JP4912475B2 - サーマルヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、サーマルヘッドに関する。
図８は、サーマルヘッドの一例を示す要部断面図であり、図９は、同じく発熱抵抗体と電極の配置を示す要部平面図である。
図８に示すように、セラミック基板などの絶縁基板１の上にガラス等からなる凸状の部分グレーズ層２が設けられ、さらにその上に金等の導電性材料からなる共通電極、該共通電極から延びる櫛歯状電極及び複数の個別電極（図９で後述する）が設けられ、さらに前記部分グレーズ層２上の個別電極及び櫛歯状電極上に酸化ルテニウム等からなる発熱抵抗体３が一直線に形成されている（部分グレーズ層を設けたサーマルヘッドの一例として特許文献２参照）。
図８に示すように、セラミック基板などの絶縁基板１の上にガラス等からなる凸状の部分グレーズ層２が設けられ、さらにその上に金等の導電性材料からなる共通電極、該共通電極から延びる櫛歯状電極及び複数の個別電極（図９で後述する）が設けられ、さらに前記部分グレーズ層２上の個別電極及び櫛歯状電極上に酸化ルテニウム等からなる発熱抵抗体３が一直線に形成されている（部分グレーズ層を設けたサーマルヘッドの一例として特許文献２参照）。
さらに、これらの上には、例えば、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−ＺｒＯ2系のガラス材料からなる電気的絶縁性保護膜４（以下、絶縁性保護膜４という。）が略全面にわたって覆われている。印字媒体である感熱紙８は、前記絶縁性保護膜４を通して前記発熱抵抗体３の発熱を熱伝達により行い発色させるために、プラテンローラ７により前記絶縁性保護膜４との間で押圧されながら搬送される。
また、図９に示すように、前記感熱紙８の発色は、前記発熱抵抗体３が共通電極６から延びる櫛歯状電極６ａと個別電極５の間にある１ドット単位の発熱抵抗体素子に通電することで発熱させることにより行われる。よって、前記絶縁性保護膜４は機械的保護、電気的絶縁の役目を果たしており、一定以上の機械的強度及び電気的絶縁性が要求される。
しかしながら、前記サーマルヘッドは、印字媒体である感熱紙によってはその顔料等により前記絶縁性保護膜４が感熱紙との摩擦により摩耗が顕著になり、前記絶縁性保護膜４の機械的強度及び電気的絶縁性が損なわれるといった課題がある。
また、ラベル紙をはじめ、感熱紙によっては紙厚が厚いものがあり、サーマルヘッドとの追従性を良くするために、前記プラテンローラ７の押圧を高く設定する傾向にある。
また、ラベル紙をはじめ、感熱紙によっては紙厚が厚いものがあり、サーマルヘッドとの追従性を良くするために、前記プラテンローラ７の押圧を高く設定する傾向にある。
この場合、前記プラテンローラ７の押圧が高くなることで前記絶縁性保護膜４の摩耗が促進されることになる。一方で、前記絶縁性保護膜４の前記摩擦による耐摩耗性は、サーマルヘッドが感熱紙に印字する際の印字比率に大きく影響することも実験的にわかっている。
すなわち、印字比率が低いときよりも同比率が高いときの方が摩耗量が増加する傾向にある。このことは印字比率が低いときよりも同比率が高いときにサーマルヘッドが受ける影響として、発熱抵抗体内の発熱時の温度分布が中心部で一番高く、印字比率が高くなると近傍の発熱抵抗体の発熱との相乗効果により、特に連続した印字動作を繰り返すことにより発熱によって生じた熱が蓄熱され易くなり、前記絶縁性保護膜４の転移点近傍にまで温度が達した結果、前記絶縁性保護膜４が本来の硬度を保持しきれなくなり、摩擦などの機械的ストレスに対して敏感に反応するようになる。
このため、前記プラテンローラ７により前記感熱紙８が押圧されながら前記絶縁性保護膜４上を搬送されるために、該絶縁性保護膜４は容易に耐摩耗性が損なわれることになる。
特にサーマルヘッドの用途が２００ｍｍ／ｓ以上程度の印字速度で使用される環境では、前記発熱によって生じた熱が蓄熱し易くなるため、耐摩耗性の確保が課題となる。
この対策として、保護層として熱伝導性の良好な導電性保護膜を前記絶縁性保護膜の上に設けたサーマルヘッドが提案されている（特許文献１参照）。
特にサーマルヘッドの用途が２００ｍｍ／ｓ以上程度の印字速度で使用される環境では、前記発熱によって生じた熱が蓄熱し易くなるため、耐摩耗性の確保が課題となる。
この対策として、保護層として熱伝導性の良好な導電性保護膜を前記絶縁性保護膜の上に設けたサーマルヘッドが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、発熱抵抗体内の発熱温度を平均化することで摩擦等の機械的ストレスに対して前記絶縁性保護膜４が敏感に反応しないようにしても、使用される感熱紙によっては耐摩耗性が損なわれることがある。
本発明は、前記した課題を解決するために、性能面の発色効率を維持しながら前記絶縁性保護膜が高い耐摩耗性を維持するサーマルヘッドを提供することにある。
本発明は、前記した課題を解決するために、性能面の発色効率を維持しながら前記絶縁性保護膜が高い耐摩耗性を維持するサーマルヘッドを提供することにある。
部分グレーズ層上に設けられた発熱抵抗体を覆う絶縁性保護膜と部分グレーズ層の領域外の絶縁性保護膜の平坦部とが段差を有し、前記絶縁性保護膜の平坦部の前記部分グレーズ層側でもプラテンローラが感熱紙を押圧するようにする。
プラテンローラの押圧が発熱抵抗体上の絶縁性保護膜に集中することなく分散され、絶縁性保護膜の機械的な摩耗を抑制する。
図９に示すように、感熱紙等の印字媒体の発色は、酸化ルテニウム（RuO2）等からなる発熱抵抗体３が金等の導電性材料からなる共通電極６から延びる櫛歯状電極６ａと金等の導電性材料からなる個別電極５との間にある１ドット単位の発熱抵抗体素子３ａを発熱させることにより行われる。以下、前記櫛歯状電極及び前記個別電極を総称して給電用電極という。
さらに、図１及び図２に示すように、アルミナＡ１２０３等の電気絶縁性のセラミック基板１上に、ガラス等からなる部分グレーズ層２を前記セラミック基板１の長手方向（紙面に垂直の方向）に並行し、且つ、前記セラミック基板１の短手方向に部分的且つ長手方向に直線状に設ける。
前記部分グレーズ層２上の前記櫛歯状電極６ａ及び個別電極５（図９）に重なるように前記部分グレーズ層２上に発熱抵抗体３を設け、これら表面全体に絶縁性保護膜４を設ける。前記絶縁性保護膜４の材料として、例えば、PbO・SiO2・ZrO2系のガラス材料を用いる。
前記部分グレーズ層２上の前記櫛歯状電極６ａ及び個別電極５（図９）に重なるように前記部分グレーズ層２上に発熱抵抗体３を設け、これら表面全体に絶縁性保護膜４を設ける。前記絶縁性保護膜４の材料として、例えば、PbO・SiO2・ZrO2系のガラス材料を用いる。
前記部分グレーズ層２上に設けられた発熱抵抗体３の表面の絶縁性保護膜４ａと部分グレーズ層２の領域外の絶縁性保護膜の平坦部４ｂとが段差ｔを有し、前記絶縁性保護膜の平坦部４ｂの前記部分グレーズ層２に近い側の表面１０ａ及び１０ｂでもプラテンローラ７が感熱紙８を押圧するように前記段差ｔの寸法を設定する。
この時、前記絶縁性保護膜４の平坦部４ｂは、図３（Ａ）に示すように、絶縁性保護膜４を前記発熱抵抗体３及び前記給電用電極を覆うように形成した後、図３（Ｂ）に示すように前記部分グレーズ層２を除く領域に前記ガラス材料をスクリーン印刷等の手段を用いて上層の絶縁性保護膜４ｃ及び４ｄを同時に形成する。
一例として、後述するように印字媒体が６５μｍの厚みの感熱紙を使用した場合、前記平坦部４ｂを１５μｍ低くし（ｔ＝１５μｍ）、プラテンローラ７が前記表面１０ａ及び１０ｂ（図２）で感熱紙を押圧する。
前記段差ｔを設けることで、前記プラテンローラ７が前記発熱抵抗体３上の前記絶縁性保護膜４ａと前記絶縁性保護膜４の平坦部４ｂの表面１０ａ、１０ｂでも感熱紙を押圧することができ、プラテンローラの押圧力が前記発熱抵抗体３上の前記絶縁性保護膜４ａに集中することなく前記表面１０ａ及び１０ｂにも分散され、前記絶縁性保護膜４の機械的な摩耗を抑制することができる。
また、前記部分グレーズ層２に対して前記感熱紙８の侵入側にある絶縁性保護膜の表面１０ａは、感熱紙８の平滑性の向上の作用が同時に働くことで、前記発熱抵抗体３上の前記絶縁性保護膜４ａの機械的な摩耗の抑制に繋がる。
以下、前記段差ｔを有する前記絶縁性保護膜４の形成方法の例を以下に説明する。
図３に示すように、前記絶縁性保護膜４を前記部分グレーズ層２を跨ぐように形成した後、前記部分グレーズ層２の両側でプラテンローラが感熱紙を押圧できる段差を有する高さに補助絶縁膜４ｃ、４ｄを形成する。また、補助絶縁膜を予め前記セラミック基板１上に形成しておき、その後に前記部分グレーズ層２を跨ぐように絶縁性保護膜４を形成してもよい。
図３に示すように、前記絶縁性保護膜４を前記部分グレーズ層２を跨ぐように形成した後、前記部分グレーズ層２の両側でプラテンローラが感熱紙を押圧できる段差を有する高さに補助絶縁膜４ｃ、４ｄを形成する。また、補助絶縁膜を予め前記セラミック基板１上に形成しておき、その後に前記部分グレーズ層２を跨ぐように絶縁性保護膜４を形成してもよい。
また、他の形成方法として、図４、図５に示すように、プラテンローラが部分グレーズ層の片側の絶縁性保護膜の平坦部を押圧するように、発熱抵抗体３上の絶縁性保護膜４ａよりもその段差ｔが低くなるように形成された平坦な絶縁性保護膜は、前記部分グレーズ層２に対して感熱紙の侵入側の絶縁性保護膜４ｅ、感熱紙の排出側の絶縁性保護膜４ｆとしていずれか一方にして実施することもできる。
また、他の実施例として図６に示すように、セラミック基板１の上面に部分グレーズ層２が前記セラミック基板１の長手方向に並行し前記セラミック基板１の短手方向において部分的に且つ直線状に形成され、その上に前記給電用電極、発熱抵抗体３、絶縁性保護膜４ｇを順次形成した時に、プラテンローラが接するような段差ｔを有するように絶縁性保護膜４の平坦部４ｇの厚さを設定する。
また、他の実施例として、図７に示すように、下層を前記段差を有する絶縁性保護膜４の上層を、例えば酸化ルテニウム、及び珪素やジルコニウムや鉛等の金属酸化物及びガラスを主材料とし、シート抵抗値が０．５Ｍ〜１０ＭΩ／□、好適に１ＭΩ／□のシート抵抗値を有する熱伝導性の高い導電性保護膜１１とした２層構造とする。
例えば、前記導性保護膜１１は、熱伝導率が９．６２８Ｗ／ｍＫの材料を用い、前記下層の絶縁性保護膜４は１．６１６Ｗ／ｍＫの材料を使用する。前記導電性保護膜１１は熱伝導率が高く熱伝達性に優れた構造となっているため、熱応答性が良く感熱紙に瞬時に熱を伝達すると同時に前記発熱抵抗体３の発熱分布を平均化に寄与するため前記導電性保護膜１１のストレスが抑制されることで、前記段差を設けたことによる効果に相乗して機械的な耐摩耗特性が向上する。
ここで図１に示す本発明の実施例において、実際に厚さ６５μｍの感熱紙をプラテンローラ１９．６Ｎ／サーマルヘッド（０．２７Ｎ／ｍｍ（印字幅長さ））で押圧した時のニップ幅（プラテンローラが感熱紙を介してサーマルヘッドに接触している短手方向の幅寸法）を表１に示す。
図１に示す実施例において、段差ｔの寸法が１５μｍの絶縁性保護膜の平坦部４ｂを有することで、ニップ幅が０．８３６ｍｍ／０．１９８ｍｍ＝４．２２となり、図８に示すような従来のサーマルヘッドと比較してニップ幅が全体として４．２２倍に拡大しているサーマルヘッドを実現できた。
その結果、単位長さ当たりのプラテンローラの押圧は逆に（１／４．２２）倍に減少し、このプラテンローラによる押圧の機械的なストレスが減少するため、前記部分グレーズ層２の上部に形成された前記絶縁性保護膜４ａの摩耗が抑制されることになる。
前記表１に示す数値は、サーマルヘッドの前記絶縁保護膜上にインクを塗布し、プラテンローラの押圧後、塗布したインクの取れた領域（幅方向の寸法）を測定した結果を示すものである。
その結果、単位長さ当たりのプラテンローラの押圧は逆に（１／４．２２）倍に減少し、このプラテンローラによる押圧の機械的なストレスが減少するため、前記部分グレーズ層２の上部に形成された前記絶縁性保護膜４ａの摩耗が抑制されることになる。
前記表１に示す数値は、サーマルヘッドの前記絶縁保護膜上にインクを塗布し、プラテンローラの押圧後、塗布したインクの取れた領域（幅方向の寸法）を測定した結果を示すものである。
１・・セラミック基板 ２・・部分グレーズ層 ３・・発熱抵抗体 ４・・絶縁性保護膜ｔ・・段差
Claims (4)
- 絶縁基板上の長手方向に設けた部分グレーズ層と、
前記部分グレーズ層上に設けられた発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体を含む表面全体を覆う絶縁性保護膜と、
前記発熱抵抗体上の絶縁性保護膜と前記部分グレーズ層の領域外の平坦な絶縁性保護膜とが段差を有するサーマルヘッドであって、
前記段差は、前記発熱抵抗体上の絶縁性保護膜が高く、且つ、感熱紙を押圧するプラテンローラが、前記発熱抵抗体上の絶縁性保護膜と前記部分グレーズ層の領域外の平坦な絶縁性保護膜の前記部分グレーズ層に近い側の表面において、前記感熱紙を押圧することで前記プラテンローラの押圧力を分散する寸法を有することを特徴とするサーマルヘッド。 - 絶縁基板上の長手方向に設けた部分グレーズ層と、
前記部分グレーズ層上に設けられた発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体を含む表面全体を覆う絶縁性保護膜と、
前記発熱抵抗体上の絶縁性保護膜と前記部分グレーズ層の領域外の平坦な絶縁性保護膜とが段差を有するサーマルヘッドであって、
前記段差は、前記発熱抵抗体上の絶縁性保護膜が１５μｍ高く、且つ、厚さ６５μｍの感熱紙を押圧するプラテンローラが、前記発熱抵抗体上の絶縁性保護膜と前記部分グレーズ層の領域外の平坦な絶縁性保護膜の前記部分グレーズ層に近い側の表面において、前記感熱紙を押圧することで前記プラテンローラの押圧力を分散することを特徴とするサーマルヘッド。 - 前記絶縁性保護膜は、ＰｂＯ−ＳｉＯ2−ＺｒＯ2系のガラス材でなることを特徴とする請求項１又は請求項２のサーマルヘッド。
- 請求項１、請求項２又は請求項３において、
前記絶縁性保護膜上に熱伝導率が９．６２８Ｗ／ｍＫの導電性保護膜を設けたことを特徴とするサーマルヘッド。
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