JP2007331109A

JP2007331109A - サーマルヘッド装置

Info

Publication number: JP2007331109A
Application number: JP2006161752A
Authority: JP
Inventors: Tsugufumi Enomoto; 亜文榎本
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】記録媒体上に形成された可視像を消去するためのサーマルヘッド装置において、当該可視像を綺麗にかつ早く消去可能とする。
【解決手段】サーマルヘッド１０は、支持基板１１の表面に保温層であるグレーズ層１２が形成され、グレーズ層１２上に発熱抵抗体層１３が形成されている。更に、発熱抵抗体層１３に重層して、間隙Ｇを挟んで対向する第１の電極１４ａ及び第２の電極１４ｂが配設され、間隙Ｇにおいて露出する発熱抵抗体層１３が、サーマルヘッド１０の主走査方向に形成された発熱抵抗体である発熱部１５となる。支持基板１１は、放熱板２０上に載置されており、支持基板１１と放熱板２０は両面テープ２１により接着される構成となっている。発熱部１５の幅Ｒは、送りピッチの１．５〜２．５倍であり、グレーズ層１２の厚さは１００μｍ〜３００μｍ、両面テープ２１の厚さは１２５μｍ〜２５０μｍである。
【選択図】図２

Description

本発明は、記録媒体に形成された可視像を消去するためのサーマルヘッド装置に関する。

近年、ＩＣカード、磁気カードのようなカード類或いは記録用紙などのシート類として画像の書き込み及び消去可能な記録媒体が用いられるようになっている。

このような記録媒体として、ロイコ染料と顕色剤を混合したリライタブル感熱記録媒体がある。リライタブル感熱記録媒体への印字（発色）工程では、図３に示すように、印字に必要な温度（例えば、１７０℃以上）で記録媒体を短時間（例えば０．００１ｓｅｃ程度）加熱することで、記録媒体の発色層中のロイコ染料と顕色剤が溶け合った状態となり、この状態で急激に冷却すると、ロイコ染料と顕色剤が混ざり合ったまま結晶化し、発色する。これにより、記録媒体上に可視像が形成される。このように記録媒体を瞬時に加熱・冷却可能な熱応答性のよいデバイスとしてサーマルプリントヘッドがあり、記録媒体への印字に用いられている。

一方、上記記録媒体上に形成された可視像の消去工程では、ロイコ染料と顕色剤の融点以下の温度領域（例えば、１２０〜１４０℃）で長時間（例えば、０．１ｓｅｃ程度）加熱することにより、ロイコ染料と顕色剤が徐々に分離して結晶化し、消去状態となる。

記録媒体上に形成された可視像を消去するための消去手段として、特許文献１には、単一ヒータから構成されたサーマルヘッドが提案されている。この単一ヒータを有するサーマルヘッドの一例について図５を参照して説明する。ここで、図５（ａ）は、サーマルヘッドの単一ヒータ部分を示す上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＺ−Ｚ矢視の拡大横断面図である。図５に示すように、支持基板１０１上にグレーズ層１０２が形成され、このグレーズ層１０２上に発熱抵抗体層１０３が形成されている。

発熱抵抗体層１０３上には、一対の電極１０４ａ、１０４ｂが間隙Ｇを挟んで対向して配置されている。ここで、一対の電極１０４ａ、１０４ｂは、発熱抵抗体層１０３に重層して形成され電気接続している。間隙Ｇに露出する発熱抵抗体層１０３は、サーマルヘッドの主走査方向にライン状或いは帯状（以下、ライン状という。）に形成された発熱部１０５となる。また、この一対の電極１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ、外部接続端子１０６ａ、１０６ｂに接続されている。この外部接続端子の一部を除き全体が保護層１０７により被覆される。このようにして、発熱抵抗体層１０３の発熱部１０５、一対の電極１０４ａ、１０４ｂを有する単一ヒータがサーマルヘッドに形成されている。

ここで、支持基板１０１は、例えばアルミナセラミックスのような耐熱、絶縁体材料から成る。グレーズ層１０２は、ガラスやポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成り、発熱部１０５の発する熱を蓄積或いは放散する作用を有する。発熱抵抗体層１０３は、ＴａＳｉＯ等の電気抵抗体材料から成る。一対の電極１０４ａ、１０４ｂは、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等の低抵抗の金属材料から成る。外部接続端子１０６ａ、１０６ｂは、フレキシブル配線板（不図示）と接続部材を介して接続され電源電力が供給される領域になる。これらの外部接続端子は、一対の電極１０４ａ、１０４ｂの上面にＮｉ（ニッケル）やＡｕ（金）等の半田濡れ性の良好な金属材料が被着したものになっている。

保護層１０７は、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）やＳｉＣ（炭化珪素）等の硬質で緻密な無機質材料から成り、保護層１０７で一対の電極１０４ａ、１０４ｂ、発熱部１０５を被覆しておくことにより、一対の電極１０４ａ、１０４ｂ、発熱部１０５或いは発熱抵抗体層１０３を記録媒体の摺接による磨耗、並びに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ようになっている。

上記サーマルヘッドを用いた記録媒体の可視像の消去では、可視像が形成された記録媒体が、サーマルヘッドの保護層１０７と、例えばプラテンローラとの間で挟圧され、副走査方向に所定のピッチ速度で搬送される。この搬送において、記録媒体は、発熱部１０５により加熱され、可視像の消去に必要な所要の温度にされる。この加熱温度は、発熱部１０５に印加する予め設定された電源の電力及び上記走査の速度により決まる。
特開２０００−３４０３４６号公報

しかしながら、特許文献１のサーマルヘッドと同様の構造を有し、印字及び消去が可能なサーマルヘッドにおいて、発熱部１０５の副走査方向における幅を、印字用サーマルヘッドの送りピッチ（１ピッチ）程度の長さとした構成を採用した場合、一度の消去工程では、送りピッチ以内の範囲でしか消去されないため、ピッチ毎に消去ムラが生じ、記録媒体上の可視像を綺麗に消去することができないという問題があった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、記録媒体上に形成された可視像を綺麗に且つ早く消去可能なサーマルヘッド装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るサーマルヘッド装置は、放熱板と、前記放熱板上に形成した支持基板と、前記放熱板と前記支持基板を接着させる接着手段と、前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料からなる保温層と、前記保温層の表面に形成した発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に接続し、当該発熱抵抗体上に間隙部を挟んで対向し、当該間隙部を発熱部とする第１の電極及び第２の電極と、前記発熱抵抗体、前記第１の電極及び前記第２の電極を被覆する絶縁体材料からなる保護層と、を備えたサーマルヘッドと、感熱体を前記サーマルヘッドに接触させて所定ピッチで送る送り機構と、を具備するサーマルヘッド装置において、前記接着手段は両面テープであり、前記発熱抵抗体の前記発熱部はライン状の単一ヒータを形成し、前記送り方向で前記発熱部のラインに対する垂直方向の幅は、前記ピッチの１．５〜２．５倍であることを特徴としている。

本発明によれば、送り機構の送り方向で発熱部のラインに対する垂直方向の幅を、送り機構のピッチの１．５〜２．５倍としたことにより、記録媒体に形成された可視像を綺麗に消去することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下では、互いに同一又は類似の部分には共通の符号を付し、重複説明は省略する。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。

図１に、本発明の実施形態に係るサーマルヘッド１０を示す表面の一部を切り欠いた上面図を示し、図２に、図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図を示す。本実施形態のサーマルヘッド１０は、リライタブル感熱記録媒体（以下、単に「記録媒体」と呼ぶ。）に形成された可視像を消去するためのデバイスである。

図３に、記録媒体への印字工程と、記録媒体に形成された可視像の消去工程における、発熱体の材料の温度変化を示す。消去工程では、図３に示すように、ロイコ染料と顕色剤を分離させるために、ロイコ染料と顕色剤の融点以下である１２０〜１４０℃の温度領域で一定時間加熱し、更に、分離したロイコ染料と顕色剤の各々を結晶化させるために徐々に冷却する必要がある。

本実施形態のサーマルヘッド１０は、記録媒体に形成された可視像を綺麗に消去すべく、記録媒体を送る方向（副走査方向）で、ライン状の発熱部１５（後述）のラインに対する垂直方向の幅を送りピッチ以上とし、消去工程における発熱後に徐々に温度を下げることを可能とした構造を有するものである。以下、サーマルヘッド１０の構造を詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、サーマルヘッド１０は、例えばアルミナ等のセラミックスから成る支持基板１１の表面に、保温層であるグレーズ層１２が形成され、グレーズ層１２上に発熱抵抗体層１３が形成されている。更に、発熱抵抗体層１３に電気接続され、発熱抵抗体層１３に重層して、間隙Ｇを挟んで対向する第１の電極１４ａ及び第２の電極１４ｂが配設されている。間隙Ｇにおいて露出する発熱抵抗体層１３が、サーマルヘッド１０の主走査方向にライン上に形成された発熱抵抗体である発熱部１５になる。

第１の電極１４ａ、第２の電極１４ｂは、それぞれ、外部接続端子１７ａ、１７ｂに接続されており、これらの外部接続端子の一部を除き全体が保護層１６により被覆される。また、支持基板１１は、アルミ板等からなる放熱板２０上に載置されており、支持基板１１と放熱板２０は、接着手段である両面テープ２１により接着される構成となっている。

支持基板１１は、通常、耐熱性を有する絶縁体材料から成る絶縁基板であり、アルミナセラミックスの他に、シリコン、石英、炭化珪素等のセラミックスにより構成されてもよい。

グレーズ層１２は、発熱部１５から発する熱を蓄積或いは放散する作用を有し、表面平滑性のある絶縁体材料であればよく、例えば、酸化珪素から成るガラス膜、或いはポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成る。本実施形態では、グレーズ層１２の放熱性を確保し、且つ蓄熱性を高めるため、膜厚を１００μｍ〜３００μｍとする。

発熱抵抗体層１３は、例えばＴａＳｉＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＴｉＳｉＣＯ系の電気抵抗体材料からなる。第１の電極１４ａ及び第２の電極１４ｂは、低抵抗になるほど好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ或いはＡｌＣｕ合金等の金属を主材料に構成される。また、本実施形態のサーマルヘッド１０では、一度の消去工程での消去範囲を広げて消去ムラを解消させるため、発熱部１５の副走査方向における幅Ｒを、サーマルヘッド１０の送りピッチの１．５倍以上とする。また、幅Ｒが長すぎると、消去工程において十分な冷却時間を確保することができず、記録媒体に形成された可視像を綺麗に消去することができなくなるため、幅Ｒは送りピッチの２．５倍以下とする。

保護層１６は、従来の技術の場合と同様に、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯＮ（酸窒化珪素）やＳｉＣ等の硬質で緻密な絶縁体材料から成り、この保護層１６で一対の電極１４ａ、１４ｂ、発熱部１５を被覆しておくことにより、一対の電極１４ａ、１４ｂ、発熱部１５或いは発熱抵抗体層１３を、記録媒体の摺接による磨耗、並びに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ようになっている。

両面テープ２１は、アクリル系感圧性接着材からなる。なお、放熱板２０と支持基板１１を接着する接着手段として、両面テープ２１の他に、接着剤、ゲル等が考えられるが、本実施形態では、これらの中で一番熱伝導率が低い両面テープ２１が用いられている。ここで、印字用のサーマルヘッドにおいて放熱板と支持基板を接着する両面テープを用いる場合、放熱性を高めて画質を良くするため、両面テープの厚さは１２５μｍ以下としている。これに対し、本実施形態における消去用のサーマルヘッド１０では、放熱性を低めて蓄熱性を高めるため、両面テープ２１の厚さを１２５μｍ〜２５０μｍとする。

図４に、本実施形態のサーマルヘッド１０を備えたデバイス（サーマルヘッド装置）の一例として、画像消去及び画像形成が可能なリライタブル・サーマルプリンタの概略構成図を示す。図４に示すように、このサーマルプリンタには、本実施形態のサーマルヘッド１０が固定して取り付けられ、その保護層１６が下方側になり、感熱体である記録媒体２４（リライタブル感熱記録媒体）に圧接するように配置されている。そして、この保護層１６に対面する位置にプラテンローラ２５が配置される。ここで、記録媒体２４は、保護層１６とプラテンローラ２５により挟圧され、印字時と同一の速度、ピッチで副走査方向に送られる。また、サーマルヘッド１０には、通電パルスを伝送する制御装置２６が接続されている。

すなわち、記録媒体２４は、プラテンローラ２５とともに送り機構を構成する搬送用モータを含む送り機構制御回路３０に回転駆動されるプラテンローラ２５及びキャプスタンローラ２７と、キャプスタンローラ２７に圧接するピンチローラ２８により、副走査方向に搬送されようになっている。更に、グリップローラ２９ａ及び２９ｂが記録媒体２４を挟むように付設され、記録媒体２４の安定した搬送を可能にする。ここで、記録媒体２４は、リライタブル感熱記録媒体のカード類あるいはシート類であることから、それらのサイズに合わせて上記各種のローラの材質および大きさが設定される。

サーマルヘッド１０は、上下方向に移動自在となっており、プラテンローラ２５に圧接する方向に付勢される。このプラテンローラ２５は、記録媒体２４をサーマルヘッド１０の保護層１６に押し付けるためにクッション性を有し、適度な硬度を有するゴムで覆われている。

次に、本実施形態のサーマルヘッド１０の動作について説明する。
記録媒体２４に形成された可視像の消去工程において、まず、制御装置２６から通電パルス（例えば方形波形の電圧パルス）が配線板（不図示）を介して第１の電極１４ａ及び第２の電極１４ｂに印加される。ここで、第１の電極１４ａは、例えば接地電位にされ、第２の電極１４ｂは、サーマルヘッド１０の主走査方向の両端部に形成された外部接続端子から、例えば正の電圧パルスが印加される。この通電パルスにより、発熱部１５において対向する第１の電極１４ａ側に電流が流れ、ジュール熱が発生する。第１の電極１４ａに流れる電流は、サーマルヘッド１０の主走査方向の両端側に形成された第１の電極１４ａの外部接続端子から配線板（不図示）に流れ出る。そして、発熱部１５で発生したジュール熱により、サーマルヘッド１０の副走査方向に圧送される記録媒体２４が加熱される。

記録媒体２４は、サーマルヘッドの保護層１６とプラテンローラ２５との間で挟圧され、サーマルヘッド１０に接触しながら、副走査方向に所定の速度で、印字記録時と同様に１ピッチずつ搬送される。この搬送において、記録媒体２４は、主走査方向に帯状に均一化された発熱により加熱される。ここで、この加熱温度は、記録媒体２４のロイコ染料及び顕色剤の融点以下の１２０〜１４０℃であり、当該加熱温度になるような通電パルスが一定時間、第１の電極１４ａ及び第２の電極１４ｂに印加されることになる。

記録媒体２４への一定時間の加熱により、記録媒体２４のロイコ染料と顕色剤が分離される。そして、発熱部１５の発熱後に徐々に冷却され、分離されたロイコ染料と顕色剤は、各々結晶化される。

以上のように、本実施形態のサーマルヘッド１０によれば、発熱部１５の副走査方向における幅Ｒを送りピッチの１．５〜２．５倍としているため、１ピッチ送りでありながら副走査方向に隣接する次ピッチに該当する記録媒体２４の表面も同時に加熱するので、加熱の切れ目がなくなり、一度の消去工程で、サーマルヘッド１０の送りピッチより広い範囲を消去可能としたことにより、従来発生していた消去ムラを解消させることができる。

また、印字用のサーマルヘッドとして確立した基板構造を用い、図３に示す消去工程における低温且つ幅広の加熱時間Ｔ１（１．５〜２．５ピッチに相当する時間）と、その後の徐々に冷却する時間の設定を容易に得ることができるため、記録媒体２４に形成された可視像を綺麗に且つ早く消去することが可能となる。

また、グレーズ層１２の厚さを１００μｍ〜３００μｍ、両面テープ２１の厚さを１２５μｍ〜２５０μｍとすることにより、サーマルヘッド１０全体の蓄熱性を格段に高めることが可能となる。従って、消去工程において発熱部１５の発熱後に徐々に温度を下げることが容易になり、記録媒体２４に形成された可視像を更に綺麗に消去することが可能となる。

また、発熱部１５が多数の発熱体素子を配列した構造を有し、各発熱体素子の温度を個別に制御する形態を採用すると、主走査方向における温度分布を均一とすることができ、記録媒体２４に形成された可視像をより一層綺麗に消去することが可能となる。

なお、本発明は、フォトプリンタにおいて印画された写真にオーバーコート層をコーティングする場合にも適用することが可能である。

本発明の実施形態に係るサーマルヘッドを示す模式的な上面図。図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図。印字工程及び消去工程における材料の温度変化を示す図。本発明の実施形態に係るサーマルヘッドを備えたリライタブル・サーマルプリンタの一例の概略構成図。従来の技術のサーマルヘッドを示す模式的な上面図（ａ）と、そのＺ−Ｚ矢視の拡大横断面図（ｂ）。

符号の説明

１０サーマルヘッド
１１支持基板
１２グレーズ層
１３発熱抵抗体層
１４ａ第１の電極
１４ｂ第２の電極
１５発熱部
１６保護層
１７ａ、１７ｂ外部接続端子
２０放熱板
２１両面テープ
２４記録媒体
２５プラテンローラ
２６制御装置
２７キャプスタンローラ
２８ピンチローラ
２９ａ、２９ｂグリップローラ
３０送り機構制御回路

Claims

放熱板と、
前記放熱板上に形成した支持基板と、
前記放熱板と前記支持基板を接着させる接着手段と、
前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料からなる保温層と、
前記保温層の表面に形成した発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に接続し、当該発熱抵抗体上に間隙部を挟んで対向し、当該間隙部を発熱部とする第１の電極及び第２の電極と、
前記発熱抵抗体、前記第１の電極及び前記第２の電極を被覆する絶縁体材料からなる保護層と、を備えたサーマルヘッドと、
感熱体を前記サーマルヘッドに接触させて所定ピッチで送る送り機構と、
を具備するサーマルヘッド装置において、
前記接着手段は両面テープであり、
前記発熱抵抗体の前記発熱部はライン状の単一ヒータを形成し、
前記送り方向で前記発熱部のラインに対する垂直方向の幅は、前記ピッチの１．５〜２．５倍であることを特徴とするサーマルヘッド装置。
前記保温層はグレーズ層であり、当該グレーズ層の厚さは１００μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド装置。
前記両面テープの厚さは１２５μｍ〜２５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド装置。