(57)【要約】【課題】ゼロインク法の感熱記録紙に印刷するに際し、発色ドット毎にヘッド温度を変化させる電圧制御が不要で、入力端子に対するオンオフ制御だけで発熱抵抗体の温度を変化させて発色ドットの制御（選択）ができるサーマルヘッドを得る。【解決手段】列状に配置した多数の発熱ユニットを選択的に発熱させるサーマルヘッドにおいて、一つの発熱ユニットに、５個または７個の発熱抵抗体と、選択的に駆動電圧入力を受ける３個の入力端子と、これら発熱抵抗体と入力端子を導通接続し、３個の入力端子の入力状態に応じてユニット全体の電気抵抗値が変化するブリッジ回路を形成する配線導体とを設けた。【選択図】図１
2009090606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列状に配置した多数の発熱ユニットを選択的に発熱させるサーマルヘッドにおいて、一つの発熱ユニットが、
通電により発熱する５個または７個の発熱抵抗体と、
選択的に駆動電圧入力を受ける３個の入力端子と、
これら発熱抵抗体と入力端子を導通接続する配線導体とを備え、
前記発熱抵抗体、入力端子及び配線導体は、前記３個の入力端子の入力状態に応じて一つの発熱ユニット全体の電気抵抗値が変化するブリッジ回路を形成していることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記配線導体は、所定の組み合わせで発熱抵抗体の一端側を導通接続する折り返し導体と、各発熱抵抗体の他端側を前記３個の入力端子のいずれかに導通接続する個別導体とを有し、この折り返し導体及び個別導体を介して、各発熱抵抗体に前記入力端子から駆動電圧を印加するサーマルヘッド。
【請求項３】
請求項２記載のサーマルヘッドにおいて、３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃのうち、２つの入力端子Ａ、Ｃには、それぞれ２つの分岐した個別導体Ａ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２を介して合計４個の発熱抵抗体Ｒ３、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６が接続され、残りの入力端子Ｂには少なくとも共通個別導体Ｂ３を介して発熱抵抗体Ｒ４が接続されており、
入力端子Ｂに接続された発熱抵抗体Ｒ４と該発熱抵抗体Ｒ４の両側に位置し、入力端子Ａ、Ｃに接続された一方の発熱抵抗体Ｒ３、Ｒ５は、共通折り返し導体ＡＣ３により接続され、
入力端子Ａ、Ｃに接続された他方の発熱抵抗体Ｒ２、Ｒ６は、折り返し導体Ａ３、Ｃ３及び２つの分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２を介して入力端子Ｂに接続されていて、
入力端子Ａ-Ｂ間、Ｂ-Ｃ間、Ａ-Ｃ間、又はＡＣ-Ｂ間に選択的に駆動電圧が印加されるサーマルヘッド。
【請求項４】
請求項３記載のサーマルヘッドにおいて、折り返し導体Ａ３、Ｃ３と２つの分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２の間にもそれぞれ発熱抵抗体Ｒ１、Ｒ７が設けられているサーマルヘッド。
【請求項５】
請求項３記載のサーマルヘッドにおいて、分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２は、他の発熱抵抗体の形成平面の下部に位置していて露出せず、該分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２には発熱抵抗体が設けられていないサーマルヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載のサーマルヘッドは、異なる温度に加熱することで異なる色に発色する複数種類の発色ドットを埋入した感熱記録紙に用いるサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッドに関し、特にゼロインク法の感熱記録紙（多色印字可能な感熱記録紙）に対して、異なる温度を与えて多色印刷するためのサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゼロインク法は、インクリボンを使用せず、感熱記録紙内に発色の異なる複数種類のマイクロバルーン（発色ドット）を埋め込んでおき、これら複数種類のマイクロバルーンを温度の違いによって破壊して発色させる印刷技術として知られている。印加温度を異ならせることで濃度階調を付けて印刷することも可能である。
【特許文献１】特開平11-221936号公報
【特許文献２】特開2006-35801号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従ってこのゼロインク法による感熱記録紙で印刷するには、サーマルヘッドの温度を異ならせて複数回のスキャンを行わなければならなかった。すなわち、サーマルヘッドの抵抗値は基本的に固定であるので、入力パワー（印加電圧）を変化させてヘッド（発熱抵抗体）の温度を変化させ、各温度でスキャンすることにより、色及び階調を変化させなければならない。例えば、温度の違いによる印刷では、１色目はＸボルトを印加して１走査し、２色目はＹボルトを印加して１走査するという複数走査を必要とした。つまり、発色ドット毎にサーマルヘッドの発熱抵抗体に対する印加電圧を変化させる制御が必要であり、制御系が複雑化する。
【０００４】
本発明は、例えば、ゼロインク法の感熱記録紙に印刷するに際し、以上のような発色ドット毎にヘッド温度を変化させる電圧制御が不要で、入力端子に対するオンオフ制御だけで発熱抵抗体の温度を変化させて発色ドットの制御（選択）ができるサーマルヘッドを得ることを目的とする。なお本発明は、直接的にはゼロインク法の感熱記録紙に印刷するのに好適なサーマルヘッドを提案したものであるが、インクリボンを用いたサーマルヘッドにおいても、例えば濃淡を表現させるような濃度諧調を変化させるような印刷を行う場合であって、発熱温度を異ならせる必要があるときにも利用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、列状に配置した多数の発熱ユニットを選択的に発熱させるサーマルヘッドにおいて、一つの発熱ユニットが、通電により発熱する５個または７個の発熱抵抗体と、選択的に駆動電圧入力を受ける３個の入力端子と、これら発熱抵抗体と入力端子を導通接続する配線導体とを備え、発熱抵抗体、入力端子及び配線導体は、３個の入力端子の入力状態に応じて一つの発熱ユニット全体の電気抵抗値が変化するブリッジ回路を形成していることを特徴としている。
【０００６】
配線導体は、所定の組み合わせで発熱抵抗体の一端側を導通接続する折り返し導体と、各発熱抵抗体の他端側を３個の入力端子のいずれかに導通接続する個別導体とを有し、この折り返し導体及び個別導体を介して、各発熱抵抗体に入力端子から駆動電圧を印加することが好ましい。
【０００７】
実際的には、３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃのうち、２つの入力端子Ａ、Ｃにはそれぞれ２つの分岐した個別導体Ａ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２を介して合計４個の発熱抵抗体Ｒ３、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６を接続し、残りの入力端子Ｂには少なくとも共通個別導体Ｂ３を介して発熱抵抗体Ｒ４を接続する。そして、入力端子Ｂに接続された発熱抵抗体Ｒ４と該発熱抵抗体Ｒ４の両側に位置し、入力端子Ａ、Ｃに接続された一方の発熱抵抗体Ｒ３、Ｒ５は、共通折り返し導体ＡＣ３により接続し、さらに、入力端子Ａ、Ｃに接続された他方の発熱抵抗体Ｒ２、Ｒ６は、折り返し導体Ａ３、Ｃ３及び２つの分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２を介して入力端子Ｂに接続する。この態様によれば、入力端子Ａ-Ｂ間、Ｂ−Ｃ間、Ａ-Ｃ間、又はＡＣ-Ｂ間に選択的に駆動電圧を印加することで、発熱ユニット全体の電気抵抗値は三段階に変化し、この結果、３つの異なる発熱量が得られる。
【０００８】
上記発熱ユニットにおいて、発熱抵抗体を７個備える態様では、折り返し導体Ａ３、Ｃ３と２つの分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２の間にも、それぞれ発熱抵抗体Ｒ１、Ｒ７を設けることが好ましい。一方、発熱抵抗体を５個備える態様では、分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２が他の発熱抵抗体の形成平面の下部に位置していて露出せず、該分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２には発熱抵抗体が設けられていない構成とすることが好ましい。
【０００９】
本発明は、異なる温度に加熱することで異なる色に発色する複数種類の発色ドットを埋入した感熱記録紙に用いるサーマルヘッドに適用した場合、特に有益である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のサーマルヘッドによれば、３個の入力端子に対して選択的にオンオフ電圧を与えることで、これら３個の入力端子に配線導体を介して接続された５個または７個の発熱抵抗体のトータルの発熱量を変えることができる。従って、異なる温度に加熱することで異なる色に発色する複数種類の発色ドットを埋入した感熱記録紙用のプリンタに適用すれば、駆動電圧を制御することなく、入力端子の選択とオンオフ制御だけで発色制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
サーマルヘッド１０は、図９及び図１０に概念的に示すように、多数の発熱ユニット１１を列状に並べ、これら発熱ユニット１１を選択的に発熱させるヘッドである。インクリボンを用いるプリンタでは、発熱した発熱ユニット１１が当接した部分のインクリボンの色が記録紙（紙）に転写され、ゼロインク法の感熱記録紙を用いるプリンタでは、発熱ユニット１１の発熱温度に応じ、感熱記録紙の選択された発色ドットが発色する。
【００１２】
図１は、本発明による発熱ユニット構造の一実施形態を示している。発熱ユニット１１は、３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃと、７個の列状に配置された発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７と、これら入力端子Ａ、Ｂ、Ｃと発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７を導通接続する配線導体とを備えている。
【００１３】
配線導体は、発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７の長手方向（通電方向）の一端側を所定の組み合わせで導通接続する折り返し導体Ａ３、ＡＣ３、Ｃ３と、発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７の長手方向の他端側と３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかを導通接続する個別導体Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１、Ｃ２と有している。具体的に、折り返し導体Ａ３、Ｃ３は、隣り合う発熱抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ６、Ｒ７をそれぞれ接続し、折り返し導体（共通折り返し導体）ＡＣ３は、発熱抵抗体Ｒ４とその両側に位置する発熱抵抗体Ｒ３、Ｒ５を接続している。（分岐）個別導体Ａ１、Ａ２は入力端子Ａと発熱抵抗体Ｒ２、Ｒ３を接続し、（分岐）個別導体Ｃ１、Ｃ２は入力端子Ｃと発熱抵抗体Ｒ５、Ｒ６を接続している。また、個別導体（共通個別導体）Ｂ３は発熱抵抗体Ｒ４と入力端子Ｂを接続し、個別導体（分岐個別導体）Ｂ１、Ｂ２は発熱抵抗体Ｒ１、Ｒ７と入力端子Ｂをそれぞれ接続している。別言すれば、３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃのうち、２つの入力端子Ａ、Ｃには、それぞれ２つの分岐した個別導体Ａ１、Ａ２、Ｃ１、Ｃ２を介して合計４個の発熱抵抗体Ｒ３、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６が接続され、残りの入力端子Ｂには共通個別導体Ｂ３及び分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２を介して発熱抵抗体Ｒ４、Ｒ１、Ｒ７が接続されている。この発熱ユニット１１は、３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃの入力状態に応じて生じる電流経路が変化し、ユニット全体の電気抵抗値が変化するブリッジ回路を構成している。
【００１４】
図２、図３及び図４は、入力端子Ａ-Ｂ間、Ａ-Ｃ間及びＡＣ-Ｂ間に駆動電圧入力がなされた場合の回路図である。いま、便宜上、全ての発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７の電気抵抗値を「１」、入力端子間に与える電圧を「１」として、これらの回路図における発熱ユニット１１の全体の電気抵抗値を計算すると、表１が得られる。
【００１５】
「表１」
各発熱抵抗体の電力（＝電流の２乗）      TOTAL
トータル抵抗    Ｒ１  Ｒ２  Ｒ３  Ｒ４  Ｒ５  Ｒ６  Ｒ７
Ａ-Ｂ  14/15   0.25   0.25  0.33  0.18  0.02  0.02  0.02     1.07
Ａ-Ｃ   4/3    0.06   0.06  0.25  0     0.25  0.06  0.06     0.75
ＡＣ-Ｂ  3/4   0.25   0.25  0.11  0.44  0.11  0.25  0.25     1.67
【００１６】
なお、入力端子Ｂ-Ｃ間に駆動電圧入力がなされた場合は、図２の発熱抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と発熱抵抗体Ｒ７、Ｒ６、Ｒ５を入れ替えた回路が形成され、発熱ユニット１１の全体の電気抵抗値は入力端子Ａ-Ｂ間に駆動電圧入力がなされた場合と同一となる。
【００１７】
ここで、ＡＣ-Ｂのときのトータル電力値を１００とすると、
Ａ-Ｂ：Ａ-Ｃ：ＡＣ-Ｂ=６４：４５：１００
となる。
【００１８】
つまり、３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃに選択的に駆動電圧入力を与えること（入力端子Ａ、Ｂ、Ｃの入力状態を選択的に変化させること）で、発熱ユニット１１全体の電気抵抗値は三段階に変化し、この結果、３種類の発熱量が得られることになる。これら入力端子Ａ、Ｂ、Ｃへの入力は、駆動ＩＣ２１（図９、図１０）によって制御される。
【００１９】
以上は、全ての発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７の抵抗値を同一（「１」）とした場合の計算例であるが、必要であれば、各発熱抵抗体の抵抗値を変えることにより、ゼロインク方式の発熱ドットにより適合した温度を得ることができる。
【００２０】
図５ないし図８は、本発明によるサーマルヘッドの別の実施形態を示している。図５は、図１の分岐個別導体Ｂ１とＢ２を、他の配線ライン（要素）の配置平面の奥に位置させ（つまり、分岐個別導体Ｂ１とＢ２はサーマルヘッド表面に露出させず）、従って、図１の実施形態では同分岐個別導体Ｂ１、Ｂ２に設けていた発熱抵抗体Ｒ１とＲ７を省略した実施形態（５個の発熱抵抗体を備える実施形態）である。図５では、分岐個別導体Ｂ１とＢ２を一点鎖線で示した。
【００２１】
図６、図７及び図８は、入力端子Ａ-Ｂ間、Ａ-Ｃ間及びＡＣ-Ｂ間の回路図である。図１ないし図４の実施形態と同様に、全ての発熱抵抗体Ｒ２〜Ｒ６の抵抗値を「１」、入力端子間に与える電圧を「１」として、これらの回路図の抵抗値を計算すると、表２が得られる。
【００２２】
「表２」
各発熱抵抗体の電力（＝電流の２乗）    TOTAL
トータル抵抗    Ｒ２  Ｒ３  Ｒ４  Ｒ５  Ｒ６
Ａ-Ｂ    5/8    1.00  0.36  0.16  0.04  0.04            1.60
Ａ-Ｃ    1      0.25  0.25  0     0.25  0.25            1.00
ＡＣ-Ｂ  3/8    1.00  0.11  0.44  0.11  1.00            2.67
【００２３】
なお、入力端子Ｂ-Ｃ間に駆動電圧入力がなされた場合は、図６の発熱抵抗体Ｒ２、Ｒ３と発熱抵抗体Ｒ６、Ｒ５を入れ替えた回路が形成され、発熱ユニット１１の全体の電気抵抗値は入力端子Ａ-Ｂ間に駆動電圧入力がなされた場合と同一となる。
【００２４】
ＡＣ-Ｂのときのトータル電力値を１００とすると、
Ａ-Ｂ：Ａ-Ｃ：ＡＣ-Ｂ=６０：３８：１００
となる。
この実施形態においても、各発熱抵抗体Ｒ２〜Ｒ６の値を適当に設定することで、より適切な異なる発熱温度を得ることができる。
【００２５】
本発明のサーマルヘッドは、発熱ユニット１１の配線構造以外の構成あるいは製造方法を問うものではなく、基本的なヘッド構成には従来構造を採用することができる。
【００２６】
以下では、図９及び図１０を参照し、図１の発熱ユニット１１を有する基本的なサーマルヘッド構成例を説明する。
【００２７】
サーマルヘッド１０は、多数の発熱ユニット１１を設けたヘッド基板３０と、これら発熱ユニット１１を駆動制御するためのプリント回路基板２０とを独立に備えている。
【００２８】
ヘッド基板３０は、Ｓｉやセラミック材料、金属材料等からなる放熱性に優れた基板であり、基板表面に例えばガラス等の断熱材料からなる蓄熱層３１を有している。蓄熱層３１は、ヘッド基板表面全体に均一な膜厚で形成された平面断熱層である。この蓄熱層３１上に、図９の左右方向に微小間隔をあけて一列に並んだ複数の発熱ユニット１１が形成されている。発熱ユニット１１は、上述したように、７個の発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７と、図１０の鎖線より右側で示される３個の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃと、図１０の鎖線より左側で示される配線導体（折り返し導体Ａ３、ＡＣ３、Ｃ３及び個別導体Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１、Ｃ２）とを有している。一つの発熱ユニット１１の配列ピッチｐは、例えば５μｍ程度である。各発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７は、ＴａＮX又はＴａ-ＳｉＯ2等のサーメット材料を用いて蓄熱層３１の上に部分的に形成された抵抗体パターンの一部であって、その表面が絶縁バリア層３２により覆われている。絶縁バリア層３２は、例えばＳｉＯ2、等の絶縁材料により形成されていて、各発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７の電気抵抗値（抵抗長Ｌ、幅寸法Ｗ）を規定している。隣接する発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７の間には、蓄熱層３１が露出する領域が存在している。折り返し導体Ａ３、ＡＣ３、Ｃ３及び個別導体Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１、Ｃ２は、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ等の高融点金属材料、該高融点金属材料を含む合金材料、Ａｌを含む合金材料、Ｃｕ及びＣｕを含む合金材料のいずれかにより形成されており、数百μｓ程度のごく短い周期で大電流を与えて発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７をオン（通電）／オフ（非通電）する高速印刷動作にも対応可能である。この折り返し導体Ａ３、ＡＣ３、Ｃ３及び個別導体Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１、Ｃ２は、発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７の幅寸法Ｗと略一致する幅寸法を有し、それぞれの発熱抵抗体側の端部が絶縁バリア層３２上にオーバーレイしている。入力端子Ａ、Ｂ、Ｃは、発熱抵抗体Ｒ１〜Ｒ７側とは反対側の端部にワイヤーボンディング用の電極パッドを有している。
【００２９】
以上の多数の発熱ユニット１１を含むヘッド基板３０の基板表面は、ボンディング部を除いて、絶縁性耐磨耗保護層３３により覆われている。絶縁性耐磨耗保護層３３は、ＳｉＯ2やＴａ2Ｏ5、ＳｉＡｌＯＮ等の絶縁材料により形成されており、プラテンローラとの接触による摩擦等から発熱ユニット１１を保護する。
【００３０】
プリント回路基板２０はヘッド基板３０に隣接して設けられている。このプリント回路基板２０には、所定ピッチ間隔で並んだ多数の制御端子２１Ｃを有する駆動ＩＣ２１が備えられている。駆動ＩＣ２１は、その各制御端子がワイヤーボンディングによりヘッド基板３０の各発熱ユニット１１の入力端子Ａ、Ｂ、Ｃにそれぞれ接続され、これら入力端子Ａ、Ｂ、Ｃを選択的に通電する（駆動電圧入力を与える）スイッチング素子である。このプリント回路基板２０とヘッド基板３０のボンディング部は、封止樹脂３４により封止されている。
【００３１】
勿論、図９、図１０は、本発明によるサーマルヘッドを構成するための具体的な構成の一例を示すものである。サーマルヘッドの構成自体は種々知られており、本発明は図示例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるサーマルヘッドの一つの発熱ユニットの第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の発熱ユニットの入力端子Ａ-Ｂ間に駆動電圧を与えたときの回路図である。
【図３】図１の発熱ユニットの入力端子Ａ-Ｃ間に駆動電圧を与えたときの回路図である。
【図４】図１の発熱ユニットの入力端子ＡＣ-Ｂ間に駆動電圧を与えたときの回路図である。
【図５】本発明によるサーマルヘッドの一つの発熱ユニットの第２の実施形態を示す平面図である。
【図６】図５の発熱ユニットの入力端子Ａ-Ｂ間に駆動電圧を与えたときの回路図である。
【図７】図５の発熱ユニットの入力端子Ａ-Ｃ間に駆動電圧を与えたときの回路図である。
【図８】図５の発熱ユニットの入力端子ＡＣ-Ｂ間に駆動電圧を与えたときの回路図である。
【図９】サーマルヘッドの一般構成例を示す平面図である。
【図１０】同断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  サーマルヘッド
１１  発熱ユニット
２０  プリント回路基板
２１  駆動ＩＣ
３０  ヘッド基板
３１  蓄熱層
３２  絶縁バリア層
３３  絶縁性耐磨耗保護層
３４  封止樹脂
Ａ  Ｂ  Ｃ  入力端子
Ｒ１〜Ｒ７  発熱抵抗体
Ａ３  ＡＣ３  Ｃ３  折り返し導体（配線導体）
Ａ１  Ａ２  Ｂ１  Ｂ２  Ｂ３  Ｃ１  Ｃ２  分岐個別導体（配線導体）
【図１】
2009090606.tif 000003
【図２】
2009090606.tif 000004
【図３】
2009090606.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009090606.tif 000009
【図８】
2009090606.tif 000010
【図９】
2009090606.tif 000011
【図１０】
2009090606.tif 000012