JP5106450B2 - 加熱ヘッドおよびそれを用いた加熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、感熱リライタブル媒体などへの記録の消去や書込み、媒体への転写や再転写、トナーの定着、加熱による接着、融着、変形加工、オーバーコート、書類のラミネート加工、シートの接着、インプリント加工（プラスティックなどの凹凸熱加工）などを行うために、媒体を加熱するための帯状の発熱抵抗体を有する加熱ヘッドおよびその加熱ヘッドを用いた加熱方法に関する。さらに詳しくは、発熱抵抗体を直接圧接しないでその表面を保護しながら加熱できると共に、媒体の種類によりその加熱する幅が異なる場合でも、均一に加熱することができる加熱ヘッドおよびそれを用いた加熱方法に関する。

近年、たとえば紙、不織布、織布、塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂、金属、ガラスなどからなるフィルム状、シート状、カード状などの支持体上に加熱により発色と消色を可逆的に繰り返し行える可逆性感熱記録層からなる記録部を設けた可逆性感熱記録媒体（リライタブルカード・リライタブルシート）が広く使用されるようになってきている。

このような媒体などを加熱する加熱ヘッドとしては、たとえば図８に示されるような構造のものが知られている（たとえば特許文献１参照）。図８において、アルミナなどからなるヘッド基板５１の一面に図示しないガラス層（グレーズ層）が設けられ、その上に帯状の発熱抵抗体５２が形成され、その両端部に電極５３が設けられることにより、形成されている。この電極５３は、配線などによりヘッド基板５１の裏面に導出され、ヘッド基板５１の裏面側に設けられる配線基板（図示せず）などに接続されて電圧を印加し得るように形成されている。その結果、発熱抵抗体５２の両端部に一対の電極５３を介して電圧が印加され、電流が流れることにより発熱抵抗体５２が発熱し、電流量により発熱抵抗体５２の温度を制御することができる。このヘッド基板５１は、たとえばアルミニウムなどからなるベース５４に接着剤５５により接着されて保持されている。図８に示される例では、発熱抵抗体５２の下側のベースの一部に凹部５６が形成され、ヘッド基板５１からベース５４への熱の逃げを抑制する構造になっている。この発熱抵抗体５２上を図示しないローラなどで押し付けながらカードなどの記録媒体を通過させることにより、前述のような消去などを行うことができる。

このような加熱ヘッドでは、たとえば図９に示されるように、発熱抵抗体５２の上面に記録媒体６１などの加熱する物体を搬入してゴムローラ６２などにより圧接することにより加熱して、記録の書込みや消去などを行っている。

特開２００４−２６８２５６号公報

前述のように、発熱抵抗体に通電しながら加熱して、その上に記録媒体などを通過させてゴムローラなどにより記録媒体などを発熱抵抗体に押し付けることにより、記録媒体に施された記録の消去などを行うことができる。この場合、発熱抵抗体５２の表面には、摩耗防止や異物付着によるショート防止などを目的として、ガラスなどからなる保護層が設けられているが、直接この発熱抵抗体５２上でゴムローラ６２により圧接しているため、ガラスなどが破損しやすく消耗が激しいと共に、発熱抵抗体５２の抵抗値も変化しやすいという問題がある。また、発熱抵抗体５２の両端部には、一対の電極５３が設けられているが、この発熱抵抗体５２の表面で媒体を通過させるため、電極５３の表面に、配線基板などと接続する配線などを、直接接続することができず、ヘッド基板５１の側面を介してヘッド基板５１の裏面に至る配線膜を形成し、ヘッド基板５１の裏面側で配線基板と接続しなければならない。そのため、製造工程が複雑になるという問題がある。さらに、発熱抵抗体５２により直接加熱するといっても、連続的に媒体が搬入されると、発熱抵抗体５２自身の熱容量は小さいため、その温度が低下し、逆に、媒体の搬入が長期間に亘って無いと温度が上昇しやすくなり、均一な加熱を行いにくいという問題もある。

また、従来の加熱ヘッドは、発熱抵抗体５２の長さ全体に亘っての温度の均一性を得るための工夫は、たとえば前述の特許文献１にも示されるように、種々なされているが、加熱する媒体の幅が、媒体の種類により変ると、たとえば発熱抵抗体５２の長さとほぼ等しい幅の媒体を加熱する場合には媒体の幅全体に亘ってほぼ均一に加熱することができるが、発熱抵抗体の発熱部分の長さより短い幅の媒体の場合には、媒体が通らない部分の発熱抵抗体５２の部分は温度の低下が生じないため、媒体の端部側の温度が上昇しやすい。その結果、媒体の端部側が過熱されて変色するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、発熱抵抗体を直接圧接しない構造の加熱ヘッドの具体的構造およびその加熱ヘッドを用いた加熱方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、媒体の種類により、幅の狭い媒体の場合でも、媒体の端部が過熱されて変色しない構造の加熱ヘッドを提供することにある。

本発明による加熱ヘッドは、平面形状が矩形状の板状のヘッド基板と、該ヘッド基板の一面の長手方向に沿って設けられる少なくとも１つの帯状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端部に電圧を印加できるように設けられる一対の電極と、該一対の電極と電気的に接続される配線基板と、前記ヘッド基板が取り付けられるベースとを有し、前記発熱抵抗体が設けられた部分が前記ベースと対向するように、または該ベースから外方に突出するように、前記ヘッド基板が断熱スペーサを介して前記ベースに固定されることにより、前記発熱抵抗体の部分が空間に露出するか、または熱伝導率の小さい耐熱材料に接し、かつ、前記ヘッド基板の前記発熱抵抗体が設けられる面と異なる他面側で媒体と圧接し得るように形成される構造になっている。

なお、本明細書において、媒体と圧接し得るとは、記録媒体などの加熱する媒体を接触させながら通過し得るように加熱ヘッドの外面側に表れ、空間に面していることを意味する。

具体的には、前記ヘッド基板の前記発熱抵抗体が設けられる面の外周部で、前記断熱スペーサを介して前記ベースの一面に直接、または前記配線基板を介して、前記ベースの一面に固定されることにより、前記発熱抵抗体の部分が空間を介して前記ベースと対向する構造でも良いし、前記発熱抵抗体が、前記ヘッド基板の長手方向と直角方向である幅方向の一端部側に設けられ、かつ、前記ヘッド基板が、第１の断熱スペーサを介して、または該空間に熱伝導率の小さい耐熱材料を充填して、前記ベースの一面に設けられると共に、前記ヘッド基板の幅方向の他端部側に、前記ヘッド基板の厚さと前記第１の断熱スペーサの厚さとの合計の厚さに略等しい厚さを有する第２の断熱スペーサが前記ベースの一面に設けられ、該第２の断熱スペーサおよび前記ヘッド基板の前記他端部側の上に設けられる押え板とビスとにより、前記ヘッド基板が前記ベースに固定される構造になっていてもよい。

前記媒体と圧接する前記ヘッド基板の側面の表面に前記ヘッド基板の表面材料の硬度より硬い材料からなる硬質膜が形成されることにより、圧接に対しても非常に堅固で圧接面が摩耗することは無いため好ましい。なお、ヘッド基板として、アルミナ（ビッカース硬度Ｈｖ：約１０００）を用いれば、従来の発熱抵抗体の表面に設けられる硬質ガラス（ビッカース硬度Ｈｖ：６００）より遥かに大きい硬度を有するが、金属板に絶縁被膜を形成したものなどをヘッド基板として用いる場合には、そのヘッド基板の硬度より硬い材料、たとえばアルミナ被膜、ＳｉＣ（ビッカース硬度Ｈｖ:２７００）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン；作り方で硬度は種々異なる）などを用いることができる。また、圧接面は、平坦面でなくても、凸状や曲面や傾斜面など、加熱する媒体に応じて種々の形状にすることができる。

前記媒体と圧接する前記ヘッド基板の側面の最表面層が研磨面に仕上げられていることにより、摩擦係数が小さくなり、媒体をスムースに送りながら媒体の所望範囲を連続的に加熱することができるため好ましい。なお、研磨面に仕上げられるとは、ラッピングやポリッシュ仕上げされていることを意味する。この研磨面に仕上げる処理は、前述の硬質膜が設けられる場合もその表面に施されることが好ましい。

前記媒体と圧接する前記ヘッド基板の側面の表面に耐熱性の弾性体層が形成されていることにより、媒体をゴムローラなどの弾性材により圧接しない場合でも、媒体を加熱ヘッドに満遍なく接触させることができるため、均一に加熱することができる。

前記発熱抵抗体が設けられた前記ヘッド基板の前記一面と反対面に他の発熱抵抗体が設けられることが好ましい。また、前記発熱抵抗体が前記ヘッド基板の一面に並列して複数個設けられ、または前記ヘッド基板の一面と反対面に複数個の発熱抵抗体が設けられ、前記複数個の発熱抵抗体の発熱する部分の長さが異なるか、または、少なくとも１つの発熱抵抗体の温度分布が他の発熱抵抗体の温度分布と異なるように形成されることにより、複数の発熱抵抗体の一部を使用することにより、発熱する部分の長さを変えることができ、媒体の幅に応じてその発熱範囲を調整することができる。

前記発熱抵抗体の少なくとも１つの表面に部分的に耐熱材料が塗布されるか、または前記発熱抵抗体の少なくとも１つの一部が削られることにより、該発熱抵抗体の温度分布が調整される構造になり、発熱抵抗体を形成する際の塗布のムラなどによる温度分布の不均一があっても、後から修正して、全体の発熱温度を均一に調整することができる。すなわち、従来はこの発熱抵抗体の上に媒体を圧接して加熱しているため、発熱抵抗体の上面が平坦面になっていないと媒体を圧接することができず、表面に別の被膜を部分的に付着することはできなかったが、本発明によれば、圧接面が発熱抵抗体の設けられている面ではないため、発熱抵抗体の表面に凹凸ができても何ら支障が無く、表面に部分的に耐熱性材料を付着しても、また、発熱抵抗体の一部を部分的に除去しても問題がないため、温度の均一化を図りやすい。

本発明による媒体の加熱方法は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の加熱ヘッドを用い、前記ヘッド基板の１つの面に媒体を圧接することにより該媒体を加熱することを特徴とする。

本発明による、ヘッド基板の発熱抵抗体が設けられる面とは異なる面に媒体を圧接する構造の加熱ヘッドによれば、発熱抵抗体の表面が直接ローラにより押し付けられながら、その表面を媒体が通過することが無いため、発熱抵抗体の表面に設けられるガラスなどの保護膜の破損や、発熱抵抗体自身の破損が生じる危険性が全く無くなる。そのため、非常に安定した発熱特性を長期間に亘って維持することができるという効果がある。また、圧接部分が発熱抵抗体と関係の無い部分であるため、加熱ヘッドの圧接される部分の表面に、特別の耐摩耗材料（ヘッド基板よりも硬度が大きい材料）を設けることもでき、より一層加熱ヘッドの寿命を延ばすことができる。さらに、発熱抵抗体の熱により直接媒体を加熱する構造ではないため、加熱する部分の熱容量が大きくなり、媒体を連続的に加熱する場合でも、間歇的に加熱する場合でも、比較的安定した温度、すなわち温度ムラの少ない状態で加熱することができるし、圧接面を媒体の種類に応じて凸部、斜面、曲面などの任意の形状にすることもできる。その結果、表面にＩＣが埋め込まれて凹凸のあるカードなどの平坦性のよくない媒体でも均一に加熱することができる。

さらに、発熱抵抗体の両端部に設けられる一対の電極の表面に直接配線をしても媒体の通過に邪魔になることは無く、加熱ヘッドの周囲に配線膜を形成して引き回す必要もないため、製造が非常に容易になる。

さらに、本発明による複数の発熱抵抗体の少なくとも１つの発熱する部分の長さを他の発熱抵抗体の発熱する部分の長さと異ならせるか、少なくとも２つの発熱抵抗体の温度分布を異ならせる加熱ヘッドによれば、媒体の種類により、媒体の幅が異なる場合でも、長さまたは長手方向に沿って発熱温度の異なる複数の帯状の発熱体のうち、その加熱する媒体の幅に適合する発熱抵抗体の加熱と合せて発熱させることにより、媒体の端部が過熱されて変色するというような問題を解消することができる。

さらに、本発明による加熱ヘッドを用いた媒体の加熱方法によれば、加熱ヘッドの発熱抵抗体の無いヘッド基板の１つの面に媒体を圧接して加熱しているため、加熱ヘッドの寿命を延ばすことができると共に、安定した加熱を長期間に亘って続けることができる。また、このような加熱方法によれば、媒体の表面側から加熱ヘッドを媒体に圧接しながら、媒体を搬送させることができるため、従来の図９に示されるように、発熱抵抗体の表面で媒体をローラにより加熱ヘッドに圧接するローラ法より、熱の逃げが少なく、低電力で、しかもオンデマンドの加熱をすることができる。さらに、加熱ヘッドの表面を媒体に直接当てつけるだけで加熱することができるため、カードなどの連続的加熱ではなく、プリント後の書類を部分的に加熱して消去したり、転写リボンなどにより転写して記録を隠蔽したりすることもでき、機密保持処理をしやすいという効果もある。

本発明の加熱ヘッドの一実施形態を示す平面説明図およびそのＢ−Ｂ断面説明図である。 図１の加熱ヘッドを用いて、媒体を加熱する概念説明図である。 本発明の加熱ヘッドの他の実施形態を示す平面説明図、そのＢ−Ｂ断面説明図およびその使用状態を示す説明図である。 図３の変形例を示す図３（ｃ）と同様の説明図である。 本発明の加熱ヘッドの他の実施形態を示すヘッド基板の平面説明図である。 図５の変形例を示す図５と同様の説明図である。 発熱抵抗体を用いて、ヘッド基板の温度を測定する回路の説明図である。 従来の加熱ヘッドの構成例を示す説明図である。 従来の加熱ヘッドを用いて媒体を加熱する場合の説明図である。

つぎに、図面を参照しながら本発明の加熱ヘッドおよびそれを用いた加熱方法について説明をする。本発明による加熱ヘッドは、その一実施形態の平面説明図、およびそのＢ−Ｂ断面説明図が図１（ａ）〜（ｂ）に示されるように形成されている。

すなわち、板状のヘッド基板１の一面に少なくとも１つの帯状の発熱抵抗体２が設けられ、その発熱抵抗体２の両端部に設けられる一対の電極端子３に電圧を印加できるように電気的に接続して配線基板５が設けられ、そのヘッド基板１がベース４に取り付けられている。そして、発熱抵抗体２が設けられた面がベース４と対向し、ヘッド基板１の他面１ａ側で媒体と圧接し得るように（加熱ヘッド１０の外面に現れるように）、ヘッド基板１がベース４に固定されることにより、加熱ヘッド１０が形成されている。その結果、図２に示されるように、ヘッド基板１の圧接し得る面（露出する他面）１ａに媒体３１を圧接して加熱し得る構造になっている。

ヘッド基板１は、加熱する媒体の大きさによって異なり、たとえば長さ約４０〜２３０ｍｍ、幅約５〜１２ｍｍ、厚さ約０.６３５〜１.０ｍｍ程度の略矩形状板からなり、その材質としては熱伝導性ができるだけ良いもの、すなわち熱伝導率が１（たとえばソーダガラス）〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度のもので、使用時の発熱温度条件において耐熱性を有し、発熱抵抗体２を設ける面が絶縁性を有するもの、たとえばアルミナ（熱伝導率：２１Ｗ／（ｍ・Ｋ））などのセラミックス、窒化アルミニウム（熱伝導率：２００Ｗ／（ｍ・Ｋ））などを用いることができる。ステンレスなどの金属板の表面に絶縁膜を５〜２０μｍ程度の厚さに、たとえば絶縁用の厚膜ペーストを印刷、焼成により形成したものでもよい。なお、本実施形態では、ヘッド基板１として、アルミナ基板を用いており、充分に硬度を有しているが、ヘッド基板１の最表面の硬度が充分でない場合には、さらに他面１ａの圧接する面には、ヘッド基板１の最表面の材料の硬度よりも硬い材料、たとえばアルミナ、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる硬質膜を１〜３μｍ厚程度形成することが好ましい。このような硬質膜が設けられることにより、後述するように、この圧接面に媒体をゴムローラなどにより圧接しながら移動させて加熱する場合でも、ヘッド基板１の損傷が少なくなるため、好ましい。

さらに、この圧接面の最表面は、たとえばラッピングやポリッシュ仕上げなどにより、摩擦係数が小さくなるように仕上げられていることが好ましい。摩擦係数が小さければ、媒体の移動がスムースであると共に、ヘッド基板１の損傷をより少なくすることができるからである。さらに、このヘッド基板１の他面（圧接面）は、平面である必要はなく、媒体の形状に合せて凸状や、曲面や、傾斜面にすることもできる。また、後述するように、ゴムローラのような弾性体により媒体を圧接しないで、加熱ヘッドを移動させながら、直接媒体に押し付ける場合には、この圧接面に耐熱性で、弾力性のある、たとえばシリコーンゴムやフッ素ゴムなどの弾性体層を設けることもできる。

ヘッド基板１の一面の両端部には、図１（ａ）に破線で示されるように、たとえば後述する発熱抵抗体２の材料のパラジウムの比率を小さくした銀・パラジウム合金やＡｇ-Ｐｔ合金などの良導電体からなる一対の電極３が印刷形成されている。この１対の電極３は、配線基板５に直接接続されるように配線基板５に図示しない配線が設けられ、外部電源と接続される構造になっている。なお、図１に示される例では設けられていないが、基板温度測定用発熱体が設けられる場合には、その一対の電極も全く同様に同時に形成することができる。

発熱抵抗体２は、一対の電極３の一部にかかるように、長手方向に延びる帯状に設けられている。図１に示される例では、同じ長さ（同じ特性）の発熱抵抗体２が２本並列に形成されているが、その１本を基板温度測定用として用いることもできるし、後述するように、２本で発熱する部分の長さを異ならせて、加熱する長さ（媒体の幅）を異ならせることもできる。発熱抵抗体２は、たとえばＡｇ＋Ｐｄ＋ガラスまたは銀とガラスなどのペーストを塗布して、焼成することにより形成されている。これにさらにＲｕＯ₂などを加えたものを使用することもできる。焼成により形成されるＡｇ-Ｐｄ合金からなる場合、シート抵抗として１００ｍΩ／Ｓｑ〜５００ｍΩ／Ｓｑが得られ（配合、固形絶縁粉末の量、印刷する厚さ、焼成条件などによって異なる）、両者の比率により抵抗値や温度係数を変えることができる。たとえば、シート抵抗値が約２００ｍΩ抵抗で、幅が５ｍｍ、長さが１００ｍｍ、厚さが１０μｍ程度、（全抵抗３.６Ω程度）、抵抗温度係数を約１５００ｐｐｍ／℃（温度が１００℃変化すると抵抗値が１５％変化する）に形成されている。この発熱抵抗体２は、ヘッド基板１の長手方向の両端部に設けられる一対の電極３に重なるように印刷形成されている。

この発熱抵抗体２のシート抵抗などは、加熱する媒体の大きさや、媒体の処理速度（記録を消去するスピード、すなわち加熱ヘッド上を通過する速さ）などに応じて設定される。たとえばヘッド基板１が、幅×長さ×厚さが前述の例の７ｍｍ×１０４ｍｍ×０.８ｍｍの大きさで、アルミナからなる場合に、ヘッド基板１を１℃上げるのに必要な熱量は１.７６Ｊで、１５０℃上昇させるためには、１５０×１.７６＝２６４Ｊ必要となる。たとえば発熱抵抗体２の両端間の抵抗が３.６Ωになるように形成されていると、２４Ｖの電圧を印加することにより、１６０Ｗの熱量を発生するので、２６４Ｊ／１６０Ｗ＝１.６５秒で、必要な熱量を供給することができる。すなわち、起動時に基板温度が所定の温度１７０℃程度まで上昇するのに、１.６５秒程度待つ必要があるが、その後は、高速で媒体を通過させても、ヘッド基板１の熱容量が従来の細い発熱用抵抗体２だけとは桁違いに大きいため、殆ど温度ムラなく連続的に媒体を加熱することができる。

発熱抵抗体２の幅は、たとえばヘッド基板１の端部から２ｍｍ程度の幅を除いたヘッド基板１のほぼ全面に１本または複数本並列して形成される。図１に示される例では、３ｍｍ程度の幅のものが２本並列して形成されている。なお、この発熱抵抗体２と並列に、ヘッド基板の温度測定用の抵抗体を設けることもできるし、発熱抵抗体２を用いて温度測定をすることもできる。この発熱抵抗体２は、図１に示されるように、ヘッド基板１の長手方向のほぼ全長に亘って形成されるが、一対の電極３の一方は複数本の発熱抵抗体２に共通に形成することができるし、また、中間部に電極を形成することもできる。とくに、温度測定用の発熱抵抗体の場合には、ヘッド基板１の全長に亘って設ける必要はなく、中心部などだけに設けることもできるし、ヘッド基板１の長手方向に長く形成して、その途中に複数の電極を形成し、ヘッド基板１の部分的な温度を測定することもできる。このような途中での電極は、電線、フレキシブルケーブルなどを接着、圧着、高温ハンダなどにより接続することもできる。

発熱用抵抗体２の発熱特性は、前述の例に限定されず、自由に設定することができるが、温度測定用抵抗体または温度測定をする発熱抵抗体２としては、抵抗温度係数の大きい抵抗材料を用いることが好ましく、とくに１０００〜３５００ｐｐｍ／℃の材料を用いることが、後述する発熱抵抗体２を用いてその温度を検出して制御したり、熱暴走による過熱を防止したりするのに好ましい。しかし、本発明では、発熱抵抗体２により直接加熱する構造ではなく、ヘッド基板１の裏面１ａまたは側面１ｂ（図３参照）を用いて媒体の加熱を行うため、熱暴走の問題は生じにくく、温度係数が負の抵抗材料でも、使用することができる。温度係数の大きい材料であれば、ヘッド基板１の温度を正確に測定しやすく、温度制御をしやすい。

発熱抵抗体２または温度測定用抵抗体（加熱を目的としないため、温度により抵抗値が大きく変る細い抵抗体膜を形成すればよい）を用いて、ヘッド基板１の温度を測定するには、たとえば図７に示されるように、直流電源２１の両端に発熱抵抗体２２と基準抵抗２３を直列に接続しておき、その基準抵抗２３の両端電圧Ｖを測定すれば、温度検出手段２４により、その電圧の変化量と、予め分っている発熱抵抗体２２の温度係数（材料により定まる）とから温度を検出することができる。その検出温度に応じて、制御手段２５により発熱抵抗体２２の両端に印加する電圧を制御することにより、ヘッド基板１の温度を所定の温度に維持することができる。この制御手段２５による発熱抵抗体２２の温度制御は、直流電圧を印加してその印加電圧を変えることもできるし、デューティ駆動をして、そのデューティを変えることにより調整することもできる。なお、基準抵抗２３は温度係数の小さいものが望ましい。また、温度測定用の抵抗体、または温度測定に用いる発熱抵抗体２２は、好ましくはできるだけ温度係数の絶対値（％）が大きい方（正でも負でもよい）が好ましい。また、温度測定のみに用いる場合には、たとえば０.３〜０.５ｍｍ幅程度で、ヘッド基板１の適当な位置（媒体を圧接する部分の近傍で圧接に支障のない部分）に取り付けることが好ましく、基板温度測定用の抵抗体２２自身は発熱しないよう印加電圧が低く抑えられて５Ｖ程度の印加が好ましい。これにより、ヘッド基板１の媒体を圧接する部分の温度を推測することができる。

一対の電極３は、ヘッド基板１の長手方向に対向する両端部に、発熱抵抗体２と接続するように、たとえば発熱抵抗体２の材料よりもパラジウムの比率を小さくした銀・パラジウム合金やＡｇ-Ｐｔ合金などの良導体により、発熱抵抗体２と同様に印刷により形成されている。この一対の電極３は、後述する配線基板５の配線と接続されるが、本発明では、後述するように、この一対の電極３が設けられた側がベース４の側に向くように取り付けられるため、電極３からヘッド基板１の裏面側に接続用配線を設ける必要はない。この一対の電極３も、発熱抵抗体２が設けられた面を直接圧接面にする訳ではないので、表面の凹凸が問題になることはなく、中央部に纏めて外部との接続用端子を形成することもできるし、前述のように、直接接着、圧着、高温ハンダなどにより接続するような構成にすることもできる。

ベース４は、たとえばアルミニウム板（熱伝導率：２２１Ｗ／（ｍ・Ｋ））、鉄板（熱伝導率：８３Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの金属板、または窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのセラミックスなどを用いることができ、ヘッド基板１を保持するために用いられている。このベース４は、前述のヘッド基板１に対応する大きさに形成され、厚さは、たとえば７ｍｍ程度に形成されている。

配線基板５は、前述のように、ヘッド基板１上の一対の電極３に電圧を印加し得るように、一対の電極３と接続して、電源に接続すると共に、前述のヘッド基板１の温度を検出するための部品などが設けられるもので、たとえばプリント基板などにより形成されるが、後述する例のように、可撓性フィルムにより形成することもできる。なお、この配線基板５には、別途ヘッド基板１に設けられたサーミスタ（図示せず）とも接続され、ヘッド基板１の過熱防止二重安全用として管理される場合もある。さらに、温度ヒューズなどを設けて、ヘッド基板１の温度が上昇しすぎた場合などに、一対の電極３への電圧印加を切断させることもできる。

このベース４の一面側に、前述のヘッド基板１が裏向けて（発熱抵抗体２が設けられる一面（表面）をベース４側にして）取り付けられている。図１に示される例では、配線基板５がその間に介在され、ヘッド基板１は断熱スペーサ６を介して熱が逃げないようにされている。その結果、発熱抵抗体２の表面は、直接にはどことも接触せず、空間に面しており、ヘッド基板１側に殆どの熱を伝達する。しかし、この発熱抵抗体２の表面は、中空に面するようにしなくても、たとえば耐熱性接着剤（シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂）などの熱伝導率の小さい材料で埋め込むこともできる。この場合、絶縁スペーサ６と一体的に形成することができ、たとえばダム（土手）を周囲に形成して、上記樹脂をディスペンサなどにより注入して硬化させることにより、ベース４にヘッド基板１を簡単に固定することができる。すなわち、このシリコーン系樹脂の熱伝導率は、約０.１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、アルミナの熱伝導率は、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、この耐熱性接着剤の熱抵抗は約１３０倍になるため、殆ど熱の逃げはない。その結果、ヘッド基板１の他面（図１で上面に露出する面１ａ）の温度も、発熱抵抗体２の通電による発熱により温度が上昇し、この面に媒体をゴムローラなどで圧接することにより、記録の書込みや消去などをするための加熱を充分に行うことができる。なお、その間を中空にする場合の断熱スペーサ６としても、たとえばシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂などを柱状にして用いることができる。

この加熱ヘッド１０を消去ヘッドとして用いて、たとえばリライタブルカードなどの記録媒体の記録を消去するには、図２にその一例の一部拡大概念図が示されるように、加熱ヘッド１０の表面に露出したヘッド基板１の他面（圧接面）１ａをゴムローラ３２と対向させ、発熱抵抗体２に通電してヘッド基板１の露出面１ａの温度を所定の温度に上昇させ、発熱抵抗体２とゴムローラ３２との間に記録媒体３１を送り込むことにより、記録媒体３１がゴムローラ３２と加熱ヘッド１０とにより圧接されて、記録媒体３１の温度が上昇し、その記録された表示を消去することができる。なお、ヘッド基板１の温度は、前述のように、発熱抵抗体２または温度測定用の抵抗体を設けてヘッド基板１の一面側の温度を測定して予め他面側の温度との関連付けをしておくことにより、媒体と接触させる部分の温度を測定することもできるし、圧接する部分の近傍にサーミスタなどの温度センサ、または前述のような温度測定用の抵抗体を取り付けて測定することもできる。

本発明の加熱ヘッドによれば、図２に示されるように、ヘッド基板１の他面１ａ、すなわち発熱抵抗体２が設けられる一面と反対の裏面で、ゴムローラ３２により媒体３１を圧接しているため、媒体３１を平坦面上（または媒体３１の形状に合せた他の形状面）で圧接しながら移動させることができる。そのため、媒体３１の移動が滑らかになると共に、加熱ヘッド１との接触が確実になりゴムローラ（プラテンローラ）３２による圧接も非常に均一に行うことができ、均一な加熱を行うことができる。なお、この媒体３１を圧接するヘッド基板１の面に、ラッピングまたはポリシングによる研磨仕上げが施されていることにより、より一層媒体３１の移動が滑らかになる。しかも、媒体３１は、平坦面など媒体３１の形状に合せた面を移動するため、加熱ヘッド１の消耗も抑制されると共に、この表面に発熱抵抗体２が設けられていないため、熱伝導さえよい材料であれば、この圧接面（露出面）１ａに耐摩耗性のある材料、たとえば窒化アルミニウム、硬質アルミナなどからなる被膜を形成することもでき、より一層摩耗による損傷を抑制することができる。

さらに、発熱抵抗体２により直接媒体を加熱する訳ではなく、ヘッド基板１への熱伝導によるヘッド基板１の他面で媒体と圧接するので、従来ほど発熱抵抗体２の温度分布の均一性は必要とされないが、発熱抵抗体２の表面は、従来のように媒体が通過する訳ではないため、表面が平坦である必要は無く、発熱抵抗体２による温度分布が一定になるように、発熱抵抗体２の表面に熱伝導の良い温度分散用の被膜を塗布形成したり、発熱抵抗体の一部を削ったりして温度分布を調整することもできる。

さらに、本発明によれば、発熱抵抗体２の裏面側が最も温度が上昇しやすく、ヘッド基板１の全体が均一の温度になる訳ではないが、加熱ヘッド１０のヘッド基板１の全体の温度が上昇しており、ゴムローラ３２により圧接されない位置でも、ヘッド基板１の露出面１ａ上を通過する際に、ヘッド基板１と接触しており、予熱の効果を得ることができ、高速で媒体３１を通過させても、確実に温度を上昇させて媒体への記録や消去を短時間で行うことができる。

以上のように、本発明の加熱ヘッド１０によれば、ヘッド基板１の発熱抵抗体２が設けられる面をベース側に対向させてベース４に取り付けた構造にしているため、ローラにより媒体を圧接する面を発熱抵抗体が設けられた面と異なる面にすることができる。その結果、媒体３１を圧接する面を硬質の材料にすることができ、また、発熱抵抗体の温度分布が一定でない部分に熱分散用の材料を塗布したり、発熱抵抗体の一部を削り取ったりすることにより、表面に凸凹が形成されても構わない。なお、ヘッド基板１の厚さは、前述のように、０.８ｍｍ程度であるため、発熱抵抗体２が設けられる面と反対面であっても、アルミナ程度の熱伝導率（２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））であれば、発熱抵抗体２に通電を始めてから１.６５秒程度で使用温度に上昇させることができる。しかも、発熱抵抗体２よりは熱容量が大きいため、媒体の通過速度が速くても、急激な温度低下は起こらず、安定した加熱を連続させることができる。

前述のように、ゴムローラ３２などの弾力性のあるローラで媒体３２を圧接すれば、媒体３２などに凹凸があり、ヘッド基板１の圧接面が硬質材量により硬く形成されていても媒体をしっかりと接触させることができるが、加熱ヘッド１０の圧接面に耐熱性のゴムシートなどの弾性被膜を形成しておいて、その弾性被膜に圧接するように媒体３２を押し付け、または媒体３２と図示しない間接転写フィルムなどを押し付けて（転写または再転写の場合）、加熱ヘッド１０と媒体３２などを相対移動させることもできる。この場合、加熱ヘッド１０の圧接面を凸面形状または接触面の端部を曲面に形成いておくことにより、相対移動をよりスムースに行うことができる。この場合は、図１に示される他面１ａと後述する図３に示される側面１ｂとの境界であるコーナ部を曲面形状にして用いることもできる。なお、弾性被膜としては、耐熱性のあるシリコーンゴムやフッ素系ゴムなどの層を用いることができる。このような構成にすれば、加熱ヘッド１０を堅固に保持する必要がないため、熱の逃げも少なく、転写、再転写、全面加熱などを行う場合でも、小形化でき、低電力で行うことができる。

前述の例では、ヘッド基板の発熱抵抗体２が設けられた面をベース側にしてベース４に固定したが、必ずしも、発熱抵抗体２が設けられた面をベース４側にしてヘッド基板１をベースに固定しなくても、たとえば図３に示されるように、ヘッド基板１の発熱抵抗体２が設けられた部分をベース４と反対側にして取り付けられても、その発熱抵抗体２が設けられた部分に隣接する側面１ｂを露出させることにより、図３（ｃ）に示されるように、その側面１ｂ部分でゴムローラ３２により媒体６１を圧接させることができる。

すなわち、図３に示される実施の形態は、発熱抵抗体２が設けられた加熱ヘッド１が第２断熱スペーサ６ａを介してベース４上に設けられ、押え板７ａとビス７ｂとにより第２断熱スペーサ６ｂを挟んでベース４に取り付けられている。この加熱ヘッド１０は、図３（ｃ）に示されるように、ヘッド基板１の側面１ｂ上を媒体３１が通過しながらゴムローラ３２により圧接するよう用いることにより、動揺に媒体を加熱することができる。なお、図１と同じ部分には同じ符合を付してその説明を省略する。なお、この図３に示される例では、配線基板５が可撓性フィルムにより形成されており、押え板７ａの下に設けられている。しかし、前述の図１に示される構造にすることもできる。

このヘッド基板１の側面１ｂを圧接面とする構造では、発熱抵抗体２をヘッド基板１の一面のみに設けなくても、図４に示されるように、両面に設けることもできる。このような構造にすることにより、１本の発熱抵抗体２の発熱量を減らしてもヘッド基板１の温度を上昇させることができ、安定した加熱をすることができる。発熱抵抗体２がヘッド基板１の両面に設けられている以外は、図３に示される例と同じで、同じ部分には同じ符合を付してその説明を省略する。

図５は、本発明の他の実施形態を示す加熱ヘッドの上面を示す（ヘッド基板１の表面に発熱抵抗体が設けられた状態）の説明図である。この例は、主たる発熱用の第１発熱抵抗体２ａの両側に従となる発熱用で、長さが異なる第２および第３の発熱抵抗体２ｂ、２ｃが設けられたもので、この３本の発熱抵抗体２ａ、２ｂ、２ｃの一端部には、共通の第１電極３ａが設けられ、それぞれの発熱抵抗体１ａ、２ｂ、２ｃの他端部にそれぞれ第２電極３ｂ、３ｃ、３ｄが独立して設けられている。この構成にすることにより、たとえば第１発熱抵抗体２ａのみに通電して温度上昇させれば（通電する電流によりヘッド基板の温度を所望の温度にすることができる）、第１発熱抵抗体２ａの長さに応じた幅の媒体を加熱することができる。また、媒体の幅が小さい場合には、第２発熱抵抗体２ｂまたは第３発熱抵抗体２ｃを用いることにより、媒体の幅に合せた部分の温度を上昇させることができる。この場合、主たる発熱用の第１発熱抵抗体２ａの加熱温度を若干下げて第２または第３の発熱抵抗体２ｂ、２ｃの温度を所望の発熱温度になるように電流またはデューティサイクルを調整することにより、第２または第３の発熱抵抗体２ｂ、２ｃの長さに応じた幅の媒体を加熱することができる。

このように、媒体の幅に応じて、発熱抵抗体２の長さを調整するのは、媒体の幅よりも発熱抵抗体２の長さが長すぎると、媒体が通過する部分の幅より外側では、媒体による温度低下が生じにくいため、ヘッド基板１の長手方向の両端部画の温度が高くなり、媒体を加熱するため、この加熱ヘッド上を通過させると、媒体の幅の端部側の温度が所定の温度より高くなり、変色するからである。この図５に示される構造にすることにより、加熱する媒体に応じて使用する発熱抵抗体２を選ぶことにより、ちょうど媒体の幅に対応した部分のヘッド基板１を所望の加熱温度に加熱することができ、媒体の端部での変色を防止することができる。

このヘッド基板１は、前述の図１や図３に示される例と同様にベース４に取り付けることができるが、従来の図８に示されるように、発熱抵抗体２の部分が露出するようにベース４に取り付け、発熱抵抗体２の表面で媒体を圧接する構造にすることもできる。動作に関しては、前述の各例と同じである。

図６に示される例は、図５に示される例と同じ考えであるが、第２および第３の発熱抵抗体２ｂ、２ｃの長さを変えるのに、電極を延ばすのではなく、帯状の発熱抵抗体２の幅を異ならせたものである。すなわち、同じ材料でも、その幅がたとえば倍になれば抵抗値は半分になり、発熱に余り寄与しなくなる。要するに、幅の広い部分はたとえ発熱しても非常に僅かであり、細い部分と温度分布が異なり、電極を延ばしたのと同様に機能する。一方、幅を異ならせるには、前述のように発熱抵抗体２は、通常印刷法により形成されるため、印刷の際のマスクの幅を異ならせておくだけで、簡単に形成することができる。その結果、電極３は、従来と同様に形成しながら、第２および第３の発熱抵抗体２ｂ、２ｃの長さを簡単に変更することができる。

本発明の加熱ヘッドは、感熱リライタブル媒体の加熱による記録、消去、転写フィルムの加熱転写、再転写、トナーの定着、加熱による接着、融着、変形加工、書類、画像などの表面を用材、ガス、光などから保護するため、または画像表面などを鏡面にして鮮明画像にするためのオーバーコート、書類のラミネート加工、加熱硬化形接着剤シートの部分接着などのシートの接着、プラスティックなどの表面に凹凸を熱加工により形成するインプリント加工などに利用することができる。

１ ヘッド基板
２ 発熱抵抗体
３ 電極
４ ベース
５ 配線基板
６ 断熱スペーサ
10 加熱ヘッド
61 媒体
62 ゴムローラ

Claims (10)

1. 平面形状が矩形状の板状のヘッド基板と、該ヘッド基板の一面の長手方向に沿って設けられる少なくとも１つの帯状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端部に電圧を印加できるように設けられる一対の電極と、該一対の電極と電気的に接続される配線基板と、前記ヘッド基板が取り付けられるベースとを有し、前記発熱抵抗体が設けられた部分が前記ベースと対向するように、または該ベースから外方に突出するように、前記ヘッド基板が断熱スペーサを介して前記ベースに固定されることにより、前記発熱抵抗体の部分が空間に露出するか、または熱伝導率の小さい耐熱材料に接し、かつ、前記ヘッド基板の前記発熱抵抗体が設けられる面と異なる他面側で媒体と圧接し得るように形成されてなる加熱ヘッド。
2. 前記ヘッド基板の前記発熱抵抗体が設けられる面の外周部で、前記断熱スペーサを介して前記ベースの一面に直接、または前記配線基板を介して、前記ベースの一面に固定されることにより、前記発熱抵抗体の部分が空間を介して、または該空間に熱伝導率の小さい耐熱材料を充填して、前記ベースと対向する構造である請求項１記載の加熱ヘッド。
3. 前記発熱抵抗体が、前記ヘッド基板の長手方向と直角方向である幅方向の一端部側に設けられ、かつ、前記ヘッド基板が、第１の断熱スペーサを介して前記ベースの一面に設けられると共に、前記ヘッド基板の幅方向の他端部側に、前記ヘッド基板の厚さと前記第１の断熱スペーサの厚さとの合計の厚さに略等しい厚さを有する第２の断熱スペーサが前記ベースの一面に設けられ、該第２の断熱スペーサおよび前記ヘッド基板の前記他端部側の上に設けられる押え板とビスとにより、前記ヘッド基板が前記ベースに固定されてなる請求項１記載の加熱ヘッド。
4. 前記発熱抵抗体が設けられた前記ヘッド基板の前記一面と反対面に他の発熱抵抗体が設けられてなる請求項３記載の加熱ヘッド。
5. 前記発熱抵抗体が前記ヘッド基板の一面に並列して複数個設けられ、または前記ヘッド基板の一面と反対面に複数個の発熱抵抗体が設けられ、該複数個の発熱抵抗体の発熱する部分の長さが異なるか、または、少なくとも１つの発熱抵抗体の温度分布が他の発熱抵抗体の温度分布と異なるように形成されてなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の加熱ヘッド。
6. 前記発熱抵抗体の少なくとも１つの表面に部分的に耐熱材料が塗布されるか、または前記発熱抵抗体の少なくとも１つの一部が削られることにより該発熱抵抗体の温度分布が調整されてなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の加熱ヘッド。
7. 前記媒体と圧接する前記ヘッド基板の前記他面または前記側面の表面に前記ヘッド基板の表面材料の硬度より硬い材料からなる硬質膜が形成されてなる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の加熱ヘッド。
8. 前記媒体と圧接する前記ヘッド基板の前記他面または前記側面の最表面層が研磨面に仕上げられてなる請求項１ないし７のいずれか１項に記載の加熱ヘッド。
9. 前記媒体と圧接する前記ヘッド基板の前記他面または前記側面の表面に耐熱性の弾性体層が形成されてなる請求項１ないし８のいずれか１項に記載の加熱ヘッド。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の加熱ヘッドを用い、前記ヘッド基板の前記側面に媒体を圧接することにより該媒体を加熱することを特徴とする媒体の加熱方法。

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