JP2000094729A

JP2000094729A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2000094729A
Application number: JP30092498A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamaguchi; 晃山口
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JP3421255B2

Abstract

(57)【要約】【課題】サーマルヘッドにより感熱記録材料に感熱記録
する際のスティッキングの発生を防止する。【解決手段】セラミック基板上に蓄熱部である蒲鉾状の
グレーズが配置され、その上に発熱素子および一対の電
極が配置され、さらにその上に、これらを保護する保護
膜が積層されたサーマルヘッドであって、最外層の保護
膜としてカーボン保護膜を有し、前記グレーズが、その
頂上部に、さらに、小さな突起状の第二のグレーズを設
けた形状を有する２段グレーズであるサーマルヘッド、
または、前記一対の電極間の距離であるヒータ長が１５
０μｍ以下であるサーマルヘッドを提供することにより
前記課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種のプリンタ、
プロッタ、ファックス、レコーダ等に記録手段として用
いられる感熱記録を行うためのサーマルヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断画像の記録に、フィルムや紙
等の支持体の片面に感熱記録層を形成した感熱記録材料
（以下、メディアとする）を用いる感熱記録が利用され
ている。感熱記録は湿式の現像処理が不要であり、取り
扱いが簡単である等の利点を有することから、近年で
は、超音波診断のような小型の画像記録のみならず、Ｍ
ＲＩ診断やＸ線診断等の大型かつ高画質な画像が要求さ
れる用途において、医療診断のための画像記録への利用
も検討されている。

【０００３】感熱記録装置においては、１ライン分の画
素数に相当する個数の発熱素子を主方向に配列したグレ
ーズを有するサーマルヘッドを用い、グレーズをメディ
アの感熱記録層に若干押し当てた状態で、両者を主方向
と略直交する副方向に相対的に移動させながら、記録画
像の画像データに応じて、グレーズの各発熱素子に記録
エネルギを与えて加熱することにより、メディアの感熱
記録層を加熱して画像記録が行われる。

【０００４】このようなサーマルヘッドは、その一例の
等価回路を図７に示すように、スイッチ素子６４を介し
て電源とグランドとの間に発熱素子６２を接続して構成
されている。スイッチ素子６４は、例えば、各画素の画
像データをパルス幅変調した制御信号によってそのオン
オフが制御され、発熱素子６２は、スイッチ素子６４を
介して、制御信号のハイレベルのパルス幅に相当する時
間通電されることにより、画像データに対応する所定の
温度に制御される。

【０００５】また、図８に、従来のサーマルヘッドの断
面構造図を示す。図に示すように、サーマルヘッド６６
は、物理的に、ベース６８上のセラミック基板７０の上
に、蒲鉾状（半円または半楕円状）のグレーズ７２を配
置し、このグレーズ７２の上に発熱素子７４および一対
の電極７６ａ、７６ｂを配置し、さらに、これらのセラ
ミック基板７０、グレーズ７２、発熱素子７４および一
対の電極７６ａ、７６ｂの上に、耐摩耗性に優れた材
料、例えば窒化珪素（Ｓi3Ｎ4 ）からなる絶縁性保護膜
７８を積層した構造を有する。グレーズ７２は、各々の
発熱素子７４が発生する熱を保持する蓄熱部である。

【０００６】図９に、図８のサーマルヘッド６６の平面
図を示す。図に示すように、発熱素子７４は、帯状の発
熱抵抗体であり、グレーズ７２の両側のセラミック基板
７０上まで延在されている。また、発熱素子７４は、画
素密度に応じて各画素毎に所定の間隔ｐで、１ラインに
相当する画素数分のものが配置されている。

【０００７】また、一対の電極７６ａ、７６ｂは、発熱
素子７４を通電するための配線の役割を果たすものであ
り、発熱素子７４と略同じ幅で発熱素子７４の上に被覆
されている。この一対の電極は、例えば、Ａｌ等の金属
から成り、一方が共通の電源に接続されたコモン側電極
７６ａであり、他方が接地されたグランド側電極７６ｂ
である。なお、コモン側電極７６ａとグランド側電極７
６ｂとの間には、発熱素子７４が被覆されずに露出され
ている部分がある。この露出部分は、グレーズ７２の頂
上部にあり、その長さＬをヒータ長という。このヒータ
長Ｌの部分は、発熱素子７４が発生する熱を絶縁性保護
膜７８を介して付与し、メディアを発色させる記録画素
の１ドットに相当する。

【０００８】なお、サーマルヘッド６６の発熱素子７
４、一対の電極７６ａ、７６ｂおよび絶縁性保護膜７８
は、例えばＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、蒸着、フ
ォトリソグラフィ等の半導体装置の製造技術を利用して
製造される。従って、絶縁性保護膜７８は、エッチング
等によって形成された電極上に蒸着されるため、絶縁性
保護膜７８の頂部にもコモン側電極７６ａ、グランド側
電極７６ｂ間の凹部に応じて同様な凹部が形成される。

【０００９】ところで，窒化珪素（Ｓi3Ｎ4 ）膜の場
合、熱伝導率は、８〜４０［Ｗ／ｍ・Ｋ］であるのに対
して、カーボン膜の場合には、熱伝導率は、８０〜２３
０［Ｗ／ｍ・Ｋ］であり、窒化珪素膜に比べてカーボン
膜の方が熱伝導率が１０倍以上よい。また、カーボン膜
は、耐摩耗性にも優れている。そのため、図１０に示す
ように、絶縁性保護膜７８の外側にさらにカーボン保護
膜８０を積層したものが考えられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ン膜は熱伝導性がよいため、熱が広がり易く、メディア
は、その記録中心（ヒータ長Ｌの中心）から（メディア
搬送方向に）離れても加熱され易いため、メディアの冷
める場所が記録中心から遠くなる。図１１に示すよう
に、メディアＳは、回転するプラテンローラ８２によっ
てサーマルヘッド６６に押しつけられつつ搬送される
が、このとき記録中心からメディアＳの搬送方向への距
離をｘとする。また、図１２に、メディアＳの温度とそ
の搬送トルクの関係を示す。メディアＳは、例えばＰＶ
Ａ（ポリビニールアルコール）等のバインダの中に、感
熱で発色する発色材が入った構成をしている。従って、
メディアＳが固いうちは、温度上昇とともに搬送トルク
も大きくなって行き、ガラス転移温度Ｔｇ付近で極大と
なる。それより高温ではメディアＳが柔らかくなると滑
り、搬送トルクは小さくなって行く。例えば、前記ＰＶ
Ａの場合、ガラス転移温度Ｔｇは６５℃〜８５℃であ
る。

【００１１】図１３に、メディアＳの記録中心からの距
離ｘとメディアＳの温度との関係を示す。図に示すよう
に、記録中心付近ではメディアＳはよく加熱されその温
度は充分高いが、そこから進んで記録中心から離れて行
くとしだいに温度は下がり、あるところ、例えば記録中
心からｘｍのところでガラス転移温度Ｔｇを通過する。
このｘｍより記録中心に近いところでは、Ｔｇより高い
ためメディアＳは柔らかくなっており、ｘｍより遠いと
ころではＴｇより低いため固くなっている。従って、ｘ
ｍの位置より記録中心に近い側では、メディアＳは、滑
り易くなっている。

【００１２】また、図１４に、メディアＳの記録中心か
らの距離ｘと、メディアＳのサーマルヘッドへの接触の
安定度との関係を示す。図１１からもわかるように、記
録中心付近では良く接触しているが、記録中心から離れ
て行くと接触の安定度は悪く（低く）なる。そして、あ
る程度接触の安定度が低くなると（例えば、図１４のＫ
点）、スティッキングが発生し易くなる。このときの記
録中心からの距離をｘｓとする。

【００１３】従って、前記ガラス転移温度Ｔｇに達する
距離ｘｍが、この距離ｘｓより大きいと（ｘｍ＞ｘ
ｓ）、接触の安定度の悪い領域で搬送トルクの上がるガ
ラス転移温度Ｔｇとなる。その結果、メディアＳは、接
触の安定度が悪いにもかかわらず、それだけの搬送トル
クがないとメディアＳをサーマルヘッドに押圧する圧力
やその押圧位置等が最適化されず、サーマルヘッドがメ
ディアＳにきちんと接触せず、記録画像がかすれたり、
サーマルヘッドとメディアＳが当たったり当たらなかっ
たりして、スティッキングが発生するという問題があ
る。

【００１４】本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされ
たものであり、スティッキングの発生を防止することの
できるサーマルヘッドを提供することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第一の態様は、セラミック基板上に蓄熱部
である蒲鉾状のグレーズが配置され、その上に発熱素子
および一対の電極が配置され、さらにその上に、これら
を保護する保護膜が積層されたサーマルヘッドであっ
て、最外層の保護膜としてカーボン保護膜を有し、前記
一対の電極間の距離であるヒータ長が１５０μｍ以下で
あることを特徴とするサーマルヘッドを提供する。

【００１６】また、前記課題を解決するために、本発明
の第二の態様は、セラミック基板上に蓄熱部である蒲鉾
状のグレーズが配置され、その上に発熱素子および一対
の電極が配置され、さらにその上に、これらを保護する
保護膜が積層されたサーマルヘッドであって、最外層の
保護膜としてカーボン保護膜を有し、前記グレーズが、
その頂上部に、さらに、小さな突起状の第二のグレーズ
を設けた形状を有する２段グレーズであることを特徴と
するサーマルヘッドを提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のサーマルヘッドに
ついて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に
説明する。

【００１８】図１は、本発明のサーマルヘッドを用いた
感熱記録装置の一実施形態の概念構成図である。同図
は、記録速度可変の感熱記録装置１０の一例を示すもの
で、画像記録制御装置（以下、単に制御装置という）１
２の制御によって、プラテンローラ１４とサーマルヘッ
ド１６との間に、シート状のメディアＳを挟持した状態
で矢印Ｙ方向に搬送しながら、サーマルヘッド１６で１
次元方向（矢印Ｘ方向）に階調画像を記録することによ
り、メディアＳに２次元的階調画像を記録するものであ
る。

【００１９】ここで、プラテンローラ１４は、制御装置
１２の作用の下、ステップモータ１８により回転駆動さ
れ、メディアＳを所定速度で矢印Ｙ方向に搬送する。ま
た、サーマルヘッド１６は、１次元方向（矢印Ｘ方向）
に多数の発熱素子２０を配列して構成され、各発熱素子
２０は、制御装置１２から供給される所定電圧の駆動電
流によってメディアＳを所定の階調で発色させるべく発
熱する。

【００２０】制御装置１２は、画像の記録速度に応じ
て、メディアＳに対するサーマルヘッド１６の押圧力、
あるいはメディアＳに対するプラテンローラ１４の押圧
力を制御する。また、制御装置１２は、サーマルヘッド
１６の電源電圧、画像データの補正処理、記録画像の１
画素当たりの発熱分散数等を制御しつつ、感熱記録装置
１０全体の動作を制御する。

【００２１】図２に、本発明の第一実施形態に係るサー
マルヘッド１６の断面図を示す。図に示すように、サー
マルヘッド１６は、物理的に、ベース２２の上のセラミ
ック基板２４の上に、高さＨ、幅Ｗの蒲鉾状（半円また
は半楕円状）のグレーズ（部分グレーズ）２６を配置
し、このグレーズ２６の上に発熱素子２０および一対の
電極２８ａ、２８ｂを積層し、さらに、これらの上に保
護膜が積層されている。この保護膜は、内側に例えば窒
化珪素（Ｓi3Ｎ4 ）等からなる絶縁性保護膜３０が、そ
してその外側に耐久性および導電性にすぐれたカーボン
保護膜３４が積層されて構成されている。絶縁性保護膜
３０は、各電極２８ａ、２８ｂが短絡しないようにする
ために必要とされるものである。

【００２２】なお、絶縁性保護膜３０とカーボン保護膜
３４との間に、これらの密着のための中間層３２を設け
ることが好ましい。中間層３２の成分としては、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリ
ブデン）および、これらの混合物等が好適に例示され
る。中でも特に、カーボンとの結合性等の点で、Ｓｉ、
Ｍｏが好ましく、最も好ましくは、Ｓｉである。また、
導電性保護膜として用いるカーボン保護膜３４は、スパ
ッタリングによって生成するのが好ましい。また、カー
ボン保護膜３４は、化学的に非常に安定であるため、そ
の下の中間層や絶縁層の化学腐食を有効に防止し、サー
マルヘッドの耐久性向上に好適である。

【００２３】また、図３に、図２のサーマルヘッド１６
の平面図を示す。図に示すように、発熱素子２０は、幅
（ヒータ幅）ｓの帯状の発熱抵抗体であり、グレーズ２
６の幅Ｗ方向両側のセラミック基板２４上まで延在され
ている。また、発熱素子２０は、例えば画素密度が３０
０ｄｐｉ（dot ／inch）のサーマルヘッドであれば、８
４．７μｍ間隔というように、各画素毎に所定の間隔ｐ
で、１ラインに相当する画素数分のものが配置されてい
る。

【００２４】また、一対の電極２８ａ、２８ｂは、発熱
素子２０を通電するための配線の役割を果たすものであ
り、発熱素子２０と略同じ幅ｓで発熱素子２０の上に被
覆されている。なお、電極２８ａと２８ｂとの間は、長
さ（ヒータ長）Ｌにわたって発熱素子２０が被覆されず
に露出されている。この露出部分は、グレーズ２６の頂
上部にあり、発熱素子２０が発生する熱を保護膜３０、
３４を介してメディアＳに付与し、メディアＳを発色さ
せる記録画素の１ドットに相当する。

【００２５】本実施形態は、このヒータ長Ｌを１５０μ
ｍ以下にしてスティッキングを防止するようにしたもの
である。前述したように、図１４に示す接触の安定度が
良い範囲の限界である（記録中心からの）距離ｘｓ以内
においてガラス転移温度Ｔｇに達しても問題ないが、距
離ｘｓを越えた範囲でガラス転移温度Ｔｇになるとステ
ィッキングが発生する。従って、スティッキング防止の
ためには、図１３に示すガラス転移温度Ｔｇに達する
（記録中心からの）距離ｘｍより、この距離ｘｓが大き
くなるようにすればよいことになる。つまり、距離ｘｍ
を小さくして、距離ｘｓを大きくすることである。本発
明の第一実施形態は、ヒータ長Ｌを短くすることによ
り、熱を集中させて、前記距離ｘｍを小さくしようとい
うものである。

【００２６】実際に記録を行い、その画質で判定した結
果を図４に示す。図４において、◎は、スティッキング
の発生は全くなし、○は、流すメディアによって異なる
が活剤等が入っているものではスティッキングの発生は
ほとんどなし、△は、比較的スティッキングの発生は抑
制された。××は、スティッキングが発生し、多数のス
ジが認められた。図４に示すように、スティッキング防
止に効果のあるヒータ長Ｌの値としては、１５０μｍ以
下、好ましくは１１０μｍ以下であり、特に５０μｍが
最も効果があることが分かった。逆に２００μｍでは、
スティッキングが発生した。

【００２７】次に、本発明の第二実施形態について説明
する。図５に、本発明の第二実施形態に係るサーマルヘ
ッド１１６の断面図を示す。図５に示すように、第二実
施形態のサーマルヘッド１１６は、グレーズがお供え餅
のように２段になっている、いわゆる２段グレーズであ
る。

【００２８】サーマルヘッド１１６は、ベース１２２上
のセラミック基板１２４の上に第一実施形態と同様の蒲
鉾状のグレーズ１２６ａが配置され、さらにその上に小
さな蒲鉾状の第二のグレーズ１２６ｂが配置されてい
る。この２段に配置されたグレーズ１２６ａ、１２６ｂ
の上に、発熱素子１２０および一対の電極１２８ａ、１
２８ｂが積層されている。さらにその上に、絶縁性保護
膜１３０、中間層１３２およびカーボン保護膜１３４が
積層されている。従って、図５に示すように、これら絶
縁性保護膜１３０、中間層１３２およびカーボン保護膜
１３４は、前記第二のグレーズ１２６ｂの形状にあわせ
て、サーマルヘッド１１６の頂上付近において上に盛り
上がっている。

【００２９】このように、第二のグレーズ１２６ｂを設
け２段グレーズとし、サーマルヘッド１１６の頂上部が
尖るようにしたため、ここに圧力を集中させることがで
き、メディアＳに対する押圧力の実効圧を上げることが
できる。すなわち、２段グレーズにすると接触の圧力が
上がり、接触の安定度もよくなる。そのため、図６に示
すように、接触の安定度が良い領域が、それまで記録中
心からの距離ｘｓであったのが、距離ｘｓ’まで広が
り、それだけスティッキングを防止することができるよ
うになった。なお、図４に示すように、２段グレーズに
した場合には、ヒータ長Ｌが１１０μｍのときにも優れ
たスティッキング効果を発揮する。

【００３０】以上、２つの実施形態では、ヒータ長Ｌを
短くすること、および２段グレーズを採用することによ
り、それぞれ前記距離ｘｍを小さくすること、および距
離ｘｓを大きくすることを実現してスティッキングを防
止している。前記距離ｘｍを小さくすること、および距
離ｘｓを大きくすることを実現するには、これ以外に、
プラテンの径を大きくすること、あるいはプラテンの硬
度を小さくすることも考えられる。ただし、これらの方
法では、プラテンの径を大きくすると、それに合わせて
サーマルヘッドの方も大きくする必要があるし、プラテ
ンをあまり柔らかくしすぎると、負荷変動にムラを生じ
るという問題もある。これらの問題を考慮して、上記実
施形態およびこれらの方法をいくつか組み合わせること
で、より効果的にスティッキングを防止することができ
る。

【００３１】以上、本発明のサーマルヘッドについて詳
細に説明したが、本発明は、上述の実施形態には限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の
改良や変更等を行ってもよいのはもちろんである。

【００３２】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明によ
れば、スティッキングの発生を効果的に防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドを用いた感熱記録装
置の一実施例の概略を示す構成図である。

【図２】本発明の第一実施形態に係るサーマルヘッド
の断面図である。

【図３】図２のサーマルヘッドの平面図である。

【図４】本発明の効果を示す説明図である。

【図５】本発明の第二実施形態に係るサーマルヘッド
の断面図である。

【図６】第二実施形態の効果を説明するための線図で
ある。

【図７】サーマルヘッドの一例を示す構成回路図であ
る。

【図８】従来のサーマルヘッドを示す断面図である。

【図９】図８のサーマルヘッドの平面図である。

【図１０】従来の他のサーマルヘッドを示す断面図で
ある。

【図１１】サーマルヘッドによりメディアに記録をす
る様子を示す断面図である。

【図１２】感熱記録におけるメディアの温度とメディ
ア搬送トルクとの関係を示す線図である。

【図１３】同じく感熱記録におけるメディアの記録中
心からの距離ｘとメディアの温度との関係を示す線図で
ある。

【図１４】同じく感熱記録におけるメディアの記録中
心からの距離ｘと、メディアとサーマルヘッドとの接触
の安定度との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１０感熱記録装置１２画像記録制御装置（制御装置）１４、８２プラテンローラ１６、６６、１１６サーマルヘッド１８ステップモータ２０、６２、７４、１２０発熱素子２２、６８、１２２ベース２４、７０、１２４セラミック基板２６、７２、１２６ａ、１２６ｂグレーズ２８ａ、２８ｂ、７６ａ、７６ｂ、１２８ａ、１２８ｂ
電極３０、７８、１３０絶縁性保護膜３２、１３２中間層３４、８０、１３４カーボン保護膜６４スイッチ素子

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年１０月１８日（１９９９．１０．
１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】サーマルヘッド１１６は、ベース１２２上
のセラミック基板１２４の上に第一実施形態と同様の蒲
鉾状のグレーズ１２６ａが配置され、さらにその上に小
さな蒲鉾状の第二のグレーズ１２６ｂが配置されてい
る。この２段に配置されたグレーズ１２６ａ、１２６ｂ
の上に、発熱素子１２０および一対の電極１２８ａ、１
２８ｂが積層されている。さらにその上に、絶縁性保護
膜１３０、中間層１３２およびカーボン保護膜１３４が
積層されている。従って、図５に示すように、これら絶
縁性保護膜１３０、中間層１３２およびカーボン保護膜
１３４は、前記第二のグレーズ１２６ｂの形状にあわせ
て、サーマルヘッド１１６の頂上付近において上に、小
さく突起状に、盛り上がっている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】このように、第二のグレーズ１２６ｂを設
け２段グレーズとし、サーマルヘッド１１６の頂上部が
尖るようにしたため、ここに圧力を集中させることがで
き、メディアＳに対する押圧力の実効圧を上げることが
できる。すなわち、２段グレーズにすると接触の圧力が
上がり、接触の安定度もよくなる。そのため、図６に示
すように、接触の安定度が良い領域が、それまで記録中
心からの距離ｘｓであったのが、距離ｘｓ’まで広が
り、それだけスティッキングを防止することができるよ
うになった。なお、図４に示すように、２段グレーズに
した場合には、ヒータ長Ｌが１１０μｍのときにも優れ
たスティッキング防止効果を発揮する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板上に蓄熱部である蒲鉾状の
グレーズが配置され、その上に発熱素子および一対の電
極が配置され、さらにその上に、これらを保護する保護
膜が積層されたサーマルヘッドであって、最外層の保護膜としてカーボン保護膜を有し、前記一対の電極間の距離であるヒータ長が１５０μｍ以
下であることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】セラミック基板上に蓄熱部である蒲鉾状の
グレーズが配置され、その上に発熱素子および一対の電
極が配置され、さらにその上に、これらを保護する保護
膜が積層されたサーマルヘッドであって、最外層の保護膜としてカーボン保護膜を有し、前記グレーズが、その頂上部に、さらに、小さな突起状
の第二のグレーズを設けた形状を有する２段グレーズで
あることを特徴とするサーマルヘッド。