DE2507024C3 - Thermischer Druckkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eir en thermischen Druckkopf mit auf einem Träger angeordneten, in Form einer Maxtrix angeschlossenen, spannungsabhängigen elektrischen Heizelementen, deren Strom-Spannungscharakteristik bei niedrigen Spannungen einen hohen Widerstand aufweist und denen Festwiderstände zugeordnet sind.

Derartige Druckköpfe werden zum Bedrucken wärmeempfindlichen Papiers verwendet. Da die zu druckenden Symbole, insbesondere Buchstaben und Ziffern, aus einer Anzahl Punkten oder Strichen zusammengesetzt werden, die jeweils durch ein Heizelement erzeugt werden, besteht das allgemeine Problem darin, für die erforderliche große Zahl von Heizelementen mit einer möglichst geringen Zahl von Anschlußleitungen auszukommen, ohne auf komplizierte Herstellungstechniken und zusätzliche Schaltungselemente, wie z. B. Dioden, zurückgreifen zu müssen.

Es ist bereits bekannt (DE-OS 24 18 050), Heizelemente aus Vanadiumoxyd zu verwenden, die eine Widerstandcharakteristik haben, welche einen Abichnitt mit schwacher durchschnittlicher Neigung und daran anschließend einen Bereich mit großer Steigung aufweist. Die Heizelemente sind jeweils zu mehreren um gemeinsame Metallflächen gruppiert, die z. Teil an individuelle und teilweise an Sammelleitungen angeschlossen sind. Bei dieser Ausbildung und Anordnung der Heizelemente ist ihre selektive Ansteuerung nicht mit Sicherheit gewährleiste^ da beim gleichzeitigen Anschluß mehrerer benachbarter Metallplättchen mit jeweils mehreren angrenzenden Heizelementen zwangsläufig eine größere Anzahl davon aktiviert wird.

Es ist weiterhin bekannt (DE-AS 20 62 494), Heizelemente in Form von Widerstandselementen elektrisch in Matrixform anzuordnen und bei der selektiven Ansteuerung bestimmter Heizelemente unerwünschte Nebenströme durch andere Heizelemente dadurch in unschädliehen Grenzen zu halten, daß für die Widerstandselemente ein Material mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet wird. Diese Ausführung ist in der Praxis störanfällig, da sich Fehlsteuerungen mit zunehmender Erwärmung verstärken. Außerdem ist die

ίο Druckgeschwindigkeit begrenzt, weil es \ür eine einwandfreie Funktion erforderlich ist, daß vor jedem neuen Steuerschritt die zuvor aktivierten Heizelemente genügend abgekühlt sind, um wieder einen hohen Anfangswiderstand zu haben.

Schließlich ist es bekannt (DE-OS 23 05 634), Zenerdioden als Heizelemente zu benutzen, die in Gruppen parallel geschaltet sind. Da der Strom in der zu erhitzenden Diode nach dem Spannungsdurchbruch sehr stark von der anliegenden Spannung abhängt, ist zur Stabilisierung des Stroms in jeder Steuerleituiig der Matrix ein Festwiderstand vorgesehen. Weil jedoch alle entsprechenden Heizelemente der verschiedenen Zeicheneinheiten in Parallelschaltung an demselben Festwiderstand liegen, ist der Spannungsabfall an einem bestimmten Festwiderstand direkt proportional der Zahl der in den verschiedenen Zeicheneinheiten gleichzeitig angesteuerten parallelen Heizelemente. Somit hängen der Strom und damit auch die Erwärmung einer bestimmten Zenerdiode und die Färbung des Papiers entscheidend davon ab, ob gleichzeitig in anderen Zeicheneinheiten parallel liegende Zenerdioden angesteuert v/erden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf der eingangs bezeichneten Art zu schaffen,

3.) dessen Heizelemente ohne gegenseitige Beeinflussung in schneller Folge selektiv und mit großer Zuverlässigkeit angesteuert werden können, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Heizelement ein kombiniertes Widerstandselement ist, welches aus einem Siliziumkarbidelement oder einem Element mit ähnlicher spannungsabhänjriger Charakteristik und einem Festwiderstand besteht.

Da bei dem erfindungsgemäßen Druckkopf jedes spannungsabhängige Widerstandselement mit einem eigenen Festwiderstand kombiniert ist, wird erreicht, daß der durch ein bestimmtes Heizelement fließende Strom vollkommen unabhängig ist von den durch andere, gleichzeitig angesteuerte Heizelemente fließenden Strömen, so daß sich die Temperatur sehr genau einstellen läßt. Die vorgeschlagene Kombination der einzelnen Widerstandselemente kann dabei entweder aus zwei verschiedenen in Serie liegenden Elementen bestehen oder auch aus einer Kombination von Materialien mit nicht-linearer und linearer Charatkteristik.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die spannungsabhängigen Widerstandselemente in Dickfilmtechnik auf ein Trägermaterial aufgebracht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Matrix-Anordnung erfindungsgemäßer Widerstandselemente;

Fig.2, 3 und 4 unterschiedliche Kennlinien spannungsabhängiger Widerstandselemente.

Ein Heizelement gemäß der Erfindung kann ein spannungsabhängiges Widerstandselement mit einer Strom-Spannungskennlinie nach Fig.2 sein. Bei niedrigen Spannungen hat es einen sehr höhen Widerstand.

Erst wenn die Spannungsstufe U, oder - U, überschritten wird, fließt ein Strom durch das Widerstandselement. Wie in F i g. I dargestellt, sind die Widerstandselemente Z, welche die vorstehend geschilderte Strom-Spannungskennlinie haben, in einer Matrix mit horizontalen Leitern .fund senkrechten Leitern ^angeordnet. Wenn z. B. eine Spannung E an den Leiter Xi angelegt wird und der Leiter Vj geeerdet wird, während die anderen Anschlüsse offen bleiben, fließt ein Heizstrom durch das Widerstandselement Z₂J. Voraussetzungsgemäß muß dabei die Spannung £ größer sein als die Spannung U₁. Unerwünschte Ströme würden bei dieser Schaltung auch durch andere Widerstandselemente fließen, allen möglichen Stromwegen ist jedoch gemeinsam, daß der Strom durch wenigstens drei Widerstandselemente hintereinander fließen muß. Solch ein Strompfad führt z. B. von X2 über Zi\. Zn und Zjj zu Yj. Da jedes Widerstandselement Z eine Spannungsstufe U, hat, die überschritten werden muß, bevor ein Strom durch das Widerstandselement fließen kann, wäre eine Spannung E erforderlich, die größer sein müßte als 3 χ U₁, bevor unerwünschte Nebenströme zustande kommen könnten.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß dann, -.venn E so gewählt wird, daß es größer ist als U₁, aber kleiner als 3 χ U₁, nur durch das angesteuerte Widerstandselement ein Strom fließt, im Beispielsfall durch Za-

Die für die Erfindung ideale Kennlinie nach Fig.2 kann in der Praxis mit den für Widerstandselemente zur Verfügung stehenden Materialien nicht genau realisiert werden. F i g. 3 zeigt die mit Widerstandselementen aus Siliziumkarbid zu gewinnende Kennlinie. Diese hat zwar keine genau definierte Spannungsstufe, die Betriebsspannung E kann jedoch ohne weiteres so gewählt werden, daß keine schädlichen Ströme durch nicht angesteuerte Widerstandselemente fließen.

Da die Steigung der Kennlinie nach F i g. 3 für höhere Spannungen sehr steil ist, hängt der Stromfluß durch das angesteuerte Widerstandselement in starkem Maße vom genauen Wert der Spannung ab. Dieser Nachteil läßt sich jedoch vermeiden, wenn das spannungsabhängige Widerstandselement jeweils mit einem solchen mit linearer Strom-Spannungscharakteristik kombiniert wird. Fig.4 zeigt z.B. eine Kennlinie 14 eines derartigen linearen Widerstandselementes neben einer Kennung 15 eines spannungsabhängigen Widerstanöselementes, z. B. aus Siliziumkarbid; das durch Kombination beider Widerstandselemente erhaltene neue spannungsabhängige Widerstandselement hat dann eine Kennlinie entsprechend der Kurve 16 in Fig. 4. Wenn ein solches Widerstandselement für einen Druckkopf benutzt wird, sind die unerwünschten Nebenströme ausreichend klein, während gleichzeitig die Spannungsempfindlichkeit nicht stört. In diesem Fall kann die Betriebsspannung E sehr dicht bei ^μ :m Wert 3 χ U, liegen.

Nach der Herstellung eines Druckkopfes mit spannungsabhängigen Widerstandselementen müssen diese in bekannter Weise mit einer abriebfesten Schutzschicht, z. B. aus Glas, bedeckt werden.

Ein Druckkopf gemäß der Erfindung läßt sich mit einfachen und billigen Verfahren herstellen. Es ist keine teuere Spezialausrüstung erforderlich, so daß diese Art von Druckköpfen in Betriebsstätten hergestellt werden können, die hierfür bisher nicht in Frage kamen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Thermischer Druckkopf mit auf einem Träger angeordneten, in Form einer Matrix angeschlossenen, spannungsabhängigen elektrischen Heizelementen, deren Strom-Spannungscharakteristik bei niedrigen Spannungen einen hohen Widerstand aufweist und denen Festwiderstände zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Heizelement (Z) ein kombiniertes Widerstandselement ist, welches aus einem Siliziumkarbildelement oder einem Element mit ähnlicher spannungsabhängiger Charakteristik und einem Festwiderstand besteht

2. Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsabhängigen Widerstandselemente (Z) in Dickfilmtechnik auf ein Trägermaterial aufgebracht sind.

3. Druckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsabhängigen Widerstandselemente (Z) durch eine auf das Trägermaterial aufgebrachte Paste gebildet sind, welche wärmebehandelt ist.

4. Druckkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste wenigstens teilweise Siliziumkarbid enthält.

5. Druckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der spannungsabhängigen Widerstandselemente (Z) mit einem Schutzüberzug, wie z. B. aus Glas, versehen ist.