Brevet FR2437939A1 — publié le 19800430

La pressente invention concerne une tête d'impression thermique du type de celles ui sont utilisées pour produire sur un papier thermo-sensible une mosaïque de points en chauffant sélectivement à une température de l'ordre de 2500C à 3500C par des signauximpul- sionnels des résistances ponctuelles. Plus particulièrement, l'invention concerne une tête d'impression du type dit à film mince, c'est-à-dire dans laquelle les résistances et les conducteurs sont imprimés sous forme de film mince. Conventionneelement, les têtes d'impression thermique de ce type comprennent un substrat formant piège à chaleur et, sur ce substrat, une couche d'isolation thermique, des résistancesetdes conducteurs en film mince et une couche de protection anti-abrasion. Le piège à chaleur doit être en un matériau de haute conductivité thermique tandis que la couche d'isolation therlicXue doit avoir une conductivité thermique relativement faible. Il a été proposé dans l'art antérieur une tête d'impression thermique dans laquelle le piège à chaleur est en alumine (conductivité thermique 0,21 joule/cmxcmx.c) et la couche d'isolation thermique en verre (0,0092 joule/cmxxmx.c) (cf.I.E.E.E.Transactions on Parts, Hybrids and Packaging, September 1976, "Nes Type Thermal Printing Head Using Thin Film" par Susumu Shibata, Keiji Murasugi et Katsuzo Kaminishi, pages 223-230). Dans toutes les têtes thermiques cornues dans l'art antérieur, la couche d'isolation thermique est en un matériau solide. L'objet del'invention est une tête d'impression thermique ayant une définition d'au moins 8 points par fln et permettant d'imprimer, sans déplacement mécanique de la tête, un papier thermo-sensible de format A 4. Conformément à la caractéristique générale de I' invention, la tête d'impression thermique utilise comme couche d'isolation thermique un substrat souple, de genre polyimide, connu sous le nom commercial de "kapton". Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la tête d'impression thermique a la forme d'un livre à dos rond recoud vert extérieurement d'une feuille de kapton. Le dos du liure est constitué par un piège à chaleur ou radiateur et la feuille de kapton est la partie active de la tête d'impression. Sur le côté eY.tirieur de la feuille de kapton sont imprimés des conducteurs,des bus communs et des résistances, ces d-ernières étant alignées sur la génératrice extrême du dos du livre qui, en fonctionnement, est en contact avec le papier thermo-sensible. D'intérieur du livre forme des compartiments dans lesquels sont placés des blocs moulés de diodes. L'invention va maintenant être décrite en détail en relation avec les dessins annexes, dans lesquels - la Fig. 1 représente la tête d'impression thermique en cours de montage et avant repliage - la Fig. 2 représente la tête d'impression complètement montée et repliée, prête à fonctionner - la Fig. 3 représente le circuit imprimé sur le substrat souple extérieur de la tête thermique d'impression - la Fig. 4 représente le circuit imprimé sur le substrat souple intérieur de la tête thermique d'impression - la Fig. 5 représente un bloc moulé de diodes prêt à être inséré dans les trous percés dans le premier substrat souple - la Fig. 6 représente le schéma a électronique de 1 tête thertr,i ue d'impression ; et - la Fig. 7 est une courbe montrant la température atteinte par une résistance après applications d'un courant correspondant à une puissance donnée par mm dans le cas d'une couche d'isolation thermique en verre et d'une couche d'isolation thermique en kapton. En se référant aux Figs. 1 et 2, qui représentent respectivement la tête d'impression en cours de montage et définitivement montée, celle-ci est constituée de deux substrats souples 11 et 21 en kapton. Le substrat souple 11 est collé sur deux plaques de raidissement 12 et 13 ainsi que sur la partie cylindrique J radiateur 10 ayant la . ox e d'un bloc métallique massif semi- cylindrique. Le substrat souple 21 est collé sur deux plaques de raidissment 22 et 23. Des blocs moulés de diodes 14 soit disposés entre les plaques de raidissement 12 et 22 d'une part et 13 et 23 d'autre part (voir Fis. 1 et 5)o On admettra pour les besoins de la description que les blocs moulés de diodes sont au nombre de huit de chacun 216 diodes0 Les diodes 101 sont placées dans un moule à l'écartement voulu et le riboule est rempli d'une résine thennodurcissable. On borne ainsi huit blocs moulés de diodes 1010 à 101215,... 1011512 à 1011727.Les queues 102 et 103 des diodes 101 de chaque bloc forment deux peignes à dents équidistantes et elles sont enfillées dans des trous 104 et 105 percés dans les raidisseurs 12 et 22, 13 et23, dedans les substrats 11 e-t 21 qui l*s recouvrent. On voit sur la Fig. 5,qui est une coupe d'un compartiment du livre, les queues 102 d'un bloc de diodes et les trous 10 qui sont fraisures au niveau du raidisseur 12, ainsi que les queues 103 et les trous 105 qui sont métallises au niveau du substrat de kapton 21 et fraisurés au niveau du raidisseur 22. Lors du montage, on insère les queues 102 dans les trous 104 et les queues 103 dans les trous 105. Sur la face externe du substrat de kapton 11 sont déposés des fils conducteurs imprimés 106 qui partent des trous 104 et aboulis- sent à des communs 118. A un endroit de leurs parcours, qui corres- pond à la partie du substrat souple 11 qui se trouve sur le plan tangent vertical au radiateur 10, les fils 106 sont faits d'un alliage résistant. Cette zone très courte est dénommée 100 sur les Figs. 1 et 2. On sait qu'il est habituel dans les têtes d'impression thermique de déposer sur un substrat des films résistants, en nichrome par exemple, puis de déposer sur ces films résistants des matériaux bons conducteurs. Ensuite, des opérations de photogravure permettent d'obtenir le schéma électrique désiré. Dans l'exemple de tête d'impression représentée , il y ahuit alignements de trous 1040 à 104215,... 1041512 à 1041727(Fig.3) et huit alignements de trous 1050 à 105215,... 1051512 à 1051727 (Fig. 4). Ces trous 104 et 105 sont reliés aux diodes des blocs de diodes moulées. Les trous des quatre alignements 1040 à 104215,104402 à 104647, 104864 à 1041079, 1041296 à 1041511 sont sur la partie haute du substrat souple il et sont reliés respectivement aux diodes 101o à 101215 du bloc moulé de diodes d'ordre zéro et au fils 1060 à 106215, aux diodes 101432 à 101647 du second bloc moulé de diodes et aux fils 106432 à 106647, aux diodes 101864 à 1011079 du quatrième bloc moulé et aux fils 106864 à 1061079 et aux diodes 1011296 à 1011511 du sixième bloc moulé de diodes et aux fils 1061296 à 1061511. Les trous des quatre alignements 104216 104431, 104648 à 104863' 1041080 à 1 41295' 1041512 à 1041727 sont sur la partie basse du substrat souple 11 et sont reliés respectivement auxdiodes 101216 à 101431 du premier bloc moulé de diodes et aux fils 106216 à 106431, , aux diodes 101648 à 101863 du troisième bloc moulé de diodes et aux fils 106648 à 106863, aux diodes 1011080 à 1011295 du ciniquième bloc moulé de diodes et aux fils 1061080 à 1061295 et aux diodes 1011512 à 1011727 du septième groupe moulé de diodes et aux fils 1061512 à 10617270 Lors du rempliement de la tête d'impression thermique représentée dans la Fig. 1, le substrat souple interne 21 forme un pli 25 (Fig. 2). Sur les bords externes des plaques de raidissement 22 et 23 sont fixés des connecteurs 26-27 et 28-29. Ces connecteurs sont reliés à des fils 116 imprimés sur le substrat souple 21. Ces fils sont représentés sur la Fig. 4. Les fils 106 partent des trous 104 et les fils 116 partent des trous 105. Les trous 104 sont reliés aux trous 105 par les blocs moulés de diodes 14. Plus précisément, l'alignement des trous 1040- 104215 est relié à l'alignement des trous 1050-105215 par le bloc moulé de diodes 140-215 qui comprend les diodes 1010-101215. Les groupes de trous 1040-104215, 104216-104431,104432-104647, 104648-104863, 104864-1041079, 1041080-1041295, 1041296-1041511, 1041512-1041727 sont, d'une part réunis ensemble et d'autre part réunis par groupes respectif aux bornes 0-7 des connecteurs 26, 27, 28 et 29 par les lignes imprimées 1180 à 1187. Les trous métallisés 10502 105216, 105432, 105648, 105864, 1051080, 1051296, 1051512 sont reliés ensemble et par la ligne imprimée 1161ooo à la borne 1000 du connecteur 28. Les trais métallisés 1051, 105217, 105433, 105649, 105865, 1051081, 1051297, 1051513 sont reliés ensemble et par la ligne 1161001 à la borne 1001 du connecteur 28. Les trous métallisés 105215, 105431, 105647, 105863, 1051079, 1051511, 1051727 sont reliés ensemble et par la ligne 1161215 à la borne 1215 du connecteur 26. On a représenté sur la Fig. 6 le premier et le huitième blocs moulés de diodes. Le premier bloc moulé de diodes relie les trous 1040-104215 aux trous métallisés 1050-105215. Le huitième bloc moulé de diodes relie les trous 1041512-1041727 aux trous métallisés 1051512-1051727. Les trous métallisés 1050, 1051512 sont reliés ensemble et àla borne 1000 du connecteur 28. Les trous métallisés 10553, 1051565 sont reliés ensemble et à la borne 1053 de ce connecteur. Les trous métallisés 10554, , 1051566 sont reliés ensemble et à la borne 1054 du connecteur 27. Les trous métallisés 105107, 1051619 sont reliés ensemble et à la borne 1107 du connecteur 27. Les trous métallisés 105108, 1051620 sont reliés ensemble et à la borne 1108 du connecteur 29. Les trous métallisés 105161, 1051673 sont reliés ensemble et à la borne 1161 du connecteur 29. Les trous métallisés 105162, 1051674 sont reliés ensemble et à la borne t162 du connecteur 26. Les tous métalli- 105215, 1051727 sont reliés ensemble et à la borne t215 du connecteur 26. Les fils 1180 et t182 sont reliés par liaison souple aux bornes borbes 0 et 2 du connecteur 29, les fils 1181 et 1183 sont reliés par liaison souple aux bornes 1 et 3 du connecteur 28, les fils 1184 et 1186 sont reliés par liaison souple won bornes 4 et 6 du connecteur 26, les fils 1185 et 1187 sont reliés par liaison souple aux bornes 5 et 7 du connecteur 27. Supposons que l'on veuille chauffer la résistance 1001512. On applique des impulsions de tension d'anilplitude convenable entre les bornes 1000 du connecteur 28 et la borne 7 du connecteur 27. La résistance 1001512 est alors chauffée par le chemin borne 1000 du connecteur 28, ligne imprimée 116tooo, trou métallisé 1051512, diode 1011512, trou 1041512, fil 1061512, résistance 1001512, commun 1187 et borne 7 du connecteur 27 par liaison souple. A titre d'exemple, les résistances 100 sont en nichrome ou en nitrure de tantale, les fils imprimes conducteurs 106 sont en or. La couche de protection anti-abrasion 30 est en carbure de silicium. Les raidisseurs 12, 22, 13, 23 sont en résine epoxy. La Fig 7 représente la température en degrés centigrades atteinte par une résistance au bout d'un temps exprimé en milli 2 secondes. On voit que, avec une puissance par mm moitié pour le kapton que pour le verre, la température atteinte au bout d'un certain temps est sensiblement la même pour les deux matériaux. La conductivité thermique du kapton est de 0,0015 joule/cm x C, ce qui est une valeur de coriductivité proche de celle de la résine epoxy. Le kapton a donc les avantages de cette dernière comme couche d'isolation thermique avec en plus la souplesses R E V E N D I C A T I O N S 1 - Tête d'impression thermique à haute définition comprenant un radiateur, une pluralitU de rsistances ponctuelles alignées contre ledit radiateur et une couche d'isolation thermique interpose entre le radiateur et les résistances, caractérisée en ce que la couche d'isolation thermique est un substrat souple du genre polyimide connu sous le nom commercial de kapton. 2 - Tête d'impression thermique à haute définition conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle a la forn:e d'un livre à dos rond, que le dos du libre est formé par un radiateur semicylinrique métallique, que les résistances sont alignées le long de la génératrice médiane dudit radiateur semi-cylindrique et que le dos et les plats du livre sont recouverts d'une feuille extérieure de kapton portant extérieurement des résistances imprimées et des conducteurs imprimés d'amenée des impulsions électriques aux dites résistances. 3 - Tête d'impression thermique e haute définition conforme à la révendication 2, caractérisée ell ce que l'intérieur du livre comporte deux compartiments contenant des blocs moulés de diodes, une diode étant insérée dans le circuit électrique de chaque résistance. 4 - Tête d'impression thermique a haute définition conforme à la revendication 3, caractérisée en ce que le livre à dos rond contient une feuille intérieure repliée de kapton, des connecteurs fixés à ladite feuille repliée de kapton et des conducteurs imprimés sur cette feuille et connectés au @ bornes desdits connecteurs et en ce que les blocs moulés de diodes ont clos fils de connexion qui traversent des trous prévus dans la feuille extérieure de kapton et dans la feuille intv rieure dc kaptpn et sont reliés au conducteurs imprimés sur ces feuilles.