(57)【要約】【課題】  サーマルヘッドのピーク温度を上げることなく適正な記録を行うことができるサーマルヘッドを提供すること。【解決手段】  複数の発熱抵抗体４と、これら複数の発熱抵抗体４に電気的に接続された電極６，７と、前記発熱抵抗体４および前記電極６，７の上層に配設された保護層９と有し、前記電極６，７を介して前記発熱抵抗体４に通電を行うことによって、当該発熱抵抗体４を発熱させるサーマルヘッド１０であって、前記発熱抵抗体４のアスペクト比が１．５以下とされ、前記電極６，７の厚みが０．５乃至１．５μｍとされ、前記保護層９の熱伝導率が３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋとされていること。【選択図】      図１
2005212127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、所定の方向に整列された複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に電気的に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極の上層に配設された保護層と有し、前記電極を介して前記発熱抵抗体に通電を行うことによって、当該発熱抵抗体を発熱させるサーマルヘッドであって、
前記発熱抵抗体のアスペクト比が１．５以下とされ、
前記電極の厚みが０．５乃至１．５μｍとされ、
前記保護層の熱伝導率が３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋと
されていることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
基板上に、少なくとも、所定の方向に整列された複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に電気的に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極の上層に配設された保護層と有し、前記電極を介して前記発熱抵抗体に通電を行うことによって、当該発熱抵抗体を発熱させるサーマルヘッドであって、
前記発熱抵抗体の下層に、高融点金属を主成分材料とした熱拡散層を有することを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項３】
基板上に、少なくとも、所定の方向に整列された複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に電気的に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極の上層に配設された保護層と有し、前記電極を介して前記発熱抵抗体に通電を行うことによって、当該発熱抵抗体を発熱させるサーマルヘッドであって、
前記発熱抵抗体のアスペクト比が１．５以下とされ、
前記電極の厚みが０．５乃至１．５μｍとされ、
前記保護層の熱伝導率が３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋとされ、
前記発熱抵抗体の下層に、高融点金属を主成分材料とした熱拡散層を有することを特徴とするサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマルヘッドに係り、特に、複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に電気的に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極の上層に配設された保護層とを有するサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、サーマルプリンタにおける記録部として、図６に示すサーマルヘッドが採用されていた。
【０００３】
このサーマルヘッド１は、酸化アルミニウム等からなる基板２の上面に、グレーズ等からなる保温層３を有しており、この保温層３の上層には、Ｔａ２ ＮやＴａ−ＳｉＯ２ 等からなる複数の発熱抵抗体４が、図６における紙面垂直方向に所定の間隔を設けて整列配置されている。各発熱抵抗体４の上層であって、ドット領域４ａの外側領域の上には、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ等からなる二種類の電極６，７が配設されている。これらの電極６，７のうち、一方（図６における右方）の電極６は、各発熱抵抗体４に個別に接続された個別電極６とされ、他方（図６における左方）の電極７は、すべての発熱抵抗体４に共通に接続されたコモン電極７とされている。さらに、前記発熱抵抗体４のドット領域４ａおよび前記個別電極６ならびに前記コモン電極７の上層には、Ｓｉ−Ｏ−Ｎや、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ等からなる保護層９が配設されている。
【０００４】
そして、前記サーマルヘッド１は、前記発熱抵抗体４に対して前記電極６，７７を介して選択的な通電を行うことによって、通電を行った所望の発熱抵抗体４を発熱させ、この発熱によってインクリボン等の感熱記録媒体を記録紙等の被記録物の記録面に熱転写するようになっていた。
【０００５】
図７は、このようなサーマルヘッド１の発熱分布と電極６，７の厚みとの関係を示したものである。図７において、縦軸はサーマルヘッド１の発熱抵抗体４の中心部すなわちドット領域４ａの中心部と、その周辺部との表面温度を、横軸は、発熱抵抗体４の中心部からの距離を示す。
【０００６】
また、図８は、図７において、電極厚が最も薄い０．５μｍの場合における発熱分布と、他の電極厚の場合における発熱分布との差をとったものであり、電極厚変更にともなう発熱温度の変化を示している。
【０００７】
図７に示すように、サーマルヘッド１の発熱温度は、発熱抵抗体４の中心部が最も高いピーク温度となり、この傾向は、電極６，７の厚みが薄いほど顕著になることが分かる。また、図８は、電極厚が厚くなるほど、発熱抵抗体４の熱が電極６，７を伝わって発熱抵抗体４の外側へ逃げ易くなることを示している。これは、保護層９の熱伝導率が３．０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対して、電極６，７の熱伝導率が１４３Ｗ／ｍ・Ｋと相対的に非常に大きいことによるものである。
【０００８】
次に、図９は、前記サーマルヘッド１の発熱分布と保護層（ＯＣ）９の熱伝導率（λ）との関係を示したものである。図９において、縦軸はサーマルヘッド１の発熱抵抗体４の中心部およびその周辺部の表面温度を、横軸は、発熱抵抗体４の中心部からの距離を示す。
【０００９】
また、図１０は、図９において、保護層９の熱伝導率が最も小さい３Ｗ／ｍ・Ｋの場合における発熱分布と、他の熱導電率の場合における発熱分布との差をとったものであり、熱伝導率変化にともなうサーマルヘッド１の発熱温度の変化を示している。
【００１０】
図９に示すように、サーマルヘッド１の発熱温度は、発熱抵抗体４の中心部が大きく、この傾向は、保護層９の熱伝導率が小さいほど顕著になることが分かる。また、図１０は、保護層９の熱伝導率が大きくなるほど、発熱抵抗体４の熱が電極６，７を伝わって発熱抵抗体４の外側へ逃げ易くなることを示している。
【００１１】
次に、図１１は、電極厚を０．５μｍから１．０μｍに変化させるとともに、保護層９の熱伝導率を３Ｗ／ｍ・Ｋから４Ｗ／ｍ・Ｋに変化させたときの発熱分布を示したものである。図１１において、縦軸は、サーマルヘッド１の発熱抵抗体４の中心部およびその周辺部の表面温度を、横軸は、発熱抵抗体４の中心部からの距離を示す。
【００１２】
また、図１２は、電極厚、保護層９の熱伝導率の変化とサーマルヘッド１の発熱分布との関係を示したものである。なお、図１２において、ａは、保護層９の熱伝導率を変更した場合、ｂは電極厚を変更した場合、ｃは保護層９の熱伝導率および電極厚を同時に変更した場合におけるそれぞれの温度差の分布であり、ａ＋ｂは、ａとｂとの結果の和である。
【００１３】
このように、サーマルヘッド１の発熱分布と、電極厚および保護層９の熱伝導率との間には、相関関係が存在している。
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−２８３６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、サーマルプリンタによる高速記録を行うには、サーマルヘッド１の発熱温度を上昇させる必要があるが、感熱記録媒体の耐熱性を考慮すれば、発熱温度の高温化には一定の限界がある。
【００１６】
特に、従来のサーマルヘッド１においては、発熱分布が急峻で、高温部が発熱抵抗体４の中心部に集中していたため、高速記録の際に、ドット領域４ａ全面を必要な記録濃度を得るために十分な高温度にする場合、発熱抵抗体４の中心部の温度すなわちピーク温度がさらに高いものとなってしまう。
【００１７】
従って、従来は、サーマルヘッド１のピーク温度を低減しつつ必要な記録濃度を得ることができなかったため、感熱記録媒体に熱ダメージを与えずに高速記録を行うことができないといった問題が生じていた。
【００１８】
なお、省電力化のためには、発熱抵抗体４のサイズを小さくする必要があるが、その場合も、サーマルヘッド１の発熱温度の上昇を招くため、一定の限界があった。
【００１９】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、サーマルヘッドのピーク温度を上げることなく適正な記録を行うことができるサーマルヘッドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前述した目的を達成するため、本発明に係るサーマルヘッドの特徴は、基板上に、少なくとも、所定の方向に整列された複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に電気的に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極の上層に配設された保護層と有し、前記電極を介して前記発熱抵抗体に通電を行うことによって、当該発熱抵抗体を発熱させるサーマルヘッドであって、前記発熱抵抗体のアスペクト比が１．５以下とされ、前記電極の厚みが０．５乃至１．５μｍとされ、前記保護層の熱伝導率が３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋとされている点にある。
【００２１】
そして、このような構成によれば、発熱抵抗体のアスペクト比を１．５以下とし、電極の厚みを０．５乃至１．５μｍとし、保護層の熱伝導率を３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋとすることによって、必要な記録濃度を得るために要するサーマルヘッドの発熱温度を低減することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係るサーマルヘッドの特徴は、基板上に、少なくとも、所定の方向に整列された複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に電気的に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極の上層に配設された保護層と有し、前記電極を介して前記発熱抵抗体に通電を行うことによって、当該発熱抵抗体を発熱させるサーマルヘッドであって、前記発熱抵抗体の下層に、高融点金属を主成分材料とした熱拡散層を有する点にある。
【００２３】
そして、このような構成によれば、発熱抵抗体の下層に、高融点金属を主成分材料とした熱拡散層を設けることによって、必要な記録濃度を得るために要するサーマルヘッドの発熱温度を低減することが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明に係るサーマルヘッドの特徴は、基板上に、少なくとも、所定の方向に整列された複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に電気的に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極の上層に配設された保護層と有し、前記電極を介して前記発熱抵抗体に通電を行うことによって、当該発熱抵抗体を発熱させるサーマルヘッドであって、前記発熱抵抗体のアスペクト比が１．５以下とされ、前記電極の厚みが０．５乃至１．５μｍとされ、前記保護層の熱伝導率が３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋとされ、前記発熱抵抗体の下層に、高融点金属を主成分材料とした熱拡散層を有する点にある。
【００２５】
そして、このような構成によれば、発熱抵抗体のアスペクト比を１．５以下とし、電極の厚みを０．５乃至１．５μｍとし、保護層の熱伝導率を３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋとし、発熱抵抗体の下層に、高融点金属を主成分材料とした熱拡散層を設けることによって、必要な記録濃度を得るために要するサーマルヘッドの発熱温度を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るサーマルヘッドによれば、必要な記録濃度を得るために要するサーマルヘッドの発熱温度を低減することができ、ひいては、感熱記録媒体に熱ダメージを与えずに高速記録を適正に行うことができ、あわせて、省電力化を図ることができる。
【００２７】
より具体的には、同じ２．０のＯＤ濃度を得るために必要なサーマルヘッドのピーク温度を従来の４５０℃から４００℃に低減することができる。
【００２８】
また、感熱記録媒体への熱ダメージを与えずに、記録速度を１２．７ｍｍ／ｓｅｃから２５．４ｍｍ／ｓｅｃまで向上させることができる。
【００２９】
さらに、ハイライトと称される階調記録における低濃度部の記録感度を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係るサーマルヘッドの実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
【００３１】
なお、従来と基本的構成の同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００３２】
図１および図２に示すように、このサーマルヘッド１０は、基板２上に、図１における横方向に所定の間隔を設けて整列された複数の発熱抵抗体４を有している。また、各発熱抵抗体４の上層であって、ドット領域４ａの一方（図２における右方）の外側領域の上には、各発熱抵抗体４に個別に接続された個別電極が、ドット領域４ａの他方（図２における左方）の外側領域の上には、すべての発熱抵抗体４に共通に接続されたコモン電極７がそれぞれ配設されている。さらに、前記発熱抵抗体４のドット領域４ａおよび前記個別電極６ならびに前記コモン電極７の上層には、保護層９が配設されている。
【００３３】
そして、本実施形態においては、前記発熱抵抗体４のアスペクト比が１．５以下とされている。ここで、アスペクト比とは、図１に示す発熱抵抗体４のドット領域４ａにおける配列方向に直交する方向の寸法Ａと、配列方向の寸法Ｂとの比Ａ／Ｂである。
【００３４】
図３は、このようなアスペクト比とサーマルヘッド１の発熱抵抗体４の中心部の表面温度との関係を示したものであり、図３に示すように、アスペクト比が小さくなると、発熱抵抗体４の中心部が高温になり、分布範囲が狭くなる。
【００３５】
逆に、アスペクト比が大きくなると、発熱抵抗体４の中心部の表面温度は下がり、分布範囲は広くなる。
【００３６】
本実施形態においては、このようなアスペクト比に基づくサーマルヘッド１の温度特性に加えて、さらに、電極厚さ、保護層９の熱伝導率による影響を考慮した結果、前述のようにアスペクト比の最大値が１．５とされている。逆に、アスペクト比の最小値は、製造上の観点から１．０とすることが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態においては、前記個別電極６および前記コモン電極７の厚みが０．５乃至１．５μｍとされ、前記保護層９の熱伝導率が３乃至１０Ｗ／ｍ・Ｋとされている。
【００３８】
ここで、図４は、アスペクト比が１．２のときの電極厚および保護層９の熱伝導率と、サーマルヘッド１０の発熱抵抗体４の中心部表面の発熱温度との関係を示したものである。この図４に示すように、従来の電極厚０．３μｍ、保護層９の熱伝導率３Ｗ／ｍ・Ｋの場合よりもサーマルヘッド１０の発熱温度を低減するためには、保護層９の熱伝導率を大きくするとともに、電極厚を厚くすることが必要となる。
【００３９】
その際に、熱伝導率および電極厚の増加量が大きくなり過ぎると、必要な記録濃度（ＯＤ値濃度）を得ることができなくなるので、電極厚、保護層９の熱導電率ともに上限がある。しかし、その上限の値は、記録速度によって求められるサーマルヘッド１０の発熱温度が異なるといった理由や、発熱抵抗体４の中心部の温度だけでなく、中心部の周辺領域の温度分布が影響し、電極厚、熱伝導率、アスペクト比の組み合わせによって種類が膨大になるといった理由等によって単純に決定することは困難である。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、必要なＯＤ値濃度を得つつ、ピーク温度を従来の４５０℃から３８０℃〜４００℃まで低減するために好適であるといった理由から、前述のように電極厚を最大１．５μｍ、保護層の熱伝導率を最大１０Ｗ／ｍ・Ｋとした。
【００４１】
このように、本実施形態においては、アスペクト比、電極厚および保護層９の熱伝導率を前記の好適な値に特定することによって、必要なＯＤ値濃度を得るために要するサーマルヘッド１０の発熱温度を低減することができるようになっている。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、前記発熱抵抗体４の下層に、高融点金属を主成分材料とした熱拡散層１１を有している。なお、前記高融点金属は、クロムＣｒやモリブデンＭｏであってもよい。また、発熱抵抗体４と熱拡散層１１との間に、絶縁層等の他の薄膜層を必要に応じて設けるようにしてもよい。
【００４３】
これにより、必要なＯＤ値濃度を得るために要するサーマルヘッド１０の発熱温度をさらに有効に低減することができるようになっている。
【００４４】
次に、本実施形態の作用について、より具体的な数値を用いて説明する。
【００４５】
図５は、本実施形態におけるサーマルヘッド１０である実施例１および実施例２ならびに従来のサーマルヘッド１である比較例１の３つの試料についての発熱分布を示したものである。なお、図５において、縦軸は、サーマルヘッドの発熱抵抗体の中心部およびその周辺部の表面温度を、横軸は、発熱抵抗体の中心部からの距離を示す。また、各試料の条件、すなわち、電極厚（μｍ）、保護層の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）および熱拡散層（μｍ）は、以下の表１のように設定されている。
【表１】
2005212127.tif 000003
【００４６】
図５に示すように、比較例１の試料においては、サーマルヘッドのピーク温度が４５０℃になるのに対し、実施例１および実施例２の試料においては、サーマルヘッドのピーク温度がほぼ４００℃に抑えられている。
【００４７】
この結果から、本実施形態のサーマルヘッドを用いることによって、発熱分布を従来の急峻な状態から平坦な状態に近づけることができることが分かる。
【００４８】
このことは、発熱抵抗体の中心部の温度であるピーク温度を従来のように極端に高温にしなくても、ドット領域全体の温度を、必要なＯＤ値濃度を得るために十分な温度にすることができることを意味している。
【００４９】
従って、本実施形態によれば、サーマルヘッドのピーク温度を低減しつつも、高速記録に十分な記録濃度を得ることができる。また、発熱抵抗体の面積を小さくして省電力化を図ることも可能となる。
【００５０】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るサーマルヘッドの実施形態を示す平面図
【図２】本発明に係るサーマルヘッドを実施形態を示す縦断面図
【図３】本発明に係るサーマルヘッドの実施形態において、サーマルヘッドのアスペクト比と発熱抵抗体の中心部の表面温度との関係を示すグラフ
【図４】本発明に係るサーマルヘッドの実施形態において、アスペクト比が１．２のときの電極厚および保護層の熱伝導率と、サーマルヘッドの発熱抵抗体の中心部表面の発熱温度との関係を示すグラフ
【図５】本発明に係るサーマルヘッドの実施形態において、本実施形態におけるサーマルヘッドである実施例１および実施例２ならびに従来のサーマルヘッドである比較例１の３つの試料についての発熱分布を示すグラフ
【図６】従来のサーマルヘッドの一例を示す縦断面図
【図７】サーマルヘッドの発熱分布と電極の厚みとの関係を示すグラフ
【図８】電極厚変更にともなうサーマルヘッドの発熱温度の変化を示すグラフ
【図９】サーマルヘッドの発熱分布と保護層の熱伝導率との関係を示すグラフ
【図１０】熱伝導率変化にともなうサーマルヘッドの発熱温度の変化を示すグラフ
【図１１】電極厚を０．５μｍから１．０μｍに変化させ、保護層の熱伝導率を３Ｗ／ｍ・Ｋから４Ｗ／ｍ・Ｋに変化させたときの発熱分布を示すグラフ
【図１２】電極厚、保護層の熱伝導率の変化とサーマルヘッドの発熱分布との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００５２】
２  基板
４  発熱抵抗体
４ａ  ドット領域
６  個別電極
７  コモン電極
９  保護層
１０  サーマルヘッド
１１  熱拡散層
【図１】
2005212127.tif 000004
【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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【図７】
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【図８】
2005212127.tif 000011
【図９】
2005212127.tif 000012
【図１０】
2005212127.tif 000013
【図１１】
2005212127.tif 000014
【図１２】
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