JP2004034600A

JP2004034600A - Thermal head

Info

Publication number: JP2004034600A
Application number: JP2002197387A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Terao; 寺尾　博年; Hisashi Ito; 伊藤　尚志
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal head whose temperature can be easily controlled, capable of coping sufficiently with high resolution recording and capable of realizing high quality, high speed recording while exhibiting high heat storage properties. <P>SOLUTION: A thermal diffusion layer 3 and an insulation layer 4 are formed sequentially on the upper surface of the heat storage layer 2 of a thermal head 1 having the heat storage layer 2, a plurality of heating elements 7 consisting of hating resistors 6 formed on the heat storage layer 2, discrete electrodes 9 and common electrodes 8 for supplying power to the heat generating part of respective heating elements 7 and a common electrode, and a protective layer 10 formed on the heat storage layer 2, respective heating elements 7, and respective electrodes 8 and 9. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発熱素子に選択的に通電することにより記録を行なうサーマルヘッドに係わり、特に、蓄熱の温度制御がし易く、高速記録に適したサーマルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、サーマルプリンタに搭載されるサーマルヘッドは、例えば、複数個の発熱素子を同一基板上に直線的に配列し、所望の記録情報に従って各発熱素子を選択的に通電加熱させて、感熱記録紙を発色させて記録を行うか、あるいはインクリボンを介して普通紙にインクを転写させて記録を行うために用いられている。
【０００３】
図５は、近年、使用されているサーマルヘッド１１の一般的な積層構造を示したものである。この近年のサーマルヘッド１１は、それ以前のサーマルヘッド１１において、絶縁性基板の表面に一般的には３０〜８５μｍの膜厚、特に厚く設計したとしても２００μｍ程度の膜厚に蓄熱層１２が形成されている。
【０００４】
この蓄熱層１２はガラス、グレーズ等によって、発熱部に対応する位置の上面の断面形状を略台形状に形成されており、その上表面には、Ｔａ_２Ｎ等からなる発熱抵抗体１６が蒸着法あるいはスパッタリング法等により被着された後、エッチングされて、ドット数に応じた複数個の発熱素子１７が直線状に整列して形成されている。各発熱素子１７上の一側には、各発熱素子１７に接続される共通電極１８が形成され、また他側には、各発熱素子１７に独立して通電を行う個別電極１９がそれぞれ接続されている。これら共通電極１８および個別電極１９は、例えば、Ａｌ、Ｃｕのような金属からなり、蒸着法あるいはスパッタリング法等により被着された後、エッチングにより所望の形状にパターニングされることにより形成されている。さらに、これら発熱素子１７、共通電極１８および個別電極１９の表面には、前記蓄熱層１２、発熱素子１７、共通電極１８および個別電極１９を保護するために、ほぼ５〜１０μｍの膜厚の保護層２０が形成されており、この保護層２０は、前記各電極１８，１９の端子部以外のすべての表面を被覆するようにされている。
【０００５】
このようなサーマルヘッドを用いる熱転写プリンタにおいては、このサーマルヘッドをインクリボンを介して用紙に圧接させた状態で、また、このサーマルヘッドを用いる感熱プリンタにおいては、直接プラテン上に搬送される用紙に圧接させた状態で、所定の記録信号に基づいて複数の発熱素子１７の個別電極１９に選択的に通電を行い、所望の発熱素子１７を発熱させることにより、前記インクリボンのインクを溶融して用紙上に転写させるか、あるいは、感熱記録紙を発色させることにより所望の記録が行われる。
【０００６】
また、絶縁性基板を省略し、ガラス等からなる蓄熱層１２を０．６３４ｍｍ程度の厚寸法に設計した構成を有するサーマルヘッドにあっては、記録の際の通電、発熱に対し、高い蓄熱性を示すため、省電力化という面においてはとても優れたものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したサーマルヘッドにおける高い蓄熱性は、熱制御が困難であるという欠点と表裏一体をなしており、前記蓄熱性により温度降下が遅速化するという欠点を有している。そして、このサーマルヘッドの蓄熱が影響し、いわゆる尾引き、にじみ、余白汚れ等として記録結果に表れ、記録品位を劣化させていた。
【０００８】
本発明は、前述した問題を解決するためになされたものであり、高精細化の記録に充分対応できるとともに、高品質および高速の記録を実現することができ、高蓄熱性を有し、かつ、温度制御容易なサーマルヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のサーマルヘッドは、蓄熱層の上表面に、さらに熱拡散層と絶縁層とが順次積層形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このような構成のサーマルヘッドとすることにより、前記蓄熱層の上表面に形成された前記熱拡散層により蓄熱層の蓄熱を拡散させ、また、熱拡散層の上層に形成された断熱層により蓄熱層の有する蓄熱性を保障して、高精細、高品質、高速記録を実現することができるものとなる。
【００１１】
さらに、少なくとも前記各発熱素子の形成領域の下層に断熱層が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成のサーマルヘッドとすることにより、通電時の立上り時間を短縮化して、高速記録をより確実に実現することができるものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態のサーマルヘッドを図１乃至図４について説明する。なお、従来と同一の構成部分についてはその説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態のサーマルヘッドの積層構造の説明図である。
【００１５】
本実施形態のサーマルヘッド１においては、ガラス、グレーズ等により０．６３５ｍｍ程度の厚さに形成された蓄熱層２の上表面に、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ等の高融点金属からなる１０〜２０μｍの膜厚の熱拡散層３が形成されている。
【００１６】
その熱拡散層３の上表面には、ＳｉＯ_２等からなるほぼ２μｍの膜厚の絶縁層４が形成されており、さらにその上面には、ＰＩ等からなる５〜２０μｍの膜厚の断熱層５が形成されている。なお、この断熱層５は、前記絶縁層４の上表面全域に形成してもよいし、最低限、発熱素子３の形成領域となる部分にのみ形成するようにしてもよい。
【００１７】
このように、発熱素子３に対応する領域に形成することで、蓄熱層２としてのグレーズ層の有する蓄熱性を保障して、通電時の立上り時間を短くすることができ、記録の高速化を図ることができる。また、この断熱層５を前記絶縁層４としても用いることとして前記絶縁層４の形成を省略し、断熱層５を前記熱拡散層３の上表面全域に形成してもよい。
【００１８】
そして、本実施形態においては、前記断熱層５の上表面には、Ｔａ_２Ｎ、Ｔａ−ＳｉＯ_２等からなる発熱抵抗体６が被着された後、エッチングされ、ドット数に応じた複数個の発熱素子７が直線状に整列して形成されており、各発熱素子７上の一側には、各発熱素子７に接続される共通電極８が形成され、また他側には、各発熱素子７に独立して通電を行う個別電極９がそれぞれ接続されている。これら共通電極８および個別電極９は、例えば、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕのような金属により約３μｍの膜厚で形成されている。さらに、これら発熱素子７、共通電極８および個別電極９の表面には、前記蓄熱層２、発熱素子７、共通電極８および個別電極９を保護するために、ＳｉＡｌ等からなる５〜１０μｍの膜厚の保護層１０が形成されており、この保護層１０は、前記各電極８，９の端子部以外のすべての表面を被覆するようにされている。
【００１９】
このような構成を有する本実施形態のサーマルヘッド１は、前記蓄熱層２の上表面に形成された前記熱拡散層３により蓄熱層２の蓄熱を拡散させ、また、熱拡散層３の上層に形成された断熱層５により蓄熱層２の有する蓄熱性を保障して、高精細、高品質、高速記録を実現することができるものとなる。
【００２０】
以下、本発明のサーマルヘッド１について実験例とその結果を示し、前記効果が得られる根拠を説明する。
【００２１】
図２は、前述の構成のサーマルヘッド１において、前記熱拡散層３をＡｌにより２０μｍの膜厚に形成した場合と、前記熱拡散層３を形成しない場合とについて、３０ｍＷ：２ｍｓで６回のパルス通電を行った場合の応答波形を示したものである。
【００２２】
この図の１回目のパルス通電時におけるピーク温度を比較すると、前記熱拡散層３を形成したサーマルヘッド１に比べて、熱拡散層３を形成しないサーマルヘッド１は２℃程、高温になる程度であるが、通電の回を追う毎に、前記熱拡散層３を形成したサーマルヘッド１と熱拡散層３を形成しないサーマルヘッド１とのピーク温度に開きが生じている。この実験から、Ａｌ層を形成したことによって蓄熱が緩和されることが立証される。
【００２３】
つぎに、熱拡散層３としてのＡｌ層の膜厚についての実験例とその結果について、図３と図４を用いて説明する。
【００２４】
図３は、前述のように、３０ｍＷで単発的にパルス通電を行ったときのピーク温度を前記Ａｌ層の膜厚別に測定した結果を示す図であり、図４は、３０ｍＷ：２ｍｓで６回のパルス通電を行った、その６回目のパルス通電時（６パルス目）のピーク温度を、前記Ａｌ層の膜厚別に測定した結果を示す図である。また、表１は、Ａｌ層の膜厚別の６パルス目のピーク温度の測定結果を、尤も温度変化が急峻であった２μｍまでの膜厚についてまとめた表である。なお、前記ピーク温度の測定点は、サーマルヘッド１の保護層１０の表面とした。
【００２５】
【表１】

【００２６】
この実験の結果によると、単発のパルス通電のときは、Ａｌ層の膜厚を０μｍとした場合と、６０μｍとした場合とでは２．２℃の差しかなく、単発のパルス通電においては、Ａｌ層を形成したことによる熱効率の低下は殆ど見られない。これに対し、６パルス目のパルス通電のときは、Ａｌ層の膜厚の０μｍ〜１０μｍ間で温度変化が大きく、１０μｍ以上の膜厚とした場合も、僅かではあるが、熱効率の低下が見られている（２０μｍ〜６０μｍで約７℃差）。
【００２７】
この結果から、サーマルヘッド１を蓄熱層２として機能するグレーズ層２の上表面に熱拡散層３を形成する構成とすることにより、この熱拡散層３によって過剰な蓄熱を抑制する効果を得ることができ、その膜厚は１０μｍ程度で十分であるといえる。また、単発の通電時間が短い場合にはピーク温度に対するこの熱拡散層３の影響は小さいので、その場合においては、前記熱拡散層３が記録に悪影響を及ぼすことはなく、このように、熱拡散層３を形成したサーマルヘッド１は、温度制御に効果があるものとなっている。
【００２８】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のサーマルヘッドによれば、蓄熱層の上表面に熱拡散層を形成することにより、蓄熱によるサーマルヘッドの温度上昇の抑制・制御が可能となり、サーマルヘッドの蓄熱の影響による記録品質の劣化を防止して、高精細化や記録速度の高速化の要望に応えることができるものとなる。そして、このように温度制御が可能となれば、蓄熱層を厚寸法に形成した場合には、前述の効果とともに、蓄熱層を厚寸法に形成することによって得られる蓄熱性から省電力化を図ることも可能となる。また、少なくとも前記各発熱素子の形成領域の下層に断熱層を形成することにより、蓄熱層の有する蓄熱性を保障して、高精細、高品質、高速記録を実現することができる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のサーマルヘッドの積層構成を示す説明図
【図２】熱拡散層を２０μｍ膜厚に形成したサーマルヘッドと、熱拡散層を形成しないサーマルヘッドのパルス通電の応答波形を比較した説明図
【図３】単発的にパルス通電を行ったときのピーク温度を膜厚別に測定した結果を示す図
【図４】６回のパルス通電における、その６回目のパルス通電時のピーク温度を膜厚別に測定した結果を示す図
【図５】従来のサーマルヘッドの積層構成を示す説明図
【符号の説明】
１　サーマルヘッド
２　蓄熱層
３　熱拡散層
４　絶縁層
５　断熱層
６　発熱抵抗体
７　発熱素子
８　共通電極
９　個別電極
１０　保護層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal head that performs recording by selectively energizing a plurality of heating elements, and more particularly to a thermal head that facilitates temperature control of heat storage and is suitable for high-speed recording.
[0002]
[Prior art]
In general, a thermal head mounted on a thermal printer includes, for example, a plurality of heating elements arranged linearly on the same substrate, and selectively heating each heating element in accordance with desired recording information. Is used to perform recording by developing a color, or to perform recording by transferring ink to plain paper via an ink ribbon.
[0003]
FIG. 5 shows a general laminated structure of a thermal head 11 used in recent years. In the recent thermal head 11, the thermal storage layer 12 is formed on the surface of the insulating substrate in a thickness of generally 30 to 85 μm, particularly about 200 μm even if designed to be thicker than the thermal head 11 before. Have been.
[0004]
The heat storage layer 12 has a substantially trapezoidal cross section on the upper surface at a position corresponding to the heat generating portion by glass, glaze, or the like, and a heat generating resistor 16 made of Ta ₂ N or the like is deposited on the upper surface. A plurality of heating elements 17 corresponding to the number of dots are formed in a straight line by being etched after being applied by a method or a sputtering method. On one side of each heating element 17, a common electrode 18 connected to each heating element 17 is formed, and on the other side, an individual electrode 19 for conducting electricity independently to each heating element 17 is connected. ing. The common electrode 18 and the individual electrode 19 are made of, for example, a metal such as Al or Cu, and are formed by being deposited by a vapor deposition method or a sputtering method and then patterned into a desired shape by etching. . Further, on the surfaces of the heating element 17, the common electrode 18 and the individual electrode 19, a protective film having a thickness of about 5 to 10 μm is provided to protect the heat storage layer 12, the heating element 17, the common electrode 18 and the individual electrode 19. A layer 20 is formed, and the protective layer 20 covers all surfaces of the

electrodes

18 and 19 except for the terminal portions.
[0005]
In a thermal transfer printer using such a thermal head, the thermal head is pressed against a sheet via an ink ribbon, and in a thermal printer using this thermal head, the thermal head is directly attached to a sheet conveyed onto a platen. In the pressed state, the individual electrodes 19 of the plurality of heating elements 17 are selectively energized based on a predetermined recording signal, and the desired heating elements 17 are heated to melt the ink of the ink ribbon. Desired recording is performed by transferring the image onto paper or coloring the thermosensitive recording paper.
[0006]
Further, in a thermal head having a configuration in which the insulating substrate is omitted and the heat storage layer 12 made of glass or the like is designed to have a thickness of about 0.634 mm, a high heat storage property with respect to energization and heat generation during recording is provided. Therefore, it was very excellent in terms of power saving.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described high thermal storage property of the thermal head is inextricably linked with the drawback that heat control is difficult, and has the drawback that the temperature drop is slowed by the thermal storage property. Then, the heat storage of the thermal head exerts an influence, so-called tailing, bleeding, margin stains and the like appear on the recording result, deteriorating the recording quality.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can sufficiently cope with high-definition recording, can realize high-quality and high-speed recording, has high heat storage, and It is another object of the present invention to provide a thermal head whose temperature can be easily controlled.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a thermal head according to the present invention is characterized in that a thermal diffusion layer and an insulating layer are sequentially laminated on an upper surface of a thermal storage layer.
[0010]
With the thermal head having such a configuration, the heat storage of the heat storage layer is diffused by the heat diffusion layer formed on the upper surface of the heat storage layer, and the heat storage layer is formed by the heat insulating layer formed on the heat diffusion layer. The high-definition, high-quality, high-speed recording can be realized by guaranteeing the heat storage property of the layer.
[0011]
Further, a heat insulating layer is formed at least below a formation region of each of the heating elements.
[0012]
With the thermal head having such a configuration, the rise time during energization can be shortened, and high-speed recording can be realized more reliably.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a thermal head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The description of the same components as those in the related art is omitted.
[0014]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a laminated structure of the thermal head of the present embodiment.
[0015]
In the thermal head 1 of the present embodiment, for example, a refractory metal such as Al, Cr, Ti, Mo, Ta, or the like is formed on the upper surface of the heat storage layer 2 formed to a thickness of about 0.635 mm by glass, glaze, or the like. The thermal diffusion layer 3 of 10 to 20 μm in thickness is formed.
[0016]
On the upper surface of the heat diffusion layer 3, an insulating layer 4 of SiO ₂ or the like having a thickness of about 2 μm is formed, and on the upper surface thereof, a heat insulating layer of PI or the like having a thickness of 5 to 20 μm is formed. 5 are formed. Note that the heat insulating layer 5 may be formed over the entire upper surface of the insulating layer 4 or, at a minimum, may be formed only on the portion where the heating element 3 is to be formed.
[0017]
As described above, by forming the heat storage element 3 in the area corresponding to the heat storage element 3, the heat storage property of the glaze layer as the heat storage layer 2 can be ensured, and the rise time at the time of energization can be shortened. Can be planned. Alternatively, the heat insulating layer 5 may be used as the insulating layer 4, and the formation of the insulating layer 4 may be omitted, and the heat insulating layer 5 may be formed over the entire upper surface of the heat diffusion layer 3.
[0018]
In the present embodiment, a heating resistor 6 made of Ta ₂ N, Ta—SiO ₂ or the like is applied to the upper surface of the heat insulating layer 5 and then etched, and a plurality of heating resistors 6 corresponding to the number of dots are formed. The heating elements 7 are formed in a straight line, and a common electrode 8 connected to each heating element 7 is formed on one side of each heating element 7 and each heating element 7 is formed on the other side. The individual electrodes 9 that independently supply current to the element 7 are connected to each other. The common electrode 8 and the individual electrodes 9 are formed of a metal such as Mo, Al, and Cu to a thickness of about 3 μm. Furthermore, a 5-10 μm film made of SiAl or the like is formed on the surfaces of the heating element 7, the common electrode 8 and the individual electrode 9 to protect the heat storage layer 2, the heating element 7, the common electrode 8 and the individual electrode 9. A thick protective layer 10 is formed, and the protective layer 10 covers all surfaces except the terminal portions of the electrodes 8 and 9.
[0019]
The thermal head 1 of the present embodiment having such a configuration diffuses the heat storage of the heat storage layer 2 by the heat diffusion layer 3 formed on the upper surface of the heat storage layer 2. The heat insulating property of the heat storage layer 2 is ensured by the formed heat insulating layer 5, so that high definition, high quality, and high speed recording can be realized.
[0020]
Hereinafter, experimental examples and results of the thermal head 1 of the present invention will be shown, and the basis for obtaining the above effects will be described.
[0021]
FIG. 2 shows the thermal head 1 having the above-described configuration, in which the thermal diffusion layer 3 is formed with Al to a thickness of 20 μm and when the thermal diffusion layer 3 is not formed, 30 times at 30 mW: 2 ms. It shows a response waveform when pulse current is applied.
[0022]
Comparing the peak temperature at the time of the first pulse current application in this figure, the thermal head 1 without the thermal diffusion layer 3 is about 2 ° C. hotter than the thermal head 1 with the thermal diffusion layer 3 formed. However, each time power is applied, the peak temperature of the thermal head 1 on which the thermal diffusion layer 3 is formed and the peak temperature of the thermal head 1 on which the thermal diffusion layer 3 is not formed vary. This experiment demonstrates that the formation of the Al layer alleviates the heat storage.
[0023]
Next, experimental examples and results of the thickness of the Al layer as the thermal diffusion layer 3 will be described with reference to FIGS.
[0024]
FIG. 3 is a diagram showing the results of measuring the peak temperature for each thickness of the Al layer when a single pulse current is applied at 30 mW as described above, and FIG. 4 shows the results at 30 mW: 2 ms for 6 times. FIG. 9 is a diagram showing the results of measuring the peak temperature at the time of the sixth pulse application (sixth pulse) when the pulse application was performed for each thickness of the Al layer. Table 1 is a table summarizing the measurement results of the peak temperature at the sixth pulse for each thickness of the Al layer, up to a thickness of 2 μm where the temperature change was steep. The peak temperature was measured at the surface of the protective layer 10 of the thermal head 1.
[0025]
[Table 1]

[0026]
According to the results of this experiment, when single pulse current was applied, the temperature of the Al layer was set to be 0 μm or 60 μm, and the temperature did not differ by 2.2 ° C. There is almost no decrease in thermal efficiency due to the formation of the layer. On the other hand, when the sixth pulse current was applied, the temperature change was large between the Al layer thicknesses of 0 μm and 10 μm, and even when the film thickness was 10 μm or more, the thermal efficiency was slightly reduced. (A difference of about 7 ° C. between 20 μm and 60 μm).
[0027]
From this result, it is possible to obtain an effect of suppressing excessive heat storage by using the thermal diffusion layer 3 by forming the thermal diffusion layer 3 on the upper surface of the glaze layer 2 that functions as the thermal storage layer 2. It can be said that a film thickness of about 10 μm is sufficient. Further, when the single energization time is short, the influence of the thermal diffusion layer 3 on the peak temperature is small. In this case, the thermal diffusion layer 3 does not adversely affect the recording. The thermal head 1 on which the diffusion layer 3 is formed has an effect on temperature control.
[0028]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as needed.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the thermal head of the present invention, by forming the heat diffusion layer on the upper surface of the heat storage layer, it is possible to suppress and control the temperature rise of the thermal head due to the heat storage, and the influence of the heat storage of the thermal head Therefore, the recording quality can be prevented from deteriorating, and the demand for higher definition and higher recording speed can be met. If the temperature can be controlled in this way, when the heat storage layer is formed in a thick dimension, the above-described effects are achieved, and power saving is achieved from the heat storage property obtained by forming the heat storage layer in a thick dimension. It is also possible. Further, by forming a heat insulating layer at least below the formation region of each of the heating elements, the heat storage property of the heat storage layer is ensured, and high definition, high quality, high-speed recording can be realized. It works.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a laminated structure of a thermal head according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows response waveforms of pulse conduction of a thermal head having a thermal diffusion layer formed to a thickness of 20 μm and a thermal head having no thermal diffusion layer. FIG. 3 is a diagram showing the results of measuring the peak temperature for each film thickness when a single pulse current is applied. FIG. 4 The peak during the sixth pulse current in six pulse currents. FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the temperature for each film thickness. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a laminated structure of a conventional thermal head.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal head 2 Thermal storage layer 3 Thermal diffusion layer 4 Insulating layer 5 Insulating layer 6 Heating resistor 7 Heating element 8 Common electrode 9 Individual electrode 10 Protective layer

Claims

A heat storage layer, a plurality of heating elements including a heating resistor formed on the heat storage layer, individual electrodes and a common electrode for supplying power to a heating portion of each of the heating elements, the heat storage layer, and each heating element And a protective layer formed on each electrode, wherein a thermal diffusion layer and an insulating layer are further sequentially formed on the upper surface of the heat storage layer.

The thermal head according to claim 1, wherein a heat insulating layer is formed at least below a region where each of the heating elements is formed.