JP2005254506A - サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で通常の画像記録と細線や小さいドットなどの微細な表現とを行うことができるサーマルヘッドおよびサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】 サーマルヘッド１８の発熱素子３１は、グレーズ層３３上に形成された第１電極層３４と、第１電極層３４と対向する位置に形成された第２電極層３５と、記録紙１０の搬送方向に関する第１電極層３４の両端が露出するように、第１電極層３４上に形成された第１絶縁体層３７と、搬送方向に関する第１絶縁体層３７の両端が露出するように、第１絶縁体層３７上に形成された第３電極層３６と、第１〜第３電極層３４〜３６を跨がるように形成された発熱抵抗体層３８と、これらの層３４〜３８全体を覆うように形成された保護層３９とからなる。システムコントローラ２０は、第１〜第３電極層３４〜３６への通電を、記録する画像データに応じて選択的に変化させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の発熱素子がライン状に配列された発熱素子アレイを備え、発熱素子を選択的に発熱させて、発熱素子上に搬送される記録材料に画像を記録するサーマルヘッド、およびこれを備えたサーマルプリンタに関する。

ライン状に配列された複数の発熱素子を備えたサーマルヘッドを用いて、記録紙に画像を記録するサーマルプリンタが知られている。サーマルプリンタには、発熱素子で感熱記録紙を直接加熱して発色させる感熱プリンタや、記録紙に重ねたインクリボンの背後を発熱素子で加熱して、インクリボンのインクを記録紙に転写する熱転写プリンタがある。

上記のようなサーマルプリンタに用いられるサーマルヘッドとしては、記録紙の搬送方向上流側に設けられた第１発熱抵抗体と、その下流側に設けられた第２発熱抵抗体とからなり、第１発熱抵抗体によって発色に必要な最小限のエネルギーを、第２発熱抵抗体によって所定の階調で発色するためのエネルギーをそれぞれ記録紙に与えることで、第２発熱抵抗体に供給すべき駆動電流を減少させることが可能なものが提案されている（特許文献１参照）。

また、発熱抵抗体の一方に共通電極を、他方に個別電極を接続して形成した第１および第２発熱抵抗体を有し、第１発熱抵抗体に対して、第２発熱抵抗体を記録紙の搬送方向に所定幅だけずらして配置し、これらを選択的に用いることで、発熱素子の寿命を延ばすことができるサーマルヘッドが提案されている（特許文献２参照）。

特開平１０−１３８５４３号公報 特開平１０−２７８３２９号公報

ところで、上記のようなサーマルヘッドで細線や小さいドットを表現するためには、記録紙の搬送方向に関する発熱素子の長さを短くして、局部的に記録紙を加熱すればよい。しかしながら、特許文献１に記載のサーマルヘッドでは、第１、第２発熱抵抗体の長さは異なるものの、第１発熱抵抗体で発色させた後、第２発熱抵抗体で再び発色させるため、細線や小さいドットを表現することができない。また、特許文献２に記載のサーマルヘッドでは、発熱素子の寿命を延ばすことはできるが、発熱抵抗体の長さは同じであるため、特許文献１に記載のサーマルヘッドと同様に、細線や小さいドットを表現することができない。

ここで、特許文献１に記載のサーマルヘッドには、第１、第２発熱抵抗体を選択的に加熱することにより、長さの短い第１発熱抵抗体で細線や小さいドットを表現することができる可能性はあるが、第１、第２発熱抵抗体の間を縫うように電極層を形成しなければならず、構造が複雑になって製造コストの増大を招くおそれがあるうえ、隣接する発熱素子のピッチを開ける必要があり、小型化を阻害するという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、簡単な構造で通常の画像記録と細線や小さいドットなどの微細な表現とを行うことができるサーマルヘッドおよび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、本発明は、複数の発熱素子がライン状に配列された発熱素子アレイを備え、前記発熱素子を選択的に発熱させて、前記発熱素子上に搬送される記録材料に画像を記録するサーマルヘッドにおいて、前記発熱素子は、絶縁基板上に形成された第１電極層と、前記第１電極層と対向する位置に形成された第２電極層と、前記記録材料の搬送方向に関する前記第１電極層の両端が露出するように、前記第１電極層上に形成された第１絶縁体層と、前記搬送方向に関する前記第１絶縁体層の両端が露出するように、前記第１絶縁体層上に形成された第３電極層と、前記第１〜第３電極層を跨がるように形成された発熱抵抗体層と、これらの層全体を覆うように形成された少なくとも１層の保護層とからなることを特徴とする。

なお、前記搬送方向に関する前記第２電極層の一端が露出するように、前記第２電極層上に第２絶縁体層を形成するとともに、前記搬送方向に関する前記第２絶縁体層の一端が露出するように、前記第２絶縁体層上に第４電極層を形成してもよい。

また、本発明のサーマルプリンタは、請求項１または２に記載のサーマルヘッドと、前記第１〜第３電極層または前記第１〜第４電極層への通電を、記録する画像データに応じて選択的に変化させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のサーマルヘッドおよびサーマルプリンタによれば、発熱素子を、絶縁基板上に形成された第１電極層と、第１電極層と対向する位置に形成された第２電極層と、記録材料の搬送方向に関する第１電極層の両端が露出するように、第１電極層上に形成された第１絶縁体層と、搬送方向に関する第１絶縁体層の両端が露出するように、第１絶縁体層上に形成された第３電極層と、第１〜第３電極層を跨がるように形成された発熱抵抗体層と、これらの層全体を覆うように形成された少なくとも１層の保護層とから構成し、各電極層への通電を、記録する画像データに応じて選択的に変化させる制御手段を備えたので、簡単な構造で通常の画像記録と細線や小さいドットなどの微細な表現とを行うことができる。これにより、さらに高画質・高精細なプリントを得ることが可能となる。

図１において、本発明を適用したカラー感熱プリンタ２には、記録材料として、長尺のカラー感熱記録紙（以下、単に記録紙という）１０が使用される。記録紙１０は、ロール状に巻かれた記録紙ロール１１の形態でカラー感熱プリンタ２にセットされる。

記録紙１０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、および保護層が順次層設された構造となっている。最上層となるイエロー感熱発色層は熱感度が最も高く、小さな熱エネルギーでイエローに発色する。最下層となるシアン感熱発色層は熱感度が最も低く、大きな熱エネルギーでシアンに発色する。

イエロー感熱発色層は、４２０ｎｍの近紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。マゼンタ感熱発色層は、イエロー感熱発色層とシアン感熱発色層との中間程度の熱エネルギーでマゼンタに発色し、３６５ｎｍの紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。なお、例えばブラック感熱発色層を設けて４層構造にした記録紙を使用してもよい。

記録紙ロール１１の外周面には、搬送モータ１２によって回転される給紙ローラ１３が当接している。搬送モータ１２はステッピングモータであり、モータドライバ１４から入力される駆動パルスによって駆動される。給紙ローラ１３が図中反時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１から送り出される。給紙ローラ１３が図中時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中反時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１に巻き戻される。

記録紙ロール１１から送り出された記録紙１０は、水平方向に配置された搬送経路内に送り込まれる。この搬送経路内には、記録紙１０を挟み込んで搬送する搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６が配置されている。搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６は、搬送モータ１２によって回転されるキャプスタンローラ１５ａ、１６ａと、このキャプスタンローラ１５ａ、１６ａに圧接するピンチローラ１５ｂ、１６ｂとからなり、記録紙１０を図中Ａ方向（給紙方向）とＢ方向（巻戻方向）とに往復搬送する。排紙ローラ対１６のＡ方向下流側には、画像記録済みの記録紙１０を排出する排紙口１７が設けられている。

給紙ローラ１３と搬送ローラ対１５との間には、サーマルヘッド１８と、このサーマルヘッド１８に向き合うように搬送経路の下方に配置されたプラテンローラ１９とが設けられている。サーマルヘッド１８のヘッド基板３０の記録紙１０に対向する表面には、複数の発熱素子３１（図２および図３参照）がライン状に配列された発熱素子アレイ３２が設けられている。

図２および図３に示すように、ヘッド基板３０上には、グレーズドガラスからなるグレーズ層３３、発熱素子３１を構成する第１〜第３電極層３４〜３６、第１絶縁体層３７、発熱抵抗体層３８、および保護層３９が積層されている。グレーズ層３３の一部には、シリンドリカル突条に膨出した部分グレーズ４０が形成される。この部分グレーズ４０の長手方向は、記録紙１０の幅方向と一致している。なお、図３では、煩雑を避けるため、保護層３９は不図示にしてある。

第１電極層３４と第２電極層３５とは、記録紙１０の搬送方向と平行に対向して配置されている。第１絶縁体層３７は、記録紙１０の搬送方向の第１電極層３４の両端が露出するように、第１電極層３４上に形成されている。第３電極層３６は、記録紙１０の搬送方向の第１絶縁体層３７の両端が露出するように、第１絶縁体層３７上に形成されている。発熱抵抗体層３８は、発熱素子３１の内側の第１〜第３電極層３４〜３６の端部を跨がるように形成されている。保護層３９は、第１、第３電極層３４、３６、および第１絶縁体層３７の端部を残して、これらの各層３４〜３８を覆うように形成されている。なお、保護層３９は多層であってもよい。

第１〜第３電極３４〜３６には、発熱素子３１への通電を制御するドライバＩＣが搭載されたプリント基板（図示せず）に接続されており、第２電極層３５が共通電極、第１、第３電極層３４、３６が個別電極となっている。保護層３９に覆われていない第１、第３電極層３４、３６の端部には、図示しないリード線が接続されている。各発熱素子３１は、ドライバＩＣにより選択的に駆動される。

図１において、発熱素子アレイ３２は、システムコントローラ２０からヘッドドライバ２１に入力された駆動データに基づいて発熱し、記録紙１０の各感熱発色層を発色させる。システムコントローラ２０は、第１〜第３電極層３４〜３６への通電を、記録する画像データに応じて選択的に変化させる。具体的には、通常の画像記録時には、第３電極層３６を選択し、第２電極層３５と第３電極層３６との間の発熱抵抗体層３８を発熱させる。一方、細線や小さいドットを表現する場合は、第１電極層３４を選択し、第１電極層３４と第２電極層３５との間の発熱抵抗体層３８を発熱させる。

プラテンローラ１９は、記録紙１０の搬送に応じて従動回転し、記録紙１０と発熱素子アレイ３２との当接状態を安定させる。また、プラテンローラ１９は、上下方向に移動自在とされ、図示しないバネによって発熱素子アレイ３２に圧接する方向に付勢されている。記録紙１０の給紙時および排紙時には、カムやソレノイドなどから構成されるシフト機構（図示せず）によってプラテンローラ１９が下降し、サーマルヘッド１８との記録紙１０の挟持が解除される。

搬送ローラ対１５のＡ方向下流側には、記録紙１０の記録面に対面して定着器２２が配置されている。また、定着器２２と排紙ローラ対１６との間には、記録紙１０を所定のプリントサイズにカットするカッター２３が配置されている。定着器２２は、発光ピークが４２０ｎｍの近紫外線を放出してイエロー感熱発色層を定着するイエロー用定着光源２２ａと、発光ピークが３６５ｎｍの紫外線を放出してマゼンタ感熱発色層を定着するマゼンタ用定着光源２２ｂとからなる。これらの光源２２ａ、２２ｂは、ランプドライバ２４によって駆動される。

次に、上記構成を有するカラー感熱プリンタ２の動作について説明する。画像記録開始操作が実行されると、搬送モータ１２の正転によって給紙ローラ１３が反時計方向に回転され、記録紙１０が記録紙ロール１１からＡ方向に送り出される。記録紙１０の先端部は搬送経路内を移動して、搬送ローラ対１５にニップされ、さらにＡ方向下流側に搬送される。

記録紙１０が画像記録開始位置に到達すると、搬送モータ１２の回転が一旦停止される。次いで、プラテンローラ１９がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ３２との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、ヘッドドライバ２１に入力された駆動データに基づいて発熱した発熱素子アレイ３２により、記録紙１０のイエロー感熱発色層にイエロー画像が記録される。

イエロー画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２２のイエロー用定着光源２２ａに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。このとき、プラテンローラ１９がシフト機構によって下降され、サーマルヘッド１８とによる記録紙１０の挟持が解除される。次いで、ランプドライバ２４によりイエロー用定着光源２２ａが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのイエロー感熱発色層が定着される。

イエロー感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ３２に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー画像記録時と同様に、プラテンローラ１９がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ３２との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、記録紙１０のマゼンタ感熱発色層にマゼンタ画像が記録される。

マゼンタ画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２２のマゼンタ用定着光源２２ｂに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー画像定着時と同様に、ランプドライバ２４によりマゼンタ用定着光源２２ｂが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのマゼンタ感熱発色層が定着される。

マゼンタ感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ３２に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー、マゼンタ画像記録時と同様に、記録紙１０のシアン感熱発色層にシアン画像が記録される。

各画像記録時には、システムコントローラ２０により、第１〜第３電極層３４〜３６への通電が、記録する画像データに応じて選択的に変化される。すなわち、通常の画像記録時には、第３電極層３６が選択され、第２電極層３５と第３電極層３６との間の発熱抵抗体層３８が発熱される。一方、細線や小さいドットを表現する場合は、第１電極層３４が選択され、第１電極層３４と第２電極層３５との間の発熱抵抗体層３８が発熱される。これにより、記録紙１０の搬送方向に関する発熱素子３１の長さが、通常の画像記録時よりも細線や小さいドットを表現する場合の方が短くなり、通常の画像記録時と比較して、より局部的に記録紙１０を加熱することができる。

画像記録後の記録紙１０は、搬送ローラ対１５によりＡ方向に搬送され、カッター２３により所定のプリントサイズに切断された後、排紙ローラ対１６により排紙口１７から排出される。

上記のように、ヘッド基板３０上に各層３４〜３９を積層し、第１〜第３電極層３４〜３６への通電を、記録する画像データに応じて選択的に変化させることで、簡単な構造で通常の画像記録と細線や小さいドットなどの微細な表現とを行うことができる。

また、第２電極層３５を共通電極とし、第１、第３電極層３４、３６の端部にリード線を接続して個別電極としているので、隣接する発熱素子３１のピッチを開けなくともよく、記録紙１０の幅方向のサーマルヘッド１８のサイズを大きくする必要がない。

なお、図４および図５に示すように、記録紙１０の搬送方向に関して、発熱素子５０の内側の第２電極層３５の一端が露出するように、第２電極層３５上に第２絶縁体層５２を形成するとともに、記録紙１０の搬送方向に関して、発熱素子５０の内側の第２絶縁体層５２の一端が露出するように、第２絶縁体層５２上に第４電極層５３をさらに形成してもよい。この場合、第２、第４電極層３５、５３を共通電極とし、上記実施形態の第１電極層３４と第２電極層３５、第２電極層３５と第３電極層３６の組み合わせに加えて、第１電極層３４と第４電極層５３、第３電極層３６と第４電極層５３の組み合わせで通電して、発熱抵抗体層３８を発熱させる。このようにすると、記録紙１０の搬送方向に関する発熱素子５０の長さを段階的に変化させられるので、記録する画像データに応じたより高精細な画像記録を行うことができる。

上記実施形態では、部分グレーズ４０を有する発熱素子３１、５０を例に挙げて説明したが、平面グレーズを有する発熱素子であってもよい。また、１個のサーマルヘッド１８に対して記録紙１０を往復搬送させることで、イエロー、マゼンタ、シアンの熱記録および定着を行う往復印画方式のカラー感熱プリンタ２を例示して説明したが、３個のサーマルヘッドに対して記録紙を１回通過させ、その間に各サーマルヘッドでイエロー、マゼンタ、シアンの熱記録を行ういわゆる１パス方式にも本発明を適用することができる。

上記実施形態では、サーマルプリンタとしてカラー感熱プリンタ２を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、熱転写プリンタなどの他のサーマルプリンタにも適用することができる。

本発明を適用したカラー感熱プリンタの構成を示す概略図である。 発熱素子の概略構成を示す断面図である。 発熱素子の概略構成を示す平面図である。 本発明の別の実施形態に係る発熱素子の概略構成を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発熱素子の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

２ カラー感熱プリンタ
１０ カラー感熱記録紙（記録紙）
１２ 搬送モータ
１３ 給紙ローラ
１５ 搬送ローラ対
１６ 排紙ローラ対
１８ サーマルヘッド
１９ プラテンローラ
２０ システムコントローラ
２２ 定着器
３１、５０ 発熱素子
３２、５１ 発熱素子アレイ
３４〜３６、５３ 第１〜第４電極層
３７、５２ 第１、第２絶縁体層
３８ 発熱抵抗体層
３９ 保護層

Claims (3)

1. 複数の発熱素子がライン状に配列された発熱素子アレイを備え、前記発熱素子を選択的に発熱させて、前記発熱素子上に搬送される記録材料に画像を記録するサーマルヘッドにおいて、
   前記発熱素子は、絶縁基板上に形成された第１電極層と、
   前記第１電極層と対向する位置に形成された第２電極層と、
   前記記録材料の搬送方向に関する前記第１電極層の両端が露出するように、前記第１電極層上に形成された第１絶縁体層と、
   前記搬送方向に関する前記第１絶縁体層の両端が露出するように、前記第１絶縁体層上に形成された第３電極層と、
   前記第１〜第３電極層を跨がるように形成された発熱抵抗体層と、
   これらの層全体を覆うように形成された少なくとも１層の保護層とからなることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記搬送方向に関する前記第２電極層の一端が露出するように、前記第２電極層上に第２絶縁体層を形成するとともに、
   前記搬送方向に関する前記第２絶縁体層の一端が露出するように、前記第２絶縁体層上に第４電極層を形成したことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 請求項１または２に記載のサーマルヘッドと、前記第１〜第３電極層または前記第１〜第４電極層への通電を、記録する画像データに応じて選択的に変化させる制御手段とを備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。

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