DE2062494C3 - Wärmedruckkopf - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Wärmedruckkopf mit in Matrixform angeordneten, entsprechend den abzudrukkenden Zeichen selektiv ansteuerbaren Widerstandselementen, bei dem mehrere Widerstandselemente ober eine gemeinsame Energiezu- oder -abfuhrleitung mit einer Energiequelle verbunden sind und bei dem die selektiv angesteuerten und erwärmten Widerstandselemente bei Einwirkung auf wärmeempfindliches Material, wie beispielsweise wärmeempfindliche Farbe oder wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial zur Fixierung von aus Punkten zusammengesetzten Zeichenkonturen herangezogen werden können.

Ein solcher Wärmedruckkopf wird z. B. in Verbindung mit Datenverarbeitungsanlagen zur Ausgabe und zum dauerhaften Festhalten von Informationen in Form von Zeichenabbildungen oder -drucken an Stelle anderer bekannter Druck- bzw. Abbildungsverfahren vorwiegend mechanischer Natur verwendet. Seine An-Wendung soll den Geräuschpegel derartiger Druckeinrichtungen weitgehendst herabsetzen, den erforderlichen konstruktiven Aufwand und den Bedarf an Energie möglichst weitgehend vermindern und die Ausgabe- bzw. Druckgeschwindigkeit wesentlich erhöhen. Wenn dabei in vielen Fällen der sogenannte Mosaikoder Rasterdruck, wie er auch von mechanischen Drukkern (z. B. Nadeldruckern) bekannt ist, verbreitet Verwendung findet, so liegen hierfür ähnliche Überlegungen vor, nämlich beim mechanischen Mosaik- oder Rasterdrucker die Verminderung der pro F!5 heneinheit zu bewegenden Massen und beim (eles. ;-)thermischen Drucker eine optimale Anpassung der Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität je Flächeneinheit an den zur Erwärmung erforderlichen Energiebedarf und an die erforderliche Abkühlungsgeschwindigkeit

Wenn also der sogenannte Mosaik- oder Rasterdruck Vorteile gegenüber vorwiegend mechanischen Schreib- oder Druckverfahren vorweist so muß bei der Verwendung von hierfür geeigneten Druckköpfen beachtet werden, daß für eine vorgegebene Menge von Zeichen (Zahlen. Buchstaben, Symbole usw.) eine bestimmte Grundfläche für das Mosaik- bzw. Raster gegeben ist innerhalb derer zur Erzielung entsprechend guter Lesbarkeit und guten Kontrastes eine bestimmte Anzahl von Rasterpunkten, die zur Zusammensetzung von Zeichen bzw. Zeichenkonturen dienen, nicht unterschritten werden darf. Weiter ist zu bedenken, daß infolge der unterschiedlichen Ausbildung der Zeichen und Symbole verschiedene Symmetrieachsen bzw. unterschiedliche Verteilungen von Rasterpunkten vorkommen (z. B. Klein- und Großbuchstaben, verschiedene spezielle Symbole usw.). Schließlich ist zu berücksichtigen, ob durch Einwirkung von selektiv erwärmten Rasterpunkten unmittelbar auf ein konventionelles wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial ohne Spezialzurichtu.ng oder unter Zwischenschaltung eines besonderen Farbträgers (Band, Folie u. a. m.) zwischen Druckkopf und Aufzeichnungsmaterial ein Abdruck bzw. eine Abbildung erfolgt Im Falle von wärmeempfindlichen Aufzeichnungsträgern ist die spezielle Zurichtung zur Erzielung dieser Wärmeempfindlichkeit zu berücksichtigen (bedingt z. B. Ansprechtemperatur, Ausbreitungsbereich und -geschwindigkeit des Farbumschlages). Bei Zwischenschaltung eines Farbträgers od. dgl. sind weitere Faktoren zu beachten, die auf die Ausbildung des Rasters bzw. Mosaiks des Druckkopfes von Einfluß sind, denn Lesbarkeit und Kontrastwirkung hängen nicht unerheblich davon ab, ob der verwendete Farbträger bei vorgegebener Anzahl von Rasterpunkten dem dadurch gegebenen Abstand zwischen zwei Rasterpunkten angepaßt ist oder angepaßt werden kann. Wird beispielsweise ein Farbband mit einem Trägermaterial aus Gewebe verwendet, so kann gezeigt werden, daß bei Verwendung eines Rasters oder Mosaiks mit 209 Punkten (d.h. einem Raster aus 19 Punktzeichen und 11 Punktspalten) eine ästhetisch einigermaßen befriedigende Darstellung der Zahlen der großen und kleinen Buchstaben sowie vieler Sonderzeichen (einschließlich des °/oo-Zeichens) möglich ist, indem das Raster alle Zeichen, die noch aus Linien einfach aneinandergereihter Bildpunkte gebildet werden, klar lesbar liefert, da bei konventionellen Farbbändern auf jede für ein Zeichen benutzte Fläche von z.B. 2,5 χ 3,5 mm = 8,75 mm² etwa 200 Kreuzungspunkte der Webfäden entfallen. Will man in der Verfeinerung des Rasters weitergehen, ist aber zu bedenken, daß beim Aufbau der Zeichen aus einer Matrix (Raster, Mosaik) mit mehr als 209 Punkten zweckmäßigerweise die Vertikalbalken der Zeichen aus zwei parallelverlaufenden Punktreihen gebildet werden, wozu beispielsweise

ein Raster mit 12 χ 19 = 228 Bild- oder Rasterpunkte erforderlich wäre.

Aus der DT-OS 1 800 022 (NCR) ist ein Thermodruckkopf mit matrixartig angeordneten, entsprechend den abzudruckenden Zeichen selektiv ansteuerbaren Widerstandselementen bekannt, bei dem zum Herstellen der Widerstandselemente und ihrer Zuleitung nacheinander auf einem Träger örtlich begrenzte leitende und nichtleitende Schichten gebildet werden.

Aus der DT-PS 1 299 301 (Texas Instruments) ist ein Thermodruckkopf bekannt, der thermisch voneinander gut isolierte Symbolteile aufweist, wobei diese Symbolteile als mesaförmige Halbleiterkörper ausgebildet sind, derart, daß durch die mesaförmige Ausbildung der einzelnen Symbolteile eine gute thermische Entkoppelung erreicht wird, indem die einzelnen Symbolteile durch die Einschnitte zwischen den Mesateilen voneinander getrennt werden. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, daß innerhalb eines jeden Mesateilchens, das sich aus dem Halbleiterplättchen heraushebt (d. h. innerhalb jedes Symbolteiles), sich als Wärmequelle ein zugeordneter Widerstand und zusätzlich zur Vereinfachung der Verdrahtung eine entsprechende sogenannte Entkoppelungsdiode befinden Sie weisen daher keine grundsätzlichen Unterschiede gegenüber dem gemeinsamen Merkmal aller dieser bekannten Vorrichtungen bzw. Anordnungen auf, daß die zur Zeic' enabbildung bzw. -abdrucken benötigte Wärme in der Druckfläche selbst erzeugt wird, wobei es sich immer um reine Ohmsche Widerstände handelt

Es ist nun bekannt, daß der Betrieb solcher bekannter Wärmedruckköpfe insbesondere bezüglich der Ansteuerung ausgewählter Symbolbereiche (Rasterpunkte) wegen der matrixformig angeordneten Widerstandselemente beachtliche Schwierigkeiten mit sich bringt Das einfachste wäre natürlich, jeden einzelnen Rasterpunkt, d. h. jedes einzelne Widerstandselement, über entsprechende Zu- und Ableitungen anzusteuern, was offenbar auch bei dem heutigen Stand der Technik immer noch einen erheblichen — im allgemeinen unzumutbaren — Aufwand erforderlich macht Um diesen Aufwand zu vermindern, d. h, um eine Vereinfachung der Verdrahtung zu erzielen, wurde zum Beispiel in der deutschen Patentschrift 1 299 301 vorgeschlagen, Dioden derartig in der Leitungsmatrix anzuordnen, daß jeweils nur ganz bestimmte Widerstände aufgeheizt werden, ohne daß dabei benachbarte Symbolteilbereiche bzw. Rasterpunkte unzulässig hoch erwärmt werden.

Bei einer solchen bekannten Widerstandsanordnung in Matrixform entstehen aber außerdem Kriechströme in den nicht angesteuerten Widerständen, die durch solche bekannten »Entkoppelungsdioden« unterdrückt werden sollen, wobei im allgemeinen pro Widerstandselement eine Entkoppelungsdiode benötigt wird.

Nun kann die Wirkung dieser Kriechströme, wenn man die Verwendung solcher Dioden zur Entkoppelung vermeidet, um den Schaltungsaufwand und Aufwand an Bauelementen noch weiter zu vermindern, schon bei einer Matrix aus nur 5x5 Ohmschen Widerständen dazu führen, daß im Falle einer Ansteuerung von vier Heizelementen in einer Reihe der Matrix das fünfte, nicht angesteuerte Widerstandselement so viel Strom zugeführt erhält, daß die in diesen umgesetzte Heizleistung über 55% der in der angesteuerten Wider-Standselemente erzeugten Heizleistung beträgt, was si cher ein erheblicher Mangel solcher Anordnungen darstellt Es ist nun ohne weiteres ersichtlich, daß bei weiterer Erhöhung der Anzahl von Rasterpunkten innerhalb der Widerstandsmatrix diese Verhältnisse prak- tisch untragbar werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmedruckkopf mit in Matrixform angeordneten, zur Bildung von Zeichenabbildungen bzw. -abdrucken dienenden Rasterpunkten zu schaffen, der die Nachteile

is der bekannten Köpfe vermeidet und bei dem insbesondere der Schaltungsaufwand und vor allem die Verwendung von Entkoppelungsdioden zur selektiven Ansteuerung ausgewählter Rasterpunkte vermieden bzw. erheblich vermindert wird, ohne daß dadurch die Lei-

ao stungsfähigkeit eines solchen Wärmedruckkopfes, insbesondere bei hohen Druck- oder Schreibgeschwindigkeiten, beeinträchtigt wird. Dies wird bei einem Wärmedruckkopf mit in Matrixform angeordneten, entsprechend den abzudruckenden Zeichen selektiv anas steuerbaren Widerstandselementen, bei dem mehrere Widerstandselemente über eine gemeinsame Energiezu- oder -abfuhrieitung mit einer Energiequelle verbunden sind und bei dem die selektiv angesteuerten und erwärmten Widerstandselemente bei Einwirkung auf v.ärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial zur Fixierung von aus Punkten zusammengesetzten Zeichenkonturen herangezogen werden können, erfindungsgemaß dadurch erreicht, daß die Widerstandselemente aus elektrischem Widerstandsmaterial gebildet sind, das einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Besonders vorteilhaft ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, die Widerstand-Temperatur-Kennlinie des die Widerstandselemente bildenden elektrischen Widerstandsmaterial derart auszuwählen bzw. einzu stellen, daß diese einen vorzugsweise annähernd waag rechten Anfangsgabschnitt und anschließend eine vorzugsweise steil abfallende Flanke aufweist

Wenn man bedenkt, daß bei einem Thermodruckkopf der genannten Art die erwärm'en Widerstands- elemente einen Nebenschluß zu den nicht erwärmten und den mit diesen in Reihe liegenden Undefinierten Ableitwiderständen bilden, so kann unmittelbar erkannt werden, daß durch Verwendung von Widerstandsmaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten auf einfachste Weise wirkungsvoll erreicht wird, daß dieser Nebenschluß mit steigender Erwärmung niederohmiger und damit wirkungsvoller wird, so daß sich der Temperaturunterschied zwischen erwärmten und nichterwärmten Widerständen derart weiter erhöht, daß ohne Beeinträchtigung der Wirkungsweise des Druckkopfes auf die Entkoppelungsdioden verzichtet werden und außerdem die Druckqualität verbessert werden kann. Ein derartiger Thermodruckkopf gemäß der Erfindung ist einfach und preiswert herzustellen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   \. Wärmedruckkopf mit in Matrixform angeordneten, entsprechend den abzudruckenden Zeichen selektiv ansteuerbaren Widerstandselementen, bei dem mehrere Widerstandselemente über eine gemeinsame Energiezu- oder -abfuhrleitung mit einer Energiequelle verbunden sind und bei dem die selektiv angesteuerten und erwärmten Widerstandselemente bei Einwirkung auf wärmeempfindliches Material, wie beispielsweise wärmeempfindliche Farbe oder wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial zur Fixierung von aus Punkten zusammengesetzten Zeichenkonturen herangezogen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente aus elektrischem Widerstandsmaterial gebildet sind, das einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
2. 2. Wärmedruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskennlinie des die Widerstandselemente bildenden elektrischen Widerstandsmaterials einen vorzugsweise annähernd waagrechten Anfangsabschnitt und eine anschließend vorzugsweise steil abfallende Flanke as aufweist
3. 3. Wärmedruckkopf nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung selektiv erwärmbarer Widerstandselemente in Dünnfilmtechnik hergestellt ist.
4. 4. Wärmedruckkopf nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung selektiv erwärmbarer Widerstandselemente in Dickfilmtechnik hergestellt ist.
5. 5. Wärmedruckkopf nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung selektiv erwärmbarer Widerstandselemente auf einem Substrat guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist.
6. 6. Wärmedruckkopf nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mit einer Trägerplatte in Verbindung steht, deren Wärmeleitfähigkeit wesentlich höher ist, als diejenige des Substrates.