JP4659411B2 - Thermal head and thermal printer using this thermal head - Google Patents
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Description
本発明は、サーマルヘッド及びこのサーマルヘッドを用いたサーマルプリンタに関するものである。 The present invention relates to a thermal head and a thermal printer using the thermal head.
従来よりワードプロセッサ等のプリンタ機構としてサーマルヘッドが用いられている。かかる従来のサーマルヘッドは、例えば図7、図8に示す如く、矩形状基板21の上面に複数個の発熱素子22及び発熱素子22の両端に接続された回路導体23が形成されたヘッド基板と、該ヘッド基板の回路導体23に接合部28を介して電気的に接続される複数個の配線導体25を有した配線基板24と、矩形状基板21と配線基板24とを接着材31を介して上面で支持する支持部材30とで構成される。
Conventionally, a thermal head has been used as a printer mechanism such as a word processor. For example, as shown in FIGS. 7 and 8, the conventional thermal head includes a head substrate in which a plurality of
この配線基板24は、プリンタ本体からの種々の印字信号(ドライバーIC制御信号)や外部電源からの電力を発熱素子22やドライバーIC26に供給するためのものであり、可撓性を有した複数の樹脂フィルム間に銅箔等から成る配線導体25を介在させた構造を有している。
The
尚、矩形状基板21の回路導体23と、配線基板24の配線導体25との電気的接続は、例えば導電性樹脂による場合、配線基板24の一方端側の先端部で露出された配線導体25の一部を、矩形状基板21の端部に沿って重畳させた上、この重畳部で配線導体と矩形状基板21上の回路導体23とを熱圧着して接合させることで行われる。
ところで、近時のサーマルヘッドにおいては、プリンタの小型化に伴い、サーマルヘッドの小型化の要求が高まってきており、それに応じて、配線基板24の小型化、特にヘッド基板21の端部に沿った方向と直交する方向(本従来技術の場合、副走査方向)における小型化が望まれている。
By the way, in recent thermal heads, with the miniaturization of printers, there is an increasing demand for miniaturization of thermal heads, and accordingly, miniaturization of the
一方、近年の発熱素子の高密度化に伴い、配線基板24の配線導体25のパターンが複雑化する傾向にあり、配線基板24を副走査方向に小型化することが困難であるという問題があった。
On the other hand, with the recent increase in the density of heating elements, the pattern of the
本発明は上記問題点に鑑みて案出されたもので、その目的はサーマルヘッドを小型化することが可能な高性能のサーマルヘッド及びサーマルプリンタを提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object thereof is to provide a high-performance thermal head and a thermal printer capable of downsizing the thermal head.
本発明のサーマルヘッドは、矩形状基板、該矩形状基板上の一方端側に配列された発熱素子、前記矩形状基板上に設けられているとともに、該矩形状基板上の他方端側に配列された接合部に電気的に接続され、前記発熱素子に電流を供給するための回路導体、および前記矩形状基板上の前記発熱素子と前記接合部との間の領域に配置されているとともに、前記回路導体に電気的に接続され、前記発熱素子の発熱を制御するドライバーICを有するヘッド基板と、複数の配線導体を有し、該配線導体が、前記矩形状基板上の他方端側に配列された前記接合部で接合されることにより前記回路導体と電気的に接続された配線基板とを備え、前記配線基板の一方端が前記接合部よりも前記発熱素子側に延在し、該延在領域で前記矩形状基板と前記配線基板とが重畳しており、前記延在領域に、前記ドライバーICのグランド端子に接続されるグランド配線導体を少なくとも含む、前記複数の配線導体のうちの一部の配線導体が配されており、前記延在領域によって前記ドライバーICが覆われていることを特徴とするものである。
A thermal head of the present invention, a rectangular substrate, heat generating elements one arranged on the end side of the該矩shape on the substrate, along with are provided in the rectangular substrate, arranged at the other end of the該矩shape on the substrate And a circuit conductor for supplying a current to the heating element, and a circuit conductor for supplying a current to the heating element, and a region between the heating element and the junction on the rectangular substrate, are electrically connected to the circuit conductor, the head substrate having a driver IC for controlling the heating of the heating element, having a plurality of wiring conductors, the wiring conductor is arranged at the other end on the rectangular substrate A wiring board electrically connected to the circuit conductor by being joined at the joined part , and one end of the wiring board extends to the heating element side with respect to the joining part. The rectangular substrate and the arrangement in the existing area The substrate overlaps, and in the extending region, a part of the plurality of wiring conductors including at least a ground wiring conductor connected to a ground terminal of the driver IC is disposed, The driver IC is covered with the extended region.
更に本発明のサーマルヘッドは、前記配線基板の前記延在領域が前記発熱素子に近づくにつれて前記矩形状基板の上面に近くなるように傾斜していることを特徴とするものである。
Furthermore the thermal head of the present invention is characterized in that the extending region of the wiring board is inclined to be close to the upper surface of the rectangular substrate closer to the heating element.
また更に本発明のサーマルヘッドは、前記配線基板の前記延在領域は、前記矩形状基板に樹脂接着部材により固定したことを特徴とするものである。 Furthermore the thermal head of the present invention also includes the extending region of the wiring board is characterized in that it has secured by a resin adhesive member to the rectangular substrate.
更にまた本発明のサーマルヘッドは、前記配線基板に信号を入力するためのケーブルを、該ケーブルの一方端側において前記配線基板に固着し、前記ケーブルの他方端側において着脱可能な電気的接続部を設けることを特徴とするものである。 Furthermore, the thermal head of the present invention has a cable for inputting a signal to the wiring board, which is fixed to the wiring board on one end side of the cable and detachable on the other end side of the cable. Is provided.
本発明のサーマルプリンタは、上述のいずれかのサーマルヘッドと、該サーマルヘッド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。 A thermal printer according to the present invention includes any one of the above-described thermal heads, and a transport unit that transports a recording medium onto the thermal head.
本発明のサーマルヘッドによれば、矩形状基板と、該矩形状基板上面の一方端側に配列された発熱素子と、前記矩形状基板の他方端側に配列され、且つ前記発熱素子に該発熱素子を制御する信号を供給する回路導体とを備えたヘッド基板と、配線導体を備えた配線基板とから成るサーマルヘッドにおいて、前記回路導体と前記配線導体とが前記矩形状基板の他方端側で電気的に接続されており、前記配線基板の一方端が、前記回路導体と前記配線導体との接続部よりも発熱素子側に延在されており、該延在領域で前記矩形状基板と前記配線基板とが重畳していることから、前記延在領域の分だけ、このサーマルヘッドを発熱素子の配列方向に直交する方向に小型化することができ、サーマルヘッドの小型化に寄与できる。 According to the thermal head of the present invention, the rectangular substrate, the heat generating element arranged on one end side of the upper surface of the rectangular substrate, the heat generating element arranged on the other end side of the rectangular substrate, and the heat generating element In a thermal head comprising a head substrate having a circuit conductor for supplying a signal for controlling an element and a wiring substrate having a wiring conductor, the circuit conductor and the wiring conductor are arranged on the other end side of the rectangular substrate. Electrically connected, and one end of the wiring board extends to the heat generating element side with respect to a connection portion between the circuit conductor and the wiring conductor, and the rectangular board and the Since the wiring substrate overlaps, the thermal head can be reduced in size in the direction orthogonal to the arrangement direction of the heat generating elements by the extended region, which can contribute to the downsizing of the thermal head.
また本発明のサーマルヘッドによれば、前記発熱素子を選択的に発熱させるドライバーICを、前記配線基板の延在領域で被覆されるように矩形状基板上面に搭載したことにより、記録媒体がサーマルヘッド上を摺動するときに発生する静電気や機械的衝撃からドライバーICを保護することができる。 According to the thermal head of the present invention, the driver IC that selectively generates heat from the heating element is mounted on the upper surface of the rectangular substrate so as to be covered with the extension region of the wiring substrate, so that the recording medium is thermally The driver IC can be protected from static electricity and mechanical shock generated when sliding on the head.
更に本発明のサーマルヘッドによれば、前記配線基板の延在領域が前記発熱素子に近づくにつれて矩形状基板の上面に近くなるように傾斜していることから、記録媒体が配線基板の上面から矩形状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。 Furthermore, according to the thermal head of the present invention, since the extending region of the wiring board is inclined so as to be closer to the upper surface of the rectangular substrate as it approaches the heating element, the recording medium is rectangular from the upper surface of the wiring substrate. It is guided smoothly and substantially continuously to the upper surface of the shape substrate, and the recording medium has little fluttering, and a desired print can be formed on the recording medium.
また更に本発明のサーマルヘッドによれば、前記配線基板の延在領域は、前記矩形状基板に樹脂接着部材により固定したことから、前記矩形状基板の他方端側のみでこれら矩形状基板と配線基板とを接合した場合に比して機械的接合を強固にすることができる。 Furthermore, according to the thermal head of the present invention, since the extension region of the wiring board is fixed to the rectangular board with a resin adhesive member, the wiring board and the wiring board are connected only to the other end side of the rectangular board. Mechanical bonding can be made stronger than when the substrate is bonded.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの斜視図、図2はその断面図である。これらの図に示されるサーマルヘッドは、ヘッド基板と、ヘッド基板に接続される配線基板4と、この配線基板4に取着されるケーブル12と、ヘッド基板を支持する支持部材10とで構成されている。
FIG. 1 is a perspective view of a thermal head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. The thermal head shown in these drawings includes a head substrate, a
ヘッド基板は、その上面に発熱素子2や回路導体3等が設けられている。そしてこのヘッド基板のベースとなる矩形状基板1は、アルミナセラミックス等の絶縁材料や表面に絶縁膜が形成された単結晶シリコン等の半導体材料等、種々の材料により形成可能されている。
The head substrate is provided with a
かかる矩形状基板1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と成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形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに高温で焼成することによって製作される。
When the
また矩形状基板1上には、直線状に配置された複数個の発熱素子2や複数個の回路導体3等がそれぞれ取着されている。
On the
発熱素子2は例えば300dpiや600dpiの密度で矩形状基板1の一方端に沿って主走査方向に直線状に配列されており、TaSiOやTiSiO、TaSiNO、TaN等の電気抵抗材料から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているため、発熱素子2に電気的に接続される回路導体3を介して外部電源からの通電電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱記録媒体に印字画像を形成するのに必要な所定の温度、例えば200℃〜350℃の温度に発熱する作用を為す。
The
また発熱素子2に接続される回路導体3は、例えば、発熱素子2の一方端側に共通に接続される共通電極導体3aと、発熱素子2の他方端側に個別に接続される個別電極導体3bとで構成されている。共通電極導体3aは一部が発熱素子2の配列と略平行に配されるようにコの字状に形成されており、その両端が矩形状基板1の他方端側で接続される配線基板4の配線導体5を介して所定のプラス電位(例えば20V〜25V)に保持された外部電源のプラス端子に接続される。また個別電極導体3bは一方端がドライバーIC6のスイッチング素子及びグランド端子、並びに矩形状基板1の他方端側で接続される配線基板4の配線導体5を介してグランド電位(例えば0V〜2V)に保持された外部電源のマイナス端子に接続される。そしてドライバーIC6のスイッチング素子がオン状態となったとき、共通電極導体3aより個別電極導体3bへ電流が流れ、発熱素子2が所定の温度で発熱する。尚、発熱素子2及び回路導体3は従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術を採用することによってヘッド基板上に所定パターン、所定厚みに被着される。
The
そして発熱素子2の発熱を制御するドライバーIC6は、矩形状基板1の他方端側に一列状に配列されている。このドライバーIC6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いる。
The
このドライバーIC6は、クロック信号に同期させながら配線基板4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2への通電を行う。
The
尚、上述のドライバーIC6は、従来周知の半導体製造技術を採用することにより製作され、得られたドライバーIC6は、従来周知のワイヤボンディング法やフェースダウンボンディング法によって出力端子と個別電極導体3bとを電気的に接続することにより矩形状基板1上に実装される。
The above-described driver IC 6 is manufactured by employing a conventionally well-known semiconductor manufacturing technique, and the obtained
このようなドライバーIC6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7によって封止されている。 Such a driver IC 6 is sealed with a sealing resin 7 made of a resin material such as a thermosetting epoxy resin.
この封止樹脂7は、その断面が凸状をなすように形成され、ドライバーIC6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、後述する配線基板4の延在領域が、記録媒体の摺接に伴うプラテンローラの押圧により撓んでしまった場合であっても、この配線基板4を下から支持することによりドライバーIC6を良好に保護する機能を果たしている。
The sealing resin 7 is formed so that the cross section thereof is convex, and protects the
尚、封止樹脂7は、例えばエポキシ樹脂からなる所定の液状前駆体を、ヘッド基板上のドライバーIC6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。
For the sealing resin 7, a predetermined liquid precursor made of, for example, an epoxy resin is applied so as to cover the
更に、矩形状基板1には、プリンタ本体からの種々の印字信号や外部電源からの電力を発熱素子2やドライバーIC6に供給するための配線基板4が、矩形状基板1の他方端側の接合部8で固定されている。
Further, a
矩形状基板1に接合される配線基板4は、折り曲げ加工が可能な複数の樹脂フィルム(ポリイミド樹脂等の樹脂材料により形成)間に、前記矩形状基板1上の回路導体3に電気的に接続される複数個の配線導体5を介在させた構造を有している。
The
この配線基板4は、配線基板4の一方端が矩形状基板1と配線基板4との接続部よりも発熱素子2側に延在されており、この延在領域で矩形状基板1と配線基板4とが重畳している。それ故、配線基板4の延在領域の分だけ、このサーマルヘッドを発熱素子2の配列方向に直交する方向に小型化することができ、サーマルヘッド及びサーマルプリンタの小型化に寄与できる。従って、配線基板4はできる限り発熱素子2側に延在させることが望ましい。
In this
但し、配線基板4の延在は、サーマルヘッドがプラテンローラにより押圧されるニップ領域の手前でとどめることが必要である。これは、配線基板4の先端が、プラテンローラのニップ領域まで達すると、記録媒体の搬送時に配線導体4を巻き込み、この巻き込みによる振動が生じることが考えられるためである。
However, it is necessary that the extension of the
ところで配線基板4の延在領域は、その先端がドライバーIC6の搭載領域よりも発熱素子2側に位置していることから、この延在領域がドライバーIC6を覆うこととなる。
By the way, the extension area of the
それ故、記録媒体がサーマルヘッド上を摺動するときに発生する静電気や機械的衝撃からドライバーIC6を保護することができる。
Therefore, the
更に、この延在領域はその先端が発熱素子2に近づくにつれて矩形状基板1の上面から近くなるように傾斜していることから、記録媒体が配線基板4の上面から矩形状基板1の上面へと滑らかに略連続的に案内されることとなり、これにより配線基板4の延在領域が矩形状基板1の上面から離間していた場合に存在する高い段差による記録媒体のバタつきを抑えることができ、ひいては記録媒体に所望の印画を形成することが可能となる。尚、更に望ましくは、矩形状基板1の上面に配線基板4の延在領域の先端が接しているとよい。
Further, since the extended region is inclined so that the tip thereof is closer to the upper surface of the
また更にこの延在領域において、ヘッド基板と配線基板4とを樹脂により接合した第2の接合部9を設けている。
Further, in this extended region, a
この第2の接合部9により、矩形状基板1の他方端側の接合部8のみでこれら矩形状基板1と配線基板4とを固定した場合に比して機械的強度を高めることができる。この第2の接合部9は、ところどころ数箇所にわたって設けてもよく、また延在領域の幅広い領域に渡って設けてもよい。
The
ところで、配線基板4の延在領域には、配線導体5の一部が配されている。この配線基板4の延在領域に配される配線導体5としては、矩形状基板1上に搭載される複数のドライバーIC6に同様の内容の信号が並列的に入力される信号、例えばクロック信号やラッチ信号、ストローブ信号等を供給する信号配線導体や、複数のドライバーIC6のグランド端子に接続されるグランド配線導体、および共通電極導体等が配設されている。
Incidentally, a part of the wiring conductor 5 is disposed in the extending region of the
更に配線基板4には、例えば導電性樹脂や半田等を介して電気的及び機械的に接続されるケーブル12が設けられている。このケーブル12は、その一方端側が配線基板4に固定され、また他方端側にコネクタのような着脱可能な電気的接続部16が設けられており、この他方端側でプリンタ本体の電気回路と接続されている。これにより配線基板4に直接コネクタ等の着脱可能な電気的接続部15を設けた場合のように、サーマルヘッドをサーマルプリンタに取り付け或いは取り外す時に、配線基板4にコネクタの引き抜きによる無理な力がかかることがなく、それ故サーマルヘッドの機械的な信頼性が損なわれることを防止できる。
Further, the
そして、矩形状基板1が載置される支持部材10は、その上面で矩形状基板1を支持するとともに、矩形状基板1中の熱の一部をヘッド基板の下面を介して吸収することによりサーマルヘッドの温度が過度に高温となるのを有効に防止するようになっている。この支持部材10は、その上面に接着剤7が塗布されており、この接着剤7により矩形状基板1が固定されている。
The
かくして上述したサーマルヘッドは、複数個の発熱素子2上に記録媒体を搬送しながら、これらの発熱素子2をドライバーIC6の駆動に基づいて個々に選択的に発熱させるとともに、その熱を記録媒体に伝達させ、所定の画像を記録する。
Thus, the thermal head described above selectively heats each of the
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4に示す如く、サーマルヘッドTを駆動する駆動手段Cや記録媒体をサーマルヘッドTの発熱素子2上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ13や搬送ローラ14等が配設される。
In the thermal printer in which the thermal head as described above is incorporated, as shown in FIG. 4, the driving means C for driving the thermal head T and the conveying means for conveying the recording medium onto the
搬送手段としてのプラテンローラ13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2上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子2に対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子2の配列と直交する方向(図中の矢印方向)に搬送する。
The
また搬送ローラ14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14と前述のプラテンローラ13とで記録媒体の走行を支持している。
The outer periphery of the conveying
そして、これと同時に複数個の発熱素子2を駆動手段C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。
At the same time, a plurality of
尚、本発明は上述した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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の実施形態においては、配線基板4が矩形状基板1上面に載置されたドライバーIC6を覆うようにしたが、これに代えて図5、図6に示すように、配線基板4にドライバーIC6に対応した貫通孔16を設け、この貫通孔16にドライバーIC6が収容されるように配線基板4を矩形状基板1上に重畳させてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
このようにすれば、配線基板4を折り曲げる工程が必要なく、また配線基板4を折り曲げたことによる弾力が配線基板4と矩形状基板1との接合部を介して、矩形状基板1に加わることがないため、矩形状基板1の平坦性を維持でき、これにより発熱素子からの記録媒体への熱伝達を均一にすることができ、より高画質な印画を得ることが可能となる。
In this way, the step of bending the
また、上述の実施形態においては、共通電極導体3aと配線導体5との電気的接合をヘッド基板の他方端側のみで行ったが、これにかえて配線基板4の延在領域の直下に位置する共通電極導体3aの複数箇所で、共通電極導体3aと配線導体5との電気的接合をおこなってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
これにより、共通電極導体3aと配線導体5との電流路が拡大する等してこれらの導体内部における電圧降下が抑制できる。
As a result, the current path between the
1・・・矩形状基板
2・・・発熱素子
3・・・回路導体
3a・・・共通電極導体
3b・・・個別電極導体
4・・・配線基板
5・・・配線導体
6・・・ドライバーIC
7・・・封止樹脂
8・・・接合部
9・・・第2の接合部
10・・・支持部材
11・・・接着剤
12・・・ケーブル
13・・・プラテンローラ
14・・・搬送ローラ
16・・・貫通孔
DESCRIPTION OF
7 ... sealing
Claims (5)
複数の配線導体を有し、該配線導体が、前記矩形状基板上の他方端側に配列された前記接合部で接合されることにより前記回路導体と電気的に接続された配線基板と
を備え、
前記配線基板の一方端が前記接合部よりも前記発熱素子側に延在し、該延在領域で前記矩形状基板と前記配線基板とが重畳しており、
前記延在領域に、前記ドライバーICのグランド端子に接続されるグランド配線導体を少なくとも含む、前記複数の配線導体のうちの一部の配線導体が配されており、
前記延在領域によって前記ドライバーICが覆われていることを特徴とするサーマルヘッド。 Rectangular substrate, heat generating elements one arranged on the end side of the該矩shape on the substrate, along with are provided in the rectangular substrate, electrically to the junction arranged at the other end of the該矩shape on the substrate And a circuit conductor for supplying a current to the heating element, and disposed in a region between the heating element and the joint on the rectangular substrate , and electrically connected to the circuit conductor A head substrate connected and having a driver IC for controlling heat generation of the heating element;
A plurality of wiring conductors, the wiring conductor, and a said circuit conductor electrically connected to the wiring board by being joined by being arranged at the other end on the rectangular substrate the joint ,
One end of the wiring board extends to the heat generating element side from the joint, and the rectangular board and the wiring board overlap in the extending region,
In the extended region, a part of the plurality of wiring conductors including at least a ground wiring conductor connected to a ground terminal of the driver IC is disposed,
The thermal head, wherein the driver IC is covered by the extended region.
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