JP2013071272A - 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】サーマルプリントヘッドで２種類の解像度の印画ができるようにする。
【解決手段】サーマルプリントヘッドに、第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３とを備える。第１抵抗体４１と第２抵抗体４２は、第１配線５１によって直列に接続され、第１共通電極６１に接続されている。２つの第３抵抗体４３は、第２配線５２によって直列に接続され、第２共通電極６２に接続されている。第１共通電極６１と第２共通電極６２とは、スイッチによって選択的に電源に接続される。第２抵抗体４２および第３抵抗体４３は、直線状に配列されて第２発熱領域を形成する。第１抵抗体４１は、第１発熱領域を形成する。第１共通電極６１に電源を接続し、第１発熱領域に被印刷媒体を押し付けて低解像度の印画を行う。第１共通電極６１および第２共通電極６２を交互に電源に接続し、第２発熱領域に被印刷媒体を押し付けて高解像度の印画を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタに関する。

サーマルプリントヘッドは、発熱部に配列された複数の発熱体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの媒体に文字や図形などの画像を形成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、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記録機器に広く用いられている。

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に対向する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に平行な軸を持ち、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、発熱抵抗体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。

特開２００１−３８９３９号公報

サーマルプリントヘッドには、発熱抵抗体に対して副走査方向下流側に共通電極を設けるものや、隣り合う発熱抵抗体を副走査方向下流側に設けた折り返し電極で接続するものがある。印画の際には、所定の画素を構成する発熱抵抗体に接続された個別電極には、接続された駆動ＩＣから電流が流れ、それに伴って発熱抵抗体が発熱し、媒体に印画される。しかし、いずれの場合であっても、所定の解像度を得るためには、所定の駆動素子を必要とする。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドで２種類の解像度の印画ができるようにす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、サーマルプリントヘッドにおいて、主走査方向に延びる主面を持つ絶縁基板と、前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる第１配線で接続された第１抵抗体および第２抵抗体と、前記第２抵抗体と副走査方向の同じ位置に設けられて前記副走査方向の同じ側が第２配線で接続された２つの第３抵抗体と、を備えて前記主面上で前記主走査方向に配列され、前記第１抵抗体が配列された第１発熱領域と前記第２抵抗体および前記第３抵抗体が配列された第２発熱領域を形成する複数の抵抗体群と、前記第１抵抗体の前記第１配線とは反対側が接続された第１共通電極と、前記第３抵抗体の一方の前記第２配線とは反対側が接続された第２共通電極と、前記第２抵抗体および前記第２共通電極に接続されていない方の前記第３抵抗体に接続された個別電極と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、サーマルプリンタにおいて、主走査方向に延びる主面を持つ絶縁基板と、前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる第１配線で接続された第１抵抗体および第２抵抗体と前記第２抵抗体と副走査方向の同じ位置に設けられて前記副走査方向の同じ側が第２配線で接続された２つの第３抵抗体とを備えて前記主面上で前記主走査方向に配列され前記第１抵抗体が配列された第１発熱領域と前記第２抵抗体および前記第３抵抗体が配列された第２発熱領域を形成する複数の抵抗体群と、前記第１抵抗体の前記第１配線とは反対側が接続された第１共通電極と、前記第３抵抗体の一方の前記第２配線とは反対側が接続された第２共通電極と、前記第２抵抗体および前記第２共通電極に接続されていない方の前記第３抵抗体に接続された個別電極と、を有するサーマルプリントヘッドと、前記絶縁基板の長手方向に平行な回転軸の周りに回転するプラテンローラと、前記サーマルプリントヘッドの姿勢を変化させて前記第１発熱領域および前記第２発熱領域のいずれかを前記プラテンローラに押し付ける姿勢調整機構と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、一つのサーマルプリントヘッドで２種類の解像度の印画ができる。

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発熱体板の配線パターンの平面図である。 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の回路図である。 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平面図である。 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体板の断面図である。 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を用いたサーマルプリンタの第２発熱領域を用いて印刷する場合の姿勢を示す断面図である。

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、本発明はこれに限定されない。

図３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の平面図である。図４は、本実施の形態における発熱体板の断面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、放熱板２０と発熱体板３０と回路基板２１とを有している。放熱板２０は、たとえばアルミニウムで形成された長方形の板である。発熱体板３０および回路基板２１は、放熱板２０の同一面に載置されている。

発熱体板３０は、セラミック基板３３とグレーズ層３４と抵抗体層３５と電極層３６と保護膜層３７とを有している。セラミック基板３３は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の長方形の板である。グレーズ層３４は、セラミック基板３３の表面に固着されている。セラミック基板３３およびグレーズ層３４は、グレーズ層３４の表面を主面とする絶縁基板を構成している。絶縁基板の長手方向を主走査方向と呼び、この主走査方向に垂直で主面に沿った方向を副走査方向と呼ぶこととする。

グレーズ層３４の一部には、セラミック基板３３のグレーズ３４が形成された面の法線方向に突出した突条３８が形成されている。突条３８は、セラミック基板３３の長手方向（主走査方向）に延びている。抵抗体層３５および電極層３６は、セラミック基板３３およびグレーズ層３４からなる絶縁基板の主面上に積層されている。

抵抗体層３５および電極層３６は、所定の平面パターンに形成されている。電極層３６の一部には空隙が形成されていて、この空隙部分は抵抗体層３５が発熱する発熱領域３１，３２となる。発熱領域３１，３２は、突条３８の表面に、主走査方向に延びる、互いに平行な２本の直線状に設けられている。これらの発熱領域３１，３２のうち絶縁基板の端縁に近い方を第１発熱領域３１、遠い方を第２発熱領域３２と呼ぶこととする。第２発熱領域３２は、たとえば突条３８の頂部に設けられている。第１発熱領域３１は、たとえば突条３８の斜面部分に設けられている。

保護膜層３７は、グレーズ層３４と抵抗体層３５と電極層３６とを覆っている。電極層３６の一部は保護膜層３７で覆われておらず、その部分は回路基板２１との接続パッド３９となっている。

回路基板２１には、スイッチ２２および複数の駆動素子２３が搭載されている。スイッチ２２および駆動素子２３と発熱体板３０との間には、ボンディングワイヤ２４が架け渡されている。ボンディングワイヤ２４とスイッチ２２と駆動素子２３とは、封止樹脂２５で封止されている。

図１は、本実施の形態における発熱体板の配線パターンの平面図である。図２は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの一部の回路図である。

発熱体板２０には、第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３とが設けられている。第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３とは、抵抗体層３５に設けられている。

１つの第１抵抗体４１、１つの第２抵抗体４２、および、２つの第３抵抗体４３は、１つの抵抗体群を形成している。この抵抗体群が、絶縁基板の主面上で主走査方向に配列されている。

第１抵抗体４１は、突条３８の表面に、突条３８が延びる方向に等ピッチで間隔を置いて線状に配列されている。配列された複数の第１抵抗体４１は、第１発熱領域３１を形成している。

第２抵抗体４２は、第１抵抗体４１とセラミック基板３３の短辺方向の異なる位置で突条３８の表面に間隔を置いて線状に配列されている。第２抵抗体４２の数は、第１抵抗体４１の数と同じである。また、第２抵抗体４２は、第１抵抗体４１と同じピッチで配列されている。

第３抵抗体４３は、第１抵抗体４１とセラミック基板３３の短辺方向の異なる位置で突条３８の表面に間隔を置いて線状に配列されている。隣り合う２つの第２抵抗体４２の間に、２つの第３抵抗体４３が配置されている。第２抵抗体４２と第３抵抗体４３とからなる抵抗体列は、等ピッチで並んでいる。

また、発熱体板３０には、第１配線５１と第２配線５２と第１共通電極６１と第２共通電極６２と個別電極７１とが設けられている。第１配線５１と第２配線５２と第１電極６１と第２電極６２と個別電極７１とは、電極層３６に設けられている。

第１配線５１は、第１抵抗体４１と第２抵抗体４２とを接続している。第１配線５１は、セラミック基板４１の短手方向（副走査方向）に延びている。

第２配線５２は、隣り合う２つの第２抵抗体４２で挟まれて配置された２つの隣り合う第３抵抗体４３を接続している。第２配線５２は、セラミック基板３３の短手方向（副走査方向）の第３抵抗体４３よりも第１抵抗体４１側に配置されている。第２抵抗体４２は、一つの第３抵抗体４３の端部からセラミック基板３３の短手方向（副走査方向）に延びてから折り返して隣の第３抵抗体４３の端部に戻っている。

第１共通電極６１は、第１抵抗体４１の第１配線５１とは反対側に接続されている。第１共通電極は、第１抵抗体４１の第１配線５１とは反対側でセラミック基板３３の長手方向（主走査方向）に延びている。

第２共通電極６２は、第２配線５２で接続された２つのうち第２抵抗体４２に近い方の第３抵抗体４３の第２配線５２とは反対側に接続されている。第２共通電極６２は、第３抵抗体４３の第２配線５２とは反対側でセラミック基板３３の長手方向（主走査方向）に延びている。

個別電極７１は、第２抵抗体４２の第１配線５１とは反対側、および、第２配線５２で接続された２つのうち第２共通電極６２に接続されていない方の第３抵抗体４３の第２配線５２とは反対側に接続されている。個別電極７１は、セラミック基板４１の短手方向に（副走査方向）延びている。

個別電極７１の第２抵抗体４２および第３抵抗体４３とは反対側の端部には、接続パッド３９が形成されている。接続パッド３９は、第２共通電極６２よりも第２抵抗体４２および第３抵抗体４３側に設けられている。

第１共通電極６１および第２共通電極６２の端部には、接続パッド３９が形成されている。第１共通電極６１および第２共通電極６２の端部の接続パッド３９は、たとえば個別電極７１の端部の接続パッド３９とセラミック基板３３の短手方向（副走査方向）の同じ位置に設けられている。

個別電極７１は、その端部の接続パッド３９に接続されたボンディングワイヤ２４を介して駆動素子２３に接続されている。第１共通電極６１および第２共通電極６２は、それぞれの端部の接続パッド３９に接続されたボンディングワイヤ２４を介してスイッチ２２に接続されている。スイッチ２２には、電源２６が接続されている。スイッチ２２は、電源２６を第１共通電極６１または第２共通電極６２に接続する。スイッチ２２には、電源２６を第１共通電極６１および第２共通電極６２のいずれにも接続しない状態があってもよい。

第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３とは、いずれも同じ幅で同じ長さである。したがって、いずれの抵抗値も同じである。第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３との長さは、たとえばいずれも２００μｍである。

また、直列に接続された第１抵抗体４１および第２抵抗体４２、あるいは、直列に接続された２つの第３抵抗体４３に電源２６の電圧が印加されるため、第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３とのそれぞれは単位時間当たり同じ発熱量で発熱する。

図５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。

このサーマルプリンタは、サーマルプリントヘッド１０と台座８１と押し込み具８３と２つのストッパ８４，８５とばね８８と固定部８７とプラテンローラ１１とを有している。台座８１は、シャフト８６を中心として回動可能に設けられている。サーマルプリントヘッド１０は、たとえば台座８１を貫通してサーマルプリントヘッド１０の放熱板２０にねじ込まれたねじなどによって、台座８１に固定されている。

ばね８８は、シャフト８６を中心として回動する方向に台座８１に付勢している。シャフト８６は、グレーズ層３４に形成された突条３８の曲率中心に配置されていることが好ましい。

押し込み具８３は、台座８１を押すことによって、シャフト８６を中心して台座８１を回動させる。２つのストッパ８４，８５は、ばね８８によって付勢された台座８１を所定の位置に止めるように設けられている。ストッパ８４，８５は、たとえば固定部８７から上方に向かって延びる棒と、その棒の端部から台座８１方向に突出する突起部とを有している。固定部８７は、たとえばプリンタの筐体（図示せず）に固定されている。

一方のストッパ８４に台座８１が係合した状態と、他方のストッパ８５に台座８１が係合した状態とのサーマルプリントヘッド１０の姿勢の変化は、突条３８の曲率中心と第１発熱領域３１および第２発熱領域３２とがなす角に等しくなるようにする。たとえば第１発熱領域３１と第２発熱領域３２とが、それぞれ突条３８の曲率中心とを通る直線のなす角を７．５度とし、一方のストッパ８４に台座８１が係合した状態と他方のストッパ８５に台座８１が係合した状態とでサーマルプリントヘッド１０の姿勢が７．５度変化するようにする。

プラテンローラ１１は、第１発熱領域３１および第２発熱領域３２に平行な回転軸１２を中心として回転する弾性を持つ円柱である。プラテンローラ１１の側面は、被印刷媒体１３を挟んで第１発熱領域３１または第２発熱領域３２に押し付けられる。

このサーマルプリントヘッド１０を用いた印刷には、第１発熱領域３１を用いる場合と、第２発熱領域３２を用いる場合とがある。

図６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第２発熱領域を用いて印刷する場合の姿勢を示す断面図である。

第２発熱領域３２を用いて印刷する場合には、押し込み具８３によって台座８１を固定部８７に向かって押し込んで、ストッパ８５に係合させる。これにより、台座８１はシャフト８６を中心に回動して、第２発熱領域３２がプラテンローラ１１の側面に押し付けられる。

この状態で、スイッチ２２を切り替えて、電源２６と第１共通電極６１とを接続する。その後、印画すべき位置の第１抵抗体４１に接続された駆動素子２３の端子をＯＮとすることにより、第１抵抗体４１に電流が流れる。その結果、第１抵抗体４１が発熱し、所望の画像の１ライン分が印画される。また、プラテンローラ１１あるいはその他の搬送手段を用いて被印刷媒体１３を１ライン分副走査方向に搬送し、再び所望の画像の１ライン分を印画する。このような動作を繰り返すことによって、所望の画像が印画される。

第１発熱領域３１を用いて印刷する場合には、押し込み具８３を引き戻し、ストッパ８５を台座８１と係合しない位置まで何らかの手段で移動させることにより、台座８１はばね８８による力で他のストッパ８４と係合する位置まで回動する。これにより、第１発熱領域３１がプラテンローラ１１の側面に押し付けられる。

この状態で、スイッチ２２を切り替えて、電源２６と第１共通電極６１とを接続する。その後、印画すべき位置の第２抵抗体４２に接続された駆動素子２３の端子をＯＮとすることにより、第２抵抗体４２に電流が流れる。その結果、第２抵抗体４２が発熱し、所望の位置に印画される。その後、被印刷媒体１３を搬送しないまま、スイッチ２２を切り替えて電源２６と第２共通電極６２とを接続する。その後、印画すべき位置の第３抵抗体４３に接続された駆動素子２３の端子をＯＮとすることにより、第３抵抗体４３に電流が流れる。その結果、第３抵抗体４３が発熱し、所望の位置に印画される。

このようにして、被印刷媒体１３を移動させずにスイッチ２２を第１共通電極６１側および第２共通電極６２側に切り替えて、２段階で所望の画像の１ライン分を印画する。その後、被印刷媒体１３を１ライン分副走査方向に搬送し、再び所望の画像の１ライン分を印画する。このような動作を繰り返すことによって、所望の画像が印画される。

第２発熱領域３２は、独立して発熱する発熱抵抗体の数が第１発熱領域３１に比べて多い。つまり、第２発熱領域３２で印画したときの解像度は、第１発熱領域３１で印画したときの解像度に比べて高い。

このように本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０を用いると、解像度の異なる印画を一つのサーマルプリントヘッドで行うことができる。また、この際、スイッチ２２を用いているため、低い解像度を印画するために必要な駆動素子２３があればよい。その結果、サーマルプリントヘッド１０を小型化したり、安価にすることができる。

さらに、第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３との抵抗値を同じとしているため、１種類の電源を用いても、発熱量を同じくすることができる。つまり、２種類の解像度を得るために２種類の電源を用いる必要がない。

また、本実施の形態では、第２抵抗体４２および第３抵抗体４３を第１抵抗体４１よりも、被印刷媒体１３の搬送方向の下流側としているが、上流側としてもよい。つまり、第１発熱領域３１および第２発熱領域３２の副走査方向の位置を入れ替えてもよい。

本実施の形態では、第１抵抗体４１と第２抵抗体４２と第３抵抗体４３との幅および長さを同じとして抵抗値を同じにしているが、他の方法で同じとすることもできる。たとえば、第３抵抗体４３の幅を第１抵抗体４１および第２抵抗体４２よりも小さくし、長さを第１抵抗体４１および第２抵抗体４２より短くしてもよい。これにより、第１抵抗体４１あるいは第２抵抗体４２の主走査方向の配列のピッチを小さくすることができるため、解像度を高めることができる。

また、本実施の形態では、グレーズ層３４に突条３８を設けて、この突条３８の表面に第１発熱領域３１と第２発熱領域３２とを形成している。しかし、突条３８を形成しない、平坦なグレーズ層３４の副走査方向の異なる位置に第１発熱領域３１と第２発熱領域３２を形成してもよい。この場合には、本実施の形態のような台座８１の回動機構の代わりに、台座８１が副走査方向の前後にスライドするスライド機構を用いればよい。

本実施の形態では、解像度を変化させる場合には、発熱体板３０の表面をプラテンローラ１１の側面に押し付けたまま、サーマルプリントヘッド１０を回動またはスライドさせている。しかし、一旦、サーマルプリントヘッド１０をプラテンローラ１１から離した状態で回転またはスライドさせてもよい。

１０…サーマルプリントヘッド、１１…プラテンローラ、１２…回転軸、１３…被印刷媒体、２０…放熱板、２１…回路基板、２２…スイッチ、２３…駆動素子、２４…ボンディングワイヤ、２５…封止樹脂、２６…電源、３０…発熱体板、３１…第１発熱領域、３２…第２発熱領域、３３…セラミック基板、３４…グレーズ層、３５…抵抗体層、３６…電極層、３７…保護膜層、３８…突条、３９…接続パッド、４１…第１抵抗体、４２…第２抵抗体、４３…第３抵抗体、５１…第１配線、５２…第２配線、６１…第１共通電極、６２…第２共通電極、７１…個別電極、８１…台座、８３…押し込み具、８４…ストッパ、８５…ストッパ、８６…シャフト、８７…固定部、８８…ばね

Claims (8)

1. 主走査方向に延びる主面を持つ絶縁基板と、
   前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる第１配線で接続された第１抵抗体および第２抵抗体と、前記第２抵抗体と副走査方向の同じ位置に設けられて前記副走査方向の同じ側が第２配線で接続された２つの第３抵抗体と、を備えて前記主面上で前記主走査方向に配列され、前記第１抵抗体が配列された第１発熱領域と前記第２抵抗体および前記第３抵抗体が配列された第２発熱領域を形成する複数の抵抗体群と、
   前記第１抵抗体の前記第１配線とは反対側が接続された第１共通電極と、
   前記第３抵抗体の一方の前記第２配線とは反対側が接続された第２共通電極と、
   前記第２抵抗体および前記第２共通電極に接続されていない方の前記第３抵抗体に接続された個別電極と、
   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. 電源と、
   前記第１共通電極および前記第２共通電極のいずれかに前記電源を接続するスイッチと、
   前記個別電極に接続された駆動素子と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
3. 前記絶縁基板には前記主走査方向に延びて頂部から前記副走査方向の両側に広がる斜面を持つ突条が形成されていて、
   前記第１発熱領域および前記第２発熱領域はいずれも前記突条の表面に設けら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. 前記第１発熱領域および前記第２発熱領域は前記突条の頂部および前記突条の前記個別電極から遠い方の斜面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記第１抵抗体と前記第２抵抗体と前記第３抵抗体とはいずれも抵抗値が同じであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 隣り合う前記第２抵抗体と前記第３抵抗体との間隔および隣り合う前記第３抵抗体との間隔がすべて同じであって、前記第１抵抗体と前記第２抵抗体とは前記主走査方向の位置が同じであることを特徴とする請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
7. 前記第３抵抗体の幅が前記第２抵抗体よりも小さく、前記第３抵抗体の長さが前記第２抵抗体よりも長いことを特徴とする請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
8. 主走査方向に延びる主面を持つ絶縁基板と、前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる第１配線で接続された第１抵抗体および第２抵抗体と前記第２抵抗体と副走査方向の同じ位置に設けられて前記副走査方向の同じ側が第２配線で接続された２つの第３抵抗体とを備えて前記主面上で前記主走査方向に配列され前記第１抵抗体が配列された第１発熱領域と前記第２抵抗体および前記第３抵抗体が配列された第２発熱領域を形成する複数の抵抗体群と、前記第１抵抗体の前記第１配線とは反対側が接続された第１共通電極と、前記第３抵抗体の一方の前記第２配線とは反対側が接続された第２共通電極と、前記第２抵抗体および前記第２共通電極に接続されていない方の前記第３抵抗体に接続された個別電極と、を有するサーマルプリントヘッドと、
   前記絶縁基板の長手方向に平行な回転軸の周りに回転するプラテンローラと、
   前記サーマルプリントヘッドの姿勢を変化させて前記第１発熱領域および前記第２発熱領域のいずれかを前記プラテンローラに押し付ける姿勢調整機構と、
   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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