JP4600372B2 - 一括加熱用サーマルヘッド、印画装置、及び一括加熱用サーマルヘッドへの電力供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーマルヘッドに係り、特に業務用や民生用の各種プリンタ機器に搭載される一括加熱用サーマルヘッド、その一括加熱用サーマルヘッドを搭載した印画装置、及び一括加熱用サーマルヘッドへの電力供給方法に関する。

書換え可能な記録メディア（「リライトメディア」ともいう）におけるデータの一括消去や、メディアへの転写用オーバーコーティングなどにおいて、一括加熱用サーマルヘッドが用いられる。この一括加熱用サーマルヘッドは、印字を目的としたものではなく、ある温度まで加熱することで、メディアに印字された情報を消去したり、転写用のオーバーコーティングしたりする。

一般に、一括加熱用サーマルヘッドに要求される特性の一つとして、温度分布が極力少ないことがあげられる。

上記の特性を実現するために様々な技術が提案されているが、そのような技術の一つとして、発熱体に電力を供給する電極を、発熱体の長手方向に亘って設け、温度分布のばらつきを抑えている技術が開示されている（特許文献１参照）。なお、この長手方向は、印字用のサーマルヘッドの場合は、一般には主走査方向と呼ばれる。

特許文献１に開示の技術では、特に、メディアの走行方向である発熱体の長辺側に電極を対向配置して、温度分布の均一化を図っている。これにより、一括加熱用サーマルヘッド全体に、すぐれた温度分布を示し、データを良好に消去できる。
特開２００５−２８８９１８号公報

近年、環境問題への配慮からのペーパレス化や低コスト化に対応する目的で、Ａ４サイズ程度の大型リライトメディアを使用した現品票等の商品管理システムが注目されつつある。このため、大型のリライトメディアに対応した一括加熱用サーマルヘッドへの要求の一つとして、メディアと摺動する全面の温度分布ができるだけ均一であることが一層重要になっている。

上述のような技術を用いることで温度分布のばらつきの低減が実現されるようになった。しかし、上述のように利用されるメディアが大型化するにともない、温度分布のばらつきを一層低減する技術が求められようになっている。

ところで、一般に、サーマルヘッドでは、厚膜や薄膜構造の発熱体を設けて、この発熱体に電力を供給するための接続端子を発熱体の両端に配置する構造となって、この接続端子部分は、金属パターンと接合されているため、放熱効果が高く、接続端子以外の部位と比較して冷却されることになる。

このような状況において、次の様な課題が顕在化している。つまり、サーマルヘッドを大型化する為には発熱体の面積を増加させ、投入電力を増加させることになる。小型のサーマルヘッドと比較して、多く発生する熱量は、発熱体に取り付けた接続端子の引き出し部分に集中する。

その結果、この電極付近の発熱体の表面温度と、それ以外の発熱体の表面温度との差が大きくなる傾向があり、発熱体全体の均一な温度分布を得ることが難しくなっている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、その目的は、サーマルヘッドの温度分布のばらつきを抑制する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、一括加熱用サーマルヘッドに関する。この一括加熱用サーマルヘッドは、加熱対象のメディアの所定方向を一括して加熱可能に形成された単ドットの帯状の発熱体と、前記発熱体の長手方向において略全域に亘り接続して設けられた一対の電極と、を備え、略均一温度の加熱を行なうことを目的とした一括加熱用サーマルヘッドであって、前記電極それぞれにおいて、外部の電力源に接続されるために設けられた２つの接続端子を備え、前記接続端子は、前記発熱体の長手方向の左右からそれぞれ１／４の位置に配置されており、前記接続端子に起因する前記発熱体からの放熱による前記発熱体の温度分布のばらつきを低減させる。
本発明の別の態様は、印画装置に関し、この印画装置は、上記の一括加熱用サーマルヘッドを備える。
本発明の更に別の態様は、一括加熱用サーマルヘッドへの電力供給方法に関する。この方法は、加熱対象のメディアの所定方向を一括して加熱可能に形成された単ドットの帯状の発熱体と、前記発熱体の長手方向の両端において略全域に亘り接続して設けられた一対の電極とを含んでなり、略均一温度の加熱を行なうことを目的とした一括加熱用サーマルヘッドに対して、前記発熱体を発熱させるための電力を２つの経路より供給するとともに、前記電力の供給の経路の位置を前記発熱体の長手方向の左右からそれぞれ１／４の位置とすることにより、前記電力供給の経路に起因する前記発熱体からの放熱による前記発熱体の温度分布のばらつきを低減させる。

本発明によれば、一括加熱用サーマルヘッドの温度分布のばらつきを低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下、本実施の形態において説明する一括加熱用サーマルヘッドは、特に断りがない限り一括消去用サーマルヘッドに関する。本実施の形態では、電力を供給する接続端子を複数、具体的には、二つ設け、接続端子からの放熱を一か所ではなく二カ所から分散させる。これにより、サーマルヘッドの温度分布のばらつきを低減させる。

図１は、本実施の形態に係るリライトプリンター１０の概略図である。図１（ａ）は、リライトプリンター１０の上面図であり、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ断面を模式的に示した図である。また、図２は、リライトプリンター１０の主要部分に関する機能ブロック図である。リライトプリンター１０は、本図に示すように、六面体状のケーシング１３を有しており、ケーシング１３内には、リライトメディアＭが正逆方向（図１右左方向）に搬送されるメディア搬送路１２が水平に形成されている。

メディア搬送路１２の一端（図１左端）は開口してメディア挿入口１１となっている。また、メディア搬送路１２の他端（図１右端）は閉じられて最深部１２ａとなっている。さらに、ケーシング１３内には、印字用サーマルヘッド１５がその発熱体１６をメディア搬送路１２に臨ませて下向きに取り付けられているとともに、印字用サーマルヘッド１５の後方（図１右側）に消去用のサーマルヘッド３０（以下、「消去ヘッド３０」という）が、その発熱体４０をメディア搬送路１２に臨ませて下向きに取り付けられている。

さらに、これらの印字用サーマルヘッド１５の前方（図１左側）には、一対のプラテンローラ１７、１７が、互いに所定の間隔を置いて上下２段で水平に配設されており、各プラテンローラ１７はメディア搬送路１２に臨む形で回動自在に支持されている。

また、消去ヘッド３０の後方（図１右側）には、一対のプラテンローラ１８、１８が、互いに所定の間隔を置いて上下２段で水平に配設されており、各プラテンローラ１８はメディア搬送路１２に臨む形で回動自在に支持されている。

リライトプリンター１０を用いてリライトメディアＭのデータの書換え（リライト）を行う際には、一旦、リライトメディアＭのデータが全面消去され、つづいて新たなデータが書き込まれる。この処理について簡単に説明する。

まず、リライトメディアＭがメディア挿入口１１に挿入されると、主制御部２０はリライトメディアＭのデータの書換えを指令する。

すると、第１センサ２１は、リライトメディアＭがメディア挿入口１１に挿入されたことを検知し、その旨の検知信号を主制御部２０に出力する。これを受けて主制御部２０は、ローラ駆動部２３に対して、プラテンローラ１７の正回転を指令する。すると、ローラ駆動部２３は、プラテンローラ１７を駆動して正方向に回転させる。

その結果、リライトメディアＭは、メディア搬送路１２を正方向（図１右向き）に搬送され、印字用サーマルヘッド１５および消去ヘッド３０の下側を順に通過する。そして、リライトメディアＭは、消去ヘッド３０の下側を通過するときに保護膜４６に対して正方向に摺動することになる。その後、リライトメディアＭは、プラテンローラ１８に案内されてメディア搬送路１２の最深部１２ａに達する。

すると、第２センサ２２は、リライトメディアＭがメディア搬送路１２の最深部１２ａに達したことを検知し、その旨の検知信号を主制御部２０に出力する。これを受けて主制御部２０は、ローラ駆動部２３に対して、プラテンローラ１７の逆回転を指令する。すると、ローラ駆動部２３は、プラテンローラ１７を駆動して逆方向に回転させる。その結果、リライトメディアＭは、メディア搬送路１２を逆方向（図１左向き）に搬送され、消去ヘッド３０および印字用サーマルヘッド１５の下側を順に通過する。そして、リライトメディアＭは、消去ヘッド３０の下側を通過するときに保護膜４６に対して逆方向に摺動することになる。

ここで、主制御部２０は、ヘッド制御部２５に対して、リライトメディアＭのデータの消去動作を指令する。すると、ヘッド制御部２５は、消去ヘッド３０を駆動してリライトメディアＭのデータを全面消去する。このとき、リライトメディアＭは両端が二組のプラテンローラ１７、１８で把持されて緊張しているため、リライトメディアＭのデータの消去動作は、消去ヘッド３０の発熱体４０がリライトメディアＭの近傍で発熱する形で適正になされる。

次いで、ヘッド制御部２５は、印字用サーマルヘッド１５を駆動してリライトメディアＭのデータを新たに書き込む。このとき、リライトメディアＭは両端がプラテンローラ１７、１８で把持されて緊張しているため、リライトメディアＭの書き込み動作は、印字用サーマルヘッド１５の発熱体１６がリライトメディアＭの近傍で発熱する形で確実に行われる。その後、リライトメディアＭは、引き続きメディア搬送路１２を逆方向に搬送され、メディア挿入口１１から排出される。

これにより、リライトプリンター１０によるリライトメディアＭの書換えが終了する。なお、リライトメディアＭのデータの消去のみが指示された場合、印字用サーマルヘッド１５は駆動されず、データが消去されたデータリライトメディアＭは、メディア搬送路１２を逆方向に搬送され、メディア挿入口１１から排出される。

図３は、本実施の形態に係る消去ヘッド３０の外観図である。図３（ａ）は、上面図を、図３（ｂ）は、側面図を、図３（ｃ）は底面図を、図３（ｄ）はＢ−Ｂ断面図を示す。図４は、消去ヘッド３０の左位置ＰＡ１における断面構造を模式的に示した図である。

消去ヘッド３０は、筐体４８と、基板４４と、グレーズ層４２と、発熱体４０と、第１及び第２の電極５２，６２を備える。第１及び第２の電極５２，６２は、対向するように設けられた一対で構成されている。さらに、消去ヘッド３０は、第１及び第２の接続端子３２，３６を筐体４８の下側に備えている。消去ヘッド３０の底面、つまり筐体４８の底面には、複数個（本図では６個）の取付用ネジ穴２ａが一列に並んで穿設されている。

また、基板４４は、アルミナなどのセラミックで構成され、絶縁性を有する。この基板４４上には、グレーズ層４２が生成され、さらにその上に、発熱体４０が薄膜生成され、積層構造が形成されている。この積層構造が形成されるとき、本図に示すように、上面が狭く底面が狭い凸状の断面構造となる。

さらに、発熱体４０は、例えば、ホウ素（Ｂ）がドーピングされた所望の厚さのポリシリコン（Poly-Si）薄膜からなり、消去ヘッド３０の長手方向に亘り単ドットの略直方体の帯状となっている。

さらにまた、グレーズ層４２は、蓄熱層とも呼ばれ、ガラスを軟化及び焼成させ所望の厚さにて形成されている。そして、基板４４の本図下側、つまり、グレーズ層４２及び発熱体４０が積層された面と反対側の面には、筐体４８が取り付けられている。この筐体４８は、放熱機能を有しており、例えば、アルミニウムで形成されている。

ここで、第１の接続端子３２は、消去ヘッド３０の長手方向に対して本図左から１／４の位置に設けられている。また、第２の接続端子３６は、消去ヘッド３０の長手方向に対して本図右から１／４（左から３／４）の位置に設けられている。

第１及び第２の接続端子３２，３６には、それぞれ外部から電力を供給するための第１及び第２の電力供給ケーブル３４，３８が取り付けられている。以下、本図において、消去ヘッド３０の左から１／４の位置を「左位置ＰＡ１」、１／２の位置を「中心位置ＰＡ２」、３／４の位置（右から１／４の位置）を「右位置ＰＡ３」と、便宜的に呼ぶ。なお、右位置ＰＡ３における断面構造は、図４で示した断面構造と略同一であり、異なる箇所は、第１の接続端子３２が第２の接続端子３６となる構成および第１の電力供給ケーブル３４が第２の電力供給ケーブル３８となる構成である。

図４に示すように、第１の電極５２は、消去ヘッド３０の左側側面に発熱体４０から筐体４８の底面に亘って密着して設けられている。ここで、第１の電極５２は、上側部分の上部電極層５４と下側部分の下部電極部５６とから構成されている。上部電極層５４は、その上端部が、発熱体４０の長手方向に亘る端部に、略全域に電気的に接続されるように薄膜形成されている。一方、下部電極部５６の下側端部は、筐体４８の底面にて、第１及び第２の接続端子３２，３６に接続されている。

また、第２の電極６２も第１の電極５２と同様の構造となっており、本図において消去ヘッド３０の右側側面に発熱体４０から筐体４８の底面に亘って密着して設けられている。第２の電極６２は、上側部分の上部電極層６４と下側部分の下部電極部６６とから構成されている。上部電極層６４は、その上端部が、発熱体４０の長手方向に亘る端部に、略全域に電気的に接続されように、例えばアルミニウムで形成されている。一方、下部電極部６６の下側端部は、筐体４８の底面にて、第１及び第２の接続端子３２，３６に接続されている。

さらにまた、保護層４６が、発熱体４０と、上部電極層５４及び上部電極層６４とを被うように、例えばＳｉＯ_２で薄膜形成されている。

以上の構成による、消去ヘッド３０における温度分布のばらつきを計測した際の結果について説明する。図３に示した消去ヘッド３０（以下、「本発明の消去ヘッド３０」ともいう）の構成との比較する為に、従来より用いられている、接続端子７２及び電力供給ケーブル７４がそれぞれ一つである消去ヘッド７０についても実験を行った。図５は、その比較実験に用いた従来型の消去ヘッド７０の概略外観図であり、図５（ａ）は、上面図を、図５（ｂ）は、側面図を、図５（ｃ）は底面図を、図５（ｄ）はＢ−Ｂ断面図を示す。なお、従来型の消去ヘッド７０の断面構造は、本発明の消去ヘッド３０の断面構造と同一であるので、説明は省略する。

また、図３と同様に、本図において、従来型の消去ヘッド７０の左から１／４の位置を「左位置ＰＢ１」、１／２の位置を「中心位置ＰＢ２」、３／４の位置（右から１／４の位置）を「右位置ＰＢ３」と、便宜的に呼ぶ。

図６は、本発明の消去ヘッド３０を用いて温度分布を計測した際の実験結果を表したグラフである。図７は、従来型の消去ヘッド７０を用いて温度分布を計測した際の実験結果を表したグラフである。以下、便宜的に、本発明の消去ヘッド３０を用いた実験を「実験１」、従来型の消去ヘッド７０を用いた実験を「実験２」と呼ぶ。

なお、主な計測条件は、両実験とも以下の通りである。
発熱体幅（長手方向の長さ）： ２１６ｍｍ
発熱体長（短手方向の長さ）： ２．３ｍｍ
印加電圧： ２４．０Ｖ
印加電流： ７．８Ａ。

実験１においては、図３に示した３か所の位置、つまり、左位置ＰＡ１、中心位置ＰＡ２、右位置ＰＡ３における発熱体４０の表面温度を計測した。同様に、実験２においても、左位置ＰＢ１、中心位置ＰＢ２、右位置ＰＢ３の３か所の位置における発熱体４０の表面温度を計測した。

なお、一般的にメディアのデータ消去の温度として、１５０℃が実用温度とされる。そこで、これらの実験では、接続端子が設けられていない位置に対応する発熱体４０の位置（ＰＡ２，ＰＢ１，ＰＢ３）の温度が１５０℃に到達した際に、接続端子が設けられている位置に対応する発熱体４０の位置（ＰＡ１，ＰＡ３，ＰＢ２）の温度がどのようになっているかを計測している。

図６は、実験１の結果を示す。なお、右位置ＰＡ３の温度は左位置ＰＡ１の温度と同様の結果を示したので、ここでは省略する。本図に示すように、本発明の消去ヘッド３０において、中央位置ＰＡ２の発熱体４０の表面温度が１５０℃に到達した際に、左位置ＰＡ１の発熱体４０の表面温度は、１４４℃であった。つまり、温度差は６℃である。ここでは、中央位置ＰＡ２の発熱体４０の表面温度が１５０℃に到達するまでに、８．０秒要した。

図７は、実験２の結果を示す。なお、右位置ＰＢ３の温度は左位置ＰＢ１の温度と同様の結果を示したので、図６同様に省略する。実験２では、本図に示すように、従来型の消去ヘッド７０において、左位置ＰＢ１の発熱体４０の表面温度が１５０℃に到達した際に、中央位置ＰＢ２の発熱体４０の表面温度は１３８℃であった。つまり、温度差は１２℃である。ここでは、中央位置ＰＢ２の発熱体４０の表面温度が１５０℃に到達するまでに、７．４秒要した。

ところで、メディアによっては、消去温度と発色温度（書込温度）の差が２０℃と狭い場合がある。温度分布に１５℃以上のばらつきがあると、メディア全面のデータを一括して消去する場合に、十分な品質を得られない場合がある。また消去の処理速度を速める場合、温度分布のばらつきは一層抑える必要がある。実際には、温度分布のばらつきによって、その温度差が１２℃生じると、データの消去に十分な品質を得られないことがある。

つまり、実験２に示したように、接続端子が一つの場合、温度分布に１２℃の温度差が生じてしまい、これは好ましくない。一方、実験１に示したように、接続端子を二つにすることで、温度分布に生じる温度差を半分の６℃に抑えることができた。一般に、接続端子をｎ個もうけることで、温度分布に生じる温度差を１／ｎにすることができる。

図８は、消去ヘッド３０，７０の有効発熱幅と発熱体４０の表面温度の差との関係を示したグラフである。ここで接続端子の幅は、１８ｍｍであり、実験１および実験２と同様の計測条件で実験した。

本図に示すように、発熱体４０の有効幅が１００ｍｍの場合、温度差が６℃であり、有効幅が２１６ｍｍの場合、温度差が１２℃となっている。つまり、本実験においては、有効幅が２１６ｍｍを超えるような場合、接続端子を複数にすることが望まれる。また、設けるべき接続端子の数は、二つに限る必要はなく、３個以上であってもよい。

以上、本実施の形態によると、発熱体４０の長手方向に亘る一対の電極に対し、電力供給のためのケーブルを引き出す接続端子を複数箇所に設置することで、この接続端子部分における放熱を分散することができる。その結果、この部分における発熱体の温度低下を低減でき、発熱体全面での温度分布のばらつきを低減できる。また、電力供給のためのケーブルの太さを細くできるため、ケーブルの選択の自由度が増し、ケーブルの剛性の調整幅が広がる。

なお、本実施の形態では、一括加熱用ヘッドを消去ヘッドに適用したが、これに限らず、転写用のオーバーコーティングに用いるサーマルヘッドにも適用できる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。しかし、本発明は上記した実施の形態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内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明は、業務用や民生用の各種プリンタ機器に搭載されるサーマルヘッド及び、そのサーマルヘッドを搭載した印画装置に広く利用できる。特に、データを一括して消去したり、また転写用のオーバーコーティングしたりする一括加熱用サーマルヘッドおよびそのサーマルヘッドを搭載した印画装置に広く利用できる。

本発明の実施の形態に係る印画装置の概略図である。 本発明の実施の形態に係るリライトプリンターの主要構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る消去ヘッドの概略外観図である。 本発明の実施の形態に係る消去ヘッドの断面構造を模式的に示した図である。 従来型の消去ヘッドの概略外観図であり、特に側面から見た図である。 新型の消去ヘッドを用いて温度分布を計測した際の実験結果を表したグラフである。 従来型の消去ヘッドを用いて温度分布を計測した際の実験結果を表したグラフである。 消去ヘッドの有効発熱幅と発熱体の表面の温度差との関係を示したグラフである。

符号の説明

３０……消去ヘッド（一括加熱用サーマルヘッド）
３２……第１の接続端子
３６……第２の接続端子
４０……発熱体
４２……グレーズ層
４４……基板
４６……保護膜
４８……筐体
５２……第１の電極
５４……上部電極層
５６……下部電極部
６２……第２の電極
６４……上部電極層
６６……下部電極部

Claims (3)

1. 加熱対象のメディアの所定方向を一括して加熱可能に形成された単ドットの帯状の発熱体と、前記発熱体の長手方向において略全域に亘り接続して設けられた一対の電極とを備え、略均一温度の加熱を行なうことを目的とした一括加熱用サーマルヘッドであって、
   前記電極それぞれにおいて、外部の電力源に接続されるために設けられた２つの接続端子を備え、
   前記接続端子は、前記発熱体の長手方向の左右からそれぞれ１／４の位置に配置されており、
   前記接続端子に起因する前記発熱体からの放熱による前記発熱体の温度分布のばらつきを低減させたことを特徴とする一括加熱用サーマルヘッド。
2. 請求項１に記載の一括加熱用サーマルヘッドを備えることを特徴とする印画装置。
3. 加熱対象のメディアの所定方向を一括して加熱可能に形成された単ドットの帯状の発熱体と、前記発熱体の長手方向の両端において略全域に亘り接続して設けられた一対の電極とを含んでなり略均一温度の加熱を行なうことを目的とした一括加熱用サーマルヘッドに対して、前記発熱体を発熱させるための電力を２つの経路より供給するとともに、前記電力の供給の経路の位置を前記発熱体の長手方向の左右からそれぞれ１／４の位置とすることにより、前記電力供給の経路に起因する前記発熱体からの放熱による前記発熱体の温度分布のばらつきを低減させたことを特徴とする一括加熱用サーマルヘッドへの電力供給方法。

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