DE69511698T2

DE69511698T2 - Thermodruckkopf, dafür verwendetes substrat und verfahren zum herstellen dieses substrats

Info

Publication number: DE69511698T2
Application number: DE69511698T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kinoshita; Shinobu Obata; Hideo Taniguchi
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2015-06-20
Also published as: WO1995035213A1; EP0767065B1; TW290783B; CN1151135A; DE69511698D1; KR970702155A; EP0767065A1; US5949465A; CN1086640C; EP0767065A4; KR100219735B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Substrates für einen thermischen Druckkopf.

Stand der Technik

Thermische Druckköpfe werden weit verbreitet für Drucker von Büroautomationsmaschinen, wie beispielsweise Telefaxgeräte, für Drucker von Ticketverkaufsmaschinen und für Beschriftungsdrucker verwendet. Wie allgemein bekannt ist, erzeugen thermische Druckköpfe selektiv Hitze, die auf ein Druckmedium, wie beispielsweise thermosensitives Papier oder ein Thermotransferfarbband, übertragen wird, um die benötigte Bildinformation zu erzeugen.
Zur Vereinfachung der Erläuterung ist der Aufbau eines typischen, aus dem Stand dem Technik bekannten Dick-Film-Druckkopfes in Fig. 12 der beigefügten Zeichnung dargestellt. Der thermische Druckkopf 100, der in dieser Figur dargestellt ist, weist ein massives Isolierungssubstrat 102 auf, das beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt ist und auf einer Kühlplatte 101 befestigt ist, die aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit hergestellt ist. Die obere Oberfläche des Substrates 102 ist mit einer Glasurschicht 103 als Hitzespeicherelement versehen und ein Heizwiderstand 104 ist linear an der Spitze der Glasurschicht 103 ausgebildet, um ein Feld von Heizpunkten zu bilden. Weiterhin ist die obere Oberfläche des Substrates 102 mit einer Mehrzahl von Treiber-IC 105 zur Versorgung der Heizwiderstände 104 mit elektrischer Leistung versehen.
Weiterhin trägt das Substrat 102 eine gemeinsame Elektrode 106, die sich auf der Glasurschicht 103 erstreckt und kammähnlich ausgebildete Zähne in leitender Verbindung mit dem Heizwiderstand 104 aufweist, und eine Mehrzahl von individuellen Elektroden 107, die in ähnlicher Weise auf der Glasurschicht 103 verlaufen und elektrisch mit den Heizwiderständen 104 verbunden sind. Die individuellen Elektroden 107 sind mit den Treiber-IC 105 über Verbindungsdrähte 108 verbunden. Der Heizwiderstand 104, die gemeinsame Elektrode 106 und die individuellen Elektroden 107 sind mit einer Schutzschicht 109 bedeckt, die beispielsweise aus einem Glasmaterial hergestellt ist.
Bei dem thermischen Druckkopf der zuvor beschriebenen Art wird eine vorbestimmte Spannung selektiv von den Treiber-IC 105 über die individuellen Elektroden 107 übertragen, während die Spannung der gemeinsamen Elektrode 106 auf einen konstanten Wert gehalten wird, wobei die Heizpunkte des Heizwiderstandes 104 selektiv aktiviert werden, um thermisch Bilder auf beispielsweise einem thermosensitiven Papier zu erzeugen.
Allgemein ist es notwendig, die Hitzespeicherfähigkeit nahe des Heizwiderstandes 104 zu erhöhen, um die Druckqualität mit niedriger elektrischer Leistung zu verbessern. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten und zuvor beschriebenen thermischen Druckkopf erfüllt die Glasurschicht 103, die unterhalb des Heizwiderstandes 104 ausgebildet ist, eine Hitzespeicherungsfunktion. Andererseits ist ein Teil der von dem Heizwiderstand 104 erzeugten Hitze, die bereits in das Substrat 102 entwichen ist, nicht mehr für das Drucken verfügbar. Daher dient die Kühlplatte 101 dazu, die entwichene Hitze schnell in die Atmosphäre abzugeben, um einen Temperaturanstieg des Substrates 102 als Ganzes zu verhindern.
Da die Glasurschicht 103 nicht alleine eine ausreichende Hitzespeicherungsfunktion ausüben kann, wird jedoch bei dem aus dem Stand der Technik bekannten und zuvor beschriebenen thermischen Druckkopf die Menge der Hitze, die über das Substrat 102 und die Kühlplatte 101 an die Atmosphäre abgegeben wird, ansteigen, so daß daraus folgend nicht mehr eine ausreichende Druckqualität erreicht werden kann, wenn die zugeführte Leistung unterhalb eines vorbestimmten Niveaus abgesenkt wird.
Auf der anderen Seite gibt es durch die derzeitige Entwicklung einer Vielzahl von Büroautomationsmaschinen eine steigende Nachfrage nach tragbaren thermischen Druckern mit Batterieantrieb (d. h. mit niedrigem Leistungsverbrauch). Jedoch ist der zuvor beschriebene aus dem Stand der Technik bekannte thermische Druckkopf nicht für den Aufbau eines tragbaren thermischen Druckers mit Batterieantrieb geeignet (d. h. für niedrigen Leistungsverbrauch).
Um solch ein Problem zu überwinden, hat die japanische Patentveröffentlichung No. 3 (1991)-21352 beispielsweise die Bildung eines hohlen Teils 110 (in Fig. 12 mit gestrichelter Linie dargestellt) innerhalb der Glasurschicht 103 vorgeschlagen, um zusätzlich die Hitzespeicherung nahe des Heizwiderstandes 104 zu erhöhen. Das hohle Teil 110 kann beispielsweise durch die Verfahrensschritte des Ausbildens einer streifenförmigen auflösbaren Schicht (beispielsweise aus Silber) auf dem Substrat 102, des Ausbildens einer Glasurschicht 103, um die auflösbare Schicht zu bedecken, und des anschließenden Auflösens der auflösbaren Schicht mit einer chemischen Lösung hergestellt werden.
Jedoch weist die zuvor beschriebene Lösung das Problem von ansteigenden Kosten auf, da die Schritte des Herstellens des hohlen Teils 110 (Bildung und Entfernung der auflösbaren Schicht) zu einem Problem führen. Da die Bildung des hohlen Teils 110 das Vorhandensein der Glasschicht 103 als Voraussetzung benötigt, ist es unmöglich, ein solches hohles Teil 110 herzustellen, wenn das Substrat 102 selbst aus einem Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit für eine Verringerung des Energieverbrauches ausgebildet ist, um die Notwendigkeit einer Glasurschicht 103 zu vermeiden. Da die Größe des hohlen Teils 110 durch die Dicke der Glasurschicht 103 beispielsweise beschränkt ist, ist darüber hinaus der Bereich der realisierbaren Druckqualität in hohem Maße eingeschränkt.
Aus der US 4,742,362 A ist ein thermischer Druckkopf bekannt, der ein Substrat aus einem isolierenden Material, ein Heizwiderstandsmittel, das auf dem Substrat ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Heizpunkten zu bilden, ein Leitungsmuster, das auf dem Substrat für eine elektrische Verbindung mit den Heizwiderstandsmitteln ausgebildet ist, und Antriebsmittel für ein selektives Heizen der Heizpunkte über das Leitungsmuster aufweist, wobei das Substrat an der Position der Heizwiderstandsmittel ein erhabenes Teil aufweist, und das Substrat weist weiterhin in dessen Wandstärke ein hohles Teil auf, das sich entlang der Heizwiderstandsmittel an der Position des erhabenen Teils erstreckt.
Da das hohle Teil eine verbesserte Hitzespeicherungsfähigkeit benachbart zu den Heizwiderstandsmitteln ermöglicht, um eine Hitzeausbreitung in das Substrat zu verhindern, kann der Leistungsverbrauch mit dem zuvor beschriebenen Aufbau im Vergleich mit dem konventionellen thermischen Druckkopf, der kein hohles Teil aufweist, sehr stark verringert werden. Daher ist der thermische Druckkopf mit dem zuvor beschriebenen Aufbau für den Aufbau eines batterieangetriebenen tragbaren thermischen Druckers geeignet. Da das hohle Teil in der Wanddicke des Substrates an der Position des erhabenen Teils ausgebildet ist, treten zusätzlich weniger Beschränkungen bezüglich der Größe und des Aufbaus des hohlen Teils im Vergleich mit den konventionellen Aufbau auf, bei dem das hohle Teil in der Glasschicht ausgebildet ist, wodurch es ermöglicht wird, in entsprechender Weise den Bereich der realisierbaren Druckqualitäten zu erweitern, während gleichzeitig die Größe durch das Vermeiden der Glasurschicht reduziert wird.
Die US 4,742,362 A offenbart auch ein Verfahren zur Herstellung eines Substrates für einen thermischen Druckkopf durch Beschichten und Brennen einer Mehrzahl von Rohlingen; wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Vorbereiten eines Oberflächenrohlings, der mindestens mit einem erhabenen Teil, das eine Vertiefung definiert, ausgebildet ist, während auch mindestens ein die Basis bildender Rohling vorbereitet wird; Schichtweises Anordnen des Oberflächenrohlings und des die Basis bildenden Rohlings, so daß die Vertiefung dem die Basis bildenden Rohling gegenüberliegt; und Brennen der so erhaltenen Schichten. Jedoch ist es schwierig die Höhe des hohlen Teils mit diesem Verfahren zu vergrößern.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, das die zuvor erwähnten Problemen löst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Beschichtungsschritt mit zumindest einem perforierten Rohling durchgeführt, der schichtweise zwischen dem Oberflächenrohling und dem die Basis bildenden Rohling angeordnet ist, wobei der perforierte Rohling einen Schlitz aufweist, der mit der Vertiefung des Oberflächenrohlings übereinstimmt. Daher ist es möglich, die Höhe des hohlen Teils durch die Größe der Dicke des Schlitzes des perforierten Rohlings zu vergrößern.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Beschichtungs- und Brennschritte mit einem thermisch auflösbaren Kunstharz durchgeführt, der in der Vertiefung des Oberflächenrohlings eingepaßt ist. Daher ist es möglich, eine Verformung des hohlen Teils während der Beschichtungs- und Brennschritte zu verhindern. Zusätzlich verdampft der thermisch auflösbare Kunstharz selbst und breitet sich durch das thermische Zersetzen aufgrund der während des Brennschrittes zugeführten Hitze aus, wodurch eine Verschlechterung der Druckqualität vermieden wird.
Betrachtet man die benötigte Dicke des Substrates und ähnliches, können eine Mehrzahl von die Basis bildenden Grünlinge in der Praxis verwendet werden. In diesem Fall wird ein Basisschichtkörper durch Beschichten einer Mehrzahl von die Basis bildenden Grünlingen vorbereitet, ein Oberflächengrünling wird durch Beschichten auf dem Basisschichtkörper gebildet und der sich daraus ergebene kombinierte Schichtkörper wird gebrannt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der detaillierten Beschreibung eines Beispiels eines thermischen -Druckkopfes, eines Beispiels zur Herstellung desselben und des im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels in Bezug auf die beigefügte Zeichnung verdeutlicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine teilweise Draufsicht, die die Hauptelemente eines thermischen Druckkopfes zeigt;
Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3a zeigt einen Graphen, der die Temperaturverteilung desselben thermischen Druckkopfes während des Betriebes darstellt;
Fig. 3b zeigt einen Graphen, der die Temperaturverteilung einer leicht veränderten Version des thermischen Druckkopfes zum Zwecke des Vergleiches darstellt;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung, die ein für den in den Fig. 1 und 2 dargestellten thermischen Druckkopf verwendetes Substrat darstellt;
Fig. 5 ist eine Draufsicht, die einen Oberflächenrohling darstellt, der für die Herstellung des in Fig. 4 dargestellten Substrates verwendet wird;
Fig. 6a-6g sind Querschnittsdarstellungen, die eine Folge eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 4 dargestellten Substrates darstellen;
Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Hauptteil einer modifizierten Version des in Fig. 4 dargestellten Substrates darstellt;
Fig. 8 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Hauptteil einer anderen modifizierten Version des in Fig. 4 dargestellten Substrates zeigt;
Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung, die ein für den thermischen Druckkopf gemäß eines Ausführungsbeispiels verwendeten Substrates darstellt;
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsdarstellung, die ein wesentliches Teil des in Fig. 9 dargestellten Substrates zeigt;
Fig. 11 ist eine Draufsicht, die einen perforierten Grünling zeigt, der für die Herstellung des in Fig. 9 dargestellten Substrates verwendet wird; und
Fig. 12 ist eine Querschnittsdarstellung in Querrichtung, die einen konventionellen thermischen Druckkopf zeigt.

Beste Art zur Ausführung der Erfindung

Ein Beispiel eines thermischen Druckkopfes und ein Beispiel zur Herstellung desselben wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
In den Fig. 1, 2 und 4 ist ein thermischer Druckkopf allgemein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Der thermische Druckkopf 1 weist ein streifenförmiges Kopfsubstrat 2 (siehe Fig. 4) auf, das aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise eine Mischung aus Aluminiumoxid und Borosilikat-Glas (im folgenden als "keramisches Glas" oder "kristallisiertes Glas" bezeichnet), hergestellt ist.
Die obere Oberfläche des Substrates 2 weist einen Heizwiderstand 3 auf, der entlang einer Längskante des Substrates 2 durch lineares Aufdrucken einer Paste aus Widerstandsmaterial gebildet ist, wie beispielsweise Rutheniumoxyd. Zusätzlich ist die obere Oberfläche des Substrates 2 mit einer Mehrzahl von Treiber-IC 4 (nur in Fig. 1 dargestellt), die die Heizwiderstände 3 für ein getrenntes Antreiben in longitudinaler Richtung ansteuern, wie auch mit einem Leitungsmuster versehen. Während der Heizwiderstand 3 als dicker Film in dem dargestellten Beispiel ausgebildet ist, kann er auch als dünner Film ausgebildet sein. Weiterhin kann anstelle der Befestigung des Treiber-IC 4 direkt auf dem Kopfsubstrat 2 dieser auf einem separaten Tragesubstrat (nicht dargestellt) befestigt sein, auf dem die Antriebs-IC 4 montiert sein können.
Das Leitungsmuster auf der oberen Oberfläche des Substrates 2 weist eine gemeinsame Elektrode S. die sich zwischen der zuvor erwähnten einen Längskante des Substrates 2 und dem Heizwiderstand 3 erstreckt und eine Mehrzahl von individuellen Elektroden 6 auf, die sich von dem Heizwiderstand 3 in Richtung der entsprechenden Treiber-IC 4 erstrecken. Die gemeinsame Elektrode hat eine Mehrzahl von kammähnlichen Zähnen 5a, die den Heizwiderstand 3 überschneiden und in Längsrichtung des Heizwiderstandes 3 mit konstanten Abständen angeordnet sind. Ein Ende jeder individuellen Elektrode 6 überschneidet den Heizwiderstand 3 zwischen den kammähnlichen Zähnen 5a der gemeinsamen Elektrode 5. Auf der anderen Seite wird das andere Ende jeder individuellen Elektrode 6 mit einem Verbindungsanschluß 6a für eine elektrische Verbindung mit einem Ausgangsanschluß 4a des entsprechenden Treiber-IC 4 mittels eines Leitungsdrahtes ausgebildet. Wenn die Antriebssignale selektiv auf die individuellen Elektroden 6 übertragen werden, durchströmt daher ein elektrischer Strom selektiv die relevanten Teile (Heizpunkte) des Heizwiderstandes 3, die durch die kammähnlichen Zähne 5a der gemeinsamen Elektrode 5 aufgeteilt werden, wodurch eine gewünschte Druckoperation durchgeführt wird.
Bei dem dargestellten Beispiel sind erste Schutzschichten 8 mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit auf dem Substrat 2 ausgebildet, um die gemeinsame Elektrode 5 und die individuellen Elektroden 6 auf beiden Seiten des Heizwiderstandes 3 abzudecken. Weiterhin ist eine zweite Schutzschicht 9 mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit ausgebildet, um die obere Oberfläche des Heizwiderstandes 3 abzudecken.
Die ersten Schutzschichten 8 sind vorzugsweise aus einem Glasmaterial hergestellt, das Silikatglas als Hauptbestandteil aufweist. Solch ein Glasmaterial ist kommerziell als Beschichtungsglas erhältlich und hat eine geringe thermische Leitfähigkeit von ungefähr 1.3 w/m · K. Jedoch können die ersten Schutzschichten 8 auch aus einem anderen isolierenden schützenden Material mit einer niedrigeren thermischen Leitfähigkeit (von z. B. nicht größer als 5 w/m · K) als die zweite Schutzschicht 9 hergestellt sein.
Andererseits ist die zweite Schutzschicht 9 aus einem Schutzmaterial hergestellt, dessen thermische Leitfähigkeit größer (d. h. 20-100 w/m · K, vorzugsweise 30-50 w/m · K) als die erste Schutzschichten 8 ist. Beispiele für ein solches Schutzmaterial mit einer solch hohen thermischen Leitfähigkeit sind folgende Materialien: ein hitzebeständiges Material, das Aluminiumoxyd (Al&sub2;O&sub3;) als Hauptkomponente aufweist, ein Glasmaterial, das durch Mischen eines konventionellen Silikatglases (Schichtungsglas) mit einem die thermische Leitfähigkeit erhöhenden Füller vorbereitet ist, und ein keramisches Material, das durch Mischen von Silikondioxyd (SiO&sub2;) mit einem die thermische Leitfähigkeit vergrößernden Füllers vorbereitet ist. Beispiele für einen die thermische Leitfähigkeit erhöhenden Füller sind Aluminiumoxyd (100% Aluminiumoxyd) mit einer thermischen Leitfähigkeit von ungefähr 36 w/m · K, Aluminiumnitrid (AlN) mit einer thermischen Leitfähigkeit von ungefähr 60-250 w/m · K und Silikoncarbit (SiC) mit einer thermischen Leitfähigkeit von ungefähr 260 w/m · K. In diesem Fall wird die Menge des zugefügten Füllers in Abhängigkeit von beispielsweise der Art des ausgewählten Füllers und der gewünschten Druckqualität ausgewählt.
Wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist, weist das Substrat 2 weiterhin ein erhabenes Teil 2a auf und ein streifenförmiges hohles Teil 10 ist in der Wandstärke des Substrates 2 an der Position des erhabenen Teils 2a ausgebildet. Bei dem dargestellten Beispiel weist das hohle Teil 10 einen trapezförmigen Querschnitt auf und steht an beiden Enden (siehe Fig. 4) mit der Atmosphäre in Verbindung. Der Heizwiderstand 3 ist streifenförmig entlang der Spitze des erhabenen Teils 2a ausgebildet. Die kammähnlichen Zähne 5a der gemeinsamen Elektrode 5 und die individuellen Elektroden 6 verlaufen in Richtung der Spitze des erhabenen Teils 2a.
Bei dem thermischen Druckkopf 1 mit dem zuvor beschriebenen Aufbau weist die zweite Schutzschicht 9 eine hohe thermische Leitfähigkeit (d. h. 30-50 w/m · K) auf und erhöht die Wärmeübertragung direkt oberhalb des Heizwiderstandes 3, wogegen die ersten Schutzschichten 8 eine niedrige thermische Leitfähigkeit (d. h. nicht größer als 5 w/m · K) aufweisen und deutlich die Hitzeverteilung auf beiden Seiten des Heizwiderstandes 3 reduzieren. Daher kann die von dem Heizwiderstand 3 erzeugte Hitze effektiv für das Erhitzen eines Druckmediums (d. h. thermosensitives Papier) verwendet werden, das in Kontakt mit der zweiten Schutzschicht 9 gebracht wird.
Fig. 3a zeigt eine graphische Darstellung, die schematisch die Temperaturverteilung innerhalb des zuvor beschriebenen thermischen Druckkopfes 1 während des Betriebes zeigt. In Fig. 3a stellt die Abzisse den Abstand von der Mitte C des Heizwiderstandes 3 dar, wogegen die Ordinate die Temperatur darstellt. Wie mit der Kurve A in Fig. 3a gezeigt wird, steigt die Temperatur im Bereich der zweiten Schutzschicht 9 mit hoher thermischer Leitfähigkeit scharf an, wogegen ein scharfer Temperaturabfall im Bereich der ersten Schutzschichten 8 mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit auftritt. Daher kann anerkannt werden, daß der thermische Druckkopf 1 eine hervorragende Druckqualität bei effektiver Ausnutzung der vom Heizwiderstand erzeugten Hitze ausführt.
Fig. 3b zeigt eine graphische Darstellung, die schematisch die Temperaturverteilung bei einem Vergleichsbeispiel eines thermischen Druckkopfes während des Betriebes zeigt, wobei eine einzige Schutzschicht mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit nicht nur den Heizwiderstand 3, sondern auch die gemeinsame Elektrode 5 und die individuellen Elektroden 6 abdeckt. Wie mit der Kurve B in Fig. 3b gezeigt wird, steigt die Temperatur im Bereich des Heizwiderstandes 3 langsam an, da die Hitzeausbreitung auch oberhalb der gemeinsamen Elektrode 5 und der individuellen Elektroden 6 beschleunigt wird, wodurch eine scharfe Druckqualität verhindert wird.
Andererseits ist das streifenförmige hohle Teil 10 direkt unterhalb des Heizwiderstandes 3 angeordnet und reduziert deutlich den Hitzeübertrag auf das Substrat 2 und die Hitzeverteilung aus dem Substrat 2. Daher kann die für die Durchführung der gewünschten Druckoperation benötigte Hitze (d. h. elektrische Leistung) reduziert werden, so daß das Substrat 2 mit dem hohlen Teil 10 insbesondere für den Aufbau eines tragbaren batteriebetriebenen thermischen Druckkopfes geeignet ist, wobei der Leistungsverbrauch stark eingeschränkt wird. Darüber hinaus ist der zuvor beschriebene thermische Druckkopf 1 ebenso für das Erzeugen von großen Punkten mit niedriger Energieversorgung geeignet. Da das hohle Teil 10 innerhalb des erhabenen Teils 2a auf der Oberfläche des Substrates ausgebildet ist und da der Heizwiderstand 3 auf der Spitze des erhabenen Teils 2a ausgebildet ist, kann zusätzlich der Heizwiderstand 3 in der Höhe angehoben werden, ohne eine separate Glasurschicht herzustellen, wodurch ein besserer Kontakt mit einer Druckplatte (nicht dargestellt) ermöglicht wird.
Der zuvor beschriebene thermische Druckkopf 1 wird in einfacher Weise mit Hilfe des folgenden Verfahrens hergestellt.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird zunächst ein Oberflächenrohling 2M mit einer flachen Oberfläche und einer Dicke von 0.05 mm mit vorbestimmter Länge und Breite vorbereitet. Die Größe des Oberflächenrohlings 2M ist so ausgerichtet, daß, wenn dieser Rohling entlang der längs ausgerichteten Bruchlinien BL1 und der quer ausgerichteten Bruchlinien BL2 aufgeteilt wird, jeder der abgetrennten Abschnitte einem einzelnen Kopfsubstrat 2 (siehe Fig. 4) mit entsprechender Größe entspricht. Die Zusammensetzung des Oberflächenrohlings 2M besteht in Gewichtsanteilen aus ungefähr 35% pulverförmigen Aluminiumoxyd, ungefähr 35% Borosilikatglas und ungefähr 30% eines thermoplastischen Kunstharzes (vorzugsweise Polyvinylbutyral). Jedoch ist die Verwendung des thermoplastischen Kunstharzes für die Rohlinge nicht auf Polyvinylbutyral-Kunstharz beschränkt. Jeglicher Kunstharz kann verwendet werden, solange dieser Kunstharz, wie beispielsweise Polyacryl, weich wird, um klebend zu wirken, wenn er auf eine Temperatur von ungefähr 80-100ºC erwärmt wird, und solange wie er durch thermische Zersetzung verdampft, wenn er auf eine Temperatur von ungefähr 500ºC erwärmt wird.
Dann wird, wie in Fig. 6a dargestellt ist, der Oberflächenrohling 2M zwischen einem oberen Stempel 11 und einem ersten unteren Stempel 12 eingebracht. Der erste obere Stempel 11 hat eine Mehrzahl von längs ausgerichteten Vertiefungen 11a (nur eine ist dargestellt), die sich parallel zueinander erstrecken, wogegen der erste untere Stempel 12 korrespondierend zu den Vertiefungen 11a eine Mehrzahl von längs ausgerichteten Erhebungen 12a aufweist, die sich parallel zuein ander erstrecken (nur eine ist dargestellt). Die Vertiefung 11a und die Erhebung 12a sind so ausgebildet, daß sie einen trapezförmigen Querschnitt entsprechend zu dem hohlen Teil aufweisen, das in dem jeweiligen Kopfsubstrat 12 ausgebildet werden soll.
Dann wird, wie in Fig. 6b dargestellt ist, der obere Stempel 11 in Richtung des unteren Stempels 12 abgesenkt, so daß der Oberflächenrohling 2M bei einer Temperatur von ungefähr 90º C unter einem Druck von ungefähr 200 kg/cm² für ungefähr 5 Minuten gehalten wird. Daraus ergibt sich, wie in Fig. 5 mit gestrichelten Linien dargestellt ist, eine Mehrzahl von erhabenen Teilen 2a, die sich parallel zueinander erstreckend auf dem Oberflächenrohling 2M ausgebildet werden. Die Kompressionskraft, die Heiztemperatur und die Kompressions- (Heiz-)Zeit können jeweils in geeigneter Weise innerhalb der Bereiche von 150-250 kg/cm², 80-110ºC und 5-30 Minuten variiert werden.
Dann wird, wie in Fig. 6c dargestellt ist, der behandelte Oberflächenrohling 2M, während dieser eng anliegend an den oberen Stempel 11 gehalten wird, vom unteren Stempel 12 durch ein Anheben von Abdrückstiften (nicht dargestellt) vom unteren Stempel 12 abgehoben. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Vertiefung 10' im Oberflächenrohling 2M an der Position ausgebildet, die der Erhebung des unteren Stempels 12 entspricht.
Dann werden, wie in Fig. 6d dargestellt ist, eine Mehrzahl von separat vorbereiteten, eine Basis bildenden Rohlinge 2M' als Schichten zwischen einem zweiten oberen Stempel 11' und einem zweiten unteren Stempel 12' eingeführt und bei einer Temperatur von ungefähr 90ºC unter einem Druck von ungefähr 200 kg/cm² für ungefähr 30 Minuten gehalten. Jeder der die Basis bildenden Rohlinge 2M' weist dieselbe Zusammensetzung, Dicke und Länge wie der Oberflächenrohling 2M auf. Jedoch ist der Oberflächenrohling 2M geringfügig wegen der Ausbildung der erhabenen Teile 2a (Fig. 6a - 6c) in der Breite reduziert. Um eine Anpassung an diese reduzierte Breite zu erzielen, wird die Breite jedes der die Basis bildenden Rohlinge 2M' geringfügig schmaler als der Oberflächenrohling 2M eingestellt, der noch nicht für die Ausbildung des erhabenen Teils 2a behandelt worden ist. Der zweite obere Stempel 11' und der zweite untere Stempel 12' weisen insgesamt eine flache Druckfläche auf.
Während des in Fig. 6d dargestellten Schrittes weicht der thermoplastische Kunstharz, der in den die Basis bildenden Rohlingen 2M' enthalten ist, durch die Hitze (ungefähr 90º C) während des Zusammendrückens auf. Daher werden die die Basis bildenden Rohlinge 2M' durch den aufgeweichten thermoplastischen Kunstharz miteinander verbunden, um einen Basisschichtkörper 2L zu bilden. Die Kompressionskraft, die Heiztemperatur und die Kompressions-(Heiz-)Zeit während dieses Schrittes können ebenfalls jeweils in geeigneter Weise innerhalb der Bereiche von 150-250 kg/cm², 80-110ºC und 5 -30 Minuten variiert werden. Darüber hinaus kann der in Fig. 6d dargestellte Schritt vor oder gleichzeitig mit den in den Fig. 6a - 6c dargestellten Schritten durchgeführt, werden.
Dann wird, wie in Fig. 6e dargestellt ist, während der Basisschichtkörper 2L auf dem zweiten unteren Stempel 12' gehalten wird, der zweite obere Stempel 11' für ein Ersetzen mit dem ersten oberen Stempel 11 entfernt, der den vorbehandelten Oberflächenrohling 2M trägt.
Dann wird, wie in Fig. 6f dargestellt ist, der erste obere Stempel 11 abgesenkt, so daß der Oberflächenrohling 2M auf den Basisschichtkörper 2L aufgebracht wird und bei einer Temperatur 90ºC unter einer Kompression von ungefähr 200 kg/cm² für ungefähr 30 Minuten gehalten wird. Daher werden der Oberflächenrohling 2M und der Basisschichtkörper 2L aufgrund des Erweichens des darin enthaltenen thermoplastischen Kunstharzes miteinander verbunden. Die Druckkraft, die Heiztemperatur und die Kompressions-(Heiz-)Zeit während dieses Schrittes können jeweils in geeigneter Weise innerhalb der Bereiche von 150-250 kg/cm², 80-110ºC und 5-30 Minuten variiert werden.
Dann wird, wie in Fig. 6g dargestellt ist, der erste obere Stempel 11 entfernt, um den sich daraus ergebenden kombinierten Schichtkörper zu entnehmen. Danach wird dieser kombinierte Schichtkörper in einen Brennofen (nicht dargestellt) für ein graduelles Aufheizen von einer Raumtemperatur und einem Backen bei einer Temperatur von ungefähr 900º C für ungefähr 2 Stunden eingebracht, bevor ein schrittweiser Temperaturabfall bewirkt wird. Während dieses Schrittes verdampft und verteilt sich aufgrund thermischer Zersetzung der in dem kombinierten Schichtkörper 2N enthaltene thermoplastische Kunstharz, wenn die Temperatur auf oberhalb 500º C ansteigt, wogegen das Aluminiumoxyd und die Glasbestandteile teilweise bei der Brenntemperatur (ungefähr 900ºC) kristallisiert werden. Daraus wird eingebranntes Hauptsubstrat 2N erhalten, das eine Mehrzahl von hohlen Teilen 10 in der Wandstärke an den Positionen der erhabenen Teile 2a aufweist und physikalisch und chemisch stabil ist. In diesem Brennschritt können wiederum die Brenntemperatur, die Brennzeitdauer und ähnliche Parameter in geeigneter Weise variiert werden.
Während der Kompressions- und Brennschritte, die zuvor beschrieben worden sind, reduziert sich die Größe der entsprechenden Rohlinge 2M, 2M' um ungefähr 30% in Druckrichtung und ungefähr 13% in eine Richtung, die senkrecht zur Druckrichtung verläuft. Daher sollten die Größe der entsprechenden Rohlinge 2M, 2M' sowie die Anzahl der notwendigen Rohlinge im voraus unter Berücksichtigung der Größenkontraktion und der gewünschten Endgröße des Hauptsubstrates 2N bestimmt werden.
Nach dem Ausbilden des Hauptsubstrates 2N durch die zuvor beschriebenen Schritte (Fig. 6a - 6g) wird mittels Siebdruck eine leitfähige Paste, die Gold enthält, auf die Oberfläche des Hauptsubstrates 2N aufgebracht und anschließend gebrannt, um einen leitfähigen Film (nicht dargestellt) auszubilden.
Danach wird der leitfähige Film in einem vorgegebenen Muster geätzt, um eine gemeinsame Elektrode 5 und individuelle Elektroden 6 (siehe Fig. 1 und 2) in entsprechender Anordnung relativ zu den entsprechenden hohlen Teilen 10 (erhabenen Teilen 2a) auszubilden.
Dann wird eine Widerstandspaste, die Rutheniumoxyd enthält, linear als dicker Film auf die obere Oberfläche des Hauptsubstrates 2N entlang des hohlen Teiles 10 (erhabenen Teiles 2a) aufgetragen und gebrannt, um einen Heizwiderstand 3 (Fig. 1 und 2) zu bilden.
Danach wird durch Siebdrucken eine konventionelle Beschichtungsglaspaste (mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit) auf die obere Oberfläche des Hauptsubstrates 2N auf beiden Seiten des Heizwiderstandes 3 aufgetragen und anschließend gebrannt, um die ersten Schutzschichten 8 (Fig. 1 und 2) mit einer Dicke von beispielsweise ungefähr 4 um auszubilden.
Danach wird eine Glaspaste, die eine Substanz mit hoher thermischer Leitfähigkeit als Füller aufweist, durch Siebdruck aufgetragen, um den freigelegten Heizwiderstand 3 zu bedecken, und diese wird anschließend gebrannt, um eine zweite Schutzschicht 9 (Fig. 1 und 2) mit einer Dicke von beispielsweise 6 um auszubilden.
Danach wird das so behandelte Hauptsubstrat 2N entlang der längs ausgerichteten Bruchlinien BL1 und der quer ausgerichteten Bruchlinien BL2 (siehe Fig. 5) aufgeteilt. Daraus ergibt sich eine Mehrzahl von individuellen Kopfsubstraten 2 (siehe Fig. 4), wobei jedes eine homogene Zusammensetzung aufweist und intern mit einem streifenförmigen hohlen Teil 10 ausgebildet ist.
Schließlich werden Treiber-IC 4 (Fig. 2) auf jedem individuellen Kopfsubstrat 2 befestigt und die notwendigen Maßnahmen wie beispielsweise Verbinden mit Anschlußdrähten werden durchgeführt, um den gewünschten thermischen Druckkopf 1 zu erhalten.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren kann das hohle Teil 10 in einfacher Weise durch die Schritte des geeigneten Beschichtens von zwei verschiedenen Rohlingen 2N, 2N' und anschließendes Zusammenpressen und Heizen des Schichtkörpers hergestellt werden. Darüber hinaus kann die Größe und der Aufbau des erhabenen Teils 2a und des hohlen Teils 10 in einfacher Weise durch eine Veränderung der Vertiefung 11a auf den ersten oberen Stempel 11 und der Erhebung 12a des ersten unteren Stempels 12 in Größe und Aufbau eingestellt werden. Beispielsweise kann, wie in Fig. 7 dargestellt ist, die Dicke T2 der Spitze des erhabenen Teils 2a kleiner als die Dicke T1 eines Teils neben dem erhabenen Teil 2a im Oberflächenrohling 2M ausgebildet werden. Weiterhin kann, wie in Fig. 8 dargestellt ist, das erhabene Teil 2a mit einem gebogenen Querschnitt ausgebildet werden, so daß das hohle Teil 10 einen Teilkreis-Querschnitt aufweist.
Bei dem dargestellten Beispiel weisen die entsprechenden Rohlinge 2M und 2M' eine gleiche Dicke auf. Jedoch kann der Oberflächenrohling 2M in der Dicke von dem die Basis bildenden Rohling 2M' abweichen und die die Basis bildenden Rohlinge 2M' können untereinander in ihrer Dicke unterschied lich sein. Durch ein geeignetes Verändern der Höhe und Breite des erhabenen Teils 2a des Oberflächenrohlings 2M während der in den Fig. 6a - 6c dargestellten Schritte können die Dimensionen des hohlen Teils 10 für die benötigte Einstellung der Druckqualität variiert werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der nicht perforierten Rohlinge 2M', die in den Basisschichtkörper 2L (Fig. 6d) eingebracht werden, ebenso optional sein.
Weiterhin werden bei dem dargestellten Beispiel der Heizwiderstand 2, die gemeinsame Elektrode 5 und die individuellen Elektroden 6 direkt auf dem Hauptsubstrat 2N (d. h. dem individuellen Substrat 2) ausgebildet. Jedoch kann die obere Oberfläche des Hauptsubstrates 2N vollständig oder teilweise mit einer Glasurschicht (nicht dargestellt) hergestellt sein, auf der der Heizwiderstand 3, die gemeinsame Elektrode 5 und die individuellen Elektroden 6 ausgebildet sein können.
Darüber hinaus können während der Durchführung der in den Fig. 6e und 6f dargestellten Schritte die entsprechenden Vertiefungen 6' des Oberflächenrohlings 2M im voraus mit einem Kunstharzelement, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, gefüllt werden, der aufgrund thermischer Zersetzung bei hohen Temperaturen von nicht geringer als 500ºC verdampft. In dieser Weise kann eine Verformung des nachfolgend gebildeten hohlen Teils 10 verhindert werden, die ansonsten auftreten würde, wenn das Material des Basisschichtkörpers 2L teilweise in die Vertiefungen 10' aufgrund der angewendeten Kompressionskraft zum Verbinden des Oberflächenrohlings 2M mit dem Basisschichtkörper 2L gedrückt wird. Weiterhin wird das Kunstharzelement, das in die Vertiefungen 10' (hohle Teile 10a) eingepaßt ist, durch thermische Zersetzung aufgrund der Hitze (nicht geringer als 500ºC), die im nachfolgenden Brennschritt erzeugt wird, verdampfen und sich verteilen.
Die Fig. 9 und 10 zeigen ein Kopfsubstrat, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Das Kopfsubstrat des Ausführungsbeispieles ist ähnlich zu dem Kopfsubstrat des Beispieles, jedoch weicht es von diesem in zwei Punkten ab. Zum einen weist das Kopfsubstrat des Ausführungsbeispiels ein hohles Teil 10 auf, das an seinen beiden Enden geschlossen ist. Zum zweiten weist das hohle Teil 10 einen oberen Bereich 10a mit einem trapezförmigen Querschnitt und einen unteren Bereich 10b mit einem rechteckigen Querschnitt auf.
Das Kopfsubstrat mit dem zuvor beschriebenen hohlen Teil 10 kann durch Verwendung des zuvor beschriebenen Oberflächenrohlings 2M (Fig. 5 und 6a) und mehrere die Basis bildenden Rohlinge 2M' (Fig. 6d) wie auch eines in Fig. 11 dargestellten perforierten Rohlings 2M" hergestellt werden. Der perforierte Rohling 2M " weist eine Mehrzahl von Abschnitten auf, die durch längs ausgerichtete Bruchlinien BL1 und quer ausgerichtete Bruchlinien BL2 definiert sind, wobei jeder Abschnitt einen Schlitz 10" an einer Position aufweist, die einem der erhabenen Teile 2a entspricht, die in dem Oberflächenrohling 2M ausgebildet sind. Solch ein Schlitz 10" kann beispielsweise durch das Eindrücken einer Presse hergestellt werden.
Das Verfahren zur Herstellung des Kopfsubstrates gemäß dem Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen dasselbe wie das Verfahren für die Herstellung des Kopfsubstrates gemäß dem Beispiel, soweit die in den Fig. 6a - 6d dagestellten Schritte betroffen sind. Jedoch wird in den in den Fig. 6e und 6f dargestellten Schritten der obere Stempel 11 für ein Zusammendrücken und Erhitzen abgesenkt, während der perforierte Rohling 2M" (siehe Fig. 11) zwischen dem Oberflächenrohling 2M und dem Basisschichtkörper 2L eingefügt gehalten wird. Weiterhin kann zu diesem Zeitpunkt der zweite untere Stempel 12' mit beispielsweise einer streifenförmigen Erhebung ausgebildet sein, so daß eine größere Kompressionskraft auf den streifenförmigen Bereich 13 entlang der entsprechenden quer ausgerichteten Bruchlinien BL2 angewendet wird, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Daher wird durch die Kompression das Material des perforierten Rohlings 2M" und des Basisschichtkörpers 2L an der Position der entsprechenden streifenförmigen Bereiche 13 in die hohlen Teile 10 eingedrückt, um an den den streifenförmigen Bereichen entsprechenden Positionen die hohlen Teile 10 zu verschließen. Daraus ergibt sich, daß dann, wenn das Hauptsubstrat 2N (Fig. 6) später entlang der entsprechenden Bruchlinien BL1 und BL2 aufgetrennt wird, beide Enden des hohlen Teils 10 jedes Kopfsubstrates geschlossen sind.
Gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Höhe des hohlen Teils 10 durch Hinzufügen eines perforierten Rohlings 2M" während der Herstellung des Kopfsubstrates vergrößert. Daher ist es möglich, noch stärker die Hitze zu reduzieren, die sich über das Kopfsubstrat ausgehend vom Heizwiderstand (Element 3 in Fig. 3) ausbreitet, und somit den Leistungsverbrauch zu reduzieren und die Druckqualität zu verbessern. Weiterhin kann durch eine Veränderung der Dicke des verwendeten perforierten Rohlings 2M" die Höhe des hohlen Teils 10 für eine Einstellung der Druckqualität eingestellt werden.
Offensichtlich brauchen bei dem in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel die Enden des hohlen Teils 10 nicht notwendigerweise geschlossen sein, sondern sie können offen gehalten sein, wie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Weiterhin kann die Höhe des hohlen Teils 10 durch Einfügen einer Mehrzahl von perforierten Rohlingen 2M" eingestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Substrates für einen thermischen Druckkopf durch Beschichten und Brennen einer Mehrzahl von Rohlingen (2M, 2M'), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Vorbereiten eines Oberflächenrohlings (2M), der mit mindestens einem erhabenen Teil (2a) ausgebildet ist, das eine Vertiefung (10a) definiert, während auch mindestens ein eine Basis bildender Rohling (2M') vorbereitet wird;

- schichtweises Zusammenfügen des Oberflächenrohlings (2M) und des die Basis bildenden Rohlings (2M'), so daß die Vertiefung (10a) dem die Basis bildenden Rohling (2M') gegenüberliegt; und

- Brennen der so erhaltenen Schichtstruktur (2N);

dadurch gekennzeichnet,

daß der Schritt des schichtweisen Zusammenfügens mit mindestens einem perforierten Rohling (2M) durchgeführt wird, der schichtweise zwischen dem Oberflächenrohling (2M) und dem die Basis bildenden Rohling (2M') angeordnet ist, wobei der perforierte Rohling (2M) einen Schlitz (10b) aufweist, der mit der Vertiefung (10a) des Oberflächenrohlings (2M) übereinstimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte des schichtweisen Zusammenfügens und des Brennens mit einem thermisch auflösbaren Kunstharz durchgeführt werden, der in der Vertiefung (10a) des Oberflächenrohlings (2M) eingepaßt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausbildung des erhabenen Teils (2a), das die Vertiefung (10a) definiert, durch Pressendes Oberflächenrohlings mit Hilfe eines Stempels (11) mit einer Vertiefung (11a) und eines Stempels (12) mit einer Erhebung (12a) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens ein die Basis bildender Rohling (2M') in einem Basisschichtkörper (2L) enthalten ist.