JPS61279566A - 感熱ヘツド - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は感熱ヘッドに係わり、特に、印字速度、の高速
化ならびに印字品質の向上に好適な感熱ヘッドの構造に
関する。

〔発明の背景〕

一般に、感度ヘッドは、特開昭５８−３６４７４号など
に記載されているように、第６図に示す如くセラミック
などから成る基板１にグレーズＷ２が設けられ、このグ
レーズ層２の表面に微小な発熱抵抗体３が複数個配置さ
れている。これらの発熱抵抗体には、それぞれ、電力供
給用の電極４が設けられている。５は、発熱抵抗体３と
電極４の酸化防止用の耐酸化層及びこの耐酸化層の摩耗
防止用の耐摩耗層の二層から成る保護層である。なお、
保護層の材質によっては、一つの材質で耐酸化層、耐摩
耗層を兼ねることができる場合もあり、この場合は保護
層は一層である。

この感熱ヘッドを備えた感熱プリンターの印字機構では
、電極４を経て発熱抵抗体３に電力を供給すると発熱抵
抗体３の発熱部３ａで発熱し、この熱が、保護層５を経
た後、ヘッド表面６の印字ドツト部６ａからインクフィ
ルム、インク層体（図示せず）に伝達され、インク層体
のインクを融解し、印字用紙などの被記録媒体（図示せ
ず）に付着させて印字を行なうか、あるいは、感熱発色
紙（図示せず）の発色層ら伝達されて発色し、印字を行
なうようになっている。印字が完Ｙすると発熱抵抗体へ
の電力の供給を断ち、印字されない程度まで十分に冷却
された後、感熱ヘッドと被記録媒体との相対的位置を次
の印字位置（通常１ドツト分だけずらした位置までずら
し、上記一連の印字動作を繰り返す。

第７図は、感熱ヘッドの発熱抵抗体３への印加電力と、
発熱抵抗体３の温度の関係を示したものである。なお、
発熱抵抗体３の温度を感熱ヘッドの温度と呼ぶこととす
る。感熱ヘッドは、断続的な印加電力（通電パルス）に
対応して５発熱・冷却を繰り返す。ところで、第７図の
ように、−印字周期の中での感熱ヘッドの最高温度をピ
ーク温度、印字周期終了時の温度を冷却温度と呼ぶ。イ
ンクを融解し紙に転写させるか、感熱発色紙の発色層を
加熱・発色させるためには、感熱ヘッドのピーク温度は
、少なくとも、インクの融点あるいは感熱発色紙の発色
温度よりも高くなければならない、また、印字した後、
次の印字位置に移動する間は印字してはならない。この
ため、冷却温度はインクの融点あるいは感熱発色紙の発
色温度よりは低くなければならない。

印字速度の高速化のため印字周期を短くしていくと、第
８図のように、ヘッドが完全に冷却しきれないうちに次
の印字が開始してしまい、印字を繰り返すたびに徐々に
温度が上昇してしまう、そのため、印字を繰り返すに従
い、印字濃度が徐々に濃くなってしまったり、また、印
字を終了した後もヘッドの温度が下がらないため、しば
らくの間印字し続けてしまういわゆる尾引き現象などを
引き起こしてしまったりするという欠点があった。

こうした現象は、印字周期が５ｍｓ程度より短くなると
顕著となり、１　ｍ　ｓより短い場合には甚で顕著であ
るが、これは、印字周期が短くなればなるほど、冷却に
割りふられる時間が短くなるためである。

さて、このような感熱プリンターにとっては甚だ好しく
ない現象は、感熱ヘッドの熱応答性が良好でないことに
起因するが、その原因はグレーズ層にあると考えられる
。第６図のグレーズ層２は発熱抵抗体３の発熱部３ａで
発生した熱が熱伝導の良いセラミック基板１を通して放
熱されないように設けられた一種の断熱層である。これ
を設けたために、感熱ヘッドの温度の立ち上り特性が保
障されているものの、冷却時には大きな熱抵抗となって
放熱を妨げ、冷却性能を低下させているのである。

従来の感熱ヘッドは、このように、熱応答性の向上のた
め、グレーズ層を設けて加熱時の温度の立上がり特性を
向上させようとすると、そのために冷却性能が低下して
しまうという矛盾をかかえていた。

グレーズ層を全く設けないと感熱ヘッドの温度の立上り
がわるく、また必要な温度まで上昇しない。また、厚す
ぎれば厚すぎるほど冷却性能は低下する。そこで、グレ
ーズ層の厚さは両者がバランスするような最適な厚さが
存在すると考えられる。第９図は、グレーズ層２の厚さ
をパラメーターとして、感熱ヘッドの温度の時間的変化
を、印字開始後の最初の一印字周期のみについて示した
ものである。グレーズ層２の厚さが薄すぎると、高いピ
ーク温度が得られず、図中曲線Ａで示すような温度変化
を呈する。また、逆に厚すぎると、高いピーク温度は得
られるものの、冷却速度が遅く５図中曲線Ｂで示すよう
な温度変化を呈する。

これに対し、グレーズ層２の厚さを、上記ＡとＢの間の
適当な厚さに選ぶと、図中曲線Ｃのように、グレーズ層
２が厚い場合（曲ＩＸＢ）と同様に高いピーク温度が得
られる上、その後の冷却速度はグレーズ層が厚い場合（
曲ＡＩＩＢ）に比べて速くなっており、低い冷却温度が
得られる。したがって、感熱ヘッドの熱応答性はグレー
ズ層２の厚さに仏性する。感熱ヘッドはできるだけ速く
所定の温度まで加熱され、できるだけ速く元の温度まで
冷却されなければならない。こうした熱応答性の観点か
らみて、グレーズ層の厚さには最適値が存在することが
わかる。

このグレーズ層の最適値は、通電時間ｔ、（Ｓ）の間に
熱がグレーズ層中を伝播し得る距離と一致している。こ
のことは以下のように説明できる。

グレーズ層の最適厚さを６１　とする、グレーズ層の厚
さが６１（通電時間ｔ、中にグレーズ層の中を熱が伝播
し得る距離）より小さい場合、発熱抵抗体３（第６図）
で発生した熱は５通電時閲ｔ、の間、即ち感熱ヘッドの
温度上昇中に、グレーズ層を経て基板まで達してしまう
、基板の熱伝導率及び温度伝導率はグレーズ層のそれに
比べてはるかに大きいため、熱が基板にまで達してしま
うと、基板がヒートシンクの役目を果たすので、感熱ヘ
ッドの温度はそれ以後はとんど上がらなくなってしまう
。したがって、グレーズ層の厚さが６．より薄い場合、
グレーズ層の厚さが薄ければ薄いほど、熱が早いうちに
基板に達してしまうため、ピーク温度が低くなってしま
うと考えられる。逆に、グレーズ層が６．より厚い場合
、通電時間ｔ、中に熱が基板に達することはない、した
がって、感熱ヘッドの温度上昇が終了するのは１発熱抵
抗体への印加電力が断たりた瞬間、即ち時間１＝１．の
ときである、よって、グレーズ層の厚さがδ、より厚い
場合には、感熱ヘッドの温度上昇に関しては、グレーズ
層の厚さによる差異はなく、ピーク温度は等しい、しか
し、発熱抵抗体への印加電力を断たれた後も熱がグレー
ズ層のδ、よりも厚い部分を伝播しないと熱伝導の良い
基板に達しないため、グレーズ層が厚すぎると冷却速度
が遅くなる。

以上詳細に述べて来たように感熱ヘッドのグレーズ層の
厚さは発熱抵抗体への通電時間により最適値が決定され
てしまう、しかし、グレーズ層をいかに最適値に設定し
ようと、グレーズ層は放熱の際の熱抵抗となってしまう
。

更に、印字する紙あるいは使用するインク等が変わった
場合は、発熱抵抗体への通電時間を変えないと、印字品
質が低下してしまう、また、紙・インクが同じでも印字
濃度を調整したり、あるいは濃淡を表現しようとしたり
すると通電時間を変えなければならない。しかし、上記
の理由で、グレーズ層の厚さが決まってしまえば、最適
な通電時間は決まってしまうため、通電時間を印字条件
により変えようとすれば、感熱ヘッドを熱応答性の面で
不適当な使い方をすることになる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、印字速度の高速化、及び、濃淡の表現
に最適な感熱ヘッドを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、感熱ヘッドのグレーズ層に変えて。

発熱抵抗体とセラミック基板の間に、バックアップヒー
ターを設け、発熱時には、バックアップヒーターを加熱
することで、セラミック基板への発熱抵抗体からの熱の
逃げを防止し、冷却時にはヒーターの加熱を中止してセ
ラミック基板へ熱を逃がそうとするものである。更に、
発熱抵抗体の通電時間に対しバックアップヒータの通電
時間を調節することにより感熱ヘッドの温度を適宜制御
することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。

第１図は、本発明による感熱ヘッドの構造を示している
。セラミック基板１の上にバックアップヒーター７とそ
れに電力を供給するため、バックアップヒーター用電極
８が、印字のための発熱抵抗体３の真下にそれぞれ配置
され、その上を電気絶縁層９により発熱抵抗体３と隔絶
されている。

なお、この電気絶縁層は、バックアップヒーター７及び
その電極８と、発熱抵抗体３との電気的な絶縁が一保障
されれば薄いほどよい、電気絶縁層９はＳｉＮ、ＳｉＣ
，Ｓｉｎ、等から構成し。

厚さは２〜３μ程度でよい、この電気絶縁層の上には、
従来の感熱ヘッドと同様に、発熱抵抗体３発熱抵抗体に
電力を供給するための電極４が配置され、その上を保ｆ
ｆ層５が覆っている。すなわち、第１図に示した従来の
感熱ヘッドのグレーズ層２のかわりに、バックアップヒ
ーター７、及びその電極ａと電気絶縁層９を設けた構造
となっている。

このような感熱ヘッドにおいて、第２図に示すように、
発熱抵抗体への通電と同時にバックアップヒーター７に
も通電すると、発熱抵抗体３及びバックアップヒーター
７とも発熱し、温度が上昇するので、発熱抵抗体３で発
生した熱は、基板１の方には逃げることはない。そのた
め、グレーズ層という断熱層のある従来の感熱ヘッドと
同様の温度の立上り特性が得られる。

発熱抵抗体への通電をやめ、冷却過程に入ると同時に、
バックアップヒーターへの通電も断つと、電気絶縁層、
バックアップヒーター及びその電極とも、わざわざ熱伝
導の悪い材料を用いたグレーズ層と違って熱抵抗が小さ
い。

また、厚さも薄くてよいことから、さらに熱抵抗を小さ
くすることができる。従って、従来のヘッドに比べて濃
度が速やかに下がる。

さて、発熱抵抗体への通電時間に対して、バックアップ
ヒーターへの通電時間を変化させると。

感熱ヘッドの濃度変化のプロフィールをコントロールす
ることができる。たとえば、感熱ヘッドのピーク濃度を
保持させたければ、発熱抵抗体への通電を断った後もバ
ックアップヒーターに通電をし続ければ、第３図に示し
たような濃度変化を得ることができる。

また、感熱ヘッドの温度変化のプロフィールをコントロ
ールする方法としては、上述のように、発熱抵抗体の通
電を先に断つのではなく第４図のようにバックアップヒ
ーターの通電を先に断ってもよい。

また、バックアップヒーターの大きさと発熱抵抗体の大
きさとの関係に特に制約はないが、できればバックアッ
プヒーターの方が大きい方がより効果が得られる。それ
は、発熱抵抗体で発生した熱は周囲に拡がりながらセラ
ミック基板の方向に伝わっていくためで、バックアップ
ビータ′−はこの熱の拡がりを包含するような大きさに
すると効果がさらに大きくなる。

なお、第１図、第５図に示す本発明の実施例とも、バッ
クアップヒータが、発熱抵抗体の真下に位置いているか
、これは必ずしも真下である必要はないが、真下に近い
ほど望ましいことはいうまでもない。

また、バックアップヒーターは、複数の発熱抵抗体に対
して一括して設けてもよいし、いくつかの発熱抵抗体を
一つ一つのグループとして、グループごとに一つずつバ
ックアップヒーターを設けてもよい。もちろん、発熱抵
抗体ごとに独立したバックアップヒーターを設けてもよ
い０発熱抵抗体ごとに、バックアップヒーターを設ける
方法が余計な部分まで加熱する必要がないこと、各々の
発熱抵抗体ごとにきめ細かい制御ができるなどの長所が
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、加熱時の温度の立上りが速くまた、冷
却時の温度の立下がりの速い熱応答性に優れた感熱ヘッ
ドが実現できるので高速の印字速度が実現できる。

また、本発明によれば、バックアップヒーターへの印加
電力をコントロールすることによって。

感熱ヘッドの温度変化のプロフィールを変えることがで
きる。したがって、紙の種類あるいは、インクの種類等
によらず、高印字品質を得ることができ、また、濃淡の
表示も印能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例とその実施例を用い
たときの感熱ヘッドの温度変化を示す図、第５図は本発
明の第二の実施例を示す。第６図は従来の感熱ヘッドの
一例の要部を示す断面図、第７図は発熱抵抗体への印加
電力と感熱ヘッドの温度の時間的変化の関係を示す図、
第８図は従来の八 感熱デッドにおいて印字速度を高速化したときの感熱ヘ
ッドの温度変化を示す図、第９図はグレーズ層の厚さの
違いによる感熱ヘッドの熱応答性の差異を示す図である
。 １・・・基板、２・・・グレーズ層、３・・・発熱抵抗
体、３ａ・・・発熱抵抗体の発熱部、４・・・電極、５
・・・保護層、６・・・感度ヘッドの表面、６ａ・・・
感熱ヘッド表面の印字ドツト、７・・・バックアップヒ
ーター、８・・・バックアップヒーターへの電力供給の
ための電１□・′°°８．゛′、゛パパ；・、゛・　ゼ
、・ニー、・６゛′。 Ｙ　ｚ　図 窩　３　図 ￥　４　国 下　　６　　図 冨　７　図 ρ　　　　　　　　　　　　　　時間 蔓　ｑ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の発熱抵抗体とそれぞれに電力を供給するため
   の電極が基板上に直接または断熱層などを介した上に形
   成され、任意の発熱抵抗体に電力を印加することにより
   任意の発熱抵抗体を選択的に発熱させることができるよ
   うな感熱ヘッドにおいて、基板と発熱抵抗体の間に熱抵
   抗を制御するためバックアップヒーター用抵抗体を設け
   たことを特徴とする感熱ヘッド。 ２、複数の発熱抵抗体とそれぞれに電力を供給するため
   の電極が基板上に直接または断熱層などを介した上に形
   成され、任意の発熱抵抗体に電力を印加することにより
   任意の発熱抵抗体を選択的に発熱させることができる、
   感熱ヘッドにおいて、前記発熱抵抗体への通電と同時に
   基板と発熱抵抗体の間に熱抵抗を制御するバックアップ
   ヒーター用抵抗体を設けた該バックアップヒーターへの
   通電を開始し、前記バックアップヒーターへの通電時間
   を一印字周期の時間中任意の時間に制御することにより
   、感度ヘッドの温度を制御することを特徴とする感度ヘ
   ッドの温度制御方法。