Brevet FR2662395A1 — publié le 19911129

i La présente invention concerne les impri- mantes thermiques. On rappellera qu'une tête d'imprimante ther- mique comporte, sur une plaque support, une ligne de points chauffants, chacun d'eux étant constitué par un élément électriquement résistant capable de s'échauffer par effet Joule, inséré dans un conducteur d'alimentation en courant qui comporte un interrupteur électronique. Le principe de fonctionnement d'un tel appareil est simple Il consiste d'une part à faire défiler sous la ligne de point, au contact de celle-ci, un ruban de papier sensible à la température et à alimenter successi- vement des séries de points chauffants de manière à porter leur température pendant un temps bref à une valeur supé- rieure à celle de réaction du papier Chaque point ainsi échauffé créera une trace sur le papier dont les dimensions dépendent d'un certain nombre de facteurs tels que la largeur du point chauffant (prise transversalement au sens de défile- ment du papier), la vitesse du papier, le temps de maintien à la température prescrite du point A la séquence sui- vante, ce sont d'autres points qui sont échauffés tandis que les précédents se refroidissent, la trace résultant de la succession de ces séquences formant l'impression désirée. Dans la pratique, les problèmes à résoudre sont nombreux compte tenu des performances de plus en plus élevées qui sont demandées à ces imprimantes. L'un d'eux réside dans la régulation de la température de chaque point chauffant En effet, il faut apporter une énergie déterminée au point pour lui faire atteindre la température nécessaire au marquage du papier. Cette énergie lui est apportée sous forme d'une impulsion électrique (rectangulaire) dont la surface dépend de l'iner- tie thermique du matériau résistif pour atteindre cette température et de la température de départ du point à échauf- fer Or cette température de départ est fonction de facteurs indépendants les uns des autres tels notamment que le temps qui sépare deux impulsions de chauffe et la température ambiante Ces deux facteurs pour un point sont tout à fait aléatoires et variables, l'un dépendant de l'impression à réaliser et l'autre des conditions climatiques et atmosphé- riques du lieu d'utilisation de l'imprimante Il y a donc lieu de connaître cette température de départ pour pouvoir ajuster la quantité d'énergie à fournir au point afin de l'échauffer suffisamment pour obtenir le résultat souhaité. Un échauffement insuffisant se traduit par une absence de marquage ou un marquage trop peu contrasté Un échauffement trop élevé force le marquage et détruit la finesse de l'im- pression. Les imprimantes actuelles sont équipées d'un capteur de température qui se présente sous la forme d'un composant du genre thermistance Ce composant est disposé sur le substrat relativement loin de la ligne de points si bien que le temps de réponse de ce composant est d'un ordre de grandeur (dizaine de secondes) qui n'est pas accep- table, compte tenu des vitesses de changement d'état ther- mique d'une ligne de point résultant des cadences de plus en plus élevées d'excitation On donnera à titre d'exemple des valeurs de l'ordre de la milliseconde en ce qui concerne la période des impulsions à comparer à dix ou vingt secondes de temps de réponse du capteur de température, ce qui conduit à une régulation avec 10 ou 20 000 lignes de points d'impres- sion de retard. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant une tête d'imprimante ther- mique comportant des moyens pour disposer d'une mesure de température des points de chauffe dans un temps de réponse extrêmement bref permettant une régulation fine de la quan- tité d'énergie à apporter à chaque point de chauffe garantis- sant la qualité constante de l'impression d'une part tout au long de la ligne et d'autre part dans le temps. Il apparaît aujourd'hui vain et surtout écono- miquement prohibitif de vouloir capter directement la température (donc l'énergie à apporter) de chaque point à chaque impulsion de chauffe Il est cependant très avanta- geux de pouvoir connaître rapidement la température moyenne de la ligne de points o les températures moyennes de quel- ques tronçons de ligne de point chauffant En effet une première régulation doit permettre de maintenir cette tempé- rature moyenne dans un rapport déterminé avec la température de réaction du papier On améliore ainsi la régularité de l'impression En plus, la connaissance rapide de cette température moyenne permet d'associer sa valeur à d'autres paramètres de fonctionnement de la ligne de points, comme par exemple la fréquence d'excitation de chacun des points pour en tirer des conclusions permettant de "personnaliser" l'apport d'énergie au point considéré et donc d'affiner la régulation. Afin donc d'améliorer la qualité de l'im- pression par une régulation efficace de la température des points chauffants, l'invention a pour objet une tête d'im- primante thermique comprenant sur un substrat isolant, une couche de verre présentant une surface supérieure de support de la ligne de points chauffants et de leurs conducteurs d'alimentation, les conducteurs étant orientés perpendicu- lairement à la ligne de points, une couche protectrice recouvrant la surface supérieure de verre pourvue de la ligne de points et des conducteurs, laquelle tête thermique comprenant à l'aplomb de la ligne de points chauffants et sous cette dernière, un film de matériau thermorésistif isolé électriquement de la ligne de points chauffants. La dissipation de chaleur à partir des points chauffants s'effectue d'une part en direction du papier et d'autre part en direction du substrat Comme, en général, le substrat est équipé sur sa face arrière d'un radiateur de dissipation des calories, le flux thermique s'écoule dans le substrat de manière privilégiée transversalement à celui-ci Il est donc optimal de placer le matériau thermo- résistif à l'aplomb de cette ligne de points car c'est dans cette zone qu'il est soumis au flux thermique le plus intense V Ce film a donc pour première fonction celle de capteur de température par mesure de sa résistance Le temps de réaction de ce capteur sera d'autant plus rapide qu'il est proche de la ligne de points. C'est ainsi que dans un mode préféré de réali- sation, il est placé entre le substrat et la couche de verre, voire au milieu de la couche de verre qui, dans ce cas, sera appliquée en deux fois sur le substrat avec interposition du matériau thermo-résistif entre les deux. Ce n'est pas sortir du cadre de l'invention que de disposer ce capteur, à l'aplomb de la ligne de points sur l'autre face du substrat Cette solution, bien que moins performante est cependant beaucoup plus intéressante que les dispositifs connus a ce jour. Une autre disposition caractéristique de l'invention réside dans le fait que le radiateur de dissi- pation de chaleur est rapporté sur la face du substrat opposée à celle pourvue des points chauffants, par l'inter- médiaire d'une couche d'un matériau thermiquement conducteur. Cette disposition présente un double avantage En premier lieu elle établit un pont thermique qui répartit la chaleur reçue, au travers du substrat par les points échauffés de la ligne Il se produit donc une certaine répartition de la chaleur au niveau de ce pont qui favorise l'échange de chaleur entre les points chauds et les points froids. On favorise l'homogénéisation de la température de la ligne de points En second lieu on améliore très sensiblement l'intimité du contact entre substrat et radiateur, ce qui permet d'améliorer le flux de chaleur de la ligne de points vers le radiateur Ce flux de chaleur, auparavant, présentait une certaine hétérogénéité puisqu'à l'aplomb d'un point chauffé pouvait se trouver un point de mauvais contact entre substrat et radiateur Dans ces conditions, le flux devait emprunter un chemin plus long pour contourner cette discontinuité. Cette disposition de l'invention est notam- ment intéressante lorsque les points chauffants de la ligne ne sont pas physiquement séparés les uns des autres comme c'est maintenant de plus en plus le cas, car elle permet d'égaliser les conditions de refroidissement pour chaque point chauffant d'une ligne. D'autres caractéristiques et avantages ressor- tiront de la description d'un mode de réalisation de l'inven- tion donnée ci-après à titre d'exemple. Il sera fait référence au dessin annexé repré- sentant par une figure unique une tête d'imprimante selon l'invention vue en coupe partielle transversalement à la ligne de points chauffants. La tête d'imprimante thermique représentée comporte de manière classique un substrat 1 en céramique (à base d'alumine) isolant qui constitue la structure de la tête sous forme d'une plaque d'environ un demi-millimètre d'épaisseur, sa largeur étant de l'ordre de la dizaine de centimètres. Selon l'invention, on dépose sur ce substrat un film 2 de matériau thermorésistif comme par exemple du platine Les techniques de dépôt sont connues Il s'agit, par exemple, d'une sérigraphie d'une pâte organométallique qui subit une cuisson aux environs de 10000 C La forme de ce film 2 est déterminée par l'expérience en fonction des valeurs ohmiques requises Elle peut être soit un simple rectangle sur toute la largeur du substrat, soit une frise d'un conducteur plus long Ce film peut être continu élec- triquement ou comporter plusieurs tronçons. La surface supérieure du substrat comportant ce film de matériau thermorésistif est ensuite recouverte, de manière connue, d'une couche de verre 3 (enverrage), également par sérigraphie et cuissons, avec les réserves qui s'imposent pour laisser accessible, aux endroits appro- priés, le film 2 pour des inter-connexions électriques. Sur la couche de verre 3, on procède à la réalisation de couches conductrices en or, que l'on divise ensuite en conducteurs 4 par photogravure (ou tout autre procédé connu). Transversalement à ces conducteurs et sur ceux-ci, on dépose un matériau résistant 5 qui forme la ligne de points chauffants. De manière également connue, ce matériau disposé en une ligne est, soit physiquement divisé en points distincts, chacun d'eux étant inséré dans un circuit d'ali- mentation (conducteurs 4), soit continue et est chauffée par tronçons en fonction des connexions réalisées électro- niquement entre les conducteurs 4 et une source d'alimen- tation. Enfin, une couche de matériau de protection 6 recouvre au moins la zone de la ligne de points chauffants pour isoler électriquement les circuits ainsi réalisés de l'extérieur et pour constituer une garniture de protection de la ligne de points chauffants contre l'abrasion du papier qui défile devant elle. Comme la résistance du film 2 qui est en matériau dont la résistance varie avec la température, est une variable directement proportionnelle à sa tempéra- ture, la mesure de cette résistance donne une indication de sa température et par voie de conséquence une indication sur la température de la ligne de points chauffants Compte tenu de la très faible distance qui les sépare, les varia- tions de température des points chauffants influencent immédiatement la température du film du capteur. La résistance du film varie donc très rapide- ment et un signal qui lui est relatif peut être utilisé comme paramètre de commande d'un asservissement de l'énergie à apporter aux points chauffants, pour par exemple maintenir sensiblement constante la température maximale à laquelle est porté chaque point chauffant. Bien entendu, on pourra diviser le film du capteur en plusieurs tronçons pour obtenir un nombre de mesures plus important et réguler séparément plusieurs groupes de points chauffants car, en fonction de l'impression à réaliser les points chauffants ne sont pas uniformément sollicités. Les relevés de mesure, qui seront nécessaire- ment des valeurs moyennes intéressent plusieurs points qui, en réalité sont à des températures différentes Les données relevées peuvent être traitées en liaison avec les paramètres relatifs à la fréquence d'alimentation des points qui, eux, peuvent être extraits de l'unité de gestion de l'impression il sera alors possible d'affiner la régu- lation. Une autre disposition consiste à chercher de réduire le gradient thermique qui peut exister entre chaque point de manière à réduire la plage de températures dans laquelle doit s'exercer la régulation Pour ce faire, il faut favoriser d'une part la vitesse de refroidissement des points chauds et d'autre part l'échange thermique le long de la ligne de points Pour ce faire, l'invention propose de disposer entre le substrat 2 et un radiateur 7 qui est connu en lui-même et présent sur l'autre face de la plaque 2 en céramique, une couche 8 d'un matériau très conducteur thermiquement (par exemple de l'argent) qui a pour effet, d'une part d'améliorer le contact entre radiateur 7 et plaque 1 donc de favoriser le transfert de chaleur dans l'épaisseur de la tête en direction du radiateur de dissipation et, d'autre part de former un répartiteur de chaleur sous la ligne de points chauffants et donc de promouvoir un échange de chaleur entre points chauds et froids. La tête d'impression selon l'invention ainsi équipée de ce film thermo-résistif (en toute matière appro- priée) possède un avantage supplémentaire Il est en effet possible de se servir de ce film comme d'une résistance de réchauffage de la ligne de points Il faut en effet noter que de telles imprimantes thermiques sont soumises à des condi- tions d'emploi extrêmement sévères car elles peuvent équiper des appareils extérieurs soumis aux climats les plus rigoureux. On peut donc connecter à ce film 2 une source d'énergie électrique, pendant des espaces de temps déterminés (en préalable à l'édition, et pendant l'édition) sous forme d'impulsions ou train d'impulsions, intercalés entre les temps de surveillance et de mesure, le film étant alors connecté à une autre source d'énergie Les interconnexions du film à l'alimentation de mesure ou à celle de puissance (chauffage) peuvent être gérées par un dispositif de commande du genre comportant une fonction de multiplexage si néces- saire. REVENDICATIONS 1 Tête d'imprimante thermique comprenant sur un substrat ( 1) isolant: une couche de verre ( 3) présentant une surface supérieure de support de la ligne ( 5) de points chauffants et de leurs conducteurs ( 4) d'alimentation, les conducteurs étant orientés perpendiculairement à la ligne de point, une couche protectrice isolante et anti érosion ( 6) recouvrant la surface supérieure du verre ( 3) revêtue de la ligne de points ( 5) et des conducteurs ( 4), caractérisée en ce qu'elle comprend, à l'aplomb de la ligne de points chauffants ( 5),un film ( 2) de matériau thermo-résistant, isolé électriquement de la ligne de points ( 5). 2 Tête d'imprimante selon la revendication 1 caractérisée en ce que le film ( 2) est placé entre le substrat ( 1) et la couche de verre ( 3). 3 Tête d'imprimante selon la revendication 1 caractérisée en ce que le film est inséré dans la couche de verre ( 3). 4 Tête d'imprimante selon la revendication 1 caractérisée en ce que le film est placé sur la face du substrat ( 1) opposée à celle pourvue de la ligne de points ( 1). 5 Tête d'imprimante thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un radiateur ( 7) de dissipation de chaleur rapporté sur la face du substrat ( 1) opposée à celle pourvue des points chauffants ( 5), par l'intermé- diaire d'une couche ( 8) d'un matériau thermiquement conduc- teur. 6- Tête d'imprimante selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen pour alimenter séquentiellement le film ( 2) en énergie électrique qu'il dissipe sous forme de chaleur.