JPH02145353A - サーマルヘッド及び該サーマルヘツドを用いた熱転写記録装置 - 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］ 本発明は中間調表現が可能なサーマルヘッド及び該サー
マルヘッドを用いた熱転写記録装置に関するものである
。

［従来の技術］ プリンタやファクシミリなどの記録装置は、記録ヘッド
に設けた複数のドツト形成素子を記録情報（画像信号）
に基いて選択的に駆動しながら、記録シート（記録用紙
やプラスチック薄板などの記録媒体）上にドツトパター
ンを形成するものである。このような記録装置の形式に
は、記録ヘッドをシートの幅方向に移動させながら記録
していくシリアル型、行方向に所定の長さ分まとめて記
録するラインプリント型および１頁分まとめて記録する
ページプリント型などがある。

また、記録方式には、サーマル式、インクジェット式及
びワイヤドツト式などがあり、このうちサーマル式は、
インクシートを用いて普通紙にインクを転写する熱転写
式と、サーマルヘッドで感熱紙を加熱して発色させる感
熱方式とに分けることができる。

従来より、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなど
の複数色を用いるカラー記録或いは画像記録時において
、濃度差を表現するための中間調記録方法が採用されて
いる。このような従来の中間調記録では、一般的に２値
記録の原理に基づく方法が採用されており、従来の方法
で階調表現を行うには複数ドツトを１単位として、その
単位中のドツトのオン・オフ（２値）の割合によって中
間調を表現するデイザ法などの面積階調法により、疑似
的に中間調を表現する手法が取られていた。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上述した面積階調法を採用すると、多く
の階調を表現するためには１画素に対して必要なドツト
数が増大するため、画像の解像度が低下するという問題
がある。この面積階調法により、例えば６４階調で６画
素／　ｍ　ｍ程度の解像度の画像を得るためには、記録
ヘッドの解像度としては４８ドツト／　ｍ　ｍ程度が必
要になる。これをサーマルプリンタで実現するには、４
８Ｆ％ント／　ｍ　ｍのサーマルヘッドが必要になるが
、このような高密度のサーマルヘッドの製造は極めて困
難であり、たとえ製造できたとしても膨大な素子数にな
るため、サーマルヘッドの駆動に大規模な駆動回路が必
要になるため現実的でない、即ち、２値記録では高画質
な階調記録を得るのに限界力１あり、何らかの方法によ
って１ドツトの大きさを多階調に表現する多値階調記録
を実用化することが要請されていた。

従来より、−１１Ｑに利用されているサーマルヘッドを
用いた熱溶融転写による記録では、印加エネルギーの変
化に対応する濃度変化は第１２図（Ａ）のようになる、
即ち、印加エネルギーに対する記録濃度の変化率が大き
く、また記録濃度のばらつきもグラフ中の垂直線の長さ
で示すごとく大きいため、中間の濃度を出すことは非常
に困難であった。第１２図（Ｂ）に示す従来のサーマル
ヘッドでは、発熱素子１０１と電極１０２とが同一幅に
なるような形状になっているため、発熱素子１０１に流
れる電流の分布はほぼ均一になる。

なお、１０３は電流の流れる方向を示している。

このため、発熱素子１０１の温度分布は、放熱量が比較
的少ない発熱素子１０１の中央部で若干高温になる程度
である。従って、電極１０２に印加するパルス電圧の印
加時間を変化させて、発熱素子１０１の温度分布を、第
１２図（Ｃ）に示す如く、ＩＩＡ及び１２Ａ（印加時間
はＩＩＡ＜１２Ａ）のように変化させてみても、発熱素
子１０１の温度が熱転写インクの溶融点Ｔ、より高い温
度になるか、そうでないかは、その位置により極めて微
妙である。従って、第１２図（Ａ）に示すように同じ印
加エネルギーを発熱素子１０１に印加しても、そのわず
かな発熱素子の位置の違いにより、記録濃度が大きく異
なってしまうことになる。すなわち、Ｔ、よりわずかに
印加エネルギーが小さければインクは全く溶融せず、逆
にＴ、よりわずかでも印加エネルギーが大きくなると、
発熱素子に接するインクのほとんどが溶融することにな
る。

このため、従来のサーマルヘッドを用いた熱転写方式で
は２値記録しか行えず、これを実現するには、印加エネ
ルギーに対する記録濃度の関係を示す曲線の傾きを小さ
くし、しかもこの記録濃度のばらつきを小さくできるサ
ーマルヘッドが得られれば、熱転写による多値記録が可
能になる。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、多値記録
が可能で、多階調での記録を容易に実現できる安価なサ
ーマルヘッド及び該サーマルヘッドを用いた熱転写記録
方式を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明のサーマルヘッドは以
下の様な構成からなる。即ち、発熱素子と、前記発熱素
子に電気エネルギーを供給するための電極とを有し、前
記発熱素子を覆う絶縁層の一部分の厚みを薄くして耐摩
耗層への熱伝導性を高めるように形成している。

また上記目的を達成する本発明のサーマルヘッドを用い
た熱転写記録装置は以下の様な構成からなる。即ち、 発熱素子と該発熱素子に電気エネルギーを供給するため
の電極とを有し、前記発熱素子を覆う絶縁層の一部分の
熱伝導性を高めるように形成したサーマルヘッドと、多
値画像信号を入力し、該画像信号の階調度に対応して前
記サーマルヘッドの各発熱素子の階調度を決定する階調
決定手段と、前記階調度に従い前記サーマルヘッドの各
発熱素子に通電して記録する記録手段とを有する。

［作用］ 以上の構成により、発熱素子とその発熱素子に電気エネ
ルギーを供給するための電極とを備えるサーマルヘッド
であって、その発熱素子を覆う絶縁層の一部分の厚みを
薄くして耐摩耗層への熱伝導性を高めるように形成して
いる そして、このサーマルヘッドを用いた熱転写記録装置は
、多値画像信号な入力し、その画像信号の階調度に対応
して、そのサーマルヘッドの各発熱素子の階調度を決定
する。そして、その決定された階調度に従って、サーマ
ルヘッドの各発熱素子に通電して記録するように動作す
る。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細
に説明する。

［サーマルヘッドの説明（第１図〜第３図）］第１図は
実施例のサーマルヘッドの発熱素子と電極の形状を示す
図で、第１図（Ａ）は１つの発熱素子とその電極の上面
図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）のＹ−Ｙ’で切断した
ときの切断面を示す断面図である。

図において、１１は絶縁基板で、例えばアルミナ基板で
ある。１２は抵抗層、１３は電極で、アルミナ基板１３
上に、真空蒸着やスパッタリングなどにより形成されて
いる。そして、フォトリソグラフィやフォトエツチング
などで電極層１３を第１図（Ｂ）の如く切断し、さらに
その上に絶縁膜１４、耐摩耗層１５をスパッタリングな
どで形成している。ここで発熱素子１０と呼ばれる部分
は、電極層１３が切断されている抵抗層部分のことであ
る。なお、絶縁膜１４は第１図（Ａ）の点線で示される
領域に形成され、その中央部に開口部１７を有している
。また、１６は電極層１３を含むリード（導体）部分で
ある。

第２図は実施例のサーマルヘッドに通電したときの発熱
分布を示す図である。

第２図において、発熱素子ｌＯの絶縁膜１４が形成され
ている部分（第２図の点線で囲まれた部分）では、発熱
体（第１図（Ｂ）の電極１３間の抵抗層１２部分）から
の熱が絶縁層１４により妨げられる。しかし、その中央
の開口部１７では絶縁膜１４が切断されているため、発
熱素子１ｏの中央部分の温度が高くなり、周辺部との温
度差が大きくなる。

いま、このサーマルヘッドに印加する印加エネルギーを
変更するために、サーマルヘッドへの電圧の印加時間を
次第に長くすると、サーマルヘッドの発熱温度分布は温
度分布曲線４２〜４４のようになる。ここで通電時間は
、４２＜４３＜４４の関係になっている。このとき、イ
ンクシートの溶融点の温度がＴ、であると、温度Ｔ、よ
りも高い温度領域では、インクが溶融して記録媒体に転
写されるため、転写されるドツト面積は、例えばサーマ
ルヘッドに印加するパルス電圧の印加時間を制御するな
どして、印加するエネルギーを変更することにより変え
ることができる。

第３図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれサーマルヘッドへのパ
ルス電圧の印加時間を変化させたとき、発熱素子１０の
温度が溶融点であるＴ、よりも高くなる発熱領域（転写
領域）を示す図である。

２０は印加時間が１＋のときの転写領域を示し、２１は
印加時間がｔ雪のときの転写領域、２２は印加時間がｔ
３のときの転写領域を示している。ここで、ｔｓ＜ｔｓ
＜ｔｓである。このように、サーマルヘッドに印加する
印加エネルギーを、例えばパルス電圧を変更したり、印
加時間を変更することにより、転写されるドツトの面積
を変更して階調を表現することができる。

第４図は実施例のサーマルヘッドを用いて階調表現を行
ったときの、印加エネルギーに対する記録濃度の関係を
示す図である。

このようにして、サーマルヘッドに印加するエネルギー
を制御することにより、低濃度から高濃度まで連続して
階調を表現することができる。

［熱転写記録部の説明］ 第５図は実施例のサーマルヘッドを用いた熱転写記録装
置の記録部の模式図である。

複数の発熱素子１０及びその発熱素子１０に電気エネル
ギーを供給するリード部１６を備えたサーマルヘッド３
１は、その発熱部に対向するようにプラテン３４が設け
られている。そして、このサーマルヘッド３１はプラテ
ン３４の面に対し圧接及び離隔可能に取付けられている
。サーマルヘッド３１の発熱部は、記録時、プラテン３
４に支持された記録シート３３及びインクシート３２を
介して圧接されている。この状態で、画像信号に基いて
サーマルヘッド３１の発熱素子１０を選択的に駆動する
ことにより、インクシートのインク層３２ａを記録シー
ト３３へ転写させて記録が行われる。ここで、３２ｂは
インクシートのベースフィルム、５１は記録シート３３
に転写されたインク部分、５２は記録シート３３への転
写後にインクシートに残された非記録部のインクである
。

［第２の実施例のヘッド構造　（第６図）］］第６は第
２の実施例のサーマルヘッドの構成例を示す図である。

第６図において、６２は発熱素子で、ここには７個の開
口部６３が設けられている。６１は発熱素子６２を覆っ
ている絶縁膜部分である。このような構成にすることに
より、発熱素子６２上に（発熱の中心）転写部の中心が
７個存在することになる。これにより、疑似的に解像感
が向上し、中間調画像を形成したときのハイライト部の
画像のザラツキ感が低減するため、滑らかな中間調画像
を得ることができる。

以上説明したように本実施例によれば、１対の電極間に
発熱素子を形成し、その発熱素子に少なくとも１つの開
口部を有する絶縁膜を形成することにより、印加エネル
ギーに対応してその発熱面積を確実に変更できるため、
中間調画像などの階調記録ができるサーマルヘッドが提
供できる。

［熱転写記録装置の説明（第７図〜第１１図）］第７図
は実施例のサーマルヘッド３１を用いた熱転写記録装置
の概略構成を示すブロック図で、第５図と共通する部分
は同一番号で示している。

第７図において、１１０は記録シートである′普通紙を
保持している普通紙カセット、１１１は普通紙の有無を
検出するセンサ、１０６は普通紙をカセット１１０より
ピックアップして搬送するための搬送用モータである。

１２３はステッピングモータで、プラテン３４を不図示
の減速機構を介して回転駆動している。１３１はサーマ
ルヘッド３１をアップ／ダウンさせるためのモータで、
このモータ１３１の駆動によりサーマルヘッド３１が、
インクシート３２及び記録紙を介してプラテン３４に押
し付けられたり（ダウン状態）、プラテン３４より離反
される（アップ状態）、また、１３９はインクシート３
２の送り機構の駆動源であるモータで、モータ１３９の
回転が巻取りロール１４０の駆動軸に伝達されてインク
シート３２が矢印方向に巻取られる。また、１４１はイ
ンクシート３２の供給ロールである。

３５は入力した画像データを一時保持するバッファメモ
リ、３６はバッファメモリ３５より読出した画像データ
を変換する画像データ変換テーブルで、通常はＲＯＭな
どのルックアップテーブルなどで構成されている。３７
は第８図にその詳細を示すヘッド駆動パルス制御回路で
ある。

第９図はサーマルヘッド３１の構成を示すブロック図で
ある。

図において、２３０は発熱素子で、各発熱素子は前述し
た実施例に基づいて作成され、記録紙の幅方向に１ライ
ン分設けられている。２３３はｌライ２分の記録データ
をラッチするラッチ回路、２３４はシフトレジスタで、
シリアル記録データ（階調データ）４４４をクロック信
号ＣＬＫに同期して順次入力する。こうしてシフトレジ
スタ２３４に入力されたシリアルデータは、ラッチ信号
２３５によりラッチ回路２３３にラッチされて、パラレ
ルデータに変換される。こうして、各発熱素子に対応す
る記録データがラッチ回路２３３に保持される。そして
、ストローブ信号５ＴＢ４４５により電圧を印加するタ
イミング及び時間が定められ、データのあるＡＮＤ回路
２３２に接続された出力トランジスタ２３１が”オン“
される。

これにより、対応する発熱素子２３０に通電されて、発
熱素子２３０が発熱駆動される。

次に、第８図を参照してヘッド駆動パルス制御回路３７
について説明する。

４５０は所定の周波数のクロックＣＬＫを出力する発振
器、４５１はクロック信号ＣＬＫを分周し、例えばサー
マルヘッド３１の１ラインの発熱素子数分を計数する毎
にラッチ信号２３５を出力する分周回路である。４４０
は入力した画素データの各画素に対応し、シフトレジス
タ２３４の各レジスタ段へ階調データ４４４をＣＬＫ信
号に同期して転送する階調変換デコーダである。これに
より、例えばカラー画像を処理する場合は、Ｙ。

Ｍ、Ｃ各色毎に階調変換デコーダ４４０で階調変換が行
われる。

４４１は階調カウンタで、ラッチ信号２３５を入力する
毎にカウントアツプし、ＣＰＵ４２の指示信号に基づき
、例えば昇華性インクシートのときはｍｏｄ６４　（６
ビツト）の計数を、溶融性インクシートのときはｍｏｄ
１６（４ビツト）の計数を実施している０階調変換デコ
ーダ４４０は階調カウンタ４４１よりの計数値と、入力
した各画素データとを比較し、画素データの方が大きい
かあるいは等しいときに階調データ４４４として“１“
を出力し、画素データの方が小さくなると“Ｏ”を出力
している。ストローブ信号発生回路４４２は、ラッチ信
号２３５より少し遅れてストローブ信号５ＴＢ４４５を
出力し、これにより発熱素子が駆動されて記録が行われ
る。

第１０図は実施例のサーマルヘッド３１の駆動及びスト
ローブ信号ＳＴＢのタイミングを示す図である。

サーマルヘッド３１はライン型のヘッドで、７０は１９
４２分の記録タイミングを示している。

いま、階調変換デコーダ４４０に入力される１画素当り
の画像データが、例えば６ビツトで構成されているとす
ると、１画素当り６４通りのデータの種類を取り得る。

従って、この場合はＮ階調のＮは“６４”となる、まず
、シフトレジスタ２３４に１ライン分のデータ１回目の
ＳＴＢ信号Ｂ。

に対する階調データ４４４が転送され、ラッチ信号２３
５によりラッチ回路２３３にラッチされる。次に、スト
ローブ信号Ｂ、が出力されて、Ｂ、のパルス幅だけデー
タ“１”が出力された発熱素子が駆動される。この発熱
駆動の間に、次の階調データ４４４がシフトレジスタ２
３４に入力され、ＳＴＢ信号４４５が立ち下がると、ラ
ッチ信号２３５によりラッチ回路２３３にラッチされる
。こうして次に、ＳＴＢ信号がＢ、の聞出力される。こ
のような動作が６４回（ＳＴＢ信号Ｂ＋〜Ｂ６４）実行
されて１９４２分の記録が終了する。

即ち、階調変換デコーダ４４０は画像データを入力し、
その画像のうち記録するラインのｍ番目の画素データの
値が“２０“であったとき、その画素データの位置に対
応しているシフトレジスタ２３４のｍ段目に、階調カウ
ンタ４４１の値を参照しながら、前半の２０個のデータ
が“１“で、後半の４４　（６４−２０）個のデータが
“０”となるようなデータ４４４を合計６４回出力する
。

但し、このときシフトレジスタ２３４の他の段には、対
応する画素の階調度に応じてデータがセットされている
ことはもちろんである。

このとき、各ストローブ信号ＳＴＢは、図示の如＜　Ｓ
ＴＢ信号の出力回数に対応して、そのパルス幅が変更さ
れている。このようなストローブ信号ＳＴＢのパルス幅
調整を実行しているのが、ストローブ信号発生回路４４
２である。このストローブ信号発生回路４４２は前述し
たように、インクシート３２の種類に対応した階調デー
タ４４４を対応するＲＯＭテーブルなどにより入力して
おり、インクシート３２の種類に対応してＳＴＢ信号４
４５の幅や周期などを調整している。

第１１図は実施例の熱転写記録装置における記録処理を
示すフローチャートで、ＣＰＵ３８のＲＯＭに記憶され
ている。

ステップＳ１で画像データを入力するとステップＳ２に
進み、その画像データをバッファメモリ３５に記憶する
。ステップＳ３では記録紙をカセット１１０よりピック
アップして記録位置まで搬送し、ステップＳ４でインク
シート３２を搬送して、インクシート３２の所望の位置
が記録位置にくるようにする０次にステップＳ５に進み
、モータ１３１を駆動してサーマルヘッド３１をダウン
させる。

ステップＳ６で１ライン分の画素データをバッファメモ
リ３５より読出し、変換テーブル３６を通してヘッド駆
動パルス制御回路３７に出力する。これにより、第１０
図に示すようなタイミングで階調データ４４４やラッチ
信号２３５及びストローブ信号ＳＴＢが出力される。こ
れにより、サーマルヘッド３１が発熱され、記録紙に転
写記録が行われる０次にステップＳ７に進み、記録紙と
インクシート３２とを１ライン分搬送し、ステップＳ８
で１頁の記録処理が終了したかどうかをみる。そして、
１頁の記録が終了していなければステップＳ６に戻り、
次のラインの画素データをバッファメモリ３５から読出
して、再び前述した記録処理を行う。

なお、カラー記録の場合は、各色の記録データの１頁単
位に記録し、各色の記録が終了するごとに、次に記録す
るインクシートの色部分を記録位置まで搬送し、記録紙
もまたプラテン３４を１周して元に位置まで戻して、別
の色で記録を行う。

この動作を、例えばＹ、Ｍ、Ｃの３色に対して行うこと
により、記録紙にカラー記録を行うことができる。また
、インクシート３２や使用する記録シートの種類に対応
して、前述した階調データ４４４の階調幅や、ストロー
ブ信号ＳＴＢのパルス幅などを変更するようにしても良
い。

以上説明したように本実施例によれば、サーマルヘッド
の発熱素子を覆う絶縁膜に複数の開口部を設けることに
より、発熱素子における発熱面積の制御、即ち、階調表
現を容易にできる効果がある。

また、このようなサーマルヘッドを用いることにより、
階調の再現性の良い熱転写記録装置が実現できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のサーマルヘッドによれば、
印加エネルギーを変更することにより確実に記録濃度を
変更できるため、中間調の記録に適しているという効果
がある。

また本発明の熱転写記録装置によれば、多値記録が可能
で、多階調での記録を容易に実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｂ）は第１の実施例のサーマルヘラ・
ドの形状を示す図、 第２図は実施例のサーマルヘッドにおける発熱素子の各
部の温度分布を示す図、 第３図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ各印加時間に対する転
写領域を示す図、 第４図は実施例のサーマルヘッドにおける印加エネルギ
ーに対する記録濃度の関係を示す図、第５図は実施例の
サーマルヘッドの使用形態を第６図は第２の実施例のサ
ーマルヘッドの形状を示す図、 第７図は実施例のサーマルヘッドを用いた熱転写記録装
置の概略構成を示すブロック図、第８図はヘッド駆動パ
ルス制御回路の概略構成を示すブロック図、 第９図はサーマルヘッドの構成を示す図、第１０図はサ
ーマルヘッドに印加する信号のタイミングを示す図、 第１１図は実施例の熱転写記録装置における記録処理を
示すフローチャート、 第１２図（Ａ）は従来のサーマルヘッドによる印加エネ
ルギーと記録濃度との関係を示す図、第１２図（Ｂ）は
従来のサーマルヘッドにおける電極と発熱素子の形状を
示す図、そして第１２図（Ｃ）はサーマルヘッドの位置
に対応する温度分布を示す図である。 図中、１０．６２・・・発熱素子、１１・・・アルミナ
基板、１２・・・抵抗層、１３・・・電極、１４・・・
絶縁膜、１５・・・耐摩耗層、１６・・・リード部、１
７・・・開口部、３１・・・サーマルヘッド、３２・・
・インクシート、３４・・・プラテン、３５・・・バッ
ファメモリ、３６・・・画像データ変換テーブル、３７
・・・ヘッド駆動パルス制御回路、３８・・・ＣＰＵ、
３９・・・表示部、１０６．１２３，１３１，１３９・
・・モータ、１１０・・・カセット、２３５・・・ラッ
チ信号、４４０・・・階調変換デコーダ、４４２・・・
ストローブ信号発生回路、４４４・・・階調データ、４
４５・・・ＳＴＢ信号である。 第３図 第４図 （イ） 第５図 第６図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発熱素子と、 前記発熱素子に電気エネルギーを供給するための電極と
   を有し、 前記発熱素子を覆う絶縁層の一部分の厚みを薄くして耐
   摩耗層への熱伝導性を高めるように形成したことを特徴
   とするサーマルヘッド。
2. （２）前記絶縁層は抵抗層及び電極上に積層され、前記
   絶縁層のうち前記抵抗層に接触している部分の一部が開
   口しており、前記絶縁層及び前記抵抗層に保護層が積層
   されていることを特徴とする請求項第１項に記載のサー
   マルヘッド。
3. （３）発熱素子と該発熱素子に電気エネルギーを供給す
   るための電極とを有し、前記発熱素子を覆う絶縁層の一
   部分の熱伝導性を高めるように形成したサーマルヘッド
   と、 多値画像信号を入力し、該画像信号の階調度に対応して
   前記サーマルヘッドの各発熱素子の階調度を決定する階
   調決定手段と、 前記階調度に従い前記サーマルヘッドの各発熱素子に通
   電して記録する記録手段と、 を有することを特徴とする熱転写記録装置。