JPS6078768A - サ−マル記録ヘツド - 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】 産業上の利用分野 本発明は・熱発色、熱溶融転写、熱昇華転写等を利用し
て熱記録金するサーマル記録ヘッドに関するものである
。

従来例の構成とその問題点 第１図は、従来のサーマル記録ヘッド１００の部分断面
構造である。１０は例えば表面にガラスグレーズ層を有
するアルミナ基板、２０はその表面に設けられたＴａ、
Ｎｉ−Ｃｒ合金、窒化タンタル（Ｔａ２Ｎ）　、Ｔａ５
ｉｚ　ｆ主成分とする５ｉ−Ｔａ合金Ｔａ−３ｉＯｚ、
　Ｃｒ−８ｉＯ２−０等の抵抗発熱体膜、３゜は信号電
極、４０は対向電極で互に隔たりさせて膜２ｏに接して
対接し、この間隙部がこれら電極間に加えられる信号電
圧に対応して発熱する抵抗発熱体素子２１を形成する。

５０は炭化珪素（Ｓｉｎ）等から成る耐酸化保護兼耐摩
耗層である。

第２図は、第１図における電極３０，４０、素子２１の
上側、すなわち層５０側から見た部分平面構成図である
。信号電極３ｏ及び対向電極４０は、抵抗発熱体膜２０
上に、Ｃｒｌ、（薄く蒸着し、更にその上にＡｎを１ミ
クロン程度厚く蒸着して形成され、抵抗発熱体膜２０と
共に公知のエツチング技術によりエツチングされて図に
例示さ几るように形成さ九る。

対同電極４０はマ）　ＩＪソック動等の必要から例えば
図のように、櫛型電極片４０ａ・・・・・・４０ｅｆ有
する共通電極全形成する。信号電極３ｏは電極片４０ａ
・・・・・・４０６に対峙して互に絶縁された細帯状の
電極３０２Ｌ・・・・・・３０ｅｉ形成せしめて、互に
絶縁された矩形状の発熱素子２１ａ・・・・・・２１＋
５から成る抵抗発熱体素子２１が形成される、対向電極
４ｏに対して信号電極３０＆・・・・・３ｏθに選択的
に信号電圧を印加すると・この信号電圧の振幅やパルス
幅に対応して発熱体素子２１１Ｌ・・・２１θはジュー
ル熱を発して昇温し、感熱記録が行われる。記録密度は
、上記発熱素子２１の配列密度から定まり、通常４本／
障から１６本／ｆｉ程度に選ばれる。

第３図は、上述の如きサーマル記録ヘッドを利用した記
録方式の具体構成例である。

図において、記録ヘッド１００とプラテン２００間には
、記録紙３００と熱転写シート４００が圧接され、紙送
りさ九る。

熱転写シート４００は、コンデンサ紙やＰＥＴフィルム
等の薄い耐熱シート４１０表面に例えば７０〜８０℃以
上で熱溶避するワックスを含む色材層４２０が塗布され
ている。

抵抗発熱体素子２１夫々に記録信号電圧（図示せず）が
印加されると、この信号に対応して色材層４２０は溶融
して記録紙３００表面上に選択的に付着し、第２プラテ
ン２１０通過后、記録紙３ｏｏ・熱転写シー）４００全
剥離すると、記録紙３００表面に、記録色材４２１が形
成される。

この種のいわゆるワックス型転写シー１−４００金用い
た熱転写記録方式は、色材層４２０用の色材として顔料
が使用できるため、耐候性に優れ、且つ口・・り使用の
ため光沢記録ができ、且つ熱記録によるため、無騒音記
録が行えること等から、記録方式としては優れた特性を
有していることは公知である、 この種の従来の記録ヘッドによると、文字９図形等のい
わゆる２領記録には優九た記録品質が得られるが、多階
調記録が難しいと言う難点金有している。

従って、モノクロ、或いはフルカラー画像等、増大する
記録用途に対応するため、濃度パターン法やデノザ法等
、単位面積当りの記録ドツト密度全制御するいわゆるプ
ツシタル階調法が検討されているが、実質的に綜合記録
解像度及び記録速度の低下全招来し、加えて、その階調
は２値記録金前提としているため不連続階調しか表現し
得ないと言う本質的な問題点を含み、この改善が現今の
大きな研究課題となフていることは公知の事実である。

発明の目的 本発明は以上の如き、従来のサーマル記録ヘッドの本質
的な難点である階調記録を実現するサーマル記録ヘッド
の構成の提供を目的とする。

発明の構成 本発明にかかるサーマル記録へ・ラドは、前記のサーマ
ル記録ヘッドにおいて、前記の信号電極と対向電極との
間隙に位置する前記の抵抗発熱体素子の幅をその電流径
路に沿って変化させて構成したことを特徴とする。

従来のサーマル記録ヘッドにおいては、第２図に例示し
たように抵抗発熱体素子２１は、間隙方向、すなわち、
電流径路に沿って一定幅に、従って矩形状に構成される
。従って電極３０．４０間に信号電圧が印加されると、
素子２１はその全面に亘ってほぼ均一に発熱し、第３図
の如き熱溶融転写記録においては、色材層４２０が溶融
温度たる７０〜ｇｏ’ｃｉ越えた時、素子２１の形状に
対応して記録色材４２１全生じるため、この唖値以下の
記録濃度は再現し得す、加えて一且、色材層４２０が溶
融するとこれらは全て記録紙３００上に接着されるため
・それ以上の記録濃度の増力口は困難となり、記録階調
が取れず、はぼ２値階調になるー これに対して本発明によると、電極３０．　４０間に加
えられる信号電圧の振幅乃至はノ（７１１幅に対応して
、発熱体素子２１においてその幅が最も狭い部分から発
熱、昇温して色材層４２０の溶解温度聞値を越え、振幅
及び）＜７１１幅に対応してこの　値を越える温度領域
部分かつ幅の大なる方向へと連続的に移動する。

従って、記録色材４２１は、信号電圧のパルス幅及至パ
ルス幅が狭い時は発熱体素子２１の最も幅の狭い部分に
対応して微小点及至は細線状に記録紙３００に接着し、
パルス幅及至、パルス幅の増加と共に幅の大なる方向へ
とその面積を拡大する。

そのため、連続性を持−た階調記録を実現する。

実施例の説明 第４図は・本発明にかかるサーマル記録ヘッドの一実施
例の部分上面平面図で、第２図との関連で示す。従来の
抵抗発熱体素子２１は、第２図から判るように、電極３
０．４０間の間隙に亘って等しい幅の矩形状に構成され
る。

然るに、本発明においては、信号電極３０の端部を座標
　Ｌの原点Ｌ＝＝Ｏとし・対向電極の端部全Ｌ＝ＬＯと
する時、発熱抵抗体素子２２ａ、２２ｂ。

２２０等２２の幅Ｗは、Ｌ＝ＬｏからＬ　＝　ＯＩｃ　
同けて順次にその幅が狭く選ばれる。

素子２２全形成する抵抗膜をほぼ一定の面抵抗とすると
、電極３０，４０間に加えられる記録信号電圧に対応し
て流れる全電流工は幅Ｗとは無関係にその電流径路に沿
って一定であるので、Ｗの小なる程その密度ｉは増大す
る。

一方、微小長ΔＬにおける抵抗ＲはＷの函数として反比
例関係で増大するから、そのジュール熱ＲｔはＬ＝Ｑの
近傍で大、Ｌの増加と共に減少することになる。

従って記録信号電圧の撮幅、若しくはパルス幅の増加と
共に、前記色材層４２０の溶解温度　値を越える領域Ｔ
Ｏは、図の矢印Ａの如くＬの大なる方向へと進むため、
記録紙３００上の記録色材４２１（第３図参照）は、記
録信号電圧の娠幅、若しくはパルス幅の函数として・そ
の面積・すなわち単位記録ドツト当りの記録光学濃度が
連続的に制御され・連続階調記録が達成される。記録光
学濃度の最大は、温度域ＴａかつＬ　＝　Ｌ　ｏに達し
た場合に与えられる。

なお、記録光学濃度の最大値は、ｌ＋＝Ｑにおける幅Ｗ
ｖｃ依存するので、記録階調の拡大にはエツチング加工
精度を考慮してｗ２適当に小（例えば２０／７ｍ程度）
に選ぶことが望ましい。

第６図は、本発明にかがるサーマル記録へフドの他の実
施例にかかる平面図である。

本実施例は、第４図との関連で示され、記録面積の拡大
全意図したものである。

図において、発熱素子２２は、外形的には矩形状である
が、抵抗発熱体膜がエツチングにより対角線状に除去さ
れた例えば幅２０ａｍ程度の細帯２３によって電気的に
分離され１．この線対称の発熱素子２２ａ’、２２ａ”
ｉ形成している。

素子２２ａ’、２２ａ″の夫々の幅は、夫々電極ｓｏａ
、４ｏａ２離れるに従って電極３０ａ。

４０ａの間に信号記録電圧を印加すると・溶解温度聞値
金越える温度域は各電極対当りＴｃ’、Ｔｃ“の如く２
個存在し、発熱素子２２ａ′は矢印Ａ′の如く、また発
熱素子２２＆“では矢印ム“の如くに進み、各記録画素
は２個の色材記録点によって１＠調記録されることにな
り、面積利用率が第４図と比較して改善される。

他の電極対ｓ　ｏ　ｂ　・−４０ｂ　、　ｓ　Ｏｃ　＝
−４０ｃについても同様に動作する。

第６図は、本発明にかかるサーマル記録ヘッドの更に他
の実施例で・第６図の実施例を更に改良したものである
。

第４図や第６図の構成では、最も大なるジュール熱を発
生する幅Ｗの最小位置は・信号電極３０対向電極４０と
接している。

従って時として、この部分の発熱が電極３０や３ｏへの
熱伝導により失われ、所期の昇温か困難な場合がある。

従って電極端がある一定の隔たりをもって温度域Ｔｃ、
Ｔｃ’等がスタートし、階調特性金狭くする。

このような場合には、本例の如く、少くとも幅Ｗが最小
部分において、そのＷが電流径路に沿って一定な領域２
２Ａ’、２２人“全設けると、溶解温度　値を越える温
度域は例えばＴｃ’の如く、電極３０ａ金離れた位置か
ら所定の最小幅をもって矢印Ａ′の如くスタートさせる
ことが出来、広い階調特性を有する転写記録が行える利
点がある。

なお、幅Ｗが最大域でも電極３０．４０への熱伝導によ
り所定の昇温か困難になる場合がある。

この場合には、図の２２Ｂ’、２２Ｂ“の如く所定の最
大幅の一定域を設けることが有効である。

電極片４０ａ、４０ｂ・・・・・・及び信号電極３０ａ
。

３０ｂ・・・・・・のピッチは主走査記録密度に対応し
、例えば１２６μｍ（ｓ本／ｆｉ）に選ぶ。この場合相
隣る発熱素子２２間の隙間は例えば約２０μｍになるよ
うに選ばれる。また、例えば、分離用細帯２３の幅を約
２０μｍ１発熱素子２２の最大値は例えば８０〜８５μ
ｍ１その最小幅は例えば２０μｍ程度に選ぶ。

発熱素子２２の長さＬは、副走査密度を例えば８本／Ｂ
とすると電極３０．４０への熱伝導損失が無ければ１２
５μｍであるが、通常例えばこの１．６〜２．０倍の長
さ、即ち１２５μｍより６３〜１２５μｍ程度長くして
熱伝導損失による記録ドツト長の短小化全防止する。

それ故、前記最小幅、及び最大幅の一定幅領域２２Ａ’
、２２Ｂ’の長さは例えば（６３〜１２６〕７２μｍよ
りも若干長＜４０〜ＴＯｐｍ程度に選ばれる。

発熱素子２２夫々、すなわち電極３０．４０一対当りの
抵抗は記録速度にも依るが、通常２００〜１０００Ω程
度に選ばれ、最大記録濃度における最大消費電力は発熱
素子２２１個当り、０．１〜０７７Ｗ程度に選ばれる。

上述に、本例にとどまらず、第４図、第５図。

並びに後述の実施例についても同様に適用できる。

なお、第６図の如く熱伝導を考慮して最小幅及び最大幅
の内少くとも最小幅一定領域を設けるとする構成は、第
４図及び後述の実施例についても適用できるものとする
。

第７図は、本発明にかかるサーマル記録ヘッド素子の他
の実施例金示す部分平面構成図である。

本実施例は、発熱素子２２の中央部、すなわち電流径路
の中央部の幅を最も狭くし、電極３０゜４０に近付く程
・広く構成する。　− 例えば発熱素子２２＆は、電極片４ｏａと信号電極３０
ａ間に加えられる記録信号電圧の振幅及至はパルス幅の
増大と共に、溶解温度闇値を越える温度域Ｔｃは矢印Ａ
ａ’、Ａａ“の如く進み、記録ドツトの面積が対称性を
もって効果的に増大する。

この場合、最も幅が狭く高温になる部分のジュール熱は
、より幅の広い方向へと効果的に熱拡散するため、過度
の温度上昇によるその熱破壊も改善される利点金も保有
する。加えるに図の２２１の如く電極３０ａ、４０ａと
接する幅の広い一定幅領域を形成すると、電極３０ａ、
４０ａへの過度の熱拡散が防止できるため、幅の傾斜に
対応した良好な記録面積の制御ができる利点がある。

なお・本例の如く、素子２２＆の中央部に限定しても最
も幅の狭い部分を形成する場合、フォトエツチング法等
で素子２２ａ等を形成すると、製作上歩留りが悪くある
一定幅以下では断線を起こす場合がある。

このような防止には、最も幅の狭い領域を例えば２ｏ／
１ｍ程度の長さに亘って一定幅領域を形成することがで
きる。

第８図は１本発明にかかるサーマル記場へッド゛Ｑ更に
他の実施例の平面部分図である。

一般に、発熱素子２２ｆｆ：形成する抵抗膜は、固有抵
抗が低く、例えばＴａ−８ｉ合金等では２００〜５００
μΩ口程度のものが用いられる。従って発熱素子２２を
例えば２００〜１０００Ω程度の抵抗値金持たせようと
すると、例えば８本／胴程度の記録密度の構成では、そ
の厚さは１００Ａオーダの極めて薄いものとなる。従っ
て適当に厚く作る場合には、発熱素子２２の電流径路を
長く取る必要があり、メアンダ形状に構成される。

本実施例は、このような場合全単純化して例示したもの
で、このような場合も、その電流径路に沿ってその幅を
順次、狭くすることにより、電流径路に沿って昇温分布
全形成することができる。

この場合、良好な階調記録には、例えば共通電極片４０
１Ｌと信号電極ＳＯａとの間隙部における中央部、すな
わちｘ−ｘ’とＹ−Ｙ’の交点、即ち、少くとも図の２
２８部に最も幅Ｗの狭い部分（従って最も高熱部）が位
置するように構成する温度域Ｔｃが矢印Ａｂ’、Ａｂ“
　の如く広がり・対象性の良い面積階調記録が行える利
点がある。

なお、以上の実施例では全て電流径路に沿って幅Ｗが連
続的に変化させたが、不連続的に変化させても良い。な
お、図ではメアンダの直線格子がＹ−Ｙ／　と平行であ
るがＸ−Ｘ、’に平行になるよう構成しても良い。

第９図は、本発明にかかるサーマル記録ヘッドの一実施
例の部分断面構造図であ迩。

本発明にかかる記録へラド１００は、抵抗発熱体膜２ｏ
による抵抗発熱素子２１の電流径路におけるジュール熱
による昇温作用に分布を持たせること全特徴とする。従
って、幅の最も狭い部分での発熱は著しく、時としてそ
の熱ショックにより素子２１が断線を起こすこともあり
得る。

この防止には、第９図に示す如く、主として発熱に関与
する位固有抵抗の抵抗発熱体膜２０の下若しくは上方に
高固有抵抗の抵抗発熱体膜２ＯＡ。

２０Ｂの少くとも何れか一方、若しくはその両方全形成
することが有効である。

例えば低抵抗膜２０としては固有抵抗が２００〜６００
μΩ釧のほぼシリサイ）　（ＴａＳｉ２　）　ｋ生成分
とするＴａ−８量合金を厚さ２０ＯＡ程度に、また高抵
抗膜２ＯＡ、’２０ＢとしてはＳ１量を増加させた固有
抵抗が６００μΩ（７）以上のＴａ−３量合金を厚さ２
００〜１００ＯＡに設定する。

これらは、膜２ＯＡ、２０．２０Ｂ、更に電極３０．４
０用の導電膜を積層・蒸着した後・フォトエツチング法
で、実施例第４図〜第８図の如き形状にエツチングして
容易に製作できる。

なお、この場合、複数回のエツチングにより、低抵抗膜
２０のみを第４〜第８図の如き形状にエツチングし、高
抵抗膜２ＯＡ、２０Ｂの阿れか一方及至は両方を、電極
３０．４０間の間隙内に矩形状に残してもよい。

また、第９図では、電極３０．４０は、高抵抗膜２０Ｂ
上に設置されているが、２０Ｂと２０との間、或いは２
ＯＡと２０との間に設置してもよい。

以上の実施例では、発熱抵抗体素子の幅は、電流径路に
沿１て一次函数的に変化させたが、二次。

三次等高次函数内に、更には指数函数的に変化させるこ
とかできる。このような幅の制御は、画像記録に当って
、ガンマ値の調節制御に有効である。

発明の効果 以上、詳述したように本発明は、抵抗発熱体素子の幅を
電流径路に沿って変化させたサーマル記録ヘッドであっ
て、加えられる記録信号電圧のパルス幅や振幅に対応し
て、成る一定以上の温度を有する部分が面積的に拡大し
、熱溶融転写記録法において階調記録を実現することが
でき、その産業上の貢献する所、極めて大である。

なお・本発明にかかる記録ヘッドは、感熱紙の熱発色を
利用するいわゆる感熱記録や、染料等の色材昇華全利用
する熱昇華転写記録にも利用できることは明らかである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のサーマル記録へ・ラドの部分断面構造
図、第２図は第１図の記録へ・ラドの平面構成図、第３
図は従来のサーマル記録ヘッドを利用した記録方式を示
す図、第４図は本発明にかかるサーマル記録ヘッドの一
実施例の部分平面図、第５図は本発明にかかるサーマル
言己録ヘット“の他の実施例の部分平面図、第６図は本
発明に力１カ）るサーマル記録ヘッドの更に他の実施ｆ
Ｏの部分平面図、第７図は、本発明にかかるサーマル言
己録ヘート°の他の実施例の部分平面図、第８図は本発
明に力為力為ルサーマル記録ヘッドの更に他の部分平面
図、第９図は本発明にかかるサーマル言己録へ・・ドの
一実施例の部分断面構造図である。 １０′°゛°°゛アルミナ基板、１１・・・・・・ガラ
スグレーズ層２０．２ＯＡ、２０Ｂ・・・・・・抵抗発
熱体膜、２１．２２，２３°パ・°゛抵抗発熱体素子、
３０°°“゛。 信号電極、４０・・・・・・対向電極、５０・・・・・
・耐磨耗層、１００・・・・・・サーマル記録へ・ｙ　
）”　、２００．　２１０・・・・・・プラテン、３０
０・・・・・・記録紙、４００・・・°・・熱転写シー
）、Ｔｃ・・・・・・温度領域。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ＩｔＪ＞１名
。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）信号電極と対向電極との間に、これらの電極と接
   続する膜状の抵抗発熱体素子を具えたサーマル記録ヘッ
   ドにおいて、前記信号電極と対向電極との間隙おいて、
   その電流径路に沿って前記抵抗発熱体素子の幅を変化さ
   せたこと’ｘ％徴とするサーマル記録ヘッド。
2. （２）抵抗発熱体素子の幅を信号電極及び対向電極夫々
   の側から、その電流径路の中央部に向けて順次に狭くせ
   しめたことを特徴とする特許請求の範ＦＭ第１項記載の
   サーマル記録ヘッド−