JP4771780B2

JP4771780B2 - 加熱ヘッドおよびその駆動方法

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Publication number: JP4771780B2
Application number: JP2005299074A
Authority: JP
Inventors: 秀夫谷口
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Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: JP2007105993A

Description

本発明は、記録媒体の記録（転写法や再転写法によるものを含む）または消去を行うために帯状の発熱用抵抗体を有する加熱ヘッドおよびその駆動方法に関する。さらに詳しくは、記録済みの可逆性感熱記録材料の記録を加熱消去したり、紙、プラスティック、金属などからなる用紙、カード、シールなどの被印刷物に、熱転写法、インクジェット法などの印刷法で印刷するに先立って、画像を印刷する被印刷物の表面にアンダーコートをしたり、画像を印刷した後に、印刷面の全面にあるいは限定部分面にオーバーコートをしたりする際に、加熱するのに適した加熱ヘッドおよびその駆動方法に関する。

近年、たとえば紙、不織布、織布、塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂、金属、ガラスなどからなるフィルム状、シート状、カード状などの支持体上に加熱により発色と消色を可逆的に繰り返し行える可逆性感熱記録層からなる記録部を設けた可逆性感熱記録媒体（リライタブルカード）が広く使用されるようになってきている。

このようなリライタブルカードなどの熱可逆性記録媒体は、ある温度（たとえば１８０℃）以上に加熱し、たとえば８０℃以下に急冷することにより発色し、発色温度よりも低い温度（たとえば１２０〜１６０℃）に上昇させることにより完全に消色される。このような熱可逆性記録媒体への記録消去を行うのに、たとえば図１０に示されるような加熱ヘッドが用いられる（たとえば特許文献１参照）。

図１０において、アルミナなどからなるヘッド基板５１の一面に図示しないガラス層（グレース層）が設けられ、その上に帯状の発熱用抵抗体５２が形成され、その両端部に電極５３が設けられることにより、形成されている。この電極５３は、配線などによりヘッド基板５１の裏面に導出され、ヘッド基板５１の裏面側に設けられる配線基板などに接続されて電圧を印加し得るように形成されている。その結果、発熱用抵抗体５２の両端部に電極５３、５４を介して電圧が印加され、電流が流れることにより抵抗体が発熱し、電流量により抵抗体５２の温度を制御することができる。この発熱用抵抗体５２上を図示しないローラなどで押し付けながらカードなどの記録媒体を通過させることにより、前述のような記録または消去を行うことができる。
特開２００４−２６８２５６号公報

前述のように、発熱用抵抗体を通電しながら加熱して、その上に記録媒体を通過させることにより、記録媒体への記録や消去が行われるため、記録媒体が通常のカードであれば、発熱用抵抗体の長さは５６ｍｍ程度（カードの全幅）あればそのカードの記録部分の全体を加熱することができる。しかし、産業用の媒体では大きいものも使用されている。さらに、被印刷物の表面にアンダーコートやオーバーコートをする場合など、印刷物に処理を行う場合などでは、その記録媒体にＡ４サイズやＢ４サイズなどの大きいものに同時に加熱処理をする必要が出てくる。このような場合、発熱用抵抗体の長さを２２０〜２６０ｍｍ程度と大きくする必要がある。このような長い発熱用抵抗体を形成すると、両端部に印加する電圧が、たとえば１００Ｖ程度以上必要となり、駆動用電源として、高電圧用の電源を内蔵することが必要となり、高価になる共に、取扱いも不便になるという問題がある。たとえば発熱用抵抗体１ｃｍ²あたり６０Ｗの電力が必要であり、幅２.５ｍｍで５０ｍｍ長の従来の発熱用抵抗体でも７５Ｗ／ｃｍ²の電力が必要であり、長さがたとえば２００ｍｍになると３００Ｗの電力が必要となり、電圧が１００Ｖ程度必要で１つの駆動源でこの電力を供給するのは非常に過酷になる。

さらに、発熱用抵抗体は、一般的にＡｇとＰｄの合金ペーストを塗布して形成されるため、発熱用抵抗体が長くなると、場所によりシート抵抗値が必ずしも安定せず、温度ムラが生じやすくなるという問題もある。また、発熱用抵抗体のシート抵抗自体は均一でも、加熱ヘッドが搭載される機器などにより長い発熱用抵抗体の長さ全体で均一な温度にならない場合もあるという問題がある。また、逆に発熱用抵抗体の全体に亘って均一な温度に上昇させないで、場所により加熱温度を変えたり、部分的に非加熱にしたりする加熱方法を採用したい場合も生じる。

一方、図１０に示されるような発熱用抵抗体では、両端部の電極が設けられている部分では、熱伝導がよく、中心部よりも温度が下がりやすく、電極の近傍は加熱用に用いることができない。そのため、このような端部にのみ電極を設ける構造であればその両端部を使用しない構造にすることにより、使用領域の全長に亘ってほぼ均一な温度の加熱ヘッドとすることもできるが、たとえば１００ｍｍ程度の長い発熱用抵抗体の途中に中継用の電極を設けようとすると、その部分の温度が下がり、使用領域の長さ全体に亘っての均一な温度を得ることができない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、発熱用抵抗体の長さが長くなっても低い電圧の電源で駆動することができると共に、長い発熱用抵抗体の温度が均一にならない場合でも部分的に温度制御をして均一温度にすることができるように途中に中継用の電極を形成しながら、発熱用抵抗体の全長に亘ってほぼ均一な温度にすることができる構造の加熱ヘッドを提供することにある。

本発明の他の目的は、加熱ヘッドの発熱用抵抗体を部分的に加熱して使用したり、部分的に温度を変えたりすることができるようにすることにより、記録媒体の記録または消去を部分的に行ったり、部分的に温度を変化させたりして多様な記録または消去を行うことができる加熱ヘッドの駆動方法を提供することにある。

本発明者は、発熱用抵抗体の両端部に電極を設けると熱伝導による熱の逃げが多くなり、電極部近傍で発熱用抵抗体の温度が下がり、発熱用抵抗体の全長に亘って均一な温度で使用することができないという問題解決するため、鋭意検討を重ねた結果、発熱用抵抗体と電極とを重ね、その重なり部分の電極の形状を工夫することにより、電極近傍の発熱用抵抗体の温度を均一にすることができることを見出して、特願２００５−２３２１８６号により開示している。本発明者はさらに鋭意検討を重ねた結果、発熱用抵抗体の中間部に電極を設ける場合でも、加熱に用いる帯状の発熱用抵抗体に直接中継用の電極を設けるのではなく、帯状の発熱用抵抗体の側縁から発熱用抵抗体の分岐部を形成し、その分岐部に中継用の電極を接続させることにより、本体である帯状の発熱用抵抗体の温度には何ら異常を来たすことなく中継用の電極を設けることができることを見出した。

本発明による加熱ヘッドは、ヘッド基板と、該ヘッド基板の一面で、該ヘッド基板の長手方向に沿って少なくとも１本形成される帯状の発熱用抵抗体と、該発熱用抵抗体の両端部側にそれぞれ電気的に接続して設けられる第１および第２の電極と、前記発熱用抵抗体の前記両端部側以外の部分に少なくとも１個設けられる中継用の第３の電極とを有し、前記第３の電極が、前記発熱用抵抗体の幅方向の一側壁部に該発熱用抵抗体が分岐して形成される第１の抵抗体分岐部に接続して設けられ、該第１の抵抗体分岐部と対向して、前記一側壁部と反対側の側壁部に前記発熱用抵抗体が分岐して設けられる第２の抵抗体分岐部に接続して中継用の第４の電極が設けられ、該第３および第４の電極が前記発熱用抵抗体の長手方向の中継用の電極とされると共に、該第３および第４の電極間で前記発熱用抵抗体の幅方向に電流を流し得るように形成されている。

前記第３および第４の電極が前記発熱用抵抗体の長手方向でずらして設けられ、該第３および第４の長手方向両側に設けられる電極との間で形成される電流通路が該第３および第４の電極間でオーバラップするように前記第３および第４の電極が形成されても、中継用の電極が設けられることによる温度低下を保障することができる。

前記帯状の発熱用抵抗体の一側壁部に該発熱用抵抗体が分岐して抵抗体分岐部が形成され、該抵抗体分岐部に接続して中継用の電極が設けられ、該中継用の電極が前記一側壁部側に２以上形成されることにより、長い帯状発熱用抵抗体でも、低い電圧で駆動することができると共に、長い帯状発熱用抵抗体を部分的に温度上昇させたり、部分的に温度を変えたりすることができる。分割する１ブロックの発熱用抵抗体の長さは、２.５ｍｍ幅のときに５０〜６０ｍｍ程度になるように分割されるのが好ましく、通常の場合、消費電力は約７５Ｗである。

本発明による加熱ヘッドの駆動方法は、ヘッド基板の一面に、該ヘッド基板の長手方向に沿って少なくとも１本の帯状の発熱用抵抗体が形成され、該発熱用抵抗体の両端部に第１および第２の電極を形成し、該第１および第２の電極間に電流を流して加熱することにより、該発熱用抵抗体上を搬送する記録媒体の記録または消去を行う加熱ヘッドの駆動方法であって、前記発熱用抵抗体の長手方向の一側壁に該発熱用抵抗体が分岐して形成される少なくとも１個の第１の抵抗体分岐部に接続して中継用の第３の電極を設け、かつ、第１の抵抗体分岐部と対向する、前記一側壁部と反対側の側壁部に、前記発熱用抵抗体が分岐して設けられる第２の抵抗体分岐部に接続して中継用の第４の電極を設け、該第３および第４の電極が前記発熱用抵抗体の長手方向の中継用の電極とされると共に、該第３および第４の電極間で前記発熱用抵抗体の幅方向に電流を流し得るように形成し、該中継用の電極により分割される前記発熱用抵抗体のそれぞれの温度を別個に制御することを特徴とする。

ここに記録とは、感熱体を発色させること、転写や再転写により画像などを記録するものを含む意味で、本発明では主に転写や再転写で行われる場合が多い。

前記発熱用抵抗体と並置して基板温度測定用抵抗体を設けて該基板温度測定用抵抗体を利用することにより、または前記発熱用抵抗体を利用することにより、前記中継用の電極により分割される長さごとの温度を測定し、該測定温度に基づいて前記発熱用抵抗体の温度を制御することにより、中継用の電極により分割された部分ごとに好みの温度に正確に制御することができる。

また、前記中継用の電極により分割される前記発熱用抵抗体の一部を用いて記録媒体の記録または消去を行う駆動をすることもできる。

さらに、前記発熱用抵抗体の一側壁側に中継用の第３の電極を設け、該一側壁側と対向する他の側壁側に中継用の第４の電極を設け、該第３の電極と第４の電極との間に電流を流すことにより、中継用電極を設ける部分でも温度を均一にしやすい。

本発明の加熱ヘッドによれば、帯状の発熱用抵抗体の中間部に中継用の電極が設けられているため、大型記録媒体用で帯状の発熱用抵抗体が非常に長くなっても、端部の電極と中継用電極との間、または中継用電極間に電圧を印加すればよく、高い電圧を印加しなくても動作させることができる。また、発熱用抵抗体が長くなると、抵抗体自身の均一性や、加熱ヘッドの周囲の環境などにより長さ全体に亘って均一な温度にし難いという問題が生じやすいが、本発明では、全体に均一な電流を流す必要はなく、中継電極間で電流を変えたり、印加時間を変えたりして、温度を均一にしたり、また逆に中継電極により区分される部分ごとに温度を故意に変化させたり、長い発熱用抵抗体の一部だけを加熱して部分的に作動させたりすることもできる。

前述の全長に亘って均一な温度にしたり、部分的に温度を変化させたりする場合には、たとえば帯状の発熱用抵抗体と隣接して基板温度測定用抵抗体を設けたり、発熱用抵抗体を利用し、その温度特性から温度を測定することにより、また、その基板温度測定用抵抗体にも中継用電極を設けることにより、部分的に発熱用抵抗体の温度を制御することができ、全体を均一の温度にしたり、部分的に温度を変化させたりすることができる。

本発明の駆動方法によれば、長い発熱用抵抗体でも、長さ全体に亘って均一な温度に制御したり、部分的な記録や消去を行ったりすることもでき、必要に応じた記録や消去を正確に行うことができる。また、中継用電極間で帯状発熱用抵抗体の幅方向に電流を流すことにより、中継用電極による温度の低下をより一層防ぐことができる。

つぎに、図面を参照しながら本発明の加熱ヘッドおよびその駆動方法について説明をする。本発明による加熱ヘッドは、その一実施形態の平面説明図および端部の断面説明図が図１に示されるように、平面形状がほぼ長方形状のヘッド基板１の一面（表面）に、ヘッド基板１の長手方向に沿って、発熱用抵抗体２が少なくとも１本形成され、その発熱用抵抗体２の両端部側にそれぞれ電気的に接続して、第１および第２の電極４、５が設けられている。この発熱用抵抗体２の両端部側以外の部分に、中継用の第３の電極６、第４の電極７が少なくとも１個設けられ、この第３および第４の電極６、７が、発熱用抵抗体２の幅方向の側壁部に分岐して設けられる第１および第２の抵抗体分岐部２１、２２に接続して設けられている。なお、図１に示される例では、ヘッド基板１の表面に発熱用抵抗体２と並置して基板温度測定用抵抗体３が設けられ、両端部に温度測定用電極１０、１１が形成され、第４の電極７を中継点として中継用電極７の両側の温度を測定できるようになっている。

ヘッド基板１は、たとえば長さ約１８０ｍｍ、幅約１２ｍｍ、厚さ約１.０ｍｍ程度の略矩形状板からなり、その材質としてはある程度熱伝導性のあるもの、すなわち熱伝導率が０.５〜３０Ｗ／Ｋ・ｍ程度のもので、使用時の発熱温度条件において耐熱性を有し、発熱抵抗体を設ける面が絶縁性を有するもの、たとえばアルミナ（熱伝導率：２１Ｗ／Ｋ・ｍ）などのセラミックス、石英ガラス（熱伝導率：１.４Ｗ／Ｋ・ｍ）、ガラス（熱伝導率：０.８Ｗ／Ｋ・ｍ）などを用いることができる。これは熱伝導率が低過ぎると連続動作をした場合に過熱（オーバーヒート）する危険性があり、熱伝導率が大きすぎると発熱抵抗体２の熱量が逃げやすいからである。この観点から、樹脂系材料、表面に絶縁膜が設けられたステンレスなどからなる金属板、ガラス系材料なども使用することができる。なお、本実施形態では、ヘッド基板１として、アルミナ基板を用い、その裏面側に１ｍｍ厚程度のプラスティック断熱層を介在させてＡｌ板などの放熱板に接着されている。温度上昇が要求される場合には、Ａｌ板を用いないで、プラスティックのみに接着される。

ヘッド基板１の上面にはガラス層（グレース層）１ａ（熱伝導率：０.８Ｗ／Ｋ・ｍ）が０.０８ｍｍ程度の厚さに設けられ、その上に発熱用抵抗体２が設けられている。グレース層１ａは、帯状の発熱用抵抗体２の部分のみに設けられている。発熱用抵抗体２は、たとえばＡｇ＋Ｐｄ＋ガラスなどのペーストを塗布して、焼成することにより形成されている。これにさらにＲｕＯ₂などを加えたものを使用することもできる。焼成により形成されるＡｇ-Ｐｄ合金からなる場合、シート抵抗として１００ｍΩ／Ｓｑ〜５００ｍΩ／Ｓｑが得られ（配合、固形絶縁粉末の量、印刷する厚さ、焼成条件などによって異なる）、両者の比率により抵抗値や温度係数を変えることができる。また、導体（電極）として使用する場合、Ａｇが多い程抵抗を低くすることができる。発熱用抵抗体の大きさは、たとえば標準的なもので幅約２.５ｍｍ、厚さ約１０μｍの直線状で、ヘッド基板１の長手方向である長さ方向の両端部に設けられる一対の電極４、５に重なるように印刷形成され、その長さは約５６ｍｍで、シート抵抗値が約３６０ｍΩ抵抗（全抵抗８Ω程度）、抵抗温度係数を約１５００ｐｐｍ／℃（温度が１００℃変化すると抵抗値が１５％変化する）に形成されている。しかし、発熱用抵抗体２の発熱特性は、これに限定されず、自由に設定することができるが、発熱用抵抗体２の抵抗温度係数は正に高い方が好ましく、とくに１０００〜３５００ｐｐｍ／℃の材料を用いることが、後述する発熱用抵抗体２を用いてその温度を検出して制御したり、熱暴走による過熱を防止したりするのに好ましい。発熱用抵抗体２により直接温度を測定しない場合でも、後述するように、基板温度測定用抵抗体を形成する場合、発熱用抵抗体２と同時に形成することができながら正確な温度を測定しやすい。

抵抗温度係数が正に高いということは、温度が上昇すると抵抗値の増加が大きいことであるから、発熱させた状態における抵抗値測定により基準抵抗値からのずれにより実際の発熱温度の検出を容易に精度よく行え、印加電圧を調整し、または印加パルスのデューティを調整することにより所望の発熱温度からのずれを修正しやすくなる。また、抵抗温度係数が正であることにより、温度が上昇し過ぎた場合に抵抗値が増大して電流値が下がり、抵抗による発熱量が下がるため、より早く温度が飽和状態となり、高温時の温度安定性に優れているからであり、熱暴走などによる過熱を防止できるからである。なお、発熱用抵抗体２の幅も前述の例に限定されず、用途に応じて設定され、複数本並列に並べてもよい。

また、発熱用抵抗体２の両端部には、たとえばパラジウムの比率を小さくした銀・パラジウム合金やＡｇ-Ｐｔ合金などの良導電体からなる第１および第２の電極４、５が印刷形成されている。この第１および第２の電極４、５は、ヘッド基板の表面、側面および裏面を利用して配線基板の端子に接続され、外部電源と接続される構造になっている。なお、後述する第３および第４の電極６、７も全く同様に同時に形成される。

図１に示される例では、この帯状の発熱用抵抗体２の中間部で、その両側に若干離間して中継用の第３および第４の電極６、７が前述の第１および第２の電極４、５と同様に銀・パラジウム合金やＡｇ-Ｐｔ合金などの良導電体により形成されており、その第３および第４の電極６、７上に重なるように、発熱用抵抗体２の側壁から分岐して形成された第１および第２の抵抗体分岐部２１、２２が設けられている。この第３および第４の電極６、７は、発熱用抵抗体２の長さが長くなる場合に、その両端部の一対の（第１および第２の）電極４、５間に電圧を印加して駆動すると、発熱用抵抗体２の長さが長くなるほど抵抗値が大きくなり、同じ電流で発熱させるためには印加電圧を高くしなければならず、長い発熱用抵抗体２には駆動電源に電圧の高い電源が必要となり、取扱い上非常に不便となる。そのため、中継用の電極を設けることにより、長い発熱用抵抗体２を分割してそれぞれに電圧を印かし得るようにするものである。この場合、直接発熱用抵抗体２に中継用電極を形成すると、その電極部分で温度が下がり、発熱用抵抗体２の全体に亘って均一な温度分布の加熱ヘッドを得ることができなくなる。

そこで、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、中継用電極を直接発熱用抵抗体２に接続しないで、発熱用抵抗体２の側部から発熱用抵抗体２を分岐して延出させた第１および第２の抵抗体分岐部２１、２２を形成し、その抵抗体分岐部２１、２２に中継用電極である第３および第４の電極６、７を接続させることにより、本体の発熱用抵抗体２の温度を均一に維持しながら、第３および第４の電極６、７と第１または第２の電極４、５との間に電圧を印加することにより、その半分程度の長さの発熱用抵抗体として動作させることができながら、全体を継ぎ目による温度低下など温度変化を来たすことなく、一定の温度にすることができることを見出した。

すなわち、図２（ａ）に発熱用抵抗体２とその両端部および中間部に設けられる第１および第２の電極４、５と第３および第４の電極６、７の部分のみを示す概略図が示されるように、第３および第４の電極６、７の上を覆うように重ねて発熱用抵抗体分岐部２１、２２を形成することにより、たとえば図２（ａ）に示されるように、第３および第４の電極６、７をアースとして、第１および第２の電極４、５にそれぞれ＋Ｖ１、および＋Ｖ２の電圧を印加すると、図２に直線および矢印Ａ、Ｂで示されるように、発熱用抵抗体２に電流が流れ、中継用の第３および第４の電極６、７の近傍部分でも、発熱用抵抗体２は均一な温度を維持することができる。この場合、発熱用抵抗体２の幅が広い場合には、第３および第４の電極６、７の対向する部分の発熱用抵抗体２の中心部（図２（ａ）のＰ部）では電流が流れ難く、温度が下がりやすくなる場合があるが、その場合の対策に関しては後述する。

図２に示される例では、第３および第４の電極６、７は、それぞれ発熱用抵抗体２の側壁近傍まで設けられ、グレース層１ａは、発熱用抵抗体２の中心部で、第３および第４の電極６、７の方向での断面説明図が図２（ｂ）に示されるように、本体の発熱用抵抗体２の下側のみに設けられ、抵抗体分岐部２１、２２の下側には設けられないで、第３および第４の電極６、７が設けられている。しかし、第３および第４の電極６、７は、発熱用抵抗体２から若干離間して形成されることもできる。こうすることにより、帯状の発熱用抵抗体２の温度を均一化させるのに都合がよい場合がある。すなわち、たとえば図３（ａ）に示されるように、この離間距離ｇが設けられることにより、発熱用抵抗体２と第３の電極６との間隙部の抵抗体分岐部２１でも発熱し、前述のＰ点での温度低下を補うことができる。しかし、間隙ｇが余り長くなると好ましくなく、０〜１ｍｍ程度空けるのが好ましかった。なお、図３において、（ａ）以外の図も第４の電極側の図は省略されているが、第３の電極６側と同様の構成になっている。この場合、その離間した部分の抵抗体分岐部２１、２２の下側にもグレース層を設けることができる。

なお、この離間する間隔ｇは、発熱用抵抗体２の幅や抵抗値や第３および第４の電極６、７の大きさ、熱伝導率などによって異なり、それらの状況に応じて、発熱用抵抗体２への影響の少ない寸法に設定される。さらに、図３（ｂ）に示されるように、抵抗体分岐部２１の幅を第３の電極の幅ｗ（標準的な寸法として、第３および第４の電極および抵抗体分岐部２１、２２の幅は、発熱用抵抗体２の幅とほぼ同じにしてあり、この例では２.５ｍｍ幅にしてある）よりも拡げる（ｗ＋２ｈ）と、同様にこの広げられた抵抗体分岐部２１の部分で発熱して、前述のＰ点での温度低下を補償することができた。この片側に広げる幅ｈは、やはり０〜１ｍｍ程度が好ましかった。また、電流は、図２（ｃ）に示されるように、電流の流れる方向の電極の一番近い部分に集中しやすいため、たとえば図２（ｄ）に示されるように、第３および第４の電極６、７の中心部で尖らせる形状にしたり、図３（ｃ）に示されるように、第３および第４の電極６、７を細くしたりすることにより、温度不均一を抑制することができる。この細くする幅ｓは、電流を中心まで導くという観点からは、細いほど良いが、余り細くなると第３の電極６での電流密度が上昇して耐圧上の問題が出てくるため、狭くする場合でも、前述の標準的な幅２.５ｍｍの場合に１〜２ｍｍ程度に抑えることが好ましい。しかし、第３および第４の電極６、７を厚く形成して電流容量を確保することができればこの限りではない。

この第１および第２の抵抗体分岐部２１、２２は、発熱用抵抗体２を形成する際に同時に形成することができ、その長さｄは、第３および第４の電極６、７との重なり部分が、たとえば発熱用抵抗体２（抵抗体分岐部）の幅が２.５ｍｍ程度の場合、２〜２.５ｍｍ程度になるように形成されればよく、ｄは２.５〜３ｍｍ程度になるように形成される。また、第１および第２の抵抗体分岐部２１、２２の幅ｗは、第３および第４の電極６、７の幅と同程度に形成され、前述のように、共に小さいほど中心部Ｐでの温度低下を防止することができるため好ましく、１.５〜２.５ｍｍ程度に形成される。

基板温度測定用抵抗体３は、発熱用抵抗体２のできるだけ近くのヘッド基板１表面の温度を検出するのが目的であるため、温度係数が大きい抵抗体で、ヘッド基板１上に発熱用抵抗体２と並置して設けられ、その両端に温度測定用電極１０、１１が設けられている。この基板温度測定用抵抗体３は、図４で後述する分圧抵抗３１の抵抗値と同程度にすることが感度の点から好ましく、一方でそれ自身が発熱して温度が上昇することは好ましくないため、基板温度測定用抵抗体３および分圧抵抗３１の抵抗値は大きくして、また、分圧抵抗３１は温度係数の小さいものが望ましい。その結果、基板温度測定用抵抗体に電極を接続しても温度の影響は無く、前述の温度測定用電極以外にも温度測定用電極を形成することが可能で、細かく温度測定をすることができる。基板温度測定用抵抗体３は、発熱用抵抗体２と同じ材料で形成されてもよいが、好ましくはできるだけ温度係数の絶対値（％）が大きい方（正でも負でもよい）が好ましい。この基板温度測定用抵抗体３は、たとえば０.３〜０.５ｍｍ幅程度で、発熱用抵抗体２に沿って、またはその一部近傍に設けられ、たとえば５０Ω程度に形成され、基板温度測定用抵抗体３自身は発熱しないよう印加電圧が低く抑えられて５Ｖ程度が印加される。すなわち、この基板温度測定用抵抗体３はヘッド基板１上に薄い層で設けられているため、その温度はヘッド基板１と殆ど同じで、基板温度測定用抵抗体３の温度を測定することにより、ヘッド基板１表面の温度を推測することができる。

基板温度測定用抵抗体３は、発熱用抵抗体２と同じ材料であれば、印刷などにより形成する場合、発熱用抵抗体２と同時に形成することができるため製造上の観点からは好ましい。しかし、測定温度の精度を必要とする場合には、ＡｇとＰｄの混合比率を変えたものや、全く別の材料で温度係数の大きいものを用いることもできる。同じ材料でも厚さや焼成温度を変えることにより特性を変えることができる。また、異なる材料を用いれば、基板温度測定用抵抗体３を５００Ω程度に形成することができる。

なお、図示されていないが、発熱用抵抗体２や基板温度測定用抵抗体３の上には、磨耗および異物付着によるショートを防止するため、たとえばガラスなどからなる保護層が一般的には設けられる。本実施形態では、図示しないがガラス層（熱伝導率：１Ｗ／Ｋ・ｍ）が０.０１ｍｍ厚程度設けられている。

基板温度測定用抵抗体３の温度を検出するには、たとえば図４に示されるように、温度検出用抵抗体３の両端（図１に示されるように、中継用電極などで分断される場合には、その電極間に分割される部分の両端部）に分圧抵抗３１を介して直流またはパルスの電源３２を接続する。温度検出用抵抗体３は、前述のように、できるだけ温度係数の大きい材料（たとえば１０００〜３５００ｐｐｍ／℃）が用いられ、分圧抵抗３１は、温度の変化するヘッド基板１と離れた場所に設けられるため、殆ど温度変化はないが、環境温度の変化の影響を受けなくするため温度係数が小さい方が好ましい。具体例としては、たとえば基板温度測定用抵抗体３の抵抗値を５０Ω程度で、分圧抵抗３１の抵抗値を５０Ω程度にして、電源に５Ｖ程度の直流電源を用いることができる。

このような構成で、基板温度測定用抵抗体３の両端電圧を測定し（Ｖ検出）、その電圧の変化を求めることにより、温度の変化を計算してその時点での温度検出用抵抗体３の温度を求めることができる。すなわち、温度検出用抵抗体３は、温度により抵抗値が一定の割合で変化する温度係数を有しており、その温度係数は予め測定することにより（材料により定まるが、成分により異なるので測定により正確に求める）分っている。そのため、前述のように、基板温度測定用抵抗体３と直列に分圧抵抗３１を接続し、その両端に電源３２が接続されて、一定の電圧が印加されることにより、基板温度測定用抵抗体３の温度が変化すると、その抵抗値が変化して電流が変化する。分圧抵抗３１の抵抗値は変化しないため、基板温度測定用抵抗体３の両端電圧は、その抵抗体３の抵抗変化に応じて変化する。その電圧変化により、基板温度測定用抵抗体３の抵抗値がわかり、温度係数から変化前の温度に対する温度の変化量を知ることができ、その時点での基板温度測定用抵抗体３の温度を知ることができる。

なお、温度検出用抵抗体３の両端により電圧変化を測定している（Ｖ検出）が、これは温度変化により両端電圧の変化割合が大きい方が精度よく検出できるためで、分圧抵抗３１の両端電圧を測定しても温度変化を検出することはできる。電極を設けたところは抵抗成分があっても電圧は正確に測定することができる。

前述の例では、発熱用抵抗体２とは別に基板温度測定用抵抗体３を設けて温度測定を行ったが、基板温度測定用抵抗体３を設けないで、発熱用抵抗体２を用いて同様に分圧抵抗を電源との間に直列に接続することにより、直接発熱用抵抗体２の温度を測定することができる。さらに、発熱用抵抗体２は、それ自身で発熱させることが目的であるため、発熱用抵抗体２の抵抗が分圧抵抗より遥かに大きい抵抗となるように形成され、たとえば発熱用抵抗体２の抵抗が８Ωで、分圧抵抗３１が０.２２Ω（電流が多くても電力を消費しないように小さく設定される）になるように形成されると共に、印加する電圧も２４Ｖ程度と高い電圧が印加されるようになっている。そのため、抵抗の小さい側である分圧抵抗により電圧検出（Ｖ検出）が行われるが、発熱用抵抗体２の両端の電圧を検出することもできる。

なお、発熱用抵抗体２を用いて温度測定をする場合、発熱用抵抗体２をパルス駆動する場合には、パルスの通電時間中は温度測定をすることができるが、オフの際には測定することができない。したがって、パルスに同期させてオンの際のみに測定することになるが、実際の発熱用抵抗体の温度はオン・オフの平均の温度になり、オン時のみの測定では、平均温度より高くなるので、その分を考慮する必要がある。

図示されていないが、この加熱ヘッドは、放熱板などに接着して用いられる。この放熱板は、ヘッド基板１をしっかりと保持しながら、連続して使用されても、発熱用抵抗体２の温度が上昇し過ぎないで、常に安定した温度を維持させ得る機能を有するものが用いられる。また、加熱ヘッドの用途により、急冷したい場合には、たとえばアルミニウム板（熱伝導率：２２１Ｗ／ｍ・Ｋ）、鉄板（熱伝導率：８３Ｗ／ｍ・Ｋ）などの熱伝導率の大きい材料からなる放熱板に直接貼り付けて用いられ、蓄熱させて急加熱させたい場合には、断熱材を介して金属板に貼り付けて用いられる。この断熱材としては、耐熱性が必要となり、１ｍｍ厚程度のガラスエポキシ樹脂板が用いられる。さらに、図示されていないが、放熱板の側面には、プリント基板などからなる配線基板が設けられ、前述の各電極が配線などを介して導出され、電源を接続すれば稼動できる構造になっている。

前述の図１に示される例では、発熱用抵抗体２の側壁の両側に中継用の電極として第３および第４の電極６、７が接続されていたが、発熱用抵抗体２の幅が小さい場合などでは、両側に設けられないで、片側に１個だけの中継用電極が設けられてもよい。また、量産品で温度分布などがすでに把握できている場合や、発熱用抵抗体を用いて温度測定をする場合などでは、基板温度測定用抵抗体３は無くても構わない。さらに、中継用電極を設ける構造に関しても、前述の例には限定されない。中継用電極の他の形成例について、以下に説明をする。なお、図５〜６の図面においても、図２と同様に、発熱用抵抗体２および電極が示されているだけで、ヘッド基板や基板温度測定用抵抗体などは省略してある。

図５に示される例は、前述の図２で説明したように、発熱用抵抗体２の幅が広い場合などでは、第３および第４の電極６、７の対向する発熱用抵抗体２の中心部（図２、３のＰ点）では電流が流れなくて温度が下がる場合があり得る。このような問題を解決する例で、第３および第４の電極６、７間に電流を流し得る構成にされている。すなわち、第１および第２の電極４、５には、それぞれ＋Ｖ１、＋Ｖ２（両者の抵抗値や設定温度などが等しければ同じ電圧になる）、第３の電極６をアースにすることは前述の例と同じであるが、この例では、第４の電極７に−Ｖ３の電圧が印加されている。この電圧Ｖ３は、たとえば発熱用抵抗体２の幅が２.５ｍｍであれば、１.２Ｖ程度と、Ｖ１、Ｖ２の２４Ｖ程度（印加時間を変えてエネルギーを変える場合がある）に比べて非常に小さく、第１および第２の電極４、５から第３および第４の電極６、７に流れる電流Ａ、Ｂには殆ど影響しない程度であるが、第３および第４の電極６、７間には電位差が生じるため、第３の電極６から第４の電極７に向けて電流Ｃが流れる。その結果、発熱用抵抗体２の中心部Ｐの温度も上昇し、殆ど全面を均一な温度にすることができる。

図６は、発熱用抵抗体２の両側側壁側に設けられる第３および第４の電極６、７を対向させて設けるのではなく、長手方向に若干ずらして設けられている。図６に示される例では、抵抗体分岐部２１、２２の半分程度ずらしてある。そして、第１の電極４と第３の電極６との間に電圧Ｖ１を印加し、第２の電極５と第４の電極７との間に電圧Ｖ２を印加する構成にされている。その結果、第１の電極４から第３の電極６に流れる電流通路Ａと、第２の電極５から第４の電極７に流れる電流通路Ｂとは、第３および第４の電極６、７間でオーバラップする構成にされている。その結果、第３の電極６と第４の電極７との間には、両方の電流が流れ、中継用の第３および第４の電極６、７が設けられることによる温度低下を補償することができる。

図７に示される例は、中継用電極が発熱用抵抗体２の１つの側壁側に設けられる個数が１個に限らず、発熱用抵抗体２の長さに応じて、何個でも設けられることを示す例である。図７に示される例では、一方の側壁側に２個の中継用電極が設けられた例で、第５および第６の電極８、９が第３および第４の電極６、７と同様に設けられている。この第５および第６の電極８、９も第３および第４の電極６、７と同様に、発熱用抵抗体２の側壁に設けられた第３および第４の抵抗体分岐部２３、２４と接続するように設けられている。この場合、発熱用抵抗体２の中間部は第３および第４の電極６、７と第５および第６の電極８、９との間に印加される電圧により加熱される。さらに中継用電極が形成されても同様である。

なお、電圧の印加は、たとえば前述の例と同様に、第３および第４の電極６、７と第２の電極５をアースにして、第１の電極４と第５および第６の電極８、９との電位を２４Ｖにすれば２４Ｖの電源で駆動することができるが、発熱用抵抗体２のバラツキなどにより温度が一定にならない場合には、第５および第６の電極８、９に印加する電圧を２４Ｖからずらし、さらに第２の電極５をアースではなく、０に近いプラスまたはマイナスの電位にすることにより調整することができ、ブロックが多くなっても同様に調整することができる。なお、パルス駆動の場合には、電圧を一定にしておいて、デューティサイクルを変えることによっても調整することができる。

図８には、図１に示される構造に、さらに補助発熱用抵抗体１２が設けられた例が示されている。すなわち、補助発熱用抵抗体１２は、発熱用抵抗体２と同じ材料で、ほぼ発熱用抵抗体２と平行で、ほぼ０.３〜０.７ｍｍ程度の間隔を空けて設けられている。この補助発熱用抵抗体１２は、たとえばその幅を約０.５ｍｍ程度と発熱用抵抗体２の１／５程度の幅に形成すれば、抵抗は発熱用抵抗体２の５倍程度となり、同じ電圧を印加した場合、消費電力は発熱用抵抗体２の２０％程度となり、加熱に対してもその程度の割合で寄与する。しかし、この補助発熱用抵抗体１２の幅や、その抵抗は自由に設定することができ、発熱用抵抗体２の補助のみならず、代用として使用することもできる。また、補助発熱用抵抗体１２は、１本に限らず、複数本設けることもできる。また、図８に示されるように、この補助発熱用抵抗体１２も、両端の電極１３、１４の他に中継用電極６、７で中継することもできる。もちろん、この場合も抵抗体分岐部を介して中継用電極６、７を形成することが温度の均一性を維持するために好ましいが、補助発熱用抵抗体の場合は、なくても構わない。

長いヘッドで発熱用抵抗体２が長くなると、とくに局部的な温度ムラが生じやすいので、図８に示されるように中継用電極６、７と第１および第２の電極４、５との間に、それぞれさらに少なくとも１個の（図８に示される例では、長手方向の発熱用抵抗体２を４分割するように）中継用の電極が設けられ、補助発熱用抵抗体１２用および基板温度測定用抵抗体３の中継電極１５、１６、１７、１８が設けられることが好ましく、さらに細分化することもできる。

このような補助発熱用抵抗体１２が設けられ、中継用電極６、８がたとえば２箇所形成された場合に、この補助発熱用抵抗体１２と本来の発熱用抵抗体２とのブロックごとに印加電力を調整し得る電源電圧の印加方法が図９に示されている（図９においても、第４および第６の電極側を省略してある）。すなわち、図９に示される電源はパルス駆動の例で、そのデューティサイクルを変えることにより印加電力を調整して温度の均一化を図るもので、たとえば第３の電極６を０Ｖにして、第１の電極４および補助用電極１３をそれぞれ別々のデューティサイクルで切り替えて２４Ｖ電源に接続することができるようにし、さらに第５の電極８のところも補助用電極８ａ、８ｂとそれぞれ切り替えて２４Ｖ電源に接続することができるようにし、第２の電極５は０Ｖまたは変更し得るように形成されている。このような構成にすることにより、温度を測定しながらマイコン制御で区間ごとにデューティサイクルを変えて温度を調整することができ、全体を均一な温度に制御することができる。

なお、前述の各例では、発熱用抵抗体２の幅が２.５ｍｍの例で説明したが、発熱用抵抗体２の幅は、目的に応じて種々の寸法のものが用いられ、その幅が異なると前述の各例が異なる場合がある。

本発明の加熱ヘッドを用いれば、帯状の発熱用抵抗体２の長手方向に沿って中継用の電極が形成されているため、発熱用抵抗体２を分割して電圧を印加することができ、発熱用抵抗体が長くなっても低い電圧で駆動することができるのみならず、細かく分割して部分的に温度が均一にならない場合でも部分的に印加電圧を調整して均一な温度にすることができるし、さらに種々の駆動方法を用いることができる。すなわち、前述のように構成される発熱用抵抗体２の中継用の電極（第３および第４の電極６、７）により分割される発熱用抵抗体のそれぞれの温度を別個に制御することができる。たとえば図１に示される構造の発熱用抵抗体２の第３および第４の電極６、７の左側を１１０℃程度にして白濁型リライトカードの消去をしながら、右側の発熱用抵抗体２の温度を１４０℃程度にしてロイコ染料型カードの消去をすることにより、多機能化することができる。

このように温度を部分的に変化させる場合に限らず、全体を均一温度にする場合でも、図１に示されるように、発熱用抵抗体２と並置して基板温度測定用抵抗体３を設け、その基板温度測定用抵抗体３により、中継用の電極６、７により分割される長さごと、またはさらに分割した発熱用抵抗体２ごとの温度を測定し、その測定温度に基づいて発熱用抵抗体２の温度を制御することにより、中継用の電極により分割された部分ごとに好みの温度に正確に制御することができる。

さらに、中継用の電極６、７により分割される発熱用抵抗体２の一部を用いて記録媒体の記録または消去を行う駆動をすることもできる。

このように、本発明によれば、発熱用抵抗体２が長くなっても低い電圧で駆動しながら全体を均一の温度に制御することができるし、部分的に温度を上昇させて駆動したり、部分的に異なる温度で駆動したり、部分的に温度制御をしながら全体を均一温度にすることができる。

本発明の加熱ヘッドの一実施形態を示す平面および一部断面の説明図である。図１の加熱ヘッドの駆動例を示す概略説明図である。中継用電極の発熱用抵抗体２への接続例を示す例の説明図である。図１に示される加熱ヘッドの基板温度測定用抵抗体を用いて温度を測定する構成例を示す説明図である。図１に示される加熱ヘッドの発熱用抵抗体と中継用の電極６、７との構成および駆動の他の例を示す説明図である。図１に示される加熱ヘッドの発熱用抵抗体と中継用の電極６、７との構成および駆動のさらに他の例を示す説明図である。図１に示される加熱ヘッドのさらに他の構成例を示す説明図である。図１の加熱ヘッドに、補助発熱用抵抗体が設けられる例の説明図である。補助発熱用と本来の発熱用の抵抗体へのそれぞれのブロックで印加電力を調整して温度の均一化を図れるようにする駆動方法の一例を説明する図である。従来の加熱ヘッドの構成例を示す説明図である。

符号の説明

１ヘッド基板
２発熱用抵抗体
３基板温度測定用抵抗体
４第１の電極
５第２の電極
６第３の電極
７第４の電極
１０、１１基板温度測定用電極
１３、１４補助発熱用電極
２１、２２抵抗体分岐部

Claims

ヘッド基板と、該ヘッド基板の一面で、該ヘッド基板の長手方向に沿って少なくとも１本形成される帯状の発熱用抵抗体と、該発熱用抵抗体の両端部側にそれぞれ電気的に接続して設けられる第１および第２の電極と、前記発熱用抵抗体の前記両端部側以外の部分に少なくとも１個設けられる中継用の第３の電極とを有し、前記第３の電極が、前記発熱用抵抗体の幅方向の一側壁部に該発熱用抵抗体が分岐して形成される第１の抵抗体分岐部に接続して設けられ、該第１の抵抗体分岐部と対向して、前記一側壁部と反対側の側壁部に前記発熱用抵抗体が分岐して設けられる第２の抵抗体分岐部に接続して中継用の第４の電極が設けられ、該第３および第４の電極が前記発熱用抵抗体の長手方向の中継用の電極とされると共に、該第３および第４の電極間で前記発熱用抵抗体の幅方向に電流を流し得るように形成されてなる加熱ヘッド。
前記第３および第４の電極が前記発熱用抵抗体の長手方向でずらして設けられてなる請求項１記載の加熱ヘッド。
前記帯状の発熱用抵抗体の一側壁部に該発熱用抵抗体が分岐して抵抗体分岐部が形成され、該抵抗体分岐部に接続して中継用の電極が設けられ、該中継用の電極が前記一側壁部側に２以上形成されてなる請求項１または２記載の加熱ヘッド。
ヘッド基板の一面に、該ヘッド基板の長手方向に沿って少なくとも１本の帯状の発熱用抵抗体が形成され、該発熱用抵抗体の両端部に第１および第２の電極を形成し、該第１および第２の電極間に電流を流して加熱することにより、該発熱用抵抗体上を搬送する記録媒体の記録または消去を行う加熱ヘッドの駆動方法であって、
前記発熱用抵抗体の長手方向の一側壁に該発熱用抵抗体が分岐して形成される少なくとも１個の第１の抵抗体分岐部に接続して中継用の第３の電極を設け、かつ、第１の抵抗体分岐部と対向する、前記一側壁部と反対側の側壁部に、前記発熱用抵抗体が分岐して設けられる第２の抵抗体分岐部に接続して中継用の第４の電極を設け、該第３および第４の電極が前記発熱用抵抗体の長手方向の中継用の電極とされると共に、該第３および第４の電極間で前記発熱用抵抗体の幅方向に電流を流し得るように形成し、該中継用の電極により分割される前記発熱用抵抗体のそれぞれの温度を別個に制御することを特徴とする加熱ヘッドの駆動方法。
前記発熱用抵抗体と並置して基板温度測定用抵抗体を設けて該基板温度測定用抵抗体を利用することにより、または前記発熱用抵抗体を利用することにより、前記中継用の電極により分割される長さごとの温度を測定し、該測定温度に基づいて前記発熱用抵抗体の温度を制御する請求項４記載の加熱ヘッドの駆動方法。
前記中継用の電極により分割される前記発熱用抵抗体の一部を用いて記録媒体の記録または消去を行う請求項４または５記載の加熱ヘッドの駆動方法。
前記発熱用抵抗体の一側壁側に中継用の第３の電極を設け、該一側壁側と対向する他の側壁側に中継用の第４の電極を設け、該第３の電極と第４の電極との間に電流を流す請求項４、５または６記載の加熱ヘッドの駆動方法。