JPH10157178A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中間調印画や高速印画等を行う場合、サーマル
ヘッドの温度状態に応じて適切な大きさの電力を発熱素
子に印加することが困難であった。 【解決手段】絶縁基板１上にグレーズ層２を被着させる
とともに該グレーズ層２上に複数個の発熱素子３を直線
状に配列させて成り、前記発熱素子３上に感熱記録媒体
を搬送しながら発熱素子３を選択的にジュール発熱させ
て印画を形成するサーマルヘッドにおいて、前記発熱素
子列の延長線上に位置するグレーズ層２の表面で、且
つ、感熱記録媒体の搬送領域内に前記発熱素子３と同一
材料から成る温度検出素子６を設ける。また前記温度検
出素子６の電気抵抗値を発熱素子３よりも大きく設定し
ておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワードプロセッサ
やファクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサ
ーマルヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、例えば図５に
示す如く、複数個の発熱素子１２やドライバーＩＣ１
３，導電層１４等が取着されたアルミナセラミックス製
の絶縁基板１１と、複数個の配線導体（不図示）及びコ
ネクタ１７が取着された可撓性配線基板１５とから成っ
ており、前記絶縁基板１１と可撓性配線基板１５とを併
設して可撓性配線基板１５の配線導体を絶縁基板１１上
の導電層１４に半田接合し、両者を電気的に接続させる
ことによってサーマルヘッドを構成していた。

【０００３】またかかるサーマルヘッドを用いて感熱記
録をする場合は、感熱記録媒体を発熱素子１２上に搬送
しながら発熱素子１２をドライバーＩＣ１３の駆動に伴
って個々に選択的にジュール発熱させるとともに該発熱
した熱を感熱記録媒体に伝導させ、感熱記録媒体に所定
の印画を形成することによって行われている。

【０００４】尚、前記発熱素子１２の直下には、通常、
蓄熱層としてのグレーズ層１１ａが配置されており、該
グレーズ層１１ａによって発熱素子１２の発した熱を蓄
積及び放散し、サーマルヘッドの熱応答特性を良好に保
つようにしている。

【０００５】また上述した従来のサーマルヘッドにおい
ては、使用時の温度状態を監視するために可撓性配線基
板１５上にチップ状の温度検出素子１６を取着させてお
り、この温度検出素子１６からの温度情報に基づいて発
熱素子１２への印加電力を調整するようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のサーマルヘッドにおいては、前記温度検出素
子１６が発熱素子１２から比較的遠い位置（可撓性配線
基板１５上など）に配置されていることから、発熱素子
１２の発した熱が温度検出素子１６まで到達するのに若
干、時間がかかったり、或いは、その途中で熱が大気中
に放散する等して素子１６によって検出される温度と実
際の発熱素子近傍の温度との間に大きな差が出来てしま
っていた。このため、発熱素子１２への印加電力を高精
度に制御しなければならない中間調印画や高速印画等を
行う場合には、グレーズ層１１ａ等の温度状態を加味し
た適切な電力を発熱素子１２に印加することができず、
品質の高い印画を形成するのが困難であった。

【０００７】そこで上記欠点を解消するために、温度検
出素子１６を絶縁基板１１上に配置することが考えられ
る。

【０００８】しかしながら、温度検出素子１６は一般に
チップ状を成しているため、これを絶縁基板１１上に配
置すると、温度検出素子１６が発熱素子１２の近傍で絶
縁基板１１の上面より突出する形となり、印画に際して
感熱記録媒体が温度検出素子１６に接触する危険性があ
る。特に、プラスチックカードのような曲げることが困
難なメディアに対して印画を行う場合、メディアを発熱
素子１２上に安定的に搬送することが不可となる欠点を
有している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、絶縁基板上にグレーズ層を被着させ
るとともに該グレーズ層上に複数個の発熱素子を直線状
に配列させて成り、前記発熱素子上に感熱記録媒体を搬
送しながら発熱素子を選択的にジュール発熱させて印画
を形成するサーマルヘッドにおいて、前記発熱素子列の
延長線上に位置するグレーズ層の表面で、且つ、感熱記
録媒体の搬送領域内に前記発熱素子と同一材料から成る
温度検出素子を設けたことを特徴とする。

【００１０】また本発明のサーマルヘッドは、前記温度
検出素子の電気抵抗値が、前記発熱素子よりも大きく設
定されていることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のサーマルヘッドを
添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のサ
ーマルヘッドの一形態を示す平面図、図２は図１のＡ部
拡大図、図３は図１のＸ−Ｘ線断面図、図４は図１のＹ
−Ｙ線断面図であり、１は絶縁基板、２はグレーズ層、
３は発熱素子、６は温度検出素子である。

【００１２】前記絶縁基板１は厚み０．５〜１．５ｍｍ
程度のアルミナセラミックスやガラス等によって形成さ
れており、例えばアルミナセラミックスから成る場合、
アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉
末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成す
とともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレン
ダーロール法等を採用することによってセラミックグリ
ーンシートを形成し、しかる後、前記セラミックグリー
ンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに高温で
焼成することによって製作される。

【００１３】また前記絶縁基板１の上面には該基板１の
一辺に沿って断面山状の部分グレーズ層２が帯状に形成
されており、該グレーズ層２の頂部付近には複数個の発
熱素子３が、また前記部分グレーズ層２及び絶縁基板１
の上面には所定パターンの導電層４ａ〜４ｄが、それぞ
れ被着形成されている。

【００１４】前記部分グレーズ層２はガラスや耐熱性樹
脂等の低熱伝導性材料によって例えば２０〜６０μｍの
厚みをもって形成されており、その上に配置される複数
個の発熱素子３を上方に突出させて感熱記録媒体に対す
る押圧力（印圧）を有効に高めるとともに、これら発熱
素子３の発する熱を適当な温度となるように蓄積及び放
散してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する蓄
熱層としての作用を為す。

【００１５】また前記部分グレーズ層２上の発熱素子３
は所定のピッチ、例えば６２．５μｍのピッチで高密度
に被着配列されており、その各々がＴａＳｉＯ₂ やＴｉ
ＳｉＯ₂ ，ＴｉＣＳｉＯ₂ 等の電気抵抗材料（体積固有
抵抗：１００μΩｃｍ以上）により形成されているた
め、導電層４ａ，４ｂ等を介して外部からの電力が印加
されるとジュール発熱を起こし、感熱記録媒体に印画を
形成するのに必要な所定の温度に発熱するようになって
いる。

【００１６】また前記部分グレーズ層２及び絶縁基板１
の上面に被着される導電層４ａ〜４ｄは、ＡｌやＣｕ，
Ｎｉ等の金属から成っており、導電層４ａ，４ｂは発熱
素子３の両端に接続されてこれらに所定の電力を印加す
る発熱素子用電極として、また導電層４ａ，４ｄは後述
する温度検出素子６の両端に接続されて該素子６に所定
の電圧を印加する温度検出素子用電極として、そして導
電層４ｃは外部からの印画制御信号等を後述するドライ
バーＩＣ５に供給する信号供給用配線としてそれぞれ機
能するようになっている。

【００１７】尚、前記発熱素子３及び導電層４ａ〜４ｄ
は、部分グレーズ層２を形成した絶縁基板１の上面に例
えばＴａＳｉＯ₂ 膜及びＡｌ膜を従来周知の薄膜手法
（スパッタリング法等）によって順次被着させ、これら
をフォトリソグラフィー技術によって所定パターンに加
工することで被着形成される。このとき、発熱素子用電
極としての導電層４ｂは部分グレーズ層２の上面から絶
縁基板１の上面を介してドライバーＩＣ５の上面にかけ
て被着され、また信号供給用配線としての導電層４ｃは
絶縁基板上面のエッジ部からドライバーＩＣ５の上面に
かけて被着され、そして温度検出素子用電極としての導
電層４ａ，４ｄは部分グレーズ層２の上面から絶縁基板
１の上面にかけて被着されることとなる。

【００１８】また、このような絶縁基板１の上面には前
述した発熱素子３の配列と略平行に並んで複数個の穴部
１ａが形成され、これらの穴部１ａ内には複数個のドラ
イバーＩＣ５が個々に埋設されている。

【００１９】前記ドライバーＩＣ５は、その上面に前記
導電層４ｂ，４ｃに電気的に接続される複数個の端子電
極５ａが設けられており、内部にシフトレジスタ、ラッ
チ回路、スイッチングトランジスタ等の電気回路を有し
ているため、導電層４ｃを介して外部からの印画制御信
号等が供給されると、これに基づいて導電層４ｂを介し
て発熱素子３に所定の出力を発し、発熱素子３を個々に
選択的にジュール発熱させる作用を為す。このとき、前
記ドライバーＩＣ５の上面は絶縁基板１の上面と略等し
い高さに位置しており、絶縁基板１の上面よりも上に突
出するものは何ら存在しないことから、プラスチックカ
ードのような曲げることが困難なメディアに印画を形成
する場合であっても、メディアを発熱素子３上に安定的
に搬送させることができる。

【００２０】尚、前記穴部１ａは、レーザー等を用いて
絶縁基板１を加工することによって形成され、このと
き、前記穴部１ａの開口部にＲ面加工、もしくはＣ面加
工等の面取りを施しておけばドライバーＩＣ５を各穴部
１ａ内に埋設させ易く、ドライバーＩＣ５の実装作業が
簡単になる。

【００２１】また前記ドライバーＩＣ５の端子電極５ａ
と導電層４ｂ，４ｃとの電気的接続は、ドライバーＩＣ
５の側面と穴部１ａの壁面の間にポリイミド樹脂やエポ
キシ樹脂等の接着材８を充填させ、絶縁基板１の上面と
ドライバーＩＣ５の上面とを接着材８の上面によって架
橋したうえ、前記導電層４ｂ，４ｃを前述の薄膜手法等
によって被着形成する際にその一部をドライバーＩＣ５
の端子電極５ａ上まで延在させておくことにより行われ
る。

【００２２】そしてこのようなサーマルヘッドは、前述
した発熱素子列の延長線上に位置する部分グレーズ層２
の表面で、且つ、感熱記録媒体の搬送領域内に前記発熱
素子３と同一の材料、例えばＴａＳｉＯ₂ やＴｉＳｉＯ
₂ ，ＴｉＣＳｉＯ₂ 等の電気抵抗材料から成る温度検出
素子６が設けられており、該温度検出素子６は発熱素子
列の端部に位置する発熱素子３から部分グレーズ層２の
厚みに相当する距離よりも遠く離れた位置に併設され、
その電気抵抗値は発熱素子３よりも大きい値に設定され
ている。具体的には、温度検出素子６の電気抵抗値はそ
の幅や長さを調整することにより所定の値に設定され、
例えば２５℃の環境下で発熱素子３の電気抵抗値が１ｋ
Ωである場合、５〜３０ｋΩの間に設定される。

【００２３】前記温度検出素子６を形成するＴａＳｉＯ
₂ やＴｉＳｉＯ₂ ，ＴｉＣＳｉＯ₂等は、その抵抗温度
係数（ＴＣＲ）が−２００×１０^-6〜−５００×１０^-6
（１／℃）と温度変化に敏感であることから、印画に際
して温度検出素子６の両端に一定の電位差を設けた状態
下でその通電量を監視するようになすことにより、該素
子６が被着されている部分グレーズ層２の温度を正確か
つ敏感に検出することができる。従ってサーマルヘッド
を用いて中間調印画や高速印画を行う場合であっても、
グレーズ層２の温度状態を考慮した最適な大きさの電力
を発熱素子３に印加することができ、発熱素子３のジュ
ール発熱量を高精度に制御して品質の高い良好な印画を
形成することが可能となる。

【００２４】しかも、前記温度検出素子６は発熱素子３
と同一材料で形成されていることから、発熱素子３や導
電層４ａ〜４ｄの形成時にスパッタリング法やフォトリ
ソグラフィー技術によって同時に形成することができ、
温度検出素子６の形成のために別途、成膜工程を必要と
するものではなく、また従来例においてチップ状温度検
出素子を実装するときのような煩雑な接続作業等は一切
不要である。

【００２５】また前記温度検出素子６は感熱記録媒体の
搬送領域内に配置されていることから、印画に際して感
熱記録媒体は温度検出素子６にも同様に摺接される。こ
のため、部分グレーズ層２中の温度は温度検出素子６の
直下と発熱素子３の直下とで略等しい状態に保たれてお
り、周囲の温度と感熱記録媒体の温度とが大きく相違す
る場合であっても、発熱素子３の直下に位置するグレー
ズ層２の温度を温度検出素子６によってより正確に検出
することができる。

【００２６】更に前記温度検出素子６はその電気抵抗値
が発熱素子３よりも大きく設定されていることから、温
度検出素子６と発熱素子３とを同じ電源に接続する場合
であっても、温度検出素子自体が過度に高温となること
はなく、温度検出素子６の発熱によって感熱記録媒体に
不要な印画を形成することはない。

【００２７】また更に前記温度検出素子６は発熱素子列
の端部に位置する発熱素子３から部分グレーズ層２の厚
みに相当する距離よりも遠く離れた位置に併設されてい
ることから、温度検出素子６で部分グレーズ層２の温度
を検出するにあたり発熱素子列の端部に位置する発熱素
子３の発熱の有無によって大きく影響されることはな
く、この点においても正確な温度検出が可能である。従
って温度検出素子６は発熱素子列の端部に位置する発熱
素子３から部分グレーズ層２の厚みに相当する距離より
も遠く離れた位置に設けておくことが好ましい。

【００２８】尚、前記温度検出素子６の両端には前述し
た一対の導電層４ａ，４ｄを介して外部の定電流電源，
電圧測定回路，ＡＤ変換器等が接続されており、これら
の電気回路によって温度検出素子６からの温度情報をプ
リンタ本体の制御回路等に伝達させ、該伝達させた温度
情報に基づいて発熱素子３への印加電力の大きさを適宜
制御することによって部分グレーズ層２の温度状態を考
慮した最適な印加電力で発熱素子３をジュール発熱させ
ることができる。

【００２９】また更に上述した絶縁基板１には、その短
辺側（発熱素子３の配列方向と直交する方向に沿った
辺）で、且つ、感熱記録媒体の搬送領域より外側位置に
は可撓性配線基板７を接続させている。

【００３０】前記可撓性配線基板７は、サーマルヘッド
を外部電気回路（プリンタ本体の制御回路等）に接続す
るためのもので、感熱記録媒体の搬送領域よりも外側位
置で絶縁基板１に接続されていることから、両者の接続
部が感熱記録媒体の走行の妨げとなることはなく、メデ
ィアの安定走行に供することができる。尚、前記可撓性
配線基板７は、例えばポリイミド樹脂製の２枚のフィル
ム間に絶縁基板１上の導電層４ａ，４ｃ，４ｄに接続さ
れる複数個の配線導体を挟持させ、その一端にコネクタ
（不図示）等を取着させた構造を有している。

【００３１】かくして上述したサーマルヘッドは、感熱
記録媒体を発熱素子３上に搬送しながらドライバーＩＣ
５の駆動に伴って導電層４ａ，４ｂ間に所定の電力を印
加し、発熱素子３を個々に選択的にジュール発熱させる
とともに、該発熱した熱を感熱記録媒体に伝導させ、感
熱記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマ
ルヘッドとして機能する。

【００３２】尚、本発明は上述した形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々の変更、改良等が可能であり、例えば上述した形態に
おいて感熱記録媒体の搬送領域に被着されている発熱素
子３や導電層４ａ〜４ｄ等の表面を窒化珪素，ガラス等
から成る保護膜９で被覆しても構わない。

【００３３】また上述した形態においては温度検出素子
６の一端を共通電極としての導電層４ａに接続させて電
極を発熱素子３と共用するようにしたが、これに代えて
温度検出素子専用の電極を別途、設けるようにしても構
わない。

【００３４】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、発熱
素子列の延長線上に位置するグレーズ層の表面で、且
つ、感熱記録媒体の搬送領域内に前記発熱素子と同一材
料から成る温度検出素子を設けたことから、温度検出素
子の温度検出によってグレーズ層の温度を正確かつ敏感
に検出することができる。従ってサーマルヘッドを用い
て中間調印画や高速印画を行う場合であっても、グレー
ズ層の温度状態を考慮した最適な大きさの電力を発熱素
子に印加することができ、発熱素子のジュール発熱量を
高精度に制御して品質の高い良好な印画を形成すること
が可能となる。

【００３５】また本発明のサーマルヘッドによれば、前
記温度検出素子は発熱素子と同一材料で形成されている
ことから、発熱素子の形成時に同時に形成することがで
き、温度検出素子の形成のために別途、成膜工程を必要
とするものではない。

【００３６】更に本発明のサーマルヘッドによれば、前
記温度検出素子は感熱記録媒体の搬送領域内に配置され
ていることから、印画に際して感熱記録媒体は温度検出
素子にも同様に摺接される。このため、部分グレーズ層
中の温度は温度検出素子の直下と発熱素子の直下とで略
等しい状態に保たれており、周囲の温度と感熱記録媒体
の温度とが大きく相違する場合であっても、発熱素子の
直下に位置するグレーズ層の温度を温度検出素子によっ
てより正確に検出することができる。

【００３７】また本発明のサーマルヘッドによれば、前
記温度検出素子の電気抵抗値を発熱素子よりも大きく設
定したことから、温度検出素子と発熱素子とを同じ電源
に接続する場合であっても、温度検出素子自体が過度に
高温となることはなく、温度検出素子の発熱によって感
熱記録媒体に不要な印画を形成することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一形態を示す平面図
である。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】図１のＹ−Ｙ線断面図である。

【図５】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・・絶縁基板 ３・・・・・・・・・発熱素子 ６・・・・・・・・・温度検出素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上にグレーズ層を被着させるとと
   もに該グレーズ層上に複数個の発熱素子を直線状に配列
   させて成り、前記発熱素子上に感熱記録媒体を搬送しな
   がら発熱素子を選択的にジュール発熱させて印画を形成
   するサーマルヘッドにおいて、 前記発熱素子列の延長線上に位置するグレーズ層の表面
   で、且つ、感熱記録媒体の搬送領域内に前記発熱素子と
   同一材料から成る温度検出素子を設けたことを特徴とす
   るサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記温度検出素子の電気抵抗値が、前記発
   熱素子よりも大きく設定されていることを特徴とする請
   求項１に記載のサーマルヘッド。