JPH03132364A - 記録ヘッドおよび前記記録ヘッドを用いた記録装置 - 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、熱溶融性インクや熱昇華性インクを記録剤と
した用いたり、感熱記録紙を被記録媒体として用いる感
熱記録方式の記録ヘッドおよび記録装置に関し、特に、
ドツト単位で多値表現を可能とするサーマル記録ヘッド
および該記録ヘッドを用いた記録装置に関する。

［従来の技術］ 従来、サーマルヘッドの発熱素子は第６図（Ａ）に示す
構成となっており、この発熱素子を構成する発熱抵抗体
８は同図（Ｂ）に示されるような変化率（以下、温度特
性）が極めて小さな抵抗温度特性を有する物質を１種の
み用いている。

また、特に多値表現を目的としたサーマルヘッドの発熱
素子としては、例えば、特公昭５４−４４２２３号公報
に記載され、第７図に示すような電極３と４との間の距
離を中央部において近づけた形状や、特開昭６０−７８
７６８号公報に記載され、第８図に示すような電流経路
に沿って発熱抵抗体８の幅を変化させた形状が提案され
ているが、いずれの場合も、発熱抵抗体は、抵抗温度特
性において、その温度係数が極めて小さい物質を１種の
み用いて構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例のうち、第６図に示す従来例
では、発熱抵抗体８に電圧を印加した場合、発熱抵抗体
８に流れる電流の密度分布はほぼ均一となるため、発熱
素子全体が中心付近をやや高温としてほぼ均一に発熱す
る。このため、インクが溶融して転写が可能となるとき
には、発熱抵抗体の面積にほぼ等しい面積のインクが転
写される。このように第６図に示す発熱素子を用いた場
合、インクが転写される面積を多段階に変化させること
ができず、一定面積のいわゆる２値記録のみが可能であ
った。

このため、この第６図の発熱素子を有するサーマルヘッ
ドを用いて中間調記録を行おうとすれば、組織デイザ法
、濃度パターン法といった手段を用いた擬似的な諧調表
現手段を行う必要があり、画素あたりの解像度の粗い画
像しか得られないという問題点があった。

また、中間調記録を目的とした第７図あるいは第８図に
示す従来例では、意図的に発熱抵抗体８内の電流密度分
布が密な部分ができるように構成されているが、このよ
うな構成で多値記録を行う場合において、インクを熱溶
融させる面積を広くするため発熱抵抗体８に高いエネル
ギを印加すると電流密度分布が密となった部分のみが異
常に高温となる。このように発熱抵抗体が高温状態にさ
らされると発熱抵抗体層に隣接したグレーズ層の破壊を
引き起したり、発熱抵抗体自身が酸化されたり、あるい
は温度の上昇・下降に伴なうストレスにより寿命の低下
をまねいたりするなど、サーマル記録ヘッドの耐久性に
問題を生ずる場合があった。

そこで、本発明は、上述した従来の問題点を解消し、サ
ーマル記録ヘッドの発熱素子において、電流密度が高く
なる部分を有した発熱抵抗体と、正の温度係数を有した
物質により構成される発熱抵抗体とを直列に配設するこ
とにより、多値表現が可能で、かつ耐久性が向上した記
録ヘッドおよび該記録ヘッドを用いた記録装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、電極と、前記電極間に設けられ
た発熱抵抗体とを有し、前記発熱抵抗体は、温度抵抗特
性において負の温度係数を有する物質で形成され、電圧
を印加した際の電流密度分布が少なくとも１点に集中す
る形状とした第１発熱抵抗体と、正の温度係数を有する
物質で形成された第２発熱抵抗体とを直列に配置して成
ることを特徴とする。

より好適には、前記第１発熱抵抗体の負の温度係数は、
温度上昇１　ｄｇｒｅｅ当り−０，０４％より小さな値
であることを特徴とする。

また、前記第２発熱抵抗体の正の温度係数は、温度１０
００℃以下の所定温度でほぼ不連続に抵抗値が増大する
温度係数であることを特徴とする。

Ｃ作　用］ 以上の構成によれば、負の温度係数を有する物質で構成
され、電圧を加えた際に内部の電流密度分布が１点ある
いは複数点に集中する形状とした第１発熱抵抗体と、正
の温度係数を有する物質で構成した第２の発熱抵抗体と
を直列に配置して発熱素子を構成することにより、第１
発熱抵抗体におけるインク転写温度を低く設定し、当該
設定温度領域の制御を抵抗値変化によって速やかに行う
ことが可能となり、また第２発熱抵抗体の存在によって
、第１発熱抵抗体での電流増大に伴なう過加熱を防止す
ることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の一実施例を示す
発熱素子のそれぞれ模式的平面図および模式的側面図で
あり、これら図において、１は負の温度係数を持つ物質
で構成され、電流経路がその中間部において絞り込まれ
た第１の発熱抵抗体、２は正の温度係数を持つ物質で構
成され電流経路が−様な形状の第２の発熱抵抗体、３は
画像信号に応じて電圧を印加するための信号電極、４は
各発熱素子に電圧を印加する際に電圧の基準となるコモ
ン電極、５は発熱素子のベースとなる基材、６は発熱抵
抗体１および２を保護する保護膜である。

第２図（Ａ）および（Ｂ）は発熱抵抗体の抵抗温度特性
を示す線図である。同図（＾）は前記第１の発熱抵抗体
の抵抗温度特性、同図（Ｂ）は前記第２の発熱抵抗体の
抵抗温度特性をそれぞれ示し、同図（Ｂ）に示す特性は
、温度ｔｌ近傍で急激に抵抗値が上昇しており、本皮絶
倒においてはｔｌは約７００℃としである。

従来のサーマルヘッドが有する発熱抵抗体は、Ｔａ、Ｎ
　（窒化タンタル）等のタンタル系材質が用いられてお
り、第６図（８）に示したように、温度１ｄｇｒｅｅ上
昇あたり抵抗値が−０，０１％変化するような非常に小
さい温度係数を有している。

これに対して、本実施例においては前記第１の発熱抵抗
体１の材質には、第２図（Ａ）に示すように従来のタン
タル系よりも大きな温度係数の抵抗温度特性を持ち、か
つその値が負である物質を用いる。このような物質には
例えばＴａ−５ｉ−Ｃといったシリコシ系の半導体を用
いることができ、ＳｔとＣの割合や量を変化させること
によって温度係数や抵抗率を広範囲に変化させることが
できる。本実施例では、抵抗温度特性が第２図（Ａ）に
示すように、発熱抵抗体１の温度上昇に従って抵抗値が
減少していくものを発熱抵抗体１として用いており、温
度上昇１　ｄｇｒｅｅあたり−０，０６％程度の抵抗値
変化としである。

また、この発熱抵抗体１の形状は、電極間に電圧をかけ
た際に発熱抵抗体１内の１箇所あるいは複数箇所に電流
密度分布が集中する形状とし、本実施例では第８図に示
した形状を用いる。この形状の場合、電流密度分布が発
熱抵抗体１の電流経路の中間部に集中し、電極間に電圧
を印加した場合前記中間部より発熱を開始するものであ
る。

上記構成において定電流駆動となるように回路を構成し
サーマルヘッドに電流を通して発熱させる場合、以下の
ように発熱領域が決定される。

（１）最も電流密度分布の高い発熱抵抗体１の中間部よ
り発熱が開始され、温度が上昇する。

（２）発熱抵抗体１は、第２図（Ａ）に示した抵抗温度
特性を有するので、温度上昇に従って、発熱部の抵抗値
が低下していく。

その時の状態を第３図（Ａ）および（Ｂ）に示す。

同図（Ａ）において９は発熱部であり、この部分の抵抗
値がまわりに比して低下しているので、この状態は等測
的に同図（Ｂ）に示される状態となっている。同図にお
いて、ｒは発熱部９の抵抗値、Ｒは非発熱部の抵抗値、
Ｅは発熱抵抗体１への印加電圧である。

このときサーマルヘッドは定電流駆動されているために
抵抗値の減少に伴なって印加エネルギは減少し発熱量が
下がる。

ここで、発熱抵抗体ｌの抵抗温度特性における発熱前の
抵抗値と発熱後の抵抗値との比と、発熱抵抗体１中にお
ける発熱部９の面積を適当に設定しておくことで、抵抗
値がｒの部分の発熱量を適度に抑制することができる。

（３）逆に、抵抗値がＲの部分では発熱量が増大するた
め、抵抗値がＲの部分のうち電流密度分布の密なところ
、すなわち発熱部９の周囲の温度が上昇し抵抗値が低下
する。

（４）温度が上昇した部分では、上記（２）のプロセス
が繰り返されて、所定の温度および発熱領域で平衡に達
する。

上記（１）〜（４）のプロセスによる発熱領域の大きさ
は印加エネルギーにより決定されるため、印加電流値あ
るいは印加時間の片方又は双方を制御することによって
発熱領域の大きさを制御することができる。

抵抗値の変化率は使用するインクリボンの特性や保護膜
層の熱伝導率等を考慮して決める必要があるが、発熱抵
抗体温度が６００℃程度でインクの転写が可能となり７
００℃程度まで発熱抵抗体温度が上昇するとすれば１　
ｄｇｒｅｅ当りの変化率を−０，０４％とした場合、抵
抗値が約２８％減少し、それに伴って発熱エネルギも減
少する。しかし抵抗値が減少する部分は局所的であり、
まわりからの熱伝導の影響を考慮すると、これ以下の抵
抗値減少では効果が薄く、従って抵抗値変化率は１ｄｇ
ｒｅｅ当り−０，０４％より小さい値とすることが望ま
しい。

なお、本実施例で用いた変化率１　ｄｇｒｅｅ当り一〇
、０６％のものを用いると、抵抗値は４２％程度減少し
局所的に４００℃付近まで温度低下するがまわりからの
熱伝導の影響によりａＯＯ℃程度で均衡に達する。これ
はインクの転写には十分な温度でありながら、従来のよ
うに高温になりすぎず発熱抵抗体の寿命を長くする効果
がある。

以上のプロセスにおいて、発熱温度は例えば転写可能な
温度７００℃以下である様に制御されるが、発熱抵抗体
１は、上述したように温度上昇に伴なって比較的大きく
抵抗値が減少するため大きな電流が流れてこの条件を起
えてしまう可能性があり、ある発熱領域から急激に発熱
が促進し熱暴走を・起こすことが考えられる。

この様に第１の発熱抵抗体１がある温度ｔ１を越えた場
合に対処するため、第２の発熱抵抗体２は、第２図（Ｂ
）に示したように抵抗値が温度ｔ、を境にして急激に増
加するような特性を有している。この結果、発熱素子系
に流れる電流が抑制されて過加熱が抑止される。

前記温度ｔ１の設定は、本実施例に於いてインクの転写
温度が６０〜７０℃であることから、第１図（Ｂ）の６
に示す保護膜層の熱伝導率（約０．５Ｊ／ｓｅｃ・ＣＩ
Ｉ＋・℃）を考慮して発熱抵抗体温度が６００〜７００
℃の領域でインク転写が可能となる。よってこれ以上は
発熱抵抗体の温度を上昇させる必要はなく温度ｔ、を７
００℃付近に設定することにより、もしこれ以上の温度
になろうとすれば抵抗値が急増して過加熱を防止するこ
とができる。

なお、第２の発熱抵抗体２の材質は、例えばＢａＴｉｏ
ｓ　（チタン酸バリウム）に希土類を微量添加したもの
を用いることができる。

第９図は、上記実施例の発熱素子をサーマルヘッドに用
いた記録装置の要部構成を示すブロック図、また第１０
図は同記録装置における主に記録動作処理のフローチャ
ートである。また、第１１図は第９図に示す記録装置の
斜視図である。

第９図において、ｌＯは記録装置のデータ処理、制Ｏ１
Ｉ処理等を実行する制御部であり、装置においては基板
形態で実装される。制御部１０は、処理を実行するため
のＣＰｔ１ｌＯ＾、第１θ図に示される処理手順等を格
納するＲＯＭｌ０Ｂ、画像データを記憶するバッファや
ＣＰＵｌ０Ａの処理におけるワークエリア等を有するＲ
ＡＭｌ０Ｃからなる。１１は、上記実施例で示した発熱
素子を複数配列してなるサーマル記録ヘッドであり、不
図示のキャリッジに搭載され記録用紙１３と対向しなが
ら用紙の幅にわたって移動し記録動作を行なう。ＩＩＡ
は画像データ９所定の処理を施した記録用データに基づ
き、サーマルヘッド１１の発熱素子に電気パルスを印加
するためのヘツド駆動回路、１１Ｂはサーマルヘッド１
１を搭載したキャリッジを移動させるためのキャリッジ
モーターおよびモータ駆動回路等からなるキャリッジ駆
動部である。

１４は、サーマルヘッド１１と対向可能な位置に配設さ
れ、記録用紙１３の搬送および用紙１３の記録面を成形
するプラテンローラである。プラテンローラ１４上の記
録面をなす用紙１３とサーマルヘッド１１との間にはイ
ンクリボン１２が配置され、発熱素子の発熱領域に応じ
た広さのインクが溶融し、記録用紙１３にインクが転写
される。　！２＾は、キャリッジ駆動部１１Ｂのキャリ
ッジモーターを駆動源とし、キャリッジの移動に同期し
てインクリボンを搬送するための駆動力伝達機構等から
なるインクリボン・駆動部である。１５は、記録の開始
、終了等を指示するためのキー人力等で構成される指示
人力部である。

第１１図は本発明を適用した一実施例によるサーマルヘ
ッドを備えた熱転写記録装置Ｆの要部の斜視図である。

なお以下述べる熱転写記録装置は、電子タイプライタ−
、ワードプロセッサ、イメージプロセッサ或いはファク
シミリ装置等に適用できる。

第１１図において、この装置Ｆはプラテン１４にバクア
ップされた記録シート１３に対し、キャリッジ２３に装
着されたサーマルヘッド１１でインクリボン１２を画情
報に応じて加熱して、インクリボン１２上のインクを記
録シート１３へ転写することによって記録シート１３に
記録していくよう構成されている。なお、図示のプラテ
ン１４はローラ状をしており、駆動源（図示せず）から
の駆動によって回転（矢示方向）し、シート搬送ローラ
を兼ねるものである。

キャリッジ２３はプラテン１４に平行に設置されたガイ
ドシャフト２５に沿って移動可能に装着され、ステッピ
ングモータ２６、駆動プーリ２７、従動プーリ２８およ
びこれらのプーリに巻回されかつキャリッジ２３に結合
されたベルト２９から成る駆動系によって記録シート１
３に沿って往復駆動される。

サーマルヘッド１１は、複数の電気熱変換体（例えば縦
１列に配列された２４個の上述の発熱抵抗体）を有し、
記録シートに圧接するダウン位置および離反するアップ
位置間で揺動駆動されるよう装着されている。

キャリッジ２３上には、サーマルヘッドｔｉの前面にイ
ンクリボン１２を送給するためのリボンカセット２０が
着脱自在にセットされている。

リボンカセット２０内の供給軸２０ａに巻かれたインク
リボン１２は記録時、キャリッジ２３に設けたリボン駆
動軸（図示せず）により所定方向にサーマルヘッド１１
の動きに同期して順次巻き取り軸２０ｂに壱討取り駆動
される。

上記構成に基づき、電源オンから記録処理に到る処理手
順を第１θ図を参照しながら説明する。

記録装置の電源が投入されると、ステップ５１０１で制
御部１０の初期化を行ない、ステップＳ１［１２でホス
ト装置等からの画像データの受信を監視し、画像データ
を受信するとサーマルヘッド１１を駆動するための形態
の記録用データに変換し、ＲＡＭｌ０（：の記録用バッ
ファに格納する。

次に、ステップ５１０４で記録開始の指令入力を検知す
ると、ステップ５１０５でキャリッジがホームポジショ
ンに有るか否かを判断する。キャリッジがホームポジシ
ョンに無い場合には、ステップ５１０６でホームポジシ
ョンへ移動する処理を行なう。

ステップ５１０７では、キャリッジを記録開始位置へ移
動させる処理を行ない、ステップ５１０７で１走査分の
記録動作を行なう、すなわち、この記録動作では、記録
データに基づいた発熱素子駆動と、キャリッジ移動およ
びインクリボン送りを同期させながら行なう。

ステップ５１０９で１走査分の記録を終了した否かを判
別し、否定判断の場合はステップ５１０８の処理を繰り
返えし、肯定判断の場合はステップ５ＩＬＯへ進み、記
録用紙１３を１ライン分紙送りすると共に、ステップ５
１１１でキャリッジを所定の位置へ戻す。

ステップ５１１２では、記録が終了か否かを判断し、肯
定判断の場合はステップ５１１３でキャリッジをホーム
ポジションヘ穆動して本処理を終了する。

上記実施例の構成により、記録ドツトの大きさ内で発熱
領域の大きさを制御できるので、１ドツト毎の多値表現
が可能となり、高解像度で中間調表現を行なうことが可
能となる。

また、抵抗温度特性における温度係数が非常に小さい発
熱抵抗体を用いた従来のサーマルヘッドに比べると、発
熱抵抗体内の特定部分に電流密度が集中する様な形態の
サーマルヘッドを用いた場合でも、負の温度係数でその
値が大きいため限定された発熱領域内での発熱を実現し
つつその内部での最高到達温度は緩和され、発熱抵抗体
の耐久性が向上する効果がある。

さらに、どちらかといえば発熱領域の大きさの制御を主
に熱伝導にたよっていた従来のサーマルヘッドに比して
、本発明のサーマルヘッドは発熱領域の制御を主に抵抗
値の変化によって行なうため応答性が良く、高速記録に
適するという効果もえられる。

さらに加えて、前述した如く万一急激に発熱が促進し熱
暴走を起しそうになっても、外部に電流ＩＩＪ＃手段の
様なものを設けておかなくても自づから過加熱を防止す
ることができる。

上記実施例では、第１の発熱抵抗体１の形状を電流経路
に沿って発熱抵抗体の幅を変化させる形状としたが、発
熱抵抗体内の１箇所又は複数箇所に電流密度分布の集中
する形状なら何でも良く、例えば第７図に示した形状や
第４図に示す形状を用いてそれぞれ第５図（＾）　、　
（Ｂ）の様に発熱素子を構成することができる。

また、上記実施例では、発熱抵抗体の抵抗温度特性を温
度上昇１ｄｇｒｅｅ当り抵抗値変化を一１％程度とした
が、−Ｏ，ＯＳ％以下であればこれには何ら拘束されず
任意の値とすることができる。

さらに、上記実施例では第１の発熱抵抗体１の材質にシ
リコン系半導体を用いたが、負の温度係数を有するもの
であればこれには何ら拘束されず、例えばガリウム系半
導体などを用いることもできる。

なお、上記実施例では、サーマル記録ヘッドの特に発熱
抵抗体の形状について述べてきたが、本願発明にかかる
その形状は、その温度および温度分布の制御、また加熱
防止等の点において例えばインクを加熱することによっ
て気泡を発生させ、この気泡の変化に伴なってインク液
滴を吐出させる方式のインクジェット記録ヘッドにも適
用することは可能である。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明よれば負の温度係数を有する
物質で構成され、電圧を加えた際に内部の電流密度分布
が１点あるいは複数点に集中する形状とした第１発熱抵
抗体と、正の温度係数を有する物質で構成した第２の発
熱抵抗体とを直列に配置して発熱素子を構成することに
より、第１発熱抵抗体におけるインク転写温度を低く設
定し、当該設定温度領域の制御を抵抗値変化によって速
やかに行うことが可能となり、また第２発熱抵抗体の存
在によって、第１発熱抵抗体での電流増大に伴なう過加
熱を防止することができる。

この結果、ドツト毎の多値表現が以下の効果を伴なって
可能となる。

すなわち、転写温度を低く設定できることにより発熱抵
抗体をはじめとしてサーマルヘッドの耐久性が向上する
。

また、主に抵抗値変化によって発熱領域を制御するため
サーマルヘッドの熱応答性が良好となる。

さらに、第２発熱抵抗体が所定温度で急激に抵抗値を増
大させることにより外部に電流制御手段を設けなくても
サーマルヘッドの過加熱を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の一実施例を示す
発熱素子のそれぞれ模式的平面図および模式的側面図、 第２図（＾）および（Ｂ）は、本発明の一実施例にかか
る発熱素子に用いる発熱抵抗体の抵抗温度特性を示す線
図、 第３図（Ａ）およびＣＢ）は、第１図に示した発熱素子
の発熱状態を説明するためのそれぞれ模式的平面図およ
び等価回路図、 第４図は、本発明の一実施例にかかる発熱抵抗体を示す
模式的平面図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ本発明の他の実
施例にかかる発熱素子の模式的平面図、第６図（Ａ）お
よび（Ｂ）は、従来の発熱素子の構成を示す模式的平面
図および抵抗温度特性を示す線図、 第７図および第８図は、電流密度分布が発熱抵抗体内で
１点に集中する発熱素子形状を示す槙式第９図は、第１
図に示した発熱素子によって構成されるサーマル記録ヘ
ッドを用いた記録装置の要部構成を示すブロック図、 第１Ｏ図は、第９図に示した装置における記録処理手順
を示すフローチャート、 第１１図は、第９図に示した装置の斜視図である。 １・・・第１の発熱抵抗体、 ２・・・第２の発熱抵抗体、 ３・・・信号電極、 ４・・・コモン電極、 ５・・・基材、 ６・・・保護膜、 ７・・・部分グレーズ、 ８・・・従来の発熱抵抗体、 ９・・・発熱部。 第 １図 第２図 （Ｂ） 」ニニ：Ｌ φ＝＝＝＝＝つ （Ｒ＞ｒ） 第３図 （Ａ） （ ） 第５図 （Ａ） ＣＢ） 第８図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電極と、前記電極間に設けられた発熱抵抗体とを有
   し、 前記発熱抵抗体は、温度抵抗特性において負の温度係数
   を有する物質で形成され、電圧を印加した際の電流密度
   分布が少なくとも１点に集中する形状とした第１発熱抵
   抗体と、正の温度係数を有する物質で形成された第２発
   熱抵抗体とを直列に配置して成ることを特徴とする記録
   ヘッド。 ２）前記第１発熱抵抗体の負の温度係数は、温度上昇１
   ｄｇｒｅｅ当り−０．０４％より小さな値であることを
   特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。 ３）前記第２発熱抵抗体の正の温度係数は、温度１００
   ０℃以下の所定温度でほぼ不連続に抵抗値が増大する温
   度係数であることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘ
   ッド。 ４）請求項１ないし３のいずれかの項に記載の記録ヘッ
   ドを装着して記録を行う記録装置。