JP2010214724A - サーマルヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】各発熱体から発生する熱を放熱部材に適度に放熱するとともに、過度に放熱されてしまうことを防止することができ、これにより、放熱特性および省電力化の向上を図ることができ、かつ、発熱体が設けられたヘッド基板を放熱部材によって安定して支持する。
【解決手段】放熱部材7におけるヘッド基板3に対向する表面7aに、凹状の蓄熱調整溝9を各発熱体5の列状の配置方向に沿って形成し、放熱部材7を、その表面7aのうち蓄熱調整溝9の幅方向の両端縁部分が、ヘッド基板3における放熱部材7に対向する裏面3bに接するように配置する。
【選択図】 図1
【解決手段】放熱部材7におけるヘッド基板3に対向する表面7aに、凹状の蓄熱調整溝9を各発熱体5の列状の配置方向に沿って形成し、放熱部材7を、その表面7aのうち蓄熱調整溝9の幅方向の両端縁部分が、ヘッド基板3における放熱部材7に対向する裏面3bに接するように配置する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、発熱体が設けられたヘッド基板が、放熱部材に取り付けられているサーマルヘッドに関する。
従来より、サーマルヘッドの駆動時に加熱された発熱体の熱を適正に逃すことにより、サーマルヘッドを用いたプリンタの記録品質の向上を図る等の観点から、発熱体の熱を逃すための放熱部材を備えたサーマルヘッドが用いられている。
例えば、特許文献1に示すサーマルヘッドは、発熱体が金属製の支持部材の長手方向に並列配置して取り付けられており、支持部材は、その内部に支持部材の長手方向に延びる空洞を有する中空体に構成され、空洞を支持部材の両端面に対して開口するように形成されている。そして、この特許文献1に示すサーマルヘッドによれば、このように支持部材に空洞を形成することにより、支持部材の軽量化、および放熱性の向上を図るようになっている。
また、特許文献2に示すサーマルヘッドは、発熱体およびこの発熱体の温度を検出する温度センサが配置されたヘッド基板が、接着層を介して放熱部材上に搭載されており、放熱部材におけるヘッド基板の裏面側であって温度センサの搭載位置に対応する位置には、伝熱性能調整空間が設けられている。そして、この特許文献2に示すサーマルヘッドによれば、伝熱性能調整空間に空気を介在させてこの空気を断熱材として機能させるか、または伝熱性能調整空間の伝熱性能を高めることにより、発熱体の温度変化の検出応答性および放熱部材の放熱特性を容易に変更することができるようになっている。
しかし、例えば、特許文献1に示すサーマルヘッドにおいては、発熱体は支持部材の一主壁に取り付けられており、発熱体と支持部材の空洞との間には、支持部材の前記一主壁が介在しているので、発熱体の熱は支持部材の空洞において放熱される前に、一主壁に伝達されてしまうので、発熱体から発生した熱が過度に放熱されてしまうおそれがあった。
また、特許文献2に示すサーマルヘッドにおいては、伝熱性能調整空間が温度センサの搭載位置に対応する位置に設けられており、発熱体が設けられたヘッド基板は、放熱部材に取り付けられているので、発熱体の熱は、伝熱性能調整空間において断熱される前に放熱部材に伝達されてしまい、この結果、発熱体から発生した熱が過度に放熱されてしまうおそれがあった。さらに、特許文献2に示すサーマルヘッドにおいては、伝熱性能調整空間が放熱部材におけるヘッド基板に対向する表面の一端縁に切り欠き形成されており、ヘッド基板は放熱部材によって片持ちの状態となっている。ここで、前記サーマルヘッドにおいては、記録を行う際に発熱体がプラテンに圧接にされ、このとき、発熱体が設けられたヘッド基板にも圧力が加わることとなる。しかし、ヘッド基板は放熱部材によって片持ちの状態であるので、ヘッド基板と放熱部材との接続強度が低く、このため、記録時においてヘッド基板に圧力が加わることにより、ヘッド基板と放熱部材とが剥離してしまうおそれがあるという問題を有していた。
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、各発熱体から発生する熱を放熱部材に適度に放熱するとともに、過度に放熱されてしまうことを防止することにより、放熱特性および省電力化の向上を図ることができ、かつ、発熱体が設けられたヘッド基板を放熱部材によって安定して支持することが可能なサーマルヘッドを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係るサーマルヘッドの特徴は、複数の発熱体が列状に配置されているヘッド基板と、前記ヘッド基板を支持する放熱部材とを備えており、前記各発熱体から発生する熱を前記ヘッド基板を介して前記放熱部材に逃すサーマルヘッドであって、前記放熱部材における前記ヘッド基板に対向する表面に、凹状の蓄熱調整溝を前記各発熱体の列状の配置方向に沿って形成し、前記放熱部材を、その表面のうち前記蓄熱調整溝における前記各発熱体の配置方向に直交する幅方向の両端縁部分が、前記ヘッド基板における前記放熱部材に対向する裏面に接するように配置する点にある。
この本発明に係るサーマルヘッドによれば、放熱部材の表面に凹状の蓄熱調整溝を各発熱体の列状の配置方向に沿って形成することにより、放熱部材における蓄熱調整溝に介在する空気を断熱材として機能させて、発熱体から放熱部材への過度の放熱を防止することができる。また、放熱部材の表面における蓄熱調整溝の幅方向の両端縁部分がヘッド基板の裏面に接触するように放熱部材を配置することにより、放熱部材によってヘッド基板を安定して支持することができ、さらに、発熱体から発生した熱が放熱部材の表面のうちヘッド基板に接する部分から放熱部材に伝達されるので、発熱体の熱を適正に放熱部材に放熱することができる。
また、前記蓄熱調整溝を、前記蓄熱調整溝の幅方向における中心部と前記発熱体の幅方向における中心部との幅方向における間隙寸法が0.5mm以下となる位置に配置してもよい。これにより、蓄熱調整溝において蓄熱効果を発揮させることができるので、サーマルヘッドの省電力効果をより向上させることができる。
さらに、前記蓄熱調整溝を、前記蓄熱調整溝の幅寸法が、前記ヘッド基板の幅寸法の20〜80%となるように形成してもよい。このように、蓄熱調整溝の幅寸法をヘッド基板の幅寸法の20%以上とすることにより、各発熱体から発生する熱が放熱部材に過度に放熱されてしまうのを防止することができるので、サーマルヘッドの省電力効果をより向上させることができる。また、蓄熱調整溝の幅寸法をヘッド基板の幅寸法の80%以下とすることにより、このサーマルヘッドを用いて良好な画質の記録画像の記録を行うことができる。さらに、ヘッド基板と放熱基板とが接する面積が小さくなりすぎるのを防止することができるので、ヘッド基板と放熱部材とのせん断強度を低下させることなく、記録時による負荷によりヘッド基板が放熱部材から剥離してしまうことを確実に防止するとともに、放熱部材により安定してヘッド基板を支持することが可能となる。
以上述べたように、本発明に係るサーマルヘッドによれば、各発熱体から発生する熱を放熱部材に適度に放熱するとともに、過度に放熱されてしまうことを防止することができ、これにより、放熱特性および省電力化の向上を図ることができ、かつ、発熱体が設けられたヘッド基板を放熱部材によって安定して支持することができる。
以下、本発明に係るサーマルヘッドの一実施形態を図1から図6を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係るサーマルヘッド1を示す模式的側面図であり、図1に示すように、本実施形態に係るサーマルヘッド1は、セラミック等の絶縁性材料等からなるヘッド基板3を有している。ヘッド基板3aの表面には、蓄熱ガラス層2を介して列状に配置された複数の発熱体5が設けられており、各発熱体5は、プリント回路基板8に導電接続されている。このヘッド基板3は、シリコン系の樹脂材料等からなる接着材6を用いて、アルミニウム等の放熱特性に優れた材料等からなる放熱部材7の表面7aに取り付けられており、放熱部材7は、ヘッド基板3を支持するとともに、発熱体5から発生する熱を適正に逃して、記録品質の向上を図るようになっている。
放熱部材7におけるヘッド基板3に対向する表面7aには、凹状の蓄熱調整溝9が各発熱体5の列状の配置方向に沿って形成されている。これにより、放熱部材7は、蓄熱調整溝9に介在する空気を断熱材として機能させて、発熱体5から放熱部材7への過度の放熱を防止することができるようになっている。
この放熱部材7は、その表面7aのうち蓄熱調整溝9における各発熱体5の配置方向に直交する幅方向の両端縁部分が、ヘッド基板3における放熱部材7に対向する裏面3bに接着材6を介して接するように配置されている。これにより、放熱部材7は、蓄熱調整溝9の幅方向の両端縁部分によってヘッド基板3を安定して支持することができるようになっている。また、放熱部材7の表面7aのうち蓄熱調整溝9における幅方向の両端縁部分が、接着材6を介してヘッド基板3の裏面3bと接触しているので、発熱体5から発生した熱が、蓄熱ガラス層2を介してヘッド基板3に伝達され、さらには放熱部材7の表面7aのうち接着材6を介してヘッド基板3に接触している部分から放熱部材7に伝達されることにより、発熱体5の熱を適正に放熱部材7に放熱することができるようになっている。
そして、このサーマルヘッド1は、図示しない記録媒体、若しくは記録媒体およびインクリボンを介してプラテンに対向するように配置されており、プリンタに入力された記録データに基づいて所望の発熱体5を発熱させながら、サーマルヘッド1を記録媒体、若しくは記録媒体およびインクリボンを介してプラテンに圧接させることにより、インクリボンのインクを溶融させて記録媒体に所望の画像を記録するようになっている。
図2〜図4は、図1に示すサーマルヘッド1において、それぞれ蓄熱調整溝9の幅寸法W2が異なる3種類の放熱部材7を用いて、各発熱体5にそれぞれ0.02W/dotの電圧、および0.03W/dotの電圧を印加した場合の各発熱体5の温度と蓄熱調整溝9の幅寸法W2との関係を示す表である。ここで、サーマルヘッド1におけるヘッド基板3の幅寸法W1は、2.44mmとし、蓄熱調整溝9の幅寸法W2は、それぞれヘッド基板3の幅寸法W1の約16%である0.4mm、約33%である0.8mm、および約74%である1.8mmとする。また、図2は、前述の条件のサーマルヘッド1において、蓄熱調整溝9の幅方向における中心部9Cが発熱体5の幅方向における中心部5Cと幅方向において重なる位置に蓄熱調整溝9を配置した場合を示す。さらに、図3は、蓄熱調整溝9の前記中心部9Cが発熱体5の中心部5Cに対し幅方向において0.5mm離れるように蓄熱調整溝9を配置した場合を示す。さらにまた、図4は、蓄熱調整溝9の前記中心部9Cが発熱体5の中心部5Cに対し幅方向において1.0mm離れるように蓄熱調整溝9を配置した場合を示す。
ここで、図2および図3に示すように、蓄熱調整溝9を、蓄熱調整溝9の中心部9Cと発熱体5の中心部5Cとが重なるように配置した場合、および蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cから幅方向において0.5mm離れるように配置した場合には、各発熱体5に0.02W/dotの電圧を印加しても、あるいは0.03W/dotの電圧を印加しても、電圧蓄熱調整溝9の幅寸法が広がるほど、各発熱体5の温度が上昇する。一方、図4に示すように、蓄熱調整溝9を、蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cから幅方向において1.0mm離れるように配置して、各発熱体5に前記2種類の電圧を印加した場合、蓄熱調整溝9の幅寸法W2が広がっても各発熱体5の温度はほとんど変化しないので、各発熱体5の温度が蓄熱調整溝9の幅寸法W2の広さにほとんど影響されていないことがわかる。このことから、前記サーマルヘッド1において蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cから幅方向において0.5mmよりも離れるように蓄熱調整溝9が配置されると、蓄熱調整溝9に介在する空気が断熱材として機能することによる蓄熱調整溝9の蓄熱効果がほとんどなく、各発熱体5の熱がヘッド基板3を介して放熱部材7に放熱されるので、この結果、サーマルヘッド1の省電力効果がほとんどなくなってしまうことがわかる。
そこで、図2〜図4の結果から、蓄熱調整溝9は、蓄熱調整溝9の中心部9Cと発熱体5の中心部5Cとの幅方向における間隙寸法が0.5mm以下となる位置に配置されることが好ましい。
また、図2〜図4に示すように、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の約10%である0.4mmから約74%である1.8mmの間では、蓄熱調整溝9の幅寸法W2の増加に伴い発熱体5の温度が上昇しているので、省電力効果が得られることを示す。一方、図2〜図4に示すそれぞれのグラフにおいて蓄熱調整溝9の幅寸法W2と発熱体5の温度との関係は2次関数の勾配を持つ。このため、図2〜図4において、蓄熱調整溝9の幅寸法W2が0の場合の蓄熱調整溝9の幅寸法W2と発熱体5の温度との関係は、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の16%、すなわち20%より短い0.4mmである場合とほとんど等しい結果となる。すなわち、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の20%より小さい場合、各発熱体5の温度は蓄熱調整溝9の幅寸法W2の広さにほとんど影響されないので、蓄熱調整溝9に介在する空気は断熱材としてほとんど機能していないことがわかる。このことから、前記サーマルヘッド1において蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の20%より小さく形成されると、蓄熱調整溝9の蓄熱効果がほとんどなく、各発熱体5の熱がヘッド基板3を介して放熱部材7に放熱されてしまうので、この結果、サーマルヘッド1の省電力効果がほとんどなくなってしまうことがわかる。
そこで、図2〜図4の結果から、蓄熱調整溝9は、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の20%以上となるように形成されることが好ましい。
さらに、図5は、図1のサーマルヘッド1によって、それぞれ蓄熱調整溝9の幅寸法W2が異なる2種類の放熱部材7を用い、それぞれ蓄熱調整溝9の配置位置を異ならせて記録を行うことにより得た各記録画像の画質を示す表である。ここで実施例として、この画質を調べる際に用いられるサーマルヘッド1におけるヘッド基板3の幅寸法W1は2.44mmとし、前記蓄熱調整溝9の幅寸法W2は、それぞれヘッド基板3の幅寸法W1の約16%である0.4mm、および約82%である2.0mmとする。また、蓄熱調整溝9を、それぞれ蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cと幅方向において重なる位置、蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cに対し幅方向において0.5mm離れた位置、および蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cから幅方向において1.0mm離れた位置に配置する。さらに、画質は、製品規定最大の条件(例えばOptical Density=2.3)によって記録された参考画像に対して印画尾引きの程度を比較することにより判断する。
図5に示すように、蓄熱調整溝9の幅寸法W2が0.4mmであって、蓄熱調整溝9の中心部9Cと発熱体5の中心部5Cとが幅方向において重なるように蓄熱調整溝9を配置した場合には、画質が良好であり、また、蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cに対して幅方向において0.5mmまたは1.0mm離れるように蓄熱調整溝9を配置した場合には、画質が大変良好である。また、蓄熱調整溝9の幅寸法W2が2.0mmであって、蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cに対して幅方向において0.5mm離れるように蓄熱調整溝9を配置した場合には、画質は良好である。一方、蓄熱調整溝9の幅寸法W2が2.0mmであって、蓄熱調整溝9の中心部9Cと発熱体5の中心部5Cとが幅方向において重なるように、または蓄熱調整溝9の中心部9Cが発熱体5の中心部5Cに対して幅方向において0.5mm離れるように蓄熱調整溝9を配置した場合には、参考画像と比較して画質が低下してしまう。このことから、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の80%より広く形成されると、放熱性の劣化による蓄熱方の状態となり、記録画像の画質が低下してしまうことがあることがわかる。
また、図6は、図1のサーマルヘッド1によって、それぞれ蓄熱調整溝9の幅寸法W2が異なる4種類の放熱部材7に、2種類の接着材6を用いてヘッド基板3を接着した場合のヘッド基板3と放熱部材7とのせん断強度(Kgf/cm)を示す表である。ここで、このせん断強度を調べる際に用いられるサーマルヘッド1におけるヘッド基板3の幅寸法W1は、2.44mm、長さ寸法は、113mmとし、蓄熱調整溝9の幅寸法W2は、それぞれ、ヘッド基板3の幅寸法W1の20%、50%、80%、90%とする。接着材6としては、主に、熱伝導率および粘度が異なる2種類のシリコン系接着材として接着材6A、および接着材6Bを用いる。そして、ヘッド基板3における放熱部材7に対向する裏面3bは、蓄熱調整溝9に対向する部分を除く他の全ての部分が、接着材6を介して放熱部材7に接着された状態とする。
図6に示すように、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の80%以下である場合には、せん断強度が5kgf/cm以上であるのに対し、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の90%であって接着材6Bを用いた場合には、ヘッド基板3と放熱部材7とのせん断強度は、3.25Kgf/cmとなり、例えばヘッド基板3と放熱部材7との接着に必要なせん断強度基準値を5Kgf/cmとした場合、基準値以下とほぼ同じせん断強度となる。このことから、前記サーマルヘッド1において蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の80%より広い場合には、ヘッド基板3が放熱部材7から剥離してしまうおそれがある。
そこで、図5および図6の結果から、蓄熱調整溝9は、蓄熱調整溝9の幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の80%以下となるように形成されることが好ましい。
この結果、本実施形態に係るサーマルヘッド1において、蓄熱調整溝9は、蓄熱調整溝9の中心部9Cと発熱体5の中心部5Cとの幅方向における間隙寸法が0.5mm以下となる位置に配置されることが好ましく、また、蓄熱調整溝9の幅寸法W2が、ヘッド基板3の幅寸法W1の20〜80%となるように形成されていることが好ましい。
次に、本実施形態に係るサーマルヘッド1の作用について説明する。
本実施形態によれば、放熱部材7の表面7aに凹状の蓄熱調整溝9が各発熱体5の列状の配置方向に沿って形成されており、蓄熱調整溝9は、放熱部材7の表面7aのうち蓄熱調整溝9の幅方向の両端縁部分が、ヘッド基板3における放熱部材7に対向する裏面3bに接触する位置に配置されている。これにより、サーマルヘッド1は、放熱部材7における蓄熱調整溝9に介在する空気を断熱材として機能させて、発熱体5から放熱部材7への過度の放熱を防止することができるとともに、放熱部材7の表面7aにおける蓄熱調整溝9の幅方向の両端縁部分によって、ヘッド基板3を安定して支持することができる。また、サーマルヘッド1は、発熱体5から発生した熱が、蓄熱ガラス層2を介してヘッド基板3に伝達され、さらに放熱部材7の表面7aのうち接着材6を介してヘッド基板3に接触している部分から放熱部材7に伝達されることにより、発熱体5の熱を適正に放熱部材7に放熱することができる。
したがって、本実施形態に係るサーマルヘッド1は、各発熱体5から発生する熱を放熱部材7に適度に放熱するとともに、過度に放熱されてしまうことを防止することができ、これにより、放熱特性および省電力化の向上を図ることができ、かつ、発熱体5が設けられたヘッド基板3を放熱部材7によって安定して支持することができる。
また、蓄熱調整溝9を、蓄熱調整溝9の中心部9Cと発熱体5の中心部5Cとの幅方向における間隙寸法が0.5mm以下となる位置に配置することにより、蓄熱調整溝9に介在する空気を断熱材として有効に機能させることができ、これにより、蓄熱調整溝9において蓄熱効果を発揮させることができるので、サーマルヘッド1の省電力効果をより向上させることができる。
さらに、蓄熱調整溝9を、その幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の20%以上となるように形成することにより、各発熱体5から発生する熱が放熱部材7に過度に放熱されてしまうのを防止することができるので、サーマルヘッド1の省電力効果をより向上させることができる。
さらにまた、蓄熱調整溝9を、その幅寸法W2がヘッド基板3の幅寸法W1の80%以下となるように形成することにより、このサーマルヘッド1を用いて記録された記録画像の画質が低下してしまうことを防止することができる。また、ヘッド基板3と放熱部材7との接触面積が狭くなりすぎるのを防止することができるので、ヘッド基板3と放熱部材7とのせん断強度を低下させることなく、ヘッド基板3が放熱部材7から剥離してしまうことを確実に防止するとともに、放熱部材7により安定してヘッド基板3を支持することが可能となる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
1 サーマルヘッド
2 蓄熱ガラス層
3 ヘッド基板
3a 表面
3b 裏面
5 発熱体
5C 中心部
6 接着材
7 放熱部材
7a 表面
9 蓄熱調整溝
9C 中心部
2 蓄熱ガラス層
3 ヘッド基板
3a 表面
3b 裏面
5 発熱体
5C 中心部
6 接着材
7 放熱部材
7a 表面
9 蓄熱調整溝
9C 中心部
Claims (3)
- 複数の発熱体が列状に配置されているヘッド基板と、前記ヘッド基板を支持する放熱部材とを備えており、前記各発熱体から発生する熱を前記ヘッド基板を介して前記放熱部材に逃すサーマルヘッドであって、
前記放熱部材における前記ヘッド基板に対向する表面に、凹状の蓄熱調整溝を前記各発熱体の列状の配置方向に沿って形成し、
前記放熱部材を、その表面のうち前記蓄熱調整溝における前記各発熱体の配置方向に直交する幅方向の両端縁部分が、前記ヘッド基板における前記放熱部材に対向する裏面に接するように配置することを特徴とするサーマルヘッド。 - 前記蓄熱調整溝を、前記蓄熱調整溝の幅方向における中心部と前記発熱体の幅方向における中心部との幅方向における間隙寸法が0.5mm以下となる位置に配置することを特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。
- 蓄熱調整溝前記を、前記蓄熱調整溝の幅寸法が、前記ヘッド基板の幅寸法の20〜80%となるように形成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッド。
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