JPH04226768A - サーマルヘッド - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ファクシミリ通信装置やコン
ピュータの印画出力装置として、感熱印画を行うサーマ
ルヘッドが用いられている。図９は従来例のサーマルヘ
ッド１の断面図であり、図１０はサーマルヘッド１の平
面図である。サーマルヘッド１はセラミックなどの電気
絶縁性基板（以下、基板と略す）２上にガラスなどの蓄
熱層３が形成され、蓄熱層３上に抵抗体層４が形成され
、その上に共通電極５と個別電極６とが構成され発熱素
子７が構成される。このような発熱素子７は、たとえば
図９の紙面と垂直方向に複数直線状に形成される。この
ような基板２を被覆して保護膜８が形成される。

【０００３】従来例のサーマルヘッド１は、各発熱素子
７毎に共通電極５から個別電極６に選択的に電流を流し
、対応する発熱素子７をジュール熱で発熱させ、保護膜
８に臨んで設けられる感熱紙９や熱溶融性インクを含侵
させた転写リボンや昇華形インクを含侵させた昇華リボ
ンを活性化させ感熱印画を行っている。このとき発熱素
子７における図１０左右方向に沿う表面温度の温度分布
は、図１１図示のラインｌ１に示される曲線である。

【０００４】ここで、感熱紙９が発色する表面温度を図
１１図示のしきい値温度Ｔ１とすると、第１の濃度で印
画を行う際の温度分布がラインｌ１であり、濃度を決定
する発色面積がＳ１である。このときの印加電力はこの
曲線ｌ１の積分値で与えられる。このように従来例のサ
ーマルヘッド１では、曲線ｌ１に示されるように発熱素
子７の図１０左右方向中央部付近の温度が過剰に上昇す
ることになり、このための電力を供給する必要がある。 したがって発熱素子７への印加電力に対する感熱紙９に
伝達されるエネルギの割合（以下、印字効率と称する）
が低く、本件発明者の実験によれば、十数％であること
が確認されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記課題を解決しよう
とする従来例として、たとえば特開昭５７−６１５８６
に示されるように発熱素子中央部を切抜いて、非発熱部
を形成し、発熱素子における温度分布を平坦にしようと
する技術や、特開平２−１３０１５７に示されるように
、発熱素子の電極間中央部付近に、いずれの電極とも接
触しない孤立電極を形成して発熱素子の温度分布を平坦
にしようとする技術などが提案されている。

【０００６】前記非発熱部を形成する従来例では、発熱
を全く行わない領域が発熱素子の中に形成されるため、
発熱素子内の温度分布を高精度に平坦にすることが困難
であり、また前記非発熱部は凹所をなすため、この上に
形成される保護膜における発熱素子に対応する部分の凹
所が深くなり、感熱紙などが引掛かりやすいという課題
を有している。

【０００７】前記孤立電極を形成する従来例では、たと
えばアルミニウムなどの金属材料から成る個別電極およ
び共通電極と同一の材料で孤立電極を形成するため、使
用時において、発熱素子に感熱紙を圧接させるプラテン
ローラなどによる圧接力によって個別電極などが変形し
、また破損する場合があり、信頼性が低いという課題を
有している。

【０００８】本発明の目的は、上述の技術的課題を解消
し、前記印字効率を格段に向上することができるととも
に、信頼性を格段に向上することができるサーマルヘッ
ドを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
配列された複数の発熱領域の各両側に共通電極と個別電
極とが形成されたサーマルヘッドにおいて、前記発熱領
域のほぼ中央に面積抵抗を有する第１抵抗体層を形成し
、該突部を被覆するように面積抵抗を有する第２抵抗体
層を形成して上記発熱領域の中央付近の面積抵抗をその
周辺の面積抵抗に比べて低くしたことを特徴とするサー
マルヘッドである。

【００１０】

【作用】本発明に従うサーマルヘッドは、絶縁基板上に
第１面積抵抗の複数の突部を形成し、この複数の突部を
被覆して絶縁基板上に第２面積抵抗の抵抗体層を形成す
る。この抵抗体層上で前記突部をそれぞれ挟む位置に共
通電極と個別電極とを形成し、前記各突部を含む範囲の
抵抗体層が発熱素子として構成され、かつ発熱素子内の
面積抵抗分布が内方の突起の方が低くなるように選ばれ
る。

【００１１】これにより、発熱素子において共通電極と
個別電極との間に流れる電流に対し、発熱素子の内方に
なるほど電流に対する発熱作用が低下する。したがって
発熱素子内における発熱分布を平坦化することができる
。すなわち、発熱素子内の周縁部の温度を上昇しようと
する際に発熱素子の中央部付近で過剰な電力が消費され
る事態を防ぐことができ、発熱素子への印加電力に対し
発熱素子において感熱印画に寄与する熱量の発生する分
布を格段に均一にすることができる。また、この構造で
は使用時における発熱素子への圧接力により抵抗体層な
どの特性が不所望に変動して信頼性を低下する事態を防
ぐことができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例のサーマルヘッド１
１の断面図であり、図２はサーマルヘッド１１の平面図
であり、図３はサーマルヘッド１の拡大断面図であり、
図４はサーマルヘッド１１の拡大平面図である。サーマ
ルヘッド１１は、たとえばアルミナ系セラミックなどの
耐熱性および電気絶縁性を有する材料から成る絶縁基板
１２を備え、絶縁基板１２上には、たとえばガラスなど
から帯状にグレーズ層１３が形成される。グレーズ層１
３上には、後述するように構成される発熱素子１４の形
成位置に、後述する組成の複数の突起１５がそれぞれ形
成される。この突起１５を被覆し、絶縁基板１２のほぼ
全面に亘り抵抗体層１６が形成される。

【００１３】抵抗体層１６上に前記突起１５を挟む位置
に、たとえばアルミニウムなどの金属材料から成る共通
電極１７および個別電極１８がそれぞれ形成され、共通
電極１７および個別電極１８に挟まれる前記突起１５を
含む抵抗体層１６の範囲が前記発熱素子１４として構成
される。このような発熱素子１４を被覆して電気絶縁性
を有し比較的硬高度の材料から成る保護層１９が形成さ
れる。保護層１９上にはたとえばプラテンローラ２０に
よって感熱紙２１が圧接され、発熱素子１４が選択的に
通電されてジユール熱を発生することにより、感熱紙２
１に感熱印画が行われる。

【００１４】図５は、サーマルヘッド１１の製造工程を
説明する工程図である。工程ａ１では前記絶縁基板１２
上に前記グレーズ層１３を形成した後、絶縁基板１２の
ほぼ全面に亘り比抵抗７００００〜８００００μΩｃｍ
の材料で第１抵抗体層（図示せず）を膜厚０．１〜１．
０μｍ、好適には膜厚６０００Å、面積抵抗値１２００
Ω／□で成膜する。工程ａ２では、この第１抵抗体層を
図４図示の形状にパターン形成して突起１５を構成する
。

【００１５】すなわち突起１５は、図４図示の個別電極
１８の幅Ｗ１より小さな幅Ｗ２と共通電極１７と個別電
極１８との距離Ｌ１より小さな長さＬ２とを有し、個別
電極１８の幅方向両端部において最大長さＬ２を有し、
前記幅方向中央位置となるほど長さが減少し、最短部で
長さＬ３を有する鼓状の形状を有する。

【００１６】工程ａ３では、前述したように絶縁基板１
２のほぼ全面に亘って第２抵抗体層である抵抗体層１６
を、面積抵抗値１２００Ω／□の材料からたとえばスパ
ッタリングなどの薄膜技術で５００Åの膜厚で構成する
。

【００１７】この第１抵抗体層は、たとえばタンタルＴ
ａと酸化シリコンＳｉＯ２　の混合物をターゲットとす
るスパッタリングによって形成され、前記タンタルと酸
化シリコンとの混合比によって所定の面積抵抗値に設定
する。

【００１８】工程ａ４では抵抗体層１６上に、たとえば
前記共通電極１７および個別電極１８を層厚０．４〜１
．０μｍ、好適には層厚１．０μｍにパターン形成する
。この後、工程ａ５で前記保護層１９を形成する。

【００１９】発熱素子１４を前述のように構成すること
により、図３に示される一層領域２２では、面積抵抗値
は１２００Ω／□となり、中央部付近の２層領域２３で
は面積抵抗値は６００Ω／□となる。

【００２０】図６は図４に示される発熱素子１４におい
て、図４左右方向に沿う温度分布を示すグラフである。 本実施例は突起１５の電気的特性と形状とを前述のよう
に構成し、抵抗体層１６の電気特性を前述のように選ぶ
ことにより、図６ラインｌ３で示される温度分布を実現
しようとするものである。

【００２１】このような温度分布が可能になる原理につ
いて、説明する。図４図示の形状の突起１５に対して、
模式的に図７図示の右下がりの斜線を付して示す突起１
５ａを想定する。すなわち発熱素子１４を幅方向に３等
分し、第１領域２４、第２領域２５、第３領域２６をそ
れぞれ設定する。発熱素子１４において、突起１５ａ以
外の残余の範囲の面積抵抗値Ｒ０に対し、突起１５ａの
面積抵抗値を説明の簡単のため、Ｒ０／２と設定する。 また突起１５ａの第１領域２４および第３領域２６にお
ける長さＬ２は発熱素子１４の長さＬ１の半分であり、
第２領域２５における長さＬ３は前記長さＬ１の１／４
％である場合を設定する。

【００２２】このとき発熱素子１４における第１領域２
４の面積抵抗値は、

【００２３】

【数１】Ｒ０／２＊５０％＋Ｒ０＊５０％＝０．７５Ｒ
０ となり、これは第３領域２６における面積抵抗値と同一
である。また第２領域２５における面積抵抗値は、

【０
０２４】

【数２】Ｒ０／２＊２５％＋Ｒ０＊７５％＝０．８７５
Ｒ０ となる。このとき発熱素子１４に電圧Ｖが印加されてい
るとすると、第１および第３領域２４，２６を流れる電
流は、

【００２５】

【数３】Ｖ／０．７５Ｒ０＝１．３３Ｖ／Ｒ０（Ａ）と
なり、第２領域２５を流れる電流は、

【００２６】

【数４】Ｖ／０．８７５Ｒ０＝１．１４Ｖ／Ｒ０（Ａ）
となる。

【００２７】すなわち第１および第３領域２４，２６を
流れる電流が第２領域２５を流れる電流よりも約１６％
程度多くなることが理解される。したがって第１および
第３領域２４，２６の発熱量が第２領域２５における発
熱量よりも大きく、発熱素子１４全体とすると、前述し
た図６図示のラインｌ３の温度分布を達成することがで
きる。

【００２８】すなわち発色面積Ｓ１で決定される第１濃
度でラインｌ３の温度分布を達成する付勢電力が必要で
あった場合、第１濃度よりも濃い第２濃度で印画が必要
な場合、図６ラインｌ４のように付勢電力を増大して感
熱紙２１の発色する面積を増大して発色面積Ｓ２とする
必要があるが、図１１に示した従来例のグラフと比較し
、発熱素子１４の中央部付近での発熱量が大幅に抑制さ
れており、従来の場合よりも格段に低い付勢電力で感熱
印画を行うことができる。

【００２９】図８は本件発明者の実験結果を示すグラフ
である。従来例のサーマルヘッド１と本実施例のサーマ
ルヘッド１１との印加電力と印字濃度との関係はそれぞ
れラインｌ５，ｌ６に示されている。このグラフからも
、同一印字エネルギで、従来例よりも本実施例の方が、
高精度の感熱印画が達成されていることが理解される。

【００３０】このようにして本実施例では、発熱素子１
４内における温度分布を平坦にすることができ、前述し
たように印加電力に対する感熱紙２１に伝達される熱量
の割合である印字効率を大幅に向上することができる。 またこのような効果を達成するにあたり、抵抗体層上に
突部を形成することで感熱紙などの媒体への当たりが改
善され、発熱量をより有効に媒体へ伝えることができる
。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明に従えば、発熱素子
内の面積抵抗分布が内方と外方が異なり、かつ内方が外
方より低くなるように選ばれている。これにより、発熱
素子において共通電極と個別電極との間に流れる電流に
対し、発熱素子の内方になるほど電流に対する発熱作用
が低下する。したがって発熱素子内における電流分布を
平坦化することができる。すなわち、発熱素子内の周縁
部の温度を上昇しようとする際に発熱素子の中央部付近
で過剰な電力が消費される事態を防ぐことができ、発熱
素子への印加電力に対し発熱素子において感熱印画に預
かる熱量の発生する割合を格段に向上することができる
。

【００３２】また抵抗体層上に突部を形成することで感
熱紙などの媒体への当たりが改善され、発熱量をより有
効に媒体へ伝えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のサーマルヘッド１１の断面
図である。

【図２】サーマルヘッド１１の平面図である。

【図３】サーマルヘッド１１の拡大断面図である。

【図４】サーマルヘッド１１の拡大平面図である。

【図５】サーマルヘッド１１の製造工程を説明する工程
図である。

【図６】発熱素子１４の温度分布を示すグラフである。

【図７】本実施例の作用を説明する図である。

【図８】本実施例の効果を説明するグラフである。

【図９】従来例のサーマルヘッド１の断面図である。

【図１０】サーマルヘッド１の平面図である。

【図１１】従来例の問題点を説明するグラフである。

【符号の説明】

１１　　サーマルヘッド １４　　発熱素子 １５，１５ａ　　突起 １６　　抵抗体層 １７　　共通電極 １８　　個別電極 ２２　　１層領域 ２３　　２層領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁基板上に配列された複数の発熱領
   域の各両側に共通電極と個別電極とが形成されたサーマ
   ルヘッドにおいて、前記発熱領域のほぼ中央に面積抵抗
   を有する第１抵抗体層を形成し、該突部を被覆するよう
   に面積抵抗を有する第２抵抗体層を形成して上記発熱領
   域の中央付近の面積抵抗をその周辺の面積抵抗に比べて
   低くしたことを特徴とするサーマルヘッド。