JP2001063119A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーマルヘッドを用いた孔版原紙に対する穿
孔の高精細化および連続穿孔不良の低減、並びに感熱記
録紙等に対する印字のさらなる高精細化を達成する。 【解決手段】 このサーマルヘッドでは、第１の電極４
ａおよび第２の電極４ｂの延びる方向と発熱抵抗体５の
長手方向とのなす角が２５度ないし６５度のいずれかの
角度で斜めになるように設定されているので、発熱に有
効な平行電界が狭い領域内に形成されてこの部分に発熱
が集中し、発熱領域６の大きさをさらに微細化すること
ができる。その結果、微細な穿孔８が穿設された高精細
な孔版原紙を穿孔製版して印刷品質の高い印刷を達成す
る。あるいは普通紙に対する印字品質の高い高精細な印
字を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は孔版印刷等における
孔版原紙の穿孔製版あるいは感熱記録紙や普通紙に対す
る印字記録に使用されるサーマルヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種記録装置の画像形成に使用されてい
るサーマルヘッドには、薄膜形成技術による薄膜式サー
マルヘッドと、これによらない厚膜式サーマルヘッドと
がある。このようなサーマルヘッドを利用して孔版印刷
用の孔版原紙の穿孔製版を行うにあたっては、隣り合う
穿孔どうしの間に離間部を確実に形成し、きめ細かい穿
孔を形成することが印刷品質を高める上で要求されてい
る。また、Ａ２判あるいはさらに大判の孔版印刷を可能
とするために、サーマルヘッドの大判化対応が要求され
ている。また、一般に穿孔製版装置の製造プロセス中に
おいてサーマルヘッドの製造プロセスの煩雑さや製造コ
ストが高い比率を占めていることから、そのようなサー
マルヘッドの製造プロセスの簡易化および製造コストの
低廉化も要求されている。

【０００３】ところで、一般に薄膜式サーマルヘッドは
半導体製造工程と同様のスパッタリング装置や真空蒸着
装置などの高価な半導体製造装置を用いた高度なプロセ
スで作製されるので、電極や発熱素子のパターン寸法の
微細化に好適である反面、その製造工程が煩雑で製造コ
ストも高価なものとなり、しかも高々８〜１２インチ程
度の大きさのものまでしか一度に作製できない。また一
方、厚膜式サーマルヘッドは、簡易な製造方法であるス
クリーン印刷法によって作製されるので低コストで製造
することができ、また大判のものを簡易に作製可能であ
る。このように薄膜式サーマルヘッドと厚膜式サーマル
ヘッドとは相違点がある。

【０００４】厚膜式サーマルヘッドは一般に、セラミッ
ク等の絶縁性基板上に電極が複数本所定の間隔を置いて
配列形成され、それら電極の上面に直線状パターンの発
熱抵抗体が積層されて、その主要部が構成されている。
電極に対して印字内容に対応した駆動電圧が印加される
と、隣り合う電極どうしの間で所定の電位差が生じ、そ
の間の発熱抵抗体に電流が流れて、その通電エネルギに
応じた熱が発熱抵抗体から発せられる。その熱が記録媒
体に接触する表面部分に向かって拡散しつつ伝搬して行
き、記録媒体に対して感熱印字あるいはリボン転写印字
が行なわれる。このようなサーマルヘッドによれば、電
極間に形成される個々の発熱素子の発熱領域よりも広い
範囲で連続した画像（印字ドット）が形成されるので、
感熱記録紙印字方式あるいはリボン転写印字方式の印字
装置による高品質な印字品質の印字画像を得ることがで
きる。しかも、前述のようにサーマルヘッド全体の大判
化対応や低コスト化が可能であるという利点もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような厚膜式サーマルヘッドを孔版印刷に用いた場合、
その主走査方向（孔版原紙の幅方向）においては電極の
配列間隔を調整することで穿孔寸法を微細化することが
可能だが、副走査方向（孔版原紙の走行方向）において
は、発熱抵抗体の幅を 100μｍよりも狭い寸法に形成す
ることが極めて困難である。このため、従来の厚膜式サ
ーマルヘッドでは、一般に孔版原紙の穿孔寸法の微細化
が極めて困難であるという問題がある。

【０００６】しかも、発熱抵抗体から発せられた熱は記
録媒体に対する印字（熱印加）の行なわれる表面まで拡
散しつつ伝搬するので、最終的に記録媒体に対して印加
される熱の１ドットあたりの大きさ（つまり表面におけ
る見かけの発熱領域の大きさ）はさらに大きくなり、本
来は１個１個が離間部を隔てて離れて形成されなければ
ならない穿孔が複数個連続してしまい、連続穿孔不良が
発生するという問題がある。このような連続穿孔不良が
発生した孔版原紙を用いて印刷を行うと、印刷用紙に裏
抜けや裏移りといった印刷不良が発生することになる。
このような印刷不良の発生を防ぐためには、発熱抵抗体
による発熱領域を従来よりさらに小さくしなければなら
ないが、従来の厚膜式サーマルヘッドでは上記のように
発熱抵抗体の幅方向の寸法の微細化が既に限界に達して
いることから、そのような発熱領域のさらなる微細化が
極めて困難であった。

【０００７】また、一般的な感熱記録紙に対する加熱印
字方式あるいはインクリボンなどを用いた転写印字方式
の印字装置に厚膜式サーマルヘッドを用いる場合にも、
発熱抵抗体の幅を 100μｍよりも狭い寸法に形成するこ
とが困難であることに起因して、印字解像度のさらなる
向上（換言すれば印字画像のさらなる高精細化）が極め
て困難であるという問題がある。

【０００８】一方、上記のような孔版原紙の穿孔寸法の
微細化や印字画像のさらなる高精細化という点では、薄
膜式サーマルヘッドが有利である。薄膜式サーマルヘッ
ドは、その製造プロセス上、発熱抵抗体の幅や形状を厚
膜式と比較して極めて微細に形成することができるから
である。しかしその反面、前述したように製造プロセス
が煩雑で製造コストも高価となり、また大判化対応が困
難である。特にこの大判化対応という点においては、１
個１個が小さく製造された複数のサーマルヘッドをつな
ぎ合わせることによって大判のサーマルヘッドを構成す
ることになるので、そのつなぎ目の部分に発熱不良が発
生することが避けられず、その部分における印刷に白ス
ジ欠陥が発生するという問題がある。あるいは、つなぎ
合わせに極めて高度な位置合せ精度が要求されるが、そ
のように高精度な位置合わせに成功する確率が低くなっ
て歩留まりが低下し、製造コストがさらに高価なものと
なるという問題がある。

【０００９】このように、従来の厚膜式サーマルヘッド
は、薄膜式サーマルヘッドでは実質的に極めて困難な大
判化対応も可能であり、しかも製造プロセスが簡易で製
造コストの低廉化を図ることが可能であるという大きな
利点を有しているものの、孔版原紙の穿孔のさらなる高
精細化や連続穿孔不良の低減、あるいは感熱記録紙や普
通紙に対する直接印字のさらなる高精細化などが極めて
困難であるという問題があった。

【００１０】本発明はこのような問題に鑑みて成された
もので、孔版原紙に対する穿孔の高精細化および連続穿
孔不良の低減、並びに感熱記録紙等に対する印字のさら
なる高精細化を達成し得たサーマルヘッドを提供せんと
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明によるサーマルヘッドは、基板上に形成された直線状
パターンの発熱抵抗体に対して接するように複数の電極
が所定の間隔を置いて列設されており、隣り合う前記電
極間に電位差を与えることにより前記発熱抵抗体を発熱
させるサーマルヘッドにおいて、前記電極の延びる方向
が、前記発熱抵抗体の長手方向に対して斜めに設定され
ていることを特徴としている。

【００１２】また、前記発熱抵抗体は、厚膜発熱抵抗体
であることが好適である。すなわち、本発明は厚膜式サ
ーマルヘッドに特に好適である。

【００１３】さらに、前記電極の延びる方向は、前記発
熱抵抗体の長手方向に対して２５度乃至６５度の角度と
なるように設定されていることが好適である。

【００１４】なお、基板上における電極と発熱抵抗体と
の積層の上下関係は、基板の表面上に前記電極が形成さ
れており、さらにその上に発熱抵抗体が形成されている
ようにしてもよく、あるいは逆に、基板の表面上に発熱
抵抗体が形成されており、さらにその上に電極が配列形
成されているようにしてもよい。

【００１５】また、本発明のサーマルヘッドは孔版印刷
用の孔版原紙の穿孔用に特に好適なものであるが、用途
としてはこれのみには限定しないことは言うまでもな
い。この他にも、感熱記録紙に対して感熱方式で印字を
行う印字装置や普通紙に対してリボン転写方式で印字を
行う印字装置などに対しても適用可能である。

【００１６】

【発明の効果】上記のような本発明によれば、電極の延
びる方向を発熱抵抗体の長手方向に対して斜めに設定す
ることにより、電極間に個々に形成される平行電界の領
域を従来のものよりも小さくすることができる。すなわ
ち、電極の延びる方向を発熱抵抗体の長手方向に対して
斜めに設定する、さらに好ましくは２５度ないし６５度
の角度に設定することにより、隣り合う電極間に生じる
平行電界が狭い領域に集中するので、発熱抵抗体の幅を
小さくしなくとも、発熱に有効な領域を狭い領域に集中
させることができる。これにより、孔版原紙における連
続穿孔などの穿孔不良の発生を解消することができ、ま
た孔版原紙の穿孔のさらなる高精細化を図ることができ
る。そしてそのような高精細な孔版原紙を用いて、印刷
品質の高い高精細な印刷を実現することができる。

【００１７】また、感熱記録紙に対する印字やインクリ
ボンを用いた普通紙に対する印字を行う場合にも、各発
熱素子ごとの有効発熱領域を狭い領域に集中することが
できるので印字品質の高い高精細な印字を実現すること
ができる。

【００１８】しかも、従来の厚膜式サーマルヘッドにお
いては発熱抵抗体の幅の微細化が困難であるために穿孔
や印字のさらなる高精細化が実質的に極めて困難であっ
たが、本発明によれば発熱抵抗体の幅を小さくしなくと
も上記のように有効発熱領域を狭い領域に制限すること
ができるので、厚膜式サーマルヘッドにおける穿孔ある
いは印字のさらなる高精細化を可能とすることができ
る。

【００１９】また、発熱領域は各発熱素子の中心部に集
中するので、これが発熱領域の微細化に対してさらに寄
与することになり、また有効発熱領域が発熱抵抗体に対
して斜め方向であることとあいまって、スクリーン印刷
法に起因して発熱抵抗体の幅のばらつきが大きい場合で
もそのような発熱抵抗体の幅のばらつきの悪影響を受け
ることがなくなり、副走査方向のスジ状の濃度ムラの発
生を防ぐことが可能となる。

【００２０】その結果、本発明によれば、大判化対応が
可能であり、製造コストも低廉で、しかも孔版原紙に対
する高精細な穿孔あるいは感熱記録紙や普通紙に対する
高精細な直接印字を実現することが可能な厚膜式サーマ
ルヘッドを提供することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。図１はこの一実施の形
態のサーマルヘッドの平面的な構成の要部を模式的に示
す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であって、
このサーマルヘッドの積層構造を示す図である。

【００２２】このサーマルヘッド１は、酸化アルミニウ
ム焼成体のような材料から形成されたセラミック基板２
上を覆うようにガラスグレーズ層３が形成されており、
その上にアルミ材料膜あるいは銅材料膜または金ペース
トなどの導電性材料膜をパターニングしてなる第１の電
極４ａおよび第２の電極４ｂが、複数本互いに平行に配
列形成されており、それら第１の電極４ａおよび第２の
電極４ｂの上に、それらの延びる方向に対して斜めに長
手方向が交わるように直線状の発熱抵抗体５が形成され
ている。この発熱抵抗体５は、酸化ルテニウムのような
抵抗体材料を用いて、いわゆる厚膜形成プロセスによっ
て形成されている。この発熱抵抗体５の長手方向と第１
の電極４ａおよび第２の電極４ｂの延びる方向とのなす
角θは、θ＝４５度となるように設定されている。そし
てその発熱抵抗体５および第１の電極４ａならびに第２
の電極４ｂを含んでガラスグレーズ層３の表面を覆うよ
うに保護層７が形成されている。

【００２３】なお、このサーマルヘッド１を印字装置や
穿孔製版装置などに装着する際には、その保持状態の機
械的強度を補強するため、および放熱効果をさらに向上
するために、アルミ放熱支持板（図示省略）などに取り
付けてもよいことは言うまでもない。またここで、図１
において発熱抵抗体５の延びる方向（Ｘ方向）が主走査
方向であり、これと直交する方向（Ｙ方向）が副走査方
向つまり孔版原紙や感熱記録紙の走行方向（いわゆる紙
送り方向）に相当する。

【００２４】上記のような積層構造の製造およびパター
ニングのプロセスは、基本的には一般的な厚膜方式のサ
ーマルヘッドの製造プロセスを用いて、特に第１の電極
４ａ及び第２の電極４ｂのパターニングを発熱抵抗体５
の長手方向に対して斜め方向に設定することで、後述す
るように発熱領域６を狭い領域に集中させることができ
る。従って、このサーマルヘッド１は一般的な厚膜式サ
ーマルヘッドと同様の簡易な製造プロセスによって低コ
ストかつ高い歩留りで製造することができ、しかもＡ２
判あるいはさらに大判の印刷対応可能な継ぎ目のない大
型サーマルヘッドを製造することが可能である。

【００２５】図３は、このサーマルヘッド１における各
発熱素子ごとの発熱抵抗体５から発せられる熱の分布状
態についてを模式的に示す図である。第１の電極４ａと
第２の電極４ｂとの間に電位差が生じるように、そのそ
れぞれに対して電圧を印加すると、その両電極間に挟ま
れた部分つまり１つの発熱素子における発熱抵抗体５に
電流が流れて、その部分が発熱する。ここで発生した熱
は発熱抵抗体５の表面にまで伝搬し、その表面に接して
いる孔版原紙（図示省略）あるいは感熱記録紙などに対
して穿孔あるいは印字が行われる。

【００２６】このとき、発熱抵抗体５の幅（副走査方向
の寸法）がスクリーン印刷法を用いた厚膜式発熱抵抗体
のパターニング精度の一般的な限界である 100μｍ以上
であっても、発熱抵抗体５における実質的な個々の発熱
領域６の大きさは、比較例として図７に示すような従来
のサーマルヘッドの場合に電極１０４ａ，１０４ｂどう
しの間の発熱抵抗体（各発熱素子）１０５に生じる発熱
領域１０６よりも微細なものとなる。すなわち、本実施
の形態のサーマルヘッド１は、発熱抵抗体５の長手方向
と第１の電極４ａおよび第２の電極４ｂの延びる方向と
のなす角θが４５度となるように設定されているので、
発熱に有効な平行電界が図３中に網点を付して示したよ
うな狭い領域内に形成されて、この部分に発熱が集中
し、発熱領域６の大きさをさらに微細化することができ
る。

【００２７】さらに詳細には、θ＝４５度となってお
り、発熱抵抗体５の幅をＬ1 、第１の電極４ａと第２の
電極４ｂとの間隙をＷ1 とすると、平行電界が形成され
る領域の長さつまり実質的に穿孔や印字に有効な発熱領
域６の長さＬ2 は、図７に示すような従来の発熱領域１
０６の長さつまり発熱抵抗体５の幅Ｌ1 よりも小さな寸
法とすることができる。例えば間隙Ｗ1 ＝60μｍ、発熱
抵抗体５の幅Ｌ1 ＝ 100μｍの場合について示すと、Ｌ
2 ＝1.41Ｌ1 −Ｗ1 ＝ 141−60＝81となるから、発熱抵
抗体５の幅Ｌ1 の 100μｍに対して実質的な発熱領域６
の長さＬ2 は81μｍと、約20％の微細化が達成できるこ
とになる。これにより、発熱抵抗体５の幅を狭幅化しな
くとも、図６（ａ）に示すように穿孔８あるいは感熱印
字の１ドットの大きさをさらに微細なものとすることが
できる。また、比較例として従来の厚膜式サーマルヘッ
ドにおける発熱領域１０６の大きさおよびそれによって
形成される穿孔１０８の１ドットの大きさおよび形状を
図６（ｂ）に示す。なお、図６においては本発明および
従来のいずれの場合も副走査方向の発熱ピッチを共通の
値Ｐとしているが、図６（ｂ）に示す従来の穿孔の場合
には副走査方向の発熱領域の大きさに起因して連続穿孔
不良が発生するのに対して、図６（ａ）に示す本発明に
よる穿孔の場合には隣り合う穿孔間に確実に離間部分を
形成することができるので、連続穿孔不良を解消するこ
とができる。

【００２８】しかも、各発熱素子の中央部分に発熱が集
中するので、これにより穿孔８の１ドットの大きさの微
細化をさらに進めることができ、またスクリーン印刷法
に起因して発熱抵抗体５の幅のばらつきが大きい場合で
も、そのような発熱抵抗体５の幅のばらつきの悪影響を
受けることがなくなり、副走査方向のスジ状の濃度ムラ
の発生を防ぐことが可能となる。

【００２９】また、電極間に形成された各発熱素子が発
する熱の分布をそれぞれ狭い領域に集中させることがで
き、隣り合う穿孔どうしの間に確実に離間部を設けるこ
とができるので、隣り合う複数の穿孔が繋がって大きな
穿孔が形成されるという連続穿孔不良の発生を防いで、
そのようにして穿孔製版された孔版原紙を用いて印刷を
行う際の裏移りや裏抜けなどの発生を防ぐことができ
る。

【００３０】また、基板や各電極などからの放熱性をさ
らに高めて、孔版原紙や感熱記録紙などに対する加熱に
寄与しない熱を積極的に放熱させることにより、上記の
ような各発熱素子における熱分布が狭い領域に集中する
こととあいまって、サーマルヘッドとしての熱応答特性
を向上させることができ、さらなる高速動作を達成する
ことも可能となる。

【００３１】またさらには、１個の発熱素子内における
発熱強度分布は図５（ａ）に示すように中央部に集中し
た分布となっているので、図５（ｂ）に示すような発熱
強度分布を示す従来の厚膜式サーマルヘッドでは実質的
に困難であった穿孔寸法や印字ドットサイズの印加電圧
に対応した精密な制御も可能となる。

【００３２】ところで、発熱抵抗体５の長手方向と第１
の電極４ａおよび第２の電極４ｂの延びる方向とのなす
角θは、上記実施の形態では45度としたが、この角度θ
は、実質的に発熱領域６の微細化が実現可能な角度とし
て、45±20度すなわち25度から65度の間のいずれかの角
度に設定することが好適である。これは、角度θが65度
を越えて余りにも90度（直角）に近いと、実質的な発熱
領域６の長さＬ2 が発熱抵抗体５の幅Ｌ1 とほとんど同
じになり、本発明による十分な効果を得ることができ
ず、また角度θが25度よりも小さく 0度（平行）に近い
と、電極や発熱抵抗体５のパターニングおよびアライメ
ントが極めて困難となることや１ドットの形状が主走査
方向に長くなり過ぎて、結局、穿孔あるいは印字の実質
的な１ドットあたりの寸法が大きくなってしまうことに
なるためである。このように実質的な効果の点で、角度
θを25度から65度の間のいずれかの角度に設定すること
が望ましい。

【００３３】なお、上記実施の形態では孔版原紙に穿孔
製版を行う厚膜式サーマルヘッドに本発明を適用する場
合の一例を示したが、この他にも、感熱記録紙に直接印
字を行う厚膜式サーマルヘッドや、インクリボンを用い
て普通紙に直接印字を行うに厚膜式サーマルヘッドにも
本発明を適用可能である。

【００３４】また、上記実施の形態では第１の電極と第
２の電極とが交互に列設されているものに基づいて説明
したが、本発明はこれのみには限定されず、電極パター
ン自体やその駆動方式については周知の種々の構造や方
式が適用可能である。

【００３５】また、上記実施の形態では、基板の表面上
に電極が形成され、その上に発熱抵抗体が形成されてい
る一般的な積層構造の厚膜式サーマルヘッドに本発明を
適用した場合についてを示したが、電極と発熱抵抗体と
の積層構造はこれのみには限定されない。この他にも、
例えば基板に溝を刻設するなどしてその溝に発熱抵抗体
を埋め込むように配置しその上に電極を配設した構造の
厚膜式サーマルヘッドに本発明を適用することなども可
能である。

【００３６】また、本発明は厚膜式サーマルヘッドにお
いて特に好適なものであるが、これのみには限定され
ず、薄膜式サーマルヘッドなどにも適用可能であること
は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施の形態のサーマルヘッドの
平面的な構成の要部を模式的に示す平面図

【図２】本発明に係る一実施の形態のサーマルヘッドの
積層構造を示す、図１におけるＡ−Ａ断面図

【図３】本発明に係る一実施の形態のサーマルヘッドに
おける各発熱素子から発せられる熱の分布状態について
を模式的に示す図

【図４】本発明によって微細化された発熱領域の一例を
示す図

【図５】１個の発熱素子内における発熱強度分布を示す
図

【図６】本発明に係る厚膜式サーマルヘッドにより孔版
原紙に形成される穿孔８の１ドットの大きさの一例を示
す図（ａ）および従来の厚膜式サーマルヘッドにより形
成される穿孔１０８の１ドットの大きさの一例を示す図
（ｂ）

【図７】従来の厚膜式サーマルヘッドにおける個々の発
熱領域の大きさおよびその形状の一例を示す図

【符号の説明】

１ サーマルヘッド ２ セラミック基板 ３ ガラスグレーズ層 ４ａ 第１の電極 ４ｂ 第２の電極 ５ 発熱抵抗体 ６ 発熱領域 ７ 保護層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された直線状パターンの発
   熱抵抗体に対して接するように複数の電極が所定の間隔
   を置いて列設されており、隣り合う前記電極間に電位差
   を与えることにより前記発熱抵抗体を発熱させるサーマ
   ルヘッドにおいて、 前記電極の延びる方向が、前記発熱抵抗体の長手方向に
   対して斜めに設定されていることを特徴とするサーマル
   ヘッド。
2. 【請求項２】 前記発熱抵抗体が、厚膜発熱抵抗体であ
   ることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
3. 【請求項３】 前記電極の延びる方向が、前記発熱抵抗
   体の長手方向に対して２５度乃至６５度の角度となるよ
   うに設定されていることを特徴とするサーマルヘッド。