JP2005271208A - サーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 部品コストを削減することができ、安定したヘッド温度の制御を行うことができるサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】 サーマルプリンタとしてのカラー感熱プリンタ２は、ヒートシンク３１とサーマルヘッド１７とを連結する環状のヒートパイプ３２と、サーマルヘッド１７が記録紙１０に画像を記録していない非記録状態にあるときに、サーマルヘッド１７から熱を受け取るヒートパイプ３２の受熱部３２ａが、ヒートシンク３１に熱を放出するヒートパイプ３２の放熱部３２ｂよりも上側、若しくは受熱部３２ａと放熱部３２ｂとの位置関係が地面に対して平行となるように、サーマルヘッド１７を回動させるヘッド回動機構２４と、ヘッド回動機構２４の駆動を制御するシステムコントローラ２１とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、放熱用のヒートシンクが取り付けられたサーマルヘッドを用いて、記録材料に画像を記録するサーマルプリンタに関する。

サーマルプリンタ、例えばカラー感熱プリンタでは、サーマルヘッドに設けられた複数の発熱素子をカラー感熱記録紙に圧接させ、プリントデータに合わせて各発熱素子を発熱させることで、多階調および多色の画像記録を行っている。

適切な濃度およびカラーバランスのプリントを得るためには、発熱素子を規定の温度に発熱させる必要がある。しかしながら、連続して画像記録が行われるとサーマルヘッドが蓄熱してしまい、発熱素子の温度が上昇して、濃度およびカラーバランスが劣化するとともに、カラー感熱記録紙の表面にいわゆる熱荒れが生じ、プリント画質を著しく低下させる。

上記のような問題を解決するために、従来のサーマルプリンタでは、サーマルヘッドに放熱用のヒートシンクを取り付けている。また、ヒートシンクのフィンだけでは放熱効率が悪いため、ヒートシンクに送風するファンを設けている（特許文献１参照）。

特開２００３−３４１１１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサーマルプリンタでは、サーマルヘッドの蓄熱量が最大であるときに合わせて、ヒートシンクおよびファンの冷却性能を設定しているので、画像を記録していない非記録時にサーマルヘッドの温度が低くなりすぎてしまう場合があり、ヒートシンクにヒータを内蔵させて逆に加熱する必要があった。このため、ヒータ追加により部品コストが嵩み、また、サーマルヘッドとヒータの２つの熱源があるため、ヘッド温度の制御シーケンスが複雑にな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、部品コストを削減することができ、安定したヘッド温度の制御を行うことができ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、本発明は、放熱用のヒートシンクが取り付けられたサーマルヘッドを備え、これを用いて記録材料に画像を記録するサーマルプリンタにおいて、前記ヒートシンクと前記サーマルヘッドとを連結する環状のヒートパイプと、前記サーマルヘッドが前記記録材料に画像を記録していない非記録状態にあるときに、前記サーマルヘッドから熱を受け取る前記ヒートパイプの受熱部が、前記ヒートシンクに熱を放出する前記ヒートパイプの放熱部よりも上側、若しくは前記受熱部と前記放熱部との位置関係が地面に対して平行となるように、前記サーマルヘッドを変位させる変位手段と、前記変位手段の駆動を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。

なお、前記サーマルヘッドの温度を検出する温度検出手段を設けるとともに、前記制御手段は、前記非記録状態にあるときに、前記温度検出手段の検出結果に応じて、前記変位手段の駆動量を変化させることが好ましい。

また、前記ヒートパイプは、前記サーマルヘッドが前記記録材料に画像を記録している記録状態にあるときに、前記受熱部が前記放熱部よりも下側に位置するように、前記ヒートシンクと前記サーマルヘッドとに取り付けられていることが好ましい。

さらに、前記変位手段は、前記記録材料に画像を記録する記録位置と、前記記録材料から離間する退避位置との間で、前記サーマルヘッドを回動させることが好ましい。

本発明のサーマルプリンタによれば、ヒートシンクとサーマルヘッドとを連結する環状のヒートパイプと、サーマルヘッドが記録材料に画像を記録していない非記録状態にあるときに、サーマルヘッドから熱を受け取るヒートパイプの受熱部が、ヒートシンクに熱を放出するヒートパイプの放熱部よりも上側、若しくは受熱部と放熱部との位置関係が地面に対して平行となるように、サーマルヘッドを変位させる変位手段と、変位手段の駆動を制御する制御手段とを設けたので、サーマルヘッドが非記録状態にあるときに、過度にサーマルヘッドを冷却することがなくなり、ヒータで加熱する必要がない。したがって、部品コストを削減することができ、安定したヘッド温度の制御を行うことができる。

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。

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１７と、このサーマルヘッド１７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１８とが設けられている。サーマルヘッド１７のヘッド基板１９の記録紙１０に対向する表面には、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２０が設けられている。

プラテンローラ１８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２０との当接状態を安定させる。発熱素子アレイ２０は、システムコントローラ２１からヘッドドライバ２２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。

ヘッド基板１９は、熱伝導性の高い材質、例えばアルミニウムで形成されている。このヘッド基板１９には、回動軸２３が取り付けられている。回動軸２３には、ヘッド回動機構２４が接続されている。ヘッド回動機構２４は、例えば、モータと、モータの回転を回動軸２３に伝達するカムやギヤなどからなり、システムコントローラ２１により駆動制御される。システムコントローラ２１は、ヘッド回動機構２４を駆動させ、回動軸２３を軸として、記録紙１０に画像を記録する記録位置（図１参照）と、記録紙１０の給紙時および排紙時に、記録紙１０から離間してプラテンローラ１８との挟持を解除する退避位置（図３参照）との間で、サーマルヘッド１７を回動させる。

図２に詳細に示すように、ヘッド基板１９の上部には、４本の支柱３０を介して、ヒートシンク３１が取り付けられている。ヒートシンク３１は、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材質で形成されており、複数枚のフィン３１ａが、その長手方向を記録紙１０の幅方向と一致させて、スプレッド３１ｂに立設された構成となっている。なお、フィン３１ａの長手方向を記録紙１０の搬送方向に一致させてもよい。また、図１に示す符号２５は、フィン３１ａを空冷するためのファンであり、サーマルヘッド１７の退避時には、図示しないシフト機構によりサーマルヘッド１７の回動の邪魔にならない位置に退避する。

サーマルヘッド１７とヒートシンク３１とは、環状のヒートパイプ３２で連結されている。ヒートパイプ３２は、銅や銅合金からなり、その内部には、作動液として純水が注入されている。このヒートパイプ３２は、サーマルヘッド１７のヘッド基板１９の内部に挿通され、サーマルヘッド１７から熱を受け取る受熱部３２ａと、ヒートシンク３１のスプレッド３１ｂに挿通され、ヒートシンク３１に熱を放出する放熱部３２ｂと、これら受熱部３２ａ、放熱部３２ｂをサーマルヘッド１７とヒートシンク３１の左右両側で連環する連環部３２ｃとからなる。

ヒートパイプ３２は、サーマルヘッド１７が記録位置にあるときに、受熱部３２ａが放熱部３２ｂよりも下側に位置するように、所定角度（例えば２０°）傾けて、サーマルヘッド１７とヒートシンク３１とに取り付けられている。

図３に示すように、システムコントローラ２１は、サーマルヘッド１７が記録紙１０から離間する退避位置にあるときに、ヒートパイプ３２の受熱部３２ａが放熱部３２ｂよりも上側、若しくは受熱部３２ａと放熱部３２ｂとの位置関係が、地面に対して平行（ここでは記録紙１０の搬送方向と平行）となるようにヘッド回動機構２４を駆動させる。

図１において、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２６が配置されている。また、定着器２６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２７が配置されている。さらに、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２８が設けられている。

定着器２６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２６ａ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２６ｂと、これらの光源２６ａ、２６ｂからの光を記録紙１０に向けて反射させるリフレクタ２６ｃとからなる。各光源２６ａ、２６ｂは、ランプドライバ２９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、サーマルヘッド１７がヘッド回動機構２４によって記録位置に回動され、発熱素子アレイ２０とプラテンローラ１８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２２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２０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２６のイエロー用定着光源２６ａ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、サーマルヘッド１７がヘッド回動機構２４によって退避位置に回動され、プラテンローラ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２９によりイエロー用定着光源２６ａ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２０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、サーマルヘッド１７がヘッド回動機構２４によって記録位置に回動され、発熱素子アレイ２０とプラテンローラ１８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２６のマゼンタ用定着光源２６ｂ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。このときもイエロー感熱発色層の定着時と同様に、サーマルヘッド１７がヘッド回動機構２４によって退避位置に回動され、プラテンローラ１８とによる記録紙１０の挟持が解除される。そして、イエロー画像定着時と同様に、ランプドライバ２９によりマゼンタ用定着光源２６ｂ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２０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。

シアン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２７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２８から外部に排出される。

サーマルヘッド１７が記録位置にあるときには、ヒートパイプ３２の受熱部３２ａが放熱部３２ｂよりも下側に位置している。一方、サーマルヘッド１７が退避位置にあるときには、ヒートパイプ３２の受熱部３２ａが放熱部３２ｂよりも上側、若しくは受熱部３２ａと放熱部３２ｂとの位置関係が地面に対して平行となっている。

ここで、ヒートパイプ３２の受熱部３２ａが放熱部３２ｂよりも下側に位置する場合と、受熱部３２ａが放熱部３２ｂよりも上側、若しくは受熱部３２ａと放熱部３２ｂとの位置関係が地面に対して平行となる場合とで、ヒートパイプ３１の熱輸送量を比較すると、前者の場合の方が熱輸送量が大きくなることが知られている。

記録紙１０への画像記録中にサーマルヘッド１７が蓄熱し、ヘッド基板１９の温度が上昇すると、その熱はヒートパイプ３２の受熱部３２ａに伝達される。これにより、受熱部３２ａ内の純水が蒸発し、この蒸気が低温な放熱部３２ｂに移動する。放熱部３２ｂに移動した蒸気は、放熱部３２ｂで凝縮して元の純水となり、受熱部３２ａに戻る。これにより、放熱部３２ｂの管壁からヒートシンク３１のスプレッド３１ｂに純水の凝縮熱が放出され、各フィン３１ａに伝達される。各フィン３１ａに伝達された熱は、ファン２５からの送風によって冷却される。

一方、サーマルヘッド１７が退避位置に回動されると、サーマルヘッド１７が記録位置にある場合と比べて、ヒートパイプ３２の熱輸送量が小さくなり、ヒートシンク３１に伝達されるサーマルヘッド１７の熱量が少なくなる。これにより、サーマルヘッド１７が過度に冷却されることが防止される。

上記のような構成であると、非記録状態にあるときにサーマルヘッド１７を加熱するヒータが不要となる。また、ヒートシンク３１の性能が十分であれば、高性能なファン２５を使用する必要がなくなり、場合によってはファン２５自体を取り払うことも可能である。さらに、熱源がサーマルヘッド１７のみであるので、安定したヘッド温度の制御を行うことができる。

なお、図４に示すように、サーマルヘッド１７のヘッド基板１９に、サーマルヘッド１７の温度を検出する温度検出センサ４０を埋設し、サーマルヘッド１７が退避位置にあるときに、温度検出センサ４０の検出結果に応じて、システムコントローラ２１でヘッド回動機構２４の駆動量を変化させてもよい。

この場合、システムコントローラ２１は、温度検出センサ４０の検出結果が予め設定されたヘッド温度よりも高い場合には、ヘッド回動機構２４によるサーマルヘッド１７の回動角を小さくして、ヒートパイプ３２の受熱部３２ａを放熱部３２ｂよりも下側に位置させ、サーマルヘッド１７を冷却させる。

一方、温度検出センサ４０の検出結果が予め設定されたヘッド温度よりも低い場合には、ヘッド回動機構２４によるサーマルヘッド１７の回動角を大きくして、ヒートパイプ３２の受熱部３２ａを放熱部３２ｂよりも上側、若しくは受熱部３２ａと放熱部３２ｂとの位置関係が平行となるようにさせ、サーマルヘッド１７がそれ以上冷却されないようにする。このようにすると、サーマルヘッド１７の蓄熱状態に即応した、より厳密なヘッド温度の制御を行うことができる。

上記実施形態では、１個のサーマルヘッド１７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、熱転写型、昇華型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。 サーマルヘッドおよびヒートシンクの構成を示す外観斜視図である。 サーマルヘッドが退避位置にある状態を示す図である。 本発明の別の実施形態を示す図である。

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）
１７ サーマルヘッド
１８ プラテンローラ
１９ ヘッド基板
２０ 発熱素子アレイ
２１ システムコントローラ
２３ 回動軸
２４ ヘッド回動機構
２５ ファン
２６ 定着器
３１ ヒートシンク
３２ ヒートパイプ
３２ａ 受熱部
３２ｂ 放熱部
４０ 温度検出センサ

Claims (4)

1. 放熱用のヒートシンクが取り付けられたサーマルヘッドを備え、これを用いて記録材料に画像を記録するサーマルプリンタにおいて、
   前記ヒートシンクと前記サーマルヘッドとを連結する環状のヒートパイプと、
   前記サーマルヘッドが前記記録材料に画像を記録していない非記録状態にあるときに、前記サーマルヘッドから熱を受け取る前記ヒートパイプの受熱部が、前記ヒートシンクに熱を放出する前記ヒートパイプの放熱部よりも上側、若しくは前記受熱部と前記放熱部との位置関係が地面に対して平行となるように、前記サーマルヘッドを変位させる変位手段と、
   前記変位手段の駆動を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするサーマルプリンタ。
2. 前記サーマルヘッドの温度を検出する温度検出手段を設けるとともに、
   前記制御手段は、前記非記録状態にあるときに、前記温度検出手段の検出結果に応じて、前記変位手段の駆動量を変化させることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリンタ。
3. 前記ヒートパイプは、前記サーマルヘッドが前記記録材料に画像を記録している記録状態にあるときに、前記受熱部が前記放熱部よりも下側に位置するように、前記ヒートシンクと前記サーマルヘッドとに取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルプリンタ。
4. 前記変位手段は、前記記録材料に画像を記録する記録位置と、前記記録材料から離間する退避位置との間で、前記サーマルヘッドを回動させることを特徴とする請求項１ないし３に記載のサーマルプリンタ。

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