JP5026170B2

JP5026170B2 - サーマルプリントヘッド

Info

Publication number: JP5026170B2
Application number: JP2007176111A
Authority: JP
Inventors: 智法鈴木
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: JP2009012275A

Description

本発明は記録用紙などの記録媒体に印画するサーマルプリントヘッドに関する。

サーマルプリントヘッドは、絶縁基板に設けた発熱抵抗体を発熱させ、感熱紙や製版フィルム、印画紙、メディアなどに文字などを記録する画像記録デバイスとして使用され、また低騒音で、低ランニングコストなどの利点を有し、近年、ビデオプリンターやイメージャー、シールプリンターなどの出力用デバイスとしても広範囲に使用されている。

従来のサーマルプリントヘッドは、図７に示すように、セラミックなどで形成され表面にグレーズ層が設けられた絶縁基板１０１上に、複数の発熱素子１０２を構成する発熱抵抗体層が設けられ、発熱抵抗体層上に電極となる配線層１０３が設けられている。配線層１０３は所定長さの切欠きを有して間隙を形成し、その間隙部分の発熱抵抗体層が発熱素子１０２として機能する。各発熱素子１０２は基板の長辺１０４にそってライン状に並列されている。このラインが記録媒体に対して主走査方向ｄｍとなる。記録媒体はプラテンにより発熱素子に押圧されてライン１０５に垂直な方向に送られ走行する。この垂直な方向が副走査方向ｄｓになる。各発熱素子および配線層は副走査方向に平行に延長され、隣接する配線素子間に電気的絶縁を確保するための間隙１０６が形成される。

この発熱素子１０２上に、発熱素子を保護する絶縁保護層が形成されている。

カラー写真などを印画する場合、複数色層を順次、塗布したロール状の感熱インクシートを印画紙とともにサーマルプリントヘッドとプラテンローラ間に挟んで、各単色ごとにこの間を副走査方向に往復させて熱溶融または昇華により色を重ねてカラー画像とする。さらに最終的にカラー画像上に薄い透明層をオーバーコートして耐水性、耐久性とともに光沢度を向上させる。このオーバーコート層は各色インク層とともに予めインクシートに被着しておき、サーマルプリントヘッドの熱によってカラー画像層上に融着させる。

図７に示すように、サーマルプリントヘッドは多数の微小な発熱素子を主走査方向に間隙をあけて各離して配置して所要の解像度を得るものであるが、この様な配列の発熱素子で図８に示すように記録媒体１１０にオーバーコート層１１１を融着させると、表面に縞状の凹凸１１２が発生して光沢度を阻害する。

このような不都合を避けるためにオーバーコート層用の主走査方向に延びる単一ヒータを別体で配置することが提案されているが、プリンタの機構が複雑になり、大型化する。

また、各発熱素子自体を副走査方向に対して傾けることが提案されている（特許文献１参照）。この構造によれば、隣接する発熱素子の一部が相互に副走査方向で重なり、発熱領域がつながるので、この構造を用いてオーバーコート層を塗布すれば、コート層の凹凸の形成が緩和される。しかし、主走査方向の印字ドットの解像度が低下する。

本発明は、上記した欠点を解決するもので、単一のヘッド構造で、十分な印字性能とオーバーコート層の光沢度を確保することができるサーマルプリントヘッドを提供することを目的とする。
特開平５−７７４６７号公報

本発明にかかるサーマルプリントヘッドは、記録媒体の走行方向を副走査方向とし、この方向に垂直な方向を主走査方向として前記記録媒体に熱印刷するサーマルプリントヘッドであって、前記サーマルプリントヘッドは、発熱体基板を備え、この発熱体基板は、突条部を形成したグレーズ層を有する絶縁基板と、このグレーズ層の突条部上に相互に間隙をあけて主走査方向にライン状に配列した複数の発熱素子と、前記各発熱素子の前記副走査方向の長さをきめこの発熱素子の両端部から副走査方向に平行に相互に反対方向に延び前記記録媒体の走行方向に対して前側の前段配線層と前記走行方向の後側の後段配線層と、前記発熱素子、前段配線層および後段配線層を覆う絶縁保護層とを具備し、前記後段配線層上の前記絶縁保護層が前記グレーズ層の突条部上で堤状に突出して形成され前記後段配線層は前記副走査方向から前記絶縁基板面上で斜めに曲がって延長されていることを特徴としている。

本発明の構成により、単一構造で、印字、印画の精度を損なうことなく、オーバーコート層の光沢度を向上させることができるサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタが容易に得られる。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図４を参照して説明するが、本実施形態において、発熱体基板上の後段配線層を副走査方向ｄｓに対して斜め方向に延在させる。図１は本実施形態のサーマルプリントヘッド１０を示しており、アルミニウムなどの良導電性金属で形成された長尺の放熱板１１面に、発熱体基板１２と、回路基板１３が載置される。発熱体基板１２は、アルミナなどのセラミックでできた長尺の方形絶縁基板２１上に複数の微小な発熱素子２２を長尺の基板の長辺に沿ってライン状に配列しており、このライン２３が記録媒体に対して主走査方向ｄｍになる。回路基板１３は発熱素子２２に電流を印加して駆動する駆動回路として駆動ＩＣ２４を備え、回路基板１３に取付けたコネクタ２５により電源、信号源と接続される。

図２に示すように、サーマルプリンタの支持台５０に装着されたサーマルプリントヘッド１０は、プラテンローラ５１に対して相対的に移動し、プラテンローラ５１との間に、印刷する媒体５２とインクシート５３を、インクシートのインク面が媒体に対向するようにして、かつインクシートが発熱体基板に接触できるように配置する。プラテンローラはゴムなどの弾性円筒体でなり、記録媒体５２とインクシート５３の積層体５４をサーマルプリントヘッドの発熱素子のライン２３に押圧する。押圧状態でプラテンローラを回転して積層体５４を矢印方向ｄｓに移送する。ｄｓが副走査方向になる。

プラテンローラの押圧により、積層体５４がサーマルプリントヘッド１０に挟まれて接触する領域をニップ領域といい、この副走査方向の幅ｌｎは１００μｍから５００μｍであり、発熱素子２２の副走査方向の長さよりも大きい。

インクシートは、赤、青、黄、黒の４色のインク面とオーバーコート層を一組として、複数組を形成してロール上としたもので、１回の印刷を完了するために、各インクの熱印刷と合わせてオーバーコート層が熱転写される。

図３および図４に示すように、発熱体基板１２は、例えばアルミナセラミックなどの長尺の方形の絶縁基板２１上に、蓄熱層および平滑層として機能するガラスのグレーズ層２６を用いている。グレーズ層２６は蓄熱領域となる突条部２７を有し、絶縁基板２１の一方の長辺２１ａに沿ってライン状に配置している。ライン２３の方向が記録媒体の主走査方向ｄｍになる。すなわち絶縁基板２１上にサーメットなどの発熱抵抗体層２８を形成し、発熱抵抗体層２８上に配線層３０（３１，３２）を設けており、配線層３０は発熱抵抗体層により構成される発熱素子２２の電極になる。配線層３０は一対の発熱素子２２ａ，２２ｂを１ビットの素子として構成するために折返して接続する折返し配線３１と、電極パッドに接続される引出し配線３２とからなる。このように形成された微小な発熱素子は、突状部２７上に記録媒体に対して主走査方向ｄｍになるようにライン状に配列される。発熱素子２２は配線層３０の切り欠け部により形成され、切り欠け部の間隙が発熱部として機能する。

記録用紙などの記録媒体５２は、図２のように、インクシート５３のインク面と合わせられ、インクシート５３をサーマルプリントヘッド１０の発熱素子２２側に押圧接触するようにしてプラテンローラ５１により移送される。移送方向は主走査方向ｄｍに垂直な副走査方向ｄｓであり、記録媒体５２が発熱素子２２に対して入口となる側にある引出し配線を前段（リーディング）配線層３２、出口側となる折返し配線を後段（トレーリング）配線層３１と称する。

本実施形態において、各発熱素子パターンはほぼ長方形になっており長辺が副走査方向ｄｓに平行に配列される。また、発熱素子近傍の配線層３１，３２も副走査方向に対して平行になっている。例えばＡ４版用の３００ｄｐｉのサーマルヘッドでは５１２０個の発熱素子が配列され、素子ピッチは４２．２５μｍ、素子幅３０μｍ、素子長さ１６０μｍである。

１つの折返し配線層３１_１は隣り合う２個の発熱素子２２ａ_１，２２ｂ_１を１ドットとして形成するために、一対の発熱素子を相互に接続しており、これに隣接するドットを形成する隣接する一対の発熱素子２２ａ_２，２２ｂ_２の折返し配線層３１_２との間で電気的に絶縁するために間隙３３を形成して配置されている。各折返し配線層は副走査方向ｄｓに対して斜めに傾いて延在配置され、第１のドットの折返し配線層３１_１と第２のドットの折返し配線層３１_２とが対向する間隙３３において、第１のドットの折返し配線層３１_１の側縁３４が隣接する第２のドットの発熱素子２２ａ_２の側縁２２ａ_２１の副走査方向の延長線ｄｓａと交差位置ｐで交差する。後段配線層の側縁３４と副走査方向延長線ｄｓａとの交差角度αは間隙幅をＣとすると、
α＝ｔａｎ^−１｛（ｌｎ／２−ａ）／Ｃ｝以上とするのが好ましい。

後段配線層３１は、発熱素子の端部３７から一定長だけ副走査方向に延びる直線領域３１ａと、この直線領域から折り曲げられる傾斜領域３１ｂを有している。

発熱素子の長さをＬ、発熱素子の中央部（ライン）２３から折り曲げ開始位置３８までの副走査方向の長さａとすると、
ａ＝（Ｌ／２）＋５μｍ以上とするのが好ましい。

交差位置ｐは、プラテンとサーマルプリントヘッドが記録媒体を挟む挟み代であるニップ領域の副走査方向幅ｌｎ内とすることが好ましい。発熱素子の中央部２３から後段配線層３１の交差位置ｐまでの距離ｂはニップの幅ｌｎに対して
ａ＜ｂ＜（ｌｎ／２）
とするのが好ましい。

上記した発熱素子および配線層パターンにおいて、さらにこの発熱素子２２上とその近傍の配線層３０上に、Ｓｉ−Ｏ−Ｎを主成分とする絶縁保護層４０が形成されている。この絶縁保護層４０は、硬質で緻密な絶縁体材料である。

グレーズ層の突条部２７は高さ４０μｍ程度のかまぼこ状であり、この上に例えば０．０５μｍ厚のサーメットの発熱抵抗体層２８と例えば０．５μｍ厚のアルミニウムの配線層３０（３１，３２）がパターン形成される。これにより、配線層間の間隙３４にグレーズ層が露出する。上記の発熱素子、配線層および露出したグレーズ層表面を被覆する絶縁保護層４０の厚みは例えば４μｍである。絶縁保護層の表面は下地の凹凸の影響をそのまま受けるので、配線層上の絶縁保護層は、グレーズ層の突状部２７上で最大高さ約０．５μｍの堤状に突出した凹凸面になる。

図２に示すように、記録媒体５２はプラテンローラ５１によりサーマルプリントヘッドにニップ幅ｌｎにわたって押圧される。カラー印画の場合は、インクシートに例えば赤、青、黄、黒の順にインク面が形成され、最後にＰＥＴなどの有機樹脂のオーバーコート層面が形成されているものを使用する。したがって、熱印刷プロセス中、記録媒体が各色ごとに繰り返してサーマルプリントヘッド上を副走査方向ｄｓに走行する。各色のドットを印刷後の最終段階でオーバーコート層を熱転写する。このオーバーコートは、サーマルプリントヘッドの全発熱素子に電流が供給されて前段配線層側から供給されたオーバーコート層を加熱軟化させ記録媒体面に融着させる。融着状態は図８に示すような副走査方向にすじ縞のある凹凸コートになるが、この凹凸面を副走査方向に対して斜め方向に延在配置した後段配線層側で平滑化する。すなわち発熱素子で発生した熱の一部は後段配線層に伝わり、後段配線が温度上昇する一方で、軟化した状態のオーバーコート層が固化するまでにニップ領域内で後段配線層上を接触しながら通過する。このとき隣接する配線層間の間隙で生じるオーバーコート層の凸部分１１２が後段配線層の側縁で均されて凹凸が軽減され、軽減された後に固化する。これにより、凹凸コートの程度は従来の１／２以下になる。

以上のように、第１のドットを形成する発熱素子の後段配線層３１_１の側縁３４と、対向する第２のドットを形成する発熱素子２２ａ_２の側縁２２ａ_２１の副走査方向の延長線ｄｓａとの交差位置ｐをオーバーコート層が軟化状態で通過する位置内に形成すると、副走査線の延長線上で間隙がなくなるので、均し効果が大きくなる。もっとも間隙が残るようにしてもよく、オーバーコートの凹凸面の粗さを減らすことができる。もちろん上記した後段配線層３１_１と３１_２の説明は、全後段配線層に適用されるものであり、コート面全面に光沢度の高い均一なオーバーコート層を形成することができるものである。

また、上記のような交差位置ｐの設定は、オーバーコート層を絶縁保護層が削って生じるかすが再付着したり、新たに引っかき傷をつくるのを排除するのに有効である。

かすは、後段配線層の側縁にそって間隙内をガイドされて排出されオーバーコート面に影響を与えることがない。

また、同じドット内の一対の発熱素子間の間隙でできるオーバーコート層の凹凸は折返し配線層の中央の十分に加熱された橋絡部分で均すことができる。

以上の実施形態では、後段配線層の側縁を直線状に折り曲げ形成したが、図５に示すように、折り曲げ部３６_１や橋絡部３６_２を円弧などの他の曲線形状に湾曲させることができる。また、傾斜領域の側縁３４ａを湾曲させることもできる。

さらに、後段配線層を折返し構造で説明したが、図６に示すように、共通電極３９の配線構造でも後段配線層３９_１に同様に適用することができる。なお、図１乃至図４と同符号の部分は同様部分を示す。

また、本実施形態でグレーズ層の突条部に発熱素子を形成したが、絶縁基板のエッジや側辺に発熱素子を設ける構造にも適用することができるものである。

なお、上述した実施形態は本発明を限定するものでなく、絶縁保護層上に耐磨耗導電膜を積層した構造や例えば基板、発熱抵抗体、配線層ほかの構造、材料など、適宜選択できるものであることは言うまでもない。

本発明の一実施形態を説明する斜視図である。本発明の一実施形態をサーマルプリンタに適用して示す略図である。本発明の一実施形態の発熱体基板を説明する一部略平面図である。本発明の一実施形態の発熱体基板を説明する一部略断面図である。本発明の他の実施形態を説明する一部略平面図である。本発明の他の実施形態を説明する一部略平面図である。従来の発熱体基板の一部略平面図である。オーバーコート層を説明する略断面図である。

符号の説明

１０…サーマルプリントヘッド、１１…放熱板、１２…発熱体基板、１３…回路基板、２１…絶縁基板、２２…発熱素子、２３…ライン、２４…駆動ＩＣ、３０…配線層、３１…後段配線層、３２…前段配線層、３３…間隙、３４…側縁、３８…折り曲げ開始位置、４０…絶縁保護層、５１…プラテンローラ、p…交差位置、ｄｍ…主走査方向、ｄｓ…副走査方向、ｌｎ…ニップ領域幅

Claims

記録媒体の走行方向を副走査方向とし、この方向に垂直な方向を主走査方向として前記記録媒体に熱印刷するサーマルプリントヘッドであって、
前記サーマルプリントヘッドは、発熱体基板を備え、この発熱体基板は、突条部を形成したグレーズ層を有する絶縁基板と、このグレーズ層の突条部上に相互に間隙をあけて主走査方向にライン状に配列した複数の発熱素子と、前記各発熱素子の前記副走査方向の長さをきめこの発熱素子の両端部から副走査方向に平行に相互に反対方向に延び前記記録媒体の走行方向に対して前側の前段配線層と前記走行方向の後側の後段配線層と、前記発熱素子、前段配線層および後段配線層を覆う絶縁保護層とを具備し、前記後段配線層上の前記絶縁保護層が前記グレーズ層の突条部上で堤状に突出して形成され前記後段配線層は前記副走査方向から前記絶縁基板面上で斜めに曲がって延長されていることを特徴とするサーマルプリントヘッド。
前記後段配線層は前記発熱素子との端部から前記発熱素子に沿って副走査方向に所定長さで延びる平行部とこの平行部に連続して折り曲げられる折り曲げ部を有することを特徴とする請求項１記載のサーマルプリントヘッド。
第１の前記発熱素子の後段配線層の一方の側縁は、隣接する第２の前記発熱素子の副走査方向の延長線と交差する交差部を有するようにされた請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド。