JPH0761008A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い記録密度が要求される場合であっても、
製造コストを低減することができ、小形化を図ることが
でき、かつ高品質の印画画像を得ることができるサーマ
ルヘッドを提供する。 【構成】 レーザ光発生装置６０からのレーザ光が回転
駆動される反射鏡６１によって反射され、透明基板５０
を介して、両電極５３，５４で挟まれた部分の感光発熱
層５１に光点６５を形成する。このとき、感光発熱層５
１の受光部位の比抵抗が低下し、受光部位近傍の両電極
間に電流が流れ、発熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ通信装置
やワードプロセッサの印字装置あるいは原稿像を複写す
る複写装置などに好適に用いられるサーマルヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来例のサーマルヘッド１の斜視
図である。電気絶縁性を有する材料から成る絶縁基板２
上には、複数の発熱素子３が一直線上に配列されて発熱
素子ライン４が構成される。各発熱素子３の共通する一
方側は、共通電極ライン５に共通に接続され、各発熱素
子３の他方側は各発熱素子３毎に形成される個別電極６
を介して、複数の駆動回路素子７に接続される。共通電
極ライン５と個別電極６とは、たとえばアルミニウムな
どの金属薄膜をフォトリソグラフィック技術でパターニ
ングして形成される。

【０００３】また前記共通電極ライン５は、絶縁基板２
の外周に沿って形成される。また各駆動回路素子７に
は、発熱素子３を選択的に通電して発熱するための信号
ライン８が接続され、各信号ライン８は外部配線基板９
に接続される。このような構成を有する絶縁基板２は、
たとえばアルミニウムなどの金属材料から成る放熱板１
０に装着される。

【０００４】図１０は、他の従来例のサーマルヘッド１
１の構成を示す系統図であり、図１１はサーマルヘッド
１１の断面図である。このサーマルヘッド１１は、たと
えばガラスから成る電気絶縁性を有する透明基板１２を
備え、透明基板１２上にたとえばＩＴＯ（インジウム錫
酸化物）などの透明導電材料から成る透明電極層１３を
全面に形成する。

【０００５】透明電極層１３上には、所定光量の光を受
光したときに、受光部位の比抵抗が低下するたとえばア
モルファスシリコンやセレン系無機半導体材料あるいは
銅フタロシアニンなどの有機半導体材料などの半導体材
料から形成される感光層１４が全面に形成される。感光
層１４上には窒化タンタルＴａ₃Ｎ₄などから成る発熱抵
抗体層１５が全面に形成され、発熱抵抗体層１５上に
は、たとえばアルミニウムや銅あるいは金などの金属材
料から成る共通電極層１６が全面に形成される。共通電
極層１６は、たとえばＳｉＮなどの電気絶縁性を有する
材料から成る保護膜１７をスパッタなどの真空成膜法で
形成して被覆される。この保護膜１７にプラテンローラ
１８で感熱紙１９が押圧されて後述するように感熱印画
が行われる。

【０００６】このような透明基板１２から保護膜１７の
積層体から成る発熱手段２０の透明基板１２に感熱印画
される光学像を形成するために、レーザ光発生装置２１
と、レーザ光発生装置２１からのレーザ光３０を反射し
て透明基板１２上を矢印Ａ１方向に走査させる反射鏡２
２とが設けられる。反射鏡２２は、駆動装置２３によっ
てレーザ光発生装置２１の発振動作に同期して回転駆動
され、透明基板１２詳しくは感光層１４上を走査する。
このとき、感光層１４上のレーザ光による光点２４の直
径ｄ１は、前記反射鏡２２などを含む光学系により所望
の記録密度に対応して調整することが可能であり、たと
えば直径ｄ１は１００μｍ程度に選ばれる。前記透明電
極層１３には電源２５が接続され、共通電極層１６はた
とえば接地電位に接続される。

【０００７】前記感光層１４は、たとえば光量などの輻
射エネルギレベルが図１２に示すように、閾値Ｅ０を超
えて増大すると、比抵抗が急速に低下する特性を有する
材料が選ばれる。この比抵抗の低下の程度は急峻なほど
好ましく、また閾値Ｅ０はエネルギ効率の点で可及的に
小さいほど望ましい。

【０００８】以下、サーマルヘッド１１の動作について
説明する。レーザ光発生装置２１からのレーザ光が駆動
装置２３で回転駆動される反射鏡２２によって反射さ
れ、透明基板１２および透明電極層１３を介して感光層
１４上に光点２４を形成する。このとき前述したよう
に、感光層１４の受光部位２６の比抵抗が低下し、この
受光部位２６に相当する感光層１４および発熱抵抗体層
１５を通って、透明電極層１３と共通電極層１６との間
に電流３１が流れる。これにより、発熱抵抗体層１５が
発熱し、その発熱部３２によって感熱紙１９に感熱印画
を行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
サーマルヘッド１は、図９に示すようにたとえば感熱記
録紙における記録密度と同密度に発熱素子３を配列し、
各駆動回路素子７の端子は個別電極６と１対１に対応す
るため、多数の駆動回路素子７が必要になる。このた
め、たとえば記録密度が１６ドット／ｍｍ以上になると
発熱素子３および個別電極６を製造するに極めて高い位
置決め精度が必要となり、製造上の歩留りが低下すると
いう課題を有している。

【００１０】また、駆動回路素子７が多数必要となり、
部品点数が増大してコストが上昇し、構成が大形化する
という課題を有している。

【００１１】また、他の従来技術のサーマルヘッド１１
では、前述の従来例で説明したよういに相互に分離して
独立している発熱素子３や、発熱素子３を規定する個別
電極６を高精度のフォトリソグラフィック技術で形成す
る必要が解消され、製造上の歩留りが大幅に改善され
る。また従来例において、所定数毎の個別電極６が接続
されている駆動回路素子７を用いる必要が解消され、部
品点数を削減してコストダウンを図ることができるとと
もに、駆動回路素子７を用いる必要が解消されるので、
サーマルヘッド１１の構成を格段に小形化することがで
きる。

【００１２】しかしながら、サーマルヘッド１１では、
前述したようにレーザ光によって感光層の受光部位２６
の比抵抗が低下したとき、受光部位に相当する感光層１
４および発熱抵抗体層１５を通って透明電極層１３と共
通電極層１６との間に電流３１が流れる。しかし透明電
極層１３の抵抗が大きいため、感光層１４および発熱抵
抗体層１５に流れる電流が小さくなる。この結果、発熱
抵抗体層１５の温度を感熱紙１９に印画を形成するのに
必要な温度まで上げようとすると消費電力量が極めて大
となってしまい、また発熱抵抗体層１５などに電流を流
した際、該電流を流す部位が電源２５と透明電極層１３
との接続部から遠く離れていると透明電極層１３での電
圧降下が顕著なものとなって感熱紙１９に印画の濃淡む
らが発生するという課題がある。

【００１３】またサーマルヘッド１１では、透明基板１
２上に、透明電極層１３／感光層１４／発熱抵抗層１５
／共通電極層１６／保護膜１７の計５層の成膜を行う必
要があり、工程数も多く、さらなる製造コストの削減が
必要であるという課題がある。

【００１４】本発明の目的は、上述の技術的課題を解消
し、高い記録密度が要求される場合であっても、製造コ
ストを低減することができ、小形化を図ることができ、
かつ高品質の印画画像を得ることができるサーマルヘッ
ドを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気絶縁性の
透明基板上に、感光時に比抵抗が低下する材料から成る
感光発熱層と、層方向に通電するための互いに対向する
第１電極、第２電極とを設け、前記透明基板に該透明基
板の下方から選択的に光を照射し、感光発熱層の比抵抗
を部分的に低下させ、第１電極と第２電極との間で選択
的に通電して感熱印画を行うことを特徴とするサーマル
ヘッドである。

【００１６】また本発明は、電気絶縁性の透明基板上
に、互いに対向する第１電極、第２電極を設け、第１電
極、第２電極を覆うようにして感光時に比抵抗が低下す
る材料から成る感光層を設け、感光層の上に抵抗層を設
け、前記透明基板に該透明基板の下方から選択的に光を
照射し、感光層の比抵抗を部分的に低下させ、第１電極
と第２電極間で感光層と抵抗層を選択的に通電して感熱
印画を行うサーマルヘッドであって、前記感光層が受光
したとき、感光層のシート抵抗ｒ１と抵抗層のシート抵
抗ｒ２の関係がｒ１＞ｒ２であることを特徴とするサー
マルヘッドである。

【００１７】

【作用】本発明に従えば、電気絶縁性の透明基板上に、
感光時に比抵抗が低下する材料から成る感光発熱層と、
層方向に通電するための互いに対向する第１電極、第２
電極とを設ける。前記透明基板に該透明基板の下方から
選択的に光を照射し、感光発熱層の比抵抗を部分的に低
下させ、第１電極と第２電極との間で選択的に通電して
感熱印画を行う。

【００１８】したがって、抵抗値の大きい透明電極層を
用いていないので、電圧降下による電力損失が少なく、
レーザ光によって感光層の受光部位の比抵抗が低下した
とき、第１電極と第２電極との間で感光層を介して効率
的に電流を流すことができ、良好に発熱することによっ
て印画品質が向上する。また、透明基板上に感光発熱体
層／電極層／保護膜と３層の構成になるので、製造工程
の大幅な削減と構成の小形化を図ることができる。

【００１９】また本発明に従えば、電気絶縁性の透明基
板上に、互いに対向する第１電極、第２電極を設け、第
１電極、第２電極を覆うようにして感光時の比抵抗が低
下する材料から成る感光層を設け、感光層の上に抵抗層
を設け、その上に保護膜を設け、前記透明基板に該透明
基板の下方から選択的に光を照射し、感光層の比抵抗を
部分的に低下させ、第１電極と第２電極間で感光層と抵
抗層を選択的に通電して感熱印画を行う。レーザ光によ
って感光層が受光したときでさえも、感光層のシート抵
抗ｒ１と抵抗層のシート抵抗ｒ２の関係がｒ１＞ｒ２で
ある。

【００２０】したがって、レーザ光によって感光層が受
光したとき、電流は両電極の近傍においては、比抵抗の
低下した感光層を流れ、両電極から離れたところでは耐
熱性の優れた抵抗層に電流が流れる。これによって、選
択的に両電極間に電流が効率的に流れ、良好に発熱する
ことによって、高品質の印画画像を得ることができる。

【００２１】

【実施例】図１（ａ）は、本発明の一実施例のサーマル
ヘッドの構成を示す平面図であり、図１（ｂ）はサーマ
ルヘッドの正面図であり、図１（ｃ）はサーマルヘッド
の裏面図であり、図１（ｄ）はサーマルヘッドの断面図
である。

【００２２】このサーマルヘッドは、図１に示すように
たとえばガラスなどから成る電気絶縁性を有する透明基
板５０を備え、透明基板上には、所定光量の光を受光し
たときに、受光部位の比抵抗が低下するたとえばアモル
ファスシリコンなどの半導体材料から形成される感光発
熱層５１が形成される。感光発熱層５１上には、第１電
極５３、第２電極５４が互いに向かいあって形成され
る。第１電極と第２電極は、たとえばアルミニウムや銅
などの金属材料から成る。

【００２３】両電極５３，５４と感光発熱層５１上に
は、たとえばＳｉＮなどの電気絶縁性を有する材料など
から成る保護膜５０をスパッタなどの真空成膜法で形成
して被覆される。

【００２４】両電極５３，５４の一部５３ａ，５４ａ
は、たとえばマスキングなどにより保護膜５６は被覆さ
れない。露出した一部の両電極５３ａ，５４ａは、受光
して比抵抗の低下した感光発熱層５１に電力を供給する
ための外部電源５５に接続される。

【００２５】図２で示されるように感光発熱層５１は、
保護膜５６を通してプラテンローラ６０で感熱紙６１が
押圧されて後述するように感熱印画が行われる。

【００２６】このような透明基板５０から保護層５６の
積層体から成るサーマルヘッド基板の感熱印画が行われ
る光学系を形成するために、レーザ光発生装置６０と、
レーザ光発生装置からのレーザ光を反射して透明基板５
０上を矢印Ｍ方向に走査させる反射鏡６１が設けられ
る。反射鏡６１は、レーザ光発生装置６０の発振動作に
同期して回転駆動され、感光発熱層５１の両電極５３，
５４で挟まれた部分を走査する。このとき、感光発熱層
５１上のレーザ光による光点６５の直径ｄ１は、前記反
射鏡などを含む光学系により所望の記録密度に対応して
調整することが可能であり、たとえば光点の直径は、１
００μｍ程度に選ばれる。

【００２７】前記感光発熱層は、たとえば光量などの照
射エネルギレベルが図３で示されるようにある値Ｅ０を
超えて増大すると、比抵抗が急速に低下する特性を有す
る材料が選ばれる。この比抵抗の低下は、急峻なほど好
ましく、またＥ０はエネルギ効率の面で可及的に小さい
ほど望ましい。

【００２８】以下本実施例の動作について説明する。レ
ーザ光発生装置６０からのレーザ光が回転駆動される反
射鏡６１によって反射され、透明基板５０を介して、感
光発熱層５１に上に光点６５を形成する。このときの感
光発熱層５１の受光部位の比抵抗が低下し、受光部位近
傍の両電極間において矢印Ｓ方向に電流が流れる。これ
により感光発熱層５１が部分的に発熱し、その発熱によ
って感熱紙に感熱印画が行われる。

【００２９】感光発熱層１３は、アモルファスシリコン
の他に、セレン系無機半導体材料、銅フタロシアニンな
どが用いられる。また、前述のように光点直径１００μ
ｍ程度に選ばれたとき、シート抵抗１ｋΩ〜３ｋΩにす
るのが望ましいけれども、その場合たとえば感熱発熱抵
抗体層の厚みを０．１μｍとすると、１〜３×１０^-2Ω
ｃｍの比抵抗に設定すればよい。

【００３０】アモルファスシリコンは、不純物をドープ
しない場合、通常絶縁体と同じ電気抵抗となるけれど
も、ボロンＢやフォスフィンＰを適量ドープすることに
よって、金属材料と同じくらいまで比抵抗を下げること
ができる。このドーピングは、半導体製造プロセスで一
般に行われていることであり、アモルファスシリコンを
ＣＶＤ法などによって、製造する場合に予め反応ガスに
ボロンＢやフォスフィンＰなどを含有するＳｉＨ₄、Ｂ₂
Ｈ₆、ＰＨ₃などのガスを適量混合して一度に成膜する方
法と、アモルファスシリコン膜を形成しておいて、後か
らドーピングする材料をイオン化して電場で高速に加速
して注入するイオン注入法などがある。ドーピング量は
連続的に制御できるので、仕様を満たすようなドープ量
を適宜選択することができる。

【００３１】また、図１（ｄ）に示されるように、サー
マルヘッド基板７０には、レーザ光の光路を妨げないよ
うに窓部が確保されたアルミニウムなどから成る放熱板
７１が取付けられる。放熱板７１とヘッド基板とは熱伝
導性の高い接着剤７２にて固定される。また、図１
（ｄ）に示されるように受光窓７５の部分には、酸化ア
ルミニウムＡｌ₂Ｏ₃、セレン化亜鉛ＺｎＳｅ、硫化亜鉛
ＺｎＳなどの単結晶板を用いてもよい。この単結晶板
は、入射光が透過し、かつ熱伝導率の高いのでさらに放
熱性が高まる。また、図４に示すようにサーマルヘッド
の側面部には放熱板７３を配置することにより放熱性が
さらに高くなる。

【００３２】図５は、本発明のさらに他の実施例のサー
マルヘッド断面図である。この実施例は、図１で示され
る実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付
す。図１で示される実施例と異なる点は、透明基板５０
上に、まず電極５３，５４が形成され、その電極５３，
５４にわたって感光発熱層５１が形成されている。この
サーマルヘッドの動作については、図１で示されるサー
マルヘッドと同一なので説明は省略する。

【００３３】従来のサーマルヘッド１１の基板において
は、透明基板１２上に電極層１３／感光層１４／発熱抵
抗体層１５／電極層１６／保護膜と計５層の成膜工程を
必要としていたが、本発明では、透明基板５０上に感光
発熱体層５１／電極層５３，５４／保護膜５６と３層構
成でよく、工程としてはフォトリソ工程の追加で電極層
をスリット形成して電極対を作成するのみであるから、
４工程となり工程数を削減することができる。よって、
１工程の削減に伴って製造コストも低減される上に、歩
留りも向上する。さらに、従来のように抵抗値の大きい
透明電極層１３を使用していないため、電圧降下による
電力損失が少なく、受光時において感光発熱体層５１に
効率的に電流を流すことができ、良好に発熱させること
ができるので、印画品質が向上する。

【００３４】図６（ａ）は、本発明のさらに他の実施例
であるサーマルヘッドの構成を示す平面図であり、図６
（ｂ）はサーマルヘッドの正面図であり、図６（ｃ）は
サーマルヘッドの裏面図であり、図６（ｄ）はサーマル
ヘッドの断面図である。

【００３５】このサーマルヘッドは、図６に示すように
ガラスなどから成る電気絶縁性を有する透明基板８０を
備え、透明基板８０上には、第１電極８２、第２電極８
３が向かいあって形成される。第１電極８２、第２電極
８３はたとえばアルミニウムや銅などの金属材料から成
る。その上に両電極８２，８３を覆うように所定光量を
受光したときに、受光部位の比抵抗が低下するたとえば
アモルファスシリコンなどの半導体材料から形成される
感光層８４が形成される。感光層８４上には、たとえば
窒化タンタルなどから成る抵抗層８５が形成され、その
上には上記各層を覆うように、たとえばＳｉＮなどの電
気絶縁性を有する材料から保護膜８６をスパッタなどの
成膜方法を用いて形成される。

【００３６】両電極の一部８２ａ，８３ａはたとえばマ
スキングなどにより露出されている。露出した一部の両
電極は、受光し比抵抗に低下した感光発熱層８４に電力
を供給するための外部電源９０に接続される。図７に示
されるように、発熱した抵抗層８５はプラテンローラ９
４により感熱紙９５が押圧されて感熱印画が行われる。

【００３７】このように透明基板８０から保護膜８６の
積層体から成るサーマルヘッド基板に感熱印画される光
学像を形成するために、レーザ光発生装置９１と、レー
ザ光発生装置９１からのレーザ光を反射して透明基板上
に矢印Ｌ方向に走査させる反射鏡９２とが設けられる。
反射鏡９２は、レーザ光発生装置９１の発振動作に同期
して回転駆動され、感光層８４の両電極８２，８３で挟
まれた部分の近傍を走査する。このとき、レーザ光によ
る光点の直径は、前記反射鏡などを含む光学系により所
望の記録密度に対応して調整することが可能であり、た
とえば光点直径は１００ミクロン程度が選ばれる。前記
感光層は、前述のようにたとえば光量などの照射エネル
ギレベルがある値を超えて増大すると、比抵抗が急速に
低下する特性を有する材料が選ばれる。

【００３８】以下本実施例の動作について説明する。レ
ーザ光発生装置９１からのレーザ光が回転駆動される反
射鏡９２によって反射され、透明基板８０を介して、両
電極８２，８３に挟まれた部分の近傍の感光層８４に光
点９６を形成する。このとき感光層８４の受光部位の比
抵抗が低下する。この場合は電流は図８で示されるよう
に両電極８２，８３の近傍においては比抵抗の低下した
感光層８４を流れ、両電極から離れたところでは、感光
層８４より耐熱性の優れた抵抗層８５に流れる。このよ
うにするために、受光したときの感光層８４のシート抵
抗ｒ１と抵抗層８５のシート抵抗ｒ２の関係はｒ１＞ｒ
２となるように設定する。たとえば、シート抵抗ｒ１は
１〜３ｋΩ□であり、シート抵抗ｒ２は１０ｋΩ□以上
に設定する。これらのシート抵抗の調整は、前述のよう
にアモルファスシリコンへの不純物のドープ量を調整す
ることによって実現できる。これによって、選択的に両
電極間に電流が流れ、その発熱によって感熱紙に感熱印
画を行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電気絶縁
性の透明基板上に、感光時に比抵抗が低下する材料から
成る感光発熱層と、層方向に通電するための互いに対向
する第１電極、第２電極とを設ける。

【００４０】したがって、抵抗値の大きい透明電極層を
用いていないので電圧降下による電力損失が少なく、レ
ーザ光によって感光層の受光部の比抵抗が低下したと
き、第１電極と第２電極との間で感光層を介して効率的
に電流を流すことができ、良好に発熱して印画品質が向
上する。また透明基板上に、感光発熱体層／電極層／保
護膜の３層の構成になるので、製造工程の大幅な削減と
構成の小形化を図ることができる。

【００４１】また本発明によれば、電気絶縁性の透明基
板上に、互いに対向する第１電極、第２電極を設け、第
１電極、第２電極を覆うように感光時の比抵抗が低下す
る材料から成る感光層を設け、感光層の上に抵抗層を設
けている。レーザ光によって感光層が受光したとき、感
光層のシート抵抗ｒ１と抵抗層のシート抵抗ｒ２の関係
がｒ１＞ｒ２である。

【００４２】したがって、レーザ光によって感光層が受
光したとき、電流が両電極の近傍においては、比抵抗の
低下した感光層を流れ、両電極から離れたところでは、
耐熱性の優れた抵抗層に電流が流れる。これによって選
択的に両電極間に電流が効率的に流れ、良好に発熱する
ことによって、高品質の印画画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のサーマルヘッドの平面図、
正面図、裏面図、および断面図である。

【図２】図１で示されるサーマルヘッドの断面図であ
る。

【図３】感光発熱層５１の特性を示すグラフである。

【図４】本発明の他の実施例のサーマルヘッドの正面図
である。

【図５】本発明のさらに他の実施例のサーマルヘッドの
断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例のサーマルヘッドの
平面図、正面図、裏面図および断面図である。

【図７】図６で示されるサーマルヘッドの断面図であ
る。

【図８】図６で示されるサーマルヘッドの拡大断面図で
ある。

【図９】従来のサーマルヘッド１の斜視図である。

【図１０】従来のサーマルヘッド１１の斜視図である。

【図１１】従来のサーマルヘッド１１の断面図である。

【図１２】感熱層１４の特性を示すグラフである。

【符号の説明】

５０ 透明基板 ５１ 感光発熱体 ５３，５４ 電極 ５６ 保護層 ６０ レーザ光発生装置 ６１ 反射鏡 ６２ 感光紙 ６５ 光点 ７１ 放熱板 ７５ 窓 ８０ 透明基板 ８２，８３ 電極 ８４ 感光層 ８５ 抵抗層 ８６ 保護膜 ９１ レーザ光発生装置 ９２ 反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 １１１ Ｄ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁性の透明基板上に、感光時に比
   抵抗が低下する材料から成る感光発熱層と、層方向に通
   電するための互いに対向する第１電極、第２電極とを設
   け、 前記透明基板に該透明基板の下方から選択的に光を照射
   し、感光発熱層の比抵抗を部分的に低下させ、第１電極
   と第２電極との間で選択的に通電して感熱印画を行うこ
   とを特徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】 電気絶縁性の透明基板上に、互いに対向
   する第１電極、第２電極を設け、第１電極、第２電極を
   覆うようにして感光時に比抵抗が低下する材料から成る
   感光層を設け、感光層の上に抵抗層を設け、 前記透明基板に該透明基板の下方から選択的に光を照射
   し、感光層の比抵抗を部分的に低下させ、第１電極と第
   ２電極間で感光層と抵抗層を選択的に通電して感熱印画
   を行うサーマルヘッドであって、 前記感光層が受光したとき、感光層のシート抵抗ｒ１と
   抵抗層のシート抵抗ｒ２の関係がｒ１＞ｒ２であること
   を特徴とするサーマルヘッド。