JP5127384B2 - サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、ファクシミリ、バーコードプリンタ、ビデオプリンタあるいはデジタルフォトプリンタなどの画像記録デバイスとして用いられるサーマルヘッド、およびそれを備えたサーマルプリンタに関する。

図１４は、従来のサーマルヘッドの一例の概略平面図である。図１４に示したように、サーマルヘッド９は、基板９０の上面に、複数の発熱部９１を列状に並べた構成を有している。発熱部９１は、第１および第２導体層９２，９３によって印加される電圧によりジュール熱を発生するものである。発熱部９１、第１および第２導体層９２，９３は、図示しない保護層により被覆されている。

このようなサーマルヘッド９では、外部の搬送機構によって記録媒体を発熱部９１に接触させた状態で搬送しつつ、記録信号に応じて各発熱部９１を個別に発熱させることにより記録媒体への画像記録が行われる。サーマルヘッド９では、各発熱部毎に個別に記録媒体を加熱できるよう、隣接して並んだ各発熱部９１間は離間している。また、各発熱部９１を個別に発熱させるために、隣接する第１導体層の間および第２導体層の間も離間している。

サーマルヘッド９を用いて画像記録を行う際、発熱部９１を発熱させると、記録可能となる程度に発熱部９１の温度は上昇する。また、発熱部９１で生じたジュール熱は、第１導体層９２および第２導体層９３に伝わって、第１導体層９２および第２導体層９３の温度も上昇する。発熱部９１や各導体層９２，９３の熱は発熱部９１の近傍部分に伝わり、発熱部９２や各導体層の近傍部分の温度も上昇する。このように、熱エネルギーは周囲に分散するものだが、画像記録の最中、隣接する発熱部９１の間隙や各導体層の間隙領域は、発熱部９１や各導体層に比べて低い温度となる。このため、画像記録の最中、発熱部９１および上記近傍部分に接触しつつ搬送される記録媒体には、発熱部９１や各導体層と各間隙領域との温度の違いに応じた温度分布が生じていた。かかる温度分布は、感熱紙やインクフィルムなどの搬送速度の分布（搬送ムラ）や皺の発生につながる。従来のサーマルヘッドでは、かかる搬送速度の分布や皺に起因して、画像の歪み等の画質の劣化や、サーマルプリンタの動作エラーなどが発生していた。

下記特許文献１には、特にインクリボン等の熱転写フィルムに発生する皺の程度を低減することを目的としたサーマルプリントヘッドが記載されている。下記特許文献１記載のサーマルヘッドでは、図１５に示すように、複数の発熱抵抗部９１よりも記録媒体の搬送方向（図１５中のＤ１´方向。以降、副走査方向とする。）の下流側に、副走査方向に延びた凸状部が主走査方向に間隔を隔てて並んだ凹凸面部９５を設けている。下記特許文献１では、上記インクリボンの一部分を上記凹凸面部９５に対して押し付けるように搬送することで、上記インクリボンを上記凹凸面部９５の各凸状部の長手方向にガイドしようとする摩擦力を発生させている。下記特許文献１には、この摩擦力によって、インクリボンに主走査方向の皺を発生し難くすることができ、その結果、インクリボンの皺に起因する記録紙への印刷不良が発生する虞れが減少すると記載されている。
特開２００５−２０５８２２号公報

しかし、感熱紙やインクフィルムなどの搬送速度の分布（搬送ムラ）や皺の発生は、温度分布にも起因しており、特許文献１のように、インクリボンをガイドしようとする摩擦力を発生させるだけでは、インクリボンに生じる皺を十分に抑制することはできなかった。そこで、本発明は、記録媒体の搬送ムラや皺を好適に予防し、画像歪みや欠陥を防止することができるサーマルヘッドを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、基板上に特定方向に沿って並んで配置された複数の発熱部と、前記発熱部それぞれに電力を供給する、前記特定方向に沿って並んだ電極とを備えて構成され、前記発熱部上に記録媒体を搬送しながら前記発熱部の熱を前記記録媒体に伝導させて、前記記録媒体に画像を記録するサーマルヘッドであって、前記記録媒体の搬送方向の下流側における前記基板上に、隣り合う前記電極の間隙に対応して分列された状態で配置された複数の補助層を備え、該補助層は、それぞれ、前記電極の間隙に少なくとも一部が配置されており、前記間隙に位置する前記一部以外の部分が、前記電極に対し、前記搬送方向の下流側に突出していることを特徴とするサーマルヘッドを提供する。

なお、前記補助層の突出部分には、前記特定方向に張り出した張出部が設けられていてもよい。

本発明のサーマルヘッドでは、前記補助層が、前記発熱部に対して前記搬送方向のより上流に対応する側に配置されていてもよい。さらに、前記補助層が、前記発熱部に対して前記搬送方向の下流に対応する側、および、前記発熱部に対して前記搬送方向の上流に対応する側の双方に配置されていることも、また好ましい。

また、本発明のサーマルヘッドでは、さらに、前記基板上に設けられた蓄熱部を備え、前記蓄熱部は、前記基板の主面から突出した突状部分を有し、前記補助層は、前記突状部分に対応する領域に配置されていてもよい。

本発明は、また、記録媒体に、記録情報に応じた画像を記録するサーマルプリンタであって、上述の各サーマルヘッドと、前記記録媒体を搬送する搬送機構と、前記サーマルヘッドの前記電極に、前記記録情報に応じた電圧信号を供給する駆動手段と、を備えて構成されていることを特徴とするサーマルプリンタを、併せて提供する。

なお、前記記録媒体は、熱転写フィルムと被記録体とで構成され、前記搬送機構は、前記熱転写フィルムを、前記サーマルヘッドの少なくとも前記発熱部および前記伝熱層と接触させつつ、前記記録媒体を搬送してもよい。

本願発明によれば、特定方向に沿って並んだ複数の発熱部を備えるサーマルヘッドにおいて、隣り合う電極の間隙に補助層を備えることで、電極の間隙領域それぞれにも、発熱部の発熱による熱エネルギーが良好に伝わる。このため、本発明によれば、電極の間隙領域の温度が比較的小さくなることを防止することができ、サーマルヘッド表面の、特定方向に沿った温度分布を低減することができる。加えて、このような補助層が設けられているので、電極の表面と、電極の間隙領域の表面が、基板に対してほぼ同じ高さになっている。すなわち、本発明によれば、記録媒体との接触領域における、サーマルヘッド表面の凹凸を低減することができる。このように、本発明によれば、サーマルヘッド表面の記録媒体との接触領域における、特定方向に沿った温度分布および形状分布の双方を、比較的低く抑えておくことができる。このため、本願発明によれば、記録媒体との接触領域における、温度分布および形状分布に起因した皺の発生を防止することができる。

図１に示したサーマルプリンタ１は、サーマルヘッド２、搬送機構３０，３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂおよび駆動手段４を備えたものである。このサーマルプリンタ１は、搬送機構３０，３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂによって、感熱紙や被記録部材（例えば、後述する熱転写フィルムと紙等からなる）などの記録媒体５を、サーマルヘッド２に接触させた状態で図中の矢印Ｄ１方向に搬送させる。以降、サーマルヘッド２における搬送方向Ｄ１に対応する方向を、副走査方向とする。サーマルヘッド２上の記録媒体５との接触領域Ｅ１（図８等を参照）には、複数の発熱部２３が設けられており、画像信号に応じて各発熱部２３を個別に発熱させることにより記録媒体５への画像記録が可能とされている。サーマルヘッド２において、複数の発熱部２３は副走査方向に直行する特定方向（図中のＤ２−Ｄ３方向）に沿って並んで配置されている。以降、この特定方向（図中のＤ２−Ｄ３方向）を、主走査方向とする。サーマルヘッド２は、ファクシミリ、バーコードプリンタ、ビデオプリンタあるいはデジタルフォトプリンタなどの画像記録デバイスとして用いられるものである。

図２ないし図６に示したように、このサーマルヘッド２は、基板２０、グレーズ層２１、耐エッチング層２２、複数の発熱部２３と、複数の第１導体層２４および複数の第２導体層２５とからなる電極と、保護層２６および駆動ＩＣ２７、および補助層２８（下流側補助層２８Ａ、上流側補助層２８Ｂ）、ダミー電極層２９を備えている。なお、図５は、図４に示すＡ−Ａ´線で切断した際の、サーマルヘッド２の側断面図である。

基板２０は、各要素２１〜２７の支持母材として機能するものである。この基板２０は、アルミナセラミックスなどの電気絶縁性材料によって長矩形状に形成されている。このようなアルミナセラミックス製の基板２０は、たとえば熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされる。

グレーズ層２１は、発熱部２３において発熱したジュール熱の一部を蓄積し、サーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用を有するものである。すなわち、グレーズ層２１は、発熱部２３の温度を、画像記録に必要な所定の温度まで短時間で上昇させる蓄熱層として作用するものである。このグレーズ層２１は、たとえばガラスにより基板２０の長手方向Ｄ２−Ｄ３に延びる帯状に形成されているとともに、曲率半径１ｍｍ〜４ｍｍ、頂点高さが２０μｍ〜１６０μｍの断面円弧状に形成されている。このようなガラス製のグレーズ層２１は、たとえば熱伝導率が０．９９／ｍ・Ｋ程度とされる。グレーズ層２１は、例えば樹脂により形成してもよい。

なお、グレーズ層２１は、図５に示すように、基板表面に部分的に凸状に形成されていてもよく、また図７（ａ）に示したようにグレーズ層２１′のように一様な厚みを有する全面グレーズとして、あるいは図７（ｂ）に示したグレーズ層２１″ように全面グレーズ２１Ａ″上に部分グレーズ２１Ｂ″を形成した形態であってもよい。

耐エッチング層２２は、発熱部２３や第１および第２導体層２４，２５Ａ，２５Ｂをエッチングによりパターン形成するときにグレーズ層２１を保護するためのものである。この耐エッチング層２２は、たとえば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）やサイアロン（Ｓｉ・Ａｌ・Ｏ・Ｎ）などのＳｉ−Ｎ系やＳｉ−Ｎ−Ｏ系の無機材料により形成されている。

複数の発熱部２３は、記録媒体に対して熱エネルギを付与するために発熱させられる部分であり、たとえばＴａＮ、ＴａＳｉＯあるいはＴｉＳｉＯなどの電気抵抗材料によりに形成されている。発熱部２３は、第１および第２導体層２４，２５を利用した電圧の印加よりジュール発熱を起こし、記録媒体５に画像を形成するのに必要な所定の温度、たとえば２００℃〜３５０℃の温度に発熱させられる。

これらの発熱部２３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グレーズ層２１上にパターンに形成することより、たとえば厚みが０．０１μｍ〜０．５μｍとしてグレーズ層２１上に列状に並ぶように形成されている。

複数の第１および第２導体層２４，２５は、発熱部２３に電圧を印加するために利用されるものであり、たとえばアルミニウムあるいはアルミニウム合金により、厚みが０．５μｍ〜２．０μｍに形成されている。これらの導体層２４，２５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、以下に説明するパターンに形成されている。

各第１導体層２４は、各々が少なくとも２つの発熱部とを接続する連結部を構成する。このような第１導体層２４は、グレーズ層２１上に形成された接続部２４Ａおよび折り返し部２４Ｂを有している。接続部２４Ａは、発熱部２３と接触する部分であり、発熱部２３と同程度の主走査方向長さを有している。折り返し部２４Ｂは、隣接する発熱部２３を繋ぐ部分であり、コの字状に形成されている。この折り返し部２４Ｂは、接続部２４Ａにおける主走査方向の中央部分から副走査方向に直線状に延出する部分２４Ｂａを有している。この部分は、副走査方向の長さが主走査方向の長さよりも小さくされており、当該部分２４Ｂａは、低熱伝導部を構成している。

複数の第２導体層２５は、入力用導体層２５Ａおよびグランド用導体層２５Ｂを含んでいる。入力用導体層２５Ａは、グレーズ層２１上に形成された接続部２５Ａａおよび低熱伝導部２５Ａｂを有している。グランド用導体層２５Ｂは、グレーズ層２１上に形成された接続部２５Ｂａおよび低熱伝導部２５Ｂｂを有している。接続部２５Ａａ，２５Ｂａは、発熱部２３と接触する部分であり、発熱部２３と同程度の主走査方向長さを有している。低熱伝導部２５Ａｂ，２５Ｂｂは、接続部２４Ａａ，２５Ｂａにおける、主走査方向の中央部分から延出しており、副走査方向の長さが接続部２５Ａａ，２５Ｂａ（発熱部２３）の主走査方向の長さよりも小さくされている。

サーマルヘッド２では、第１導体層２４および第２導体層２５から発熱部２３に電圧を印可し、発熱部２３にジュール熱を発生させる。この際、発熱部２３において発生したジュール熱の一部は、第１および第２導体層２４，２５に伝達される。サーマルヘッド２では、第１および第２導体層２４，２５に低熱伝導部２４Ｂａ，２５Ａｂ，２５Ｂｂが形成されている。低熱伝導部２４Ｂａ，２５Ａｂ，２５Ｂｂは、接続部２４Ａ，２５Ａａ，２５Ｂａ（発熱部２３）よりも主走査方向の長さが小さくされている。そのため、サーマルヘッド２では、発熱部２３において発生したジュール熱が第１および第２導体層２４，２５Ａ，２５Ｂに伝達するのを抑制できる。

サーマルヘッド２ではさらに、第１導体層２４が折り返し部２４Ｂを有しており、この折り返し部２４Ｂによって第１導体層２４への伝熱、第１導体層２４での放熱を抑制することが可能となる。すなわち、第１導体層２４は、たとえば折り返し部２４Ｂによって隣接する発熱部２３相互を接続するものとされる。この場合、折り返し部２４Ｂには、隣接する２つの発熱部２３からの熱が伝達されることとなる。１つの発熱部２３から伝達される場合には、第１導体層２４において熱の流れが生じやすいが、折り返し部２４Ｂの両端部（接続部２４Ａ）のそれぞれにおいて、２方向から熱が伝達される場合には、熱の流れが生じにくくなる。その結果、隣接する発熱部２３を繋ぐ折り返し部２４Ｂを有する構成では、第１導体層２４への伝熱、第１導体層２４での放熱を抑制することが可能となる。

このように、サーマルヘッド２ひいては後述のサーマルプリンタ１では、第１および第２導体層２４，２５に低熱伝導部２４Ｂａ，２５Ａｂ，２５Ｂｂを形成し、また折り返し部２４Ｂを有するものとすることにより、第１および第２導体層２４，２５Ａ，２５Ｂにおける放熱を抑制し、発熱部２３において発生したジュール熱を発熱部２３において有効に利用できる。このため、発熱部２３を所望の温度に発熱させるのに必要な電力を少なくすることが可能となる。とくに、第１および第２導体層２４，２５がアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成され、第１および第２導体層２４，２５における熱伝導性が高くなり得る場合には、低熱伝導部２４Ｂａ，２５Ａｂ，２５Ｂｂを形成し、折り返し部２４Ｂを有するものとすることによる第１および第２導体２４，２５Ａ，２５Ｂ層における放熱の抑制、必要電力の低減効果は大きなものとなる。また、必要電力を低減することができれば、ランニングコストを抑制することも可能となる。本発明のサーマルヘッドにおいて、低熱伝導部の形態は、図３および図４に示す形態に特に限定されない。

なお、本発明のサーマルヘッドでは、電極の連結部の形状は、特に限定されない。例えば、本発明のサーマルヘッドにおいて、必ずしも導電層が低熱伝導部を備えている必要はなく、また、本発明のサーマルヘッドでは、複数の第１導体層を連結する部分が、コの字型の折返し形状（折返し部）であることに限定されない。

図５に示したように、保護層２６は、発熱部２３、第１および第２導体層２４，２５を保護するためのものである。より具体的には、保護層２６は、発熱部２３、第１および第２導体層２４，２５が大気と接触するのを防止して大気中の水分などにより腐食するのを防止し、それらの要素２３，２４，２５を外力から保護し、あるいはそれらの要素２３，２４，２５が短絡するのを防止するためのものである。この保護層２６は、耐エッチング層２２と同種の材料、たとえば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）やサイアロン（Ｓｉ・Ａｌ・Ｏ・Ｎ）などのＳｉ−Ｎ系やＳｉ−Ｎ−Ｏ系の無機材料により形成されている。

本実施形態のサーマルヘッド２では、補助層２８として、下流側補助層２８Ａおよび上流側補助層２８Ｂが設けられている。下流側補助層２８Ａは、記録媒体５との接触領域Ｅ１の、発熱部２３よりも搬送方向のより下流側の部分領域に、主走査方向に沿ってそれぞれ離間した状態で複数配列されている。より詳しくは、下流側補助層２８Ａは、搬送方向のより下流側の、隣り合う第１導体層２４の間隙領域４２にそれぞれ配置されている。一方、上流側補助層２８Ｂは、記録媒体５との接触領域Ｅ１の、発熱部２３よりも搬送方向のより上流側の部分領域に、主走査方向に沿ってそれぞれ離間した状態で複数配列されている。より詳しくは、上流側補助層２８Ｂは、搬送方向のより上流側の、隣り合う第２導体層２５の間隙領域４４にそれぞれ配置されている。なお、ここで接触領域Ｅ１とは、サーマルヘッド２が備えられて構成されたサーマルプリンタ１を用いた画像記録動作の最中、記録媒体５とサーマルヘッド２とが接触する部分に対応する領域である（後述の図８参照）。本実施形態のサーマルヘッド２では、保護層２４が最表面層となっており、記録媒体５と保護層２４とが接触する。本発明における接触領域とは、最表面層のみでなく、基板上に設けられた各層を含んだ部分を表している。

下流側補助層２８Ａは、接触領域Ｅ１の、発熱部２３よりも下流側の温度を主走査方向に沿って均一化し、接触領域Ｅ１において記録媒体に温度分布が生じることを抑制する。下流側補助層２８Ａは、さらに、接触領域Ｅ１の、発熱部２３よりも上流側の凹凸の程度
を、比較的低いレベルに抑制する。下流側補助層２８Ａは、また、記録媒体５における加熱部分（発熱部２３によって加熱された部分）と搬送方向の下流側で接触して、加熱によって生じた若干の皺を平坦化する。上流側補助層２８Ｂは、接触領域Ｅ１の、発熱部２３よりも上流側の温度を主走査方向に沿って均一化し、接触領域Ｅ１において記録媒体に温度分布が生じることを抑制する。さらに、上流側補助層２８Ｂが設けられているので、接触領域Ｅ１の、発熱部２３よりも上流側の凹凸の程度を、比較的低いレベルに抑制している。補助層２８（下流側補助層２８Ａおよび上流側補助層２８Ｂ）の作用および効果については、後に詳述する。

本発明では、各補助層は、隣り合う電極の間隙に対応する位置に、それぞれ少なくとも一部が配置されていればよく、この限りにおいて、伝熱補助層の配置位置に関しては限定されない。ただし、グレーズ層が突状部分を有する場合など、記録媒体の皺をより確実に防止するには、この突状部分に対応する対応領域Ｅ２（図４、図５など参照）に伝熱補助層が設けられていることが好ましい。この点についても、後に詳述する。

なお、サーマルヘッド２では、各補助層２８（下流側補助層２８Ａおよび上流側補助層２８Ｂ）は、画像記録中に記録媒体５と接触する表面が平坦となっている。ここで平坦とは、補助層２８の厚さの変動（最も厚い部分と最も薄い部分との差）が１．０μｍ以下であることをいう。なお、本発明のサーマルヘッドにおいて、補助層２８の厚さの変動（最も厚い部分と最も薄い部分との差）は、０．１μｍ以下であることが好ましい。なお、補助層２８の厚さとは、補助層２８の１つ下層の表面（本実施形態では、発熱抵抗体層）に垂直な垂線に沿った補助層２８の長さであり、より具体的には、上記垂線と上記下層の表面との交点と、上記垂線と補助層２８の表面との交点との間隔のことをいう。補助層２８の表面が平坦であることで、保護層２６の凸形状部の表面も、十分に平坦なものとなる。本発明において、伝熱層の起伏の大きさは、上記範囲に特に限定されない。ただし、記録媒体に発生する皺をより確実に防止する点で、伝熱層の起伏の大きさは上記範囲にあることが好ましく、起伏はなるべく小さいことが好ましい。

本実施形態の補助層２８は、第１および第２導体層２４、２５の形成時に、第１および第２導体層２４とともにパターニングされて形成されている。すなわち、本実施形態の補助層２８は、第１および第２導体層２４、２５と同じ材料、例えばアルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成されており、良好な熱伝導性を有する。本発明の補助層は、第１および第２導体層と同時に形成されることに限定されず、また、第１および第２導体層と同じ材料で構成されていることに限定されない。この点については、後に詳述する。

ダミー電極２９は、補助層２８よりも記録媒体の搬送方向の下流側に設けられている。ダミー電極２９は、主に、基板エッジのチッピングを防止することに寄与する。ここで、チッピングとは、基板エッジ部分で生じる膜剥がれ現象を総称して指し、主に基板エッジからの保護膜の剥がれのことをいう。すなわち、ダミー電極２９は、保護層２６とその下地層（例えば図７の場合、抵抗体層２３）との間に設けられ、保護層２６と下地層との密着強度を補強することに寄与する。なお、上記チッピングは、サーマルヘッドの製造工程中、例えばダイシングなどによって複数のサーマルヘッドを切り分ける最中において多発するが、ダミー電極２９は、このダイシング工程において発生するチッピングを防止する効果も奏する。

本実施形態のダミー電極２９は、第１および第２導体層２４、２５の形成時に、第１および第２導体層２４、２５とともにパターニングされて形成されている。すなわち、本実施形態のダミー電極２９も、第１および第２導体層２４、２５と同じ材料、例えばアルミニウムあるいはアルミニウム合金で構成されており、良好な熱伝導性を有する。ダミー電極２９は、主走査方向に沿って延びた長方形状をなしており、サーマルヘッド２における主走査方向に沿った温度分布を低減することに、少なからず寄与する。ダミー電極２９の材質および形成方法については、特に限定はされない。

駆動ＩＣ２７は、外部より入力される画像記録信号に基づいて発熱部２３を選択的にジュール発熱させるためのものである。すなわち、駆動ＩＣ２７は、画像記録信号に基づいて第１および第２導体層２４，２５Ａ，２５Ｂを介して発熱部２３に印加される電圧のオン・オフを制御するものである。駆動ＩＣ２７は、図面上省略されているが、半田やボンディングワイヤを介して第２導体層２５Ａ，２５Ｂに導通接続されている。

図１に示した搬送機構３０，３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、記録媒体５をＤ１方向に搬送し、記録媒体５をサーマルヘッド２の発熱部２３に接触させるためのものである。この搬送機構３は、プラテンローラ３０、搬送ローラ３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂを含んでいる。

プラテンローラ３０は、記録媒体５を発熱部２３に押し付けるためのものであり、発熱部２３に接触した状態で回転可能に支持されている。このプラテンローラ３０は、円柱状の基体の外表面を弾性部材により被覆した構成を有している。基体は、たとえばステンレスなどの金属により形成されており、弾性部材は、たとえば厚みが３ｍｍ〜１５ｍｍのブタジエンゴムにより形成されている。

搬送ローラ３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、記録媒体５を所定の経路に沿って搬送するためのものである。すなわち、搬送ローラ３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、サーマルヘッド２の発熱部２３とプラテンローラ３０との間に記録媒体５を供給するとともに、サーマルヘッド２の発熱部２３とプラテンローラ３０との間から記録媒体５を引き抜くためのものである。これらの搬送ローラ３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂは、金属製の円柱状部材により形成してもよいし、プラテンローラ３０と同様に円柱状の基体の外表面を弾性部材により被覆した構成であってもよい。

駆動手段４は、駆動ＩＣ２７に画像記録信号を入力するためのものである。すなわち、駆動手段４は、発熱部２３を選択的にジュール発熱させるために、第１および第２導体層２４，２５Ａ，２５Ｂを介して発熱部２３に印加される電圧のオン・オフを制御するための画像記録信号を供給するためのものである。

以下、サーマルプリンタ１の動作について説明する。サーマルプリンタ１では、搬送ローラ３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂによって、プラテンローラ３０とサーマルヘッド２の発熱部２３との間に記録媒体５が供給される。図８は、図１を部分的に拡大して示す図であり、サーマルヘッド２における接触領域Ｅ１の近傍の拡大断面図である。図８で示す記録媒体５は、インクリボン５ａと被記録紙５ｂとからなる。記録媒体５は、プラテンローラ３０によって発熱部２３に押し付けられた状態で、プラテンローラ３０に沿ってＤ１方向に搬送される。記録媒体５は、弾性部材により表面が被服されたプラテンローラ３０によってサーマルヘッド２に押し付けられており、記録媒体５とサーマルヘッド２とは、発熱部２３のみならず上記接触領域Ｅ１の範囲で接触する。

接触領域Ｅ１には、発熱部２３を挟んで、搬送方向（副走査方向）の下流側および上流側の双方に、補助層２８（下流側補助層２８Ａおよび上流側補助層２８Ｂ）が設けられている。記録媒体５は、搬送方向の上流側において、第２導体層２５のみならず、上流側補助層２８Ｂにも押し付けられつつ移動する。また、記録媒体５は、搬送方向の下流側において、第１導体層２４のみならず、下流側補助層２８Ａにも押し付けられつつ移動する。記録媒体が、接触領域において電極のみならず補助層に押し付けられて移動するのは、図２〜図７に示すインクジェットヘッドのいずれの形態であっても、また記録媒体が例えば感熱紙など他の形態であっても、同様である。

記録媒体５が搬送されている最中、サーマルプリンタ１では、駆動手段４によって駆動ＩＣ２７に画像記録信号が供給される。駆動ＩＣ２７は、画像記録信号に基づいて発熱部２３に印加される電圧のオン・オフを制御し、目的とする発熱部２３を選択的に発熱させる。この際、インクリボン５ａのうち、発熱した発熱部２３に対応する部分に含まれるインクが溶融し、溶融したインクが被記録紙５ｂに転写される。サーマルプリンタ１では、このようにして、記録媒体５（より詳しくは、被記録紙５ｂ）に、文字やイラスト等の所望の画像パターンを形成して記録する。

上述のように、本実施形態のサーマルヘッド２では、低熱伝導部を有することで、発熱部２３において発生したジュール熱の、第１および第２導体層２４，２５への伝達が、ある程度抑制され、画像記録における必要電力は最小限に抑えられる。しかし一方、各低熱伝導部（２５Ａｂ，２５Ｂｂ、２４Ｂａ）は、主走査方向の長さが接続部（２５Ａａ，２５Ｂａ，２４Ａ）の主走査方向の長さよりも小さくされているので、隣り合う第１導体層２４の間隙領域４２や、隣り合う第２導体層２５の間隙領域４４が、比較的大きくなる。このため、仮に補助層２８が配置されていない場合では、間隙領域４２や間隙領域４４が、発熱部２３や各導体層に比べて比較的低い温度となってしまう。すなわち、低熱伝導部を有することで、接触領域Ｅ１には、主走査方向に沿った温度分布が比較的生じやすくなっているといえる。

記録媒体を構成するインクリボン５ａは、加熱されることで膨張し冷却することで収縮する。インクリボン５ａと接触する部分の温度に分布が生じていれば、この温度分布に応じてインクリボン５ａの膨張および収縮の程度も異なることになる。仮に補助層２８が設けられていない場合は、サーマルヘッド２の接触領域Ｅ１には主走査方向に沿った温度分布が定常的に生じているので、この膨張・収縮の程度の違いに起因した部分的な皺が、インクリボン５ａに発生してしまう。

本実施形態のサーマルヘッド２では、隣り合う第１導体層２４の間隙領域４２に下流側補助層２４Ａが、隣り合う第２導体層２５の間隙領域４４に上流側補助層２８Ｂが、それぞれ設けられているので、間隙領域４２および間隙領域４４のいずれにも、発熱部２３の発熱による熱エネルギーが良好に伝わる。このように、サーマルヘッド２では、補助層２８を有しているので、間隙領域４２および間隙領域４４の温度が比較的小さくなることを防止することができ、サーマルヘッド２表面の、特定方向に沿った温度分布の発生を抑制することができる。ひいては、サーマルヘッド２では、搬送中の記録媒体５に、サーマルヘッドの温度分布に起因した皺が発生することを防止することができる。

また、サーマルヘッド２では、隣り合う第２導体層２５の間隙領域４４に、上流側補助層２５Ｂが設けられているので、接触領域Ｅ１における第２導体層２５に対応する表面と、間隙領域４４に対応する部分の表面とが、ほぼ同じ位置に形成される。同様に、サーマルヘッド２では、隣り合う第１導体層２４の間隙領域４２に、下流側補助層２５Ａが設けられているので、接触領域Ｅ１における第１導体層２４に対応する表面と、間隙領域４２に対応する部分の表面とが、ほぼ同じ位置に形成される。図９は、図４に示すＢ−Ｂ´線で切断した際の、サーマルヘッド２の断面図である。図９に示すように、サーマルヘッド２では、下流側補助層２８Ａが配置されているので、間隙領域４２に対応する部分の表面と、第１導体層２４の折返し部２４Ｂに対応する部分の表面とで、基板からの高さの差は殆ど発生していない。同様に、サーマルヘッド２では、上流側補助層２８Ｂが配置されているので、間隙領域４４に対応する部分の表面と、第２導体層２５に対応する部分の表面とで、基板からの高さの差は殆ど発生していない。

仮に、下流側補助層２８Ａが設けられていない場合、接触領域Ｅ１のうち間隙領域４２に対応する部分の表面は、折返し部分２４Ｂに対応する領域の表面に比べて、主面からの高さが顕著に低くなる。すなわち、下流側補助層２８Ａが設けられていない場合、接触領域Ｅ１の表面には、比較的大きな凹凸が形成されることになる。接触領域Ｅ１の表面に比較的大きな凹凸が形成されていれば（すなわち、接触領域Ｅ１の表面形状分布が大きければ）、この凹凸に起因して記録媒体の皺も生じやすくなる。

上流側補助層２８Ｂについても同様であり、上流側補助層２８Ｂが設けられていない場合、搬送される記録媒体５には、このような接触領域Ｅ１表面の凹凸に起因した皺が、比較的発生し易くなっているといえる。さらに、接触領域Ｅ１には、プラテンローラー３０によって記録媒体５が押し付けられており、発熱部２３近傍では特に高い押圧力がかかっている。仮に、上流側補助層２８Ｂがない場合、記録媒体５はプラテンローラー３０によって押し付けられながら、第２導体層２５の第２導体層２５の接続部（２５Ａａ、２５Ｂａ）によって形成された段差２５Ｅ（図８等参照）を乗り越えるように搬送されることになる。このため、仮に、上流側補助層２８Ｂがない場合、第２導体層２５の接続部（２５Ａａ、２５Ｂａ）の段差２５Ｅに接触する部分では、他の部分に比べて記録媒体５の引っ掛かりが生じやすく、皺等も比較的発生し易くなる。本実施形態のサーマルヘッド２では、下流側補助層２８Ａおよび上流側補助層２８Ｂを備えることで、接触領域Ｅ１における表面形状の分布（表面の凹凸の程度）を十分小さくし、接触領域の凹凸に起因した皺が発生することを防止している。このように、電極に低熱伝導部を有するサーマルヘッドでは、必要電力は最小限に抑えられる一方、上記温度分布および上記形状分布に起因した皺が比較的生じやすいといえるが、サーマルヘッド２では、補助層２８によって、上記温度分布および上記形状分布のいずれも十分に低減し、記録媒体の皺の発生を、確実に防止することを可能としている。

さらに、下流側補助層２８Ａは、発熱部２３に対し、記録媒体の搬送方向に沿ってより下流側に設けられている。下流側補助層２８Ａは、さらに、発熱部２３の搬送方向下流側でインクリボン５ａに押し付けられることで、発熱部２３の温度分布に起因して生じたインクリボン５ａの若干の皺を平坦化させる。発熱部２３の近傍部分に設けられた下流側補助層２８Ａは、インクリボン５ａのインクを溶融させるまでではないが、十分に高い温度となる。また、下流側補助層２８Ａ（および上流側補助層２８Ｂ）の表面は、厚さ方向の起伏の大きさ（最凸部と最凹部との差）が例えば０．１μｍ以下と平坦化されている。このような下流側補助層２８Ａの表面に押し付けられてインクリボン５ａが搬送されることで、発熱部２３や間隙４４において生じたインクリボン５ａの皺は平坦化される。

本実施形態では、下流側補助層２８Ａおよび上流側補助層２８Ｂは、いずれも、グレーズ層２１の突状部に対応する領域Ｅ２内に配置されている。領域Ｅ２は、発熱部２３および各導体層（第１導体層２４および第２導体層２５）から、多くの熱エネルギーが伝搬して蓄熱される領域である。この領域Ｅ２は、多くの熱エネルギーが伝搬するので、温度が上昇し易く、同時に主走査方向の温度分布が生じ易い。各補助層２８を、この領域Ｅ２に配置することで、比較的温度分布が大きくなり易い領域Ｅ２であっても、温度分布を十分に低減することができる。また、各補助層２８に十分な量のエネルギーが供給されるので、下流側補助層２８Ａを十分高温に昇温させ、十分に皺を平坦化させることを可能としている。

また、サーマルヘッド２には、ダミー電極２９も配置されている。ダミー電極２９は主走査方向に延在しており、接触領域Ｅ１における主走査方向の温度分布を低減させることに、少なからず寄与している。また、記録媒体５のインクリボン５ａが、ダミー電極２９にも押し当てられつつ搬送させれば、下流側補助層２８Ａに加えてダミー電極２９においても皺を平坦化させることができる。なお、ダミー電極２９は、下流側補助層２８Ａよりも記録媒体５の搬送方向の下流側に設けられており、記録媒体における皺の発生防止および平坦化に対するダミー電極２９の寄与度は、下流側補助層２８Ａに比べて低い。サーマルヘッド２では、各補助層を有しているだけでも、記録媒体における皺の発生防止および平坦化について、十分な効果を有する。

本実施形態のサーマルヘッド２を有して構成されたサーマルプリンタ１では、インクリボン５ａにおける皺の発生を抑制することができる。ひいては、本実施形態のサーマルヘッドによれば、インクリボンの皺に起因して生じる記録紙への印刷不良を防止することができる。本発明のサーマルヘッドによれば、電極に低熱伝導部を有することで必要電力を最小限に抑えるとともに、低熱伝導部に起因する温度分布や形状分布（表面の凹凸）によって生じた皺を予防し、さらには、発生した若干の皺を平坦化することができる。本発明のサーマルプリンタを備えて構成された、本発明のサーマルプリンタによれば、少ない消費電力で、記録媒体の皺による装置エラーが発生することなく、記録媒体に高画質な画像を記録することができる。

以降、本発明のサーマルヘッドの伝熱補助層の他の実施形態について、いくつかの例を挙げて説明しておく。図１０（ａ）および(ｂ)は、それぞれ、本発明のサーマルヘッドの伝熱補助層の他の実施形態である。なお、図１０（ａ）および(ｂ)では、図３および４に示す第１の実施形態のサーマルヘッド２と同様の構成については、図３および図４と同じ符号を用いて説明している。本発明のサーマルヘッドでは、図１０（ａ）に示すように、発熱部２３に対して搬送方向の上流側にのみ補助層が設けられていてもよく、また、図１０（ｂ）に示すように、発熱部２３に対して搬送方向のより下流側にのみ補助層が設けられていてもよい。図１０（ａ）および図１０（ｂ）のいずれの実施形態でも、補助層が設けられていない場合に比べて、記録媒体に生じる皺を十分に防止することができる。しかし、記録媒体に生じる皺を、より確実に防止するには、発熱部２３に対して搬送方向の上流側および下流側の双方に、補助層を設けることが好ましい。

また、図１１は、本発明のサーマルヘッドの伝熱補助層の実施形態の１つであり、図３および４に示す形態とは異なる形態を示す。なお、図１１では、図３および４に示す第１の実施形態のサーマルヘッド２と同様の構成については、図３および図４と同じ符号を用いて説明している。図１１に示す実施形態では、下流側補助層２８Ａは、間隙３２内に一部が配置され、この一部以外の部分は、間隙３２によりも搬送方向の下流側に突出している。

接触領域Ｅ１における温度分布の程度は、発熱部２３の形状や熱特性、第１導体層２４（折返し部２４Ｂや接続部２４Ａ）の形状や材質、グレーズ層２１など接触領域の層構造や材質や形状、また、印可する電圧の大きさや電圧印可時間など、様々な要因によって決まるものである。これら要因の組み合わせによっては、図１１に示すように、下流側補助層２８Ａの少なくとも一部を、間隙領域４２に対して搬送方向のより下流側に突出させることで、発熱部２３に対応する領域のみならず接触領域Ｅ１全体について、温度分布を十分に低減することができる場合もある。また、下流側補助層２８Ａの少なくとも一部を、さらに、接触領域Ｅ１のより下流側にまで突出させることで、温度分布をさらに低減することができる場合もある。また、同様に、上流側補助層２８Ｂの少なくとも一部を、接触領域Ｅ１に対して搬送方向のより上流側に突出させることで、発熱部２３に対応する領域のみならず接触領域Ｅ１全体について、温度分布を十分に低減することができる場合もある。なお、下流側補助層２８Ａや上流側補助層２８Ｂの主走査方向の幅を、各間隙領域から副走査方向に沿って離間するにしたがって小さくしてもよい（図示せず）。このようにすることで、突出部分が記録媒体をガイドするように働き、記録媒体の搬送方向の変動を抑制し、記録媒体における皺の発生を抑制する効果がある。

また、図１２は、本発明のサーマルヘッドの実施形態の１つであり、図３および４に示す形態、および図１１に示す形態とは異なる例である。なお、図１２でも、図３および４に示す第１の実施形態のサーマルヘッド２と同様の構成については、図３および図４と同じ符号を用いて説明している。図１２に示す実施形態では、下流側補助層２８Ａは、間隙領域４２によりも搬送方向の下流側に突出した突出部５２が設けられている。加えて、下流側補助層２８の突出部５２には、特定方向（主走査方向）に張り出した張出部５４が設けられている。図１２に示す実施形態のように、特定方向（主走査方向）に張り出した張出部５４が設けられていることで、主走査方向に沿った温度分布をより十分に低減することが可能となる。また、図１２に示す実施形態では、主走査方向に張出した張出部５４を有し、主走査方向に比較的長く連続した下流側補助層２８Ａに押しつけられつつ副走査方向に移動するので、発熱部２３近傍と接触して搬送されることで生じた記録媒体５の皺を、効果的に平坦化することができる。

また、図１３は、本発明のサーマルヘッドの実施形態の１つである。なお、図１３でも、図３および４に示す第１の実施形態のサーマルヘッド２と同様の構成については、図３および図４と同じ符号を用いて説明している。図１３に示す実施形態では、１つの第１導体層２４において３方が囲まれた領域内、すなわち、発熱部２３の搬送方向下流側の端部を通る直線と第１導体層２４とで囲まれた閉塞領域５５内それぞれに、補助層５６を配置してもよい。このような閉塞領域５５内に補助層を配置することで、接触領域Ｅ１における温度分布および形状分布をより十分に低減することが可能である。

なお、図１１に示す実施形態および図１２に示す実施形態のいずれでも、補助層は、発熱部に対して、搬送方向の上流側および下流側の少なくともいずれか一方に設けられていればよい。また、図１３に示す実施形態でも、補助層は、搬送方向の上流側および下流側および上記閉塞領域内の、いずれか１つに設けられていればよい。本発明のサーマルヘッドでは、隣り合う電極の間隙に配置された補助層を備えていればよく、補助層の形状は、上述の各実施形態のいずれかに限定されるものではない。上述のように、接触領域における温度分布の程度は、種々の要因に応じて変わるので、これらの要因に応じた最適な形状の伝熱補助層を選択して用いればよい。

なお、上述の実施形態では、上記補助層２８（下流側補助層２８Ａおよび上流側補助層２８Ｂ）は、第１および第２導体層２４、２５の形成時に、第１および第２導体層２４とともにパターニングされて形成され、第１の導体層２４および第２の導体層２５と同様の材質で構成されている。本発明の補助層は、第１および第２導体層と同時に形成されることに限定されず、また、第１および第２導体層と同じ材料で構成されていることに限定されない。すなわち、本発明では、補助層を、電極とは異なる材質としてもよい。例えば、少なくとも２つの発熱部と接続した第１導体層（電極）と、各第１導体層との間隙に設けられた補助層とでは、発熱部からの熱エネルギーの伝達の程度は大きく異なる。このため、補助層の形状によっては、電極と補助層とで、ある程度の温度の相違が発生する場合もある。このような場合、補助層を上記電極とは異なる材質で作成することで、また、電極とは異なる層に補助層を設けることで、熱特性（伝熱特性や放熱の特性）を、電極の熱特性に略一致させることもできる。すなわち、補助層を電極とは異なる材質とすれば、補助層の熱特性の設計の自由度を大きく向上させることができ、ひいては、記録媒体との接触領域における温度分布を、十分に低減させることができる。なお、補助層のみを形成のための特別な工程（作業）を経ることなく、比較的低いコストで補助層を形成可能とする点では、補助層を第１および第２導体層と同時に形成することが好ましい。本願発明においては、上述の各要因に応じて、補助層の材質や、伝熱補助層の形成層を選択すればよい。

なお、上述の実施形態では、特に記録媒体５として、インクリボンと紙とからなる被記録体を用いた。本願発明においては、記録媒体として、例えば感熱紙など１枚のシート体を搬送する場合においても、同様の効果を奏する。例えば感熱紙も、加熱の程度に応じて保持層自体が軟らかくなる性質を有している。例えば記録媒体が感熱紙の場合も、接触領域で温度分布が生じていると、搬送中の感熱紙の軟らかさにも温度分布が発生する。本願発明によれば、伝熱層を有することで、搬送の最中、例えば感熱紙など各種記録媒体における皺の発生を抑制するとともに、搬送中に発生した皺を平坦化することができる。

以上、本発明のサーマルヘッドおよびサーマルプリンタについて説明したが、本発明のサーマルヘッドおよびサーマルプリンタは上記実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明のサーマルヘッドを備えて構成される、本発明のサーマルプリンタの一実施形態の概略断面図である。 本発明のサーマルヘッドの一実施形態に係る概略平面図である。 図２に示すサーマルヘッドの概略斜視図である。 図２に示すサーマルヘッドを部分的に拡大して示す概略平面図である。 図２に示すサーマルヘッドを部分的に拡大して示す概略断面図である。 図２に示すサーマルヘッドを部分的に拡大して示す概略断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明のサーマルヘッドの他の実施形態について、部分的に拡大して示す概略断面図である。 図１を部分的に拡大して示す図であり、サーマルヘッドにおける接触領域近傍の拡大断面図である。 図２に示すサーマルヘッドを部分的に拡大して示す概略断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明のサーマルヘッドの他の実施形態を示す概略平面図である。 本発明のサーマルヘッドの他の実施形態を示す概略平面図である。 本発明のサーマルヘッドの他の実施形態を示す概略平面図である。 本発明のサーマルヘッドの他の実施形態を示す概略平面図である。 従来のサーマルヘッドを示す概略平面図である。 従来のサーマルヘッドを示す概略平面図である。

符号の説明

１ サーマルプリンタ
２ サーマルヘッド
４ 駆動手段
５ 記録媒体
９ サーマルヘッド
２０ 基板
２１、２１′２１″ グレーズ層
２１Ａ″ 全面グレーズ
２１Ｂ″ 部分グレーズ
２２ 耐エッチング層
２３ 発熱部
２４ 第１導体層
２４Ａ 接続部
２４Ｂ 折り返し部
２４Ｂａ 部分
２５ 第２導体層
２５Ａ 入力用導体層
２５Ａａ 接続部
２５Ａｂ 低熱伝導部
２５Ｂ グランド用導体層
２５Ｂａ 接続部
２５Ｂｂ 低熱伝導部
２６ 保護層
２６Ｅ エッジ部分
２７ 駆動ＩＣ
２８Ａ 下流側補助層
２８Ｂ 上流側補助層
２９ ダミー電極層
３０ プラテンローラ
３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ 搬送ローラ
４２、４４ 間隙領域
５２ 突出部
５４ 張出部
９０ 基板
９１ 発熱部
９２ 第１導体層
９３ 第２導体層
９５ 凹凸面部
Ｅ１ 接触領域
Ｅ２ 対応領域
Ｅ３ 近傍領域

Claims (8)

1. 基板上に特定方向に沿って並んで配置された複数の発熱部と、前記発熱部それぞれに電力を供給する、前記特定方向に沿って並んだ電極とを備えて構成され、前記発熱部上に記録媒体を搬送しながら前記発熱部の熱を前記記録媒体に伝導させて、前記記録媒体に画像を記録するサーマルヘッドであって、
   前記記録媒体の搬送方向の下流側における前記基板上に、隣り合う前記電極の間隙に対応して分列された状態で配置された複数の補助層を備え、
   該補助層は、それぞれ、前記電極の間隙に少なくとも一部が配置されており、
   前記間隙に位置する前記一部以外の部分が、前記電極に対し、前記搬送方向の下流側に突出していることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記補助層の突出部分には、前記特定方向に張り出した張出部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
3. 前記補助層が、前記発熱部に対し、前記記録媒体の搬送方向の上流側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記補助層が、前記発熱部に対して前記搬送方向の下流に対応する側、および、前記発熱部に対して前記搬送方向の上流に対応する側の双方に配置されていることを特徴とする請求項３記載のサーマルヘッド。
5. 前記補助層は、表面が平坦であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーマルヘッド。
6. 前記基板上に設けられた蓄熱部をさらに備え、
   前記蓄熱部は、前記基板の主面から突出した突状部分を有し、
   前記補助層は、前記突状部分に対応する領域に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のサーマルヘッド。
7. 記録媒体に、記録情報に応じた画像を記録するサーマルプリンタであって、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のサーマルヘッドと、
   前記記録媒体を搬送する搬送機構と、
   前記サーマルヘッドの前記電極に、前記記録情報に応じた電圧信号を供給する駆動手段と、を備えて構成されていることを特徴とするサーマルプリンタ。
8. 前記記録媒体は、熱転写フィルムと被記録体とで構成され、
   前記搬送機構は、前記熱転写フィルムを、前記サーマルヘッドの少なくとも前記発熱部および前記補助層と接触させつつ、前記記録媒体を搬送することを特徴とする請求項７に記載のサーマルプリンタ。

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