JP6080452B2 - サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタに関する。

サーマルプリントヘッドは、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンターなどの出力用デバイスとして注目されている。サーマルプリントヘッドは、基板上に配列された発熱抵抗体を有している。これらの発熱抵抗体を所定のパターンで発熱させることにより、サーマルプリントヘッドを用いて感熱紙、製版フィルム印画紙などのメディアへの記録が行われる。低騒音、低ランニングコストなどの利点を持つため、様々な開発が行われている。

サーマルプリントヘッドは、アルミナなどのセラミック基板の表面に保温層としてグレーズ層を形成した支持基体を有している。この支持基体上に発熱抵抗体層とアルミニウムなどの電極となる導電層とをスパッタ法などの薄膜形成方法によって積層した後、フォトエングレービングプロセスで発熱抵抗体、個別電極などをパターニングする。その後、発熱抵抗体層および電極の所定の部分を覆う絶縁保護被膜層をスパッタ法などの薄膜形成方法によって形成する。

このようにして製造された発熱体板と別途製造された回路基板とが放熱板の表面に固定される。さらに発熱体板の電極と回路基板に搭載された駆動ＩＣとがボンディングワイヤなどで接続され、駆動ＩＣなどが樹脂で封止されてサーマルプリントヘッドが製造される。

近年、プリンタの更なる高速化や高画質が求められている。

特開２０１１−１４０１３８号公報

サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体には、発熱抵抗体の中心にピークとする温度分布が生じる。このため、印画の高速化に伴って高パワー印画する場合、発熱ピーク温度が過度に高くなる可能性がある。また、画質を重視して発熱抵抗体長を短縮した場合にも、発熱ピーク温度が過度に高くなる可能性がある。このように発熱ピーク温度が発色温度に比べて高くなり過ぎると、被印刷媒体にダメージが生じたり、エネルギー効率が悪化したりする。

そこで、たとえば発熱抵抗体を副走査方向に分割して発熱ピーク温度を下げて、被印刷媒体へのダメージを抑制し、エネルギー効率の悪化を抑制する方法がある。しかし、被印刷媒体が発熱領域に搬送される際には被印刷媒体が冷えているため、発熱領域の入り口側（上流側）の温度が著しく低下してしまう場合がある。その結果、被印刷媒体がサーマルプリントヘッドに貼りついてしまい、印画に不具合が生じてしまう場合がある。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドによる印画を高速化しても、適切な印画濃度を確保しつつ、被印刷媒体へのダメージを抑制することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、副走査方向に搬送される被印刷媒体に熱印刷するサーマルプリントヘッドにおいて、前記副走査方向に垂直な主走査方向に延びる絶縁基板と、前記絶縁基板の表面で前記主走査方向に間隔を置いて配列されそれぞれ前記副走査方向に延びる発熱抵抗体と、前記副走査方向の両端で前記発熱抵抗体に接続された電極と、を具備し、前記発熱抵抗体は前記副走査方向の上流側から下流側に順に並ぶ第１発熱部、第２発熱部、第３発熱部からなり、前記第１発熱部は前記第２発熱部よりも薄く、前記第３発熱部は前記第２発熱部よりも薄く、かつ前記第１発熱部よりも厚いことを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドによる印画を高速化しても、適切な印画濃度を確保しつつ、被印刷媒体へのダメージを抑制することができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の一部拡大断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の発熱領域近傍の発熱抵抗体および電極のパターンを示す上面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の斜視図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の発熱量を示すグラフである。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の表面温度の例を示すグラフである。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。

図１は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の一部拡大断面図である。図２は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの発熱領域近傍の発熱抵抗体および電極のパターンを示す上面図である。図３は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの斜視図である。図４は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、放熱板３０と発熱体板２０と回路基板４０とを有している。放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された長方形の平板である。

発熱体板２０は、セラミック基板２２およびグレーズ層２５からなる絶縁基板を有している。セラミック基板２２は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成された長方形の平板である。セラミック基板２２の一方の表面は放熱板３０と向かい合っており、他方の表面にはグレーズ層２５が融着している。グレーズ層２５は、ガラスで形成されている。

グレーズ層２５の表面には、抵抗体層２６が形成されている。また、抵抗体層２６の表面には、電極層２８が形成されている。電極層２８に切欠部が形成されていて、抵抗体層２６の電極層２８と重なり合わない部分が発熱抵抗体となる。このようにして発熱抵抗体が全面グレーズ層２５の表面に間隔を置いて複数配列されて、セラミック基板２２の長手方向（主走査方向）に延びる帯状の発熱領域２４が形成されている。

発熱抵抗体は、セラミック基板２２の短手方向、すなわち主走査方向に垂直な方向（副走査方向）に延びていて、副走査方向に沿って３つの部分に区分できる。これらの部分を、副走査方向すなわち被印刷媒体６０の搬送方向の上流側から、順に第１発熱部６１、第２発熱部６２、第３発熱部６３と呼ぶこととする。本実施の形態において、第１発熱部６１、第２発熱部６２、第３発熱部６３の副走査方向の長さは、同じとした。

発熱抵抗体は、第２発熱部６２が最も厚い。第２発熱部６２の厚さは、たとえば電極層２８で覆われた部分の抵抗体層６２の厚さと同じである。第１発熱部６１および第３発熱部６３は、第２発熱部６２よりも薄い。また、第１発熱部６１は、第３発熱部よりも薄い。

発熱抵抗体の各部は、電流が流れる方向（副走査方向）の長さが同一で厚さが異なるため、電気抵抗が異なる。本実施の形態では、第１発熱部６１の電気抵抗が最も大きく、次に第３発熱部６３、第２発熱部６２の順に電気抵抗が小さくなる。

電極層２８および発熱抵抗体の表面には、保護被膜層２９が形成されている。保護被膜層２９は、たとえばＳｉＯＮで形成されている。

サーマルプリントヘッド１０は、発熱領域２４を発熱させる駆動回路を有している。その駆動回路は、たとえば発熱体板２０と同じ側の表面で放熱板３０に載置された回路基板４０の上に形成されている。回路基板４０には、発熱領域２４に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力が入力される。この駆動回路は、たとえば回路基板４０に設けられた駆動素子４２などの電気部品を有している。発熱体板２０と駆動回路とは、たとえば発熱体板２０と回路基板４０との間に架け渡されたボンディングワイヤ４４によって電気的に接続される。さらに、回路基板４０の表面に形成された配線パターンと駆動素子４２との間もボンディングワイヤ４４で電気的に接続される。駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば樹脂４８によって封止される。

このサーマルプリントヘッド１０を用いたプリンタは、発熱領域２４の表面の法線上に位置する軸５２を中心とする円筒状のプラテンローラ５０を有している。プラテンローラ５０によって被印刷媒体６０がサーマルプリントヘッド１０に押し付けられる。この状態で発熱領域２４の発熱抵抗体が発熱することによって、被印刷媒体６０に印画される。被印刷媒体６０が副走査方向に搬送されながら、主走査方向に延びる発熱領域２４が所定のパターンで発熱することによって、被印刷媒体６０には所望の画像が形成される。

次に、本実施の形態の製造方法を説明する。

まず、セラミック基板２２の主面にガラスペーストを印刷する。ガラスペーストの厚さは、たとえば３０〜１２０μｍとする。その後、セラミック基板２２に付着したガラスペーストを焼成する。この際、ガラスペーストの温度をガラスの軟化点温度以上にして、所定の時間保持し、その後、常温まで冷却する。これによりグレーズ層２５が形成される。

次に、全面グレーズ層２５の表面に抵抗膜層および金属層を形成する。抵抗膜層および金属層を所定の形状にエッチングすることにより、所定のパターンの抵抗体層２６および電極層２８が形成される。発熱抵抗体の第１発熱部６１、第２発熱部６２および第３発熱部６３は、たとえば複数回に分けてエッチングを行うことにより、互いに厚さが異なる部分を形成する。このように発熱抵抗体は、同一材料をエッチングによって、厚さが異なる第１発熱部６１、第２発熱部６２および第３発熱部６３を形成しているため、各部の厚さ方向の材質は同一である。

その後、抵抗体層２６および電極層２８を被覆する保護被膜層２９を形成する。保護被膜層２９は、たとえばスパッタリングによって形成される。これにより、発熱体板２０が得られる。一枚のセラミック板に複数の発熱体板２０となる部分を形成し、製造過程の途中あるいは最後に分割して、複数の発熱体板２０を得てもよい。

このようにして製造された発熱体板２０および駆動素子４２を搭載した回路基板４０を放熱板３０に載置し、駆動素子４２と発熱体板２０との間にボンディングワイヤ４４を架け渡し、駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４を封止することにより、サーマルプリントヘッド１０が完成する。

図５は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの発熱量を示すグラフである。図６は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの表面温度の例を示すグラフである。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０では、発熱抵抗体へ通電した際に、第１発熱部６１、第２発熱部６２および第３発熱部６３の厚さが異なり電気抵抗が異なるため、発熱量が異なる。発熱抵抗体のうち第１発熱部６１の発熱量が最も大きく、発熱量は第３発熱部６３、第２発熱部６２の順に小さくなる。

発熱抵抗体で発生した熱は、副走査方向にも伝搬する。このため、第２発熱部６２では、第１発熱部６１および第３発熱部６３から流入する熱により、第２発熱部６２が単独で発熱した場合に比べて温度が高くなる。したがって、発熱抵抗体の各部の厚さを適切に設定することにより、第２発熱部６２の温度を被印刷媒体６０の発色温度以上とすることができ、適切な印画濃度を確保できる。この効果は、特に印画が高速化、すなわち被印刷媒体６０の搬送速度が高い場合に顕著である。

しかも、第１発熱部６１および第３発熱部６３での発熱量を第２発熱部６２に比べて大きくしているため、第２発熱部６２の温度を過度に高くすることなく、所定の副走査方向長さの領域の温度を発色温度以上とすることができる。その結果、被印刷媒体６０の過熱によるダメージを抑制することができ、また、エネルギー効率を高めることができる。

また、本実施の形態では、第１発熱部６１を最も薄くすることにより、第１発熱部６１での発熱量が最も大きい。このため、発色温度を超える印画位置よりも上流側の広い範囲で、サーマルプリントヘッド１０の表面温度を高めておくことができる。その結果、被印刷媒体６０が低い温度で発熱領域２４の近傍に搬送された場合であっても、第１発熱部６１あるいはその上流で適切な温度まで加熱される。

印画位置よりも上流側で被印刷媒体６０の温度を高めておくことにより、印画位置での被印刷媒体６０の急激な温度変化を抑制できる。つまり、印画位置での被印刷媒体６０への入熱量が小さくても印画できることになる。したがって、エネルギー効率が向上し、また、被印刷媒体６０のサーマルプリントヘッド１０への貼りつきなどの不具合が生じにくくなる。

このように、本実施の形態によれば、サーマルプリントヘッドによる印画を高速化しても、適切な印画濃度を確保しつつ、被印刷媒体へのダメージを抑制することができる。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…発熱体板、２２…セラミック基板、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…抵抗体層、２８…電極層、２９…保護被膜層、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０…被印刷媒体、６１…第１発熱部、６２…第２発熱部、６３…第３発熱部

Claims (5)

1. 副走査方向に搬送される被印刷媒体に熱印刷するサーマルプリントヘッドにおいて、
   前記副走査方向に垂直な主走査方向に延びる絶縁基板と、
   前記絶縁基板の表面で前記主走査方向に間隔を置いて配列され、それぞれ前記副走査方向に延びる発熱抵抗体と、
   前記副走査方向の両端で前記発熱抵抗体に接続された電極と、
   を具備し、
   前記発熱抵抗体は前記副走査方向の上流側から下流側に順に並ぶ第１発熱部、第２発熱部、第３発熱部からなり、
   前記第１発熱部は前記第２発熱部よりも薄く、前記第３発熱部は前記第２発熱部よりも薄く、かつ前記第１発熱部よりも厚い
   ことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記第１発熱部、前記第２発熱部、前記第３発熱部は前記副走査方向の長さが同一であることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
3. 前記発熱抵抗体は前記第１発熱部、前記第３発熱部、前記第２発熱部の順に抵抗値が小さくなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 前記発熱抵抗体は厚さ方向に一様な材質で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記サーマルプリントヘッド
   を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のサーマルプリンタ。

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