JP2012076417A - サーマルプリンタおよびそれに用いるサーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部のピーク温度を高めつつオーバーコートの均一性を高める。
【解決手段】サーマルプリントヘッドに、絶縁基板３１と発熱抵抗体９１，９２，９３，９４と第１および第２折り返し電極８１，８２と駆動素子４２とを備える。発熱抵抗体９１，９２，９３，９４は、絶縁基板３１の表面に間隔をおいて配列される。発熱抵抗体９１，９２，９３，９４は、配列方向に第１発熱抵抗体９１と第２発熱抵抗体９２と第３発熱抵抗体９３と第４発熱抵抗体９４とが繰り返し配列されている。第１折り返し電極８１は第２発熱抵抗体９２と第３発熱抵抗体９３とを接続し、第２折り返し電極８２は、第１発熱抵抗体９１と第４発熱抵抗体９４とを接続する。駆動素子４２は、印画時には第２発熱抵抗体９２および第３発熱抵抗体９３を発熱させ、オーバーコート時には発熱抵抗体９１，９２，９３，９４の全てを発熱させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被印刷媒体に印画するとともに印画面にオーバーコートを施すサーマルプリンタおよびそれに用いるサーマルプリントヘッドに関する。

サーマルプリントヘッドは、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンターなどの出力用デバイスとして注目されている。サーマルプリントヘッドは、保温層を備えた支持基板上に配置された発熱抵抗体を発熱させることにより、感熱紙や製版フィルム印画紙、メディアなどに記録を行う。サーマルプリントヘッドは、低騒音、低ランニングコストなどの利点を持つため、様々な開発がおこなわれている。

一般的なサーマルプリントヘッドは、放熱板と、放熱板に取り付けられた発熱体板と、発熱体板と同じ側で放熱板に取り付けられた回路基板とを備えている。この発熱体板の放熱板と相対する表面の反対側の表面の帯状に延びる発熱領域には、複数の発熱抵抗体が所定の間隔で直線状に配列されている。また、回路基板には、発熱抵抗体を駆動する駆動回路の一部となる駆動ＩＣなどの電気部品が搭載されている。

このようなサーマルプリントヘッドを用いたプリンタは、一般的に、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラを備えている。このプラテンローラは、発熱抵抗体が配列された主走査方向を軸として、その側面が支持基板上の発熱領域に接するように配置され、その軸を中心に回転可能に設けられる。プラテンローラの回転によって、プラテンローラと発熱領域の間に挿入された媒体は、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する。プラテンローラによって媒体を発熱領域に押し付けつつ、その媒体を副走査方向に移動させ、発熱抵抗の発熱パターンを媒体の移動とともに変化させることにより、所望の画像を媒体上に形成する。

サーマルプリンタには、たとえば、すべての発熱抵抗体の一方の端部と電気的に接続してそれぞれの発熱抵抗体が一つの画素を描くシングル型と、折り返し電極で接続された２つの発熱抵抗体で一つの画素を描く折り返し型（たとえば特許文献１参照）とがある。

特開２００８−１６８４８５号公報

折り返し型のサーマルプリントヘッドでは、一つの画素を描く２つの発熱抵抗体の間に間隙が必要であるから、シングル型に比べて熱が拡散してしまい、発熱部におけるピーク温度が低下する。このため、溶融型のサーマルプリンタでは、効率およびレスポンスが劣る場合がある。

効率およびレスポンスをシングル型並みに改善するには、同一画素を描く発熱抵抗体をその画素の中心方向に寄せる方法が有効である。しかし、この方法では、隣り合う画素の間の距離が広がってしまい、オーバーコート時に均一性を確保することが難しい。

そこで、本発明は、折り返し型のサーマルプリントヘッドで発熱部のピーク温度を高めつつオーバーコートの均一性を高めることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、被印刷媒体に印画するとともに印画面にオーバーコートを施すサーマルプリンタに用いるサーマルプリントヘッドにおいて、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、前記複数の発熱抵抗体は配列方向に第１発熱抵抗体と第２発熱抵抗体と第３発熱抵抗体と第４発熱抵抗体とが繰り返し配列されているとしたときの前記第２発熱抵抗体と前記第３発熱抵抗体とを接続する第１折り返し電極と、前記第２発熱抵抗体および前記第３発熱抵抗体のいずれかに前記第１折り返し電極の反対側で接続された第１電極と、前記第１発熱抵抗体と前記第４発熱抵抗体とを接続する第２折り返し電極と、前記第１発熱抵抗体および前記第４発熱抵抗体のいずれかに前記第２折り返し電極の反対側で接続された第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に接続されて印画時には前記第２発熱抵抗体および前記第３発熱抵抗体を発熱させ、オーバーコート時には前記発熱抵抗体の全てを発熱させる駆動素子と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、被印刷媒体に印画するとともに印画面にオーバーコートを施すサーマルプリンタにおいて、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、前記複数の発熱抵抗体は配列方向に第１発熱抵抗体と第２発熱抵抗体と第３発熱抵抗体と第４発熱抵抗体とが繰り返し配列されていると分類したときの前記第２発熱抵抗体と前記第３発熱抵抗体とを接続する第１折り返し電極と、前記第２発熱抵抗体および前記第３発熱抵抗体のいずれかに前記第１折り返し電極の反対側で接続された第１電極と、前記第１折り返し電極に沿って延びて前記第１発熱抵抗体と前記第４発熱抵抗体とを接続する第２折り返し電極と、前記第１発熱抵抗体および前記第４発熱抵抗体のいずれかに前記第２折り返し電極の反対側で接続された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに接続されて前記発熱抵抗体を発熱させる駆動素子と、前記被印刷媒体を搬送する搬送手段と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、折り返し型のサーマルプリントヘッドで発熱部のピーク温度を高めつつオーバーコートの均一性を高めることができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態における一部切り欠き上面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の一部拡大断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の斜視図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を用いたサーマルプリンタの断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態における発熱抵抗体に対応する位置の保護層表面における温度分布を示すグラフである。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。

図１は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態における一部切り欠き上面図である。図２は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの一部拡大断面図である。図３は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの斜視図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、放熱基板２０と発熱体板３０と回路基板４１と駆動素子４２とを有している。放熱基板２０は、たとえばアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で形成された板である。

発熱体板３０は、絶縁基板３１を有している。絶縁基板３１は、セラミック板３８などの表面に硝子で保温層３９が形成されたものである。

絶縁基板３１の表面には、抵抗体と電極とが積層されている。この抵抗体のうち、電極が積層されていない部分が発熱抵抗体９１，９２，９３，９４となっている。発熱抵抗体９１，９２，９３，９４の長さは、たとえば１００μｍである。

発熱抵抗体９１，９２，９３，９４は、絶縁基板３１の表面に間隔をおいて、絶縁基板３１の長手方向（主走査方向）に配列され、ほぼ直線状に延びる帯状の発熱領域３２を形成している。それぞれの発熱抵抗体９１，９２，９３，９４は、主走査方向に垂直な副走査方向に延びている。保温層３９に突条を設け、その突条部分に発熱抵抗体９１，９２，９３，９４を形成してもよい。

これらの発熱抵抗体９１，９２，９３，９４は、配列方向に、第１発熱抵抗体９１、第２発熱抵抗体９２、第３発熱抵抗体９３および第４発熱抵抗体９４が順に繰り返し並んでいる。第２発熱抵抗体９２および第３発熱抵抗体９３は、第１折り返し電極８１で接続されている。第１発熱抵抗体９１および第４発熱抵抗体９４は、第２折り返し電極８２で接続されている。第２折り返し電極８２は、第１折り返し電極８１に沿って延びている。

発熱抵抗体９１，９２，９３，９４には、折り返し電極８１，８２の反対側の端部からそれぞれ電極７１，７２，７３，７４が延びている。第１発熱抵抗体９１に接続された第１電極７１および第３発熱抵抗体９３に接続された第３電極７３は、それぞれボンディングパッド３３まで延びている。第２発熱抵抗体９２に接続された第２電極７２および第４発熱抵抗体９４に接続された第４電極７４は、基準電位電極７５に接続されている。基準電位電極７５には、所定の基準電位が与えられている。

発熱体板３０の表面の一部は、保護層３６で覆われている。発熱体板３０のボンディングパッド３３が形成されている領域は、保護層３６で覆われず、露出している。

回路基板４１は、たとえばガラスエポキシ樹脂などを絶縁体基材として用いたプリント基板である。回路基板４１の表面には配線パターンが形成され、その配線パターンは外部との接続部分を除き絶縁被膜で覆われている。

回路基板４１上には、駆動素子４２が搭載されている。駆動素子４２は、半導体集積回路（ＩＣ）である。

発熱体板３０および回路基板４１は、放熱基板２０の表面に載置されている。発熱体板３０および回路基板４１は、放熱基板２０の表面とたとえば両面テープで接着されている。発熱体板３０と回路基板４１とは、発熱体板３０のボンディングパッド３３近傍の長辺と回路基板４１の駆動素子４２が配置されている側の長辺とが近接して対向するように配置されている。

回路基板４１に搭載された駆動素子４２と発熱体板３０のボンディングパッド３３との間には、たとえば金などの金属で形成されたボンディングワイヤー５１が架け渡され、電気的に接続されている。

ボンディングワイヤー５１は、封止樹脂５２で封止されている。封止樹脂５２は、発熱体板３０の保護層３６で覆われずに露出した領域、ボンディングワイヤー５１および駆動素子４２を覆っている。封止樹脂５２は、熱硬化性のエポキシ系樹脂である。この封止は、エポキシ系樹脂を塗布し、１００℃程度で数時間加熱して硬化させることにより行う。

図４は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０を用いたサーマルプリンタは、紙などの被印刷媒体６４の搬送手段を有している。被印刷媒体６４の搬送手段は、たとえばプラテンローラ６０である。プラテンローラ６０は、発熱抵抗体９１，９２，９３，９４が配列された線状の発熱領域に平行な直線を軸６１とする弾性を持った円柱である。

また、このサーマルプリンタは、感熱記録媒体である感熱リボン６３を有している。感熱リボン６３は、プラテンローラ６０の軸６１に平行な軸６５の周りにロール状に巻かれている。ロール状に巻かれた感熱リボン６３は、その軸６５に平行な軸６６の周りに巻き取られる。巻き取り側の軸６６は、モータなどによって駆動される。

感熱リボン６３は、プラテンローラ６０の側面とサーマルプリントヘッドとの間を通るように搬送される。被印刷媒体６４は、感熱リボン６３とプラテンローラ６０の間を通るように搬送される。

感熱リボン６３は、巻き取り方向に複数の種類の色の領域と、オーバーコート用の領域が形成されている。感熱リボン６３の各色の領域は、所定の温度以上になると発色し、その際に接触している被印刷媒体６４にその色が転写される。感熱リボン６３のオーバーコート用の領域は、加熱されると一部が溶融し、その際に接触している被印刷媒体６４の表面にオーバーコートが形成される。

駆動素子４２は、印画時すなわち感熱リボン６３の各色の領域が発熱抵抗体９１，９２，９３，９４上に位置しているときに、所定の位置の第２発熱抵抗体９２および第３発熱抵抗体９３に電流を流して発熱させる。これにより、所定の画像の１ライン分が被印刷媒体６４上に描かれる。また、駆動素子４２は、オーバーコート時すなわち感熱リボンのオーバーコート用の領域が発熱抵抗体９１，９２，９３，９４上に位置しているときに、全ての発熱抵抗体９１，９２，９３，９４に電流を流して発熱させる。これによりオーバーコートが被印刷媒体６４の印刷領域全体にわたって形成される。

本実施の形態においてたとえば３００ｄｐｉで印画する場合には、４つの発熱抵抗体９１，９２，９３，９４を一つの組として、隣り合う組同士の中心間の距離（ピッチ）は８４．５μｍとなる。このとき、発熱抵抗体９１，９２，９３，９４の主走査方向の幅は、たとえば８μｍとする。また、この場合、従来の折り返し型のサーマルプリントヘッドのように２つの発熱抵抗体を一組として考えると、６００ｄｐｉ相当で発熱抵抗体が配列されていることになる。印画用の発熱抵抗体９２，９３と、オーバーコートにのみ用いる発熱抵抗体９１，９４とで幅を変えてもよい。

折り返し電極型のサーマルプリントヘッドでは、副走査方向の下流側の発熱抵抗体から離れた位置に共通電極を設ける必要がない。このため、共通電極型のサーマルプリントヘッドに比べて、小型化することができる。特に、被印刷媒体の搬送の妨げとなりやすい、発熱抵抗体９１，９２，９３，９４に対して副走査方向の下流側の長さを短くすることができる。一方、折り返し電極型のサーマルプリントヘッドでは、同一の画素を描く発熱抵抗体が２つに分割されているため、発熱抵抗体の発熱に伴う保護層３６の表面温度の上昇、すなわち、感熱リボンなどの感熱記録媒体への熱の伝達量が小さくなる傾向にある。

しかし、本実施の形態では、４つの発熱抵抗体９１，９２，９３，９４が組をなしている。印画時には、これらの４つの発熱抵抗体９１，９２，９３，９４のうち中央の２つの発熱抵抗体９２，９３を用いて印画している。つまり、各画素の中心位置に印画用の発熱抵抗体９２，９３が近接して配置されている。このため、同一画素を描く発熱抵抗体９２，９３による温度ピークを高めることができる。

図５は、本実施の形態における発熱抵抗体に対応する位置の保護層表面における温度分布を示すグラフである。図５には、共通電極型の場合すなわち同一画素を一つの発熱抵抗体からの発熱で印画する場合、および、折り返し電極型で発熱抵抗体が主走査方向に均等に配列されている場合すなわち本実施の形態に比べて同一画素を印画する２つの発熱抵抗体の間の距離が大きい場合についても併せて示した。図５は、抵抗値およびそこに投入される電力を一定として、発熱抵抗体の形状のみがことなるとした場合の比較計算結果である。

図５から、共通電極型の場合にくらべて、折り返し電極型で発熱抵抗体が主走査方向に均等に配列されている場合は、温度ピークが低下していることがわかる。しかし、本実施の形態のように折り返し電極型で同一画素を印画する２つの発熱抵抗体の間隔を小さくした場合には、折り返し電極型で発熱抵抗体が主走査方向に均等に配列されている場合に比べて温度ピークが高まることがわかる。

しかし、被印刷媒体６４にオーバーコートを形成するときには、主走査方向の温度分布が均一でないと、オーバーコートにむらが生じてしまう。したがって、折り返し電極型で同一画素を印画する２つの発熱抵抗体の間隔を小さくした場合、印画用の発熱抵抗体９２，９３のみでオーバーコートを形成するとオーバーコートにむらが生じ、印刷品質が低下する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、オーバーコート時には、印画用の発熱抵抗体９２，９３だけではなく、それらの発熱抵抗体９２，９３の間に設けられたオーバーコート用の発熱抵抗体９１，９４もあわせて発熱させる。このため、主走査方向の温度分布を均一化することができ、オーバーコートにむらが生じる可能性が低下する。

また、第１発熱抵抗体９１、第２発熱抵抗体９２、第３発熱抵抗体９３および第４発熱抵抗体９４で構成された組の間に、折り返し電極で接続された印画用の一対の発熱抵抗体を配列してもよい。つまり、第１発熱抵抗体９１、第２発熱抵抗体９２、第３発熱抵抗体９３および第４発熱抵抗体９４で構成された組が印画用の一対の発熱抵抗体を挟んで配列されていてもよい。これにより、印画の解像度を高めることができる。

このように本実施の形態では、折り返し型のサーマルプリントヘッドで発熱部のピーク温度を高めつつオーバーコートの均一性を高めることができる。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…放熱基板、２３…両面テープ、３０…発熱体板、３１…絶縁基板、３２…発熱領域、３３…ボンディングパッド、３６…保護層、３８…セラミック板、３９…保温層、４１…回路基板、４２…駆動素子、５１…ボンディングワイヤー、５２…封止樹脂、６０…プラテンローラ、６３…感熱リボン、６４…被印刷媒体、７１，７２，７３，７４…電極、７５…基準電位電極、８１，８２…折り返し電極、９１，９２，９３，９４…発熱抵抗体

Claims (4)

1. 被印刷媒体に印画するとともに印画面にオーバーコートを施すサーマルプリンタに用いるサーマルプリントヘッドにおいて、
   絶縁基板と、
   前記絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、
   前記複数の発熱抵抗体は配列方向に第１発熱抵抗体と第２発熱抵抗体と第３発熱抵抗体と第４発熱抵抗体とが繰り返し配列されているとしたときの前記第２発熱抵抗体と前記第３発熱抵抗体とを接続する第１折り返し電極と、
   前記第２発熱抵抗体および前記第３発熱抵抗体のいずれかに前記第１折り返し電極の反対側で接続された第１電極と、
   前記第１発熱抵抗体と前記第４発熱抵抗体とを接続する第２折り返し電極と、
   前記第１発熱抵抗体および前記第４発熱抵抗体のいずれかに前記第２折り返し電極の反対側で接続された第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極に接続されて印画時には前記第２発熱抵抗体および前記第３発熱抵抗体を発熱させ、オーバーコート時には前記発熱抵抗体の全てを発熱させる駆動素子と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記第２折り返し電極は前記第１折り返し電極に沿って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. 前記複数の発熱抵抗体は等間隔に配列されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 被印刷媒体に印画するとともに印画面にオーバーコートを施すサーマルプリンタにおいて、
   絶縁基板と、
   前記絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、
   前記複数の発熱抵抗体は配列方向に第１発熱抵抗体と第２発熱抵抗体と第３発熱抵抗体と第４発熱抵抗体とが繰り返し配列されていると分類したときの前記第２発熱抵抗体と前記第３発熱抵抗体とを接続する第１折り返し電極と、
   前記第２発熱抵抗体および前記第３発熱抵抗体のいずれかに前記第１折り返し電極の反対側で接続された第１電極と、
   前記第１折り返し電極に沿って延びて前記第１発熱抵抗体と前記第４発熱抵抗体とを接続する第２折り返し電極と、
   前記第１発熱抵抗体および前記第４発熱抵抗体のいずれかに前記第２折り返し電極の反対側で接続された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とに接続されて前記発熱抵抗体を発熱させる駆動素子と、
   前記被印刷媒体を搬送する搬送手段と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリンタ。

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