JP2007301722A - サーマルヘッド、プリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の発熱素子のそれぞれ温度を正確に測定可能なサーマルヘッド、及びこれを備えたプリンタを提供する。
【解決手段】セラミック基板１上に、一部を膨出させたグレーズ層２と、発熱抵抗体層３と、個別電極４ａおよび共通電極４ｂからなる電極パターン４と、保護層５とが順次積層されてなる発熱素子１９を複数備えるサーマルヘッド１８において、発熱素子１８のそれぞれの近傍に温度検出を行う感熱素子１０を配置した。
【選択図】図３

Description

本発明は、発熱素子の温度を正確に測定可能なサーマルヘッド、及びこれを備えたプリンタに関する。

昇華型プリンタは、インクリボンを用紙に押し当ててサーマルヘッドにより加熱することで、用紙上に文字や画像などを印字するものである。この昇華型プリンタにおいては、サーマルヘッドの温度は、用紙に形成する文字や画像の品質に深く影響する。例えば、サーマルヘッドの温度が高すぎる場合には、画像濃度が濃くなりすぎるなどの影響がある。

このため、従来の昇華型プリンタでは、サーマルヘッドの温度を測定し、測定結果に基づいて、サーマルヘッドの温度制御を行うことで、画像品質への影響を防止している。
例えば、下記特許文献１では、サーマルヘッドを構成する発熱素子自体を感熱素子としても用いることで、サーマルヘッドの温度を測定する技術が開示されている。また、下記特許文献２では、個々の発熱素子の近傍にペルチェ素子等の熱電変換素子を配置して、サーマルヘッドの温度を測定する技術が開示されている。
特許第３５６７２４１号公報 特開２０００−２５４６００号公報

しかしながら、上述した技術では、下記のような問題がある。すなわち、特許文献１の技術では、発熱素子を加熱する印字動作と、発熱素子を加熱せずに温度測定を行うセンサとして用いる動作とを切り替える必要があるため、例えば発熱素子を加熱する際には、その加熱が遅延してしまう等、効率的な文字・画像の形成が困難となる。また、特許文献２の技術では、熱電変換素子は一方の面が加熱された際には、他方の面が冷却されるため、発熱素子を所望の温度に制御することが困難となってしまう。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複数の発熱素子のそれぞれ温度を正確に測定可能なサーマルヘッド、及びこれを備えたプリンタを提供することを目的とする。

本発明に係るサーマルヘッド、プリンタでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第一の発明は、セラミック基板上に、一部を膨出させたグレーズ層と、発熱抵抗体層と、個別電極および共通電極からなる電極パターンと、保護層とが順次積層されてなる発熱素子を複数備えるサーマルヘッドにおいて、前記発熱素子のそれぞれの近傍に温度検出を行う感熱素子を配置したことを特徴とする。

また、前記感熱素子は、熱電対又はサーミスタであることを特徴とする。
また、前記感熱素子は、前記発熱素子上に形成されることを特徴とする。特に、前記感熱素子は、前記発熱素子上の前記保護層膜内に形成されることを特徴とする。
また、前記感熱素子の検出結果に基づいて、前記発熱素子の温度制御を行うことを特徴とする。

第二の発明に係るプリンタは、第一の発明に係るサーマルヘッドを備えることを特徴とする。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、サーマルヘッドを構成する複数の発熱素子のそれぞれ温度を正確に測定可能となる。したがって、用紙に文字や画像等を高い品質で形成することが可能となる。

以下、本発明に係るサーマルヘッド、プリンタの実施形態について図を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る昇華型プリンタＰのプリント部を示す概略構成図である。
図１（ａ）に示すように、ロール紙３１（供給側）から巻き出されたプリント用紙３２の上面側には、巻き出し側の供給コア３４に巻かれたインクリボンロール３３（未使用部分）、インクリボン用ガイドロール３６、サーマルヘッド１８、インクリボン用ガイドロール３７、巻き取り側の巻取コア３８が順に配置される。
インクリボンロール３３から巻き出されたインクリボン３５は、ガイドロール３６にガイドされてロール紙３１から巻き出されたプリント用紙３２と重ね合わせられ、サーマルヘッド１８とプラテンロール３９との間を搬送された後、ガイドロール３７を介して巻取コア３８に巻き取られる。

プリント用紙３２の下面側には、サーマルヘッド１８に対向する位置にプラテンロール３９が配置され、このプラテンロール３９によりプリント用紙３２がサーマルヘッド１８の発熱素子１９（図１（ｂ）参照）に適度に押圧される。
また、ピンチロール４０に対向する位置にはフィードロール４１が配置される。これらピンチロール４０とフィードロール４１の間にプリント用紙３２を挟み込んでフィードロール４１を回転駆動することによりプリント用紙３２が搬送される。

また、サーマルヘッド１８は、図１（ｂ）に示すように、形成する画像の１ライン分の各ドットに対応して設けられた発熱素子１９からなり（発熱素子１９が複数ライン配置される場合もある）、これらの発熱素子１９にパルス通電することにより、インクリボン３５の染料または顔料がプリント用紙３２に転写される。

図２は、インクリボン３５の例を示す図である。
インクリボン３５には、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の３色のインク層と、ＯＰ（オーバーコート層）が周期的に配置されている。そして、インクリボン３５のインク層中の点線で示す領域が、プリント用紙３２にプリントされる。

このような構成を備える昇華型プリンタＰにおいては、プリント濃度（階調）をサーマルヘッド１８からインクリボン３５に与える熱の強さで変化させている。インクリボン３５に強い熱を与えると、高い濃度で画像等がプリント用紙３２にプリントされ、弱い熱を与えると低い濃度でプリント用紙３２に画像等がプリントされる。

図３は、サーマルヘッド１８の要部拡大図及び断面図である。
図３（ａ）に示すように、アルミナ基板１の上面１ａにはガラスグレーズ層２が積層され、このガラスグレーズ層２の上面には抵抗膜による発熱抵抗体層３が形成され、更にこの発熱抵抗体層３の上面には所定の距離を隔てて個別電極４ａおよび共通電極４ｂからなる電極パターン４が形成されている。そして、これら発熱抵抗体層３、個別電極４ａおよび共通電極４ｂを覆って、耐酸化性と耐摩耗性の機能を有する保護層５が形成されている。
発熱素子１９は、グレーズ層２、発熱抵抗体層３、電極パターン４および保護層５によって形成されている。そして、発熱抵抗体層３において、個別電極４ａおよび共通電極４ｂに覆われていない部分が発熱する。このような発熱素子１９は、アルミナ基板１上に複数備えられている。

そして、図示しない給電制御部より個別電極４ａおよび共通電極４ｂを通して、発熱抵抗体層３に電流が流れると、個別電極４ａおよび共通電極４ｂに挟まれた発熱抵抗体層３、すなわち発熱素子１９にジュール熱が発生する。
そして、この熱により、図示しない感熱紙を発色させたり、インクリボンのインクを溶融させ、インクを用紙に転写させたり、インクリボン中の染料を受容紙に拡散移行させることで、印画する。

ガラスグレーズ層２には、上方に円弧状に膨出する膨出部２ａが設けられている。この膨出部２ａの曲率半径はＲ１．５以上Ｒ４．５以下の範囲に設定されている。またグレーズ層２の厚さが３０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に設定されている。
このように膨出部２ａを設けることで、保護層５と感熱紙等とが接触したときの単位面積あたりの面圧を大きくすることができ、感熱紙等に対して熱伝達を高めることができる。これにより印刷品質を向上できる。また、グレーズ層２の厚さが３０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に設定されているので、発生したジュール熱を十分蓄えることができ、その後の印画時に必要な発熱素子１９に対しての熱を還流することができ、熱効率を向上することができる。

発熱素子１９上に形成された保護層５内には、発熱素子１９の温度を測定するための感熱素子としての熱電対１０が配置される。
熱電対１０は、２本の異なる材料からなる薄膜金属線１１，１２の一端同士を接続し、他端の電位差を測定することで、接点部１３の温度を求めるものである。そして、２本の異なる薄膜金属線１１，１２の接点部１３、すなわち温度を測定する部分は、発熱素子１９の近傍に配置される。具体的には、発熱素子１９上に形成された保護層５ａと保護層５ｂの間に配置される。
これにより、各発熱素子１９の温度を測定し、この温度情報に基づいて個別電極４ａおよび共通電極４ｂへの印加電圧を制御することで、各発熱素子１９の発熱温度を所望の温度とする制御が行われる。

熱電対１０の接点部１３は、一列に並べられた複数の発熱素子１９上に配置される。熱電対１０の接点部１３は、薄膜金属線１１，１２を積層して形成されるため、発熱素子１９上に配置されたとしても、発熱素子１９の発熱が表面側に伝わりづらくなるという不都合は殆どない。
熱電対１０を構成する２本の薄膜金属線１１，１２の材料の組み合わせとしては、クロメル（ニッケルおよびクロムを主とした合金）とアルメル（ニッケルを主とした合金）が代表的であるが、その他に、鉄とコンスタンタン（銅およびニッケルを主とした合金）、銅とコンスタンタン、クロメルとコンスタンタン等が知られている。これらのいずれの組み合わせであってもよい。
また、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、接点部１３の大きさは、発熱素子１９の大きさと略同一に設定される。これにより、発熱素子１９の全域の温度を測定することが可能となる。
なお、薄膜金属線１１，１２の他端は、共通電極４ｂと同様に、アルミナ基板１に外縁領域に露出するように形成される。

サーマルヘッド１８は、以下の製造方法で製作される。主に熱電対１０の形成方法の一例を概説する。
まず、公知の製造方法により、アルミナ基板１上に、ガラスグレーズ層２、発熱抵抗体層３、電極４ａ、４ｂ、第一保護層５ａを形成する。
次いで、第一保護層５ａ上に、その一部が発熱素子１９を覆うように薄膜金属線１１を形成する。更に、発熱素子１９上において、薄膜金属線１１と一部が重なるように、薄膜金属線１２を形成する。薄膜金属線１１，１２は、それぞれ蒸着法やスパッタ法を用いて成膜され、その後、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を経て形成される。
そして、最後に、第二保護層５ｂを形成する。この際、薄膜金属線１１，１２の一部が露出するように形成する。これにより、第一保護層５ａと第二保護層５ｂとからなる保護層５が形成される。
なお、薄膜金属線１１，１２の露出部は、アルミニウムや銅などの金属膜を蒸着法やスパッタ法を用いて成膜し、その後フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を経て形成され、端子部として用いられる。そして、薄膜金属線１１，１２の端子部と上述した温度補償回路５３とは、不図示のワイヤボンド（金線接続）あるいはフレキシブルプリント基板を半田付けすることで、電気的に接続される。

図４は、サーマルヘッド１８の温度制御回路図である。なお、図４においては、発熱素子１９を一つのみ図示している。
発熱素子１９は、印字用印加電圧Ｖ１とトランジスタ５１に接続される。ＣＰＵ５２からは、印字速度に応じたストローブ信号（波形Ａ）が出力される。
発熱素子１９の直上に形成された熱電対１０は、薄膜金属線１１，１２を介して温度補償回路５３に接続され、その出力は増幅器５４を経て比較器５５に入力される。
ＣＰＵ５２からは、熱電対１０の熱起電力を一定に保つための比較用設定電圧Ｖ２が出力され、Ｄ／Ａ変換器５６にアナログデータとして比較器５５に入力される。
比較器５５は、熱電対１０からの熱起電力の値と、ＣＰＵ５２からの設定電圧を比較し、その出力をＡＮＤ回路５７へ出力する（波形Ｂ）。
そして、発熱素子１９は、比較器５５で比較用設定電圧Ｖ２と熱電対１０からの熱起電力とが一致するまで、すなわち発熱素子１９が所望の温度となるまで、ＡＮＤ回路５７の動作により、トランジスタ５１は通電状態となり（波形Ｃ）、加熱され続ける。
一方、熱電対１０からの熱起電力が比較用設定電圧Ｖ２よりも大きくなった場合には、ＡＮＤ回路５７の動作によりトランジスタ５１は通電を停止し（波形Ｃ）、発熱素子１９が冷却される。
このようなフィードバック制御を１ライン印字毎に繰り返すことにより、発熱素子１９は、一定温度に保たれる（波形Ｄ）。

上記の構成を有する、サーマルヘッド１８、昇華型プリンタＰによれば、複数の発熱素子１９のそれぞれ温度を、熱電対１０により正確に測定することが可能となる。したがって、プリント用紙３２に文字や画像等を高い品質で形成することが可能となる。
図５に示すように、サーマルヘッド１８の主走査方向（図５（ａ）参照）、副走査方向（図５（ｂ）参照）のいずれの方向も印字の濃度が従来に比べて一定となる。なお、印字の濃度は、発熱素子１９の温度と保持時間との積に比例する関係を有するので、サーマルヘッド１８の発熱素子１９の温度を一定に制御することで印字の濃度が安定する。

上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述した実施形態においては、発熱素子１９上に熱電対１０を配置することで、各発熱素子１９の温度を測定する場合について説明したが、これに限らない。例えば、熱電対１０に代えて、サーミスタを配置してもよい。なお、サーミスタ(thermistor)とは、温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体のことである。サーミスタとしては、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄などの酸化物を混合して焼結したもの等がある。

また、上述した実施形態においては、熱電対１０の接点部１３を発熱素子１９の直上に形成する場合について説明したが、発熱素子１９の近傍であればよい。
また、熱電対１０を第一保護層５ａ及び第二保護層５ｂからなる保護層５内に形成する場合について説明したが、例えば、ガラスグレーズ層２の上面あるいは発熱抵抗体層３の上面に形成してもよい。

本実施形態に係る昇華型プリンタＰのプリント部を示す概略構成図である。 インクリボン３５の例を示す図である。 サーマルヘッド１８の要部拡大図及び断面図である。 サーマルヘッド１８の温度制御回路図である。 サーマルヘッド１８による印字の濃度を従来例と比較した図である。

符号の説明

Ｐ…昇華型プリンタ
１…アルミナ基板（セラミック基板）
２…ガラスグレーズ層
３…発熱抵抗体層
４…電極パターン
４ａ…個別電極
４ｂ…共通電極
５（５ａ，５ｂ）…保護層
１０…熱電対（感熱素子）
１１，１２…薄膜金属線
１３…接点部
１８…サーマルヘッド
１９…発熱素子

Claims (6)

1. セラミック基板上に、一部を膨出させたグレーズ層と、発熱抵抗体層と、個別電極および共通電極からなる電極パターンと、保護層とが順次積層されてなる発熱素子を複数備えるサーマルヘッドにおいて、
   前記発熱素子のそれぞれの近傍に温度検出を行う感熱素子を配置したことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記感熱素子は、熱電対又はサーミスタであることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記感熱素子は、前記発熱素子上に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記感熱素子は、前記発熱素子上の前記保護層膜内に形成されることを特徴とする請求項３に記載のサーマルヘッド。
5. 前記感熱素子の検出結果に基づいて、前記発熱素子の温度制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のサーマルヘッドを備えるたことを特徴とするプリンタ。
   
   
   
   

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