JP2014069379A - サーマルプリントヘッドおよびそれを用いたサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】サーマルプリントヘッドの印刷品位を向上させる。
【課題を解決するための手段】副走査方向に搬送される被印刷媒体に熱印刷するサーマルプリントヘッドに、セラミック基板２２およびグレーズ層２５からなる絶縁基板と、グレーズ層２５の表面に主走査方向に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体が形成された抵抗体層２６と、発熱抵抗体の副走査方向の両端部に接続された電極が形成された電極層２８と、発熱抵抗体および電極層２８を被覆する保護被膜層２９と、を備える。発熱抵抗体は表面に設けられた中間電極８５，８６，８６で副走査方向に分割されている。分割された部分は、最も上流側で最も短い上流部８１と、上流部８１の直ぐ下流側で最も長い主発熱部８２と、その主発熱部の下流側の部分とを含む。保護被膜層２９の表面の上流部８１、主発熱部８２に対応する位置には窪み９１，９２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびそ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、発熱部の発熱によって感熱記録紙、製版フィルム印画紙、各種カード類などの被印刷媒体に文字などからなる画像を形成する出力用デバイスであり、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用途に用いられている。サーマルプリントヘッドは、基板上に配列された発熱抵抗体を有している。これらの発熱抵抗体を所定のパターンで発熱させることにより、サーマルプリントヘッドを用いて感熱紙、製版フィルム印画紙などのメディアへの記録が行われる。低騒音、低ランニングコストなどの利点を持つため、様々な開発が行われている。

サーマルプリントヘッドは、アルミナなどのセラミック基板の表面に保温層としてグレーズ層を形成した支持基体を有している。この支持基体上に発熱抵抗体層とアルミニウムなどの電極となる導電層とをスパッタ法などの薄膜形成方法によって積層した後、フォトエングレービングプロセスで発熱抵抗体、個別電極などをパターニングする。その後、発熱抵抗体層および電極の所定の部分を覆う絶縁保護被膜層をスパッタ法などの薄膜形成方法によって形成する。

このようにして製造された発熱体板と別途製造された回路基板とが放熱板の表面に固定される。さらに発熱体板の電極と回路基板に搭載された駆動ＩＣとがボンディングワイヤなどで接続され、駆動ＩＣなどが樹脂で封止されてサーマルプリントヘッドが製造される。

このようなサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタにおいては、印画時に、たとえば被印刷媒体と感熱リボンなどの転写媒体とをサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体が形成された領域にプラテンローラで押し付けられる。プラテンローラで被印刷媒体などを搬送しながら、直線状に延びる発熱抵抗体の列に所定のパターンで発熱させることによって、所望の画像が得られる。

特開２０１１−１４０１３８号公報

熱溶解型の熱転写式プリンタは、発熱領域において感熱リボンを溶解させて、インクリボンに塗布された熱溶性顔料インクを被印刷媒体に転写させて、所望の画像を被印刷媒体上に形成する。感熱リボンが加熱されないまま冷えた状態でサーマルプリントヘッドの表面と擦れあうと、感熱リボンの潤滑剤からカスが発生することがある。このような潤滑剤のカスの異物は、記録媒体の移動に伴って、副走査方向の下流側に移動する。

サーマルプリントヘッドの発熱領域の副走査方向の両端部では、電極の有無に起因して、保護被膜層の表面に段差が生じる。この段差には、感熱リボンの潤滑剤のカスなどの異物が留まることがある。このように段差に異物が溜まってしまうと、印刷品位が低下する。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドの印刷品位を向上させ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、副走査方向に搬送される被印刷媒体に熱印刷す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前記副走査方向に垂直な主走査方向に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の前記副走査方向の両端部に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極を被覆する保護被膜層と、を具備し、前記発熱抵抗体は表面に設けられた中間電極で前記副走査方向に最も上流側で最も短い上流部とその上流部の直ぐ下流側で最も長い主発熱部とその主発熱部の下流側の部分に分割されている、ことを特徴とする。

また、本発明は、副走査方向に搬送される被印刷媒体に感熱リボンから熱転写する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前記副走査方向に垂直な主走査方向に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の前記副走査方向の両端部に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極を被覆する保護被膜層と、を具備し、前記発熱抵抗体は表面に設けられた中間電極で前記副走査方向に最も上流側で最も短い上流部とその上流部の直ぐ下流側で最も長い主発熱部とその主発熱部の下流側の部分に分割されている、サーマルプリントヘッドと、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第１搬送手段と、前記被印刷媒体と前記サーマルプリントヘッドとの間に前記感熱リボンを搬送する第２搬送手段と、前記被印刷媒体および前記感熱リボンを前記サーマルプリントヘッドの前記発熱抵抗体が配列された領域に押し付ける円筒状のプラテンローラと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドの印刷品位が向上する。

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の一部切欠き上面図である。 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、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発熱体板の断面図である。図２は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの一部切欠き上面図である。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は、放熱板３０と発熱体板２０と回路基板４０とを有している。放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された長方形の平板である。

発熱体板２０は、セラミック基板２２およびグレーズ層２５からなる絶縁基板を有している。セラミック基板２２は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成された長方形の平板である。セラミック基板２２の一方の表面は放熱板３０と向かい合っており、他方の表面にはグレーズ層２５が融着している。グレーズ層２５は、ガラスで形成されている。グレーズ層２５の厚さは、たとえば１００μｍである。

グレーズ層２５の表面には、抵抗体層２６が形成されている。また、抵抗体層２６の表面には、電極層２８が形成されている。電極層２８の厚さは、たとえば１μｍである。電極層２８に切欠部が形成されていて、抵抗体層２６の電極層２８と重なり合わない部分が発熱抵抗体となる。発熱抵抗体は、セラミック基板２２の短手方向、すなわち主走査方向に垂直な方向（副走査方向）に延びている。このようにして発熱抵抗体がグレーズ層２５の表面に間隔を置いて複数配列されて、セラミック基板２２の長手方向（主走査方向）に延びる帯状の発熱領域２４が形成されている。

発熱抵抗体の副走査方向の途中には、３つの中間電極８５，８６，８７が設けられている。中間電極８５，８６，８７の厚さは、たとえば電極層２８と同等の１μｍである。中間電極８５，８６，８７は、たとえばチタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらの合金で形成されている。これにより発熱抵抗体は、副走査方向に上流部８１、主発熱部８２、中間部８３、下流部８４の４つに分割されている。

発熱抵抗体の各部の副走査方向の長さは、上流部８１が最も短く、たとえば１０μｍである。また、発熱抵抗体の各部の副走査方向の長さは、上流部８１の直ぐ下流側に位置する主発熱部８２が最も長く、たとえば６０μｍである。

電極層２８および発熱抵抗体の表面には、保護被膜層２９が形成されている。保護被膜層２９は、たとえばＳｉＯＮで形成されている。保護被膜層２９の表面には、抵抗体層２６の表面の電極層２８あるいは中間電極８５，８６，８７の有無により、窪み９１，９２，９３，９４が形成される。

サーマルプリントヘッド１０は、発熱領域２４を発熱させる駆動回路を有している。その駆動回路は、たとえば発熱体板２０と同じ側の表面で放熱板３０に載置された回路基板４０の上に形成されている。回路基板４０には、発熱領域２４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が入力される。この駆動回路は、たとえば回路基板４０に設けられた駆動素子４２などの電気部品を有している。発熱体板２０と駆動回路とは、たとえば発熱体板２０と回路基板４０との間に架け渡されたボンディングワイヤ４４によって電気的に接続される。さらに、回路基板４０の表面に形成された配線パターンと駆動素子４２との間もボンディングワイヤ４４で電気的に接続される。駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば樹脂４８によって封止される。

次に、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの製造方法を説明する。

まず、セラミック基板２２の主面にガラスペーストを印刷する。ガラスペーストの厚さは、たとえば１００μｍとする。その後、セラミック基板２２に付着したガラスペーストを焼成する。この際、ガラスペーストの温度をガラスの軟化点温度以上にして、所定の時間保持し、その後、常温まで冷却する。これによりグレーズ層２５が形成される。

次に、グレーズ層２５の全面に抵抗体層２６の材料で成膜する。その後、抵抗体材料層の表面の発熱領域２４となるべき部分以外を被覆するマスクを被せた状態でＴｉなどの中間電極８５，８６，８７の材料でスパッタリングなどにより成膜する。その後、Ａｌなどの電極層２８の材料でスパッタリングなどにより成膜する。この際、スパッタリングによって中間電極８５，８６，８７の材料の層の温度もたとえば３００℃程度に上昇するため、中間電極８５，８６，８７としては、耐熱性が高い材料で形成しておくことが好ましい。

その後、抵抗膜層および金属層を所定の形状にエッチングすることにより、所定のパターンの抵抗体層２６、電極層２８および中間電極８５，８６，８７が形成される。中間電極８５，８６，８７となる材料の層の表面に形成されたＡｌ層は、電極層２８のパターニングの際に同時に除去できる。

さらに、抵抗体層２６および電極層２８を被覆する保護被膜層２９を形成する。保護被膜層２９は、たとえばスパッタリングによって形成される。これにより、発熱体板２０が得られる。一枚のセラミック板に複数の発熱体板２０となる部分を形成し、製造過程の途中あるいは最後に分割して、複数の発熱体板２０を得てもよい。

このようにして製造された発熱体板２０および駆動素子４２を搭載した回路基板４０を放熱板３０に載置し、駆動素子４２と発熱体板２０との間にボンディングワイヤ４４を架け渡し、駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４を封止することにより、サーマルプリントヘッド１０が完成する。

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、線状の発熱領域２４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、溶融型でも昇華型でもよい。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。また、感熱リボン６３には潤滑剤と研磨剤が含まれている。

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領域２４上に位置しているときに、所定の位置の発熱抵抗体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。

感熱リボン６３に含まれる潤滑剤は、与えられる熱量に応じて活性化度合が変化し、性状が変化する。入熱量が小さい場合には溶解せず潤滑剤として機能せず、入熱量が大きくなると液状となる。このため、印画濃度によって潤滑剤の粘性が異なる。感熱リボン６３に含まれる潤滑剤と研磨剤の作用には相間関係があり、サーマルプリントヘッド１０の表面の摩耗はこの研磨剤の影響を受けていることから印画濃度と摩耗形状には相関がある。

本実施の形態では、発熱抵抗体を副走査方向に分割している。発熱抵抗体の各部のうち副走査方向の長さが最も長い主発熱部８２を、最も短い上流部８１の直ぐ下流側に配置し、さらに主発熱部８２よりも下流側に中間部８３および下流部８４を配置している。このため、主発熱部８２の副走査方向の中心は、発熱領域２４の中心よりも上流側に位置することとなる。

発熱抵抗体の各部は、それぞれ発熱し、発生した熱は保護被膜層２９側に伝搬するとともに、副走査方向にも伝搬する。その結果、発熱領域２４におけるサーマルプリントヘッドの表面温度は、発熱抵抗体の各部から伝搬してきた発熱量を重ねあわせたような分布になる。最も発熱量が大きい主発熱部８２の副走査方向の中心が発熱領域２４の中心よりも上流側に位置しているため、発熱領域２４での温度分布は、発熱領域２４の中心に対して対称な分布に比べて上流側で盛り上がったものとなる。

したがって、感熱リボン６３がサーマルプリントヘッド１０と接触する初期で温度を高めることができる。その結果、感熱リボン６３に含まれる潤滑剤を早期に溶解させ、潤滑剤としての機能を高めることができる。したがって、保護被膜層２９の摩耗量を低減できる。

また、感熱リボン６３の潤滑剤からカスが発生することがある。このような潤滑剤のカスなどの異物は、感熱リボン６３の移動に伴って、副走査方向の下流側に移動する。しかし、本実施の形態のサーマルプリントヘッドでは、主発熱部８２よりも上流側に上流部８１を設けている。この上流部８１の表面には窪み９１が形成されているため、潤滑剤のカスなどの異物は、上流部８１の表面の窪み９１で捕捉されて、下流側に移動しにくい。したがって、異物が主発熱部８２の表面の窪み９２に滞留しにくい。

さらに、主発熱部の表面の窪み９２あるいはその下流側の窪み９３，９４に異物が滞留しないように、保護被膜層２９を研磨して、主発熱部８２の表面と中間部８３の表面との間の凸部を除去しておいてもよい。これにより、主発熱部８２とその下流側の中間部８３に亘って保護被膜層２９の表面が平坦になる。同様に、保護被膜層２９を研磨して、中間部８３の表面と下流部８４の表面との間の凸部を除去しておいてもよい。

ただし、上流部８１の副走査方向の長さが短すぎると、窪み９１の深さもあまり大きくならない。そこで、十分な深さの窪み９１が形成されるように、上流部８１の副走査方向の長さは、電極層２８および中間電極８５の厚さの１０倍以上としておく。

感熱リボン６３は、主発熱部８２の表面近傍で発色温度に到達する。本実施の形態では、この主発熱部８２の表面の窪み９２には異物が滞留しにくいため、異物による感熱リボン６３への熱伝達の異常が生じにくい。その結果、印刷品位が向上する。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…発熱体板、２２…セラミック基板、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…抵抗体層、２８…電極層、２９…保護被膜層、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、６０…プラテンローラ、６１…軸、６３…感熱リボン、６４…被印刷媒体、６５…軸、６６…軸、８１…上流部、８２…主発熱部、８３…中間部、８４…下流部、８５…中間電極、８６…中間電極、８７…中間電極、９１…窪み、９２…窪み、９３…窪み、９４…窪み

Claims (6)

1. 副走査方向に搬送される被印刷媒体に熱印刷す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前記副走査方向に垂直な主走査方向に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体の前記副走査方向の両端部に接続された電極と、
   前記発熱抵抗体および前記電極を被覆する保護被膜層と、
   を具備し、
   前記発熱抵抗体は表面に設けられた中間電極で前記副走査方向に最も上流側で最も短い上流部とその上流部の直ぐ下流側で最も長い主発熱部とその主発熱部の下流側の部分に分割されている、
   ことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記保護被膜層の表面には前記上流部および前記主発熱部に対応する位置に窪みが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
3. 前記主発熱部と前記主発熱部の下流側との間の前記保護被膜層の表面が平坦であ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。
4. 前記上流部の前記副走査方向の長さは前記電極の厚さの１０倍以上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。
5. 前記中間電極はＭｏ、Ｗ、Ｎｉのいずれかで形成されていて、前記電極はＡｌで形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 副走査方向に搬送される被印刷媒体に感熱リボンから熱転写する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前記副走査方向に垂直な主走査方向に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の前記副走査方向の両端部に接続された電極と、前記発熱抵抗体および前記電極を被覆する保護被膜層と、を具備し、前記発熱抵抗体は表面に設けられた中間電極で前記副走査方向に最も上流側で最も短い上流部とその上流部の直ぐ下流側で最も長い主発熱部とその主発熱部の下流側の部分に分割されている、サーマルプリントヘッドと、
   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第１搬送手段と、
   前記被印刷媒体と前記サーマルプリントヘッドとの間に前記感熱リボンを搬送する第２搬送手段と、
   前記被印刷媒体および前記感熱リボンを前記サーマルプリントヘッドの前記発熱抵抗体が配列された領域に押し付ける円筒状のプラテンローラと、
   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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