JP4631346B2 - サーマルヘッドおよびプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、感熱記録用のサーマルヘッドおよびそれが搭載される感熱プリンタ、熱転写型サーマルプリンタ、特に昇華熱転写型カラープリンタに関するものである。

従来から、プリンタの高速化が進められており、高速プリントしてもプリント画質が低下しない（尾引の少ない）サーマルヘッド構造が求められている。
図３には従来例のサーマルヘッドの構造を示す（特許文献１参照）。図３において、符号１１はアルミナ基板であり、基板１１の上面にはガラスグレーズ層１２が積層され、このガラスグレーズ層１２の上面にはＴａＳｉＯ_２等の抵抗膜による発熱抵抗体層１３が形成され、この発熱抵抗体層１３の上面には所定の距離を隔てて個別電極１４ａおよび共通電極１４ｂが形成されている。そしてこれら発熱抵抗体層１３、個別電極１４ａおよび共通電極１４ｂを覆っているのが、耐酸化性と耐摩耗性の機能を有する保護層１５である。ガラスグレーズ層１２、発熱抵抗体層１３、電極１４ａ、１４ｂ、保護層１５を形成したアルミナ基板１１は、Ａｌ等の金属からなる放熱板１６に、熱伝導率が０．６０Ｗ／ｍ・Ｋないし１．９Ｗ／ｍ・Ｋの範囲の有機系の接着剤１７を用いて固着されている。更に放熱板１６には図示しないヒートシンクが取り付けられている。

以上の構成において、図示しない給電制御部より個別電極１４ａおよび共通電極１４ｂを通して、発熱抵抗体層１３に電流が流れると、個別電極１４ａおよび共通電極１４ｂに挟まれた発熱抵抗体層１３にジュール熱が発生し、この熱は図示しない感熱紙を発色させたり、インクリボンのインクを溶融させ、インクを用紙に転写させたり、インクリボン中の染料を受容紙に拡散移行させ印画する。

一方、インクリボンの反対側のグレーズ層方向にも熱は流れ、グレーズ層に熱を蓄積すると共にアルミナ基板に接着された金属板そして金属板に取付られたヒートシンクを経て、排気ファンによりプリンタ外へ排出される。
特許第３２４０２３４号公報（第３−５頁、図１−図５）

しかしながら、プリント時間を短縮するために、プリンタの高速化を進めると、単位時間あたりの印加エネルギーが増えるため、熱の排出が追いつかなくなり、グレーズ層に蓄積される熱量が急増し、その結果、本来は印画しない箇所にも蓄熱の影響で印画されるという尾引き現象が生じ、画像がぼやける、画像にキレがなくなるという不具合が生じていた。

本発明は上記欠点に鑑みてなされたものであり、その目的は尾引き現象を抑制したサーマルヘッドを提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
請求項１に係るサーマルヘッドは、セラミック基板の一面側に放熱板が接合されるとともに、前記セラミック基板の他面上に、グレーズ層と発熱抵抗体層と個別電極および共通電極からなる電極パターンと前記発熱抵抗体層及び前記個別電極並びに前記共通電極を被覆する保護層とが順次積層されてなる発熱素子が複数備えられ、前記各発熱素子の直下領域における前記セラミック基板と前記放熱板との間には、これらセラミック基板および放熱板とを接合するための熱伝導率５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の接合層が設けられ、前記グレーズ層には、上方に円弧状に膨出する第１膨出部が設けられ、前記第１膨出部の頂部に、前記個別電極および共通電極間の間隔よりも狭い幅を有する突起状の第２膨出部が形成され、前記保護層の厚みが、前記第２膨出部の最大厚みより薄くされており、前記第２膨出部が前記個別電極及び前記共通電極上の前記保護層よりも突出していることを特徴とする。

請求項２に係るサーマルヘッドは、請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、前記接合層が、７０℃以上２４０℃以下の範囲の融点を有する単金属または合金からなることを特徴とする。

請求項３に係るサーマルヘッドは、請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッドにおいて、前記接合層が、インジウムまたはインジウム合金からなることを特徴とする。

請求項４に係るサーマルヘッドは、請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、前記グレーズ層の厚さが３０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲であることを特徴とする。

請求項５に係るカラープリンタは、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のサーマルヘッドが備えられたことを特徴とする。

本発明のサーマルヘッドによれば、発熱抵抗体層の直下領域におけるアルミナ基板と放熱板との接合に、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の単金属または合金からなる接合層を用いることにより、グレーズ層の蓄熱をすばやく放熱させることができ、蓄熱によるサーマルヘッドの温度上昇を抑制するともに温度上昇を制御することが可能となり、高速印字においても、サーマルヘッドの蓄熱の影響による記録品質の低下を防止して、高精細化や記録速度の高速化の要望に応えることが出来るものとなる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１には本実施形態のサーマルヘッドの要部断面図を示す。
図１において、符号１はアルミナ基板（セラミック基板）であり、この基板１の上面１ａ（他面）にはガラスグレーズ層（グレーズ層）２が積層され、このガラスグレーズ層２の上面には抵抗膜による発熱抵抗体層３が形成され、この発熱抵抗体層３の上面には所定の距離を隔てて個別電極４ａおよび共通電極４ｂからなる電極パターン４が形成されている。そしてこれら発熱抵抗体層３、個別電極４ａおよび共通電極４ｂを覆っているのが、耐酸化性と耐摩耗性の機能を有する保護層５である。グレーズ層２、発熱抵抗体層３、電極パターン４および保護層５によって発熱素子が形成されている。このような発熱素子は、アルミナ基板上に複数備えられている。また、発熱抵抗体層３において、個別電極４ａおよび共通電極４ｂに覆われていない部分が発熱部として機能する。

以上の構成において、図示しない給電制御部より個別電極４ａおよび共通電極４ｂを通して、発熱抵抗体層３に電流が流れると、個別電極４ａおよび共通電極４ｂに挟まれた発熱抵抗体層３にジュール熱が発生し、この熱は図示しない感熱紙を発色させたり、インクリボンのインクを溶融させ、インクを用紙に転写させたり、インクリボン中の染料を受容紙に拡散移行させ印画する。

ガラスグレーズ層２、発熱抵抗体層３、電極４ａ、４ｂ、保護層５を形成したアルミナ基板１は、一面１ｂ側に接合層８を介して放熱板６に接合されている。接合層８は、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質で、単金属または合金から構成されている。そして放熱板６には図示しないヒートシンクが取り付けられている。

ガラスグレーズ層２には、上方に円弧状に膨出する第１膨出部２ａが設けられている。この第１膨出部２ａの曲率半径はＲ１．５以上Ｒ４．５以下の範囲に設定されている。またグレーズ層２の厚さが３０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に設定されている。このように第１膨出部２ａを設けることで、保護層５と感熱紙等とが接触したときの単位面積あたりの面圧を大きくすることができ、感熱紙等に対して熱伝達を高めることができる。これにより印刷品質を向上できる。またグレーズ層２の厚さが３０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に設定されているので、発生したジュール熱を十分蓄えることができ、その後の印画時に必要な発熱抵抗体に対しての熱を還流することができ、熱効率を向上することができる。

次に、接合層８を構成する熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の物質としては、単金属、合金、セラミックス、半導体等が挙げられる。中でも銀、銅、金、アルミニウム等の単金属およびその合金は２００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋの高熱伝導率を有するが、これらの単金属およびその合金は６００℃以上の融点を有し、アルミナ基板１と放熱板６との接合材としては実質的に使用が困難である。

従って、熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ融点が７０℃以上２４０℃以下の接合層８として好ましい単金属としては、インジウム（融点１５６℃）、スズ（融点２３２℃）がある。また、融点７０℃以上２４０℃以下の合金としては鉛系合金に多数あるが、環境に害を及ぼすことからから使用できない。そこで、非鉛、非有害金属合金として、スズ−アンチモン合金（スズ９５％、アンチモン５％、融点２４０℃）、スズ−銅合金（スズ９９．２５％、銅０．７５％、融点２２８℃）、スズ−銀合金（スズ９６．５％、銀３．５％、融点２２１℃）、スズ−銀−銅合金（スズ９６．５％、銀３％、銅０．５％、融点２１７℃）、スズ−銀−ビスマス−インジウム合金（スズ８８％、銀３．５％、ビスマス０．５％、インジウム８％、融点２０６℃）、スズ−亜鉛合金（スズ９１％、亜鉛９％、融点２００℃）、スズ−亜鉛−ビスマス合金（スズ８９％、亜鉛８％、ビスマス３％、融点1９７℃）、スズ−ビスマス合金（スズ５７％、ビスマス４３％、融点１３９℃）、スズ−ビスマス−銀合金（スズ４２％、ビスマス５７％、銀１％、融点1３９℃）、インンジウム−スズ合金（インジウム４７．５％、スズ５２．５％、融点１１７℃）、スズ−ビスマス−インジウム合金（スズ１７％、ビスマス５７％、インジウム２６％、融点７９℃）等を例示できる。

接合層８の融点が７０℃未満では、使用中に融解してアルミナ基板１と放熱板６が剥離する、あるいは接合層８が融解、流出して他の部品に悪影響を及ぼす可能性がある。一方、融点が２４０℃を超えると加熱温度を２６０℃以上にする必要があり、製造時の仮止め等に使用する有機系材料を汎用品から耐高温材料に変更する必要が出ると共に作業環境が著しく悪化する。熱的な影響および作業性から言えば、融点が１００℃以上１６０℃以下の材料が特に好ましい。

ここでサーマルヘッドは公知の製造方法で製作されるが、金属インジウムを用いたアルミナ基板１と放熱板６との接合方法の一例を概説する。アルミナ基板１の裏面に金、銀、銅、スズ、亜鉛、ニッケル等の層を厚さ２μｍ〜１０μｍ程度に形成する。また、放熱板６にも金、銀、銅、スズ、亜鉛、ニッケル等の層を厚さ２μｍ〜１０μｍ程度に形成する。これらの層は金属インジウムのぬれ性を改善し、接着力を向上させる。アルミナ基板１と放熱板６を金属インジウムの融点１５６℃以上に加温し、アルミナ基板１および放熱板６に金属インジウムを塗布し、金属インジウムが溶解している状態で貼り合わせ、加圧状態で冷却する。

上記の構成を有する本実施形態のサーマルヘッドは、ガラスグレーズ層２の蓄熟をすばやく拡散させ、高精細、高品質、高速記録を実現することが出来るものとなる。

また、図２に示すように、グレーズ層２の第１膨出部２ａの頂部に、個別電極４ａおよび共通電極４ｂ間の間隔よりも狭い幅を有する突起状の第２膨出部２ｂを設けてもよい。保護層５の厚みは、第２膨出部２ｂの最大厚みより薄くされており、第２膨出部２ｂが個別電極４ａ及び共通電極４ｂ上の保護層５よりも突出している。この構成により、保護層５と感熱紙等とが接触したときの単位面積あたりの面圧を更に大きくすることができ、感熱紙等に対する熱伝達をより高めることができる。これにより印刷品質を更に向上できる。

以下、本発明のサーマルヘッドについて実施例とその結果を示し、前記効果が得られる根拠を説明する。
前述のサーマルヘッドにおいて、接合層に熱伝導率８１．６Ｗ／ｍ・Ｋのインジウムを用いた場合と、従来の熱伝導率０．８８Ｗ／ｍ・Ｋの有機系の接着剤を用いた場合のプリント画像のシャープ差の比較を行なった。比較は所定の位置まで２５５階調の濃度をプリントをし、その後９５階調の濃度をプリントしたときに９５階調の濃度を得られるまでの長さを評価する。従来の接着剤に対して、インジウムを用いたものは、５０％程度早く所定の濃度に達し、著しい効果が得られた。この実験から、蓄熱がすばやく逃げることが立証された。この結果から、セラミック基板と放熱板との接合材を、有機系の低熱伝導接着剤から高熱伝導の金属材料にすることで、熱拡散性を高める効果があるものとなる。

本発明の実施形態の一例であるサーマルヘッドの要部を示す断面模式図。 本発明の実施形態の他の例であるサーマルヘッドの要部を示す断面模式図。 従来のサーマルヘッドの要部を示す断面模式図。

符号の説明

１…セラミック基板、１ａ…他面、１ｂ…一面、２…ガラスグレーズ層（グレーズ層）、２ａ…第１膨出部、２ｂ…第２膨出部、３…発熱抵抗体層、４…電極パターン、４ａ…個別電極、４ｂ…共通電極、５…保護層、６…放熱板、８…接合層

Claims (5)

1. セラミック基板の一面側に放熱板が接合されるとともに、前記セラミック基板の他面上に、グレーズ層と発熱抵抗体層と個別電極および共通電極からなる電極パターンと前記発熱抵抗体層及び前記個別電極並びに前記共通電極を被覆する保護層とが順次積層されてなる発熱素子が複数備えられ、前記各発熱素子の直下領域における前記セラミック基板と前記放熱板との間には、これらセラミック基板および放熱板とを接合するための熱伝導率５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の接合層が設けられ、
   前記グレーズ層には、上方に円弧状に膨出する第１膨出部が設けられ、
   前記第１膨出部の頂部に、前記個別電極および共通電極間の間隔よりも狭い幅を有する突起状の第２膨出部が形成され、
   前記保護層の厚みが、前記第２膨出部の最大厚みより薄くされており、前記第２膨出部が前記個別電極及び前記共通電極上の前記保護層よりも突出していることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、前記接合層が、７０℃以上２４０℃以下の範囲の融点を有する単金属または合金からなることを特徴とするサーマルヘッド。
3. 請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッドにおいて、前記接合層が、インジウムまたはインジウム合金からなることを特徴とするサーマルヘッド。
4. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、前記グレーズ層の厚さが３０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲であることを特徴とするサーマルヘッド。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のサーマルヘッドが備えられたことを特徴とするプリンタ。

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