JP2009274410A - Thermal head and thermal transfer printer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度を検知する素子を有するサーマルヘッドと、当該サーマルヘッドを備えた熱転写プリンタに関する。 The present invention relates to a thermal head having an element for detecting temperature, and a thermal transfer printer provided with the thermal head.
一般的な熱転写プリンタでは、記録用紙と接触させたインクシートに対してサーマルヘッドの発熱素子を圧接し、発熱素子が発熱することによってインクシート上のインクを溶融または昇華させて記録用紙に転写させて画像や文字などの情報を形成している。記録用紙に転写されるインクの量は、発熱素子の温度が高いと多く、温度が低いと少なくなる。 In a general thermal transfer printer, a heat generating element of a thermal head is pressed against an ink sheet brought into contact with the recording paper, and the heat generating element generates heat to melt or sublimate the ink on the ink sheet and transfer it to the recording paper. Information such as images and characters. The amount of ink transferred to the recording paper is large when the temperature of the heating element is high, and is small when the temperature is low.
高品質の印刷物を得るには目標どおりのインク量を用紙に転写する必要があるため、発熱素子の近傍にサーミスタ等の感熱素子を配置し、感熱素子による測定値に基づいて発熱素子による発熱量を制御している。高精度の制御を行うために感熱素子と発熱素子とを密接して配置することが望ましいが、感熱素子がインクシートおよび記録用紙との接触を避けるために発熱素子と所定の距離を隔てて配置されている。従って、発熱素子の測定値と感熱素子の測定値とで差が生じ、また、発熱素子と感熱素子との温度センサ間の部材の熱容量に応じて温度応答に遅れが生じることによって、高精度の制御ができないという問題があった。 Since it is necessary to transfer the desired amount of ink to the paper in order to obtain high-quality printed matter, a thermal element such as a thermistor is placed near the heating element, and the amount of heat generated by the heating element based on the measured value of the thermal element Is controlling. Although it is desirable to place the thermal element and the heating element closely in order to perform high-precision control, the thermal element is placed at a predetermined distance from the heating element to avoid contact with the ink sheet and recording paper. Has been. Therefore, there is a difference between the measured value of the heating element and the measured value of the thermal element, and the temperature response is delayed according to the heat capacity of the member between the temperature sensors of the heating element and the thermal element, thereby achieving high accuracy. There was a problem that control was impossible.
この問題の対策として、感熱素子を発熱素子上に形成したもの(例えば、特許文献1参照)や、発熱素子自体を感熱素子として用いているもの(例えば、特許文献2参照)などがある。 As countermeasures against this problem, there are a heat-sensitive element formed on a heat-generating element (for example, see Patent Document 1) and a heat-generating element itself used as a heat-sensitive element (for example, see Patent Document 2).
特許文献1では、発熱素子上に感熱素子が形成されているため、発熱素子とインクシートとの間における熱抵抗が感熱素子の分だけ大きくなって熱効率が低下するという問題がある。また、形成した発熱素子上に絶縁膜保護層、感熱素子、感熱素子の配線電極、保護層を順に積層させて形成するため製造プロセスが増加するという問題がある。
In
特許文献2では、発熱素子自体が感熱素子として兼用されるため、発熱素子を発熱させて印刷する動作と、発熱素子を発熱させずに温度を検出する動作との切り替えを行うため、発熱の制御に要する時間が長くなって印刷速度に影響を与える。また、印刷時間に対する発熱の制御が可能な時間の割合が減少するため制御の精度も低下してしまう。さらに、発熱素子が発熱後に急速に冷却される間に温度測定をするため、測定のタイミングに微小なバラツキ等が生じることによって温度検出値のばらつきが大きくなり制御の精度が低下するという問題がある。
In
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、印刷速度に影響がなく高精度の温度検出が可能なサーマルヘッドおよび当該サーマルヘッドを備える熱転写プリンタに関する。 The present invention has been made to solve these problems, and relates to a thermal head capable of detecting temperature with high accuracy without affecting printing speed and a thermal transfer printer including the thermal head.
上記の課題を解決するために、本発明によるサーマルヘッドは、所定の方向に配列された複数の発熱素子と、各発熱素子間および配列の両端に発熱素子とともに配列された複数の感熱素子とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a thermal head according to the present invention includes a plurality of heating elements arranged in a predetermined direction, and a plurality of thermal elements arranged together with the heating elements between each heating element and at both ends of the arrangement. It is characterized by providing.
本発明によると、複数の発熱素子は所定の方向に配列され、複数の感熱素子は各発熱素子間および配列の両端に発熱素子とともに配列されるので、印刷速度に影響がなく高精度の温度検出が可能である。 According to the present invention, the plurality of heat generating elements are arranged in a predetermined direction, and the plurality of heat sensitive elements are arranged together with the heat generating elements between the heat generating elements and at both ends of the array. Is possible.
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
〈実施形態1〉
図1は、本発明の実施形態によるプリンタの構成概略図である。図1に示すように、シャフト1はフレーム(図示せず)に設けられ、ヘッドアーム2はシャフト1に回動可能に支持されている。押し圧ばね3はヘッドアーム2の上側フレームと下側フレームとの間に取り付けられ、サーマルヘッド4はヘッドアーム2の下側フレームに取り付けられている。ヘッドアーム上下動機構5はヘッドアーム2の上方のフレーム(図示せず)に設けられている。供給ボビン6および巻き取りボビン7はそれぞれフレーム(図示せず)に回動可能に支持されており、巻き取りボビン7に係合する巻き取りボビン駆動機構8によって、供給ボビン6から供給されたインクシート9は巻取りボビン7に巻き取られる。プラテンローラ10はサーマルヘッド4の下方のフレーム(図示せず)に回動可能に支持され、受像紙11はプラテンローラ10に巻き付け案内される。搬送ローラ駆動機構13に係合する搬送ローラ12はピンチローラ14と圧着しており、受像紙11は搬送ローラ12とピンチローラ14との間に挟まれて搬送ローラ駆動機構13によってプラテンローラ10から搬送される。
<
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a printer according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図2は、本発明の実施形態1によるサーマルヘッド4の構成図であり、図2(a)はサーマルヘッドの断面図を示している。図2(a)に示すように、放熱板15はヘッドアーム2の下側フレームに取り付けられており、放熱板15上には基板16および実装基板17が隣接して設けられている。基板16上にはリブ状のグレーズ突起部19を有するグレーズ層18が形成され、グレーズ層18上には抵抗体パターン層20、電極パターン層21、保護膜層22が順に形成されている。一方、実装基板17上には集積回路23が設置されている。
FIG. 2 is a configuration diagram of the thermal head 4 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2A shows a cross-sectional view of the thermal head. As shown in FIG. 2A, the
図2(b)はサーマルヘッド4をプラテン10側から見た図である。図2(b)に示すように、実装基板17上に設置された集積回路23には複数の集積回路出力端末24が設けられており、実装基板17上であって電極パターン21付近には実装側共通電極パターン25が形成されている。また、下層電極パターン26は集積回路23の下側を通るように配置され、電極パターン層21付近に設けられた中継端子27と、集積回路23を挟んで中継端子27と対向する側に設けられた出力端子28とを接続している。
FIG. 2B is a view of the thermal head 4 as viewed from the
電極パターン層21は、実装基板17付近であって保護膜層22から露出して形成された第1の電極端子21aと、第1の電極端子21aとグレーズ突起部19との間に短冊状に複数配置した第1の個別電極21bと、グレーズ突起部19の頂点を挟んで個別電極21bと対向し、2つの第1の個別電極21bが並行となるように配置されたコ字状の折り返し電極21cと、複数配置された折り返し電極21cを囲むように配置された共通電極21dと、折り返し電極21cによる対を単位とする第1の個別電極21b間であって第1の個別電極21bと並行となるように短冊状に配置された第2の個別電極21eと、第2の個別電極21eの実装基板17付近であって保護膜層22から露出して形成された第2の電極端子21fと、共通電極21dの実装基板17付近であって保護膜層22から露出して形成された共通電極端子21gとから構成される。
The
発熱素子29は、個別電極21bと折り返し電極21cとの間のグレーズ突起部19近傍であって、抵抗体パターン層20が保護膜層22の直下まで形成され、所定の方向(図2(b)では上下方向)に配列される。ここで、発熱素子29は折り返し電極21cで接続された一対の発熱素子である。感熱素子30は第2の個別電極21eと共通電極21dとの間のグレーズ突起部19近傍であって、抵抗体パターン層20が保護膜層22の直下まで形成されている。感熱素子30は、各発熱素子29間および発熱素子29が配列される両端に設けられ、発熱素子29とともに前記所定の方向に配列される。ワイヤーボンド配線31は、基板16上の端子と実装基板17上の端子とを接続するための配線であって、具体的には、第2の電極端子21fと中継端子27、共通電極端子21gと実装側共通電極パターン25とを接続しており、第1の電極端子21aに対しては、集積回路出力端子24と実装側共通電極パターン25とから交互に接続される。
The
次に、本実施形態1におけるプリンタの動作について説明する。 Next, the operation of the printer in the first embodiment will be described.
図1に示すように、ヘッドアーム上下動機構5によってヘッドアーム2がサーマルヘッド4側に下向きに力を付加すると、ヘッドアーム2の上側フレームはシャフト1を中心として回動し、押し圧ばね3によって下向きに押されたサーマルヘッド4は、インクシート9および受像紙11を介してプラテンローラ10に圧接される。サーマルヘッド4のグレーズ突起部19での接触圧力が最も大きく、グレーズ突起部19の頂点近傍に配置された発熱素子29から生じた熱がインクシート9および受像紙11に対して効率的に伝えられる。
As shown in FIG. 1, when the
また、搬送ローラ駆動機構13によって搬送ローラ12が回動すると、搬送ローラ12とピンチローラ14との間に挟まれた受像紙11は摩擦力を受けてプラテンローラ10から搬送ローラ12に向かって搬送される。インクシート9は供給ボビン6から供給され、受像紙11と密着してサーマルヘッド4とプラテンローラ10との間に搬送される。プラテンローラ10を通過したインクシート9は、巻き取りボビン駆動機構8によって駆動された巻取りボビン7によって張力を受け、受像紙11と離れた後に巻き取られる。
When the
図2に示すように、サーマルヘッド4では、集積回路出力端子24から順に、ワイヤーボンド配線31、第1の電極端子21a、第1の個別電極21b、発熱素子29、折り返し電極21c、発熱素子29、第1の個別電極21b、第1の電極端子21a、実装側共通電極パターン25の経路を通過する回路が形成される。すなわち、本実施形態における各発熱素子29は、コ字状に折り返された折り返し電極21cによって接続された一対の発熱素子29を含んでいる。従って、集積回路24に所定の制御信号を入力して各集積回路出力端24をスイッチングすることによって、1対の発熱素子29を選択的に発熱させることができる。また、感熱素子30の抵抗値は温度によって変化するが、感熱素子30の抵抗値は出力端子28と実装側共通電極パターン25との間の抵抗値として常時測定可能であるため、感熱素子30の温度を常時検知することができる。
As shown in FIG. 2, in the thermal head 4, in order from the integrated
受像紙11の搬送に同期して発熱素子29を選択的に発熱させると、インクシート9から受像紙11上にインクが選択的に転写され、受像紙11が搬送される間に所望の画像や文字を形成することができる。
When the
図3は、本発明の実施形態1による発熱素子29の近傍の温度分布を示す等温線図である。図3(a)は3対の発熱素子29を発熱させたときの等温線図であり、図3(b)は1対の発熱素子29を発熱させたときの等温線図である。図示していないが、各発熱素子29間には感熱素子30が配置されている。ここで、1対の発熱素子29に対して供給した電力は0.18W、印加パルス周期は1.3ミリ秒、印加パルスディーティは50%、発熱素子29の短手方向の寸法は0.031mm、発熱素子29の長手方向の寸法は0.31mm、発熱素子29の間隔は0.011mmである。
FIG. 3 is an isotherm diagram showing a temperature distribution in the vicinity of the
図3(a)に示すように、3対の発熱素子29を発熱させたときの温度分布は、発熱素子29の配列方向に一様な分布となる。従って、感熱素子30が配置されている発熱素子29間の温度は発熱素子29の温度と同等であるため、感熱素子30にて検知される温度は発熱素子29と等しい。このことは、発熱素子29および感熱素子30が共にグレーズ突起部19上に形成されているためであり、発熱素子29にて発生した熱がグレーズ突起部19に沿って、すなわち発熱素子29および感熱素子30の配列方向に広がりやすいためである。また、感熱素子30の短手方向の寸法は、発熱素子29の短手方向の寸法以下であり、感熱素子30の材料は発熱素子29と同等のおおよそ1μm以下の薄い金属系で熱容量が小さいため温度応答性が高く、発熱素子29の温度変化に応じて追随する。
As shown in FIG. 3A, the temperature distribution when the three pairs of
一方、図3(b)に示すように、1対の発熱素子29を発熱させた場合では、感熱素子30にて検知される温度は、発熱した発熱素子29の温度とそれに隣接した発熱していない発熱素子29の温度との中間値となる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when a pair of
このように、感熱素子30は、感熱素子30の両隣に配置される発熱素子29の温度の平均値に近い値を検知可能であることがわかる。
Thus, it can be seen that the
図4は、本発明の実施形態1による3対の発熱素子29を発熱したときの温度分布を示す図である。図4に示すように、E0〜E6は発熱素子29の位置と配列を模式的に示しており、t0〜t6のそれぞれはE0〜E6に位置する発熱素子29の温度を示している。また、S1〜S6は感熱素子30の位置を模式的に示しており、T1〜T6はS1〜S6に位置する感熱素子30が検知する温度を示している。ここで、E2、E3、E4に位置する発熱素子29が発熱しているものとする。
FIG. 4 is a diagram showing a temperature distribution when the three pairs of
なお、発熱素子29は内部においても温度分布があるため、温度制御するには平均温度や最高温度などの代表する温度を用いて評価することが合理的であり、本実施形態では、感熱素子30によって算出される発熱素子29の平均温度に近い値を、発熱素子29の温度とみなして温度制御に適用する。
Since the
次に、発熱素子29の温度を感熱素子30から算出する方法について説明する。
Next, a method for calculating the temperature of the
文字印刷の場合では、1ドットのみで線や点を形成することは端部を除いて稀であり、通常は複数ドットからなる線や点を用いて文字が形成される。発熱素子29の温度を算出する場合には、まず複数の発熱素子29が発熱している箇所を抽出する。そして、抽出した発熱素子29間に位置する感熱素子30の温度を検知し、検知した温度を感熱素子30の両隣の発熱素子29の温度とみなす。具体的には、図4に示すS3に位置する感熱素子30を抽出して温度T3を検知し、検知した温度T3をE2およびE3に位置する発熱素子29の温度t2およびt3とみなす。次いで、S2に位置する感熱素子30が検知する温度T2は、E1およびE2に位置する発熱素子29の温度の平均値(t1+t2)/2と近似され、t2は上記の通りT3とみなされているため、E1に位置する発熱素子29の温度t1を算出することができる。上記の処理を繰り返すことによって、サーマルヘッド4に設けられた全ての発熱素子29の温度を算出することができる。
In the case of character printing, it is rare to form a line or a point with only one dot except for the end portion, and a character is usually formed using a line or a dot composed of a plurality of dots. When calculating the temperature of the
また、隣り合う3対以上の発熱素子29が発熱している場合では、中央部に位置する発熱素子29の温度を両隣に位置する感熱素子30が検知する温度の平均値として算出することによって、より精度の高い温度の検知が可能となる。具体的には、図4に示すE3に位置する発熱素子29の温度t3は、S3およびS4に位置する感熱素子30が検知する温度T3およびT4の平均値として算出する。そして、既知となったt3、T3、T4とから、t2およびt4を算出することができる。上記の処理を繰り返すことによって、サーマルヘッド4に設けられた全ての発熱素子29の温度を算出することができる。
Further, when three or more pairs of
画像印刷の場合では、文字よりも端部に相当する部分が少なく、隣り合う画素は互いに近い大きさや濃度を有して次第に変化することで画像を形成しているため、隣り合う発熱素子29を制御する目標温度は互いに近い値となる。従って、上記のように、発熱素子29の温度を両隣に位置する感熱素子30にて検知された温度の平均値として算出することによって、精度良く検知することが可能である。
In the case of image printing, the portion corresponding to the end portion is smaller than the character, and adjacent pixels have a size and density close to each other and gradually change to form an image. The target temperatures to be controlled are close to each other. Therefore, as described above, it is possible to accurately detect the temperature by calculating the temperature of the
図5は、本発明の実施形態1によるサーマルヘッド4の印加時間に対する発熱素子29の寸法と転写インクの寸法との比を示すグラフである。ここで、発熱素子29の短手方向の寸法は0.013mm、発熱素子29の長手方向の寸法は0.06mmであり、発熱素子29に印加される電力を0.07Wとして、印加時間を変化させたときにおける受像紙11に転写されるインクの寸法の関係を測定している。なお、説明を簡単にするため、受像紙11に転写されるインクの寸法は、発熱素子29の短手方向の寸法を1としている。図4に示すように、発熱素子29に対する電力の印加時間が長くなると転写時の発熱素子29の温度が高くなる。そして、図5に示すように、発熱素子29に対して電力の印加時間を長くすると転写されるインクの寸法は大きくなり、発熱素子29の配列方向の寸法の3倍以上になる。
FIG. 5 is a graph showing a ratio of the dimension of the
このように、発熱素子29の間隔を広げ、その間に感熱素子30と、隣接する発熱素子29や感熱素子30間に形成した絶縁部とを設けても、印刷時にインクの間隔が空くことなく転写することができることが分かる。また、転写したインクの寸法は発熱素子29の配列方向の3倍以上にすることが可能であるため、感熱素子30の配列方向の寸法と、発熱素子29と感熱素子30との間に形成された絶縁部の間隔との合計寸法は、発熱素子29の配列方向の寸法と同等もしくはそれ以下の寸法でよい。従って、本実施形態では、発熱素子29の配列方向の幅は、発熱素子29の配列ピッチ幅(プリンタの解像度)の1/3以下であれば実現可能であり、特別に微細パターンを形成するための製造設備を必要としない。
As described above, even if the space between the
なお、本実施形態1では、発熱素子29および感熱素子30を同一の抵抗体パターン層20から形成する場合について説明したが、感熱素子30をサーミスター材料などの抵抗体パターン層20の材料より抵抗温度係数の大きい材料によって形成してもよい。
In the first embodiment, the case where the
以上のことから、各発熱素子29間および発熱素子29の配列の両端に、発熱素子29とともに複数の感熱素子30を配列しているため、発熱素子29とインクシート9との間における熱伝達を妨げることなく発熱素子29の温度を検知することができる。また、一度のプロセスで発熱素子29と感熱素子30とを同時に形成することが可能であるため、製造プロセスを削減することができる。さらに、発熱素子29への給電回路と感熱素子30の検知回路とを並列して構成しているため、温度検知の動作が発熱の制御に対しての時間的制約とならず、発熱素子29の発熱の制御を常時行うことで効率的な印刷が可能となって高速印刷にも有利となり、発熱の制御精度の低下や温度検出タイミングのばらつきによる検出値のばらつきを抑えることができる。
From the above, since the plurality of heat
〈実施形態2〉
図6は、本発明の実施形態2によるサーマルヘッド4の構成図である。本実施形態2では、図6に示すように、発熱素子29の長手方向が、発熱素子29の配列方向に対して直交する方向(図7では左右方向)から、所定の角度に傾いて配置されることを特徴としている。その他の構成は実施形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
<
FIG. 6 is a configuration diagram of the thermal head 4 according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in FIG. 6, the longitudinal direction of the
図6に示すように、インクシート9および受像紙11は矢印Aの方向に搬送され、発熱素子29にて発生する熱によってインクを受像紙11に転写している。なお、本実施形態2では、発熱素子29が長方形をなすように第1の個別電極21bと折り返し電極21cとを形成している。
As shown in FIG. 6, the ink sheet 9 and the
以上のことから、本実施形態2では、発熱素子29が所定の角度に傾いて配置されているため、受像紙11が搬送されるときに発熱素子29間の発熱しない部分の通過幅を狭くすることができ、より小さな発熱量でインクに間隔を空けずに転写することが可能となる。また、本実施形態2のような構造とすることによって、インクの広がりが溶融転写方式に比べて小さい昇華転写方式や感熱記録方式への適応性も向上する。
From the above, in the second embodiment, since the
〈実施形態3〉
図7は、本発明の実施形態3によるサーマルヘッド4の構成図である。本実施形態3では、図7に示すように、発熱素子29の長手方向が、発熱素子29の配列方向に対して直交する方向から所定の角度に傾いて配置されており、発熱素子29の傾きによるずれ幅δは、発熱素子29の配列方向の幅Wよりも大きいことを特徴としている。その他の構成は実施形態2と同様であるため、ここでは説明を省略する。
<
FIG. 7 is a configuration diagram of the thermal head 4 according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, as shown in FIG. 7, the longitudinal direction of the
図7に示すように、インクシート9および受像紙11は矢印Aの方向に搬送され、発熱素子29にて発生する熱によってインクを受像紙11に転写している。なお、本実施形態3では、発熱素子29が平行四辺形をなすように第1の個別電極21bと折り返し電極21cとを形成している。発熱素子29は所定の角度に傾いて配置されているため、受像紙11が搬送されるときに発熱素子29間の発熱しない部分の通過幅を狭くすることでき、より小さな発熱量でインクに間隔を空けずに転写することが可能となる。ただし、発熱素子29の内部を流れる電流は抵抗の小さい経路に集中するため、発熱素子29の傾きの条件によっては発熱量が低下してしまうことがあり得る。
As shown in FIG. 7, the ink sheet 9 and the
例えば、発熱素子29の傾きによるずれ幅δが発熱素子29の配列方向の幅Wより小さく、第1の個別電極21bと折り返し電極21cとが対向する部分があるときは、対向する部分を結ぶ経路の抵抗が最小となって電流が集中する。このように、ある経路に電流が集中してしまうと、受像紙11が搬送されるときに発熱素子29間の発熱しない部分の通過幅が広くなってしまう。従って、発熱素子29による発熱部分を広げるためには、発熱素子29の傾きによるずれ幅δを発熱素子29の配列方向の幅Wよりも大きくする必要がある。
For example, when the deviation width δ due to the inclination of the
以上のことから、本実施形態3では、発熱素子29が所定の角度に傾いて配置され、発熱素子29の傾きによるずれ幅δを発熱素子29の配列方向の幅Wよりも大きくして発熱部分を発熱素子29の配列方向に広げているため、受像紙11が搬送されるときに発熱素子29間の発熱しない部分の通過幅を狭くすることができ、より小さな発熱量でインクに間隔を空けずに転写することが可能となる。また、本実施形態3のような構造とすることによって、インクの広がりが溶融転写方式に比べて小さい昇華転写方式や感熱記録方式への適応性も向上する。
From the above, in the third embodiment, the
1 シャフト、2 ヘッドアーム、3 押し圧ばね、4 サーマルヘッド、5 ヘッドアーム上下動機構、6 供給ボビン、7 巻き取りボビン、8 巻き取りボビン駆動機構、9 インクシート、10 プラテンローラ、11 受像紙、12 搬送ローラ、13 搬送ローラ駆動機構、14 ピンチローラ、15 放熱板、16 基板、17 実装基板、18 グレーズ層、19 グレーズ突起部、20 抵抗体パターン層、21 電極パターン層、21a 第1の電極端子、21b 第1の個別電極、21c 折り返し電極、21d 共通電極、21e 第2の個別電極、21f 第2の電極端子、21g 共通電極端子、22 保護膜層、23 集積回路、24 集積回路出力端子、25 実装側共通電極パターン、26 下層電極パターン、27 中継端子、28 出力端子、29 発熱素子、30 感熱素子、31 ワイヤーボンド配線。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記各発熱素子間および前記配列の両端に前記発熱素子とともに配列された複数の感熱素子と、
を備える、サーマルヘッド。 A plurality of heating elements arranged in a predetermined direction;
A plurality of thermal elements arranged together with the heating elements between the heating elements and at both ends of the arrangement;
A thermal head.
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