DE2712683A1

DE2712683A1 - Heizkopf fuer einen waermedrucker

Info

Publication number: DE2712683A1
Application number: DE19772712683
Authority: DE
Inventors: Keiji Murasugi; Tsutomu Nomoto; Susumu Shibata
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1977-10-13
Also published as: SE7702962L; SE431805B; GB1524347A; US4136274A

Description

Die Lrfindung betrifft einen Heizkopf für einen Wärmedrucker, bestehend aus einem dielektrischen ebenen Träger, auf dem eine Vielzahl von zueinander parallelen und voneinander elektrisch isolierten Lei1 er strei fen aus einem ersten elektrisch leitenden Material angeordnet sind, von denen ,jeder aus zwei ges t r eck t.en Leitern besteht, die über einen Heizleiter miteinander verbunden sind.

Die moderne Datenverarbeitung und Datenübertragung erfordert Drucker, die eine möglichst rasche Wiedergabe der Daten ermögl i ch t . Drucker, mit denen eine Da tenw i edeniabe mit hoher Geschwindigkeit möglieh ist, sind sogenannte Hochgeschwiηdigkeitswarmedrucker . Diese weisen

709841/0695

ORIGINAL INSPECTED

7318/20/Ch/Fr - J - 22. März 1977

einen Hei/kopf .iuf, der mit einem thermo sens i L i ven Papier in Kontakt steht. Mittels dieses He i/k opfes ist es möglich, die gewünschten Bu chs taben und Zahlen ausdrucken zu können, indem «in den Stellen, wo eine Wärmeentwicklung stattfindet, die Farbe des thermosensitiven Papiers sich ändert. Derartine Wärmedrucker haben den Vorteil, daß mit ihnen nicht nur vorbestimmte Buchstaben- und /ahlenmuster gedruckt werden können, sondern es ist auch möglich, mit diesen Wärmedruckern beispielsweise Bilder, sowie chinesische und/oder «lrahischc Schrift/eichen auszudrucken.

Ein bekannter Wärmedrucker arbeitet nach dem Prinzip eines Punktdruckers, bei dem eine Vielzahl von Punkten zusammengesetzt die auszudruckenden Zeichen ergeben. Zu diesem Zweck weist der Heizkopf eine Vielzahl von Wärmezellen auf, welche beispielsweise- in einer Geraden angeordnet sind und diese Punkte ausdrucken. Das wärmesensitive Druck· papier wandert rechtwinklig zu dieser Geraden aus Wärmezellen. Die Wärmezellen werden selektiv erhitzt, so daß sich die Farbe des thermosensitiven Papiers selektiv ändert. Auf diese Weise wird das gewünschte Huster auf das Papier aufgedruckt.

Beispiele derartiger Hei/köpfe sind beispielsweise beschrieben in der US-Pa ten tanmeldung 672 Ul und in der US-Patentschrift J 598 95Γ,.

Die bekannten, später noch im Detail beschriebenen Heizköpfe weisen eine Reihe von Machteilen <uif. Für die Herstellung der Leiter ist ein Ätzverfahren notwendig, welches aus mindestens zwei Photoätzpro/essen besteht. Für den zweiten Ät/pro/ess ist es dabei erforderlich, die Maske sehr genau in Bezug auf das Muster gemäß dem ersten Ätzprozess auszg im c>jie _h , Ve^i-M der erforderlichen

709841/0695 ...

ORIGINAL INSPECTED - 3 -

7318/20/Ch/Fr - /'- 22. März 1977

qeniiuen F¹Os i t i on i e r un fj ist dadurch die Ausschußr.i te relativ hoch.

fin weiterer Machteil ist die relativ geringe maximal mögliche He t r i el>s/ e i t dieser Hei /köpfe. Üblicherweise beträgt der W i de rs t.in d der Lei t erst re i fen 50 bis 300 Ohm. Ist der Widerstand eines Leiterstreifens höher oder niedriger, dann ist es, um .'ie erforderliche Temperatur erzeugen zu können, notwendig, den Strom oder die Spannung zu erhöhen, wodurch die elektrischen Schaltkreise aufwendig werden. Wenn die Leiterstreifen aus Γ a,H oder NiCr bestehen,dann betragt ihre Dicke lediglich 500 Λ , damit der gewünschte Widerstand erreicht wird. Derart dünne Leiterstreifen weisen jedoch eine relativ geringe Lebensdauer auf. fs gibt wohl Hei/köpfe, deren Leiterstreifen so aufgeteilt sind, daß die Dicke des Materials relativ groß ist, jedoch müssen dann die Leiterstreifen in Dickfilmtechnik hergestellt werden, was wiederum bedeutet, dad der Ausschuß bei der Herstellung des Heizkopfes relativ groß ist. .

Hei einem weiteren bekannten Heizkopf ist dessen Oberfläche, die in Kontakt mit dem thermosensitiven Papier steht, infolge der Ausbildung der Leiterstreifen gestuft. Dadurch ist der Kontakt zwischen dem thermosensitiven Papier und der mit diesem thermosensitiven Papier in Kontakt stehenden Oberfläche des Heizkopfes relativ gering, was wiederujn bedeutet, ddß infolge der verschlechterten thermischen Leitfähigkeit weit mehr Wärme als bei den anderen Heizköpfen erzeugt werden muß. Wegen der weit höheren zuzuführenden Fn erg ie wird die Lebensdauer eines solchen Heizkopfes vermindert. Durch die vorerwähnten S tu fu ng en ist zudem der flach teil zu verzeichnen, ί\,\ί\ sich dort Schmutz ansammeln kann.

709841/0695

2712633

7318/20/Ch/r r -JK - 22. März 1977

Diese Nachteile sollen vermieden werden.

Bei einem IUi ζ kopf der eingangs genannten Art wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die frfindung wird nachfolgend anhand des Stands der Technik und anhand von Ausführungsbeispielen der Irfindung erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

f Ig. 1 eine Draufsicht auf einen ersten Heizkopf gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen weiteren Heizkopf gemäß dem Stand der Technik,

Pig. 3 einen Schnitt längs der Linie i-a¹ von I ig. 1,

fig. 4 eine Draufsicht auf einen Heizkopf gemäß der Erfindung,

Tig. 5 eine Draufsicht auf die vergrößert dargestellten Heizleiter gemäß f ig. ^,

f ig. 6 eine graphische Darstellung der Widerstandsänderung im Verhältnis zur zugeführten Leistung, wenn die Le i i;er :;tr<- j f cn <ii :.. Hi, T a _Ν oder HiCr bestehen,

fig. 7 eine weitere graphische Darstellung entsprechend Fig. 6, wenn eine Trägerschicht aus HiCr und eine Leiterschicht aus Hi verwendet wird,

709841 /0695 _ ₅

7318/20/Ch/r r -/- 22. März 1977

fig. θ eine graphische Oar st el lung der entsprechen den Frgebnisse bei Verwendung einer Schutzschicht aus Ta_?0r oder Al-O-. und

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie e-e' in Fig.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Heizkopf bekannter Bauart. Mit. 10 ist ein dielektrischer Träger bezeichnet, auf welchem guadratische Heizpunkte 11 his 18 angeordnet sind. An die Heizpunkte 11 bis 18 sind 7ufuhr 1 eitungen 21 bis 28 angeschlossen. Alle Heizpunkte 11 bis 18 liegen an einer gemeinsamen Zuführleitung 30. Die Heizpunkte 11 bis lfl werden in Dünnfilmtechnik hergestellt aus Ta_?N, HiCr, Ta oder Cermet, während die 7uführlei tun gen 21 bis 28 aus einer Leitschicht aus Au, Ag oder Cu bestehen. Im Bereich der Heizpunkte sind zwei Schichten vorgesehen, die eine Oxydation der Heizpunkte und einen Verschleiß dieser Heizpunkte infolge der Reibung mit dem thermosensitiven Papier verhindert. Diese Schutz scti i ch ten werden üblicherweise in Dünnfilmtechnik aufgetragen.

In Fig. 3 sind diese Sehutzschichen 61 und 62 dargestellt. Die Schutzschicht 61 dient dabei der Verhinderung einer Oxydation, währen d die Schutzschic fit 62 zur Verminderung des Verschleißes infolge der Hei bung mit dem Papier dient. Das thermosensitive Papier 7 wird hierbei mittels einer Walze 8 gegen den Heizkopf gedrückt.

Ein weiteres Alisführungsbeispiel des Standes der Technik ist in Fig. 2 gezeigt. Die Heizelemente bestehen aus Ta^M, NiCr oder Ta. Hierbei dienen jeweils drei Heizelemente zum Druck eines einzelnen Punktes. Derartige Heizelemente sind die Dreiergruppen 121, 122 und 123 bzw,

709841 /0695

c, -

7318/20/Ch/Fr -4 - 22. März 1977

131, 132, 133 bzw. 1*1, 142, U3, bzw. 151, 152, 1 5J bzw. 161, 162 und 163. Diese Dreiergruppen sind jeweils an Zuführleitungen 21 bis 26 und *1 bis k& angeschlossen. Die einzelnen Heizelemente sind untereinander und mit den Zuführleitungen verbunden über Verbindungsleiter 511 bis 562 bzw. 611 bis 661, Die Schutzschichten sind der Einfachheit halber in Fig. 2 nicht dargestellt. Das thermosensitive Papier bewegt sich in Richtung des Pfeiles A über den Heizkcpf hinweg.

Nachfolgend werden die Nachteile erläutert, die bei diesem Stand der Technik auftreten.

Rei der Hersteilung des Heizkopfes ist die sehr genaue Positionierung einer Maske für ein Photoätzverfahren notwendig. Als erstes werden die Zuführleiter 21 bis 28 und der gemeinsame Leiter 30 nach einem PIh to>1\7verfahren hergestellt. In einem weiteren Photoätzverfahren werden sodann die Heizpunkte 11 bis 18 gefertigt. Dies bedeutet, daß mindestens zwei Photoätzschritte erforderlich sind, wobei bei dem zweiten Photoätzschritt die Maske sehr genau positioniert werden muß in Hezug auf das im ersten Schritt erzeugte Muster. Durch die erforderliche genaue Positionierung entsteht eine relativ hohe Ausschußrate. Eine gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 noch größere Fertigungsgenauigkeit muß eingehalten werden bei dem Heizkopf gemäß Fig. 2. Zudem ist es ziemlich schwierig, die Heizelemente 111 bis 163 zu fertigen, da diese Heizelemente sehr dick sind.

70984 1 /0695

7318/20/Ch/Fr -J - 11. März 1977

AO

Die Lebensdauer der bekannten Heizköpfe ist relativ gering. Der Widerstand der Leiterstreifen liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 Ms 300il . Ist der Widerstand geringer oder höher, dann ist es erforderlich, daß die Leiterstreifen von einem höheren Strom durchflossen oder an eine höhere Spannung .ingelegt werden, damit die gewünschte Temperatur erzeugt werden kann. Die elektrischen Schaltkreise werden daI)ei relativ aufwendig.

EJestehen die quadratischen Heizpunkte gemäß Fig. 1 aus fa N oder MiCr, dann liegt die Dicke dieser Heizpunkte im Bereich von etwa 500 Λ, damit der gewünschte Widerstandswert erreicht wird. Derart dünne Heizleiter weisen jedoch eine relativ kurze Lebensdauer auf.

Bei dem Heizkopf gemäß Fig. 2 dagegen müssen die Heizelemente relativ dick sein, damit der gewünschte Widerstandswert unter Verwendung der vorgenannten Materialien erreicht wird, da die Länge der aneinandergesetzten Heizelemente relativ lang ist. Weiterhin ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der Nachteil zu vermerken, daß die in Dickfilmtechnik hergestellten Leiterstreifen relativ schlecht auf dem Träger haften, so daß auch aus diesem Grund der Ausschuß bei der Herstellung relativ groß ist.

Wegen des Dickenunterschieds zwischen den Heizpunkten, beispielsweise dem Heizpunkt 13 und den zugehörigen Zuführleitern, beispielsweise den Leitern 13 und 30, entstehen, wie der Fig. 3 entnehm bar ist, Stufen S und S¹. Durch diese Stufungen entsteht eine Vertiefung, die bewirkt, daß der Kontakt Lm tiere ich der Vertiefung zwischen der Heizkopfoberfldche und dem thermosensitiven

709841 /0695 - θ -

7318/20/ChAr -/ - 22. März 1977

IA

Papier 7 schlecht wird. Dies bedingt einen schlechteren Wärmeübergang /wischen dem Heizkopf und dem Papier, was wiederum dazu führt, daß die Heizpunkte entsprechend stärker erhitzt werden müssen. Durch diese Überhitzung wird wiederum die Lebensdauer reduziert. Weiterhin ist der Nachteil zu verzeichnen, daß sich in der Vertiefung Schmutz ansammelt, der die Tunktionsweise zusätzlich beeinträchtigt. Die zuvor geschilderte Situation ist auch für den Stand der Technik nach I ig. 2 zutreffend.

Die f ig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lrfindung. Auf einem dielektrischen Träger 10 sind Heizleiter 11 bis 18 in Zickzackform angeordnet. Diese Heizleiter bestehen aus einem elektrisch leitenden Film, wie beispielsweise Nickel, Aluminium, Chrom, Titan, Molybdän, Wolfram oder Platin. Diese Heizleiter sind jeweils an gestreckte 7uführleiter 21 bis 28 und 41 bis 48 angeschlossen, über die den Heizleitern elektrischer Strom zugeführt wird. Diese gestreckten Zuführleiter bestehen aus dem gleichen Mater ia-1 wie die Heizleiter.

Die Heizleiter 11 bis 18 bestehen jeweils aus zickzackförmigen Leiterstreifen, deren Breite geringer ist als diejenige der Zuführleiter 21 bis 28 und 41 bis 48, so daß jeder Heizleiter einen weit höheren elektrischen Widerstand aufweist als die zugehörigen Zufuhrleiter. Auf die gestreckten Zuführleiter ist jeweils eine leitende Schicht 51 bis 58 bzw. 71 bis 78 aufplattiert, die aus Cold, Silber oder Kupfer besteht.

Ls ist besonders hervorzuheben, daß das Material, aus denen die Heizleiter 11 bis 18 bestehen, das gleiche ist als dasjenige für die Zuführleiter 21 bis 28 und

709841/0695 _g

7318/20/Ch/r r -X- 22. März 1977

/Λ

41 his 48, wodurch die Herstel1 sehritto beträchtlich vermindert werden können und d<is I rfordernis der genauen Positionier unq einer At/maske beseitigt wird. Da die Heizleiter 11 t)is 18 und die 7ufühileiter 21 I) i s 2 8 und 41 bis ^f 8 sowie der den Zuführleitern 41 bis 48 gemeinsame Leiterstreifen 30 aus einem einzigen Material besteht, ist nach dem Aufbringen dieses Materials auf den Träger zu deren Herstellung lediglich ein einziger Ätzschritt erforderlieh. Das Aufplat.tieren von Au, Ag oder Cu nahe den Heizleitern 11 bis 18 vermindert den elektrischen Widerstand, der 7ufiihrleiter. Die Breite der Leiter 21 bis 28 einschließlich der Schichten 51 bis 58 an einer Seite der Heizleiter 11 bis 18 ist gleich der Breite der Leiter 41 bis 48 einschließlich der Schichten 71 bis 78 auf der anderen Seite dieser Heizleiter. Die Länge D zwischen den Linien C-C' und d-d' ist für jeden Leiterstreifen konstant. Diese Länge D entspricht der Breite der Maske, die ein Aufplat. tieren von Gold, Silber oder Kupfer auf die Heizleiter 11 bis 18 und die benachbarten Teile der Zuführleiter ? 1*1)is 28 und 41 bis 48 verhindert. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die elektrischen Widerstände aller Leiterstreifen, bestehend aus den Zuführleitern und den Heizleitern gleich sind. Dies bedeutet wiederum, daß der Stromverbrauch jedes Leiterstreifens gleich ist und jeder Leiterstreifen die gleiche Oruckintensität bezüglich des thermosensitiven Papiers aufweist.

Durch den Aufbau gemäß fig. 4 ist ein kompliziertes Ausrichten einer Ätzmaske, wie sie bei den Ausführungen gemäß den Tig. 1 und 2 notwendig ist, nicht erforderlich. Die einfache Maske der Breite D wird lediglich auf die

7098A1/0695

- ίο -

7318/20/Ch/Fr -JdT- 22. März 1977

Struktur aufgelegt. Ein mikroskopisches Ausrichten ist dabei nicht erforderlich. Die 15reite D betragt üblicherweise 3 bis 5 mm, während die ßreite der Heizleiter 11 bis 1Θ in Richtung auf die Papierbewegung in Pfei1richtung A lediglich 200 iim beträgt. Die Fig. k macht auch deutlich, daß eine Schräglage der Maske völlig ohne Einfluß auf die Widerstandswerte der ein/einen Leiterstreifen ist.

Nachfolgend werden zusätzliche Informationen bezüglich der einzelnen Leitermaterialien gegeben.

Im nachfolgend beschriebenen Heispiel bestehen die Heizleiter 11 bis 18 aus Ni oder Pt.

Das Herstellverfahren für uen Heizkopf ist wie folgt: Erst wird das Material (Ni oder Pt) auf den dielektrischen Träger aufgebracht, worauf sich ein Photoätzprozeß anschließt, bei welchem die Heizleiter 11 bis 18 und die gestreckten Leiter 21 bis 28 und ^1 bis Ί8 sowie die zu plattierenden Abschnitte 51 bis 58, 71 bis 78 und 30 gebildet werden. Als nächstes wird der Hereich zwischen den Linien c-c¹ und d-d¹ abgedeckt und auf die gesamte Oberfläche wird Au, Ag oder Cu aufplattiert. Danach wird die Abdeckschicht zwischen den Linien c-c¹ und d-d¹ entfernt und in diesem Bereich wird sodann eine Schutzschicht aufgebracht .

Nachfolgend wird der Fall behandelt, wo die Heizleiter 11 bis 18 aus W, Cr, Al, Mo oder Ti bestehen. Hierbei sind zwei Herstellverfahren möglich:

709841/0695 - η -

7318/20/Ch/Fr - yf - 22. März 1977

Nachdem eines der ν»rqenannten Materialien auf den dielek trischen Träqer aufqebracht wurde, wird eine dünne Nickel· schicht auf dieses Material aufpl a11iert . Danach wird eine Abdeck schicht auf diese Nickelschicht aufqebracht, welche die Form der Heizleiter Il bis 18, der gestreckten Leiter 21 bis 2 8 und 4-1 bis 48 und der zu plattierenden Hereiche 51 bis 58, 71 h i s 78 und 30 aufweist. Das Aufbrinqen dieser Abdeckschicht erfolqt nach einem Photoverfahren, Diejeniqen Bereiche der Nickel- und Heiz1eiterma terialsch icht, welche nicht durch die Abdeckschicht abgedeckt sind, werden entfernt mittels eines Atzverfahrens, welches Nickel und das Heizleitermaterial abätzt. Auf diese Weise wird das qewünschte Muster aus Heizleitern und qestreckten Leitern erhalten. Als nächstes wird Au, Ag oder Cu in der gleichen Weise aufgetragen wie zuvor beschrieben. Danach wird die Abdeckschicht zwischen den Linien c-c¹ und d-d' entfernt. Ebenso wird die in diesem Bereich befindliche N icke 1schicht auf den Leitern beseitigt. Letztlich wird eine Schutzschicht in diesem [Jereich aufgebracht.

Gemäß einer weiteren Verfahrensvarian te wird auf den dielektrischen Träger eine dünne Schicht des Heizleitermaterials aufgebracht und sodann die gesamte Fläche mit Au, Ag oder Cu plattiert. Mittels eines Photoprozesses wird eine Schutzschicht darauf angebracht, welche die Form der Heizleiter 11 bis 18, der gestreckten Leiter 21 bis 28 und 41 bis 48 und der zu pLattierenden Bereiche 51 bis 58, 71 bis 78 und 30 aufweist* Durch Atzen werden alle nicht durch die Abdeckschicht abgedeckten Bereiche der vorgenannten Metal1 schichten abgeätzt, so daß das gewünschte Muster der Heizleiter und der qestreckten Leiter erhalten wird. Die Bereiche außerhalb der Linien c-c¹

7 0 9 8 A1 /0695

- ^lz -

7318/20/Ch/Fr - >2" - 22. März 1977

und d-d¹ werden nunmehr mit Au, Ag oder Cu plattiert, wie zuvor beschrieben. Als nächstes wird die Abdeckschicht zwischen den Linien c-c' und d-d¹ entfernt und danach die aus Au, Ag oder Cu bestehende Schicht in diesem Bereich. Letztlich wird in diesem Bereich eine Schutzschicht aufgebracht.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das Muster der Heizleiter und der gestreckten Leiter erzeugt wird durch einen einzigen Photoätzprozeß, so daß keine genaue Positionierung von Masken notwendig ist.

Die Heizleiter gemäß der vorliegenden Erfindung verlaufen zickzackförmig, wie der Fig. 4 entnehmbar ist. Die nachstehend beschriebenen Versuche wurden durchgeführt, um die besten Parameter des ζickzackförmigen Heizleiters zu ermitteln. Bei den Versuchen wurde als dielektrischer Träger glasiertes Alumina verwendet. Das Material für die Heizleiter und für die gestreckten Leiter war Nickel mit einem Tlächenwiderstand von 1J2/Q .

Versuch Nr. 1:

fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf Heizleiter, welche in Serie zueinander angeordnet sind. Die Heizleitungen 711 bis 724 haben eine Breite von Wa, welche im Abstand von Wb zueinander angeordnet sind. Die Zwischenräume sind mit 811 bis 824 bezeichnet. An den Heizleiter wird ein elektrischer Strom angelegt, so daß eine bestimmte Druckintensität (beispielsweise eine Drucksichtbarkeit D = 0,8) erhalten wird. Dabei wurde die Dauer gemessen, bis zu welcher keine Unterbrechung der Heizleiter auftrat und zwar für verschiedene Werte von Wa, bei Einhalten der Bedin-

7098M /0695

- 13 -

7318 /2 O /Ch /Ir

2712633

22. März 1977

gunq Wa = Wh. I in Teil der Ergebnisse ist in Tabelle 1 wiedergegeben. Hierbei wurden S I rom i m|>u 1 se von 3 msec, bei einer Impulsperiode von 20 msec, angelegt.

Tabelle 1

Wa	Lebensdauer
10 um 13 /im 19 um 31 um	k Stunden 7 Stunden 16 00 Stunden 100 Stunden

Gemäß diesen Γrgebnissen beträgt die Le i tert>rei te der Heizleiter vorzugsweise 2 0 um - i> um.

Versuch Nr. 2 .

Entsprechende Lebens dauerversuche wie bei Versuch Nr. 1

W Λ

wurden durchgeführt für verschiedene Verhältnisse rrr-, Lin Teil dieser Ergebnisse ist in Tabelle 2 wiedergegeben, wobei die Summe von Wa und Wb jeweils 38 um bcträgt. Ebenfalls wurden wieder Impulse der Dauer von 3 rnoec. bei einer Im pul s ρ er i ode von 2 0 msec, angelegt.

/0695

- in -

7318/20/Ch/Fr

22. März 1977

Tabelle 2

	Wa	:	Wb	um )	Lebensdauer
3	: 7	(Wa	= 12	um )	1 Stunde
	: 6	(Wa	= 15	um )	6 Stunden
5	: 5	(Wa	= 19	um )	1600 Stunden
7	: 3	(Wa	= 26	1300 Stunden

Gemäß den In Tabelle 2 wiedergegebenen Werten ist das Verhältnis von Wa = Wb vorzugsweise näherungsweise 1 : 1.

Versuch Nr. 3.

Die Fig. 6 gibt Versuchsergebnisse mit einem Heizleiter wieder, wobei die horizontale Achse die angelegte Leistung in _V (wobei R der Widerstand des Heizleiters und V die Amplitude der Impulse ist, deren Dauer 6 msec bei einer Periodendauer von 20 msec, beträgt) und deren vertikale Achse die Veränderung des Widerstand in Prozent nach 30 Minuten Versuchsdauer wiedergibt. Als Heizleitermaterial dient Nickel. Der Parameter ist der Flächenwiderstand von Nickel. Die Breite der Heizleiterabschnitte und der Abstand zwischen ihnen betrug jeweils 20 um. Die Kurve a in Fig. 6 zeigt die Ergebnisse mit einem Heizleiter mit einem Aufbau gemäß Fig. 2, wobei das Heizleitermaterial Ta-N ist. Die Kurve b zeigt die Ergebnisse mit einem Heizleiter mit einem Aufbau gemäß Fig. 1 und einem Heizleitermaterial aus NiCr, während die Kurve c die Ergebnisse eines Heizleiters mit einem Aufbau gemäß Fig. 1 und einem Heizleitermaterial aus Ta_?N wiedergibt. Die Kurven d bis h sind die Ergebnis-

709841/0695

- 15 -

7318/20/Ch/Fr ->< - 22. März 1977

se mit einem Heizleiter der Ausbildung entsprechend Fig. bei verschiedenen Flächenwiderständen, das heißt in der Folge der Kurven d bis h mit Flächenwiderständen von 7, 6, 5, 2 und IXL/Q. Wie der Fig. 6 deutlich entnehmbar ist, sind die Versuchsergebnisse umso besser, je geringer der Flächenwiderstand ist. Eine geringe Widerstandsänderung wird deshalb vorgezogen, da die Druckintensität vom Widerstandswert abhängig ist, der sich also wenig ändern soll. Gleichzeitig ergeben sich dabei auch bessere Resultate bei Überlastungen. Andererseits sollte jedoch der Flächenwiderstand nicht zu gering sein, da ein geringer Flächenwiderstand einen geringen Heizleiterwiderstand bedingt, so daß, um die erforderliche Druck in tensität zu erreichen, der Energieverbrauch entsprechend größer wird. Beträgt beispielsweise der Flächenwiderstand 0,lJ2/O, dann wird für jeden zu druckenden Punkt der Breite von 20 pm ein Strom von 500 mA benötigt. Die Anschlußstromkreise müssen daher entsprechend ausgebildet sein. Andererseits sollte dagegen der Flächenwiderstand nicht hoch sein, da dann die Widerstandsänderungen zu beträchtlich werden. Der geeignete Bereich des Flächenwiderstands bei Nickel liegt daher zwischen Ο,ΙΛ/Ü bis 6Ü/Q .

Bei dem obigen Versuch wurde Nickel als Heizleitermaterial verwendet. Es ist natürlich auch möglich, andere Materialien dafür zu verwenden, wie beispielsweise W, Mo, Al, Cr, Ti oder Pt. Die Lebensdauerversuche bei einem zum Druck geeigneten Energieverbrauch haben gezeigt, daß sich bei Al eine um 20 % höhere Lebensdauer als bei Ni erreichen läßt.

7098A1/0695

7318/20/Ch/f r

22. März 1977

Bei einem Versuch wurde M ick el mit einem I Iachenwiderstand von 2.TL/G und einer Schutzschicht aus SiOp nJt einer Dicke von 2 ;um verwendet. (Is wurden Impulse mit einer Dauer von 6 msec, bei einer Periodendauer von 20 msec, angelegt. Der

F. nerg ie verb rauch bis zum Ausbrennen des Heizleiters betrug

V 2

53 -r— /ram", wobei V die Amplitude der angelegten Impulse

R
und H der Widerstand des Heizleiters war. Wird dagegen Al mit einem Flächenwiderstand von (),3j2/Q verwendet bei einer Schutzschicht aus SiO_ mit einer Dicke von 2 ^im, dann betrug der Fnergieverbrauch bis zum Durchbrennen des Heizleiters 65 —r. /mm . Je höher der F nerg i everbrauch bis

zum Ausbrennen des Heizleiters ist, umso größer ist die Lebensdauer dieses Heizleiters.

Heim Lebensdauerversuch zeigte Cr ausgezeichnete Figenschaften, wobei eine elektrische Leistung angelegt wurde, die ausreichend war, um eine Intensität von D = 0,7 bei einer Impulsperiode von 20 msec, zu erhalten. Hierbei wurde die Anzahl der Impulse gezählt, bis zu der ein Durchbrennen des Heizleiters auftrat. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.

lmpulsdauer	Materi al	Anzahl der Impulse
1 msec.	Ni Iß/Q Cr 2, 7 Π/G Cr 6 Λ/Q	1,8 x 10⁵ 7,5 χ 10⁶ 1 χ K)⁸
' Ni ΐΛ/!ϋ 1,5 msec. \ _Cr _?tiaiU V	1 χ 10⁷ 1 χ 10⁸ t

709RC1 /Π695

- 17 -

7318/20/Ch/rr - yf - 22. März 1977

Andere Materialien, einschließlich W, Mo, Ti, Pt, deren Schmelzpunkt hoch ist, können einwandfrei auf den Träger angebracht werden und zeigen ähnliche Resultate wie Ni.

Die fig. 7 zeigt die Ergebnisse weiterer Versuche zur Ermittlung der Widerstandsänderung in Abhängigkeit der Leistung.

In Fig. 7 stellt die horizontale Achse den Energieverbrauch in V /R und die vertikale Achse die Widerstandsänderung in Prozent dar. Die Ergebnisse der Kurve a in Fig. 7 zeigen die Ergebnisse bei einem Heizleiter, welcher nur aus Nickel bestand. Der Heizleiter, dessen Ergebnisse in der Kurve b wiedergegeben sind, bestand aus einer Grundschicht aus NiCr unter einer Nickeischicht. Hierbei sollte erwähnt werden, daß die Grundschicht nicht zu dick sein darf, da das Cr in die Ni ekelsnhicht eindifundiert und den Widerstand des Heizleiters damit erhöht. An Stelle von NiCr kann auch Cr als Grundschicht verwendet werden. Was die Dicke der Grundschicht betrifft, so hat sich im Falle von NiCr gezeigt, daß dessen Flächenwiderstand im Bereich von 200 bis 600 Jl/Q liegen sollte. Wie die Fig. 7 zeigt, werden bei Verwendung einer Grundschicht bessere Ergebnisse erzielt, da hierbei die Zerstörung des Heiz Ieitermateria 1s verringert wird. Eine derartige Grundschicht ergibt auch eine verbesserte Verbindung zwischen dem Heizleitermaterial und dem dielektrischen Träger. Geringe Anteile von Cr in Ni verbessern also die Eigenschaften des Heizleiters.

- 18 -

7 0 9 R A1 /0695

7318/20/Ch/Fr - >β - 22. März 1977

a*

Versuch Nr. 4.

Wie bei Fig. 3 beschrieben, wir(J dort eine Schutzschicht 61 und eine weitere Schutzschicht 62 verwendet, wobei
letztere den Verschleiß der Heizleiter infolge der Reibung mit dem /u bedruckenden Papier verhindern soll,Als Materialien für die Schichten 61 und 62 werden üblicherweise SiO_ und Ta-Or verwendet. Dies gilt für den Fall, daß der Heizleiter aus Nickel besteht. Die bekannten Heizleiter wurden stets mit zwei Schutzschichten 61 und 62 abgedeckt. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Heizleiter lediglich eine Schutzschicht benötigen. Die
nachfolgenden Versuchsdaten betreffen diese Schutzschicht.

Schutzschicht aus SiC.

Es hat sich gezeigt, daß SiC nicht ausreichend fest auf dem Heizleitermaterila haftet. Es ist daher als Schutzschicht nicht geeignet.

Schutzschicht aus Ta-O .

Ta.Oc ist relativ unwirksam als Schutzschicht. Wie die
Kurve a in Fig. 8 zeigt, wird eine Schutzschicht aus
Ta_?0c bereits bei mehr als 1,0 V /Π zerstört, was die
mindeste anzulegende elektrische Energie darstellt, wel che für das Drucken notwendig ist.

Schutzschicht aus SiO-.

Es hat sich gezeigt, daß OiO. nicht einwandfrei mit dem Heizleitermaterial Ni verhaftet und von dort manchmal so gar abgezogen werden kann.

7098A1 /0695

- 19 -

7318/20/Ch/Fr -)# - 22. März 1977.

Schutzschicht aus A1_?O .

Es hat sich gezeigt, daß Al.,0 als Schutzschicht hervorragend geeignet ist, wie die Kurve b in Fig. θ zeigt. Versuche haben bewiesen, daß die Dickenverminderung weniger als 0,1 ium ist, wenn über (J i e Schutzschicht 10 km thermosensitives Papier gelaufen sind. Es hat sich also gezeigt, daß für den Heizkopf sich die beste Kombination ergibt, wenn Ni als Heizleitermaterial und A1_?(K als Schutzschicht verwendet werden.

Machfolgend wird eine Erklärung der Temperaturverteilung in einem Heizkopf gegeben. Weist der Heizkopf einen Aufbau entsprechend Fig. 1 auf, dann liegt die Temperatur in der Mitte jedes Heizpunktes höher als im Randbereich dieses Punktes. Damit die Abmessungen des zu druckenden Punktes im wesentlichen übereinstimmen mit den Abmessungen jedes Heizpunktes, ist es erforderlich, daß auch die Randbereiche der Heizpunkte eine entsprechend hohe Temperatur aufweisen, was wiederum bedeutet, daß im Mittelbereich jedes Heizpunktes eine höhere Temperatur als erforderlich herrscht. Dies führt dazu, daß die Lebensdauer der Heizpunkte verkürzt wird.

Weist dagegen der Heizkopf bzw. die Heizleiter einen Aufbau entsprechend Fig. k auf, dann wird dort eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht, da in jedem Abschnitt des Heizleiters gleiche Verhältnisse herrschen. Eine gleichförmige Temperaturverteilung führt nicht nur zu einer höheren Lebensdauer des Heizkopfes, sondern verbessert auch die Druckqualität. Wird der Heizkopf gemäß Fig. 1 so angesteuert, daß auch die Randbereiche der Heizpunkte eine ausreichende Intensität haben, dann weisen die

709841/0695 -20-

7318/20/Ch/Fr - JJ* - 11. März 1977

Bereiche in der Mitte der Heizpunkte eine zu hohe Intensität auf. Beim Heizkopf gemäß der vorliegenden Lrfindung dagegen wird eine gleichförmige Intensität erreicht. Von besonderer Bedeutung für die Druckqualitat ist, daß die zu druckenden Zeichen in kontinuierlichen Linien ausdruckbar sind, d. h. zwischen benachbarten Punkten treten beim Druck keine nichtbedruckten bzw. ηichtverfärbten Zwischenräume auf. Dies wird dadurch erreicht, weil die Abstände benachbarter Heizleiterstücke von benachbarten Heizleitern den gleichen Abstand aufweisen wie die Heizleiterabschnitte eines Heizleiters selbst. Wie der Fig. 5 entnehmbar ist, bilden benachbarte Heizleiter eine kontinuierliche Zickzacklinie.

Wie der Fig. 9 entnehmbar ist, weist der erfindungsgemäße Heizkopf ein besseres Kontaktverhalten zu dem zu bedruckenden Papier auf, als dies bei dem Stand der Technik der Fall ist. Fig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie e-e¹ in Fig. k. In diesem Schnitt ist auch die Schutzschicht 6 dargestellt. Wie der Schnitt zeigt, sind die Stufungen weit außerhalb des Kontaktbereichs mit dem thermosensitiven Papier 7. Innerhalb des Kontaktbereichs sind also keine Stufungen vorhanden. Die Stufungen liegen außerhalb dieses Kontaktbereiches. Infolge des besseren Kontaktverhaltens ist auch der Wirkungsgrad bezüglich des Drucks besser.

Die beiden wichtigsten Wirkungen, die mit dem Heizkopf gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden, bestehen in einer höheren Lebensdauer und in einem einfacheren Herstel1 verfahren, was den Ausschuß wiederum vermindert.

709RA1 /0695 _ ₂₁ _

Patentansprüche

L e e r s e i t e

Claims

7318/20/Ch/F γ ?λ. Nur/ 1977 ILT'P riiehe

1. llel/kopf für einen W .irmed ruck er, bestellend .mis einem dielektrischen ebenen Fr.'i<)er, .mi f dem eine Vlel/.ihl vim /lie I η.mile r ρ.ι r.i I I e I en tind voneinander elektrisch t st) I i er ten Le i ter s I re i f en «his einem ersten elektrisch leitenden H.iteri.iL .iiu|e< > nine t sinil, von tlcMien jeder «ins /wei tjti s t reck ten Leu tern he st chi, die über einen Heizleiter ni i te i n.iinler verbunden sind, d.idiirch i) e k e H η / e i e h η e I , d.ili die Heizleiter ζ ick/.ickförmiq verlaufen, .μι Γ ( <; i 1 e der ijer> t reck tt:n Leiter eine Schicht eines /weiten elektrisch leitenden ll.iteri.ils an f tjebr.ich t ist, tlessen Leitfähigkeit hesser ist .ils dl Cj(Mi i (je d«!5i ersten ll.iterl.ils und diese« erste M.iter i .ι 1 , ti.is die t|es t reck ten und die Heizleiter bildet, Hlckel ist. ·

2. Heizkopf n.ieh Anspruch I, il.idiirch q e k e η η zeichnet , d.iH die drei Ic der He i / I ei terb.ihn 20 (im _ !> tun betrii(|t und die Abstand«! /wischen ben .ich Im r t en II«; i / I f. i I. e r «lh sehn i t I en e I w.i i| I ei eh der I) r e i te der Hei / I ei t erb.ihn i r. t .

). Hei /kopf n.ieh Anspruch I, d.idurch <| e k c η η -

/eic h η «· t , ti.ill d i <· Schicht des ersten elektrisch leitenden M.ilcri.ils einen I I .ich en w i de r s t.ind im Dereich /mischen '>, I 'Λ/..Ί bis ti it/L"l .iiilwrist .

70984 1 /0695

ORIGINAL INSPECTED _copY

2 7 12 G η Π

7Jlfl/2()/Ch/fr - έ\ - 12. Mär ι 1977

*t. lleizkopf κ.ich Arisp rnch 1, d.idurch (j e k e η η / e i c Ii ti e t , (Id(I /wir· ehe η der Schicht des

ersten elektrisch leitenden ll.i te r i .i 1 r> und dem dielektrischen FrU(JCr e i n e C, πι η d sch i eh L ,irujcorilnct ist.

5. llei/k<i|>f n.ich Anspruch 't, d.idurch gekennzeichnet, d.iU die dünne (Ί run d sch i eh t «his Cr hes teh I,

6. lleizkopf n.ich Anspruch ¹V, il.idnrch g e k e η η zeichnet, d.iH die dünne Π riindsch i ch t MiCr ist.

7. Heizkopf n.ich Anspruch I, dadurch g e k e η η / e i c Ii η (! t , el<ifI die Schicht «ins dem ersten elektrisch leitenden ll.itericil einen geringen Anteil von Cr iiti (weist.

Θ. lleizkopf n.ich, Anspruch 1, dddurch gekennzeichnet, (Ι.ιΠ .inf den Heizleitern eine einzelne Schutzschicht .ms ΛΙ,Ο, .nujeo nine t ist.

y. lleizkopf n.ich Anspruch I, d.idurch g e k e η η ζ ν 1 c h η e t , d.iH die cjes t. reck ten l.(;iter .in einer .Seite der Heizleiter in einen gemeinsamen /ufiihrleiter iihergehen, der .iiir. (U;m gleichen H.iteri.il wie die c|estreckten Leiter liest eh L.

K). lleizkopf n.ich Anspruch I, d.idurch g e k e η η -

/eic It η e t , cl.ilt d.is Hi ekel sti h;> t i t ti i er t ist

ihireh ein llet.ill der Cr, Al, l't, W, Ho und Ii .inftve i senden (I ι tippe .

7098A1/0G95

-.¹I-

COPY ORIGINAL INSPECTED

731B/?()/Ch/l r - l3 - ?.?. März 1977

11. McI/kopf nach Anspruch 1, dadurch q e k e η η zeichnet, daß der Ahstnnd /wischen <iv.n Meiz-1 ei t cralischn i I. ten benachbarter Heizleiter gleich dem Ahstand aller Heizleiterahsehηitte ist.

1 ?.. Hei/kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Herelch der Heizleiter die Breite des vom zweiten Material nicht lieschichtct.cn Here ich s 3 I) is 5 mm he trägt.

709841/0G95

COPY ORIGINAL INSPECTED