JPH09123503A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱抵抗体の発した熱の多くを印字に寄与させ
ることができず、サーマルヘッドの熱効率が低くなって
いた。 【解決手段】基材１上に、発熱抵抗体６が被着された蓄
熱部材５を取着して成るサーマルヘッドであって、前記
基材１と蓄熱部材５との間で、発熱抵抗体６の直下領域
に、前記発熱抵抗体６の発熱と同期して厚みが可変する
圧電変位素子３を介在させる。また前記圧電変位素子３
を発熱抵抗体６に並列接続させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワードプロセッサ
やファクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサ
ーマルヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図５に示す如
く、アルミナセラミックス等から成る基材１１上にガラ
ス等から成る蓄熱部材１２を従来周知のスクリーン印刷
等によって被着させるとともに、該蓄熱部材１２上に発
熱抵抗体１３と一対の電極４ａ、１４ｂとをスパッタリ
ング法及びフォトリソグラフィー技術等の薄膜手法によ
って被着形成した構造を有している。

【０００３】かかるサーマルヘッドは、感熱記録媒体を
前記発熱抵抗体１３上まで搬送させた状態で、前記一対
の電極１４ａ、１４ｂ間に外部（プリンタ本体等）から
の印字信号に基づいて所定の電力を印加し、発熱抵抗体
１３を選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱し
た熱を感熱記録媒体に伝導させ、感熱記録媒体に所定の
印字画像を形成することによってサーマルヘッドとして
機能する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、印字時、感熱記録媒体
を発熱抵抗体１３に対して完全に密着させることができ
ないことから、感熱記録媒体と発熱抵抗体１３との間に
は僅かな隙間が形成される。このため、発熱抵抗体１３
の発した熱の多くが蓄熱部材１２を介して基材１１側に
吸収され、その結果、発熱抵抗体１３からの熱の多くを
印字に寄与させることが不可となってサーマルヘッドの
熱効率を低下させる欠点を有していた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、基材上に、発熱抵抗体が被着された
蓄熱部材を前記基材を取着して成るサーマルヘッドであ
って、前記基材と蓄熱部材との間で、発熱抵抗体の直下
領域に、前記発熱抵抗体の発熱と同期して厚みが可変す
る圧電変位素子を介在させたことを特徴とする。

【０００６】また本発明のサーマルヘッドは、前記圧電
変位素子が発熱抵抗体に並列接続されていることを特徴
とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて詳細に説明する。

【０００８】図１は本発明のサーマルヘッドを示す平面
図、図２は図１のサーマルヘッドから蓄熱部材５を取り
外した状態を示す平面図、図３は図１のＸ−Ｘ線断面図
であり、１は基材、３は圧電変位素子、５は蓄熱部材、
６は発熱抵抗体である。

【０００９】前記基材１はアルミナセラミックス等の電
気絶縁性材料から成り、その上面で発熱抵抗体３を有す
る蓄熱部材５等を支持する作用を為す。

【００１０】前記基材１は、アルミナ、シリカ、マグネ
シア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒
を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知の
ドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用する
ことによってセラミックグリーンシートを形成し、しか
る後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち
抜き加工するとともに高温で焼成することによって製作
される。

【００１１】また前記基材１の上面で支持されている蓄
熱部材５は、発熱抵抗体６の発する熱を蓄積して発熱抵
抗体６の温度を短時間で印字に必要な所定温度となすた
めのものであり、このような蓄熱部材５としては、例え
ば厚み0.03mm程度の薄板ガラスが用いられる。

【００１２】尚、この薄板ガラスは、例えば、熱伝導率
が0.9 Ｗ／ｍ・ｋの高軟化点ガラスにより形成されてお
り、所定のガラスを板状に成形した後、表面を研摩加工
することによって製作される。

【００１３】また前記蓄熱部材５の上面には、直線状に
配列された複数個の発熱抵抗体６と、該各発熱抵抗体６
の両端に接続される共通電極７ａ及び個別電極７ｂとが
それぞれ被着されている。

【００１４】前記発熱抵抗体６は例えば窒化タンタル等
から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有して
いるため、共通電極７ａ及び個別電極７ｂを介して外部
電源からの電力が印加されるとジュール発熱を起こし、
感熱記録媒体に印字画像を形成するのに必要な所定温
度、例えば200 ℃〜350 ℃の温度に発熱する。

【００１５】また前記発熱抵抗体６の両端に接続される
共通電極７ａ及び個別電極７ｂはアルミニウム等の金属
材料から成っており、該共通電極７ａ及び個別電極７ｂ
は発熱抵抗体６にジュール発熱を起こさせるために必要
な所定の電力を印加する作用を為す。

【００１６】尚、前記複数個の発熱抵抗体６、共通電極
７ａ及び個別電極７ｂは、従来周知のスパッタリング法
及びフォトリソグラフィー技術を採用することによって
蓄熱部材５の上面に所定パターン、所定厚み（発熱抵抗
体６は0.01〜0.5 μｍの厚み、共通電極７ａ及び個別電
極７ｂは0.5 〜2.0 μｍの厚み）をもって被着される。

【００１７】また前記基材１と蓄熱部材５との間で、各
発熱抵抗体６の直下領域には、発熱抵抗体６の発熱に同
期して厚みを可変する圧電変位素子３が介在されてお
り、その他の領域には所定の厚みを有するスペーサ部材
４が介在されている。

【００１８】前記圧電変位素子３は、その上に配置され
ている発熱抵抗体６と並列接続されており、図４に示す
如く、ＰｂＴｉＯ₃ 、ＰｂＺｒＯ₃ 等から成る圧電基板
３ａを一対の電極３ｂ、３ｃが交互に介在されるように
して複数個、積層させた構造を有している。

【００１９】前記圧電変位素子３は、電極３ｂ及び３ｃ
間に所定の電力が印加されると、個々の圧電基板３ａの
厚みを縮ませる特性を有しており、例えば、圧電変位素
子３がＰｂＴｉＯ₃ から成る厚み10μｍの圧電基板３ａ
を750 個積層することにより全体で8.25ｍｍの厚みに形
成されている場合、圧電変位素子３に電極３ｂ及び３ｃ
を介して24Ｖの電圧が印加されると、圧電変位素子３は
厚み方向に１μｍだけ縮むようになっている。

【００２０】また前記圧電変位素子３の電極３ｂ及び３
ｃには、該各圧電変位素子３に外部電源からの電力を印
加するための共通電極２ａ及び個別電極２ｂが半田１０
を介して接続されており、これによって圧電変位素子３
を基材１に固定している。

【００２１】前記共通電極２ａ及び個別電極２ｂは基材
１の上面に被着されており、これら電極２ａ、２ｂを蓄
熱部材５の外側まで導出させるとともに、該導出部の共
通電極２ａを蓄熱部材５上の共通電極７ａに、また導出
部の各個別電極２ｂを蓄熱部材５上に被着された対応す
る個別電極７ｂにそれぞれボンディングワイヤ８を介し
て接続させ、更に各個別電極２ｂの導出部をドライバー
ＩＣ９の出力端子に接続させて各個別電極２ｂ及び共通
電極２ａ間に外部電源（不図示）を接続させることによ
って圧電変位素子３を発熱抵抗体６に並列接続してい
る。

【００２２】尚、基材１上の前記共通電極２ａ、個別電
極２ｂは、従来周知のスパッタリング法及びフォトリソ
グラフィー技術等の薄膜手法によって所定パターン、所
定厚みに被着形成される。

【００２３】一方、前記スペーサ部材４は、基材１と蓄
熱部材５との間を所定の距離に保つためのものであり、
電力が印加されていない状態での圧電変位素子３の厚
み、個別電極２ｂの厚みの総和とほぼ等しい厚みをもっ
た電気絶縁材料（例えば、ガラス等）によって形成され
ており、これによって圧電変位素子３の上面が蓄熱部材
５の下面に当接されるようにしている。このスペーサ部
材４の厚みは、具体的には、電力が印加されていない状
態での圧電変位素子３の厚みが8.25ｍｍ、個別電極２ｂ
の厚みが10μｍの場合、8.26ｍｍに設定される。

【００２４】尚、前記圧電変位素子３及びスペーサ部材
４は、まず圧電変位素子３を基材上面の各個別電極２ｂ
と共通電極２ａとの間の領域に載置するとともに、該圧
電変位素子３の一対の電極３ｂ、３ｃを個別電極２ｂ、
共通電極２ａにそれぞれ半田接合させることによって共
通電極２ａ及び個別電極２ｂに接続させ、しかる後、基
材上面の圧電変位素子３が配置されていない領域にスペ
ーサ部材４と液状のエポキシ系樹脂を配置し、その上に
発熱抵抗体６等が被着された蓄熱部材５を配置して前記
エポキシ系樹脂を加熱硬化させることによって基材１と
蓄熱部材５との間に介在される。

【００２５】また前記基材１上には、外部電気回路（プ
リンタ本体等）より供給される印字信号に基づいて発熱
抵抗体６及び圧電変位素子６に印加する電力のオン・オ
フを制御するためのドライバーＩＣ９が搭載されてい
る。

【００２６】前記ドライバーＩＣ９は、その内部に発熱
抵抗体６、圧電変位素子６と同一ビット数のシフトレジ
スタ、ラッチ、駆動素子等を有し、その出力端子を各個
別電極２ｂにボンディングワイヤを介して接続させてい
る。このため、ドライバーＩＣ９の出力端子は、個別電
極２ｂ、ボンディングワイヤ８、個別電極７ｂを介して
発熱抵抗体６に、また個別電極２ｂを介して圧電変位素
子３に電気的に接続される。

【００２７】かくして上述したサーマルヘッドは、感熱
記録媒体を前記発熱抵抗体６上まで搬送した状態で、共
通電極７ａ及び個別電極７ｂ間に外部からの印字信号に
基づいて所定の電力を印加し、発熱抵抗体６を選択的に
ジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱記録
媒体に伝導させ、感熱記録媒体に所定の印字画像を形成
することによってサーマルヘッドとして機能する。

【００２８】以上のような本発明のサーマルヘッドによ
れば、印字時、発熱抵抗体６の直下領域に配されている
圧電変位素子３に発熱抵抗体６の発熱と同期して電力が
印加され、圧電変位素子３の厚みが薄くなるようになっ
ているため、発熱抵抗体６の直下領域で蓄熱部材５の下
面と圧電変位素子３の上面とが離間してこの両者間に隙
間が形成され、発熱抵抗体６からの熱が基材１側に逃げ
ていくのを前記隙間によって有効に遮断することができ
る。これにより、発熱抵抗体６の発する熱の多くを感熱
記録媒体側に伝導させることができるようになり、より
多くの熱を印字に寄与させてサーマルヘッドの熱効率を
向上させることが可能になる。また非印字時、発熱抵抗
体６の発熱が終わると、圧電変位素子３への電力印加も
終わり、圧電変位素子３が元の大きさに戻って圧電変位
素子３の上面が蓄熱部材５の下面に当接されるため、蓄
熱部材５中の熱は基材１側に良好に吸収され、感熱記録
媒体に印字の尾引きが発生することが有効に防止され
る。よって高品質の印字画像を効率良く形成することが
可能となる。

【００２９】またこの場合、圧電変位素子３は発熱抵抗
体６に並列接続されているため、発熱抵抗体６の発熱を
制御する印字信号をそのまま用いて圧電変位素子３への
電力の印加を制御することができ、サーマルヘッドに、
別途、圧電変位素子３への電力の印加を制御するための
手段等を設ける必要がない。したがってサーマルヘッド
の駆動系を複雑化することもない。

【００３０】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能であり、例えば、上述した実施形
態においては、圧電変位素子を基材の上面に固定した
が、これに代えて、圧電変位素子を蓄熱部材の下面に固
定しても良く、この場合も、圧電変位素子に電力を印加
すると、基材と圧電変位素子との間に隙間が形成される
ため、発熱抵抗体からの熱が基材側に逃げていくのを前
記隙間によって有効に遮断することができ、発熱抵抗体
の発する熱の多くを感熱記録媒体側に伝導させ、印字に
寄与させることが可能となる。

【００３１】また上述した実施形態においては、発熱抵
抗体と圧電変位素子とを１対１で並列接続させるように
したが、これに代えて、複数個の発熱抵抗体をいくつか
のブロックに区分するとともに、該各ブロック毎に圧電
変位素子を１個ずつ設けるようにしても構わない。この
場合、圧電変位素子への電力の印加を制御するために制
御ＩＣ等が別途、必要になり、例えば、ブロック内の発
熱抵抗体のうち50％以上が発熱するときに圧電変位素子
の厚みが薄くなるように設定しておく。尚、前記圧電変
位素子は対応するブロックの全長にわたって発熱抵抗体
の直下領域に配置させる。

【００３２】更に上述の如く各ブロック毎に圧電変位素
子を設けるのに代えて、直線状に配列される全ての発熱
抵抗体に対して１個だけ圧電変位素子を設けるようにし
ても構わない。

【００３３】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、発熱
抵抗体の直下領域に配されている圧電変位素子の厚みが
発熱抵抗体の発熱と同期して可変するようになっている
ため、印字時、圧電変位素子の厚みが薄くなるようにな
しておけば、発熱抵抗体の直下領域で蓄熱部材と圧電変
位素子との間に隙間が形成され、発熱抵抗体からの熱が
基材側に逃げていくのを前記隙間によって有効に遮断す
ることができる。これにより、発熱抵抗体の発する熱の
多くを感熱記録媒体側に伝導させることができるように
なり、より多くの熱を印字に寄与させてサーマルヘッド
の熱効率を向上させることが可能になる。また非印字
時、圧電変位素子の厚みが元の厚みに戻り、圧電変位素
子と蓄熱部材とが接触するようになしておけば、蓄熱部
材中の熱は基材側に良好に吸収され、感熱記録媒体に印
字の尾引きが発生するのを有効に防止することができ
る。よって高品質の印字画像を効率良く形成することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドを示す平面図である。

【図２】図１のサーマルヘッドから蓄熱部材５を取り外
した状態を示す平面図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】図１のサーマルヘッドに用いられる圧電変位素
子の断面図である。

【図５】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・基材 ３・・・圧電変位素子 ５・・・蓄熱部材 ６・・・発熱抵抗体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基材上に、発熱抵抗体が被着された蓄熱部
   材を取着して成るサーマルヘッドであって、 前記基材と蓄熱部材との間で、発熱抵抗体の直下領域
   に、前記発熱抵抗体の発熱と同期して厚みが可変する圧
   電変位素子を介在させたことを特徴とするサーマルヘッ
   ド。
2. 【請求項２】前記圧電変位素子が発熱抵抗体に並列接続
   されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマル
   ヘッド。