JP6080452B2 - Thermal print head and thermal printer - Google Patents
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Description
本発明は、サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタに関する。 The present invention relates to a thermal print head and a thermal printer .
サーマルプリントヘッドは、ビデオプリンター、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注目されている。サーマルプリントヘッドは、基板上に配列された発熱抵抗体を有している。これらの発熱抵抗体を所定のパターンで発熱させることにより、サーマルプリントヘッドを用いて感熱紙、製版フィルム印画紙などのメディアへの記録が行われる。低騒音、低ランニングコストなどの利点を持つため、様々な開発が行われている。 Thermal print heads are attracting attention as output devices such as video printers, imagers, and seal printers. The thermal print head has heating resistors arranged on a substrate. When these heating resistors are heated in a predetermined pattern, recording on a medium such as thermal paper or plate-making film photographic paper is performed using a thermal print head. Various developments have been made to provide advantages such as low noise and low running costs.
サーマルプリントヘッドは、アルミナなどのセラミック基板の表面に保温層としてグレーズ層を形成した支持基体を有している。この支持基体上に発熱抵抗体層とアルミニウムなどの電極となる導電層とをスパッタ法などの薄膜形成方法によって積層した後、フォトエングレービングプロセスで発熱抵抗体、個別電極などをパターニングする。その後、発熱抵抗体層および電極の所定の部分を覆う絶縁保護被膜層をスパッタ法などの薄膜形成方法によって形成する。 The thermal print head has a support base in which a glaze layer is formed as a heat retaining layer on the surface of a ceramic substrate such as alumina. A heating resistor layer and a conductive layer serving as an electrode such as aluminum are laminated on the support substrate by a thin film forming method such as sputtering, and then the heating resistor and individual electrodes are patterned by a photoengraving process. Thereafter, an insulating protective film layer covering the heating resistor layer and a predetermined portion of the electrode is formed by a thin film forming method such as sputtering.
このようにして製造された発熱体板と別途製造された回路基板とが放熱板の表面に固定される。さらに発熱体板の電極と回路基板に搭載された駆動ICとがボンディングワイヤなどで接続され、駆動ICなどが樹脂で封止されてサーマルプリントヘッドが製造される。 The heat generating plate manufactured in this way and the separately manufactured circuit board are fixed to the surface of the heat radiating plate. Further, the electrodes of the heating plate and the driving IC mounted on the circuit board are connected by bonding wires or the like, and the driving IC or the like is sealed with resin to manufacture a thermal print head.
近年、プリンタの更なる高速化や高画質が求められている。 In recent years, higher speed printers and higher image quality have been demanded.
サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体には、発熱抵抗体の中心にピークとする温度分布が生じる。このため、印画の高速化に伴って高パワー印画する場合、発熱ピーク温度が過度に高くなる可能性がある。また、画質を重視して発熱抵抗体長を短縮した場合にも、発熱ピーク温度が過度に高くなる可能性がある。このように発熱ピーク温度が発色温度に比べて高くなり過ぎると、被印刷媒体にダメージが生じたり、エネルギー効率が悪化したりする。 A temperature distribution having a peak at the center of the heating resistor is generated in the heating resistor of the thermal print head. For this reason, when high-power printing is performed as printing speed increases, the heat generation peak temperature may become excessively high. Also, when the length of the heating resistor is shortened with emphasis on image quality, the peak heat generation temperature may become excessively high. Thus, when the exothermic peak temperature is too high compared to the color development temperature, the printing medium is damaged or energy efficiency is deteriorated.
そこで、たとえば発熱抵抗体を副走査方向に分割して発熱ピーク温度を下げて、被印刷媒体へのダメージを抑制し、エネルギー効率の悪化を抑制する方法がある。しかし、被印刷媒体が発熱領域に搬送される際には被印刷媒体が冷えているため、発熱領域の入り口側(上流側)の温度が著しく低下してしまう場合がある。その結果、被印刷媒体がサーマルプリントヘッドに貼りついてしまい、印画に不具合が生じてしまう場合がある。 Therefore, for example, there is a method in which the heating resistor is divided in the sub-scanning direction to lower the heat generation peak temperature, thereby suppressing damage to the printing medium and suppressing deterioration of energy efficiency. However, when the print medium is transported to the heat generation area, the temperature of the entrance side (upstream side) of the heat generation area may be significantly lowered because the print medium is cold. As a result, the print medium may stick to the thermal print head, causing a problem in printing.
そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドによる印画を高速化しても、適切な印画濃度を確保しつつ、被印刷媒体へのダメージを抑制することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to suppress damage to a printing medium while ensuring an appropriate printing density even when printing with a thermal print head is accelerated.
上述の課題を解決するため、本発明は、副走査方向に搬送される被印刷媒体に熱印刷するサーマルプリントヘッドにおいて、前記副走査方向に垂直な主走査方向に延びる絶縁基板と、前記絶縁基板の表面で前記主走査方向に間隔を置いて配列されそれぞれ前記副走査方向に延びる発熱抵抗体と、前記副走査方向の両端で前記発熱抵抗体に接続された電極と、を具備し、前記発熱抵抗体は前記副走査方向の上流側から下流側に順に並ぶ第1発熱部、第2発熱部、第3発熱部からなり、前記第1発熱部は前記第2発熱部よりも薄く、前記第3発熱部は前記第2発熱部よりも薄く、かつ前記第1発熱部よりも厚いことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an insulating substrate that extends in a main scanning direction perpendicular to the sub-scanning direction in a thermal print head that performs thermal printing on a printing medium conveyed in the sub-scanning direction, and the insulating substrate. A heating resistor arranged at intervals on the surface in the main scanning direction and extending in the sub-scanning direction, and electrodes connected to the heating resistor at both ends in the sub-scanning direction. The resistor includes a first heat generating portion , a second heat generating portion, and a third heat generating portion arranged in order from the upstream side to the downstream side in the sub-scanning direction , and the first heat generating portion is thinner than the second heat generating portion . The three heat generating portions are thinner than the second heat generating portion and thicker than the first heat generating portion .
本発明によれば、サーマルプリントヘッドによる印画を高速化しても、適切な印画濃度を確保しつつ、被印刷媒体へのダメージを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress damage to a printing medium while securing an appropriate printing density even when printing with a thermal print head is accelerated.
本発明に係るサーマルプリントヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。 An embodiment of a thermal print head according to the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to this.
図1は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の一部拡大断面図である。図2は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの発熱領域近傍の発熱抵抗体および電極のパターンを示す上面図である。図3は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの斜視図である。図4は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。 FIG. 1 is a partially enlarged sectional view of an embodiment of a thermal print head according to the present invention. FIG. 2 is a top view showing patterns of heating resistors and electrodes in the vicinity of the heating area of the thermal print head according to the present embodiment. FIG. 3 is a perspective view of the thermal print head according to the present embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of a thermal printer using the thermal print head of the present embodiment.
本実施の形態のサーマルプリントヘッド10は、放熱板30と発熱体板20と回路基板40とを有している。放熱板30は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された長方形の平板である。
The
発熱体板20は、セラミック基板22およびグレーズ層25からなる絶縁基板を有している。セラミック基板22は、たとえばアルミナ(Al2O3)で形成された長方形の平板である。セラミック基板22の一方の表面は放熱板30と向かい合っており、他方の表面にはグレーズ層25が融着している。グレーズ層25は、ガラスで形成されている。
The
グレーズ層25の表面には、抵抗体層26が形成されている。また、抵抗体層26の表面には、電極層28が形成されている。電極層28に切欠部が形成されていて、抵抗体層26の電極層28と重なり合わない部分が発熱抵抗体となる。このようにして発熱抵抗体が全面グレーズ層25の表面に間隔を置いて複数配列されて、セラミック基板22の長手方向(主走査方向)に延びる帯状の発熱領域24が形成されている。
A resistor layer 26 is formed on the surface of the
発熱抵抗体は、セラミック基板22の短手方向、すなわち主走査方向に垂直な方向(副走査方向)に延びていて、副走査方向に沿って3つの部分に区分できる。これらの部分を、副走査方向すなわち被印刷媒体60の搬送方向の上流側から、順に第1発熱部61、第2発熱部62、第3発熱部63と呼ぶこととする。本実施の形態において、第1発熱部61、第2発熱部62、第3発熱部63の副走査方向の長さは、同じとした。
The heating resistor extends in the short direction of the
発熱抵抗体は、第2発熱部62が最も厚い。第2発熱部62の厚さは、たとえば電極層28で覆われた部分の抵抗体層62の厚さと同じである。第1発熱部61および第3発熱部63は、第2発熱部62よりも薄い。また、第1発熱部61は、第3発熱部よりも薄い。
The second
発熱抵抗体の各部は、電流が流れる方向(副走査方向)の長さが同一で厚さが異なるため、電気抵抗が異なる。本実施の形態では、第1発熱部61の電気抵抗が最も大きく、次に第3発熱部63、第2発熱部62の順に電気抵抗が小さくなる。
Each part of the heating resistor has the same length in the direction (sub-scanning direction) in which the current flows and has a different thickness. In the present embodiment, the electric resistance of the first
電極層28および発熱抵抗体の表面には、保護被膜層29が形成されている。保護被膜層29は、たとえばSiONで形成されている。
A
サーマルプリントヘッド10は、発熱領域24を発熱させる駆動回路を有している。その駆動回路は、たとえば発熱体板20と同じ側の表面で放熱板30に載置された回路基板40の上に形成されている。回路基板40には、発熱領域24に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力が入力される。この駆動回路は、たとえば回路基板40に設けられた駆動素子42などの電気部品を有している。発熱体板20と駆動回路とは、たとえば発熱体板20と回路基板40との間に架け渡されたボンディングワイヤ44によって電気的に接続される。さらに、回路基板40の表面に形成された配線パターンと駆動素子42との間もボンディングワイヤ44で電気的に接続される。駆動素子42およびボンディングワイヤ44は、たとえば樹脂48によって封止される。
The
このサーマルプリントヘッド10を用いたプリンタは、発熱領域24の表面の法線上に位置する軸52を中心とする円筒状のプラテンローラ50を有している。プラテンローラ50によって被印刷媒体60がサーマルプリントヘッド10に押し付けられる。この状態で発熱領域24の発熱抵抗体が発熱することによって、被印刷媒体60に印画される。被印刷媒体60が副走査方向に搬送されながら、主走査方向に延びる発熱領域24が所定のパターンで発熱することによって、被印刷媒体60には所望の画像が形成される。
The printer using the
次に、本実施の形態の製造方法を説明する。 Next, the manufacturing method of this Embodiment is demonstrated.
まず、セラミック基板22の主面にガラスペーストを印刷する。ガラスペーストの厚さは、たとえば30〜120μmとする。その後、セラミック基板22に付着したガラスペーストを焼成する。この際、ガラスペーストの温度をガラスの軟化点温度以上にして、所定の時間保持し、その後、常温まで冷却する。これによりグレーズ層25が形成される。
First, a glass paste is printed on the main surface of the
次に、全面グレーズ層25の表面に抵抗膜層および金属層を形成する。抵抗膜層および金属層を所定の形状にエッチングすることにより、所定のパターンの抵抗体層26および電極層28が形成される。発熱抵抗体の第1発熱部61、第2発熱部62および第3発熱部63は、たとえば複数回に分けてエッチングを行うことにより、互いに厚さが異なる部分を形成する。このように発熱抵抗体は、同一材料をエッチングによって、厚さが異なる第1発熱部61、第2発熱部62および第3発熱部63を形成しているため、各部の厚さ方向の材質は同一である。
Next, a resistance film layer and a metal layer are formed on the entire surface of the
その後、抵抗体層26および電極層28を被覆する保護被膜層29を形成する。保護被膜層29は、たとえばスパッタリングによって形成される。これにより、発熱体板20が得られる。一枚のセラミック板に複数の発熱体板20となる部分を形成し、製造過程の途中あるいは最後に分割して、複数の発熱体板20を得てもよい。
Thereafter, a
このようにして製造された発熱体板20および駆動素子42を搭載した回路基板40を放熱板30に載置し、駆動素子42と発熱体板20との間にボンディングワイヤ44を架け渡し、駆動素子42およびボンディングワイヤ44を封止することにより、サーマルプリントヘッド10が完成する。
The
図5は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの発熱量を示すグラフである。図6は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの表面温度の例を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the heat generation amount of the thermal print head according to the present embodiment. FIG. 6 is a graph showing an example of the surface temperature of the thermal print head according to the present embodiment.
本実施の形態のサーマルプリントヘッド10では、発熱抵抗体へ通電した際に、第1発熱部61、第2発熱部62および第3発熱部63の厚さが異なり電気抵抗が異なるため、発熱量が異なる。発熱抵抗体のうち第1発熱部61の発熱量が最も大きく、発熱量は第3発熱部63、第2発熱部62の順に小さくなる。
In the
発熱抵抗体で発生した熱は、副走査方向にも伝搬する。このため、第2発熱部62では、第1発熱部61および第3発熱部63から流入する熱により、第2発熱部62が単独で発熱した場合に比べて温度が高くなる。したがって、発熱抵抗体の各部の厚さを適切に設定することにより、第2発熱部62の温度を被印刷媒体60の発色温度以上とすることができ、適切な印画濃度を確保できる。この効果は、特に印画が高速化、すなわち被印刷媒体60の搬送速度が高い場合に顕著である。
The heat generated by the heating resistor is also propagated in the sub-scanning direction. For this reason, in the 2nd
しかも、第1発熱部61および第3発熱部63での発熱量を第2発熱部62に比べて大きくしているため、第2発熱部62の温度を過度に高くすることなく、所定の副走査方向長さの領域の温度を発色温度以上とすることができる。その結果、被印刷媒体60の過熱によるダメージを抑制することができ、また、エネルギー効率を高めることができる。
In addition, since the amount of heat generated in the first
また、本実施の形態では、第1発熱部61を最も薄くすることにより、第1発熱部61での発熱量が最も大きい。このため、発色温度を超える印画位置よりも上流側の広い範囲で、サーマルプリントヘッド10の表面温度を高めておくことができる。その結果、被印刷媒体60が低い温度で発熱領域24の近傍に搬送された場合であっても、第1発熱部61あるいはその上流で適切な温度まで加熱される。
In the present embodiment, the first
印画位置よりも上流側で被印刷媒体60の温度を高めておくことにより、印画位置での被印刷媒体60の急激な温度変化を抑制できる。つまり、印画位置での被印刷媒体60への入熱量が小さくても印画できることになる。したがって、エネルギー効率が向上し、また、被印刷媒体60のサーマルプリントヘッド10への貼りつきなどの不具合が生じにくくなる。
By increasing the temperature of the
このように、本実施の形態によれば、サーマルプリントヘッドによる印画を高速化しても、適切な印画濃度を確保しつつ、被印刷媒体へのダメージを抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress damage to the printing medium while securing an appropriate printing density even when printing with the thermal print head is accelerated.
10…サーマルプリントヘッド、20…発熱体板、22…セラミック基板、24…発熱領域、25…グレーズ層、26…抵抗体層、28…電極層、29…保護被膜層、30…放熱板、40…回路基板、42…駆動素子、44…ボンディングワイヤ、48…樹脂、50…プラテンローラ、52…軸、60…被印刷媒体、61…第1発熱部、62…第2発熱部、63…第3発熱部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記副走査方向に垂直な主走査方向に延びる絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面で前記主走査方向に間隔を置いて配列され、それぞれ前記副走査方向に延びる発熱抵抗体と、
前記副走査方向の両端で前記発熱抵抗体に接続された電極と、
を具備し、
前記発熱抵抗体は前記副走査方向の上流側から下流側に順に並ぶ第1発熱部、第2発熱部、第3発熱部からなり、
前記第1発熱部は前記第2発熱部よりも薄く、前記第3発熱部は前記第2発熱部よりも薄く、かつ前記第1発熱部よりも厚い
ことを特徴とするサーマルプリントヘッド。 In a thermal print head that performs thermal printing on a printing medium conveyed in the sub-scanning direction,
An insulating substrate extending in a main scanning direction perpendicular to the sub-scanning direction;
Heating resistors arranged on the surface of the insulating substrate at intervals in the main scanning direction and extending in the sub-scanning direction , respectively;
Electrodes connected to the heating resistor at both ends in the sub-scanning direction;
Comprising
The heating resistor comprises a first heating part , a second heating part, and a third heating part arranged in order from the upstream side to the downstream side in the sub-scanning direction ,
Said first heating portion thinner than the second heat generating unit, the thermal printhead third heating unit is characterized by thicker the thinner than the second heat generating part, and than the first heating portion.
を具備することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のサーマルプリンタ。The thermal printer according to claim 1, further comprising:
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