JP4843355B2 - サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、画像のリライタブルあるいは画像のオーバーコート可能なサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタに関する。

サーマルプリントヘッドは、発熱部の発熱を利用して記録媒体に文字などから成る画像を形成する出力用デバイスであり、バーコードプリンタや計量機、デジタル製版機、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンター等の各機器に広く利用されている。このサーマルプリントヘッドは、一般的に、画像形成のための発熱部を設けた抵抗体基板部および駆動ＩＣを搭載した駆動回路基板部などを、放熱基板の一方の主面上に配置した構造になっている。

近年、サーマルプリンタの感熱記録媒体として、画像の形成および消去可能なリライタブル感熱記録媒体が開発され、可視像の記録と消去を多数回にわたり繰り返すことが可能であることから、省資源やリサイクルに適した記録媒体としてその用途が広がってきている。

上記リライタブル感熱記録媒体は、画像形成における感熱特性と画像消去における感熱特性が異なる。例えば１００℃〜２００℃の温度領域で短時間（例えば０．００１ｓｅｃ程度）加熱することにより発色して画像が形成される。そして、このリライタブル感熱記録媒体は、その発色の温度よりも低い例えば７０℃〜１１０℃の温度領域で長時間（例えば０．１ｓｅｃ程度）加熱することによりその色が消える可逆的な特性を有している。このようなリライタブル感熱記録媒体としては、ＩＣカード、磁気カードのようなカード類あるいは文字、図形等の画像の記録用紙などのシート類がある。

そこで、従来の画像形成用のサーマルヘッドとは異なる画像消去用のサーマルヘッドが開発されている（例えば、特許文献１参照）。この画像消去用のサーマルヘッドは、画像形成用の多数の発熱素子が一列に配列された発熱素子アレイ構造のサーマルヘッドと異なり、その発熱部が単一ヒータの構造になっている。また、上記画像形成用のサーマルヘッドと画像消去用のサーマルヘッドは、上記発熱部の構造と共に発熱温度が上述した感熱記録媒体の感熱特性に合わせて異なったものになる。更に、発熱後の温度冷却も異なり、画像形成では発熱部の急冷が好適になり画像消去においては逆に徐冷が好ましくなる。

そして、上記画像形成用のサーマルヘッドと上記画像消去用のサーマルヘッドが併設されたサーマルプリンタが開発されてきている。あるいは、画像形成用のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタにおいて上記画像素子アレイへの通電パルスを制御し発熱温度を調整して、画像形成と画像消去が可能なサーマルプリンタも提案されている。

また、上記画像形成のサーマルヘッドを用いたサーマルプリンタにおいて、画像の艶出し、耐候性向上のために、例えばカラープリンタ、フォトプリンタ等の画像あるいは中間調印刷の画像のオーバーコート層の形成が重要になっている。この場合、画像形成およびオーバーコート形成におけるサーマルヘッドの発熱部の発熱温度はほぼ同じである。そこで、サーマルプリンタにおいて、サーマルヘッドの副走査方向に記録媒体を搬送して画像形成とオーバーコート形成を連続して行うことができる。また、専用のサーマルヘッドを備えた装置を用いてオーバーコート層を形成することもできる。この場合のサーマルヘッドは、画像消去用のサーマルヘッドと同様に発熱部を単一ヒータで構成される。
特開２０００−３４０３４６号公報

しかしながら、上記互いに異なる構造となる画像形成用のサーマルヘッドと画像消去用のサーマルヘッドとを併設するサーマルプリンタは、その機械的構造が複雑化しその小型化が難しくなるという大きな問題を有していた。また、画像形成用のサーマルヘッドのみを備えたサーマルプリンタにおいて、その発熱素子アレイの発熱温度を上述したリライタブル感熱記録媒体の消色の温度に合わせて下げて、画像消去をすることもできる。しかし、このような１台のサーマルプリンタで画像形成と画像消去を行う場合には、画像形成と画像消去で発熱温度の切り替えが必要になり、画像のリライトにおける処理速度が非常に遅くなるという問題が生じてくる。

また、画像形成用のサーマルヘッドを備えたサーマルプリンタで画像形成とオーバーコートを行う場合には、オーバーコート層のムラが生じるという問題があった。これは、オーバーコート層の形成において、画像形成の場合と同じようにヘッド表面と例えば印画紙である記録媒体の表面が摺接するが、発熱部が画像形成用の発熱素子アレイであることから、発熱素子間の領域において記録媒体に均一な熱が伝わらないためである。なお、このオーバーコートの場合においても、オーバーコート用のサーマルヘッドと画像形成用のサーマルヘッドを搭載するサーマルプリンタを用いることも可能であるが、その機械的構造の複雑化によるプリンタの大型化は不可避になってくる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、記録媒体に画像形成と画像消去あるいはオーバーコート等の処理ができるサーマルプリントヘッドを提供すると共に、コンパクトでそれ等の処理の高速動作が可能になるサーマルプリンタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかるサーマルヘッドは、支持基板と、前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料から成る保温層と、前記保温層上に形成した発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体上に第１の間隙を設けて形成した一対の電極を複数組配列して成る発熱素子群と、前記発熱抵抗体上に第２の間隙を設けて形成した一対の電極からなる単一ヒータと、前記第１の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部と前記第２の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部を少なくとも被覆する絶縁体材料から成る保護層と、を有し、前記単一ヒータの前記発熱部が前記発熱素子群の配列方向に帯状に延在し、前記配列幅より広くなるように形成され、かつ前記単一ヒータの前記発熱部下の前記保温層が前記発熱素子群下の前記保温層の膜厚よりも厚く形成されている、構成になっている。

そして、本発明にかかるサーマルプリンタは、支持基板と、前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料から成る保温層と、前記保温層上に形成した発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体上に第１の間隙を設けて形成した一対の電極を複数組配列して成る発熱素子群と、前記発熱抵抗体上に第２の間隙を設けて形成した一対の電極からなる単一ヒータと、前記第１の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部と前記第２の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部を少なくとも被覆する絶縁体材料から成る保護層と、を有し、前記単一ヒータの前記発熱部が前記発熱素子群の配列方向に帯状に延在し、前記配列幅より広くなるように形成され、かつ前記単一ヒータの前記発熱部下の前記保温層が前記発熱素子群下の前記保温層の膜厚よりも厚く形成されたサーマルプリントヘッドと、前記サーマルプリントヘッドに記録媒体を供給する記録媒体供給手段と、前記サーマルプリントヘッドとの間で前記記録媒体を圧接するプラテンローラと、を備えている構成になっている。

本発明の構成により、１つのサーマルプリントヘッドにより、記録媒体の画像形成と画像消去あるいはオーバーコート形成が簡便にできるようになり、それ等の動作を高速にするコンパクトなサーマルプリンタを提供することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略される。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。

（サーマルプリントヘッド）
はじめに、サーマルプリントヘッドのいくつかについて図１ないし図６を参照して説明する。ここで、図１は好適な一態様のサーマルプリントヘッドを示す上面図である。図２は図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図である。そして、図２は上記サーマルプリントヘッドの一変形例を示す上面図である。図３は図２のＹ−Ｙ矢視の拡大横断面図である。そして、図５は別の変形例を示すサーマルプリントヘッドの上面図であり、図６は図５のＺ−Ｚ矢視の拡大横断面図である。

図１，２に示すように、サーマルプリントヘッド１０では、例えば放熱基板１１の主面上に抵抗体基板部１２Ａおよび駆動回路基板部１２Ｂが隣接して設けられている。

抵抗体基板部１２Ａはアルミナ等のセラミックス製支持基板１３等から構成され、セラミックス製支持基板１３表面には保温層として機能するグレーズ層１４が形成されている。

グレーズ層１４上に発熱抵抗体層１５が形成されている。この発熱抵抗体層１５上に、画像形成に使用される個別電極１６および共通電極１７が第１の間隙Ｇ_１を挟んで配置されている。ここで、通常では共通電極１７はヘッド電源電圧にされ、個別電極１６および共通電極１７間で通電されて第１の間隙Ｇ_１に露出する発熱抵抗体層１５が画像形成のための印画発熱部１５ａとして機能する。そして、発熱抵抗体層１５上に形成される複数の個別電極１６は、複数の印画発熱部１５ａと個々に接続され、共通電極１７は複数の印画発熱部１５ａと共通に接続される。

このようにして、上記個別電極１６、共通電極１７および発熱抵抗体層１５の印画発熱部１５ａから成る発熱素子は、図１に示すようにサーマルプリントヘッドの主走査方向に、所定数例えば２０５６個の発熱素子アレイとして一列に配置される。

また、上記発熱抵抗体層１５上に、画像消去あるいはオーバーコートに使用される対向電極１８が、上記共通電極１７と間隙Ｇ_２を挟んで対向し、サーマルプリントヘッドの主走査方向に延在して配置されている。ここで、対向電極１８および共通電極１７間で通電されて第２の間隙Ｇ_２に露出する発熱抵抗体層１５が画像消去あるいはオーバーコートのための消去／オーバーコート発熱部１５ｂとなる。この消去／オーバーコート発熱部１５ｂは、図１に示しているように、サーマルプリントヘッドの主走査方向に略一定幅で帯状に配設される。

このようにして、上記共通電極１７、対向電極１８および発熱抵抗体層１５の消去／オーバーコート発熱部１５ｂから成る単一ヒータが、上記発熱素子アレイに並列に配設される。

ここで、上記単一ヒータの消去／オーバーコート発熱部１５ｂ下のグレーズ層１４の膜厚は、上記発熱素子アレイの印画発熱部１５ａ下のグレーズ層１４の膜厚より厚くすると好適である。これについては、サーマルプリンタのところで後述される。

そして、印画発熱部１５ａ、消去／オーバーコート発熱部１５ｂ、個別電極１６、共通電極１７および対向電極１８を被覆する絶縁体材料から成る保護層１９が形成される。

一方、駆動回路基板部１２Ｂは、駆動回路基板２０等から構成され、その基板表面に回路パターン（不図示）等が形成され、また駆動ＩＣ２１等が搭載されている。そして、抵抗体基板部１２Ａの個別電極１６と駆動回路基板部１２Ｂの駆動ＩＣ２１との間、および、駆動ＩＣ２１と駆動回路基板１２Ｂの回路パターンとの間などがボンディングワイヤーＷで電気的に接続されている。同様に、抵抗体基板部１２Ａの共通電極１７および対向電極１８と駆動回路基板部１２Ｂの回路パターンとの間がボンディングワイヤーＷで電気的に接続されている。そして、これ等のボンディングワイヤーＷおよび駆動ＩＣ２１は、例えばモールド樹脂から成る封止材２２によって気密封止されている。ここで、図１には図を明確にする目的で封止材２２は省略している。

上記サーマルプリントヘッド１０において、放熱基板１１は例えばＡｌ（アルミニウム）金属から成り、セラミックス製支持基板１３は、通常、耐熱性を有する絶縁体材料から成る支持基板であり、アルミナセラミックスの他に、シリコン、石英、炭化珪素等のセラミックスにより構成されてもよい。

そして、上記グレーズ層１４は、発熱部１５ａ、１５ｂの発する熱を蓄積および放散する作用を有し、表面平滑性のある絶縁体材料であればよい。例えば酸化珪素から成るガラス膜、あるいはポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成る。

上記発熱抵抗体層１５は、例えばＴａＳｉＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴａＳｉOＮ、ＴｉＳｉＣＯ系の電気抵抗体材料から成る。そして、個別電極１６、共通電極１７、対向電極１８のような電極は低抵抗になるほど好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ（銅）あるいはＡｌＣｕ合金等の金属を主材料に構成される。

そして、保護層１９は、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化珪素）、ＳｉＯＮ（酸窒化珪素）やＳｉＣ（炭化珪素）等の硬質で緻密な絶縁体材料から成る。ここで、保護層１９の縁端部を除いた表面には段差がなく平坦になっているのが好ましい。また、保護層１９の最表面に少なくともＳｉ（シリコン）と炭素（Ｃ）が含まれていると好適である。この保護層１９は、発熱部１５ａおよび１５ｂ、個別電極１６、共通電極１７および対向電極１８を被覆し記録媒体の圧接あるいは摺接による磨耗、並びに大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する機能を有する。

次に、上記サーマルプリントヘッド１０の製造について述べる。先ず、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）セラミックスからなる細長のセラミックス製支持基板１３の表面に、例えばＳｉＯ_２（酸化珪素）のガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合して得たガラスペーストを周知のスクリーン印刷法で塗布形成する。そして、所定の温度で焼成し所要の膜厚のガラス膜から成るグレーズ層１４をセラミックス製支持基板１３表面に被着させる。このグレーズ層１４はその他にポリイミド樹脂等であってもよい。

グレーズ層１４の材質および膜厚は、発熱部１５ａ、１５ｂで生じる熱の蓄積および放散を決める要素であり、可視像の印画および画像消去あるいはオーバーコートにおける温度制御に大きく関係してくる。このために、この材質あるいは膜厚は例えばリライタブル感熱記録媒体の温度特性にあわせて適切に設定される。ここで、上述したように、単一ヒータの消去／オーバーコート発熱部１５ｂ下のグレーズ層１４の膜厚が発熱素子アレイの印画発熱部１５ａ下のグレーズ層１４の膜厚より厚くなるように形成する。このために、予め、セラミックス製支持基板１３の表面に上記膜厚差分の段差を設け、単一ヒータの消去／オーバーコート発熱部１５ｂ下の上記表面を凹状にしておくとよい。

次に、グレーズ層１４上に、例えばスパッタ法により膜厚が０．０５μｍ程度のＴａＳｉＯ_２膜を成膜し、フォトエングレービングプロセスにより上記ＴａＳｉＯ_２膜を所要の形状にパターニングして発熱抵抗体層１５を形成する。引き続いて、スパッタ法により上記発熱抵抗体層１５を被覆して例えば膜厚が０．５μ程度のＡｌ膜あるいはＡｌＣｕ合金膜を成膜し、フォトエングレービングプロセスにより、個別電極１６、共通電極１７および対向電極１９をパターニング形成する。

その後、スパッタ法により全面を被覆する保護層１９を成膜する。ここで、保護層１９は、例えば膜厚が２μｍ〜５μｍ程度のＳｉＣ膜等から成る。このようにして、抵抗体基板部１２Ａを形成する。

次に、上記抵抗体基板部１２Ａおよび例えばベアチップの駆動ＩＣ２１が予め組み込まれている駆動回路基板部１２Ｂをアルミ板等から成る放熱基板１１上に接着剤を介して載置し固着する。そして、全ての個別電極１６を駆動ＩＣ２１の出力側のボンディンブパッドに例えばＡｌ線あるいはＡｕ線から成るボンディングワイヤーＷで電気接続する。同様に、共通電極１７の一端部を駆動回路基板２０の回路パターンにボンディングワイヤーＷで電気接続する。また、駆動ＩＣ２１の入力側のボンディンブパッドを駆動回路基板２０の回路パターンにボンディングワイヤーＷで電気接続する。最後に、周知の実装技術により駆動ＩＣ２１およびボンディングワイヤーＷを封止材２２により気密封止する。このようにして、本実施形態のサーマルプリントヘッド１０が出来上がる。

本実施形態のサーマルプリントヘッド１０では、記録媒体に印画するための発熱部が発熱素子アレイとしてヘッド表面に形成されると共に、この発熱素子アレイに並列に、その画像を消去あるいはオーバーコートするための帯状の発熱部が単一ヒータとして同一ヘッド上に搭載される。そして、発熱素子アレイおよび単一ヒータの一電極が共用されることから、ヘッド寸法が極めてコンパクトなものになる。

また、上記発熱素子アレイと単一ヒータは独立して制御されることから、記録媒体の画像形成とその消去あるいはオーバーコート形成の高速処理が容易になる。更に、上記画像形成、画像消去、オーバーコートの高信頼性および高品位性が確保される。

次に、上記サーマルプリントヘッド１０の変形例について述べる。このサーマルプリントヘッド１０ａでは、その主走査方向に、上記サーマルプリントヘッド１０で説明したような発熱抵抗体層１５の消去／オーバーコート発熱部から成る２つの単一ヒータが画像形成用の発熱素子アレイに並列に配設される。以下、サーマルプリントヘッド１０の場合と異なるところを主に説明する。

図３，４に示すように、抵抗体基板部１２Ａにおいて、上記サーマルプリントヘッド１０で説明したように、個別電極１６、共通電極１７および発熱抵抗体層１５の印画発熱部１５ａから成る発熱素子がサーマルプリントヘッド１０ａの主走査方向に、所定数例えば２０５６個のアレイ状に一列に配置されている。

そして、発熱抵抗体層１５上に、画像消去あるいはオーバーコートに使用される対向電極１８が、上記共通電極１７と第２の間隙Ｇ_２を挟んで対向し、サーマルプリントヘッド１０ａの主走査方向に延在して配置されている。更に、この対向電極１８を共通電極１７との間に挟む位置に他の共通電極１７ａが配設されている。この他の共通電極１７ａは、上記共通電極１７の分枝パターンであり、対向電極１８と第３の間隙Ｇ_３を挟み対向する。

このようにして、対向電極１８および共通電極１７間で通電されて間隙Ｇ_２に露出する発熱抵抗体層１５が画像消去あるいはオーバーコートのための第１の消去／オーバーコート発熱部１５ｂとなる。更に、対向電極１８および他の共通電極１７ａ間で通電されて間隙Ｇ_３に露出する発熱抵抗体層１５が画像消去あるいはオーバーコートのための第２の消去／オーバーコート発熱部１５ｃとなる。

ここで、第１の消去／オーバーコート発熱部１５ｂおよび第２の消去／オーバーコート発熱部１５ｃは、図３に示しているように、サーマルプリントヘッド１０ａの主走査方向に略一定幅で帯状に配設される。このようにして、共通電極１７、対向電極１８および発熱抵抗体層１５の第１の消去／オーバーコート発熱部１５ｂから成る単一ヒータと、他の共通電極１７ａ、対向電極１８および発熱抵抗体層１５の第２の消去／オーバーコート発熱部１５ｃから成る単一ヒータの２つの単一ヒータが並列に配設される。

そして、印画発熱部１５ａ、第１の消去／オーバーコート発熱部１５ｂ、第２の消去／オーバーコート発熱部１５ｃ、個別電極１６、共通電極１７、他の共通電極１７ａおよび対向電極１８を被覆する絶縁体材料から成る保護層１９が形成される。ここで、サーマルプリントヘッド１０の場合と同様に、保護層１９の縁端部を除いた表面には段差がなく平坦になっているのが好ましい。また、保護層１９の最表面に少なくともＳｉとＣが含まれていると好適である。そして、その他の構造、構成材料およびその製造方法は、サーマルプリントヘッド１０の場合と全く同様にすることができる。

この変形例のサーマルプリントヘッド１０ａでは、上記サーマルプリントヘッド１０で説明したのと同様な効果が生じる。更に、画像形成のための発熱素子アレイに並行して２つの単一ヒータが配設されることから、画像消去あるいはオーバーコートの処理能力が倍増しその高速化が促進される。

次に、上記サーマルプリントヘッド１０の別の変形例について述べる。上記サーマルプリントヘッド１０，１０ａでは、画像形成用の発熱素子アレイの共通電極１７，１７ａが単一ヒータの一電極として共用されていた。これに対して、別の変形例のサーマルプリントヘッド３０では、画像消去あるいはオーバーコート用の単一ヒータの電極が発熱素子アレイの電極から完全に分離される。以下、サーマルプリントヘッド１０の場合と異なるところを主に説明する。

図５，６に示すように、抵抗体基板部１２Ａにおいて、上記サーマルプリントヘッド１０で説明したように、個別電極１６、共通電極１７および発熱抵抗体層１５の印画発熱部１５ａから成る発熱素子アレイがサーマルプリントヘッド１０ａの主走査方向に一列に配置されている。

そして、発熱抵抗体層１５上に、画像消去あるいはオーバーコートに使用される第１の電極２３ａと第２の電極２３ｂが第２の間隙Ｇ_２を挟んで対向し、サーマルプリントヘッド３０の主走査方向に延在して配置されている。ここで、第１の電極２３ａおよび第２の電極２３ｂ間で通電されて間隙Ｇ_２に露出する発熱抵抗体層１５が画像消去あるいはオーバーコートのための消去／オーバーコート発熱部１５ｂとなる。この消去／オーバーコート発熱部１５ｂは、図５に示すようにサーマルプリントヘッド３０の主走査方向に略一定幅で帯状に配設される。このようにして、第１の電極２３ａ、第２の電極２３ｂおよび消去／オーバーコート発熱部１５ｂから成る単一ヒータが上記発熱素子アレイに並列に配設される。

このサーマルプリントヘッド３０では、画像消去あるいはオーバーコート用の単一ヒータの電極が発熱素子アレインの電極から完全に分離される。ここで、上記電極は全て同一パターンの発熱抵抗体層１５に重層して形成されているが、単一ヒータの電極が重層する発熱抵抗体層１５と発熱素子アレインの電極が重層する発熱抵抗体層１５とは別パターンに分離されていてもよい。

そして、印画発熱部１５ａ、消去／オーバーコート発熱部１５ｂ、個別電極１６、共通電極１７、第１の電極２３ａおよび第２の電極２３ｂを被覆する絶縁体材料から成る保護層１９が形成される。この保護層１９はサーマルプリントヘッド１０の場合に説明したのと全く同様でよい。

別の変形例のサーマルプリントヘッド３０では、上記サーマルプリントヘッド１０で説明したのと同様な効果が生じる。更に、この場合には、単一ヒータ用の電極が発熱素子アレイ用の電極から分離して形成されることから、消去／オーバーコート発熱部１５ｂで生じるジュール熱が発熱素子アレイに伝熱しなくなる。そして、例えば、発熱素子アレイよりも熱容量が大きくなる単一ヒータにより生じる温度が発熱素子アレイにより生じる温度より高くなる場合に、単一ヒータによる発熱素子アレイへの熱擾乱を防止することができる。また、逆に発熱素子アレイにより生じる温度が単一ヒータにより生じる温度より高くなる場合に、発熱素子アレイによる単一ヒータへの熱擾乱を防止することができる。

本実施形態のサーマルプリントヘッドとしては、上記サーマルプリントヘッド３０で説明した第１の電極２３ａ、第２の電極２３ｂおよび消去／オーバーコート発熱部１５ｂから成る単一ヒータを２つ並列に画像形成の発熱素子アレイに並設した構造であってもよい。更に、３個以上の上記単一ヒータを発熱素子アレイに並設した構造であってもよい。

その他、単一ヒータは、サーマルプリントヘッドの主走査方向に延在する帯状の発熱抵抗体において、その一対の電極が主走査方向の上記発熱抵抗体の両端部に重層して形成される構造であってもよい。これは、記録媒体がカード類等の単一ヒータの主走査方向の寸法が小さくなる場合によい。

（サーマルプリンタ）
次に、本実施形態のサーマルプリントヘッドを備えたサーマルプリンタについて、図７ないし図１０を参照して説明する。ここで、図７は画像消去および画像形成の連続した処理が可能なリライタブル・サーマルプリンタの一例の概略構成図である。図８はその場合のサーマルプリントヘッドの単一ヒータおよび発熱素子アレイに印加される通電パルスのタイムチャートである。そして、図９は画像形成およびオーバーコートが可能なサーマルプリンタの一例の概略構成図であり、図１０その場合のサーマルプリントヘッドの単一ヒータおよび発熱素子アレイに印加される通電パルスのタイムチャートである。

図７に示すように、このサーマルプリンタには、上述したサーマルプリントヘッド（１０，１０ａ，３０）は固定して取り付けられ、その抵抗体基板部１２Ａの保護層１９が下方側になり感熱記録媒体２４に圧接するように配置されている。そして、この保護層１９に対面する位置にプラテンローラ２５が配置される。ここで、上記感熱記録媒体２４は、保護層１９とプラテンローラ２５により挟圧される。また、サーマルプリントヘッドの駆動回路基板部１２Ｂには通電パルスを伝送する制御装置２６が接続されている。

上記感熱記録媒体２４は、搬送用モータ（不図示）に回転駆動されるキャプスタンローラ２７とそれに圧接するピンチローラ２８により、副走査方向である印画／消去方向に搬送されようになっている。更に、グリップローラ２９ａ、２９ｂが感熱記録媒体２４を挟むように付設され、感熱記録媒体２４の安定した搬送を可能にする。ここで、感熱記録媒体２４は、上述したようにリライタブル感熱記録媒体のカード類あるいはシート類であることから、それ等のサイズに合わせて上記各種のローラの材質および大きさが設定される。

プラテンローラ２５は、上下方向に移動自在となっており、図示しないバネによってサーマルプリントヘッドに圧接する方向に付勢される。このプラテンローラ２５は感熱記録媒体２４をサーマルプリントヘッドの保護層１９に押し付けるためにクッション性を有し、適度な硬度を持つゴムで覆われている。

ここで、抵抗体基板部１２Ａの保護層１９に覆われている印画発熱部１５ａ、消去／オーバーコート発熱部１５ｂの離間距離が大きくなると、上記プラテンローラ２５の径はそれに合わせて増大することになる。なお、上記離間距離が大きくなり過ぎ１つのプラテンローラ２５で対応できない場合は、径の小さい２つのプラテンローラを取り付けるようにしてもよい。この場合、これ等のプラテンローラは、印画発熱部１５ａおよび消去／オーバーコート発熱部１５ｂ、１５ｃに対応する位置に配置される。

次に、このリライタブル・サーマルプリンタの基本動作の一例については説明する。例えば、画像形成されている感熱記録媒体２４はグリップローラ２９ａ、２９ｂを通りサーマルプリントヘッドとプラテンローラ２５により狭圧される。そして初めに制御装置２６から伝送される消去通電パルスによりサーマルプリントヘッドの消去／オーバーコート発熱部１５ｂ、１５ｃが適切に発熱し、既に記録されている感熱記録媒体２４の既画像が消去される。引き続いて、制御装置２６から伝送され時系列に与えられる画像データに基づき、印画通電パルスが発熱アレイに伝送される。そして、新たな文字、図形等の印画像が発熱素子アレイの印画発熱部１５ａにより形成される。このようにして、既画像の消去と新たな印画像の形成が連続的に行われる。

図８に示すように、上記消去／オーバーコート用発熱部１５ｂあるいは１５ｃの発熱のために、制御装置２６から消去通電パルスが単一ヒータの電極に伝送される。この消去通電パルスは一定のパルス幅を有する複数のパルス電圧から成る。この単一ヒータの発熱により感熱記録媒体２４の既画像は一行あるいは数行単位で消去される。

そして、上記消去通電パルスと並行して制御装置２６から発熱素子アレイに伝送される印画通電パルスにより印画発熱部１５ａが発熱して、上記画像消去された感熱記録媒体２４上に新たな印画像が記録される。ここで、この印画通電パルスは、各発熱素子に印加される非常に小さなパルス幅のパルス電圧が多数集合したものになる。そこで、図８では、印画通電パルスは多数集合した定電圧のように示している。この印画通電パルスが、画像データに基づき多数の発熱素子アレイを時系列に連続して発熱していく。

また、上述したように、リライタブル感熱記録媒体の感熱特性から、感熱記録媒体２４への画像形成では、画像消去の場合よりも高い発熱温度で短い発熱時間になるように、上記消去通電パルスおよび印画通電パルスが制御される。

ここで、高速に画像形成する場合には、上記印画通電パルスが高速に発熱素子アレイに伝送される。そこで、印画発熱部１５ａの加熱後の高速な冷却が必要になる。上述したように、印画発熱部１５ａ下のグレーズ層１４の膜厚が薄くなるように設定されていると、加熱後の冷却が速くなり画像形成の高速化が容易になる。逆に、画像消去ではグレーズ層１４の蓄熱による徐冷が好ましい。そこで、上述したように、消去／オーバーコート発熱部１５ｂあるいは１５ｃ下のグレーズ層１４の膜厚が厚くなるように設定されると好適になる。

本実施形態のリライタブル・サーマルプリンタでは、既画像の消去と画像形成が連続的に行える。このために、感熱記録媒体のリライトを極めて高速に行うことが可能になる。また、画像形成の発熱素子アレイと画像消去の単一ヒータが独立に制御されることから、リライタブル感熱記録媒体の全域にわたり残像が生じないで可視像の確実な消去がなされる。このために、感熱記録媒体のリライト可能な使用回数が従来の場合よりも増加するようになる。更に、リライタブル・サーマルプリンタを容易にコンパクトで軽量なものにすることが可能になる。

次に、画像形成およびオーバーコートが可能な転写式のサーマルプリンタについて説明する。図９に示すように、このサーマルプリンタではインクインクリボン３１が使用される。このインクリボン３１は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に印刷の３原色であるイエロー、マゼンタ、シアンインクが順番に塗布され、最後にオーバーコート層が塗布されている。これ等の４つの面を１画面分として構成されるインクリボン３１は、送り出しスプール３２ａに巻かれ、巻き取りスプール３２ｂに一定のテンションを保ったまま巻き取られるようになっている。ここで、インクリボン３１はガイド３３ａ、３３ｂにより、両スプール間でシワが生じないようにそれぞれのスプールの方向に張られる。

そして、サーマルプリントヘッド（１０，１０ａ，３０）の抵抗体基板部１２Ａの保護層１９がインクリボン３１と対面し、図７で説明したのと同様なプラテンローラ２５が記録媒体３４およびインクリボン３１を保護層１９に圧接するように配置されている。また、サーマルプリントヘッドの駆動回路基板部１２Ｂには、通電パルスを伝送する制御装置２６が接続されている。

例えば印画紙からなる記録媒体３４は、図７で説明したのと同様に、回転駆動されるキャプスタンローラ２７とそれに圧接するピンチローラ２８により、副走査方向である印画方向およびオーバーコート方向に往復搬送されるようになっている。また、グリップローラ２９ａ、２９ｂが記録媒体３４を挟むように付設されている。

次に、このサーマルプリンタの基本動作の一例については説明する。例えば、インクリボン３１と記録媒体３４はサーマルプリントヘッドとプラテンローラ２５により狭圧される。そして、図１０に示すような画像に応じた印画通電パルスにより、印刷する画像の１行毎に染料が記録媒体３４に熱融着で転写される。そして、記録媒体３４はキャプスタンローラ２７によってサーマルプリントヘッドの記録スピードに合わせて搬送される。この時、記録媒体３４の搬送と共に、インクリボン３１も巻き取りスプール３２ｂに一定のテンションを保ったまま巻き取られていく。１色分の記録が完了すると、圧着していたサーマルプリントヘッドを持ち上げて記録媒体３４を記録開始点に戻し、インクリボン３１は次の色の頭出しを行って、再度サーマルプリントヘッドを記録媒体３４に圧着し次の色の画像を記録する。

このようにして、例えばイエロー、マゼンタ、シアンの転写を行った後、今度は、図１０に示すようなオーバーコート通電パルスをサーマルプリントヘッドの単一ヒータの電極に伝送する。そして、サーマルプリントヘッドの保護層１９表面に摺接される記録媒体３４にオーバーコートによるオーバーコート層が形成される。このようにして、高品質の画像になった１画面の記録が完了する。そして、図１０に示すように、印画通電パルスとオーバーコート通電パルスが制御装置２６からサーマルプリンタに交互に伝送されて、上記画像形成とオーバーコート形成が所要量になされる。

本実施形態の画像形成およびオーバーコートが可能な転写式のサーマルプリンタでは、画像のオーバーコートにおいて、従来の技術で生じていたオーバーコート層のムラの問題は解消される。そして、高信頼性および高品位性のある画像が形成される。また、このサーマルプリンタを容易にコンパクトで軽量なものにすることが可能になる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

例えば、単一ヒータにおける上記帯状の発熱部の形状は、一定幅にする必要は必ずしもなく、主走査方向でその幅が異なるように形成してもよい。また、その発熱部の幅方向に複数のスリットを設け消去／オーバーコート発熱部１５ｂ、１５ｃを複数の区画に区分してもよい。

また、上記駆動回路基板部１２Ｂはサーマルプリントヘッドとは別のところに配置されても構わない。例えば、制御装置２６に取り付けられて例えば駆動ＩＣ２１の出力がフレキシブル配線板の回路配線を通って抵抗体基板部Ａに伝送されるようになっていてもよい。

また、上述した制御装置２６からサーマルプリントヘッド（１０，１０ａ、３０）に供給される消去通電パルスあるいはオーバーコート通電パルスは、方形波形の他に、正弦波形、のこぎり波形等、時間的に変化する波形であってもよい。

また、上記転写式のサーマルプリンタにおいて、感熱記録媒体を用いた直接発色式のサーマルプリントヘッドが備えつけられてもよい。この場合は、例えばカラープリンタ、フォトプリンタ等において、高精細な画像が安定して定着される。

本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドを示す模式的な上面図。 図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図。 本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの変形例を示す模式的な上面図。 図３のＹ−Ｙ矢視の拡大横断面図。 本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの別の変形例を示す模式的な上面図。 図５のＺ−Ｚ矢視の拡大横断面図。 本発明の実施形態にかかるサーマルプリンタを示す概略構成図。 図７のサーマルプリンタにおいてサーマルプリントヘッドに印加する通電パルスのタイムチャート。 本発明の実施形態にかかる別のサーマルプリンタを示す概略構成図。 図９のサーマルプリンタにおいてサーマルプリントヘッドに印加する通電パルスのタイムチャート。

符号の説明

１０，１０ａ，３０…サーマルプリントヘッド，１１…放熱基板，１２Ａ…抵抗体基板部，１２Ｂ…駆動回路基板部，１３…セラミック製支持基板，１４…グレーズ層，１５…発熱抵抗体層，１５ａ…印画発熱部，１５ｂ…（第１の）消去／オーバーコート発熱部，１５ｃ…第２の消去／オーバーコート発熱部，１６…個別電極，１７…共通電極，１７ａ…他の共通電極，１８…対向電極，１９…保護層，２０…駆動回路基板，２１…駆動ＩＣ，２２…封止材，２３ａ…第１の電極，２３ｂ…第２の電極，２４…感熱記録媒体，２５…プラテンローラ，２６…制御装置，２７…キャプスタンローラ，２８…ピンチローラ，２９ａ，２９ｂ…グリップローラ，３１…インクリボン，３２ａ…送り出しスプール，３２ｂ…巻き取りスプール，３３ａ，３３ｂ…ガイド，３４…記録媒体

Claims (8)

1. 支持基板と、
   前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料から成る保温層と、
   前記保温層上に形成した発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体上に第１の間隙を設けて形成した一対の電極を複数組配列して成る発熱素子群と、
   前記発熱抵抗体上に第２の間隙を設けて形成した一対の電極からなる単一ヒータと、
   前記第１の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部と前記第２の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部を少なくとも被覆する絶縁体材料から成る保護層と、
   を有し、
   前記単一ヒータの前記発熱部が前記発熱素子群の配列方向に帯状に延在し、前記配列幅より広くなるように形成され、かつ前記単一ヒータの前記発熱部下の前記保温層が前記発熱素子群下の前記保温層の膜厚よりも厚く形成されていることを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記単一ヒータが複数個たがいに並列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
3. 前記保護層の表面が平坦に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 前記保護層の最表面は少なくとも珪素と炭素を含有することを特徴とする請求項１，２又は３に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記発熱素子群が共通電極を有し、前記共通電極が前記単一ヒータの一電極として共用されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 支持基板と、前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料から成る保温層と、前記保温層上に形成した発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体上に第１の間隙を設けて形成した一対の電極を複数組配列して成る発熱素子群と、前記発熱抵抗体上に第２の間隙を設けて形成した一対の電極からなる単一ヒータと、前記第１の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部と前記第２の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部を少なくとも被覆する絶縁体材料から成る保護層と、を有し、前記単一ヒータの前記発熱部が前記発熱素子群の配列方向に帯状に延在し、前記配列幅より広くなるように形成され、かつ前記単一ヒータの前記発熱部下の前記保温層が前記発熱素子群下の前記保温層の膜厚よりも厚く形成されたサーマルプリントヘッドと、
   前記サーマルプリントヘッドに記録媒体を供給する記録媒体供給手段と、
   前記サーマルプリントヘッドとの間で前記記録媒体を圧接するプラテンローラと、
   を備えていることを特徴とするサーマルプリンタ。
7. 前記発熱素子群が形成した画像を前記単一ヒータがオーバーコートすることを特徴とする請求項６に記載のサーマルプリンタ。
8. 前記単一ヒータが前記記録媒体に形成されている画像を消去し、該消去された記録媒体に前記発熱素子群が新たな画像を形成することを特徴とする請求項７に記載のサーマルプリンタ。

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