JP4283943B2

JP4283943B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP4283943B2
Application number: JP21806899A
Authority: JP
Inventors: 昌和法田; 貴広下園
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001038936A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワードプロセッサやファクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドは、図４に示す如く、アルミナセラミックス等から成る絶縁基板11の上面に、多数の発熱素子12を直線状に被着・配列させるとともに、これら発熱素子12を保護層13で被覆した構造を有しており、感熱紙等の記録媒体を保護層13の表面に摺接させながら、多数の発熱素子12を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
【０００３】
尚、前記保護層13は記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から発熱素子12等を保護するためのものであり、該保護層13は窒化珪素やサイアロン等の耐磨耗性ならびに封止性に優れた無機質材料により最上層として形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のサーマルヘッドによれば、保護層13を形成する窒化珪素等の熱伝導率が３×１０^-2ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃〜５×１０^-2ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃と比較的大きいことから、印画時、発熱素子12の発した熱の多くが保護層13の面方向に逃げることとなり、これらの熱を印画に効率良く寄与させることができなかった。
【０００５】
また上述した従来のサーマルヘッドによれば、印画を繰り返し行なった際、絶縁基板11の中央域では熱がこもり易い反面、両端域では熱が逃げ易く、絶縁基板11の温度分布は中央域で高温、両端域で低温となる傾向がある。それ故、かかる温度分布をもったサーマルヘッドの表面に記録媒体を摺接させて印画を行なうと、記録媒体には上記温度分布に応じた濃淡むらが形成されるという欠点も有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明のサーマルヘッドは、絶縁基板と、該絶縁基板の上面に取着されている多数の発熱素子から成る発熱素子列と、前記多数の発熱素子を被覆している、無機質材料から成る保護層と、該保護層上に被着されている、該保護層よりも小さな熱伝導率を有する枠体とを備えており、該枠体は、前記発熱素子列を囲繞するように配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記枠体の内周辺と前記多数の発熱素子との距離は、前記発熱素子列の両端域よりも当該発熱素子列の中央域で長いことが好ましい。また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記絶縁基板の前記上面にグレーズ層をさらに備えており、該グレーズ層は、前記絶縁基板と前記発熱素子列との間に突出部を含んでなり、前記枠体は、前記突出部を囲繞するように配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記枠体は、導電性微粒子が添加されており、一部が接地電位に接続されていることが好ましい。また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記枠体は、前記発熱素子列側の側面が外側に傾斜していることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一形態に係るサーマルヘッドの平面図、図２は図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図であり、1 は絶縁基板、3 は発熱素子、5 は保護層、6 は枠体である。
【００１０】
前記絶縁基板1 はアルミナセラミックスやガラス等の電気絶縁性材料によって長方形状に形成され、その上面でグレーズ層2 や多数の発熱素子3 ，保護層5 ，枠体6 等を支持するための支持母材として機能する。
【００１１】
前記絶縁基板1 は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状に成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、該グリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、高温で焼成することにより製作される。
【００１２】
また前記絶縁基板1 の上面には、断面山状のグレーズ層2 が絶縁基板1 の長手方向に沿って帯状に被着されている。
【００１３】
前記グレーズ層2 はガラスやポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成り、その上に配される発熱素子3 の発する熱を適当な温度となるように蓄積及び放散してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持するとともに、発熱素子3 を上方に突出させて記録媒体に対する印圧を向上させる作用を為す。
【００１４】
尚、前記グレーズ層2 は、例えばガラスから成る場合、所定のガラス粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して得たガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって絶縁基板1 の上面に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることによって５μｍ〜１００μｍの厚みに被着・形成される。
【００１５】
また前記グレーズ層2 の頂部付近には多数の発熱素子3 が被着され、該各発熱素子3 の両端には一対の導電層4,4 が電気的に接続される。
【００１６】
前記多数の発熱素子3 は例えば３００ｄｐｉのドット密度で絶縁基板1 の長手方向に直線状に配列されており、該各発熱素子3 はＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴｉＳｉＯ等の電気抵抗材料により形成されているため、一対の導電層4,4 を介して電源電力が印加されるとジュール発熱を起こし、記録媒体に印画を形成するのに必要な温度、例えば１３０℃〜２５０℃の温度となる。
【００１７】
一方、前記発熱素子3 の両端に接続されている一対の導電層4,4 はアルミニウムや銅等の金属から成り、該導電層4,4 は発熱素子3 にジュール発熱を起こさせるために必要な所定の電力を印加する作用を為す。
【００１８】
尚、前記発熱素子3 及び一対の導電層4,4 は、従来周知の薄膜手法、例えばスパッタリングやフォトリソグラフィー技術，エッチング技術等を採用することによって所定パターン、所定厚みに被着・形成される。
【００１９】
また更に前記発熱素子3 及び一対の導電層4,4 の上面には保護層5 が被着される。
【００２０】
前記保護層5 は、窒化珪素やサイアロン等の耐磨耗性ならびに封止性に優れた無機質材料により形成されており、発熱素子3 や一対の導電層4,4 を記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【００２１】
尚、前記保護層5 は、窒化珪素等の無機質材料を従来周知のスパッタリングやプラズマＣＶＤ等によって２μｍ〜２０μｍの厚みに被着させることにより形成され、この場合、窒化珪素等の無機質材料から成る保護層5 の熱伝導率は３×１０^-2ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃〜５×１０^-2ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃となる。
【００２２】
そして、このような保護層5 の上面には、該保護層5 よりも小さな熱伝導率を有する略長方形状の枠体6 が発熱素子列を囲繞するように被着されている。
【００２３】
前記枠体6 は、１×１０^-6ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃〜２×１０^-3ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃の熱伝導率をもったポリイミド樹脂等から成り、該枠体6 は発熱素子列から例えば１．５ｍｍ〜３．０ｍｍだけ離れた位置に多数の発熱素子3 を囲繞するように設けられているため、印画の際、保護層5 の面方向に拡散しようとする熱を枠体6 で吸収した上、該吸収した熱を枠体6 の内部に蓄積させることによって枠体6 の内側領域を短時間で効率良く昇温させることができる。従って、発熱素子3 の発する熱の多くを印画に寄与させて、サーマルヘッドの熱効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
しかもこの場合、前記枠体6 は発熱素子列の列方向の両端より外側にも配されているため、発熱素子2 の発する熱は発熱素子列の列方向にも逃げにくくなっており、絶縁基板1 の両端域と中央域の温度差を極力小さく抑えることができる。従って印画を繰り返し行なっても、記録媒体に濃淡むらの少ない良好な印画を形成することが可能である。
【００２５】
また上記枠体6 にＡｇ（銀）やＣｕ（銅）等の導電性微粒子を所定量添加して枠体6 の比抵抗を１０³Ω・ｃｍ〜１０⁷Ω・ｃｍに設定した上、これを更に接地電位に接続させておくようにしてすれば、印画時、記録媒体は発熱素子3 上の保護層5 に摺接する前にその搬送方向上流側で比抵抗の高い枠体6 に摺接されるようになることから、記録媒体の表面に帯電した静電気を枠体6 を介して接地電位に良好に逃がすことができ、これによって保護層5 の静電破壊が有効に防止されるようになる。従って、前記枠体6 の比抵抗を１０³Ω・ｃｍ〜１０⁷Ω・ｃｍに設定した上、これを接地電位に接続させておくことが好ましい。
【００２６】
更に前記枠体6 の発熱素子3 側の側面6aを例えば１０°〜４５°だけ外側に傾斜させておくようにすれば、印画時、記録媒体の枠体6 に対する摺接抵抗を低減させて、記録媒体の走行を安定化させることができる。従って枠体6 の発熱素子3 側の側面6aを例えば１０°〜４５°だけ外側に傾斜させておくことが好ましい。
【００２７】
尚、前記枠体6 と発熱素子列との間の距離が１．５ｍｍよりも小さくなると記録媒体が発熱素子3 上の保護層5 に密着しにくくなって、十分な印圧が得られなくなる恐れがあり、また枠体6 と発熱素子列との間の距離が３．０ｍｍよりも大きくなると枠体6 で囲まれる領域が広くなりすぎて高速印画を行なう場合などに熱が効率良く蓄積されにくくなり、サーマルヘッドの熱効率を高く維持することが困難になる。従って枠体6 と発熱素子列との間の距離は１．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定しておくことが好ましい。
【００２８】
このような枠体6 は、液状に成したポリイミド樹脂の前駆体をディスペンサー等を用いて保護層5 の上面に発熱素子列を囲繞するように塗布し、しかる後、これを１００℃〜２００℃の温度で加熱・重合させることによって例えば５μｍ〜１００μｍの厚みに被着・形成される。またこのとき、枠体6 は５００μｍ〜３０００μｍの幅寸法でもって形成される。
【００２９】
そして前記絶縁基板1 は支持板7 上に載置・固定される。
【００３０】
前記支持板7 はアルミニウムやＳＵＳ等の金属から成り、絶縁基板1 の熱の一部を吸収することによって絶縁基板1 の温度が過度に高温となるのを有効に防止するとともに、その上面で絶縁基板1 を支持する作用を為す。
【００３１】
尚、前記支持板7 は、例えばアルミニウムから成る場合、アルミニウム等のインゴット（塊）を従来周知の金属加工法を採用し所定形状に加工することによって製作され、かかる支持板7 の上面に前記絶縁基板1 を接着剤8 を介して載置させることにより絶縁基板1 が支持板7 上に接着・固定されることとなる。
【００３２】
このとき、枠体6 の直下領域に介在される接着剤8aの熱伝導率を他の領域に介在される接着剤8bの熱伝導率よりも小さく、具体的には接着剤8aの熱伝導率を３．０×１０^-3ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃〜４．０×１０^-4ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・℃に設定しておけば、絶縁基板1 中の熱が枠体6 内の直下領域に効率良く蓄積されるようになることから、先に述べた熱効率向上の効果をより顕著に発揮させることができる。従って枠体6 の直下領域に介在される接着剤8aの熱伝導率は他の領域に介在される接着剤8bの熱伝導率よりも小さく設定しておくことが好ましい。
【００３３】
かくして上述した本発明のサーマルヘッドは、感熱紙等の記録媒体を枠体6 の内側に位置する保護層5表面に摺接させながら、一対の導電層4,4 間に外部からの画像データに基づいて電源電力を印加し、多数の発熱素子3 を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
【００３４】
尚、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３５】
例えば上述の形態においては枠体6 と発熱素子3 との距離を略一定となすようにしたが、これに代えて図３に示す如く枠体6'の内周辺と発熱素子3 との距離を発熱素子列の両端域よりも中央域で長くなるようになしておいても良い。この場合、枠体6'と発熱素子3 との距離は例えば発熱素子列の両端域で中央域の２０％〜９５％となるように設定され、このように成しておくことで、より多くの熱が発熱素子列の両端域に蓄積されるようになるため、絶縁基板1 の両端域と中央域の温度差がより小さく抑えられ、特に印画周期１ｍｓｅｃ以下の高速印画にも適したものとなる。
【００３６】
また上述した図３の形態において枠体6'の内周辺と発熱素子3 との距離を徐々に変化させるようになしても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のサーマルヘッドによれば、印画時、保護層の面方向に拡散しようとする熱を枠体で吸収・蓄積することによって枠体の内側領域を短時間で効率良く昇温させることができる。従って、発熱素子の発する熱の多くを印画に寄与させて、サーマルヘッドの熱効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
また本発明のサーマルヘッドによれば、前記枠体は発熱素子列の列方向の両端より外側にも配されているため、発熱素子の発する熱は発熱素子列の列方向にも逃げにくくなっており、絶縁基板の両端域と中央域の温度差を極力小さく抑えることができる。従って、記録媒体を保護層表面に繰り返し摺接させて印画を行なっても、記録媒体に濃淡むらの少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係るサーマルヘッドの平面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の他の形態に係るサーマルヘッドの平面図である。
【図４】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
1 ・・・絶縁基板、3 ・・・発熱素子、5 ・・・保護層、6,6'・・・枠体

Claims

絶縁基板と、該絶縁基板の上面に取着されている多数の発熱素子から成る発熱素子列と、前記多数の発熱素子を被覆している、無機質材料から成る保護層と、該保護層上に被着されている、該保護層よりも小さな熱伝導率を有する枠体とを備えており、
該枠体は、前記発熱素子列を囲繞するように配置されていることを特徴とするサーマルヘッド。
前記枠体の内周辺と前記多数の発熱素子との距離は、前記発熱素子列の両端域よりも当該発熱素子列の中央域で長いことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記絶縁基板の前記上面にグレーズ層をさらに備えており、
該グレーズ層は、前記絶縁基板と前記発熱素子列との間に突出部を含んでなり、
前記枠体は、前記突出部を囲繞するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
前記枠体は、導電性微粒子が添加されており、一部が接地電位に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
前記枠体は、前記発熱素子列側の側面が外側に傾斜していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のサーマルヘッド。