JP2012206267A - サーマルヘッドおよびサーマルプリンター - Google Patents

Abstract

【課題】長期に亘って使用しても性能が低下しにくいサーマルヘッドを提供する。
【解決手段】ヘッド基板と、ヘッド基板上に設けられた帯状の発熱体１４０と、発熱体１４０に接続された個別電極１１８およびコモン電極１１４ａと、を有する発熱素子１４５と、発熱体１４０と、発熱体１４０の延在方向端部において、発熱体１４０と交差して設けられたダミー電極２００と、を有するダミー素子１４５ｘと、を備え、ダミー電極２００は、発熱体１４０の周囲に配置されたコモン配線パターン１１４に、発熱体１４０の両側で接続されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、サーマルヘッドおよびサーマルプリンターに関するものである。

印刷装置の１つとしてサーマルプリンターが知られている。サーマルプリンターは、発熱素子が直線的に配置されたサーマルヘッドを有している（例えば、特許文献１、２参照）。サーマルヘッドに配置された発熱素子は、通電により選択的に発熱する。そして、この熱エネルギーが感熱紙に含まれる発色剤と選択的に反応することにより、感熱紙上に種々の情報を印刷する。この印刷方式は、感熱発色方式と呼ばれている。

特開平９−３９２８２号公報 特開平５−２６１９５７号公報

上記文献に示されたようなサーマルヘッドを有するサーマルプリンターでは、印刷時に、サーマルヘッドと、サーマルヘッドに対向配置されたプラテンと呼ばれる円筒状の部材と、の間に感熱紙などの印刷媒体を挟持し、プラテンを軸周りに回転させることで印刷媒体の搬送を行いながら印刷を行う。そのため、サーマルヘッドにおいて印刷媒体と接触する領域では、常に印刷媒体との間の摩擦が生じ、摩耗して劣化する。

従来の構成では、このような劣化が進行すると、サーマルヘッドに設けられた配線が摩耗し、電流容量が低下することで発熱素子に対し必要とする電力が供給できなくなったり、断線して通電しなくなったりするおそれがあった。そのため、サーマルプリンターでは、長期に亘って使用したときに印刷の信頼性が担保しにくく、部品の長寿命化が求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、長期に亘って使用しても性能が低下しにくいサーマルヘッドを提供することを目的とする。また、このようなサーマルヘッドを有しすることにより、信頼性が高いサーマルプリンターを提供することをあわせて目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明のサーマルヘッドは、基板と、前記基板上に設けられた帯状の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に接続された電極と、を有する発熱素子と、前記発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の延在方向端部において、前記発熱抵抗体と交差して設けられたダミー電極と、を有するダミー素子と、を備え、前記ダミー電極は、前記発熱抵抗体の周囲に配置されたコモン配線に、前記発熱抵抗体の両側で電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、印刷媒体との摩擦によりコモン配線の厚さ（基板の法線方向に高さ）が小さくなるとしても、ダミー電極を介してコモン配線を流れる電流が導通しているため、導通が確保される。そのため、配線の摩耗による電流容量の低下を抑制し、長期に亘って使用しても性能が低下しにくいサーマルヘッドを提供することができる。

本発明においては、前記ダミー電極は、前記コモン配線と一体に形成されていることが望ましい。
この構成によれば、ダミー電極とコモン配線との接続が確実なものとなり、またダミー電極が接続したコモン配線を同一工程で製造することが可能となるため、製造が容易となる。

本発明においては、前記ダミー電極と前記コモン配線とを電気的に接続する接続電極を有することが望ましい。
この構成によれば、製造時にはダミー電極とコモン配線との間に電位差を生じさせることが可能となるため、製造時においては他の発熱素子と同様にダミー素子の発熱抵抗体にも通電させ、トリミング処理を行うことが可能となる。そのため、複数の発熱素子に品質差が生じにくくなり、且つ長期使用時の配線の摩耗による電流容量の低下を抑制することができるため、長期に亘って使用しても性能が低下しにくいサーマルヘッドを提供することができる。

また、本発明のサーマルプリンターは、上述のサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドに対向して設けられ、前記サーマルヘッドとの間に感熱性の印刷媒体を挟持するとともに該印刷媒体を搬送するプラテンと、を有することを特徴とする。
この構成によれば、上述のサーマルヘッドを備えているため、信頼性が高いものとなる。

本実施形態のサーマルプリンターを示す説明図である。 プリンター機構部が有する印刷部の拡大図である。 サーマルヘッドの外観斜視図である。 サーマルヘッドのヘッド基板の平面図である。 サーマルヘッドのヘッド基板の拡大平面図である。

以下、図１〜５を参照しながら、本実施形態のサーマルヘッド、および該サーマルヘッドを備えたサーマルプリンターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態のサーマルプリンター１００を示す説明図であり、サーマルプリンター１００の主要部であるプリンター機構部３００の側断面を示す側断面図である。図２は、プリンター機構部３００が有する印刷部７０の拡大図である。

図１に示すように、プリンター機構部３００は、ロール紙Ｒを収容する本体フレーム６０、カバーフレーム１０、ロール紙ホルダー３０と、本発明のサーマルヘッド１が設けられ、ロール紙ホルダー３０から引き出された感熱紙Ｓに印刷する印刷部７０と、印刷部７０の紙送り方向後方に設けられ、印刷された感熱紙Ｓを所定の印刷単位毎に切断する紙カット部２０と、を備えている。

感熱紙Ｓは、発色剤がバインダ等により保持されている発色層からなる印刷面を有している。サーマルプリンター１００では、感熱紙Ｓが印刷面を外面にしてロール状に巻き取られたロール紙Ｒとして内部に収納されるとともに、順次引き出されながら印刷部７０（サーマルヘッド１）へ送られ印刷される。
以下、感熱紙Ｓの紙送り方向に沿って、プリンター機構部３００の各構成について説明する。

本体フレーム６０は、上方に開口部を有する箱型に形成されており、本体フレーム６０上方には、本体フレーム６０の開口部を覆うようにカバーフレーム１０が設けられている。また、本体フレーム６０の内部には、ロール紙ホルダー３０が設けられている。

カバーフレーム１０は、本体フレーム６０の上方の一端部に設けられた支軸６８を中心として開閉自在に取り付けられている。カバーフレーム１０には、カバーフレーム１０を閉じた際にロール紙Ｒとの接触を避けるための円弧状の蓋部１５が設けられている。この蓋部１５は、サーマルプリンター１００の設置角度を変える場合、すなわち、例えば縦置きにする場合、ロール紙Ｒを受ける保持部材としても機能する。

ロール紙ホルダー３０は、樹脂等により形成されている。ロール紙ホルダー３０は、中央部にロール紙Ｒの最大径に相当する略円弧状のくぼみを有しており、本体フレーム６０の底部に、略円弧状のくぼみが下に凸となるように取り付けられている。

このように設けられたロール紙ホルダー３０にロール紙Ｒを配置すると、ロール紙ホルダー３０がロール紙Ｒを回転自在に保持する。同時に、本体フレーム６０の内側の両側面が、ロール紙Ｒの側面ガイド部として機能して、ロール紙Ｒの幅方向の動きを規制する。

図２に示すように、印刷部７０は、サーマルヘッド１と、サーマルヘッド１に対向して設けられサーマルヘッド１に感熱紙Ｓを密着させるプラテン７１と、サーマルヘッド１を保持するとともに、サーマルヘッド１をプラテン７１方向へ付勢するヘッド保持機構７７と、を備えている。

サーマルヘッド１は、感熱紙Ｓに印刷するための複数の発熱素子が設けられたヘッド基板（基板）１１０と、ヘッド基板１１０と密着して設けられヘッド基板１１０に溜まる熱を放熱する放熱板１０６と、放熱板１０６の側面に設けられたヘッド支持軸１０２と、ヘッド基板１１０に接続され信号を入力するＦＰＣ１０８と、を有している。サーマルヘッド１の詳細については後述する。

プラテン７１は、ゴム等の弾性部材により円筒形のローラ状に形成され、プラテン軸受７３を介してカバーフレーム１０に回転可能に支持されている。また、本体フレーム６０の側面には、プラテン７１を回転駆動させるための紙送り機構（不図示）が設けられており、カバーフレーム１０を閉じた状態で、プラテン軸受け７３と接続され、プラテン７１を回転駆動させる。これにより、プラテン７１が回転すると、感熱紙Ｓは搬送経路Ｄの下流へ搬送される。

ヘッド保持機構７７は、ヘッド押圧板７２と、一端がヘッド押圧板７２に固定されるとともに他端がサーマルヘッド１の背面に当接したバネ７５と、を有しており、本体フレーム６０に形成された切り欠き部６２に着脱可能に設けられている。

ヘッド押圧板７２に固定されるバネ７５は、サーマルヘッド１の背面に当接し、サーマルヘッド１をプラテン７１方向に付勢する。これにより、サーマルヘッド１は、感熱紙Ｓを印刷面Ｓ１の側からプラテン７１の方向に押圧する。一方、プラテン７１は、感熱紙Ｓを裏面Ｓ２の側からサーマルヘッド１の方向に押圧する。これにより、感熱紙Ｓはサーマルヘッド１およびプラテン７１の間に挟持される。感熱紙Ｓは、サーマルヘッド１により印刷され、印刷後の感熱紙Ｓは、プラテン７１が回転することにより、搬送経路Ｄの下流に搬送される。

図１に戻って、紙カット部２０は、可動刃２１と、この可動刃２１と対向して設けられた固定刃２４と、固定刃２４を覆う固定刃カバー２５と、を有しており、印刷後の感熱紙Ｓが通過する紙出口Ｇに設けられている。紙カット部２０では、可動刃２１と固定刃２４とがハサミ状に交叉することにより、感熱紙Ｓを切断する。
本実施形態のサーマルプリンター１００は、以上のような概略構成を有している。

（サーマルヘッド）
次いで、サーマルヘッド１について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、サーマルヘッドの外観斜視図である。図４は、サーマルヘッドのヘッド基板の平面図であり、図４（ａ）はヘッド基板全体図、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図である。図５は、ヘッド基板に設けられた配線の構成を説明する拡大平面図である。

図３に示すように、サーマルヘッド１は、ヘッド基板１１０と放熱板１０６とヘッド支持軸１０２とドライバーＩＣ１２０とＦＰＣ１０８とを有している。

ヘッド基板１１０は、平面視で長矩形形状を呈している。ヘッド基板１１０の一主面には、短手方向の一端側に、複数の発熱素子１４５が形成されており、該複数の発熱素子１４５は、ヘッド基板１１０の長手方向に配列して発熱素子列１４５ａを形成している。また、発熱素子列１４５ａと平行して、発熱素子１４５を駆動する複数のドライバーＩＣ１２０が配設されている。

放熱板１０６は、アルミニウム等の金属材料を引抜き加工することで形成され、放熱板１０６の係止面１０６ａにヘッド基板１１０が固定されている。ヘッド基板１１０の固定方法としては、例えば、両面テープを用いた貼着のような方法を採用することができる。

放熱板１０６において、ヘッド基板１１０の発熱素子列１４５ａが設けられた側の端部には、放熱板１０６の長手方向にわたって案内斜面部１０４が形成されている。この案内斜面部１０４は、図１に示すカバーフレーム１０を閉じる際に、プラテン７１を滑動させて所定の位置まで案内する。この際、案内斜面部１０４の傾斜は、プラテン７１がヘッド基板１１０と衝突しないような所定の角度を有している。また、案内斜面部１０４のヘッド基板１１０側の端部は、係止面１０６ａの法線方向の高さが、係止面１０６ａに付設されたヘッド基板１１０の高さと略同じになるように設定されている。

ヘッド支持軸１０２は、円柱状の丸ピンであり、放熱板１０６の左右の側面部に設けられた穴部に圧入されている。

（ヘッド基板）
図４（ａ）に示すように、ヘッド基板１１０には、図３における案内斜面部１０４側の縁（一側縁１１０ａ）に沿って長手方向に、帯状の発熱体（発熱抵抗体）１４０が設けられている。

また、ヘッド基板１１０の他側縁１１０ｂには、外部との電気的接続に供せられる複数の外部接続端子１１２が設けられている。さらに、ヘッド基板１１０の周縁部には、帯状のコモン配線パターン（コモン配線）１１４が額縁状に形成されており、このコモン配線パターン１１４の両端部は、他側縁１１０ｂにおいて外部接続端子１１２に接続されている。また、コモン配線パターン１１４は、発熱体１４０の端部と重なって設けられている。

そして、ヘッド基板１１０の略中央には、ドライバーＩＣ１２０を実装するＩＣ実装部１２０ａが、ドライバーＩＣ１２０ごとに、帯状の発熱体１４０と並列して配置されている。

図４（ｂ）に示すように、コモン配線パターン１１４からは、ヘッド基板１１０の面中央方向に延びる櫛歯状のコモン電極１１４ａが複数形成されている。コモン電極１１４ａは、帯状の発熱体１４０と交差して設けられている。

また、ヘッド基板１１０の中央部には、複数の個別電極１１８が設けられている。各個別電極１１８は、一端部が、櫛歯状のコモン電極１１４ａの間に入り込むようにして、帯状の発熱体１４０と交差して設けられている。さらに、発熱体１４０の端部に重なって櫛歯状のダミー電極部２００Ａが設けられている。ダミー電極部２００Ａについては、後述する。

各個別電極１１８の他端部は、ヘッド基板１１０上に設けられたＩＣ実装部１２０ａまで延びており、端部には、実装端子としての電極パッド１１５が形成されている。一方、ＩＣ実装部１２０ａのヘッド基板１１０の他側縁１１０ｂ側には、実装端子としての電極パッド１１６が形成されている。この電極パッド１１６は、図４（ａ）に示す外部接続端子１１２に導通されている。

この外部接続端子１１２は、図３に示すＦＰＣ１０８が取り付けられ、ＦＰＣ１０８を介してサーマルプリンター１００を制御する制御部を構成する主回路基板（図示せず）と接続されている。さらに、図３に示すドライバーＩＣ１２０が、電極パッド１１５、電極パッド１１６に実装され、不図示のサーマルプリンターの制御部から、印刷データ等の入力信号や駆動電流等が入力される。

これらの、互いに隣り合って交互に配列する櫛歯状のコモン電極１１４ａおよび個別電極１１８と、コモン電極１１４ａおよび個別電極１１８により区切られた発熱体１４０とによって、発熱素子１４５が規定される。すなわち、選択された個別電極１１８が、ドライバーＩＣ１２０によってオン駆動されると、個別電極１１８と櫛歯状のコモン電極１１４ａとに囲まれる領域の発熱体１４０に電流が流れ、その部分が発熱素子１４５として機能する。このように規定される発熱素子１４５は、帯状の発熱体１４０を配列軸として、発熱体１４０の延在方向に沿って配置している。

図５は、ヘッド基板１１０に設けられたコモン配線パターン１１４およびダミー電極部２００Ａについて示す拡大平面図である。図５（ａ）は、従来の構成を示す図であり、図５（ｂ）は、本実施形態のヘッド基板１１０における構成を示す図である。

図５（ａ）に示すように、従来の構造であっても発熱体１４０の端部には複数のダミー電極２００ｘが設けられていた。ダミー電極２００ｘは、コモン電極１１４ａと個別電極１１８とに発熱体１４０が重なって形成される発熱素子１４５の断面形状を、発熱体１４０の延在方向中央部と発熱体１４０の端部とで揃えるために設けられる。

すなわち、ダミー電極２００ｘを設けることで、発熱体１４０と、コモン電極１１４ａおよびダミー電極２００ｘとで規定されるダミー素子１４５ｘを形成し、発熱素子１４５と連続してダミー素子１４５ｘを発熱素子１４５と同じ間隔で配列する。これにより、複数の発熱素子１４５においては、発熱体１４０の延在方向中央部と発熱体１４０の端部とで、隣り合う構造から受ける形状上の差を無くし、製造時の形状の違いによる印刷性能の差が生じないようにしている。

しかし、従来のダミー電極２００ｘは、通電を目的とするものではなく、発熱体１４０の形成後は無用の構成となっていた。そこで、本実施形態のサーマルヘッド１においては、図５（ｂ）に示すように、ダミー電極部２００Ａをコモン配線パターン１１４に接続し、コモン配線パターン１１４における導通の経路としている。

詳しくは、ダミー電極部２００Ａは、発熱体１４０と重なって延在して設けられ、一端がコモン配線パターン１１４に接続された第１ダミー電極２００と、発熱体１４０と平行して設けられ、第１ダミー電極２００の他端を互いに接続するとともにコモン配線パターン１１４に接続された接続部（接続電極）２０１と、を有している。第１ダミー電極２００は、従来の構成のサーマルヘッドにおけるダミー電極に該当する。なお、第１ダミー電極２００とコモン配線パターン１１４との接続部は、図中符号Ｘで示している。また、接続部２０１とコモン配線パターン１１４との接続部は、図中符号Ｙで示している。

さらに、ダミー電極部２００Ａは、発熱体１４０と重なって延在して設けられ、一端がコモン配線パターン１１４に接続された第２ダミー電極１１４ｂを有している。第２ダミー電極１１４ｂは、コモン電極１１４ａと同じ間隔で連続して設けられており、他端が接続部２０１に接続されている。なお、第２ダミー電極１１４ｂと接続部２０１との接続部は、図中符号Ｚで示している。

ダミー電極部２００Ａは、例えば、第１ダミー電極２００および第２ダミー電極１１４ｂが設けられた状態で発熱体１４０を設け、その後、第１ダミー電極２００および第２ダミー電極１１４ｂと、コモン配線パターン１１４と、を接続するように接続部２０１を形成することで得られる。または、第１ダミー電極２００、第２ダミー電極１１４ｂ、接続部２０１が接続された状態で一体に形成することとしてもよい。なお、ダミー電極部２００Ａは、通常知られたフォトリソグラフィー技術を用いたパターニングにより形成することが可能である。

このような構成のダミー電極部２００Ａを有するサーマルヘッド１においては、使用による摩擦で、仮に図５（ｂ）中に符号１１４ｘで示す領域が断線したとしても、ダミー電極部２００Ａを介して導通が確保される。そのため、コモン配線パターン１１４の電流容量が低下しにくい。

さらには、ダミー電極部２００Ａの第１ダミー電極２００および第２ダミー電極１１４ｂと、発熱体１４０と、により、従来の構成と同様にダミー画素１４５ｘも形成されるため、ダミー電極の本来の目的である発熱素子１４５の形状の違いによる印刷性能の差が生じないようにしている。

したがって、以上のような構成のサーマルヘッド１は、長期に亘って使用してもコモン配線パターン１１４の電流容量が低下しにくく、信頼性が高くなる。

また、以上のような構成のサーマルプリンター１００は、上述のサーマルヘッド１を備えているため、信頼性が高いものとなる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１…サーマルヘッド、７１…プラテン、１００…サーマルプリンター、１１０…ヘッド基板（基板）、１１４…コモン配線パターン（コモン配線）、１１４ａ…コモン電極（電極）、１１４ｂ…第２ダミー電極（ダミー電極）、１１８…個別電極（電極）、１４０…発熱体（発熱抵抗体）、１４５…発熱素子、２００…第１ダミー電極（ダミー電極）、２００Ａ…ダミー電極部、Ｓ…感熱紙（印刷媒体）

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた帯状の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に接続された電極と、を有する発熱素子と、
   前記発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の延在方向端部において、前記発熱抵抗体と交差して設けられたダミー電極と、を有するダミー素子と、を備え、
   前記ダミー電極は、前記発熱抵抗体の周囲に配置されたコモン配線に、前記発熱抵抗体の両側で接続されていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記ダミー電極は、前記コモン配線と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記ダミー電極と前記コモン配線とを電気的に接続する接続電極を有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。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のサーマルヘッドと、
   前記サーマルヘッドに対向して設けられ、前記サーマルヘッドとの間に感熱性の印刷媒体を挟持するとともに該印刷媒体を搬送するプラテンと、を有することを特徴とするサーマルプリンター。

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