JPH0631957A - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水冷式のサーマルプリントヘッドにおいて、
ヘッドの温度を十分に均一に保つことのできる装置を提
供する。 【構成】 サーマルプリントヘッドアッセンブリ３０
は、キャビティ３６を形成して伝熱面を持つ支持部材３
４と、複数のヒータエレメントを持ったセラミック回路
基板３２を含む。支持部材３４を介して、キャビティ３
６とセラミック回路基板３２の間の熱を伝導するため
に、セラミック回路基板３２が伝熱面に取り付けられ
る。プリントヘッドアッセンブリ３０は水冷式であり、
支持部材３４がヒートシンクを形成する。ヒートシンク
では、冷却水が熱源の近くに位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広くは熱転写式の印刷
方法に関し、特にサーマルプリントヘッドの冷却に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】熱転写式印刷方法は、プリントヘッド内
にあるピクセル（画素）の大きさの個々の抵抗エレメン
トに通電して、染料を溶かすかもしくは気化させること
で行われる。気化した染料はレシーバに移動し、そこで
凝固して印刷されたピクセルとなる。利用可能な速度で
印刷を行うためには、プリントヘッドアセンブリを急速
且つ正確に加熱また冷却することが必要である。何故な
ら、印刷濃度は、染料に加えられた熱の総量に大きく比
例するからである。例えば、頁の印刷が進むに従ってプ
リントヘッドの温度が上昇したとすると、印刷濃度も同
様の上昇を示すが、それは容認出来ない上昇である。プ
リントヘッドの温度を制御するために使用される一般的
な方法は、フィン付のアルミニウムヒートシンクをプリ
ントヘッドの後面に取り付けて、フィン付き部に冷却空
気を送ることである。ファンの操作は、プリントヘッド
の基板に取り付けられた又は内蔵された温度センサから
のフィードバックによって制御される。更に効率を上げ
るためには、プリントヘッドを、基板に取り付けられた
ヒータストリップで予備加熱する。このヒータは同一又
は同様のセンサからのフィードバックによって制御さ
れ、プリントヘッドを、染料の移動が発生する温度より
少し低い温度に維持する。

【０００３】高速印刷の要求に伴ってプリントヘッドへ
の給電量が大きくなり、強制冷却でプリントヘッドの温
度制御を適切に行うことは容易ではなくなった。特に、
プリントヘッドの制限された空間内では困難である。こ
のため、必要な熱温度制御を行う液体冷却の使用が必要
となった。図３は、従来技術のプリントヘッド１０を示
す。ヒータヘッド１０の抵抗エレメントが、染料をドナ
ーシートからレシーバシートに移動するのに充分な電力
を得た時に、前記プリントヘッドにおいて印刷が行われ
る。これらのシートは、プラテン１２の動作によって、
互いに密接に接触する。抵抗加熱ストリップ１４は、染
料を移動するのに必要な温度より多少低い温度にプリン
トヘッドアセンブリ全体を予備加熱する。そして、印刷
エレメントに加えられた少量の追加エネルギによって印
刷が行われる。この追加のエネルギは、染料とレシーバ
に流入するだけではなく、ヘッド構造物１６、１８、２
０にも流入する。もし冷却されなければ、エネルギによ
ってヘッド構造物の温度が上昇する。ヒートシンク２２
では、エネルギを除去するために作動流体が使用されて
いる。

【０００４】従来の技術システムには、時間のずれが小
さくて、正確な温度制御を行う能力を損なう２つの特徴
がある。冷却効果を減じる第１の要因は、エネルギが熱
源からヒートシンクまで比較的長い距離を移動しなけれ
ばならないことである。その距離は、セラミック回路基
板２０の厚さ、ヘッド支持台１６の厚さ、ヒートシンク
２２の厚さを含む。システムの妨げになる第２の要因
は、各部品のインタフェースに適用されるインタフェー
ス抵抗である。各インタフェースは通常、伝熱パッド、
又は２４で使用されているようなグリス、又は１８で使
用されているようなセメントの薄い層を含む。これは、
金属間の不完全接触によって失われる伝導部を回復する
ために使用されるものである。典型的なインタフェース
材料の伝導率は、ヒートシンクの材料として一般的に使
用されるアルミニウム等の金属の伝導率の僅か１％しか
ないため、熱の伝導が不十分である。

【０００５】空気冷却から液体冷却への変換は、一般的
に、フィン付のアルミニウムヒートシンクを、アルミニ
ウムのウォータジャケットに交換することで実施され
る。前記ウォータジャケットは、充分な熱伝導のため
に、液体と金属間に適切な表面を提供する好適な液体通
路を含む。限定された場所において大量の熱を除去する
ためには、水冷却の方が空気冷却より好適ではあるが、
それでも、印刷熱の温度上昇は、均一な印刷に所望され
るものよりもまだ大きい。ヘッドの温度上昇が比較的大
きいのは、プリントヘッドとヒートシンク間の熱インタ
フェースが十分な熱伝達を行えないこと、及びプリント
ヘッドの活動状態の発熱エレメントとヒートシンクの液
体間の距離が比較的長いことに原因がある。従って、ヒ
ートシンクが冷却液に近くて、プリントヘッドとヒート
シンク間に充分な熱移動が行えるインタフェースがある
ような水冷式プリントヘッドを持つことが大変望ましい
ことが理解されるであろう。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上述
の問題のうちの１つ以上を克服するためのものである。
簡単に概要説明すると、発明の一面によれば、サーマル
プリントヘッドは支持部材を備え、前記支持部材はキャ
ビティを形成して伝熱面を持ち、前記伝熱面は、キャビ
ティの表面から熱を伝導するために、キャビティに隣接
している。

【０００７】サーマルプリントヘッドは、表面に取り付
けられた複数の発熱エレメントを含む。エレメントが発
生する熱はキャビティに伝導し、そこで、冷却液によっ
て消散する。冷却液を２方向に流してより効率的に温度
制御ができるように、キャビティをもう１つ追加しても
良い。

【０００８】本発明の他の面、目的、特徴、利点は、好
ましい実施態様に関する下記の詳細説明並びに請求項を
検討し、添付図面を参照することによって、より明白に
理解されるであろう。

【０００９】

【実施例】図１と２について説明する。サーマルプリン
タ２６は印刷プラテン２８とサーマルプリントヘッドア
センブリ３０を備えている。サーマルプリントヘッドア
センブリ３０は、伝熱エポキシ等を使用して支持部材３
４に固定されたセラミック基板３２を含んでいる。支持
部材３４は、単一（図２）又は複数（図１）の開口３６
を有している。前記開口は、冷却液のキャビティ、つま
り液体通路を形成するものである。開口３６は、発熱サ
ーマルプリンティングエレメントを含むセラミックボー
ド３２の近くに位置している。

【００１０】本発明の働きは、以上の説明で明らかであ
ると考えられるが、強調のために追加説明をする。本発
明は、セラミックヘッド３２に直接接触した中空の支持
部材３４を具体化したもので、これにより、ヒートシン
クとサーマルヘッド間の熱伝達を考慮する必要がなくな
る。支持部材３４が直接セラミックヘッド３２に接触し
ているため、冷却液チャンバ３６が熱源３２から近くな
る。支持部材３４においては、単一流路又は複数流路で
冷却液が流れるため、支持部材は様々な構造にすること
ができ、個々の取り付け要件を満たすように、様々な形
状にできる。第１冷却液が第１開口すなわちキャビティ
３６においてある方向に流れて、第２冷却液が第２キャ
ビティ３６において第１方向に反対の第２方向に流れ、
第１及び第２冷却液は各々独立した流路を流れることが
できる。もしくは、冷却液が第１キャビティにおいてあ
る方向に流れて、その後第２キャビティ内を第１方向に
反対の第２方向に流れることができる。ストリップヒー
タを取り除くことが可能であり、温度制御された流体が
冷却液チャンバを流れることで、ヘッドは必要な温度に
なり、その温度が維持できる。

【００１１】プリントヘッド支持部材は、一体もの材料
でできているより、中空のアルミニウム押し出し加工の
ものが望ましい。プリントヘッドの冷却液がプリントヘ
ッド支持部材の中空部分を流れるために、プリントヘッ
ドとヒートシンク間の効率の悪いインタフェースは完全
に廃止できる。また、動作中のプリントヘッドエレメン
トと冷却液間の熱の流れの通路は大幅に短縮される。こ
れらの要素が組み合わされて、プリントヘッドの温度は
綿密に制御されることになる。更に、ヘッドの予備加熱
すなわちヘッドを待機温度にして、その温度を維持する
ことが、温度制御された循環ヒートシンク液によって行
うことができる。それによって補助ヒートストリップの
必要性が無くなる。

【００１２】本発明は、特に好ましい実施態様に言及し
て説明しているが、当業者は、発明に反することなく種
々の変更を行うことが可能であり、好ましい実施態様の
要素については、同等物で代替が可能であることを理解
するであろう。例えば、支持部材はアルミニウム製であ
ると説明されているが、他の伝熱材を使用することもで
きる。更に、本発明の主要な教示にもとることなく、特
定の状況と材料を本発明の教示に適合させて、多くの修
正を行うことができる。

【００１３】以上で、高品質印刷のためにプリントヘッ
ドの温度を制御する、冷却式サーマルプリントヘッドが
提示されたことが理解されるであろう。プリントヘッド
は、キャビティを形成して伝熱面を持った支持部材、複
数のヒータエレメントを持ったセラミック回路基板、熱
をキャビティとセラミック回路基板間で支持部材を介し
て伝導するために回路基板を伝熱面に取り付ける手段を
含む。

【００１４】本発明は、従来のサーマルプリントヘッド
構造で深刻な問題であった２つの条件の影響を最小限に
押さえる。１つは、ヘッドの温度上昇が比較的大きいこ
とであり、これは、プリントヘッドとヒートシンクの間
の不十分な熱インタフェース、すなわち熱の授受が十分
行われないことから生じるものである。もう１つは、プ
リントヘッドの活動中の発熱エレメントとヒートシンク
の液体間の距離が比較的長いことである。本発明は、ヒ
ートシンクが冷却液に近くて、プリントヘッド支持部材
とセラミック熱源間に効果的なインタフェースがある水
令式プリントヘッドを提供する。

【００１５】上述の説明から明白なように、本発明のあ
る面は、図解例の特定の詳細に適用するものとして制約
するものではない。従って当業者には、他の修正及び応
用が可能であると考えられる。例えば本発明は、従来の
サーマルプリンタのサーマルプリントヘッドのみなら
ず、プリントヘッドの温度に均一性が要求される他の印
刷工程にも同様に適用できる。従って、請求項には、本
発明の精神と範囲とにそむくことのない全ての修正と応
用が網羅されている。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば発
熱部分である回路基板と、冷却液の流れるキャビティを
近接して配置したことにより、回路基板で発生した熱を
迅速に冷却液に伝えることができる。したがって、サー
マルヘッドの温度制御を正確に行うことができ、良好な
印刷画質を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水冷式サーマルプリントヘッドの
実施例を示す断面図である。

【図２】本発明に係る他の実施例の断面図である。

【図３】従来の水冷式サーマルプリントヘッドを示す断
面線図である。

【符号の説明】

１０ プリントヘッド １２ プラテン １４ 抵抗発熱ストリップ １６ ヘッド支持台 ２０ セラミック回路基板 ２２ ヒートシンク ２６ サーマルプリンタ ２８ 印刷プラテン ３０ サーマルプリントヘッドアッセンブリ ３２ セラミック基板 ３４ 支持部材 ３６ 冷却液チャンバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーマルプリントヘッドであって、 複数の発熱エレメントをもつ回路基板と、 冷却液の流れるキャビティと伝熱面とを有する支持部材
   と、 を含み、 前記伝熱面は前記キャビティに隣接し、前記支持部材は
   熱を前記伝熱面から前記キャビティに伝導し、 さらに、サーマルプリントヘッドは前記回路基板と前記
   伝熱面とに接触し、当該回路基板と伝熱面を固定する伝
   熱材を含み、 前記伝熱材は、前記回路基板の熱を前記伝熱面を介して
   直接支持部材に、さらには冷却液に伝達することを特徴
   とするサーマルプリントヘッド。