JPH06155793A - サーマルプリントヘッドの摩擦制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プリンタ等に使用するサーマルプリントヘッド
の印字部の摩耗を低減させて耐久性を向上させる。 【構成】プリンタのプラテンに対面させたサーマルプリ
ントヘッドの印字部１ａにおける発熱抵抗体１３の上面
を電気絶縁性の第１保護膜１５にて覆い、第１保護膜１
５の上面側を覆い、且つ被印字媒体７と接触する第２保
護膜部１６を導電性を有するように構成し、印字動作に
応じて、印字部１ａと被印字媒体７との間の動摩擦によ
って発生する歪み電圧を打ち消すように、第２保護膜部
１６に予め定められた印加パターンの電圧を印加する制
御手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感熱式プリンタまたは
熱転写式プリンタに使用するサーマルプリントヘッドに
関し、より詳しくは、サーマルプリントヘッドにて、イ
ンクリボン、インクフィルムシート等の媒体を介して用
紙等に印字するとき、また、感熱記録紙に直接印字する
とき、これら被印字媒体とサーマルプリントヘッドの印
字部表面との摺接にて発生する摩擦力を制御する装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のサーマルプリントヘッド
を使用した熱転写式プリンタ、ファクシミリ装置、駅や
交通機関等に設置されている券売機においては、サーマ
ルプリントヘッドにおける印字部をプラテンの表面と対
向させて配置し、その間に感熱記録紙等の被印字媒体を
搬送して印字するように構成されていることは公知であ
る。

【０００３】この場合、サーマルプリントヘッドの印字
部と被印字媒体の表面との擦れ摩擦により、前記印字部
の表面が摩耗し易い。この摩耗を防止するため、従来で
は、前記印字部の表面を耐摩耗性を有する保護膜にて覆
うことが行われていたが、例えば、硬度の大きいガラス
質の保護膜にあっては、一般に表面粗さが粗いため、被
印字媒体にへの印字品質が悪いという問題があるし、摩
擦抵抗が大きいために熱転写式プリンタにあっては、イ
ンクリボンのインクフィルム面が引き剥がされて、実質
上印字できなくなるという問題かあった。

【０００４】これに代わるものとして、印字部を覆う滑
らかなガラス層の上面を薄膜技術にて形成したサイアロ
ン層（Si-Al-O-N 系化合物，セラミックスの一種）にて
覆うことも考えられている。このサイアロン層は表面が
滑らかで硬質、且つ耐摩耗性を有するけれども、前記ガ
ラス層とにより異なる材料からなる２重層となるため、
下層（ガラス層）と上層（サイアロン層）との熱膨張係
数の差異等から、印字動作に従って印字部の発熱・冷却
を繰り返していると上層のサイアロン層が剥がれ易く、
耐久性に乏しいという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の解決方法
は、元の原因である摩擦力自体を減少させるのではな
く、その摩擦によって引き起こされる摩耗を少なくしよ
うとするものであった。本発明者は、最近発表された新
しい理論を利用することにより、電気的にサーマルプリ
ントヘッドの印字部での摩擦力自体を減少させることを
技術的課題とするものであり、これによりサーマルプリ
ントヘッドの耐久性を向上させること目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、プリンタのプラテンに対面させたサーマ
ルプリントヘッドの印字部における発熱抵抗体の上面を
電気絶縁性の第１保護膜にて覆い、この第１保護膜の上
面側を覆い、且つ被印字媒体と接触する第２保護膜部に
導電体を埋設するか、または前記第２保護膜部を導電性
を有するように構成し、前記第２保護膜部の導電体また
は第２保護膜部自体に対して、印字動作時の前記印字部
とプラテンもしくは被印字媒体との間の動摩擦によって
発生する歪み電圧を打ち消すように予め定められた印加
パターンの電圧を、印字動作に応じて印加する制御手段
を備えたものである。

【０００７】

【実施例】次に、本発明を具体化した実施例について説
明する。図１はプリンタの機能ブロック図であって、本
発明に係るサーマルプリントヘッド１の印字部１ａに対
面させて回転するプラテン２を配置してある。プリンタ
における操作部３の印字開始のためのキースイッチを押
下すると、中央処理装置（ＣＰＵ）４にて駆動回路５を
作動させてプラテンモータ６の駆動によりプラテン２を
間欠的に回転させ、該プラテン２表面に位置する感圧紙
等の印字用紙、つまり被印字媒体７を前記サーマルプリ
ントヘッド１の印字部１ａに搬送する。

【０００８】また、ＣＰＵ４からの指令により印字動作
に入ると、サーマルプリントヘッドの印字部１ａの後述
する抵抗体を発熱させるべく発熱駆動回路８を作動させ
る。このとき略同時に、後述するように、印字部１ａに
おける最表面の第２保護膜部または該第２保護膜部に埋
設した導電体に所定パターンの電圧を印加すべく摩擦力
除去電圧印加駆動回路９を作動させるのである。

【０００９】図２及び図３は印字部１ａの第１実施例の
構成を示し、セラミック製のヘッド基板１１の上面にガ
ラス製のグレーズ層１２をヘッド基板１１の長手方向に
延びるように形成すると共に、そのグレーズ層１２の上
面にTa-SiO₂ 等からなる発熱抵抗体１３の層を帯状に形
成する。さらに、この発熱抵抗体１３の層の上面に当該
発熱抵抗体１３を前記グレーズ層１２に沿って部分的に
発熱するためのアルミ等とからなる多数本の給電用導体
膜１４，１４を形成する。

【００１０】次いで、前記のように形成したヘッド基板
１１を高真空度に保持したスパッタリング容器（図示せ
ず）に入れて、当該ヘッド基板１１の上面（前記各層が
形成された面）における上方に、シリコン酸化物のター
ゲットを配置し、このターゲットと前記ヘッド基板１１
との間にターゲット電圧を印加するというスパッタリン
グを行うことにより、シリコン酸化物による電気絶縁性
の第１保護膜層１５を形成し、次いで、Ti( チタン) ま
たはW(タングステン) 等の金属粉末を混合したサイアロ
ン（Si-Al-O-N 系化合物）からなる第２保護膜部１６を
形成するのである。この第２保護膜部１６には前述の摩
擦力除去電圧印加駆動回路９に電気的に接続する導線を
連結している。

【００１１】次に、この原理について説明する。２つの
物体の間に働く摩擦力には、相対的に静止している物体
を動かそうとする力に逆らう力（静止摩擦力）と、既に
動いている物体間に働く抵抗力（動摩擦力）の２種類が
ある。このうち、動摩擦力のメカニズムについて、１９
９０年に、当時東京都立科学技術大学助教授であった山
本好夫氏（現関東学院大学工学部総合研究所研究員）
は、「摩擦力が発生するのは、接触面に複雑な電子の流
れが発生するためである。」という趣旨の論文を発表し
た。

【００１２】その論文のポイントは２つあり、その一つ
は、金属同士を擦り合わせると、摩擦抵抗が起こる。こ
のとき同時に、両物体の接触面には、非周期的な歪み波
電圧が発生していることを発見した、という点である。
もう一つは、この歪み波電圧を電気的に制御することに
より、摩擦力を加減できることを示唆した点である。そ
こで、上述の感熱紙等の被印字媒体とサーマルプリント
ヘッドの印字部との擦れにより、この両物体間にも摩擦
が生じていることから、本発明者は、前記の現象や摩擦
力の制御は、金属同士ばかりでなく、サーマルプリント
ヘッドについても適用できることを発見し、各種実験を
行った結果、本発明を完成させたものである。

【００１３】図４は、印字動作中の被印字媒体７と接触
している従来の構造のサーマルプリントヘッド１の印字
部１ａにおいて、非制御時（後述の逆電圧を印加しない
場合）に発生している歪み波電圧（誘起する交流成分）
のパターンＷ１である。横軸は時間ｔ、縦軸は発生電圧
（ミリボルト、絶対値）である。ここで、従来の構造の
サーマルプリントヘッドの印字部は、電気絶縁性のヘッ
ド基板上に形成した抵抗体、及びその抵抗体の一部に電
気を導通させる給電部と、これらの印字部の上面を覆う
電気絶縁性の保護膜層とからなる。

【００１４】前記歪み波電圧は、印字開始に伴ってプラ
テン２を回転することにより被印字媒体７と摺接してい
る前記保護膜層の部分における電圧を、オッシロスコー
プにより測定し、その電圧波形はパーソナルコンピュー
タを介して記憶装置（フロッピーディスク等）に記憶さ
せた。図４（ａ）において、Ａ点はプラテンモータ６へ
の電源をＯＮさせた時点（駆動回路５でのプラテンモー
タ６の駆動指令信号発生時点）であり、Ｂ点はプラテン
２が実際に回動動作する開始時点を示し（プラテン２の
支軸等における摩擦や、プラテン２の回転に対する慣性
力のため、前記Ａ点とＢ点にタイムラグが発生する）、
交流成分である歪み波電圧Ｗ１のパターンは、Ａ点
（零）から立ち上がり、Ｂ点になるまでの中間において
第１ピーク値Ｐ１を有し、Ｂ点の手前にて一旦底部Ｄ１
となり、Ｂ点の通過後に第２ピーク値Ｐ２を迎え、その
後零に接近する。即ち交流成分がほぼ無くなる。図４
（ａ）は、印字開始動作、つまり被印字媒体７である用
紙を１行印字分だけ縦搬送した結果である。

【００１５】ところで、現実のプリンタでは、用紙（被
印字媒体７）を１行印字分だけ縦搬送した後、プラテン
２の駆動を停止した状態にてサーマルプリントヘッド１
を駆動させ印字し、次いで用紙を１行分縦搬送するとい
う動作を交互に繰り返す。従って、厳密な現象として
は、サーマルプリントヘッドの印字部１ａと被印字媒体
７との間には、当該被印字媒体７の間欠移動により静止
摩擦と動摩擦とが交互に現れることになる。

【００１６】これに対して、前記動摩擦力を減少させる
べく、前記発生した歪み波電圧Ｗ１を打ち消すため、当
該歪み波電圧のパターンと逆の電圧パターン（電圧の符
号、正（＋）、負（−）を含めて）を、タイミング良く
印加すれば良いと考えられる。しかしながら、１行部の
印字のために用紙（被印字媒体７）が静止ている時間
は、１行に印字する印字の数に略比例するが、現実のプ
リンタではその印字数は確定できない。従って、静止摩
擦の状態と動摩擦の状態との時間的間隔を予測すること
ができない。さらに、前述のように１行における印字数
が予測できないことから、非制御状態で発生する歪み波
電圧Ｗ１のパターン自体も予測不可能で確定できない。

【００１７】そこで、本発明者は、次のような実験を実
行してみた。 （実験１）前記非制御時の交流成分である歪み波電圧Ｗ
１の第２ピーク値Ｐ２より若干低い値であって、非制御
状態での歪み波電圧Ｗ１とは逆符号の一定値の電圧Ｚ２
（実施例では１０ｍＶ）を印加する。このとき、電圧Ｚ
２の印加継続時間Ｔ２（実施例では、０．２秒）を、前
記非制御時の歪み波電圧Ｗ１の交流分がほぼ零になる迄
の時間Ｔ１（実施例では、０．５秒）より短く設定し
た。但し、前記時間Ｔ２の始まり時点は前記図４（ａ）
のＡ点に相当する時点である。

【００１８】その結果、図４（ｂ）に示すように、前記
印字部１ａに発生した歪み波電圧Ｗ２は、前記非制御時
における歪み波電圧Ｗ１に比べて波形が複雑で、ピーク
値も大きいものとなった。そして、動摩擦力も大きくな
った。 （実験２）前記実験１と同じ一定値の電圧Ｚ３（実施例
では１０ｍＶ）を印加することにし、そのときの印加電
圧継続時間Ｔ３（実施例では０．７ 秒）を前記非制御
時の歪み波電圧Ｗ１の交流分がほぼ零になる迄の時間Ｔ
１（実施例では、０．５秒）より長く設定した。但し、
前記時間Ｔ３の始まり時点は前記図４（ａ）のＡ点に相
当する時点である。

【００１９】その結果、図４（ｃ）に示すように、前記
印字部１ａに発生した歪み波電圧Ｗ３は、前記非制御時
における歪み波電圧Ｗ１に比べて波形が穏やかとなり、
ピーク値も６０〜７０％に小さくなった。そして、動摩
擦力は３０〜４０％減少した。なお動摩擦力の大小は、
サーマルプリントヘッド１における印字部１ａの摩耗量
を測定することで判別した。即ち、被印字媒体７として
目の粗い用紙を使用して、１行の印字数同じで一定行数
の印字作業を実行し、非制御の場合と前述の逆電圧の印
加を実行する摩擦力制御の場合とで、印字部１ａの摩耗
量の大小を比較したものである。

【００２０】図５及び図６は、サーマルプリントヘッド
の第２実施例の構成を示し、前述の第１実施例おける第
１保護膜層１５の上面を覆う第２保護膜部１８は電気絶
縁性を有するSi-Al-O-N 系化合物の層であるが、その層
の中間に、アルミ、レジネート金等の電気導電性を有す
る導電体２０の層を形成する。その方法一つのとして
は、前記Si-Al-O-N 系化合物の薄膜層をスパッタリング
法等にて形成し、その前層の表面における記発熱抵抗体
１３の上方部分にアルミ等を同じくスパッタリング法等
にて導電体２０を形成し、次いで再度Si-Al-O-N 系化合
物の薄膜層をスパッタリング法等に形成することにより
第２保護膜部１８内に導電体２０が埋設されるように形
成するのである。

【００２１】他の方法として、発熱抵抗体１３に酸化ル
テニウムを主成分とするペーストを使用し、個別電極で
ある給電用導体膜１４の箇所はレジネート金、共通電極
に銀を使用して、印刷−乾燥−焼成工程の繰り返しにて
形成し、この上のガラスによる第１保護膜層１５の上面
にレジネート金による導電体２０を塗布−焼成にて形成
した後、Si-Al-O-N 系化合物の薄膜層をスパッタリング
法等に形成することにより第２保護膜部を形成しても良
い。

【００２２】そして、これらの導電体２０に、前記実施
例のような逆電圧を前述の摩擦力除去電圧印加駆動回路
９を介して印加するのである。なお、前記摩擦力減少
（除去）のための逆電圧印加のタイミングは、プリンタ
やフアクシミリ等における印字動作タイミング信号に同
期させるようにしても良い。

【００２３】また、前記逆電圧印加のパターンは、印字
用紙（被印字媒体７）の種類、プラテン回転速度または
被印字媒体７の搬送速度、１行分への印字文字数の大中
小の区分、サーマルプリントヘッドの種類などの組合せ
により、予め実験を行い、種々の場合（印字条件の組合
せ）による非制御時の歪み波電圧の交流成分パターンを
類型化してメモリに記憶させておき、現実の印字動作時
には、前記のパターンを呼び出してそれと逆のパターン
の電圧を印加するようにしても良いし、前記種々の印字
条件の組合せによる摩擦力を減少（除去）するのに効果
的な逆電圧印加の類型化パターン（単純交流波状、三角
波状、のこぎり波、矩形波状等の単純化パターン）を記
憶させたメモリから呼び出して、実際の印字動作時に同
期させて印加させても良いのである。

【００２４】

【発明の作用・効果】以上に詳述したように、印字動作
時に被印字媒体とサーマルプリントヘッドの印字部との
摺接にて動摩擦力が発生すると同時に、歪み波電圧も発
生するという現象に着目し、本発明のサーマルプリント
ヘッドの摩擦制御装置は、プリンタのプラテンに対面さ
せたサーマルプリントヘッドの印字部における発熱抵抗
体の上面を電気絶縁性の第１保護膜にて覆い、この第１
保護膜の上面側を覆い、且つ被印字媒体と接触する第２
保護膜部に導電体を埋設するか、または前記第２保護膜
部を導電性を有するように構成し、制御手段にて、前記
第２保護膜部の導電体または第２保護膜部自体に対し
て、印字動作時の前記印字部とプラテンもしくは被印字
媒体との間の動摩擦によって発生する歪み電圧を打ち消
すように予め定められた印加パターンの電圧を、印字動
作に応じて印加するように制御したので、印字部におけ
る摩擦力を除去または減少できることになり、印字部に
おける第２保護膜部の磨滅が少なくなる。その結果、印
字部の保護膜の材質を変更することなく、サーマルプリ
ントヘッドの耐久性を大幅に向上させることができると
いう効果を奏する。

【００２５】また、前記動摩擦に伴って、用紙等の被印
字媒体やサーマルプリントヘッドに発生する静電気も減
少させることができ、印字済みの被印字媒体同士が静電
気で密着する等の不都合も解消できるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリンタ及び制御装置の機能ブロック図であ
る。

【図２】第１実施例の印字部の要部を示す図３のII−II
線矢視断面図である。

【図３】図２の III−III 線矢視平面図である。

【図４】（ａ）は非制御時の歪み波電圧のパターンを示
す図、（ｂ）は実験１の逆印加電圧付与した場合の歪み
波電圧の状態を示す図、（ｃ）実験２の逆印加電圧付与
した場合の歪み波電圧の状態を示す図である。

【図５】第２実施例の印字部の要部を示す図６のＶ−Ｖ
線矢視断面図である。

【図６】図５のVI−VI線矢視平面図である。

【符号の説明】 １ サーマルプリントヘッド １ａ 印字部 ２ プラテン ４ ＣＰＵ ６ プラテンモータ ７ 被印字媒体 ８ 発熱駆動回路 ９ 摩擦力除去電圧印加駆動回路 １１ ヘッド基板 １３ 発熱抵抗体 １５ 第１保護膜層 １６，１８ 第２保護膜部 ２０ 導電体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリンタのプラテンに対面させたサーマ
   ルプリントヘッドの印字部における発熱抵抗体の上面を
   電気絶縁性の第１保護膜にて覆い、この第１保護膜の上
   面側を覆い、且つ被印字媒体と接触する第２保護膜部に
   導電体を埋設するか、または前記第２保護膜部を導電性
   を有するように構成し、前記第２保護膜部の導電体また
   は第２保護膜部自体に対して、印字動作時の前記印字部
   とプラテンもしくは被印字媒体との間の動摩擦によって
   発生する歪み電圧を打ち消すように予め定められた印加
   パターンの電圧を、印字動作に応じて印加する制御手段
   を備えたことを特徴とするサーマルプリントヘッドの摩
   擦制御装置。