JP4385144B2 - 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

Description

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に組み込まれるサーマルヘッド及びサーマルプリンタに関するものである。

従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機構に組み込まれるサーマルヘッドＴは、例えば図４に示す如く、上面に多数の発熱素子５、所定パターンの導電層６及びドライバーＩＣ８が設けられたヘッド基板１と、前記ドライバーＩＣ８上に配置され、一端部３ｂが発熱素子５側に延出されたヘッドカバー３とで構成されており、ドライバーＩＣ８の駆動に伴って発熱素子５に導電層６を介して駆動信号等を印加し、発熱素子５を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱をヘッド基板１の発熱素子５上に搬送される感熱紙等の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Ｔとして機能するようになっている。

尚、ヘッドカバー３は、記録媒体の摺接に伴う外力の印加からドライバーＩＣ８を保護するとともに、その一部上面で記録媒体の走行を支持することにより記録媒体を発熱素子上に案内する案内部材として機能するものであり、通常、ＳＵＳ等の金属を板金加工して所定形状と成すことにより製作されていた。

そして、このようなサーマルヘッドＴにおいては、ヘッドカバー３を板金加工により製作する場合、金属板の打ち抜きを経て形成されるヘッドカバー３の一端部３ｂには鋭利な角部が存在しており、このような角部がヘッド基板１の上面に強く押し付けられると、ヘッド基板１上面の導電層６を傷つけてしまうことや、導電層６を断線させてしまうことがある。従って、このような不具合を防止するためにヘッド基板１−ヘッドカバー３間には、通常、隙間が設けられていた。
特開平９−２０７３６７号公報

ところが、このような隙間があると、記録媒体の走行を支持するヘッドカバー３の支持面と、記録媒体の走行を支持するヘッド基板１の支持面との間が途中で途切れ、段差が存在することとなり、印画時にプラテンローラＲ１により発熱素子５側へと搬送される記録媒体の終端が前記段差に来ると、記録媒体がずれたりバタついたりする原因となってしまい、このようなずれは印画の歪みとなり、またバタつきは記録媒体に形成された印画に白いスジとして表れ、所望の印画が得られなくなる場合があった。

また、図４に示すごとく、ヘッドカバー３の発熱素子５側の一端部３ｂが上に凸な湾曲形状を成していたため、ヘッドカバー３の一端部３ｂを発熱素子５に近づけてようとしてもヘッドカバー３がプラテンローラＲ１に当たってしまい、サーマルヘッドＴ上に設けられる発熱素子５の近傍まで該ヘッドカバー３の一端部３ｂを延在させることが困難であった。

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、ベースプレートと、該ベースプレートの上面に配列されている複数の発熱素子と、該複数の発熱素子に電源電力を供給する給電配線とを有しているヘッド基板、および前記給電配線の一部を被覆するように配置されているヘッドカバーを有しており、該ヘッドカバーは、記録媒体の支持面を有する一端部を含んでおり、該一端部は、前記ヘッド基板の上面に、弾性的に撓らせた状態で当該一端部の先端が当接し、弾性的な撓りによって下に凸の湾曲形状となっており、前記ヘッド基板の上面に対する勾配が前記発熱素子に近づくにつれて漸次小さくなっていることを特徴とするものである。

本発明のサーマルヘッドにおいて、前記ヘッドカバーは、前記一端部と別体の保持部とを含んでおり、該保持部と前記一端部とは、下面に共通に貼着されている導電性テープにより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、前記ヘッドカバーの前記一端部の前記支持面が、下に凸の湾曲形状の一部であることが好ましい。

更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記ヘッドカバーは、前記保持部に比べて前記一端部の厚みが薄いことが好ましい。

本発明のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタは、上述したサーマルヘッド上に、記録媒体を前記サーマルヘッドに押圧するプラテンローラを配置したサーマルプリンタであって、前記プラテンローラが記録媒体を介してサーマルヘッドを押圧する該サーマルヘッド上の押圧領域の記録媒体搬送方向上流側の端部と、前記ヘッドカバーの一端部の先端との距離が０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍに設定されることを特徴とするものである。

本発明のサーマルヘッドによれば、上述したサーマルヘッドの前記ヘッドカバーの一端部側の支持面を、前記ヘッド基板の上面に対する勾配が、前記発熱素子に近づくにつれ漸次小さくなるように傾斜させたことにより、ヘッドカバーとヘッド基板とで構成される記録媒体の支持面が滑らかな連続面に近くなることから、記録媒体がヘッドカバーの支持面からヘッド基板の上面へと滑らかに略連続的に案内されることとなり、該記録媒体のバタつきは小さく、記録媒体に所望の印画を形成することが可能となる。

また、本発明のサーマルプリンタによれば、上述したサーマルヘッド上に、記録媒体を前記サーマルヘッドに押圧するプラテンローラを配置したサーマルプリンタであって、前記プラテンローラが記録媒体を介してサーマルヘッドを押圧する該サーマルヘッド上の押圧領域の記録媒体搬送方向上流側の端部と、前記ヘッドカバーの一端部の先端との距離が０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍに設定されることから、ヘッドカバーの一端部が前記プラテンローラの回転に干渉することなく、且つ、確実に記録媒体を発熱素子へと搬送することが可能となる。

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、本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドＴの断面図であり、かかるサーマルヘッドＴは、大略、ヘッド基板１と、ヘッド基板１を支持する放熱板２と、放熱板２に固定され、一部がヘッド基板１上を被覆するヘッドカバー３とで構成されている。

本発明のサーマルヘッドＴを構成するヘッド基板１は、グレーズドアルミナセラミックス等から成る矩形状のベースプレート４上に、複数の発熱素子５、導電層６、ドライバーＩＣ８等を取着させた構造を有している。

上述したベースプレート４は、上面で発熱素子５や導電層６等を支持するための支持母材として機能するものであり、グレーズドアルミナセラミックスから成る場合、まずアルミナ、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を添加、混合する等してセラミックグリーンシートを形成するとともに、該シートを所定形状に打ち抜いて高温で焼結させることによってアルミナ基板を形成し、得られたアルミナ基板の上面に従来周知のスクリーン印刷等によってガラスペーストを印刷、塗布し、これを高温で焼き付けて、グレーズ層７を形成することによって製造される。

尚、上述したグレーズドアルミナセラミックス基板のグレーズ層７は、印画に際して後述する発熱素子５の発する熱の一部を蓄積し、発熱素子５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ための蓄熱層として機能するものであり、かかる機能を有するものであれば、グレーズ層７の形状は、断面山状を成す帯状であっても良いし、厚みが略均一な層状であっても良いし、層状グレーズに帯状グレーズを被着させたものであっても良い。

また、ベースプレート４上の複数の発熱素子５は、例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）の密度でベースプレート４の一方長辺に沿って主走査方向に直線状に被着、配列されており、各々がＴａＳｉＯ、ＴｉＳｉＯ、ＴｉＣＳｉＯ等の電気抵抗材料からなる抵抗体膜から成っているため、導電層６等を介して電源電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙等の記録媒体に印画を形成するのに必要な所定の温度となる。

また、発熱素子５の両端に接続される導電層６は、外部からの電源電力を発熱素子５に供給するための給電配線、または、ドライバーＩＣ８に印画信号等を供給するための信号配線として機能するものであり、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等の加工性の良好な金属によってベースプレート４の上面に所定パターンをなすように形成される。

この導電層６は、大略、複数の発熱素子５の一端側で共通に接続される共通導電層６ａと、各発熱素子５の他端側で個別に接続される個別導電層６ｂとを含んで構成されている。

尚、上述した発熱素子５及び導電層６は、例えばＴａＳｉＯ等の電気抵抗材料とＡｌ等の金属材料を従来周知のスパッタリング、蒸着法等によってベースプレート４上に所定厚みに順次被着させ、これを従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術を採用し、所定パターンに加工することによって形成される。

また、発熱素子５への通電を制御するドライバーＩＣ８は、シリコン基板の一主面上にシフトレジスタ、ラッチ、スイッチング素子、入力端子、出力端子等を高密度に集積した集積回路を有しており、発熱素子５に対して導電層６を介して電気的に接続されている。

このドライバーＩＣ８は、クロック信号に同期させながら外部からの画像データを入力端子を介してシフトレジスタに入力するとともに、該入力された画像データをラッチ信号のタイミングでラッチに格納し、ストローブ信号がスイッチング素子に入力される間、ラッチ内の画像データに基づいて発熱素子５への通電を行う。

尚、上述のドライバーＩＣ８は、従来周知の半導体製造技術を採用することにより製造され、得られたドライバーＩＣ８は、従来周知のワイヤボンディング法、テープオートボンディング法、または、フェースダウンボンディング法によって入出力端子と導電層６とを電気的に接続することによりベースプレート４上に実装される。

このようなドライバーＩＣ８は、熱硬化性のエポキシ樹脂等の樹脂材料からなる封止樹脂９によって封止されている。

封止樹脂９は、その断面形状の高さが例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、記録媒体搬送方向の幅が例えば２．０ｍｍ〜８．０ｍｍの山状をなすように形成され、導電層６やドライバーＩＣ８を大気中に含まれる水分等による腐食から保護するとともに、後述するヘッドカバー３の一端部３ｂが記録媒体の摺接に伴い撓んでしまった場合に、印加される外力から導電層６、ドライバーＩＣ８を良好に保護する機能を果たしている。

尚、前記封止樹脂９は、例えばエポキシ樹脂からなる所定の液状前駆体を、ヘッド基板１上のドライバーＩＣ８を被覆するように塗布し、これを高温（１３０℃〜１５０℃）で加熱、重合させることによって形成される。

また前述したヘッド基板１及び後述するヘッドカバー３が載置される放熱板２は、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属によって長方形状をなすように形成されており、その上面でヘッド基板１及びヘッドカバー３を支持するとともに、ヘッド基板１の熱を放熱性テープ（図示せず）を介して吸収し、これを大気中に放散することでヘッド基板１が過度に高温となるのを防止する作用を為している。

そして、放熱板２上に配置されるヘッドカバー３は、図１に示したように、放熱板２上に固定される保持部３ａと、一部が前述したヘッド基板１のドライバーＩＣ８を被覆するように発熱素子５近傍まで延在される一端部３ｂとから構成される。

これら保持部３ａと一端部３ｂとは、下面に共通して貼着される導電性テープ１２により、夫々の端面を突き合わせることにより、保持部３ａの上面と一端部３ｂの上面とで滑らかな略連続な面を形成している。

尚、図２に示すように保持部３ａの一端を下方に折り曲げることにより、保持部３ａに段差を設け、この段差と一端部３ｂの一部とを重畳させても良く、このようにすると、段差部で一端部３ｂの一部が下方から保持され、記録媒体の摺接に伴う圧力に対する強度が増すこととなる。

更には、前述の段差部と一端部３ｂの一部との間に両面テープ等を介在させてこれらを固定してもよく、これにより記録媒体の摺接に伴う圧力に対する強度が更に増すこととなる。

そして、ヘッドカバー３の保持部３ａは、放熱板２上に配置され、放熱板２の上面に設けられた螺子穴と、ヘッドカバー３の保持部３ａに設けられた螺子穴とに、共通の螺子１１を螺入させることにより、放熱板２上の所定位置に取着される。

この保持部３ａは、ヘッドカバー３を放熱板２に固定する役割を担うとともに、後述する一端部３ｂからの電荷を、導電性テープ１２、螺子１１等を介して放熱板２側へと逃がす機能を持たせるために、導電性を有し且つ充分な強度を持った素材から形成されることが求められる。例えば、厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのＳＵＳ等の金属により形成される。

そして、ヘッドカバー３の一端部３ｂは、上述した保持部３ａとの当接領域から発熱素子５の近傍まで斜め下方に延在され、その上面のヘッド基板１上面に対する勾配が、発熱素子５に近づくにつれ漸次小さくなるように傾斜させている。

例えば、前述の勾配が、一端部３ｂの保持部３ａと当接される領域近傍では、ヘッド基板１の上面に対して３０°〜４５°の傾斜角に、一端部３ｂの先端領域近傍では、ヘッド基板１の上面に対して０°〜２０°の傾斜角に設定されている。

このように成すことにより、ヘッドカバー３とヘッド基板１とで構成される記録媒体の支持面が滑らかな連続面に近くなり、記録媒体がヘッドカバー３の上面からヘッド基板１の上面へと滑らかに案内されることとなり、記録媒体のバタつきは小さく、記録媒体に所望の印画を形成することが可能となる。

また、ヘッドカバー３の一端部３ｂの先端は、ヘッド基板１の上面と当接されている。これにより、ヘッドカバー３とヘッド基板１上面との段差が小さくなり、ヘッドカバー３とヘッド基板１とで構成される記録媒体の支持面を滑らかな連続面に近くなすことができる。

また、一端部３ｂが下に凸の湾曲形状となることにより、サーマルヘッドＴ上に設けられる発熱素子５の近傍までヘッドカバー３の一端部３ｂを延在させることが可能となる。

また更に、ヘッドカバー３の一端部３ｂを構成する材料が導電材料から成っており、この一端部３ｂが、記録媒体に印画を形成する際には基準電位に接地されていることから、印画時、記録媒体表面に帯電した電荷を、記録媒体が発熱素子上に搬送される直前まで、ヘッドカバー３を介して外部へと逃がすことができ、発熱素子５やその上に設けられる保護膜１３の静電破壊を確実に防止することによってサーマルヘッドＴの信頼性を向上させることが可能となるとともに、紙カスの発生を抑制することも可能となる。

この一端部３ｂは、そのヤング率が１８０ＧＰａ〜２２０ＧＰａ（常温）程度であるＳＵＳ３０４（ＪＩＳ Ｇ ４３０５）等の薄板が好適に用いられ、その厚みを２０μｍ〜８０μｍに設定することにより適度な弾性定数を持つように設定され、これにより充分な強度と適度な撓り具合を再現でき、ヘッドカバーの一端部３ｂを下に凸の湾曲形状となすことが容易となる。

かくして本形態のサーマルヘッドＴは、感熱紙等の記録媒体をヘッドカバー３の上面で案内することによって記録媒体を発熱素子５上に搬送しながら、共通導電層６ａ―個別導電層６ｂ間にドライバーＩＣ８の駆動に伴って電源電力を印加し、発熱素子５を印画信号に対応させ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、記録媒体に印画を形成することによってサーマルヘッドＴとして機能する。

次に、上述したサーマルヘッドＴが組み込まれるサーマルプリンタについて説明する。

本発明のサーマルプリンタは、図３に示す如く、上述したサーマルヘッドＴ上に、記録媒体をサーマルヘッドＴに押圧するプラテンローラＲ１を配置するとともに、記録媒体を搬送する搬送ローラＲ２とが配設され、これらを駆動手段により制御している。

記録媒体を発熱素子５に押圧するプラテンローラＲ１は、その直径が８ｍｍ〜５０ｍｍのものが好適に使用され、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５上に回転可能に支持されている。

かかるプラテンローラＲ１は、記録媒体をサーマルヘッドＴに対して押圧し、発熱素子５からの熱を感熱紙やインクリボン等の記録媒体に対して伝導しやすくするとともに、記録媒体を発熱素子５の配列と直交する方向に搬送するようにしている。

本発明のサーマルプリンタは、プラテンローラＲ１が記録媒体を介してサーマルヘッドＴを押圧する該サーマルヘッドＴ上の押圧領域の記録媒体搬送方向上流側の端部と、ヘッドカバー３の一端部３ｂの先端との距離が０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍ、望ましくは０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍに設定され、一端部３ｂがプラテンローラＲ１の回転に干渉することなく、且つ、確実に記録媒体を発熱素子５へと搬送するように成している。

一方、搬送ローラＲ２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Ｒ２と前述のプラテンローラＲ１とで記録媒体の走行を支持している。

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、改良等が可能である。

本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。 本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタの概略断面図である。 従来のサーマルヘッドの断面図である。

Ｔ・・・サーマルヘッド
Ｒ１・・・プラテンローラ
Ｒ２・・・搬送ローラ
１・・・ヘッド基板
２・・・放熱板
３・・・ヘッドカバー
３ａ・・・保持部
３ｂ・・・一端部
４・・・ベースプレート
５・・・発熱素子
６・・・導電層
６ａ・・・共通導電層
６ｂ・・・個別導電層
７・・・グレーズ層
８・・・ドライバーＩＣ
９・・・封止樹脂
１０・・・配線基板
１１・・・螺子
１２・・・導電性テープ
１３・・・保護膜

Claims (5)

1. ベースプレートと、該ベースプレートの上面に配列されている複数の発熱素子と、該複数の発熱素子に電源電力を供給する給電配線とを有しているヘッド基板、および前記給電配線の一部を被覆するように配置されているヘッドカバーを有しており、
   該ヘッドカバーは、記録媒体の支持面を有する一端部を含んでおり、
   該一端部は、前記ヘッド基板の上面に、弾性的に撓らせた状態で当該一端部の先端が当接し、弾性的な撓りによって下に凸の湾曲形状となっており、前記ヘッド基板の上面に対する勾配が前記発熱素子に近づくにつれて漸次小さくなっていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記ヘッドカバーは、前記一端部と別体の保持部とを含んでおり、
   該保持部と前記一端部とは、下面に共通に貼着されている導電性テープにより接続されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記ヘッドカバーの前記一端部の前記支持面が、下に凸の湾曲形状の一部であ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。
4. 前記ヘッドカバーは、前記保持部に比べて前記一端部の厚みが薄いことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のサーマルヘッド。
5. 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上に、記録媒体を前記サーマルヘッドに押圧するプラテンローラを配置したサーマルプリンタであって、
   前記プラテンローラが記録媒体を介してサーマルヘッドを押圧する該サーマルヘッド上の押圧領域の記録媒体搬送方向上流側の端部と、前記ヘッドカバーの一端部の先端との距離が０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍに設定されることを特徴とするサーマルプリンタ。

Images