JP2005238663A - Thermal head and thermal printer having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発熱素子の発する熱を利用して記録動作を行うサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。 The present invention relates to a thermal head that performs a recording operation using heat generated by a heating element, and a thermal printer using the same.
従来より、ワードプロセッサ等のプリンタ機構としてサーマルヘッドが用いられている。かかる従来のサーマルヘッドは、例えば、図8および図9に示す如く、上面に複数個の発熱素子22及び発熱素子22の両端に接続された共通電極導体23a、個別電極導体23b等の回路導体23が形成された四角形状のヘッド基板21と、該ヘッド基板21の回路導体23に電気的に接続される複数個の配線導体25を有したフレキシブル配線基板24(以下、FPCと略記する)と、ヘッド基板21とFPC24とを接着材27を介して上面で支持する支持部材30と、で構成される。
Conventionally, a thermal head has been used as a printer mechanism such as a word processor. For example, as shown in FIGS. 8 and 9, the conventional thermal head includes a plurality of
FPC24は、プリンタ本体からの種々の印字信号(ドライバーIC制御信号)や外部電源からの電力を発熱素子22やドライバーIC29に供給するためのものであり、可撓性を有した複数の樹脂フィルム間に銅箔等から成る配線導体25を介在させた構造を有している。FPC24の配線導体25は、ヘッド基板21の共通電極導体23aに接続され、発熱素子22に電源電力を供給するための電源電力導体25aと、ヘッド基板21上の個別電極導体23bにドライバーIC内のスイッチング素子を介して接続され、ドライバーICを駆動制御するための信号を供給するための信号配線導体25bと、ヘッド基板21の個別電極導体23bにドライバーIC内のグランド端子を介して接続されるグランド配線導体23bとで構成される。
The FPC 24 is used to supply various print signals (driver IC control signals) from the printer main body and power from an external power source to the
尚、ヘッド基板21とFPC24との電気的接続は、例えば半田溶着による場合、FPC24の一端側で露出された配線導体25の一部を、ヘッド基板21の端部に沿って重畳させた上、この重畳部で配線導体とヘッド基板21上の回路導体23とを半田接合させることで行われる。
ところで、近時のサーマルヘッドにおいては、プリンタの小型化に伴い、サーマルヘッドの小型化の要求が高まってきており、それに応じて、FPC24の小型化、特にヘッド基板21の端部に沿った方向と直交する方向(本従来技術の場合、副走査方向)への小型化が望まれている。
By the way, in recent thermal heads, with the miniaturization of printers, there is an increasing demand for miniaturization of thermal heads, and accordingly, miniaturization of the FPC 24, particularly the direction along the end of the
一方、近年の発熱素子の高密度化に伴い、FPC24の配線導体25のパターンが複雑化する傾向にあり、FPC24を副走査方向に小型化することが困難であるという問題があった。
On the other hand, with the recent increase in the density of heating elements, the pattern of the
またFPC24の配線導体25のうち、ヘッド基板21上の共通電極導体23aに接続される電源配線導体25aは比較的大電流が流れ、電圧降下が問題となりやすいことから、電源配線導体25aを大面積化することが望まれるが、この場合、電源配線導体25aのスペースによってサーマルヘッドが大型化する問題があった。
Further, among the
本発明は上記問題点に鑑みて案出されたもので、その目的はサーマルヘッドを小型化することが可能な高性能のサーマルヘッド及びサーマルプリンタを提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object thereof is to provide a high-performance thermal head and a thermal printer capable of downsizing the thermal head.
本発明のサーマルヘッドは、複数個の発熱素子及び該発熱素子に電気的に接続される回路導体を有したヘッド基板と、複数個の配線導体を有し、一端側が前記ヘッド基板の端部に沿って配設されるフレキシブル配線基板と、を備え、該フレキシブル配線基板の前記一端側で前記配線導体を前記回路導体に電気的に接続したサーマルヘッドにおいて、前記フレキシブル配線基板は、前記ヘッド基板の端部に沿った方向に関して該ヘッド基板よりも外側に位置するはみ出し部を有し、該はみ出し部をフレキシブル配線基板の上面側もしくは下面側に折り返したことを特徴とする。 The thermal head of the present invention has a head substrate having a plurality of heating elements and circuit conductors electrically connected to the heating elements, and a plurality of wiring conductors, and one end side is at the end of the head substrate. And a flexible wiring board disposed along the thermal head, wherein the flexible wiring board is electrically connected to the circuit conductor on the one end side of the flexible wiring board. It has a protruding portion located outside the head substrate in the direction along the end portion, and the protruding portion is folded back to the upper surface side or the lower surface side of the flexible wiring substrate.
また本発明のサーマルヘッドは、上述のサーマルヘッドにおいて、前記はみ出し部に前記配線導体の少なくとも一部を配したことを特徴とする。 The thermal head of the present invention is characterized in that, in the above-described thermal head, at least a part of the wiring conductor is arranged in the protruding portion.
更に本発明のサーマルヘッドは、上述のサーマルヘッドにおいて、前記フレキシブル配線基板の他端側に、前記配線導体を外部電気回路と電気的に接続するためのコネクタを取着するとともに、前記折り返されたはみ出し部を前記コネクタに対して取着したことを特徴とする。 Furthermore, the thermal head of the present invention is the above-described thermal head, wherein a connector for electrically connecting the wiring conductor to an external electric circuit is attached to the other end side of the flexible wiring board and the folded back. The protruding portion is attached to the connector.
また更に本発明のサーマルヘッドは、上述のサーマルヘッドにおいて、前記回路導体は前記発熱素子に共通に接続される共通電極導体と、前記発熱素子に個別に接続される個別電極導体と、を備えたことを特徴とする。 Furthermore, the thermal head of the present invention is the above-described thermal head, wherein the circuit conductor includes a common electrode conductor commonly connected to the heating element and an individual electrode conductor individually connected to the heating element. It is characterized by that.
更にまた本発明のサーマルヘッドは、上述のサーマルヘッドにおいて、前記配線導体は前記共通電極導体に電気的に接続される電源配線導体を少なくとも備え、該電源配線導体を前記はみ出し部に配したことを特徴とする。 Furthermore, the thermal head of the present invention is the above-described thermal head, wherein the wiring conductor includes at least a power wiring conductor electrically connected to the common electrode conductor, and the power wiring conductor is disposed in the protruding portion. Features.
そして本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段と、を備えたことを特徴とする。 A thermal printer according to the present invention includes the above-described thermal head and a transport unit that transports a recording medium onto the thermal head.
本発明によれば、前記フレキシブル配線基板にヘッド基板の端部に沿った方向に関して該ヘッド基板よりも外側に位置するはみ出し部を形成し、該はみ出し部をフレキシブル配線基板の上面側もしくは下面側に折り返したことから、はみ出し部に配線基板の一部を配することにより、フレキシブル配線基板をヘッド基板の端部に沿った方向に大型化することなくヘッド基板の端部に直交する方向に小型化することができる。 According to the present invention, the protruding portion located outside the head substrate in the direction along the end portion of the head substrate is formed on the flexible wiring substrate, and the protruding portion is formed on the upper surface side or the lower surface side of the flexible wiring substrate. Because it is folded, a part of the wiring board is placed on the protruding part, so that the flexible wiring board can be downsized in the direction perpendicular to the end of the head substrate without increasing the size in the direction along the end of the head substrate. can do.
また本発明によれば、前記フレキシブル配線基板の他端側に、前記配線導体を外部電気回路と電気的に接続するためのコネクタを取着するとともに、前記折り返されたはみ出し部を前記コネクタに対して取着することにより、折り返されたはみ出し部を良好に固定することができる。 Further, according to the present invention, a connector for electrically connecting the wiring conductor to an external electric circuit is attached to the other end of the flexible wiring board, and the folded over portion is connected to the connector. By attaching the protrusions, it is possible to satisfactorily fix the folded-back protruding portion.
更に本発明によれば、フレキシブル配線基板の配線導体のうち、ヘッド基板上の共通電極導体に接続される電源配線導体をフレキシブル配線基板のはみ出し部に設けることにより、大電流が通電することで電圧降下が問題となりやすい電源配線導体を容易に大面積化することが可能となり、電源配線導体の配線抵抗を小さくできる。しかも、かかる電源配線導体の大面積化によってサーマルヘッドが大型化することも抑制でき、消費電力が小さい小型のサーマルヘッドを実現できる。 Furthermore, according to the present invention, among the wiring conductors of the flexible wiring board, the power supply wiring conductor connected to the common electrode conductor on the head substrate is provided at the protruding portion of the flexible wiring board, so that a large current is applied to the voltage. It is possible to easily increase the area of the power wiring conductor, which is likely to cause a drop, and to reduce the wiring resistance of the power wiring conductor. Moreover, it is possible to suppress an increase in the size of the thermal head due to the increase in the area of the power supply wiring conductor, thereby realizing a small thermal head with low power consumption.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの平面図、図2はその断面図、図3は図1のサーマルヘッドにおいて、FPC(フレキシブル配線基板)のはみ出し部を展開した場合の平面図である。それらの図に示されるサーマルヘッドは大略的にヘッド基板1と、該ヘッド基板1に接続されるFPC4と、該FPC4に取着されるコネクタ6と、ヘッド基板1を支持する支持部材10とで構成されている。
1 is a plan view of a thermal head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view thereof, and FIG. 3 is a plan view of the thermal head of FIG. 1 when a protruding portion of an FPC (flexible wiring board) is developed. It is. The thermal heads shown in these drawings are roughly composed of a head substrate 1, an
ヘッド基板1はアルミナセラミックス等の絶縁材料や表面に絶縁膜が形成された単結晶シリコン等の半導体材料等、種々の材料により形成可能であり、その上面には発熱素子2や回路導体3等が設けられ、これらを支持する支持母材として機能する。
The head substrate 1 can be formed of various materials such as an insulating material such as alumina ceramic or a semiconductor material such as single crystal silicon having an insulating film formed on the surface, and the
かかるヘッド基板1は、アルミナセラミックスから成る場合、例えばアルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに高温で焼成することによって製作される。 When the head substrate 1 is made of alumina ceramics, for example, an appropriate organic solvent or solvent is added to and mixed with ceramic raw material powders such as alumina, silica, and magnesia to form a slurry, and this is made into a conventionally known doctor blade method or calendar. A ceramic green sheet is formed by adopting a roll method or the like, and thereafter, the ceramic green sheet is punched into a predetermined shape and fired at a high temperature.
またヘッド基板1上には、直線状に配置された複数個の発熱素子2や複数個の回路導体3等がそれぞれ取着されている。
On the head substrate 1, a plurality of
発熱素子2は例えば300dpiの密度でヘッド基板1の一辺に沿って主走査方向に直線状に配列されており、TaSiOやTiSiO、TaSiNO、TaN等の電気抵抗材料から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているため、発熱素子2に電気的に接続される回路導体3を介して外部電源からの通電電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱記録媒体に印字画像を形成するのに必要な所定の温度、例えば200℃〜350℃の温度に発熱する作用を為す。
The
また発熱素子2に接続される回路導体3は、例えば、発熱素子2の一端側に共通に接続される共通電極導体3aと、発熱素子2の他端側に個別に接続される個別電極導体3bと、で構成されている。共通電極導体3aは一部が発熱素子2の配列と略平行に配されるようにコの字状に形成されており、その両端がFPC4の配線導体5を介して所定のプラス電位(例えば20V〜25V)に保持された外部電源のプラス端子に接続される。また個別電極導体3bは一端がドライバーIC9のスイッチング素子及びグランド端子、並びにFPC4の配線導体5を介してグランド電位(例えば0V〜2V)に保持された外部電源のマイナス端子に接続される。そしてドライバーIC9のスイッチング素子がオン状態となったとき、共通電極導体3aより個別電極導体3bへ電流が流れ、発熱素子2が所定の温度で発熱する。
The circuit conductor 3 connected to the
なお、発熱素子2および回路導体3は従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術を採用することによってヘッド基板1上に所定パターン、所定厚みに被着される。また発熱素子2や回路導体3上には、これらを被覆する保護膜8が被着されている。
The
またかかるヘッド基板1には、プリンタ本体からの種々の印字信号や外部電源からの電力を発熱素子2やドライバーIC9に供給するためのFPC4が接続されている。
The head substrate 1 is connected to an FPC 4 for supplying various print signals from the printer main body and power from an external power source to the
一方、ヘッド基板1に接続されるFPC4は、可撓性を有した複数の樹脂フィルム(ポリイミド樹脂等の樹脂材料により形成)間に、前記ヘッド基板1上の回路導体3に電気的に接続される複数個の配線導体5を介在させた構造を有しており、ヘッド基板1上の回路導体3に半田や異方性導電樹脂材等の導電材を介して接続される接続部11を一端側に、コネクタ6のコネクタピンが挿着されるコネクタ部12を他端側に、ヘッド基板1の端部に沿った方向に関して該ヘッド基板1の両端よりも外側に位置する一対のはみ出し部13を両側に、それぞれ備えている。
On the other hand, the FPC 4 connected to the head substrate 1 is electrically connected to the circuit conductor 3 on the head substrate 1 between a plurality of flexible resin films (formed of a resin material such as polyimide resin). The
このFPC4のはみ出し部13には配線導体5の一部が配されているため、従来のFPC4と比べて配線導体5の配設に必要な中央付近のスペースを省くことができ、ヘッド基板1の端部に沿った方向と直交する方向(本実施形態においては副走査方向)に小型化することができる。
Since a part of the wiring conductor 5 is arranged in the
またこのはみ出し部13は、FPC4の上面側もしくは下面側(本実施形態では上面側)に折り返され、該折り返された部分がコネクタ6のコネクタピンに挿着される。それ故、ヘッド基板1の端部に沿った方向にサーマルヘッドが大型化することを防止するとともに、折り返されたはみ出し部13を良好に固定することができる。
The protruding
また本実施形態においては、FPC4のはみ出し部を折り返し、該折り返し部をコネクタ6のコネクタピンに挿着したことから、コネクタ6の取着領域でFPC4が重畳した状態となり、コネクタ6が安定的にFPC4に取り付けられることとなる。従って、コネクタ6に対してプリンタ側に設けられる外部接続部材の着脱作業が容易になる。なお、コネクタピンに挿着されたFPC4のはみ出し部13とFPC4との間に接着剤を充填すれば、FPC4の強度が更に高くなり、エポキシ樹脂等の補強板を付加する必要もなくなるという利点もある。
In this embodiment, since the protruding portion of the
またFPC4の配線導体5は、例えば、ヘッド基板1上の共通電極導体3aに接続された電源配線導体5aと、ドライバーIC9のストローブ信号端子やデータ信号端子等を介してヘッド基板1上の個別電極導体3bに接続される信号配線導体5bと、ドライバーIC9のグランド端子を介してヘッド基板1上の個別電極導体3bに接続されるグランド配線導体5b等により構成されている。
Further, the wiring conductor 5 of the
これらの配線導体5のうち、外部電源より大電流が流れる共通電極導体3aに電気的に接続される電源配線導体5aをはみ出し部13に配置し、はみ出し部13の電源配線導体5aをコネクタ6のコネクタピンに電気的に接続するようにしている。このため、大電流が流れることで電圧降下が問題となりやすい電源配線導体5aを容易に大面積化することが可能となり、電源配線導体5aの配線抵抗を小さくできる。しかも、かかる電源配線導体の大面積化によってサーマルヘッドが大型化することも抑制でき、消費電力が小さい小型のサーマルヘッドを実現できる。
Among these wiring conductors 5, the
またFPC4の他端側に接続されるコネクタ6は、コネクタピンの一部を筐体で収容した構造を有しており、筐体内にプリンタ側の図示しない外部接続部材が挿着された場合、サーマルヘッドをプリンタ内の電気回路と電気的に接続する作用を為す。
The
コネクタ6とFPC4との電気的接続は、FPC4に設けられた孔付きのランド15にコネクタピンを挿着し、コネクタピンがFPC4を貫通した状態で、コネクタピンを半田等の導電材料によってFPC4の配線導体5に固着される。
The electrical connection between the
そして、ヘッド基板1が載置される支持部材10は、その上面でヘッド基板1およびFPC4等を支持するとともに、ヘッド基板1中の熱の一部をヘッド基板1の下面を介して吸収することによりヘッド基板1の温度が過度に高温となるのを有効に防止するようになっている。
The
このような支持部材10は、例えば、アルミニウム等のインゴット(塊)を従来周知の金属加工法により所定形状となすことによって製作される。
Such a
尚、FPC4をヘッド基板1に対して導電材で接合(例えば半田接合)し、支持部材10に載置してヘッド組立を完成させるには、下記工程を経た方法が採用される(図4参照)。
In order to complete the head assembly by bonding the
工程1:FPC4のコネクタ部12、およびはみ出し部13にコネクタ6を半田付けするためのランド15を設ける(図4(a))。
Step 1: A
工程2:FPC4のはみ出し部を接続部11の近傍でFPC4の主面に対して対向するように180°上方に折り曲げ、そのあと、コネクタ6をFPC4に半田付けする。本実施形態では、コネクタピンのうち、外側各2ピンをはみ出し部13に、残り6ピンをコネクタ部12に挿着し、半田付けする(図4(b))。
Step 2: The protruding portion of the
工程3:FPCの接続部11をヘッド基板1の端部に沿って重畳し、該重畳部で配線導体5を回路導体3に半田を介して当接させ、しかる後、これをヒーターバーを用いて所定温度で溶融させ、回路導体3および配線導体5を半田接合することによってヘッド基板1に電気的に接続する(図4(c))。
Step 3: The connecting
工程4:ヘッド基板1の一部とFPC4を、アルミニウム等の良熱伝導性材料から成る支持部材10の上面に両面テープ、接着剤等の接着材7を介して接着する(図4(d))。
Step 4: A part of the head substrate 1 and the
かくして上述したサーマルヘッドは、複数個の発熱素子2上に記録媒体を搬送しながら、これらの発熱素子2をドライバーIC9の駆動に基づいて個々に選択的に発熱させるとともに、その熱を記録媒体に伝達させ、所定の画像を記録する。
Thus, the thermal head described above selectively heats each
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図5に示す如く、サーマルヘッドTを駆動する駆動手段Cと、上述の図示しない外部接続部材と、記録媒体をサーマルヘッドTの発熱素子2上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ17や搬送ローラ18等と、が配設される。
In the thermal printer in which the above-described thermal head is incorporated, as shown in FIG. 5, the driving means C for driving the thermal head T, the external connection member (not shown), and the recording medium are heated by the thermal head T. A
外部接続部材は、サーマルプリンタと上述のサーマルヘッドとを電気的に接続するためのものであり、通常、所定外力によりコネクタ部材6に嵌合するように形状を対応させたコネクタ6と同一材料(たとえばナイロン製)の外部コネクタが好適に使用され、サーマルプリンタ内にサーマルヘッドTを組み込む際、両コネクタが接続される。
The external connection member is for electrically connecting the thermal printer and the above-described thermal head, and is usually made of the same material as the
このとき、コネクタ6に対して外部接続部材の挿入方向に大きな力が印加されたとしても、FPC4のはみ出し部13がコネクタ6の取着領域で重畳されているため、該重畳部で比較的FPC4が折れ曲がったりしにくくなる。それ故、サーマルヘッドTとプリンタ本体との接続作業が簡便になり、サーマルプリンタの生産性を向上させることが可能となる。
At this time, even if a large force is applied to the
一方、搬送手段としてのプラテンローラ17は、SUS等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を3mm〜15mm程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドTの発熱素子2上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子2に対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子2の配列と直交する方向(図中の矢印方向)に搬送する。
On the other hand, the
また搬送ローラ18は、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドTに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ18と前述のプラテンローラ17とで記録媒体の走行を支持している。
The outer periphery of the conveying
そして、これと同時に多数の発熱素子2を駆動手段Cの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
At the same time, a large number of
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上述の実施形態においては、はみ出し部13を、FPC4の上面側に折り返すようにしたが、これに代えて、図6に示す如く、はみ出し部13をFPC4の下面側に折り返すようにしても良い。
For example, in the above-described embodiment, the protruding
また上述の実施形態においては、ヘッド基板1とFPC4とを半田等により電気的に接続するようにしたが、これに代えて、図7に示す如く、ヘッド基板1とFPC4とをボンディングワイヤ等により接続するようにしても良い。
In the above-described embodiment, the head substrate 1 and the
また上述の実施形態においては、FPC4の両側にはみ出し部13を設けるようにしたが、片側のみにはみ出し部13を設けるようにしても構わない。
In the above-described embodiment, the protruding
更に上述の実施形態においては、FPC4のはみ出し部の折り返しを1回にしたが、これを複数回折り返すようにしても構わない。
Furthermore, in the above-described embodiment, the protruding portion of the
1・・・ヘッド基板
2・・・発熱素子
3・・・回路導体
3a・・・共通電極導体
3b・・・個別電極導体
4・・・FPC
5・・・配線導体
5a・・・電源配線導体
5b・・・信号配線導体、グランド配線導体
6・・・コネクタ
7・・・接着材
9・・・ドライバーIC
10・・・支持部材
11・・・FPCの接続部
12・・・FPCのコネクタ部
13・・・FPCのはみ出し部
15・・・ランド
17・・・プラテンローラ
18・・・搬送ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
5 ...
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フレキシブル配線基板は、前記ヘッド基板の端部に沿った方向に関して該ヘッド基板よりも外側に位置するはみ出し部を有し、該はみ出し部をフレキシブル配線基板の上面側もしくは下面側に折り返したことを特徴とするサーマルヘッド。 A head substrate having a plurality of heating elements and a circuit conductor electrically connected to the heating elements, and a flexible wiring board having a plurality of wiring conductors and having one end side disposed along the end of the head substrate In a thermal head comprising a wiring board, and electrically connecting the wiring conductor to the circuit conductor on the one end side of the flexible wiring board,
The flexible wiring board has a protruding portion located outside the head substrate in the direction along the end of the head substrate, and the protruding portion is folded back to the upper surface side or the lower surface side of the flexible wiring substrate. Characteristic thermal head.
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