JP4309699B2 - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子の発する熱を利用して記録するサーマルヘッド、並びにそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ファクシミリやビデオプリンタ等の記録デバイスとしてサーマルヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来のサーマルヘッドは、直線状に配列された複数の発熱素子を上面に有するヘッド基板を、アルミニウム等の金属から成る放熱板上に接着材としての放熱性樹脂や両面テープを介して載置させた構造をしている。このようなサーマルヘッドは、例えば記録媒体として感熱紙を用いる場合、サーマルヘッド上に配設されるプラテンローラを用いて感熱紙を副走査方向（発熱素子の配列方向と直交する方向）に搬送し、感熱紙をサーマルヘッドに対して摺接させながら、該発熱素子を外部からの印画信号に基づいて個々に選択的に発熱させるとともに、該発熱した熱を発熱素子上の感熱紙に伝導させ、該伝導させた熱によって感熱紙を発色させて感熱紙に所定の印画を形成する。
【０００４】
また記録媒体としてインクリボン及び記録紙を用いる場合、インクリボンと記録紙を重ね合わせた状態で両者を発熱素子上に搬送しながら、発熱素子の発する熱によってインクリボンのインクを溶融させ、該溶融したインクを記録紙に転写させることによって記録紙に所定の印画を形成する。
【０００５】
尚、前記放熱板の上面には、図４に示す如く、発熱素子の配列方向と略平行な一対の溝１７ａが形成されており、かかる一対の溝１７ａの内部で放熱性樹脂の余剰分を収容している。
【０００６】
ところで、記録媒体をサーマルヘッドに対して摺接させた際、両者間に生じる摩擦力はサーマルヘッドの温度が高くなると大きくなる傾向にあることから（特許文献１）、記録媒体が副走査方向に対して斜め方向に搬送されたり、紙詰まりが発生することがある。この場合、ヘッド基板には副走査方向のみならず、主走査方向（発熱素子の配列と平行な方向）や斜め方向など、様々な方向に大きな力が印加される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−９９４２７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−２６７８０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のサーマルヘッドにおいては、図４に示すように主走査方向に沿った一対の溝のみ形成されているか、あるいは、特許文献２に示されているように主走査方向及び副走査方向にそれぞれ一対の溝が形成されているに過ぎなかったため、ヘッド基板に印加される斜めの方向等の種々の外力に対して大きなブレーキとなり得るものが存在せず、それ故、上記印加外力が特に大きい場合、ヘッド基板が放熱板に対して大きくずれてしまい、良好な印画を形成することが困難である問題点を有していた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み案出されたものであり、その目的は、ヘッド基板を放熱板上に強固に被着させておくことが可能な高性能のサーマルヘッド、並びにサーマルプリンタを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、複数の発熱素子を有するヘッド基板を接着材を介して放熱板の上面上に載置させてなり、前記複数の発熱素子上に記録媒体を搬送しながら印画を形成するサーマルヘッドにおいて、前記放熱板は、前記接着材の一部を収容し、かつ平面視したときに円状、楕円状、円弧状、または渦巻状をなす溝を前記上面に備えているとともに、前記放熱板の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に当該１ｃｍ×１ｃｍの区画に存在する溝の平均個数、または前記１ｃｍ×１ｃｍの区画より細かな区画に区分した際に、当該細かな区画に存在する溝の平均個数から１ｃｍ２ あたりに存在する前記溝の平均個数に換算した個数が１個以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記溝は、深さが０．１μｍ〜０．４μｍの範囲であり、かつ幅が１３μｍ〜２０μｍの範囲であることが好ましい。
【００１３】
更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記溝は、前記放熱板の上面の少なくとも前記複数の発熱素子の直下領域に設けられていることが好ましい。
【００１４】
また更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記溝は、前記放熱板の上面における前記複数の発熱素子の直下領域よりも当該直下領域に多く設けられていることが好ましい。
【００１５】
更にまた、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記放熱板の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に当該１ｃｍ×１ｃｍの区画に存在する溝の平均個数、または前記１ｃｍ×１ｃｍの区画より細かな区画に区分した際に、当該細かな区画に存在する溝の平均個数から１ｃｍ ２ あたりに存在する前記溝の平均個数に換算した個数が８３個〜８２７個であることが好ましい。
【００１６】
また更に、本発明のサーマルヘッドは、前記複数の発熱素子の配列方向に沿って設けられている、前記溝と異なる一対の溝を前記上面に備えており、前記一対の溝は、前記溝に比べて前記放熱板の厚み方向における深さが深いことを特徴とするものである。
【００１７】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドを押圧しつつ発熱素子上に記録媒体を搬送する搬送手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明によれば、ヘッド基板が載置される放熱板の上面上に、ヘッド基板−放熱板間に介在する接着材の一部を内部に収容する溝を１個／ｃｍ２の密度で設けるとともに、該溝を平面視したときに円状、楕円状、円弧状、または渦巻状になしたことから、ヘッド基板に対して印加される種々の方向にかかる外力に対して溝がブレーキになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタの使用中にヘッド基板が放熱板に対して大きくずれるといった不具合を有効に防止することができる。
【００１９】
特に溝を平面視状態で円状もしくは蔓巻状に成した場合、放熱板の上面に対して略平行なあらゆる方向の力に対して溝がブレーキとなるため、特に好ましい。
【００２０】
また本発明によれば、前記溝を少なくとも発熱素子の直下領域に形成することにより、プラテンローラ等の搬送手段からの外力の影響を受け易い発熱素子の直下領域で溝によるブレーキの効果を高めることができ、ヘッド基板を放熱板に対してより強固に固定することができる。かかる効果は前記溝を発熱素子の直下領域外よりも直下領域で多く形成することにより、更に高められる。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は本発明の一形態に係るサーマルヘッドの断面図、図２は図１のサーマルヘッドを構成する放熱板の上面図であり、図１に示すサーマルヘッドは、大略、ヘッド基板１を接着材としての放熱性樹脂８や両面テープ９を介して放熱板７上に載置させた構造を有している。
【００２３】
前記ヘッド基板１は、アルミナセラミックスや単結晶シリコン、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の種々の材料により長方形状を成すように形成されたベースプレート２の上面に、部分グレーズ層３や発熱素子４ａ、回路配線５等を被着させた構成となっている。
【００２４】
かかるベースプレート２は、アルミナセラミックスから成る場合、例えばアルミナ、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・混合して泥漿状になすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール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、このセラミックグリーンシートを四角形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００２５】
また前記ベースプレート２の上面には、ガラス製の部分グレーズ層３がベースプレート２の長辺に沿って帯状に被着され、その頂部付近には複数の発熱素子４ａを配列させて成る発熱素子列４が設けられる。
【００２６】
前記部分グレーズ層３は、例えば曲率半径１ｍｍ〜４ｍｍの断面円弧状を成すように形成されており、その頂部の厚みは２０μｍ〜８０μｍに設定される。
【００２７】
この部分グレーズ層３は、例えば、熱伝導率が０．７Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋのガラスにより形成されているため、その内部で発熱素子４ａの熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答性を良好に維持する作用、具体的には、発熱素子４ａの温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用を為す。
【００２８】
尚、前記部分グレーズ層３は、ガラス粉末に適当な有機溶剤を添加・混合して得た所定の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ベースプレート２の上面に帯状に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることによって形成される。
【００２９】
更に、前記部分グレーズ層３の頂部付近に設けられる発熱素子列４は、複数の発熱素子４ａを例えば６００ｄｐｉ(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列させて成り、各々の発熱素子列４がＴａＳｉＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成っている。
【００３０】
前記複数の発熱素子４ａは、その両端に接続される回路配線５を介して外部からの電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙に印画を形成するのに必要な温度、例えば１５０℃〜４００℃の温度に発熱する。
【００３１】
また、前記各発熱素子４ａの両端に接続される回路配線５は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属材料により所定パターンに形成されており、発熱素子４ａに所定の電力を供給する給電配線として機能する。
【００３２】
尚、前記発熱素子４ａ及び回路配線５は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、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り所定パターンを成すようにベースプレート２の上面に被着・形成される。
【００３３】
一方、前記発熱素子４ａ及び回路配線５の上面には保護膜６が被着されており、該保護膜６によって発熱素子４ａや回路配線５が共通に被覆されている。
【００３４】
前記保護膜６は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化珪素（ＳｉＯ２）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱素子４ａや回路配線５等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。
【００３５】
尚、上述した保護膜６は、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング等を採用し、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化珪素（ＳｉＯ２）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の無機質材料を発熱素子４ａや回路配線５等の上面に５μｍ〜１０μｍの厚みに被着させることにより形成される。
【００３６】
一方、前記ヘッド基板１はアルミニウムやＳＵＳ等の良熱伝導性の金属から成る放熱板７上に載置されている。
【００３７】
前記放熱板７は、その上面には互いに所定の間隔を空けて略平行に配される一対の溝７ａが主走査方向に沿って設けられている。また放熱板７−ヘッド基板１間の領域のうち、一対の溝７ａ間には発熱素子４ａの直下に配される帯状の放熱性樹脂８が、一対の溝７ａよりも外側の領域（放熱性樹脂８の短手方向両側）には両面テープ９がそれぞれ介在している。
【００３８】
このような放熱板７は、その上面でヘッド基板１を支持するとともに、ヘッド基板１の熱の一部を放熱性樹脂８を介して吸収し、これを外部に放出することによってヘッド基板１中の温度が過度に高温となるのを有効に防止する作用を為す。
【００３９】
そして前記放熱板７の上面には、平面視状態で曲線状（本実施形態においては円状）を成す溝７ｂが複数（１個／ｃｍ２以上の形成密度）形成されている。
【００４０】
前記曲線状の溝７ｂは、幅が１３μｍ〜２０μｍ、深さが０．１μｍ〜０．４μｍにそれぞれ形成されており、その内部には放熱性樹脂８や両面テープ９の一部が収容されている。
【００４１】
かかる溝７ｂは上述したように平面視で円状を成しているため、ヘッド基板１に対して主走査方向に印加される外力に対して溝７ｂがブレーキになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタの使用中にヘッド基板１が放熱板７に対して主走査方向に大きくずれるといった不具合を有効に防止することができる。
【００４２】
しかもこの場合、溝７ｂを円状に成しておけば、放熱板上面に平行なあらゆる方向の外力に対して溝７ｂがブレーキとなるため極めて有効である。
【００４３】
前記円状の溝７ｂの形成領域は、ヘッド基板１の直下領域に位置する放熱板７の上面であればいかなる領域でも良いが、溝７ｂを少なくとも発熱素子４ａの直下領域に形成することが好ましく、この場合、記録媒体のスティッキングや紙詰まりによって主走査方向の力が印加されやすいヘッド基板１の発熱素子４ａの直下領域で溝７ｂによるブレーキの効果を高めることができ、ヘッド基板１を放熱板７に対してより強固に固定することができる。溝７ｂを発熱素子４ａの直下領域外よりも直下領域で多くなるように放熱板７の上面全域に形成すれば、更にヘッド基板１を放熱板７に対して強固に固定できる。
【００４４】
また溝７ｂの形成密度は、上限値を８２７個／ｃｍ２以下に設定することが好ましく、一方、下限値を８３個／ｃｍ２以上に設定することが好ましい。
【００４５】
ここで、溝７ｂの形成密度の上限値を８２７個／ｃｍ２以下にするのは、上限値が８２７個／ｃｍ２よりも大きいと、ヘッド基板１から放熱板７への熱伝達が低下する傾向にある。一方、溝７ｂの形成密度の下限値を８３個／ｃｍ２以上にするのは、かかる数値範囲でヘッド基板１と放熱板７との密着力が特に大きくなるからである。
【００４６】
溝７ｂの密度は、放熱板７の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に、各区画内に存在する溝７ｂの個数をカウントし、各区画内に存在する溝７ｂの平均個数によって定義される。１個の溝７ｂが複数の区画に跨って存在している場合は、各区画で前記溝７ｂを別個にカウントする。また１個の溝より複数個の溝に枝分かれしている場合は、枝分かれした各溝についてカウントする。放熱板７の面積の都合上、１ｃｍ×１ｃｍの区画を確保できないときは、より細かな区画に区分した状態で各区画内に存在する平均の溝７ｂの個数をカウントし、しかる後、カウントした溝７ｂの個数を１ｃｍ２あたりの個数に換算することによって溝７ｂの密度を算出する。
【００４７】
尚、放熱板７は、アルミニウムから成る場合、例えばアルミニウムのインゴット（塊）を従来周知の金属加工法等によって所定形状に成形することによって一対の溝７ａと一体的に製作される。また円状の溝７ｂは、例えば、中心を起点として放射状に伸びる炭素鋼製の切削刃を有する円盤状の板体を放熱板上に配置させるとともに、前記板体と放熱板との間に油性の切削油を供給しながら前記板体を回転させ、放熱板７の表面を切削することによって製作される。
【００４８】
一方、前記ヘッド基板１−放熱板７間に介在される放熱性樹脂８は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の比較的熱伝導率が高い熱硬化性樹脂から成り、発熱素子４ａの熱をヘッド基板１より放熱板７に対して良好に伝導させるとともに、両面テープ９と共にヘッド基板１と放熱板７とを強固に固定する作用を為す。
【００４９】
また前記放熱性樹脂８の両側に配される両面テープ９は、例えばアクリル樹脂等、比較的変形しにくい材料から成り、ヘッド基板１と放熱板７とを略平行に配置すべく帯状の樹脂材の両側に設けられており、その厚みは（２５μｍ〜２００μｍ）に設定されている。
【００５０】
尚、ヘッド基板１と放熱板７との固定は放熱板７の上面の所定領域に放熱性樹脂８の前駆体を塗布するとともに、両面テープ９を貼着し、しかる後、ヘッド基板１を放熱板７上に載置した上、放熱性樹脂８の前駆体を熱硬化させることによって完了する。
【００５１】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図３に示す如く、記録媒体をサーマルヘッドＴの発熱素子４ａ上に搬送する搬送手段として、プラテンローラ１０や搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ等が配設される。
【００５２】
前記プラテンローラ１０は、ＳＵＳ等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドＴの発熱素子４ａ上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子４ａに対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子４ａの配列と直交する方向（図中の矢印方向）に搬送する。
【００５３】
また前記搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドＴに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと前述のプラテンローラ１０とで記録媒体の走行を支持している。
【００５４】
そして、これと同時に複数の発熱素子４ａを図示しないドライバーＩＣの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
【００５５】
尚、本発明は、上述の実施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・改良が可能である。
【００５６】
例えば、上述の実施形態においては、放熱板７上に溝７ｂを円状になすようにしたが、楕円状、円弧状、渦巻状、波状、または蔓巻状をなしていればあらゆる形状を含むことは勿論である。
【００５７】
また上述の実施形態においては、放熱板７上に一対の溝７ａを形成する場合について説明したが、かかる溝７ａが存在しない場合にも本発明は適用可能である。
【００５８】
【実験例】
次に本発明の作用効果を実験例に基づき説明する。
【００５９】
第１実験は、ＳＵＳ製の放熱板上に１インチ×１インチのヘッド基板を両面テープを介して載置させるとともに、放熱板上に種々の溝を形成したサーマルヘッドＡ〜Ｄを作成し、これらサーマルヘッドＡ〜Ｄのヘッド基板に、主走査方向に対して４５°傾斜した方向の外力を徐々に印加していき、ヘッド基板が放熱板より剥がれた荷重を測定することで放熱板とヘッド基板との密着強度を調べるというものである。サーマルヘッドＡでは円状の溝を、サーマルヘッドＢでは副走査方向に平行な溝を、サーマルヘッドＣでは主走査方向に平行な溝をそれぞれ設けた。一方、サーマルヘッドＤでは溝を設けなかった。尚、両面テープとしては厚み約５０μｍのアクリル樹脂製のものを使用した。またサーマルヘッドＡ〜Ｃにおいては溝の形成密度を約６００個／ｃｍ２、溝の平均幅を１５μｍ、溝の平均深さを０．２μｍとした。以上の実験結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
この表１によれば、曲線状の溝が存在しないサーマルヘッドＤや主走査方向に平行な溝が形成されたサーマルヘッドＣ、副走査方向に対して平行な溝を有するサーマルヘッドＢでは小さな外力でヘッド基板が剥がれている。一方、円状の溝を有するサーマルヘッドＡでは約８ｋｇｆ以上の大きな外力まで耐えることができ、サーマルヘッドＢ，Ｃ，Ｄに比べて格段に優れた接着力を有していることがわかった。
【００６２】
（第２実験）
第２実験は、円状の溝の形成密度を少しずつ異ならせて第１実験と同様の実験を行った。尚、その他の条件は第１実験と同様である。以上の実験結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】
この表２によれば、溝の形成密度が１個／ｃｍ２未満であるサンプルにおいては、小さな外力によってヘッド基板が剥がれてしまった。一方、形成密度が１個／ｃｍ２以上のサンプルにおいてはヘッド基板が剥がれる外力が比較的大きくなり、特に８３個／ｃｍ２以上の形成密度に設定したサンプルでヘッド基板と放熱板との密着力が特に優れた結果が得られている。
【００６５】
従って、上述した第１実験及び第２実験の結果によれば、放熱板上に曲線状の溝を１個／ｃｍ２以上の形成密度で設けておけば、主走査方向に対して斜めの方向からヘッド基板に外力が印加されても、ヘッド基板の位置ずれが発生するのを良好に抑制できることが判り、特に溝を８３個／ｃｍ２以上形成すれば、かかる効果がより顕著になることがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、ヘッド基板が載置される放熱板上に、ヘッド基板−放熱板間に介在される接着材の一部を内部に収容する溝を１個／ｃｍ２の密度で形成するとともに、該溝を平面的に曲線状に成したことから、ヘッド基板に対して印加される種々の方向にかかる外力に対して溝がブレーキになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタの使用中にヘッド基板が放熱板に対して大きくずれるといった不具合を有効に防止することができる。
【００６７】
特に溝を平面視状態で円状もしくは蔓巻状に成した場合、放熱板の上面に対して略平行なあらゆる方向の力に対して溝がブレーキとなるため、特に好ましい。
【００６８】
また本発明によれば、前記溝を少なくとも発熱素子の直下領域に形成することにより、プラテンローラ等の搬送手段からの外力の影響を受け易い発熱素子の直下領域で溝によるブレーキの効果を高めることができ、ヘッド基板を放熱板に対してより強固に固定することができる。かかる効果は前記溝を発熱素子の直下領域外よりも直下領域で多く形成することにより、更に高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドを構成する放熱板の上面図である。
【図３】図１のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタの概略側面図である。
【図４】従来のサーマルヘッドを構成する放熱板の上面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板
２・・・ベースプレート
３・・・部分グレーズ層
４・・・発熱素子列
４ａ・・・発熱素子
５・・・回路配線
６・・・保護膜
７・・・放熱板
７ａ・・・溝
７ｂ・・・溝
８・・・放熱性樹脂（接着材）
９・・・両面テープ（接着材）
１０・・・プラテンローラ（搬送手段）
１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄ・・・搬送ローラ（搬送手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱素子の発する熱を利用して記録するサーマルヘッド、並びにそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ファクシミリやビデオプリンタ等の記録デバイスとしてサーマルヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来のサーマルヘッドは、直線状に配列された複数の発熱素子を上面に有するヘッド基板を、アルミニウム等の金属から成る放熱板上に接着材としての放熱性樹脂や両面テープを介して載置させた構造をしている。このようなサーマルヘッドは、例えば記録媒体として感熱紙を用いる場合、サーマルヘッド上に配設されるプラテンローラを用いて感熱紙を副走査方向（発熱素子の配列方向と直交する方向）に搬送し、感熱紙をサーマルヘッドに対して摺接させながら、該発熱素子を外部からの印画信号に基づいて個々に選択的に発熱させるとともに、該発熱した熱を発熱素子上の感熱紙に伝導させ、該伝導させた熱によって感熱紙を発色させて感熱紙に所定の印画を形成する。
【０００４】
また記録媒体としてインクリボン及び記録紙を用いる場合、インクリボンと記録紙を重ね合わせた状態で両者を発熱素子上に搬送しながら、発熱素子の発する熱によってインクリボンのインクを溶融させ、該溶融したインクを記録紙に転写させることによって記録紙に所定の印画を形成する。
【０００５】
尚、前記放熱板の上面には、図４に示す如く、発熱素子の配列方向と略平行な一対の溝１７ａが形成されており、かかる一対の溝１７ａの内部で放熱性樹脂の余剰分を収容している。
【０００６】
ところで、記録媒体をサーマルヘッドに対して摺接させた際、両者間に生じる摩擦力はサーマルヘッドの温度が高くなると大きくなる傾向にあることから（特許文献１）、記録媒体が副走査方向に対して斜め方向に搬送されたり、紙詰まりが発生することがある。この場合、ヘッド基板には副走査方向のみならず、主走査方向（発熱素子の配列と平行な方向）や斜め方向など、様々な方向に大きな力が印加される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−９９４２７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−２６７８０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のサーマルヘッドにおいては、図４に示すように主走査方向に沿った一対の溝のみ形成されているか、あるいは、特許文献２に示されているように主走査方向及び副走査方向にそれぞれ一対の溝が形成されているに過ぎなかったため、ヘッド基板に印加される斜めの方向等の種々の外力に対して大きなブレーキとなり得るものが存在せず、それ故、上記印加外力が特に大きい場合、ヘッド基板が放熱板に対して大きくずれてしまい、良好な印画を形成することが困難である問題点を有していた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み案出されたものであり、その目的は、ヘッド基板を放熱板上に強固に被着させておくことが可能な高性能のサーマルヘッド、並びにサーマルプリンタを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、複数の発熱素子を有するヘッド基板を接着材を介して放熱板の上面上に載置させてなり、前記複数の発熱素子上に記録媒体を搬送しながら印画を形成するサーマルヘッドにおいて、前記放熱板は、前記接着材の一部を収容し、かつ平面視したときに円状、楕円状、円弧状、または渦巻状をなす溝を前記上面に備えているとともに、前記放熱板の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に当該１ｃｍ×１ｃｍの区画に存在する溝の平均個数、または前記１ｃｍ×１ｃｍの区画より細かな区画に区分した際に、当該細かな区画に存在する溝の平均個数から１ｃｍ２ あたりに存在する前記溝の平均個数に換算した個数が１個以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記溝は、深さが０．１μｍ〜０．４μｍの範囲であり、かつ幅が１３μｍ〜２０μｍの範囲であることが好ましい。
【００１３】
更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記溝は、前記放熱板の上面の少なくとも前記複数の発熱素子の直下領域に設けられていることが好ましい。
【００１４】
また更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記溝は、前記放熱板の上面における前記複数の発熱素子の直下領域よりも当該直下領域に多く設けられていることが好ましい。
【００１５】
更にまた、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記放熱板の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に当該１ｃｍ×１ｃｍの区画に存在する溝の平均個数、または前記１ｃｍ×１ｃｍの区画より細かな区画に区分した際に、当該細かな区画に存在する溝の平均個数から１ｃｍ ２ あたりに存在する前記溝の平均個数に換算した個数が８３個〜８２７個であることが好ましい。
【００１６】
また更に、本発明のサーマルヘッドは、前記複数の発熱素子の配列方向に沿って設けられている、前記溝と異なる一対の溝を前記上面に備えており、前記一対の溝は、前記溝に比べて前記放熱板の厚み方向における深さが深いことを特徴とするものである。
【００１７】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドを押圧しつつ発熱素子上に記録媒体を搬送する搬送手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明によれば、ヘッド基板が載置される放熱板の上面上に、ヘッド基板−放熱板間に介在する接着材の一部を内部に収容する溝を１個／ｃｍ２の密度で設けるとともに、該溝を平面視したときに円状、楕円状、円弧状、または渦巻状になしたことから、ヘッド基板に対して印加される種々の方向にかかる外力に対して溝がブレーキになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタの使用中にヘッド基板が放熱板に対して大きくずれるといった不具合を有効に防止することができる。
【００１９】
特に溝を平面視状態で円状もしくは蔓巻状に成した場合、放熱板の上面に対して略平行なあらゆる方向の力に対して溝がブレーキとなるため、特に好ましい。
【００２０】
また本発明によれば、前記溝を少なくとも発熱素子の直下領域に形成することにより、プラテンローラ等の搬送手段からの外力の影響を受け易い発熱素子の直下領域で溝によるブレーキの効果を高めることができ、ヘッド基板を放熱板に対してより強固に固定することができる。かかる効果は前記溝を発熱素子の直下領域外よりも直下領域で多く形成することにより、更に高められる。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は本発明の一形態に係るサーマルヘッドの断面図、図２は図１のサーマルヘッドを構成する放熱板の上面図であり、図１に示すサーマルヘッドは、大略、ヘッド基板１を接着材としての放熱性樹脂８や両面テープ９を介して放熱板７上に載置させた構造を有している。
【００２３】
前記ヘッド基板１は、アルミナセラミックスや単結晶シリコン、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の種々の材料により長方形状を成すように形成されたベースプレート２の上面に、部分グレーズ層３や発熱素子４ａ、回路配線５等を被着させた構成となっている。
【００２４】
かかるベースプレート２は、アルミナセラミックスから成る場合、例えばアルミナ、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・混合して泥漿状になすとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール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、このセラミックグリーンシートを四角形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００２５】
また前記ベースプレート２の上面には、ガラス製の部分グレーズ層３がベースプレート２の長辺に沿って帯状に被着され、その頂部付近には複数の発熱素子４ａを配列させて成る発熱素子列４が設けられる。
【００２６】
前記部分グレーズ層３は、例えば曲率半径１ｍｍ〜４ｍｍの断面円弧状を成すように形成されており、その頂部の厚みは２０μｍ〜８０μｍに設定される。
【００２７】
この部分グレーズ層３は、例えば、熱伝導率が０．７Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋのガラスにより形成されているため、その内部で発熱素子４ａの熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答性を良好に維持する作用、具体的には、発熱素子４ａの温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用を為す。
【００２８】
尚、前記部分グレーズ層３は、ガラス粉末に適当な有機溶剤を添加・混合して得た所定の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ベースプレート２の上面に帯状に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることによって形成される。
【００２９】
更に、前記部分グレーズ層３の頂部付近に設けられる発熱素子列４は、複数の発熱素子４ａを例えば６００ｄｐｉ(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列させて成り、各々の発熱素子列４がＴａＳｉＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成っている。
【００３０】
前記複数の発熱素子４ａは、その両端に接続される回路配線５を介して外部からの電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙に印画を形成するのに必要な温度、例えば１５０℃〜４００℃の温度に発熱する。
【００３１】
また、前記各発熱素子４ａの両端に接続される回路配線５は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属材料により所定パターンに形成されており、発熱素子４ａに所定の電力を供給する給電配線として機能する。
【００３２】
尚、前記発熱素子４ａ及び回路配線５は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、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り所定パターンを成すようにベースプレート２の上面に被着・形成される。
【００３３】
一方、前記発熱素子４ａ及び回路配線５の上面には保護膜６が被着されており、該保護膜６によって発熱素子４ａや回路配線５が共通に被覆されている。
【００３４】
前記保護膜６は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化珪素（ＳｉＯ２）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱素子４ａや回路配線５等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。
【００３５】
尚、上述した保護膜６は、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング等を採用し、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化珪素（ＳｉＯ２）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の無機質材料を発熱素子４ａや回路配線５等の上面に５μｍ〜１０μｍの厚みに被着させることにより形成される。
【００３６】
一方、前記ヘッド基板１はアルミニウムやＳＵＳ等の良熱伝導性の金属から成る放熱板７上に載置されている。
【００３７】
前記放熱板７は、その上面には互いに所定の間隔を空けて略平行に配される一対の溝７ａが主走査方向に沿って設けられている。また放熱板７−ヘッド基板１間の領域のうち、一対の溝７ａ間には発熱素子４ａの直下に配される帯状の放熱性樹脂８が、一対の溝７ａよりも外側の領域（放熱性樹脂８の短手方向両側）には両面テープ９がそれぞれ介在している。
【００３８】
このような放熱板７は、その上面でヘッド基板１を支持するとともに、ヘッド基板１の熱の一部を放熱性樹脂８を介して吸収し、これを外部に放出することによってヘッド基板１中の温度が過度に高温となるのを有効に防止する作用を為す。
【００３９】
そして前記放熱板７の上面には、平面視状態で曲線状（本実施形態においては円状）を成す溝７ｂが複数（１個／ｃｍ２以上の形成密度）形成されている。
【００４０】
前記曲線状の溝７ｂは、幅が１３μｍ〜２０μｍ、深さが０．１μｍ〜０．４μｍにそれぞれ形成されており、その内部には放熱性樹脂８や両面テープ９の一部が収容されている。
【００４１】
かかる溝７ｂは上述したように平面視で円状を成しているため、ヘッド基板１に対して主走査方向に印加される外力に対して溝７ｂがブレーキになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタの使用中にヘッド基板１が放熱板７に対して主走査方向に大きくずれるといった不具合を有効に防止することができる。
【００４２】
しかもこの場合、溝７ｂを円状に成しておけば、放熱板上面に平行なあらゆる方向の外力に対して溝７ｂがブレーキとなるため極めて有効である。
【００４３】
前記円状の溝７ｂの形成領域は、ヘッド基板１の直下領域に位置する放熱板７の上面であればいかなる領域でも良いが、溝７ｂを少なくとも発熱素子４ａの直下領域に形成することが好ましく、この場合、記録媒体のスティッキングや紙詰まりによって主走査方向の力が印加されやすいヘッド基板１の発熱素子４ａの直下領域で溝７ｂによるブレーキの効果を高めることができ、ヘッド基板１を放熱板７に対してより強固に固定することができる。溝７ｂを発熱素子４ａの直下領域外よりも直下領域で多くなるように放熱板７の上面全域に形成すれば、更にヘッド基板１を放熱板７に対して強固に固定できる。
【００４４】
また溝７ｂの形成密度は、上限値を８２７個／ｃｍ２以下に設定することが好ましく、一方、下限値を８３個／ｃｍ２以上に設定することが好ましい。
【００４５】
ここで、溝７ｂの形成密度の上限値を８２７個／ｃｍ２以下にするのは、上限値が８２７個／ｃｍ２よりも大きいと、ヘッド基板１から放熱板７への熱伝達が低下する傾向にある。一方、溝７ｂの形成密度の下限値を８３個／ｃｍ２以上にするのは、かかる数値範囲でヘッド基板１と放熱板７との密着力が特に大きくなるからである。
【００４６】
溝７ｂの密度は、放熱板７の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に、各区画内に存在する溝７ｂの個数をカウントし、各区画内に存在する溝７ｂの平均個数によって定義される。１個の溝７ｂが複数の区画に跨って存在している場合は、各区画で前記溝７ｂを別個にカウントする。また１個の溝より複数個の溝に枝分かれしている場合は、枝分かれした各溝についてカウントする。放熱板７の面積の都合上、１ｃｍ×１ｃｍの区画を確保できないときは、より細かな区画に区分した状態で各区画内に存在する平均の溝７ｂの個数をカウントし、しかる後、カウントした溝７ｂの個数を１ｃｍ２あたりの個数に換算することによって溝７ｂの密度を算出する。
【００４７】
尚、放熱板７は、アルミニウムから成る場合、例えばアルミニウムのインゴット（塊）を従来周知の金属加工法等によって所定形状に成形することによって一対の溝７ａと一体的に製作される。また円状の溝７ｂは、例えば、中心を起点として放射状に伸びる炭素鋼製の切削刃を有する円盤状の板体を放熱板上に配置させるとともに、前記板体と放熱板との間に油性の切削油を供給しながら前記板体を回転させ、放熱板７の表面を切削することによって製作される。
【００４８】
一方、前記ヘッド基板１−放熱板７間に介在される放熱性樹脂８は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の比較的熱伝導率が高い熱硬化性樹脂から成り、発熱素子４ａの熱をヘッド基板１より放熱板７に対して良好に伝導させるとともに、両面テープ９と共にヘッド基板１と放熱板７とを強固に固定する作用を為す。
【００４９】
また前記放熱性樹脂８の両側に配される両面テープ９は、例えばアクリル樹脂等、比較的変形しにくい材料から成り、ヘッド基板１と放熱板７とを略平行に配置すべく帯状の樹脂材の両側に設けられており、その厚みは（２５μｍ〜２００μｍ）に設定されている。
【００５０】
尚、ヘッド基板１と放熱板７との固定は放熱板７の上面の所定領域に放熱性樹脂８の前駆体を塗布するとともに、両面テープ９を貼着し、しかる後、ヘッド基板１を放熱板７上に載置した上、放熱性樹脂８の前駆体を熱硬化させることによって完了する。
【００５１】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図３に示す如く、記録媒体をサーマルヘッドＴの発熱素子４ａ上に搬送する搬送手段として、プラテンローラ１０や搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ等が配設される。
【００５２】
前記プラテンローラ１０は、ＳＵＳ等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドＴの発熱素子４ａ上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子４ａに対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子４ａの配列と直交する方向（図中の矢印方向）に搬送する。
【００５３】
また前記搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドＴに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと前述のプラテンローラ１０とで記録媒体の走行を支持している。
【００５４】
そして、これと同時に複数の発熱素子４ａを図示しないドライバーＩＣの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
【００５５】
尚、本発明は、上述の実施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・改良が可能である。
【００５６】
例えば、上述の実施形態においては、放熱板７上に溝７ｂを円状になすようにしたが、楕円状、円弧状、渦巻状、波状、または蔓巻状をなしていればあらゆる形状を含むことは勿論である。
【００５７】
また上述の実施形態においては、放熱板７上に一対の溝７ａを形成する場合について説明したが、かかる溝７ａが存在しない場合にも本発明は適用可能である。
【００５８】
【実験例】
次に本発明の作用効果を実験例に基づき説明する。
【００５９】
第１実験は、ＳＵＳ製の放熱板上に１インチ×１インチのヘッド基板を両面テープを介して載置させるとともに、放熱板上に種々の溝を形成したサーマルヘッドＡ〜Ｄを作成し、これらサーマルヘッドＡ〜Ｄのヘッド基板に、主走査方向に対して４５°傾斜した方向の外力を徐々に印加していき、ヘッド基板が放熱板より剥がれた荷重を測定することで放熱板とヘッド基板との密着強度を調べるというものである。サーマルヘッドＡでは円状の溝を、サーマルヘッドＢでは副走査方向に平行な溝を、サーマルヘッドＣでは主走査方向に平行な溝をそれぞれ設けた。一方、サーマルヘッドＤでは溝を設けなかった。尚、両面テープとしては厚み約５０μｍのアクリル樹脂製のものを使用した。またサーマルヘッドＡ〜Ｃにおいては溝の形成密度を約６００個／ｃｍ２、溝の平均幅を１５μｍ、溝の平均深さを０．２μｍとした。以上の実験結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
この表１によれば、曲線状の溝が存在しないサーマルヘッドＤや主走査方向に平行な溝が形成されたサーマルヘッドＣ、副走査方向に対して平行な溝を有するサーマルヘッドＢでは小さな外力でヘッド基板が剥がれている。一方、円状の溝を有するサーマルヘッドＡでは約８ｋｇｆ以上の大きな外力まで耐えることができ、サーマルヘッドＢ，Ｃ，Ｄに比べて格段に優れた接着力を有していることがわかった。
【００６２】
（第２実験）
第２実験は、円状の溝の形成密度を少しずつ異ならせて第１実験と同様の実験を行った。尚、その他の条件は第１実験と同様である。以上の実験結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
この表２によれば、溝の形成密度が１個／ｃｍ２未満であるサンプルにおいては、小さな外力によってヘッド基板が剥がれてしまった。一方、形成密度が１個／ｃｍ２以上のサンプルにおいてはヘッド基板が剥がれる外力が比較的大きくなり、特に８３個／ｃｍ２以上の形成密度に設定したサンプルでヘッド基板と放熱板との密着力が特に優れた結果が得られている。
【００６５】
従って、上述した第１実験及び第２実験の結果によれば、放熱板上に曲線状の溝を１個／ｃｍ２以上の形成密度で設けておけば、主走査方向に対して斜めの方向からヘッド基板に外力が印加されても、ヘッド基板の位置ずれが発生するのを良好に抑制できることが判り、特に溝を８３個／ｃｍ２以上形成すれば、かかる効果がより顕著になることがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、ヘッド基板が載置される放熱板上に、ヘッド基板−放熱板間に介在される接着材の一部を内部に収容する溝を１個／ｃｍ２の密度で形成するとともに、該溝を平面的に曲線状に成したことから、ヘッド基板に対して印加される種々の方向にかかる外力に対して溝がブレーキになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタの使用中にヘッド基板が放熱板に対して大きくずれるといった不具合を有効に防止することができる。
【００６７】
特に溝を平面視状態で円状もしくは蔓巻状に成した場合、放熱板の上面に対して略平行なあらゆる方向の力に対して溝がブレーキとなるため、特に好ましい。
【００６８】
また本発明によれば、前記溝を少なくとも発熱素子の直下領域に形成することにより、プラテンローラ等の搬送手段からの外力の影響を受け易い発熱素子の直下領域で溝によるブレーキの効果を高めることができ、ヘッド基板を放熱板に対してより強固に固定することができる。かかる効果は前記溝を発熱素子の直下領域外よりも直下領域で多く形成することにより、更に高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドを構成する放熱板の上面図である。
【図３】図１のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタの概略側面図である。
【図４】従来のサーマルヘッドを構成する放熱板の上面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板
２・・・ベースプレート
３・・・部分グレーズ層
４・・・発熱素子列
４ａ・・・発熱素子
５・・・回路配線
６・・・保護膜
７・・・放熱板
７ａ・・・溝
７ｂ・・・溝
８・・・放熱性樹脂（接着材）
９・・・両面テープ（接着材）
１０・・・プラテンローラ（搬送手段）
１１ａ,１１ｂ,１１ｃ,１１ｄ・・・搬送ローラ（搬送手段）
Claims (7)
- 複数の発熱素子を有するヘッド基板を接着材を介して放熱板の上面上に載置させてなり、前記複数の発熱素子上に記録媒体を搬送しながら印画を形成するサーマルヘッドにおいて、
前記放熱板は、前記接着材の一部を収容し、かつ平面視したときに円状、楕円状、円弧状、または渦巻状をなす溝を前記上面に備えているとともに、
前記放熱板の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に当該１ｃｍ×１ｃｍの区画に存在する溝の平均個数、または前記１ｃｍ×１ｃｍの区画より細かな区画に区分した際に、当該細かな区画に存在する溝の平均個数から１ｃｍ２ あたりに存在する前記溝の平均個数に換算した個数が１個以上であることを特徴とするサーマルヘッド。 - 前記溝は、深さが０．１μｍ〜０．４μｍの範囲であり、かつ幅が１３μｍ〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
- 前記溝は、前記放熱板の上面の少なくとも前記複数の発熱素子の直下領域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に記載のサーマルヘッド。
- 前記溝は、前記放熱板の上面における前記複数の発熱素子の直下領域外よりも当該直下領域に多く設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
- 前記放熱板の上面を１ｃｍ×１ｃｍの区画に区分した際に当該１ｃｍ×１ｃｍの区画に存在する溝の平均個数、または前記１ｃｍ×１ｃｍの区画より細かな区画に区分した際に、当該細かな区画に存在する溝の平均個数から１ｃｍ ２ あたりに存在する前記溝の平均個数に換算した個数が８３個〜８２７個であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のサーマルヘッド。
- 前記放熱板は、前記複数の発熱素子の配列方向に沿って設けられている、前記溝と異なる一対の溝を前記上面に備えており、
前記一対の溝は、前記溝に比べて前記放熱板の厚み方向における深さが深いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のサーマルヘッド。 - 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドを押圧しつつ前記発熱素子上に記録媒体を搬送する搬送手段とを備えていることを特徴とするサーマルプリンタ。
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