JP3106533B2 - サーマルヘッド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリやプリン
タに用いられるサーマルヘッド装置に係り、特に濃度む
らのない良好な画質を得ることができるサーマルヘッド
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】記録素子の一形式であるサーマルヘッド
装置は、動作騒音が小さく、現像，定着等の処理工程が
不要であるため、ファクシミリの印字部や各種のプリン
タに広く採用されている。図７〜図９はこの種のサーマ
ルヘッド装置の一構造例の説明図であって、サーマルヘ
ッド部を搭載した第一基板と駆動ＩＣ等の駆動回路部を
搭載した第二基板を放熱基板上に接着した形式のサーマ
ルヘッド装置を示す。図７はヘッド基板の断面図で、１
はセラミツクス材料からなる基板にガラス系材料のアン
ダーグレーズ層を被覆してなる絶縁基板、２は発熱部を
形成す抵抗体層（発熱抵抗体）、３は共通電極、４は個
別電極、５は耐摩耗層（オーバーグレーズ層）であり、
以下これを基板Ａという。

【０００３】図８はサーマルヘッド装置の側面図であっ
て、６は放熱基板でこの上にヘッド基板Ａと駆動ＩＣを
搭載した駆動回路基板（以下、Ｂ基板という）とを接着
してなり、Ａ基板の個別電極４とＢ基板の駆動ＩＣ配線
とを金線等のボンディングワイヤー８で接続している。
Ｂ基板には外部回路との電気的接続を行なうためのコネ
クタ９が接続され、外部回路と駆動ＩＣ配線とをこのコ
ネクタ９を介して接続している。図９はサーマルヘッド
の上面図であって、発熱部を形成したＡ基板は主走査方
向Ｘに延在し、このＡ基板に形成した発熱部に駆動電流
を供給する駆動ＩＣ７がＢ基板上に複数個配置され、外
部回路との接続用のコネクタ９が必要個数配置されてな
る。

【０００４】Ａ基板の発熱部は駆動ＩＣ７を介して選択
された個別電極４と共通電極３間に流れる電流によるジ
ュール熱で発熱し、感熱記録紙を直接加熱して発色さ
せ、またはインクシートのインクを溶融して記録紙に転
写し、あるいはインクドナーフィルムを加熱して染料を
昇華記録紙に昇華させることで発色させて記録を行う。
ところで、この抵抗体の抵抗値が全てにわたって均一で
ないと、発熱した際の発熱体温度に差が生じ、記録した
結果に濃度ムラが発生する。この抵抗体の抵抗値を全ド
ットについて均一にするために、従来から所謂トリミン
グ処理が行われている。このトリミングには、電界によ
って抵抗体の抵抗値が減少するという性質を利用し、共
通電極と個別電極を介して電圧パルスを印加することで
抵抗体の抵抗値を個別に調整するパルストリミングと、
レーザービームによって抵抗体あるいは電極を部分的に
加工し、または加熱による抵抗値の変更を行なって、抵
抗値あるいは電流値を調整し、結果的に抵抗体の発熱量
をドット間で一様に調整するレーザートリミングとが知
られている。

【０００５】図１０はサーマルヘッドを製造する従来の
工程図であって、先ず、絶縁基板１上にスクリーン印刷
などによってメタルオーガニックデポジション（ＭＯ
Ｄ）抵抗体材料を塗布，乾燥により成膜して抵抗体層２
を形成する工程（Ｐ１１），抵抗体層２上にスクリーン
印刷より導電体（例えば金（Ａｕ）の層を成膜する工程
（Ｐ１２），導電体層をフォトリソエッチングによりパ
ターニングして共通電極３と個別電極４とを形成する工
程（Ｐ１３），上記電極をマスクとして抵抗体層２をエ
ッチングして所要の発熱部を形成する工程（Ｐ１４）お
よびオーバーグレーズ層５を成膜する工程（Ｐ１５）で
形成したサーマルヘッドを持つＡ基板を得る。そして、
Ａ基板に形成サーマルヘッドをレーザートリミングによ
ってその抵抗値を調整する（Ｐ２）。次に、Ａ基板と駆
動ＩＣとコネクタを搭載する配線基板であるＢ基板とを
放熱基板１上に接着し（Ｐ３）、Ｂ基板に駆動ＩＣを実
装して（Ｐ４）ワイヤーボンディングでＡ基板の共通電
極４と駆動ＩＣの端子とを接続し（Ｐ５）、駆動ＩＣの
実装検査を行なう（Ｐ６）。駆動ＩＣ実装検査を終了し
た後、駆動ＩＣおよびその端子部分を含めて露出してい
る電極部分を樹脂封止し（Ｐ７）、コネクタ９を接続し
（Ｐ８）、然る後サーマルヘッドカバーを接着して（Ｐ
９）完成する。

【０００６】図１１は完成したサーマルヘッド装置の側
断面図で、１０は上記封止用の樹脂層、１１はカバーで
ある。上記工程Ｐ２における抵抗体の抵抗値のトリミン
グは、発熱部を構成する各抵抗体（１ドット対応）に接
続されている共通電極３個別電極４とに抵抗計のプロー
ブ（測定探針）を接触させてその抵抗値を測定し、レー
ザー光を照射して当該抵抗体部分の抵抗値を調整するレ
ーザートリミング方法を用いている。従来のパルストリ
ミング，レーザートリミングでは、トリミング後にサー
マルヘッドの発熱抵抗体ビットがある一定の抵抗値に揃
うように抵抗値を調整すると共に、配線抵抗値も一定に
なるようにトリミングして濃度むらの発生を低下させて
いるものもある。また、特開昭５４−７９４５７号公
報，特開昭５４−１３２７５８号公報に開示されたレー
ザトリミング方法は、抵抗体の保護膜を傷つけずに抵抗
値を調整する方法を提供している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、Ａ基板に形成されているサーマルヘッドの抵抗値
および配線の抵抗値を一定にして発熱部それぞれの熱容
量を揃えることで濃度ムラの発生を低下しようとしてい
るが、Ｂ基板側における原因によって発生する濃度ムラ
については、一切考慮されていない。図１２はサーマル
ヘッド駆動用の駆動ＩＣの端子（ここでは、パッドと称
する）の位置関係の説明図であって、７は駆動ＩＣ、７
１は出力パッド、７２は接地パッド（ＧＮＤパッド）で
ある。同図に示したように、駆動ＩＣの出力電圧は出力
パッド７１とＧＮＤパッド７２との間の距離によって決
まる。図１３は図１２に示した駆動ＩＣの各出力パッド
の出力電圧のドロップ（駆動ＩＣドロップ）の測定値の
一例の説明図であって、同図に示したように、駆動ＩＣ
の各駆動出力端子（出力パッド：ビット端子）の内部抵
抗による電圧ドロップ（駆動ＩＣドロップ）は、そのビ
ット毎（１ドットの発熱に対応する駆動ビット毎）に内
部抵抗にバラツキがあり、この内部抵抗値の相違に起因
して各ビットの駆動ＩＣドロップ量が異なるため、サー
マルヘッド側の各抵抗値を精度よく揃えても発熱量がド
ット毎にことなってしまい、その結果として濃度ムラが
発生するという問題がある。なお、同図ではビット端子
が０〜６４の駆動ＩＣにおけるビット端子番号を横軸
に、その各駆動ＩＣドロップ電圧（Ｖ）を縦軸にとって
示している。本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消し、駆動ＩＣドロップをも考慮して各印字ドットの発
熱量を揃えドット形状を一様なものとすることにより、
優れた印字品質と従来のサーマルヘッド装置に比べてさ
らに多階調の濃度階調記録を可能としたサーマルヘッド
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の抵抗素子により構成される複数の
発熱部と、前記複数の各発熱部の一端部に接続された共
通電極と、前記複数の発熱部の他端部にそれぞれ接続さ
れた複数の個別電極とを有するサーマルヘッド部と、上
記複数の各個別電極に接続された出力端子を有する駆動
ＩＣとを放熱基板上に搭載したサーマルヘッド装置にお
いて、上記サーマルヘッド部の上記発熱部の発熱量を上
記駆動ＩＣの出力端子毎に存在する電圧ドロップ量に応
じて設定したことを特徴とし、予め駆動ＩＣドロップ電
圧を測定しておき、またはトリミング時に上記内部抵抗
値を考慮して発熱抵抗体の抵抗値、または抵抗体が橋絡
する電極の抵抗値、あるいはその双方をトリミングする
ことにより、各ドットを印字する抵抗体の発熱量が一様
になるように調整して濃度ムラのないサーマルヘッド装
置を得ることを特徴とする。すなわち、駆動ＩＣ等の駆
動回路の各ビット毎の出力電圧ドロップ量に応じて対応
する発熱部の抵抗体の抵抗値を一定値に調整することに
より、または上記駆動ＩＣの各ビット毎の電圧ドロップ
量に応じて対応する発熱部の電極の抵抗値を一定値に調
整することにより、もしくは上記抵抗体と上記電極の双
方の抵抗値を一定値に調整することにより、発熱部の発
熱量を一定値に揃える。上記抵抗体の抵抗値の調整はパ
ルストリミングまたはレーザートリミングにより調整す
る。上記抵抗体の抵抗値の調整は、パルストリミングま
たはレーザートリミングにより抵抗特性を改変すること
で抵抗値を変えるか、レーザートリミングでサイズ，形
状を変えることによって行い、また電極の抵抗値の調整
はレーザートリミングでそれらのサイズ，形状を変える
ことによって行なう。

【０００９】

【作用】サーマルヘッド部の上記発熱部の発熱量を上記
駆動ＩＣの出力端子毎に存在する電圧ドロップ量に応じ
て設定したことにより、駆動回路の出力電圧毎の濃度ム
ラ、および駆動回路としての駆動ＩＣを複数個用いた場
合の各駆動ＩＣ毎に駆動される発熱部の濃度ムラを解消
することができる。パルストリミングまたはレーザート
リミング（加熱作用）による抵抗体の抵抗値の調整は、
抵抗体の形状やサイズを変更することなく、その抵抗値
の増大が可能であり、レーザートリミング（加工）によ
る抵抗体あるいは電極の抵抗値の調整は、抵抗体あるい
は電極の形状を変えることによって行なう。上記の各抵
抗値調整を施すことにより、各ドット毎の発熱量（熱容
量）を一様に設定でき、印字濃度が均一なものとなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明発明の実施例につき、図面を参
照して詳細に説明する。以下では、駆動回路として駆動
ＩＣを用いたものについて説明する。図１は本発明によ
るサーマルヘッド装置を得るための駆動ＩＣドロップ測
定装置の１例を説明するブロック図であって、２０は実
際のサーマルヘッドと同じ抵抗値を持つ抵抗体アレイを
もつサーマルヘッドであり、ｒ1 ，ｒ2 ，・・・・ｒn
は各抵抗体の抵抗、７０は駆動ＩＣでＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3
，・・・・Ｔn は上記抵抗体ｒ1 ，ｒ2 ，・・・・ｒn
をそれぞれ駆動する駆動回路であり、各１ドットの印
字に関与する。また、８０はオシロスコープ、９０はパ
ルス発生回路、１００はプローブである。パルス発生回
路９０から実際のサーマルヘッドと同じ抵抗値をもつ抵
抗アレイ２０にパルス電圧を印加し、１ビット毎（抵抗
アレイを構成する各抵抗ｒ1 ，ｒ2 ，・・・・ｒn ）に
接続する駆動ＩＣの出力電極パッドにプローブ１００を
当て、その抵抗値をオシロスコープで見て駆動ＩＣドロ
ップを読み取る。上記の測定装置によって前記図１３に
示したような駆動ＩＣドロップ特性が得られる。抵抗値
の調整量は次のようにして計算する。すなわち、プロー
ブを当てた時の印加電圧をＶ、ドロップ電圧の最低値を
Ｖｎ、ビット毎のドロップ電圧とＶｎとの差をΔＶ
（ｎ）とする。次に、以下のように各ビットの目標抵抗
値を計算する。揃える抵抗値をＲとし、駆動ＩＣドロッ
プのばらつきによる発熱量のばらつきを補正するための
ビット毎の調整量をΔＲ（ｎ）とする。発熱量を一定に
するために、 （Ｖ−Ｖｎ−ΔＶ（ｎ））2 ／（Ｒ−ΔＲ（ｎ））＝（Ｖ−Ｖｎ）2 ／Ｒ ＝ｃｏｎｓｔ． ・・・・（式１） の式を用いて、ビット毎の調整量を求める。

【００１１】図２はパルストリミング装置の構成例を示
すブロツク図であって、２０１は制御装置（コンピュー
タ）、２０２はトリミングパルスを発生するパルス発生
器、２０３は抵抗測定器、２０４は抵抗アレイを順に切
り換えるマルチプレクサリレー、２０５は抵抗測定とト
リミングパルスの印加を切り換えるためのスイッチ、２
０６は測定器（プローバ）、２０７は調整対象となるサ
ーマルヘッド装置である。なお、レーザートリミング装
置は、図２におけるパルス発生器に替えてレーザー発振
器を備える構成となる。具体的に、８ｄｏｔ／ｍｍの解
像度をもつ厚膜型リフトオフサーマルヘッドを図２に示
した装置を用いて高精度なパルストリミングを施すこと
で図３に示すような結果を得た。図３はパルストリミン
グを施した後の抵抗体アレイの抵抗値の説明図であっ
て、平均抵抗値１０００Ωに対して最大で１２．８Ωの
抵抗調整が行なわれたことを示している。

【００１２】図４は８ｄｏｔ／ｍｍの薄膜型サーマルヘ
ッドを用い抵抗体の抵抗値の調整をレーザトリミングに
より行った結果を示す抵抗特性図であって、上記と同様
に駆動ＩＣの出力毎のムラを解消することができ、良好
な画質を得ることができた。上記の各具体例は抵抗体の
抵抗値をトリミング調整するものであるが、次に抵抗値
の調整を行なう具体例を説明する。図５は発熱部の抵抗
体の幅（主走査方向）を変えて抵抗値の調整を行なった
サーマルヘッドの説明図であって、２−1 ，２−2 ，２
−3 ，・・・２−i ，２−j ，・・・・２−62 ，２−
63 ，２−64 は抵抗体、である。ここでは、８ｄｏｔ
／ｍｍの薄膜型サーマルヘッドの抵抗体の幅を調整して
上記抵抗値になるようにマスクの幅の設計をおこなっ
た。具体的には、従来の線幅１００μｍに対して１００
０Ωであるので、９８７Ωに設定する抵抗体２−i のと
ころは９８．７μｍに、９８８Ωに設定する２−63 の
ところは９８．８μｍに設計した。その結果、概ね駆動
ＩＣ毎のむらを解消することができた。また、８ｄｏｔ
／ｍｍの薄膜型サーマルヘッドの配線の幅を調整して、
配線抵抗のサーマルヘッドがΔＲ（ｎ）になるように設
計を行なった。計算の基本式には次式を用いた。 Ｒｗ＝（Ｌ／Ｗ）×ρ ・・・・・（式２） 但し、Ｒｗは配線抵抗、Ｌは配線長、Ｗは配線 幅、
ρはシート抵抗値 具体的には、シート抵抗値５ｍΩ／□のアルミニウムを
用いて、約１２ｍｍの配線をしたので、最大線幅１００
μｍのときに８Ωの抵抗を持っていた。そこで、上式を
変形して、（式３） Ｗ（ｎ）＝｛Ｒｗ／（Ｒｗ＋ΔＲ（ｎ））｝×Ｗ ・・・・（式３） 但し、Ｒｗ＝８Ω Ｗ＝１００μｍ によりビット毎の配線幅を計算し設計した。

【００１３】図６は個別電極の主走査方向の幅をトリミ
ングして発熱部の発熱量を調整したサーマルヘッドの説
明図であって、４−1 ，４−2 ，４−3 ，・・・・４−
i ，４−j ・・・４−62 ，４−63 ，４−64 は各個
別電極である。この場合は、電極４−i ，４−j の幅は
３８μｍ、電極４−62 〜４−64 の幅は４２μｍにな
り、同図に示すように最少線幅は３８μｍになった。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によるサーマ
ルヘッド装置は、駆動回路（ＩＣ等）の内部抵抗のばら
つきが大きくてもサーマルヘッドの各抵抗素子の発熱量
を一定にし、均一なドット形状を印字することができ
る。ちなみに、本発明のサーマルヘッド装置を昇華型プ
リンタに設置して記録したところ、従来のサーマルヘッ
ド装置では駆動ＩＣの内部抵抗のムラに起因して３２階
調以上の多階調記録が不可能であったのに比べ、２５６
階調までムラのない良好な記録が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるサーマルヘッド装置を得るため
の駆動ＩＣドロップ測定装置の１例を説明するブロック
図である。

【図２】 パルストリミング装置の構成例を示すブロツ
ク図である。

【図３】 パルストリミングを施した後の抵抗体アレイ
の抵抗値の説明図である。

【図４】 ８ｄｏｔ／ｍｍの薄膜型サーマルヘッドを用
い抵抗体の抵抗値の調整をレーザトリミングにより行っ
た結果を示す抵抗特性図である。

【図５】 発熱部の抵抗体の幅（主走査方向）を変えて
抵抗値の調整を行なったサーマルヘッドの説明図であ
る。

【図６】 個別電極の主走査方向の幅をトリミングして
発熱部の発熱量を調整したサーマルヘッドの説明図であ
る。

【図７】 ヘッド基板の断面図である。

【図８】 サーマルヘッド装置の側面図である。

【図９】 サーマルヘッドの上面図である。

【図１０】 サーマルヘッドを製造する従来の工程図で
ある。

【図１１】 完成したサーマルヘッド装置の側断面図で
ある。

【図１２】 サーマルヘッド駆動用の駆動ＩＣの端子の
位置関係の説明図である。

【図１３】 図１２に示した駆動ＩＣの各出力パッドの
出力電圧のドロップの測定値の一例の説明図である。

【符号の説明】

１・・・・絶縁基板、２・・・・抵抗体、３・・・・共
通電極、４・・・・個別電極、５・・・・オーバーグレ
ーズ層、６・・・・放熱基板、７・・・・駆動ＩＣ、８
・・・・ボンデイングワイヤー、９・・・・コネクタ、
２０・・・・サーマルヘッド、７０・・・・駆動ＩＣ、
８０・・・・オシロスコープ、９０・・・・パルス発生
器、１００・・・・プローブ。

フロントページの続き (72)発明者 白附 好之 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社 海老名事業所内 (56)参考文献 特開 平２−263663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−141765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−171178（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−168058（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/35 H01C 17/242

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の抵抗素子により構成される複数の
   発熱部と、前記複数の各発熱部の一端部に接続された共
   通電極と、前記複数の発熱部の他端部にそれぞれ接続さ
   れた複数の個別電極とを有するサーマルヘッド部と、上
   記複数の各個別電極に接続された出力端子を有する駆動
   ＩＣとを放熱基板上に搭載したサーマルヘッド装置にお
   いて、 上記サーマルヘッド部の上記発熱部の発熱量を上記駆動
   ＩＣの出力端子毎に存在する電圧ドロップ量に応じて設
   定したことを特徴とするサーマルヘッド装置。