JP2004175048A

JP2004175048A - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ

Info

Publication number: JP2004175048A
Application number: JP2002346649A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimada; 幸司嶋田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】保護膜を長期にわたり良好に機能させることができ、しかも印画開始直後から鮮明な印画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】基板１の上面に、複数の発熱抵抗体３を配列するとともに、該発熱抵抗体３に接続される電極パターン４を被着し、発熱抵抗体３及び電極パターン４を保護膜６で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護膜６上で、且つ少なくとも発熱抵抗体３の配列領域にわたり導電膜７を被着させるとともに、該導電膜７に対する通電を、発熱抵抗体３の非発熱時にオンに、発熱抵抗体３の発熱時にオフに設定する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリやビデオプリンタ等の印画デバイスとして用いられる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、ファクシミリやビデオプリンタ等の印画デバイスとしてサーマルヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来のサーマルヘッドは、例えば図７に示す如く、アルミナセラミックスからなる基板２１の上面に複数の発熱抵抗体２３及び該発熱抵抗体２３に接続される電極パターン２４を被着するとともに、発熱抵抗体２３及び電極パターン１３を保護膜２６で被覆した構造のものが知られており、感熱紙やインクフィルム等の記録媒体を保護膜２６上に摺接させつつ発熱抵抗体２３上に搬送しながら、多数の発熱抵抗体２３を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、記録媒体を発熱抵抗体２３上の保護膜表面に摺接させ、発熱抵抗体２３の発した熱を、保護膜２６を介して記録媒体に伝導させることによって印画を形成するようになっている。
【０００４】
なお、前記保護膜２６は、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）やサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱抵抗２２や電極パターン２４を記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のサーマルヘッドにおいては、記録媒体が保護膜表面に繰り返し摺接されると、記録媒体の表面に付着した静電気の一部が保護膜２６上に蓄積され、保護膜２６と発熱抵抗体２３との間で放電を起こして保護膜２６が絶縁破壊してしまう。その結果、保護膜２６としての機能が喪失されてしまう欠点を有していた。
【０００６】
また、サーマルヘッドが組み込まれたプリンタを室温が低い場所で使用した場合、基板２１や保護膜２６の温度が低いため、この状態から印画を始めると、発熱抵抗体２３の熱の多くが基板２１や保護膜２６に吸収されてしまい、記録媒体まで伝導する熱量が少なくなる。その結果、印画開始後、所定の時間が経過するまでは、十分な濃さの印画ドットを形成することができず、印画が不鮮明なものとなる欠点を有していた。
【０００７】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は、保護膜を長期にわたり良好に機能させることができ、しかも印画開始直後から鮮明な印画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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、基板の上面に、複数の発熱抵抗体を配列するとともに、該発熱抵抗体に接続される電極パターンを被着し、発熱抵抗体及び電極パターンを保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜に対する通電を、発熱抵抗体の非発熱時にオンに、発熱抵抗体の発熱時にオフに設定したことを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明のサーマルヘッドは、前記導電膜にスリットを設け、導電膜に流れる電流の通路を幅狭に成したことを特徴とするものである。
【００１０】
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、前記導電膜に対する通電のオン・オフを切り換えるためのスイッチング手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のサーマルヘッドによれば、前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜に対する通電を、発熱抵抗体の非発熱時にオンに、発熱抵抗体の発熱時にオフに設定したことから、発熱抵抗体の非発熱時には導電膜を発熱させて基板や保護膜の温度を高め、発熱抵抗体の熱を効率的に記録媒体に伝達でき、また一方、発熱抵抗体の発熱時には記録媒体に付着した静電気を導電膜を介してグランドに逃がすことができる。従って、印画開始直後より発熱抵抗体の熱を良好に記録媒体に伝導させて鮮明な印画を得ることが可能となる上に、保護膜の絶縁破壊を有効に防止して保護膜を長期にわたり良好に機能させることも可能となる。
【００１２】
また本発明のサーマルヘッドによれば、前記導電膜にスリットを設けて導電膜に流れる電流の通路を幅狭とすることにより、導電膜全体に電流が行きわたり易くなり、導電膜の発熱分布を導電膜全域にわたり略均一にすることができる。従って、基板や保護膜での温度分布の偏りを減らして濃度むらの少ない印画を得ることができる。
【００１３】
【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係るサーマルヘッドの平面図、図２は図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図、図３は図１のサーマルヘッドのＹ−Ｙ線断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは、大略的に、基板１の上面に、発熱抵抗体３や電極パターン４、保護膜６、導電膜７、電極配線８を設けた構造を有している。
【００１４】
前記基板１は、アルミナセラミックス等の絶縁材料や表面に酸化珪素膜や窒化珪素膜が設けられた単結晶シリコン等の半導体材料により矩形状を成すように形成されており、その上面には、複数の発熱抵抗体３や電極パターン４、保護膜６、導電膜７、電極配線８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。
【００１５】
このような基板１は、アルミナセラミックスからなる場合、例えば、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・有機溶剤を添加・混合して泥漿状に成すとともに、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り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矩形状に打ち抜いた上、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００１６】
また前記基板１の上面には、ガラス製の部分グレーズ層２が基板１の長手方向に帯状に被着され、その頂部付近には多数の複数の発熱抵抗体３が設けられる。
【００１７】
前記部分グレーズ層２は、例えば曲率半径１ｍｍ〜４ｍｍの断面円弧状をなすように形成されており、その頂部の厚みは２０μｍ〜１６０μｍに設定される。
【００１８】
この部分グレーズ層２は、低熱伝導性（熱伝導率：０．７Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋ）のガラスにより形成されているため、その内部で発熱抵抗体３の発する熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用、具体的には、発熱抵抗体３の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用を為す。
【００１９】
前記複数の発熱抵抗体３は、例えば６００ｄｐｉ（ｄｏｔｐｅｒｉｎｃｈ）の密度で直線状に配列されており、各々がＴａＳｉＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成っているため、その両端に接続される電極パターン４を介して外部からの電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙に印画を形成するのに必要な温度、例えば１５０℃〜４００℃の温度に発熱する。
【００２０】
また、前記各発熱抵抗体３の両端に接続される電極パターン４は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属材料から成り、発熱抵抗体３の一端側に発熱抵抗体３の配列に沿って共通に接続される共通電極パターン４ａと、発熱抵抗体３の他端側に個別に接続される個別電極パターン４ｂとで構成されており、共通電極パターン４ａが所定の電位（例えば２４Ｖ）に保持された第１電源端子Ｖｈ１に接続され、個別電極パターン４ｂが接地電位（例えば０Ｖ）に保持された第１グランド端子（ＧＮＤ１）にドライバーＩＣ５のスイッチング素子等を介して接続される。
【００２１】
更に前記ドライバーＩＣ５は、各々の回路形成面（下面）に、シフトレジスタやラッチ回路，スイッチング素子等の電子回路が高密度に集積されており、複数の発熱抵抗体３を選択的に発熱させる作用、具体的には、外部より供給される画像データに基づいてスイッチング素子のオン・オフを切り替え、各発熱抵抗体３への通電を制御する作用を為す。
【００２２】
かかるドライバーＩＣ５としては、例えば、電子回路や端子を下面に有したフリップチップ型ＩＣが用いられ、従来周知のフェースダウンボンディング、即ち、ドライバーＩＣ５の端子を対応する電極パターン４上の端子に半田接合させることによってドライバーＩＣ５が電極パターン４に電気的に接続される。
【００２３】
尚、前記複数の発熱抵抗体３及び一対の電極パターン４は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術等を採用することにより所定パターンを成すように基板１の上面に被着・形成される。
【００２４】
また前記ドライバーＩＣ５は、例えば、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）を採用することにより、単結晶シリコンからなるインゴット（塊）を形成するとともに、これをダイヤモンドカッター等を用いて板状にスライスし、しかる後、該板体の一主面に従来周知の半導体製造技術を採用することにより、シフトレジスタやラッチ回路等の電子回路を高密度に集積させることによって製作される。
【００２５】
一方、前記発熱抵抗体３及び電極パターン４上には保護膜６が被着されており、該保護膜６によって発熱抵抗体３や一対の電極パターン４が共通に被覆されている。
【００２６】
前記保護膜６は、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化珪素（ＳｉＯ_２）、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱抵抗体３や電極パターン４、後述する電極配線８等を記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【００２７】
そして、前記保護膜６上には、発熱抵抗体３の配列領域にわたって導電膜７が被着されている。
【００２８】
尚、上述した保護膜６は、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング等を採用し、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化珪素（ＳｉＯ_２）、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）等の無機質材料を発熱抵抗体３や電極パターン４、後述する電極配線８等の上面に２μｍ〜２０μｍの厚みに被着させることにより形成される。
【００２９】
前記導電膜７は、ＴａＳｉＯやＴａＳｉＮＯ等のＳｉ，Ｃ，Ｔａ系の電気抵抗材料（比抵抗５００μΩ・ｃｍ〜３０００μΩ・ｃｍ）により帯状に形成されており、その一端側が接地電位（例えば０Ｖ）に保持される第２グランド端子（ＧＮＤ２）に、他端側が所定の電位（例えば２４Ｖ）に選択的に保持される第２電源端子（Ｖｈ２）にそれぞれ電極配線８を介して接続され、更に、第２電源端子（Ｖｈ２）はプリンタ内に取り付けられるリレーやスイッチングトランジスタ等のスイッチング手段ＳＷを介して外部電源に電気的に接続されている。
【００３０】
そして前記導電膜７は、スイッチング手段ＳＷのオン・オフの切り換えによって、その発熱が制御されるようになっており、導電膜７に対する通電は発熱抵抗体３の発熱時にオフに、発熱抵抗体３の非発熱時にオンに設定される。
【００３１】
このような導電膜７は、通電状態がオンの時、基板１に取り付けられた図示しないサーミスタの温度情報に基づいて所定の温度（３５℃〜５０℃）となるように所定時間発熱し、その下地となる保護膜６や基板１を加熱する作用を為し、一方、通電状態がオフの時、記録媒体の表面に付着した静電気をグランドに逃がす作用を為す。
【００３２】
すなわち、発熱抵抗体３の非発熱時には導電膜７を発熱させて基板１や保護膜６の温度を高め、発熱抵抗体３の熱を効率的に記録媒体に伝達できるようにし、一方、発熱抵抗体３の発熱時には記録媒体表面の静電気が導電膜７を介してグランドに逃がされ、保護膜６への静電気の蓄積を有効に防止できるようにしている。従って、印画開始直後より印画ドットの温度を十分に濃い濃度で形成して鮮明な印画を得ることが可能となる上に、保護膜６の絶縁破壊を有効に防止して保護膜６を長期にわたり良好に機能させることも可能となる。
【００３３】
尚、前記導電膜７は、前記保護膜６と同様に、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ法やスパッタリング等を採用し、ＴａＳｉＯやＴａＳｉＮＯ等の電気抵抗材料を保護膜６の上面の所定領域に０．０２μｍ〜０．２μｍの厚みに被着させることにより形成される。
【００３４】
一方、前記導電膜７の両端に接続される一対の電極配線８は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属材料により所定パターンに形成されており、外部からの電源電力を導電膜７に印加する作用を為している。かかる電極配線８は、上述した電極パターン４と同様の方法により同時に形成される。
【００３５】
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は、図３に示す如く、スイッチング手段ＳＷと、プラテンローラ９と、搬送ローラ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとを含んで構成されている。
【００３６】
前記スイッチング手段ＳＷは、リレーやスイッチングトランジスタ等からなり、外部からより供給される制御信号に基づいてそのオン・オフが切り換えられ、オン状態の時に導電膜７を外部電源に接続して、導電膜７への通電がなされるようになっている。
【００３７】
また前記プラテンローラ９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の発熱抵抗体３上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱抵抗体３上の保護膜表面に押圧しつつ記録媒体を発熱抵抗体３の配列と直交する方向（図中の矢印方向）に搬送する。
【００３８】
更に前記搬送ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ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に対し記録媒体の搬送方向上流側（ドライバーＩＣ５側）と下流側（発熱抵抗体３側）に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと前述のプラテンローラ９とで記録媒体の走行を支持している。
【００３９】
そして、これと同時に多数の発熱抵抗体３をドライバーＩＣ５の駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を保護膜６や導電膜７を介し記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
【００４０】
尚、本発明は上述の実施形態に特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内で種々の変更・改良が可能である。
【００４１】
例えば、上述の実施形態において、前記導電膜７にスリットを設けて導電膜７に流れる電流の通路を幅狭となるようにしておけば、導電膜全体に電流が行きわたり易くなり、導電膜７の発熱分布を導電膜全域にわたり略均一にすることができる。従って、基板１や保護膜６での温度分布の偏りを減らして濃度むらの少ない印画を得ることができる。尚、前記スリットの形成パターンは、例えば、図４に示す如く、前記発熱抵抗体３の配列方向と直交するスリット７ａを発熱抵抗体３の配列方向に沿って千鳥状に設け、前記導電膜７を蛇行状に形成したり、あるいは、図５に示す如く、前記発熱抵抗体３の配列方向と略平行なスリット７’ａを発熱抵抗体３の配列方向と直交する方向にわたり設け、前記導電膜７をストライプ状に形成したりする場合等がある。
【００４２】
更に上述の実施形態において、前記導電膜７を発熱抵抗体３と同一材料により形成するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のサーマルヘッドによれば、前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜に対する通電を、発熱抵抗体の非発熱時にオンに、発熱抵抗体の発熱時にオフに設定したことから、発熱抵抗体の非発熱時には導電膜を発熱させて基板や保護膜の温度を高め、発熱抵抗体の熱を効率的に記録媒体に伝達でき、また一方、発熱抵抗体の発熱時には記録媒体に付着した静電気を導電膜を介してグランドに逃がすことができる。従って、印画開始直後より発熱抵抗体の熱を良好に記録媒体に伝導させて鮮明な印画を得ることが可能となる上に、保護膜の絶縁破壊を有効に防止して保護膜を長期にわたり良好に機能させることも可能となる。
【００４４】
また本発明のサーマルヘッドによれば、前記導電膜にスリットを設けて導電膜に流れる電流の通路を幅狭とすることにより、導電膜全体に電流が行きわたり易くなり、導電膜の発熱分布を導電膜全域にわたり略均一にすることができる。従って、基板や保護膜での温度分布の偏りを減らして濃度むらの少ない印画を得ることができる。
【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平面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図１のサーマルヘッドのＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】図１のサーマルヘッドを用いて構成されたサーマルプリンタの概略図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るサーマルヘッドの平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るサーマルヘッドの平面図である。
【図７】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
２・・・部分グレーズ層
３・・・発熱抵抗体
４・・・電極パターン
４ａ・・・共通電極パターン
４ｂ・・・個別電極パターン
５・・・ドライバーＩＣ
６・・・保護膜
７・・・導電膜
７ａ，７’ａ・・・スリット
８・・・電極配線
９・・・プラテンローラ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ・・・搬送ローラ
ＧＮＤ１・・・第１グランド端子
ＧＮＤ２・・・第２グランド端子
Ｖｈ１・・・第１電源端子
Ｖｈ２・・・第２電源端子
Ｔ・・・サーマルヘッド
ＳＷ・・・スイッチング手段

Claims

基板の上面に、複数の発熱抵抗体を配列するとともに、該発熱抵抗体に接続される電極パターンを被着し、発熱抵抗体及び電極パターンを保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、
前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜に対する通電を、発熱抵抗体の非発熱時にオンに、発熱抵抗体の発熱時にオフに設定したことを特徴とするサーマルヘッド。
前記導電膜にスリットを設け、導電膜に流れる電流通路を幅狭に成したことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッドと、前記導電膜に対する通電のオン・オフを切り換えるためのスイッチング手段とを備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。