JP2005313513A - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】スティッキングの発生を抑制し、印字の質の向上を図ることが可能なサーマルプリントヘッドを提供する。
【解決手段】基板１上に設けられた発熱抵抗体５と、発熱抵抗体５に通電を行なうための電極３と、発熱抵抗体５および電極３を覆う保護膜６と、を有しているサーマルプリントヘッドＡであって、保護膜６の表面粗さは、十点平均粗さＲｚが０．２μｍ以上である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、サーマルプリンタの構成部品として用いられるサーマルプリントヘッドに関る。

サーマルプリントヘッドの従来例としては、図６に示すものがある（たとえば、特許文献１を参照）。図示されたサーマルプリントヘッドＢは、絶縁性の基板９１上に、ガラスなどからなるグレーズ層９２が形成され、このグレーズ層９２上に電極９３および発熱抵抗体９５が形成されている。発熱抵抗体９５と電極９３を覆うように、ガラス材料を主成分とする保護膜９６が形成されている。発熱抵抗体９５に対向する位置にはプラテンローラＰが設けられている。印字処理の際には、印字媒体の一例である感熱記録紙ＳをプラテンローラＰによって保護膜９６に押圧した状態で、感熱記録紙Ｓを副走査方向に移動させつつ、発熱抵抗体９５において発熱した熱が保護膜９６を通じて感熱記録紙Ｓに伝達して発色することにより、印字がなされる。

ところで、サーマルプリントヘッドを用いた印字処理においては、いわゆるスティッキングと呼ばれる現象が起こる場合がある。スティッキングとは、感熱記録紙が保護膜の表面に貼り付いて、感熱記録紙の送りが不規則になる現象である。そして、このスティッキングに起因して、感熱記録紙に白筋が発生するなどの印字不良となる場合がある。このスティッキングを解消するためには、感熱記録紙と保護膜との摺動による摩擦抵抗を低減する必要があると考えられていた。このため、図６に示すような構造を有する従来のサーマルプリントヘッドにおいては、保護膜の表面は平滑であることが好ましいとされ、たとえば保護膜の表面粗さは、十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）が概ね０．１μｍ以下とされていた。しかし、このように保護膜の表面を平滑にした場合であっても、スティッキングが発生する場合があった。

従来のサーマルプリントヘッドの他の例としては、保護膜が、発熱抵抗体と電極を覆うように形成された絶縁層と、この層を覆うように形成された導電層との２層構造で構成されたものもある（たとえば、特許文献２を参照）。このような構成によれば、導電層を有しているため、保護膜の表面と感熱記録紙との接触摩擦により発生した静電気を効率よく逃がすことができる。このことにより、静電気に起因して感熱記録紙が保護膜の表面に付着することは抑制されるが、スティッキングの発生を抑制するまでには到っていない。スティッキングの発生を抑制する手段としては、感熱記録紙を保護膜に押し付ける力を低減するといった手段も考えられるが、このような手段によると、感熱記録紙に対する熱伝達が十分に行なわれずに、印字の質が低下するといった不具合を招くことになる。

特開平７−１８６４２９号公報 特開２００１−４７６５２号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、スティッキングの発生を抑制し、印字の質の向上を図ることが可能なサーマルプリントヘッドを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明によって提供されるサーマルプリントヘッドは、基板上に設けられた発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体に通電を行なうための電極と、上記発熱抵抗体および電極を覆う保護膜と、を有している、サーマルプリントヘッドであって、上記保護膜の表面粗さは、十点平均粗さが０．２μｍ以上であることを特徴としている。

このような構成によれば、保護膜が一定以上の表面粗さを有していることにより感熱記録紙と保護膜との貼り付きを防止し、スティッキングの発生を抑制することができる。すなわち、上述したように、従来においては、感熱記録紙と保護膜との摺動による摩擦抵抗を低減するために、保護膜の表面は平滑であることが好ましいとされ、その表面粗さは、十点平均粗さＲｚが概ね０．１μｍ以下とされていた。しかし、保護膜の表面が平滑である場合においてもスティッキングが発生していた。そこで、従来とは逆に保護膜の表面を粗く形成し、感熱記録紙と保護膜との接触面積が小さくなるようにしたところ、スティッキングの発生が抑制されることが判明した。具体的には、本発明者が行なった種々の試験により、保護膜の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．２μｍ以上の場合に、スティッキングの発生が効果的に抑制されることを見出して本発明を完成させるに到ったものである。また、感熱記録紙を保護膜に押し付ける力を低減する必要がなく、印字の質の向上を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記保護膜は、上記発熱抵抗体および電極上に形成された第１の層と、上記第１の層上に形成された第２の層とから構成されている。このような構成によれば、第１の層については、発熱抵抗体および電極に対する絶縁性や耐水性の確保といった保護膜としての本来の機能を適切に発揮しつつ、第２の層については、耐摩耗性の向上を図りながらスティッキングを防止することが可能となるため、より好適である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２の層は、多孔質状であり、上記第１の層は、非多孔質状である。このような構成によれば、第２の層の表面が多孔質状に形成されているため、第２の層の表面を一定以上の表面粗さとすることが容易となる。したがって、保護膜の表面を一定以上の表面粗さとするために別途表面処理を施す必要がなく、その製造が簡素化されるため、より好適である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２の層は、導電性を有しており、上記第１の層は、電気絶縁性を有している。このような構成によれば、第２の層と感熱記録紙との摩擦による帯電が防止され、帯電に起因して感熱記録紙の搬送に支障が生じることが抑制される。

本発明のその他の特徴および利点については、以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一例を示している。本実施形態のサーマルプリントヘッドＡは、基板１、グレーズ層２、共通電極３、複数の個別電極４、発熱抵抗体５、および保護膜６を備えている。なお、図１においては保護膜６の記載を省略している。

基板１は、絶縁性を有しており、たとえばアルミナセラミック製である。グレーズ層２は、蓄熱層としての役割および共通電極３や個別電極４などが形成される表面を滑らかにしてその接着力を高める役割などを果たす部分であり、ガラスペーストの印刷・焼成によって基板１の表面の略全体にわたって形成されている。共通電極３は、櫛歯状に突出する複数の延出部３ａを有している。複数の個別電極４は、隣接する延出部３ａどうしの間にその一端部が入り込むように配列して設けられている。各個別電極４の他端部は、ボンディング用パッド４ａとされており、これらの各ボンディング用パッド４ａはそれぞれ、図外の駆動ＩＣの出力パッドに対して導通状態とされている。共通電極３および個別電極４は、たとえばレジネート金ペーストを印刷・焼成することにより形成されたものである。発熱抵抗体５は、複数の延出部３ａと複数の個別電極４とを一連に跨ぐようにして基板１の一定方向に延びた一定幅の帯状に設けられており、たとえば酸化ルテニウムペーストを印刷・焼成することによって形成されている。図外の駆動ＩＣによって個別電極４に選択的に通電がなされると、発熱抵抗体５のうち互いに隣接する延出部３ａによって挟まれた領域５０（たとえば同図のクロスハッチングで示した部分）が発熱して１つの発熱ドットを形成するように構成されている。保護膜６は、共通電極３、個別電極４および発熱抵抗体５の表面を覆うように設けられ、電気絶縁性を有する第１の層６Ａと導電性を有する第２の層６Ｂとから構成されている。第１の層６Ａは、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃、ＰｂＯからなるガラスペーストを印刷・焼成することによって形成されている。第２の層６Ｂは、第１の層６Ａを覆うように形成された多孔質層であり、その表面粗さは、十点平均粗さＲｚで０．２μｍ以上である。

第２の層６Ｂは、たとえば次の工程を経て形成される。

まず、導電性ガラスペーストを第１の層６Ａ上に印刷することにより、導電性ガラスペースト層を形成し、その後この導電性ガラスペースト層をそのガラス成分の軟化点よりも低い温度で焼成する。導電性ガラスペーストは、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＣａＯを主成分とするガラスペーストに抵抗ペーストを混入したものである。抵抗ペーストは、ＰｂＯ、ＳｉＯ₂、およびＢ₂Ｏ₃などからなるガラスに、粒径０．００１〜１μｍの酸化ルテニウムの粒子を添加したものであり、導電性ガラスペーストにおける酸化ルテニウムの添加量は、重量％比率で０．３〜３０ｗｔ％である。ガラスペーストおよび抵抗ペーストの軟化点は、第１の層６Ａの軟化点（上記したＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯの場合、６８０℃）よりも高いことが好ましく、それらの軟化点は、それぞれ７８５℃、８６５℃である。導電性ガラスペーストの焼成温度は、７６０℃である。この焼成温度（７６０℃）は、ガラスペーストおよび抵抗ペーストの軟化点よりも低いため、導電性ガラスペースト層のガラス成分は流動することがなく、酸化ルテニウムの周囲には気泡跡が生じ、これが空隙部となる。その結果、第２の層６Ｂは多孔質状となる。また、第１の層６Ａの軟化点温度（６８０℃）は第２の層６Ｂの焼成温度（７６０℃）よりも低いため、第２の層６Ｂの焼成の際に、第１の層６Ａが軟化して第２の層６Ｂとの密着性が向上する。

図３は、上記した工程を経て形成された第２の層６Ｂの表面を倍率１５００倍に拡大して撮影した顕微鏡写真である。同図によく表れているように、第２の層６Ｂは多数の空隙部を有する多孔質状である。これら空隙部は不規則な配列で第２の層６Ｂ全域に分散しており、また、各空隙部の形状は不定形である。このため、第２の層６Ｂの縦断面における表面は凹凸状である。したがって、仮に第２の層６Ｂの表面を整えるために研削を施した場合においても、第２の層６Ｂの表面粗さは、十点平均粗さＲｚで０．２μｍ以上となる。上記した工程は、第２の層６Ｂを形成するための一例であるが、導電性ガラスペーストの焼成温度などの条件を変更すると、第２の層６Ｂに形成される空隙部のサイズ等が変化することとなり、第２の層６Ｂの表面粗さについても変化する。

図４は、従来のサーマルプリントヘッドにおける保護膜の表面の顕微鏡写真であり、図３と同じ倍率である。同図によく表れているように、保護膜の表面は平滑であり、その表面粗さは十点平均粗さＲｚで０．１μｍ以下である。ところが、このような保護膜を用いて印字処理を行う場合には、上述したようにスティッキング現象が発生し、白筋が発生するなどの印字不良を招く場合があった。本発明者は、鋭意研究の結果、保護膜の表面粗さとスティッキングの発生度合との関係に着目し、保護膜の表面粗さが十点平均粗さＲｚで０．２μｍ以上の場合に、スティッキングの発生を効果的に抑制できることを見出すに到った。以下に、この点について本発明者が行なった実験に基づいて説明する。

保護膜の表面粗さが異なる複数のサーマルプリントヘッドを準備し、これらによって感熱記録紙に印字された画質を評価した。実験に用いたサーマルプリントヘッドの保護膜については、酸化ルテニウムの粒径や保護膜の焼成温度などの条件を変更することにより、その表面粗さを変えている。保護膜の焼成温度を導電性ガラスペーストの焼成温度よりも高くした場合には、保護膜は非多孔質状となり、従来技術に相当する構成のサーマルプリントヘッドが得られる。保護膜以外の条件は、各サンプルともに同一とした。この実験は、株式会社リコー社製の感熱記録紙（型番１３５ＬＡＢ）を使用し、気温約３４℃、湿度約９０％の条件下で行なった。図５は、各サーマルプリントヘッドの保護膜の表面粗さと印字長さの関係を示すグラフである。印字長さとは、所定の印字データに基づいて感熱記録紙に印字処理を行なった場合における副走査方向の印字部分の長さのことである。スティッキングが発生すると、感熱記録紙の送りが一時的に停止した状態となるため、同一の印字データを印字したときの印字長さは、スティッキングが発生していない場合よりも短くなる。したがって、印字長さによってスティッキングの発生の有無を評価することができる。同図より明らかなように、保護膜の表面粗さＲｚが０．２μｍ未満の場合の印字長さは、０．２μｍ以上の場合の印字長さよりも顕著に短くなった。このことより、表面粗さＲｚが０．２μｍ以上の場合、スティッキングが抑制され、印字の質が良好となることが理解できる。また、現在市販されている他の複数の感熱記録紙を使用して実験した場合においても、表面粗さＲｚが０．２μｍ以上でスティッキングが抑制され、上記感熱記録紙を使用した場合と同様の結果が得られた。

保護膜６は、第１の層６Ａを下層、第２の層６Ｂを上層として積層された２層構造を有している。このため、第１の層６Ａについては、共通電極３、個別電極４および発熱抵抗体５に対する絶縁性や耐水性の確保といった保護膜としての本来の機能を適切に発揮しつつ、第２の層６Ｂについては、多孔質状として形成することが可能となり、その結果、第２の層６Ｂの表面を一定以上の表面粗さとすることが容易となる。また、第２の層６Ｂは多孔質状であるため、感熱記録紙との摺接により若干摩耗したとしても一定以上の表面粗さを有しており、スティッキングの抑制効果を適切に維持することができる。さらに、第２の層６Ｂと感熱記録紙との摩擦による帯電が防止され、帯電に起因して感熱記録紙の搬送に支障が生じることが抑制される。

本件発明者は、さらに上記した実験以外として、無機酸化物を添加した１層からなる絶縁性の保護膜を備えたサーマルプリントヘッドについても実験を行なった。この実験では、無機酸化物の添加比率や保護膜の焼成温度などの条件を変更することにより、保護膜の表面粗さを変えている。この実験によれば、保護膜が１層の場合にも、表面粗さＲｚが０．２μｍ以上においてスティッキングが抑制され、上記した２層からなる保護膜と同様の結果が得られた。このことにより、保護膜の表面を一定以上の粗さに形成するといった簡便な手段により、スティッキングの発生を効果的に抑制することが可能となる。また、感熱記録紙を保護膜に押し付ける力を低減する必要がなく、印字の質の向上を図ることができる。

本発明は、上記した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るサーマルプリントヘッドの各部の具体的な構成は、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々に設計変更自在である。

たとえば、保護膜の表面は多孔質状でなくてもよい。また、保護膜としては、絶縁性の層と導電性の層とからなる２層構造でなくてもよく、１層からなる絶縁性の保護膜であってもよい。要するに、保護膜の表面粗さＲｚが０．２μｍ以上であれば、保護膜の積層状態や組成成分については如何なる態様であってもよい。

本発明は、感熱記録紙に対して印字する場合に使用するのが好適であるが、感熱タイプのインクリボンを用いて非感熱型の記録紙に印字する場合にも使用することができる。

本発明は、グレーズ層が平面状のものに限定されず、隆起した部分を有するグレーズ層を備えたタイプのサーマルプリントヘッドとして構成することもできる。さらに、薄膜型や厚膜型といった種類も問うものではない。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一例を示す要部概略平面図である。 図１のII −II断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの保護膜の表面の顕微鏡写真である。 従来のサーマルプリントヘッドの保護膜の表面の顕微鏡写真である。 保護膜の表面粗さと印字長さの関係を示すグラフである。 従来のサーマルプリントヘッドを示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ サーマルプリントヘッド
１ 基板
３ 共通電極
４ 個別電極
５ 発熱抵抗体
６ 保護膜
６Ａ 第１の層
６Ｂ 第２の層

Claims (4)

1. 基板上に設けられた発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体に通電を行なうための電極と、上記発熱抵抗体および電極を覆う保護膜と、を有している、サーマルプリントヘッドであって、
   上記保護膜の表面粗さは、十点平均粗さが０．２μｍ以上であることを特徴とする、サーマルプリントヘッド。
2. 上記保護膜は、上記発熱抵抗体および電極上に形成された第１の層と、上記第１の層上に形成された第２の層とから構成されている、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
3. 上記第２の層は、多孔質状であり、上記第１の層は、非多孔質状である、請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 上記第２の層は、導電性を有しており、上記第１の層は、電気絶縁性を有している、請求項２または３に記載のサーマルプリントヘッド。