JPH05246060A - ラインサーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】単純な回路の構成において連続の高速印字を可
能にするラインサーマルヘッドを提供するものである。 【構成】ラインサ−マルヘッドの発熱素子に、吸熱作用
を持つ素子をドット単位で設け、発熱したドットを冷却
する。吸熱素子には、薄い板状に形成したペルチェ冷却
素子等を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルプリンタのラ
インサーマルヘッド、特に印字の高速化に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来のラインサーマルヘッドを示
す。ラインサーマルヘッドは、通常アルミナ等のセラミ
ックで形成された基板６に絶縁層としてガラス系のグレ
ース層５を積層し、その上に真空蒸着法により櫛状リー
ド線８及び制御リード線２を相対向するように設ける。
これらと直交するように発熱抵抗体１がシルクスクリー
ン印刷により形成され、外部より制御リード線２に電圧
を選択的に印加すると、印加された制御リード線２と櫛
状リード線８に挟まれた発熱抵抗体１が発熱し、この発
熱抵抗体１によって転写リボンのカーボンを溶解・昇華
し、溶解したカーボンを記録紙に転写させたり、感熱紙
のインクカプセルを破裂させることにより印字してい
る。

【０００３】カーボンの溶解やインクカプセルを破裂さ
せるためには、約８０℃以上の温度が必要であり、安定
した印字を行うためには一定温度範囲、例えば、１２０
〜１４０℃の範囲内迄昇温させなければならない。逆に
印字しない場合には、８０℃以下に温度を下げないと印
字作用が現れて記録紙が汚れる。印字するために発熱抵
抗体１を１２０℃迄加熱した後、自然冷却によって転写
或いは発色可能な一定温度（例えば、６０℃）以下に下
がるまで待つしかなく、しかも次に加熱する時、連続し
て印字するドットと、印字しなかったドットとでは立ち
上がり時の温度に差が起こる。これは、発熱抵抗体１と
相対向する櫛状リード線８及び制御リード線２の間に熱
の蓄積が起こるためである。立ち上がりの温度差がある
と、同じ電力で加熱した場合、その温度差が最高温度に
影響を与え印字ムラが生じる。この印字ムラを生じない
ようにするため、それぞれのドットの最高温度が一定範
囲になるように、かつ、最低温度が一定温度以下になる
ように調整する方法として、自然冷却の効率を上げるた
めの放熱板や、ドットの履歴により電力パルスの幅を変
化させ、ドットに供給される電力を変える印加パルス制
御を行っている。

【０００４】高速での印字の場合には、冷却時間を長く
とれなくなり、放熱板のみでは熱の蓄積による最高温度
の上昇より起こる印字ムラを防止できなくなるので、放
熱板７とドットの履歴による印加パルスの制御の組み合
わせによる方法が多く採用されているが、長時間の連続
高速印字となるとドットの履歴による印加パルス制御の
電力パルスの幅の調整では、ドットの最高温度を一定範
囲内にするのが困難になる。そこで、放熱板７の上に口
の形に２種類の異なった金属を接続したものを置き、電
流を吸熱の起こる方向に流すことによりサーマルヘッド
全体の冷却を強制的に、かつ早く行うものもあるが、こ
れはサーマルヘッドが大きくなるためプリンタの小型化
には不利となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のラインサーマル
ヘッドは、高速印字において、ドットの履歴による印加
パルス制御でヘッドの温度上昇を抑えながら基板上部の
放熱板等による空冷を行うが、発熱抵抗体と相対向する
櫛状リード線及び制御リード線の間に蓄積された熱が充
分に除去できず、印字されるドットの立ち上がりの時点
での温度の差による最高温度の差により印字ムラや、ヘ
ッドの絶縁破壊が起こる。これの防止方法として、印字
したドットの冷却時間を長く取り、パルスの印加速度を
落とすという欠点があった。

【０００６】本発明は、サーマルヘッドの温度上昇を防
止し、高速印字のラインサーマルヘッドを提供するもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るラインサー
マルヘッドは、発熱素子に吸熱作用を持つ素子をドット
単位で設け、発熱したドットのみについて吸熱を行うこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、電圧を印加した１ドットにつ
いてのみ吸熱を行うことにより発熱抵抗体と絶縁層中の
熱の蓄積を防止し、印字されるドットの立ち上がりの時
点による温度の差より起こる最高温度の差を防ぐことが
でき、ドットから記録紙に同じ熱量の供給が可能とな
る。従って、印字ムラが起こることがなくなり、常に美
しい印字物が得られる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の一実施例のラインサーマルヘ
ッドの断面図を示し、図２には一実施例の斜視図を示
す。図１及び図２において、線状の発熱抵抗体１が制御
リード線２（２ａ，２ｂ，２ｃ，…）に直交するように
設けられ、制御リード線２は１ドットの中心になる位置
に等間隔で置かれている。この１ドツトの幅は、図１と
図３の点線またはハッチングで示す。３（３ａ，３ｂ，
３ｃ，…）は、発熱抵抗体１に対して１ドット毎に（ド
ット単位で）設けられた冷却材（吸熱素子）であり、ペ
ルチェ素子等を用いる。ペルチェ素子は、図１と図３の
ハッチング部分である。ペルチェ素子としては、例えば
テルル化ビスマスにセレンを添付した半導体を用い、図
１のように発熱抵抗体１からペルチェ素子３、そして放
熱板７の方向に通電する場合は、発熱抵抗体側が吸熱側
となるように、ｐ型半導体を用いる。冷却材３は、１ド
ットの両端（隣接ドットの境界）に等間隔に設けられ、
発熱抵抗体１の印字面と反対側に垂直に接し、もう一方
の面は放熱板７に接している。

【００１０】線状の発熱抵抗体１の上層は、発熱抵抗体
１や制御リード線２を記録紙の走行による摩擦での摩耗
を防止するための耐摩耗ガラス層４で覆われている。放
熱板７はアルミニウム等の電気抵抗が小さく、熱伝導性
の良い材料で構成されている。製作の際に、放熱板７の
上層にアルミナ系のセラミック基板６を積層する。この
基板１に絶縁層としてガラス系のグレース層５を積層
し、表面を平滑にした後、１ドット幅（例えば１２５μ
ｍの場合）毎に等間隔で溝を造る。この溝は、幅が例え
ば６０μｍ、間隙６５μｍ、深さが放熱板７に達するも
のである。この溝に厚さ６０μｍよりわずかに薄い適当
な厚さの板状に形成されたペルチェ素子の冷却材３を差
し込み、ハンダ等により冷却材３を放熱板７に接合す
る。この冷却材３と放熱板７の接合面では、電気抵抗や
熱抵抗等が無いようにし、冷却材３のもう一方の面は、
グレース層５の面と連続した同じ平滑な平面を形成する
ように構成する。

【００１１】その後、冷却材３と冷却材３の中間のグレ
ース層５に制御リード線２を冷却材３と平行に真空蒸着
法により設け、冷却材３と制御リード線２の上に直交す
るように発熱抵抗体１をシルクスクリーン印刷により形
成する。この場合も、冷却材３と発熱抵抗体１の接合面
と制御リード線２と発熱抵抗体１の接合面は、電気抵抗
や熱抵抗等が無いように製作する。この製造方法により
従来のラインサーマルヘッドと厚さや大きさでは、ほと
んど変わらないものが製作できる。

【００１２】制御リード線２は、個々のドットとサーマ
ルヘッドの加熱電源を接続しており、印字指令により加
熱電源から制御リード線２を通り発熱抵抗体１に電流が
流れ込み、１ドットの発熱抵抗体１がカーボンの溶解や
インクカプセルを破裂させるために必要な温度（例え
ば、１２０℃）迄加熱される。発熱抵抗体１に流れた電
流は、次に発熱抵抗体１に接触した冷却材３に流れ、発
熱抵抗体１より発生した熱のうち記録紙面とは反対方向
に出た熱は、ペルチェ冷却効果により冷却材３の接合
面、つまり発熱抵抗体１と冷却材３の境界面に生じる吸
熱効果により吸収される。この場合、同じ電流値であれ
ば、発熱素子の発熱量に対して、冷却材３による吸熱量
はかなり小さいが、上記の熱蓄積防止には有効である。
冷却材３に流れた電流は、アースに接続された放熱板７
に流れる。冷却材３と放熱板７の接合面には、上記吸熱
と同時に等量のペルチェ発熱が生じる。このペルチェ発
熱及び、冷却材３に発生するジュール熱は、放熱板７に
より自然冷却される。

【００１３】図１及び図２では発熱抵抗体１に板状に形
成されたテルル化ビスマスにセレンを加えた冷却材３を
直接、接続させた実施例であるが、図３は発熱抵抗体１
と冷却材３との間に導電体のリード部材９を挿入し、発
熱素子での発熱に対して冷却材３の吸熱の効果が、適当
な時間遅れをもって発熱素子に及ぶように、積極的に時
間遅れをもたせた構成例も考えられる。又、吸熱素子へ
の通電の時期を発熱素子の通電加熱の時期より若干遅ら
せる方式も可能である。図３の場合では、吸熱作用がリ
ード部材９と冷却材３の接合面で行われる。

【００１４】サーマルヘッドの印字面では印字に必要な
熱量が記録紙に供給され、発熱抵抗体１とグレース層５
の中に残された熱は、ドットの両端にある冷却材３によ
り吸熱され、隣接するドットからの影響も無くなる。こ
のように一定の電圧を印加することにより記録紙に一定
の熱量だけが供給されることになり、印字のムラを無く
し、ヘッド温度上昇による印字速度を低下させることな
しに連続の高速印字が可能となる。

【００１５】なお上記の実施例のほか他の実施態様が可
能であり、たとえば、ラインサ−マルヘッドを複数列と
した場合、制御リ−ド線と従来の櫛状リ−ド線から吸熱
素子に通電（発熱抵抗体への通電と並列に）する方式も
可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、余分な熱の蓄積を抑え
ることができるので、印字ムラを無くし、ドットの履歴
による印加パルス制御の必要が無くなり、かつ隣接する
ドットの影響も無くなるため、高解像度の印字と連続の
高速印字が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のラインサーマルヘッドの一実
施例の断面図である。

【図２】図２は、本発明のラインサーマルヘッドの一実
施例の斜視図である。

【図３】図３は、本発明のラインサーマルヘッドの他の
実施例の断面図である。

【図４】図４は、従来のラインサーマルヘッドの構成図
である。

【符号の説明】

１ 発熱抵抗体 ２ 制御リード線 ３ 冷却材（ペルチェ素子） ４ 耐摩耗ガラス層 ５ ガラス系のグレース層 ６ アルミナ系セラミック基板 ７ 放熱板 ８ 櫛状リード線 ９ リード部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】線状に発熱素子のドットが配列されたライ
   ンサーマルヘッドにおいて、発熱素子のドット毎に吸熱
   性素子が設けられていることを特徴とするラインサーマ
   ルヘッド。
2. 【請求項２】発熱したドットに対応する吸熱性素子のみ
   に吸熱作用を起こさせるように構成したことを特徴とす
   る請求項１記載のラインサーマルヘッド。
3. 【請求項３】発熱素子に流れる電流に関連して吸熱作用
   を起こさせるように構成したことを特徴とする請求項
   １，２記載のラインサーマルヘッド。
4. 【請求項４】吸熱作用を持つ素子として、ペルチェ特性
   を持つ素子を用いることを特徴とする請求項１，２また
   は３記載のラインサーマルヘッド。
5. 【請求項５】吸熱作用を持つ素子を発熱素子の印字面と
   反対側面に設けたことを特徴とする請求項１，２，３ま
   たは４記載のラインサーマルヘッド
6. 【請求項６】吸熱作用を持つ素子が薄い板状に形成さ
   れ、発熱素子と放熱板の間に挿入されていることを特徴
   とする請求項１，２，３，４または５記載のラインサー
   マルヘッド。
7. 【請求項７】発熱素子のドットの発熱に対して時間遅れ
   を持って吸熱の効果が及ぶように発熱素子と吸熱性素子
   との関係が構成されていることを特徴とする請求項１，
   ２，３，４，５または６記載のラインサーマルヘッド。