JPH04187454A - 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、ファクシミリ装置やプリンタ装置における感
熱方式の記録手段に用いられるサーマルヘッドに係り、
特に、良好な階調特性を得ることのできるサーマルヘッ
ドとその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

感熱方式の記録装置は、感熱紙を加熱し、あるいはイン
クドナーシートを加熱してインクを溶融し、これを用紙
に転写することで記録（印字）するものである。

上記の加熱を司る機能部品をサーマルヘッドと呼び、こ
のサーマルヘッドの性能によって、印字品質が左右され
る。

この種の感熱記録装置は、印刷時の騒音が小さく、また
現像・定着工程が不要のため取扱いが容易である等の利
点を有しており、従来より広く用いられている。

サーマルヘッドには、その製造方式の違いにより、薄膜
型と厚膜型とがある。

薄膜型サーマルヘッドは、サーマルヘッドの構成層であ
る電極層（共通電極２個別電極）１発熱体（発熱抵抗体
）層などを蒸着、スパッタリング等の真空成膜技術を用
いて形成するもので、製造設備が大規模で、製造工程も
多い。

一方、厚膜型サーマルヘッドは、サーマルヘッド構成層
を印刷技術によって形成するもので、その製造設備およ
び製造工程とも簡単である。

薄膜技術による成膜は、均一、均質なものができる反面
、コストが高いという欠点があり、現在では厚膜技術に
よって、より均一、均質に成膜したサーマルヘッドを製
造する努力がなされている。

第６図は従来の厚膜型サーマルヘッドの構成の一例を説
明する斜視図であり、第７図は第６図のＸ−Ｘ断面図で
ある。

第６図、第７図において、１はアルミナなどのセラミッ
クス材料からなる絶縁基板、２はガラスグレーズ層（蓄
熱層）、３は共通電極、４は個別電極、５は発熱抵抗体
、６はオーバグレーズ層（耐摩耗層：保護層）である。

従来の厚膜型サーマルヘッドは、放熱用の絶縁基板１の
上に、ガラスグレーズ層２を印刷、焼成した後、さらに
電極材料（例えば、有機金などの金属有機物）ペースト
を印刷、焼成し、フォトリソエツチングによりバターニ
ングして個別電極３−と共通電極４とを形成する。

個別電極３と共通電極４との間に、発熱抵抗体５となる
抵抗体材料ペーストを印刷、焼成し、更にその上を耐摩
耗層６で覆っている。

発熱抵抗体５は、酸化ルテニウム系の厚膜抵抗体であり
、この厚膜抵抗体材料のペーストをスクリーン印刷し、
焼成することによって単位記録ドツト毎に別個に形成す
る。

また耐摩耗層６も、ガラス系材料ペーストを印刷した後
焼成してなるものである。

なお、１画素を構成する発熱抵抗体を複数に分割し、各
発熱抵抗体のヒートスボントの大きさを変えて多諧調表
現を行なうようにしたものが、特開昭６３−１２６７６
７号公報や特開昭６３−１２６７６８号公報に開示され
ている。

第８図はサーマルヘッドによる感熱転写記録方式の一例
の説明図であって、１００はサーマルヘッド、２００は
プラテンローラ、３００は用紙、４００は感熱転写シー
ト（インクドナーシート）である。

インクドナーシート４００は、ベースフィルム４０１上
にインク４０２が塗布されており、このインクドナーシ
ート４００と用紙３００とを重ね合わせ、プラテンロー
ラ２００とサーマルヘッド１００の耐摩耗層６の頂上部
の間を通過するように配置する。

プラテンローラ２００は、耐摩耗層６の頂上部とインク
ドナーシート４００及びインクドナーシート４００と用
紙３００とが密着するように、インクドナーシート４０
０及び用紙３００をサーマルヘッド１００の耐摩耗層６
の頂上部に押しつけている。サーマルヘッド１００の耐
摩耗層６の直下に発熱抵抗体５が位置している。

この様な構成において、選択された個別電極４（第６図
）に接続されているスイッチング素子（ＦＥＴ等のスイ
ッチングトランジスタなど二図示せず）に記録パルスで
あるゲートパルスが印加されることで、上記スイッチン
グ素子がオンとなり、電源（図示せず）→共通電極３→
発熱抵抗体５→個別電極４→接地に電流が流れると、当
該発熱抵抗体５が発熱し、インクドナーシート４００の
ベースフィルム４０１に塗布されたインク４０２が溶融
し、プラテンローラ９の押圧力によって、用紙３００に
インク７ｂが転写され、記録が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ 第９図は従来のサーマルヘッドによる感熱転写特性の説
明図であって、横軸に加熱エネルギーを、縦軸に印字濃
度をとっている。

同図に示したように、従来の感熱転写記録では、高濃度
領域はばらつきが小さく安定して記録される。

しかし、低濃度領域から中濃度領域では、記録濃度りの
傾きが大きく、またばらつきが大きいため、低濃度から
中濃度での階調を表現することは困難であった。

この理由は、次の通りである。

サーマルヘッドの発熱抵抗体５は、第６図、第７図に示
したように、厚さ幅ともに一定のため、温度分布は中央
部で高温になるものの、発熱抵抗体５の両端部に接続す
る共通電極３と個別電極４を介して熱が移動して分散し
、抵抗体上面では略々平らなものになる。

そのため、インクが溶融する温度になるときは、発熱抵
抗体５の全体がその温度になるため、抵抗体より小さい
ドツトが再現しにくいからである。

このように、熱転写記録では、所定濃度（高濃度）を記
録するか、記録をしないかの２値記録には適しているが
、中間調を再現する多値記録には適していなかった。

そのため、従来は、複数のドツトで１画素を構成させ、
１画素中の記録ドツト数を変化させるデイザ法等の面積
階調法が広く用いられていた。

しかし、この方法では、１画素を複数のドツトで構成し
ているため、サーマルヘッドの解像度に比べ画素の解像
度が低下するという問題点や、１画素当たりのドツト数
が増え、駆動回路の数が増加して実装密度が高くなる等
の問題点をもっている。

また、前記公報に開示のように、１ドツトを構成する発
熱抵抗体を複数に分割して、各ヒートスポットの大きさ
を変えて多階調表現を行なっているものでは、発熱抵抗
体や電極の形状を所定形状に微細加工する必要があるた
め、その製造工程が複雑になるという問題点を有してい
る。

本発明の目的は、上記従来技術の諸問題点を解消し、発
熱抵抗体のより小さいドツトを形成可能とし、従来と同
様の実装密度で中間調表現が良好な階調特性をもつサー
マルヘッドおよびその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段コ 上記目的を達成するために、本発明は、絶縁基板上に、
それぞれ共通電極と個別電極からなる複数の対向電極対
と、この対向電極対の共通電極と個別電極を橋絡する発
熱抵抗体とを備えた厚膜型サーマルヘッドにおいて、 少な（とも前記対向電極の共通電極（第１図の３）側と
個別電極（第１図の４）側に、前記発熱抵抗体（第１図
の５）を挟む如く配置した熱伝導率の小なる熱遮断層（
第１図の７）を備え、前記共通電極と個別電極は、その
間隔（第２図のｄ）が前記発熱抵抗体の前記絶縁基板側
で最小で、記録媒体方向に漸次大なるごとく対向配置さ
れた斜面をもつことを特徴とする。

また、このサーマルヘッドの製造方法が、ガラスグレー
ズ層（第４図の２）を被覆した絶縁基板（第４図の１）
上に、発熱抵抗体形成位置において対向し、絶縁基板に
近い部分で最も接近し、該絶縁基板から遠ざかるに従っ
て漸次間隔が大きくなる斜面を持つ熱遮断層（第４図の
７）を形成する工程と、 上記各熱遮断層の上記傾斜面を覆って、共通電極と個別
電極とをそれぞれ形成する工程と、上記熱遮断層上に形
成された共通電極と個別電極の少なくとも一部に橋絡す
る発熱抵抗体を形成する工程と、 を含むことを特徴とする。

［作用コ 本発明によるサーマルヘッドは、上記のように、発熱抵
抗体に接続する共通電極と個別電極側に隣接して熱遮断
層を設けたことにより、共通電極および個別電極側への
熱移動を低減させると共に、共通電極と個別電極の間隔
を絶縁基板側で発熱抵抗体の幅よりも狭くし、絶縁基板
方向に遠ざかるに従って漸次広くしたことで、発熱抵抗
体による記録ドツトの大きさを、発熱抵抗体の幅より極
めて狭い範囲から発熱抵抗体の略々全幅に至る広い範囲
で設定できる。

このような発熱抵抗体の発熱特性を利用し、駆動エネル
ギーを変えることで、１つの発熱抵抗体で該発熱抵抗体
の大きさよりも小さいドツトから該発熱抵抗体の大きさ
までのドツトに至る多階調の階調表現を実現できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例につき、図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明によるサーマルヘッドの一実施例を説明
する部分破断した上面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線で
切断した断面図である。

第１図、第２図において、１はアルミナなどのセラミッ
クス材料からなる絶縁基板、２は蓄熱層であるガラスグ
レーズ層、３は共通電極、４は個別電極、６は耐摩耗層
であるオーバグレーズ層、７は熱伝導率の小さい部材か
らなる熱遮断層である。

発熱抵抗体５は、共通電極３と個別電極４の間に印加さ
れる記録パルス（印字パルス、駆動パルス）のエネルギ
ー（単位時間当たりの電流量）に比例して発熱する。

本実施例では、発熱抵抗体５を共通電極３側と個別電極
４側から挟む位置に熱遮断層７（例えば、ガラス）を設
けている。

この熱遮断層７によって、発熱抵抗体５の共通電極３お
よび個別電極４方向への熱移動による該発熱抵抗体表面
の周辺部（特に、副走査方向端）の冷却が抑制され、消
費電力を低減させると共に最大エネルギー印加時の発熱
抵抗体の表面形状の再現性を確保する。

また、共通電極３と個別電極４の対向間隔を絶縁基板側
では小さくし、絶縁基板１から遠ざかるに従って漸次広
くなるような傾斜面としたことによって、最小加熱エネ
ルギー印加時には記録ドツトの大きさが発熱抵抗体の大
きさよりも極めて小さく、印加エネルギーを大きくする
に従って記録ドツトの大きさを該発熱抵抗体５の略々全
面積に相当する大きさまで増大できる。

すなわち、発熱抵抗体５の上面の中央部に生しるヒート
スポットの大きさを、印加する加熱エネルギーの大きさ
で制御できることになり、駆動電流を変えて発熱抵抗体
の発熱面積を変えることが可能となる。

したがって、発熱抵抗体５に印加する加熱エネルギーの
大きさを変えて、発熱抵抗体５の表面積より極めて小さ
いサイズのドツトから発熱抵抗体の表面積と略々間等の
サイズのドツトに至る多階調の表現が可能となる。

また、第３図は熱遮断層および共通電極１個別電極の他
の構成例を示す第２図と同様の断面図である。

前記第２図では、熱遮断層７および共通電極３゜個別電
極４の対向する斜面が曲率を持つものであるが、第３図
では、上記斜面は平面である。

第２図の構成では、中間濃度領域での階調表現性が良好
で、第３図の構成では全濃度領域で均一な階調再現が得
られるという特長をもつ。

なお、熱遮断層の断面形状（したがって、共通電極と個
別電極の対向面の形状）は上記の各側に限るものではな
く、形成される共通電極と個別電極との間隔が抵抗体の
絶縁基板側で狭く、記録媒体側で漸次広くなるような形
状であれば本発明の目的を達成できるものである。

次に、本発明によるサーマルヘッドの上記一実施例の製
造方法について説明する。

第４図は本発明によるサーマルヘッドの製造方法を説明
する工程図であって、以下、（ａ）〜（ｆ）の順で説明
する。

まず、（ａ）に示すように、セラミックス基板上１に６
０μｍ程度の厚みでガラスグレーズ層２を厚膜技術を用
いて形成しておき、この基板上へ６μｍ程度の厚みにな
るように熱遮断層７（本実施例ではガラス層）を、例え
ば記録密度８ｄｏｔ／ｍｍ（１２５μｍピッチ）抵抗体
に対し、電極対向方向に６０μｍの間隔をあけて形成す
る（ｂ）。

この熱遮断層７の形成は、各発熱抵抗体ごとに形成して
もよいが、本実施例では第１図に示したように電極対の
配列方向（主走査方向）に連続する一対として形成する
。

次に、電極となる金属有機物（例えば、有機金）のペー
ストをスクリーン印刷し、これを乾燥。

焼成して金属層１０を形成する（ｃ）。

金属層１０を覆ってフォトレジスト６０を塗布し、フォ
トマスク８を介してパターン露光を行い、共通電極と個
別電極となる部分のフォトレジストを硬化させる（　ｄ
　、）。

これを現像し、露出した金属層をエツチングすることに
より該金属層を共通電極３と個別電極４とに分離させる
（ｅ）。

共通電極３と個別電極４の分離部分の間隔は、形成すべ
き発熱抵抗体の幅に比較して極めて狭い、例えば８０μ
ｍとする。

まず、フォトレジスト６０を塗布して（ｆ）、フォトリ
ソエツチングにより（ｇ）発熱抵抗体を形成する部分に
開口部を開ける（ｈ）。

その後、フォトレジスト６０を覆って抵抗体ペースト５
０をスクリーン印刷し、（ｈ）で開けた開口部に抵抗体
ペースト５０を充填する（ｉ）。

印刷した抵抗体ペースト５０を乾燥し、フォトレジスト
６０上の抵抗体を除去すると共に発熱抵抗体となる所定
の厚さにラッピングを施す（ｊ）。

その後、フォトレジストを除去して発熱抵抗体５を形成
する（ｋ）。

最後に、ガラスペーストを塗布してオーバーグレーズ層
６を形成し、耐摩耗層とする（ｆｆｉ）。

以上の工程を経て本発明のサーマルヘッドが製造される
。

第５図は本発明によるサーマルヘッドで記録したドツト
形状の説明図である。

同図において、（ａ）は記録エネルギーが小さい場合、
すなわち印字パルス幅を最小とした低濃度領域の記録ド
ツト形状５−１を示し、（ｂ）は（ａ）の場合よりも印
字パルス幅を大きくした中濃度領域の記録ドツト形状５
−２を示す。

また、（Ｃ）は印字パルス幅を最大とした高濃度領域の
記録ドツト形状５−３を示す。

同図からも分かるように、低濃度領域、中濃度領域にお
いては、記録ドツト５−１．５−２は、やや縦方向（熱
遮断層方向）につぶれ気味にはなるが、ドツト径の揃っ
た印字かえられる。

そして、高濃度領域での記録トン）５　３は発熱抵抗体
５の表面形状を略々再現した最大面積であり、低濃度領
域に記録ドツトとして示した（ａ）の記録ドツト５−１
は絶縁基板側での共通電極３と個別電極４の間隔ｄ（第
２図、第３図）に近いサイズのものである。

このように、共通電極３と個別電極４の間隔を絶縁基板
側から遠くなるに従ってその対向面が漸次広くなる斜面
とし、この斜面をもつ共通電極と個別電極とを覆って発
熱抵抗体を形成したことにより、低濃度領域から高濃度
領域にわたって形状の揃った記録ドツトを形成できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、発熱抵抗体に接
続する共通電極と個別電極側に隣接して熱遮断層を設け
たことにより、共通電極および個別電極側への熱移動を
低減させると共に、共通電極と個別電極の間隔を絶縁基
板側で発熱抵抗体の幅よりも狭くし、絶縁基板方向に遠
ざかるに従って漸次広くしたことで、発熱抵抗体の中央
部の温度が最も高く、共通電極側および個別電極側の端
部で小さい温度分布を設定できる。

このような発熱抵抗体の温度分布を利用し、駆動エネル
ギーを変えることで、低濃度領域から高濃度領域にわた
って形状の揃った記録ドツトを形成でき、１つの発熱抵
抗体で該発熱抵抗体の大きさよりも小さいドツトから該
発熱抵抗体の大きさまでのドツトを形成可能として同一
表面積の発熱抵抗体を用いて多階調の階調表現を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーマルヘッドの一実施例を説明
する部分破断した上面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線で
切断した断面図、第３図は本発明によるサーマルヘッド
の他の構造例を示す第２図と同様の断面図、第４図は本
発明によるサーマルヘッドの製造方法を説明する工程図
、第５図は本発明によるサーマルヘッドで記録したドツ
ト形状の説明図、第６図は従来の厚膜型サーマルヘッド
の構成の一例を説明する斜視図、第７図は第６図のＸ−
Ｘ断面図、第８図はサーマルヘッドによる感熱転写記録
方式の一例の説明図、第９図は従来のサーマルヘッドに
よる感熱転写特性の説明図である。 １・・・・絶縁基板、２・・・・ガラスグレーズ層、３
・・・・共通電極、４・・・・個別電極、６・・・・オ
ーバグレーズ層、７・・・・熱遮断層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に、それぞれ共通電極と個別電極から
   なる複数の対向電極対と、この対向電極対の共通電極と
   個別電極間の上を橋絡する発熱抵抗体とを備えた厚膜型
   サーマルヘッドにおいて、少なくとも前記対向電極の共
   通電極側と個別電極側に、前記発熱抵抗体を挟む如く配
   置した熱遮断層を備え、 前記共通電極と個別電極が前記熱遮断層を覆って、前記
   発熱抵抗体に対して前記絶縁基板側で最小で、記録媒体
   方向に漸次大なる間隔で対向する斜面を形成するごとく
   配置されたことを特徴とするサーマルヘッド。
2. （２）絶縁基板上に、複数の対向電極と、この対向電極
   間に橋絡して電気的に接続された発熱抵抗体とを備えた
   厚膜型サーマルヘッドの製造方法において、 ガラスグレーズ層を被覆した絶縁基板上に、発熱抵抗体
   形成位置において対向し、絶縁基板に近い部分で最も接
   近し、該絶縁基板から遠ざかるに従って漸次大なる間隔
   で対向する斜面を持つ熱遮断層を形成する工程と、 上記各熱遮断層の上記斜面を覆って、共通電極と個別電
   極とをそれぞれ形成する工程と、 上記熱遮断層上の斜面に形成された共通電極と個別電極
   を覆って橋絡する発熱抵抗体を形成する工程と、 を含むことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。