JP2808804B2 - サーマルヘッド - Google Patents

サーマルヘッド

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JP2808804B2
JP2808804B2 JP7601490A JP7601490A JP2808804B2 JP 2808804 B2 JP2808804 B2 JP 2808804B2 JP 7601490 A JP7601490 A JP 7601490A JP 7601490 A JP7601490 A JP 7601490A JP 2808804 B2 JP2808804 B2 JP 2808804B2
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秀夫 浅井
清人 中澤
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ワードプロセッサーの出力装置、パーソナ
ルコンピューターの出力端末等に用いられる熱転写記録
装置用のサーマルヘッドに関するものである。
従来の技術 熱転写記録装置は、低騒音、メインテナンスフリー、
普通紙に印字可能等の点からワードプロセッサーの出力
装置、パーソナルコンピューターの出力端末等に広く用
いられてきており、またそれらのパーソナル化に伴って
低消費電力化が強く要望されてきている。
熱転写記録の原理について第6図を用いて説明する。
第6図は熱転写記録の原理を示す図であり、1はプラ
テン、2はサーマルヘッド、3はインクリボン、4は記
録用紙であり、インクリボン3はPET(ポリエチレンテ
レフタレート)等からなるベース層5と熱溶融インクか
らなるインク層6によって構成されており、7は記録用
紙4上に転写されたインク層である。
熱転写記録が行われる過程を以下に述べる。
まず、サーマルヘッド2とプラテン1との間に適当な
圧力を加え、サーマルヘッド2が所望のパターンに従っ
て発熱することによってインク層6の対応する部分が溶
融して記録用紙4に転写する。その後、サーマルヘッド
2が移動し(図中矢印方向)、使用済みのインクリボン
3を記録用紙4から分離することによりインク層7が記
録用紙4の上に残る。
第7図および第8図はサーマルヘッド2を説明するも
のであり、第7図はその断面図、第8図は上面図であ
る。
サーマルヘッド2は一般的に、平板からなるアルミナ
等の基板8上に電気絶縁材料からなるグレーズ層9、そ
の上に複数の発熱抵抗体膜10が形成され、発熱抵抗体膜
10の端部には電極膜11,12が形成されている。さらにそ
の上には耐摩耗性および酸化防止のためにSiO2等からな
る保護膜13が全面に形成されている。
電極膜11と電極膜12の間に所定の電圧をかけることに
よって発熱抵抗体膜10の電極膜11と電極膜12の間の部分
(これを発熱部14と呼ぶ)に電流が流れ発熱する。
発明が解決しようとする課題 しかしながら第7図および第8図で説明した従来のサ
ーマルヘッドを用いた熱転写記録では、発熱抵抗体膜10
の発熱のために与えられたエネルギーが有効に使われな
い、あるいは印字信号に対して転写される像が忠実でな
いという課題を有していた。
また、第9図a〜cに発熱部におけるヘッドの温度分
布と、インク層の温度分布を示しているが第8図で示し
たようにサーマルヘッド2における発熱部14は通常矩形
をしている。従って発熱部14が発熱した場合第9図bで
示すように中心部ほど温度が高い温度分布となり、この
熱が伝熱されるインク層6も同じように第9図cで示す
ように中心部の温度が高い温度分布になる。インク層6
はある融点(70℃近辺で多い)を有しており、その融点
以上になった部分が溶融して記録用紙4に転写されるわ
けであるため、融点以上に温度が上がっている部分につ
いてはエネルギーを無駄に使っていると言え、また温度
が融点を越えて上がりすぎるとインク層6の粘度が下が
りすぎて記録用紙4の中に浸透してしまい印字濃度が下
がる現象も起きる。また、温度分布が第9図cで示した
ようになっていると、様々な要因(たとえば環境温度)
でインク層6の転写面積が大きく変わるという欠点も有
している。
上述の課題を克服するために第10図aで示すようなサ
ーマルヘッドが提案されている(特開平1−238957号公
報参照)。これは第10図aに示すように発熱体14を分割
して中央部での温度を必要以上に上げなくしているもの
であるが、この場合温度分布は第10図b,cで示すように
なり、1ドットを転写するのに必要なエネルギーは減る
が、分割された発熱体一つ当たりの発熱量は増す傾向に
あるため寿命の面で問題がある。また、第11図で示すよ
うに発熱体14の中央部に穴を設けた形のサーマルヘッド
も提案されているが、これもやはり図中A部に電流が集
中して寿命の点で問題がある。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、低消費電
力であり、かつ高印字品質を実現できる優れたサーマル
ヘッドを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、基板と、この基
板上に形成したグレーズ層と、このグレーズ層上に形成
した発熱抵抗体膜と、この発熱抵抗体膜に接続されるよ
うに形成した電極膜と、前記発熱抵抗体膜と前記電極膜
を被覆するように形成した保護膜とを有し、この保護膜
として前記発熱抵抗体膜上かつ前記発熱抵抗体膜の面積
よりも小さな部分に第1の保護膜が形成されるととも
に、この第1の保護膜を囲むように第2の保護膜が形成
され、さらにこの第2の保護膜を囲むように第3の保護
膜が形成され、第2の保護膜の熱伝導率が第1の保護膜
及び第3の保護膜の熱伝導率よりも高くなるように構成
したものである。
また、本発明は、基板の主面と端面の間に形成された
傾斜面上にグレーズ層を形成し、このグレーズ層上に形
成した発熱抵抗体膜と、この発熱抵抗体膜に接続される
ように形成した電極膜と、前記発熱抵抗体膜と前記電極
膜を被覆するように形成した保護膜とを有し、この保護
膜として前記発熱抵抗体膜上かつ前記発熱抵抗体膜の面
積よりも小さな部分に第1の保護膜が形成されるととも
に、この第1の保護膜を囲むように第2の保護膜が形成
され、さらにこの第2の保護膜を囲むように第3の保護
膜が形成され、第2の保護膜の熱伝導率が第1の保護膜
及び第3の保護膜の熱伝導率よりも高くなるように構成
したものである。
作用 この構成によって、発熱部分中心部ではインクリボン
方向への熱の流れが適当に押さえられ、熱の流れはその
周囲に広がるため、発熱部分の中心部で必要以上に温度
が上がることがなくエネルギーを有効に使って大きなイ
ンク転写面積を得ることができる。
実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。
第1図および第2図は本発明の一実施例におけるサー
マルヘッドの断面図および上面図(第1図中のA方向か
らの図)である。
例えばアルミナ等のセラミックス材料からなる基板15
の主面16と端面17との間に傾斜面18が、主面16と30゜の
角度をなすように形成されている。この傾斜面18の幅は
0.3mmであって、その表面に20μmの厚さになるように
低熱伝導率かつ電気絶縁特性のあるグレーズ層19が設け
られている。本発明においては、傾斜面18の幅、グレー
ズ層19の厚さは、必ずしも上記の値に限定されるもので
はない。グレーズ層19の表面にはスパッタリングにより
TiC−SiO2からなる発熱抵抗体膜20が形成されている。
また、発熱抵抗体膜20の端部には、この発熱抵抗体膜20
に接続されるよう主面16側及び端面17側に延出するCr−
Cu等からなる電極膜21,22がスパッタ等を行った後フォ
トエッチングを行うことにより所定のパターンに形成さ
れている。更にその表面には、2種類の熱伝導率、すな
わち、発熱部23(発熱抵抗体膜20の電極膜21と22の間の
部分)の中心部真上には低熱伝導率、それ以外の部分に
は高熱伝導率からなる保護膜24,25が形成されている。
本実施例においては、保護膜(低熱伝導率部)24、保
護膜(高熱伝導率部)25の組合せとして表1に示した6
種類を検討した。また、比較のために従来例のように保
護膜の熱伝導率に差がないものも合わせて検討した(ケ
ース7およびケース8)。
いずれの場合も発熱部23真上の部分の保護膜の厚さは
4.5μmに、それ以外の保護膜の厚さは4.0μmに揃え、
また、インクリボンのベース層(図示せず)およびイン
ク層(図示せず)の厚さをそれぞ3.5μm、3.0μmに揃
えて熱解析シミュレーションを行った結果、インク層の
温度が融点(70℃)以上になる面積は第3図で示すよう
にケース3>ケース2>ケース6>ケース1>ケース5
>ケース4>ケース8>ケース7の順に大きかった。
また、ケース1、ケース3、ケース7、ケース8につ
いて、発熱部23の真上に相当する部分のインク層の温度
を測定した結果、熱解析シミュレーションの結果と±3
%の精度で一致していた。温度測定後、ケース1、ケー
ス3、ケース7、ケース8のサーマルヘッドを熱転写記
録装置に取り付けて実印字を行った結果、ケース3>ケ
ース1>ケース8>ケース7の順に印字濃度が高く、熱
解析シミュレーションの結果を反映した。
本実施例においては発熱部23真上とその周囲部で保護
膜の表面において段差の生じないように調整したサーマ
ルヘッドについて説明したが、本発明は段差の有無に特
定されるものではない。また本実施例において説明した
ように保護膜(低熱伝導率部)24および保護膜(高熱伝
導率部)25は、発熱抵抗体膜20あるいは電極膜21,22と
接しているのが望ましいが、必ずしも本発明はこれに特
定されるものではない。
さらに、本実施例に示した保護膜(低熱伝導率部)24
と保護膜(高熱伝導率部)25は、各単層膜の場合につい
て説明したが、本発明は必ずしも単層膜である必要はな
く、所望の性能に合わせて多層膜等であっても何ら構わ
ない。また、グレーズ層19のような材質も本来低熱伝導
率であることから、これを保護膜(低熱伝導率部)24に
用いても構わない。また、本実施例では保護膜(低熱伝
導率部)24の形状は円形をしているが、必ずしも本発明
はこの形に特定されるものではない。必要条件は保護膜
24が保護膜25に比べて相対的に熱伝導率が低いことであ
る。また、本実施例で説明した保護膜(低熱伝導率部)
24と保護膜(高熱伝導率部)25は、耐摩耗性、耐酸化性
の点で問題ない。
また、本実施例において説明したように傾斜面18の幅
が0.3mmと非常に小さいため、その上に形成するグレー
ズ層19の厚さも薄くかつ保護膜全体の曲率も小さくな
る。従ってインクリボン(図示せず)にかかる応力も大
きいものとなりサーマルヘッドからの熱がより効率的に
インクリボンに伝熱されることなる。但し本発明による
効果は、傾斜面18を持つものに必ずしも限定されない。
以上のように本実施例はインク層の温度を必要以上に
上げることがないため、印字のために与えるエネルギー
を従来よりも低下することができるものである。
次に本発明の他の実施例について図面を参照しながら
説明する。
第4図および第5図は本発明の他の実施例におけるサ
ーマルヘッドの断面図および上面図(第4図中のA方向
からの図)である。
第4図及び第5図において26は発熱部23(発熱抵抗膜
20の電極膜21と22の間の部分)の中心部真上に形成され
た比較的低熱伝導率の保護膜、27は発熱部23の真上であ
りかつ保護膜(低熱伝導率部)26以外の部分に形成され
た相対的に熱伝導率の高い保護膜、28は発熱部23の真上
以外の部分に形成された保護膜(高熱伝導率部)27より
は熱伝導率の低い保護膜であり、他の部材は名称、働き
共に第1図で説明した実施例と一致している。
保護膜(低熱伝導率部)26、保護膜(高熱伝導率部)
27、保護膜(周辺部)28として表2に示した材質を想定
して熱解析シミュレーションを行った結果を第3図中の
ケース9を示した。この様に、ケース9では保護膜内に
おいて発熱部23真上周辺部への熱の流れが保護膜(周辺
部)28によって抑制されるため、より選択的に熱の流れ
がインクリボン(図示せず)方向へ生じ、インク層の溶
融面積を増やす。
なお本実施例では保護膜(低熱伝導率部)26と保護膜
(周辺部)28は同一の物質であるが、これは別の物質で
あっても保護膜(周辺部)28の熱伝導率が保護膜(高熱
伝導率部)27の熱伝導率よりも低ければ本発明の効果は
失われることはない。
さらには保護膜(周辺部)28に相当する部分は保護膜
が除去されていても構わない。
以上のように本実施例は、熱の流れを選択的かつ効率
的にインクリボン側に導くことが可能なため、低消費電
力化がさらに可能であると共に、発熱部23周囲部での温
度勾配が急であることから、印字される転写ドットのエ
ッジが鮮明である。
発明の効果 以上のように本発明は、発熱部分中心部ではインクリ
ボン方向への熱が流れが適当に押さえられ、熱の流れは
その周囲に広がるため、発熱部分の中心部で必要以上に
温度が上がることがなくエネルギーを有効に使って大き
なインク転写面積を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例におけるサーマ
ルヘッドを示す断面図および上面図、第3図は同ヘッド
において保護膜を変えた場合のインク層の温度分布図、
第4図および第5図は本発明の他の実施例におけるサー
マルヘッドを示す断面図および上面図、第6図は熱転写
記録の原理を示す概略図、第7図および第8図は従来の
サーマルヘッドの一例を示す断面図および上面図、第9
図a〜cは従来のヘッドの発熱部形状とその温度分布を
示す上面図および温度分布図、第10図a〜cは他の従来
のヘッドの発熱部形状とその温度分布を示す上面図およ
び温度分布図、第11図は他の従来のヘッドの発熱部形状
を示す上面図である。 15……基板、16……主面、17……端面、18……傾斜面、
19……グレーズ層、20……発熱抵抗体膜、21,22……電
極膜、23……発熱部、24,25,26,27,28……保護膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−51156(JP,A) 実開 昭59−118536(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/335

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、この基板上に形成したグレーズ層
    と、このグレーズ層上に形成した発熱抵抗体膜と、この
    発熱抵抗体膜に接続されるように形成した電極膜と、前
    記発熱抵抗体膜と前記電極膜を被覆するように形成した
    保護膜とを有し、この保護膜として前記発熱抵抗体膜上
    かつ前記発熱抵抗体膜の面積よりも小さな部分に第1の
    保護膜が形成されるとともに、この第1の保護膜を囲む
    ように第2の保護膜が形成され、さらにこの第2の保護
    膜を囲むように第3の保護膜が形成され、第2の保護膜
    の熱伝導率が第1の保護膜及び第3の保護膜の熱伝導率
    よりも高くなるように構成したサーマルヘッド。
  2. 【請求項2】基板の主面と端面の間に形成された傾斜面
    上にグレーズ層を形成し、このグレーズ層上に形成した
    発熱抵抗体膜と、この発熱抵抗体膜に接続されるように
    形成した電極膜と、前記発熱抵抗体膜と前記電極膜を被
    覆するように形成した保護膜とを有し、この保護膜とし
    て前記発熱抵抗体膜上かつ前記発熱抵抗体膜の面積より
    も小さな部分に第1の保護膜が形成されるとともに、こ
    の第1の保護膜を囲むように第2の保護膜が形成され、
    さらにこの第2の保護膜を囲むように第3の保護膜が形
    成され、第2の保護膜の熱伝導率が第1の保護膜及び第
    3の保護膜の熱伝導率よりも高くなるように構成したサ
    ーマルヘッド。
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