JP2009006587A - サーマルヘッド及び印画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化・低背化及び低コスト化が可能な耐ノイズ性の特性を向上したサーマルヘッド及び印画装置を提供する。
【解決手段】サーマルヘッド７０は、複数の発熱抵抗体７２を備えるヘッド本体への電流を供給する入力端子９４と、入力端子９４からヘッド本体に向けて形成された入力端子ライン９５と、印字ドットに合わせて複数設けられるとともに、入力端子ライン９５に並列接続された発熱抵抗体７２と、発熱抵抗体７２と並列に入力端子ライン９５に接続され、ノイズを低減するために設けられたチップバリスタ９３と、を有している。
【選択図】図６

Description

本発明は、サーマルヘッド及び印画装置に関し、特に、業務用や民生用の各種プリンタ機器に搭載されるサーマルヘッド及び、そのサーマルヘッドを搭載した印画装置に関する。

リライトプリンタ、カードプリンタ、ビデオプリンタ、バーコードプリンタ、ラベルプ
リンタ、ファクシミリ、券売機など各種の印画装置の感熱記録に用いられるサーマルヘッ
ドがある。この種のサーマルヘッドでは、所定温度まで加熱することで、メディアに印字
したり、印字された情報を消去したりする。より具体的には、サーマルヘッドは、直線的
に設けられた単体もしくは複数の発熱抵抗体に、選択的に電位を与えて発熱させ、得られ
た熱エネルギによって反応するメディアに文字や絵を印刷もしくは印刷されているものを
消去する。

このようなサーマルヘッドは、ＥＭＣ（電磁的両立性）対策として一般的には、発熱抵抗体と並列に電解コンデンサが接続されているものがある。

図９に従来のサーマルヘッドの概略回路構成を示す。

図９に示すように、従来のサーマルヘッド２００は、「ヘッド本体」としての発熱抵抗体２０１、アンドゲート２０２とノットゲート２０３から形成されたナンドゲート２０４及びコンデンサ２０５を備えている。発熱抵抗体２０１は、印字ドットに合わせて複数設けられている。ナンドゲート２０４は、それぞれの発熱抵抗体２０１に対応させて設けられている。コンデンサ２０５は、ノイズを低減するためのＥＭＣ対策として設けられている。また、サーマルヘッド２００は、複数の発熱抵抗体２０１に電流を供給する入力端子２０６と、入力端子２０６から複数の発熱抵抗体に向けて形成された入力端子ライン２０７を備えている。サーマルヘッド２００を用いた印画装置３００には、サーマルヘッドの断線を診断するための検出抵抗２０８、２０９に接続されたチェック端子２１０が設けられている。検出抵抗２０８、２０９は、発熱抵抗体２０１より抵抗値が高めに設定されている。

上記構成のサーマルヘッド２００では、印字するドットに合わせて発熱抵抗体２０１に対し、ナンドゲート２０４を介して電流が通電される。このとき、ノイズが入力端子２０６から入ってしまう場合がある。この場合、そのノイズは、コンデンサ２０５によって低減される。

また、上記構成のサーマルヘッド２００において、発熱抵抗体２０１の断線を診断する場合、診断する発熱抵抗体２０１を一個ずつ通電状態とし、チェック端子２１０を介して電圧チェックを行う。この場合、発熱抵抗体２０１への通電電流は一定の定電流とされる。

このとき、発熱抵抗体２０１に断線がない場合、通電電流のほとんどが発熱抵抗体２０１を流れるため、チェック端子２１０の電圧は低い値となる。これに対し、発熱抵抗体２０１に断線があると、通電電流のほとんどが検出抵抗２０８、２０９側に流れるため、チェック端子２１０の電圧は高い値となる。

このように、診断する発熱抵抗体２０１を一個ずつ通電状態とし、チェック端子２１０を介して電圧チェックを行うことで、発熱抵抗体２０１の断線の診断が行われる。

ところが、上述した従来のサーマルヘッド２００では、図９で説明したように、ノイズを低減するために、コンデンサ２０５が設けられている。そのため、この従来のサーマルヘッド２００では、コンデンサ２０５の充放電動作により、チェック端子２１０の電圧が安定するまで所定の時間を要するため、発熱抵抗体２０１の断線又は非断線の診断を素早く行うことができないという問題がある。

実際、サーマルヘッド２００の入力端子２０６にパルス電圧を印加したときのチェック端子２１０での電圧の時間変化を測定した。図１０は、そのときの応答特性である。横軸は時間を示し、縦軸は、チェック端子２１０での電圧を示す。また、このとき用いたコンデンサは、耐圧が３５Ｖで静電容量が２２μＦの電解コンデンサである。図１０から分かるように、かなり応答が遅く、電圧が安定するまでに１５２ｍｓｅｃもかかっている。

そこで、コンデンサ２０５の代わりに、ツェナーダイオードを使用して、そのチェックに時間がかかる問題を解消することが考えられている。

図１１は、コンデンサ２０５の代わりにツェナーダイオードを用いたときのサーマルヘッド２００の入力端子２０６にパルス電圧を印加したときのチェック端子２１０での電圧の時間変化を測定したときの応答特性である。横軸は時間を示し、縦軸はチェック端子２１０での電圧を示す。このとき用いたツェナーダイオードは、耐圧が３３Ｖで静電容量が２７．２ｐＦのものである。このとき、チェック端子２１０の電圧が安定するまでの時間は、０．００２７ｍｓｅｃとなり良くなっていることが分かる。

上記のようなサーマルヘッドの回路にツェナーダイオードを発熱抵抗体と並列に接続されたものが特許文献１に開示されている。
特開平１０−２７８３３４号公報

近年、サーマルヘッドの小型化・低背化が要望されているが、ツェナーダイオードのサイズは大きいため、ノイズを低減するためにツェナーダイオードを用いた場合、サーマルヘッドを小型化・低背化することが困難であった。また、ノイズを低減するためにツェナーダイオードを用いた場合、発熱抵抗体の断線のチェックに時間がかかる問題は解消することができるが、ノイズを低減するためにコンデンサを用いた場合に比べて、ノイズを低減するための性能は劣ることが分かった。

図１２は、図９で示された発熱抵抗体２０１に並列にコンデンサ２０５が接続されたサーマルヘッド２００の耐ノイズ特性の試験結果を示す。この実験は、入力端子２０６から所定の電圧のノイズを入力したときに生じる入力端子と接地間の電圧を測定した。図１２で横軸は、時間を示し、縦軸は入力端子と接地間の電圧を示す。このとき用いたコンデンサは、耐圧が３５Ｖで静電容量が２２μＦの電解コンデンサである。発生するノイズの電圧は、ピーク−ピーク値で８Ｖという値となっていた。

図１３は、図９で示された発熱抵抗体２０１に並列にコンデンサ２０５の代わりにツェナーダイオードが接続されたサーマルヘッド２００の耐ノイズ特性の試験結果を示す。この実験は、図１２での実験と同様に入力端子２０６から所定の電圧のノイズを入力したときに生じる入力端子と接地間の電圧を測定した。図１３で横軸は、時間を示し、縦軸は入力端子と接地間の電圧を示す。このとき用いたツェナーダイオードの耐圧は３３Ｖで静電容量は２７．２ｐＦのものである。発生するノイズの電圧は、ピーク−ピーク値で１５．５Ｖという値となり、コンデンサを用いたときに比べて、ノイズの低減が少なくあまり耐ノイズ耐性がよいものとはいえるものではなかった。

また、ツェナーダイオードはチップ化されたものもあるが、これは高価なものであり、サーマルヘッドの低コスト化には、利用することができなかった。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、小型化・低背化及び低コスト化が可能な耐ノイズ性の特性を向上したサーマルヘッド及び印画装置を提供することにある。

本発明に係るサーマルヘッド及び印画装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
本発明に係るサーマルヘッド（請求項１に対応）は、複数の発熱抵抗体を備えるヘッド本体への電流を供給する入力端子と、入力端子からヘッド本体に向けて形成された入力端子ラインと、印字ドットに合わせて複数設けられるとともに、入力端子ラインに並列接続された発熱抵抗体と、発熱抵抗体と並列に入力端子ラインに接続され、ノイズを低減するために設けられたチップバリスタと、を有することを特徴とする。
本発明に係る印画装置（請求項２に対応）は、上記のサーマルヘッドを用い、発熱抵抗体と並列に入力端子ラインに接続され、発熱抵抗体より高抵抗値を有する検出抵抗と、該検出抵抗に接続され、断線診断すべき発熱抵抗体を一個ずつ通電状態として電圧チェックを行うチェック端子とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、発熱抵抗体と並列に接続する、ノイズを低減するための素子としてチップバリスタを用いたことで、小型化、低背化及び低コスト化を図れ、耐ノイズ性についても特性の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態に係る印画装置３０の概略図である。図１に示す印画装置３０は、六面体状のケーシング３２を有しており、ケーシング３２の前面には、液晶の表示パネル３３、入力キー３４及び排紙口３５が設けられている。また、ケーシング３２内には感熱紙３１がロール状に巻き取られた形で収納されており、感熱紙３１の先端部は複数本（図１では、２本）の搬送ローラ３６に支持されて排紙口３５の手前に位置決めされている。さらに、ケーシング３２内にはサーマルヘッドを実装するサーマルヘッドユニット１０が感熱紙３１の上側に位置決めされて組み込まれており、サーマルヘッドユニット１０で感熱紙３１を加熱して発色させることにより、文字や画像等のイメージを感熱紙３１に印刷した後、この感熱紙３１を排紙口３５から排出することができる。

図２は、サーマルヘッドユニット１０を示す平面図、図３は、図２のサーマルヘッドユニット１０を示す側面図である。図２及び図３に示すように、サーマルヘッドユニット１０は、基板２０を備えている。基板２０の下面側には、アルミ放熱板１１及びコネクタ１２が取り付けられている。基板２０の上面側には、ＩＣカバー１３がナット１４によって取り付けられている。基板２０のＡ部はサーマルヘッド７０を示す。

次に、本実施形態に係るサーマルヘッド７０について説明する。図４は、サーマルヘッド７０を模式的に示す平面図であり、図５は、図４のＸ−Ｘ断面図である。

サーマルヘッド７０は、図５で示すように、厚さ約１ｍｍのアルミナセラミックスからなる絶縁性の基板本体５６を有しており、基板本体上には厚さ約５０μｍのガラス製のグレーズ５７が形成されている。グレーズ５７は、平面視においてライン状に隆起しており、横断面において外輪郭が略円弧状となる凸型部を有するように形成されている。このグレーズ５７の曲面頂部には、厚さ約０．２μｍの薄膜からなる発熱抵抗体７２が多数個、主走査方向に配列するように設けられている。各発熱抵抗体７２の副走査方向における両側にはそれぞれ、厚さ約０．６μｍのアルミニウム等からなる導電層６４ａ、６４ｂがグレーズ５７上に成膜されている。また、サーマルヘッド７０では、発熱抵抗体７２と導電層６４ａ、６４ｂを覆うように保護層５８が形成されている。符号６６は、コモン電極部を示す。

発熱抵抗体７２は、ＳｉとＣを組成に含む材料であって、ＴａＳｉＣ、ＷＳｉＣ、ＭｏＳｉＣのいずれかからなる抵抗体であり、発熱抵抗体７２は、図４で示されるように、サーマルヘッド７０の長さ方向に、所定の間隔で離散的に配列されて形成される。

導電層６４ａ、６４ｂは、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）などの金属、またはこれらを主成分とした合金あるいはこれら金属や合金の積層体から成っている。

さらに最上層には、例えばＳｉＯ_２などからなる所望の厚さの保護層５８が、コモン電
極部６６や導電層６４ａ，６４ｂ、発熱抵抗体７２を覆うように、成膜されている。

図６は、本発明の実施形態に係るサーマルヘッド７０の概略回路構成である。

図６に示すように、サーマルヘッド７０は、「ヘッド本体」としての発熱抵抗体７２、アンドゲート９０とノットゲート９１から形成されたナンドゲート９２及びチップバリスタ９３を備えている。発熱抵抗体７２は、印字ドットに合わせて複数設けられている。ナンドゲート９２は、それぞれの発熱抵抗体７２に対応させて設けられている。チップバリスタ９３は、ノイズを低減するためのＥＭＣ対策として設けられている。また、サーマルヘッド７０は、複数の発熱抵抗体７２に電流を供給する入力端子９４と、入力端子９４から複数の発熱抵抗体７２に向けて形成された入力端子ライン９５を備えている。サーマルヘッド７０を用いた印画装置３０には、サーマルヘッド７０の断線を診断するための検出抵抗９６、９７に接続されたチェック端子９８が設けられている。検出抵抗９６、９７は、発熱抵抗体７２より抵抗値が高めに設定されている。

上記構成のサーマルヘッド７０では、印字するドットに合わせて発熱抵抗体７２に対し、ナンドゲート９２を介して電流が通電される。このとき、ノイズが入力端子９４から入ってしまう場合がある。この場合、そのノイズは、チップバリスタ９３によって低減される。

また、上記構成のサーマルヘッド７２において、発熱抵抗体７２の断線を診断する場合、診断する発熱抵抗体７２を一個ずつ通電状態とし、チェック端子９８を介して電圧チェックを行う。この場合、発熱抵抗体７２への通電電流は一定の定電流とされる。

このとき、発熱抵抗体７２に断線がない場合、通電電流のほとんどが発熱抵抗体７２を流れるため、チェック端子９８の電圧は低い値となる。これに対し、発熱抵抗体７２に断線があると、通電電流のほとんどが検出抵抗９６、９７側に流れるため、チェック端子９８の電圧は高い値となる。

このように、診断する発熱抵抗体７２を一個ずつ通電状態とし、チェック端子９８を介して電圧チェックを行うことで、発熱抵抗体７２の断線の診断が行われる。

このとき、上述した本発明の実施形態に係るサーマルヘッド７２では、図６で説明したように、ノイズを低減するために、チップバリスタ９３を設けている。

そのため、図９で示されたような従来用いられていたコンデンサ２０５の放電動作により、チェック端子２１０の電圧が安定するまで所定の時間を要するということがなくなり、発熱抵抗体７２の断線又は非断線の診断を素早く行うことができる。

また、チップバリスタ９３は、ツェナーダイオードのサイズに比べて小さいため、サーマルヘッド７０を小型化・低背化することができる。さらに、次の実験結果からも示されるようにノイズを低減するためにチップバリスタ９３を用いた場合、ツェナーダイオードを用いた場合に比べて、ノイズを低減することができる。 また、チップバリスタ９３は、チップ化されたツェナーダイオードに比べて安価であり、サーマルヘッドの低コスト化を図ることができる。

図７は、本発明の実施形態に係るサーマルヘッド７２の入力端子９４にパルス電圧を印加したときのチェック端子９８での電圧の時間変化を測定したときの応答特性である。横軸は時間を示し、縦軸はチェック端子９８での電圧を示す。このとき用いたチップバリスタは、耐圧が３９Ｖで静電容量が４３０ｐＦのものである。図７から分かるように、応答が速く、電圧が安定するまでの時間が０．００２６ｍｓｅｃであり、従来のコンデンサを用いたものに比べてかなり速くなっている。また、ツェナーダイオードを用いたときの０．００２７ｍｓｅｃよりもいくらか良好になっている。

図８は、本発明の実施形態に係るサーマルヘッド７２の耐ノイズ特性の試験結果を示す。この実験は、図１２及び図１３での実験と同様の所定の電圧のノイズを入力端子９４から入力したときに生じる入力端子と接地間の電圧を測定した。図８で横軸は、時間を示し、縦軸は入力端子と接地間の電圧を示す。このとき用いたチップバリスタは、耐圧が３９Ｖで静電容量が４３０ｐＦのものである。発生するノイズの電圧は、ピーク−ピーク値で１４Ｖという値になり、図１３で示されたノイズ低減用の素子としてツェナーダイオードを用いたときの１５．５Ｖという値より、発生するノイズの電圧は低減し、ノイズ耐性が良くなっていることが分かる。

このように、ノイズを低減するための素子としてチップバリスタ９３を用いたことで発熱抵抗体７２の断線をチェックするときのチェック端子９８での電圧の安定するまでの時間が短くなり、チェック時間を短縮することができ、かつ、耐ノイズ特性を良くすることができた。

以上の実施形態で説明された構成、配置関係等については本発明が理解・実施できる程度に概略的にしたものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明は、業務用や民生用の各種プリンタ機器に搭載されるサーマルヘッド及び、そのサーマルヘッドを搭載した印画装置に広く利用できる。

本発明の実施形態に係る印画装置の概略図である。 サーマルヘッドユニットを示す平面図である。 サーマルヘッドユニットを示す側面図である。 本発明の実施形態に係るサーマルヘッドを模式的に示す平面図である。 図４のＸ−Ｘ断面図である。 本発明の実施形態に係るサーマルヘッドの概略回路構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るサーマルヘッドの入力端子にパルス電圧を印加したときのチェック端子での電圧の時間変化を測定したときの応答特性を示す図である。 本発明の実施形態に係るサーマルヘッドの耐ノイズ特性の試験結果を示す図である。 従来のサーマルヘッドの概略回路構成を示す図である。 従来のサーマルヘッドの入力端子にパルス電圧を印加したときのチェック端子での電圧の時間変化を測定したときの応答特性を示す図である。 コンデンサの代わりにツェナーダイオードを用いたときのサーマルヘッドの入力端子にパルス電圧を印加したときのチェック端子での電圧の時間変化を測定したときの応答特性を示す図である。 発熱抵抗体に並列にコンデンサが接続されたサーマルヘッドの耐ノイズ特性の試験結果を示す図である。 発熱抵抗体に並列にツェナーダイオードが接続されたサーマルヘッドの耐ノイズ特性の試験結果を示す図である。

符号の説明

１０ サーマルヘッドユニット
１１ アルミ放熱板
１２ コネクタ
１３ ＩＣカバー
１４ ナット
２０ 基板
３０ 印画装置
３１ 感熱紙
３２ ケーシング
３３ 表示パネル
３４ 入力キー
３５ 排紙口
３６ 搬送ローラ
５６ 基板本体
５７ グレーズ
５８ 保護層
６４ 導電層
６４ａ，６４ｂ 導電層
６６ コモン電極部
７０ サーマルヘッド
７２ 発熱抵抗体
９０ アンドゲート
９１ ノットゲート
９２ ナンドゲート
９３ チップバリスタ
９４ 入力端子
９５ 入力端子ライン
９６，９７ 検出抵抗
９８ チェック端子

Claims (2)

1. 複数の発熱抵抗体を備えるヘッド本体への電流を供給する入力端子と、
   該入力端子から前記ヘッド本体に向けて形成された入力端子ラインと、
   印字ドットに合わせて複数設けられるとともに、前記入力端子ラインに並列接続された前記発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体と並列に前記入力端子ラインに接続され、ノイズを低減するために設けられたチップバリスタと、
   を有することを特徴とするサーマルヘッド。
2. 請求項１記載のサーマルヘッドを用い、
   前記発熱抵抗体と並列に前記入力端子ラインに接続され、前記発熱抵抗体より高抵抗値を有する検出抵抗と、該検出抵抗に接続され、断線診断すべき発熱抵抗体を一個ずつ通電状態として電圧チェックを行うチェック端子とを備えたことを特徴とする印画装置。

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