JPH0872281A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱抵抗体への印加電力を大とすることなく感
熱記録紙に発熱抵抗体の発熱領域の大きさに近い面積を
もった大きな印字ドットを形成することが可能なサーマ
ルヘッドを提供する。 【構成】電気絶縁性基板１上に蓄熱層２を被着させると
ともに、該蓄熱層２上に発熱抵抗体３及び複数の一対の
電極４とを被着させて成り、前記各一対の電極４間の発
熱抵抗体３を選択的に発熱させて印字を行うサーマルヘ
ッドであって、前記各一対の電極４間の中央域に位置す
る蓄熱層２に、該蓄熱層２より高い熱伝導率を有する蓄
熱材２ａを埋設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサやフ
ァクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマ
ルヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図６に示す如
く、蓄熱層１２が被着されたアルミナセラミックス製の
電気絶縁性基板１１上に、窒化タンタル等の電気抵抗材
料から成る発熱抵抗体１３と、前記発熱抵抗体１３に接
続されるとともに間に所定の間隔をもって配置される一
対の電極１４とを順次被着させ、更に前記発熱抵抗体１
３及び一対の電極１４を保護層１５で被覆した構造を有
しており、前記一対の電極１４間に所定の電力を印加
し、該電極１４間の発熱抵抗体１３をジュール発熱させ
るとともに、該発熱した熱を感熱記録紙に伝導させ、感
熱記録紙を発色させて感熱記録紙に印字ドットを形成す
ることによってサーマルヘッドとして機能する。

【０００３】尚、前記蓄熱層１２は、発熱抵抗体１３の
発した熱の一部を蓄積しサーマルヘッドの熱応答特性を
良好になすためのものであり、ガラスやポリイミド樹脂
等の低熱伝導性材料により形成されている。

【０００４】また前記保護層１５は、発熱抵抗体１３や
一対の電極１４を大気中に含まれている水分等の接触に
よる酸化腐食や感熱記録紙の摺接による摩耗から保護す
るためのものであり、窒化珪素、サイアロン等により形
成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、例えば、一対の電極１
４間に所定の電力（０．２ｍＪ）を印加し発熱抵抗体１
３をジュール発熱させた際、発熱抵抗体１３の表面温度
は、図７に示す如く、発熱領域Ｒの中央域と周辺域とで
大きく相違し、最も高温となる中央域（表面温度：約１
５０℃）と最も低温となる周辺域（表面温度：約９０
℃）とでは約６０℃もの大きな温度差が発生する。かか
るサーマルヘッドの発熱抵抗体１３に、発熱抵抗体１３
の表面温度が約１２０℃以上の温度となったときに発色
する所定の感熱記録紙（例えば、富士写真フィルム株式
会社製TSP-F50US ）を摺接させて印字を行った場合、前
記感熱記録紙は発熱抵抗体１３の中心域で発色するもの
の、周辺部では発色せず、感熱記録紙に形成される印字
ドットの大きさが発熱抵抗体１２の発熱領域Ｒの大きさ
に比し極端に小さくなる欠点を有していた。

【０００６】また上記欠点を解消するために発熱抵抗体
１３への印加電力を大として発熱領域Ｒの周辺域でも感
熱記録紙が発色するようになすことが考えられる。

【０００７】しかしながら、発熱抵抗体１３への印加電
力を大として印字を行った場合、発熱抵抗体１３の発熱
領域Ｒのうち、中央域が過度に高温となり、発熱抵抗体
１３が短時間で熱破損される危険性を有している。

【０００８】また上述の如く、発熱抵抗体１３への印加
電力を大として印字を行うと、印字に要する電力量が増
加し、サーマルヘッドの熱効率が低下する欠点も有して
いる。

【０００９】

【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、発熱抵抗体への印加電力を大とするこ
となく感熱記録紙に発熱抵抗体の発熱領域の大きさに近
い面積をもった大きな印字ドットを形成することが可能
なサーマルヘッドを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、電気絶縁性基板上に蓄熱層を被着させるとともに、
該蓄熱層上に発熱抵抗体及び複数の一対の電極とを被着
させて成り、前記各一対の電極間の発熱抵抗体を選択的
に発熱させて印字を行うサーマルヘッドであって、前記
各一対の電極間の中央域に位置する蓄熱層に、該蓄熱層
より高い熱伝導率を有する蓄熱材を埋設させたことを特
徴とする。

【００１１】また本発明のサーマルヘッドは、前記発熱
抵抗体及び複数の一対の電極を保護層により被覆すると
ともに、前記各一対の電極間の中央域に位置する保護層
に該保護層より高い熱伝導率を有する保護材を埋設させ
たことを特徴とする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付した図面に基づ
いて詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明のサーマルヘッドの一実施例
を示す断面図、図２は図１に示すサーマルヘッドの平面
図であり、１は電気絶縁性基板、２は蓄熱層、２ａは蓄
熱材、３は発熱抵抗体、４は一対の電極、５は保護層で
ある。

【００１４】前記電気絶縁性基板１はアルミナセラミッ
クス等の電気絶縁性材料から成っており、アルミナ、シ
リカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれ
を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法
等を採用することによってセラミックグリーンシートを
形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所
定形状に打ち抜き加工するとともに高温（約１６００
℃）で焼成することによって製作される。

【００１５】また前記電気絶縁性基板１の上面には、例
えば、４．０×１０^-4〜７．５×１０^-4ｃａｌ／ｍｍ・
℃の熱伝導率をもった低熱伝導性材料から成る半円弧状
の蓄熱層２が２５〜６０μｍの厚みに被着されており、
該蓄熱層２はその上面に被着される発熱抵抗体３の発す
る熱の一部を蓄積し、サーマルヘッドの熱応答特性を良
好になす作用、具体的には、サーマルヘッドの表面温度
を短時間で感熱記録紙に印字ドットを形成するに必要な
温度となす作用を為す。

【００１６】前記蓄熱層２はまた、後述する各一対の電
極４間の中央域、即ち、発熱領域Ｒの中央域に、蓄熱層
２より高い熱伝導率（例えば、８．０×１０^-4〜１２．
０×１０^-4ｃａｌ／ｍｍ・℃）をもった蓄熱材２ａを埋
設しており、このため、発熱抵抗体３に所定の電流を流
して発熱抵抗体３をジュール発熱させる際、発熱抵抗体
３の発する熱は、蓄熱材２ａの埋設されている発熱領域
Ｒの中央域に比し発熱領域Ｒの周辺域で効率良く蓄積さ
れることとなり、発熱領域Ｒの周辺域を効果的に高温に
なすことができる。

【００１７】図３は、図１のサーマルヘッドの一対の電
極４間に０．２ｍＪの電力を印加して発熱抵抗体３をジ
ュール発熱させた際に発熱抵抗体３の表面温度を赤外線
温度計を用いて測定した結果を示す図であり、かかる測
定結果からも明らかなように、発熱領域Ｒの中央域にお
ける表面温度は従来のサーマルヘッドと同じ約１５０℃
で、発熱領域Ｒの周辺部における表面温度は従来のサー
マルヘッドに比し約２０℃も高い約１１０℃まで上昇し
ていることが判る。

【００１８】かかるサーマルヘッドの発熱抵抗体３に、
発熱抵抗体３の表面温度が約１２０℃以上の温度となっ
たときに発色する所定の感熱記録紙（富士写真フィルム
株式会社製TSP-F50US ）を摺接させて印字を行った場
合、感熱記録紙に、各一対の電極４間に配される発熱抵
抗体３の面積、即ち、各発熱領域Ｒの面積に近い大きな
印字ドットが形成されるようになり、これによって発熱
抵抗体３への印加電力を大とすることなく感熱記録紙に
良好で鮮明な印字画像を形成することが可能となる。し
かも発熱領域Ｒの中央域における表面温度が過度に高温
となることはないため、発熱抵抗体３が短時間で熱破損
されるのが有効に防止されサーマルヘッドを長期にわた
り良好に機能させることが可能となる。

【００１９】尚、前記蓄熱層２に埋設される各蓄熱材２
ａの面積は各一対の電極４間に配される発熱抵抗体３の
面積の４０〜８０％に成しておくことが好ましい。

【００２０】また前記蓄熱材２ａが埋設された蓄熱層２
は、まず電気絶縁性基板１上に、例えば、６．０×１０
^-4ｃａｌ／ｍｍ・℃の熱伝導率を有したポリイミド樹脂
となるワニスをディスペンサ等を用いて塗布するととも
に、これを約４００℃の温度で熱硬化させて蓄熱層２を
形成し、次に前記蓄熱層２の所定位置にエッチングによ
って凹部を形成するとともに該凹部内に例えば、９．８
×１０^-4ｃａｌ／ｍｍ・℃の熱伝導率を有したポリイミ
ド樹脂となるワニスを充填し、最後にこれを約４００℃
の温度で熱硬化させて蓄熱材２ａとなすことによって電
気絶縁性基板１上に形成される。

【００２１】前記蓄熱層１ａの上面にはまた、複数個の
発熱抵抗体３（幅Ｗ：１１５μｍ、長さＬ：１７５μ
ｍ）と該各発熱抵抗体３に接続される一対の電極４とが
順次被着されている。

【００２２】前記発熱抵抗体３は、ＴａＳｉＯ₂ 、Ｔａ
Ｎ等から成り、それ自体が所定の電気抵抗率を有してい
るため、一対の電極４を介して所定の電力が印加される
と一対の電極４間でジュール発熱を起こす。

【００２３】一方、前記各発熱抵抗体３に接続される一
対の電極４はアルミニウム等から成っており、該電極４
は発熱抵抗体３をジュール発熱させるに必要な所定の電
力を印加する作用を為す。

【００２４】前記発熱抵抗体３及び一対の電極４は従来
周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術
を採用することによって一対の電極４間に位置する発熱
抵抗体３の中央が前記蓄熱層２の蓄熱材２ａ上に配置さ
れるように所定パターン、所定厚み（０．５μｍ乃至
２．０μｍの厚み）に被着される。

【００２５】また前記発熱抵抗体３及び一対の電極４は
保護層５によって被覆されており、該保護層５は発熱抵
抗体３及び一対の電極４を大気中に含まれる水分等の接
触による酸化腐食や感熱記録紙の摺接による摩耗から保
護する作用を為す。

【００２６】尚、前記保護層５を、所定の熱伝導率を有
し、一対の電極４間の発熱抵抗体３を被覆する第１保護
材５ａと、該第１保護材５ａより低い熱伝導率を有し、
一対の電極４及び隣接する発熱抵抗体３間の蓄熱層２を
被覆する第２保護材５ｂとで形成すれば、発熱抵抗体３
に電流を流して発熱抵抗体３の発熱領域Ｒをジュール発
熱させる際、発熱抵抗体３の発する熱は平面方向に拡散
されにくくなり、発熱領域Ｒでより効果的に蓄熱するこ
とができる。従って、保護層５を、所定の熱伝導率を有
し、一対の電極４間の発熱抵抗体３を被覆する第１保護
材５ａと、該第１保護材５ａより低い熱伝導率を有し、
一対の電極４及び隣接する発熱抵抗体３間の蓄熱層２を
被覆する第２保護材５ｂとで形成することが好ましい。

【００２７】前記保護層５は、第１保護材５ａを例え
ば、炭化珪素（熱伝導率：７．０×１０^-2ｃａｌ／ｍｍ
・℃）で形成する場合、第２保護材５ｂは窒化珪素（熱
伝導率：１．７×１０^-2ｃａｌ／ｍｍ・℃）や酸化珪素
（熱伝導率：０．１×１０^-2ｃａｌ／ｍｍ・℃）等で形
成され、従来周知のスパッタリング法等によって発熱抵
抗体３及び一対の電極４の上面に３〜６μｍの厚みに被
着される。

【００２８】かくして、本発明のサーマルヘッドは、一
対の電極４間に印字信号に基づいて所定の電力を印加
し、該電極４間の発熱抵抗体３を選択的にジュール発熱
させるとともに、該発熱した熱を感熱記録紙に伝導さ
せ、感熱記録紙を発色させて感熱記録紙に印字ドットを
形成することによってサーマルヘッドとして機能する。

【００２９】（他の実施例）次に本発明のサーマルヘッ
ドの他の実施例について説明する。

【００３０】図４は、本発明のサーマルヘッドの他の実
施例を示す断面図であり、１は電気絶縁性基板、２は蓄
熱層、２ａは蓄熱材、３は発熱抵抗体、４は一対の電
極、５は保護層、５ｃは第１保護材、５ｄは第２保護
材、６は酸化防止層である。

【００３１】本実施例のサーマルヘッドが図１に示すサ
ーマルヘッドと相違する点は、各一対の電極４間の中央
域に位置する保護層５に該保護層５より高い熱伝導率を
有する保護材５ｃを埋設した点、具体的には、前記中央
域に位置する保護層５を熱伝導率が０．２ｃａｌ／ｃｍ
・ｓｅｃ・℃以上の無機物（例えば、炭化珪素等）から
成る第１保護材５ｃで形成し、該中央域を取り囲む周辺
域の保護層５を、熱伝導率が０．１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃以下の無機物（例えば、酸化珪素、窒化珪素等）
から成る第２保護材５ｄで形成した点である。

【００３２】また本実施例のサーマルヘッドにおいて
は、発熱領域に対応する蓄熱層２を２〜７μｍ突出させ
るとともに、該蓄熱層２及び発熱抵抗体３間に厚み５μ
ｍ以上の酸化防止層６を介在させている。

【００３３】このように各一対の電極４間の中央域に位
置する保護層５に該保護層５より高い熱伝導率を有する
保護材５ｃを埋設することにより、印字時、保護層５は
第１保護材５ｃが埋設されている中央域に比し周辺域で
効率良く温度上昇に寄与し、発熱領域の周辺域をより効
果的に高温となすことができる。

【００３４】また前記蓄熱層２は発熱領域に対応する部
位が２〜７μｍ突出しているため、印字時、感熱紙等が
電極４等に接触するのを有効に防止してサーマルヘッド
と感熱紙等との密着性を向上させることができるととも
に、感熱紙等の摺接による応力の集中を有効に防止して
保護層５の剥離を皆無となすことが可能となる。

【００３５】また一方、前記酸化防止層６は、その厚み
を５μｍ以上に設定しておけば、印字時、異物（紙くず
等）の噛み込み等に起因する発熱抵抗体３の破壊が有効
に防止され、サーマルヘッドを長期間にわたり良好かつ
正常に機能させることができる。従って酸化防止層６の
厚みは、５μｍ以上に設定しておくことが好ましい。ま
た前記酸化防止層６及び保護層５は、両者の厚みの総和
を１３μｍ以下に設定しておけば、発熱抵抗体３の発す
る熱の多くを印字に寄与させてサーマルヘッドの熱効率
を極めて高くなすことができる。従って酸化防止層６及
び保護層５は、両者の厚みの総和を１３μｍ以下に設定
しておくことが好ましい。

【００３６】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々の変更、改良等が可能であり、例えば上記実施例に
おいては、蓄熱材をポリイミド樹脂により形成したが、
これに代えて蓄熱材をガラスにより形成しても良く、こ
の場合も上記実施例と同様の効果を奏する。

【００３７】また上記実施例においては、蓄熱層を半円
弧状に形成したが、これに代えて、図５に示す如く、電
気絶縁性基板１上に半円弧状のガラス製枠材２ｃ（半径
０．５ｍｍ、幅０．３４ｍｍ、高さ３０μｍ）を取着す
るとともに該枠材２ｃ内にポリイミド樹脂から成る蓄熱
層２を充填させ、更に該蓄熱層２上に被着される発熱抵
抗体３の発熱領域Ｒ中央域に蓄熱層２よりも熱伝導性の
高い材料で形成された蓄熱材２ａを埋設しても良く、こ
の場合、上記実施例と同様の効果を奏するのに加え、蓄
熱層２の被着形成時における変形等を枠材２ｃによって
有効に抑制することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、各一
対の電極間の中央域に位置する蓄熱層に、該蓄熱層より
高い熱伝導率を有する蓄熱材を埋設させたことから、発
熱抵抗体に所定の電流を流してジュール発熱させる際、
蓄熱材の埋設されている発熱領域の中央域に比し発熱領
域の周辺域で効率良く蓄積されることとなり、発熱領域
の周辺域を効果的に高温になすことができる。しかも発
熱領域の中央域における表面温度が過度に高温となるこ
とはないため、発熱抵抗体が短時間で熱破損されるのが
有効に防止されてサーマルヘッドを長期にわたり良好に
機能させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す断面
図である。

【図２】図１のサーマルヘッドの部分拡大図である。

【図３】本発明のサーマルヘッドにおける発熱抵抗体の
表面温度を示す図である。

【図４】本発明のサーマルヘッドの他の実施例を示す断
面図である。

【図５】本発明のサーマルヘッドの変形例を示す断面図
である。

【図６】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【図７】従来のサーマルヘッドにおける発熱抵抗体の表
面温度を示す図である。

【符号の説明】 １・・・・電気絶縁性基板 ２・・・・蓄熱層 ２ａ・・・蓄熱材 ３・・・・発熱抵抗体 ４・・・・一対の電極 ５・・・・保護層 Ｒ・・・発熱領域 ５ｃ・・・第１保護材 ５ｄ・・・第２保護材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性基板上に蓄熱層を被着させると
   ともに、該蓄熱層上に発熱抵抗体及び複数の一対の電極
   とを被着させて成り、前記各一対の電極間の発熱抵抗体
   を選択的に発熱させて印字を行うサーマルヘッドであっ
   て、 前記各一対の電極間の中央域に位置する蓄熱層に、該蓄
   熱層より高い熱伝導率を有する蓄熱材を埋設させたこと
   を特徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記発熱抵抗体及び一対の電極を保護層に
   より被覆するとともに、前記各一対の電極間の中央域に
   位置する保護層に該保護層より高い熱伝導率を有する保
   護材を埋設させたことを特徴とする請求項１に記載のサ
   ーマルヘッド。