JP2006142497A - Thermal head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱転写プリンタに搭載されるサーマルヘッドに関する。 The present invention relates to a thermal head mounted on a thermal transfer printer.
サーマルヘッドは一般に、蓄熱層を備えた放熱性基板上に、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、該複数の発熱抵抗体を通電するための電極層と、これら複数の発熱抵抗体及び電極層の一部を保護する保護層とを有し、発熱させた発熱抵抗体をインクリボンとプラテンローラに巻きつけられた被印刷物とに圧接させることで印刷動作している。このようなサーマルヘッドでは、近年、印画速度の高速化が進められている。印画高速化を実現するには、印画濃度をある一定以上に確保するため、発熱抵抗体への一回の通電時間を短くする一方で一回の供給電力を大きくし、発熱抵抗体の単位時間当たりの発熱量を増大させる必要がある。
しかしながら、従来構造のサーマルヘッドでは、発熱抵抗体をその抵抗長方向に沿って通電したとき、通電方向に直交する抵抗幅方向の中心部での温度上昇が同抵抗幅方向の周縁部に比べて大きく、その温度分布(発熱分布)は図4のようになる。このため、印画高速化を目的として発熱抵抗体への単位時間当たりの発熱量を増大させると、発熱抵抗体の温度上昇も大きくなり、発熱抵抗体のピーク温度がインクリボンの軟化点を超えてしまうことが問題になっている。発熱抵抗体のピーク温度は条件によっては600℃を超える虞がある。これに対し、従来多用されているインクリボンはPET(ポリエチレンテレフタレート)を主成分としていて、発熱抵抗体の温度がインクリボンの軟化点を大きく超えていると、該発熱抵抗体に圧接するインクリボンがダメージを受け、リボン切れが発生し、印画できない。逆に、発熱抵抗体のピーク温度がインクリボンの軟化点を超えないように発熱抵抗体の単位時間当たりの発熱量を抑えると、発熱抵抗体への1回の通電時間が短くなるため、印画濃度が薄くなってしまう。また、PET主成分からなるインクリボンの替わりに、高温の軟化点を有する材料で形成したインクリボンを用いることもできるが、コストが高くなり、好ましくない。 However, in the thermal head having the conventional structure, when the heating resistor is energized along the resistance length direction, the temperature rise at the center portion in the resistance width direction orthogonal to the energization direction is larger than that at the peripheral portion in the resistance width direction. The temperature distribution (heat generation distribution) is large as shown in FIG. For this reason, if the amount of heat generation per unit time to the heating resistor is increased for the purpose of speeding up printing, the temperature rise of the heating resistor also increases, and the peak temperature of the heating resistor exceeds the softening point of the ink ribbon. Is a problem. The peak temperature of the heating resistor may exceed 600 ° C. depending on conditions. On the other hand, an ink ribbon that has been widely used in the past is mainly composed of PET (polyethylene terephthalate), and when the temperature of the heating resistor greatly exceeds the softening point of the ink ribbon, the ink ribbon that is in pressure contact with the heating resistor. Is damaged, ribbon breaks and printing is not possible. On the other hand, if the amount of heat generation per unit time of the heating resistor is suppressed so that the peak temperature of the heating resistor does not exceed the softening point of the ink ribbon, the energization time for the heating resistor will be shortened. The concentration will be lighter. Further, an ink ribbon formed of a material having a softening point at a high temperature can be used in place of the ink ribbon made of a PET main component, but this is not preferable because the cost increases.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、印画高速化を実現可能なサーマルヘッドを得ることを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a thermal head capable of realizing high-speed printing.
本発明は、発熱抵抗体の局所的な発熱集中を緩和し、インクリボンの切れが発生しない範囲で高温(発熱量増大)となる領域を抵抗長方向に拡げれば、印画品質を落とさずに印画速度を高められることに着目したものである。 In the present invention, the local heat concentration of the heating resistor is alleviated, and if the region of high temperature (increased heat generation) is expanded in the resistance length direction without causing the ink ribbon to break, the print quality is not deteriorated. This is because the printing speed can be increased.
すなわち、本発明は、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体を全面的に覆う絶縁バリア層と、各発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部に導通する電極層とを備えたサーマルヘッドにおいて、絶縁バリア層の上に、発熱抵抗体が発生した熱を一様に伝える伝熱金属膜を、電極層とは非接触で設けたことを特徴としている。 That is, the present invention includes a plurality of heating resistors that generate heat when energized, an insulating barrier layer that covers the entire heating resistors, and electrode layers that are electrically connected to both ends of each heating resistor in the resistance length direction. The thermal head is characterized in that a heat transfer metal film for uniformly transmitting the heat generated by the heating resistor is provided on the insulating barrier layer in a non-contact manner with the electrode layer.
上記態様によれば、伝熱金属膜で覆われた領域が一様に高温になるので、発熱抵抗体への単位時間当たりの給電電力を増大させても、インクリボンの切れが発生しない範囲で高温領域を得ることができる。 According to the above aspect, since the region covered with the heat transfer metal film is uniformly heated, the ink ribbon is not cut even when the power supplied to the heating resistor per unit time is increased. A high temperature region can be obtained.
インクリボンの走行方向は発熱抵抗体の抵抗長方向であるから、伝熱金属膜は、抵抗長方向に長い矩形状で形成されていることが好ましい。この態様によれば、発熱抵抗体の抵抗長方向に一様な高温領域を拡げることができる。 Since the traveling direction of the ink ribbon is the resistance length direction of the heating resistor, the heat transfer metal film is preferably formed in a rectangular shape that is long in the resistance length direction. According to this aspect, a uniform high temperature region can be expanded in the resistance length direction of the heating resistor.
伝熱金属膜は、発熱抵抗体の最高発熱温度よりも融点の高い金属材料で形成する必要がある。具体的には、Cr、Ti、Ta、Mo、Wの少なくとも1つを含む高融点金属材料、Al及びCuのいずれか、または上記高融点金属材料を含む合金材料、あるいはAlまたはCuを含む合金材料により形成されていることが好ましい。さらに、この伝熱金属膜は、電極層と同一の金属材料により形成されていることが好ましい。伝熱金属膜と電極層が同一の金属材料からなる場合には、該伝熱金属膜と電極層を同時に形成することができ、製造工程が容易になる。 The heat transfer metal film needs to be formed of a metal material having a melting point higher than the maximum heat generation temperature of the heating resistor. Specifically, a refractory metal material containing at least one of Cr, Ti, Ta, Mo, and W, one of Al and Cu, an alloy material containing the refractory metal material, or an alloy containing Al or Cu It is preferable that it is formed of a material. Furthermore, the heat transfer metal film is preferably formed of the same metal material as the electrode layer. When the heat transfer metal film and the electrode layer are made of the same metal material, the heat transfer metal film and the electrode layer can be formed at the same time, which facilitates the manufacturing process.
本発明によれば、印画品質に優れ、印画高速化を実現可能なサーマルヘッドを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a thermal head that is excellent in printing quality and can realize high-speed printing.
図1〜図3は本発明の第1実施形態によるサーマルヘッド1を示している。図1はサーマルヘッド1(耐磨耗保護層を形成する前の状態)を示す平面図、図2は図1のII−II線に沿う断面図である。本サーマルヘッド1は、熱転写プリンタに搭載され、発熱抵抗体4の発する熱を感熱紙またはインクリボンに与えることで印刷を行なう。
1 to 3 show a
サーマルヘッド1は、Siやセラミック材料、金属材料等からなる放熱性に優れた基板2上に例えばガラス等の断熱材料からなる蓄熱層3を有し、この蓄熱層3の上に、図1の左右方向に微小間隔をあけて一列に配置した複数の発熱抵抗体4を備えている。各発熱抵抗体4は、Ta2NやTa−SiO2等のサーメット材料を用いて蓄熱層3の上に全面形成された抵抗体層4’の一部であり、その表面が絶縁バリア層5により覆われている。絶縁バリア層5は、例えばSiO2、SiON、SiAlON等の絶縁材料から形成されていて、各発熱抵抗体4の平面的な大きさ(長さ寸法L、幅寸法W)を規定している。隣接する発熱抵抗体4の間には、基板2が露出するギャップ領域γが存在している。
The
各発熱抵抗体4の抵抗長方向の両端部には電極層6が導通接続されている。発熱抵抗体4の抵抗長方向はインクリボンの走行方向に平行である。電極層6は、抵抗体層4’の上に全面的に成膜した後に各発熱抵抗体4の表面を露出させる開放部6cをあけて形成したもので、開放部6cを介して、全発熱抵抗体4に共通接続されたコモン電極6aと、各発熱抵抗体4毎に独立接続された複数の個別電極6bとに分離している。コモン電極6aと個別電極6bの間にはギャップ領域γが存在し、このギャップ領域γによりコモン電極6a及び個別電極6bの幅寸法は、発熱抵抗体4の幅寸法Wと同一に規定されている。この電極層6は、Cr、Ta、Mo、W、Ti等の高融点金属材料、Al及びCuのいずれか、または、上記高融点金属材料を含む合金材料、あるいはAlまたはCuを含む合金材料により形成することができる。本実施形態の電極層6はAlにより形成されており、数百μs程度のごく短い周期で大電流を与えて発熱抵抗体4をオン(通電)/オフ(非通電)する高速印刷動作にも対応可能になっている。
絶縁バリア層5、コモン電極6a及び個別電極6bの上には、例えばSiAlONやTa2O5等の耐摩耗性材料からなる耐磨耗保護層7が形成されている。耐磨耗保護層7は、ヘッド動作時に生じる摩擦から絶縁バリア層5、コモン電極6a及び個別電極6bを保護する。なお、図1では耐磨耗保護層7は図示省略されている。図示されていないが、本サーマルヘッドには、複数の発熱抵抗体4への通電を制御するための駆動ICやプリント回路基板等も備えられている。
On the
上記構成のサーマルヘッド1には、絶縁バリア層5の上に、発熱抵抗体4が発生した熱を一様に伝える伝熱金属膜10が、電極層6とは非接触で設けられている。伝熱金属膜10は、発熱抵抗体4の抵抗長方向に長い矩形状をなし、その抵抗長方向の長さL1は100μm程度、幅寸法W1は70μm程度である。また、伝熱金属膜10と電極層6との抵抗長方向の間隔dは、50μm程度となっている。
In the
伝熱金属膜10は、熱伝導性に優れ且つ発熱抵抗体4の最高発熱温度よりも高融点の金属材料からなり、具体的にはCr、Ti、Ta、Mo、Wの少なくとも1つを含む高融点金属材料、Al及びCuのいずれか、または上記高融点金属材料を含む合金材料、あるいはAlまたはCuを含む合金材料で形成されることが好ましい。本実施形態の伝熱金属膜10は、電極層6と同一材料のAlからなり、電極層6を形成する製造工程で該電極層6と同時に形成されている。具体的には、抵抗体層4’と絶縁バリア層5の上にAl導体膜を全面的に形成し、絶縁バリア層5の表面を露出させる開放部6cを形成する際に、絶縁バリア層5上のAl導体膜を残してこれを伝熱金属膜10とする。伝熱金属膜10は、単層膜であっても多層膜であってもよい。
The heat
図3は、発熱抵抗体4の抵抗長方向の温度分布を説明する模式図である。電極層6(コモン電極6a、個別電極6b)を介して発熱抵抗体4を抵抗長方向に通電すると、発熱抵抗体4が発生した熱は、絶縁バリア層5を介して伝熱金属膜10に伝わり、伝熱金属膜10によって一様に拡げられることから、発熱抵抗体4の中心部での温度上昇が緩和される。図3に示すように発熱抵抗体4は、伝熱金属膜10で覆われた領域がほぼ一様な高温領域となる。上述したように伝熱金属膜10は抵抗長方向に長い矩形状をなしているので、上記高温領域も抵抗長方向に長くなっている。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the temperature distribution in the resistance length direction of the
以上の本実施形態によれば、発熱抵抗体4が抵抗長方向(インクリボンの走行方向)にピーク温度のない温度分布をとるので、発熱抵抗体4への単位時間当たりの発熱量(給電電力)を増大させても、インクリボンの軟化点を超えない範囲で高温領域を得ることができ、印画の高品質化及び高速化を実現可能である。
According to the above embodiment, since the
1 サーマルヘッド
4 発熱抵抗体
5 絶縁バリア層
6 電極層
6a コモン電極
6b 個別電極
6c 開放部
10 伝熱金属膜
L 抵抗長方向の寸法
W 抵抗幅方向の寸法
γ ギャップ領域
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記絶縁バリア層の上に、前記発熱抵抗体が発生した熱を一様に伝える伝熱金属膜を、前記電極層とは非接触で設けたことを特徴とするサーマルヘッド。 In a thermal head comprising a plurality of heating resistors that generate heat by energization, an insulating barrier layer that covers the entire heating resistors, and electrode layers that are electrically connected to both ends in the resistance length direction of the heating resistors,
A thermal head, wherein a heat transfer metal film for uniformly transmitting heat generated by the heating resistor is provided on the insulating barrier layer in a non-contact manner with the electrode layer.
4. The thermal head according to claim 1, wherein the heat transfer metal film and the electrode layer are formed of the same refractory metal material. 5.
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JP2004331566A JP2006142497A (en) | 2004-11-16 | 2004-11-16 | Thermal head |
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JP2010110923A (en) * | 2008-11-04 | 2010-05-20 | Alps Electric Co Ltd | Thermal head and manufacturing method therefor |
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2004
- 2004-11-16 JP JP2004331566A patent/JP2006142497A/en not_active Withdrawn
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