JPH03251465A - 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、サーマルプリンタに搭載され、印字情報に従
って通電加熱することにより所望の印字を行なうサーマ
ルヘッドに係り、特に、印字濃度を可変とした階調表現
をなしうるサーマルヘッドの改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、熱転写プリンタ等のサーマルプリンタに搭載さ
れるサーマルヘッドは、例えば、複数の発熱抵抗体を絶
縁性基板上に直線的に整列配置し、印字情報に従って前
記各発熱抵抗体を選択的に通電加熱させて、熱転写プリ
ンタにおいては、インクリボンのインクを溶融して酋通
紙に転写記録さ往るようにイ１っている。

第５図は従来のこの種のリーマルヘッドの一例を示すし
のであり、アルミナ等の絶縁性基板１の上面には、蓄熱
層どして機能するガラスからなるグレーズ層２が上面が
平面となるように絶縁性基板１のほぼ全面に積層されて
おり、このグレーズ層２の上面には、Ｔａ２Ｎ等からな
る複数の発熱抵抗体３が、蒸着、スパッタリング等によ
り全体的に積層された後にフォ１〜リソグラフィ技術の
エツチングを行なうことにより直線状に整列して形成さ
れている。これらの各発熱抵抗体３の両側の上面には、
各発熱抵抗体３に対して通電するための共通電極４ａお
よび個別電極４ｂがそれぞれ形成されている。これらの
各市に１４ａ、４ｂは、例えば、△β、Ｃｕ、△Ｕ等の
軟質金属からなり、約２μｍの厚みに蒸る、スパッタリ
ング等により全体的に積層された後にフＡ１〜リソグラ
フィ技術のエツチングを行なうことにより所望の形状の
パターンに形成されている。そして、前記各発熱抵抗体
３は、前記共通電極４ａおにび個別電極４ｂ間に、最小
印字単位たる１ドツト相当分の光熱トラ１−３△を露出
づ−るようにして各個独立に形成され、この発熱抵抗体
３の発熱ドラ１〜３Ａは、前記各電極／Ｉａ、／ｌｂ間
に電圧を印加Ｊることにより発熱されるようにイｆって
いる。

前記絶縁性基板１、グレーズ層２、各発熱抵抗体３おＪ
：び各電極４．ａ、４．ｂの上面には、各発熱抵抗体３
および電極４ａ、４ｂを保護づる約７〜１０μｍの膜ル
の保護層５が積層されており、この保護層５は、発熱抵
抗体３を酸化による劣化から保護するＳｉＯ２等からな
るほぼ２μｍの膜厚の耐酸化層と、この１ｌｉ４酸化層
」二に積層され感熱記録紙、インクリボン等の感熱記録
部祠との接触による摩耗から各発熱抵抗体３おＪζび電
極／１．ａ、／１ｂを保護Ｊる丁ａ　２０５等からなる
約５〜８μｍの膜厚の耐摩耗層とから構成されており、
この保護層５は、前記各電極４ａ、４ｂのり１．１子部
以外の表面のり一ベてを被覆りるにうにイｉつＣいる。

この保護層５の耐酸化層および耐摩耗層は、スパッタリ
ング等の手段により順次形成されるようになっている。

なＪ３、実際の１ノーマルヘツドの製造においては、ひ
とつの絶縁性基板１上に複数個のり一−マルヘッドを形
成するようになっているため、最終工程において前記絶
縁性基板１を分割して所定数のザマルヘッドヂップを得
るＪ：うになっている。

前述した従来のザーマルヘッドを使用する熱転写プリン
タにａ３いては、このザーマルヘッドをインクリボンを
介して用紙に圧接させ、所定の印字情報に基づいて所望
のドラ１〜に対応する個別電極４ｂに通電することによ
り、その発熱抵抗体層３を発熱さけ、前記インクリボン
のインクを前記用紙に溶融転写させることにより、前記
用紙上に所望の印字を行なうことができる。

ところＣ１従来の一船釣ザーマルヘッドの発熱抵抗体３
の発熱ドラ１〜３△の形状は、最も単純な長方形が最も
多く、ついで、長方形の長手方向の中央部にスリブ１〜
を形成して長方形をさらに細長い形状に２分割するもの
が多い。

前述した形状の発熱ドツト３Δからなる複数の発熱抵抗
体３を有するり一−マルヘッドを用いて熱転写プリンタ
により印字濃度を変化させる階調表現を行なおうとする
と、所定の発熱抵抗体３に通電を行なってその発熱ドツ
ト３Ａの濃度がインクリボンのインクを溶融できる濃度
に達した時、その発熱ドツト３Ａの発色面積はすでにそ
の全域となっており、しかもインクは同一面積において
はザーマルヘッドの発熱濃度にかかわらず常に同一・の
濃度の印字しか行なえないので、階調表現を行なうこと
ができない。このため、面積階調、すなわち印字される
画像情報の単位面積の濃度に対応してインクリボンのイ
ンクの転写面積を変化させ、疑似的に階調を表現する方
法を用いていたが、この面積階調によると、画素密度の
低下による画質の低下が生じるどいつ問題点があった。

また、面積階調により画質の高精細化をはかろうとする
と、リーマルヘッドの発熱抵抗体３の発熱ドラ１〜３△
の密度を１インチ当り３００ドツ１−以上とづる必要が
あり、１ノーマルヘツドのコス］〜が著しく高価なもの
と４ｒるという欠点があった。

このため、従来から、発熱抵抗体３の発熱ドラ１〜３Ａ
の形状を工夫づ−ることにより、各発熱ドツ］−内に甲
数または複数の局部的な集中加熱部を設【プる提案か４
１されている。これは、発熱抵抗体３をフＡ１〜リソグ
シフィ技術によりエツチングして、例えば、第６図に示
り−ように、各発熱ドラ１へ３への両側にそれぞれ複数
の段部６を形成し、発熱ドラ１〜３△の長手方向中央部
はど幅を狭くなるように構成づるか、あるいは、第７図
に示すように、各発熱ドラ１〜３Δに円形間ロアおよび
円弧状の切欠ぎ８を整列状に形成１ノで、発熱ドツト３
Ａを格子状に形成することににす、目的を達成Ｊ−るも
のである。

このＪ：うな第６図あるいは第７図の発熱抵抗体３の発
熱ドツト３Ａの形状によれば、通電時間を制御して記録
エネルギを変化さゼることにＪ：す、同−面積内で、多
段階、例えば解像度８本／＃のリーーンルヘッドと熱転
写用インクリボンとの組み合わせにより３２階調以上の
フルカラー画像を記録することができる。

〔発明が解決しようとづる課題〕

ところで、前述した従来の濃度階調を１ｑることができ
るり一−マルヘッドは、発熱抵抗イホ３に、直接ノアＩ
ｉ〜リソグラノイ技術によりエツチングを行なって発熱
ドラ１〜３Δの特殊形状を形成するようにしていた。

一般に、サーマルヘッドの発熱抵抗体３の月利は、］ニ
エツチングの悪い材料から形成されており、フッ酸系の
エツチング液を用いてエツチングしている。このため、
エツチングパターンが？！２ＸＩ微細となる濃度階調可
能な発熱抵抗体３は、エツチングの製造歩留りが著しく
低下し、量産化が回動になるとともに、ローコス１への
→ノーマルヘットどすることができなかった。また、第
６図のものにおいては、発熱ドツト３Ａの最小幅と最大
幅の比が大きいため最小幅にお【プる電流密度が非常に
高いものとなり、発熱抵抗体のパルスノミ命ならびに耐
久性が短かいという問題点があった。

本発明は、前）ホした従来のものにおりる問題点を克服
し、発熱抵抗体のパルスＩＴ命性ならびに印字耐久性を
改善して、長期にわたって階調表現を行なうことができ
るサーマルヘッドを提供り−ることを目的とする。

〔課題を解決Ｊるための手段〕

前述した目的を達成するため請求項第１項のザマルヘッ
ドは、絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグレー
ズ層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体に選
択的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積層して
各発熱抵抗体に発熱ドツトを形成し、これらの上方を保
護層により被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記
発熱抵抗体を構成する発熱抵抗体層を、この発熱抵抗体
層に隣接する共通電極により複数の発熱抵抗体に区画し
、各発熱抵抗体のほぼ中央部に少なくともひとつの個別
電極を、各発熱抵抗体の電流密度に勾配が形成されるに
うに接続したことを特徴ととしている。

また、請求項第２項のサーマルヘッドは、請求項第１項
において前記発熱抵抗体おにび電極の少なくとも一部上
に絶縁体層を積層するとともに、この絶縁体層上に前記
各個別電極に対応する複数のリード線を形成し、絶縁体
層に形成した間口を介して各個別電極と各リード線を接
続したことを特徴としている。

さらに、請求項第３項のサーマルヘッドは、請求項第２
項において、前記絶縁体層を各発熱抵抗体の各発熱ドラ
層上にまで位置せしめたことを特徴としている。

〔作　用〕

前述した構成からなる請求項第１項のり一−マルヘッド
は、発熱抵抗体をエツチングすることなく形成し、しか
も電極構成の工夫により、発熱抵抗体の発熱ドツトを流
れる電流密度に勾配を！ｊえるようにしたものであり、
難エツチング性の月利からなる発熱抵抗体に特殊形状の
発熱ドラ１〜を形成することができ、このＪ：うにして
、濃度階調を行なうことができる発熱抵抗体が形成され
る。一方、電極を、易導電竹、易エツチング性の金属に
Ｊ：す　０ 形成すれば、フォ１〜リソグラフィ技術により高精度に
エツチングすることが可能であるし、しかも電極のエツ
チングパターンが単純なため、製造歩留りが著しく安定
化され、量産化が容易になるとともに、ローコストのサ
ーマルヘッドを提供することができる。

また、各発熱抵抗体の発熱ドツトにおりる電流密度は、
個別電極側で高くなるが、発熱抵抗体のエツチングを行
なうことなく発熱ドツトに電流密度の勾配を形成するこ
とができるので、電流密度の勾配を滑らかにでき、パル
ス寿命性、印字耐久性を改善することができる。

さらに、請求項第２項によれば、発熱抵抗体および電極
の上方を有効利用して個別電極のリード線を配設するこ
とができる。

さらにまた、請求項第３項によれば、各発熱抵抗体の発
熱ドラ１−の熱が直上のリード線に伝達されるので、高
速印字を行なうことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。なお
、前述した従来のものと同一ないし相当する構成につい
ては、図面中に同一の符号をイリして説明する。

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示すもので
あり、本実施例のサーマルヘッドは、絶縁性基板１の一
端部に後述する発熱抵抗体３の発熱ドツト３Ａが位置し
、インクリボンとの接触性の良好なリアルエツジタイプ
とされている。本実施例において、アルミナ等からなる
絶縁性基板１の一端部上には、ガラス等からなるグレー
ズ層２が焼付（プにより上面がほぼ円弧状となるように
部分的に積層されている。

前記グレーズ層２の上には、はぼ０．３μｍの膜厚でＷ
やＭＯからなる電極４を構成する電極層が積層され、こ
の電極層をフォ１ヘリソグラフィ技術によりエツチング
を行なって、共通型ｆｆ１４ａおよび複数の個別型ｖｉ
４ｂが形成される。このうら共通電極４ａは、前記絶縁
性基板１のほぼ全面に形成され、第２′図に示すように
、後）ホする各発熱抵抗体３の発熱ドラ１〜３Δの両側
に間隔を隔てて１ ２ 配設され、それぞれ長方形状で大型の基部１０゜１１と
、これらの基部１０．１１間を連通する複数本の細長い
直線状の細片１２とにより構成されている。そして、両
基部１０．１１と１対の細片１２．１２により囲繞され
た長方形の各空間１３内には、両細片１２．１２間の幅
方向の中央部内に２個の島状の前記個別電極４ｂが、各
細片１２と同方向に間隔を隔てかつ同方面に延在するよ
うに直線状に形成されている。したがって、共通電極４
ａは全体的に格子状パターンとされている。

前記グレーズ層２および各電極４上には、Ｔ　ａ　−Ｓ
　＋　０２等からなる発熱抵抗体３を構成する発熱抵抗
体層が積層され、前記共通電極４ａの各空間１３内には
、各発熱抵抗体３の発熱ドツト３Ａが形成されることに
なる。

また、この発熱抵抗体層の上に約０．３μ瓦の膜厚の５
ｉｎ２等からなる絶縁体層１４が積層される。そして、
このようにして形成された製造の中間段階のサーマルヘ
ッドを約７００℃の空気雰囲気炉内で加熱し、発熱抵抗
体３の焼入れならびに絶縁体層１４のピンホール欠陥部
におりる発熱抵抗体３の酸化による絶縁性の安定化処理
を行なう。

つぎに、熱処理の終った製造の中間段階のサマルヘッド
を炉から取出し、フ第１ヘリソグラフィ技術のエツチン
グにより前記個別電極４ｂの直上の絶縁体層１４をエツ
チングして、この絶縁体層１４に複数のスリット１４Δ
を形成し、各スリット１４Ａ内に発熱抵抗体３を露出さ
せる。また、このエツチング時に、共通電極４ａの外部
接続端子（図示せず）上の絶縁体層１４も同時に除去す
る。その後、前記絶縁体層１４上に約０．２μｍの膜厚
の高融点金属Ｗ、ＭＯｌｌ−ｉ、Ｏｒ等からなる電極層
、ならびにＡＪ）　、ＣＵ、ＡＵ等からなる電極層を順
次積層し、フ７Ｉｌ〜リソグラフィ技術によりこれらの
電極層をエツチングすることにより、第３図に示すよう
に、複数本の個別リード線１５が相互に間隔を隔てて形
成される。各個別リード線１５は、絶縁体層１４に形成
した対応する前記スリン１〜１４Δを介して発熱抵抗体
３に直接３ ４ 接続され、各発熱抵抗体３を介して間接的ながら各個別
電極４ｂと電気的に接続されている。また、各個別電極
１５は、対応する発熱抵抗体３の発熱ドツト３Ａのほぼ
全面に配置され、かつ、外部接続用の個別端子（図示せ
ず）に連なるように形成されている。なお、発熱ドツト
３Ａの近傍の個別リード線１５は、上部のΔＢ　、ＣＬ
Ｉ、　Ａｕ等からなる電極層を除去して下部の高融点金
属からなる電極層のみとしている。

前記絶縁体層１４、個別電極１５などの上には、５１３
Ｎ４等からなる約３〜５μｍの膜厚の保護層５が積層さ
れている。なお、保護層５の表面に生じる個別電極１５
等による凹凸は、ラッピングペーパー等により研磨され
て滑らかに仕上げられる。

前述した構成からなる本実施例によれば、膜厚の薄い発
熱抵抗体３を介して個別リード線１５と電気的に接続さ
れている各個別電極４ｂは、共通電極４ａにより囲繞さ
れた空間１３内に点在しているので、これらの共通電極
４ａおよび個別電極４ｂ間の発熱抵抗体３に通電するこ
とにより発熱抵抗体３の発熱ドツト３Ａにおける電流密
度は、共通電極４ａに近い側はど低く、個別電極４ｂに
近い側はど高いというように勾配が形成されることにな
る。したがって、発熱抵抗体３への通電により、電流密
度の高い個別電極４ｂに近い側の発熱ドツト３Ａは、電
流密度の低い個別電極４ｂに近い側の発熱ドツト３Ａよ
り温度上昇率が大であり、早くインクリボンのインクを
溶融させつる温度に到達するので、発熱抵抗体３への通
電時間を制御して記録エネルギを変化することにより、
通電された発熱抵抗体３においてインクリボンのインク
の溶融転写面積が異なることになる。

すなわち、発熱抵抗体３への通電時間を短かくすると、
電流密度の高い個別電極４ｂの周辺の発熱ドツト３Ａの
みがインクリボンのインクを溶融させつる温度に加熱さ
れるので、用紙に転写されるインクリボンのインクの面
積は小さくなる。

方、発熱抵抗体３への通電時間を長くすると、電流密度
の低い共通電極４ａに隣接する部位までの５ ６ 発熱ドラ１−３Ａがインクリボンのインクを溶融さぜう
る温度に加熱されるので、用紙に転写されるインクリボ
ンインクの面積は大きくなる。

したがって、発熱抵抗体３への通電時間を制御すること
により、印字濃度を変化させる階調表現を行なうことが
できる。

前述した本実施例のサーマルヘッドは、発熱抵抗体３を
流れる電流密度の勾配を電極４の構成によって達成して
おり、発熱抵抗体３のエツチングを行なわない点と、共
通電極４ａにより個別電極４ｂを完全に包囲し、絶縁体
層１４を介して個別電極４ｂから個別リード線１５を導
出するとどもに、個別リード線１５を発熱ドツト３Ａ上
にまで全面形成した点に特徴がある。

このように構成したことにより、難エツチング性の材料
からなる発熱抵抗体３のエツチングが不要になる。しか
るに、発熱抵抗体３の発熱ドツト３Ａの形状により電流
密度の勾配を大きくしようとすると、発熱ドツト３Ａの
形状が複雑化し、微細な面積中において高精度に加工す
ることが大変難かしいという問題点があったが、本実施
例においては、共通電極４ａにより各発熱抵抗体３の発
熱ドツト３Ａが位置する空間１３を形成し、この空間１
３のほぼ中央部に小さく２つの個別電極４ｂ、４ｂを配
置したので、その電極構成が極めて簡単になるし、電極
４の材料は易エツチング性を有するため、電極層を高精
度にエツチングして各電極４を形成することができ、従
来のものにお【プる欠点を完全に解消することができる
。

また、本実施例によれば、発熱抵抗体３を流れる電流密
度の勾配を従来のものと比較して滑らかにすることがで
きるので、パルス府命ならびに印字耐久性を改善するこ
とができる。

さらに、個別リード線１５を発熱抵抗体３の発熱ドツト
３Ａの直上のほぼ全面に配置しているので、各個別リー
ド線１５により発熱ドツト３Ａの熱が良好に伝達される
ことになり、熱効率が向上し、印字エネルギ変調による
濃度変化の幅も大きくとることができる。

第３図は本発明に係るサーマルヘッドの第２実７ ８ 流側を示すものであり、本実施例にｄ３りる共通型（セ
／Ｉａは、第１実施例と異なり、基部１０と、この基部
１０から櫛歯状に突没された複数本の細片１２どにより
一端が開放されたＪ：うに構成されてｄ）す、これらの
共通電極／Ｉａにより三方を囲繞された内側に発熱抵抗
体３の発熱ドラ１〜３△が形成される。

また、本実施例においては、前述した第１実施例と界な
り、１個の発熱抵抗体３に島状の１個の個別電４ｆｉ／
Ｉｂが形成されているが、第１実施例ど同様、１個の発
熱抵抗体３に２個ずつの個別電極４ｂを形成するように
してもよい。

第４図は本発明に係るザーンルヘッドの第３実施例を示
ずものであり、本実施例にお（ブる共通電極４ａは、複
数の円形の空間１３を右するように形成され、この円形
の空間１３内に発熱抵抗体３の発熱ドラ１〜３Ａが形成
されており、この円形の発熱ドラ１〜３Δの中心部に円
形の個別電極４ｂが同心円状に形成されている。

前述した第３図、第４図の各実施例によっても、前述し
た第１実施例と同様の作用効果を秦Ｊ−ることかできる
。

なお、本発明は、前述し）〔実施例に限定されるもので
゛【よなく、必要に応じて種々の変更が可能（゛ある。

例えば、グレーズ層２上にまず発熱抵抗体３を形成し、
この発熱抵抗体３上に電極４を形成するようにしてもよ
い。また、第１実施例にａ３りるようなリアルエツジタ
イプでなく、連記°のタイプであってもにい。

〔発明の効果〕

以」−説明しＩこＪ：うに本発明にＪ、れば、発熱抵抗
体のパルスステ命性ならびに印字耐久性を改善して、長
期にわたって階調表現を行なうことができるという優れ
た効果を奏覆ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るザーマルヘッドの実施例を示す縦
断面図、第２図は第１図の電極構成を示す説明図、第３
図および第４図はぞれぞれ本発明　９ ０ の他の実施例を示す第２図と同様の図、第５図は従来の
丈−マルヘッドを示す縦断面図、第６図および第７図は
それぞれ従来のザーマルヘッドにお番プる電極（ず４成
を示す説明図である。 １・・・絶縁性基板、２・・・グレーズ層、３・・・発
熱抵抗体、３Ａ・・・発熱ドラ１〜．４・・・電極、４
ａ・・・共通電極、４ｂ・・・個別電極、５・・・保護
層、１３・・・空間、１４・・・絶縁体層、１４．Ａ・
・・スリブ１へ、１５・・・個別リード線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグレーズ
   層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体に選択
   的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積層して各
   発熱抵抗体に発熱ドットを形成し、これらの上方を保護
   層により被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記発
   熱抵抗体を構成する発熱抵抗体層を、この発熱抵抗体層
   に隣接する共通電極により複数の発熱抵抗体に区画し、
   各発熱抵抗体のほぼ中央部に少なくともひとつの個別電
   極を、各発熱抵抗体の電流密度に勾配が形成されるよう
   に接続したことを特徴とするサーマルヘッド。 ２）前記発熱抵抗体および電極の少なくとも一部上に絶
   縁体層を積層するとともに、この絶縁体層上に前記各個
   別電極に対応する複数のリード線を形成し、絶縁体層に
   形成した開口を介して各個別電極と各リード線を接続し
   たことを特徴とする請求項第１項記載のサーマルヘッド
   。 ３）前記絶縁体層を各発熱抵抗体の各発熱ドット上にま
   で位置せしめたことを特徴とする請求項第２項記載のサ
   ーマルヘッド。