JP2005349599A - 記録ヘッド、およびプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 コストアップ、大型化を招くことなく、発熱素子の熱効率を向上させる。
【解決手段】 サーマルヘッド１７の発熱素子３２を構成する発熱抵抗体層３３と第１、第２電極層３４、３５との間に、誘電体層としての保護層３６を設ける。発熱素子３２には、高周波パルス信号を発生するパルス発生器４５と、発熱素子３２の発熱を指示するストローブ信号と高周波パルス信号との論理積を求めるＡＮＤゲート回路４４とにより、高周波の交流電流が流される。発熱抵抗体層３３の熱が第１、第２電極層３４、３５を伝って外部に放熱されることが防がれ、発熱素子３２の熱効率を向上させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の発熱素子が形成され、これらの発熱素子を選択的に駆動させて記録材料に画像を記録する記録ヘッド、およびこの記録ヘッドを用いて記録材料に画像を記録するプリンタに関する。

記録ヘッドを用いて記録材料に画像を記録するプリンタとして、シアン、マゼンタ、イエローに発色する感熱発色層を支持体上に順に層設したカラー感熱記録紙を用いて、フルカラープリントを得るカラー感熱プリンタが知られている。このカラー感熱プリンタでは、カラー感熱記録紙を搬送する間に、複数の発熱素子がライン状に配列されたサーマルヘッドにて熱記録を行う。

従来のサーマルヘッドに設けられる発熱素子は、基板上に形成された発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層の両端に掛かるように層設された一対の電極層と、これらの層を覆うように形成された保護層とから構成されているが、電極層が熱伝導率の高いアルミ薄膜などからなるため、画像記録のために発熱抵抗体層で発生させた熱が電極層を伝って外部に放熱され、熱効率が低下するという問題があった。

上記のような問題を解決するために、発熱抵抗体が被着された蓄熱部材と基板との間で、発熱抵抗体の直下領域に、発熱抵抗体の発熱と同期して厚みが可変する圧電素子を設け、発熱抵抗体の発熱と同期して圧電素子に電力を印加し、その厚みを薄くして蓄熱部材と圧電素子との間に隙間を形成し、発熱抵抗体からの熱が基板側に逃げないようにしたサーマルヘッドが提案されている（特許文献１参照）。

特開平９−１２３５０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサーマルヘッドでは、圧電素子を設ける分、コストアップに繋がるという問題があり、ヘッドの小型化という観点からも不利であるため、実践的な解決手段であるとは言い難い。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、コストアップ、大型化を招くことなく、発熱素子の熱効率を向上させることができる記録ヘッドを提供することを目的とする。

また、本発明は、装置の低価格化、小型化を実現させることができる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、複数の発熱素子が形成され、これらの発熱素子を選択的に駆動させて記録材料に画像を記録する記録ヘッドにおいて、前記発熱素子を構成する発熱抵抗体層と電極層との間に誘電体層を設け、前記電極層を介して前記発熱抵抗体層に高周波交流電力を与える電力発生手段を備えたことを特徴とする。

なお、前記誘電体層は、前記発熱抵抗体層と前記電極層とを保護する保護層であることが好ましい。また、前記電力発生手段は、高周波パルス信号を発生するパルス発生器と、前記発熱素子の発熱を指示するストローブ信号と前記高周波パルス信号との論理積を求めるＡＮＤゲート回路とからなることが好ましい。

また、本発明のプリンタは、請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘッドを用いて、記録材料に画像を記録することを特徴とする。

本発明の記録ヘッドによれば、発熱素子を構成する発熱抵抗体層と電極層との間に誘電体層を設け、電極層を介して発熱抵抗体層に高周波交流電力を与える電力発生手段を備えたので、発熱抵抗体層の熱が電極層を伝って外部に放熱されることが防がれ、発熱素子の熱効率を向上させることができる。

また、本発明のプリンタによれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘッドを用いて、記録材料に画像を記録するので、発熱素子の熱効率が向上し、装置の低価格化、小型化を実現させることができる。

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、４２０〜４５０ｎｍ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、３６５〜３９０ｎｍ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３２（図２参照）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。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。

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。また、プラテンローラ１８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２０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１８が下降し、サーマルヘッド１７との記録紙１０の挟持が解除される。

図２に示すように、ヘッド基板１９上には、グレーズドガラスからなるグレーズ層３０が形成されている。グレーズ層３０の一部は、シリンドリカル突条に膨出した部分グレーズ３１となっている。この部分グレーズ３１の長手方向は、記録紙１０の幅方向と一致している。

部分グレーズ３１には、発熱素子３２を構成する発熱抵抗体層３３、第１、第２電極層３４、３５、および保護層３６が積層されている。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電極層３４は、各発熱素子３２の共通電極となっており、電源回路４６（図３参照）に接続している。一方、第２電極層３５は、各発熱素子３２毎に独立して設けられた個別電極となっており、ヘッドドライバ２２のドライバＩＣに接続している。

第１、第２電極層３４、３５と発熱抵抗体層３３との間は、保護層３６により隔てられている。保護層３６は、第１電極層３４の端部を露出させている他は、発熱抵抗体層３３、第１、第２電極層３４、３５を覆うように形成されている。第１、第２電極層３４、３５と発熱抵抗体層３３との間を隔てる保護層３６は誘電体層であり、電気回路ではコンデンサＣ１、Ｃ２（図３参照）で表される。

発熱素子３２の作製にあたっては、まず、部分グレーズ３１上に発熱抵抗体層３３を形成した後、発熱抵抗体層３３上に保護膜３６を積層する。そして、この上に第１、第２電極層３４、３５を形成し、第１電極層３４の端部を残して、再び保護膜３６を形成して発熱抵抗体層３３、第１、第２電極層３４、３５を被覆する。

図３において、ヘッドドライバ２２には、シフトレジスタ４０、ラッチアレイ４１、およびＡＮＤゲートアレイ４２が設けられている。シフトレジスタ４０には、１ライン分の画像データに対応したシリアルな駆動データが入力される。ラッチアレイ４１およびＡＮＤゲートアレイ４２には、発熱素子３２と同数のラッチ回路およびＡＮＤゲート回路が設けられており、ＡＮＤゲートアレイ４２には、トランジスタ４３を介して発熱素子３２が接続されている。

シフトレジスタ４０は、システムコントローラ２１から入力されたクロックに同期して、シリアルな駆動データをシフトし、パラレル信号に変換する。シフトレジスタ４０でパラレル信号に変換された駆動データは、ラッチ信号に同期してラッチアレイ４１にラッチされる。

ＡＮＤゲートアレイ４２には、ＡＮＤゲート回路４４が接続されている。このＡＮＤゲート回路４４は、システムコントローラ２１からのストローブ信号と、パルス発生器４５から発せられる高周波パルス信号との論理積を求め、この論理演算結果をＡＮＤゲートアレイ４２に入力する。

ＡＮＤゲートアレイ４２は、ＡＮＤゲート回路４４から入力された信号が「１」の場合に「Ｈ」の信号を出力する。トランジスタ４３は、ＡＮＤゲートアレイ４２から出力された信号が「Ｈ」のときにオンする。これにより、各発熱素子３２の発熱抵抗体層３３が通電されて発熱する。

電源回路４６には、第１電極層３４からなる共通電極が接続されており、例えば１０Ｖの電圧が印加されている。発熱素子３２には、ＡＮＤゲート回路４４およびパルス発生器４５により、高周波の交流電流が流される。

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２３が配置されている。また、定着器２３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２４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を外部に排出する排紙口２５が設けられている。

定着器２３は、発光ピークが４２０〜４５０ｎｍ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２３ａと、発光ピークが３６５〜３９０ｎｍ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２３ｂと、これらの光源２３ａ、２３ｂからの光を記録紙１０に向けて反射させるリフレクタ２３ｃとからなる。各光源２３ａ、２３ｂは、ランプドライバ２６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１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ２０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。このとき、各発熱素子３２には、ＡＮＤゲート回路４４およびパルス発生器４５により、交流電流が流される。

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２３のイエロー用定着光源２３ａ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１８がシフト機構によって下降され、サーマルヘッド１７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２６によりイエロー用定着光源２３ａ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、プラテンローラ１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ２０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。このときもイエロー画像記録時と同様に、各発熱素子３２には交流電流が流される。

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２３のマゼンタ用定着光源２３ｂ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２６によりマゼンタ用定着光源２３ｂ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。このときもイエロー、マゼンタ画像記録時と同様に、各発熱素子３２には交流電流が流される。

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２４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２５から外部に排出される。

上記のように、発光素子３２を構成する発熱抵抗体層３３と第１、第２電極層３４、３５との間に保護層３６を設けたので、発熱抵抗体層３３の熱が第１、第２電極層３４、３５を伝って外部に放熱されることが防がれ、発熱素子３２の熱効率を向上させることができる。したがって、熱効率の向上を図るために圧電素子を設ける必要がなく、カラー感熱プリンタ２の低価格化、小型化を実現させることができる。

上記実施形態では、カラー感熱プリンタ２で用いられるサーマルヘッド１７を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他のサーマルプリンタ、熱転写型プリンタや熱昇華型プリンタに用いられるサーマルヘッドは勿論、例えば、発熱素子の熱によりインクを噴射させるインクジェットプリンタの記録ヘッドなど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。 発熱素子の構成を示す要部断面図である。 サーマルヘッドおよびヘッドドライバの電気的な構成を示す回路図である。

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
２０ 発熱素子アレイ
２１ システムコントローラ
２２ ヘッドドライバ
２３ 定着器
３２ 発熱素子
３３ 発熱抵抗体層
３４、３５ 第１、第２電極層
３６ 保護層
４４ ＡＮＤゲート回路
４５ パルス発生器

Claims (4)

1. 複数の発熱素子が形成され、これらの発熱素子を選択的に駆動させて記録材料に画像を記録する記録ヘッドにおいて、
   前記発熱素子を構成する発熱抵抗体層と電極層との間に誘電体層を設け、前記電極層を介して前記発熱抵抗体層に高周波交流電力を与える電力発生手段を備えたことを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記誘電体層は、前記発熱抵抗体層と前記電極層とを保護する保護層であることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 前記電力発生手段は、高周波パルス信号を発生するパルス発生器と、前記発熱素子の発熱を指示するストローブ信号と前記高周波パルス信号との論理積を求めるＡＮＤゲート回路とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の記録ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘッドを用いて、記録材料に画像を記録することを特徴とするプリンタ。
   

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