JP4354339B2

JP4354339B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP4354339B2
Application number: JP2004170384A
Authority: JP
Inventors: 努竹谷
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2004-06-08
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-06-08
Also published as: CN1706651A; CN100404271C; JP2005349602A

Description

本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、放熱性に優れた基板上に、例えばガラス等の高断熱材料からなる蓄熱層と、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体に個別に導通接続した複数の個別電極と、全発熱抵抗体に導通接続したコモン電極とを備え、コモン電極及び個別電極を介して発熱させた発熱抵抗体を、インクリボンとプラテンローラに巻きつけられた状態の被印刷物に圧接させることで印刷動作する。コモン電極と個別電極は、一般に、発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部にそれぞれ接続されて該抵抗長方向に一直線上に配置されるが、基板サイズを小さくし、且つ、発熱抵抗体を基板の端に配置するために、コモン電極を折り返す構造も提案されている。この電極折返構造では、例えば、互いの一端部が導体により接続された２つの発熱抵抗体で１つの印刷ドット部を構成し、一方の発熱抵抗体の他端部に第１の電極（個別電極）、他方の発熱抵抗体の他端部に第２の電極をそれぞれ接続している。各第２の電極は、印刷ドット部の配列方向に平行な方向に長く延びるコモン電極に接続されており、コモン電極の両端から給電される。

特開昭６２−１３３６７号公報特開昭６２−９７８６４号公報

近年では、ヘッド小型化と共に記録密度の向上（高画質化）が望まれている。記録密度を向上させるためには複数の印刷ドット部をより高密度で配列することが必要であるが、印刷ドット部の数が増大するとコモン電極が長くなり、図７に示すように電圧降下が生じる。特に、上述の電極折返構造のようにコモン電極の両側から給電される場合には、コモン電極の両端で電圧降下量が少なく、中央部に近づくにつれて電圧降下量が大きくなり、各印刷ドット部を流れる電流量がばらついてしまう。この電流量のばらつきは、各印刷ドット部の発熱量に比例し、結果として印刷濃度ムラを引き起こしてしまう。このようなコモンドロップを低減させるためには、コモン電極の面積や厚さを増大させてコモン抵抗を小さくすればよい。

しかしながら、ヘッド小型化とコモン電極の面積増大化は相反しており、ヘッド小型化を実現しようとするとコモン電極の面積を広く確保することができず、逆に、コモン電極の面積を増大させるとヘッドが大型化してしまう。このため、コモン抵抗を小さくすることができず、コモンドロップに起因する印刷濃度ムラを低減させることが難しかった。各印刷ドット部の発熱量を均一にしようとするなら、例えば特許文献１及び２に記載されているように導電路の電気抵抗値を調整したり、複雑な印加エネルギー制御を制御したりしなければならない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、折り返し構造のコモン電極においてコモンドロップを容易に補正し、印刷濃度ムラを目立たなくさせることが可能なサーマルヘッドを得ることを目的とする。

本発明は、コモンラインを印刷ドット部の配列方向で電気的に独立した複数の領域に分割すれば、各領域毎に小さな濃度差が生じていても濃度ムラが目立たないこと、及び、上記各領域内を流れる電流の距離を短くすれば電圧降下量を小さく抑えられることに着目してなされたものである。

すなわち、本発明は、複数の印刷ドット部と、この複数の印刷ドット部に個別に接続された複数の個別電極と、複数の印刷ドット部の配列方向に延び同配列方向の両端部の給電点を介して該複数の印刷ドット部に共通電位を与えるコモンラインとを備えたサーマルヘッドにおいて、コモンライン上に、両端部に給電点を有する給電ストリップと、複数の印刷ドット部に接続されるドット側ストリップとを設定して、このドット側ストリップを該コモンラインの延長方向に電気的に独立した複数の独立ブロックに分割し、さらに、これらの独立ブロックをそれぞれ、コモンラインの延長方向における各独立ブロックの中間領域で、給電ストリップに接続したことを特徴としている。

複数の独立ブロックはそれぞれ、コモンラインの延長方向における中心位置で、給電ストリップに接続していることがより好ましい。各独立ブロックの中心位置では、該中心から一端部及び他端部までの距離が両方共に短くなるので、独立ブロック内での電圧降下量をより効果的に低減させることができる。

コモンラインは、複数の独立ブロックの平面的な大きさ及び該複数の独立ブロックと給電ストリップとの接続位置を規定するスリットを有していることが好ましい。スリットは、例えば、コモンラインの延長方向に直交する方向に細長く延び、ドット側ストリップを同延長方向に電気的に独立した複数の独立ブロックに分割する第１スリットと、この第１スリットに直交してコモンラインの延長方向に延び、各独立ブロックと給電ストリップとの接続位置を規定する第２スリットとにより形成することができる。

本発明は、電極折り返し構造のサーマルヘッドに適用可能であり、複数の個別電極とコモン電極は、複数の印刷ドット部に対して同一方向でそれぞれ接続され、該複数の印刷ドット部の配列方向に特定の規則性を持って配列されていることが好ましい。例えば、複数の個別電極とコモン電極は、複数の印刷ドット部毎に備え、該複数の印刷ドット部の配列方向に交互に配置する。あるいは、複数の個別電極は複数の印刷ドット部毎に備え、複数のコモン電極は、隣接する一対の印刷ドット部毎に備え、各一対の個別電極の間にそれぞれ配置する。

各印刷ドット部は、導体により互いの一端側が接続された２つの発熱抵抗体により形成することができる。この場合には、一方の発熱抵抗体の他端側に個別電極が接続され、他方の発熱抵抗体の他端側にコモン電極が接続される。

本発明によれば、折り返し構造のコモン電極においてコモンドロップを容易に補正し、印刷濃度ムラを目立たなくさせることが可能なサーマルヘッドを得ることができる。

図１〜図３は、本発明の一実施形態によるサーマルヘッド１を示している。各図において、Ｘ方向は印刷ドット部の配列方向（及びコモンラインの延長方向（長手方向））、Ｙ方向は印刷ドット部の通電方向（及びコモンラインの短手方向）、Ｚ方向はサーマルヘッドを構成する各層の積層方向である。

サーマルヘッド１は、Ｓｉやセラミック材料、金属材料等からなる放熱性に優れた基板２上に例えばガラス等の断熱材料からなる蓄熱層３を有し、この蓄熱層３の上に、図示Ｘ方向に微小間隔をあけて一列に配置された複数の発熱抵抗体４を備えている。各発熱抵抗体４は、Ｔａ₂Ｎ又はＴａ−ＳｉＯ₂等のサーメット材料を用いて蓄熱層３の上に全面的に形成された抵抗層４’の一部であり、該表面が絶縁バリア層５により覆われている。絶縁バリア層５は、例えばＳｉＯ₂、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の絶縁材料により形成されていて、各発熱抵抗体４の平面的な大きさ（抵抗長Ｌ、幅寸法Ｗ）を規定している。隣接する発熱抵抗体４の間には、放熱性基板２が露出するギャップ領域が存在している。本実施形態では、隣接する一対の発熱抵抗体４（４ａ、４ｂ）により１つの印刷ドット部Ｄが形成され、複数の印刷ドット部Ｄは、発熱抵抗体４の通電方向に直交する方向（図示Ｘ方向）に列状に配置されている。

隣接する各一対の発熱抵抗体４ａ、４ｂは、互いの抵抗長方向（図示Ｙ方向）の一端部が平面コ字形状の導体６により接続されており、図２に示すように一方の発熱抵抗体４ａの抵抗長方向の他端部には個別電極７が接続され、図３に示すように他方の発熱抵抗体４ｂの他端部にはコモン電極８が接続されている。この個別電極７とコモン電極８は、印刷ドット部Ｄに対して同一方向で接続され、印刷ドット部Ｄ（発熱抵抗体４）の配列方向に特定の規則性を持って整列されている。各個別電極７及びコモン電極８の間にはギャップ領域が存在し、このギャップ領域により個別電極７及びコモン電極８の幅寸法は、発熱抵抗体４の幅寸法Ｗと略同一に規定されている。

個別電極７は、各印刷ドット部Ｄ毎に設けられていて、各発熱抵抗体４ａの通電方向に長く延びて形成されている。この個別電極７は、発熱抵抗体４ａ側とは反対側の端部で駆動ユニット１０に接続されている。

コモン電極８は、隣接する２つの印刷ドット部Ｄ毎に設けられていて、該２つの印刷ドット部Ｄに設けられた個別電極７の間にそれぞれ配置されている。このコモン電極８は、隣接する２つの発熱抵抗体４ａに接続したコ字形状部と、該コ字形状部から発熱抵抗体４ａの抵抗長方向（図示Ｙ方向）に平行な方向に長く延びる直線部とを有する略Ｙ字形をなしている。各コモン電極８は、発熱抵抗体４ｂ側とは反対側の端部でコモンライン９に接続されている。コモンライン９は、複数の印刷ドット部Ｄの配列方向に長く延びて形成されており、その長手方向（図示Ｘ方向）の両端に設けた一対の給電点１７、１８から給電される。一対の給電点１７、１８は、放熱性基板２外の電源１９にそれぞれ接続されている。コモンライン９からの共通電位は、各コモン電極８を介して全ての印刷ドット部Ｄに与えられる。本実施形態の導体６、個別電極７及びコモン電極８は、各発熱抵抗体４側の端部が絶縁バリア層５上にオーバーレイして形成されている。

上記導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９は、例えばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ等の導電材料により形成されている。図示されていないが、絶縁バリア層５、導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９の上には、プラテンローラとの接触等から保護する耐磨耗保護層が形成されている。

駆動ユニット１０は、複数の個別電極７を個々に通電制御するための制御ユニットである。図４は、駆動ユニット１０の構成を簡略的に示すブロック図である。駆動ユニット１０には、各個別電極７毎に設けられ該対応する個別電極７にワイヤーボンディング接続された複数の電極パッド１１と、各個別電極７毎に設けられ電極パッド１１を介して対応する個別電極７への通電／非通電を切り替える複数のスイッチング素子（駆動ＩＣ）１２と、複数のスイッチング素子１２のグランド端子を印刷ドット部Ｄの配列方向順に接続したグランドライン１３と、このグランドライン１３に対して印刷ドット部Ｄの配列方向順に接続された複数の外部接続端子（電極パッド）１４とが備えられている。グランドライン１３は、複数の外部接続端子１４を介して、駆動ユニット１０とは別体のグランドパッド１５に接続されており、グランドパッド１５からのグランド電圧が各スイッチング素子１２のグランド端子に与えられる。本実施形態では７個の外部接続端子１４ａ〜１４ｇを備え、両端の外部接続端子１４ａと１４ｇを除く５個の外部接続端子１４ｂ〜１４ｆとグランドパッド１５を接続し、グランドライン１３の両側領域に非結線領域Ｆを設けてある。図１では、スイッチング素子１２及びグランドライン１３が省略され、電極パッド１１及び外部接続端子１４のみが図示されている。なお、図１はサーマルヘッド１の構造を簡略的に示したものであり、実際の各個別電極７と駆動ユニット１０の電極パッド１１を結ぶワイヤー１６は約５０μｍ程度と非常に微小間隔で設けられている。

上記構成のサーマルヘッド１では、コモンライン９上に、両端部に一対の給電点１７、１８を有する給電ストリップ９ａと、複数の印刷ドット部Ｄが接続されるドット側ストリップ９ｂとが設定されている。図５は、コモンライン９を拡大して示す平面図である。

給電ストリップ９ａは、図示Ｘ方向に長く延びた一体形状の導体であり、一対の給電点１７、１８の間に第１電流経路ＩＡを生じさせる。ドット側ストリップ９ｂは、コモンライン９の長手方向に電気的に独立した複数の独立ブロックＢ（Ｂ１〜Ｂｎ；ｎ＝自然数）に分割されており、これら各独立ブロックＢがそれぞれ、該各独立ブロックの図示Ｘ方向における中心位置で、給電ストリップ９ａに接続している。

各独立ブロックＢの平面的な大きさ及び各独立ブロックＢと給電ストリップ９ａとの接続位置は、コモンライン９に形成された複数のスリット２０により規制されている。スリット２０は、基本的には逆Ｔ字形状をなし、図示Ｙ方向に細長く延びてドット側ストリップ９ｂを複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎに分割する第１スリット２１と、この第１スリット２１から図示Ｘ方向に平行に延びて各独立ブロックＢと給電ストリップ９ａの接続位置を定める第２スリット２２とを有している。ただし、コモンライン９の両端部のスリット２０’は、第２スリット２２のみで形成され、図示Ｘ方向に細長の長方形状をなしている。

この対向する第２スリット２２に挟まれたコモンライン９の各領域が、各独立ブロックＢと給電ストリップ９ａを接続する連結ネック部９ｃである。連結ネック部９ｃは、各独立ブロックＢよりも図示Ｘ方向の寸法が狭く、各独立ブロックＢの図示Ｘ方向のほぼ中心に位置している。すなわち、連結ネック部９ｃから各独立ブロックＢの図示Ｘ方向の両端までの距離ｘ１、ｘ２は、ほぼ等しくなっている。

本実施形態では、複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎの平面的な大きさ及び複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎに接続するコモン電極８の数（図１及び図５では４個）を同一にしてあるが、複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎの平面的な大きさ及び複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎに接続するコモン電極８の数は異なっていてもよい。

上記コモンライン９の複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎにはそれぞれ独立に給電され、さらに、各独立ブロックＢ内では電流が図示Ｘ方向の正逆二方向に分岐して流れる。図５に、一方の給電点１７から他方の給電点１８に向かって電流を流した場合に生じる電流経路を示す。一方の給電点１７に与えられた電流は、該一対の給電点１７、１８の間に生じる第１電流経路ＩＡを他方の給電点１９側に向かって流れつつ、連結ネック部９ｃを介して第１電流経路ＩＡから各独立ブロックＢにそれぞれ独立に導かれる。上述したように連結ネック部９ｃは各独立ブロックＢの図示Ｘ方向の中心に位置しているため、連結ネック部９ｃから各独立ブロックＢに入った電流は、図示Ｘ方向の正逆二方向に分岐し、該各独立ブロックＢの図示Ｘ方向の両端部に向かってそれぞれ流れる。上記第１電流経路ＩＡから各独立ブロックＢの両端部に到達するまでの第２電流経路ＩＢにおいて、連結ネック部９ｃは、各独立ブロックＢへの擬似給電点として働く。このように電流が各独立ブロックＢで図示Ｘ方向の正逆二方向に分岐して流れると、一方向に流れる場合よりも、擬似給電点である連結ネック部９ｃに最も近いコモン電極から最も遠いコモン電極までの距離（電流の流れる距離）が短くなる。特に、本実施形態のように連結ネック部９ｃが各独立ブロックＢの図示Ｘ方向のほぼ中心に位置している場合には、連結ネック部９ｃから各独立ブロックＢの両端までの距離がほぼ等しく、図示Ｘ方向に関して対称となる。電流の流れる距離が短くなれば、各独立ブロックＢでの電圧降下量は低減する。

図６は、コモンライン９に複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎを設けた本実施形態における、複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎでの電圧降下量（コモンドロップ量）ΔＶを示している。複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎは、上述したようにスリット２０を介して各々が電気的に独立しているため、各独立ブロックＢ毎に電圧降下が生じており、図６に示すコモンドロップ量は不連続となっている。図７は、スリットを設けていない一体のコモンライン９’にその両端（一対の給電点１７、１８）から一方向に給電する従来態様（図８）における、コモンライン９での電圧降下量（コモンドロップ量）ΔＶ’を示している。

図６に示されるように、各独立ブロックＢでのコモンドロップ量（各独立ブロックＢにおける中央と両端との電圧差）ΔＶは、擬似給電点となる連結ネック部９ｃが存在する各独立ブロックＢの図示Ｘ方向の中央で最も小さく、該中央から両端に向かって徐々に増大する。各独立ブロックＢに接続された複数のコモン電極８には、独立ブロックＢの中央側ほど、大きなコモン電極が印加される。擬似給電点（連結ネック部９ｃ）における電圧Ｖ１〜Ｖｎは、コモンライン本体９ａの両端に設けた一対の給電点１７、１８から離れるにつれて（コモンライン９の延長方向の中央側ほど）多少低くなっているが、各独立ブロックＢで生じるコモンドロップ量ΔＶは、一対の給電点１７、１８からの距離にかかわらず、ほぼ一定である。コモンライン９の延長方向の中央部と両端部におけるコモン電圧の差は、１％程度である。

図７に示されるように、従来態様でのコモンドロップ量ΔＶ’は、コモンライン９’の両端部での給電点位置で最も小さく、該両端部からそれぞれ中央に近づくにつれて大きくなっている。すなわち、コモンライン９’に接続された複数の個別電極８には、コモンライン９’の両端側ほど大きなコモン電極が印加される。このコモンライン９’の延長方向の中央部と両端部におけるコモン電圧の差は５％程度と大きく、印刷ドット部Ｄの配列方向の中央と両端との間で印刷濃度差を大きく生じさせてしまう。

図６と図７を比較してみると、複数のコモン電極８に印加されるコモン電圧の最大値と最小値の差分は、本実施形態のほうが従来態様よりも小さいことが明らかである。

以上のように本実施形態では、コモンライン９のドット側ストリップ９ｂをその延長方向に電気的に独立した複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎに分割し、さらに各独立ブロックＢをそれぞれ、コモンライン９の延長方向における各独立ブロックＢの中間領域で給電ストリップ９ａに接続したので、各独立ブロックＢ毎に独立にコモンドロップを生じさせつつ、各独立ブロックＢ内でのコモンドロップ量を小さく抑えることができる。これにより、各独立ブロックＢ毎に濃度ムラが生じるため、印刷ドット部Ｄの配列方向の中央と両端との間で極端な濃度差が生じることはない。実際の印刷結果には多少の濃度ムラが生じるが、印刷ドット部Ｄの配列方向に全体的に濃度ムラが生じているので、視覚的には目立たない。

本実施形態では、コモンライン９に複数のスリット２０を設けてドット側ストリップ９ｂを電気的に独立した複数の独立ブロックＢ１〜Ｂｎに分割しているが、ドット側ストリップ９ｂを電気的に複数の領域に分割できればよく、スリット２０の替わりに例えば絶縁層を備えてもよい。

本実施形態では、各独立ブロックＢの図示Ｘ方向の中心位置で該各独立ブロックＢと給電ストリップ９ａを接続しているが、各独立ブロックＢと給電ストリップ９ａの接続位置は、該各独立ブロックＢの図示Ｘ方向の中間領域（両端を除く領域）であればよい。この中間領域であれば、各独立ブロックＢ内を流れる電流を図示Ｘ方向に正逆二方向に分岐させることができ、各独立ブロックＢにおける電圧降下量を低減させることができる。

本実施形態では、隣接する２つの印刷ドット部Ｄ毎にコモン電極８を備えているが、コモン電極８を各印刷ドット部Ｄ毎に備え、複数の印刷ドット部Ｄの配列方向に個別電極７とコモン電極８を交互に配置してもよい。また、個別電極７とコモン電極８が同一方向で印刷ドット部Ｄに接続されている電極折り返し構造に限らず、コモン電極（コモンライン）の両側から給電する構成に本発明は有効である。

本発明は、上記サーマルヘッド１を図示Ｘ方向に複数並べて形成されるラインヘッドにも適用可能である。この場合には、各々のサーマルヘッド１のコモンラインは、互いに接続されていてもよく、分断されて配置されていてもよい。

本発明の一実施形態によるサーマルヘッドを示す模式平面図ある。同サーマルヘッドの個別電極側を示す断面図である。同サーマルヘッドのコモン電極側を示す断面図である。駆動ユニットの構成を概略的に示すブロック図である。図１のコモンラインを拡大して示す模式平面図である。コモンラインの各独立ブロックにおけるコモンドロップを説明するグラフである。従来構造のサーマルヘッドにおけるコモンドロップを説明するグラフである。従来構造のサーマルヘッドを示す模式平面図である。

符号の説明

１サーマルヘッド
２基板
３蓄熱層
４’ 抵抗層
４発熱抵抗体
５絶縁バリア層
６導体
７個別電極
８コモン電極
９コモンライン
９ａ給電ストリップ
９ｂドット側ストリップ
９ｃ連結ネック部
１０駆動ユニット
１１電極パッド
１２スイッチング素子
１３グランドライン
１４外部接続端子
１５グランドパッド
２０スリット
２１第１スリット
２２第２スリット
Ｄ印刷ドット部

Claims

複数の印刷ドット部と、この複数の印刷ドット部に個別に接続された複数の個別電極と、複数の印刷ドット部の配列方向に延び同配列方向の両端部の給電点を介して該複数の印刷ドット部に共通電位を与えるコモンラインとを備えたサーマルヘッドにおいて、
前記コモンライン上に、両端部に給電点を有する給電ストリップと、前記複数の印刷ドット部に接続されるドット側ストリップとを設定して、このドット側ストリップを該コモンラインの延長方向に電気的に独立した複数の独立ブロックとし、さらに、これらの独立ブロックをそれぞれ、前記コモンラインの延長方向における各独立ブロックの中間領域で、前記給電ストリップに接続したことを特徴とするサーマルヘッド。
請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記複数の独立ブロックはそれぞれ、前記コモンラインの延長方向における中心位置で、前記給電ストリップに接続しているサーマルヘッド。
請求項１または２記載のサーマルヘッドにおいて、前記コモンラインは、前記複数の独立ブロックの平面的な大きさ及び該複数の独立ブロックと前記給電ストリップとの接続位置を規定するスリットを有しているサーマルヘッド。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記複数の個別電極とコモン電極は、前記複数の印刷ドット部に対して同一方向でそれぞれ接続され、該複数の印刷ドット部の配列方向に特定の規則性を持って配列されているサーマルヘッド。
請求項４記載のサーマルヘッドにおいて、前記複数の個別電極とコモン電極は、前記複数の印刷ドット部毎に備えられ、該複数の印刷ドット部の配列方向に交互に配置されているサーマルヘッド。
請求項４記載のサーマルヘッドにおいて、前記複数の個別電極は前記複数の印刷ドット部毎に備えられ、前記複数のコモン電極は、隣接する一対の印刷ドット部毎に備えられていて、各一対の個別電極の間にそれぞれ配置されているサーマルヘッド。
請求項４ないし６のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記各印刷ドット部は、導体により互いの一端側が接続された２つの発熱抵抗体を有し、この一方の発熱抵抗体の他端側に前記個別電極が接続され、他方の発熱抵抗体の他端側に前記コモン電極が接続されているサーマルヘッド。