JPS60225771A - 感熱記録ヘツド - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ファクシミリやプリンタ等に使用される感熱
記録ヘッドに関するものである。

［発明の背景］ ファクシミリやプリンタの利用分野の拡大とともに取り
扱われる情報も多岐にわたシ、印刷記録方法としても、
これら情報に適合すべく、（１）中間調表現、（２）カ
ラー化、（３）高精細化、（４）低消費電力化などの技
術的課題が課せられている。

これらの課題を達成すべく、各種印刷記録方式の研究、
開発が行われてお〕、その中で、発色型記録紙を用いる
発色型感熱記録方式、熱溶融性インクを用いる転写型感
熱記録方式、昇華性染料を用いる転写型感熱記録方式な
どが有望視されている。しかし、これらの記録方式は、
上記技術的課題の全てを達成するものではなく、特にカ
ラー情報を印刷記録するには未だ問題管含んでいる。

以下、これら従来の印刷記録方法を図面を用いて説明し
、それらの問題点を明らかにする。

第１図は発色型感熱記録方式の一従来例を示す説明図で
あり、１は感熱記録紙、２は基紙、３は感熱層、４．５
は相互に反応して発色する発色剤の粒子、６は結合剤、
７は感熱記録ヘッド、８は発色部である。

この従来技術は、基紙２上に感熱層３を塗布した感熱記
録紙１に感熱記録ヘッド７を当接し、感熱記録ヘッド７
に情報信号を供給して発熱させ、この熱によって結合剤
６中に分散隔離されている発色剤粒子４，５ｔ−反応呈
色させて発色部８を生じさせるものである。

この感熱記録方法によると、感熱記録ヘッド７を発熱さ
せるための印加パルス電圧のパルス幅、パルス高を制御
することによ勺、１６階階調度の中間調表現を行うこと
ができるが、多色印刷ができないという欠点がある。す
なわち、多色発色を実現するためには、発色剤の発色開
始温度が互いに異なる複数の組み合わせの発色剤を分散
隔離してなる感熱層を基紙上に形成する必要があり、実
用上では２色が限界であった。

第２図は熱溶融性インクを用いる転写型感熱記録方式の
一従来例を示す説明図であり、９けインクフィルム、１
０は基材、１１は熱溶融性インク層、１２は記録媒体、
１３は感熱記録ヘッド、１４はインクである。

この従来技術は、コンデンサ紙やポリエステルフィルム
からなる基材１０上に熱溶融性インク層１１が塗布され
たインクフィルム９全中間媒体とし、かかるインクフィ
ルム９の熱溶融性インク層１１に記録媒体１２ヲ当接さ
せ、かつ、インクフィルム？の基材１０に当接させた感
熱記録ヘッド１３に情報信号を供給して発熱させ、この
熱によって熱溶融性インク層１１を溶融させ、記録媒体
１２にインク１４とし、て転写させるものである。

この感熱記録方法によると、異なる色を呈する複数のイ
ンクフィルムを用い、各インクフィルムについて記録媒
体上に順次上記の転写記録を行うことによって多色印刷
を行うことができるが、第１図で示した発色型感熱記録
方式と異なり、感熱記録ヘッドを発熱させるための印加
パルス電圧のパルス幅、パルス高を制御することによっ
て得られる中間調はせいぜい３〜４階調であり、実用上
問題がある。かかる問題を解消するための一方法として
、１画素全複数のドツトで表わすようにし、１画素の中
で記録されるドツトの数によって１画素のみかけの濃淡
を　１変化させるようにする方法（組織的ディザ法）が
あるが、この方法では、１画素を複数のドツトで形成す
るために、画素密度が低下し高精細度の記録が得られな
いという問題があり、高精細度の記録を得るためには記
録ヘッドのドツト密度を大幅に増やさなければならず、
記録ヘッドの製造が困難になるという問題があった。

熱溶融性インクフィルムを用いる転写型感熱記録方式に
おける中間調表現に関する問題点を解消するために提案
された従来技術として、昇華性染料を用いる転写型感熱
記録方式がある。

この感熱記録方式は、第２図に示した熱溶融性インクに
代えて、昇華温度が１２０〜２００℃程度の昇華性染料
を基材上に塗布したものであり、かかるインクフィルム
を用いての記録は第２図に示した感熱記録方式の場合と
同様である。

この感熱記録方式によると、感熱記録ヘッドから供給さ
れる熱エネルギーに応じて昇華性染料が記録媒体に移行
するために、記録ヘッドへの印加パルス電圧のパルス幅
、パルス高を制御することによって１６階階調度の中間
調を実現することができ、高精細度の記録を得ることが
できる。しかしながら、昇華性染料の昇華潜熱は熱溶融
性インク１１（第２図）の融解熱や感熱発色層３（第１
図）の発色反応熱に比べて非常に大きく、昇華性染料を
昇華させるためには、１桁程度大きいエネルギーを感熱
記録ヘッドに供給する必要がある。このため、必然的に
消費電力が大きくなり、また、記録ヘッドの耐熱性の限
界から単位時間車りのエネルギーを余り大きくすること
かで゛きず、したがって記録ヘッドへのエネルギー注入
時間を長くせざるを得す、結局、記録速度の低下をまね
くという欠点がある。

Ｆ転昇華性染料は、常淵程度でも比較的緩やかながら徐
々に昇華が進んでおり、保存性をよくするためには記録
媒体上に転写俊速やかに透明なフィルム等で被覆加工す
る必要があり、記録装置の構成が複雑化するという欠点
があった。

第３図および第４図は、上記した従来の感熱記録方式に
用いられる感熱記録ヘッドの発熱抵抗体部分を示したも
のであり、第３図は薄膜型感熱記録ヘッド、第４図は厚
膜型感熱記録ヘッドの代表的な構成を示す。

第３図において、１５は絶縁性の基板、１６は基板上に
形成された電極で、電極の一方は複数の電極がひとまと
めに共通電極１７につながっており、他方は独立した信
号電極１８となっている。

１９け発熱抵抗体であり、発熱抵抗体１９上には図示し
々い保護層が形成されており、発熱抵抗体の酸化および
機械的摩耗を防いでいる。各信号電極１８は図示しない
駆動回路（ドライバー〕に接続されており、情報の有無
に対応して各電極独立に通電できるように構成されてい
る。今、信号電極１８αに情報が存在しているとすると
、共通電極１７に所足のヘッド駆動電圧を与えてやれば
、矢印に示すように電流が流れて発熱抵抗体１９αが発
熱し、はは抵抗体１９αの形状に対応した大きさの１ド
ツ）ｋ印刷記録することができる。

第４図は厚膜型感熱記録ヘッドの構成例を示すもので、
２０は絶縁性基板、２１は基板上に形成された共通電極
、２２は共通電極から分岐したくし形共通電極、２３は
くし形共通電極２２と平行で、かつ、２本のくし形共通
電極の中間位置に配置された信号電極、２４はくし形共
通電極２２および信号電極２３に重ねて形成された帯状
の発熱抵抗体である。発熱抵抗体２４上には、第３図に
示した薄膜型感熱記録ヘッドと同様に保護層が形成され
ている。今、信号電極２３αに情報が存在しているとす
ると、共通電極２１にヘッド駆動電圧を与えてやれば、
矢印に示すように電流は２本のくし形共通電極２２α、
２２ｂから発熱抵抗体を経て信号電極２５（Ｌに流れ、
破線で囲った発熱抵抗体部分２４αに対応した大きさの
１ドツトを印刷記録することができる。

上記した従来の感熱記録ヘッドにおいては、正確なドツ
ト形状を得るため、１発熱抵抗体の温度分布が一様とな
るように、すなわち、１発熱抵抗体内における電流密度
が一様になるように、共通電極と信号電極との距離を、
１発熱抵抗体内で一定となるように構成している。とこ
ろで、電流は最も抵抗の小さい部分に最も多く流れるか
ら、共電極間の距離を不均一にしてやれば、ドツト内の
発熱温度分布が不均一となり、電極間距離の最も小さい
部分がまず発熱し、電流を流し続ければ次第に電極間距
離が大きい部分も温度上昇し、発色もしくは転写印刷が
可能な温度に達することが考えられる。これが成り立て
ば、感熱ヘッドを発熱させるための印加電流の注入時間
に対応してドツト内の発熱面積を変えることができ、第
２図で説明した熱溶融性インクを用いる転写型感熱記録
方式を用いて面積階調を得ることができる可能性がある
が、従来の感熱記録ヘッドに用いられている抵抗体は、
抵抗温度特性の極めて小さな抵抗体であるため、電流密
度は電極間距離の最も小さい部分が常に最大となり、温
度も最高となるため１発熱抵抗体が局所的に熱破壊する
危険性があり、面積階調表現は実用上難かしい。

〔発明の目的］ 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解決し、発
熱抵抗体を破壊させることなく感熱ヘッド駆動電流の注
入時間に対応して印刷記録されるドツトの面積が変わる
ようにすることにより、高精細度のカラー、中間調記録
を低消費電力かつ高速度でできるような感熱記録ヘッド
を提供することにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、発熱抵抗体とし
である温度以上で急激に抵抗値の増大する正特性サーミ
スタ（ｐｒｃ）を用い、かつ、１発熱抵抗体の幅方向に
おける電極間距離が漸次変化するように、共通電極と信
号電極とを配置するようにした点に特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第５図は本発明による感熱記録ヘッドの一実ｍ　例’を
示し、２５はグレーズドセラミック等の絶縁性基板、２
６は基板上に形成された共通電極、２７は共通電極から
分岐したくし形共通電極、２８は信号電極であり、各信
号電極２８は、それぞれ、図示しない駆動回路（ドライ
バー）に接続されており、情報の有無に対応して１本づ
つ独立に通電できるように構成されている。２９はくし
形共通電極２７１信号電極２８の上もしくは下に重ねて
形成された帯状の発熱抵抗体であシ、発熱抵抗体２９の
上面には発熱抵抗体の酸化および機械的摩耗を防止する
ための保護層（図示せず）が形成されている。

本発明の第一の特徴は、発熱抵抗体２９が形成される位
置における信書電極２８の先端部２８′ヲくし形共通電
極２７と非平行となるように配置し、両電極間の距離が
漸次変化するように構成することにある。また、本発明
の第二の特徴は、発熱抵抗体として、インクフィルムの
溶融温度以上のある温度に達すると急激に電気抵抗が増
大する正特性サーミスタ（以下、ＰＴＣと略記する）を
用いることにある。

第６図は本発明の発熱抵抗体として用いるｐｒｃの抵抗
率温度特性の一例を示したものであシ、約２５０℃以上
で抵抗率が約４桁も増加することかわかる。ＰＴＣとし
ては、チタン酸バリウム（Ｂａ’ｌ’ｉ０ｓ　）に各種
金属をドーピングしたものやシリコン系半導体などを用
いることかでき、抵抗率温度特性および抵抗率は材質に
よって広範囲に可変できる。ＰＴＣｆ発熱抵抗体として
基板上に形成する方法としては、Ｌ記原材料をペースト
にした後、厚膜印刷技術を用いて帯状に塗布する方法や
、上記原材料の焼結体をターゲットとしてスパッタリン
グによって薄膜化する方法などを用いることができる。

次に第７図〜第９図を用いて本発明による感熱記録ヘッ
ドの１ドツトについての発熱過程、発色過和を説明する
。

第７図は第５図に示した感熱記録ヘッドの１発熱抵抗体
を示すもので、２７α、２７ｂは共通電極側のくし形共
通電極、２８αは信号電極、′２９は帯状の発熱抵抗体
である。今、信号電極２８αに　１情報が存在するとし
て、両電極間に直流電圧を印加すると、電極間距離が一
定でないために、電流は電極間距離の最も小さい部分に
集中して流れ、破線で囲んだ部分３０α、３０ｂの二個
所が高温となり、３０α、３０ｈに対応した面積のドツ
トが印刷記録される。

第８図は１発熱抵抗体内の抵抗分布ｆＲ，２Ｒ。

３Ｒの３抵抗で模式的に示した図であり、上記の現象は
第８図←）において抵抗Ｒに最大の電流３ｔが流れ、抵
抗Ｒが高温となることに相当する。

ところで、さらに電圧を印加し続けると、第８図におけ
る抵抗Ｒはある温度（例えば２５０℃）に達して急激に
抵抗値が増加し７始め、第８図Ｃｈ）に示すように、回
路３２と３３の抵抗値が等しくなり、回路３２と３３に
同量の電流が流れる状態となる。回路３３の抵抗体の温
度は上昇を続けるため、発熱部分は第７図に二点鎖線で
囲った部分３１ａ。

３１Ａへと面積が増大し、３１ｒＬ、３１ｂに対応した
面積のドツトが印刷記録される。さらに電圧を印加し続
けると、第８図（ｃ）の状態となり、回路３４の抵抗体
も高温となって、１抵抗体全体に対応した面積のドツト
が印刷記録される。

上記した発熱過程において、発熱抵抗体に通常の感熱記
録ヘッドに用いられている抵抗温度係数の小さい抵抗体
を用いた場合、高温になっても抵抗値がほとんど変化し
ないため、電流は常に電極間距離の最も小さい部分に集
中して流れるため、１発熱抵抗体内の高温部と低温部の
温度差が大きく、電極間距離の大きい部分を記録可能温
度まで発熱させようとすると、電極間距離の小さい部分
の温度が極めて高温となり、発熱素子の熱破壊をまねく
。本発明は発熱抵抗体にｐｒｃ＠用いているため、発熱
抵抗体の一部分あるいは全体がある温度（例えば２５０
℃）に達すると、その部分の抵抗値が急激に増加し、電
流が減少し、温度上昇が停止する。すなわち、自己温度
制御機能があるため、発熱素子が熱破壊する恐れがない
。すた、ＰＴＣは極めて大きな正の抵抗温度係数を有し
ているため、例えば第８図の（Ｃ）の状態で、回路３２
．３３．３４に相当する抵抗体部分の温度は、それぞれ
、２４５℃、２５５℃、２６０℃程度のｔｌは等しい温
度となるため、ペタ黒の印刷記録も安定して行うことが
できる。

このように、発熱抵抗体にｐｒｃを用い、電極間距離を
漸次変化するように構成することにより、ヘッド駆動電
流の印加時間に対応した面積のドツトを印刷記録するこ
とができ、１ドツト内で面積階調表現が可能となる。第
７図に示した１発熱抵抗体による記録ドツトの面積変化
の様子を第９図に示す。非発色状態からベタ黒オで連続
的に面積変化させることができることがわかる。

第１０図および第１１図は本発明による感熱記録ヘッド
の他の実施例を示すものであり、第５図（第７図）に示
した実施例と同様、ｐｒｃからなる発熱抵抗体３５、く
し形共通電極３６．信号電極３７から構成されており、
２本のくし形共通電極３６にはさまれた抵抗体部分が１
発熱素子に相当する。両電極間に電圧を印加すると、電
極間距離の最も小さい破線で囲んだ抵抗体部分３８から
発熱が始まシ、電圧印加時間の増加とともに次第に発熱
素子全体へと高温領域が拡がってゆき、電圧印加時間に
対応した面積のドラトラ印刷記録することができる。な
お、両電極３６．３７の形状は抵抗体３５の幅方向にお
ける電極間距離が漸次変化するような形状であればよく
、本実施例に限られるものではない。また、１発熱素子
の形状も正方形、長方形のｔなか、任意の形状に選んで
もさしつかえない。また、発熱抵抗体３５は連続体であ
る必要はなく、各発熱抵抗体ごとに分離されていてもよ
いことは言うまでもない。

Ｃ発明の効果〕 本発明によれば、１発熱体内での発色面積を、感熱記鐙
ヘッドに印加する電圧のパルス物音制御することにより
可変できるため、高精細度の中間調表現が可能であり、
また、熱溶融性インクフィルムによる転写型感熱記録方
式を用いることができるため、カラー記録が低消費電力
かつ高速で行えるという大きな効果がある。また、感熱
記録ヘッドの発熱素子が温度上昇により熱破壊するとい
う恐れがないため、耐久性に優れ、信頼性の高い感熱記
録ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来技術による感熱型記録方式の
説明図、第３図および第４図は従来技術による感熱記録
ヘッドの発熱素子の構成図、第５図は本発明の一実施例
の感熱記録ヘッドの発熱素子の構成図、第６図は本発明
による感熱記録ヘッドに用いる発熱抵抗体の説明図、第
７図〜第９図は本発明による感熱記録方式の説明図、第
１０図および第１１図は本発明の他の実施例を示す図で
ある。 ２７・・・くし形共通電極　２８・・・信号電極２９・
・・発熱抵抗体 第　１　図 第３　図 １７ 第４　関 １ 第５図 彩６図 渇−胤（Ｃ） 第７図 ２８ρ 菊８　図 第Ｃ）図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　共通電極と信号電極との間に発熱抵抗体を形成し
   てなる感熱記録ヘッドにおいて１両電極を、抵抗体の幅
   方向における電極間距離が漸次変化するように構成する
   とともに１発熱抵抗体を、所定の温度以上で電気抵抗が
   急増する材料で形成したことを特徴とする感熱記録ヘッ
   ド。