JPH03268951A

JPH03268951A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JPH03268951A
Application number: JP2066954A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Inoue; 井上　信浩; Toshiro Nose; 能勢　敏郎; Yoshio Kishu; 籏手　喜男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1991-11-29

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】［発明の目的コ（産業上の１１１用分野）本発明は、複数の発熱抵抗体を配列して構成され、例え
ばサーマルプリンタに適用されるサーマルヘッドに関す
る。

（従来の技術）第５図は従来のサーマルヘッドの一構成例を示す図であ
る。このサーマルヘッドは、セラミックスまたはアルミ
ナからなる絶縁基板５０上に、平行四辺形状をなす複数
の発熱抵抗体５１を所定の間隔で一次元的に配列し、か
つこれらの発熱抵抗体５１の両端にそれぞれ一対のリー
ド電極５２゜５３を重ねて設けて構成されている。なお
、リード電極５２はそれぞれ接続されており、共通電極
となっている。

以上のように構成されたサーマルヘッドでは、各発熱抵
抗体５１に印加するエネルギー量を変化させることによ
り記録ドツトの大きさを変調することができる。なぜな
らば、サーマルヘッドを構成する発熱抵抗体５１は平行
四辺形状となっており、この発熱抵抗体５１中のエネル
ギー分布に偏りが生じ、エネルギー集中が起きるためで
ある。

これにより、中間調画像の記録を良好に行い得る。

（発明が解決しようとする課題）以下、上記サーマルヘッドの基礎技術に付き説明する。

まず、上記第５図構成のサーマルヘッドでは、リード電
極５２．５３に電圧を印加した際に、発熱抵抗体５１中
の電流分布は第６図に示すものとなる。なお、同図にお
いて、黒点は測定点、線の向きはその測定点における電
流の向き、線の長さはその測定点での電流の大きさをそ
れぞれ示している。

以下、発熱抵抗体５１中の電流分布が第６図示のように
なることを説明する。なお、発熱抵抗体５１の抵抗値は
、発熱により変化しないと仮定する。また、発熱抵抗体
は例えば薄膜であり、若干の厚みを有しているが、微少
であるために発熱抵抗体５１の厚みを無視して二次元と
みなす。

まず、上記仮定に基づくと、発熱抵抗体５１内の電流分
布は定常電流場となる。定常電流場は磁束密度Ｅ（Ｂｘ
、Ｂｙ）が変化しないから、マクスウェルの方程式より
、となる。また電荷保存の法則より、電流密度ｔ　（ｉ　
Ｘ、　　１　ｙ）は、ｄ　ｌ　ｖ　／’　−０−（２）となる。またオームの法則より伝導率σ、電界ｆｆ（Ｅ
ｘ、Ｅｙ）とすると、ｌ゛−σＦ　　　　　　　　　　・・・（３）が成り立
つ。

式（３）を式（２）へ代入すると、ｄｉｖｆ−０・・・（４）となり、式（１）と式（２）からスカラー関数■が存在
して、！”　−ｇｒａｄＶ　　　　　　　　　　　　　　・・
・（５）という関係がある。なお、このＶは電位である
。

そして、式（５）を式（４）へ代入すると、のラプラス
方程式になる。またエネルギー密度ｅｎは、ｅｎ−１′Ｆ−σｊ２　　　　　　　・・・（７）とな
る。よって式（６）を解き、式（５）より電界ｆを求め
、式（７）より発熱エネルギー分布を求めることができ
る。

次に境界要素法を用いて式（６）を数値解析する。

ここで境界要素法は、第７図に示すように、閉じた系の
境界を要素に分割し、予め決まっている境界条件を用い
て計算し、全ての要素の解を得る。

そして、系内部の状態を求める。

これにより、第６図示の電流分布が得られる。

第６図から分かるように、電流は発熱抵抗体５１の中央
部分に向かうに従って大きくなっている。

ここで、発熱抵抗体５１内のある点での発熱量は、当該
位置での電流量の２乗と発熱抵抗体５１の抵抗値との積
で表される。すなわち、発熱量は電流の２乗に比例する
。従って、発熱抵抗体５１の中心部分において発熱量が
大きい。

ところで、画点の記録を行うには一定量以上の熱量が必
要である。従って、発熱抵抗体５１への印加電圧が小さ
い場合には第６図中に６１ａで示す範囲の発熱によって
画点が記録される。また印加電圧を増加するにしたがい
　同図に６１ｂ。

６１ｃで示す範囲の発熱で画点が記録される。

しかして、発熱抵抗体５１に印加するエネルギー量を変
化させることにより実質的な発熱面積を例えば第６図に
６１ａ、６１ｂ、６１ｃで示すように変化させることが
でき、画点の大きさを変調することができる。

ところで、発熱抵抗体５１中における電流分布は、発熱
抵抗体５１の形状によって異なり、最適な階調記録を行
える形状がある。これは、発熱の集中がある程度以上に
生じる形状である。ここで、平行四辺形の形状を表す数
値としては第８図に示すように、−辺５１．　ａの長さ
Ｌａと辺５１ａと交わる辺５１ｂの長さＬｂとの比ｇお
よび、辺５１ａと辺５１ｂとがなす角（ここでは鋭角）
の角度θとがあるが、上記最適な形状は、比ｇ（ｂ／ａ
）≦１．角度θ≦４５度である。これについては、本出願人により特願平１−１
９５６８６号にて提案済みである。

以下、発熱抵抗体５１の最適な形状が以上のようになる
ことを簡単に説明する。なおここでは、Ｇ３ファクシミ
リ装置に適用されるサーマルヘッドを例示して説明する
。

Ｇ３ファクシミリ装置では、主走査方向（発熱抵抗体５
１の配列方向）の解像度が８　［ｄｏｔｓ／ｓｕｍ］と
規定されているから、発熱抵抗体５１の幅、すなわち長
さＬａは、Ｌａ≦１２５ｐｍとなり、発熱抵抗体５１どうしのギャップを２５μｍ取
り、かつ発熱抵抗体をできるかぎり大きくするとすれば
、ＬＬａ−１００ａとなる。

ここで、 ■角度θが３０度で、比ｇか「１」。

ｒｌ、５Ｊ、　　「２」。

■角度θか４５度で、比ｇが「１」。

ｒｌ、５Ｊ、ｒ２Ｊ。

■角度θが６０度で、比ｇが「１」。

ｒｌ、５Ｊ、ｒ２Ｊ。

■角度θが７５度で、比ｇが「１」。

ｒｌ、５Ｊ、ｒ２Ｊ。

の１２種類の形状について、Ｌａ−１００１ｍ、リード
電極５３の電位を２４ｖ１リード電極５２の電位をＯＶ
とし、第８図に示すように発熱抵抗体５１の輪郭を境界
として前述した方法により電流分布を求めた結果を第９
図に示す。

ここで、第９図（ａ）（ｂ）（ｃ）は上述の■のそれぞ
れを、第９図（ｄ）（ｅ）（ｆ）は上述の■のそれぞれ
を、第９図（ｇ）（ｈ）（ｉ）は上述の■のそれぞれを
、第９図（ｊ）（ｋ）（ｇ）は上述の■のそれぞれを示
している。

また、発熱抵抗体５１の水平方向（第８図参照）および
対角線方向（第８図参照）の電界ｆを求め、それをもと
に前述した式（７）により計算したエネルギー密度ｅｎ
を伝導率σで割ったｅｎ／σを第１０図乃至第１５図に
示す。

ここで、第１０図および第１１図は、比ｇが「１」の場
合の水平方向および対角線方向、第１２図および第１３
図は、比ｇがｒｌ、５Ｊの場合の水平方向および対角線
方向、第１４図および第１５図は、比ｇが「２」の場合
の水平方向および対角線方向をそれぞれ示している。

この第９図および、第１０図乃至第１５図より、角度θ
および比ｇはともに小さいはど重置の中央集中が大きく
なることが分かる。また、第１０図乃至第１５図におい
て比ｇに注目すると、比ｇ＝ｒ２Ｊのときエネルギー分
布はほぼ均一であり、エネルギー集中がほとんど生じて
いないことが分かる。さらに、比ｇ−ｒｌ、５Ｊでは若
干エネルギー集中が生じ、比ｇ−ｒｌＪでは顕著にエネ
ルギー集中が生じることが分かる。また、比ｇ＝　ｒｌ
Ｊにおいて角度θに注目すると、第１０図および第１１
図から分かるように、角度θが４５度以下のときにエネ
ルギー集中が顕著となる。

これらの結果より、発熱抵抗体５１の最適な形状が、比ｇ≦１．角度θ≦４５度であることが推測できる。

ところで、Ｇ３ファクシミリ装置に適用するサーマルヘ
ッドを構成する場合、上述したように幅が１００μｍに
規定されるため、発熱抵抗体５１を上述した最適な形状
とするには、発熱抵抗体５１の高さは約７０１１ｍ以下
となる。ここで、高さが７０ｐｍ以下であると、副走査
方向の解像度か１５　、４　［Ｉｔｎｅｓ／ａｉ１以上
の場合に最適なサイズである。

しかし、ファクシミリ装置（Ｇ３）において現在一般的
に使用されている解像度は、例えば８　　［ｄｏｔｓ／
ｕｉコ　Ｘ　　７　、　　７　　［１ｉｎｅｓ／ａｍ］
や　８　　［ｄｏｔｓ／ｓｉコＸ　３　、　８５　［ｌ
１ｎｅｓ／ａｓ］等の副走査方向の解像度が１５　、　
４　［１ｉｎｅｓ／ａｍ］より低い解像度である。従っ
て、前記従来の構成ではこのような一般的な低解像度の
サーマルヘッドを構成することが困難である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり
、その目的とするところは、発熱抵抗体を最適な形状と
した上で、より低解像度での記録を行えるサーマルヘッ
ドを提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本願第１の発明では、ほぼ平行四辺形状をなす複数の発
熱抵抗体のそれぞれを、高導電性部材により構成した中
間電極を介して電気的に直列に接続配置するとともに、
この複数の発熱抵抗体のうちの直列配置された状態にお
いて両端部に位置している発熱抵抗体のそれぞれにリー
ド電極を接続してなる発熱素子を複数配列して構成した
。

本願第２の発明では前記第１の発明において、中間電極
を発熱抵抗体と同じ傾きを有する平行四辺形状とし、直
列に接続配置された前記中間電極と前記発熱抵抗体とを
直線状とした。

本願第３の発明では前記第１の発明において、複数の発
熱抵抗体のうちの隣り合うものか中間電極を挟んで線対
象な関係となるようにした。

本願第４の発明では前記第１の発明において、複数の発
熱抵抗体を発熱素子の配列方向に直交する方向に配列し
た。

（作　用）本発明によれば、複数の発熱抵抗体は、この複数の発熱
抵抗体のうちの直列配置された状態において両端部に位
置している発熱抵抗体のそれぞれに接続されたリード電
極間への電圧印加により駆動されるが、複数の発熱抵抗
体の間には中間電極が介挿されているため、この中間電
極では等電位面が形成される。従って、複数の発熱抵抗
体のそれぞれへの電圧の印加状態は同一となり、各発熱
抵抗体は同一の特性で動作する。

（実施例）以下、図面を参照して本発明に係るサーマルヘッドにつ
き説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す平面図であ
る。図中、１０は発熱素子であり、絶縁基板１１上に所
定の間隔で一次元的に配列されている。この発熱素子１
０は平行四辺形状をなす２つの発熱抵抗体１２．１３と
、高導電性部材により形成された中間電極１４と、一対
のリード電極１５．１６とから構成されている。ここで
中間電極１４は発熱抵抗体１２．１３と同一幅を有した
長方形をなし、発熱抵抗体１２の一対の対辺のうちの一
方と発熱抵抗体１３の一対の対辺のうちの一方とにそれ
ぞれ接続されている。また、リード電極１５は発熱抵抗
体１２の一対の対辺のうちの他方と、リード電極１６は
発熱抵抗体１３の一対の対辺のうちの他方とそれぞれ接
続されている。

すなわち、発熱素子１０は、リード電極１５１発熱抵抗
体１２．中間電極１４５発熱抵抗体１３゜リード電極１
６という順序で電気的に直列に接続されて構成されてい
る。なお、リード電極１５はそれぞれ接続されており、
共通電極となっている。

かくして以上のように構成されたサーマルヘッドでは、
２つの発熱抵抗体１２．１３で１つの発熱部として用い
、１画素の記録を行うものとなっている。従って、発熱
抵抗体１２．１３を前述した条件に基づき、幅１００　
ａｍ、高さ７０　ｇｍ、角度４５度とした場合、発熱部
の高さは約１４０μｍとなり、７　、　７　［ｌ１ｎｅ
ｓ／ａｍコに対応する値となる。

このとき、発熱抵抗体１２，１．３の一方で電流集中が
一旦生じるが、中間電極］４て電流は均一となる。すな
わち、中間電極］４は等電位面となり、発熱抵抗体１２
．１３の他方では同様な電流集中が生じる。従って、発
熱特性としては階調記録を行うのに適したものとなり、
８　［ｄｏｔｓ／■］　Ｘ７　、　７　［１ｉｎｅｓ／
ｍｃｌなる解像度にて、良好に階調記録を行うことがで
きる。

第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す平面図であ
る。なお、第１図と同一部分には同一符号を付し、その
詳細な説明を省略する。

図中２１は中間電極であり、発熱抵抗体１２１３と同じ
の傾きを有した平行四辺形状となっている。また、リー
ド電極１５．１６も発熱抵抗体１２．１３と同じの傾き
を有している。これによリ、発熱抵抗体１２．１３と、
中間電極２１と、リード電極２２．２３とから構成され
る発熱素−子２４は直線状をなしている。

かくして、このように構成されたサーマルヘッドであれ
ば、前記第１の実施例と同様に８　［ｃｌｏｔｓ／ａｓ
コ×７．７　［１ｊｎｅｓ／ａｍ］なる解像度にて、良
好に階調記録を行うことができるとともに、次のような
効果が得られる。すなわち、本願のサーマルヘッドは薄
膜技術により作成されるものであり、中間電極２１およ
びリード電極２２．２３はフォトエツチング（Ｐ　Ｅ　
Ｐ）により形成される。

従って、当該サーマルヘッドは発熱抵抗体１２゜］３と
中間電極２１とリード電極２２．２３とがそれぞれ直線
状をなした状態であるから、フォトエツチングを行う際
のマスク合わせにおいて、発熱素子２４の配列方向の１
方向だけの位置合わせを厳密に行えば良く、その作業は
容易となる。

ところで、この第１図示の構成とした場合、１つの発熱
素子１０を構成する２つの発熱抵抗体１２．１３は、第
１図にαで示される分、その中心が主走査方向（発熱素
子１０の配列方向）にずれている。また第２図示の構成
とした場合、１つの発熱素子２４を構成する２つの発熱
抵抗体１２゜１３は、第１図にβて示される分、その中
心が主走査方向（発熱素子２４の配列方向）にすれてい
る。従って、１画素を構成する２つのドツトはそれぞれ
主走査方向にずれることとなり、記録する画像によって
は若干画質が劣化してしまうおそれがある。

以下、この点を解決可能な本発明の第３の実施例に係る
サーマルヘッドを説明する。

第３図は同サーマルヘッドの構成を示す平面図である。

なお、第１図と同一部分には同一符号を付し、その詳細
な説明は省略する。

ここで本実施例が特徴とするところは、前記第１の実施
例のサーマルヘッド（第１図示）における発熱抵抗体１
２を、この発熱抵抗体１２とは傾斜方向が逆である形状
の発熱抵抗体３１に置き換えた点である。これにより、
発熱抵抗体１３と発熱抵抗体３１とは、中間電極１４を
挟んて線対象な関係となっている。

かくして以上のように構成された本サーマルヘッドであ
れば、前記第１の実施例と同様に８［ｄｏｔｓ／ａｍコ
ｘ　７　、　７　［１ｆｎｅｓ／ｇｇコなる解像度にて
、良好にＩｖ調記録を行うことができるとともに、１画
素を記録するための２つの発熱抵抗体１３３１は、主走
査方向にはずれず、同一の副走査ライン上に位置するこ
ととなる。これにより、画質の劣化を来すことなく、よ
り良好な記録が行える。

第４図は上記第３の実施例の変形例である本発明の第４
の実施例に係るサーマルヘッドの構成を示す平面図であ
る。図中、４０は発熱素子であり、絶縁基板１１上に所
定の間隔で一次元的に配列されている。この発熱素子４
０は平行四辺形状をなす２つの発熱抵抗体１２．１３と
、中間電極４１と、一対のリード電極４２．４３とから
構成されている。ここで発熱抵抗体１２．１３は中心が
同一の副走査線上に位置するように主走査方向の位置を
揃えて配置され、発熱抵抗体１２の一対の対辺のうちの
一方と発熱抵抗体１３の一対の対辺のうちの一方とのそ
れぞれには中間電極４１か接続されている。また、リー
ド電極４２は発熱抵抗体１２の一対の対辺のうちの他方
と、リード電極４３は発熱抵抗体１３の一対の対辺のう
ちの他方とそれぞれ接続されている。

かくして以上のように構成されたサーマルヘッドでも、
前記第３の実施例と同様な効果を得ることができる。

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではない
。例えば、上記各実施例では１つの発熱素子を形成する
発熱抵抗体を２つとして８　［ｄｏｔｓ／ａｉ］ｘ　７
．７　［１１ｎｅｓ／■コなる解像度を得るものを説明
しているか、発熱抵抗体を４列とすれば、８　［ｄｏｔ
ｓ／ｇ＋コ　ｘ　３　、　８５　［１ｉｎｅｓ／Ｉコな
る解像度を得ることが可能であるし、さらに発熱抵抗体
の本数を変更することにより、任意の解像度を得ること
ができる。また上記各実施例では、発熱領域が［比ｇ≦
１．角度θ≦４５度］なる条件に合致するよう発熱抵抗
体とリード電極との傾きを４５度としているか、これは
４５度には限定されず他の任意の角度であってよい。ま
たさらに、上記各実施例では発熱抵抗体の形状を平行四
辺形としているが、これは必ずしも完全な平行四辺形で
ある必要はなく、平行四辺形に近い形状であれば良い。

このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
実施が可能である。

［発明の効果］本願第１の発明では、ほぼ平行四辺形状をなす複数の発
熱抵抗体のそれぞれを、高導電性部材により構成した中
間電極を介して電気的に直列に接続配置するとともに、
この複数の発熱抵抗体のうちの直列配置された状態にお
いて両端部に位置している発熱抵抗体のそれぞれにリー
ド電極を接続してなる発熱素子を複数配列して構成した
。

本願第３の発明では前記第１の発明において、複数の発
熱抵抗体のうちの隣り合うものが中間電極を挾んで線対
象な関係となるようにした。

これらにより、発熱抵抗体を最適な形状とした上で、よ
り低解像度での記録を行えるサーマルヘッドとなる。

また第２の発明であれば上記効果に加えて、製造を容易
に行うことができるという効果が得られる。

また第３および第４の発明であれば上記効果に加えて、
画質の劣化を来すことなく、より良好な記録が行えると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の詳細な説明する図であり、
第１図は第１の実施例に係るサーマルヘッドの構成を示
す平面図、第２図は第２の実施例に係るサーマルヘッド
の構成を示す平面図、第３図、（よ第３の実施例に係る
サーマルヘッドの構成を示す平面図、第４図は第４の実
施例に係るサーマルヘッドの構成を示す平面図、第５図
は従来のサーマルヘッドの構成例を示す平面図、第６図
乃至第１５図はそれぞれ本発明のサーマルヘッドの基礎
技術を説明する図である。１０．２４．４０・・・発熱素子、１１・・・絶縁基板
、１２．１３．３１・・・発熱抵抗体、１４，２１゜４
１・・・中間電極、１５．１６，２２．２３，４２゜４
３・・・リード電極。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ほぼ平行四辺形状をなす複数の発熱抵抗体のそれ
ぞれを高導電性部材により構成された中間電極を介して
電気的に直列に接続配置するとともに、この複数の発熱
抵抗体のうちの直列配置された状態において両端部に位
置している発熱抵抗体のそれぞれにリード電極を接続し
てなる発熱素子を複数配列して構成したことを特徴とす
るサーマルヘッド。
（２）中間電極は発熱抵抗体と同じ傾きを有する平行四
辺形状をなし、直列に接続配置された前記中間電極と前
記発熱抵抗体とが直線状となっていることを特徴とする
請求項（１）記載のサーマルヘッド。
（３）複数の発熱抵抗体のうちの隣り合うものが中間電
極を挟んで線対象の関係にあることを特徴とする請求項
（１）記載のサーマルヘッド。
（４）複数の発熱抵抗体は発熱素子の配列方向に直交す
る方向に配列されていることを特徴とする請求項（１）
記載のサーマルヘッド。