JP2011126025A - サーマルヘッドおよびプリンタ - Google Patents

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Abstract

【課題】製造工数および製造コストを維持しつつ、感熱記録媒体等の当たりが良好で伝熱効率の向上を図る。
【解決手段】平板状の基板本体13と、基板本体13の表面上に形成された略矩形状の発熱抵抗体15と、発熱抵抗体15の両端に接続され、発熱抵抗体15に電力を供給する一対の電極17A、17Bとを備え、各電極17A、17Bが発熱抵抗体15の幅寸法より小さい幅寸法の接続部27A,27Bを有し、各接続部27A,27Bが発熱抵抗体15の幅方向にずれた位置に接続されているサーマルヘッド1を提供する。
【選択図】図3

Description

本発明は、サーマルヘッドおよびプリンタに関するものである。
従来、小型ハンディターミナルに代表される小型情報機器端末に搭載されるサーマルプリンタに用いられ、複数の発熱抵抗体に選択的に通電し、発熱抵抗体の発熱部分を覆う耐摩耗層の表面を感熱記録媒体に押し付けることにより印画することができるサーマルヘッドが知られている(例えば、特許文献1参照)。
このようなサーマルヘッドにおいて、発熱抵抗体の両端部に接続した一対の電極と発熱抵抗体の発熱部分との間に段差が生じるため、発熱部分を覆う耐摩耗層の表面にもその段差の分だけ窪みが形成される。このような窪みがあると、印字時において感熱記録媒体と耐摩耗層表面とが接触する際に窪みに隙間ができ、発熱部分の熱が感熱記録媒体に効率よく伝わらなくなる。そのため、特許文献1に記載のサーマルヘッドは、電極間の段差に絶縁材料を埋め込み、電極間およびその上層に形成される耐摩耗層の表面を略平坦に近い形状にすることで、耐摩耗層表面に感熱記録媒体を接触し易くしている。
特開平4−319446号公報
しかしながら、特許文献1に記載のサーマルヘッドは、電極間の段差に絶縁材料を埋め込むための作業が必要となり、製造工数が増加してサーマルヘッドの製造コストがアップするという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、製造工数および製造コストを維持しつつ、感熱記録媒体等の当たりが良好で伝熱効率の向上を図ることができるサーマルヘッドおよびプリンタを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、平板状の基板と、該基板の表面上に形成された略矩形状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極とを備え、各前記電極が前記発熱抵抗体の幅寸法より小さい幅寸法の接続部を有し、各前記接続部が前記発熱抵抗体の幅方向にずれた位置に接続されているサーマルヘッドを提供する。
本発明によれば、接続部の幅寸法を発熱抵抗体の幅寸法より小さくしたことで、一方の接続部と他方の接続部の段差間に形成される窪みの底面の面積を広げることができる。また、接続部を発熱抵抗体の幅方向にずらしたことで、電極間の最小距離を広げ、あるいは電極間の最小距離となる領域の幅寸法を低減することができる。
したがって、印字時において感熱記録媒体等に向かって発熱抵抗体を押し付ける際に、感熱記録媒体等と窪みの底面との間に接続部の段差により形成される隙間を低減し、感熱記録媒体等と窪みの底面との接触面積を増大することができる。これにより、従来のサーマルヘッドと比較して製造工数を増加するような作業を要さずに感熱記録媒体等の当たりを良好にすることができ、製造コストを維持しつつ伝熱効率の向上を図ることができる。
本発明においては、各前記接続部が、前記発熱抵抗体の対角位置に接続されていることとしてもよい。
このように構成することで、接続部の段差により感熱記録媒体等の当たりが悪くなる領域を発熱抵抗体の幅方向に低減し、接続部が接続されていない発熱抵抗体の他の対角位置を含む広範囲にわたる窪みの底面を感熱記録媒体等に押し付けることができる。
また、上記発明においては、前記発熱抵抗体の略中央に該発熱抵抗体を厚さ方向に貫通する貫通孔を有することとしてもよい。
このように構成することで、一方の電極の接続部から他方の電極の接続部に向かって発熱抵抗体を略直線的に流れる電流を貫通孔の周りに回り込ませ、発熱抵抗体の中央付近に電流密度が集中するのを防ぐことができる。これにより、発熱抵抗体の広範囲に熱を分散させ、伝熱効率を向上することができる。
また、上記発明においては、前記基板が、積層状態に接合された支持基板および上板基板を備え、前記支持基板の上板基板側接合面および前記上板基板の支持基板側接合面の少なくとも一方の前記発熱抵抗体に対向する領域に凹部が設けられ、該凹部により前記支持基板と前記上板基板との間に空洞部が形成されていることとしてもよい。
このように構成することで、発熱抵抗体の直下に配置された上板基板は、発熱抵抗体で発生した熱を蓄える蓄熱層として機能する。また、発熱抵抗体に対向する領域に設けられた凹部により形成される空洞部は、上板基板から支持基板に伝熱される熱を断熱する中空断熱層として機能する。
したがって、空洞部により、発熱抵抗体で発生した熱量のうち上板基板から支持基板へ伝達される熱量を低減し、発熱抵抗体から上板基板とは反対側に伝達されて印字等に利用される熱量を増大することができ、発熱効率を向上することができる。
また、上記発明においては、各前記接続部の相互に対向する対向面が、凸状の曲面形状を有することとしてもよい。
このように構成することで、接続部の角部に最終的に形成される段差の曲率が小さくなり、感熱記録媒体等を窪みの底面に押し込み易くすることができる。これにより、感熱記録媒体等と窪みの底面との接触面積を増大させ、伝熱効率を向上することができる。また、接続部の対向面の角を取ることにより、接続部の角部に電流が集中するのを緩和することができる。なお、上記発明においては、前記凸状の曲面形状が前記電極の幅寸法の1/3以下の半径を有することとしてもよい。
本発明は、上記本発明のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタを提供する。
本発明によれば、感熱記録媒体等の当たりが良好なサーマルヘッドにより、発熱抵抗体で発生した熱を加圧機構により押し付けられる感熱記録媒体に高効率で伝熱することができる。また、発熱効率が高いサーマルヘッドにより、感熱記録媒体への印字時の消費電力を低減することができる。
本発明によれば、製造工数および製造コストを維持しつつ、感熱記録媒体等の当たりが良好で伝熱効率の向上を図ることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタの概略構成図である。 図1のサーマルヘッドを積層方向に切断した断面図である。 図2のサーマルヘッドをA−A方向に見た平面図である。 図2のサーマルヘッドと感熱紙との接触状態を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 本発明の一実施形態の別の変形例に係るサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 本発明の一実施形態の別の変形例に係るサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 本発明の一実施形態の別の変形例に係るサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 本発明の一実施形態の別の変形例に係るサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドおよびサーマルプリンタの比較例としての従来のサーマルヘッドを積層方向に切断した断面図である。 図10の従来のサーマルヘッドをB−B方向に見た平面図である。 図10の従来のサーマルヘッドと感熱紙との接触状態を示す縦断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドおよびサーマルプリンタ(プリンタ)について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド1は、例えば、図1に示すようなサーマルプリンタ100に用いられる。このサーマルプリンタ100は、本体フレーム2と、水平配置されるプラテンローラ4と、プラテンローラ4の外周面に対向配置されるサーマルヘッド1と、プラテンローラ4とサーマルヘッド1との間に感熱紙(感熱記録媒体)3等の印刷対象物を送り出す紙送り機構6と、サーマルヘッド1を感熱紙3に対して所定の押圧力で押し付ける加圧機構8とを備えている。
プラテンローラ4には、加圧機構8の作動により、サーマルヘッド1および感熱紙3が押し付けられるようになっている。これにより、プラテンローラ4の荷重が感熱紙3を介してサーマルヘッド1に加えられるようになっている。
サーマルヘッド1は、図2および図3に示すように、平板状の基板本体(基板)13と、基板本体13上に設けられた平板状の複数の発熱抵抗体15と、基板本体13上に形成され各発熱抵抗体15に接続された電極部17A,17Bと、基板本体13上の発熱抵抗体15および電極部17A,17Bを覆う保護膜19とを備えている。なお、図3において、矢印Yは、プラテンローラ4による感熱紙3の送り方向を示している(図5、図6、図7、図8、図9、図10において同様である。)。
基板本体13は、アルミ等の金属、樹脂、セラミックスまたはガラス等からなる板状部材の放熱板21に固定されており、放熱板21を介して放熱することができるようになっている。この基板本体13は、発熱抵抗体15が形成される平板状の上板基板12と、上板基板12を支持し放熱板21に固定される平板状の支持基板14とが積層状態に接合して構成されている。
上板基板12は、厚さ10〜50μm程度のガラス基板である。この上板基板12は、発熱抵抗体15の直下に配置されることにより、発熱抵抗体15において発生した熱の一部を蓄える蓄熱層として機能するようになっている。
支持基板14は、例えば、300μm〜1mm程度の厚さを有する絶縁性のガラス基板またはセラミックス基板等である。これら上板基板12および支持基板14は、互いに同じ材料からなるガラス基板かあるいは性質が近い基板を用いることが望ましい。
発熱抵抗体15は、上板基板11の表面において、基板本体13の長手方向に所定の間隔をあけて複数配列されている。これら発熱抵抗体15は、スパッタリングやCVD(化学気相成長法)、または、蒸着等の薄膜形成法により形成される。例えば、上板基板12上にTa系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料の薄膜を成膜し、この薄膜をリフトオフ法やエッチング法等を用いて成形することにより、所望の形状、例えば、矩形状の発熱抵抗体15を形成することができる。
電極部17A,17Bは、発熱抵抗体15に電力を供給して発熱させるためのものである。この電極部17A,17Bは、各発熱抵抗体15の幅方向(発熱抵抗体15の配列方向)に直交する長手方向の一端側に配置される共通電極17Aと、各発熱抵抗体15の他端側に配置される複数の個別電極17Bとにより構成されている。共通電極17Aは全ての発熱抵抗体15に一体的に接続され、各個別電極17Bは発熱抵抗体15ごとに個別に接続されている。
また、共通電極17Aおよび個別電極17Bは、それぞれ発熱抵抗体15に接続される接続部27Aおよび接続部27Bを有している。これら接続部27Aおよび接続部27Bは、発熱抵抗体15の幅寸法より小さい幅寸法、例えば、発熱抵抗体15の幅に対して1/2〜1/4程度の幅を有している。
また、接続部27Aと接続部27Bは、発熱抵抗体15の幅方向にずれた位置に接続されている。具体的には、接続部27Aは発熱抵抗体15の一端における角部25A上を覆うように接続され、接続部27Bは角部25Aの対角位置である角部25B上を覆うように接続されている。
これらの電極部17A,17Bは、上板基板12上にAl、Al−Si、Au、Ag、Cu、Pt等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜し、この膜をリフトオフ法またはエッチング法を用いて成形したり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成したりするなどして所望の形状に形成される。
保護膜19は、発熱抵抗体15および電極部17A,17Bを磨耗や腐食から保護するものである。この保護膜19は、基板本体13上に発熱抵抗体15および電極部17A,17Bを形成した後、例えば、スパッタリング等により上板基板11上にSiO、Ta、SiAlON、Si、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料を成膜して形成される。
ここで、スパッタリングにより保護膜19を形成した場合、発熱抵抗体15の上層の保護膜19の表面に接続部27A,27Bの段差による窪みが形成される。
本実施形態に係るサーマルヘッド1は、接続部27A,27Bの幅寸法を発熱抵抗体15の幅寸法より小さくしたので、接続部27A,27Bの上層に位置し保護膜19の表面形状が凸状になる部分の面積を低減し、接続部27Aと接続部27Bとの段差間の上層に位置し保護膜19表面が窪んだ形状になる部分の面積(すなわち、窪みの底面の面積)を広げることができる。
また、接続部27A,27Bを発熱抵抗体15の対角位置に接続したことで、接続部27A,27Bによる保護膜19表面の窪みの底面における段差間の最小距離を広げることができる。この窪みの底面が発熱領域に相当し、ここに感熱紙3を接触させることで効率的に印字することができる。
なお、このように構成されたサーマルヘッド1は、従来のサーマルヘッドと同じ製造工数で製造することができる。
以下、本実施形態に係るサーマルヘッド1およびサーマルプリンタ100の作用について説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ100を用いて感熱紙3に印画するには、まず、個別電極17Bに選択的に電圧を印加する。これにより、選択された個別電極17Bとこれに対向する共通電極17Aとが接続されている発熱抵抗体15に電流が流れ、発熱抵抗体15が発熱する。
続いて、加圧機構8を作動し、プラテンローラ4により送り出される感熱紙3に向けてサーマルヘッド1を押し付ける。プラテンローラ4は発熱抵抗体15の配列方向に平行な軸回りに回転し、発熱抵抗体15の配列方向に直交するY方向に向かって感熱紙3を送り出す。この感熱紙3に対して、発熱抵抗体15を覆う保護膜19の表面部分(印字部分)を押し付けることにより、感熱紙3が発色して印字される。
この場合において、発熱抵抗体15の上層に位置する保護膜19表面の窪みの底面の面積が大きく、また、接続部27A,27Bによる窪みの底面における段差間の最小距離が広いので、保護膜19表面の段差の影響が少なく、窪みの底面に対する感熱紙3の当たりを良好にすることができる。
具体的には、図4に示すように、発熱抵抗体15の他の角部25Dの上層から角部25Cの上層にかけて、感熱紙3と保護膜19表面との間に接続部27A,27Bの段差による隙間が形成されることなくこれらを接触させていくことができる。これにより、発熱抵抗体15において発生した熱を感熱紙3に効率よく伝えることができる。
したがって、本実施形態に係るサーマルヘッド1およびサーマルプリンタ100によれば、従来と同じ製造工数により製造コストを維持しつつ、伝熱効率の向上を図ることができる。また、電極部17A,17Bの接続部27A,27Bの幅寸法が小さいので接続部27A,27Bから逃げる熱損失を低減することができる。また、接続部27A,27Bの段差による影響が少ないので、感熱紙3とサーマルヘッド1とが接触して擦れる際に発生する紙かす等が保護膜19表面の窪みに溜まりにくく、印字障害が起こるのを防止することがきる。
なお、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、図5および図6に示すように、発熱抵抗体115の略中央に発熱抵抗体115の厚さ方向に貫通するスリット(貫通孔)123を形成することとしてもよい。このようにすることで、個別電極17Bの接続部27Bから共通電極17Aの接続部27Aに向かって発熱抵抗体115を略直線的に流れる電流をスリット123の周りに回りこませ、発熱抵抗体115の中央付近に電流密度が集中するのを防ぐことができる。
これにより、発熱抵抗体115の広範囲に熱を分散させ、伝熱効率の向上を図ることができる。なお、スリット123は、図5に示すように発熱抵抗体115の長手方向に沿う方向に延びる形状であってもよいし、図6に示すように接続部27Aと接続部27Bとが対向する方向に沿う方向に延びる形状であってもよい。また、貫通孔としては、例えば、所定の半径寸法を有する断面円形状の孔であってもよい。
また、本実施形態においては、単に平板状の上板基板12および支持基板14により構成される基板本体13を例示して説明したが、これに代えて、例えば、上板基板12の支持基板側の接合面または支持基板14の上板基板側の接合面の少なくとも一方に厚さ方向に窪む凹部を形成し、基板本体13が上板基板12と支持基板14との間に凹部による空洞部を備えることとしてもよい。なお、凹部は発熱抵抗体15に対向する領域に形成することが望ましい。
このようにすることで、発熱抵抗体15に対向する領域に形成される空洞部を、上板基板12から支持基板14に伝熱される熱を断熱する中空断熱層として機能させることができる。したがって、空洞部により、発熱抵抗体15で発生した熱量のうち上板基板12から支持基板14へ伝達される熱量を低減することができる。これにより、発熱抵抗体15から保護膜19側へ伝達されて印字等に利用される熱量を増大し、発熱効率の向上を図ることができる。
また、本実施形態においては、電極部17A,17Bの接続部27A,27Bの先端がほぼ直角に形成されているものを図示したが、これに代えて、例えば、図7に示すように、接続部37A,37Bの相互に対向する対向面が、角が取れて丸みをおびた滑らかな凸状の曲面形状を有することとしてもよい。この場合、接続部37A,37Bの先端の角部を電極部17A,17Bの幅寸法の1/3以下の半径を有する曲面形状、すなわち、R形状とすることが望ましい。このようにすることで、接続部37A,37Bの先端に最終的に形成される保護膜19の段差の曲率が小さくなり、感熱紙3を保護膜19表面の窪みの底面に押し込み易くすることができる。これにより、感熱紙3と窪みの底面との接触面積を増大させ、伝熱効率を向上することができる。また、接続部27A,27Bの先端の角部をほぼ直角に形成する場合と比較して、接続部37A,37Bの先端の角部に電流が集中するのを緩和することができる。
また、例えば、図8に示すように、接続部47A,47Bの先端が電極部17A,17Bの幅方向に対して傾斜する先端面を有し、各先端面を互いに向かい合わせて配置することとしてもよい。この場合、接続部47A,47Bの各先端面が互いに略平行となるように配置することとしてもよい。このようにすることで、接続部37A,37Bの角部をR形状にする場合と同様の効果が得られるとともに、接続部47A,47Bによる窪みの底面における段差間の最小距離を広げ、感熱紙3と窪みの底面との接触面積をより増大させることができる。これより、伝熱効率の向上を図ることができる。
また、本実施形態においては、電極部17A,17Bの接続部27A,27Bを各発熱抵抗体15の角部25A,25Bに接続することとしたが、例えば、図9に示すように、隣接する一方の発熱抵抗体15には、接続部27A,27Bを角部25A,25Bに接続し、他方の発熱抵抗体15には、接続部27A,27Bを角部25C,25Dに接続することとしてもよい。このようにすることで、隣接する発熱抵抗体15に接続された電極部27Aどうし、または、電極部27Bどうしの距離間隔が大きくなるので、感熱紙3と保護膜19表面の窪みの底面とを接触し易くし、伝熱効率の向上を図ることができる。この場合、接続部27A,27Bの先端の角部をR形状にすることとしてもよいし、また、接続部27A,27Bの先端面を電極部17A,17Bの幅方向に対して傾斜させ、各先端面を互いに向かい合わせて配置することとしてもよい。
また、本実施形態においては、一定の幅寸法を有する電極部17A,17Bを図示して説明したが、例えば、電極部17A,17Bのうち接続部27A,27B以外の部分の幅寸法を大きくし、接続部27A,27Bのみ幅寸法を小さくした形状であってもよい。
また、本実施形態においては、電極部17A,17Bの接続部27A,27Bを発熱抵抗体15の対角位置にずらして接続した場合を例示して説明したが、例えば、接続部27A,27Bどうしが部分的に発熱抵抗体15の長手方向に対向する範囲でこれらをずらして接続した場合には、接続部27A,27B間の最小距離となる領域の幅寸法を低減することができる。
ここで、本実施形態に係るサーマルヘッド1およびプリンタ100の比較例として、図10および図11に示すように、発熱抵抗体215の幅寸法とほぼ同じ幅寸法を有する接続部227A,227Bが発熱抵抗体215の両端の幅方向全域に接続された電極部217A,217Bを備える従来のサーマルヘッド201について説明する。
比較例に係る従来のサーマルヘッド201においては、発熱抵抗体215の両端の幅方向全域にわたり接続部227A,227Bによる段差が生じるため、スパッタリングにより形成した保護膜219の表面には、発熱抵抗体215の上層に接続部27A,27Bの段差の分だけ窪みが形成される。
このような比較例に係る従来のサーマルヘッド201を用いた場合、図12に示すように、プラテンローラ4によりY方向に送り出される感熱紙3にサーマルヘッド201を押し付けると、感熱紙3と保護膜219表面とが接触する際に保護膜219表面の窪みの段差付近に隙間ができてしまい、感熱紙3の当たりが悪い。そのため、発熱抵抗体215において発生した熱を感熱紙3に効率よく伝えることができず、伝熱効率が低減することとなる。
1,201 サーマルヘッド
3 感熱紙(感熱記録媒体)
8 加圧機構
12 上板基板
13 基板本体(基板)
14 支持基板
15,115,215 発熱抵抗体
17A,217A 共通電極(電極)
17B、217B 個別電極(電極)
27A,27B,37A,37B,47A,47B 接続部
100 サーマルプリンタ(プリンタ)
123 スリット

Claims (7)

  1. 平板状の基板と、
    該基板の表面上に形成された略矩形状の発熱抵抗体と、
    該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極とを備え、
    各前記電極が前記発熱抵抗体の幅寸法より小さい幅寸法の接続部を有し、各前記接続部が前記発熱抵抗体の幅方向にずれた位置に接続されているサーマルヘッド。
  2. 各前記接続部が、前記発熱抵抗体の対角位置に接続されている請求項1に記載のサーマルヘッド。
  3. 前記発熱抵抗体の略中央に該発熱抵抗体を厚さ方向に貫通する貫通孔を有する請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッド。
  4. 前記基板が、積層状態に接合された支持基板および上板基板を備え、
    前記支持基板の上板基板側接合面および前記上板基板の支持基板側接合面の少なくとも一方の前記発熱抵抗体に対向する領域に凹部が設けられ、該凹部により前記支持基板と前記上板基板との間に空洞部が形成されている請求項1から請求項3のいずれかに記載のサーマルヘッド。
  5. 各前記接続部の相互に対向する対向面が、凸状の曲面形状を有する請求項1から請求項4のいずれかに記載のサーマルヘッド。
  6. 前記凸状の曲面形状が前記電極の幅寸法の1/3以下の半径を有する請求項5に記載のサーマルヘッド。
  7. 請求項1から請求項6のいずれかに記載のサーマルヘッドと、
    該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタ。
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