DE3536370A1

DE3536370A1 - Thermodruckkopf und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3536370A1
Application number: DE19853536370
Authority: DE
Inventors: Kenji Kokubunji Tokio/Tokyo Fujino; Makoto Terajima
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1986-04-17
Also published as: KR910007903B1; US4651168A; KR860003331A; DE3536370C2

Description

Henkel, Feiler, Hänzel & Partner

Yokogawa Hokushin Electric Corporation Tokio, Japan

Patentanwälte

Dr phil. G Henkel
Dr rer nat L. Feiler Dipl -Ing. Vv'. Hanzel Dipl-lng D.Kottmann

Mohisfaße 37
D-8000 München 80

Tel. C 89/98 20 85-87 Telex: 529802 hnkld Telefax (Gr 2-3):
089/981426
Teiegramm ellipsoid

FA 85270

Thermodruckkopf und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Wärme- oder Thermodruckkopf mit einem im Bereich der Stirnfläche eines Substrats ausgebildeten Widerstandsheizelement sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es ist ein in Fig. 1 dargestellter Thermodruckkopf mit einem am End- oder Stirnabschnitt seines Substrats ausgebildeten Widerstandsheizelement bekannt. Beim Thermodruckkopf nach Fig. 1 ist ein Widerstandsheizelement 2 an einer End- oder Stirnfläche eines Substrats 1 ausgebildet, und auf beide Flächen des Substrats sind Elektrodenschichten 3 und 4 so auflaminiert, daß sie jeweils einen Teil des Widerstandsheizelements 2 überlappen. Diese Anordnung bildet einen Thermodruckkopf hoher thermischer Leistung, weil dabei der Erwärmungs- oder Heizabschnitt des Widerstandsheizelements 2 mit einem Aufzeichnungspapier o.dgl. in innige Berührung gelangt. Da zudem die Endabschnitte des Substrats gleichmäßiger oder genauer geformt werden können als seine Ober- oder Unterseite, kann eine größere Zahl von Widerstandsheizelementen 2 gleichmäßig mit dem Aufzeichnungspapier o.dgl. in Berührung gebracht werden, so daß sich eine hohe Druckgüte erzielen läßt.

Aufgrund der Tatsache, daß die Elektrodenschichten 3 und 4 auf beiden Seiten des Substrats 1 ausgebildet sind, ist dieser Thermodruckkopf jedoch mit den folgenden Mängeln behaftet:

a) Es ist unmöglich, die beiden Elektrodenschichten 3 und 4 auf den betreffenden Seiten (Flächen) des Substrats gleichzeitig auszubilden; hierdurch wird eine nicht einfache, genaue Ausrichtung oder Justierung der Elektrodenschichten 3 und 4 nötig.

je

b) Wenn für das Substrat ein Werkstoff, wie Keramik, in welchem eine durchgehende Bohrung schwierig auszubilden ist, verwendet wird, muß beispiels-

° weise die Verdrahtung mit den Zuleitungen auf einem anderen Substrat vorgenommen werden, wodurch es schwierig wird, einen integrierten Ansteuerschaltkreis und andere Elemente einzubauen.
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c) Da sich die Größe eines Druckpunkts (die Länge des Widerstandsheizelements 2) durch die Dicke des Substrats 1 bestimmt, ist es zweckmäßig, zur Verbesserung der Auflösung der Aufzeichnung

¹^ das Substrat 1 dünn auszubilden. Wenn das Substrat 1 jedoch zu dünn ist, ist seine Festigkeit entsprechend verringert, so daß sich die Herstellung eines Thermodruckkopfes schwierig gestaltet.

d) Da das Widerstandsheizelement 2 den Endabschnitt (die Stirnfläche) des Substrats 1 umfassend ausgebildet wird, kann ein Bruch im Widerstandsmaterial des Widerstandsheizelements 2 an der Stelle, wo es um die Kante des Substrats 1 herumgezogen ist, auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung der Mangel des Stands der Technik durch Schaffung eines Thermodruckkopfes, der eine verbesserte Auflösung zu gewährleisten vermag, sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Thermodruckkopfes.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale und Maßnahmen gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand

der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
5

Fig. 1 eine perspektivische Teildarstellung eines bisherigen Thermodruckkopfes,

Fig. 2 bis 7 schematische perspektivische Dar-

■"■0 Stellungen von Verfahrensschritten bei der

Herstellung eines Thermodruckkopfes gemäß der Erfindung, wobei die Fig. 2 und 3 die Ausbildung einer selektiven oder Einzel-Elektrodenschicht auf einem Substrat, Fig.

4 die Ausbildung einer als elektrische

Isolierschicht und wärmebeständige Schicht dienenden Glasschicht auf der selektiven Elektrodenschicht, Fig. 5 die Ausbildung einer Sammelelektrode auf der Glasschicht, Fig. 6 das Aufdrucken und Einbrennen einer

Glasschicht auf der Oberfläche des Substrats an von einem Leitungsabschnitt verschiedener Stelle zum Schütze der selektiven oder Einzel-Elektrodenschicht und der Sammelelektrodenschicht und Fig. 7 das

Schneiden bzw. Abtrennen des Endabschnitts des Substrats zur Erzeugung einer End- oder Stirnfläche, auf die ein Widerstandsheizelement aufgebracht ist, veranschaulichen,

Fig. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht der im Verfahrensschritt nach Fig. 7 geschnittenen Stirnfläche,

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Verfahrensschritts des Schneidens des auf die Stirnfläche des Substrats aufgebrachten Widerstandsheizelements in Formen entspre-

chend den selektiven oder Einzelelektroden (selective electrodes),

Fig. 10 bis 12 perspektivische Teildarstellungen verschiedener Ausführungsformen eines Thermodruckkopfs gemäß der Erfindung, wobei Fig. 10 einen Mehrstift(druck)kopf zur Verwendung bei einem Zeilendrucker und die Fig. 11 und 12 jeweils Thermodruckkopf e

mit in zwei Reihen angeordneten Widerstandsheizelementen veranschaulichen,

Fig. 13 eine schematische perspektivische Darstellung eines Thermodruckkopfs, dessen

Stirnfläche, auf die ein Widerstandsheizelement aufgebracht werden soll, durch Schrägschleifen (skew grinding) des Endabschnitts des Substrats ausgebildet ist, 20

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Vorrichtung zum Schrägschleifen des Substrats,

Fig. 15 eine schematische Darstellung eines Beispiels für einen bei der Vorrichtung nach Fig. 14 verwendeten Substrathalter,

Fig. 16 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Darstellung des Hauptteils des Substrathal

ters nach Fig. 15,

Fig. 17 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des beim Schneiden eines Substrats auftretenden Abplatzens (chipping),

Fig. 18 eine Fig. 13 ähnelnde Darstellung zur Veranschaulichung eines nach dem Schrägschleifen des Thermodruckkopfs gemäß Fig. 13 auf dessen Stirnfläche aufgebrachten

und anschließend unterteilten Widerstandsheizelements,

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung eines Substrats, das zur Ausbildung von gemäß

Fig. 11 in zwei Reihen vorliegenden Widerstandsheizelementen einem Schrägschleifen unterworfen worden ist, und

Fig. 20 bis 23 weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Thermodruckkopfs und des Verfahrens zu seiner Herstellung, wobei Fig. 20 in perspektivischer Teildarstellung den Aufbau eines Thermodruckkopfs mit zwei selektiven oder Einzelelektrodenschichten,

Fig. 21 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht des Thermodruckkopfs nach Fig. 20, Fig. 22 die Anordnung des auf die Stirnfläche aufgebrachten und durch Laserstrahlschneiden mit einem Teilungs

abstand (pitch) von P/2 unterteilten Widerstandsheizelements und Fig. 23 eine perspektivische Darstellung des Substrats beim Thermodruckkopf gemäß Fig. 20 nach dem Schrägschleifen zeigen.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Thermodruckkopfs und des Verfahrens zu seiner Herstellung erläutert, wobei den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen den Verfahrensschritt der Ausbildung einer ersten Elektrodenschicht auf dem Substrat 1. Gemäß Fig. 2 wird dabei zur Ausbildung einer leitfähigen Schicht oder Leiterschicht 30 ein Leiter aus z.B. Gold (Au), einer Silber-Palladiumlegierung, Platin oder Kupfer auf das beispielsweise keramische Substrat 1 aufgedruckt und auf ihm eingebrannt. Die Leiterschicht 30 nach

*O Fig. 2 wird dann zu dem Muster gemäß Fig. 3 geätzt, so daß sie eine erste, im folgenden als selektive oder Einzelelektrodenschicht bezeichnete Elektrodenschicht 3 bildet, die in einer Reihe angeordnete, mit entsprechenden Widerstandsheizelementen zu verbindende selektive Elektroden bzw. Einzelelektroden enthält. Die Leiterschicht 30 wird zur Erzielung einer Elektrodendichte von mindestens 10 Elektroden pro mm zu einem feinen Muster geätzt; wenn die Elektrodendichte vergleichsweise niedrig ist, kann ein in Fig. 3 gezeigtes Elektrodenmuster unmittelbar durch Aufdrucken erzeugt werden. Eine mit 5 bezeichnete Elektrode dient zur Abnahme eines Rückstroms von einer noch zu beschreibenden gemeinsamen oder Sammelelektrode. Die Schichtdicke der Leiterschicht beträgt im allgemeinen etwa 3 - 5 μίτι.

Fig. 4 veranschaulicht den Verfahrensschritt der Ausbildung einer als elektrische Isolationsschicht und wärmebeständige Schicht dienenden Glasschicht 6 auf der Einzelelektrodenschicht 3. Gemäß Fig. 4 wird ein hochschmelzendes Glas o.dgl. auf die Einzelelektrodenschicht 3 aufgedruckt und auf ihr eingebrannt. Die Schichtdicke nach dem Einbrennen beträgt, je nach Bedarf, 50 - 100 μΐη. Die Dicke einer Glasschicht nach dem Einbrennen liegt allgemein bei 20 - 30 μΐη, doch kann durch Wiederholung eines ähnlichen Verfahrensschrittes die erforderliche

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Schichtdicke vorgesehen und entsprechend gesteuert werden.

Gemäß Fig. 5 wird auf der Glasschicht 6 eine zweite Elektrodenschicht 4 ausgebildet. Diese, im folgenden als Sammelelektrodenschicht bezeichnete Elektrodenschicht 4 ist dabei nach der Erstreckung über die Glasschicht 6 mit den Elektroden 5 verbunden.

Gemäß Fig. 6 wird auf der Oberfläche des Substrats 1, außer in seinem Zuleitungsabschnitt, eine Schutzglasschicht 7 zum Schütze der Einzelelektrodenschicht 3 und der Sammelelektrodenschicht 4 aufgedruckt und eingebrannt. Die Glasschicht 7 besteht, ebenso wie die Glasschicht 6, aus einem hochschmelzendem Glas. Die Schutzglasschicht 7 schützt die Elektrodenschichten 3 und 4 vor einem Ablösen, wenn im folgenden Verfahrensschritt der Endabschnitt des Substrats 1 weggeschnitten wird. Durch Zugabe eines Pulvers aus z.B. Aluminiumoxid (Al₃O₃) können Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit verbessert werden.

Fig. 7 veranschaulicht den Verfahrensschritt des Abschneidens oder Zurechtschneidens des Endabschnitts des Substrats 1 zur Bildung der Stirnfläche, auf welche das Widerstandsheizelement 2 aufgebracht, z.B. aufgedampft wird. Das gemäß den Fig.

2 bis 6 aufeinanderfolgend mit laminierten Leiterbahnen versehene Substrat 1 wird längs der Linie a gemäß Fig. 7 durchgeschnitten. Fig. 8 veranschaulicht die Stirnfläche des Substrats, von welchem der Endabschnitt abgetrennt worden ist. Gemäß Fig.

8 liegen an dieser Stirnfläche die Einzelelektrodenschicht 3 (Einzelelektroden 31 - 38) und die Sammelelektrodenschicht 4 frei, wobei* diese Elektrodenschichten einander über die Glasschicht 6 zugewandt

sind. Wenn der Rauhigkeitsgrad der Stirnfläche nach dem Schneiden unter einer Normalgröße liegt, wird die Stirnfläche auf Spiegelglanz poliert.

Das Widerstandsheizelement 2 wird auf der so bearbeiteten Stirnfläche durch Aufsprühen oder Aufdampfen eines Widerstandsmaterials, wie Tantalnitrid (Ta₃N) oder Nichrom bzw. eine Nickel-Chromlegierung (Ni - Cr), auf diese Stirnfläche erzeugt. Die Filmoder Schichtdicke des Widerstandsheizelements 2 wird dabei entsprechend seinem Widerstandswert bestimmt; sie beträgt etwa 0,1 μΐη.

Beim vorstehend beschriebenen Verfahrensschritt wird das Widerstandsheizelement 2 gleichmäßig bzw. durchgehend auf der Stirnfläche ausgebildet, an welcher die Einzelelektrodenschicht 3 und die Sammelelektrodenschicht 4 nach außen hin freiliegen, wobei dieses Widerstandsheizelement mit diesen Elektrodenschichten verbunden ist. Anschließend muß das Widerstandsheizelement 2 in Übereinstimmung mit den jeweiligen Einzelelektroden 31 - 38 unterteilt werden.

Fig. 9 veranschaulicht das in Abschnitte entsprechend den jeweiligen Einzelelektroden 31 - 38 unterteilte Widerstandsheizelement 2. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt diese Unterteilung des Widerstandsheizelements 2 durch Laserstrahlschneiden, wobei bei 8 die Schneidspur des Laserstrahls angedeutet ist. Die Breite des Laserstrahlschnitts bestimmt sich durch die Punktgröße des verwendeten Laserstrahls; die erzielbare Mindestbreite beträgt etwa 30 μπι, so daß ohne weiteres ein Widerstandsheizelement hoher Dichte ausgebildet werden kann.

Gemäß Fig. 9 bestimmt sich die Länge des Widerstandsheizelements 2 durch die Dicke der Glasschicht zwischen Einzelelektrodenschicht 3 und Sammelelektrodenschicht 4; durch Einstellung der Schichtdicke der Glasschicht 6 kann somit die Länge des Widerstandsheizelements 2 beliebig eingestellt werden.

Nach der beschriebenen Unterteilung des Widerstandsheizelements 2 wird eine Isolierschicht aus Siliziumoxid (SiO₂), Tantalpentaoxid (Ta₃O₅), Bornitrid (BN), Siliziumkarbid (SiC) o.dgl. als Schutzschicht und verschleißfeste Schicht auf das Widerstandsheizelement 2 aufgesprüht. Wahlweise kann im Hinblick auf Wärmeleitfähigkeit eine verschleißfeste Metallschicht durch Dispersionsmetallisierung (dispersion plating) nach der Isolierung mit Siliziumoxid o.dgl. auf das Widerstandsheizelement 2 aufgebracht werden. In diesem Fall wird für eine Metallschicht vorwiegend Nickel verwendet, und Leitfähigkeit sowie Verschleißfestigkeit können durch Zugabe von Aluminiumoxid, Bornitrid, Diamant o.dgl. als Dispersionsmittel verbessert werden.

Bei einem auf vorstehend beschriebene Weise hergestellten erfindungsgemäßen Thermodruckkopf sind mehrere Elektrodenschichten 3 und 4 auf die eine Seite oder Fläche des Substrats 1 in der Weise auflaminiert, daß die Elektrodenschichten 3 und 4 mit dazwischenliegender Glasschicht 6 einander zugewandt sind. Diese Anordnung erleichtert die Herstellung und Verdrahtung des Thermodruckkopfes und ermöglicht die gewünschte Steuerung oder Einstellung der Länge des Widerstandsheizelements 2 durch Steuerung der Schichtdicke der Glasschicht 6 zwischen Einzelelektrodenschicht 3 und Sammelelektrodenschicht 4. Dies bedeutet, daß unabhängig von der Dicke des Substrats 1 eine hohe Auflösung erzielt

Al

werden kann. Da weiterhin das Widerstandsheizelement 2 auf der Fläche erzeugt wird, an welcher die Elektrodenschichten 3 und 4 (nach außen hin) freiliegen, braucht das Widerstandsheizelement 2 lediglich mit der Stirnfläche des Substrats 1 in Berührung bzw. Kontakt zu stehen. Da es hierbei nicht nötig ist, das Widerstandsheizelement 2 (um die Kanten) herumzuziehen, wird eine hohe Betriebszuverlässigkeit gewährleistet.

Beim Aufsprühen des Widerstandsheizelements 2 auf die Stirnfläche wird weiterhin das Substrat 1 so angeordnet, daß seine Stirnfläche dem Sprühtarget zugewandt ist. Infolgedessen können mehrere Substrate 1 in ein und dieselbe Besprühvorrichtung eingesetzt werden, wodurch eine Fertigung in großer Stückzahl möglich wird.

Bei einem Druckvorgang mit einem erfindungsgemäßen Thermodruckkopf mit dem beschriebenen Aufbau ist dessen Kontakt- oder Berührungsfläche gegenüber dem

•Aufzeichnungspapier kleiner als beim bisherigen Thermodruckkopf. Bezüglich der Kraft, mit welcher der Thermodruckkopf gegen die Oberfläche des Aufzeichnungspapiers angedrückt wird, wird somit die gleiche Fläche gleichmäßig mit einer kleineren Andruckkraft pro Flächeneinheit als beim bisherigen Thermodruckkopf bestrichen. Hierdurch wird die Güte des Ausdrucks verbessert, während der Andruckmechanismus vereinfacht sein kann.

Bei der beschriebenen Ausfuhrungsform wird die erste Elektrodenschicht 3 unmittelbar auf die Oberfläche des Substrats 1 aufgebracht; je nach dem Rauhigkeitsgrad der Oberfläche des Substrats 1 kann jedoch zwischen diesem und der Elektrodenschicht 3 eine Glasschicht vorgesehen werden, um einen glatten

Untergrund für die Elektrodenschicht 3 zu bieten. Obgleich das Widerstandsheizelement 2 beim beschriebenen Ausführungsbeispiel durch Laserstrahlschneiden (in Einzelelemente) unterteilt wird, kann dieses Unterteilen erforderlichenfalls auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch photolithographisches Ätzen, mechanisches Schneiden mit einer Klinge oder Sandstrahlen. Die auf dem Widerstandsheizelement 2 auszubildende verschleißfeste Schicht ist nicht auf eine aufgesprühte Dünnschicht beschränkt, sondern kann auch aus einer Glasschicht bestehen. Es ist ebenfalls möglich, eine (dünne) Aluminium- oder Keramikplatte an der Elektroden-Schutzglasschicht anzubringen, um mechanische Festigkeit aufrechtzuerhalten und einem etwaigen Verwerfen des Substrats entgegenzuwirken.

Die Fig. 10 bis 12 veranschaulichen andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Thermodruckkopfes. Beim Thermodruckkopf gemäß Fig. 10 ist das Widerstandsheizelement 2 als Mehrstiftkopf (multistylus head) ausgebildet, wie er für einen Zeilendrucker verwendet wird. Dabei sind zahlreiche Wider-Standsheizelemente 2 in einer Reihe angeordnet.

Beim Thermodruckkopf gemäß Fig. 11 sind die Widerstandsheizelemente 2 in zwei Reihen angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind eine Einzelelektrodenschicht 3, , eine Glasschicht 6, , die Sammelelektrodenschicht 4, eine Glasschicht 6₂, eine Einzelelektrodenschicht 3„ und die Schutzglasschicht 7 in der angegebenen Reihenfolge schichtweise auf das Substrat 1 aufgebracht, während das Widerstandsheizelement 2 an der End- oder Stirnfläche des zurechtgeschnittenen Substrats 1 ausgebildet ist. Das Widerstandsheizelement 2 wird längs der dünnen

Al

Linien b gemäß Fig. 11 geschnitten bzw. durchgetrennt, so daß in zwei benachbarten Reihen angeordnete Thermodruckköpfe entstehen.
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Der in Fig. 12 dargestellte Thermodruckkopf umfaßt Einzelelektrodenschichten 3., 3-, Sammelelektrodenschichten 4,, 4_?, Glasschichten 6,, 6^ und Schutzglasschichten 7,, 7_, die in der angegebenen Reihenfolge schichtweise auf jede Seite des Substrats 1 aufgebracht sind. Durch Ausbildung des Widerstandsheizelements 2 auf ähnliche Weise, wie in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben, werden in zwei Reihen angeordnete Thermodruckköpfe erhalten, die durch einen Abstand entsprechend der Dicke des Substrats 1 voneinander getrennt sind.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird das Widerstandsheizelement auf die End- oder Stirnfläche aufgebracht, die durch das Abschneiden des Endabschnitts eines mit den Elektrodenschichten und dgl. versehenen Substrats entsteht. Eine zweckmäßige Stirnfläche kann jedoch auch dadurch gebildet werden, daß die Stirnfläche nach dem Abtrennen des Endabschnitts auf beschriebene Weise schräg geschliffen wird. Diese Schrägschleifen bietet im Vergleich zum Schleifen der ganzen Stirnfläche unter einem rechten Winkel die im folgenden angegebenen Vorteile. Es kann kaum ein Abplatzen des Kantenabschnitts auftreten; da er nur soweit geschliffen zu werden braucht, daß die Elektrodenschichten freigelegt werden, ist die zu schleifende Fläche kleiner und die für die Schleifarbeit erforderliche Zeit kürzer; es entsteht eine ebene Fläche ohne Höhenunterschiede in den Grenz- oder Übergangsbereichen; die Länge des Widerstandsheizelements kann größer eingestellt werden als die Dicke der Glasschicht, so daß auch

im Fall einer vergleichsweise dünnen Glasschicht ein Widerstandsheizelement einer vorbestimmten Länge ausgebildet werden kann; schließlich ist die Fläche, ° mit welcher die Elektroden an der Stirnfläche freigelegt und mit dem Widerstandsheizelement in Kontakt gebracht werden, größer, wodurch die Betriebszuverlässigkeit erhöht wird.

¹^ Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens unter Anwendung des Schrägschleif ens (skew grinding) in einzelnen Schritten beschrieben.

Die Verfahrensschritte des Auflaminierens der Elektrodenschicht 3 und dgl. auf das Substrat 1 und des Abtrennens seines Endabschnitts entsprechen den anhand von Fig. 2 bis 7 beschriebenen Verfahrensschritten.

Fig. 13 veranschaulicht den Verfahrensschritt des Beschleifens eines Teils der geschnittenen Stirnfläche des Substrats 1 zwecks Ausbildung der Endoder Stirnfläche, auf welche das Widerstandsheizelement 2 aufgebracht wird. Das Substrat 1 wird unter einem vorbestimmten Winkel derart in einen Substrathalter 12 eingespannt, daß sein mittels einer umlaufenden Schleifscheibe 11 zu beschleifender Abschnitt aus dem Halter herausragt. Zum Schrägschleifen wird gemäß Fig. 14 der Substrathalter 12 gegen eine Schleifscheibe 11 geführt und um seine Eigenachse sowie um die Achse der Schleifscheibe 11 gedreht. Fig. 15 veranschaulicht beispielhaft einen verwendbaren Substrathalter 12, während Fig. 16 in vergrößertem Maßstab den Hauptteil des Substrathalters gemäß Fig. 15 zeigt. Im Substrathalter 12 befindet sich eine Ausnehmung 13 zur Aufnahme des Substrats 1 in der Weise, daß seine End- oder Stirn-

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fläche unter einem vorbestimmten Winkel θ zur Schleifscheibe 11 geneigt ist. Am unteren Ende der Ausnehmung 13 befindet sich ein eine vorbestimmte Breite L (z.B. 0,1 - 0,3 mm) besitzender Schlitz 14, aus dem der zu beschleifende Teil des Substrats herausragt. Über eine Gewindebohrung 15 kann das Substrat 1 (mittels eines entsprechenden Spannelements) festgespannt werden. Das Schleifen ist beendet, wenn der abzutragende Abschnitt des Substrats 1 auf die Ebene der Unterseite des Substrathalters 12 abgetragen worden ist; an diesem Punkt vergrößert sich die Schleiffläche schlagartig. Mittels dieses SchleifVorgangs können abgeplatzte Stellen C (vgl.

¹^ Fig. 17) an der Kante der Stirnfläche des Substrats 1 beseitigt werden, die aufgrund der Schnittrauhigkeit eines zum Abtrennen des Endabschnitts verwendeten Schneidwerkzeugs entstehen.

Das Widerstandsheizelement 2 wird auf der so schräggeschliffenen Stirnfläche durch Aufsprühen oder Aufdampfen eines Widerstandsmaterials, wie Tantalnitrid (Ta₇N) oder Nichrom (Ni - Cr) auf dieselbe Weise wie beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgebildet.

Das Widerstandsheizelement 2 wird sodann gemäß Fig. 18 durch Laserstrahlschneiden (in Einzelelemente) unterteilt. Weiterhin wird auf das Widerstandsheizelement 2 als Schutzschicht und verschleißfeste Schicht eine Isolierschicht aus Siliziumoxid (SiO-), Tantalpentaoxid (Ta₂O₅), Bornitrid (BN), Siliziumkarbid (SiC) o.dgl. aufgesprüht.

Die Länge £ ' des Widerstandsheizelements 2 bestimmt sich gemäß Fig. 13 und 18 durch die Dicke £ der Glasschicht 6 zwischen der' Einzelelektrodenschicht

3 und der Sammelelektrodenschicht 4 sowie den Schrägschleif winkel θ {£' = ^/cosG), wobei die Länge des Widerstandsheizelements 2 durch Bestimmung der ° Schichtdicke £ und des Schrägschleifwinkels θ beliebig eingestellt werden kann.

Das Schrägschleifen ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt; beispielsweise kann anstelle der Schleifscheibe auch ein Läppband verwendet werden.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermodruckkopfes ist in Fig. 19 dargestellt. Dabei wird die End- oder Stirnfläche, auf welche die Wxderstandsheizelemente 2, die wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 in zwei Reihen angeordnet sind, aufgebracht werden sollen, durch Schrägschleifen geformt. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 11 sind die Einzelelektrodenschicht 3, , die Glasschicht 6,, die Sammelelektrodenschicht 4, die Glasschicht 6~, die Einzelelektrodenschicht 3~ und die Schutzglasschicht 7 in der angegebenen Reihenfolge auf das Substrat 1 auflaminiert bzw. schichtweise aufgebracht, und die Stirnfläche wird anschließend zur Freilegung der verschiedenen Elektrodenschichten schräg geschliffen. Die Widerstandsheizelemente 2 werden auf der geschliffenen Stirnfläche erzeugt und längs der Einzelelektroden unterteilt.

Thermodruckköpfe werden für Zeilendrucker, beispielsweise für Faksimilegeräte, verwendet; in den meisten Fällen benötigt ein solcher Zeilendrucker einen Thermodruckkopf mit einem höheren Auflösungsvermögen als bei einem Reihendrucker (serial type of printer).

Die Fig. 20 bis 23 veranschaulichen noch andere Ausführung sformen des erfindungsgemäßen Thermodruckkopfes sowie entsprechende Verfahren zu seiner Herstellung. Mit diesen Ausführungsformen können Thermodruckköpfe eines höheren Auflösungsvermögens realisiert werden.

Der im folgenden beschriebene Thermodruckkopf besteht aus einem Substrat mit auf dieses auflaminierten Elektrodenschichten und dgl. und einem auf die End- oder Stirnfläche des Substrats aufgebrachten Widerstandsheizelement. Eine zweite Einzelelektrodenschicht ist anstelle der Sammelelektrodenschicht vorgesehen, die bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen der Einzelelektrodenschicht zugewandt angeordnet ist. Erste und zweite Elektrodenschicht sind mit einem Versatz entsprechend dem halben Teilungsabstand zwischen den jeweiligen einzelnen Elektroden ausgerichtet.

Gemäß Fig. 20 ist die erste selektive oder Einzelelektrodenschicht 3 auf der Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet, während eine zweite Elektrodenschicht 16 über der ersten Einzelelektrodenschicht 3 auf der Glasschicht 6 ausgebildet ist. Die Schutzglasschicht 7 ist über die zweite Elektrodenschicht 16 aufgebracht. Der Endabschnitt des Substrats 1, das mit diesen Schichten belegt ist, wird so zurechtgeschnitten, daß erste und zweite Einzelelektrodenschicht 3 bzw. 16 freigelegt sind, worauf das Widerstandsheizelement 2 auf die Stirnfläche aufgebracht wird. Das Widerstandsheizelement 2 wird durch Laserstrahlschneiden (8) im Bereich der ersten und zweiten Einzelelektrodenschichten 3 bzw. 16 in Streifen unterteilt. Die Elektroden von erster und zweiter Einzelelektrodenschicht 3 bzw. 16 besitzen jeweils

denselben Teilungsabstand P (bzw. gegenseitigen Mittenabstand), doch sind die Elektroden der beiden Schichten um den halben Teilungsabstand P (P/2) gegeneinander versetzt.

Fig. 21 veranschaulicht die Wirkungsweise des Thermodruckkopfes gemäß Fig. 20. Wenn gemäß Fig. 21 einander zugewandte Elektroden 3a und 16a von

•"■^ erster und zweiter Einzelelektrodenschicht 3 bzw. 16 mit dem halben Teilungsabstand P gegeneinander versetzt sind und selektiv angesteuert werden, fließt ein Strom in dem zwischen den Elektroden 3a und 16a festgelegten Abschnitt des Widerstandsheiz-

¹^ elements 2 unter Erwärmung dieses Abschnitts. Da erste und zweite Einzelelektrodenschicht 3 bzw. 16 (mit ihren jeweiligen Elektroden) um den halben Teilungsabstand gegeneinander versetzt sind, beträgt die Aufzeichnungsbreite entsprechend einem Punkt etwa P/2, auch wenn der Teilungsabstand (oder Mittenabstand) der jeweiligen Elektroden jeder Einzelelektrodenschicht 3 und 16 gleich P ist. Auf diese Weise kann eine Aufzeichnungs-Auflösung entsprechend dem Doppelten des Teilungsabstands der

Anordnung erzielt werden.

Bei einem Thermodruckkopf mit auf beschriebene Weise angeordneten Einzelelektroden kann in manchen Fällen ein Ansteuerstrom ungewollt zu einer neben der gewählten Einzelelektrode befindlichen Einzelelektrode fließen, doch kann eine solche Erscheinung durch Einfügung einer Diode o.dgl. in die Ansteuerschaltung des Thermodruckkopfes verhindert werden. Durch vorherige Unterteilung des Widerstandsheizelements 2 mit Hilfe eines Laserstrahls längs Schnittlinien 8 gemäß Fig. 22 können allerdings unerwünschte Ströme vollständig unterdrückt oder

unterbunden werden, so daß die einzelnen Aufzeichnungspunkte völlig voneinander getrennt sind und ein Ausdruck hoher Auflösung und hoher Güte gewähr- ° leistet wird.

Fig. 23 veranschaulicht eine andere Ausführungsform bzw. eine Abwandlung des Thermodruckkopfes gemäß Fig. 20. Bei dieser Ausführungsform sind erste und zweite Einzelelektrodenschicht 3 bzw. 16 gemäß Fig. 20 vorgesehen, und die Stirnfläche, auf welche das Widerstandsheizelement 2 aufgebracht ist, ist durch Schrägschleifen geformt.

Erfindungsgemäß werden somit mehrere Elektrodenschichten nacheinander derart auf eine Seite eines Substrats aufgetragen, dass sie einander auf beiden Seiten einer Glasschicht, die als elektrische Isolierschicht und wärmebeständige Schicht dient, zugewandt sind; alle Schichten, einschließlich des Substrats, werden längs einer geraden Linie geschnitten, worauf erforderlichenfalls die Schnittstelle einem Schrägschleifen unterworfen wird; schließlich wird auf der End- oder Stirnfläche, an welcher die einzelnen Elektrodenschichten freigelegt sind, ein Widerstandsheizelement ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Anordnung einer dreilagigen, vierlagigen oder überkreuzenden Verdrahtung, wodurch eine Verringerung der Teilezahl und der Anschlußpunkte durch die Miniaturisierung des Thermodruckkopfes mit Treiber- oder Ansteuereinheit realisiert wird, was zu einer Kostensenkung für den Thermodruckkopf und zu erhöhter Betriebszuverlässigkeit desselben führt. Die Einstellung der Länge jedes Widerstandsheizelements ist einfach, wodurch die Herstellung weiter vereinfacht wird. Mit der Erfindung werden somit ein Thermodruckkopf, der ein

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verbessertes Auflösungsvermögen besitzt und sich einfach herstellen läßt, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Thermodruckkopfes geschaffen.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedenen weiteren Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

Claims

Patentansprüche

1. Thermodruckkopf, gekennzeichnet durch
ein Substrat (1),

mehrere Elektrodenschichten (z.B. 3, 4), die nacheinander in der Weise auf die eine Seite des Substrats auflaminiert bzw. schichtweise aufge-

¹^ bracht sind, daß sie einander über eine als elektrische Isolierschicht und wärmebeständige Schicht dienende Glasschicht (z.B. 6) zugewandt sind, und
ein auf einer End- oder Stirnfläche des Substrats, an welcher die verschiedenen Elektrodenschichten freigelegt sind, ausgebildetes Widerstandsheizelement (2).

2. Thermodruckkopf, gekennzeichnet durch \ ein Substrat,

zwei Elektrodenschichten, die nacheinander in der Weise auf beiden Seiten des Substrats auflaminiert bzw. schichtweise aufgebracht sind, daß sie über als elektrische Isolierschichten und wärmebeständige Schichten dienende Glasschichten einander zugewandt sind, und
ein auf einer End- oder Stirnfläche des Substrats, an welcher die beiden Elektrodenschichten freigelegt sind, ausgebildetes Widerstandsheiz-

element.

3. Thermodruckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Elektrodenschichten erste und zweite selektive oder Einzelelektrodenschichten umfassen, die um den halben Teilungsabstand · (oder gegenseitigen Mittenabstand) ihrer jeweiligen einzelnen Elek- ·.*

troden zueinander versetzt angeordnet sind. f

4. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Elektrodenschichten nacheinander auf die eine Seite eines Substrats in der Weise auflaminiert werden, daß die Elektrodenschichten einander über eine Glasschicht zugewandt sind,
daß die Elektrodenschichten, einschließlich des Substrats, an ihrem einen Endabschnitt längs einer geraden Linie geschnitten werden und

daß an der Fläche des Substrats, an welcher die verschiedenen Elektrodenschichten durch den Schneidvorgang freigelegt worden sind, ein Widerstandsheizelement ausgebildet wird.

5. Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß
an einer End- oder Stirnfläche eines Substrats eine erste Elektrodenschicht aufgedruckt und eingebrannt wird,

auf der ersten Elektrodenschicht eine als elektrische Isolierschicht und wärmebeständige Schicht dienende Glasschicht aufgedruckt und eingebrannt wird,
auf der Glasschicht eine zweite Elektrodenschicht aufgedruckt und eingebrannt wird,

auf der zweiten Elektrodenschicht eine Schutzglasschicht aufgedruckt und eingebrannt wird,
ein Endabschnitt des Substrats so (ab)geschnitten oder abgetrennt wird, daß erste und zweite Elektrodenschicht an der End- oder Stirnfläche des Substrats freigelegt werden,

ein Widerstandsmaterial für ein Widerstandsheizelement durch Aufsprühen oder Aufdampfen auf die Stirnfläche, an welcher erste und zweite Elektrodenschicht freigelegt sind, aufgebracht wird,
das aufgebrachte Widerstandsheizelement in Über-

einStimmung mit der Anordnungsweise von erster und zweiter Elektrodenschicht unterteilt wird und

auf das Widerstandsheizelement eine verschleißfeste Schicht aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch mehrfache Wiederholung der Verfahrensschritte der Ausbildung der Glasschicht und der Ausbildung von erster und zweiter Elektrodenschicht mehrere Elektrodenschichtpaare erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Ausbildung von erster und zweiter Elektrodenschicht das Aufdrucken und Einbrennen (baking) eines groben Elektrodenmusters und dessen Ätzung zu einer gewünschten Form umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin die geschnittene End- oder Stirnfläche geschliffen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die geschnittene End- oder Stirnfläche schräg geschliffen wird.