JP2000062230A

JP2000062230A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2000062230A
Application number: JP23689098A
Authority: JP
Inventors: Naomi Osada; 尚省長田; Satoshi Kanbe; 聡神戸
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】記録媒体にインクの良好な転写または発色を
させることのできるサーマルヘッドを簡易な構成にて提
供すること。【解決手段】グレーズ層２上に発熱体３を薄膜形成し
た後に、スパッタリング法または蒸着法にて電極４と導
通部５とを同時に形成し、更に保護膜６をその上に形成
する。記録媒体７は導通部５の上に形成されている保護
膜６とのみ密着し、発熱体３からのジュール熱が導通部
５およびその上に形成される保護部６を介して記録媒体
７に伝えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱転写および感熱
発色プリンタ等に用いられるサーマルヘッドに関し、特
に記録紙に良好な転写または発色をさせることが可能な
サーマルヘッド構造に関する。

【0002】

【従来の技術】サーマルヘッドを用いてインクリボン上
のインクを記録紙上に転写したり、感熱発色する記録紙
（以下、感熱紙と記す）を用いてサーマルヘッドの熱で
発色させる印刷技術が知られている。そして、この種の
印刷技術で用いられるサーマルヘッドには、発熱抵抗体
（以下、発熱体とも記す）をスパッタリング法あるいは
蒸着法等で薄膜形成したいわゆる薄膜サーマルヘッド
が、その性能面の高さから広く用いられている。

【0003】図７は従来の薄膜サーマルヘッドの発熱体付近
を示す平面断面図である。同図に示すように、アルミナ
基板１０１上にガラス質のグレーズ層１０２を形成した
上に薄膜の発熱体１０３を設ける。発熱体１０３に電圧
を印加するための電極１０４は、その一方が図示しない
発熱体駆動ＩＣに接続され、他方は共通電極に接続され
ている。

【0004】発熱体１０３と電極１０４とは、発熱体１０３
における記録紙が移動する方向を長さ方向とした両端部
に電極１０４がオーバーラップして接続され、発熱体１
０３と電極１０４とが接触する部分は電極接合部１０４
ａとされる。そして、グレーズ層１０２、発熱体１０
３、電極１０４をインクリボンまたは記録紙との摩擦に
より生じる摩耗から保護する保護膜１０５がスパッタリ
ング法にて全面に形成される。

【0005】一方、薄膜サーマルヘッドを用いた印刷を行う
際には、薄膜サーマルヘッドと弾性部材からなる図示し
ないプラテンローラとの間に圧力を加えて、記録紙とイ
ンクリボンとの両方または感熱紙よりなる記録媒体１０
６を挟持させる。なお、この時、薄膜サーマルヘッド
は、発熱体１０３の長さ方向略中央から垂直方向に延び
る直線上にプラテンローラの回転中心があるように調整
される。

【0006】そして、この状態で記録媒体１０６を薄膜サー
マルヘッドに対して移動させながら所定の移動量（以
下、ラインピッチと記す）毎に発熱体１０３に通電する
ことにより発熱体１０３からジュール熱を発生させ、こ
の熱が保護膜１０５を通して記録媒体１０６に伝わり、
インクの転写または感熱紙の発色が行われる。

【0007】ここで、発熱体１０３の長さは記録メディアの
種類、ヘッドの解像度、生産性、画質等に応じて適宜定
められるが、一般的にラインピッチの１倍から３倍の長
さに設定されることが多い。

【0008】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の薄膜
サーマルヘッドでは、保護膜１０５がスパッタリング法
にて形成されるので、保護膜１０５はその下層の形状を
なぞるようにして、ほぼ同一膜厚で形成される。このた
め、発熱体１０３にオーバーラップする電極接合部１０
４ａにおいて、保護膜１０５の高さが最も高くなる。

【0009】一方、プラテンローラ径は発熱体１０３の長さ
に比べて十分に大きいので、薄膜サーマルヘッドとプラ
テンローラとの間の圧力を十分に大きくしなければ発熱
体１０３の中央部付近での保護膜１０５と記録媒体１０
６とが密着しなくなる。従って、保護膜１０５を通じて
記録媒体１０６に熱が十分に伝わらず、転写不良または
発色不良が生じる。

【0010】このような不具合を解決するため、従来の薄膜
サーマルヘッドでは、薄膜サーマルヘッドとプラテンロ
ーラとの間に圧力を与えるモータ、ばね等の機構を大型
化して、十分な圧力を発生させていた。

【0011】ところが、大型のモータ、ばね等を使用して薄
膜サーマルヘッドとプラテンローラとの間の圧力を大き
くするためには、これに伴い各機構部品、フレーム等の
強度を上げる必要があり、このことが装置の大型化、コ
ストアップにつながっていた。

【0012】また、圧力を十分に大きくしても図８に示す如
く保護膜１０５に加わる応力は均一ではなく、発熱体１
０３の中央部における応力に比べ電極接合部１０４ａに
おける応力のほうが高くなる。従って、記録媒体１０６
上に異物があると、電極接合部１０４ａ上の保護膜１０
５の応力が限界を超えてしまい、この部分の保護膜１０
５を破損することがあった。そして、その結果、発熱体
１０３、電極１０４を酸化させたり、破損させたりして
抵抗値が変化し、良好な印刷画像が得られなくなるとい
った問題が生じていた。

【0013】ここで、発熱体１０３の長さを長くすれば、電
極接合部１０４ａにおける保護膜１０５への応力を低く
することが可能であるが、記録媒体１０６上に形成され
るドットが長くなってしまうため、記録紙が移動する方
向の画質が相対的に悪くなってしまう。また、プラテン
ローラ径を小さくすることも可能であるが、プラテンロ
ーラがたわみ易くなるので、発熱体１０３の全面に対し
て均一な圧力を加えることが困難になってしまう。

【0014】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明に係るサーマルヘッドは、絶縁基板上に設
けたグレーズ層と、前記グレーズ層上に薄膜形成された
発熱体と、記録媒体が移動する方向を前記発熱体の長さ
方向として、前記発熱体に電圧を印加するために前記発
熱体の長さ方向の両端部に形成される電極と、前記発熱
体の長さ方向略中央に、スパッタリング法または蒸着法
にて前記電極と同時形成される前記電極と同一膜厚のプ
レート部とを備えたことを特徴とし、また、前記発熱体
の長さ方向と直交する方向を前記発熱体の幅方向とし
て、前記プレート部近傍における前記発熱体の幅を狭め
た熱集中部を設けたことを特徴とし、また、前記発熱体
の長さ方向略中央に、前記プレート部の長さより長いス
リットを設けたことを特徴とするものである。

【0015】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例に係るサー
マルヘッドの発熱抵抗体付近の平面説明図、図２は図１
に示すサーマルヘッドのＡＡ'線における断面説明図、
図３はサーマルヘッドへの応力分布概念図、図４はグレ
ーズ層の他の形状を示す断面説明図、図５および図６は
発熱抵抗体の他の形状を示す平面説明図である。以下図
面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

【0016】図２に示す本発明の実施例に係るサーマルヘッ
ドにおいて、アルミナ等からなる絶縁基板１上にガラス
質のグレーズ層２を形成した上に薄膜の発熱体３を設け
る構造は従来のサーマルヘッドと同じである。グレーズ
層２は絶縁基板１の欠陥による発熱体３、電極４のパタ
ーン断線を防ぐと共に、発熱体３から発熱した熱を絶縁
基板１側に放熱するのを抑える目的で蓄熱性に優れた材
料が用いられ、その厚さは、プリンタの記録速度、通電
条件、画質等に応じて約３０μｍから２００μｍ程度と
される

【0017】また、発熱体３はスパツタリング法、蒸着法等
で薄膜形成される。発熱体３の薄膜材料としては、Ｎｉ
−Ｃｒ、Ｔａ₂Ｎ、Ｔａ−ＳｉＯ₂、Ｔａ−Ｓｉ、Ｔａ−
Ｓｉ−Ｃ、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｏ、ＺｒＮ、Ｔａ−ＳｉＣなど
が用いられ、通電電力、抵抗値等から、材料、膜厚等が
選定される。

【0018】更に、発熱体３に電圧を印加するための電極４
は、Ａｌ、Ａｕ等が用いられ、その一方が図示しない発
熱体駆動ＩＣに接続され、他方は共通電極に接続されて
いる。電極４は、発熱体３における記録紙が移動する方
向を長さ方向とした両端部にオーバラップするように形
成され、オーバーラップする部分が電極接合部４ａとさ
れる。

【0019】また、サーマルヘッドの発熱体３は、図１に示
すように記録紙が移動する方向と直交する方向に、複数
個列状に配置され、発熱体３の長さはラインピッチの２
倍から５倍の長さに設定され、発熱体３の長さ方向略中
央には、電極４と同一材料、同一膜厚からなる導通部
（プレート部）５が形成されている。そして、導通部５
の幅は発熱体３より狭く、長さは発熱体３の長さより短
く、ラインピッチの１倍から３倍の長さに設定される。

【0020】なお、電極４は、発熱体３の一部にマスキング
を施した後にスパッタリング法または蒸着法にて形成さ
れるが、この時のスパッタリングまたは蒸着における工
程にて導通部５も同時に形成される。従って、電極４と
導通部５とは、同一材料であり、且つ同一膜厚となる。

【0021】更に、グレーズ層２、発熱体３、電極４、導通
部５をインクリボンまたは記録紙との摩擦により生じる
磨耗から保護する保護膜６がスパツタリング法にて全面
に形成されている。保護膜６の材料は耐摩耗性、熱伝導
性等の観点からＴａ₂Ｏ₅、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、Ｓｉ
Ｏ₂、ＢＮ等が用いられる。

【0022】ここで、保護膜６はスパツタリング法にて形成
されているので、保護膜６の下層の形状をなぞるよう
に、ほぼ同一膜厚で形成され、電極接合部４ａおよび導
通部５をオーバーラップする部分の保護膜６の高さが最
も高くなる。

【0023】一方、サーマルヘッドは、発熱体３の長さ方向
略中央から垂直方向に延びる直線上にプラテンローラの
回転中心があるように調整されているので、導通部５の
長さ方向略中央から垂直方向に延びる直線上にプラテン
ローラの回転中心がくる。

【0024】なお、発熱体３の長さは、従来のサーマルヘッ
ドにおける発熱体１０３の長さよりも長いので、発熱体
３とオーバーラップする電極接合部４ａは、発熱体３の
長さ方向中央から離れる。このため、プラテンローラと
サーマルヘッドとの間に挟持される記録紙とインクリボ
ンとの両方または感熱紙よりなる記録媒体７は、導通部
５における保護膜６のみに当接し、図３の応力分布概念
図に示すように、保護膜６への応力は導通部５の長さ方
向中央をピークに導通部５のみに発生する。

【0025】以上のような構成の発熱体３に通電した場合、
導通部５は電極４と同じ材料のため導通部５真下の発熱
体３にはほとんど電流が流れず、導通部５に流れる。こ
のため、導通部５真下の発熱体３はほとんど発熱せず、
導通部５の両側の発熱体３のみが発熱する。

【0026】この時、発熱体３の下部はグレーズ層２により
断熱され、発熱体３からの熱は蓄熱する。一方、発熱体
３の上部の保護膜６には伝熱するが、保護膜６の多くの
部分は記録媒体７と空気層で断熱されているため、発熱
体３は従来のサーマルヘッドの発熱体１０３より高温に
なり易い。

【0027】ところで、電極４を構成する材料はＡｌ、Ａｕ
等の熱伝導性に優れた材料であるので、同一材料で構成
される導通部５もまた熱伝導性に優れる。このため、導
通部５の前後の発熱体３で発生した熱はすみやかに導通
部５に伝わる。導通部５における保護膜６は記録媒体７
と密着しているので、導通部５に伝わった熱は記録媒体
７に伝わり、発熱体３が直接記録媒体７に密着するのと
同等の効果が得られる。

【0028】また、図４で示すように、半径１ｍｍから４ｍ
ｍの曲率を持たせたグレーズ層２ａを用いても良い。こ
の場合、発熱体３にオーバーラップする電極接合部４ａ
は記録媒体７から完全に離れるので、より柔らかい弾性
を持ったプラテンローラでも電極接合部４ａにオーバー
ラップする保護膜６に当接することがなくなり、プラテ
ンローラとサーマルヘッドの位置調整を容易に行うこと
ができるという利点がある。

【0029】また、図５および図６は発熱体の他の形状を示
す平面説明図である。図５に示す発熱体３ａは、導通部
５の近傍における発熱体３ａの幅を狭くした熱集中部８
を設けてあり、図１で示す発熱体３に通電した場合、発
熱体３の全体から均一にジュール熱が発生するのに対
し、図５で示す発熱体３ａに通電した場合、熱集中部８
に電流が集中するため、熱集中部８でのジュール熱の発
生が他の部分より多くなる。従って、熱集中部８の近傍
に位置する導通部５の温度がより高くなり、同一通電エ
ネルギーでも転写または発色濃度が高くなる利点があ
る。なお、この時、グレーズ層２の形状は図４に示すよ
うに曲率を持たせても良い。

【0030】また、図６に示す発熱体３ｂは、その長さ方向
中央に発熱体３ｂを２本に分割するスリット９が設けて
あり、スリット９で分割された発熱体３ｂの長さ方向中
央に導通部５を設けてある。このような、発熱体３ｂに
通電した場合、スリット９により分割された部分でのジ
ュール熱の発生が他の部分より多くなる。従って、導通
部５の温度がより高くなり、同一通電エネルギーでも転
写または発色濃度が高くなる利点がある。なお、図６で
は、スリット９を１本のみ設け、発熱体を２分割した例
を示したが、２本のスリットを設けて３分割としても良
いことは言うまでもない。

【0031】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、発熱体長さ方
向略中央にプレート部を設けたので、このプレート部上
の保護膜の高さを高くすることができ、プラテンローラ
とサーマルヘッドとの間の圧力によって記録媒体に密着
する部分はプレート部のみとなり、少ない圧力で十分な
密着力が得られる。この結果、サーマルヘッドとプラテ
ンローラとの間に圧力を与えるモータ、ばね等の機構を
小型化でき、それに伴い、各機構部品、フレーム等の強
度も下げることができるので、装置の小型化、低コスト
化が可能になる。

【0032】また、発熱体にオーバーラップする電極接合部
における保護膜に応力が掛からないので、記録媒体上に
異物があっても電極における保護膜を破壊することが防
止できるだけでなく、プラテンローラ径を細くする必要
もないので、発熱体の全面にわたり均一な圧力を与える
ことができる。

【0033】また、プレート部はスパッタリング法または蒸
着法にて発熱体上に電極を形成する際の同一工程にて形
成されるため、製造工数を増加させることなく形成する
ことが可能である。

【0034】更に、プレート部の長さを自由に設定できるこ
とで、印刷で形成されるドット形状を自由に設定でき、
かつ、プレート部前後の発熱体からすみやかに熱伝導さ
れるので、良好な画質を得ることができる。

【0035】また、請求項２および３の発明によれば、発熱
体におけるプレート部の近傍部分を効率的に発熱させる
ことができるため、記録媒体への転写または発色の濃度
を少ない通電エネルギーでも高められるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るサーマルヘッドの発熱抵
抗体付近の平面説明図である。

【図２】本発明の実施例に係るサーマルヘッドの発熱抵
抗体付近の断面説明図である。

【図３】本発明の実施例に係るサーマルヘッドへの応力
分布概念図である。

【図４】グレーズ層の他の形状を示す断面説明図であ
る。

【図５】熱集中部を設けた発熱体の形状を示す平面説明
図である。

【図６】スリットを設けた発熱体の形状を示す平面説明
図である。

【図７】従来のサーマルヘッドの発熱抵抗体付近の断面
説明図である

【図８】従来のサーマルヘッドへの応力分布概念図であ
る。

【符号の説明】

１…絶縁基板２、２ａ、１０２…グレーズ層３、３ａ、３ｂ、１０３…発熱体４、１０４…電極４ａ、１０４ａ…電極接合部５…導通部（プレート部）６、１０５…保護膜７、１０６…記録媒体８…熱集中部９…スリット１０１…アルミナ基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】絶縁基板上に設けたグレーズ層と、前記グレーズ層上に薄膜形成された発熱体と、記録媒体が移動する方向を前記発熱体の長さ方向とし
て、前記発熱体に電圧を印加するために前記発熱体の長
さ方向の両端部に形成される電極と、前記発熱体の長さ方向略中央に、スパッタリング法また
は蒸着法にて前記電極と同時形成される前記電極と同一
膜厚のプレート部とを備えたことを特徴とするサーマル
ヘッド。
【請求項2】前記発熱体の長さ方向と直交する方向を前
記発熱体の幅方向として、前記プレート部近傍における
前記発熱体の幅を狭めた熱集中部を設けたことを特徴と
する請求項１記載のサーマルヘッド。
【請求項3】前記発熱体の長さ方向略中央に、前記プレ
ート部の長さより長いスリットを設けたことを特徴とす
る請求項１または２記載のサーマルヘッド。