JP2006231703A - 記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】発熱素子近傍の温度を精度よく測定する温度センサを安価に実装する記録ヘッドを提供する。
【解決手段】素子基板２８の前端２８ａと印画突条４８との間に、温度依存性の高い抵抗体であるクロム合金から形成された薄膜の温度センサ５６が設けられている。温度センサ５６の両端は配線パターン６６，７４及びジャンパ線７６を介してコネクタ７２に接続されている。画像記録時、発熱素子３０の温度が変化するのに応じて温度センサ５６の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化をコネクタ７２を介してシステムコントローラが逐次読み取る。システムコントローラは、温度センサ５６の抵抗値の変化に基づいて、画像の濃度ムラが発生しないように、ヘッドドライバを介して発熱素子３０の駆動を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発熱素子アレイを備えた記録ヘッドに関し、更に詳しくは温度センサ付きの記録ヘッドに関する。

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た記録ヘッドが知られている。このような記録ヘッドには、例えば感熱プリンタ，熱転写型プリンタ，熱昇華型プリンタ等に用いられるサーマルヘッドや、インクジェットプリンタに用いられ、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ヘッドがある。

サーマルヘッドは、前記発熱素子アレイを形成した素子基板と、制御回路が実装された回路基板と、素子基板または回路基板のいずれかに実装され、発熱素子を選択的に駆動させるためのドライバＩＣと、素子基板及び回路基板の裏面に固着され、発熱素子の発熱による蓄熱を外部に放熱する放熱板とから構成されている。

また、カラー感熱プリンタでは、発熱素子近傍の温度を温度センサで測定し、この温度センサの温度測定結果に応じて、カラー感熱記録紙が発熱素子から受け取る熱量が一定となるように（同一の画像データ、例えばグレー画像をベタ印画する場合）、発熱素子に与える駆動エネルギーを制御することで、画像の濃度ムラの発生を防止している（特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載のサーマルヘッドでは、サーミスタをセラミック基板のドライバＩＣ列の部分に配置している。また、特許文献２に記載のサーマルヘッドでは、サーミスタとドライバＩＣとを、セラミック基板に形成された凹部内に埋設している。
特公平４−１７７９８号公報 特許第３３８９４１９号

上記特許文献１記載のサーマルヘッドでは、プラテンローラとの干渉を避けるために発熱素子の近傍にサーミスタを取り付けることができないという欠点がある。また、ドライバＩＣを保護するためにドライバＩＣを樹脂で覆っているが、この樹脂でサーミスタも一緒に覆われるため、樹脂の熱容量の影響を受けてサーミスタの熱応答性が悪化し、発熱素子の温度を精度よく測定することができないという欠点がある。

また、上記特許文献２記載のサーマルヘッドでは、特許文献１におけるプラテンローラとの干渉の問題は克服することができるが、サーミスタとドライバＩＣとを埋設する凹部を加工がし難い素子基板に形成する分、製造コストがかかってしまう。また、特許文献１における測定精度に関する問題は解決されていない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、発熱素子近傍の温度を精度よく測定する温度センサを安価に実装す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。

上記目的を達成するために、本発明の記録ヘッドは、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素子基板の表面に設けた記録ヘッドにおいて、前記発熱素子アレイ近傍の素子基板の表面に温度センサを設けたことを特徴とする。また、前記温度センサは、温度依存性を有する薄膜の抵抗体であることを特徴とする。また、前記温度センサは、前記発熱素子アレイの長手方向と平行かつ発熱素子アレイの長さとほぼ同じ長さに成膜されていることを特徴とする。また、前記温度センサは、発熱素子を構成する抵抗体層とその上に成膜された電極層の両方又は電極層のみを部分的エッチングにより除去した後に成膜されることにより形成されることを特徴とする。

本発明の記録ヘッドによれば、発熱素子アレイ近傍の素子基板の表面に温度センサを設けたので、発熱素子の温度を最もよく反映している素子基板の温度、すなわち発熱素子近傍の温度を熱応答性よく正確に測定できる。また、前記温度センサは、温度依存性を有する薄膜の抵抗体であるから、記録紙の移送路に突出することがなく、記録紙の移送になんら影響を与えることがない。また、前記温度センサは、発熱素子アレイの長手方向と平行かつ発熱素子アレイの長さとほぼ同じ長さに成膜されているから、発熱素子アレイの長手方向（主走査方向）の温度分布に影響されることなく、発熱素子アレイの平均化された温度を測定できる。また、前記温度センサは、発熱素子を構成する抵抗体層とその上に成膜された電極層の両方又は電極層のみを部分的エッチングにより除去した後に成膜されることにより形成するのが好ましい。

本発明の第１実施形態を示す図１において、カラー感熱プリンタ１０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）１２が使用される。記録紙１２は、ロール状に巻かれた記録紙ロール１２ａの形態でカラー感熱プリンタ１０にセットされる。

記録紙１２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、及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１２ａの外周面には、搬送モータ１４によって回転される給紙ローラ１６が当接している。搬送モータ１４はステッピングモータであり、モータドライバ１８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１６が図中反時計方向に回転すると、記録紙ロール１２ａは図中時計方向に回転し、記録紙１２が記録紙ロール１２ａから送り出される。給紙ローラ１６が図中時計方向に回転すると、記録紙ロール１２ａは図中反時計方向に回転し、記録紙１２が記録紙ロール１２ａに巻き戻される。

記録紙ロール１２ａから送り出された記録紙１２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１２を挟み込んで搬送する搬送ローラ対２０及び排紙ローラ対２２が配置されている。搬送ローラ対２０及び排紙ローラ対２２は、搬送モータ１４によって回転されるキャプスタンローラ２０ａ、２２ａと、このキャプスタンローラ２０ａ、２２ａに圧接するピンチローラ２０ｂ、２２ｂとからなり、記録紙１２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１６と搬送ローラ対２０との間には、サーマルヘッド２４と、このサーマルヘッド２４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２６とが設けられている。サーマルヘッド２４の素子基板２８（図２参照）の記録紙１２に対向する表面には、記録紙１２の搬送方向（副走査方向Ｓ）と直交する方向（主走査方向Ｍ、ともに図２参照）に、複数の発熱素子３０（図２参照）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。発熱素子アレイ３２は、システムコントローラ３４からヘッドドライバ３６に入力された駆動データに基づいて発熱し、記録紙１２の各感熱発色層を発色させる。

プラテンローラ２６は、記録紙１２の搬送に応じて従動回転し、記録紙１２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２６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１２の給紙時及び排紙時には、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２６が下降し、サーマルヘッド２４との記録紙１２の挟持が解除される。

搬送ローラ対２０の下流側には、記録紙１２の記録面に対面して定着器３７が配置されている。また、定着器３７と排紙ローラ対２２との間には、記録紙１２を所定のプリントサイズにカットするカッター３８が配置されている。さらに、排紙ローラ対２２の下流側には、画像記録済みの記録紙１２を外部に排出する排紙口３９が設けられている。

定着器３７は、発光ピーク波長が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３７ａと、発光ピーク波長が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３７ｂと、これらの光源３７ａ、３７ｂからの光を記録紙１２に向けて反射させるリフレクタ３７ｃとからなる。各光源３７ａ、３７ｂは、ランプドライバ４０によって駆動される。

図２に示すように、サーマルヘッド２４は、素子基板２８と、回路基板４４と、放熱板４６とから構成されている。放熱板４６は、放熱性を有する材料、例えばアルミニウムなどからなり、発熱素子３０の発熱による蓄熱を外部に放熱する。この放熱板４６は、素子基板２８と回路基板４４とを跨ぐように、これらの基板２８，４４の裏面に接着剤や両面テープなどで固着されている。

素子基板２８は、例えばセラミックやアルミナ、アルミナセラミックなどで形成されており、この表面には、後述するグレーズ層が層設されている。このグレーズ層の前端２８ａ近傍には、断面が半円形で主走査方向に長い印画突条４８が形成されている。この印画突条４８には、発熱素子アレイ３２を構成する複数の発熱素子３０が設けられている。

また、素子基板２８の表面後端部には、各発熱素子３０を駆動するドライバＩＣ５０が実装されている。このドライバＩＣ５０と発熱素子３０との間は、素子基板２８上に形成された導電層５２と、ジャンパ線５４とで接続されている。なお、ドライバＩＣ５０を、素子基板２８ではなく回路基板４４に実装してもよい。

素子基板２８の前端２８ａと印画突条４８との間には、印画突条４８の長手方向と平行に、発熱素子３０近傍の温度を測定する細長い温度センサ５６が設けられている。この温度センサ５６は、２５原子％のアルミニウムを含むクロム合金から形成された薄膜である。前記クロム合金は、温度の変化によって抵抗値が大きく変化する、いわゆる温度依存性の高い抵抗体である。

前記温度センサ５６の薄膜形成（成膜）について、図３及び図４を参照して簡単に説明する。まず、素子基板２８の上に形成されたグレーズ層５８の上に発熱抵抗体層６０を成膜した後、印画突条４８の上方部を除く発熱抵抗体層６０の上に電極層６１を成膜する（Ａ）。そして、素子基板２８の端部２８ａの上方部に位置するグレーズ層５８の表面前端５８ａから所定幅の発熱抵抗体層６０及び電極層６１をエッチングにより除去し、グレーズ層５８を露出させる（Ｂ）。また、このエッチングによって、図４に示すように、発熱抵抗体層６０が発熱素子３０となるとともに電極層６１が折り返しコモン型の電極６２となるように、発熱素子３０同士の隙間６３や切欠き６４を形成する。

次に、前記露出されたグレーズ層５８の表面に、発熱抵抗体層６０及び電極層６１の端から隙間を空けて、２５原子％のアルミニウムを含むクロム合金を成膜して温度センサ５６を形成する（Ｃ）。この時、前記発熱抵抗体層６０及び電極層６１にクロム合金が付着しないように、予め発熱抵抗体層６０及び電極層６１の表面にマスキングを施しておく。温度センサ５６を形成した後、温度センサ５６の両端部に接触するように配線パターン６６（図２及び図４参照）を成膜してから、発熱抵抗体層６０及び電極層６１のマスキングを除去し、保護層６８を成膜する（Ｄ）。なお、発熱素子形成のためのエッチング時に温度センサ用の配線パターンを形成しておき、その後、温度センサを成膜するようにしてもよい。

回路基板４４は、その両面にサーマルヘッド２４の制御回路（図示せず）が形成されており、図２に示すように、素子基板２８の後方に配置されている。素子基板２８のドライバＩＣ５０と回路基板４４との間は、ジャンパ線７０によって接続されている。また、回路基板４４の最後端部には、サーマルヘッド２４の制御回路，温度センサ５６をそれぞれヘッドドライバ３６，システムコントローラ３４に接続する主走査方向に細長いコネクタ７２が取り付けられている。

回路基板４４の両端近傍には、前記配線パターン６６をコネクタ７２に接続するための配線パターン７４が形成されており、配線パターン６６，７４の間は、ジャンパ線７６によって接続されている。また、ドライバＩＣ５０、及びジャンパ線５４，７０，７６は、ジャンパ線５４，７０，７６が断線しないように、透明な保護樹脂７８によって覆われている。

画像記録時、発熱素子３０の温度が変化するのに応じて温度センサ５６の抵抗値が変化し、その抵抗値の変化をコネクタ７２を介してシステムコントローラ３４が逐次読み取る。システムコントローラ３４は、温度センサ５６の抵抗値の変化に基づいて、画像の濃度ムラが発生しないように、ヘッドドライバ３６を介して発熱素子３０の駆動を制御する。

また、図５に示すように、温度センサ５６は薄膜で形成され、記録紙１２の搬送路に突出するところがないから、記録紙１２の搬送になんら悪影響を与えることがない。また、温度センサ５６は発熱素子アレイ３２の近傍の素子基板２８に設けられているから、発熱素子アレイ３２の温度を最もよく反映している素子基板２８の温度、すなわち発熱素子３０近傍の温度を熱応答性よく正確に測定できる。

次に、上記構成を有するカラー感熱プリンタ１０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１４の正転によって給紙ローラ１６が反時計方向に回転され、記録紙１２が記録紙ロール１２ａからＡ方向に送り出される。記録紙１２の先端部は搬送経路内を移動して、搬送ローラ対２０にニップされ、さらにＡ方向下流側に搬送される。

記録紙１２が画像記録開始位置に到達すると、搬送モータ１４の回転が一旦停止される。次いで、プラテンローラ２６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１２が挟持される。この状態で再び搬送モータ１４が駆動され、記録紙１２がＡ方向に搬送されながら、ヘッドドライバ３６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１２のイエロー感熱発色層にイエロー画像が記録される。

このイエロー画像の記録に際して、素子基板２８の表面温度の変化に応じて温度センサ５６の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化がシステムコントローラ３４によって読み取られ、発熱素子３０近傍の温度が迅速かつ高精度に測定される。そして、この測定結果に応じて、画像の濃度ムラが発生しないように、システムコントローラ３４によりヘッドドライバ３６を介して発熱素子３０の駆動が制御される。この制御は、発熱素子３０に印加される駆動電圧を１ライン記録する毎にリアルタイムに変化させることにより行われ、１画面内で精度よく濃度補正が行われる。

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３７のイエロー用定着光源３７ａに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１４の回転が停止される。このとき、プラテンローラ２６がシフト機構によって下降され、サーマルヘッド２４とによる記録紙１２の挟持が解除される。次いで、ランプドライバ４０によりイエロー用定着光源３７ａが点灯され、搬送モータ１４が逆転されて記録紙１２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１４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２６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１２が挟持される。この状態で再び搬送モータ１４が駆動され、記録紙１２がＡ方向に搬送されながら、記録紙１２のマゼンタ感熱発色層にマゼンタ画像が記録される。このマゼンタ画像の記録に際しても、イエロー画像の記録時と同様に、発熱素子３０近傍の温度が迅速かつ高精度に測定され、画像の濃度ムラが発生しないように発熱素子３０の駆動が制御される。

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３７のマゼンタ用定着光源３７ｂに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１４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４０によりマゼンタ用定着光源３７ｂが点灯され、搬送モータ１４が逆転されて記録紙１２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１４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１２のシアン感熱発色層にシアン画像が記録される。このシアン画像の記録に際しても、イエロー，マゼンタ画像の記録時と同様に、発熱素子３０近傍の温度が迅速かつ高精度に測定され、画像の濃度ムラが発生しないように発熱素子３０の駆動が制御される。

画像記録後の記録紙１２は、搬送ローラ対２０によりＡ方向に搬送され、カッター３８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２２により排紙口３９から外部に排出される。

上記のように、素子基板２８の表面の発熱素子アレイ３２の近傍に薄膜状の温度センサ５６を配置したので、記録紙１２と温度センサ５６とが接触して印画障害を起こすことがない。また、温度センサをドライバＩＣ列の部分に実装する従来の手法のように、主走査方向のヘッドの寸法が必要以上に大きくなることがない。また、加工がし難い素子基板に凹部を形成し、この凹部にドライバＩＣ及び温度センサを埋設する従来の手法と比べて、製造コストが掛からない。

以上説明した第１実施形態では、温度センサ５６の所定温度における抵抗値は、グレーズ層５８の表面に成膜したクロム合金の大きさ（長さと幅と厚み）によって決まる。図６及び図７に示す本発明の第２実施形態であるサーマルヘッド８０の温度センサ８２は、前記温度センサ５６の抵抗値よりも小さくなるが、クロム合金層８４の上にアルミニウム層８６を成膜してから、このアルミニウム層８６を部分的にエッチングすることにより（図６（Ａ））、温度センサ８２の抵抗値を変更することができる。

また、上記第１実施形態では、発熱抵抗体層６０と電極層６１の両方をエッチングにより除去したグレーズ層上に温度センサを成膜したが、電極層６１のみを除去して発熱抵抗体層６０の上に温度センサを成膜するようにしてもよい。

また、上記第１，第２実施形態では、発熱素子アレイ全体の温度を検出したが、図８に示す第３実施形態のサーマルヘッド９０は、主走査方向に位置が異なる３個の温度センサ９１〜９３を備え、発熱素子アレイ９６の主走査方向の温度分布を取得している。これにより、よりきめ細かな濃度ムラ補正を行うことができる。

また、上記第１〜第３実施形態温度センサの抵抗値変化に基づいて発熱素子に印加される駆動電圧を１ライン記録する毎にリアルタイムに変化させることにより１画面内での濃度補正を行ったが、例えば連続プリントを行う際に、前回のプリント時に取得した温度データに基づいて画像データを補正し、この画像データによって次回のプリントを行うプリント間濃度補正を行ってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、カラー感熱プリンタで用いられるサーマルヘッド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。

本発明に係るカラー感熱プリンタの構成を示す概略図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの構成を示す斜視図である。 温度センサの形成工程を示す説明図である。 温度センサと発熱素子との関係を示す説明図である。 温度センサと記録紙との関係を示す説明図である。 第２実施形態の層構造を示す説明図である。 第２実施形態の構成を示す説明図である。 第３実施形態の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０ カラー感熱プリンタ
１２ カラー感熱記録紙（記録紙）
２４，８０，９０ サーマルヘッド
２８ 素子基板
３０ 発熱素子
３２，９６ 発熱素子アレイ
４４ 回路基板
５０ ドライバＩＣ
５２，６６，７４ 配線パターン
５６，８２，９１〜９３ 温度センサ
５８ グレーズ層
６０ 発熱抵抗体層
６１ 電極層
６２ 電極
８４ クロム合金層
８６ アルミニウム層

Claims (4)

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素子基板の表面に設けた記録ヘッドにおいて、
   前記発熱素子アレイ近傍の素子基板の表面に温度センサを設けたことを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記温度センサは、温度依存性を有する薄膜の抵抗体であることを特徴とする請求項１記載の記録ヘッド。
3. 前記温度センサは、前記発熱素子アレイの長手方向と平行かつ発熱素子アレイの長さとほぼ同じ長さに成膜されていることを特徴とする請求項２記載の記録ヘッド。
4. 前記温度センサは、前記発熱素子を構成する抵抗体層とその上に成膜された電極層の両方又は電極層のみを部分的エッチングにより除去した後に成膜されることにより形成されることを特徴とする請求項２または３記載の記録ヘッド。
   

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