CN101037050A - 热打印头及打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热打印头，其包括：玻璃层，该玻璃层的内侧设置有凹槽部分；设置在玻璃层外侧的发热电阻；及设置在发热电阻两侧的成对电极，其中，所述发热电阻在成对电极之间露出的部分成为发热部分，并且所述成对电极中的至少一个电极在其位于发热部分相反侧的端部处的宽度小于其位于发热部分一侧的端部的宽度。

Description

热打印头及打印装置

技术领域

本发明涉及用于将墨带上的色料热转印到打印介质上的热打印头(thermal head)和打印装置。

背景技术

作为在打印介质上打印图像和字符的打印装置，热转印打印装置(在下文中简称为打印装置)使形成为墨层的色料升华以将色料热转印到打印介质上，从而打印彩色图像或字符，所述墨层设置于墨带的一个表面上。打印装置设置有热打印头和压板，所述热打印头用于将墨带上的色料热转印到打印介质上，所述压板设置在面对热打印头的位置上，用于支撑墨带和打印介质。

在打印装置中，墨带和打印介质重叠使得墨带面向热打印头，并且打印介质面向压板，当压板朝向热打印头挤压墨带和打印介质时，墨带和打印介质在热打印头和压板之间移动。在这种情况下，打印装置利用热打印头在与墨层向反的墨带背面上向在热打印头和压板之间移动的墨带施加热能，并且用热能升华色料以将色料热转印到打印介质上，从而打印彩色图像或字符。

在这种热转印打印装置中，高速打印时能耗增大，因为热打印头需要快速加热到高温。因此，特别是在家用打印装置中，很难在提高打印速度的同时又实现较小的能耗。家用热转印打印装置为实现高速打印，必须提高热打印头的热效率来降低能耗。

作为过去使用的热转印打印装置的热打印头，例如，可参见图9中所示的热打印头100。热打印头100包括形成在陶瓷基片101上的玻璃层102以及依次形成在玻璃层102上的发热电阻103、用于使发热电阻103产生热量的成对电极104a，104b、用于保护发热电阻103和电极104a、104b的保护层105。在热打印头100中，从所述成对电极104a、104b之间的间隙露出来的发热电阻103的一部分形成用于产生热量的发热部分103a。为了使发热部分103a对着墨带和打印介质，玻璃层102具有大体为圆弧的形状。

由于热打印头100使用具有高导热率的陶瓷基片101，所以由发热部分103a产生的热量从玻璃层102通过陶瓷基片101散发，迅速降低温度，从而实现了更好的响应特性。然而，在热打印头100中，由于发热部分103a的热量散发至陶瓷基片101一侧，温度很容易降低，从而将温度提高到升华点的能耗增加，所以导致热效率变差。对于热打印头100，尽管可获得更好的响应特性，但热效率降低，因此，需要加热发热部分103a很长一段时间以获得所需深度，这导致能耗较大，而且难以在实现低能耗的同时提高打印速度。

为了解决这样的问题，本发明的发明人发明了如图10所示的热打印头110。该热打印头将在以下作为本发明的相关技术进行说明，其中为了防止在将色料热转印到打印介质上的过程中热能传导到基片侧，热打印头110使用导热率比陶瓷基片低的玻璃层111来代替陶瓷基片。热打印头110包括依次形成在玻璃层111上的发热电阻112、成对电极113a，113b和保护层114，所述玻璃层111设置有圆弧形状的突出部分111a。玻璃层111的突出部分111a的形状大体为圆弧形，以形成发热电阻112的发热部分112a，该发热部分112a从所述成对电极113a、113b之间的间隙处露出并产生热量，所述突出部分111a面向墨带和打印介质。

在热打印头110中，由于将导热率小于图9所示的陶瓷基片101的玻璃层111用作陶瓷基片101，因而从发热部分112a产生的热很难散发到玻璃层111一侧。这样，在热打印头110中，可增加传导给墨带侧的热量，由此在将色料热转印到打印介质的过程中，可迅速升高热打印头的温度。因此，可以降低将温度提高到升华点所需的能耗，从而提高热效率。然而在热打印头110中，积存在玻璃层111中的热能难以散发，这样，由于热量积存在玻璃层111中，热打印头110的温度不能立刻降低，与采用热打印头100的情况相比，响应特性变差了。因此，在热打印头110中，由于即使提高热效率响应特性也在降低，所以很难提高打印速度。

由于既需要提高热打印头100所不足的热效率，又需提高热打印头110所不足的响应特性，所以为了在降低热转印打印装置的能耗的同时实现高质量图像或字符的高速打印，本发明的发明人进一步发明了如图11所示的热打印头120。该热打印头将作为本发明的进一步相关的技术在以下进行说明，其中热打印头120包括依次形成在玻璃层121上的发热电阻122、成对电极123a，123b和保护层124。所述玻璃层121具有大体为圆弧状并面向墨带和打印介质的突出部分121a，以形成发热电阻122的发热部分122a，该发热部分122a从所述成对电极123a、123b之间的间隙处露出。在玻璃层121内侧形成充满空气的凹槽部分125。

在热打印头120中，由于空气具有比玻璃的导热率低的特性，所以通过在玻璃层121上设置凹槽部分125，凹槽部分125的导热率降低，因此，与图9中使用陶瓷基片101的热打印头100的情况相比，可进一步地抑制玻璃层121侧的散热。这样，在热打印头120中，传导给墨带侧的热量增加，相应地，当对色料进行热转印时，可降低将温度提高到色料升华点所需的能耗，从而提高热效率。此外，在热打印头120中，由于通过在玻璃层121上设置凹槽部分125，减小了玻璃层121的厚度，从而降低了玻璃层121的蓄热能力，所以与采用图10所示的在玻璃层111中不具有凹槽的热打印头110相比，积存在玻璃层121中的热能可在很短的时间内被散发，从而在不对色料进行热转印时可以迅速降低温度，由此提高响应特性。基于这些情况，在热打印头120中，通过在玻璃层121上设置凹槽部分125可同时提高热效率和响应特性。换句话说，在热打印头120中，可同时改善如上所述的热打印头100和热打印头110的不足之处。

然而，尽管在热打印头120中，通过在玻璃层121上设置凹槽部分125可防止热向玻璃层121侧散发，但是热还有可能通过由铝或其他高导热率的材料制成的电极123a、123b散发。因此，热打印头120中的热效率降低了。由于热通过电极123a、123b散发而降低了热转印色料所需的热量，从而降低了热打印头120中的热效率，所以难以高速打印图像和字符。

文献JP-A-8-216443中描述了上述相关技术。

发明内容

因此需要提供一种能够防止热从电极散发的热打印头和打印装置。

根据本发明的实施例，提供一种热打印头，其包括：玻璃层，该玻璃层的内侧设置有凹槽部分；设置在玻璃层外侧的发热电阻；及设置在发热电阻两侧的成对电极，其中，所述每一发热电阻在所述成对电极之间露出的部分成为发热部分，并且所述成对电极中的至少一个电极在其位于所述发热部分相反侧的端部处的宽度小于其位于发热部分一侧的端部的宽度。

根据本发明的另一个实施例，提供一种打印装置，其包括热打印头，该热打印头包括：玻璃层，其内侧形成有凹槽部分；设置在玻璃层外侧的发热电阻；及设置在发热电阻两侧的成对电极，其中所述每一发热电阻在所述成对电极之间露出的部分成为发热部分，并且所述成对电极中的至少一个电极在其位于所述发热部分相反侧的端部处的宽度小于其位于发热部分一侧的端部的宽度。

根据本发明的上述实施例，所述成对电极被制造成使得其位于发热部分相反侧的端部的宽度小于其位于发热部分一侧的端部的宽度，从而增加了该对电极的热阻，由此防止热散发并提高热效率。根据本发明，热效率得到提高，因而可以高速打印图像和字符。

附图说明

图1为示意图，示出具有应用本发明实施例的热打印头的打印装置。

图2为热打印头的透视图。

图3为热打印头的横截面图。

图4为热打印头的平面图。

图5为横截面图，示出作为玻璃层材料的玻璃材料。

图6为横截面图，示出玻璃层。

图7为横截面图，示出玻璃层上设置发热电阻和成对电极的情况。

图8为横截面图，示出发热电阻和成对电极上设置电阻保护层的情形。

图9为相关技术中的热打印头的横截面图。

图10为作为本发明相关技术描述的热打印头的横截面图。

图11为作为本发明相关技术描述的热打印头的横截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细说明具有应用了本发明一实施例的热打印头的热转印打印装置。

图1所示的热转印打印装置1(以下称为打印装置1)是使墨带上的色料升华以将色料热转印到打印介质上的染料升华式打印机(dye sublimationprinter)，其使用应用了本发明一实施例的热打印头2作为记录打印头。打印装置1将热打印头2产生的热能施加给墨带3，从而使墨带3上的色料升华以将墨带3的色料热转印到打印介质4上，从而打印彩色图像和字符。打印装置1为家用打印装置，其能够在作为打印介质4的、例如明信片大小的对象上进行打印。

这里使用的墨带3由长的树脂膜形成，并且设置在墨盒内，使得墨带3的尚未用于热转印的部分卷绕在供给轴3a上，而墨带3的已经用于热转印的部分卷绕在卷取轴3b上。墨带3具有重复形成在长树脂膜的一个侧表面上的转印层3c，该转印层3c包括黄色色料形成的墨层、品红色色料形成的墨层、青色色料形成的墨层和层合薄膜形成的层合层，所述层合层用于热转印到打印介质4上，以提高打印在打印介质4上的图像和字符的稳定性。

如图1所示，在具有这种结构的打印装置1中，卷取轴3b沿卷绕方向旋转以驱动墨带3在卷绕方向移动，而打印介质4夹在夹辊7a和主导辊7b之间，并且在压板5压向热打印头2时打印介质4通过夹辊7a和排出辊8在排出方向(图1中箭头A所示方向)上的旋转而在热打印头2与压板5之间沿排出方向输送。在打印操作中，热能首先从热打印头2施加至墨带3上的黄色墨层，以将黄色色料热转印到与墨带3叠置移动的打印介质4上。在热转印黄色色料后，为了将品红色色料热转印到形成有图形或字符并且已经热转印有黄色色料的图像形成部分上，输送辊9朝着热打印头2旋转(图1中箭头B所示方向)，以便朝着热打印头2的方向反向输送打印介质4，从而使图像形成部分的前端面向热打印头2，并且墨带3的品红色墨层面向热打印头2。然后，与热转印黄色墨层的情况相似，同样也向品红色墨层施加热能，以将品红色色料热转印到打印介质4的图像形成部分。对于青色色料和层合膜，与热转印品红色色料的情况相似，它们也被热转印到图像形成部分上，由此通过将青色色料和层合膜顺序热转印到打印介质4上来打印彩色图像或字符。

用于这种打印装置1的热打印头2可打印带边框图像，该带边框图像在垂直于打印介质4移动方向的方向上的两个边缘均具有页边空白，即，在打印介质4的宽度方向的两个边缘具有页边空白，该热打印头2也可打印没有页边空白的无边框图像。热打印头2在图2中箭头L所示方向上具有大于打印介质4宽度的尺寸，使得色料可热转印到打印介质4的宽度方向上的两个边缘上。

如图2所示，热打印头2具有：打印头部分11，用于向墨带3施加热能；散热元件12，用于散发打印头部分11的热；具有控制电路的刚性板13，所述控制电路用于控制打印头部分11的驱动；以及电源柔性板14和信号柔性板15，各自用于将打印头部分11和刚性板13彼此电连接。

如图3所示，打印头部分11设有玻璃层21、设置在玻璃层21上的发热电阻22、设置在发热电阻22两侧的成对电极23a、23b、以及设置在发热电阻22上及其周围的电阻保护层24。在热打印头2中，发热电阻22从所述成对电极23a、23b之间露出的部分成为发热部分22a。玻璃层21设有形成在其上表面上的发热电阻22、成对电极23a、23b和电阻保护层24，该玻璃层21形成为打印头部分11的基层。

如图3所示，玻璃层21在其面向墨带3的外表面上设有突出部分25，并在其与散热元件12相接的内表面处设有凹槽部分26。玻璃层21由例如软化温度为500℃的玻璃形成。玻璃层21在其面对墨带3的外表面上设置有大体为圆弧状的突出部分25，从而改善了热打印头加热墨带3时与墨带3相接触的状况。这样，热打印头2能够通过突出部分25适当地施加来自发热部分22a的热能。

另外，玻璃层21由具有预定表面性能、热特性等以玻璃为代表的材料制成，在这里玻璃的概念包括合成宝石或人造石，例如，人造水晶、人造红宝石、或人造蓝宝石、或高密度陶瓷。

凹槽部分26设置在玻璃层21内表面与突出部分25相对的位置，并且朝向发热部分22a一侧凹陷。凹槽部分26沿热打印头2的长度方向(图2中的L方向)形成。

由于具有上述结构的玻璃层21设置有凹槽部分26，所以热量不能传导给整个主体，因为空气的导热率比玻璃低，这样可以防止发热部分22a产生的热能散发。此外，当将色料热转印到打印介质4上时，在玻璃层21中，所积存的热能帮助色料以较低的能耗迅速地被加热到升华温度。根据以上所述，由于可以抑制发热部分22a产生的热能散发，并且在玻璃层21中的能耗较低的情况下可将色料迅速地加热到升华温度，所以热打印头2的热效率得以提高。此外，由于玻璃层21设置有凹槽部分26，所以其厚度变小而具有较小的热容量，因此热量容易被散发，并且在发热部分22a不产生热时，温度迅速降低，从而提高热打印头2的响应特性。根据以上所述，利用具有凹槽部分26的玻璃层21可使热打印头2的热效率和响应特性都更优。因此，使用具有更好的响应特性的热打印头2，可以以低能耗高速打印高质量图像和字符，而不会导致图像中出现例如模糊之类的问题。

设置在玻璃层21上的发热电阻22如图3所示布置在玻璃层21上。发热电阻22由具有高电阻率和耐热性的材料制成，例如，Ta-N或Ta-SiO₂。发热电阻22通过从成对电极23a、23b之间露出的发热部分22a产生热。如图4所示，发热部分22a彼此平行并沿着热打印头2的长度方向(图4中的L方向)大致线性地排列。发热电阻22通过光刻技术构图于玻璃层21上。

如图4所示，设置在每个发热电阻22两侧的成对电极23a、23b彼此之间通过发热部分22a相隔设置。该对电极23a、23b由具有良好导电性的材料制成，例如铝、金或铜。所述成对电极23a、23b包括电连接所有发热部分22a的公共电极23a和单独电连接各个发热部分22a的独立电极23b。

如图2、4所示，公共电极23a经由电源柔性板14将未示出的电源电连接到所有的发热部分22a，从而将电流供应至发热部分22a。公共电极23a具有较大面积，以实现与所有发热部分22a的连接。

独立电极23b用于各个发热部分22a，其经由信号刚性板15电连接到具有控制电路的刚性板13，该控制电路用于控制发热部分22a的驱动。

公共电极23a和独立电极23b将电流供应至控制电路所选择的发热部分22a，以使发热部分22a产生热量，其中所述控制电路设置在刚性板13上，用于控制发热部分22a的驱动。

这样的公共电极23a和独立电极23b每个都由具有低电阻率的材料制成，如铝、金或铜，并且每个电极均被形成为与发热部分22a的接触面积较大，以有效地向发热部分22a供应电流。在公共电极23a和独立电极23b中，通过降低电阻率和增加与发热部分22a的接触面积，提高导热率，从而增强发热部分22a产生的热的散发。因此，如图4所示，在公共电极23a和独立电极23b中，其位于发热部分22a相反侧的端部28、29的宽度被设置成小于位于发热部分22a一侧的端部30、31的宽度。在公共电极23a中，通过将其位于发热部分22a相反侧的端部28的宽度设置成小于位于发热部分22a一侧的端部30的宽度，可以防止发热部分22a产生的热散发至电源柔性板14。在每个独立电极23b中，通过将其位于发热部分22a相反侧的端部29的宽度设置成小于位于发热部分22a一侧的端部31的宽度，可以防止发热部分22a产生的热量散发至信号柔性板15。此外，在公共电极23a和独立电极23b中，通过将其位于发热部分22a一侧的端部30、31的宽度设置成大致与发热部分22a的宽度一致，可以增大与发热部分22a的接触面积，以便向发热部分22a供应电流。需注意的是，在打印头部分11中，也有可能仅将电极23a、23b位于发热部分22a相反侧的端部28、29中的任意一个设置得较小。

这样的公共电极23a和独立电极23b利用光刻技术或其他方法构图。

需注意的是在打印头部分11中，发热电阻22不一定需要设置到玻璃层21的整个表面上，发热电阻22可设置在突出部分25的部位上，并且公共电极23a和独立电极23b的端部形成在发热电阻22上。

设置在热打印头2最外侧的电阻保护层24覆盖发热部分22a和发热部分22a的周围，以保护发热部分22a和发热部分22a周围的电极23a、23b，使之免于受到墨带3与热打印头2相接触时引起的摩擦等。电阻保护层24由包含金属且具有良好机械性能(如高温下的高强度和抗磨损性)、热学特性(如耐热性、抗热冲击性及导热率)的玻璃材料制成，例如SiAlON，其包括硅(Si)、铝(Al)、氧(O)和氮(N)。

上述打印头部分11可按下文所述的方法制造。打印头部分11的制造方法如下：首先，如图5所示，制备用作玻璃层21材料的玻璃材料31；然后如图6所示，通过对玻璃材料31进行热压处理、蚀刻处理或切割处理，模制出其上表面具有突出部分25的玻璃层21。

随后，尽管未详细示出，使用具有高电阻率和耐热性材料，通过诸如喷镀之类的薄膜形成技术，在设置有突出部分25的玻璃层21的表面上形成电阻膜，该电阻膜用于形成发热电阻22。然后，使用诸如铝之类的具有良好电导率的材料形成导电薄膜，使导电薄膜具有预定的厚度，该导电薄膜用于形成电极对23a、23b。

随后，如图7所示，利用诸如光刻技术之类的图案形成技术，对具有良好导电性的电极对23a、23b构图，使得位于发热电阻22和发热部分22a相反侧的端部28、29的宽度小于位于发热部分22a一侧的端部30、31的宽度。玻璃层21在没有形成发热电阻22或电极对23a、23b的部位露出。

随后，如图8所示，利用诸如喷镀之类的薄膜形成技术，在发热部分22a和电极对23a、23b上形成预定厚度的电阻保护层24。需注意的是，在这种情况，电阻保护层24形成为使得独立电极23b电连接至信号柔性板15的部分被露出。

随后，如图3所示，利用蚀刻处理或切割处理，在与具有突出部分25的表面相反的玻璃层21表面，即作为热打印头2内表面的表面上形成凹槽部分26，从而形成打印头部分11。

需注意的是，在利用切割处理形成凹槽部分26之后，可以对凹槽部分26的内表面用氢氟酸处理，以去除凹槽部分26内表面的刻痕。此外，除了诸如切割处理之类的机加工处理以外，也可利用蚀刻处理或热压处理形成凹槽部分26。

如图2所示，如上所述制造的打印头部分11与散热元件12相接合。散热元件12由诸如铝之类的具有高导热率的材料制造而成。打印头部分11设置有散热元件12，该散热元件利用导热胶等接合至玻璃层21设有凹槽部分26的内表面上。

刚性板13设有多个电子元件，并设有用于控制打印头部分11的发热部分22a的驱动的控制电路以及电连接到未示出的电源的线路。刚性板13经由电源柔性板14与打印头部分11的公共电极23a在线路上相连，并且如图4所示，打印头部分11的独立电极23b经由信号柔性板15的连接端子15a与控制电路电连接。在使电源柔性板14和信号柔性板15向着散热元件侧弯曲的情况下，将刚性板13设置在散热元件12的侧表面上，并用诸如螺丝钉之类的固定元件16固定。这样，可以使热打印头2小型化。

在如上所述的打印头部分11中，如图4所示，公共电极23a由电源供应电流，并且设置在刚性板13上的控制电路控制未示出的连接至各个独立电极23b的开关的通/断，以控制施加给发热部分22a的电流，从而使发热部分22a产生热。

由于在打印头部分11中，电极对23a、23b的位于发热部分22a相反侧的端部28、29的宽度小于其位于发热部分22a一侧的端部30、31的宽度，所以电极对23a、23b的热阻增大，从而防止发热部分22a所产生的热能经由电极对23a、23b散发到外部、电源柔性板14和信号柔性板15。此外，由于在玻璃层21上设置了凹槽部分26，所以打印头部分11还可以防止热散发到玻璃层21。根据以上所述，打印头部分11中用于热转印墨带3上的色料的热量不会减少，因而热效率会变得更好。此外，在热打印头11中，由于通过在玻璃层21上设置凹槽部分26，玻璃层21的厚度减小而降低了热容量，所以改善了散热，因而响应特性也变得更好。根据以上所述，由于配备有打印头部分11的热打印头2的热效率和响应特性得到提高，所以可以高速打印高质量的图像和字符。

需注意的是，尽管以热打印头2为例说明利用家用打印装置1打印明信片的情况，但热打印头2并不仅仅适用于家用打印装置1，它也适用于商务打印装置。此外，打印介质的尺寸没有特定限制，并且热打印头2除可应用于明信片之外，也可应用于L-尺寸的象纸和普通纸，从而可以高速打印高质量图像和字符。

本领域技术人员应该理解，在所附权利要求及其等同物的范围内，根据设计需要和其他因素可产生的各种修改、组合、子组合和变形。

本发明包含涉及于2006年3月17日提交日本专利局的日本专利申请JP2006-075633的主题，在此引入其全文作为参考。

Claims (8)

1.一种热打印头，其包括：

玻璃层，该玻璃层的内侧设置有凹槽部分；

设置在玻璃层外侧的发热电阻；及

设置在发热电阻两侧的成对电极，

其中，所述发热电阻在成对电极之间露出的部分成为发热部分，并且

所述成对电极中的至少一个电极在其位于发热部分相反侧的端部处的宽度小于其位于发热部分一侧的端部的宽度。

2.如权利要求1所述的热打印头，其中，

所述电极位于发热部分一侧的端部的宽度与所述发热部分的宽度基本相同。

3.如权利要求1所述的热打印头，其中，

所述成对电极中的一个电极为用于多个发热部分的公共电极。

4.如权利要求1所述的热打印头，其中，

所述电极位于发热部分一侧的端部至少形成在所述发热电阻上。

5.一种打印装置，其包括

热打印头，该热打印头包括：玻璃层，其内侧形成有凹槽部分；设置在玻璃层外侧的发热电阻；及设置在发热电阻两侧的成对电极，

其中所述发热电阻在所述成对电极之间露出的部分成为发热部分，且

所述成对电极中的至少一个电极在其位于发热部分相反侧的端部处的宽度小于其位于发热部分一侧的端部的宽度。

6.如权利要求5所述的打印装置，其中，

所述电极位于发热部分一侧的端部的宽度与所述发热部分的宽度基本相同。

7.如权利要求5所述的打印装置，其中，

所述成对电极中的一个电极为用于多个发热部分的公共电极。

8.如权利要求5所述的打印装置，其中，

所述电极位于发热部分一侧的端部至少形成在所述发热电阻上。

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