JPS6168263A - 端面型サ−マルヘツド用基板 - 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、多色あるいはフルカラー記録を可能とする感
熱転写記録方式において有用とされるサーマルヘッド、
具体的には多数の発熱体を発熱体基板の端面に一列に形
成した端面型サーマルヘッドに用いる基板の構成に関す
る。

従来例の構成とその問題点 感熱記録方式は保守が容易であることからファクシミリ
をはじめ多くの端末用プリンターとして利用されている
。特に最近では、従来の発色型感熱記録方式の外に、近
年感熱転写記録方式の開発がなされ、多色記録あるいは
フルカラー記録も可能となり、新しい記録機器としての
展開もなされている。

感熱転写記録方式により、カラー記録を行なう場合、従
来の発色型記録方式による単色記録との最も大きな差の
１つに、重ね合わせ時の色ずれの問題がある。第２図に
、従来の単色記録に用いられているサーマルヘッドと記
録紙の関係を示す。

第２図において、（ｌａ）は受像紙、　（ｔｂ）は転写
紙、（２）は紙送り用ローラ、（３）はサーマルヘッド
であり、サーマルヘッド（３）は発熱体基板（３ａ）の
２つの主平面の一方に発熱体列（３ｂ）を形成して構成
されてあり、以下この方式のヘッドを平面型サーマルヘ
ッドと呼ぶことにする。

第２図において１紙送りローラ２により転写紙（ｔｂ）
、受像紙（Ｉａ）をサーマルヘッド（３）の発熱体列（
３ｂ）に圧接させ、矢印の方向に送りながら、発熱体列
（３ｂ）を画信号に従って加熱すると、受像紙（１ａ）
上に単色の記録を行なうことができる。二二で（Ｉａ）
　（ｌｂ）の代わりに直接発色型の感熱記録紙を用いる
と１通１：ｔ；の感熱記録方式の記録部が形成される。

これに対して、本発明の基板を用いたサーマルヘッドで
は、第３図に示すような形態で記録部を形成する。第３
図において、サーマルヘッド（５）は発熱体基板（５ａ
）の厚さ方向に平行な４つの面の１つの面（端面）に発
熱体列（５ｂ）を形成して構成される。以下第３図に示
す構成のヘッドを端面型サーマルヘッドとよぶ。

第２図と第３図の比較から判るように、単色の感熱転写
記録方式では、第３図の方が記録状態を早く見ることが
できる。

また、感熱転写記録方式ではカラー記録が可能である。

カラープリンタとして簡単な装置構成を有する記録部の
構成方法を第４図に示す。第４図において５受像紙（１
ａ）は紙送りローラ（２）に巻きつけて固定され、この
状態で受像紙（１ａ）はサーマルヘッド（５）の発熱体
列に転写紙（１ｂ）を介して圧）妄され、ローラ（２）
の回転とともに転写紙（１ｂ）を矢印の向きに送る。転
写紙（１ｂ）上には、シアン（ｌｌｂ）、マゼンタ（１
２ｂ）、イエロー（１３ｂ）、ブラック（１４ｂ）が紙
送りローラ（２）の外周を単位長さとして（この単位長
さの範囲では各色毎に均一に）塗布されている。従って
１紙送りローラ（２）の１回転毎に、シアン、マゼンタ
、イエロー、ブラックの各色を受像Ｍ（ｌａ）に順次転
写印刷していくことによりカラー記録ができる。

なお、転写紙（１ｂ）に塗布する色は上述の色のみでな
く、他の色を加えてもよいし、又基本的にブラックはシ
アン、マゼンタ、イエローから合成されるから用いない
ことも可能である。又、受像紙に転写する順番も特に制
約されるものでない。

このように、受像紙をローラに巻きつけて使用すること
の特徴は、ローラの１回転ごとに受像紙は初めの位置に
もどることから、各色の重ね合わせが精度良＜、シかも
簡単な装置構成でできることである。

このような装置構成は、第２図に示した平面型サーマル
ヘッドを用いても可能ではある。しかしこの場合のカラ
ー記録方法では、ローラは従来の単色転写記録や感熱記
録方式の場合に比べて大きくなる。このために、ヘッド
自体も大きくすることが必要となり、ヘッドの価格を大
きく上昇させる。

一方、第３図に示した端面型サーマルヘッドでは、第４
図に示した装置構成も含めて同一形状のヘッドで対応で
き、ヘッドの量産性、低価格化が可能である。このよう
に、感熱転写記録方式においては特に端面型サーマルヘ
ッドが有利であることは明らかである。

しかしながら、従来の感熱記録はほとんど平面型サーマ
ルヘッドを用いて行なわれてきた。これは、一般に平面
型ヘッドの方が作り易いと考えられてきたことによる。

端面に３ｆ＠熱体を設けたサーマルヘッドとして、半導
体シリコンの長方形の板の端面に拡散法で発熱体列を形
成したサーマルヘッド、あるいはガラス丸棒の表面に中
心軸と平行な発熱体列を形成したサーマルヘッド等も作
られている。

第５図に端面型サーマルヘッドの外観例を示す。

第５図において、（７）は発熱体基板で、本例では板状
形状としている。この長方形の基板（７）の１つの端面
に多数の発熱体を列状に並べた発熱体列（８）が形成さ
れている。発熱体基板（７）はヘッド基台（９）とカバ
ー（１０）との間でネジ（１１）により固定され、更に
発熱体列（８）の各発熱体を駆動するための端子が、発
熱体基板（７）の一方の主平面（７ａ）に延在して形成
した電極部（図示せず）よりフィルムリード（１２）に
より取り出され、ハンダ付は部（Ｉ３）を介してコネク
タ（１４）に導かれる。

発熱体列（８）からコネクタ（１４）への電気的接続の
方法は１発熱体に接続する半導体素子、例えばダイオー
ド、サイリスタ、シフトレジスタ・ラッチ・トランジス
タのドライバー回路を有するＩＣ等のいずれを用いるか
により異なり、これに伴ってヘッドの外観も種々の形に
変更される。

第５ｂ！Ｊに示すサーマルヘッドを半導体シリコンやガ
ラス丸棒を基板として構成したヘッドは、感熱転写記録
にはほとんど用いられていない。この主たる原因は１両
方のサーマルヘッドともに発熱体列を形成する基板にあ
る。即ち、半導体シリコンを用いるヘッドは１発熱抵抗
体部と基板であるシリコンが熱的に分離されていないた
めに、紙へ伝わる熱より基板側へ流出する熱の方が多く
、従って非常に熱効率が悪い。一方、ガラス丸棒を用い
るヘッドは、基板であるガラスの熱伝導度が小さく、こ
のため基板部分に熱がたまりやすく、従って高速でかつ
中間調印字を行なうことが困難である。更に、ガラス丸
棒のために基台への固定方法やドライバー回路を有する
ＩＣ等の実装面でも困難である。

このように、半導体シリコンやガラス丸棒を基板とした
ヘッドは、高速印字や熱効率の面で問題点を有していた
。このような問題点を改善する目的で第６図に示すよう
な長方形の基板（２１）の端面（２１ａ）と一方の主平
面（２１ｂ）にガラス層を形成した基板を用いたヘッド
も提案されている。第６図において、（２２ａ）と（２
２ｂ）は基板材料よりも熱伝道率の小さいカラス層で、
端面（２１ａ）と一方の主平面（２１ｂ）に連続的に形
成されている。基板（２１）はアルミナを主とする絶縁
材料であり、このような基板（２１）を用いて発熱体を
形成した基板部分の構成を第７回に示す。

第７図において、　（２１）はアルミナを主成分とする
電気的絶８基板、（２２ａ）と（２２ｂ）はガラス層、
（２３）は発熱抵抗体、（２・４）は各発熱抵抗体（２
３）をこれを駆動するためのドライバー回路を有するＩ
Ｃと接続するのに用いられる個別電極、（２５）は各発
熱抵抗体（２３）を共通して接続した共通電極、（２６
）は共通電極部にメッキしたメッキ導体、（２７）は発
熱体部を摩耗から保護するための耐摩耗保護膜である。

なお、耐摩耗保護膜（２７）は発熱体部全体に形成する
が、図では一部が切欠かれて示されている。

この基板では、発熱体で発生した熱はガラス層で熱絶縁
されるために記録紙側へ伝わりやすく熱効率が改善され
る。一方、基板部分については、ガラス丸棒に比べ、ア
ルミナを主成分とする基板は熱伝導度が良く放熱性も改
善される。実際に、第７図に示すような基板を用いて、
第５図に示すような端面型サーマルヘッドを構成した場
合には。

印字周期で約３０ｍ５／１ｉｎｅで昇華性転写紙を用い
て印字しても十分な放熱性を有していた。

しかしながら、感熱転写記録方式においても高速の印字
に対する要求は強く、第７図に示すような基板構成では
この要求を満たすことができなかった・ この理由は以下の通りである。第５図に端面型サーマル
ヘッドの組立構成を示しているが、発熱体（８）で発生
し印字した後の余分な熱は、基板（７）を通して基台（
９）へ伝わり、大気中に放熱される。

もちろん、カバー（ｌＯ）へも伝わり大気中へ放熱され
るのもあるが、多（は基台（７）を通して伝わる。

従って発熱体部で発生した熱は比較的長い距離の基板部
分を通して基台部へ流入することになる。

このことは基板自体の熱伝導度の良否が放熱に大きく影
響することを示している。

このために、アルミナを主成分とする基板よりも、より
熱伝導性の良好な基板を用いることが、高速で印字する
ことを可能とするために必要とされる。アルミナより熱
伝導度の高い材料としては。

ベリリア、炭化硅素又は窒化アルミニウムがある。

しかしながら、ベリリアは毒性の点から現在はとんど生
産されていない。炭化硅素は各種用途に多く利用されて
いるが、サーマルヘッドに用いるための加工はその硬度
の大きさのために困難である。

また、窒化アルミニウムはアルミナに比べて高価である
にも関わらず、その熱伝導度があまり大きくない。この
ように、基板材料で熱伝導の良好なものを得ることがで
きなく、従って、高速印字に対して制約があった。

発明の目的 本発明は、最も安価で、かつ多く使用されているアルミ
ナを主成分とする基板の熱伝導度をさらに大きくシ、熱
効率が良く、しかも放熱性の良好な端面型サーマルヘッ
ドを作成することができる発熱体基板構成を提供するこ
とを目的とするものである。

発明の構成 一般に、発熱体部を形成する領域部には、熱伝辱率の小
さなガラス層を設けることが熱効率の改善のために必要
とされる。従って、発熱体を形成する基板端面にはガラ
ス層を形成することは必要であり、同時に基板の一方の
主平面にまで形成しておく方が微細パターンの形成上有
利である。このガラス層上に形成した発熱体は印字のた
めの加熱と冷却のサイクルが繰返される。このために、
ガラス層自体についても高軟化点であることが要求され
、高速で印字する厳しい使用には軟化点が６００℃以上
のガラス材料を使用しなければならない。このようなガ
ラス材料の焼成は１３００℃以上の高温と酸化性雰囲気
を必要とする。１３００’ｃ以上の融点を有する高融点
金属はあるが、高温で酸化性雰囲気におくと酸化してし
まうものがほとんどである。

アルミナ基板の熱伝導度を向上させる方法の１つとして
、基板表面に厚膜の金ｍ層を形成することも考えられる
が、上述のように厚膜導体を焼成後に、サーマルヘッド
に必要とされる高軟化点ガラスを゛形成することはガラ
スの焼成時に厚膜導体の酸化を防止できないことから非
常に困難である。

また逆にガラス焼成後にカラスの軟化点以下で＋Ｓｔ成
できる厚膜導体を使用することも可能であるが、発熱抵
抗体膜や電極などの成膜プロセスやフォトリソプロセス
を困難にする。

以上の理由に加えて、発熱体は基板端面の中央部に設け
ることから、アルミナ基板の表面層部に金属層を形成す
るよりも、その内部に形成することがより大きな効果を
有する。

本発明は、最も多く用いられ、かつ安価なアルミナを主
成分とする基板の内部に熱伝導性の良好な金属層を埋め
こみ、外部面からみえないようにして酸化を防止した後
、少なくとも発熱体を形成する基板端面にガラスを焼成
することで、実質的に基板の熱伝導度を向上させて、高
速で印字可能な端面型サーマルヘッド用の基板を得たも
のである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第１
図に作成した発熱体基板の構成を示す。

第１図において、（３１）はアルミナを主成分とする基
板、（３２ａ）　（３２ｂ）は基板の内部に形成された
金属層、（３３ａ）（３３ｂ）はアルミナよりも小さな
熱伝導度を有するガラス層である。

本実施例においては、以下に述べるようにして作成した
。焼成後にアルミナ基板（３１）となるように約１７３
の厚さの基板（３１ａ）　（３１ｂ）　（３１ｃ）を作
成し、中央の基板（３１ｂ）の両面にＭ　ｏ　−Ｍ　ｎ
またはＷからなる厚膜８体を印刷し、金属層（３２ａ）
　（３２ｂ）を形成する。その後、この両面に厚膜導体
を形成した基ｔＤ　（３１ｂ）をはさむように基板（３
１ａ）　（３１ｃ）を押しつけプレスを行い一体化させ
る。この一体化させた基板を焼成炉に入れ、アルミナ基
板と厚膜導体と・を同時に焼成する。このようにして作
成された基板の外観は、従来のアルミナ基板と全くかわ
らなく、所定形状に加工、研摩した後にガラス層（３３
ａ）と（３３ｂ）を印刷・塗布し、約１３００℃の温度
で焼成することにより、第１図に示す発熱体基板を得た
。

このようにして得た発熱体基板の外観は、第６図に示す
従来の基板と同じであり、基板の構成も第７図に示す基
板構成と同じである。しかしながら、基板自体の熱伝導
度は第６図に示すアルミナ基板の場合に比べて大きく向
上し、実際の印字試験を行った結果では、アルミナ基板
の場合に比べて約２倍の高速で印字を行うことが可能で
あった。

なお、未焼成のアルミナ基板上にＭ　ｏ　−Ｍ　ｎやＷ
等の厚膜導体を印刷・塗布して積層した後、焼成して一
体化する方法は一般に行われている。

本実施例においては、３枚を積層し、厚膜導体は２層と
したが、積層する枚数には特に制約はなく、又、厚膜導
体層数についても特に制限はない。

さらに、印刷する厚膜導体のパターン形状は、発熱体を
形成する近傍で連続した形状をしていることが望ましい
が、特に制限はなく、アルミナ同士が接触して焼成後に
充分に結合するように一部金属層を形成しない領域を設
けておくことが要求されるのみである。

発明の効果゛ 以上のように、本発明は安価なアルミナ基板を用いて内
部に金属層を形成することにより、実質的に熱伝導度を
高めるとともに、高速印字が可能な高軟化点のカラスの
焼成を可能としたもので、従来の端面型サーマルヘッド
に比べて約２倍の高速印字を可能としたものである。

しかも、発熱体基板の作成は厚膜導体作成のプロセスが
使えることから、基板作成上特に困難な点はなく、また
、形成する厚膜導体も比較的安価な材料であることから
、発熱体基板コストはほとんどかわらない。

このように本発明の発熱体基板は作成上のコストもかわ
らず、かつ高速印字に要求される高軟化点カラスを焼成
できることから、端面型サーマルヘッドの高速化に対し
て大きな効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す基板構成図、第２図は
従来の単色記録の場合の平面型サーマルヘットの記録部
構成図、第３図は単色記録の場合の端面型サーマルヘッ
ドの記録部構成図、第４図はローラ巻きつけ型のカラー
感熱転写記録方式を示す構成図、第５図は端面型サーマ
ルヘッドの外観図、第６図はアルミナ基板を用いる端面
型サーマルヘッドの基板構成図、第７図はアルミナ基板
を用いる端面型サーマルヘッドの構成図である。 （３１）・・・　アルミナ基板、（３２ａ）　（３２ｂ
）−金属層。 （３３ａ）（３３ｂ）−ガラス層 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図 〃 第２図 〆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アルミナを主成分とする電気的絶縁性基板の内部に
   金属層を設け、少なくとも発熱体を形成する基板端面上
   にアルミナよりも小さな熱伝導度を有するガラス層を形
   成した端面型サーマルヘッド用基板。