JP2011062898A - ヘッド機構及び印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に適正な印字圧力を得ることができるヘッド機構及び印刷装置を提供する。
【解決手段】ヘッド機構１０は、所定の搬送方向に沿って移動する用紙１４またはインクリボン１５に対して押圧されて支持されるサーマルヘッド１２と、前記サーマルヘッド１２を前記搬送方向と交差する方向に押圧する押圧機構３０と、前記サーマルヘッド１２を前記押圧方向に沿って移動可能に支持するヘッド支持機構２０と、を備え、前記サーマルヘッド１２を押圧する押圧力Ｗの作用点Ｐ２は、前記サーマルヘッド１２を支持する支持点Ｐ３よりも、前記搬送方向の下流側に配置されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、搬送される対象物に印刷するヘッド機構及び印刷装置に関する。

サーマルプリンタなどの印刷装置において、発熱体列を有するヘッドを、所定の搬送方向に移動する対象物となる用紙またはインクリボンに対して、搬送方向と交差する方向に押圧して当接させる押圧機構を備えたヘッド機構を有する印刷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような印刷装置において、適当な印字圧力を保つために、ヘッドを押圧方向にスライド移動可能に支持する支持機構を備えたヘッド機構を有する印刷装置が知られている。このような構成の印刷装置及びヘッド機構においては、印字部における用紙またはインクリボンとの摩擦力により回転モーメントが発生し、押圧部における押圧力により回転モーメントが発生する。

しかしながら、上述の技術には以下のような問題がある。すなわち、上述のヘッド機構において、押圧作用点をスライド支持機構よりも搬送方向上流側に設けた場合には、２つの回転モーメントが同方向に働くため、支持点において摩擦力が発生し、これが抗力となって、押圧力が減じられる。この場合には、所望の印字圧力を確保することが困難となる。またこの抗力は、摩擦力により決定するため、機体の個体差があり、一定ではない。このため、たとえ抗力を考慮して押圧力の設計値を多めに決定したとしても、摩擦係数が低い固体の場合は、荷重がかかりすぎてインクリボンにしわがよる等により印字不良の原因となる。また、押圧力の設定値を多めに決定すると押圧機構を強固にしなくてはならないので、コストに悪影響を与える。

そこで本発明は、容易に適正な印字圧力を得ることができるヘッド機構及び印刷装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るヘッド機構は、所定の搬送方向に沿って移動する対象物に対して押圧されて支持されるヘッドと、前記ヘッドを前記搬送方向と交差する方向に押圧する押圧部と、前記ヘッドを前記押圧方向に沿って移動可能に支持する支持部と、を備え、前記ヘッドを押圧する押圧力の作用点は、前記ヘッドを支持する支持点よりも、前記搬送方向の下流側に配置されることを特徴とする。

本発明によれば、容易に適正な印字圧力を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る印刷装置の構成を示す正面図。 同実施形態に係る印刷装置の構成を示す説明図。

以下に本発明の一実施形態に係る印刷装置について、図１及び図２を参照して説明する。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。ここでは、Ｘ軸が印字部における用紙の搬送方向に、Ｙ軸が幅方向に、Ｚ軸が押圧方向に、それぞれ沿うように配置している。図１は、本実施形態に係る印刷装置の構成を示す正面図であり、図２は印刷装置の側面視における構成を示す説明図である。また、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

印刷装置１は、例えば、ラベルプリンタ、バーコードプリンタ、レシートプリンタなどに使用されるサーマルプリンタであり、ヘッド機構１０を有している。印刷装置１は、一対の筐体フレーム１１と、この一対の筐体フレーム１１間に支持されるサーマルヘッド１２（ヘッド）と、サーマルヘッド１２に対向配置されたプラテンローラ１３と、サーマルヘッド１２をスライド可能に支持するヘッド支持機構２０（支持部）と、サーマルヘッド１２をプラテンローラ１３に対して押圧する押圧機構３０（押圧部）と、を備えている。

サーマルヘッド１２の発熱体列１２ａとプラテンローラ１３との間の印字部Ｐ１において、用紙１４及びインクリボン１５が挟まれ、この印字部Ｐ１において用紙１４及びインクリボン１５が図中Ｘ軸に沿う所定の搬送方向に沿って搬送される際に、発熱体列１２ａによってインクリボン１５が加熱されて印刷（印字）が行われる。なお、説明のため図１においては用紙１４及びインクリボン１５を省略している。

一対の筐体フレーム１１は図中Ｙ軸に沿う幅方向の両端にそれぞれ設けられている。この一対の筐体フレーム１１に、複数の支持軸体２１が設けられている。支持軸体２１は幅方向両側からそれぞれ内側に向かって突出する円柱状に構成され、図中Ｚ軸に沿う押圧方向に沿って２つずつ並列して設けられている。さらに、一対の筐体フレーム１１には、押圧機構３０のカムシャフト３１を回転可能に支持するカム支持部１１ａと、プラテンローラ１３のプラテン軸を回転可能に支持するプラテン支持部１１ｂとがそれぞれ設けられている。

サーマルヘッド１２は、多数の発熱体を幅方向に沿って１列に配列させた発熱体列１２ａを有し、用紙１４の幅にわたる所定長さを有している。サーマルヘッド１２は、押圧機構３０により用紙１４の搬送方向と直交する押圧方向（Ｚ方向）に、用紙１４及びインクリボン１５を挟んでプラテンローラ１３に対して押圧されている。押圧方向はプラテンローラ１３の法線方向に沿っている。サーマルヘッド１２は、ヘッド支持機構２０により押圧方向においてスライド移動可能に支持されている。

プラテンローラ１３は、幅方向に延びる円柱状に形成され、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）などの弾性材料で構成された円筒状のローラ１３ａと、プラテン軸１３ｂと、を有している。プラテンローラ１３は、左右一対の軸受部１３ｃを介して筐体フレーム１１のプラテン支持部１１ｂに回転可能に支持されている。プラテンローラ１３は、図示しないモータによって駆動され、幅方向（Ｙ方向）に延びる回転軸を中心に回転する。

ヘッド支持機構２０は、支持軸体２１と、サーマルヘッド１２の上面に固定されるヘッド支持フレーム２２と、ヘッド支持フレーム２２の幅方向両端にそれぞれ固定された一対のヘッド支持板２３と、を備えて構成されている。

ヘッド支持フレーム２２は、例えば正面視コ字形状に屈曲形成された板金で構成され、ねじ部材などの固定部材２４によってその両端側がそれぞれ一対のヘッド支持板２３に固定されている。

一対のヘッド支持板２３は、例えば平板状の板金で構成され、押圧方向に沿って並んで配置される２つの長孔２５を有している。複数の長孔２５は小判形状であり、その長手方向が押圧方向に沿って設けられている。この長孔２５に、筐体フレーム１１の支持軸体２１が、押圧方向において相対移動可能に係合している。したがって、ヘッド支持機構２０によりサーマルヘッド１２が筐体フレーム１１に対して押圧方向に移動可能に支持されている。

押圧機構３０は、幅方向に延びるカムシャフト３１と、カムシャフト３１の幅方向中央部分に設けられたカム３２と、カム３２の下端に接触するように配置された押圧ばね３３と、この押圧ばね３３とヘッド支持機構２０のヘッド支持フレーム２２の間に介在して押圧力Ｗを伝達する伝達フレーム３４と、を備えて構成されている。

カムシャフト３１は左右一対の軸受部を介して筐体フレーム１１のカム支持部１１ａに回転自在に支持されている。カム３２はカムシャフト３１から外面までの距離が変化する非円形の板状に構成され、カムシャフト３１の回転に応じて押圧ばね３３を下方に押圧する。押圧ばね３３は、例えば弾性変形可能な板ばねからなり、カム３２に押圧されることにより変形し、変形により発生する荷重で伝達フレーム３４を下方に押圧する。伝達フレーム３４は正面視コ字状の板状部材で形成され、カム３２からの押圧力Ｗを平均化してヘッド支持フレーム２２を下方に押圧する。このように構成された押圧機構３０により、支持フレーム２２を介してサーマルヘッド１２が、下方に押し付けられ、用紙１４（インクリボン１５）に対して押圧方向に押圧される。

図２に示すように、印刷装置１において、図示しないモータが回転すると、プラテンローラ１３がＲ方向に回転する。ここで、プラテンローラ１３の回転によって用紙１４及びインクリボン１５がサーマルヘッド１２と接しながら印字部Ｐ１において図中矢印で示すようにＸ方向に沿う搬送方向に送られる。このときサーマルヘッド１２によってインクリボン１５が加熱され、プラテンローラ１３との間に挟まれた用紙１４に対して印字が行われる。

このとき、印刷装置１では、押圧機構３０により図中下方に沿う押圧方向へ向かってサーマルヘッド１２を押圧する押圧力Ｗが生じ、また、サーマルヘッド１２とインクリボン１５または用紙１４の搬送により印字部Ｐ１において、図中左方に沿う搬送方向に向かって摩擦力Ｆが生じる。サーマルヘッド１２がヘッド支持機構２０に支持される支持点Ｐ３を基準とした場合に、摩擦力Ｆにより図中時計回り方向に作用する第１回転モーメントＭ１が生じ、押圧力Ｗにより図中反時計回り方向に作用する第２回転モーメントＭ２が発生する。

サーマルヘッド１２に押圧力Ｗを付与する押圧力作用点Ｐ２は、ヘッドが支持される支持点Ｐ３よりも、搬送方向の下流側に設けられている。すなわち、例えば図２に示すように、側面視において、押圧ばね３３が、下方の支持軸体２１の中心よりも搬送方向の下流側（図２中左側）に設けられている。したがって、サーマルヘッド１２がヘッド支持機構２０に支持される支持点Ｐ３を基準とした場合に、第１回転モーメントＭ１と第２回転モーメントＭ２とが互いに反対側に向かって作用し、相殺する方向に働くようになっている。

さらに、印刷装置１においては、押圧力Ｗにより発生する第１回転モーメントＭ１と、インクリボン１５または用紙１４とヘッドとの摩擦力Ｆにより発生する第２回転モーメントＭ２とが、互いに相殺されるように、ヘッド支持機構２０、押圧機構３０、印字部Ｐ１の配置が設定されている。

例えば図２に示す例では、印字部Ｐ１に近い側の下方の支持軸体２１の中心を支持点Ｐ３とし、押圧ばね３３の下面の幅方向中心を押圧力作用点Ｐ２とし、用紙１４またはインクリボン１５とサーマルヘッド１２の当接位置を印字部Ｐ１とした場合に、支持点Ｐ３から押圧力作用点Ｐ２までの距離Ｌ１と、作用点Ｐ２に作用する押圧力Ｗの、支持点Ｐ３と押圧力作用点Ｐ２とを結ぶ直線に直交する方向の成分W’とを乗じた第１モーメントＭ１と、支持点Ｐ３から印字部Ｐ１（摩擦力発生部）までの距離Ｌ２と、摩擦力Ｆの、支持点Ｐ３と印字部Ｐ１とを結ぶ直線に直交する方向の成分F’とを乗じた第２モーメントＭ２との比Ｍ１／Ｍ２が、０．７〜１．３程度の範囲内となるように設定されている。すなわち、以下の式１を満たすように配置されている。

０．７≦Ｍ１／Ｍ２≦１．３ …（式１）
Ｍ１＝（F’×L1） …（式２）
Ｍ２＝（W’×L2） …（式３）
F’＝μＦcosθ１ …（式４）
W’＝Wcosθ２ …（式５）
なお、θ１は支持点Ｐ３及び印字部Ｐ１を結ぶ直線と搬送方向との間の角度であり、θ２は支持点Ｐ３及び押圧力作用点Ｐ２を結ぶ直線と押圧方向との間の角度である。

この構成によれば、押圧ばね３３により押圧力Ｗが付与されてサーマルヘッド１２が用紙１４（インクリボン１５）に押し付けられた状態でプラテンローラ１３が回転した際に、用紙１４（インクリボン１５）とサーマルヘッド１２の摩擦ヘッドの押圧ばね３３から発生する第２回転モーメントＭ２と、サーマルヘッド１２が用紙１４（インクリボン１５）の摺動により受ける摩擦力Ｆから発生する第１回転モーメントＭ１が、相殺される。このため、押圧力Ｗに対する抗力を低減でき、良好な印字圧力を得ることができる。

また、より好ましくは、第１回転モーメントＭ１と第２回転モーメントＭ２の大きさが等しく、Ｍ１＝Ｍ２…（式６）を満たすように、設定されている。

このように設定することにより、第１回転モーメントＭ１と第２回転モーメントＭ２がつり合い互いに相殺されることで、押圧力Ｗに対する抗力を無くすことができ、より好適な印字圧力を得ることができる。

本実施形態に係る印刷装置１によれば、ヘッド支持機構２０、押圧機構３０、印字部Ｐ１の配置を調整するだけで容易に良好な印字圧力を確保することが可能となる。すなわち、押圧力作用点Ｐ２を支持点Ｐ３よりも搬送方向下流側に設定し、第１回転モーメントＭ１と第２回転モーメントＭ２がつり合うように設定したので支持点Ｐ３における支持軸体２１と長孔２５の間の摩擦力Ｆを低減し、押圧力Ｗに対する抗力を低減することができる。このため、押圧力Ｗのロスを低減または無くすことができ、個体間でも差のない安定した圧力を印加することができる。したがって、用紙１４の性質や環境変動等により条件が変わった場合でも、安定した印字を行うことができる。

また、回転モーメントにより抗力が発生する場合と比べて押圧力Ｗの設定値を小さくできるので、搬送に要するエネルギーを軽減でき、安定した印字ピッチを実現できる。さらに、押圧力Ｗを大きめに設定する必要がないため、押圧力のかかりすぎで生じるインクリボン１５のしわ発生等の悪影響も防止することができる。したがって、印字品質を高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態においては、式１〜式６を用いたが、これに限られるものではない。例えば、印刷装置の構成や配置、用紙１４等の各種条件に応じて、基準とする位置Ｐ１〜Ｐ３や、各力Ｆ’，Ｗ’の大きさや方向等の条件設定を適宜変更することが出来る。

上記実施形態においては、押圧機構３０として、カム３２と押圧ばね３３で構成した例を示したがこれに限られるものではなく、例えば荷重に応じて伸縮するコイルばねなど、他の構造の押圧機構も適用可能である。さらに、ヘッド支持機構２０として複数の長孔２５と支持軸体２１との係合によりスライド可能に支持する例を示したがこれに限られるものではなく、例えば互いにスライド可能なレール構造など、他の構造のヘッド支持機構も適用可能である。

上記実施形態においてはサーマルヘッド１２と用紙１４との間にインクリボン１５が介在し、このインクリボン１５が対象物となる場合を例示したがこれに限られるものではない。例えばインクリボンを省略して熱により発色する感熱層を有する用紙を対象物としてもよい。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…印刷装置、１０…ヘッド機構、１１…筐体フレーム、
１２…サーマルヘッド（ヘッド）、１２ａ…発熱体列、１３…プラテンローラ、
１４…用紙（対象物）、１５…インクリボン、２０…ヘッド支持機構（支持部）、
２１…支持軸体（軸体）、２２…ヘッド支持フレーム、２２…支持フレーム、
２３…ヘッド支持板、２４…固定部材、２５…長孔、３０…押圧機構（押圧部）、
３１…カムシャフト、３２…カム、３４…伝達フレーム、Ｆ…摩擦力、Ｗ…押圧力、
Ｐ１…印字部、Ｐ２…押圧力作用点Ｐ３…支持点、Ｍ１…第１回転モーメント、
Ｍ２…第２回転モーメント。

特開平9-123489号公報

Claims (6)

1. 所定の搬送方向に沿って移動する対象物に対して押圧されて支持されるヘッドと、
   前記ヘッドを前記搬送方向と交差する方向に押圧する押圧部と、
   前記ヘッドを前記押圧方向に沿って移動可能に支持する支持部と、
   を備え、
   前記ヘッドを押圧する押圧力の作用点は、前記ヘッドを支持する支持点よりも、前記搬送方向の下流側に配置されることを特徴とするヘッド機構。
2. 所定の搬送方向に沿って移動する対象物に対して押圧されて支持されるヘッドと、
   前記ヘッドを前記搬送方向と交差する方向に押圧する押圧機構と、
   前記ヘッドを前記押圧方向に移動可能に支持する支持部と、
   を備え、
   前記ヘッドが前記支持部に支持される支持点を基準として、前記対象物と前記ヘッドとの摩擦力により発生する第１回転モーメントと前記押圧力により発生する第２回転モーメントとが、互いに相殺する方向に働くように設定されたことを特徴とする請求項１記載のヘッド機構。
3. 前記第１回転モーメントと前記第２回転モーメントとの比が0.7〜1.3の範囲内であることを特徴とする請求項２記載のヘッド機構。
4. 前記第１回転モーメントと前記第２回転モーメントとが等しくなるように設定されたことを特徴とする請求項２記載のヘッド機構。
5. 前記対象物は、印刷の媒体となる用紙または前記用紙と前記ヘッドとの間に介在するインクリボンであることを特徴とする請求項１または２記載のヘッド機構。
6. 請求項１乃至５に記載の前記ヘッド機構と、
   前記ヘッドに対向して設けられるプラテンと、を備え、
   前記支持部は、長手方向が前記押圧方向に沿う複数の長孔と、前記長孔にスライド移動可能に係合する軸体とを備えて構成されることを特徴とする印刷装置。

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