JP2004114636A - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】感熱記録媒体に濃度むらの少ない鮮明なカラー画像を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】単一の基板１上に、互いに異なる色を発色させる発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃを複数個取着して成るサーマルヘッドにおいて、前記複数個の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃは、その最大抵抗値と最小抵抗値との差が、発色させようとする色の可視波長域幅が広いものほど小さくなるように設定されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオプリンタ等の印画デバイスとして組み込まれるカラー画像形成用のサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ビデオプリンタ等の印画デバイスとしてカラー画像形成用のサーマルヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来のカラー画像形成用のサーマルヘッドとしては、例えば図５に示す如く、アルミナセラミックス等の電気絶縁材料からなる単一の基板２１の上面に、直線状に配列された多数の発熱素子２２からなる発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃを３個取着した構造のものが知られており、例えば、感熱記録媒体を用いてカラー印画を行う場合、感熱記録媒体としては、各発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃと１対１に対応した３個のカラー発色層（イエロー、マゼンタ、シアン）を順次積層したものが用いられ、かかる感熱記録媒体をプラテンローラ等を用いて前記発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃ上に搬送しながら、該各発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃの発熱素子１２をカラー画像データに基づいて個々に選択的に発熱させるとともに、該発熱した熱をカラー発色層に伝達させつつ該カラー発色層に紫外線を照射し、各カラー発色層をイエロー、マゼンタ、シアンの順に発色させることにより、感熱記録媒体に所定の画像が記録される（特許文献１参照）。
【０００４】
尚、前記３個の発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃは、発色させる色が個々に異なっており、例えば、イエロー発色用の発熱素子列２２ｙ、マゼンタ発色用の発熱素子列２２ｍ、シアン発色用の発熱素子列２２ｃという具合に個々のサーマルヘッドで発色させる色が定まっているのが一般的である。
【０００５】
また、各発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃの発熱素子２２は、その電気抵抗値が製造条件のバラツキ等に起因して個々に異なっており、かかる電気抵抗値のバラツキは感熱記録媒体等に形成される画像の濃度むらの原因となることから、個々の発熱素子２２にパルストリミングを施し、全ての発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃで抵抗値のバラツキ度合いが同程度に小さくなるようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１７９９４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、色の有する性質として、可視波長域というものがある。この可視波長域とは太陽光の中で人間の視感覚で認識できる波長領域のことであり、色によって可視波長域が個々に異なっている（シアンの可視波長域：４００ｎｍ〜４９０ｎｍ、マゼンタの可視波長域：６００ｎｍ〜７８０ｎｍ、イエローの可視波長域：５６０ｎｍ〜５８０ｎｍ）。そして、可視波長域の幅が広いものほど、色の濃淡が目立ち易い傾向にある。
【０００８】
しかしながら、上述したサーマルヘッドを構成する各発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃの発熱素子２２は全ての発熱素子列２２ｙ、２２ｍ、２２ｃで抵抗値のバラツキ度合いが同程度に小さくなるようにトリミングされており、トリミングによる濃度むらの程度にほとんど差がないことから、可視波長域幅の違いに起因した濃淡の目立ちがそのまま画像の濃度むらに反映される傾向にあり、それ故、可視波長域幅の狭いイエロー発色用の発熱素子列２２ｙで記録された画像よりも可視波長域幅の広いマゼンタ発色用の発熱素子列２２ｍで記録された画像の方が濃度むらが目立ちやすく、カラー画像が不鮮明となる欠点を有していた。
【０００９】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、濃度むらの少ない鮮明なカラー画像を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、単一の基板上に、互いに異なる色を発色させる多数の発熱素子から成る発熱素子列を複数個取着したサーマルヘッドにおいて、前記各発熱素子列は、その最大抵抗値と最小抵抗値との差が、発色させようとする色の可視波長域幅が広いものほど小さくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明のサーマルヘッドは、前記各発熱素子列が発色させる色は、少なくともシアン、マゼンタ、イエローを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
更に本発明のサーマルヘッドは、前記発熱素子がパルストリミング法にて抵抗値調整されていることを特徴とするものである。
【００１３】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に感熱記録媒体を搬送する搬送手段とからなることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、単一の基板上に、互いに異なる色を発色する複数個の発熱素子列を取着するとともに、これら発熱素子列の最大抵抗値と最小抵抗値との差を、発色させようとする色の可視波長域幅が広いものほど小さくなるように設定したことから、発熱素子列を構成する発熱素子の抵抗値バラツキ度合いは、濃淡の目立ちにくい色を記録する発熱素子列よりも濃淡の目立ち易い色を記録する発熱素子列で小さくなる。従って、特定の色で記録された画像の濃度むらが特に目立つという不具合が有効に防止され、鮮明なカラー画像を記録することができる高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタが実現される。
【００１５】
また本発明によれば、各発熱素子列に設けられる発熱素子の抵抗値調整をパルストリミング法にて行うことにより、発熱素子の抵抗値を精度良く、且つ簡単に調整することができ、これによってサーマルヘッドやサーマルプリンタの生産性を高く維持することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図、図２は図１のサーマルヘッドの平面図であり、１は基板、２ｙ、２ｍ、２ｃは複数個（本実施形態においては３個）の発熱素子列である。
【００１７】
前記基板１はアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料や単結晶シリコン等の単結晶材料などからなり、その上面には複数個の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃやアルミニウムからなる多数のサーマルヘッド回路パターン３等が設けられ、これらを支持する支持母材として機能する。
【００１８】
このような基板１は、例えば、アルミナセラミックスからなる場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、該セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工した上、高温で焼成することにより製作される。
【００１９】
また、前記複数個の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃは、イエロー発色用の発熱素子列２ｙと、マゼンタ発色用の発熱素子列２ｍと、シアン発色用の発熱素子列２ｃとで構成されており、これらの各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃは例えば、間に０．６ｍｍ〜２５ｍｍの間隔を空けて略平行に併設される。
【００２０】
前記複数個の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃは、その各々が蓄熱層としての部分グレーズ１ｙ、１ｍ、１ｃ上に配置されており、多数の発熱素子２を直線状に配列して構成される。
【００２１】
このような発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃの各発熱素子２は、例えばＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の抵抗材料により形成された抵抗薄膜からなり、それ自体が電気抵抗材料からなっているため、各発熱素子２にサーマルヘッド回路パターン３等を介して外部より所定の電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱記録媒体の各カラー発色層を発色させるのに必要な所定の温度となる。
【００２２】
尚、本発明のサーマルヘッドに使用される感熱記録媒体は、各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃに１対１に対応した複数個のカラー発色層（イエロー、マゼンタ、シアン）を順次積層した構造を有しており、これら各カラー発色層を発色させるためには、各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃを、それぞれが対応するカラー発色層を発色させるのに必要な温度に発熱させる必要がある。例えば、発熱素子列２ｙがイエロー発色層を、発熱素子列２ｍがマゼンタ発色層を、発熱素子列２ｃがシアン発色層をそれぞれ発色させる場合、発熱素子列２ｙの発熱素子２は２００℃〜２６０℃に、発熱素子列２ｍの発熱素子２は２７０℃〜３３０℃に、発熱素子列２ｃの発熱素子２は３４０℃〜４００℃にそれぞれ発熱させる必要がある。
【００２３】
また、個々の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃを上述の温度範囲内で発熱させるためには、各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃへの印加エネルギーをそれぞれ異なる値に設定することが行われる。例えば、個々の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃへの印加エネルギーを異なる値に設定する場合、２４Ｖの定電圧電源を用いて発熱素子２を発熱・駆動させる際には、発熱素子列への印加パルスのパルス幅を、イエロー発色用の発熱素子列２ｙで１．５ｍｓｅｃ〜１．８ｍｓｅｃ、マゼンタ発色用の発熱素子列２ｍで３．０ｍｓｅｃ〜３．５ｍｓｅｃ、シアン発色用の発熱素子列２ｃで４．０ｍｓｅｃ〜４．７ｍｓｅｃにそれぞれ設定する。
【００２４】
そして、前記各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃは、各発熱素子列内に存在する発熱素子２の最大抵抗値と最小抵抗値との差を、発色させようとする色の可視波長域幅（シアンの可視波長域幅９０ｎｍ、マゼンタの可視波長域幅１８０ｎｍ、イエローの可視波長域幅２０ｎｍ）に応じて設定されており、具体的には、発色させようとする色の可視波長域幅が広いものほど小さい値に設定されている。例えば、各発熱素子列の平均抵抗値が３７００Ωの場合、各発熱素子列内に存在する発熱素子２の最大抵抗値と最小抵抗値との差は、イエロー発色用の発熱素子列２ｙで３５５Ω〜３８０Ωに、マゼンタ発色用の発熱素子列２ｍで１００Ω〜１５０Ωに、シアン発色用の発熱素子列２ｃで１５０Ω〜２００Ωにそれぞれ設定される。
【００２５】
このように、複数個の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃの最大抵抗値と最小抵抗値との差を、発色させようとする色の可視波長域幅が広いものほど小さくなるように設定したことから、発熱素子２の抵抗値バラツキ度合いは、可視波長域幅の狭いイエローの色を記録する発熱素子列２ｍよりも可視波長域幅の広いマゼンタの色を記録する発熱素子列２ｙで小さくなり、それ故、マゼンタ色が多用された画像の濃度むらが特に目立つという不具合が有効に防止され、鮮明な画像を記録することができる高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタが実現される。
【００２６】
尚、前記発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃやサーマルヘッド回路パターン３は、従来周知の薄膜形成技術を採用することによって形成される。例えば、上述の抵抗材料とアルミニウム等の金属材料とを従来周知のスパッタリング法により基板１の上面に順次被着させ、得られた抵抗薄膜並びに金属薄膜を従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術にて所定パターンに微細加工することによって発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃ及びサーマルヘッド回路パターン３が形成される。
【００２７】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図４に示す如く、感熱記録媒体をサーマルヘッドＴの発熱素子列上に搬送する搬送手段として、プラテンローラ１０ｙ、１０ｍ、１０ｃや搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ等が配設される。
【００２８】
前記プラテンローラ１０ｙ、１０ｍ、１０ｃは、ＳＵＳ等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドＴの各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃ上に回転可能に支持され、感熱記録媒体を発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃ上に押圧しつつ感熱記録媒体を発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃと直交する方向（図中の矢印方向）に搬送する。
【００２９】
また前記搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドＴに対し感熱記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと前述のプラテンローラ１０ｙ、１０ｍ、１０ｃとで感熱記録媒体の走行を支持している。
【００３０】
そして、これと同時に各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃの発熱素子２を選択的に発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱記録媒体の各カラー発色層に伝達させつつ該カラー発色層に紫外線ランプを用いて紫外線を照射させ、各カラー発色層の所定箇所をイエロー、マゼンタ、シアンの順に発色させることにより、感熱記録媒体にカラー画像が形成される。
【００３１】
次に、上述したサーマルヘッドの発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃの抵抗値を調整する方法について、従来周知のパルストリミング法を用いる場合を例に説明する。
（１）まず、複数個の発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃを有したサーマルヘッドを準備する。
（２）次に、発色させる色の可視波長域幅に対応した最大抵抗値と最小抵抗値との差（目標抵抗値差）を、図３に示す換算テーブルより求める。
【００３２】
この換算テーブルは、様々な可視波長域幅をもった色で実際に発色させて画像記録を行い、濃度むらの少ない画像を得るために必要な目標抵抗値差を個々に算出して得たデータに基づくものであり、同図によれば、発色させる色の可視波長域幅が１８０ｎｍの場合、発熱素子２の目標抵抗値差は１１１Ωに、発色させる色の可視波長域幅が２０ｎｍの場合、発熱素子２の目標抵抗値差は３７０Ωに設定される。尚、様々な色で発色させるには、これらの色に対応したカラー発色層を有した感熱記録媒体が用いられる。
（３）次に、サーマルヘッド上に形成した発熱素子２の電気抵抗値を、プロービング装置の探針（プローブ）等を用いて個々に測定することにより、各発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃの最大抵抗値と最小抵抗値との差を算出するとともに、該算出した抵抗値差と、（２）の工程で得た目標抵抗値差とを比較し、しかる後、最大抵抗値と最小抵抗値との差が目標抵抗値差に対して近づくように発熱素子２の抵抗値を従来周知のパルストリミング法にて調整する。
【００３３】
尚、かかるパルストリミング法では、発熱素子２の抵抗値を下降させる場合は、発熱素子２に対しパルス幅（通電時間）が比較的短く、振幅（電圧値）が比較的大きなトリミングパルスが用いられ、このようなトリミングパルスを印加することによって発熱素子２を形成する抵抗材料を結晶化せしめ、発熱素子２をアニールすることによって抵抗値の下降現象が起こる。
【００３４】
また一方、発熱素子２の抵抗値を上昇させる場合は、発熱素子２に対しパルス幅が比較的長く、振幅が比較的小さなトリミングパルスが用いられ、このようなトリミングパルスを発熱素子２に印加することで発熱素子２を形成する抵抗材料が大気中の酸素等と結合し、表面に薄い酸化膜を形成することによって抵抗値の上昇現象が起こる。
【００３５】
そして、上述のトリミング作業を行った後、トリミングを行った発熱素子列２ｙ、２ｍ、２ｃの最大抵抗値と最小抵抗値と差を測定し、該測定した抵抗値差が目標抵抗値差に対して十分に近づいていない場合は、上述のトリミング作業を繰り返し行い、上記抵抗値差を目標抵抗値差に近づけていくようにする。
【００３６】
尚、このようなトリミング作業では、抵抗値調整を、抵抗値の下降もしくは上昇のいずれかのみで行っても良いし、抵抗値の下降、上昇の双方で行うようにしても良い。
【００３７】
以上のようなパルストリミング法にて抵抗値調整を行う場合、発熱素子２の抵抗値を精度良く、且つ簡単に調整することができ、これによってサーマルヘッドの生産性を高く維持することもできる。
【００３８】
またこの場合、前記発熱素子２をＴａＳｉＯ系抵抗材料により形成し、且つＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておけば、発熱素子２の電気抵抗値を従来周知のパルストリミング法にて調整する際、トリミングパルスを印加したときの抵抗値変動量が適度な大きさとなり、パルストリミング法によってより細かな抵抗値調整がし易くなるという利点がある。
【００３９】
ここで、発熱素子２内のＴａ含有率が６０原子％よりも大きいと、トリミングパルスを印加したときの発熱素子２の抵抗値変動が大きくなって細かな抵抗値調整が困難になる傾向があり、一方、発熱素子２内のＴａ含有率が５０原子％よりも小さいと、トリミングパルスを印加したときの発熱素子２の抵抗値変動が小さいため、発熱素子２の電気抵抗値を大きく変化させる場合に、抵抗値調整に長時間を要してしまう。従って、発熱素子２を形成する抵抗材料中のＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておくことが好ましい。
【００４０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４１】
例えば上述の実施形態においては、発熱素子列を３個形成するようにしたが、これに代えて、発熱素子列をさらに増やしてブラック、フォトマゼンタ、フォトシアン、フォトイエロー等を発色させるように構成しても良い。
【００４２】
また、上述の実施形態において、基板１上に、発熱素子２の発熱を制御するためのドライバーＩＣを搭載したり、発熱素子２を窒化珪素や酸化珪素等から成る保護膜で被覆するようにしても良いことは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、単一の基板上に、互いに異なる色を発色する複数個の発熱素子列を取着するとともに、これら発熱素子列の最大抵抗値と最小抵抗値との差を、発色させようとする色の可視波長域幅が広いものほど小さくなるように設定したことから、発熱素子列を構成する発熱素子の抵抗値バラツキ度合いは、濃淡の目立ちにくい色を記録する発熱素子列よりも濃淡の目立ち易い色を記録する発熱素子列で小さくなる。従って、特定の色で記録された画像の濃度むらが特に目立つという不具合が有効に防止され、鮮明なカラー画像を記録することができる高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタが実現される。
【００４４】
また本発明によれば、各発熱素子列に設けられる発熱素子の抵抗値調整をパルストリミング法にて行うことにより、発熱素子の抵抗値を精度良く、且つ簡単に調整することができ、これによってサーマルヘッドやサーマルプリンタの生産性を高く維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドの平面図である。
【図３】可視波長域幅と目標抵抗値差との関係を示す線図である。
【図４】図１のサーマルヘッドを用いて構成したサーマルプリンタの概略図である。
【図５】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２ｙ、２ｍ、２ｃ・・・発熱素子列
２・・・発熱素子
３・・・サーマルヘッド回路パターン

Claims (4)

1. 単一の基板上に、互いに異なる色を発色させる多数の発熱素子から成る発熱素子列を複数個取着したサーマルヘッドにおいて、
   前記各発熱素子列は、その最大抵抗値と最小抵抗値との差が、発色させようとする色の可視波長域幅が広いものほど小さく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。
2. 前記各発熱素子列が発色させる色は、少なくともシアン、マゼンタ、イエローを含むことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記発熱素子は、パルストリミング法にて抵抗値調整されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に感熱記録媒体を搬送する搬送手段とからなることを特徴とするサーマルプリンタ。

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