JPH0414466A - 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】 〔概　要〕 特にライントッドサーマルヘッドに関し、発熱ドツトの
温度変化を直接検知して印加電圧のパルス幅を調整し、
消費電力の低減を図ることを目的とし、 セラミックなどからなる基板と、前記基板の表面に列設
された抵抗体材料からなる複数個の発熱〔産業上の利用
分野〕 本発明はサーマルヘッドに係わり、特にライントッドサ
ーマルヘッドの発熱ドツトに直接温度検知手段を設けて
、発熱ドツトの温度変化の検知を行い、その検知結果に
よって印加電圧のパルス幅を調整してなるサーマルヘッ
ドに関する。

近年、ＯＡ化の進展により、情報の出力装置であるプリ
ンタの需要は益々増大している。

プリンタは大きくインパクト方式とノンインパクト方式
に分けられ、インパクト方式ではワイヤドツトプリンタ
、ノンインパクト方式ではレーザプリンタが業務用とし
ては大勢を占めるようになっている。

しかし、機器に組み込まれる超小型とか可搬型とか、あ
るいはパーソナルユースなどの用途になると、現状のワ
イヤドツトプリンタやレーザプリンタでは装置が大げさ
になり、サーマルプリンタが注目されている。

そして、サーマルプリンタにおいては、サーマルヘッド
が要素デバイスとなっており、消費電力を低減すること
が重要な課題となっている。

〔従来の技術〕

サーマルプリンタにおいては、サーマルヘッドに設けら
れたドツト状の発熱抵抗体（以下、発熱ドツトと略称）
に例えば数ｍ秒間電流を流して、その際に発生するジュ
ール熱を利用して感熱記録媒体を発色させる方法が多用
されている。

サーマルヘッドには、記録媒体の紙送りとサーマルヘッ
ドの走査方法とによって、シリアルドツト方式とライン
トッド方式とがある。

そして、記録媒体の進行方向に平行に数個から数十個の
発熱ドツトが並んでいて、例えば記録媒体を１行ごとの
間欠送りを行いながら、サーマルヘッドが記録媒体の進
行方向に直角に機械的に移動走査し印字する方法がシリ
アルドツト方式と呼ばれている。この方式は主にローエ
ンドプリンタによく用いられる。

それに対して、数百価から数十個の発熱ド、７トが記録
媒体の進行方向と直角の幅方向に並んだ構成になってい
るサーマルヘッドを用い、記録媒体を連続送りしたりド
ツトピッチ単位で間欠送りしながら、発熱ドツトを電気
的に走査して印字する方法がライントッド方式と呼ばれ
ている。この方式は高速印字を要求されるプリンタに適
用され、ファクシミリなどに多用されている。

従って、ライントッド方式のサーマルヘッドにおいては
、ドツト数が多くなり、しかも印字速度を上げようとす
ると、多くのドツトを同時に発熱させるために、例えば
数十Ｗといった大きな電力が必要になる。

第４図は従来のライントッドサーマルヘッドの一例の断
面図、第５図は電圧印加の時間経過と温度との関係図で
ある。

図中、１は基板、２は発熱ドツト、５は電極、６は保護
膜、ｌＯはサーマルヘッドである。

第４図において、基板１には、耐熱性と絶縁性が必要な
ので、例えばアルミナセラミ、ンクなどが用いられてい
る。

発熱ドツト２は、発熱・冷却の熱応答をよくするために
薄膜で構成されるのが一般的で、例えば窒化タンタル（
ＴａＮ）の抵抗薄膜が用いられている。

電極５は、細くても導体抵抗が低くて大きな電流が流せ
るように、例えばＡｕの導体が用いられている。

保護膜６は、発熱ドツト２の熱酸化とか記録媒体との摺
動による磨耗とかを防ぐために設けられるもので、例え
ば炭化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｃ）とか五酸化タンタル（Ｔ
ａ２ｅｓ）とかの薄膜が用いられている。

そして、記録媒体８がサーマルヘッド１０の表面を摺動
しながら印字が行われていく。

第５図において、発熱ドツトには数ｍ秒のパルス電圧が
数ｍ秒間隔で順次印加される。それに対して、発熱ドツ
トの尖塔温度は破線Ａのように順次上がっていく。これ
は、基板がだんだん温まっていくためで、破線Ｂのよう
にな偏倚温度が加わるためである。

つまり、サーマルヘッド１０においては、発熱ドツト２
で発生した熱は、本来の記録媒体８の発色に消費される
以外に、基板１や電極５を通しても放散されて、基板１
の温度を上昇させている。

従って、サーマルヘッド１０の低消費電力化に際しては
、発熱ドツト２で発生した熱を如何に効率よく記録媒体
８の発色に利用できるかを考慮する必要がある。

従来からサーマルヘッド１０の消費電力を低減するため
に、いろいろな方策が採られている。

■サーマルヘッド１０の基板１の裏側などに例えばサー
ミスタなどを配設して基板１の温度上昇を検知し、所定
の温度上昇に達したら発熱ドツト２に印加されるパルス
電圧を例えば印加時間（パルス幅）によって調整する。

■ある発熱ドツト２を中心にした隣接する数ドツト分に
ついて、それら数ドツトに印加されたパルス電圧の印加
履歴を計数し、所定の印加回数に達したら発熱ドツト２
に印加されるパルス電圧のパルス幅を調整する。

■発熱ドツト２の直下の基板との間に熱伝導性の低い蓄
熱層を設け、その蓄熱効果によって基板１への過度な熱
放散を防ぐ。

などの方策が採られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、■の方法では、例えば基板を介して間接的に温
度変化を検知しており、しかも発熱ドツトに印加される
数ｍ秒のパルス電圧の繰り返しに対して、圧倒的に長い
時間経過での温度変化しか帰還（フィードバック）でき
ない。

また、■の方法では、実際の発熱ドツトの温度を検知す
るのではなく、一定のアルゴリズムに則ってパルス幅を
加減する。従って、予め想定した印字パターンに合致し
ない使われ方をすると効果が発揮できない。

さらに、■の方法では、発熱ドツトの温度変化を帰還す
る手段がないと、偏倚温度がどんどん上昇し、発熱ドツ
トのパルス応答が悪くなったり尾引きが生じたりするこ
とが間々起こる。

何れの方法においても、発熱ドツトそれ自体の温度変化
を検知していないために、印加電圧のパルス幅制御によ
る低消費電力化が十分になされない問題があった。

そこで本発明は、サーマルヘッドの発熱ドツトに直接温
度検知手段を設けて、発熱ドツトの温度変化の検知を行
い、印加電圧のパルス幅を調整してなるサーマルヘッド
を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、 セラミックなどからなる基板と、 前記基板の表面に列設された抵抗体材料からなる複数個
の発熱ドツトを有し、 前記発熱ドツトの直下に、絶縁層を介して抵抗体材料か
らなる温度検知手段が設けられているように構成された
サーマルヘッドによって解決される。

〔作　用〕

以上述べたように、従来のサーマルヘッドにおいては、
基板の温度上昇などによる発熱ドツトの温度変化を間接
的に検知していたのに対して、本発明においては、発熱
ドツトの温度変化を直接検知するようにしている。

すなわち、それぞれの発熱ドツトの直下に、絶縁層を介
して抵抗体材料からなる温度検知手段を設けるようにし
ている。

そして、抵抗体材料の抵抗温度係数から温度→抵抗値変
換を行い、この抵抗値によって発熱ドツトに印加する電
圧のパルス幅を制御するようにしている。

温度検知手段は薄い絶縁層を介して発熱ドツトに接して
いる。従って、発熱ドツトの温度変化を直に検知するこ
とができるので効果的にパルス幅が制御でき、その結果
、サーマルヘッドの低消費電力化を図ることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例の断面図、第２図は実施例の評
価系のブロック図、第３図は従来例と比較した実施例の
性能を示す図である。

図中、１は基板、２は発熱ドツト、３は絶縁層、４は温
度検知手段、５は電極、６は保護膜、７は制御回路、Ｉ
Ｏはサーマルヘッドである。

サーマルヘッド１０の基板１には、耐熱性のガラスが用
いられる場合もあるが、板厚１ｍｍ程度のアルミナセラ
ミック基板が多用されている。

発熱ドツト２は高耐熱性の抵抗体材料からなり、例えば
面積抵抗２５Ωの窒化タンタル（ＴａＮ）のスパッタ膜
が用いられる。

絶縁層３は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ□）の膜厚１
μｍのスパッタ膜からなる。

温度検知手段４は、高耐熱性の抵抗体材料からなり、こ
＼では面積抵抗２５０Ωの窒化アルミニウム（ＴａＡｆ
ｆｉ）のスパッタ膜が用いられている。

まず、５０ｍｍＸ２０ｍｍのアルミナセラミックの基板
１に、４６ｍｍＸ１ｍｍ（７）大きさのＴａＡｆからな
る温度検知手段４が、スパッタとホトリソグラフィによ
って被着される。この温度検知手段４の長手方向の両端
での抵抗値は１１．５にΩである。

次いで、この温度検知手段４の幅方向の両端部を残して
覆うように５ｉＯｚからなる絶縁層３がスパッタによっ
て被着されている。

次いで、温度検知手段４の真上の絶縁層３の上に、Ｔａ
Ｎからなり、０．１２ｍｍＸ０．０６ｍｍの大きさのド
ツトが、０．２４ｍｍのピッチで１９０個並んだ構成の
発熱ドツト２が、スパッタとホトリソグラフィによって
設けられている。そして、それぞれの発熱ドツト２から
はＡｕの電極５が導出されている。

さらに、発熱ドツト２や電極５の上には、保護膜６とし
て膜厚８μｍの炭化シリコン（Ｓ　ｉ　Ｃ）がスパッタ
によって被着されている。

こうして構成されたサーマルヘッド１０は、図示してな
いサーマルプリンタに装着され、電極５が制御回路に接
続されて用いられる。

第２図において、制御回路７は、印字信号７ａとパルス
幅調整回路７ｂとスイッチ回路７Ｃとを有している。

まず、パルス幅調整回路７ｂは、温度検知手段４から温
度変化のデータが入力するとパルス幅を所定の値に調整
しながら待機しており、印字信号７ａが入力するとスイ
ッチ回路７Ｃに信号を送出する。

この信号を受けてスイッチ回路７Ｃが動作し、所定のパ
ルス幅の電圧が発熱ドツト２に印加されるようになって
いる。

いま、本発明になるサーマルヘッドと、従来の基板の裏
面にサーミスタを設けたサーマルヘッドを同一の印字条
件、つまり初期の印加電圧のパルス幅が１ｍ秒で繰り返
し時間が１３ｍ秒、印字パターンは縦×横が８ドツトの
市松模様、という条件で印字をして評価を行ってみる。

なお、記録媒体には市販の感熱紙を用い、紙送り速度は
１８ｍｍ／秒、従来のサーマルヘッドの場合には、サー
ミスタからの信号をパルス幅調整回路７ｂに入力してい
る。

その結果は、横軸工時間、縦軸：印加電圧のパルス幅と
して図示した第３図の通りである。

すなわち、従来のサーマルヘッドにおいては、約２分３
０秒経過してからパルス幅が徐々に減少しはじめ、約４
分３０秒経過するとパルス幅が約０．７ｍ秒に落ち着く
。

それに対して、本発明になるサーマルヘッドにおいては
、発熱ドツト２の温度変化に対する応答が桁違いに速く
、約４０ｍ秒経過するとパルス幅が０．７ｍ秒に減少す
る。

こうした評価の結果、分単位の印字を繰り返す場合には
、本発明になるサーマルヘッドにおいては、約３０％の
低消費電力化が図れることが確認された。

こ−で例示したサーマルヘッドの基本的な構成材料や温
度検知手段の構成材料や構成条件には、種々の変形が可
能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、従来のサーマルヘッドにおいては、
発熱ドツトの温度変化の検知を間接的に行っていたので
時間遅れが大きかったのに対して、本発明においては、
温度検知手段を発熱ドツトの直下に設けて直接的に検知
しているので検知の応答が速い。そのため、印字開始早
々からパルス幅の制御を行うことができる。

その結果、従来のサーマルヘッドに比較して約３０％の
低消費電力化が図られ、特に可搬型の携帯用のサーマル
プリンタにおいて効果が発揮できる。

従って、本発明は、特に携帯用などの低消費電力が欠か
せない分野へのサーマルヘッドの普及に寄与するところ
が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面図、 第２図は実施例の評価系のブロック図、第３図は従来例
と比較した実施例の性能を示す図、 第４図は従来のライントラ ドサーマルヘッ ドの 一例の断面図、 第５図は電圧印加の時間経過と温度との関係図、である
。 図において、 １は基板、 ２は発熱ドラ ト、 ３は絶縁層、 ４は温度検知手段、 ５は電極、 である。 Ｂ噴量（＆） １丈〔夫そイク１１と、１′ど、４シン′しＴ：９じ多
ナテタリＯづ」巨ルテトごＴＤ七コ″′ｆＩ　　３　　
記 布〔釆ｎラインド、Ｆ町−マルヘー７ドｈ−イ列ｆ）断
面図７　　　今　　　記 不衡トθ月／）寅祐シクｑｆ）ｄカ′Ｌ記第　１　肥 寅矩例の百１Ｆ−（酉なｎ７０・７７肥電圧印η０／）
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セラミックなどからなる基板（１）と、 前記基板（１）の表面に列設された抵抗体材料からなる
   複数個の発熱ドット（２）を有し、 前記発熱ドット（２）の直下に、絶縁層（３）を介して
   抵抗体材料からなる温度検知手段（４）が設けられてい
   ることを特徴とするサーマルヘッド。