JP2006297665A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 濃度ムラのないカラープリントを得る。
【解決手段】 カラー感熱プリンタのサーマルヘッド２６を、セラミック基板４５と、プリント基板４６と、放熱板４７とから構成する。セラミック基板４５の表面に部分グレーズ５０を形成する。部分グレーズ５０の頂上付近に、複数の発熱素子（図示せず）を所定間隔で配列する。セラミック基板４５の裏面に、薄膜サーミスタ６０を薄膜成形技術で形成する。放熱板４７の薄膜サーミスタ６０が対面する部分に凹状の収納凹部６８を形成する。薄膜サーミスタ６０による温度測定結果に基づき、画像の濃度ムラが発生しないように各発熱素子（図示せず）の駆動を制御する。これにより、濃度ムラのないカラープリントが得られる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の発熱素子が配列された素子基板と、この素子基板の裏面に固着された放熱板とから構成されるサーマルヘッドに関するものである。

サーマル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、副走査方向にカラー感熱記録紙を搬送する間に、主走査方向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印画を行う。

サーマルヘッドは、発熱素子が配列されたセラミック基板と、この素子基板の裏面に固着され、アルミ材等から形成された放熱板と、セラミック基板に併設され、各発熱素子を駆動するドライバＩＣ等が実装されたプリント基板とから構成されている。そして、サーマルヘッドは、カラー感熱記録紙が副走査方向に搬送される際に、各発熱素子を１ライン分の画像データに基づき所定の温度に発熱させる。こうして、カラー感熱記録紙が１ライン分ずつ送られる間に、主走査方向のライン画像が１ラインずつ順次印画されて１画面分のカラープリントが得られる。

品質の良いカラープリントを得るためには、サーマルヘッドの各発熱素子を画像データに応じた適切な温度に発熱させる必要があるが、何枚も連続して印画を行うと放熱板による放熱が追いつかなくなって、サーマルヘッドが蓄熱してしまう。その結果、各感熱発色層の発色濃度が目標よりも高くなって、カラープリントに濃度ムラが発生してしまう。そのため、カラー感熱プリンタには、発熱素子近傍の温度を測定可能なサーミスタ等の温度センサが設けられている。そして、このサーミスタの温度測定結果に応じて、所望の発色濃度が得られるように発熱素子の発熱量を制御している。

このサーミスタがセラミック基板の表面に設けられていると、印画に際してサーミスタがカラー感熱記録紙と接触するおそれがある。そのため、サーミスタの取り付け位置を調整する必要があり、セラミック基板上に形成される配線パターン等のレイアウトが大きな制約を受けてしまう。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、サーミスタをプリント基板の裏面に取り付けるとともに、放熱板のサーミスタと当接する部分に凹状の収納凹部を形成し、さらに、収納凹部内面とサーミスタとの間隙に充填剤を充填している。これにより、レイアウト等に影響を及ぼすことなく、発熱素子近傍の温度を正確に測定することができる。
特開２００３−１１４０７号公報（第３〜４頁、第１図）

ところで、前記特許文献１記載のサーマルヘッドでは、サーミスタを接着剤、樹脂、シリコングリス等を用いてプリント基板の裏面に取り付けているため、取付け時の衝撃・振動などでサーミスタの取付位置が僅かにずれたり、充填剤中でサーミスタが僅かに浮き上がったりしてしまう。その結果、サーミスタの取付位置のずれや浮き上がりなどにより、サーミスタの測定温度と発熱素子近傍の実温度との間に誤差が生じるとともに、この誤差が個々のサーミスタの取付位置のずれ等によって個々に違ってしまい、温度測定を精度良く行うことができない。

本発明は上記問題を解決するためのものであり、サーミスタの取り付けに起因する測定温度と実温度との間の誤差を少なくすると共に、この誤差を一定にするようにしたサーマルヘッドを提供することを目的とする。

本発明のサーマルヘッドは、複数の発熱素子が配列された素子基板と、前記素子基板の発熱素子配列側とは反対側の面に固着され、前記素子基板に蓄えられた熱を外部に放す放熱部材と、前記素子基板の放熱部材固着側の面に設けられ、前記発熱素子近傍の温度を測定する薄膜状の温度検出素子とを備えることを特徴とする。

また、前記放熱部材の前記温度検出素子が対面する部分に、前記温度検出素子と非接触の収納凹部を有することが好ましい。また、前前記放熱板は、接着層を介して前記素子基板に固着され、前記温度検出素子の厚みは、前記接着層の厚みよりも薄いことが好ましい。また、前記温度検出素子は、放熱部材固着側の面に形成または貼り付けされた薄膜サーミスタであることが好ましい。

本発明のサーマルヘッドは、複数の発熱素子が配列された素子基板と、前記素子基板に蓄えられた熱を外部に放す放熱部材と、前記素子基板の放熱部材固着側の面に設けられ、前記発熱素子近傍の温度を測定する薄膜状の温度検出素子とから構成されているので、従来のように温度検出素子を取り付ける際の取付位置のずれや浮き上がりに起因する測定温度と実温度との誤差を少なくするとともに、この誤差の大きさを個々のヘッドでほぼ同じにすることができる。その結果、ヘッドの較正を簡単に行うことができる。また、前記放熱板の温度検出素子が対面する部分に形成された収納凹部の不均一性に起因する温度ムラなどによって、測定温度と実温度との間に生じる誤差も少なくすることができる。

図１は本発明を実施した１ヘッド３パス方式のカラー感熱プリンタ（以下、単にプリンタという）１０の概略図である。このプリンタ１０では、長尺のカラー感熱記録紙（以下、単に記録紙という）１１をロール状に巻いた記録紙ロール１２が記録媒体として使用される。記録紙ロール１２はプリンタ１０の給紙部にセットされ、その外周には給紙ローラ１３が圧接している。

給紙ローラ１３は、ステッピングモータ（以下、単にモータという）１５によって回転駆動される。この給紙ローラ１３は、記録紙ロール１２を回転させて記録紙１１を引き出して、記録紙１１を給紙部から排紙口へと至る搬送経路内に送り込む。そして、プリント終了後には、記録紙１１の未記録エリアを記録紙ロール１２に巻き戻し、光や湿度の影響を防止する。

記録紙１１は、周知のように、支持体上にシアン（Ｃ）感熱発色層、マゼンタ（Ｍ）感熱発色層、イエロー（Ｙ）感熱発色層が順次層設されている。最上層となるＹ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Ｃ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。また、Ｙ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。Ｍ感熱発色層は、Ｙ感熱発色層とＣ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、記録紙１１に例えばブラック感熱発色層を設けて４層構造にしてもよい。

搬送経路内には、記録紙１１を挟み込んで搬送する搬送ローラ対１７が配置されている。この搬送ローラ対１７は、モータ１５によって回転駆動されるフィードローラ１８と、このフィードローラ１８に圧接して記録紙１１を挟み込むピンチローラ１９とからなり、記録紙１１を主走査方向と直交する副走査方向、つまり、図中Ａ方向とＢ方向とに搬送する。

搬送ローラ対１７のＡ方向の下流側には、搬送経路に沿って上流側からサーマルヘッド２６及びプラテンローラ２７、光定着器２８、カッタ２９、排紙口３０が順に配置されている。サーマルヘッド２６及びプラテンローラ２７は、記録紙１１の搬送経路を挟み込むように配置されている。

サーマルヘッド２６は、本発明を実施したものであり、記録紙１１の搬送経路の上方に配置されている。このサーマルヘッド２６は、詳しくは後述するが、多数の発熱素子３２（図２参照）を主走査方向に沿ってライン状に配列した発熱素子アレイ３３を備えている。また、サーマルヘッド２６は、図示しないヘッド移動機構により、記録紙１１に発熱素子アレイ３３を圧接させて印画を行う圧接位置と、記録紙１１から離れてプラテンローラ２７との間に隙間を形成する退避位置との間で移動自在とされている。また、プラテンローラ２７は、記録紙１１の搬送に応じて従動回転し、記録紙１１と発熱素子アレイ３３との当接状態を安定させる。

発熱素子アレイ３３は、搬送ローラ対１７により記録紙１１がＢ方向に搬送される際に、印画する画像の１ライン分の画像データに基づいて発熱される。こうして、記録紙１１が搬送ローラ対により１ライン分ずつ送られる間に、記録紙１１の記録エリア内の特定の感熱発色層が１ラインずつ発色されて、主走査方向のライン画像が１ラインずつ順次印画される。

光定着器２８は、記録紙１１の記録面と対面するように配置されている。この光定着器２８は、イエロー（Ｙ）定着ランプ３４、マゼンタ（Ｍ）定着ランプ３５、リフレクタ３６等から構成される。Ｙ定着ランプ３４は、発光ピークが４２０ｎｍの近紫外線を放射して、記録紙１１のＹ感熱発色層を定着する。Ｍ定着ランプ３５は、３６５ｎｍの紫外線を放出してＭ感熱発色層を定着する。

カッタ２９は、Ｃ画像の印画が完了した記録紙１１を所定のプリントサイズにカットして、カラープリント（図示せず）を形成する。そして、このカラープリントは排紙口３０から排出される。

モータ１５、サーマルヘッド２６（発熱素子アレイ３３）、定着ランプ２８、カッタ２９の駆動は統括制御部３８により制御される。統括制御部３８は、サーマルヘッド２６の駆動を制御するヘッドドライバ３９の他に図示は省略するが、モータ１５の駆動を制御するモータドライバ、定着ランプ２８の駆動を制御するランプドライバ、ＣＰＵ等から構成され、プリンタ１０の各部の動作を制御する。

次に、図２及び図３を用いて本発明のサーマルヘッド２６について説明を行う。ここで、図２はサーマルヘッド２６を図１中下方側（記録紙１１側）から見た斜視図であり、図３はサーマルヘッド２６を図１中上方側から見た分解斜視図である。サーマルへド２６は、大別してセラミック基板（素子基板）４５と、セラミック基板４５に併設されたプリント基板４６と、セラミック基板４５及びプリント基板４６の裏面に固着された放熱板４７とから構成される。ここで、本実施形態では、セラミック基板４５（プリント基板４６も同様）の記録紙１１と対向する側の面を「表面」と定義し、これと逆側の面を「裏面」と定義して説明を行う。

セラミック基板４５は、例えばアルミナ、アルミナセラミックなどの各種セラミック材料で形成されている。このセラミック基板４５の表面には、シリンドリカル突条に膨出された部分グレーズ５０が形成されている。この部分グレーズ５０は主走査方向に延びており、その表面に抵抗体膜が形成されている。この抵抗体膜上にはコモン電極５１ａ、個別電極５１ｂ、折り返し電極５１ｃがフォトエッチング等によりパターン形成されている。これら電極５１ａ〜５１ｃで挟まれたエリアが発熱素子３２となる。そして、これら複数の発熱素子３２が発熱素子アレイ３３を構成している。

コモン電極５１ａ、個別電極５１ｂの端部にはボンディングワイヤ５２が接続されており、このボンディングワイヤ５２を介して各発熱素子３２はプリント基板３２に接続されている。また、上述の抵抗体膜及び各電極５１ａ〜５１ｃは保護層によって覆われている。なお、発熱素子を構成する抵抗体膜やその上に形成される各電極５１ａ〜５１ｃのパターンは図示例に限定されるものではなく、適宜変更してよい。

プリント基板４６には、各発熱素子３２への通電を制御するドライバＩＣ５４、及びこのドライバＩＣ５４と電極５１ａ，５１ｂとを接続するための配線パターン５５が設けられている。なお、ドライバＩＣ５４は、それぞれ配線パターン５７及び図示しないコネクタ等を介してヘッドドライバ３９に接続されている。そして、印画時にはヘッドドライバ３９が各ドライバＩＣ５４を制御して、各発熱素子３２をそれぞれ画像データに応じた適切な温度に発熱させる。

放熱板４７は、熱伝導性の高い材料、例えばアルミや銅などからなり、発熱素子３２の発熱によりセラミック基板４５中に蓄積された熱の一部を外部に拡散させる。この放熱板４７は、熱伝導性を有する接着層５８（図４参照）を介してセラミック基板４５及びプリント基板４６の裏面側に固着されている。これにより、発熱素子３２やセラミック基板４５の温度が過度に高熱になるのが防止される。

この放熱板４７による放熱にも限度があるため、印画が何枚も連続して行われると発熱素子３２やセラミック基板４５が蓄熱してしまうことがある。そのため、発熱素子３２近傍の温度を正確に測定して、その温度測定結果に基づいて発熱素子３２への通電量を制御することでカラープリント（図示せず）に濃度ムラが発生しないようにする。この際に、サーミスタを従来のようにセラミック基板４５やプリント基板４６の裏側に配置した場合には、上述したようにサーミスタの取り付け位置のずれ、浮き上がりや、放熱板４７に形成された収納凹部に起因する温度ムラなどによって、測定温度と実温度との間に誤差が生じるとともに、この誤差が個々のヘッドで異なってしまう。その結果、ヘッドの較正に手間が掛かってしまう。

そこで、本実施形態ではセラミック基板４５の裏面側に薄膜形状の薄膜サーミスタ６０を直接に薄膜成形技術により形成して発熱素子３２近傍の温度を測定する（図３参照）。薄膜サーミスタ６０は、温度変化に対する抵抗値の変化が大きい金属酸化膜（発熱抵抗体）である。この薄膜サーミスタ６０は、スパッタリング法などの既知の薄膜成形技術を用いて、発熱素子３２の直下の近傍に形成されている。従来のようにサーミスタを接着剤、樹脂、シリコングリス等を用いて取り付けるのではなく、薄膜成形技術を用いてセラミック基板４５の裏面に直接形成したので、取付位置がずれたり、浮き上がったりするおそれはない。

さらに、本実施形態では、薄膜サーミスタ６０は主走査方向に沿って複数個形成されている。なお、薄膜サーミスタ６０を主走査方向に複数個形成する代わりに、薄膜サーミスタ６０を中央に１個だけ形成してもよい。この場合には、中央のみが黒い画像データを印画すると薄膜サーミスタ６０による測定温度は高くなるのに対して、主走査方向の他の部分は温度が低いため、測定温度と実温度との誤差が大きくなってしまう。この問題の対応策として、本実施形態では薄膜サーミスタ６０を主走査方向に複数個形成することで、測定温度の平均化を図っている。

また、セラミック基板４５の裏面には、各薄膜サーミスタ６０にそれぞれ接続する一対のリード電極６２が形成されている。各リード電極６２は、フレキシブルプリント基板６５を介してプリント基板４６の裏面側に形成された配線パターン６６に接続されている。各配線パターン６６には、それぞれ図示しないコネクタ、配線等を介して図示しない電源、電流計、統括制御部３８に接続されている。そして、電源（図示せず）により各リード電極６２間（薄膜サーミスタ６０）に一定電圧を印加し、その時の通電量を電流計（図示せず）で測定することで測定温度が得られる。なお、薄膜サーミスタ６０及びリード電極６２の配置やパターニングは適宜変更してよい。

図４に示すように、本実施形態では、薄膜サーミスタ６０の厚みｄ１が接着層５８の厚みｄ２よりも厚く形成されている。そのため、放熱板４７には、薄膜サーミスタ６０が接触しないように、薄膜サーミスタ６０が対面する部分に凹状の収納凹部６８が形成されている。また、放熱板４７には、フレキシブルプリント基板６５が当接する部分にも同様の収納凹部６９が形成されている。薄膜サーミスタ６０の厚みｄ１は薄いので、収納凹部６８の大きさを小さくすることができる。そのため、この収納凹部６８の不均一性に起因する温度ムラが発生して、薄膜サーミスタ６０の測定温度と実温度との誤差が大きくなってしまうおそれはない。なお、収納凹部６８，６９の形状は凹状に限らず、半月状であってもよい。また、図４では、薄膜サーミスタ６０の厚みや、収納凹部６８の溝の深さを実際よりも強調して図示している。

また、リード電極６２、配線パターン６６は、それぞれ接着層５８で覆われているため放熱板４７とショートするおそれはないが、必要に応じてこれらを絶縁膜等で覆うようにしてもよい。

図１に示すように、各薄膜サーミスタ６０による測定温度は統括制御部３８に逐次送信される。そして、各薄膜サーミスタ６０から送信される測定温度に応じて、濃度ムラが発生しないように、統括制御部３８によりヘッドドライバ３９を介して各発熱素子３２（発熱素子アレイ３３）の駆動が制御される。

このように、本実施形態では従来のようにサーミスタを配置する代わりに、セラミック基板４５の裏面に薄膜サーミスタ６０を直接形成するようにしたので、取付位置のずれ、浮き上がりや、収納凹部６８の不均一性に起因する温度ムラなどによって、各薄膜サーミスタ６０の測定温度と実温度との誤差を少なくすることができる。

次に本実施形態のプリンタ１０の作用について説明する。図１に示すようにプリント開始操作がなされると、統括制御部３８はモータ１５を駆動して給紙ローラ１３及びフィードローラ１８を回転させる。これにより、記録紙ロール１２から記録紙１１が引き出される。

記録紙ロール１２から引き出された記録紙１１が搬送ローラ対１７に挟持されると、記録紙１１が記録紙ロール１２から引き出されてＡ方向に搬送される。そして、統括制御部３８は、記録紙１１の記録エリア（図示せず）の後端がサーマルヘッド２６を通過したら、退避位置にあるサーマルヘッド２６を圧接位置に移動させ、その発熱素子アレイ３３を記録紙１１の余白部（図示せず）に圧接させる。

次いで、統括制御部３８は、モータ１５を逆方向に回転させて記録紙１１をＢ方向に搬送する。この搬送中に、記録紙１１の記録エリアが発熱素子アレイ３３に到達したら、発熱素子アレイ３３を印画する画像データに基づき発熱させ、記録紙１１のＹ感熱発色層を発色させる。こうして、記録紙１１の記録エリア内にイエロー（Ｙ）画像が１ラインずつ印画される。

Ｙ画像の印画が完了したら、統括制御部３８は、圧接位置にあるサーマルヘッド２６を退避位置に移動させるとともに、搬送ローラ対１７により記録紙１１をＡ方向に搬送する。また、同時に光定着器２８のＹ定着ランプ３４を点灯させる。このＹ定着ランプ３４は、記録紙１１の記録エリア（図示せず）が光定着器２８を通過した時に消灯される。これにより、Ｙ画像が定着される。

Ｙ画像の定着が完了したら、統括制御部３８は、搬送ローラ対１７により記録紙１１をＢ方向に搬送する。この搬送中に、Ｙ画像印画時と同様にマゼンタ（Ｍ）画像が印画される。そして、統括制御部３８は、再び搬送ローラ対１７により記録紙１１をＡ方向に搬送して、Ｍ定着ランプ３５でＭ画像の定着を行う。そして、Ｍ画像の定着が完了したら、搬送ローラ対１７により記録紙１１をＢ方向に搬送して、この搬送中にＹ及びＭ画像印画時と同様にシアン（Ｃ）画像を印画する。

各画像の印画時には、サーマルヘッド２６のセラミック基板４５の裏面に形成された複数個の各薄膜サーミスタ６０を用いて、発熱素子３２近傍の温度を測定する。各薄膜サーミスタ６０による測定結果は、統括制御部３８に逐次送信される。そして、各薄膜サーミスタ６０から送信される測定温度に応じて、画像の濃度ムラが発生しないように、統括制御部３８によりヘッドドライバ３９を介して発熱素子３２の駆動が制御される。

この際に、本実施形態ではセラミック基板４５の裏面に薄膜サーミスタ６０を形成するようにしたので、従来のようにサーミスタの取付位置のずれ、浮き上がりや、収納凹部６８の不均一性に起因する温度ムラなどによって、測定温度と実温度との間に生じる誤差を少なくすることができる。その結果、濃度ムラのないカラープリント（図示せず）が得られる。また、個々のヘッドでの誤差をほぼ同じにすることができるので、各ヘッドの較正を簡単に行うことができる。

Ｃ画像の印画が完了したら、搬送ローラ対１７により記録紙１１はＡ方向に向けて搬送される。そして、カッタ２９により所定の位置で切り離されて、カラープリント（図示せず）が排紙口３０から排出される。その後、記録紙１１の先端が搬送ローラ対１７の位置まで搬送されて、次の印画処理待機状態になる。そして、一定時間を経過しても次の印画が指示されない場合には、記録紙１１を記録紙ロール１２に巻き戻した後、プリンタ１０の電源がオフされる。

なお、上記実施形態では、薄膜サーミスタ６０の厚みｄ１が接着層５８の厚みｄ２よりも厚く形成されているため、放熱板４７には凹状の収納凹部６８が形成されているが本発明はこれに限定されるものではない。例えば図５のサーマルヘッド７１に示すように、薄膜サーミスタ７２の厚みがｄ２よりも薄いｄ３である場合には、放熱板４７に収納凹部６８を形成する必要はない。その結果、収納凹部６８に起因する温度ムラが生じるおそれがなくなる。

また、上記実施形態では電極５１ａ，５１ｂと配線パターン５５とがボンディングワイヤ５２で接続されているが、本発明はこれに限定されるものでなく、フレキシブルプリント基板等を介して接続するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、薄膜サーミスタ６０を用いて発熱素子３２近傍の温度を測定しているが、本発明はこれに限定されるものでなく、セラミック基板４５の裏面に形成可能な各種の薄膜状の温度検出素子を用いてよい。

なお、上記実施形態では、セラミック基板４５の裏面に薄膜サーミスタ６０の構成部材を周知のスパッタリング法によって順次層設し、これを周知のフォトリソグラフィ技術やエッチング技術などによる所定パターンに加工して形成したが、これに代えて、上記のようにして構成した薄膜サーミスタをセラミック基板４５に一定の厚みの接着層を介して貼り付けてもよい。この場合にも、取付位置が不確定になる従来の充填剤による固定と異なり、セラミック基板４５への各薄膜サーミスタの取付状態がほぼ同じになるため、各薄膜サーミスタの取付状態がほぼ同じになるため、各薄膜サーミスタによる温度測定をほぼ一定の条件で行うことができ、精度のよい温度測定が可能になる。

上記実施形態では、カラー感熱プリンタ１０で用いられるサーマルヘッド２６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などにも適用することができる。

本発明を実施したカラー感熱プリンタの概略図である。 カラー感熱プリンタのサーマルヘッドを表面側から見た斜視図である。 サーマルヘッドを裏面側から見た分解斜視図である。 サーマルヘッドの断面図である。 他の実施形態のサーマルヘッドの断面図である。

符号の説明

１０ カラー感熱プリンタ
１１ カラー感熱記録紙
２６ サーマルヘッド
３２ 発熱素子
４５ セラミック基板
４６ プリント基板
４７ 放熱板
６０ 薄膜サーミスタ
６２ リード電極
６８ 収納凹部

Claims (4)

1. 複数の発熱素子が配列された素子基板と、
   前記素子基板の発熱素子配列側とは反対側の面に固着され、前記素子基板に蓄えられた熱を外部に放す放熱部材と、
   前記素子基板の放熱部材固着側の面に設けられ、前記発熱素子近傍の温度を測定する薄膜状の温度検出素子とを備えることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記放熱部材の前記温度検出素子が対面する部分に、前記温度検出素子と非接触の収納凹部を有することを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
3. 前記放熱板は、接着層を介して前記素子基板に固着され、
   前記温度検出素子の厚みは、前記接着層の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
4. 前記温度検出素子は、放熱部材固着側の面に形成または貼り付けされた薄膜サーミスタであることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のサーマルヘッド。
   
   

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