(57)【要約】【課題】  感熱記録紙の透明保護層に含まれる潤滑剤を要因とする汚れがサーマルヘッドの表面に付着することを防止し、発色濃度や光沢にムラが発生することを抑制する。【解決手段】  サーマルヘッド３は、部分グレーズ層２３の上に発熱抵抗体層２４が設けられ、発熱抵抗体層２４の上に電極層２５，２６が層設されている。第１保護膜２８は電極層２５の上に形成されており、第２保護膜２９は電極２６の上に形成されている。第１保護膜２８は、カラー感熱記録紙の透明保護層に含有される潤滑剤に対する表面の濡れ性が第２保護膜２９によりも優れた素材から構成されている。カラー感熱記録紙は、高い密着性が保たれる第１保護膜２８に接触しながら加熱される。第２保護膜２９は、潤滑剤に対する濡れ性が低いので、カラー感熱記録紙がサーマルヘッド３から離れるときに潤滑剤は第２保護膜２９に汚れとして付着しにくくなる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層の上に離間して設けられた１対の電極層と、１対の電極層に囲まれた発熱抵抗体層エリアからなる発熱素子と、発熱抵抗体層エリアと電極層とを覆う保護膜とを備えたサーマルヘッドにおいて、
前記保護膜は、記録時に前記発熱素子に対して感熱記録材料が移動する記録方向の上流側に設けられた第１の保護膜と、前記記録方向に対して下流側に設けられ、前記第１の保護膜と組成が異なる第２の保護膜とから構成されており、
前記第１の保護膜と前記第２の保護膜は、前記感熱記録材料に含まれる潤滑剤との接触角がそれぞれ異なることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記第１の保護膜は、前記第２の保護膜に比べ、前記潤滑剤の接触角が小さいことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記第１の保護膜は、前記潤滑剤との接触角が５０度未満であり、前記第２の保護膜は、前記潤滑剤との接触角が５０度以上であることを特徴とする請求項２記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３にいずれか１つ記載のサーマルヘッドを備えたことを特徴とする感熱プリンタ。
【請求項５】
支持体上に感熱記録層とこの感熱記録層を覆う保護層とを備え、前記感熱記録層及び前記保護層の少なくともいずれか一方に潤滑剤を含有する感熱記録材料を用い、請求項１ないし３にいずれか１つ記載のサーマルヘッドにより、熱記録を行うことを特徴とする感熱記録システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子により熱記録を行うサーマルヘッド及びこのサーマルヘッドを備えた感熱プリンタ並びに感熱記録システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
主走査方向に多数の発熱素子が配列されたサーマルヘッドをカラー感熱記録紙に圧接させ、主走査方向と直交する副走査方向にカラー感熱記録紙を搬送しながら発熱素子を駆動させてフルカラー画像を発色記録するカラー感熱プリンタが知られている。カラー感熱記録紙は、支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層が順次形成されており、イエロー感熱発色層の上には感熱発色層を保護する透明保護層が設けられている。カラー感熱プリンタは、イエロー感熱発色層から熱記録を行い、次にマゼンタ感熱発色層、最後にシアン感熱発色層の熱記録を行って、イエロー画像、マゼンタ画像、シアン画像を面順次式にプリントする。イエロー画像とマゼンタ画像がプリントされた後には紫外線による光定着処理が行われ、イエロー感熱発色層とマゼンタ感熱発色層の再発色が防止される。
【０００３】
カラー感熱記録紙の透明保護層は、感熱発色層を保護するだけでなく、プリント画像に光沢を与える。熱記録時にサーマルヘッドが高温になると、透明保護層は熱により軟化してヘッド表面との接触性が高まるが、カラー感熱記録紙がその搬送過程でサーマルヘッドから離れるときに、透明保護層の一部が剥離することがある。カラー感熱記録紙から透明保護層の成分が剥離し、それが付着すると、サーマルヘッドと記録紙の接触が不均一となり、スジ状の光沢ムラや熱伝達性の低下による発色ムラを生じる要因となる。
【０００４】
そこで、従来ではクリーニングシートを用いて定期的にサーマルヘッドを研磨し、ヘッド表面に付着した汚れを取り除くことが行われている（例えば、特許文献１参照）。また、プリント画像の光沢が著しく損なわれた場合にはカラー感熱記録紙を別途再加熱する平滑化処理を行い、光沢度を復元することが行われている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４７６４８号公報
【特許文献２】特開平１１−２４５４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、サーマルヘッドをクリーニングしたり、光沢度を復元するためにカラー感熱記録紙を再加熱することは、余分な工程が増えることになり、プリント時間が長くなる、プリントコストが増加するなどの問題がある。また、透明保護層には潤滑剤が含まれており、熱記録時にこの潤滑剤が溶融して透明保護層からその表面に現れ、この潤滑剤によって熱伝達性と潤滑性が向上する。すなわち、潤滑剤によって画像の濃度むらの発生が抑えられ、粒状性と光沢度が向上し、プリント品質を高めることができる。一方、この潤滑剤はプリントの高品質化を図れるものの、サーマルヘッドの保護膜に付着しやすく、サーマルヘッドの表面の汚れの主要因となる。この汚れによって感熱記録材料の表面が荒れたり、記録材料に傷などの欠陥が生じることから対策が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり、感熱記録材料の保護層に含まれる潤滑剤の効果を損なうことなく、潤滑剤により生じる弊害をなくすことができるサーマルヘッド及びこのサーマルヘッドを備えた感熱プリンタ並びに感熱記録システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層の上に離間して設けられた１対の電極層と、１対の電極層に囲まれた発熱抵抗体層エリアからなる発熱素子と、発熱抵抗体層エリアと電極層とを覆う保護膜とを備えたサーマルヘッドにおいて、前記保護膜は、記録時に前記発熱素子に対して感熱記録材料が移動する記録方向の上流側に設けられた第１の保護膜と、前記記録方向に対して下流側に設けられ、前記第１の保護膜と組成が異なる第２の保護膜とから構成されており、前記第１の保護膜と前記第２の保護膜は、前記感熱記録材料に含まれる潤滑剤との接触角がそれぞれ異なることを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記第１の保護膜は、前記第２の保護膜に比べ、前記潤滑剤の接触角が小さいことを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記第１の保護膜は、前記潤滑剤との接触角が５０度未満であり、前記第２の保護膜は、前記潤滑剤との接触角が５０度以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の感熱プリンタは、請求項１ないし３にいずれか１つ記載のサーマルヘッドを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の感熱記録システムは、支持体上に感熱記録層とこの感熱記録層を覆う保護層とを備え、前記感熱記録層及び前記保護層の少なくともいずれか一方に潤滑剤を含有する感熱記録材料を用い、請求項１ないし３にいずれか１つ記載のサーマルヘッドにより、熱記録を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、サーマルヘッドの表面の保護膜が濡れ性の異なる２種類の材料で構成され、熱記録時に感熱記録材料を移動させる記録方向に対して、その上流側に位置する濡れ性の高い第１の保護膜によって加熱前の感熱記録材料との密着力を高めて良好な伝熱効率を得るとともに、記録方向の下流側に位置する濡れ性の低い保護膜によって加熱後の感熱記録媒体との密着力を小さくしてサーマルヘッドの表面に潤滑剤が汚れとして付着することを防止している。特に、潤滑剤を含有する感熱記録材料に対し、潤滑剤がサーマルヘッド表面の固着することによる凹凸の発生が抑えられ、表面の光沢度の低下が防止できる。これにより、長期間にわたって、サーマルヘッド表面の研磨等のメンテナンスを不要とし、プリント画像の品質を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１において、カラー感熱プリンタ２は、サーマルヘッド３とプラテンローラ４とを備えている。カラー感熱記録紙５は、図中左方から給紙され、図中右方へ搬送される。サーマルヘッド３は、プラテンローラ４上でカラー感熱記録紙５に圧接されるプリント位置と、プラテンローラ４から上方へ離れる退避位置との間で移動する。搬送ローラ６は、給紙されてきたカラー感熱記録紙５をニップして、搬送モータ７の駆動により記録方向と戻し方向とに搬送する。
【００１５】
光定着器８は、イエロー定着ランプ９とマゼンタ定着ランプ１０を備えている。イエロー定着ランプ９は、カラー感熱記録紙５にイエロー画像がプリントされたときに点灯し、例えば発光波長のピークが４２０ｎｍのイエロー定着光を照射し、イエロー画像を光定着させる。マゼンタ定着ランプ１０は、カラー感熱記録紙５にマゼンタ画像が記録されたときに点灯し、例えば発光波長のピークが３６５ｎｍのマゼンタ定着光を照射し、マゼンタ画像を光定着させる。
【００１６】
図２において、カラー感熱記録紙５は、透明（又は白色）の支持体１５の上に、シアン感熱発色層１６、マゼンタ感熱発色層１７、イエロー感熱発色層１８、透明保護層１９が順次積層されて構成されている。なお、各感熱発色層の間に設けられる中間層は図示を省略している。イエロー感熱発色層１８は、イエロー定着ランプ９から照射される定着光により発色能力が消失し、マゼンタ感熱発色層１７は、マゼンタ定着ランプ１０から照射される定着光により発色能力が消失する。各感熱発色層を発色させるのに必要な熱量は、最下層のシアン感熱発色層１６が最も大きく、最上層のイエロー感熱発色層１８が最も小さくなっている。カラー感熱プリンタ２は、各感熱発色層を選択的に発色させてイエロー、マゼンタ、シアンの各画像を面順次に熱記録する。
【００１７】
図３において、サーマルヘッド３には、絶縁性のヘッド基板２２の上に、円柱面状に突出した部分グレーズ層２３と発熱抵抗体層２４とが形成されている。発熱抵抗体層２４の上には１対の電極層２５，２６が設けられている。電極層２５と電極層２６の間に電圧が印加されると、電極層２５と電極層２６との間に位置する発熱抵抗体層２４の一部である発熱エリア２７が１画素分の熱記録を行う発熱素子として機能する。サーマルヘッド３には、発熱エリア２７がライン状に多数配列して設けられており、カラー感熱記録紙５に対して画像を１ラインずつ熱記録する。
【００１８】
電極層２５及び２６と発熱エリア２７は、第１保護膜２８と第２保護膜２９の２種類の保護膜によって覆われている。第１保護膜２８は電極層２５の上に積層され、発熱エリア２７から電極層２６までの範囲では積層される厚みが徐々に小さくなっている。第２保護膜２９は、発熱エリア２７から電極層２６までの範囲で徐々に厚みを増すように積層されており、部分グレーズ層２３によって隆起した範囲では第１保護膜２８の上に積層され、部分グレーズ層２３のない平坦な範囲では電極層２６の上に積層されている。これにより、サーマルヘッド３の表面は、発熱エリア２７の上を境界として、記録方向の上流側に位置する第１保護膜２８からなる表面と、記録方向の下流側に位置する第２保護膜２９からなる表面とが連なった曲面として形成される。
【００１９】
第１保護膜２８は、例えば、窒化珪素（ＳｉＮ）あるいは窒化珪素と酸化珪素の複合素材（ＳｉＯＮ）から構成される。第２保護膜２９は、例えば、炭化珪素と炭素を５：５又は３：７に混合した素材（Ｃｓｉｃ）あるいはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）から構成される。第１保護膜２８及び第２保護膜２９に選択される各素材は、透明保護層１９に含まれる潤滑剤に対する濡れ性の良否によって決められる。透明保護層１９に含まれる潤滑剤は、高級脂肪酸であるステアリン酸、あるいは高級脂肪酸金属塩であるステアリン酸亜鉛を主成分とする。この潤滑剤は、カラー感熱記録紙５が加熱されたときに透明保護層１９の内部で溶融し、サーマルヘッド３と透明保護層１９との間に現れて、サーマルヘッド３の表面と透明保護層１９の表面との間で生じる摩擦を軽減する作用をする。
【００２０】
第１保護膜２８と第２保護膜２９は、図３に示すように、その表面における上記潤滑剤Ｃ１に対する濡れ性が異なる素材からなり、第１保護膜２８は第２保護膜２９よりも濡れ性に優れた素材が用いられる。すなわち、第１保護膜２８を構成する素材Ａ１は、上記潤滑剤の液滴に対する接触角θA が、第２保護膜２９を構成する素材Ｂ１との接触角θB よりも小さい。
【００２１】
サーマルヘッド３は、記録方向の上流側に第１保護膜２８が位置し、第２保護膜２９が記録方向の下流側に位置するようにカラー感熱プリンタ２に組み込まれている。カラー感熱記録紙５は、熱記録時において、透明保護層１９が最も加熱される前の段階では第１保護膜２８と接触し、透明保護層１９が最も加熱された後の段階で第２保護膜２９と接触することになる。
【００２２】
次に、カラー感熱プリンタ２の作用について説明する。プリント処理が開始されると、カラー感熱記録紙５が給紙されて記録方向に搬送されてくる。カラー感熱プリンタ２は、カラー感熱記録紙５の先端を検知し、これが搬送ローラ６にニップされるとサーマルヘッド３を退避位置からプリント位置に移動させる。サーマルヘッド３は、プラテンローラ４に支持されたカラー感熱記録紙５に圧接する。搬送ローラ６によりカラー感熱記録紙５は記録方向に送られるとともに、サーマルヘッド３が駆動を開始して、イエロー画像が１ラインずつ記録される。
【００２３】
カラー感熱記録紙５は、透明保護層１９が第１保護膜２８に接触し、高い密着性が維持された状態で発熱エリア２７により加熱されるので、発熱エリア２７の熱はカラー感熱記録紙５に対して良好に伝達される。カラー感熱記録紙５が搬送されると、加熱された透明保護層１９は第２保護膜２９に接触する。カラー感熱記録紙５は、透明保護層１９と第２保護膜２９との密着性が低い状態でサーマルヘッド３から離脱し、透明保護層１９に含有される潤滑剤が第２保護膜２９に付着しにくくなる。
【００２４】
イエロー画像が記録された部分は、イエロー定着ランプ９を通過するときに光定着される。イエロー画像の記録が終了するとサーマルヘッド３は退避位置に移動され、カラー感熱記録紙５は戻し方向に搬送される。カラー感熱記録紙５を戻し方向に搬送し終わるとサーマルヘッド３は再びプリント位置に移動し、熱記録を開始する。カラー感熱記録紙５は、記録方向に搬送されてマゼンタ画像が１ラインずつ記録される。
【００２５】
マゼンタ画像の記録中にマゼンタ定着ランプ１０が点灯して、マゼンタ画像の記録された部分に定着光が照射される。マゼンタ画像の記録と定着が終了すると、サーマルヘッド３が退避してカラー感熱記録紙５が戻し方向に搬送される。カラー感熱記録紙５が戻し終わると次にシアン画像の熱記録が行われる。シアン画像の記録時にはカラー感熱記録紙５が最も高温に加熱され、透明保護層１９に含有される潤滑剤は最も軟化する。第２保護膜２９は潤滑剤に対する濡れ性が劣るので、潤滑剤が第２保護膜２９に付着してもカラー感熱記録紙５が搬送される過程で記録紙自身に転移して容易に取り除かれる。すなわち、潤滑剤による汚れは焼き付く前に取り除かれ、汚れの固化が抑制される。
【００２６】
シアン画像の記録が終了すると、フルカラーの画像がプリントされたカラー感熱記録紙５が外部に排出され、プリント処理が終了する。
【実施例】
【００２７】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。上記実施形態における第１保護膜２８と第２保護膜２９にそれぞれ適した素材を決定するために、サーマルヘッドの保護膜に使用される代表的な素材である、ＳｉＯＮ、ＤＬＣ、ＣＳｉＣの適性について実験を行った結果を図５に示す。実験内容は、フルカラープリントの可能な上述のカラー感熱記録紙を使用し、記録エネルギー５０ｍＪ／ｍｍ2 を付与したときのマゼンタ画像の粒状評価を目視により行った。また、６０００枚の連続印画を行い、印画濃度や記録紙表面の光沢にスジ状の欠陥が何枚目の印画で発生するかを確認した。
【００２８】
まず、記録方向の上流側に位置する第１保護膜と下流側に位置する第２保護膜とを、図５に示す各素材の組み合わせで蒸着法により形成し、計６種類のサーマルヘッドを作製した。図中の潤滑剤接触角は、各サーマルヘッドを１５０°Ｃに加熱し、カラー感熱記録紙の潤滑剤として用いられるステアリン酸亜鉛を各保護膜に５μｇ滴下し、２０秒間静置した後に光学顕微鏡により観察される液滴の各保護膜との接触角を測定したものである。
【００２９】
この結果より、実験例１及び２で示されるように、上流側の第１保護膜に用いる素材としては、ＤＬＣやＣＳｉＣを用いるよりも、接触角が比較的小さい素材であるＳｉＯＮを用いた場合の方がマゼンタ画像の粒状評価の結果が良好であることが確かめられた。また、下流側の第２保護膜に用いる素材としては、接触角が大きい素材であるＤＬＣやＣＳｉＣを用いることが濃度・光沢スジを発生しにくくすることが確かめられた。
【００３０】
したがって、第１保護膜としてＳｉＯＮを用いると、粒状が最も目立たない印画が可能であり、サーマルヘッドと感熱記録媒体との熱伝達性が最も優れていることになる。また、第２保護膜としてＤＬＣ、ＣＳｉＣを用いると、スジ状の濃度ムラや光沢の欠陥の発生が最も起きにくく、サーマルヘッドの表面に汚れが固着しにくいことになる。特に、第１保護膜として潤滑剤との接触角が５０°を下回る素材を用いることで良好な熱伝達性が得られ、第２保護膜としては、潤滑剤との接触角が５０°を上回る素材を用いることで汚れの付着防止が期待できることが判明した。
【００３１】
なお、上記実施形態は、第１保護膜２８と第２保護膜２９とが、濡れ性の異なる２種類の保護膜用材料を発熱素子の周辺で厚みが小さくなるように積層させて形成されているが、例えば、図６に示すように、発熱エリア２７の中心部を境界として、記録方向の上流側のみに第１保護膜３５を形成し、記録方向の下流側のみに第２保護膜３６を形成してもよく、本発明は、２種類の保護膜の具体的な積層構造に限定されず、サーマルヘッドの表面に、濡れ性の異なる２つの表面が記録方向の上流側と下流側とに設けられていればよく、２つの面が発熱素子によって最高温に上昇する範囲内にその境界を有していれば上記各実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００３２】
記録方向とは、熱記録時に発熱素子に対して感熱記録材料を相対的に移動させる方向を意味し、感熱記録材料を移動させることに限らず、サーマルヘッドを移動させることも含む。本発明は、上記実施形態のようなラインプリンタに限られず、感熱記録材料を搬送する方向と直交する方向にサーマルヘッドを移動させるシリアルプリンタとして構成されていてもよい。
【００３３】
また、本発明のサーマルヘッドは、カラー感熱記録紙を発色記録するカラー感熱プリンタに限られず、インクリボンを加熱して記録紙に転写する感熱プリンタにも等しく適用でき、熱転写されるインク層が設けられた面とは反対側の面にサーマルヘッドと接する際の潤滑性を良好にする潤滑剤を含有する保護層が設けられたインクリボンが用いられる場合に、インクリボンの加熱によって保護層から転移した成分がサーマルヘッドの表面に汚れとして付着しにくくなる。また、本発明は、フルカラープリントの可能なものに限らず、単色プリントや二色プリントを行うサーマルヘッド及び感熱記録媒体が用いられる形態にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】カラー感熱プリンタの概略構成図である。
【図２】カラー感熱記録紙の構造を示す断面図である。
【図３】サーマルヘッドの構造を示す断面図である。
【図４】濡れ性の良否を示す接触角の説明図である。
【図５】各保護膜の具体的な実施例に基く実験結果を示す表である。
【図６】サーマルヘッドの他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
３  サーマルヘッド
５  カラー感熱記録紙
１９  透明保護層
２３  部分グレーズ層
２４  発熱抵抗体層
２５，２６  電極層
２８，３５  第１保護膜
２９，３６  第２保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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