JPWO2008081949A1 - 記録ヘッドおよびそれを備えた記録装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、基板20と、基板20の上面に形成された蓄熱層21と、蓄熱層21上に列状に並んで形成された発熱部23と、折り返し部24Bおよび発熱部23に接続された第1接続部24Aを有する第1導体層24と、発熱部23に接続された第2接続部25Aa,25Baを有する第2導体層25A,25Bと、を備えた記録ヘッド2に関する。折り返し部24Bは、発熱部23が並ぶ特定方向に沿った断面積が第1接続部24Aよりも小さい伝導部24Baを有している。本発明はさらに、記録ヘッド2を備えた記録装置に関する。

Description

本発明は、ファクシミリ、バーコードプリンタ、ビデオプリンタあるいはデジタルフォトプリンタなどの印画デバイスとして用いられるサーマルヘッドまたはインクジェットヘッド等の記録ヘッドおよびそれを備えた記録装置に関する。
サーマルヘッドは、基板の上面に、複数の発熱部を列状に並べた構成を有している。発熱部は、第1および第2導体層によって印加される電圧によりジュール熱を発生するものである。発熱部、第1および第2導体層は、保護層により被覆されている(たとえば特許文献1,2参照)。
このようなサーマルヘッドでは、外部の搬送機構によって感熱紙やインクフィルムなどの記録媒体を発熱部に接触させた状態で搬送させる。この搬送に合わせて、印画信号に応じて各発熱部を個別に発熱させることにより記録媒体への印画が可能とされている。
実開昭61−107542号公報 特開昭57−24273号公報
しかしながら、発熱部においては発生したジュール熱は、第1および第2導体層に伝達され、これらの導体層から放熱してしまう。とくに、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料により第1および第2導体層が形成されている場合には、より多くの熱が第1および第2導体層に伝達され、これらの導体層から放熱してしまう。その結果、発熱部において発生したジュール熱が記録媒体に対して良好に伝達されない場合がある。また、十分な熱を記録媒体へ伝達するのに、発生させるジュール熱を大きくするには、発熱部への印加電圧を大きくする必要があり、電力の増加が問題になる。
本発明は、熱効率の向上を図ることを課題としている。
本発明によれば、発熱部に接続した導体層が断面積の小さい伝導部を有する記録ヘッドが提供される。
本発明によれば、発熱部に接続される導体層が断面積の小さい伝導部を有しているため、熱伝達を抑制できる。そのため、発熱部において発生したジュール熱が記録媒体に対して有効に伝達される。その結果、熱効率の向上を図ることができる。
本発明の第1の実施の形態におけるサーマルプリンタの一例を示す概略構成図である。 本発明の第1の実施の形態におけるサーマルヘッドを説明するための正面図である。 図2に示したサーマルヘッドの要部を拡大し、保護膜を省略した状態で示した斜視図である。 図2に示したサーマルヘッドを説明するための保護膜を省略した状態での要部を示す正面図である。 図2に示したサーマルヘッドを説明するための要部を示す断面図である。 図2に示したサーマルヘッドを説明するための要部を示す断面図である。 本発明のサーマルヘッドの他の例を説明するための図5に相当する断面図である。 伝導部の他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 図9の要部を拡大して示した正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 本発明の第2の実施形態におけるサーマルプリンタの一例を示す概略構成図である。 図18に示したサーマルプリンタにおけるインクジェットヘッドの要部を示す断面図である。 図18に示したサーマルプリンタにおけるインクジェットヘッドの要部を示す断面図である。 図19に示したインクジェットヘッドの要部を、オリフィスプレートを省略した状態で拡大して示した斜視図である。 本発明の第3の実施の形態におけるサーマルヘッドの要部を、保護膜を省略した状態で拡大して示した斜視図である。 図22に示したサーマルヘッドを説明するための保護膜を省略した状態での要部を示す正面図である。 図22に示したサーマルヘッドを説明するための要部を示す断面図である。 図22に示したサーマルヘッドを説明するための要部を示す断面図である。 伝導部の他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 伝導部のさらに他の例を説明するための要部を示す正面図である。 本発明の第4の実施形態におけるサーマルプリンタの一例を示す断面図である。 図33に示したインクジェットヘッドの要部を、オリフィスプレートを省略した状態で拡大して示した断面図である。
符号の説明
1,3 サーマルプリンタ(記録装置)
10 プラテンローラ
11,12,13,14 搬送ローラ
2,4 サーマルヘッド(記録ヘッド)
20,40 基板
21,21′,21″,41 グレーズ層(蓄熱層)
22,42 耐エッチング層
23,43 発熱部
23A,43A (発熱部の)孔部
24,44 第1導体層
24A,44A (第1導体層の)接続部
24B (第1導体層の)折り返し部
24Ba,44B 伝導部
25A,25B,45 第2導体層
25Aa,25Ba,45A (第2導体層の)接続部
25Ab,25Bb,45B (第2導体層の)伝導部
26,47 保護層
28,49 貫通孔
46 共通電極
30,5 インクジェットヘッド(記録ヘッド)
D1 搬送方向
D2,D3 (基板の)長手方向(特定方向)
以下、本発明について、第1ないし第4の実施の形態として、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の第1の実施の形態について、図1ないし図17を参照して説明する。
図1に示したサーマルプリンタ1は、サーマルヘッド2、搬送機構10,11,12,13,14および駆動手段15を備えたものである。このサーマルプリンタ1は、搬送機構10〜14によって感熱紙やインクフィルムなどの記録媒体Pをサーマルヘッド2の複数の発熱部23に接触させた状態で図中の矢印D1方向に搬送させる。この搬送に合わせて画像信号に応じて各発熱部23を個別に発熱させることにより、このサーマルプリンタ1は記録媒体Pへの印画が可能とされている。
サーマルヘッド2は、たとえばファクシミリ、バーコードプリンタ、ビデオプリンタ、あるいはデジタルフォトプリンタなどの印画デバイスとして用いられるものである。図2ないし図6に示したように、サーマルヘッド2は、基板20、グレーズ層21、耐エッチング層22、複数の発熱部23と、複数の第1導体層24、複数の第2導体層25A,25B、保護層26および駆動IC27を備えている。
基板20は、各要素21〜27の支持母材として機能するものである。この基板20は、たとえばアルミナセラミックスなどの電気絶縁性材料によって長矩形状に形成されている。このようなアルミナセラミックス製の基板20は、たとえば熱伝導率が25W/m・K程度とされる。
図3ないし図6に示したように、グレーズ層21は、発熱部23において発熱したジュール熱の一部を蓄積し、サーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用を有するものである。すなわち、グレーズ層21は、発熱部23の温度を印画に必要な所定の温度まで短時間で上昇させる蓄熱層として作用するものである。このグレーズ層21は、たとえばガラスにより基板20の長手方向D2,D3に延びる帯状に形成されているとともに、曲率半径1mm〜4mm、頂点高さが20μm〜160μmの断面円弧状に形成されている。このようなガラス製のグレーズ層21は、たとえば熱伝導率が0.99W/m・K程度とされる。
グレーズ層21は、樹脂により形成してもよく、また図7Aに示したようにグレーズ層21′のように一様な厚みを有する全面グレーズとして、あるいは図7Bに示したグレーズ層21″ように全面グレーズ21A″上に部分グレーズ21B″を形成した形態であってもよい。
図5および図6に示したように、耐エッチング層22は、発熱部23や第1および第2導体層24,25A,25Bをエッチングによりパターン形成するときにグレーズ層21を保護するためのものである。この耐エッチング層22は、たとえば窒化珪素(Si)あるいはサイアロン(Si・Al・O・N)などのSi−N系またはSi−N−O系の非金属無機材料により形成されている。
図3および図4に示したように、複数の発熱部23は、記録媒体に対して熱エネルギを付与するために発熱させられる部分である。発熱部23は、第1および第2導体層24,25A,25Bを利用した電圧の印加よりジュール発熱を起こし、記録媒体Pに画像を形成するのに必要な所定の温度、たとえば200℃〜350℃の温度に発熱させられる。この発熱部23は、たとえばTaN、TaSiOあるいはTiSiOなどの電気抵抗材料によりに形成されている。
これらの発熱部23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技術を採用することによってグレーズ層21上にそれぞれが列状に並ぶようにパターン形成されている。また、これらの発熱部23の厚みは、たとえば0.01μm〜0.5μmに形成されている。
複数の第1および第2導体層24,25A,25Bは、発熱部23に電圧を印加するために利用されるものである。これらの導体層24,25A,25Bは、たとえばアルミニウムあるいはアルミニウム合金により、厚みが0.5μm〜2.0μmに形成されている。これらの導電層24,25A,25B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技術を採用することによって、以下に説明するパターンに形成されている。
各第1導体層24は、グレーズ層21上に形成された接続部24Aおよび折り返し部24Bを有している。接続部24Aは、発熱部23の端部と接触する部分であり、発熱部23と同程度の幅寸法(発熱部23が並ぶ方向(基板20の長手方向D2,D3)の寸法)を有している。折り返し部24Bは、隣接する発熱部23を繋ぐ部分であり、U字状に形成されている。この折り返し部24Bは、接続部24AにおけるD2,D3方向の中央部分からD1方向に直線状に延出する部分24Baを有している。この部分は、長手方向D2,D3の寸法が、発熱部23の長手方向D2,D3の寸法よりも小さくされており、当該部分24Baが伝導部を構成している。伝導部24Baは、基板20の長手方向D2,D3において繰り返し形成されている。
複数の第2導体層25A,25Bは、入力用導体層25Aおよびグランド用導体層25Bを含んでいる。入力用導体層25Aは、グレーズ層21上に形成された接続部25Aaおよび伝導部25Abを有している。グランド用導体層25Bは、グレーズ層21上に形成された接続部25Baおよび伝導部25Bbを有している。接続部25Aa,25Baは、発熱部23の端部と第1導体層24の接続部24Aと離間して接触する部分であり、発熱部23と同程度の長手方向D2,D3の幅寸法を有している。伝導部25Ab,25Bbは、接続部24Aa,25BaにおけるD2,D3方向の中央部分から延出しており、長手方向D2,D3の寸法が接続部25Aa,25Ba(発熱部23)の長手方向D2,D3の寸法よりも小さくされている。伝導部25Ab,25Bbは、基板20の長手方向D2,D3において繰り返し形成されている。
図5に示したように、保護層26は、発熱部23、第1および第2導体層24,25A,25Bを保護するものである。より具体的には、保護層26は、発熱部23、第1および第2導体層24,25A,25Bが大気と接触するのを保護して大気中の水分などにより腐食するのを抑制する。また、保護層26は、それらの要素23,24,25A,25Bを外力から保護している。この保護層26は、たとえば耐エッチング層22と同種の材料、窒化珪素(Si)、サイアロン(Si・Al・O・N)などのSi−N系またはSi−N−O系の非金属無機材料により形成されている。
図6に示したように、保護層26は、伝導部24Ba,25Ab,25Bbまたはその近接部分において、耐エッチング層22と直接接触している。ここで、第1および第2導体層24,25A,25Bに伝導部24Ba,25Ab,25Bbを設けることにより、耐エッチング層22の露出面積を大きく確保することが可能となる。これにより、耐エッチング層22と保護層26とが直接接触する面積を大きく確保することが可能となる。その一方で、耐エッチング層22および保護層26は、たとえば窒化珪素などの同種の非金属無機材料により形成される。そのため、耐エッチング層22と保護層26とが直接接触する面積を大きく確保することができれば、それらの層22,26の密着性が高くなり、保護層26の密着強度を大きくすることができる。その結果、保護層26の剥がれを抑制することが可能となって、保護層26によって、発熱部23や第1および第2導体層24,25A,25Bを適切に保護できるようになる。
駆動IC27は、外部より入力される印画信号に基づいて第1および第2導体層24,25A,25Bを介して発熱部23に印加される電圧のオン・オフを制御するものである。すなわち、駆動IC27は、印画信号に基づいて発熱部23を選択的にジュール発熱させるものである。駆動IC27は、図面上省略されているが、たとえば半田、ボンディングワイヤを介して第2導体層25A,25Bに導通接続されている。
図1に示した搬送機構10〜14は、記録媒体PをD1方向に搬送し、記録媒体Pをサーマルヘッド2の発熱部23に接触させるものである。この搬送機構10〜14は、プラテンローラ10、搬送ローラ11〜14を含んでいる。
プラテンローラ10は、記録媒体Pを発熱部23に押し付けるものであり、発熱部23に接触した状態で回転可能に支持されている。このプラテンローラ10は、円柱状の基体の外表面を弾性部材により被覆した構成を有している。基体は、たとえばステンレスなどの金属により形成されており、弾性部材は、たとえば厚みが3mm〜15mmのブタジエンゴムにより形成されている。
搬送ローラ11〜14は、記録媒体Pを所定の経路に沿って搬送するものである。すなわち、搬送ローラ11〜14は、サーマルヘッド2の発熱部23とプラテンローラ10との間に記録媒体Pを供給するとともに、サーマルヘッド2の発熱部23とプラテンローラ10との間から記録媒体Pを引き抜くものである。これらの搬送ローラ11〜14は、金属製の円柱状部材により形成してもよいし、プラテンローラ10と同様に円柱状の基体の外表面を弾性部材により被覆した構成であってもよい。
駆動手段15は、駆動IC27に印画信号を入力するものである。すなわち、駆動手段15は、発熱部23を選択的にジュール発熱させるために、第1および第2導体層24,25A,25Bを介して発熱部23に印加される電圧のオン・オフを制御するための印画信号を供給するものである。
サーマルプリンタ1では、搬送ローラ11〜14によって、プラテンローラ10とサーマルヘッド2の発熱部23との間に記録媒体5が供給される。その一方で、駆動手段15によって駆動IC27に印画信号が供給される。駆動IC27は、印画信号に基づいて発熱部23に印加される電圧のオン・オフを制御し、目的とする発熱部23を選択的に発熱させる。
このとき、発熱部23において発生したジュール熱の一部は、第1および第2導体層24,25A,25Bに伝達される。サーマルヘッド2では、第1および第2導体層24,25A,25Bに伝導部24Ba,25Ab,25Bbが形成されている。伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、接続部24A,25Aa,25Ba(発熱部23)よりも長手方向D2,D3の寸法が小さくされている。そのため、サーマルヘッド2では、発熱部23において発生したジュール熱が第1および第2導体層24,25A,25Bに伝達するのを抑制できる。
サーマルヘッド2ではさらに、第1導体層24が折り返し部24Bを有しており、この折り返し部24Bによって第1導体層24への伝熱、第1導体層24での放熱を抑制することが可能となる。すなわち、第1導体層24は、たとえば折り返し部24Bによって隣接する発熱部23を相互に接続するものとされる。この場合、折り返し部24Bには、隣接する2つの発熱部23からの熱が伝達されることとなる。折り返し部24Bの両端部(接続部24A)のそれぞれから熱が伝達される場合には、熱の流れが生じにくくなる。その結果、隣接する発熱部23を繋ぐ折り返し部24Bを有する構成では、第1導体層24への伝熱、第1導体層24での放熱を抑制することが可能となる。
このように、サーマルヘッド2ひいてはサーマルプリンタ1では、第1および第2導体層24,25A,25Bに伝導部24Ba,25Ab,25Bbを形成し、また折り返し部24Bを有するものとすることにより、第1および第2導体層24,25A,25Bにおける放熱を抑制し、発熱部23において発生したジュール熱を発熱部23において有効に利用できる。そのため、発熱部23を所望の温度に発熱させるのに必要な電力を少なくすることが可能となる。とくに、第1および第2導体層24,25A,25Bがアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成される場合には、第1および第2導体層24,25A,25Bにおける熱伝導性が高くなり得る。そのため、伝導部24Ba,25Ab,25Bbを形成し、折り返し部24Bを有するものとすることによる第1および第2導体24,25A,25B層における放熱の抑制、必要電力の低減効果は大きなものとなる。また、必要電力を低減することができれば、ランニングコストを抑制することも可能となる。
サーマルヘッド2ではさらに、伝導部24Ba,25Ab,25Bbが接続部24A,25Aa,25Baにおける中央部分から延出している。そのため、発熱部23の中央部に適切にヒートスポットを形成できるため、適切な印画が可能となる。
次に、図8ないし図14を参照し、第1および第2導体層24,25A,25Bの伝導部24Ba,25Ab,25Bbの他の例について説明する。ただし、図8ないし図14に示した伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、図面上は明確に表れていないが、サーマルヘッド2の全体において、長手方向D2,D3において繰り返し形成されている。
図8に示した伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、第1および第2導体層24,25A,25Bにおけるグレーズ層21上に位置する部分において、湾曲状のくびれを設けることにより形成されたものである。
図9に示した伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、第1および第2導体層24,25A,25Bにおけるグレーズ層21上に位置する部分において、発熱部23から離れるにしたがって、長手方向D2,D3の寸法が漸次小さくなるように形成されたものである。
図10に示した伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、第1および第2導体層24,25A,25Bにおけるグレーズ層21上に位置する部分において、矩形状あるいはY字状の貫通孔28を設けることにより形成されたものである。このような伝導部24Ba,25Ab,25Bbでは、図11に示したように、発熱部23において発生したジュール熱は、第1および第2導体層24,25A(25B)の細幅の部分から移動する。そのため、発熱部23からの熱は、発熱部23の四隅から第1および第2導体層24,25A,25Bに伝達されるため、発熱部23におけるヒートスポット29を発熱部23のほぼ中心に位置させることができる。
図12に示した伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、第1および第2導体層24,25A,25Bに複数の矩形状の貫通孔28を設けることにより形成されたものである。
図13Aおよび図13Bに示した伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、第1および第2導体層24,25A,25Bに1または複数の円形状の貫通孔28を設けることにより形成されたものである。
図14Aないし図14Cに示した伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、第1および第2導体層24,25A,25Bに1または複数の楕円形状の貫通孔28を設けることにより形成されたものである。
ここで、第1および第2導体層24,25A,25Bに貫通孔28を設けた伝導部24Ba,25Ab,25Bbでは、D2,D3方向の寸法とは、貫通孔28を除いた部分の合計寸法である。もちろん、第1および第2導体層24,25A,25Bに貫通孔28を設けることにより伝導部24Ba,25Ab,25Bbを形成する場合には、貫通孔28の位置、個数、大きさ、あるいは形状などは図示ものに限定されない。
次に、図15を参照しつつ、第1および第2導体層24,25A,25Bの伝導部24Ba,25Ab,25Bbによって発熱部23のヒートスポットの位置制御を行う手法について説明する。
図15に示したように、第1導体層24の伝導部24Baと第2導体層25A,25Bの伝導部25Ab,25Bbとは、長手方向D2,D3における寸法が異なっている。より具体的には、伝導部24Baは、伝導部25Ab,25Bbよりも長手方向D2,D3の寸法が小さくされており、長手方向D2,D3に沿った断面積は、伝導部24Baのほうが小さくなっている。そのため、伝導部24Baは、伝導部25Ab,25Bbよりも熱伝導性の小さなものとなっている。その結果、図15に示した例では、仮想線で示したように発熱部23のヒートスポットが第1導体層24側にシフトしたものとなる。
これとは逆に、伝導部24Baの長手方向D2,D3に沿った断面積を、伝導部25Ab,25Bbの長手方向D2,D3に沿った断面積よりも大きくすれば、発熱部23のヒートスポットを第2導体層25A,25B側にシフトさせることができる。したがって、伝導部24Baと伝導部25Ab,25Bbとの長手方向に沿った断面積の比率を適宜選択することにより、発熱部23におけるヒートスポットの位置を制御することが可能となる。
また、図16に示したように、発熱部23に孔部23Aを形成することにより、発熱部23での発熱状態を制御することもできる。この場合においても、孔部23Aの位置、形状あるいは大きさなどを適宜選択することにより、発熱部23におけるヒートスポットの位置を搬送方向D1および長手方向D2,D3方向のいずれにも制御することが可能となる。なお、孔部23Aは、貫通孔として形成してもよく、また非貫通状の凹部として形成してもよい。
ここで、インクリボンを用いて普通紙に印画を行なうような融点転写メディアの場合、プラテンローラ10からの圧力が最も大きな箇所からヒートスポットの位置をずらすのが好ましい。スティッキングやインクリボンの焦げ付きを抑制できるからである。その一方で、プラテンローラ10からの圧力を十分に加えるのが好ましい。発熱部23からインクリボンへの熱伝導効率が向上させ、良好な印画を行うことができるからである。そのため、伝導部24Baの長手方向D2,D3に沿った断面積を、伝導部25Ab,25Bbの長手方向D2,D3に沿った断面積と異なったものとし、また発熱部23に孔部23Aを設けることにより発熱部23におけるヒートスポットの位置を適切に選択するようにすればよい。これにより、熱伝導効率を不当に低下させることなく、融点転写メディアにおけるスティッキングやインクリボンの焦げ付きの発生を抑制することができる。
より具体的には、融点転写メディアにおけるスティッキングやインクリボンの焦げ付きの発生を抑制するためには、発熱部23におけるプラテンローラ10からの圧力が最も大きく作用する位置に対して、ヒートスポットの位置を搬送方向D1の上流側にずらすのが有効である。すなわち、ヒートスポットの位置を上流側にずらすことにより、インクリボンにおけるインクを適切に溶融させた上で記録媒体Pにインクを転写することができる。これにより、スティッキングやインクリボンの焦げ付きの発生を抑制することができる。また、スティッキングの発生を抑制ためには複数の発熱部32の各発熱部23のヒートスポットの位置を長手方向D2,D3にずらした状態で配置するのも有効である。
本発明は、上述した例には限定されず、種々に変更可能である。たとえば、図17に示したように、1つの発熱部23に対して1つの折り返し部24Bを有するサーマルヘッド2に対しても本発明を適用することができる。
また、第1および第2導体層24,25A,25Bの両方に伝導部24Ba,25Ab,25Bbを形成する場合に限らず、第2導体層25A,25Bの伝導部25Ab,25Bbを省略し、第1導体層24のみに伝導部24Baを形成してもよい。
さらに、第1および第2導体層24,25A,25Bの伝導部24Ba,25Ab,25Bbは、接続部24A,25Baに比べて、接続部24A,25Baに隣接する部分の厚みを小さくすることにより形成してもよい。この場合の接続部24A,25Baに隣接する部分の厚みは、0.4μm以下に設定するのが好ましい。
サーマルヘッド2では、発熱部23の上層として第1および第2導体層24,25A,25Bが形成されていたが、本発明は第1および第2導体層の上層として発熱部が形成されたサーマルヘッドに対しても適用することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態について、図18ないし図21を参照しつつ説明する。ただし、本実施の形態において、第1の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付してあり、以下における重複説明は省略するものとする。
図18に示したサーマルプリンタ3は、インクジェットヘッド30、搬送機構11〜14および駆動手段15を備えている。このサーマルプリンタ3では、搬送機構11〜14によって記録媒体Pを図中の矢印D1方向に搬送させる。この搬送に合わせて、画像信号に応じて各発熱部23を個別に発熱させることにより記録媒体Pに向けてインクを液滴として吐出することにより記録媒体Pへの印画が可能とされている。
図19ないし図21に示したように、インクジェットヘッド30は、サーマルヘッド31、耐キャビテーション層32、複数の流路33、オリフィスプレート34および複数の隔壁35を備えている。
サーマルヘッド31は、本発明の第1の実施の形態において説明したサーマルヘッド2と同様なものである。ただし、図18ないし図21においては、サーマルヘッド31として、図7Aに示した平面グレーズを採用した例を示している。もちろん、サーマルヘッド31としては、図7Aに示したもの以外を採用することもできる。
耐キャビテーション層32は、サーマルヘッド31の表面上、すなわち、保護層27上に形成されている。耐キャビテーション層32は、たとえばTaからなり、厚みが0.5〜2μm程度に形成されている。
複数の流路33は、各発熱部23にインクを供給するものであり、サーマルヘッド31上において、オリフィスプレート34および複数の隔壁35により規定されている。
オリフィスプレート34は、各発熱部23に対応する位置に、オリフィス36が設けられたものである。このオリフィスプレート34は、たとえばNiあるいはポリイミド樹脂により形成されている。オリフィス36は、流路33のインクを液滴として記録媒体P(図18参照)へ吐出させるものであり、断面円形の貫通孔として形成されている。オリフィス36の直径は、たとえば50μmとされている。
複数の隔壁35は、D2,D3方向に間隔を隔てた状態で、D1方向に延びるように形成されている。各隔壁35は、隣接する発熱部23の間を通るように設けられており、各流路33が発熱部23に対応したものとされている。このような隔壁35は、たとえば公知のフォトリソグラフィの手法を利用して、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂により形成することができる。
次に、サーマルプリンタ3における記録媒体Pへの印画方法について簡単に説明する。
サーマルプリンタ3では、搬送機構10〜14により記録媒体Pが図中の矢印D1方向に搬送させられる。
一方、サーマルヘッド31においては、目的とする発熱部23に対して駆動手段15により電圧が印加される。電圧の印加された発熱部23は、通電されてジュール熱が生じる。このとき、流路33では、発熱部23からのジュール熱により気泡が生成される。気泡の生成により、気泡に押し出されるようにしてオリフィス36を介してインク滴が吐出され、記録媒体Pへの印画が行われる。
サーマルプリンタ3では、第1の実施形態と同様な形態のサーマルヘッド2を使用しているため、第1の実施形態に係るサーマルプリンタ1と同様の効果を奏することができる。すなわち、サーマルプリンタ3では、発熱部23において発生したジュール熱が第1および第2導体層24,25A,25Bに伝達するのを抑制できる。また、折り返し部24Bによって第1導体層24における熱の流れを生じにくくし、第1導体層24への伝熱、第1導体層24での放熱を抑制することができる。そのため、サーマルプリンタ3の駆動に必要な電力を少なくし、ランニングコストを抑制することも可能となる。
次に、本発明の第3の実施の形態について、図22ないし図25を参照して説明する。
図22ないし図25に示したサーマルヘッド4は、第1の実施形態のサーマルヘッド2と同様にサーマルプリンタ1に組み込んで使用するものであり(図1参照)、基板40、グレーズ層41、耐エッチング層42、複数の発熱部43と、複数の第1導体層44、複数の第2導体層45、共通電極46、保護層47および駆動IC48を備えている。すなわち、サーマルヘッド4を組み込んだサーマルプリンタ1では、搬送機構10〜14によって感熱紙やインクフィルムなどの記録媒体Pをサーマルヘッド4の複数の発熱部43に接触させた状態で図中の矢印D1方向に搬送させる。この搬送に合わせて、画像信号に応じて各発熱部43を個別に発熱させることにより記録媒体Pへの印画が可能とされている。
基板40、グレーズ層41、耐エッチング層42、複数の発熱部43、保護層47および駆動IC48は、実質的には第1の実施形態のサーマルヘッド2(図2および図3参照)と同様なものである。これらの要素については、以下における重複説明は省略する。
複数の第1および第2導体層44,45および共通電極46は、発熱部43に電圧を印加するのに利用されるものである。これらの導体層44,45および共通電極46は、たとえばアルミニウムあるいはアルミニウム合金により、厚みが0.5μm〜2.0μmに形成されている。これらの導電層44,45および共通電極46は、従来周知のスパッタリング法およびフォトリソグラフィ技術を採用することによって、以下に説明するパターンに形成されている。
各第1導体層44は、グレーズ層41上に形成された接続部44Aおよび伝導部44Bを有している。接続部44Aは、発熱部43の端部と接触する部分であり、発熱部43と同程度の幅寸法(発熱部43が並ぶ方向(基板40の長手方向D2,D3)の寸法)を有している。伝導部44Bは、発熱部43と共通電極46とのを繋ぐ部分であり、帯状に形成されている。この伝導部44Bは、接続部44AにおけるD2,D3方向の中央部分からD1方向に直線状に延出しており、長手方向D2,D3の寸法が、接続部44A(発熱部43)の長手方向D2,D3の寸法よりも小さくされている。伝導部44Bは、基板40の長手方向D2,D3において繰り返し形成されている。
複数の第2導体層45は、グレーズ層41上に形成された接続部45Aおよび伝導部45Bを有している。接続部45Aは、第1導体層44の接続部44Aとは離間した状態で発熱部43の端部と接触する部分であり、発熱部43と同程度の長手方向D2,D3の幅寸法を有している。伝導部45Bは、接続部45AにおけるD2,D3方向の中央部分から延出しており、長手方向D2,D3の寸法が、接続部45A(発熱部43)の長手方向D2,D3の寸法よりも小さくされている。伝導部45Bは、基板40の長手方向D2,D3において繰り返し形成されている。伝導部45Bはさらに、長手方向D2,D3の寸法が第1導体層44の伝導部44Bとは異なったものとされている。図示した例では、第2導体層45の伝導部45Bの長手方向D2,D3の寸法は、第1導体層44の伝導部44Bの長手方向D2,D3の寸法よりも大きくされている。このようにして伝導部45Bの長手方向の寸法(断面積)を、伝導部44Bよりも大きくすれば、伝導部45Bのほうが熱伝導性が高くなる。そのため、発熱部43におけるヒートスポットは、中心よりも第1導体層44側にオフセットすることとなる。
もちろん、伝導部45Bの長手方向の寸法(断面積)を、伝導部44Bよりも小さくすれば、発熱部43におけるヒートスポットを、中心よりも第2導体層45側にオフセットさせることも可能である。また、低熱伝導層44B,45BのD2,D3方向の寸法(断面積)が異なる程度を適宜選択することにより、ヒートスポットの位置を所望の位置に設けることができる。
共通電極46は、基準電位点に接続されたものであり、複数の第1導体層44に一連に繋ぐように形成されている。
サーマルヘッド4では、駆動手段15(図1参照)によって駆動IC48に供給された印画信号に基づいて発熱部43に印加される電圧のオン・オフを制御し、目的とする発熱部43が選択的に発熱される。このとき、発熱部43において発生したジュール熱の一部は、第1および第2導体層44,45に伝達される。サーマルヘッド4では、第1および第2導体層44,45に伝導部44B,45Bが形成されている。伝導部44B,45Bは、接続部44A,45A(発熱部43)よりも長手方向D2,D3の寸法が小さくされている。そのため、サーマルヘッド4では、発熱部43において発生したジュール熱が第1および第2導体層44,45に伝達するのを抑制できる。これにより、第1および第2導体層44,45における放熱を抑制し、発熱部43において発生したジュール熱を発熱部43において有効に利用できる。その結果、発熱部33を所望の温度に発熱させるのに必要な電力を少なくすることが可能となる。とくに、第1および第2導体層44,45がアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成される場合には、第1および第2導体層44,45における熱伝導性が高くなり得る。そのため、伝導部44B,45Bを形成することによる第1および第2導体層44,45における放熱の抑制、必要電力の低減効果は大きなものとなる。また、必要電力を低減することができれば、ランニングコストを抑制することも可能となる。
サーマルヘッド4ではさらに、伝導部44Ba,25Ab,25Bbが接続部44A,45Aa,45Baにおける中央部分から延出している。そのため、発熱部43の中央部に適切にヒートスポットを形成できるため、適切な印画が可能となる。
もちろん、サーマルヘッド4を融点転写メディアに採用する場合には、発熱部23におけるプラテンローラ10からの圧力が最も大きく作用する位置に対して、ヒートスポットの位置を搬送方向D1の上流側にずらすことにより、スティッキングやインクリボンの焦げ付きの発生を抑制してもよく、またスティッキングの発生を抑制ためにヒートスポットの位置を長手方向D2,D3にずらして配置してもよい。
次に、図26ないし図32を参照し、第1および第2導体層44,45の伝導部44B,45Bの他の例について説明する。ただし、図26ないし図32に示した伝導部44B,45Bは、図面上は明確に表れていないが、サーマルヘッド4の全体において、長手方向D2,D3において繰り返し形成されている。
図26に示した伝導部44B,45Bは、第1および第2導体層44,45におけるグレーズ層41上に位置する部分において、湾曲状のくびれを設けることにより形成されたものである。
図27に示した伝導部44B,45Bは、第1および第2導体層44,45におけるグレーズ層41上に位置する部分において、発熱部43から離れるにしたがって、長手方向D2,D3の寸法が漸次小さくなるように形成されたものである。
図28に示した伝導部44B,45Bは、第1および第2導体層44,45におけるグレーズ層41上に位置する部分において、矩形状の貫通孔49を設けることにより形成されたものである。
図29に示した伝導部44B,45Bは、第1および第2導体層44,45に複数の矩形状の貫通孔49を設けることにより形成されたものである。
図30Aおよび図30Bに示した伝導部44B,45Bは、第1および第2導体層44,45に1または複数の円形状の貫通孔49を設けることにより形成されたものである。これらの伝導部44B,45Bは、貫通孔49の径や数を選択することにより、伝導部44Bと伝導部45Bとで断面積(熱伝導性)の異なったものとすることができる。
図31Aないし図31Cに示した伝導部44B,45Bは、第1および第2導体層44,45に1または複数の楕円形状の貫通孔49を設けることにより形成されたものである。これらの伝導部44B,45Bは、貫通孔49の径や数を選択することにより、伝導部44Bと伝導部45Bとで断面積(熱伝導性)の異なったものとすることができる。
ここで、第1および第2導体層44,45に貫通孔48を設けた伝導部44B,45Bでは、D2,D3方向の寸法とは、貫通孔48を除いた部分の合計寸法である。もちろん、第1および第2導体層44,45A,45Bに貫通孔49を設けることにより伝導部44Ba,45Ab,45Bbを形成する場合には、貫通孔49の位置、個数、大きさ、あるいは形状などは図示した以外のものであってもよい。
図32に示したように、伝導部44B,45BのD2、D3方向の寸法(断面積)を異ならせることに加えて、発熱部43に孔部43Aを形成することにより、発熱部43での発熱状態を制御することもできる。この場合においても、孔部43Aの位置、形状あるいは大きさなどを適宜選択することにより、発熱体43におけるヒートスポットの位置を制御することが可能となる。なお、孔部43Aは、貫通孔として形成してもよく、また非貫通状の凹部として形成してもよい。
さらに、第1および第2導体層44,45の伝導部44B,45Bは、接続部44A,45Aに比べて厚みを小さくすることにより形成してもよい。この場合の接続部44A,45Bに隣接する部分の厚みは、0.4μm以下に設定するのが好ましい。また、伝導部44Bと伝導部45Bとで厚みを異ならせて熱伝導が異なるものとしてもよい。
サーマルヘッド4では、発熱部43の上層として第1および第2導体層44,45が形成されていたが、本発明は第1および第2導体層の上層として発熱部が形成されたサーマルヘッドに対しても適用することができる。
次に、本発明の第4の実施の形態について、図33および図34を参照しつつ説明する。
図33および図34に示したインクジェットヘッド5は、図19ないし図21を参照して先に説明した第2の実施の形態のインクジェットヘッド30と同様に、図18に示したサーマルプリンタ3に組み込んで使用されるものである。本実施の形態において、第2の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付してあり、以下における重複説明は省略するものとする。
このインクジェットヘッド5では、搬送機構11〜14によって記録媒体Pを図中の矢印D1方向に搬送させる。この搬送に合わせて、画像信号に応じて各発熱部43を個別に発熱させることにより記録媒体Pに向けてインクを液滴として吐出することが可能とされている(図18参照)。
インクジェットヘッド5、サーマルヘッド50、耐キャビテーション層32、複数の流路33、オリフィスプレート34および複数の隔壁35を備えている。
サーマルヘッド50は、本発明の第3の実施の形態において説明したサーマルヘッド3と同様なものである。
耐キャビテーション層32、複数の流路33、オリフィスプレート34および複数の隔壁35は、本発明の第2の実施の形態のインクジェットヘッド30と同様なものである。
インクジェットヘッド5を用いたサーマルプリンタでは、目的とする発熱部43に対して駆動手段15(図18参照)により電圧が印加される。電圧の印加された発熱部43は、通電されてジュール発熱する。このとき、流路32では、発熱部23からのジュール熱により気泡が生成される。気泡の生成により、気泡に押し出されるようにしてオリフィス35を介してインク滴が吐出され、記録媒体P(図18参照)への印画が行われる。
インクジェットヘッド5を用いたサーマルプリンタでは、本発明の第3の実施形態と同様のサーマルヘッド3を使用しているため、第3の実施形態に係るサーマルヘッド3と同様の効果を奏することができる。すなわち、インクジェットヘッド5を用いたサーマルプリンタでは、たとえば第1および第2導体層44,45の伝導部44B,45Bを設けることによって、発熱部43において発生したジュール熱が第1および第2導体層44,45に伝達するのを抑制し、第1および第2導体層44,45における放熱を抑制することができるといった効果を奏することができる。そのため、発熱部43において発生したジュール熱を発熱部43において有効に利用できるため、インクジェットヘッド5を用いたサーマルプリンタの駆動に必要な電力を少なくし、ランニングコストを抑制することも可能となる
また、第1導体層44の伝導部44Bと第2導体層45の伝導部45BとのD2,D3方向に沿った断面積の程度を異なったものとすれば、断面積の異なる程度を選択することにより、発熱部43におけるヒートスポット(発熱時の温度が最も大きくなる箇所)の位置を意図的にコントロールすることが可能となるといった効果を奏することができる。また、インクジェットヘッド5では、ヒートスポットの位置をコントロールし、ヒートスポットの位置を隔壁35と適度の距離を置くように設定することで、インク液滴の吐出時の形状を最適にすることが可能となり、高画質な印画ができる。

Claims (18)

  1. 基板と、
    前記基板の上面に形成された蓄熱層と、
    前記蓄熱層上に列状に並んで形成された複数の発熱部と、
    前記複数の発熱部の各々に対応して接続された第1接続部、および折り返し部を有する第1導体層と、
    前記複数の発熱部の各々に対応して、前記第1接続部と離間して接続された第2接続部を有する第2導体層と、
    を備えた記録ヘッドであって、
    前記折り返し部は、前記複数の発熱部が並ぶ特定方向に沿った断面積が前記第1接続部よりも小さい伝導部をさらに有している、記録ヘッド。
  2. 前記伝導部は、前記特定方向の寸法が、前記第1接続部における前記特定方向の寸法よりも小さい、請求項1に記載の記録ヘッド。
  3. 前記伝導部は、貫通孔を含んでいる、請求項2に記載の記録ヘッド。
  4. 前記伝導部は、前記特定方向の寸法が前記第1接続部から離れるにつれて漸次小さくなっている、請求項2に記載の記録ヘッド。
  5. 前記第2導体層は、前記特定方向に沿った断面積が前記第2接続部よりも小さい伝導部をさらに有している、請求項1に記載の記録ヘッド。
  6. 前記第2導体層の伝導部は、前記特定方向に沿った寸法が、前記第2接続部における前記特定方向の寸法よりも小さい、請求項5に記載の記録ヘッド。
  7. 前記第2導体層の伝導部は、貫通孔を含んでいる、請求項6に記載の記録ヘッド。
  8. 前記第2導体層の伝導部は、前記特定方向の寸法が前記第2接続部から離れるにつれて漸次小さくなっている、請求項6に記載の記録ヘッド。
  9. 前記第1導体層の伝導部と前記第2導体層の伝導部との前記特定方向に沿った断面積は、その大きさが異なっている、請求項5に記載の記録ヘッド。
  10. 前記蓄熱層を保護するために前記蓄熱層に積層された耐エッチング層と、
    前記複数の発熱部、前記第1および第2導体層を保護するための保護層と、
    をさらに備えている、請求項1に記載の記録ヘッド。
  11. 前記複数の発熱部のそれぞれは、孔部を有している、請求項1に記載の記録ヘッド。
  12. 基板と、
    前記基板上に形成された蓄熱層と、
    前記蓄熱層上において特定方向に列状に並んで形成された複数の発熱部と、
    前記複数の発熱部よりも記録媒体の搬送方向の下流側に設けられ、かつ前記複数の発熱部の各々に対応して接続された複数の第1導体層と、
    前記複数の発熱部よりも前記搬送方向の上流側に設けられ、かつ前記複数の発熱部の各々に対応して接続された複数の第2導体層と、
    前記複数の第1導体層に接続された共通電極と、
    を備えた記録ヘッドであって、
    前記複数の第1導体層は、前記複数の発熱部の各々に対応して接続された接続部と、前記接続部よりも前記特定方向に沿った断面積が小さい伝導部と、を有しており、
    前記複数の第2導体層は、前記複数の発熱部の各々に対応して、前記第1導体層の接続部と離間して接続された接続部と、前記第2導体層の接続部よりも前記特定方向に沿った断面積が小さい伝導部と、を有しており、
    前記複数の第1導体層の伝導部と前記複数の第2導体層の伝導部との前記特定方向に沿った断面積は、その大きさが異なっている、記録ヘッド。
  13. 前記複数の第1導体層の伝導部および前記複数の第2導体層の伝導部は、貫通孔を含んでいる、請求項12に記載の記録ヘッド。
  14. 前記複数の第1導体層の伝導部および前記複数の第2導体層の伝導部は、前記特定方向の寸法が前記複数の発熱部から離れるにつれて漸次小さくなっている、請求項12に記載の記録ヘッド。
  15. 前記蓄熱層を保護するために前記蓄熱層に積層された耐エッチング層と、
    前記複数の発熱部、前記複数の第1導体層および前記複数の第2導体層を保護するための保護層と、
    をさらに備えている、請求項12に記載の記録ヘッド。
  16. 前記複数の発熱部のそれぞれは、孔部を有している、請求項12に記載の記録ヘッド。
  17. 記録ヘッドと、
    記録媒体を搬送する搬送機構と、
    を備えた記録装置であって、
    前記記録ヘッドは、
    基板と、
    前記基板の上面に形成された蓄熱層と、
    前記蓄熱層上に列状に並んで形成された複数の発熱部と、
    前記複数の発熱部の各々に対応して接続された第1接続部、および折り返し部を有する第1導体層と、
    前記複数の発熱部の各々に対応して、前記第1接続部と離間して接続された第2接続部を有する第2導体層と、
    を有しており、
    前記折り返し部は、前記複数の発熱部が並ぶ特定方向に沿った断面積が前記第1接続部よりも小さい伝導部をさらに有している、記録装置。
  18. 記録ヘッドと、
    記録媒体を搬送する搬送機構と、
    を備えた記録装置であって、
    前記記録ヘッドは、
    基板と、
    前記基板上に形成された蓄熱層と、
    前記蓄熱層上において特定方向に列状に並んで形成された複数の発熱部と、
    前記複数の発熱部よりも記録媒体の搬送方向の下流側に設けられ、かつ前記複数の発熱部の各々に対応して接続された複数の第1導体層と、
    前記複数の発熱部よりも前記搬送方向の上流側に設けられ、かつ前記複数の発熱部の各々に対応して接続された複数の第2導体層と、
    前記複数の第1導体層に接続された共通電極と、
    を備えており、
    前記複数の第1導体層は、前記複数の発熱部の各々に対応して接続された接続部と、前記接続部よりも前記特定方向に沿った断面積が小さい伝導部と、を有しており、
    前記複数の第2導体層は、前記複数の発熱部の各々に対応して、前記第1導体層の接続部と離間して接続された接続部と、前記第2導体層の接続部よりも前記特定方向に沿った断面積が小さい伝導部と、を有しており、
    前記複数の第1導体層の伝導部と前記複数の第2導体層の伝導部との前記特定方向に沿った断面積は、その大きさが異なっている、記録装置。
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