JP2016150472A - Thermal head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーマルプリンタなどに用いられるサーマルヘッドに関する。 The present invention relates to a thermal head used in a thermal printer or the like.
サーマルヘッドは、感熱記録紙などの被印刷体が搬送される方向に直交する方向(主走査方向)に配列された複数の発熱抵抗体の発熱部を発熱させ、その熱により被印刷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、イメージャ、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。 The thermal head generates heat on the heating portions of a plurality of heating resistors arranged in a direction (main scanning direction) orthogonal to the direction in which the printing medium such as thermal recording paper is conveyed, and the heat causes characters on the printing medium. This is an output device for forming images such as images and figures. This thermal head is widely used in recording devices such as a barcode printer, a digital plate making machine, a video printer, an imager, and a seal printer.
一般的なサーマルヘッドは、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、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、発熱抵抗体を駆動する駆動回路の一部となる駆動IC(Integrated Circuit)は、たとえば回路基板に搭載されている(たとえば特許文献1参照)。 A general thermal head includes a heat radiating plate, a heat generating plate attached to the heat radiating plate, and a circuit board attached to the heat radiating plate on the same side as the heat generating plate. Heat generating resistors are linearly arranged at predetermined intervals in a heat generating region extending in a band shape on the surface opposite to the surface of the heat generating plate opposite to the heat radiating plate. Also, a drive IC (Integrated Circuit) that is a part of a drive circuit that drives the heating resistor is mounted on, for example, a circuit board (see, for example, Patent Document 1).
このようなサーマルヘッドにおいては、フィルムなどの被印刷体に印字をする際、図11に示す発熱体板120の主走査方向dmの両端部における上面と側面との接合部分に形成された角部に被印刷体が擦れ、当該被印刷体にスジ状の傷が入り印画品質が悪化してしまう可能性があった。
In such a thermal head, when printing on a printing medium such as a film, corner portions formed at the junction between the upper surface and the side surface at both ends in the main scanning direction dm of the
そこで、本発明は、サーマルヘッドの印画品質を保つことを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to maintain the print quality of a thermal head.
上述の課題を解決するため、本発明の一実施の形態は、放熱板と、放熱板の上面に載置され駆動ICを搭載する回路基板と、回路基板に隣接して放熱板の上面に載置された発熱体板と、を具備するサーマルヘッドであって、発熱体板は、回路基板に隣接して放熱板の上面に載置された絶縁基板と、絶縁基板の上面に形成された保温層と、保温層の上面に形成され主走査方向に間隔をおいて複数配列され、駆動ICにより駆動される発熱抵抗体と、発熱抵抗体の表面に当該発熱抵抗体の表面上の間隙を挟んで対向する電極層と、保温層の上面に形成される保護層と、電極層と駆動ICとを接続するボンディングワイヤと、を具備し、主走査方向の両端部において、発熱体板の上面と、発熱体板の主走査方向の端面とを、発熱体板の上面から突出しない曲面で接続する樹脂である保護部が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention includes a heat sink, a circuit board mounted on the upper surface of the heat sink and mounting a driving IC, and mounted on the upper surface of the heat sink adjacent to the circuit board. A heating head, and the heating plate is an insulating substrate placed on the upper surface of the heat sink adjacent to the circuit board, and a heat insulating plate formed on the upper surface of the insulating substrate. And a plurality of heating resistors formed on the upper surface of the heat insulating layer and arranged in the main scanning direction at intervals, and a surface of the heating resistor is sandwiched between the heating resistor driven by the driving IC and the surface of the heating resistor Electrode layers facing each other, a protective layer formed on the upper surface of the heat insulating layer, and a bonding wire connecting the electrode layer and the driving IC, and at both ends in the main scanning direction, The end face of the heating element plate in the main scanning direction protrudes from the upper surface of the heating element plate And a protective portion is formed of a resin to be connected with no curved surface.
本発明によれば、サーマルヘッドの印画品質を保つことができる。 According to the present invention, the print quality of the thermal head can be maintained.
本発明に係るサーマルヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。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。 An embodiment of a thermal head according to the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to this.
なお、図1乃至図12では、矢印dsの方向が、被印刷体を搬送する方向(副走査方向)を表し、当該副走査方向dsに直交する方向が、被印刷体を搬送する方向に直交し発熱抵抗体23aが間隔をおいて複数配列され発熱領域24が延びる方向(主走査方向)を表している。
1 to 12, the direction of the arrow ds represents the direction (sub-scanning direction) in which the printing medium is conveyed, and the direction orthogonal to the sub-scanning direction ds is orthogonal to the direction in which the printing medium is conveyed. A plurality of
本実施の形態のサーマルヘッド10は、たとえば発熱体板20、回路基板40および放熱板30を有している。発熱体板20および回路基板40は、放熱板30の同じ側の表面に載置されている。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板である。
The
発熱体板20は、回路基板40における副走査方向dsの一端側に沿ってたとえば両面テープなどの接着剤により放熱板30に固着されている。発熱体板20には、帯状に延びる発熱領域24が形成されている。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は、回路基板40に入力され、さらに回路基板40と電気的に接続された発熱体板20に入力される。
The
このサーマルヘッド10を用いたサーマルプリンタは、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50を有している。このプラテンローラ50は、主走査方向dmの幅が、被印刷媒体60、感熱リボン63および発熱体板20よりも長く形成され、主走査方向dmに平行な直線上に軸52を持つ。また、プラテンローラ50の周側面が発熱領域24に接するように配置され、軸52を中心に回転可能に設けられる。
A thermal printer using the
またこのサーマルプリンタは、感熱リボン63を有している。感熱リボン63は、主走査方向dmの幅が被印刷媒体60よりも長く形成され、プラテンローラ50の軸52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50の側面とサーマルヘッド10との間を通るように搬送される。被印刷媒体60は、感熱リボン63とプラテンローラ50の間を通るように副走査方向dsに沿って搬送される。
The thermal printer has a
また感熱リボン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60にその色が転写される。
The
サーマルプリンタは、駆動モータにより構成された図示しないヘッド押圧部によりサーマルヘッド10をプラテンローラ50に押し付ける方向へ押圧することにより、発熱領域24を感熱リボン63を介しフィルムなどの被印刷媒体60に押し付けてニップ圧を加える。それとともにサーマルプリンタは、その被印刷媒体60を副走査方向dsに移動させ、発熱領域24の発熱パターンを被印刷媒体60の移動とともに変化させることにより、所望の画像を被印刷媒体60上に形成する。
The thermal printer presses the
発熱体板20は、主走査方向dmの幅が被印刷媒体60および感熱リボン63よりも短く形成され、支持基板22と、発熱抵抗体層23と、電極層28と、保護層29とを有している。
The
支持基板22は、たとえばアルミナ(Al2O3)などのセラミックの絶縁板22aと、グレーズ層と称されるガラス層22bとを有している。絶縁板22aは、被印刷媒体60の搬送方向の下流側であり回路基板40から離隔する側の端部において、主走査方向dmの一端から他端に亘って平面状に面取りされた面取部68が形成されることにより、副走査方向dsに搬送される被印刷媒体60が発熱体板20に引っ掛かることを防止している。絶縁板22aの主面に直交する面取部68の深さである面取深さD1は、0.2mm未満となっている。ガラス層22bは、絶縁板22aの面取部68の上面に酸化珪素(SiO2)で成り約25μmの厚みで層状に形成されている。
The
発熱抵抗体層23は、絶縁板22a及びガラス層22bの上面の一部に層状に、たとえばTaSiO2などのサーメットで形成される。発熱抵抗体層23は、発熱抵抗体23aが主走査方向dmに間隔をおき、1枚の発熱体板20における主走査方向dmの一端から他端まで連続して一列に配列され、それぞれ副走査方向dsに延設している。
The
電極層28は、発熱抵抗体層23の上面の一部に層状に形成される。電極層28は、たとえばアルミニウム(Al)で形成された共通電極28bおよび個別電極28aにより構成される。
The
共通電極28bは、発熱抵抗体層23の上面において主走査方向dmに延びるよう形成されている。個別電極28aは、主走査方向dmに間隔をおき、1枚の発熱体板20における主走査方向dmの一端から他端まで連続して一列に配列され、突条21の頂部に設けられた間隙を副走査方向dsから共通電極28bと挟むよう対向して配置される。
The
共通電極28bを流れてきた電流は、個別電極28aと共通電極28bとの間に位置する間隙部分では発熱抵抗体23aを通ることとなるため、間隙部分の発熱抵抗体23aが発熱部23bとして機能する。この発熱部23bは、主走査方向dmに間隔をおいて配列されて、面取部68の上面において主走査方向dmに延びる発熱領域24を形成する。
Since the current flowing through the
個別電極28aのボンディングパッド26には、ボンディングワイヤ44の一端が接続され、その他端は回路基板40上の駆動IC42と接続され、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が供給される。駆動IC42にはボンディングワイヤ45の一端が接続され、その他端は回路基板40上の回路パターンと接続される。
One end of the
個別電極28a、共通電極28bおよび発熱抵抗体層23は、たとえば酸窒化珪素(SiON)で成る保護層29で覆われている。この保護層29は、個別電極28aの一部の表面には設けられておらず、この部分にボンディングワイヤ44が接続される。駆動IC42およびボンディングワイヤ44は、樹脂48で封止されている。
The
また発熱体板20には、主走査方向dmの両端部に、主走査方向dmの幅が1.5〜2.0mm程度であり、絶縁板22aの主面に直交する深さである溝部深さD2が0.2mm以上の切り欠きである溝部70が副走査方向dsの一端から他端に亘って形成されている。この溝部70は、図9に示すように絶縁板22aの主面に垂直な壁面71と、当該壁面71と直交し絶縁板22aの主面と平行な底面72とを有する。絶縁板22aの主面と、発熱体板20の主走査方向dmの両端部の端面との角度は、ほぼ90度となっている。また溝部深さD2は、面取深さD1よりも深くなっている。
Further, the
この溝部70には、樹脂でなる保護部74が形成されている。保護部74は、表面が湾曲する曲面形状である。このため保護層29の上面と、発熱体板20の主走査方向dmの端面である発熱体板主走査方向端面20aとは、互いに大きく角度を変えず徐々に角度が変化する連続した面であるラウンド形状の面で接続されている。また保護部74は、保護層29の上面よりも上方へ突出していない。これにより発熱体板20は、主走査方向dmの両端部において、保護層29の上面と発熱体板主走査方向端面20aとの接続部に角形状が形成されていない。
A
ここで、本実施の形態におけるサーマルヘッド10の製造方法について図6を参照して説明する。
Here, the manufacturing method of the
本実施の形態は1枚の絶縁板22aから複数のサーマルヘッド10を切り出す製造工程に適用され、まず、セラミック、たとえばアルミナ(Al2O3)などの絶縁板22aを用意する。次に、絶縁板22aの上面に、酸化珪素(SiO2)を主成分とするガラスペーストをスクリーン印刷などにより塗布し焼成して溶融しガラス層22bを形成する(S1)。
This embodiment is applied to a manufacturing process in which a plurality of
その後、ガラス層22bの表面に発熱抵抗体層23および電極層28から成る配線層を形成する(S2)。より具体的には、まず、絶縁板22aの表面とガラス層22bの表面とに、サーメットなどの抵抗材料をスパッタリングなどで固着させ、その上にアルミニウムなどの導電性材料をスパッタリングなどで固着させる。その後、発熱抵抗体層23および電極層28をエッチングでパターニングすることにより、主走査方向dmに間隔を置いて配列した発熱抵抗体23aと、発熱部23bに対応する間隙とを形成する。
Thereafter, a wiring layer composed of the
次に、保護層29をスパッタリングなどで全面に固着させることにより、ガラス層22b、発熱抵抗体層23、個別電極28aおよび共通電極28bを覆い個別電極28aにおけるボンディングパッド26になる部分を除くよう保護層29を成膜し(S3)、図7に示す分割前の発熱体板を作成する。
Next, the
その後、先端が平らな主走査方向dmの幅がほぼ3.0〜4.0mm程度の溝入れ用ブレードで、その後の工程で分割される分割位置Pdを板厚方向に絶縁板22aの板厚方向の上半分程まで研削する溝入れを行う(S4)ことにより、図8に示すように溝部70を形成する。
After that, with the grooving blade having a flat front end in the main scanning direction dm and a width of about 3.0 to 4.0 mm, the dividing position Pd divided in the subsequent process is set to the plate thickness direction of the insulating plate 22a. Grooves to be ground to the upper half of the direction are performed (S4), thereby forming the
その後、保護層製膜後の板を分割用ブレードで板厚方向の下面まで研削し、複数の発熱体板20に分割する(S5)ことにより、図9に示すように1枚の発熱体板20が作成される。 Thereafter, the plate after the protective layer is formed is ground to the lower surface in the plate thickness direction with a dividing blade and divided into a plurality of heating element plates 20 (S5), so that one heating element plate as shown in FIG. 20 is created.
このようにして形成された発熱体板20を、回路基板40とともに放熱板30に載置する(S6)。また、発熱体板20と回路基板40とをボンディングワイヤ44で結線し(S7)、さらにボンディングワイヤ44による結線部を樹脂48で封止する(S8)。
The
その後溝部70に例えば熱硬化性の液状の樹脂材料をディスペンス装置により図10に示すように塗布した後、加熱する(S9)。所定時間が経過すると、この樹脂材料は図5に示すように表面張力により表面が保護層29の上面と発熱体板主走査方向端面20aとを滑らかな曲面形状で接続する形状となり、硬化して保護部74となる。その後保護部74を仕上げ研磨し形状を整える(S10)ことにより、サーマルヘッド10が製造される。この樹脂材料は、塗布した際に溝部70から垂れない程度の粘度と、硬化後の表面性と、耐摩耗性とを考慮して選定される。
Thereafter, for example, a thermosetting liquid resin material is applied to the
このようにサーマルヘッド10は、発熱体板20における上面と発熱体板主走査方向端面20aとの間に、表面が曲面形状の樹脂であり当該上面と発熱体板主走査方向端面20aとを滑らかに接続する保護部74を形成するようにした。これによりサーマルヘッド10は、発熱体板20が被印刷媒体60に接触したとしても、当該被印刷媒体60にスジ状の傷が入ることを防止できる。特に被印刷媒体60としてフィルムを用いた場合、紙やカードなどよりも傷が入りやすい傾向にあるため、本発明は有用である。
As described above, the
またサーマルヘッド10は、発熱体板20の主走査方向dmの幅が被印刷媒体60も短く形成されているため、発熱体板20の主走査方向dmの両端部が、感熱リボン63を越えて被印刷媒体60に接触してしまう可能性のある構造となっている。サーマルヘッド10は、そのような構造であっても、発熱体板20が被印刷媒体60に接触した際に当該被印刷媒体60が発熱体板20により傷がついてしまうことを抑止できる。
In the
ここで、図12に示す発熱体板220のように、図11に示した発熱体板120の主走査方向dmの両端部における回路基板から離隔する側の端部を平面状に面取りし面取部80を形成することにより、被印刷媒体60にスジ状の傷が入ることを防止することも考えられる。しかしながらこのような発熱体板220であっても、被印刷媒体60にスジ状の傷が入ることを防止するには不十分であり、印画品質が悪化してしまう可能性があった。また従来の発熱体板220(図12)は、平面状に研磨加工で面取りをしていたが、硬質なセラミックの絶縁板22aを研磨するため作業工数を要し、また研磨を行なっても被印刷媒体60に傷が入ってしまう場合があった。
Here, like the
さらに、発熱体板120の主走査方向dmの両端部を曲面形状に面取りすることにより、被印刷媒体60にスジ状の傷が入ることを防止することも考えられる。しかしながらそのような場合、硬質なセラミックの絶縁板22aを研磨するため作業工数を要し、また研磨を行なっても被印刷媒体60に傷が入ってしまう場合があった。
Furthermore, it is also conceivable to prevent streak-like scratches on the
これに対し本実施の形態のサーマルヘッド10は、研磨ではなく、溝入れブレードで研削することにより溝部70を形成するようにしたため、研磨加工よりも作業工数を低減すると共に、セラミックの基板が面取りされた面取部80ではなく、樹脂により保護部74を形成するようにしたため、保護部74の表面をより平滑にし、被印刷媒体60に傷が入りにくくすることができる。
In contrast, the
またサーマルヘッド10は、保護部74として樹脂48の樹脂材料を流用した場合、新たな樹脂材料を用意する必要がない。
Further, when the
以上の構成によれば、サーマルヘッド10は、放熱板30と、放熱板30の上面に載置され駆動IC42を搭載する回路基板40と、回路基板40に隣接して放熱板30の上面に載置された発熱体板20とを有する。発熱体板20は、回路基板40に対し副走査方向dsに隣接して放熱板30の上面に載置された絶縁基板としての絶縁板22aと、絶縁板22aの上面に形成された保温層としてのガラス層22bと、ガラス層22bの上面に形成され主走査方向dmに間隔をおいて複数配列され、駆動IC42により駆動される発熱抵抗体23aと、発熱抵抗体23aの表面に当該発熱抵抗体23aの表面上の間隙を挟んで対向する電極層28と、ガラス層22bの上面に形成される保護層29と、電極層28と駆動IC42とを接続するボンディングワイヤ44とを有し、主走査方向dmの両端部において、発熱体板20の上面と、発熱体板20の主走査方向dmの端面とを、90度未満の角度で徐々に屈曲し、発熱体板20の上面から突出しないラウンド形状の曲面で接続する樹脂である保護部74を形成するようにした。
According to the above configuration, the
これによりサーマルヘッド10は、発熱体板20の上面と発熱体板主走査方向端面20aとがほぼ90度の角部で接続された場合と比べて、発熱体板20の主走査方向dmの両端部が被印刷媒体60に局所的に与えるストレスを低減でき、当該被印刷媒体60に傷が入ることを防止できる。
As a result, the
なお上述したサーマルヘッド10においては、保護部74に樹脂材料を用いたが、これに限らず、ガラスなど、種々の材料を用いて良い。要は、感熱リボン63を介し、被印刷媒体60に接触したとしても傷をつける可能性が低い材料であれば良い。
In the
また上述したサーマルヘッド10においては、保護部74に熱硬化性の樹脂材料を用いたが、これに限らず、アクリルなどの可塑性の樹脂材料を用いても良い。
In the
また上述したサーマルヘッド10においては、絶縁板22aの主面に垂直な壁面71と、当該壁面71と直交し絶縁板22aの主面と平行な底面72とを有する溝部70に樹脂材料を塗布したが、これに限らず、樹脂材料を保持可能な種々の形状の溝部に樹脂材料を塗布しても良い。その場合、溝部の形状に対応した溝入れ用ブレードを用いて溝入れ加工を行えば良い。また、溝部70のサイズも種々のサイズであって良い。
In the
さらに上述したサーマルヘッド10においては、溝入れ加工後に研削を行い1枚の発熱体板20を作成したが、これに限らず、研削を行い1枚の発熱体板20を作成した後に当該発熱体板20に溝入れ加工を行っても良い。
Further, in the
さらに上述したサーマルヘッド10においては、溝入れ加工と分割加工とを別々の工程で行ったが、これに限らず、例えば幅が広い溝入れ用ブレードと当該溝入れ用ブレードよりも幅が狭い分割用ブレードとを組み合わせて、溝入れ加工と分割加工とを同一の工程で行っても良い。
Furthermore, in the
さらに上述したサーマルヘッド10においては、発熱体板20を回路基板40とともに放熱板30に載置した後に溝部70に樹脂材料を塗布したが、これに限らず、分割加工を行った後であり放熱板30に発熱体板20を載置する前に溝部70に樹脂材料を塗布しても良い。
Further, in the
さらに上述したサーマルヘッド10においては、面取部68を形成したが、これに限らず、面取部68は形成されていなくても良い。
Further, in the
さらに上述したサーマルプリンタにおいては、被印刷媒体60に感熱リボン63の色を転写したが、これに限らず、発色温度以上に加熱されると発色する感熱記録紙を加熱することで発色させても良い。
Further, in the above-described thermal printer, the color of the
10……サーマルヘッド、20……発熱体板、20a……発熱体板主走査方向端面、22……支持基板、22a……絶縁板、22b……ガラス層、23……発熱抵抗体層、23a……発熱抵抗体、23b……発熱部、24……発熱領域、26……ボンディングパッド、28……電極層、28a……個別電極、28b……共通電極、29……保護層、30………放熱板、40……回路基板、42……駆動IC、44,45……ボンディングワイヤ、48……樹脂、50……プラテンローラ、52……軸、60……被印刷媒体、63……感熱リボン、65、66……軸、68……面取部、70……溝部、71……壁面、72……底面、74……保護部、80……面取部、Pd……分割位置、dm……主走査方向、ds……副走査方向。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記放熱板の上面に載置され駆動ICを搭載する回路基板と、
前記回路基板に隣接して前記放熱板の上面に載置された発熱体板と、
を具備するサーマルヘッドであって、
前記発熱体板は、
前記回路基板に隣接して前記放熱板の上面に載置された絶縁基板と、
前記絶縁基板の上面に形成された保温層と、
前記保温層の上面に形成され主走査方向に間隔をおいて複数配列され、前記駆動ICにより駆動される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の表面に当該発熱抵抗体の表面上の間隙を挟んで対向する電極層と、
前記保温層の上面に形成される保護層と、
前記電極層と前記駆動ICとを接続するボンディングワイヤと、
を具備し、
前記主走査方向の両端部において、前記発熱体板の上面と、前記発熱体板の前記主走査方向の端面とを、前記発熱体板の上面から突出しない曲面で接続する樹脂である保護部が形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。 A heat sink,
A circuit board mounted on the upper surface of the heat sink and mounting a driving IC;
A heating element plate placed on the upper surface of the heat sink adjacent to the circuit board;
A thermal head comprising:
The heating plate is
An insulating substrate placed on the upper surface of the heat sink adjacent to the circuit board;
A heat insulating layer formed on the upper surface of the insulating substrate;
A plurality of heating resistors formed on the heat retaining layer and arranged in the main scanning direction at intervals, and driven by the driving IC;
An electrode layer facing the surface of the heating resistor across a gap on the surface of the heating resistor;
A protective layer formed on an upper surface of the heat retaining layer;
A bonding wire connecting the electrode layer and the driving IC;
Comprising
Protective portions made of resin that connect the upper surface of the heating element plate and the end surface of the heating element plate in the main scanning direction at both ends in the main scanning direction with curved surfaces that do not protrude from the upper surface of the heating element plate. A thermal head that is formed.
請求項1に記載のサーマルヘッド。 The thermal head according to claim 1, wherein the protective portion has a round surface.
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