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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermokopf mit einer
Vielzahl von Heizelementen, die jeweils an ein Paar
Leitelektroden angeschlossen sind, die sich in der gleichen
Richtung wie das Heizelement erstrecken und die an gemeinsame
Elektroden angeschlossen sind.
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Fig. 4 zeigt einen herkömmlichen Thermokopf, in dem eine
erste gemeinsame Elektrode 23 jeweils an ein Ende der
Heizelemente 21 angeschlossen ist, und eine individuelle
Leitelektrode 22 an das gegenüberliegende Ende jedes Heizelements
21 angeschlossen ist. Eine Vielzahl von Heizelementen 21
bilden einen Block. Jede der individuellen Leitelektroden 22
ist über ein entsprechendes Schaltelement 25 an eine zweite
gemeinsame Elektrode 24 angeschlossen. Im allgemeinen ist die
zweite gemeinsame Elektrode 24 für jeden Block gesondert
vorgesehen. Ansonsten kann eine einzige zweite gemeinsame
Elektrode für eine Vielzahl von Blöcken vorgesehen sein. Ferner
ist im allgemeinen eine Vielzahl Schaltelemente, die in einem
Block zusammengefaßt sind, in einen IC-Chip integriert, der
auf der zweiten gemeinsamen Elektrode angeordnet ist. Die
erste gemeinsame Elektrode 23 weist ein Paar Klemmen 26 auf,
die auf gegenüberliegenden Seiten eines Thermokopfsubstrats
angeordnet sind. Die zweite gemeinsame Elektrode 24 hat
ebenfalls eine Klemme 27, die im Kantenbereich des Substrats
angeordnet ist.
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Jedes Heizelement 21 weist jedoch in Abhängigkeit von seiner
Position einen anderen Widerstand im Strompfad durch die
erste gemeinsame Elektrode 23 von der Klemme 26 zu der Klemme
27, die entsprechende Leitelektrode 22 und die zweite
gemeinsame Elektrode 24 auf. Zum Beispiel weist ein mittig
positioniertes Heizelement gegenüber der ersten gemeinsamen
Elektrode 23 einen höheren Strompfadwiderstand auf als ein
anderes Heizelement, das weiter außen positioniert ist.
Insbesondere, wenn gleichzeitig mehrere Heizelemente betrieben
werden, fließt ein großer Antriebsstrom durch die erste
gemeinsame Elektrode, so daß sich eine Spannung, die an die
Heizelemente gelegt wird, zwischen einem Zentralelement und
einem Endelement infolge der Unterschiede in ihrem
Strompfadwiderstand ernstlich verändert, und bewirkt somit
Veränderungen in ihrer Wärmeabgabe. Diese Veränderung der
Wärmeabgabe kann sich noch verstärken, wenn eine große Anzahl
Heizelemente gleichzeitig betrieben werden. Somit würde der
herkömmliche Thermokopf schwerwiegende Veränderungen bei der
Punktdruckdichte verursachen. Um diese Veränderung zu
vermeiden ist im herkömmlichen Thermokopf eine komplizierte
Steuerung der elektrischen Energie nötig, was die
Produktionskosten erhöht.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte
Anordnung der gemeinsamen Elektroden und der Leitelektroden
zu finden, die dahin wirken, die Veränderungen des
Strompfadwiderstands zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß besteht der Thermokopf aus mehreren Blöcken,
deren jeder eine Vielzahl von Heizelementen aufweist. Jedes
Heizelement hat ein Paar erste und zweite Leitelektroden, die
sich vom Heizelement aus in der gleichen Richtung erstrecken.
Die ersten Leitelektroden sind durch entsprechende
Schaltelemente mit einer ersten gemeinsamen Elektrode in einem
Block verbunden. Die zweiten Leitelektroden sind unmittelbar
an eine zweite gemeinsame Elektrode angeschlossen, die neben
der ersten gemeinsamen Elektrode angeordnet ist. Die ersten
und die zweiten gemeinsamen Elektroden haben eine im
wesentlichen identische, sich verjüngende Form und verjüngen sich
in zueinander entgegengesetzten Richtungen. Die zweiten
Leitelektroden sind so angeordnet, daß sie an eine Seite der sich
verjüngenden Form der zweiten gemeinsamen Elektrode
angeschlossen sind.
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Wie oben beschrieben, sind die ersten und zweiten gemeinsamen
Elektroden im allgemeinen symmetrisch zueinander angeordnet.
Somit hat jedes Heizelement einen im wesentlichen identischen
Widerstand im Strompfad durch die gemeinsamen Elektroden
zwischen einer positiven Klemme und einer negativen Klemme.
Ferner hat die gemeinsame Elektrode ein Muster
unterschiedlicher Breite, die sich zu einer entsprechenden Endklemme
schrittweise vergrößert, so daß die gemeinsame Elektrode eine
unterschiedliche Querschnittfläche aufweist, die im
wesentlichen der Breite nach proportional zur Stromdichte ist, so
daß die vom Heizelement aufgenommene und die im Strompfad
verbrauchte elektrische Energie gleich wird. Im einzelnen
sind die gemeinsame Elektrode und die Leiterelektroden
innerhalb der begrenzten Fläche des Thermokopfsubstrats in einem
optimierten Muster angeordnet, so daß die in den
entsprechenden Heizelementen generierte Wärmeenergie ausgeglichen wird,
um auf diese Weise die Qualität des gedruckten Bildes zu
verbessern.
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Fig. 1 ist eine Draufsicht und zeigt einen Block des
erfindungsgemäßen Thermokopfs; Fig. 2 ist eine Teilansicht und
zeigt detailliert Verbindungen um eine erste gemeinsame
Elektrode innerhalb eines Blocks; Fig. 3 ist eine Draufsicht
und zeigt eine Übersicht über eine Anordnung des
erfindungsgemäßen Thermokopfs; und Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den
herkömmlichen Thermokopf.
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Hier nachstehend sollen bevorzugte, erfindungsgemäße
Ausführungsformen anhand der Zeichnungen in Einzelheiten
beschrieben werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält jedes
Heizelement 2 ein Paar Widerstände 1. Eine erste
Leitelektrode 3 ist an einen der Widerstände 1 angeschlossen, und
eine zweite Leitelektrode 4 ist an den anderen der
Widerstände 1 angeschlossen.
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Das Paar der ersten und zweiten Leitelektroden ist so
angeordnet, daß sie sich parallel zueinander in der gleichen
Richtung vom Heizelement 2 aus erstrecken. Die zweiten
Leitelektroden 4 sind direkt mit einer zweiten gemeinsamen
Elektrode 6 verbunden, die für jeden Block der Thermokopfs
vorgesehen ist.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist jede erste Leitelektrode 3 an
ihrem offenen Ende 7 an ein entsprechendes Schaltelement 8
angeschlossen, das an eine erste gemeinsame Elektrode 5
angeschlossen ist. Im allgemeinen ist das Schaltelement 8 in
einen Treiber-IC-Chip integriert, der innerhalb eines Blocks
auf einem Substrat angeordnet sein kann. Ein Block beinhaltet
nämlich eine gegebene Anzahl Heizelemente und der Treiber-IC-
Chip beinhaltet eine entsprechende Anzahl Schaltelemente.
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Nehmen wir jetzt wieder Bezug auf Fig. 1; die erste
gemeinsame Elektrode 5 und die zweite gemeinsame Elektrode 6 sind
in sich verjüngender Form ausgebildet und sie verjüngen sich
in entgegengesetzten Richtungen. Die erste gemeinsame
Elektrode 5 weist eine Klemme 15 zwecks Anschluß nach außen auf,
und auch die zweite gemeinsame Elektrode 6 weist eine Klemme
16 zwecks Anschluß nach außen auf, um die Heizelemente mit
elektrischer Energie zu versorgen.
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Wie in der Figur gezeigt wird, sind die zweiten
Leitelektroden 4 an eine obere Seite der sich verjüngenden zweiten
gemeinsamen Elektrode 6 angeschlossen. Beim Betreiben der
Heizelemente innerhalb eines Blocks verteilt sich der von der
Klemme 16 gelieferte Antriebsstrom auf die entsprechenden
Heizelemente, so daß sich der Antriebsstrom in der Richtung
weg von der Klemme 16 verringert. In dieser Sicht wird die
zweite gemeinsame Elektrode 6 in der sich verjüngenden Form
ausgebildet, um die Breite der zweiten gemeinsamen Elektrode
6 schrittweise zu verringern, und die Klemme 16 ist am
breiteren Ende derselben vorgesehen. Durch diese Anordnung
der zweiten gemeinsamen Elektrode 6 wird der Widerstand der
Breite nach bzw. in Querrichtung zur Klemme 16 zu langsam
verringert. Auch wenn also alle Heizelemente im gleichen
Block gleichzeitig betrieben werden, läßt sich ein
Antriebsspannungsabfall entlang der zweiten gemeinsamen Elektrode
effektiv vermeiden, weil sich der Breitenwiderstand derselben
proportional zur breitenweisen Antriebstromdichte einrichtet.
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Ferner sind die ersten und die zweiten gemeinsamen Elektroden
einander gegenüberliegend angeordnet. Daher hat das äußerste,
d.i. das am nächsten liegende Heizelement die zweite
Leitelektrode an die zweite gemeinsame Elektrode nahe an ihrer
Eingangsklemme angeschlossen, die ein Eingang für die
elektrische Energie ist, und hat eine erste Leitelektrode an
einen sich verjüngenden Endteil der ersten gemeinsamen
Elektrode angeschlossen, die am weitesten entfernt von ihrer
Ausgangsklemme ist. Andererseits hat das andere, am weitesten
entfernte außenliegende Heizelement die zweite Leitelektrode
an die zweite gemeinsame Elektrode an einem Punkt
angeschlossen, der weit entfernt von der Eingangsklemme ist, und
hat die erste Leitelektrode an die erste gemeinsame Elektrode
an einem Punkt angeschlossen, der nahe an der Ausgangsklemme
derselben liegt. Deshalb haben beide außenliegenden Elemente
einen der Länge nach im wesentliches identischen
Gesamtstrompfad durch die gemeinsamen Elektroden. Anders
ausgedrückt, der Gesamtspannungsabfall durch die erste und die
gemeinsame zweite Elektrode durch die verschiedenen
Heizelemente im gleichen Block unterscheidet sich nicht. Somit
kann jedes Heizelement die gleiche Wärmeenergie erzeugen, um
auf diese Weise eine gleichmäßige Punktdichtecharakteristik
zu erzielen.
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Es würde effektiv sein, zum Abbau des spezifischen
Widerstands eine große und dicke gemeinsame Elektrode zu benutzen,
um den Spannungsabfall in der gemeinsamen Elektrode zu
reduzieren. Eine solche Anordnung würde jedoch einen
Substratbereich des Thermokopfs vergrößern, verbunden mit einer
Steigerung der Produktionskosten. Hingegen läßt sich durch
Formen der gemeinsamen Elektroden gemäß der Erfindung der
Spannungsabfall der Breite nach in der zweiten gemeinsamen
Elektrode minimieren, und der Gesamtspannungsabfall der Länge
nach in der ersten und der zweiten gemeinsamen Elektrode kann
innerhalb eines begrenzten Bereichs in jedem Block
ausgeglichen werden.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 besteht der Thermokopf aus drei
Blöcken B1, B2 und B3, die eine besondere Form der ersten und
der zweiten gemeinsamen Elektrode aufweisen. Der erste Block
B1 ist mit einem Paar einer ersten gemeinsamen Elektrode 5-1
und einer zweiten gemeinsamen Elektrode 6-1 versehen, der
zweite Block B2 ist mit einem Paar einer ersten gemeinsamen
Elektrode 5-2 und einer zweiten gemeinsamen Elektrode 6-2
versehen, und der dritte Block B3 ist mit einem Paar einer
ersten gemeinsamen Elektrode 5-3 und einer zweiten
gemeinsamen Elektrode 6-3 versehen. Nebeneinanderliegende Blöcke
haben ein symmetrischen Aufbau der ersten und der zweiten
gemeinsamen Elektrode. Durch Abwechseln der Position der
ersten und der zweiten Elektrode werden die Eingangsklemmen
15-1 und 15-2 nebeneinander zwischen den betreffenden Blöcken
B1 und B2 angeordnet, und die Ausgangsklemmen 16-2 und 16-3
sind zwischen den verschiedenen Blöcken B2 und B3 benachbart
zueinander angeordnet. Diese nebeneinanderliegenden Klemmen
müssen nicht gegeneinander elektrisch isoliert werden, weil
sie jeweils an ein gemeinsames Versorgungsnetz angeschlossen
werden. Ferner können die nebeneinanderliegenden
Eingangsklemmen 5-1 und 5-2 bzw. die nebeneinanderliegenden
Ausgangsklemmen 6-2 und 6-3 jeweils gemeinsam ausgebildet werden.
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Im Thermokopf eines länglichen Linientyps mit einem multiplen
Muster von Blöcken gemäß Fig. 3 ist jeder Block einzeln durch
sein gemeinsames Elektrodenpaar an verschiedenen Punkten an
die Netzleitung angeschlossen. Deshalb wird auch die
allgemeine Verteilung der Antriebsspannung durch den
linienförmigen Thermokopf ausgeglichen. Somit können die entsprechenden
Heizelemente innerhalb des gleichen Blocks und zwischen den
verschiedenen Blöcken eine gleichmäßige Wärmeenergie
erzeugen.
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Die zweite gemeinsame Elektrode muß nicht unbedingt in einem
sich gleichmäßig verjüngenden Muster ausgebildet sein, sie
kann auch so geformt sein, daß die Elektrode eine
unterschiedliche Musterbreite aufweist, die sich schrittweise im
Verhältnis zur Stromdichte der Breite nach im Betrieb ändert.
Zum Beispiel kann die gemeinsame Elektrode auch in Stufenform
ausgebildet sein.
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Die erste und die zweite gemeinsame Elektrode müssen nicht
notwendigerweise in sich verjüngender Form ausgebildet sein.
Sie können auf geeignete Weise geformt und zum Ausgleich des
Gesamtstrompfades durch individuelle Heizelemente von der
ersten gemeinsamen Elektrode zur zweiten gemeinsamen
Elektrode einander gegenüberliegend angeordnet sein.
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Wie oben beschrieben, weist die gemeinsame Elektrode ein
veränderliches Muster mit schrittweise sich ändernder
Proportionalität zur Verteilung der Stromdichte der Breite nach auf,
wobei der Spannungsabfall in der gemeinsamen Elektrode
innerhalb eines begrenzten Raums minimiert wird. Ferner sind die
erste und die zweite gemeinsame Elektrode einander
gegenüberliegend bzw. umgekehrt zueinander angeordnet, um den
spezifischen Widerstand der Gesamtstrompfadlänge durch die
entsprechenden Heizelemente von der Länge der ersten gemeinsamen
Elektrode zur Länge der zweiten gemeinsamen Elektrode zwecks
Ausgleichens und Minimierens des Spannungsabfalls in den
unterschiedlichen Strompfaden zu bewirken, wodurch sich die
Druckqualität und die Energieumwandlungseffizienz des kleinen
Thermokopfs mit mäßigem Preis verbessern läßt.