JP2005138456A - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無駄なエネルギー消費を抑えてサーマルヘッドの結露を防止する。
【解決手段】 ヘッド基板上の部分グレーズ３４ａには、発熱抵抗体膜５１と電極膜５２とが重ねて製膜されている。これらの膜をエッチング処理して、記録用発熱素子３６，リード電極３８，結露防止用発熱素子４６がそれぞれ形成される。記録用発熱素子３６は、部分グレーズ３４ａの頂点付近に形成されており、結露防止用発熱素子４６は、記録用発熱素子３６の記録方向下流側に形成される。これらの各発熱素子４６は、記録用発熱素子３６と同じリード電極３８に接続される。記録用発熱素子３６の発熱によりカラー感熱記録紙１１が加熱されると、その内部の水分が蒸発して水蒸気が発生する。結露防止用発熱素子３６の発熱によりヘッド基板が暖められるので、その水蒸気がヘッド基板に結露することが防止される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、感熱プリンタに用いられるサーマルヘッド及びその製造方法に関するものである。

サーマルヘッドは、アルミナ及びセラミックの素材からなるヘッド基板上にグレーズ層を形成し、その上に記録用発熱素子とこの記録用発熱素子と接続されるリード電極とを設け、これらを保護膜によって覆うことによって構成される。サーマルヘッドのグレーズ層の一部には、主走査方向に沿ってシリンドリカル突条に膨出した部分グレーズが形成され、前記記録用発熱素子及びリード電極は、この部分グレーズに配置される（例えば、下記特許文献１参照）。

カラー感熱プリンタは、熱記録材料であるカラー感熱記録紙をその幅方向が前記主走査方向と一致するように搬送路に給紙し、前記主走査方向と直交する記録方向に移動させながらサーマルヘッドで加熱してフルカラー画像を発色記録する。カラー感熱記録紙は、周知のように、支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層が順に形成されている。カラー感熱プリンタは、これら各感熱発色層を順次加熱することにより選択的に発色させ各色の画像を面順次に熱記録する。また、イエロー感熱発色層の上には透明な保護層（以下、透明保護層という）が設けられており、この保護層は感熱発色層を保護するとともに記録紙表面に光沢を与えてプリント品質を高める役割を果たしている。

熱記録の際には、前記部分グレーズがカラー感熱記録紙に押し付けられて、部分グレーズは、カラー感熱記録紙の記録面に食い込む。記録用発熱素子は部分グレーズの頂点付近に設けられており、部分グレーズは、その頂点を中心として記録方向の前後の一定の領域がカラー感熱記録紙の記録面と接触する。部分グレーズの保護膜表面は、カラー感熱記録紙との摩擦を抑えて、その透明保護層に傷が付かないように滑らかに仕上げられている。

ところで、プリント品質を低下させる原因として、サーマルヘッドへの結露があることが知られている。この結露は、発熱素子によって加熱されたカラー感熱記録紙から放出される水蒸気に起因する。すなわち、カラー感熱記録紙が発熱素子を通過した後、部分グレーズから剥離する剥離点付近において、前記水蒸気が放出されると、その水蒸気によってサーマルヘッドに結露が生じる。この結露は、気温が低い場合やプリンタ起動直後など、プリンタ内部温度が低い場合に起こりやすいことが知られている。サーマルヘッドに結露が生じると、その水滴が飛散又は落下してカラー感熱記録紙の記録面に付着する場合があり、その水滴がプリント品質を低下させる原因となる。このサーマルヘッドの結露を防止する方法としては、サーマルヘッドの近傍に配置されヘッド全体を暖める外部ヒータを設ける方法がある。

特開２００２−４６２９７号公報

しかしながら、外部ヒータは、特定の部位だけでなく余計な部分も暖めてしまうことになるので、無駄なエネルギーが消費されてしまうという問題があった。

本発明は、無駄なエネルギー消費を抑えて結露を防止することができるサーマルヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のサーマルヘッドは、基板上に主走査方向に沿ってシリンドリカル突条に形成された部分グレーズと、この部分グレーズの頂上付近に設けられ前記主走査方向に沿って配列された複数の記録用発熱素子とを備え、前記記録用発熱素子を含む部分グレーズを熱記録材料に圧接させ、前記主走査方向と直交する記録方向に熱記録材料を相対移動させながら前記発熱素子を発熱させて熱記録を行うサーマルヘッドにおいて、前記記録用発熱素子の記録方向下流側に、加熱された熱記録材料から放出される水蒸気を蒸発させて前記基板への結露を防止する結露防止用発熱素子を設けたことを特徴とする。

なお、前記結露防止用発熱素子は、前記部分グレーズから前記熱記録材料が剥離する剥離点付近に設けられることが好ましい。

なお、前記結露防止用発熱素子は、前記記録用発熱素子と同一の発熱抵抗体膜から形成されており、前記記録用発熱素子をエッチングにより形成する際にその同じエッチング工程で形成されることが好ましい。

なお、前記記録用発熱素子を、正負両極のリード部が同じ向きに配設され略Ｕ字形の折り返し部分を持つリード電極に接続し、前記結露防止用発熱素子を前記折り返し部分に形成することが好ましい。

本発明のサーマルヘッドの製造方法は、基板上に主走査方向に沿ってシリンドリカル突条に形成された部分グレーズに、発熱抵抗体膜と電極膜とを製膜により順次層設し、前記部分グレーズの頂上付近に主走査方向に配列される複数の記録用発熱素子とこれらに接続されるリード電極とを前記各膜をエッチング処理して形成することにより、前記主走査方向と直交する記録方向に熱記録材料を移動させながら前記各記録用発熱素子を発熱させて熱記録するサーマルヘッドの製造方法において、前記エッチング処理の際に、前記記録用発熱素子よりも記録方向の下流側に、加熱された熱記録材料から放出される水蒸気を蒸発させて前記基板への結露を防止する結露防止用発熱素子を形成することを特徴とする。

なお、前記リード電極として、正負両極のリード部が同じ向きに配設され略Ｕ字形の折り返し部分を持つ折り返し電極を形成するとともに、前記結露防止用発熱素子を、前記折り返し部分に形成することが好ましい。

本発明は、サーマルヘッドの記録用発熱素子の記録方向下流側に、加熱された熱記録材料から放出される水蒸気を蒸発させて前記基板への結露を防止する結露防止用発熱素子を設けたから、サーマルヘッドは別の外部ヒータを設ける場合と比較して、無駄なエネルギー消費を抑えてヘッド基板への結露を防止することができる。

また、前記結露防止用発熱素子を、結露の発生率が高い部位、すなわち、前記部分グレーズから前記熱記録材料が剥離する剥離点付近に設ければ、最もエネルギー効率を高めることができる。

また、前記結露防止用発熱素子は、前記記録用発熱素子と同一の発熱抵抗体膜から形成すれば、前記記録用発熱素子をエッチングにより形成する際にその同じエッチング工程で形成することができるので、部品コストや製造工程数の増加もない。エッチングにより形成するので、その大きさや位置を簡単に変更できる。このため、位置調整や抵抗値の調整が簡単になる。

さらに、前記記録用発熱素子を、正負両極のリード部が同じ向きに配設され略Ｕ字形の折り返し部分を持つリード電極に接続し、前記結露防止用発熱素子を前記折り返し部分に形成すれば、前記記録用発熱素子と結露防止用発熱素子とが直列に接続されるので、結露防止用発熱素子を個別に制御する必要がないので、制御回路が複雑化することがなく、簡単な構成で実現できる。

図１は、本発明のサーマルヘッドを内臓したカラー感熱プリンタ１０の概略構成を示す。カラー感熱プリンタ１０には、長尺のカラー感熱記録紙１１を巻き取った記録紙ロール１２がセットされている。給紙ローラ１３は、カラー感熱記録紙１１をサーマルヘッド１４に向けて給紙する。給紙されたカラー感熱記録紙１１は、搬送ローラ１６，１７，１８にニップされて記録方向と戻し方向とに搬送されながら、３色の画像が面順次に熱記録される。搬送ローラ１６，１７，１８及び給紙ローラ１３は、駆動モータによって駆動される。記録済みのカラー感熱記録紙１１は、図示しないカッタによって所定の長さのシートに切り離される。カラー感熱記録紙１１の未記録部分は、搬送ローラ１６，１７，１８及び給紙ローラ１３によって、再び記録紙ロール１２に巻き戻される。搬送ローラ１６，１７は、記録中はカラー感熱記録紙１１に対してバックテンションとフロントテンションを与える。

カラー感熱記録紙１１は、周知のとおり、支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層、透明な保護層を順次層設したものである。各感熱発色層は、より深層の感熱発色層ほど熱感度が低い。最上層のイエロー感熱発色層の熱感度が最も高く、最も小さい熱エネルギーで発色し、最下層のシアン感熱発色層の熱感度が最も低く、最も大きな熱エネルギーで発色する。また、イエロー感熱発色層及びマゼンタ感熱発色層には、それぞれ特有の波長の定着光により発色能力が消失する光定着性が与えられており、より深層の感熱発色層を加熱したときに上層の感熱発色層が発色することがないようにしている。

サーマルヘッド１４は、主走査方向に延びた発熱素子アレイ１４ａを備えており、この発熱素子アレイ１４ａをカラー感熱記録紙１１に圧接して発熱させることにより各色の感熱発色層を面順次に加熱して発色記録する。サーマルヘッド１４に対向する位置には、プラテンローラ２１が配置されている。サーマルヘッド１４は、プラテンローラ２１に接近して発熱素子アレイ１４ａをカラー感熱記録紙１１に圧接する記録位置と、発熱素子アレイ１４ａを前記プリント位置から退避させて、プラテンローラ２１との間に所定の間隔を空ける退避位置との間で揺動する。給紙時には、サーマルヘッド１４は、退避位置に位置しており、給紙されたカラー感熱記録紙１１がサーマルヘッド１４とプラテンローラ２１との間を通過した後、記録位置に揺動して、該ローラ２１とともにカラー感熱記録紙１１をニップする。この状態でカラー感熱記録紙１１を搬送させながら熱記録が行われる。

光定着器２２は、イエロー定着用ランプ２３とマゼンタ定着用ランプ２４と反射板２６とから構成される。イエロー定着用ランプ２３は、カラー感熱記録紙１１にイエロー画像がプリントされるときに点灯し、約４２０ｎｍ付近に発光波長のピークを有する青紫色の可視光（イエロー定着光）を照射してイエロー画像の定着処理をする。マゼンタ定着用ランプ２４は、カラー感熱記録紙１１にマゼンタ画像がプリントされるときに点灯し、約３６５ｎｍ付近に発光波長のピークを有する近紫外線（マゼンタ定着光）を照射してマゼンタ画像の定着処理をする。

カラー感熱記録紙１１が給紙されると、カラー感熱記録紙１１を記録方向に搬送させながら、１画面分のイエロー画像の熱記録が行われる。この熱記録の開始とともに、イエロー定着用ランプ２３が点灯し、カラー感熱記録紙１１のイエロー画像の記録済み部分が順次光定着器２２に送られて、イエロー感熱発色層の光定着がなされる。イエローの光定着が終了すると、カラー感熱記録紙１１は、その記録エリアの記録開始位置がサーマルヘッド１４に達するまで戻し方向に搬送される。この後、イエロー画像と同様の手順でマゼンタ画像の熱記録及び光定着が行われる。マゼンタの光定着が終了すると、カラー感熱記録紙１１は、再び戻し方向に搬送されて、その記録開始位置がサーマルヘッド１４に達するまで戻された後、記録方向に搬送されながらシアン画像が熱記録される。こうして３色の画像が面順次に記録されてフルカラー画像が得られる。

図２に示すように、サーマルヘッド１４は、ヘッド基板３１上に、グレーズドガラスによってグレーズ層３４が形成されている。ヘッド基板３１は、アルミナ基板３１ａとこのアルミナ基板３１ａ上に形成されたセラミック基板３１ｂとからなり、グレーズ層３４はセラミック基板３１ｂ上に形成される。このグレーズ層３４の一部には、シリンドリカル突条に膨出された部分グレーズ３４ａが形成される。この部分グレーズ３４ａの長手方向は、カラー感熱記録紙１１の搬送方向と直交する主走査方向（カラー感熱記録紙の幅方向）に一致しており、この部分グレーズ３４ａの頂上付近に、前記主走査方向に沿って、複数の記録用発熱素子３６が配列される。これら複数の記録用発熱素子３６が発熱素子アレイ１４ａを構成する。

部分グレーズ３４ａ上には、各記録用発熱素子３６と接続されるリード電極３８が形成されており、これらのリード電極３８は、アルミナ基板３１ａに取り付けられたプリント基板３３に接続される。プリント基板３３には、各記録用発熱素子３６への通電を制御するドライバＩＣ３９と、共通電極４０とが設けられている。プリント基板３３には、ドライバＩＣ３９を保護するとともにカラー感熱記録紙１１の進路を案内するヘッドカバー４１（図１参照）が取り付けられる。

図３に示すように、リード電極３８は、正負両極の各リード部が同じ向きに配設されるように、略Ｕ字形の折り返し部分を持つ折り返し電極になっている。１つのリード電極３８は、例えば、略Ｍ字形状をしており、２つの折り返し部分と、３つのリード部３８ａ，３８ｂ，３８ｃを持っている。両側の２つのリード部３８ａ，３８ｃがマイナス側のリード部であり、それらの間にプラス側のリード部３８ｂが設けられている。マイナス側の２つのリード部３８ａ，３８ｃからプラス側のリード部３８ｂへ至るまでの経路内にそれぞれ２つの記録用発熱素子３６が直列に接続され、１つのリード電極３８に合計４つの記録用発熱素子３６が接続される。直列に接続される２つの記録用発熱素子３６が１画素を構成し、各画素の階調に応じて発熱が制御される。ドライバＩＣ３９には、個別電極４２が設けられており、この個別電極４２にマイナス側のリード部３８ａ，３８ｃがそれぞれ接続される。プラス側のリード部３８ｂは、共通電極４０に接続される。各リード部３８ａ，３８ｂ，３８ｃと、個別電極４２又は共通電極４０とは、ワイヤ４３によってボンディングされて、電気的に接続される。

また、記録用発熱素子３６の記録方向下流側に位置する、リード電極３８の折り返し部分には、ヘッド基板３１への結露を防止する結露防止用発熱素子４６が接続されている。上述したとおり、プリンタ内部温度が低い場合には、記録用発熱素子３６によって加熱されたカラー感熱記録紙１１から放出される水蒸気によって部分グレーズ３４ａを含むヘッド基板３１には結露が発生する。結露が発生すると、その水滴がカラー感熱記録紙１１の記録面に飛散して付着してプリント品質を低下させるおそれがある。結露防止用発熱素子４６は、その発熱によりヘッド基板３１を暖めることによって結露を防止する。

結露防止用発熱素子４６は、リード電極３８の折り返し部分に設けられているので、記録用発熱素子３６と直列に接続される。このため、記録用発熱素子３６への印加電圧によって記録用発熱素子３６と一緒に発熱させることができるので、専用の制御が不要である。したがって、結露防止用発熱素子４６を設けることによって、サーマルヘッドの制御回路が複雑化することはない。

図４は、カラー感熱記録紙１１に押し当てられた状態の部分グレーズ３４ａの断面図を示す。記録用発熱素子３６及びリード電極３８が形成された部分グレーズ３４ａの全面には、それらを覆って保護するための保護膜４８が製膜される。熱記録時には、この部分グレーズ３４ａがカラー感熱記録紙１１と圧接されて記録紙１１の表面に食い込む。記録用発熱素子３６が発する熱は、保護膜４８を介してカラー感熱記録紙１１に伝達される。

カラー感熱記録紙１１から放出される水蒸気の飛散は、部分グレーズ３４ａから剥離する剥離点Ｐ付近で生じるので、結露防止用発熱素子４６は、この剥離点Ｐ付近に配置される。図５は、サーマルヘッド１４の記録方向の各位置における温度分布を示すグラフである。このグラフから分かるとおり、結露防止用発熱素子４６によって、記録用発熱素子３６の下流側の温度Ｔが上昇するので、ヘッド基板３１への結露が防止される。また、従来のように、サーマルヘッド１４とは別に外部ヒータを用いる場合と比較して、必要な部位のみを暖めることができるので、無駄なエネルギー消費もない。

図５は、サーマルヘッド１４の製造工程の一部である、発熱素子及び電極の形成工程を示す説明図である。まず、ヘッド基板３１上に、発熱抵抗体膜５１（図４参照）を、その全面に一様に塗布して製膜した後、その上に重ねて、電極膜５２（図４参照）を同様に製膜する。これにより、部分グレーズ３４ａを含むヘッド基板３１の全面に、発熱抵抗体膜５１と電極膜５２とが層設される。この製膜後、発熱抵抗体膜５１と電極膜５２とに対して、エッチング処理を施して、リード電極３８のパターンを形成する。このエッチングに際しては、発熱抵抗体膜５１と電極膜５２とを一緒にエッチングする。これにより、部分グレーズ３４ａ上に、リード電極３８が形成される。

この発熱抵抗体膜５１及び電極膜５２に対するエッチングの後、リード電極３８の一部に対して、電極膜５２のみをエッチングして、記録用発熱素子３６を形成する。結露防止用発熱素子４６は、記録用発熱素子３６と同じ発熱抵抗体膜５１によって形成される。このため、記録用発熱素子３６をエッチングする際に、結露防止用発熱素子４６も一緒にパターンニングされて形成される。この後、保護膜４８が製膜されて、部分グレーズ３４ａの全面が覆われる。また、結露防止用発熱素子４６の位置の調整やその抵抗値の調整は、エッチングに際してパターンニングする位置や幅を変化させればよいので、簡単に行うことができる。

以下、上記構成による作用について説明する。サーマルヘッドの製造工程においては、ヘッド基板３１上に、発熱抵抗体膜５１及び電極膜５２を製膜した後、エッチング処理が施されて、記録用発熱素子３６及びリード電極３８が形成される。このエッチング処理に際して、記録用発熱素子３６と一緒に結露防止用発熱素子４６が形成される。エッチング処理の後、保護膜４８が製膜される。

結露防止用発熱素子４６は、記録用発熱素子３６のエッチング工程において形成されるから、それを形成するための専用の工程が増加することはない。また、結露防止用発熱素子４６は、発熱抵抗体膜５１の一部であるから、部品コストが増加することもない。

こうして製造されたサーマルヘッド１４は、本体組み立て工程に送られて、カラー感熱プリンタ１０に組み込まれる。完成したカラー感熱プリンタ１０でプリント処理を行う場合には、本体に記録紙ロール１２を装填してプリント指示を与える。これにより、カラー感熱記録紙１１が給紙されて、給紙されたカラー感熱記録紙１１は搬送されながらサーマルヘッド１４によって熱記録される。この熱記録時には、図４に示すように、カラー感熱記録紙１１はサーマルヘッド１４とプラテンローラ２１とに圧接される。

結露防止用発熱素子４６は、記録用発熱素子３６と直列に接続されているので、記録用発熱素子３６への電圧印加によって発熱する。カラー感熱記録紙１１は、記録用発熱素子３６によって加熱されると、水蒸気を発するが、結露防止用発熱素子４６の発熱によって、ヘッド基板３１が暖められるので、ヘッド基板３１への結露が発生することはない。このため、結露によって生じた水滴がカラー感熱記録紙１１の記録面に付着することがなくなり、プリント品質の劣化が防止される。

上記実施形態では、結露防止用発熱素子を、記録用発熱素子を接続するリード電極に接続し、同じリード電極を共用する例で説明しているが、記録用発熱素子とは別のリード電極に接続してもよい。また、上記実施形態では、結露防止用発熱素子を、剥離点の下流側に配置した例で説明しているが、剥離点の下流側でなくてもよく、剥離点付近であれば、その上流側でもよい。剥離点の上流側に配置した場合には、下流側に配置した場合に比べて所望する部位から僅かに離れるので多少のエネルギー効率の低下はあるものの、熱伝達により所望の部位の温度上昇は見込めるので問題はない。

カラー感熱プリンタの概略構成図である。 サーマルヘッドの要部外観図である。 サーマルヘッドの要部平面図である。 サーマルヘッドの要部断面図である。 サーマルヘッドの温度分布を示すグラフである。 サーマルヘッドの発熱素子及び電極形成の手順を示す説明図である。

符号の説明

１０ カラー感熱プリンタ
１１ カラー感熱記録紙
１４ サーマルヘッド
１４ａ 発熱素子アレイ
２１ プラテンローラ
３６ 記録用発熱素子
３８ リード電極
４６ 結露防止用発熱素子

Claims (6)

1. 基板上に主走査方向に沿ってシリンドリカル突条に形成された部分グレーズと、この部分グレーズの頂上付近に設けられ前記主走査方向に沿って配列された複数の記録用発熱素子とを備え、前記記録用発熱素子を含む部分グレーズを熱記録材料に圧接させ、前記主走査方向と直交する記録方向に熱記録材料を相対移動させながら前記発熱素子を発熱させて熱記録を行うサーマルヘッドにおいて、
   前記記録用発熱素子の記録方向下流側に、加熱された熱記録材料から放出される水蒸気を蒸発させて前記基板への結露を防止する結露防止用発熱素子を設けたことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記結露防止用発熱素子は、前記部分グレーズから前記熱記録材料が剥離する剥離点付近に設けられることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
3. 前記結露防止用発熱素子は、前記記録用発熱素子と同一の発熱抵抗体膜から形成されており、前記記録用発熱素子をエッチングにより形成する際にその同じエッチング工程で形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のサーマルヘッド。
4. 前記記録用発熱素子は、正負両極のリード部が同じ向きに配設され略Ｕ字形の折り返し部分を持つリード電極に接続されており、前記結露防止用発熱素子を前記折り返し部分に形成したことを特徴とする請求項３記載のサーマルヘッド。
5. 基板上に主走査方向に沿ってシリンドリカル突条に形成された部分グレーズに、発熱抵抗体膜と電極膜とを製膜により順次層設し、前記部分グレーズの頂上付近に主走査方向に配列される複数の記録用発熱素子とこれらに接続されるリード電極とを前記各膜をエッチング処理して形成することにより、前記主走査方向と直交する記録方向に熱記録材料を移動させながら前記各記録用発熱素子を発熱させて熱記録するサーマルヘッドの製造方法において、
   前記エッチング処理の際に、前記記録用発熱素子よりも記録方向の下流側に、加熱された熱記録材料から放出される水蒸気を蒸発させて前記基板への結露を防止する結露防止用発熱素子を形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
6. 前記リード電極として、正負両極のリード部が同じ向きに配設され略Ｕ字形の折り返し部分を持つ折り返し電極を形成するとともに、前記結露防止用発熱素子を、前記折り返し部分に形成することを特徴とする請求項５記載のサーマルヘッドの製造方法。

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