JP5008415B2 - サーマルヘッド - Google Patents

Description

本発明は、単一ヒータを有するサーマルヘッドに関し、詳しくは単一ヒータの発熱温度の分布が簡便に均一化されるサーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、発熱部の発熱を利用して記録媒体に文字などから成る画像を形成する出力用デバイスであり、バーコードプリンタや計量機、デジタル製版機、ビデオプリンタ、イメージャー、シールプリンタ等の各機器に広く利用されている。このサーマルヘッドは、一般的に、画像形成の発熱部を設けた抵抗体基板部および駆動ＩＣを搭載した駆動回路基板部などを、放熱基板の一方の主面上に配置した構造になっている。ここで、発熱部は、発熱抵抗体およびその通電用の一対の電極から成る発熱素子が一列に多数個（例えば２０５６個）配列された発熱素子アレイ構造になっている。

上記画像形成のサーマルヘッドを用いたサーマルプリンタにおいて、例えばカラープリンタ、フォトプリンタ等の画像あるいは中間調印刷の画像を高画質にする場合には、それ等の画像に対してオーバーコート層を形成する（以下、オーバーコート形成という）ことが必須になる。このオーバーコート形成は、上記サーマルプリンタにおいて画像形成された記録媒体がサーマルヘッドの上記発熱部に摺接され、画像形成に連続して行われる。そして、画像形成およびオーバーコート形成した記録媒体はサーマルヘッドの所定方向（副走査方向）に搬送される。

しかし、同一のサーマルヘッドで画像形成とオーバーコート形成を行う場合には、オーバーコート層に光沢ムラが生じ易くその高品位性および高信頼性に問題がある。これは、オーバーコート形成において、画像形成の場合と同じようにサーマルヘッドの発熱部と記録媒体の表面が圧接するが、その発熱部は画像形成用の発熱素子アレイ構造に分割（例えば２０５６個）されていることから、発熱素子間の領域において記録媒体に均一な熱が伝わり難いためである。

また、サーマルプリンタの記録媒体として、近年、画像形成および画像消去が可能なリライタブル感熱記録媒体が開発されている。この記録媒体は、可視像の記録と消去を多数回にわたり繰り返すことが可能であることから、省資源やリサイクルに適した記録媒体としてその用途が広がってきている。しかし、上記リライタブル感熱記録媒体は、画像形成における感熱特性と画像消去における感熱特性が異なってくる。

そこで、従来の画像形成用のサーマルヘッドとは異なるオーバーコート形成専用あるいは画像消去専用のサーマルヘッドが開発されている（例えば、特許文献１参照）。このサーマルヘッドは、上記多数の発熱素子が一列に配列された発熱素子アレイ構造のサーマルヘッドとは異なり、その発熱部が単一ヒータの構造になっている。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６，７を参照して説明する。ここで、図６はサーマルヘッドを示す表面の一部を切り欠いた上面図であり、図７は図６のＹ−Ｙ矢視の拡大横断面図である。

図６，７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。そして、上記発熱抵抗体層１０３上に、第１の電極１０４ａおよび第２の電極１０４ｂが間隙Ｇを挟んで対向して配置されている。ここで、第１の電極１０４ａおよび第２の電極１０４ｂは共に矩形状の電極パターンであり、この第１の電極１０４ａおよび第２の電極１０４ｂからなる一対の電極１０４は、発熱抵抗体層１０３に重層し電気接続している。このようにして、上記間隙Ｇに露出する発熱抵抗体層１０３がサーマルヘッドの副走査方向に直交する方向（主走査方向）にライン状あるいは帯状（以下、帯状という）に形成される発熱部１０５となり、一対の電極１０４がそのリード電極になる。

そして、後述するボンディングワイヤー接続のために一対の電極１０４の縁端部が露出され全体が保護膜１０６により被覆されている。このようにして、上記発熱抵抗体層１０３の発熱部１０５、第１の電極１０４ａおよび第２の電極１０４ｂを有する単一ヒータがサーマルヘッドに形成される。

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の発する熱を蓄積あるいは放散する作用を為す。発熱抵抗体層１０３は、ＴａＳｉＯ等の電気抵抗体材料から成る。そして、一対の電極１０４はＡｌ（アルミニウム）やＣｕ（銅）等の低抵抗の金属材料から成る。上記保護膜１０６ 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る。この保護膜１０６で一対の電極１０４、発熱部１０５を被覆しておくことにより、一対の電極１０４、発熱部１０５あるいは発熱抵抗体層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。

そして、このサーマルヘッドでは、上記主要構成の他に、例えばフレキシブル配線板、プリント回路配線板等の配線板１０７が備えられており、第１の電極１０４ａの上記露出部がボンディングワイヤーＷにより、配線板１０７の回路配線に電気接続されている。同様に、第２の電極１０４ｂの上記露出部も配線板１０７の別の回路配線にボンディングワイヤーＷを介して電気接続されている。そして、これ等のボンディングワイヤーＷおよび保護層１０６の一部は、例えばモールド樹脂から成る封止材１０８によって気密封止されている。ここで、上記配線板１０７および支持基板１０１は、例えば放熱板１０９上に載置される構成になっている。なお、図６では図を簡明にするために封止材１０８の図示は省略してある。

上記サーマルヘッドを用いたオーバーコート形成あるいは画像消去では、画像の形成された例えば記録用紙あるいはＩＣカード等の記録媒体が、サーマルヘッドの保護膜１０６とプラテンローラとの間で挟圧され、副走査方向に所定の速度で搬送される。この搬送において、上記記録媒体は、発熱部１０５により加熱され、オーバーコート形成あるいは画像消去に必要な所要の温度にされる。ここで、この加熱温度は、発熱部１０５に供給される通電パルスの電力により決められる。
特開２０００−３４０３４６号公報

しかしながら、上記サーマルヘッドでは、記録媒体の幅寸法が増大して、単一ヒータの主走査方向の長さが増大し長尺化すると、たとえ低抵抗の金属材料を用いて通電用の一対の電極１０４を形成しても、電極の電流経路における電圧降下が顕在化する。そして、単一ヒータの主走査方向の発熱温度の均一化が難しくなるという問題があった。

そして、上述した単一ヒータにおける発熱温度の均一性が低下すると、カラープリンタ、フォトプリンタ等におけるオーバーコート層の高品位性が保持できなくなり、オーバーコート層の光沢が不充分で高精細な画像定着が困難となる。また、リライタブル感熱記録媒体の画像消去において可視像の消去ムラが生じ易くなる。ここで、発熱温度の不均一に起因する加熱過剰な感熱記録媒体の領域では、熱的損傷が生じ易くその再使用が難しくなる。一方、加熱不足になる感熱記録媒体の領域では、画像の消去が不充分で残像が生じ再度の消去作業が必要になってくる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、単一ヒータの主走査方向における発熱温度の分布が簡便に均一化されるサーマルヘッド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、本発明にかかるサーマルヘッドは、支持基板の主面上に形成された、帯状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の長手方向に沿って互いに対向し前記発熱抵抗体に通電する第１の電極および第２の電極と、を備えたサーマルヘッドにおいて、前記第１の電極は、前記発熱抵抗体を挟んで前記第２の電極に対向する電極パターンの一外縁が略直線状に形成され、前記発熱抵抗体の長手方向の両端部から中央部にかけてその電極幅が増加し、該電極幅の増加率が増大から減少に転じる変曲点を有する電極パターンに形成され、前記第２の電極は、前記長手方向において略一定幅に形成されている、構成になっている。

本発明の構成により、単一ヒータの主走査方向における発熱温度の分布が簡便に均一化される。そして、記録媒体のオーバーコート層の形成およびリライタブル感熱記録媒体の画像消去が、高品位性、高信頼性の下にできるようになる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略される。ただし、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。ここで、図１は本実施形態のサーマルヘッドを示す表面の一部を切り欠いた上面図である。図２は図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図である。

図１および図２に示すように、サーマルヘッド１０では、例えばアルミナ等のセラミックスから成る矩形状の支持基板１１の表面に保温層であるグレーズ層１２が形成されている。更に、このグレーズ層１２上に発熱抵抗体層１３が形成されている。

そして、この発熱抵抗体層１３に重層して接続し、間隙Ｇを挟んで互いに対向する第１の電極１４および第２の電極１５が配設されている。このようにして、上記間隙Ｇにおいて露出する発熱抵抗体層１３が、サーマルヘッドの主走査方向である支持基板１１の長手方向に沿い帯状に形成された発熱部１６となる。ここで、発熱抵抗体層１３は、後述するように、発熱抵抗体である発熱部１６を除いて第１の電極１４と第２の電極１５の電極パターンと同一のパターンに形成するとよい。

そして、本実施形態の特徴的事項となる第１の電極１４は、帯状の発熱部１６の長手方向の両端部から中央部に向かい、その電極幅が特有の仕方で増加する電極パターンになっている。例えば、図１に示すように、帯状の発熱部１６の中央部から両端側への長手方向(主走査方向)位置を距離ｘとし、発熱部１６の長手方向に直交する方向(副走査方向)における第１の電極１４の電極幅を第１の電極幅ｙとする。このようにすると、第１の電極幅ｙは、上記長手方向の中央部に向かって距離ｘが減少するに従い、上記両端部から所定の位置（変曲点）までは、その増加の度合い（増加率）が増大する。しかし、距離ｘが上記変曲点を過ぎて減少すると、この第１の電極幅ｙの増加率は減少するようになる。ここで、第１の電極１４の電極パターンは中央部で線対称な形状となっている。

このように、第１の電極１４は、発熱部１６の長手方向の両端部から中央部の間においてその電極幅が増加し、この電極幅の増加率が変曲点を有する電極パターンに形成される。

あるいは、第１の電極１４の電極パターンにおいて、発熱部１６の長手方向に沿って延在する一外縁は、上記発熱部１６を挟んで第２の電極１５の帯状電極パターンの一辺に対面して略直線状に形成されている。一方、上記電極パターンの他外縁は、弓形であって変曲点をもち湾曲して形成されている。例えば、上述したように距離ｘが減少すると共に、他外縁は拡がり、しかもその拡がりが変曲点を有し、その変曲点を境にして距離ｘが減少すると上記拡がりの度合いが小さくなる。そして、上記第１の電極１４は、支持基板１１の中央部の縁端において外部接続端子である第１の電極の導出部１４ａになる。

ここで、第１の電極１４は、上記一外縁を底辺とする截頭三角形パターンに形成され、その斜辺の上記他外縁がそれぞれＳ字状の曲線になっていると好適である。なお、上記第１の電極の導出部１４ａは特に形成されなくても構わない。この場合、截頭三角形パターンの截頭部が外部接続端子になる。

そして、上記帯状電極パターンの第２の電極１５は、支持基板１１の長手方向の両端部まで取り出される。そして、第２の電極１５の上記両端部まで取り出された第２の電極の導出部１５ａは、上記支持基板１１の長手方向に直交する方向の縁端において外部接続端子になる。

更に、絶縁体材料から成る保護層１７が第１の電極１４、第２の電極１５および発熱抵抗体層１３を被覆して形成される。ここで、上記第１の電極の導出部１４ａおよび第２の電極の導出部１５ａは、例えばリード線接続あるいはボンディングワイヤー接続のために露出される。このようにして、上記発熱抵抗体層１３の発熱部１６、発熱部１６に通電する一対の電極の第１の電極１４および第２の電極１５から成る単一ヒータがサーマルヘッド１０に形成されている。

そして、上記主要構成の他に配線板１８が備えられ、サーマルヘッド１０の副走査方向の縁端に取り出された第１の配線の導出部１４ａの外部接続端子が、ボンディングワイヤーＷにより、配線板１８の回路配線に電気接続されている。また、サーマルヘッド１０の主走査方向の両端部に取り出された第２の電極の導出部１５ａはその露出した外部接続端子が、例えばボンディングワイヤーＷにより、配線板１８の別の回路配線に電気接続されている。

更に、これ等のボンディングワイヤーＷが形成された領域に、例えばモールド樹脂から成る封止材１９が形成される。ここで、上記配線板１８および支持基板１１は、例えば放熱板２０上に載置される構成になっていると好適である。

上記サーマルヘッド１０において、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。

そして、上記グレーズ層１２は、発熱部１６から発する熱を蓄積し保温する作用を有し、表面平滑性のある絶縁体材料であればよい。例えば酸化珪素から成るガラス膜、あるいはポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成る。

上記発熱抵抗体層１３は、例えばＴａＳｉＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、ＴｉＳｉＣＯ系の電気抵抗体材料からなる。そして、第１の電極１４、第２の電極１５の一対の電極は低抵抗になるほど好ましく、例えば、Ａｌ、ＣｕあるいはＡｌＣｕ合金等の金属を主材料に構成される。

そして、保護層１７は、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る。この保護層１７は、発熱部１６、上記一対の電極１４、１５を被覆し記録媒体の圧接あるいは摺接による磨耗、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機能を有する。

次に、上記サーマルヘッド１０の製造について述べる。先ず、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）セラミックスからなる細長の支持基板１１の表面に、例えばＳｉＯ_２（酸化珪素）のガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合して得たガラスペーストを周知のスクリーン印刷法で塗布形成する。そして、所定の温度で焼成し所要の膜厚のガラス膜から成るグレーズ層１２を支持基板１１表面に被着させる。このグレーズ層１２その他にポリイミド樹脂等であってもよい。

グレーズ層１２の材質および膜厚は、発熱部１６で生じる熱の蓄積および放散を決める要素であり、オーバーコート形成あるいは画像消去における温度制御に大きく関係してくる。このために、この材質あるいは膜厚は例えばリライタブル感熱記録媒体の温度特性にあわせて適切に設定される。例えばグレーズ層１２の膜厚は１００μｍ〜２００μｍにされる。

次に、グレーズ層１２上に、例えばスパッタ法により膜厚が０．０５μｍ程度のＴａＳｉＯ_２膜、および例えば膜厚が０．５μ程度のＡｌ膜あるいはＡｌＣｕ合金膜を成膜する。そして、フォトエングレービングプロセスにより上記Ａｌ膜あるいはＡｌＣｕ合金膜と上記ＴａＳｉＯ_２膜を同一パターン形状に加工して発熱抵抗体層１３を形成する。

引き続いて、フォトエングレービングプロセスにより、発熱抵抗体層１３の所定領域が帯状に露出するように上記Ａｌ膜あるいはＡｌＣｕ合金膜をエッチング加工し発熱部１６を形成する。このようにして、上述したように、発熱抵抗体層１３は、発熱抵抗体である発熱部１６を除いて第１の電極１４と第２の電極１５の電極パターンと同一のパターンに形成される。

なお、上記発熱抵抗体層１３、第１の電極１４および第２の電極１５は、フォトエングレービングプロセスを経ないで、成膜用マスクをスパッタリングのマスキングに用いたスパッタ成膜によりパターン形成してもよい。

その後、スパッタ法により全面を被覆する保護層１７を成膜する。ここで、保護層１７は、例えば膜厚が２μｍ〜５μｍ程度のＳｉＣ膜等から成る。

次に、その表面に回路配線が形成されている配線板１８および上記支持基板１１をアルミ板等から成る放熱板２０上に接着剤を介して載置し固着する。そして、第１の電極の導出部１４ａの外部接続端子と配線板１８の回路配線とをボンディングワイヤーＷにより電気接続する。同様に、サーマルヘッド１０の両端部まで取り出した第２の電極の導出部１５ａの外部接続端子を、ボンディングワイヤーＷにより、配線板１８の別の回路配線に電気接続する。そして、最後に、周知の実装技術により、ボンディングワイヤーＷを封止材１９により気密封止する。このようにして、本実施形態のサーマルヘッド１０が出来上がる。

次に、上述した本実施形態のサーマルヘッドの動作機構について図３を参照して説明する。

図３は、図１に示したサーマルヘッド１０において、支持基板１１上に形成した第１の電極１４、第２の電極１５および発熱部１６について、その中央部から片半分を示している。そして、第１の電極の導出部１４ａを接地電位にし、第２の電極の導出部１５ａに正電圧の通電パルスを印加した場合の、第１の電極１４を流れる第１の電流Ｉ_１、第２の電極１５に流れる第２の電流Ｉ_２を示す。ここで、発熱部１６の全長を長さＡとし、帯状の第２の電極１５の電極幅を第２の電極幅Ｂとする。

以下、サーマルヘッド１０の単一ヒータが均一に発熱する場合の第１の電極１４の電極パターンの形状について定性的に説明する。電源電流Ｉ_０が、帯状の発熱部１６に沿って帯状電極パターンとなる第２の電極１５の一端側から流れ込むとする。第２の電極１５は長手方向に沿い帯状の発熱部１６に接続していることから、分岐電流ｉ_０が、上記接続部からその対向する第１の電極１４に向かい、発熱部１６を長手方向に直交する方向に流れる。ここで、分岐電流ｉ_０を距離ｘに対する電流密度とすると、発熱が均一になるためには、分岐電流ｉ_０は距離ｘによらず一定となる。

そして、距離ｘにおける第１の電流Ｉ_１および第２の電流Ｉ_２は、それぞれ（１）式および（２）式で表される。

Ｉ_１（ｘ）＝（Ａ／２−ｘ）ｉ_０ （１）
Ｉ_２（ｘ）＝Ｉ_０−（Ａ／２−ｘ）ｉ_０ （２）

ここで、第１の電流Ｉ_１を−ｘ方向の１次元電流として近似すると、第１の電極１４において、距離ｘから−Δｘの位置変位による電圧降下ΔＶ_１は（３）式で表される。また、第２の電極１５において、距離ｘから−Δｘの位置変位による電圧降下ΔＶ_２は（４）式で表される。

ΔＶ_１（ｘ）＝−ρ×１／（ｔ・ｙ）×Ｉ_１Δｘ （３）
ΔＶ_２（ｘ）＝−ρ×１／（ｔ・Ｂ）×Ｉ_２Δｘ （４）
ここで、ρ、ｔは、第１の電極１４および第２の電極１５の抵抗率および膜厚である。なお、ｙは上述したように第１の電極１４の電極幅である。

そして、分岐電流ｉ_０が距離ｘによらず一定になる条件は、発熱部１６を挟んで対面する第１の電極１４および第２の電極１５間の電圧差が距離ｘに無関係に一定になることから（５）式となる。また、（６）式が成り立つ。

ΔＶ_１（ｘ）＝ΔＶ_２（ｘ） （５）
Ａ／２×ｉ_０＝Ｉ_０ （６）

上記（５）式に（３）式および（４）式を代入し（１）、（２）および（６）式から（７）式が導出される。
ｙ＝Ｂ｛Ａ／（２ｘ）−１｝ （７）

上述した第１の電極幅ｙは、第１の電流Ｉ_１が１次元電流として近似できる距離ｘでは、（７）式に近いものとして表される。このように近似される第１の電極幅ｙは、図１で説明したように、発熱部１６の長手方向の中央部に向かって距離ｘが減少すると共に増加し、その増加率が増大することを示す。

しかし、図３に示すように、距離ｘの減少に伴い、第１の電極幅ｙが（７）式のように近似されて増加してくると、第１の電極Ｉ_１は１次元電流として近似できなくなり、２次元電流として取り扱わなければならなくなる。この２次元電流では、距離ｘ方向における電圧降下は、上述したような１次元近似の場合よりも小さくなる。更に、この場合には、第１の電極幅ｙの方向における電圧降下が大きくなってくる。これ等のことから、第１の電極幅ｙは、距離ｘの減少と共に増加するものの、その増加率は、ある所定の距離ｘから減少に転じることが必要になってくる。

このように、第１の電極幅ｙは、発熱部１６の長手方向の中央部に向かって距離ｘが減少すると共に増加するが、その増加率が増大から減少に転じる変曲点が距離ｘの所定の位置に存在することになる。

上記定性的な考察から以下のことが明らかである。第１の電極１４の電極パターンの形状では、発熱部１６の長手方向に沿った電極パターンの一外縁は、発熱部１６を挟んで第２の電極１５の帯状電極パターンの一辺に対面して略直線状に形成される。これに対して、上記電極パターンの他外縁は、弓形であり変曲点を有する湾曲状に形成されると好適である。例えば、第１の電極１４は、上記一外縁を底辺とする截頭三角形パターンに形成され、しかも、その斜辺の上記他外縁がそれぞれＳ字状の曲線に形成されるとよい。

そして、このような電極パターン形状にすることにより、上述したように、発熱部１６を挟んで互いに対面する第１の電極１４および第２の電極１５の間において、電極の電流経路による電圧降下が同じになる。そして、距離ｘによらず、両電極の対面する間の電圧差が略一定になる。このために、分岐電流ｉ_０が距離ｘで一様化し、発熱温度分布が発熱部１６の長手方向で均一化するようになる。

上記サーマルヘッド１０は、例えばサーマルプリンタ等に取り付けられ、その制御装置から通電パルス例えば方形波形の電圧パルスが配線板１８を介して単一ヒータの第２の電極１５に印加される。ここで、第１の電極１４は接地電位に固定される。この通電パルスの印加により発熱部１６の長手方向において一様に電流が流れてジュール熱が均一に発生する。そして、この均一化した熱がサーマルヘッド１０の副走査方向に圧送される記録媒体を加熱する。

例えば、上記サーマルヘッド１０を用いたオーバーコート形成では、熱融着により画像が転写形成された記録媒体が、サーマルヘッドの保護層１７と例えばプラテンローラで摺接され、副走査方向に所定の速度で搬送される。ここで、記録媒体は、上記主走査方向に帯状に均一化した発熱により加熱され、オーバーコート形成に必要な時間のあいだ所要温度にされる。ここで、上記加熱温度になるように通電パルスが第１の電極１４と第２の電極１５に印加されることになる。また、画像の定着の場合もオーバーコート形成と同様になされる。

また、上記サーマルヘッド１０を用いたリライタブル感熱記録媒体の可視像の消去では、画像の形成された例えばＩＣカードあるいは記録用紙が、サーマルヘッドの保護層１７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速度で搬送される。この搬送において、上記リライタブル感熱記録媒体は、上記主走査方向に帯状に均一化された発熱により加熱され、画像の消去に必要な所要時間のあいだ所要温度にされる。ここで、この加熱温度は、上述した記録媒体の感熱温度に合わせて設定され、所要時間のあいだ上記加熱温度になるような通電パルスが第１の電極１４と第２の電極１５に印加されることになる。

次に、本発明を実施例について具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。

上記実施形態で説明したような第１の電極１４、第２の電極１５および発熱部１６から成る単一ヒータを有するサーマルヘッド１０を試作した。そして、図６，７で示した従来の単一ヒータのサーマルヘッドも同時に試作した。ここで、実施例の単一ヒータと従来例の単一ヒータは、第１の電極の電極パターンが異なる以外は全く同じ材質および構造に形成した。例えば、これ等の単一ヒータのリード電極である一対の電極は全てＡｌ膜で形成し、発熱部１６を構成する発熱抵抗体層はＴａＳｉＯ膜により形成した。その他の構造あるいは製造方法等は上述した通りである。なお、これ等の単一ヒータの支持基板１１は、長手方向の寸法が１７０ｍｍ、長手方向に直交する方向の寸法が８．５ｍｍの矩形である。

本実施例の第１の電極１４では、第１の電極幅ｙの値は、距離ｘの値に対して図４に示すような数値に設定されている。ここで、第１の電極幅ｙの実寸は、この数値に第２の電極幅Ｂを乗じたものである。また、距離ｘの実寸もこの数値に上記長さＡを乗じたものである。なお、Ａ５サイズの記録媒体を想定し上記長さＡの寸法は１６０ｍｍとした。また、第２の電極幅Ｂは１ｍｍとした。

図４に示すように、第１の電極１４の電極パターンにおいて、第１の電極幅ｙは、発熱部１６の長手方向の中央部を基点とした距離ｘが長さＡ寸法の５０％および４５％の位置で第２の電極幅Ｂの０．２倍、同様に３８％の位置で０．３倍である。同様にして３１％、２８％、２５％、２２％、１９％の位置で、それぞれ０．４倍、０．５倍、０．７倍、０．９倍、１．５７倍の電極幅になっている。そして、距離ｘが長さＡ寸法の１９％程度の所が変曲点となり、１６％、９％、６％の位置において、第１の電極幅ｙは、それぞれ１．８５倍、２．１４倍、２．４２倍である。そして、第１の電極幅ｙにおける上記各点が直線で結ばれて、第１の電極１４の電極パターンの他外縁が形成される。

これに対して、従来例では、第１の電極１０４ａの電極パターンは、図６で説明したように矩形状であり、支持基板１０１の長手方向の中央部に外部接続端子が形成されている。

なお、上記単一ヒータの一対の電極を構成している、第１の電極１４，１０４ａの電極パターンにおいて、発熱部１６の長手方向に沿った一外縁は、発熱部１６を挟んで第２の電極１５，１０４ｂの帯状電極パターンの一辺に対面して略直線状に形成されている。

次に、本実施例の単一ヒータを有するサーマルヘッドの発熱温度の均一性について、図５を参照し従来例の単一ヒータの場合と比較して説明する。図５は横軸に単一ヒータの発熱部の長手方向位置をとり、縦軸にその位置での発熱温度を示す。

本実施例のサーマルヘッドは、例えば３２０℃の発熱温度にした場合において、単一ヒータの中央部（Ｃ）から左側（Ｌ）、右側（Ｒ）の両端の範囲において、３１０〜３２０℃の範囲になる。このように、本実施例の場合は、図５の実線に示すように極めて均一化した発熱温度の分布を有する。これに対して、従来例の場合では、図５の破線に示すように、単一ヒータの主走査方向の両端近傍で温度が高くなりその中間領域で温度が低くなり、その温度分布は２６５〜３１５℃の範囲になる。ここで、これ等の温度は、感熱記録媒体をプラテンローラにより上記サーマルヘッドに狭圧させ圧送した後の記録媒体の色濃度により測定している。

上記第１の電極１４の電極パターンにおいて、第１の電極幅ｙにおける上記各点は、近似曲線により結ばれて、第１の電極１４の電極パターンの他外縁を形成してもよい。そして、上記第１の電極幅ｙの数値が±５％内であれば、単一ヒータの発熱温度の分布は３１０〜３２０℃の範囲に収まる。

上記実施例で示した単一ヒータにおける発熱温度の均一性の大幅な向上は、上記発熱部１６の長さＡが１６０ｍｍ、第２の電極幅Ｂが１ｍｍの場合に限ったものではない。単一ヒータの第１の電極１４において、第１の電極幅ｙが図４で示すような関係になっている場合には、その発熱温度が均一化することが確かめられている。

このように、本実施例のサーマルヘッドの単一ヒータでは、第１の電極１４は、図１あるいは図３で説明したように、発熱部１６の長手方向の両端部から中央部に向かうと共にその電極幅が特有の仕方で増大する電極パターンにすることにより、発熱温度の均一性が大幅に向上するようになる。そして、このような極めて安価な手法でもって温度の均一性に優れたサーマルヘッドが製造できる。

本実施形態では、第１の電極１４、第２の電極１５および帯状の発熱部１６から構成される単一ヒータにおいて、第１の電極１４は、その電極幅が支持基板１１の長手方向の両端側から中央部に向かうと共に、変曲点を有して特有の形状で増大する電極パターンになっている。このために、サ−マルヘッドにおいて主走査方向の単一ヒータの発熱温度分布は極めて簡便に均一化される。更に、主走査方向において単一ヒータの長さが増大し長尺化しても、容易に発熱温度分布の均一化ができるようになる。

このようにして、例えばフォトプリンタのような写真用プリンタにおいて、極めて高品質のオーバーコート層の形成ができるようになり、銀塩写真並みの品質プリントが可能になる。また、リライタブル感熱記録媒体の可視像の消去において、画像の消去ムラがなくなり、高品質性および高信頼性を有する画像が、繰り返し再現性がよく、しかも極めて安価に形成できるようになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

上記実施形態では、上記第１の電極１４の電極パターンの形状は、支持基板１１あるいは発熱部１６の中央部で線対称になる場合について説明したが、これに限定されるものでない。例えば、第１の電極１４の電極パターンは、上記中央部で非対称な形状であってもよい。

また、第１の電極１４および第２の電極１５が発熱部１６を挟んで対面する領域において、第２の電極１５は帯状から少し変形した電極パターンの形状になっていてもよい。

また、発熱抵抗体層１３は、上述したような第１の電極１４および第２の電極１５の電極パターンとは全く異なるパターン形状になっていてもよい。

また、本実施形態における単一ヒータは、上面形状が正方形の支持基板１１の主面上に形成した構造になっていてもよい。

本発明の実施形態にかか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。 本発明の実施形態における動作機構を説明するための単一ヒータの一部上面図。 本発明の一実施例における第１の電極幅の分布を示す表。 本発明の一実施例における単一ヒータの効果を示す発熱温度の一分布図。 従来の技術のサーマルヘッドを示す模式的な上面図。 図６のＹ−Ｙ矢視の拡大横断面図。

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，１４…第１の電極，１４ａ…第１の電極の導出部，１５…第２の電極，１５ａ…第２の電極の導出部，１６…発熱部，１７…保護層，１８…配線板，１９…封止材，２０…放熱板，Ｇ…間隙，Ｗ…ボンディングワイヤー，ｘ…発熱部の長手方向の中央部を基点とした距離，ｙ…第１の電極幅，Ａ…発熱部の全長，Ｂ…第２の電極幅

Claims (4)

1. 支持基板の主面上に形成された、帯状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の長手方向に沿って互いに対向し前記発熱抵抗体に通電する第１の電極および第２の電極と、を備えたサーマルヘッドにおいて、
   前記第１の電極は、前記発熱抵抗体を挟んで前記第２の電極に対向する電極パターンの一外縁が略直線状に形成され、前記発熱抵抗体の長手方向の両端部から中央部にかけてその電極幅が増加し、該電極幅の増加率が増大から減少に転じる変曲点を有する電極パターンに形成され、
   前記第２の電極は、前記長手方向において略一定幅に形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記第１の電極は前記一外縁を底辺とする截頭三角形パターンに形成され、その斜辺の他外縁はそれぞれＳ字状の曲線でなることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記一外縁と他外縁で画される前記第１の電極の電極幅は、前記発熱抵抗体の長手方向の中央部を基点にして前記帯状の発熱抵抗体の長さの５０％および４５％の位置で、前記第２の電極の電極幅の０．２倍であり、同様に３８％、３１％、２８％、２５％、２２％、１９％、１６％、９％、６％の位置で、それぞれ０．３倍、０．４倍、０．５倍、０．７倍、０．９倍、１．５７倍、１．８５倍、２．１４倍、２．４２倍になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記第１の電極は接地電位に固定され、前記第２の電極は正電位に印加されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。

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