JPH021337A - 熱転写プリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱転写印字に使用できる形式の抵抗形サーマ
ル印字ヘッド、より詳細には、そのような印字ヘッドの
構造上及び材料上の改良に関するものである。

発明が解決しようとする課題 熱転写プリンタは、個別に制御できる発熱抵抗体の配列
から成る熱転写手段を備えており、各発熱抵抗体は最終
的像支持体すなわちコピー用紙の上に、行の１画素を生
じさせる。発熱抵抗体の配列は、熱エネルギーを与えて
インク供与表面すなわちインク支持フィルム上の固体イ
ンクを溶融させるため、インク供与表面に近接して支持
されている。発熱抵抗体の配列は、一般に、用紙の全幅
を印字するように並べられているので、３００ドツト／
インチの熱転写プリンタは、８．５インチ幅の用紙を印
字する場合、約２６５０個の発熱抵抗体を持つことにな
る。記憶させた電子像に従って、個別にアドレス可能な
各発熱抵抗体に電圧が加えられ、発熱抵抗体が励起され
ると、発熱抵抗体に近い領域のインク供与表面上のイン
クが溶融し、インクが最終的像支持表面に付着してドツ
トを形成する。

印字ヘッドと、インク供与フィルム表面及び用紙の相対
的な移動により像形成プロセスが用紙に沿って移動する
ので、行の印字が連続的に行われて、完全な像が形成さ
れる。

発熱抵抗体の配列は、通常、薄膜または厚膜技術を用い
、基板の上に抵抗体を蒸着する積層処理で作られる。基
板は、一般に、電気絶縁性及び熱伝導性を有するｌ　ｍ
ｍ　ｌ’ｌのアルミナ（八１□０３）の基板である。ア
ルミナ基板と抵抗体の間には、厚さが約５０ミクロンの
１Ｉ７ｉ熱カラスまたはセラミック材料でできたグレー
ズ層がある。強度を高めるほか、印字ヘッドにヒートシ
ンクを提供し、抵抗体の配列に地絡を提供するために、
アルミナ基板は熱伝導性のよい金属ベース、例えば約５
　ｍｍ厚のアルミニウム・ベースに接着される。グレー
ズ層は、抵抗体に約０，５ワツトの電力を印加したとき
１ミリ秒以内に３００”　−４００°Ｃのピーク温度に
達するように抵抗体を［ｒ熱するが、同時に、抵抗体か
ら電力を除いた後、数ミリ秒以内にインクの融点以下に
冷却する程度の熱伝導を許す。アルミナ基板は、グレー
ズ層からヒートシンクへ熱を非常に迅速に拡散させる役
目を果たし、また発熱抵抗体の配列を製作する際に使用
する基板である。

しかし、上記の構造は、印字ヘッドを作るために数層（
アルミナ基板をアルミニウム・ベースに接着するために
必要な接着剤層を含めて４層）が必要であり、そのため
、熱転写効率が悪く、また印字の解像度にも限界がある
ので、最適とは言えない。

従来のサーマル印字ヘッドは、厚膜型または薄膜型のど
ちらの方式で製作されたものでも、グレーズ層によって
、アルミナ基板から発熱抵抗体を断熱している。一般に
、ＣｏｒｎｉＢ　００８０ガラスまたは同等品のグレー
ズ層は、約５０ミクロンの厚さで十分な断熱が得られ、
抵抗体は、励起されると、３００″Ｃに近い使用温度に
達し、電力が除れると、数ミリ秒以内に約６０’Ｃのイ
ンク融点以下の温度に冷却する。グレーズ層の厚さは、
以上の要求や、Ｃｏｒｎｉｎｇ　００８０カラスの熱伝
導率が２×１０司Ｃａｌ／ｓｅｃ−ｃｍ−”Ｃで比較的
高いという事実から定められている。グレーズ層の材料
は等方性を有するので、球面対称の熱バブル（等混線）
が点熱源（抵抗体）から伝播する。この等混線は、次式
に従って伝播する。

［ｔｋ／ρＣ〕１″ ここで、ｋは熱伝導率、しは時間、ρＣは体積比熱であ
る。

発熱抵抗体の作用の時間的基準は、インクを溶融するの
に必要な温度と完全な画素を生じさせるために必要なサ
イズを有する等混線が、インク供与フィルムを通って伝
播すること、という要求で決まる。インクの溶融が起き
るまで期間は約２．５ミリ秒である。しかし、この同じ
期間の間に、同じ等混線の表面がグレーズ層を通って拡
散し、アルミナ・ヒートシンクで熱が失われる。グレー
ズ層の厚さは、１つには、発生からヒートシンクまでの
熱損失を最小限にするように選ばれる。しかし、材料の
等方性により、熱は横にも拡散する。

このグレーズ層内の熱の横拡散のために、熱転写印字で
得ることが可能な解像度か制限される。

ポリイミド樹脂は、通常のグレーズ層の材料より低い熱
伝導率を有する耐熱有機材料である。さらに、ポリイミ
ド樹脂は薄い層に塗布することができる上、フォト・デ
フアイナブル（ｐｈｏｔｏｄｅｆ　１ｎａｂｌｅ）であ
るから、薄１模蒸着技術の中で使用することができる。

米国特許第４，５６１，７８９号は、熱転写印刷用の多
孔印字ヘッドにポリイミド樹脂を使用することを開示し
ており、アルミニウム基板と電極の間にポリイミド断熱
膜を使用することを示唆している。しかし、印字ヘッド
内のインク溶融等混線の拡散を制御するため、ポリイミ
ド層をグレーズ層よりずぐれな・材料としてどのように
使用するかについては明らかにしてない。

画像内のアドレス可能な場所の数が多ければ多いほど、
画像がより鮮明になり、ぎざぎざの縁や印字生成物がよ
り少なくなるので、高品質の印字に必要な高い解像度を
達成するには、単位長さ当たりの発熱抵抗体の数を多く
することが望ましい。

発熱抵抗体を間隔をおいて配置する従来の方法は、発熱
抵抗体を２つの狭い間隔の平行配列にし、各発熱抵抗体
を向かい合った配列内の隣接する発熱体間のすき間に面
した位置に配置する（以下、ジグザグ配列と呼ぶ）。２
つの配列の間に適当な時間遅れを用いて発熱抵抗体を駆
動すると、配列の狭い間隔と、印字ニップの幅と、各発
熱抵抗体により生じたドツト・サイズとが組み合わさり
、発熱抵抗体によって見かけ上直線が得られる。発熱抵
抗体間の領域のインク供与表面上のインクを溶融させる
ため、発熱抵抗体を過剰に駆動して発熱抵抗体間の領域
を加熱する必要がないので、寿命が長くなり、所要電力
か少なくてすむ。この形式のジグザグ配列が、特昭５６
−１１８８７９号、時開５９−９３３６７号、米国特許
第４，０３０，４０８号に開示されている。

しかし、これらの配列の構造は、発熱抵抗体を共通バス
及び接地面に接続するために多重レベルの回路網が必要
である。もし発熱抵抗体を大形導電金属ベースに直結し
た共通バスに直接接続することができれば望ましい。

課題を解決するための手段 本発明は、金属基板と、前記金属基板の上に蒸着させた
非常に低い熱伝導率を有する断熱有機材料例えばポリイ
ミド樹脂の比較的薄い層から成る断熱層と、前記断熱層
の上に支持され、それぞれが集積回路ドライバー及び共
通バスに接続された発熱抵抗体の配列とで構成′した熱
転写印字手段を有するサーマル印字ヘッドを提供する。

比較的厚く、熱伝導率の大きなセラミックまたはガラス
断熱層を有する従来の印字ヘッドに比べて、薄いポリイ
ミド断熱層を使用しているので、発熱抵抗体で発生した
熱が断熱層を通って横に拡散するのが遅い。熱伝導率が
比較的小さいので、従来よりも薄い断熱層を使用するこ
とができる。このため熱エネルギーは、横に大きく拡散
する前にインク供与フィルムと金属基板ヒートシンクに
達する。また、ポリイミド樹脂は、金属基板に直接蒸着
させることかできるので、抵抗形サーマル・プリンタを
製造するとき簡単に使用することができる。

本発明のもう１つの特徴として、薄いポリイミド層を使
用しているので、発熱抵抗体を共通バスを介して大形導
電金属ベースへ容易に接続することができる。この直接
接続により、ジグザグ配列の２つの発熱体配列を互いに
近接させることができるので、両者の間に広い共通バス
は必要でなく、また別の層として作る必要もない。また
、ポリイミド樹脂のような薄いフォ１−デファインナブ
ル断熱層を使用できることは、このジグザグ配置の構成
で製造することを容易にしている。

以下、添付図面を参照して、発明の好ましい実施例の説
明を読まれれば、本発明の上記特徴やその他の特徴も明
らかになるであろう。

実施例 図面は発明の好ましい実施例を説明するためのものであ
り、発明を限定するものではない。第１図は、インク供
与フィルムを使用するサーマル・プリンタの一部を略図
で示す。インク供与フィルム１０は、フィルム供給源か
ら、印字ヘッド１４内の印字ローラー１２と熱転写手段
１３とで構成された印字ニップ１１に送り込まれる。同
様に、印字される像を受は取る用紙Ｐも、プリンタの動
作に従って、インク供与フィルム１０と印字ローラー１
２の間で、印字ニップ１１に送り込まれる。印字ヘッド
１４は、本実施例では、印字ローラー１２に近接した位
置にばねで押し付けられた適当な取付は用ブラケット１
６上に支持することができる。

インク供与フィルム１０は、第１Ｂ図に示すように、基
層１８に着色ワックス層２０を被覆したものである。第
１Ｂ図に示した基層１８は、一般に、紙コンデンサに誘
電体として広く使用されている厚さが約５−１５ミクロ
ンのポリエステルまたはセルロース材料である。着色ワ
ックス１２０はがなり硬いが、６０−８０°Ｃの温度に
加熱すると、溶融粘度が小さくなる。典型的なワックス
は、硬いワックス例えばカルナバ（Ｃａｒｎｕｂａ）ワ
ックス、軟らかいエステル・ワックス、軟化油、着色剤
たとえば黒色印刷の場合はカーボンブラックを混合した
ちのである。

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第２Ａ図を参照すると、印字ニ
ップ１１の所でインク供与フィルム１０と用紙Ｐが接触
すると、印字ヘッド１４の熱転写手段１３が制御されて
インク供与フィルム１０の非インク而に熱を加え、用紙
Ｐに接触しているインクを像の形状に溶融する。熱転写
手段１３は、用紙の移動方向に直角に一直線に並べられ
た抵抗体配列２１から成る。配列の各抵抗体を個別に制
御して最終像を形成することができる。実際には、望ま
しい画像品質を達成するために、抵抗体配列２１は、１
インチ当たり２００−４００個以上の抵抗体で構成され
、総数は、短い縁を先に給送される８、５　×１１イン
チ用紙を印刷する場合は少なくとも１７００−３２００
個の抵抗体が必要である。抵抗体がインク溶融状態まで
発熱すると、それに応じて用紙上の抵抗体の位置にイン
ク・スポットが付着する。用紙とインク供与フィルム１
０が抵抗体配列を通過するとき抵抗体配列が連続的に動
作し、プリンタの制御装置に送られた像の電子的表現に
従って、用紙の上に像を形成する。インクの溶融後、イ
ンク供与フィルム１０から用紙Ｐが分離されて、大部分
のインクが紙上に残る。その後、インク供与フィルム１
０は駆動ローラー２４とピンチ・ロール２８とで形成さ
れた駆動ニップ２６を通過する。

第２Ａ図及び第２Ｂ図に示すように、高い解像度と高い
アドレス能力に必要な狭い間隔を実現するには、抵抗体
の配列に特に注意しなければならない。熱転写手段１３
は、高い熱伝導率と導電性を有する材料例えばアルミニ
ウム、銅、またはニッケルの金属ベース３０と、金属ベ
ース３０の上に被覆されたポリイミド断熱層３２（後で
詳細に説明する）と、ポリイミド断熱層３２の表面に蒸
着され、単一バス３６を介して接続され、電源Ｖ°に選
択的に接続可能な複数の抵抗体３４から成る抵抗体配列
２１とで構成されている。抵抗体３４は、薄膜製造技術
を用いて、適当な薄膜発熱特性を有する材料例えば窒化
タンタル（ＴａＮ）またはＮｉｃｈｒｏｍｅ　にニッケ
ル・クロム合金に対するＤｒｉｖｅｒ　ｌ１ａｒｒｉｓ
、　Ｃｏ、の登録商標）から作ることができる。第３Ａ
図及び第３Ｂ図は、各抵抗体配列が独立したバス３６Ａ
、３６［１によって接続され、各バスがポリイミド絶断
熱を貫通して直接に金属ベース３０に接続されている抵
抗体配列の変更態様を示す。２つのバスは、断熱材料例
えばポリイミド樹脂で隔てることができる。

次に第４図について説明する。配列２１内の抵抗体３４
の相互間隔は、１インチ当たり４００スボツＩ・までの
印刷に適した熱転写手段の実施例の場合である理解され
たい。抵抗体配列間の距離は約０．０１６インチである
。一定の配列内の各抵抗体の寸法は約０．００４”　Ｘ
　Ｏ，００２”であり、抵抗体間の間隔は約０．００２
５”である。電極４２は、各抵抗体３４を集積回路ドラ
イバＶ（図示せず）へ接続し、電極４４は、各抵抗体を
、前に述べたように、金属ベースに接続された共通バス
３６に接続する。

本発明の１つの特徴として、抵抗体３４はジグザグに配
列されているので、抵抗体の半数は共通バス３６の片側
に、残りの抵抗体は共通バス３６の反対側に支持されて
いる。各抵抗体は、共通バス３６の反対側にある２個の
抵抗体間にすき間に面した位置に置かれている。したが
って、第１抵抗体配列が開始した行を第２抵抗体配列が
満してその行を完全にするように、狭い間隔の各抵抗体
配列を適切に制御すれば、単一列の抵抗体配列に等しい
解像度とアドレス能力を得ることができる。ポリイミド
層３２を貫通して金属ベース３０に結合された共通バス
３６に抵抗体を接続することにより、非常にコンバク１
〜な構造にすることができる。抵抗体の低電位リードを
ポリイミド層３２を貫通して金属ベース３０に直結した
ことにより、大電流戻り通路を提供するために必要な積
層回路網は不要であるばかりでなく、ジグザグ配列に示
すように、２倍のアドレス能力が得られる。さらに、配
列に必要なリード密度が低いので、製造が容易である。

本発明のもう１つの特徴として、第５図に示すように、
抵抗体配列２１は、金属ベース３０の上に被覆したポリ
イミド層３２のような５　ｘ　１０−’ｃａｌ／ｓｅｅ
−ｃｍ”ｃ程度の非常に低い熱伝導率を有する耐熱材料
でできた基層の上に支持されている。第６図に例示した
従来の支持基層は、一般に、熱伝導性を有する導電性金
属支持基Ｎ５４と、その上に接着剤層５３で接着された
熱伝導性を有する導電性アルミナ層５２と、その上の断
熱グレーズＪ１５０とで構成されており、これに比べれ
ば、本発明の新規な基層は、構成が非常に簡単で、容易
に製造することができる。

第７図は、従来の熱転写手段とインク供与フィルムとの
境界面における熱拡散特性を示す。印刷のとき、発熱抵
抗体６０で発生した熱は、エアギャップとインク供与フ
ィルムを通って拡散し、インクを溶融する。用紙に付着
させる適当な形状の溶融したインク・ドラ１〜を得るた
めに、熱の拡散（点線は、６０″Ｃの溶融等混線を示す
）が一定時間にわたって起こり、その間に、熱はグレー
ズ層５０を通って横にも拡散する。このように熱がグレ
ーズ層を通って横に拡散するので、溶融したインク・ド
ツトは一点から望ましくない広がり方をする傾向がある
。配列内の抵抗体の間の熱絶縁を保つには、隣接する抵
抗体を、この熱の横拡散によって影響を受けないような
間隔で配置しなければならない。この横拡散は、熱がヒ
ートシンク（第７図には示してない）の領域へ拡散する
前に起きる。

熱は、ヒートシンクに達すると、ヒートシンクを通って
迅速に下方に拡散するので、それ以上横に拡散すること
はない。熱がより迅速にグレーズ層を通過して基層へ流
れるように、グレーズ層の厚さを減らすことが望ましい
が、典型的なグレーズＲ（ｒＪＡえば、５ｉ０２）の熱
伝導率は、一般に、比較的大きいので、もしグレーズ層
を薄くすれば、熱がグレーズ層を速く通過して消散して
しまうので、インクを融点まで効率よく加熱することが
できない。対照的に、本発明では、第８図に示すように
、厚さ５−３０ミクロンのポリイミド樹脂、例えばデュ
ポン社が製造しているＫａｐｔｏｎまたはＰｙｒａ−１
ｉｎ　、あるいは熱伝導率が非常に低く耐熱性を有する
他の類似したポリイミド・タイプの材料の薄い層を使用
しているので、インクを溶融する等混線は、従来のグレ
ーズ層のついて見られるように、抵抗体から断熱ポリイ
ミド層３２を通って迅速に広がらない。このことは、２
つの利点があり、第１は、ポリイミド樹脂に収り囲まれ
た抵抗体サイ１〜とそれに隣接する領域は抵抗体から外
へ熱か伝わる速度が遅いので、抵抗体サイトを断熱する
ために要する材料が少なくてすむことである。第２は、
ポリイミド層が薄いので、横伝導が起きる前に、等混線
がより速く金属ヒートシンクに達することである。この
結果、同じ時間内に生じる熱の横拡散が少ないので、溶
融中のインク・ドツトがより完全に制御されるほか、所
要電力が少ないという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１Ａ図と第１Ｂ図は、熱転写プリンタ内の、特にイン
ク供与フィルム、コピー用紙及び印字ローラーに対する
印字ヘッドの位置を示す略正面図、第２Ａ図、第２Ｂ図
、第３Ａ図及び第３Ｂ図は、印字ヘッド上の抵抗体配列
のジグザグ配置を示す略図、 第４図は、抵抗体配列の望ましい電極パターンを示す略
図、 第５図と第６図は、それぞれ、従来の印字ヘッド抵抗体
と本発明の印字ヘッド抵抗体の断面図、第７図と第８図
は、それぞれ、従来の印字ヘッド抵抗体と本発明の印字
ヘッド抵抗体の熱伝播特性を示す略図である。 符号の説明 １０・・・インク供与フィルム、１１・・・印字ニップ
、１２・・・印字ローラー　　　　１３・・・熱転写手
段、１４・・・印字ヘッド、　　　　１６・・・取付は
ブラケット、１８・・・基層、　　　　　　　　２０・
・・着色ワックス層、２１・・・抵抗体配列、　　　　
２４・・・駆動ローラー２６・・・駆動ニップ、　　　
　２８・・・ピンチ・ロール、３０・・・金属ベース、
　　　　３２・・・ポリイミド絶縁層、３４・・・抵抗
体、　　　　　　３６．３６Δ、３６Ｂ・・・共通バス
、４２．４４・・・電極、　　　　　　５０・・・グレ
ーズ層、５２・・・アルミナ層、　　　　５３・・・接
着剤層、５４・・・金属支持基板、　　　６０．６２・
・・抵抗体。 ＦＩＧ、３Ｂ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一定温度が加えられると溶融するインクを支持している
   インク供与手段、インク供与手段を前記一定温度まで加
   熱するための抵抗形熱転写手段を支持している印字ヘッ
   ド、及びインク供与手段を前記一定温度まで加熱するの
   と調時して、最終像支持表面を搬送しインク供与手段に
   接触させる手段を備えた熱転写プリンタであって、前記
   抵抗形熱転写手段は、 金属支持部材から成るヒートシンク層、 前記ヒートシンク層の上に置かれ、熱伝導率が非常に小
   さい耐熱有機材料、及び 前記耐熱有機材料の上に支持され、それぞれが溶融可能
   なインクを溶融温度まで加熱するため個別に制御可能な
   発熱抵抗体の配列、 で構成されていることを特徴とする熱転写プリンタ。