JP7454696B2 - サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、サーマルヘッドおよびサーマルプリンタに関する。
従来、ファクシミリあるいはビデオプリンタ等の印画デバイスとして、種々のサーマルヘッドが提案されている。
実施形態の一態様に係るサーマルヘッドは、基板と、電極と、抵抗体層とを備える。電極は、前記基板の上に位置し、前記基板の第１方向に沿って延びる。抵抗体層は、前記基板の上および前記電極の上に位置する。前記電極は、前記第１方向に交差する第２方向に所定の間隔で並ぶ第１電極および第２電極を有する。前記第１電極および前記第２電極のうち、少なくとも一方は、前記抵抗体層の下に位置する上面において、前記第２方向の中央部が前記第２方向の端部よりも突出している。
また、本発明の一態様に係るサーマルプリンタは、上記に記載のサーマルヘッドと、搬送機構と、プラテンローラとを備える。搬送機構は、基板の上に位置する発熱部の上に記録媒体を搬送する。プラテンローラは、発熱部の上に記録媒体を押圧する。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するサーマルヘッドおよびサーマルプリンタの実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
従来のサーマルヘッドの構造には、例えば印画画質を向上させるという点で改善の余地がある。本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、印画画質を向上することができるサーマルヘッドおよびサーマルプリンタを提供する。
＜実施形態＞
図１は、実施形態に係るサーマルヘッドの概略を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態に係るサーマルヘッドＸ１は、放熱体１と、ヘッド基体３と、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）５とを備えている。ヘッド基体３は、放熱体１上に位置する。ＦＰＣ５は、ヘッド基体３と電気的に接続されている。ヘッド基体３は、基板７と、発熱部９と、複数の駆動ＩＣ１１と被覆部材２９とを備える。
図１は、実施形態に係るサーマルヘッドの概略を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態に係るサーマルヘッドＸ１は、放熱体１と、ヘッド基体３と、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）５とを備えている。ヘッド基体３は、放熱体１上に位置する。ＦＰＣ５は、ヘッド基体３と電気的に接続されている。ヘッド基体３は、基板７と、発熱部９と、複数の駆動ＩＣ１１と被覆部材２９とを備える。
放熱体１は、板状である。放熱体１は、平面視で長方形状を有している。放熱体１は、放熱機能を有している。具体的には、放熱体１は、ヘッド基体３の発熱部９で発生した熱のうち、印画に寄与しない熱をサーマルヘッドＸ１の外部に放出する。放熱体１の上面には、両面テープあるいは接着剤等（不図示）によってヘッド基体３が接着されている。放熱体１は、例えば、銅、鉄またはアルミニウム等の金属材料で作製される。
ヘッド基体３は、板状である。ヘッド基体３は、平面視で長方形状である。ヘッド基体３は、基板７の上にサーマルヘッドＸ１を構成する各部材が位置している。ヘッド基体３は、外部より供給された電気信号に従い、記録媒体Ｐ（図１２参照）に印字を行う。
駆動ＩＣ１１は、基板７上に位置している。複数の駆動ＩＣ１１は、主走査方向に沿って位置している。駆動ＩＣ１１は、各発熱部９の通電状態を制御する機能を有する電子部品である。一例として、内部に複数のスイッチング素子を有する切替部材が駆動ＩＣ１１として用いられてもよい。
駆動ＩＣ１１は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂等の樹脂を材料とする被覆部材２９によって被覆されている。被覆部材２９は、複数の駆動ＩＣ１１にわたって位置している。被覆部材２９は、封止材の一例である。
ＦＰＣ５は、たとえば短手方向に一対の第１端および第２端を有する。ＦＰＣ５の第１端は、ヘッド基体３と電気的に接続されている。ＦＰＣ５の第２端は、コネクタ３１と電気的に接続されている。
ＦＰＣ５は、導電性接合材２３（図２参照）により、ヘッド基体３と電気的に接続されている。一例として、半田材料あるいは電気絶縁性の樹脂中に導電性粒子が混入された異方性導電フィルム（ＡＣＦ）が導電性接合材２３として用いられてもよい。
以下、図１～図３を用いて、ヘッド基体３を構成する各部材について説明する。図２は、図１に示すサーマルヘッドの概略を示す断面図である。図３は、図１に示すヘッド基体の概略を示す平面図である。
ヘッド基体３は、基板７と、共通電極１７と、個別電極１９と、第３電極１２と、第４電極１４と、端子２と、抵抗体層１５と、保護層２５と、被覆層２７とをさらに備える。なお、図１では、保護層２５および被覆層２７を省略している。また、図３は、ヘッド基体３の配線を簡略化して示している。図３において、駆動ＩＣ１１、保護層２５および被覆層２７は省略されている。また、図３において、第４電極１４の構成は簡略化されている。
基板７は、平面視で長方形状をなしており、基板７の主面（上面）７ｅは、一方の長辺である第１長辺７ａと、他方の長辺である第２長辺７ｂと、第１短辺７ｃと、第２短辺７ｄとを有している。基板７は、アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料、あるいは単結晶シリコン等の半導体材料等によって作製される。
また、基板７は、蓄熱層１３を有してもよい。蓄熱層１３は、主面７ｅから基板７の厚み方向に突出し、第２方向Ｄ２（主走査方向）に沿って帯状に延びる部分である。蓄熱層１３は、印画する記録媒体を、発熱部９上に位置する保護層２５に良好に押し当てる機能を有する。
なお、蓄熱層１３は下地部を有していてもよい。この場合、下地部は、基板７の主面７ｅ側の全域にわたり位置している部分である。
蓄熱層１３は、例えば、ガラス成分を含有する。蓄熱層１３は、発熱部９で発生する熱の一部を一時的に蓄積する。これにより、蓄熱層１３は、発熱部９の温度を上昇させるのに要する時間を短くすることができる。すなわち、蓄熱層１３は、サーマルヘッドＸ１の熱応答特性を高める機能を有する。
蓄熱層１３は、例えば、ガラス粉末に適当な有機溶剤を混合して得た所定のガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって基板７の主面７ｅ側に塗布、焼成することで作製される。なお、基板７は、蓄熱層１３として下地部のみを有していてもよい。
図２に示すように、共通電極１７は、基板７の主面７ｅに位置している。共通電極１７は、導電性を有する材料で作製される。例えば、アルミニウム、金、銀および銅のうちのいずれか一種の金属またはこれらの合金が共通電極１７として用いられてもよい。
図３に示すように、共通電極１７は、第１共通電極１７ａと、複数の第２共通電極１７ｂと、第３共通電極１７ｃと、複数の端子２とを有している。共通電極１７は、発熱部９が有する複数の素子に対して共通して電気的に接続されている。
第１共通電極１７ａは、基板７の第１長辺７ａと発熱部９との間に位置している。第１共通電極１７ａは、主走査方向に延びている。複数の第２共通電極１７ｂは、副走査方向に延びている。複数（ここでは２つ）の第２共通電極１７ｂのうち１つは、基板７の第１短辺７ｃ側に位置し、他の１つは第２短辺７ｄ側に位置している。第２共通電極１７ｂは、端子２と第１共通電極１７ａとを接続している。第３共通電極１７ｃは、第１共通電極１７ａから発熱部９の各素子に向けて櫛歯状に延びており、一部が発熱部９の反対側に挿通されている。第３共通電極１７ｃは、第２方向Ｄ２（主走査方向）に互いに間隔をあけてそれぞれ位置している。第３共通電極１７ｃは、第１電極の一例である。
個別電極１９は、基板７の主面７ｅに位置している。個別電極１９は、金属成分を含有し、導電性を有する。個別電極１９は、例えば、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金、パラジウム、銅等の金属、およびそれらの合金により形成される。複数の個別電極１９は、主走査方向に沿って位置している。個別電極１９は、隣り合う２つの第３共通電極１７ｃの間に位置している。そのため、サーマルヘッドＸ１は、第３共通電極１７ｃと個別電極１９とが主走査方向に交互に位置している。個別電極１９は、基板７の第２長辺７ｂ側に電極パッド１０が接続されている。個別電極１９は、第２電極の一例である。
第３電極１２は、電極パッド１０に接続されている。第３電極１２は、副走査方向に延びている。電極パッド１０には、上述したように駆動ＩＣ１１が搭載される。
第４電極１４は、主走査方向に延びている。第４電極１４は、複数の第３電極１２にわたって位置している。第４電極１４は、端子２により外部に接続されている。
端子２は、基板７の第２長辺７ｂ側に位置している。端子２は、導電性接合材２３（図２参照）により、ＦＰＣ５に接続されている。それにより、ヘッド基体３は、外部と電気的に接続されている。
上記の個別電極１９、第３共通電極１７ｃおよび第３電極１２は、例えば、金属成分とガラス成分とを有機溶媒中に含有する導体ペーストを電極材料として用いることができる。また、個別電極１９、第３共通電極１７ｃおよび第３電極１２は、各々を構成する材料層を、基板７上に、例えばスクリーン印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法などにより作製することができる。なお、個別電極１９、第３共通電極１７ｃおよび第３電極１２は、例えば、スパッタリング法等の従来周知の薄膜成形技術によって順次積層した後、積層体を従来周知のフォトエッチングなどを用いて所定のパターンに加工することにより作製されてもよい。
また、上記の第１共通電極１７ａ、第２共通電極１７ｂ、第４電極１４および端子２は、各々を構成する材料層を、基板７上に、例えばスクリーン印刷法により作製できる。第１共通電極１７ａ、第２共通電極１７ｂ、第４電極１４および端子２の厚みは、例えば５～２０μｍ程度である。このように、厚みの厚い電極を形成することにより、ヘッド基体３の配線抵抗を小さくできる。なお、厚みの厚い電極の部分は、図３においてドットで示しており、以下の図面においても同様である。
抵抗体層１５は、第３共通電極１７ｃと、個別電極１９とにまたがって、基板７の第１長辺７ａから離間した状態で位置している。抵抗体層１５のうち、第３共通電極１７ｃと個別電極１９との間に位置する部分が、発熱部９の各素子として機能する。発熱部９の各素子は、図３では簡略化して記載されているが、例えば、１００ｄｐｉ（dots per inch）以上の密度で位置してもよい。さらに、発熱部９の各素子は、２００～２４００ｄｐｉの密度で位置してもよい。
抵抗体層１５の厚みは、例えば、３～６μｍ程度である。抵抗体層１５のシート抵抗は、例えば、５００～８０００Ω／□程度である。また、抵抗体層１５の熱膨張率は、例えば、５～１０ｐｐｍ／℃程度である。また、抵抗体層１５の熱伝導率は、例えば、０．５～２Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
抵抗体層１５は、例えば、各種電極がパターニングされた基板７に、導電成分とガラス成分とを含有する材料ペーストを、スクリーン印刷法またはディスペンス装置等により主走査方向に長い帯状に位置させせることにより形成されてもよい。導電成分は、例えば酸化ルテニウムを含んでよい。ガラス成分は、例えばホウケイ酸鉛ガラスを含んでよい。
保護層２５は、基板７の主面７ｅ（図１参照）に形成された蓄熱層１３上に位置している。保護層２５は、発熱部９を被覆している。保護層２５は、基板７の第１長辺７ａから、電極パッド１０と離間するように、基板７の主走査方向にわたって位置している。
保護層２５は、絶縁性を有している。これにより、保護層２５は、被覆した領域を、大気中に含まれている水分等の付着による腐食、あるいは印画する記録媒体との接触による摩耗から保護する。保護層２５は、例えば、ガラスにより作製できる。保護層２５は、例えば、印刷等の厚膜形成技術を用いて作製できる。保護層２５は、例えばホウケイ酸鉛ガラスを含んでよい。また、保護層２５は、例えばアルミナおよびジルコニアのうち一方または両方をさらに含有してもよい。
また、保護層２５は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｃ－ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＣｒＮあるいはＤＬＣ（diamond-like carbon）等を用いて作製されてもよい。このような保護層２５はスパッタリング法等の薄膜形成技術を用いて作製できる。
また、保護層２５は、例えば、０．３μｍ以下の表面粗さＲａを有してもよい。
被覆層２７は、共通電極１７、個別電極１９、第３電極１２および第４電極１４を部分的に被覆するように基板７上に位置している。被覆層２７は、被覆した領域を、大気との接触による酸化、あるいは大気中に含まれている水分等の付着による腐食から保護する。被覆層２７は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、あるいはシリコーン系樹脂等の樹脂材料により作製できる。
次に、図４を用いて、実施形態に係るサーマルヘッドＸ１の要部について詳細に説明する。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。
図４に示すように、実施形態に係るサーマルヘッドＸ１は、蓄熱層１３と、第３共通電極１７ｃと、個別電極１９と、抵抗体層１５と、保護層２５とを有している。
第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９は、蓄熱層１３の上に位置している。第３共通電極１７ｃと個別電極１９とは間隔ｄだけ離れて位置している。
抵抗体層１５は、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の上、ならびに第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９を有しない蓄熱層１３の上に位置している。これにより、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９は、蓄熱層１３と抵抗体層１５との間に挟まれてそれぞれ位置する。また、保護層２５は、抵抗体層１５を覆うように位置している。
ここで、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の断面形状について説明する。第３共通電極１７ｃは、抵抗体層１５の下に位置する上面１７ｃａにおいて、第２方向Ｄ２の中央部が第２方向Ｄ２の端部よりも第３方向Ｄ３側に突出している。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１（図３参照）および第２方向Ｄ２に交差する方向である。同様に、個別電極１９は、抵抗体層１５の下に位置する上面１９ａにおいて、第２方向Ｄ２の中央部が第２方向Ｄ２の端部よりも第３方向Ｄ３側に突出している。
個別電極１９および第３共通電極１７ｃの幅ｗは、例えば１０～５０μｍ程度である。また、個別電極１９および第３共通電極１７ｃの幅ｗは、例えば２０～３０μｍ程度であってもよい。また、個別電極１９および第３共通電極１７ｃの厚みｔは、例えば０．５～５μｍ程度である。また、個別電極１９および第３共通電極１７ｃの厚みｔは、１～２μｍ程度であってもよい。個別電極１９および第３共通電極１７ｃの幅ｗは、それぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。また、個別電極１９および第３共通電極１７ｃの厚みｔも、それぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
このように、個別電極１９および第３共通電極１７ｃは、上面１７ｃａ，上面１９ａの中央部が第３方向Ｄ３側に突出している。これにより、実施形態に係るサーマルヘッドＸ１は、個別電極１９および第３共通電極１７ｃの上面１７ｃａ，１９ａが第１方向Ｄ１（図３参照）および第２方向Ｄ２に沿うように平坦な場合と比較して、印画画質が向上する。この点について、図４、図５を用いてさらに説明する。
図５は、参考形態に係るサーマルヘッドの要部断面図である。参考形態に係るサーマルヘッドＹ１は、図５に示すように、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の断面が矩形状であることを除き、図４に示すサーマルヘッドＸ１と同様の構成を有している。
図４に示すサーマルヘッドＸ１および図５に示すサーマルヘッドＹ１は、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の間に所定の電圧を印加すると発熱する。具体的には、図４に示すサーマルヘッドＸ１では、第３共通電極１７ｃと個別電極１９との間に挟まれた、略台形状の断面を有する抵抗体層１５の部分９ａが主な発熱部位となる。
一方、図５に示すサーマルヘッドＹ１では、第３共通電極１７ｃと個別電極１９との間に挟まれた、略台形状の断面を有する抵抗体層１５の部分９ｂが主な発熱部位となる。
サーマルヘッドＸ１，Ｙ１において、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の幅ｗおよび厚みｔ、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の間隔ｄを揃えると、部分９ａは、部分９ｂと比較して断面積および体積が大きくなる。このとき、サーマルヘッドＸ１，Ｙ１の間で図４中、第３共通電極１７ｃと個別電極１９との間の抵抗値が同じであると仮定する。この場合、サーマルヘッドＸ１，Ｙ１に同じ条件のパルス電圧を印加すると、発熱部位が大きいサーマルヘッドＸ１の方が、サーマルヘッドＹ１と比較して部分９ａから離れた抵抗体層１５にまで熱が伝わりやすくなる。このため、隣り合う発熱部９（図１～３参照）を区画する上面１７ｃａおよび上面１９ａの第２方向Ｄ２の中央部の上に位置する抵抗体層１５の温度を適度に上昇させることができる。この結果、抵抗体層１５の上面における部位間の温度差が小さくなる。これにより、サーマルヘッドＸ１によって印刷した印刷物におけるドットの繋がりが良くなり、印画画質が向上する。
サーマルヘッドＸ１における第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９は、上記したように、各々を構成する材料層を、基板７上に、例えばスクリーン印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法などにより作製できる。例えば、所望の溝形状を有する凹版により作製したペーストを中間支持体であるブラケットに転写する。次いで、保持時間や押圧強度を適宜調整しつつ蓄熱層１３の上に上記ペーストを再度転写する。これにより、所望の形状を有する材料層を基板７上に位置させることができる。ただし、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の作製方法は上記したものに限られず、いかなる方法で第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９を位置させてもよい。
＜変形例＞
次に、実施形態に係る第１～第６変形例に係るサーマルヘッドＸ１について説明する。図６は、実施形態の第１、第２変形例に係るサーマルヘッドの要部断面図である。
次に、実施形態に係る第１～第６変形例に係るサーマルヘッドＸ１について説明する。図６は、実施形態の第１、第２変形例に係るサーマルヘッドの要部断面図である。
第１変形例に係るサーマルヘッドＸ１は、図６に示すように、第３共通電極１７ｃ（および個別電極１９）の幅方向（第２方向Ｄ２）の中央部の上に位置する抵抗体層１５の厚みｔ１が、第２方向Ｄ２の端部の上に位置する抵抗体層１５の厚みｔ２よりも小さい。このように厚みｔ１を厚みｔ２よりも小さくすることにより、発熱部９（図１～図３参照）と比較して発熱量が小さい領域Ｒ１に位置する抵抗体層１５の表面までの熱伝導距離が、領域Ｒ２に位置する抵抗体層１５の表面までの熱伝導距離と比較して小さくなる。この結果、抵抗体層１５の上面における部位間の温度差が小さくなる。これにより、サーマルヘッドＸ１によって印刷した印刷物におけるドットの繋がりが良くなり、印画画質が向上する。
また、第２変形例に係るサーマルヘッドＸ１は、図６に示す部分Ｐ１と部分Ｐ２との間で界面の凹凸形状が相違する。図７Ａは、図６に示す部分Ｐ１の拡大断面図である。図７Ｂは、図６に示す部分Ｐ２の拡大断面図である。
図７Ａ、図７Ｂに示すように、第３共通電極１７ｃの上面１７ｃａと抵抗体層１５との界面の凹凸（図７Ａ参照）は、抵抗体層１５と蓄熱層１３との界面１３ａの凹凸（図７Ｂ参照）よりも大きくてもよい。ここで、界面の凹凸については、断面の写真において、任意の場所の界面に沿った長さ１０μｍの領域内の最高点と最低点の高低差（最も突出した部分と最も凹んだ部分の高低差）を測定して、それを界面の凹凸の大きさとすればよい。かかる凹凸の大小は、例えばＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像に基づいて目視等により判別することができる。なお、図示は省略するが、個別電極１９の上面１９ａと抵抗体層１５との界面の凹凸についても、上面１７ｃａと抵抗体層１５との界面の凹凸と同程度とすることができる。すなわち、上面１９ａと抵抗体層１５との界面の凹凸は、抵抗体層１５と蓄熱層１３との界面の凹凸よりも大きくてもよい。
抵抗体層１５と蓄熱層１３との界面の凹凸を小さくすると、例えば、領域Ｒ２に位置する抵抗体層１５と蓄熱層１３との界面における電流経路のばらつきが小さくなる。また、上面１７ｃａと抵抗体層１５との界面の凹凸を大きくすると、例えば、領域Ｒ１に位置する上面１７ｃａと抵抗体層１５との界面抵抗が小さくなり、界面抵抗のばらつきを小さくすることができる。これにより、第２方向Ｄ２に隣り合う電極間の抵抗値のばらつきが小さくなり、サーマルヘッドＸ１によって印刷した印刷物におけるドット間の濃度ムラを小さくできることから、印画画質が向上する。
次に、図８を用いて、第３変形例に係るサーマルヘッドＸ１について説明する。図８は、実施形態の第３変形例に係るサーマルヘッドの要部断面図である。
図８に示すように、第３共通電極１７ｃ（および個別電極１９）の上に位置する保護層２５の厚みｔ３は、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の間に位置する抵抗体層１５の上に位置する保護層２５の厚みｔ４よりも小さくてもよい。
発熱部９（図１～図３参照）と比較して発熱量が小さい領域Ｒ１に位置する保護層２５の厚みを小さくすることで、保護層２５の表面までの熱伝導距離が、領域Ｒ２に位置する保護層２５の表面までの熱伝導距離と比較して小さくなる。この結果、保護層２５の上面における部位間の温度差が小さくなる。これにより、サーマルヘッドＸ１によって印刷した印刷物におけるドットの繋がりが良くなり、印画画質が向上する。
なお、図８に示す保護層２５は次のような手順で作製することができる。すなわち、例えば、第３共通電極１７ｃ（および個別電極１９）の上に位置する抵抗体層１５の上に、例えばスクリーン印刷等により保護層２５の材料層が位置しない部分を有するパターンを形成する。その後、焼成による材料層の軟化流動により、図８に示す保護層２５を抵抗体層１５の上に位置させることができる。なお、保護層２５の製法に制限はなく、いかなる方法により保護層２５を位置させてもよい。
次に、図９を用いて、第４変形例に係るサーマルヘッドＸ１について説明する。図９は、実施形態の第４変形例に係るサーマルヘッドの要部断面図である。
図９に示すように、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９は、上面１７ｃａ，１９ａにおいて、第２方向Ｄ２の中央部が第２方向Ｄ２の端部よりも突出している。さらに、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９は、蓄熱層１３の上に位置する下面１７ｃｂ，１９ｂにおいて、第２方向Ｄ２の中央部が第２方向Ｄ２の端部よりも第３方向Ｄ３の負方向側（蓄熱層１３側）に突出していてもよい。
また、第３共通電極１７ｃにおいて、第２方向Ｄ２の端部に対する中央部の突出量は、下面１７ｃｂの方が、上面１７ｃａよりも小さい。同様に、個別電極１９において、第２方向Ｄ２の端部に対する中央部の突出量は、下面１９ｂの方が、上面１９ａよりも小さい。
図９に示すサーマルヘッドＸ１において、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の間に所定の電圧を印加すると、第３共通電極１７ｃと個別電極１９との間に挟まれた、抵抗体層１５の部分９ｃが主な発熱部位となる。下面１７ｃｂ，１９ｂ側の突出量が上面１７ｃａ，１９ａ側の突出量よりも小さいことで、抵抗体層１５の上面とは反対側の下側に位置する部分９ｃの蓄熱層１３側における発熱量を小さくすることができる。また、抵抗体層１５の上面側の温度を適切に上昇させることができる。これにより、サーマルヘッドＸ１によって印刷した印刷物におけるドットの繋がりが良くなり、印画画質が向上する。
ここで、上面１７ｃａ，１９ａ側の突出量（上面側突出量）に対する下面１７ｃｂ，１９ｂ側の突出量（下面側突出量）の割合（下面側突出量／上面側突出量）は、例えば、０．７５以下とすることができる。下面側突出量は０であってもよい。ただし、下面側突出量／上面側突出量の値は、上記した範囲に限られない。
次に、図１０を用いて、第５変形例に係るサーマルヘッドＸ１について説明する。図１０は、実施形態の第５変形例に係るサーマルヘッドの要部断面図である。
図１０に示すように、第３共通電極１７ｃの第２方向Ｄ２の端部１７ｃｅは、第３共通電極１７ｃの下面１７ｃｂの第２方向Ｄ２の端部１７ｃｃよりも第２方向Ｄ２に突出している。また、端部１７ｃｅとは反対側に位置する第３共通電極１７ｃの端部１７ｃｆは、端部１７ｃｃとは反対側に位置する下面１７ｃｂの端部１７ｃｄと比較して、第２方向Ｄ２とは反対側に突出している。
同様に、個別電極１９の第２方向Ｄ２の端部１９ｅは、個別電極１９の下面１９ｂの第２方向の端部１９ｃよりも第２方向Ｄ２に突出している。また、端部１９ｅとは反対側に位置する個別電極１９の端部１９ｆは、端部１９ｃとは反対側に位置する下面１９ｂの端部１９ｄに対して、第２方向Ｄ２とは反対側に突出している。
すなわち、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の少なくとも一方は、下面１７ｃｂ，１９ｂよりも上面１７ｃａ，１９ａに近い部分が、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の他方に向かって突出している。なお、図１０に示す例では、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の他方も、下面１７ｃｂ，１９ｂよりも上面１７ｃａ，１９ａに近い部分が、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９の一方に向かって突出しているが、そうでなくても良い。
このように、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９のうち、第２方向Ｄ２に最も突出している端部１７ｃｅ，１９ｅは、下面１７ｃｂ，１９ｂから第３方向Ｄ３に離れてそれぞれ位置していてもよい。この場合、通電により第３共通電極１７ｃと個別電極１９との間に生じる電界の集中点が抵抗体層１５の厚み方向（第３方向Ｄ３）の中央部分に近づく。これにより、第３共通電極１７ｃと個別電極１９との間に生じる電界のうち、抵抗体層１５の内部に位置する部分の割合が増加することから、抵抗体層１５の発熱効率が向上する。
上記した実施形態および各変形例に係るサーマルヘッドＸ１では、抵抗体層１５の上に位置する保護層２５が単層であるとして説明したが、これに限らない。図１１は、実施形態の第６変形例に係るサーマルヘッドの要部断面図である。
図１１に示すサーマルヘッドＸ１は、保護層２５に代えて第１保護層２５ａおよび第２保護層２５ｂを有する点で実施形態に係るサーマルヘッドＸ１と相違する。
第１保護層２５ａは、抵抗体層１５の上に位置している。第１保護層２５ａは、例えば、ガラスにより作製できる。第１保護層２５ａは、例えばホウケイ酸鉛ガラスを含んでよい。また、第１保護層２５ａは、例えばアルミナおよびジルコニアのうち一方または両方をさらに含有してもよい。
第１保護層２５ａは、絶縁性を有している。これにより、第１保護層２５ａは、大気中に含まれている水分等の付着による腐食から保護する。
第２保護層２５ｂは、第１保護層２５ａの上に位置している。第２保護層２５ｂは、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｃ－ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＣｒＮあるいはＤＬＣ等を用いて作製してもよい。
第２保護層２５ｂは、絶縁性を有している。これにより、第２保護層２５ｂは、大気中に含まれている水分等の付着による腐食、あるいは印画する記録媒体との接触による摩耗から保護する。
次に、サーマルヘッドＸ１を有するサーマルプリンタＺ１について、図１２を参照しつつ説明する。図１２は、実施形態に係るサーマルプリンタの模式図である。
実施形態に係るサーマルプリンタＺ１は、上述のサーマルヘッドＸ１と、搬送機構４０と、プラテンローラ５０と、電源装置６０と、制御装置７０とを備えている。サーマルヘッドＸ１は、サーマルプリンタＺ１の筐体（不図示）に配置された取付部材８０の取付面８０ａに取り付けられている。なお、サーマルヘッドＸ１は、搬送方向Ｓに直交する方向である主走査方向に沿うようにして、取付部材８０に取り付けられている。
搬送機構４０は、駆動部（不図示）と、搬送ローラ４３，４５，４７，４９とを有している。搬送機構４０は、感熱紙、インクが転写される受像紙等の記録媒体Ｐを矢印で示した搬送方向Ｓに沿うように、サーマルヘッドＸ１の複数の発熱部９上に位置する保護層２５上に搬送する。駆動部は、搬送ローラ４３，４５，４７，４９を駆動させる機能を有している。例えば、モータが駆動部として用いられてもよい。搬送ローラ４３，４５，４７，４９は、例えば、ステンレス等の金属を材料とする円柱状の軸体４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａを、ブタジエンゴム等を材料とする弾性部材４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂにより被覆したものであってもよい。なお、記録媒体Ｐが、インクが転写される受像紙等の場合は、記録媒体ＰとサーマルヘッドＸ１の発熱部９との間に、記録媒体Ｐとともにインクフィルム（不図示）を搬送する。
プラテンローラ５０は、記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に位置する保護層２５上に押圧する機能を有する。プラテンローラ５０は、搬送方向Ｓに直交する方向に沿って延びるように配置され、記録媒体Ｐを発熱部９上に押圧した状態で回転可能となるように両端部が支持固定されている。プラテンローラ５０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体５０ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材５０ｂにより被覆して構成されてもよい。
電源装置６０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を発熱させるための電流および駆動ＩＣ１１を動作させるための電流を供給する機能を有している。制御装置７０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を選択的に発熱させるために、駆動ＩＣ１１の動作を制御する制御信号を駆動ＩＣ１１に供給する機能を有している。
サーマルプリンタＺ１は、プラテンローラ５０によって記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に押圧しつつ、搬送機構４０によって記録媒体Ｐを発熱部９上に搬送しながら、電源装置６０および制御装置７０によって発熱部９を選択的に発熱させる。これにより、サーマルプリンタＺ１は、記録媒体Ｐに所定の印画を行う。なお、記録媒体Ｐが受像紙等の場合は、記録媒体Ｐとともに搬送されるインクフィルム（不図示）のインクを記録媒体Ｐに熱転写することによって、記録媒体Ｐへの印画を行う。
＜実験例＞
次に、本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。まず、シミュレーションモデルの構造について、図１３Ａ～図１４Ｃを用いて説明する。なお、シミュレーションモデルについては、実施形態に係るサーマルヘッドのシミュレーションモデルＸ２と、参考形態に係るサーマルヘッドのシミュレーションモデルＹ２と、の２つのモデルを作成した。これら２つのモデルに共通する構造については同じ図面を用いて説明する。
次に、本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。まず、シミュレーションモデルの構造について、図１３Ａ～図１４Ｃを用いて説明する。なお、シミュレーションモデルについては、実施形態に係るサーマルヘッドのシミュレーションモデルＸ２と、参考形態に係るサーマルヘッドのシミュレーションモデルＹ２と、の２つのモデルを作成した。これら２つのモデルに共通する構造については同じ図面を用いて説明する。
図１３Ａは、シミュレーションモデルの斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示すシミュレーションモデルの平面図である。図１４Ａは、図１３Ａに示すシミュレーションモデルを長辺側から見た側面図である。図１４Ｂは、シミュレーションモデルＸ２を短辺側から見た側面図である。図１４Ｃは、シミュレーションモデルＹ２を短辺側から見た側面図である。
シミュレーションモデルＸ２，Ｙ２は、蓄熱層１３と、蓄熱層１３の上に位置する電極２０Ａ～電極２０Ｃと、蓄熱層１３および電極２０Ａ～２０Ｃの一部を覆う抵抗体層１５とを有している。なお、電極２０Ａ～２０Ｃを区別しない場合、単に電極２０と称することがある。電極２０Ａおよび電極２０Ｃと、電極２０Ｂと、のうち、一方が第１電極に相当し、他方が第２電極に相当する。
蓄熱層１３は、長辺Ｓ１＝３００μｍ、短辺Ｓ２＝１５１μｍ、高さ２５μｍの矩形状を有している。電極２０Ａ～２０Ｃは、蓄熱層１３の長辺Ｓ１に沿って延びている。電極２０Ａ～２０Ｃは、短辺Ｓ２方向に等間隔で並んで位置している。電極２０Ａ～２０Ｃの各々は、幅が２６μｍであり、厚みが１μｍである。抵抗体層１５の蓄熱層１３からの最大高さは、６μｍである。抵抗体層１５は、蓄熱層１３および電極２０Ａ～２０Ｃの、各々の長さ方向の中央部分を覆っている。抵抗体層１５の最大幅は１３０μｍである。
シミュレーションモデルＸ２は、図１４Ｂに示すように、電極２０の上面２０ａが、幅方向の中央が突出した曲面状の形状を有している。すなわち、シミュレーションモデルＸ２では、電極２０の上面２０ａにおいて、短辺Ｓ２方向の中央部が短辺Ｓ２方向の端部よりも突出している。これに対し、シミュレーションモデルＹ２は、図１４Ｃに示すように、電極２０の横断面が矩形状である点でシミュレーションモデルＸ２と相違する。
図１５は、シミュレーションに用いた物性値をまとめた表である。図１５では、電極２０、抵抗体層１５および蓄熱層１３の熱伝導率、比熱、密度および抵抗率の値を示している。なお、シミュレーションモデルＹ２とＸ２とで抵抗体の抵抗率の値が僅かに相違している。これは、第１電極と第２電極との間の抵抗値（正確には、図１３Ｂにおける、部位Ｐ１１およびＰ１３と、部位Ｐ１２と、の間の抵抗値）が、シミュレーションモデルＹ２とＸ２とで等しくなるように調整したためである。
以上のようなシミュレーションモデルＸ２，Ｙ２において、図１３Ｂの部位Ｐ１１、Ｐ１３が２０Ｖ、部位Ｐ１２が０Ｖとなるように電圧を１パルス（１００μｓ）印加して、各部位の発熱量および温度をシミュレーションした。その結果を図１６、図１７Ａ、図１７Ｂに示す。
図１７Ａ、図１７Ｂは、各部の発熱量を示した図である。図１７Ａ、図１７Ｂでは、発熱量の多い部分が濃い色で示されている。図１７Ａ、図１７Ｂによれば、シミュレーションモデルＸ２では、シミュレーションモデルＹ２に比較して、発熱量が多い部分が電極２０Ａ～２０Ｃの幅方向の中央に向かって広がっていることがわかる。なお、本シミュレーションにおいては、電極２０Ａおよび電極２０Ｃよりも外側の部分が考慮されていないため、中央に位置する電極２０Ｂ付近が実物に最も近い状態となっている。
図１６は、抵抗体層１５の上面における温度を示すグラフであり、図１３ＢにＭＰで示した部分の温度を示している。図１６によれば、シミュレーションモデルＸ２では、シミュレーションモデルＹ２と比較して、抵抗体層１５の上面における、電極２０Ｂの上に位置する部分の温度が高いことがわかる。
以上のシミュレーションにより、サーマルヘッドの印画品質の改善に本発明が有効であることが確認できた。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、実施形態および各変形例に係る２以上の第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９は、適宜組み合わせられてもよい。また、第３共通電極１７ｃおよび個別電極１９のうち、一方のみを実施形態および各変形例に係る第３共通電極１７ｃまたは個別電極１９としてもよい。
また、サーマルヘッドＸ１として、例えば、発熱部９、蓄熱層１３、共通電極１７および個別電極１９等が基板７の主面７ｅの上に位置する平面ヘッドを例示した。これに限らず、発熱部９、蓄熱層１３、共通電極１７および個別電極１９等は、基板７の主面７ｅ以外の表面に位置していてもよい。
また、抵抗体層１５を印刷により形成した、いわゆる厚膜ヘッドを用いて説明したが、厚膜ヘッドに限定されるものではない。抵抗体層１５をスパッタリングにより形成した、いわゆる薄膜ヘッドに用いてもよい。
また、ＦＰＣ５を設けずにコネクタ３１をヘッド基体３に直接電気的に接続してもよい。その場合、コネクタ３１のコネクタピン（不図示）と電極パッド１０とを電気的に接続すればよい。
また、被覆層２７を有するサーマルヘッドＸ１を例示したが、被覆層２７は、必ずしも備えなくてもよい。その場合、被覆層２７を設けていた領域まで保護層２５（または第１保護層２５ａおよび第２保護層２５ｂ）を延在させればよい。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
Ｘ１ サーマルヘッド
Ｚ１ サーマルプリンタ
１ 放熱体
３ ヘッド基体
７ 基板
９ 発熱部
１０ 電極パッド
１１ 駆動ＩＣ
１５ 抵抗体層
１７ｃ 第３共通電極
１９ 個別電極
２５ 保護層
２７ 被覆層
２９ 被覆部材
Ｚ１ サーマルプリンタ
１ 放熱体
３ ヘッド基体
７ 基板
９ 発熱部
１０ 電極パッド
１１ 駆動ＩＣ
１５ 抵抗体層
１７ｃ 第３共通電極
１９ 個別電極
２５ 保護層
２７ 被覆層
２９ 被覆部材
Claims (6)
- 基板と、
前記基板の上に位置し、前記基板の第１方向に沿って延びる電極と、
前記基板の上および前記電極の上に位置する抵抗体層と
を備え、
前記電極は、前記第１方向に交差する第２方向に所定の間隔で並ぶ第１電極および第２電極を有し、
前記第１電極および前記第２電極のうち、少なくとも一方は、前記抵抗体層の下に位置する上面において、前記第２方向の中央部が前記第２方向の端部よりも突出しており、かつ、前記第２方向の端部が、下面における前記第２方向の端部よりも、前記第１電極および前記第２電極のうちの他方に向かって突出している
サーマルヘッド。 - 前記第１電極および前記第２電極のうち、少なくとも一方において、前記第２方向の中央部の上に位置する前記抵抗体層の厚みは、前記第２方向の端部の上に位置する前記抵抗体層の厚みよりも小さい
請求項１に記載のサーマルヘッド。 - 前記第１電極および前記第２電極のうち、少なくとも一方の前記上面と前記抵抗体層との界面の凹凸は、前記抵抗体層と前記基板との界面の凹凸よりも大きい
請求項１または２に記載のサーマルヘッド。 - 前記抵抗体層の上に位置する保護層を備え、
前記第１電極および前記第２電極の上に位置する前記保護層の厚みは、前記第１電極および前記第２電極の間に位置する前記抵抗体層の上に位置する前記保護層の厚みよりも小さい
請求項１～３のいずれか１つに記載のサーマルヘッド。 - 前記基板は、上面の少なくとも一部に蓄熱層を有し、
前記電極および前記抵抗体層は、前記蓄熱層の上に位置する
請求項１～４のいずれか１つに記載のサーマルヘッド。 - 請求項１～５のいずれか１つに記載のサーマルヘッドと、
前記基板の上に位置する発熱部の上に記録媒体を搬送する搬送機構と、
前記発熱部の上に前記記録媒体を押圧するプラテンローラと
を備えるサーマルプリンタ。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2020166488 | 2020-09-30 | ||
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| JPWO2022071347A1 JPWO2022071347A1 (ja) | 2022-04-07 |
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| US20060232656A1 (en) | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Eastman Kodak Company | Thermal printer, print head, printing method and substrate for use therewith |
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| JPS60145863A (ja) * | 1984-01-10 | 1985-08-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | 薄膜サ−マルヘツド |
| JPH029641A (ja) * | 1988-06-29 | 1990-01-12 | Hitachi Ltd | 感熱記録ヘッド |
| JPH02182468A (ja) * | 1989-01-09 | 1990-07-17 | Oki Electric Ind Co Ltd | サーマルヘッドの電極部構造 |
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-
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