JP2012061778A - サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】複数素子で１画素を形成するサーマルプリントヘッドの熱応答性を向上させる。
【解決手段】サーマルプリントヘッドの発熱体板３０は、絶縁基板、配線パターン４０、絶縁層５２、熱拡散部５０、および、保護層５４を備えている。配線パターン４０は、一対の発熱抵抗部４２、一対の発熱抵抗部４２を直列に接続する折返し導電部４４、個別電極、および、共通電極４８を有している。個別電極と共通電極４８との間に電圧を印加すると、一対の発熱抵抗部４２が同時に発熱する。絶縁層５２は、絶縁材からなり、絶縁基板の露出面および配線パターン４０上に積層されている。熱拡散部５０は、金属材からなり、絶縁層５２上に形成されて、折返し導電部４４の上方から発熱抵抗部４２とは反対側に向かって広がっている。保護層５４は、樹脂材からなり、発熱体板３０の最表面を形成している。
【選択図】図４

Description

本発明は、サーマルプリントヘッド、および、これを用いたサーマルプリンタに関する。

サーマルプリントヘッドは、発熱領域に配列された複数の発熱抵抗部を発熱させて、その熱により記録媒体に文字や図形などを印字・印画する出力用デバイスである。このサーマルプリントヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、フォトプリンタ、イメージャー、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。

従来のサーマルプリントヘッドについて、図７を用いて説明する。図７は、従来のサーマルプリントヘッドの発熱体板の表面温度分布を配線パターンとともに示した図である。

サーマルプリントヘッドは、放熱板、放熱板の同一表面上に配置された発熱体板、および、回路基板を備えている。発熱体板は、絶縁基板、複数の配線パターン１４０、および、保護層を有している。

配線パターン１４０は、一対の発熱抵抗部１４２、折返し導電部１４４、個別電極１４６、および、共通電極１４８を有している。配線パターン１４０は、絶縁基板上に形成されている。複数の配線パターン１４０は、互いに主走査方向９１に間隔を空けて配列されている。

発熱抵抗部１４２は、絶縁基板上に形成されている。一対の発熱抵抗部１４２は、副走査方向９２に延びていて、互いに主走査方向９１に間隔を空けて配列されている。複数の配線パターン１４０の発熱抵抗部１４２は、発熱素子としての役割を果たす。図７に示したように、複数の発熱抵抗部１４２が配列された帯状の領域が、発熱領域１３２となる。

一対の発熱抵抗部１４２の記録媒体の排出側（副走査方向９２の下流側）の端部には、折返し導電部１４４が形成されていて、一対の発熱抵抗部１４２を直列に接続している。一対の発熱抵抗部１４２の記録媒体の供給側（副走査方向９２の上流側）の端部には、それぞれ、個別電極１４６および共通電極１４８が形成されている。個別電極１４６と共通電極１４８との間に電圧が印加されることにより、一対の発熱抵抗部１４２が同時に発熱して、記録媒体に１画素を出力する（１画素２素子型）。

保護層は、絶縁基板および配線パターン１４０の露出面上に積層されて、発熱体板の最表面を形成している。保護層は、サーマルプリンタの使用時における記録媒体との摩擦から、配線パターン１４０を保護する役割を果たす。

一方、回路基板には、配線パターン１４０に電力を供給する駆動回路となる駆動用ＩＣなどの電気部品が実装されている。

上述のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタについて説明する。サーマルプリンタは、一般的にプラテンローラを備えている。プラテンローラは、主走査方向９１を回転軸として、その側面が発熱体板の表面上（保護層の表面上）の発熱領域１３２に接するように回転可能に設けられている。

例えば、感熱型サーマルプリンタは、プラテンローラを回転させることによって、プラテンローラと発熱領域１３２との間に挿入された感熱紙などの記録媒体を発熱領域１３２に押し付けつつ、記録媒体を副走査方向９２に移動させる。記録媒体の移動に伴って、発熱領域１３２の発熱パターンを変化させることによって、記録媒体に印字・印画する。

上述した１画素２素子型のサーマルプリントヘッドでは、１画素１素子型のサーマルプリントヘッドに比べて、図７に示したように、発熱体板の主走査方向９１の表面温度分布（保護層の主走査方向９１の表面温度分布）１８５が平坦化される。そのため、発熱体板の主走査方向９１の表面温度分布１８５のピークを抑えることができ、過熱による記録媒体へのダメージを低減することができる。

特開２００６−２０５５２０号公報

ここで、１画素１素子型のサーマルプリントヘッドでは、発熱抵抗部の記録媒体の供給側の端部には、個別電極が形成され、発熱抵抗部の記録媒体の排出側の端部には、共通電極が接続されている。そのため、発熱抵抗部からの熱が、個別電極および共通電極を伝わって、外部に放出されやすい。

これに対して、１画素２素子型のサーマルプリントヘッドでは、一対の発熱抵抗部１４２の記録媒体の供給側の端部には、それぞれ、個別電極１４６および共通電極１４８が接続されているが、一対の発熱抵抗部１４２の記録媒体の排出側の端部には、折返し導電部１４４が接続されている。折返し導電部１４４は、個別電極１４６および共通電極１４８に比べて表面積が小さく、両端に一対の発熱抵抗部１４２が接続されているため、放熱性が低く、熱溜まりになってしまう。

したがって、１画素２素子型のサーマルプリントヘッドは、１画素１素子型のサーマルプリントヘッドに比べて、熱応答性が悪く、印画速度を上げると、いわゆる尾引き現象による印画品質の低下が顕著になる。

また、１画素２素子型のサーマルプリントヘッドでは、折返し導電部１４４は、個別電極１４６および共通電極１４８に比べて、放熱性が低い。そのため、図７に示したように、発熱体板の副走査方向９２の表面温度分布１８１のピークは、発熱領域１３２の副走査方向９２の中央１８３より折返し導電部１４４側（記録媒体の排出側）にずれて、表面温度分布１８１は、折返し導電部１４４側（記録媒体の排出側）に偏ってしまう。

このように、発熱体板の表面温度分布１８１に偏りがあると、印画を形成する各ドットの濃度分布も偏り、印画品質が低下してしまう。

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、複数素子で１画素を形成するサーマルプリントヘッドの熱応答性を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るサーマルプリントヘッドは、絶縁基板と、副走査方向に延びて互いに主走査方向に間隔を空けて配列された一対の発熱抵抗部と前記一対の発熱抵抗部の一端に形成されて前記一対の発熱抵抗部を互いに直列に接続した折返し導電部とを有し、前記絶縁基板上に形成されて互いに主走査方向に間隔を空けて複数配列された１画素複数素子型の配線パターンと、絶縁材からなり少なくとも一部が前記折返し導電部上に積層された絶縁層と、金属材からなり少なくとも一部が前記絶縁層上に形成されて前記折返し導電部の上方から前記発熱抵抗部とは反対側に向かって広がった熱拡散部とを具備したことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係るサーマルプリンタは、絶縁基板と、副走査方向に延びて互いに主走査方向に間隔を空けて配列された一対の発熱抵抗部と前記一対の発熱抵抗部の一端に形成されて前記一対の発熱抵抗部を互いに直列に接続した折返し導電部とを有し、前記絶縁基板上に形成されて互いに主走査方向に間隔を空けて複数配列された１画素複数素子型の配線パターンと、絶縁材からなり少なくとも一部が前記折返し導電部上に積層された絶縁層と、金属材からなり少なくとも一部が前記絶縁層上に形成されて前記折返し導電部の上方から前記発熱抵抗部とは反対側に向かって広がった熱拡散部とを備えたサーマルプリントヘッドを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、複数素子で１画素を形成するサーマルプリントヘッドの熱応答性を向上できる。

本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリンタの部分断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの絶縁層および保護層を省略して模式的に示した発熱体板の部分平面図である。 図３のIV−IV矢視断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの発熱体板の表面温度分布を配線パターンとともに示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの副走査方向の一部断面図である。 従来のサーマルプリントヘッドの発熱体板の表面温度分布を配線パターンとともに示した図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタについて説明する。

まず、第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０およびサーマルプリンタの概要について、図１および図２を用いて説明する。図１は、サーマルプリントヘッドの斜視図である。図２は、サーマルプリンタの部分断面図である。

サーマルプリントヘッド１０は、放熱板２０、発熱体板３０、および、回路基板６０を有している。発熱体板３０および回路基板６０は、放熱板２０の同一表面上に載置されている。発熱体板３０は、記録媒体７２の進行方向である記録媒体７２の排出側（副走査方向９２の下流側）に配置されている。回路基板６０は、発熱体板３０と隣接して、記録媒体７２の供給側（副走査方向９２の上流側）に配置されている。

放熱板２０は、例えばＡｌなどの金属からなり、副走査方向９２に直交する主走査方向９１に延びている。放熱板２０は、発熱体板３０からの熱をサーマルプリントヘッド１０の外部に放つ役割を果たす。

発熱体板３０は、放熱板２０上に載置されていて、主走査方向９１に延びている。発熱体板３０には、主走査方向９１に延びた発熱領域３２が形成されている。

回路基板６０は、放熱板２０上に載置されていて、発熱体板３０と並行して主走査方向９１に延びている。回路基板６０には、駆動用ＩＣ６２およびコネクタ６４などが実装されている。駆動用ＩＣ６２は、発熱領域３２を発熱させる駆動回路としての役割を果たす。発熱領域３２に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力は、コネクタ６４を介して入力される。

発熱体板３０に形成された配線パターン４０と駆動用ＩＣ６２とは、例えばボンディングワイヤ６６ａによって電気的に接続されている。回路基板６０に形成された配線パターン４０と駆動用ＩＣ６２とは、例えばボンディングワイヤ６６ｂによって電気的に接続されている。駆動用ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６ａ，６６ｂは、樹脂からなる封止材６８によって封刺され、保護されている。

サーマルプリンタは、プラテンローラ７０を備えている。プラテンローラ７０は、所定の弾性を持つ材料からなり、円筒状に形成されている。プラテンローラ７０は、主走査方向９１に延びた軸７０ａを有し、軸中心に回転可能に設置されている。プラテンローラ７０は、外周面７０ｂが発熱領域３２に接するように設置されている。

サーマルプリンタの使用時には、プラテンローラ７０と発熱領域３２との間に、熱印刷温度以上に加熱されると発色する感熱紙などの記録媒体７２が挿入される。サーマルプリンタは、プラテンローラ７０を回転させることによって、記録媒体７２を発熱領域３２に押し付けつつ、記録媒体７２を副走査方向９２に移動させる。加えて、サーマルプリンタは、記録媒体７２の移動に伴って、発熱領域３２の発熱パターンを変化させることによって、所望の画像を記録媒体７２上に形成する。

次に、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０の発熱体板３０の詳細について、図３および図４を用いて説明する。図３は、絶縁層および保護層を省略して模式的に示した発熱体板の部分平面図である。図４は、図３のIV−IV矢視断面図である。

発熱体板３０は、絶縁基板、抵抗体層４１と導電体層とから形成された配線パターン４０、熱拡散部５０、絶縁層５２、および、保護層５４を備えている。

絶縁基板は、支持基板３４およびグレーズ層３６を有している。支持基板３４は、例えば、アルミナなどの絶縁材からなり、厚さが１ｍｍに設計されている。グレーズ層３６は、支持基板３４上に積層されている。グレーズ層３６は、ガラスからなり、例えば、厚さが４０μｍに設計されている。

絶縁基板上（グレーズ層３６上）には、抵抗体層４１が積層され、さらに、抵抗体層４１上には、導電体層が積層されている。抵抗体層４１および導電体層は、絶縁基板上に複数の配線パターン４０を形成している。抵抗体層４１は、例えば、ＴａなどがドープされたＳｉＯ_２からなり、厚さが１．０μｍに設計されている。導電体層は、例えば、Ａｌからなり、厚さが１．０μｍに設計されている。

配線パターン４０は、一対の発熱抵抗部４２、折返し導電部４４、個別電極４６、および、共通電極４８を有している。

抵抗体層４１上に導電体層が積層されていない部分が、発熱抵抗部４２となる。発熱抵抗部４２は、副走査方向９２に直線的に延びている。一対の発熱抵抗部４２は、互いに主走査方向９１に間隔を空けて配置されている。例えば、解像度３００ｄｐｉの場合には、発熱抵抗部４２の長さ（副走査方向９２の長さ）が１００μｍ、発熱抵抗部４２の幅（主走査方向９１の長さ）が３４μｍに設計されている。隣接する発熱抵抗部４２間の間隔は、８μｍに設計されている。

折返し導電部４４は、導電体層により形成されている。折返し導電部４４は、一対の発熱抵抗部４２の記録媒体７２の排出側に形成されている。折返し導電部４４は、一対の発熱抵抗部４２の記録媒体７２の排出側の端部同士を直列に接続している。

個別電極４６および共通電極４８は、導電体層により形成されている。個別電極４６および共通電極４８は、それぞれ、一対の発熱抵抗部４２の記録媒体７２の供給側の端部に接続されていて、記録媒体７２の供給側に直線的に延びている。個別電極４６および共通電極４８の記録媒体７２の供給側の端部には、ボンディングワイヤ６６ａが接続されている。

複数の配線パターン４０は、絶縁基板上（グレーズ層３６上）で互いに主走査方向９１に間隔を空けて配列されている。複数の発熱抵抗部４２同士、および、複数の折返し導電部４４同士は、主走査方向９１に間隔を空けて配列されている。発熱領域３２とは、複数の発熱抵抗部４２が配列された帯状の領域を指す。

駆動用ＩＣ６２によって個別電極４６と共通電極４８との間に電圧が印加されると、折返し導電部４４を介して直列に接続された一対の発熱抵抗部４２は、同時に発熱して、記録媒体７２に１画素を出力する。すなわち、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０は、１画素２素子型の配線パターン４０を備えている。

本実施形態では、絶縁基板の記録媒体７２の排出側の端部には、配線パターン４０が形成されていない余白部３８が設計されている。余白部３８は、主走査方向９１に沿って延びている。余白部３８の幅（副走査方向９２の長さ）は、例えば５００μｍに設計されている。

絶縁層５２は、配線パターン４０と後述する熱拡散部５０とを絶縁する役割を果たす。絶縁層５２は、絶縁基板（グレーズ層３６）および配線パターン４０上に積層されていて、絶縁基板および配線パターン４０の露出面を覆っている。絶縁層５２は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＡｌＯＮ、あるいは、ＳｉＯＮを主成分とした材料からなる。絶縁層５２の厚さは、例えば３．０μｍに設計されている。

本実施形態では、熱拡散部５０は、複数の折返し導電部４４および余白部３８の上方に広がっていて、絶縁層５２上に形成されている。すなわち、熱拡散部５０は、複数の折返し導電部４４および余白部３８の上方をまたがって主走査方向９１に延びている。熱拡散部５０は、複数の発熱抵抗部４２の上方には配置されずに、複数の折返し導電部４４の上方から発熱抵抗部４２とは反対側（記録媒体７２の排出側）に向かって広がっている。

熱拡散部５０は、例えば、金属（例えばＡｌやＣｕ）あるいは合金などの高熱伝導材料からなる。熱拡散部５０は、例えば、厚さが２．０μｍ、幅（副走査方向９２の長さ）が８００μｍに設計されている。

保護層５４は、絶縁層５２および熱拡散部５０上に積層されていて、絶縁層５２および熱拡散部５０の露出面を覆っている。保護層５４は、発熱体板３０の最表面を形成している。保護層５４は、例えば、絶縁層５２と同一の材料からなり、厚さが５．０μｍに設計されている。保護層５４は、サーマルプリンタの使用時における記録媒体７２との摩擦などから、配線パターン４０および熱拡散部５０を保護する役割を果たす。

次に、発熱体板３０の形成方法の一例について説明する。

まず、セラミックスからなる支持基板３４を形成し、支持基板３４上にガラスからなるグレーズ層３６を融着させて、絶縁基板を得る。

次に、絶縁基板上（グレーズ層３６上）に、スパッタ装置などの薄膜形成装置を用いて、抵抗体層４１および導電体層を順に積層する。そして、フォトエングレービングプロセスによって、導電体層を折返し導電部４４、個別電極４６および共通電極４８の形状に形成した後、抵抗体層４１を発熱抵抗部４２の形状に形成する。

次に、配線パターン４０および絶縁基板上（グレーズ層３６上）に絶縁層５２を形成する。そして、薄膜形成装置を用いて、熱拡散層を積層する。続いて、フォトエングレービングプロセスによって、熱拡散層を熱拡散部５０の形状に形成した後、絶縁層５２および熱拡散部５０上に保護層５４を形成する。

さらに、個別電極４６および共通電極４８の記録媒体７２の供給側の端部にボンディングワイヤ６６ａを接続するために、フォトエングレービングプロセスによって、絶縁層５２および保護層５４に開口を形成する。

本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０およびサーマルプリンタの効果について、図５を用いて説明する。図５は、サーマルプリントヘッドの発熱体板の表面温度分布を配線パターンとともに示した図である。

本実施形態では、熱拡散部５０が、複数の折返し導電部４４の上方に配置されている。そのため、発熱抵抗部４２から折返し導電部４４に伝わった熱が、絶縁層５２を介して熱拡散部５０に移るので、折返し導電部４４に熱が溜まりにくい。さらに、熱拡散部５０が、折返し導電部４４の上方から発熱抵抗部４２とは反対側（記録媒体７２の排出側）に向かって広がっている。そのため、熱拡散部５０に伝わった熱が、発熱領域３２から離れる方向に移り放出される。したがって、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０によれば、熱拡散部５０のない従来のサーマルプリントヘッドに比べて、熱応答性を向上させることができる。その結果、印画速度を上げても、いわゆる尾引き現象が生じにくく、印画品質が低下しにくい。

さらに、本実施形態では、熱拡散部５０が、複数の折返し導電部４４および余白部３８の上方をまたがって主走査方向９１に延びている。そのため、熱拡散部５０に伝わった熱が拡散しやすく、放熱性が高まる。

また、本実施形態によれば、上述のとおり、折返し導電部４４に熱が溜まりにくい。そのため、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０によれば、図５に示したように、発熱体板３０の副走査方向９２の表面温度分布８１のピークが、従来のサーマルプリントヘッドの表面温度分布１８１のピークに比べて、発熱領域３２の副走査方向９２の中央８３に近づく。その結果、表面温度分布８１の偏りが是正され、印画を形成する各ドットの濃度分布の偏りも小さくなり、印画品質が向上する。

なお、熱を折返し導電部４４から熱拡散部５０に移すために、折返し導電部４４と熱拡散部５０とは、副走査方向９２に０．２ｍｍ以上オーバーラップしていることが好ましい。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて、図６を用いて説明する。図６は、サーマルプリントヘッドの副走査方向の一部断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

第１の実施形態では、絶縁層５２が絶縁基板の余白部３８上の全面に積層されている。そして、余白部３８と熱拡散部５０との間には、絶縁層５２が配置されている。一方、本実施形態では、絶縁層５２が絶縁基板の余白部３８上の一部分には積層されていない。そして、熱拡散部５０の一部が余白部３８に接触している。

本実施形態によれば、折返し導電部４４から熱拡散部５０に伝わった熱が、絶縁層５２を介することなく、絶縁基板に直接的に移すことができる。そのため、放熱性が向上され、サーマルプリントヘッド１０の熱応答性が向上する。

［他の実施形態］
上記の実施形態は、単なる例示であって、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、第１および第２の実施形態では、平坦なグレーズ層３６を採用したが、発熱領域３２に沿って盛り上がった、凸状のグレーズ層を採用しても良い。

また、第２の実施形態では、熱拡散部５０の一部を余白部３８のグレーズ層３６の面に接触させているが、余白部３８のグレーズ層３６を取り除いて、熱拡散部５０の一部を支持基板３４に接触させても良い。さらに、余白部３８を取り除いて、熱拡散部５０の一部を放熱板２０に接触させても良い。

また、第１および第２の実施形態では、絶縁層５２が発熱抵抗部４２、個別電極４６および共通電極４８上に積層されているが、折返し導電部４４と熱拡散部５０との絶縁を確保できれば良く、絶縁層５２は、少なくとも折返し導電部４４上に積層されていれば足りる。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…放熱板、３０…発熱体板、３２…発熱領域、３４…支持基板、３６…グレーズ層、３８…絶縁基板の余白部、４０…配線パターン、４１…抵抗体層、４２…発熱抵抗部、４４…折返し導電部、４６…個別電極、４８…共通電極、５０…熱拡散部、５２…絶縁層、５４…保護層、６０…回路基板、６２…駆動用ＩＣ、６４…コネクタ、６６ａ，６６ｂ…ボンディングワイヤ、６８…封止材、７０…プラテンローラ、７０ａ…プラテンローラの軸、７０ｂ…プラテンローラの外周面、７２…記録媒体、９１…主走査方向、９２…副走査方向

Claims (6)

1. 絶縁基板と、
   副走査方向に延びて互いに主走査方向に間隔を空けて配列された一対の発熱抵抗部と前記一対の発熱抵抗部の一端に形成されて前記一対の発熱抵抗部を互いに直列に接続した折返し導電部とを有し、前記絶縁基板上に形成されて互いに主走査方向に間隔を空けて複数配列された１画素複数素子型の配線パターンと、
   絶縁材からなり少なくとも一部が前記折返し導電部上に積層された絶縁層と、
   金属材からなり少なくとも一部が前記絶縁層上に形成されて前記折返し導電部の上方から前記発熱抵抗部とは反対側に向かって広がった熱拡散部と、
   を具備したことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記熱拡散部が前記複数の配線パターンの前記折返し導電部の上方をまたがって主走査方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
3. 前記折返し導電部に対して前記発熱抵抗部とは反対側に広がった前記熱拡散部の一部が前記絶縁基板の表面に接触していることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 樹脂材からなり最表面を形成する保護層を具備したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記絶縁層が前記保護層と同一の樹脂材からなることを特徴とする請求項４に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 絶縁基板と、
   副走査方向に延びて互いに主走査方向に間隔を空けて配列された一対の発熱抵抗部と前記一対の発熱抵抗部の一端に形成されて前記一対の発熱抵抗部を互いに直列に接続した折返し導電部とを有し、前記絶縁基板上に形成されて互いに主走査方向に間隔を空けて複数配列された１画素複数素子型の配線パターンと、
   絶縁材からなり少なくとも一部が前記折返し導電部上に積層された絶縁層と、
   金属材からなり少なくとも一部が前記絶縁層上に形成されて前記折返し導電部の上方から前記発熱抵抗部とは反対側に向かって広がった熱拡散部と、
   を備えたサーマルプリントヘッドを具備したことを特徴とするサーマルプリンタ。

Images