JP5157494B2

JP5157494B2 - サーマルヘッド及びサーマルプリンタ

Info

Publication number: JP5157494B2
Application number: JP2008022965A
Authority: JP
Inventors: 昇小山; 光雄柳瀬; 徹森川; 敬佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-02-01
Also published as: US20090195632A1; JP2009184110A; US8139094B2

Description

本発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッド及びサーマルプリンタに係るものである。そして、詳しくは、サーマルヘッドの耐熱性及び破壊強度の向上を図ることができる技術に関するものである。

従来から、突部に発熱抵抗体（発熱素子）を配列したサーマルヘッドと、サーマルヘッドに対向するように設けられたプラテンローラとを備えるサーマルプリンタが知られている。このようなサーマルプリンタは、サーマルヘッドの突部とプラテンローラ上に搬送された印画紙（記録媒体）とを押圧させて画像を形成するようになっている。なお、突部と印画紙との押圧は、サーマルヘッドを移動させる場合と、プラテンローラを移動させる場合とがある。

ここで、サーマルプリンタには、画像形成方式として昇華方式や感熱方式等があるが、いずれの方式であっても、サーマルヘッドの発熱抵抗体に対して階調レベルに応じた選択的な通電を行い、その際に発生する熱エネルギを利用して画像を形成している。例えば、昇華方式のサーマルプリンタの場合には、インクリボンを介して印画紙にサーマルヘッドの突部を押圧し、発熱抵抗体を駆動して発熱させると、インクリボン上のインクが発熱抵抗体の熱エネルギに比例して印画紙上に昇華され、印画が行われる。

このように、サーマルヘッドは、印画のために発熱抵抗体を発熱させるものであるが、印画の際に発熱抵抗体から発生した熱は、その大半が印画紙とは反対方向に伝達され、放熱されてしまう。そのため、高速に印画しようとすれば、発熱抵抗体を直ちに高温にする必要があるが、そうすると、消費電力が大きくなるという問題がある。特に、家庭用のサーマルプリンタでは、省電力化を図りつつ印画速度を上げることが求められているので、サーマルヘッドの熱効率を改善し、消費電力を下げなければならない。

そこで、サーマルプリンタの消費電力を減らし、高品位な画像や文字を高速で印画するため、サーマルヘッドの熱効率及び応答性を向上させる技術が知られている。すなわち、発熱抵抗体を配列したガラス基板に空隙部を形成し、空隙部内の空気層により、発熱抵抗体から発生した熱がガラス基板側に放熱されにくくして熱効率を向上させるとともに、空隙部によってガラス基板の蓄熱量を少なくして応答性を向上させるようにした技術である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２４５６７５号公報

図９は、上記の特許文献１に開示された従来のサーマルヘッド１１０を示す縦断面図である。
図９に示すように、サーマルヘッド１１０は、ヘッド本体部となり、縦断面が略円弧状の突部１１１ａが形成されたガラス基板１１１上に、発熱抵抗体１１２と、発熱抵抗体１１２を発熱させるための電源電極１１３ａ及び駆動電極１１３ｂと、発熱抵抗体１１２、電源電極１１３ａ、及び駆動電極１１３ｂを保護する保護膜１１４とが順次積層されたものである。そして、電源電極１１３ａと駆動電極１１３ｂとの間で発熱抵抗体１１２が露出した部分が実際に熱エネルギを発生する発熱部１１２ａとなっている。

ここで、発熱部１１２ａは、発熱部１１２ａをインクリボン及び印画紙に押圧できるように、突部１１１ａ上に長さＬ１の矩形状に設けられている。また、突部１１１ａが形成されたガラス基板１１１には、突部１１１ａと対向する幅Ｗ２の凹状の空隙部１１１ｂも形成されている。そして、空隙部１１１ｂの幅Ｗ２は、発熱部１１２ａの長さＬ１よりも大きく（空隙部幅Ｗ２＞発熱部長さＬ１）形成され、空隙部１１１ｂ内は、空気で満たされるようになっている。さらにまた、ガラス基板１１１の下側には、空隙部１１１ｂの開口面を塞ぐようにして放熱板１１５が接着剤１１６で接着されている。

このようなサーマルヘッド１１０は、ガラス基板１１１を構成しているガラスよりも熱伝導率が低い空気の特性により、空隙部１１１ｂの熱伝導率が低くなる。すなわち、空隙部１１１ｂの幅Ｗ２が大きい（空隙部幅Ｗ２＞発熱部長さＬ１）ので、空隙部１１１ｂ内の空気量が多くなり、ガラス基板１１１の突部１１１ａ上に設けられた発熱部１１２ａからガラス基板１１１側への放熱が抑制される。そのため、突部１１１ａに押圧されたインクリボン側に伝達される熱エネルギが大きくなる。その結果、印画の際に、インクリボン上のインクをその昇華温度まで上げるために必要な消費電力が少なくなり、サーマルヘッド１１０の熱効率が向上する。

また、空隙部１１１ｂによってガラス基板１１１の突部１１１ａの厚さが薄くなり、ガラス基板１１１の蓄熱量が少なくなるため、ガラス基板１１１内に蓄熱されてしまう熱エネルギを短時間で放熱できるようになる。その結果、インクリボン上のインクを昇華させないとき（発熱部１１２ａを発熱させないとき）に、直ちに発熱部１１２ａの温度が下がるので、サーマルヘッド１１０の応答性が向上する。

しかし、図９に示すサーマルヘッド１１０であっても、さらに消費電力を減らし、高速に印画することが求められている。そのためには、より一層の熱効率及び応答性の向上を図る必要があるだけでなく、高温になるサーマルヘッド１１０の発熱部１１２ａの耐久性及び信頼性に問題が生じないようにしなければならない。また、発熱部１１２ａの直下で、高温にさらされることとなるガラス基板１１１の突部１１１ａについて、耐熱性や破壊強度を改善する必要もある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、発熱部の極端な温度上昇を低減し、発熱素子の耐久性及び信頼性を確保するとともに、発熱素子が配列されたヘッド本体部の突部の耐熱性や破壊強度の向上を図り、良好な熱効率及び応答性が得られるようにすることで、消費電力を減らし、かつ高速印画を可能とすることである。

本発明は、以下の解決手段により、上述の課題を解決する。
本発明の請求項１に記載の発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドであって、前記突部及び前記突部に対向する凹状の空隙部が形成されたヘッド本体部と、前記ヘッド本体部の前記突部側に設けられた熱伝導層と、前記発熱素子の一方の側に設けられた電源電極と、前記発熱素子の他方の側に設けられた駆動電極とを備え、前記熱伝導層は、前記発熱素子との電気的絶縁性を確保する電気絶縁層と、前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層とを備えると共に、前記電源電極と前記駆動電極との間の前記発熱素子の発熱部には設けられていないことを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタであって、前記サーマルヘッドは、前記突部及び前記突部に対向する凹状の空隙部が形成されたヘッド本体部と、前記ヘッド本体部の前記突部側に設けられた熱伝導層と、前記発熱素子の一方の側に設けられた電源電極と、前記発熱素子の他方の側に設けられた駆動電極とを備え、前記熱伝導層は、前記発熱素子との電気的絶縁性を確保する電気絶縁層と、前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層とを備えると共に、前記電源電極と前記駆動電極との間の前記発熱素子の発熱部には設けられていないことを特徴とする。

（作用）
上記の請求項１及び請求項５に記載の発明は、ヘッド本体部の突部側に設けられた熱伝導層を備えている。そして、熱伝導層は、発熱素子との電気的絶縁性を確保する電気絶縁層と、発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層とを備えている。そのため、発熱素子の発熱部に集中する熱分布が熱拡散層によって拡散され、発熱部の極端な温度上昇が低減される。

上記の発明によれば、発熱部に集中する熱分布が拡散され、発熱部の極端な温度上昇が低減されるので、発熱部の耐久性及び信頼性が向上する。また、発熱素子が配列されたヘッド本体部の突部の耐熱性や破壊強度が向上する。そのため、良好な熱効率及び応答性が得られるようになる。その結果、消費電力を減らすことができるだけでなく、高速印画が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の基本的構成例と実施の形態等について説明する。
図１は、基本的構成例のサーマルヘッド１０を備えるサーマルプリンタ１を示す概略の側面図である。
また、図２は、基本的構成例のサーマルヘッド１０の周辺部を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、サーマルプリンタ１は、印画紙２（記録媒体）に対し、インクリボン３上のインクを昇華させて画像を形成する昇華型のものである。すなわち、サーマルヘッド１０によって発生した熱エネルギでインクリボン３上のインクを昇華させ、印画紙２上にカラー画像や文字を印画する。

このサーマルプリンタ１は、サーマルヘッド１０と、サーマルヘッド１０と対向する位置に設けられたプラテンローラ４と、インクリボン３の走行をガイドするリボンガイド５ａ，５ｂと、サーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間に押圧された印画紙２を搬送するキャプスタンローラ６と、キャプスタンローラ６と対向して従動回転するピンチローラ７と、印画後の印画紙２を排紙する排紙ローラ８と、印画紙２をサーマルヘッド１０側に向けて逆向きに搬送させる搬送ローラ９とを備えている。また、サーマルヘッド１０は、サーマルプリンタ１の筐体側の取付け部材１ａにネジで取り付けられている。

ここで、インクリボン３は、長尺の樹脂フィルムからなるものであり、図１に示すように、供給スプール３ａと巻取りスプール３ｂとの間に巻き回された状態で、インクカートリッジに収納されている。そして、樹脂フィルムの一方の面に、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、及びＣ（シアン）の３色のインクと、印画された画像や文字の保存性を向上させるためのラミネートインクとが繰り返し塗布されている。また、インクリボン３は、サーマルヘッド１０に対してインクリボン３の供給側と巻取り側とに設けられたリボンガイド５ａ，５ｂにより、サーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間にガイドされる。

このようなサーマルプリンタ１によって印画を行うには、図２に示すように、サーマルヘッド１０のヘッド部１０ａとプラテンローラ４との間で印画紙２及びインクリボン３を押圧する。そして、図１に示す巻取りスプール３ｂを回転させてインクリボン３を巻取り方向（図１の左方向）に走行させる。また、キャプスタンローラ６及び排紙ローラ８を回転させることにより、キャプスタンローラ６とピンチローラ７との間に挟み込んだ印画紙２を排紙方向（図１の矢印Ａ方向）に搬送する。この状態でサーマルヘッド１０からインクリボン３に熱エネルギを加えると、印画紙２と重なり合っているＹ（イエロ）のインクが昇華され、印画紙２上に転写される。

次に、Ｙ（イエロ）のインクが転写された印画紙２の画像形成部にＭ（マゼンタ）のインクを転写する。そのため、搬送ローラ９を回転させ、印画紙２をサーマルヘッド１０側（図１の矢印Ｂ方向）に逆送りし、印画紙２の画像形成開始端がサーマルヘッド１０に対向するようになる位置まで戻す。また、インクリボン３のＭ（マゼンタ）のインクをサーマルヘッド１０に対向させる。そして、Ｙ（イエロ）のインクを転写する際と同様に、印画紙２を排紙方向（図１の矢印Ａ方向）に搬送しながらサーマルヘッド１０からインクリボン３に熱エネルギを加え、Ｍ（マゼンタ）のインクを昇華して、印画紙２上に転写する。さらに、Ｍ（マゼンタ）のインクを転写する際と同様にして、Ｃ（シアン）のインク及びラミネートインクを印画紙２に順次転写し、カラー画像や文字を印画するとともに、画像等の保存性を向上させた後、排紙ローラ８によって排紙する。

図３は、基本的構成例のサーマルヘッド１０の全体を示す斜視図である。
また、図４は、基本的構成例のサーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間で印画紙２及びインクリボン３を押圧した状態を示す正面図である。
図３に示すように、サーマルヘッド１０は、熱エネルギを発生するヘッド部１０ａに、発生した熱の放熱部材として、放熱板４０が接着されている。すなわち、非印画時に、ヘッド部１０ａの余分な熱を放熱板４０に逃がすようになっている。なお、放熱板４０の接着剤５０（図示せず）には、熱伝導性のあるフィラ等が含有されている。

また、サーマルヘッド１０によって画像を形成するため、ヘッド部１０ａの両端には、一端がヘッド部１０ａと電気的に接続され、他端が電源と接続された電源用フレキシブル基板６１が設けられている。さらにまた、ヘッド部１０ａの両端の電源用フレキシブル基板６１の間には、一端がヘッド部１０ａと電気的に接続され、他端が制御回路と電気的に接続された駆動用フレキシブル基板６２が複数並設されている。そして、電源用フレキシブル基板６１及び駆動用フレキシブル基板６２は、ヘッド部１０ａとの間に、導電性粒子を含む絶縁樹脂材料からなるフィルム（例えば、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film ））を介在させて接続されている。

ここで、ヘッド部１０ａは、印画紙２（図４参照）の搬送方向に対して直交方向（図３の矢印Ｌ方向）に、印画紙２の幅よりも長くなっている。そのため、印画紙２の幅方向両端の余白をなくした縁なしの画像を形成することができる。
しかしながら、ヘッド部１０ａが印画紙２の幅よりも長いと、図４に示すように、ヘッド部１０ａの端部において、印画紙２、インクリボン３、及びプラテンローラ４のいずれとも接触しない非接触領域が生ずる。

この非接触領域では、ヘッド部１０ａの熱エネルギがインクリボン３等に伝達されず、非接触領域の空気層によって放熱されにくいヘッド部１０ａの空焚き部となる。そのため、ヘッド部１０ａの温度が空焚き部で局所的に上昇してしまう。特に、高速印画が要求される昨今では、消費電力を増やしてヘッド部１０ａを高温にしているので、空焚き部の温度上昇も増加傾向にある。すると、ヘッド部１０ａの耐熱温度を超えてしまい、破壊につながるおそれが生じるので、ヘッド部１０ａの耐久性及び信頼性が問題となる。なお、図４に示すような非接触領域は、ヘッド部１０ａの端部だけでなく、印画中等にヘッド部１０ａの下側に異物が混入等することによっても発生する。

そこで、ヘッド部１０ａの耐熱性を向上させることにより、ヘッド部１０ａの局所的な高温化（空焚き部の温度上昇）による破壊強度限界を改善し、耐久性及び信頼性を向上させている。また、ヘッド部１０ａから発生した熱が放熱されにくくして熱効率を向上し、ヘッド部１０ａの蓄熱量を少なくして応答性を向上させることで、省電力で高速に印画できるサーマルヘッド１０を実現している。

図５は、基本的構成例のサーマルヘッド１０を部分的に示す斜視図である。
また、図６は、基本的構成例のサーマルヘッド１０を示す縦断面図である。
図５及び図６に示すように、サーマルヘッド１０のヘッド部１０ａは、ガラス基板１１（本発明におけるヘッド本体部に相当するもの）と、ガラス基板１１上に配列された発熱抵抗体１２（本発明における発熱素子に相当するもの）と、この発熱抵抗体１２を発熱させるための電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂと、発熱抵抗体１２、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂ上に設けられた熱伝導層７０と、熱伝導層７０の上に設けられた保護膜３０とを備えている。

ヘッド部１０ａには、発熱抵抗体１２から熱エネルギを発生させるため、電源電極１３ａに、電源用フレキシブル基板６１（図３参照）がＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。また、駆動電極１３ｂには、駆動用フレキシブル基板６２（図５参照）がＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。

ここで、ガラス基板１１は、ヘッド部１０ａの本体となるものであり、例えば、軟化点が５００℃程度で、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ程度のガラスで矩形状に形成されている。そして、このガラス基板１１には、幅Ｗ１の凹状の空隙部１１ａが形成されている。なお、ガラス基板１１は、ガラスに代表される所定の表面性や熱特性等を有する材料から形成されたものであるが、本発明におけるヘッド本体部をガラス基板１１とせず、人工水晶や人造ルビー、人造サファイヤ等の合成宝石、人造石、高密度セラミック等からなる支持基板としても良い。

また、ガラス基板１１は、発熱抵抗体１２が配列された突部２０ａを有している。この突部２０ａは、ガラス基板１１の幅方向の中央部であって、長さ方向（図５の矢印Ｌ方向）に、縦断面が略円弧状に形成されたものである。そのため、インクリボン３（図２参照）と対向する面が略円弧状の突部２０ａとなり、突部２０ａ上に配列された発熱抵抗体１２とインクリボン３との当たりが良くなる。その結果、発熱抵抗体１２が発生する熱エネルギをインクリボン３に効率的に伝達できる。

発熱抵抗体１２は、熱エネルギを発生するものであり、上記のように、ガラス基板１１の突部２０ａ上に配列されている。この発熱抵抗体１２は、例えば、Ｔａ（タンタル）−ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）、Ｎｂ（ニオブ）−ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）等、温度が上昇すると抵抗値も上昇する材料（抵抗値の温度依存性が正特性を持った材料）からなっている。そして、電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂの間から露出した発熱抵抗体１２の部分が実際に熱エネルギを発生する発熱部１２ａとなり、突部２０ａ上に長さＬ１の矩形状に設けられている。また、発熱部１２ａは、発生する熱エネルギを分散させるため、転写させたいインクのドットサイズよりもやや大きく形成されている。

ここで、発熱抵抗体１２として、抵抗値の温度依存性が正特性の材料を使用するのは、発熱部１２ａの異常な温度上昇を自己抑制できるようにするためである。すなわち、従来から一般的に使用されている材料は、温度依存性のないものや少ないものであった。しかしながら、温度依存性が正特性であると、例えば、空炊き部（図４参照）において温度が上昇すると抵抗値も上昇するので、発熱抵抗体１２に流れる電流が減少する。そのため、発熱量も減少し、自己抑制的に空炊き部の温度上昇が抑えられることとなる。その結果、温度上昇に起因した抵抗値の永久変化や破壊限界が改善され、耐久性及び信頼性が向上する。

また、発熱抵抗体１２への通電初期は、発生した熱が周囲に吸収されてしまうので、急峻な温度上昇を実現できず、先鋭性を欠いた画質となってしまう。そして、この状況は、急峻な温度変化を要求する印画を行う場合も同様である。しかしながら、抵抗値の温度依存性が正特性の材料であれば、通電開始によって温度が上昇すると発熱抵抗体１２の抵抗値も上昇し、大きな電力が印加されるようになる。その結果、発熱量が大きくなり、温度上昇の立上り特性が改善される。

電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、電源からの電流を発熱抵抗体１２に供給するとともに、発熱抵抗体１２を駆動して、発熱部１２ａを発熱させるためのものである。この電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）等の電気伝導性の良い材料からなるもので、図５に示すように、電源電極１３ａは、すべての発熱抵抗体１２と電気的に接続された共通電極であり、駆動電極１３ｂは、発熱抵抗体１２ごとに個別に接続された個別電極となっている。

また、電源電極１３ａ（共通電極）は、ガラス基板１１の突部２０ａを挟んで、電源用フレキシブル基板６１（図３参照）が貼り合わされた側とは反対側に設けられているが、端部の両側がガラス基板１１の短辺に沿って電源用フレキシブル基板６１側に導かれ、電源用フレキシブル基板６１とＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。そのため、電源用フレキシブル基板６１を介して電源と接続され、すべての発熱抵抗体１２に電流が供給されることとなる。

さらにまた、駆動電極１３ｂ（個別電極）は、ガラス基板１１の突部２０ａを挟んで、駆動用フレキシブル基板６２（図５参照）が貼り合わされている側に設けられている。そして、発熱抵抗体１２の駆動を制御する制御回路と接続された駆動用フレキシブル基板６２とＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。そのため、制御回路によって選択された発熱抵抗体１２に所定時間だけ電流を供給することにより、その発熱抵抗体１２の発熱部１２ａが発熱し、その発熱エネルギによってインクリボン３（図２参照）のインクが昇華し、印画紙２（図２参照）に転写される温度まで上昇する。

さらに、電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、絶縁樹脂材料からなるＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電源用フレキシブル基板６１（図３参照）及び駆動用フレキシブル基板６２（図５参照）と接続されているので、発熱部１２ａで発生した熱が電源電極１３ａや駆動電極１３ｂを通して電源用フレキシブル基板６１や駆動用フレキシブル基板６２側に放熱されることが防止される。そのため、発熱部１２ａから発生した熱の無駄な放熱が抑えられ、熱効率が向上する。

熱伝導層７０は、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂ上に設けられたものである。そして、熱伝導層７０は、図６に示すように、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂに接して設けられ、これらとの電気的絶縁性を確保する電気絶縁層７１と、電気絶縁層７１上に積層され、発熱部１２ａから発生した熱を拡散させる熱拡散層７２とを備えている。

保護膜３０は、ヘッド部１０ａの最も外側に設けられたものである。そして、熱伝導層７０を覆うことにより、ヘッド部１０ａとインクリボン３（図２参照）とが当接した際の摩擦等から発熱部１２ａ等を保護している。この保護膜３０には、摺動性や耐摩耗性を有する材料が用いられ、例えば、高温下で高強度であり、耐摩耗性、耐熱性、耐熱衝撃性、及び熱伝導性等に優れたＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）が好適なものである。なお、この材料は、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｏ（酸素）、及びＮ（窒素）の４つの元素から構成され、Ｓｉ（ケイ素）原子の一部にＡｌ（アルミニウム）原子が置換し、Ｎ（窒素）原子の一部にＯ（酸素）が置換したＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）という化学式で表されるエンジニアリング・セラミックスである。

このように、ヘッド部１０ａは、突部２０ａ及び突部２０ａに対向する幅Ｗ１の空隙部１１ａが形成されたガラス基板１１と、突部２０ａ上に長さＬ１の発熱部１２ａが設けられた発熱抵抗体１２と、発熱抵抗体１２を発熱させるための電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂと、電気絶縁層７１及び熱拡散層７２を備える熱伝導層７０と、最も外側に設けられた保護膜３０とによって構成されている。そして、このヘッド部１０ａに放熱板４０が接着されてサーマルヘッド１０となる。

放熱板４０は、Ａｌ（アルミニウム）等の金属からなるもので、ガラス基板１１の裏面に、空隙部１１ａの開口面を塞ぐようにして接着される。ガラス基板１１と放熱板４０との接着は、放熱板４０の表面に接着剤５０（図６参照）を塗布しておき、上からガラス基板１１を押圧しながら熱を加えることによって行う。この接着剤５０は、弾性及び熱伝導性を有する材料（例えば、加熱硬化型のシリコーンゴム等）からなり、高硬度で熱伝導性を有するフィラ（例えば、粒状又は線状のＡｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）等）が含有されている。

したがって、接着剤５０（図６参照）が熱伝導性を有することとなり、発熱抵抗体１２に対する通電を止めた際（非印画時）のガラス基板１１側の余分な熱を効率的に放熱板４０に放熱できる。また、ガラス基板１１と放熱板４０との熱膨張係数の違いによる剪断力は、接着剤５０の厚み（例えば、５０μｍ程度）によって吸収されるので、放熱板４０が剥がれることはない。

このような基本的構成例のサーマルヘッド１０において、ガラス基板１１の突部２０ａは、発熱抵抗体１２の発熱部１２ａから発生した熱エネルギによって高温にさらされる。また、空焚き部（図４参照）では、突部２０ａの温度が局所的に上昇する。そして、このような高温状態が続くと、発熱抵抗体１２の抵抗値に永久変化が生じたり、ガラス基板１１（突部２０ａ）や発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）の破壊につながり、サーマルヘッド１０の耐久性及び信頼性を損なうこととなる。

しかし、基本的構成例のサーマルヘッド１０は、発熱抵抗体１２の発熱部１２ａに接して熱伝導層７０が設けられている。そして、熱伝導層７０は、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）から発生した熱を拡散させる熱拡散層７２を備えている。この熱拡散層７２は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）等の熱伝導率の高い金属膜からなり、必要な熱伝導率は、熱伝導層７０の厚さによって調整される。そのため、発熱部１２ａに集中する熱分布が熱拡散層７２によって拡散され（熱拡散層７２に平行する方向に広がり）、発熱部１２ａの極端な温度上昇が低減される。

また、熱伝導層７０は、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂと熱拡散層７２（金属膜）との間の電気的な絶縁や、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）等の酸化防止のため、電気絶縁層７１を備えている。この電気絶縁層７１は、例えば、保護膜３０と同様に、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）が好適なものである。そして、熱伝導層７０は、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）等の上側に、電気絶縁層７１を下層とし熱拡散層７２を上層として設けられている。

このように、基本的構成例のサーマルヘッド１０は、熱伝導層７０の電気絶縁層７１によって発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂとの電気的絶縁性が確保されるとともに、熱拡散層７２によって発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）から発生した熱が拡散する。

また、サーマルヘッド１０のガラス基板１１には、突部２０ａと対向するように空隙部１１ａが形成されている。すなわち、空隙部１１ａは、サーマルヘッド１０の長さ方向（図５の矢印Ｌ方向）に発熱抵抗体１２が配列されている突部２０ａと対向し、発熱抵抗体１２の発熱部１２ａに向かって凹状に形成されたものである。そのため、ガラスよりも熱伝導率が低いという空気の特性により、空隙部１１ａ内の空気がガラス基板１１への放熱を効果的に抑制し、発熱部１２ａから発生した熱エネルギがガラス基板１１に放熱されにくくなる。その結果、インクリボン３（図２参照）側への熱エネルギを多くすることができ、サーマルヘッド１０の熱効率が向上する。

さらにまた、突部２０ａの厚さは、空隙部１１ａによって薄くなっているので、蓄熱量が少ない。そのため、短時間で熱エネルギを放熱できることから、発熱部１２ａを発熱させないときには、サーマルヘッド１０の温度を直ちに下げることができる。その結果、サーマルヘッド１０の応答性が向上し、画像や文字がぼやけたりするような不具合が生じることなく、省電力で高速に高品位な画像や文字を印画できるようになる。

さらに、突部２０ａは、発熱部１２ａから発生した熱エネルギの蓄熱部となる。そして、この突部２０ａに蓄熱された熱エネルギにより、印画紙２（図２参照）にインクを転写する際に、省電力で直ちにインクの昇華温度まで温度を上昇させることができるようになる。その結果、サーマルヘッド１０の熱効率がより一層向上する。

ここで、空隙部１１ａの幅Ｗ１は、発熱部１２ａの長さＬ１よりも小さく（空隙部幅Ｗ１＜発熱部長さＬ１）形成されている。これは、空焚き部（図４参照）の局所的な温度上昇を低減するためである。すなわち、図９に示す従来のサーマルヘッド１１０のように、空隙部幅Ｗ２＞発熱部長さＬ１とした場合には、空隙部１１１ｂ内の空気量が多くなってガラス基板１１１への放熱が大幅に抑制される。しかしながら、空焚き部では、ガラス基板１１１への放熱が抑制された分だけ、突部１１１ａの温度が局所的に上昇してしまう。

そこで、基本的構成例のサーマルヘッド１０では、ガラス基板１１への放熱をある程度まで許すことにより、空焚き部（図４参照）における突部２０ａの局所的な温度上昇を抑えている。そして、空焚き部の温度は、空隙部１１ａの幅Ｗ１を発熱部１２ａの長さＬ１に対し、空隙部幅Ｗ１＜発熱部長さＬ１の範囲で調整することにより、所望の温度とすることができる。そのため、熱伝導層７０（熱拡散層７２）との相乗効果により、サーマルヘッド１０の耐久性及び信頼性（突部２０ａの耐熱性や破壊強度）を向上させることができる。

図７は、本発明の実施形態のサーマルヘッド８０を示す縦断面図である。
図７に示すように、本発明の実施形態のサーマルヘッド８０は、基本的構成例のサーマルヘッド１０と同様に、熱伝導層８１の電気絶縁層８２によって電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂとの電気的絶縁性を確保するとともに、熱拡散層８３によって発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）から発生した熱が拡散するようにしたものである。また、空隙部１１ａの幅Ｗ１を発熱部１２ａの長さＬ１よりも小さく（空隙部幅Ｗ１＜発熱部長さＬ１）することにより、空焚き部（図４参照）の局所的な温度上昇を低減している。

一方、本発明の実施形態のサーマルヘッド８０では、基本的構成例のサーマルヘッド１０と異なり、発熱抵抗体１２の発熱部１２ａに熱伝導層８１（電気絶縁層８２及び熱拡散層８３）を設けていない。これは、印画に最も寄与する発熱部１２ａの近傍の熱拡散を抑制するためである。すなわち、発熱部１２ａの近傍に熱伝導層８１を設けないようにすることで、印画に影響する部分の熱分布の広がりによる印画品質の低下を防止している。なお、熱伝導層８１の削除範囲を変更することにより、熱拡散効果と印画品質とを調整することができる。

図８は、本発明の比較例のサーマルヘッド９０を示す縦断面図である。
図８に示すように、本発明の比較例のサーマルヘッド９０は、基本的構成例のサーマルヘッド１０と同様に、熱伝導層９１の電気絶縁層９２によって発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）との電気的絶縁性を確保するとともに、熱拡散層９３によって発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）から発生した熱が拡散するようにしたものである。また、空隙部１１ａの幅Ｗ１を発熱部１２ａの長さＬ１よりも小さく（空隙部幅Ｗ１＜発熱部長さＬ１）することにより、空焚き部（図４参照）の局所的な温度上昇を低減している。

一方、本発明の比較例のサーマルヘッド９０では、基本的構成例のサーマルヘッド１０と異なり、熱伝導層９１が発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）の下側に、電気絶縁層９２を上層とし熱拡散層９３を下層として設けている。これは、電気絶縁層９２による熱拡散層９３の電気的な絶縁性を確実にするためである。すなわち、熱伝導層９１を発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）の下側に配置することで、発熱部１２ａの近傍の段差（電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂの端部の段差）がない突部２０ａ上に電気絶縁層９２を成膜できるので、発熱抵抗体１２と熱拡散層９３との間に電気絶縁層９２を膜付き不良等の欠陥なく形成できる。そのため、熱拡散層９３の絶縁不良を確実に回避できる。

このように、サーマルヘッド１０、サーマルヘッド８０、及びサーマルヘッド９０は、熱伝導層７０（熱伝導層８１、熱伝導層９１）を備えている。そのため、発熱部１２ａに集中する熱分布が拡散され、発熱部１２ａの極端な温度上昇が低減されるので、発熱部１２ａの耐久性及び信頼性、突部２０ａの耐熱性や破壊強度が向上する。その結果、熱効率及び応答性が良好であり、高品位な画像や文字を省電力で高速に印画できるようになる。

基本的構成例のサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタを示す概略の側面図である。基本的構成例のサーマルヘッドの周辺部を示す斜視図である。基本的構成例のサーマルヘッドの全体を示す斜視図である。基本的構成例のサーマルヘッドとプラテンローラとの間で印画紙及びインクリボンを押圧した状態を示す正面図である。基本的構成例のサーマルヘッドを部分的に示す斜視図である。基本的構成例のサーマルヘッドを示す縦断面図である。本発明の実施形態のサーマルヘッドを示す縦断面図である。本発明の比較例のサーマルヘッドを示す縦断面図である。従来のサーマルヘッドを示す縦断面図である。

符号の説明

１サーマルプリンタ
２印画紙（記録媒体）
１０，８０，９０サーマルヘッド
１１ガラス基板（ヘッド本体部）
１１ａ空隙部
１２発熱抵抗体（発熱素子）
１２ａ発熱部
１３ａ電源電極
１３ｂ駆動電極
２０ａ突部
７０，８１，９１熱伝導層
７１，８２，９２電気絶縁層
７２，８３，９３熱拡散層

Claims

発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドであって、
前記突部及び前記突部に対向する凹状の空隙部が形成されたヘッド本体部と、
前記ヘッド本体部の前記突部側に設けられた熱伝導層と、
前記発熱素子の一方の側に設けられた電源電極と、
前記発熱素子の他方の側に設けられた駆動電極と
を備え、
前記熱伝導層は、
前記発熱素子との電気的絶縁性を確保する電気絶縁層と、
前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層と
を備えると共に、前記電源電極と前記駆動電極との間の前記発熱素子の発熱部には設けられていない
ことを特徴とするサーマルヘッド。
請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記熱伝導層は、前記発熱素子の上側に、前記電気絶縁層を下層とし前記熱拡散層を上層として設けられている
ことを特徴とするサーマルヘッド。
請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記熱伝導層は、前記発熱素子の下側に、前記電気絶縁層を上層とし前記熱拡散層を下層として設けられている
ことを特徴とするサーマルヘッド。
請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記発熱素子の一方の側に設けられた電源電極と、
前記発熱素子の他方の側に設けられた駆動電極と
を備え、
前記空隙部の幅Ｗ１は、前記電源電極と前記駆動電極との間の前記発熱素子の発熱部の長さＬ１よりも小さい
ことを特徴とするサーマルヘッド。
発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタであって、
前記サーマルヘッドは、
前記突部及び前記突部に対向する凹状の空隙部が形成されたヘッド本体部と、
前記ヘッド本体部の前記突部側に設けられた熱伝導層と、
前記発熱素子の一方の側に設けられた電源電極と、
前記発熱素子の他方の側に設けられた駆動電極と
を備え、
前記熱伝導層は、
前記発熱素子との電気的絶縁性を確保する電気絶縁層と、
前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層と
を備えると共に、前記電源電極と前記駆動電極との間の前記発熱素子の発熱部には設けられていない
ことを特徴とするサーマルプリンタ。