JPH03275365A - サーマルヘッド - 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、ワードプロセッサーの出力装置、パーソナル
コンピューターの出力端末等に用いられる熱転写記録装
置用のサーマルヘッドに関するものである。

従来の技術 熱転写記録装置は、低騒音、メインテナンスフリー、普
通紙に印字可能等の点からワードプロセッサーの出力装
置、パーソナルコンピューターの出力端末等に広く用い
られてきており、またそれらのパーソナル化に伴って低
消費電力化が強く要望されてきている。

熱転写記録の原理について第６図を用いて説明する。

第６図は熱転写記録の原理を示す図であり、１はプラテ
ン、２はサーマルヘッド、３はインクリボン、４は記録
用紙であり、インクリボン３はＰＥＴ（ポリエチレンテ
レフタレート）等がらなるベース層５と熱溶融インクか
らなるインク層６によって構成されており、７は記録用
紙４上に転写されたインク層６である。

熱転写記録が行われる過程を以下に述へる。

まず、サーマルヘッド２とプラテン１との間に適当な圧
力を加え、サーマルヘッド２か所望のパターンに従って
発熱することによってインク層６の対応する部分か溶融
して記録用紙４に転写する。その後、サーマルヘッド２
が移動しく図中矢印方向）、使用済みのインクリボン３
を記録用紙４から分離することによりインク層７が記録
用紙４の上に残る。

第７図および第８図はサーマルヘッド２説明するもので
あり、第７図はその断面図、第８図は上面図である。

サーマルヘッド２は一般的に、平板からなるアルミナ等
の基板８上に電気絶縁材料からなるグレーズ層９、その
上に複数の発熱抵抗体膜１０が形成され、発熱抵抗体膜
１０の端部には電極膜１１゜１２が形成されている。さ
らにその上には耐摩耗性および酸化防止のために５ｉ０
２等からなる保護膜１３が全面に形成されている。

電極膜１１と電極膜１２の間に所定の電圧をかけること
によって発熱抵抗体膜１０の電極膜１１と電極膜１２の
間の部分（これを発熱部１４と呼ぶ）に電流が流れ発熱
する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら第７図および第８図で説明した従来のサー
マルヘッドを用いた熱転写記録では、発熱抵抗体膜１０
の発熱のために与えられたエネルギーが有効に使われな
い、あるいは印字信号に対して転写される像が忠実でな
いという課題を有していた。

また、第９図ａ−ｃに発熱部におけるヘッドの温度分布
と、インク層の温度分布を示しているが第８図で示した
ようにサーマルヘッド２における発熱部１４は通常矩形
をしている。従って発熱部１４が発熱した場合第９図す
で示すように中心部はど温度が高い温度分布となり、こ
の熱が伝熱されるインク層６も同じように第９図Ｃで示
すように中心部の温度が高い温度分布になる。インク層
６はある融点（７０℃近辺が多い）を有しており、その
融点以上になった部分が溶融して記録用紙４に転写され
るわけであるため、融点以上に温度が上がっている部分
についてはエネルギーを無駄に使っていると言え、また
温度が融点を越えて上がりすぎるとインク層６の粘度が
下がりすぎて記録用紙４の中に浸透してしまい印字濃度
が下がる現象も起きる。また、温度分布が第９図Ｃで示
したようになっていると、様々な要因（たとえば環境温
度）でインク層６の転写面積か大きく変わるという欠点
も有している。

上述の課題を克服するために第１０図ａで示すようなサ
ーマルヘッドが提案されている（特開平１−２３８９５
７号公報参照）。これは第１０図ａに示すように発熱体
１４を分割して中央部での温度を必要以上に上げなくし
ているものであるが、この場合温度分布は第１０図す、
ｃで示すようになり、１ドツトを転写するのに必要なエ
ネルギーは減るが、分割された発熱体−つ当りの発熱量
は増す傾向にあるため寿命の面で問題がある。

また、第１１図で示すように発熱体１４の中央部に穴を
設けた形のサーマルヘッドも提案されているが、これも
やはり図中Ａ部に電流が集中して寿命の点で問題がある
。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、低消費電力
であり、かつ高印字品質を実現できる優れたサーマルヘ
ッド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 この課題を解決酸するために本発明サーマルヘッドは、
発熱抵抗体膜と電極膜を被覆するように形成する保護膜
として前記発熱抵抗体膜の発熱部分の中心部真上には低
熱伝導率の保護膜を形成し、それ以外は相対的に高熱伝
導率である構成としたものである。

作用 この構成によって、発熱部分中心部ではインクリボン方
向への熱の流れが適当に押さえられ、熱の流れはその周
囲に広がるため、発熱部分の中心部で必要以上に温度が
上がることがなくエネルギーを有効に使って大きなイン
ク転写面積を得ることができる。

実施例 以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図および第２図は本発明の一実施例におけるサーマ
ルヘッドの断面図および上面図（第１図中のＡ方向から
の図）である。

例えばアルミナ等のセラミックス材料からなる基板１５
の主面１６と端面１７との間に傾斜面１８が、主面１６
と３０°の角度をなすように形成されている。この傾斜
面１８の幅は０．３ｍであって、その表面に２０μｍの
厚さになるように低熱伝導率かつ電気絶縁特性のあるグ
レーズ層１９が設けられている。本発明においては、傾
斜面１８の幅、グレーズ層１９の厚さは、必ずしも上記
の値に限定されるものではない。グレーズ層１９の表面
にはスパッタリングによりＴｉＣ−８ｉ０２からなる発
熱抵抗体膜２０が形成されている。また、発熱抵抗体膜
２０の端部には、この発熱抵抗体膜２０に接続されるよ
うに主面１６側及び端面１７側に延出するＣｒ−Ｃｕ等
からなる電極膜２１゜２２かスパッタ等を行った後フォ
トエツチングを行うことにより所定のパターンに形成さ
れている。更にその表面には、２種類の熱伝導率、すな
わち、発熱部２３〈発熱抵抗体膜２０の電極膜２１と２
２の間の部分）の中心部真上には低熱伝導率、それ以外
の部分には高熱伝導率からなる保護膜２４．２５が形成
されている。

本実施例においては、保護膜（低熱伝導率部）２４、保
護膜（高熱伝導率部）２５の組合せとして表１に示した
６種類を検討した。また、比較のために従来例のように
保護膜の熱伝導率に差がないものも合わせて検討した（
ケース７およびケース８）。

（以　　下　　余　　白　　） 表　　１ いずれの場合も発熱部２２真上の部分の保護膜の厚さは
４．５μｍに、それ以外の保護膜の厚さは４．０μｍに
揃え、また、インクリボンのベース層（図示せず）およ
びインク層（図示せず）の厚さをそれぞれ３．５μｍ、
３．０μｍに揃えて熱解析シュミレーションを行った結
果、インク層の温度が融点（７０℃）以上になる面積は
第３図で示すようにケース３〉ケース２〉ケース６〉ケ
ース１〉ケース５〉ケース４〉ケース８〉ケース７の順
に大きかった。

また、ケース１．ケース３．ケース７、ケース８につい
て、発熱部２３の真上に相当する部分のインク層の温度
を測定した結果、熱解析シミュレーションの結果と±３
％の精度で一致していた。温度測定後、ケース１．ケー
ス３．ケース７、ケース８のサーマルヘッドを熱転写記
録装置に取り付けて実印字を行った結果、ケース３〉ケ
ース１〉ケース８〉ケース７の順に印字濃度か高く、熱
解析シミュレーションの結果を反映した。

本実施例においては発熱部２３真上とその周囲部で保護
膜の表面において断差の生じないように調整したサーマ
ルヘッドについて説明したか、本発明は断差の有無に特
定されるものではない。また本実施例において説明した
ように保護膜（低熱伝導率部）２４および保護膜（高熱
伝導率部）２５は、発熱抵抗体膜２０あるいは電極膜２
１．２２と接しているのが望ましいが、必ずしも本発明
はこれに特定されるものではない。

さらに、本実施例に示した保護膜（低熱伝導率部）２４
と保護膜（高熱伝導率部）２５は、各単層膜の場合につ
いて説明したが、本発明は必ずしも単層膜である必要は
な（、所望の性能に合わせて多層膜等であっても何ら構
わない。また、グレーズ層１９のような材質も本来低熱
伝導率であることから、これを保護膜（低熱伝導率部）
２４に用いても構わない。また、本実施例では保護膜（
低熱伝導率部）２４の形状は円形をしているが、必ずし
も本発明はこの形に特定されるものではない。必要条件
は保護膜２４が保護膜２５に比べて層相射的に熱伝導率
が低いことである。また、本実施例で説明した保護膜（
低熱伝導率部）２４と保護膜（高熱伝導率部）２５は、
耐摩耗性、耐酸化性の点で問題ない。

また、本実施例において説明したように傾斜面１８の幅
が０．３１Ｗ１１と非常に小さいため、その上に形成す
るグレーズ層１９の厚さも薄くかつ保護膜全体の周率も
小さくなる。従ってインクリボン（図示せず）にかかる
応力も大きいものとなりサーマルヘッドからの熱がより
効率的にインクリボンに伝熱されることになる。但し本
発明による効果は、傾斜面１８を持つものに必ずしも限
定されない。

以上のように本実施例はインク層の温度を必要以上に上
げることがないため、印字のために与えるエネルギーを
従来よりも低下することかできるものである。

次に本発明の他の実施例について図面を参照しなから説
明する。

第４図および第５図は本発明の他の実施例におけるサー
マルヘッドの断面図および上面図（第４図中のＡ方向か
らの図）である。

第４図及び第５図において２６は発熱部２３く発熱抵抗
膜２０の電極膜２１と２２の間の部分）の中心部真上に
形成された比較的低熱伝導率の保護膜、２７は発熱部２
３の真上でありかつ保護膜（低熱伝導率部）２６以外の
部分に形成された相対的に熱伝導率の高い保護膜、２８
は発熱部２３の真上以外の部分に形成された保護膜（高
熱伝導率部）２７よりは熱伝導率の低い保護膜であり、
他の部材は名称、働き共に第１図で説明した実施例と一
致している。

保護膜（低熱伝導率部）２６．保護膜（高熱伝導率部）
２７．保護膜（周辺部）２８として表２に示した材質を
想定して熱解析シミュレーションを行った結果を第３図
中のケース９に示した。この様に、ケース９ては保護膜
内において発熱部２３真上周辺部への熱の流れか保護膜
（周辺部）２８によって抑制されるため、より選択的に
熱の流れがインクリボン（図示せず）方向へ生じ、イン
ク層の溶融面積を増やす。

表　　２ なお本実施例では保護膜（低熱伝導率部〉２６と保護膜
〈周辺部〉２８は同一の物質であるが、これは別の物質
であっても保護膜（周辺部）２８の熱伝導率が保護＠（
高熱伝導率部）２７の熱伝導率よりも低ければ本発明の
効果は失われるこ七はない。

さらには保護膜（周辺部）２８に相当する部分は保護膜
が除去されていても構わない。

以上のように本実施例は、熱の流れを選択的かつ効率的
にインクリボン側に導くことが可能なため、低消費電力
化かさらに可能であると共に、発熱部２３周囲部での温
度勾配が急であることから、印字される転写ドツトのエ
ツジか鮮明である。

発明の効果 以上のように本発明は、基板と、この基板上に形成した
グレーズ層と、このグレーズ層に形成した発熱抵抗体膜
と、この発熱抵抗体膜に接続されるように形成した電極
膜と、前記発熱抵抗体膜と電極膜とを被覆するように形
成した保護膜とを有し、前記保護膜として前記発熱抵抗
膜の発熱部分の中心部真上には低熱伝導率の保護膜を形
成し、それ以外は相対的に高熱伝導率の保護膜を形成し
て構成したことにより、全熱部中心上での過度な温度上
昇が押さえられ低消費電力で高品質な印字が可能である
という優れた効果を得ることができ、さらに、発熱部分
真上であり、かつ発熱部分の中心部真上でない部分の保
護膜の熱伝導率をその周囲部に対して相対的に低く構成
したことにより、発熱部周囲への熱の逃げか抑制される
ため、更に低消費電力か可能であり、転写ドツトのエツ
ジが鮮明である等の優れた特徴を有する優れたサーマル
ヘッドを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例におけるサーマ
ルヘッドを示す断面図および上面図、第３図は同ヘッド
において保護膜を変えた場合のインク層の温度分布図、
第４図および第５図は本発明の他の実施例におけるサー
マルヘッドを示す断面図および上面図、第６図は熱転写
記録の原理を示す概略図、第７図および第８図は従来の
サーマルヘッドの一例を示す断面図および上面図、第９
図ａ−ｃは従来のヘッドの発熱部形状とその温度分布を
示す上面図および温度分布図、第１０図ａ〜Ｃは他の従
来のヘッドの発熱部形状とその温度分布を示す上面図お
よび温度分布図、第１１図は他の従来のヘッドの発熱部
形状を示す上面図である。 １５・・・・・・基板、１６・・・・・・主面、１７・
・・・・・端面、１８・・・・・・傾斜面、１９・・・
・・・グレーズ層、２０・・・・・・発熱抵抗体膜、２
１．２２・・・・・・電極膜、２３・・・・・・発熱部
、２４，２５，２６．２７．２８・・・・・・保護膜。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、この基板上に形成したグレーズ層と、こ
   のグレーズ層上に形成した発熱抵抗体膜と、この発熱抵
   抗体膜に接続されるように形成した電極膜と、前記発熱
   抵抗体膜と前記電極膜を被覆するように形成した保護膜
   とを有し、前記保護膜として前記発熱抵抗体膜の発熱部
   分の中心部真上には低熱伝導率の保護膜を形成し、それ
   以外の部分には相対的に高熱伝導率の保護膜を形成した
   サーマルヘッド。
2. （２）発熱部分真上であり、かつ発熱部分の中心部真上
   でない部分の保護膜の熱伝導率をその周囲部に対して相
   対的に低く構成した請求項１記載のサーマルヘッド。
3. （３）基板の主面と端面の間に形成された傾斜面にグレ
   ーズ層と、発熱抵抗体膜と、電極膜と、少なくとも２種
   類の保護膜を形成した請求項１または２記載のサーマル
   ヘッド。