Wenn die Stromrücklaufschicht Au ist, sind der Grenzflächenwiderstand und die Knickspannung niedriger als in den Fällen, in denen die Stromrücklaufschicht Al ist. Dies ist am wahrscheinlichsten auf die Tatsache zurückzuführen, daß, wenn Al verwendet wird, eine dünne Al&sub2;O&sub3;- Schicht gebildet wird, welche den Grenzwiderstand und die Knickspannung erhöht. Eine Oxidschicht wird bei einer Au- Schicht nicht gebildet. Bei allen Metallen jedoch ist ein nennenswerter Anstieg des Grenzflächenwiderstandes und der Knickspannung festzustellen, wenn das Band eine elektrische Grenzflächenschicht der angegebenen Art umfaßt.
Wie vorstehend angegeben ist, ist es möglich, die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Grenzflächenschicht dadurch zu verändern, daß man den spezifischen Widerstand usw. beispielsweise ändert, indem die elektrische Grenzflächenschicht dotiert wird. Eine elektrische Grenzflächenschicht, die Polyimid aufweist, läßt sich beispielsweise mit Kohlenstoff dotieren, um den elektrischen, spezifischen Widerstand der Schicht zu verändern. Die Dotierung beeinflußt auch den Grenzflächenwiderstand und die Knickspannung des Bandes.
Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist eine dünne, elektrische Grenzflächenschicht zwischen der Widerstandsschicht und der metallischen Stromrücklaufschicht bei einem Widerstandsdruckband zu dem Zweck vorgesehen, daß die elektrischen Kennlinien des Bandes verändert werden. Die elektrische Grenzflächenschicht kann bei jeder beliebigen Art eines Widerstandsbandes vorgesehen werden, beispielsweise auch bei jenen, die organische Widerstandsschichten haben und bei jenen, die anorganische Widerstandsschichten haben. Die elektrische Grenzflächenschicht wird derart gewählt, daß die Knickspannung der I-V-Kennlinie des Bandes größer als etwa 6 Volt ist, und daß der Grenzflächenwiderstand erhöht wird. Die elektrische Grenzflächenschicht muß eine durchgehende, nadelstichporenfreie Schicht sein, deren Vorhandensein nicht die Flexibilität, die Stabilität und die Haltbarkeit des Bandes verändert. Um diese Eigenschaften zu erzielen, muß die elektrische Grenzflächenschicht sehr dünn und aus diesem Grunde kleiner als etwa 100 nm (1000 Angström) dick bemessen sein. Bei dieser Dicke muß sie die erforderlichen elektrischen Eigenschaften bereitstellen, und daher werden Polymerfilme bevorzugt. Solche Filme lassen sich in einer Vielzahl von unterschiedlichen, üblichen Verfahrensweisen aufbringen, um eine gleichmäßige Dicke und eine im wesentlichen gleichmäßige Zusammensetzung zu haben, so daß die elektrischen Eigenschaften dieser Schicht im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Länge des Bandes hinweg sind. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, daß Metalloxide, wie Al&sub2;O&sub3;, nicht nadelstichporenfrei bei derartigen kleinen Dicken hergestellt werden können und sie daher nicht die geforderten elektrischen Eigenschaften insbesondere hinsichtlich der Gleichmäßigkeit über die gesamte Länge des Bandes hinweg haben.
Es können andere Polymerfilme als die beschriebenen vorgesehen werden, welche die erforderlichen elektrischen Ergebnisse bereitstellen, die voranstehend beschrieben sind und wenn sie zugleich nicht in nachteiliger Weise die mechanischen und chemischen Eigenschaften des Bandes beeinflussen.

Claims

1. Widerstandsband zur Verwendung bei einem Widerstandsband-Wärmetransferdruckverfahren, welches aufweist

eine Widerstandsschicht (22), welche örtlich Wärme zum Drucken erzeugt, wenn ein elektrischer Strom durchgeht, und die eine nicht-lineare Strom/Spannungscharakteristik an einer Knickspannung hat, welche von der Anstiegszeit eines Sägezahnimpulses im elektrischen Strom abhängig ist,

eine Farbschicht (16), welche eine Farbe aufweist, die bei der Erwärmung durch die örtliche Erwärmung übertragbar ist, und

eine Metallschicht (14), welche zwischen der Widerstandsschicht (12) und der Farbschicht (16) angeordnet ist und durch die der elektrische Strom geht, gekennzeichnet durch den Einschluß einer durchgehenden, im wesentlichen nadelstichporenfreien, elektrischen Widerstandsgrenzflächenschicht (18), welche zwischen der Widerstandsschicht (12) und der Metallschicht (14) liegt und eine Dicke von wenigstens 50 nm (500 Angström) hat und dazu dient, den elektrischen Grenzflächenwiderstand zwischen der Widerstandsschicht (12) und der Metallschicht (14) zu erhöhen und die Knickspannung der Strom/Spannungscharakteristik anzuheben.

2. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Widerstandsgrenzflächenschicht kleiner als etwa 100 nm (1000 Angström) dick ist.

3. Band nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Grenzflächenschicht aus einem Monomeren ausgebildet ist.

4. Band nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Monomere aus der Gruppe gewählt ist, welche Alkylalkoxysilane mit der folgenden Zusammensetzung umfaßt:

(RO)m - Si-(R¹)4-m

wobei m = 1,3 (nicht-symmetrische Materialien) m = 2,4 (symmetrische Materialien) R = - CH&sub3;, (CH&sub2;)p - CH&sub3;

p = 0, 1, 2, 3

R'= (CH&sub2;)n - CH&sub3;

n = 0, 1, 2, . . ., 21

und verzweigte Isomere hiervon.

5. Band nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß m = 2,4.

6. Band nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß m = 1,3.

7. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht aus einem Polymer ausgebildet ist und daß die Metallschicht aus der Gruppe gewählt ist, welche Al, Ni, Cu, rostfreien Stahl und Au umfaßt.

8. Band nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polycarbonat ist.