JP2005343046A - 記録ヘッド、およびプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱素子近傍の温度を正確に、且つ簡単な構成で測定する。
【解決手段】 カラー感熱プリンタ２のサーマルヘッド１７は、ヘッド基板３０と、素子基板３１と、回路基板３２とから構成されている。素子基板３１のドライバＩＣ３５が取り付けられた部分の中央には、隣り合うドライバＩＣ３５の間に、発熱素子３４近傍の温度を測定する温度センサ３８が取り付けられている。温度センサ３８は、発熱素子３４近傍の温度の測定結果をシステムコントローラ２１に逐次送信する。システムコントローラ２１は、温度センサ３８による温度測定結果に応じて、ヘッドドライバ２２を介して発熱素子３４の駆動を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の発熱素子が形成され、これらの発熱素子を選択的に駆動させるためのドライバＩＣが実装された素子基板を備え、発熱素子を発熱させて記録材料に画像を記録する記録ヘッド、およびこの記録ヘッドを用いて記録材料に画像を記録するプリンタに関する。

記録ヘッドを用いて記録材料に画像を記録するプリンタとして、シアン、マゼンタ、イエローに発色する感熱発色層を支持体上に順に層設したカラー感熱記録紙を用いて、フルカラープリントを得るカラー感熱プリンタが知られている。このカラー感熱プリンタでは、カラー感熱記録紙を搬送する間に、複数の発熱素子がライン状に配列されたサーマルヘッドにて熱記録を行う。

サーマルヘッドは、前述の複数の発熱素子と、これらの発熱素子を選択的に駆動させるための複数のドライバＩＣとが設けられた素子基板が、アルミ製のヘッド基板に取り付けられた構成となっており、発熱素子近傍の温度を測定するための温度センサがヘッド基板に設けられている。従来のカラー感熱プリンタでは、この温度センサの温度測定結果に応じて、発熱素子に与える駆動エネルギーを制御することで、各発熱素子の温度状態を一定に保ち、各発熱素子の温度不均一に起因する画像の濃度ムラの発生を防止している。

上記のようにヘッド基板に温度センサを設けた場合、発熱素子から発せられる駆動熱は、素子基板、ヘッド基板を介して温度センサに伝達される。このため、実際の発熱素子近傍の温度と温度センサの測定結果との間に差異が生じるという問題があった。この問題を解決するために、温度センサの測定結果を元に、演算式を用いて実際の発熱素子近傍の温度を予測するラインサーマルプリンタが提案されている（特許文献１参照）。

特許第２６２７３４８号

しかしながら、特許文献１に記載の手法では、実際の発熱素子近傍の温度を予測するために多くの演算が必要であり、これに対応した演算回路を設けなければならず、演算処理時間を要するとともに、製造コストが増大するおそれがあった。また、濃度ムラの発生を補完する演算式のパラメータを求めることが困難であるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、発熱素子近傍の温度を正確に、且つ簡単な構成で測定することができる記録ヘッドを提供することを目的とする。

また、本発明は、濃度ムラの発生を抑制することができ、高画質なプリントを得ることができるプリンタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の発熱素子が形成され、これらの発熱素子を選択的に駆動させるためのドライバＩＣが実装された素子基板を備え、前記発熱素子を発熱させて記録材料に画像を記録する記録ヘッドにおいて、前記素子基板に、前記発熱素子近傍の温度を測定する温度センサを取り付けたことを特徴とする。

なお、前記温度センサを、複数のドライバＩＣの間に配置することが好ましい。また、前記温度センサを、複数個配置することが好ましい。

さらに、前記温度センサを、前記複数の発熱素子と電気的に並列接続することが好ましい。この場合、前記温度センサとコンデンサを電気的に並列接続し、前記コンデンサを充電した後、コンデンサが放電して所定電位に達するまでの時間を計測し、この計測結果に基づいて、前記温度センサの抵抗値を算出することが好ましい。

また、前記温度センサの一方の端子と、前記温度センサの他方の端子に直列接続された第１のスイッチのもう一方の端子との間に前記コンデンサを接続し、前記温度センサの一方の端子と前記第１のスイッチのもう一方の端子間に第２のスイッチを介して電源を接続した回路を形成し、前記第２のスイッチをオンして前記コンデンサを充電した後、前記第２のスイッチをオフするとともに、前記第１のスイッチをオンして前記温度センサを通じて前記コンデンサの電荷を放電させることが好ましい。

また、本発明のプリンタは、請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッドを用いて、記録材料に画像を記録することを特徴とする。なお、前記温度センサによる温度測定結果に応じて、前記発熱素子の駆動を制御する制御手段を備えることが好ましい。

本発明の記録ヘッドによれば、複数の発熱素子が形成され、これらの発熱素子を選択的に駆動させるためのドライバＩＣが実装された素子基板に、発熱素子近傍の温度を測定する温度センサを取り付けたので、発熱素子近傍の温度を正確に、且つ簡単な構成で測定することができる。

また、本発明のプリンタによれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッドを用いて、記録材料に画像を記録するので、濃度ムラの発生を抑制することができ、高画質なプリントを得ることができる。

図１において、本発明を適用したカラー感熱プリンタ２には、記録材料として、長尺のカラー感熱記録紙（以下、単に記録紙という）１０が使用される。記録紙１０は、ロール状に巻かれた記録紙ロール１１の形態でカラー感熱プリンタ２にセットされる。

記録紙１０は、周知のように、支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層、および保護層が順次層設された構造となっている。最上層となるイエロー感熱発色層は熱感度が最も高く、小さな熱エネルギーでイエローに発色する。最下層となるシアン感熱発色層は熱感度が最も低く、大きな熱エネルギーでシアンに発色する。

イエロー感熱発色層は、４２０〜４５０ｎｍの近紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。マゼンタ感熱発色層は、イエロー感熱発色層とシアン感熱発色層との中間程度の熱エネルギーでマゼンタに発色し、３６５〜３９０ｎｍの紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。なお、例えばブラック感熱発色層を設けて４層構造にした記録紙を使用してもよい。

記録紙ロール１１の外周面には、搬送モータ１２によって回転される給紙ローラ１３が当接している。搬送モータ１２はステッピングモータであり、モータドライバ１４から入力される駆動パルスによって駆動される。給紙ローラ１３が図中反時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１から送り出される。給紙ローラ１３が図中時計方向に回転すると、記録紙ロール１１は図中反時計方向に回転し、記録紙１０が記録紙ロール１１に巻き戻される。

記録紙ロール１１から送り出された記録紙１０は、水平方向に配置された搬送経路内に送り込まれる。この搬送経路内には、記録紙１０を挟み込んで搬送する搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６が配置されている。搬送ローラ対１５および排紙ローラ対１６は、搬送モータ１２によって回転されるキャプスタンローラ１５ａ、１６ａと、このキャプスタンローラ１５ａ、１６ａに圧接するピンチローラ１５ｂ、１６ｂとからなり、記録紙１０を図中Ａ方向（給紙方向）とＢ方向（巻戻方向）とに往復搬送する。

給紙ローラ１３と搬送ローラ対１５との間には、サーマルヘッド１７と、このサーマルヘッド１７に向き合うように搬送経路の下方に配置されたプラテンローラ１８とが設けられている。サーマルヘッド１７のヘッド基板１９の記録紙１０に対向する表面には、複数の発熱素子３４（図２参照）がライン状に配列された発熱素子アレイ２０が設けられている。発熱素子アレイ２０は、システムコントローラ２１からヘッドドライバ２２に入力された駆動データに基づいて発熱し、記録紙１０の各感熱発色層を発色させる。

プラテンローラ１８は、記録紙１０の搬送に応じて従動回転し、記録紙１０と発熱素子アレイ２０との当接状態を安定させる。また、プラテンローラ１８は、上下方向に移動自在とされ、図示しないバネによって発熱素子アレイ２０に圧接する方向に付勢されている。記録紙１０の給紙時および排紙時には、カムやソレノイドなどから構成されるシフト機構（図示せず）によってプラテンローラ１８が下降し、サーマルヘッド１７との記録紙１０の挟持が解除される。

図２に示すように、サーマルヘッド１７は、ヘッド基板３０と、素子基板３１と、回路基板３２とから構成されている。ヘッド基板３０は、放熱性を有する材料、例えばアルミなどからなる。素子基板３１は、例えばセラミックやアルミナ、アルミナセラミックなどで形成されている。

素子基板３１の上面前端部には、断面が半円形の印画突条３３が形成され、この印画突条３３の上には、発熱素子アレイ２０を構成する複数の発熱素子３４が設けられている。また、素子基板３１の上面後端部には、各発熱素子３４を駆動するドライバＩＣ３５が取り付けられている。このドライバＩＣ３５と発熱素子３４との間は、素子基板３１上に形成された導電層３６と、ジャンパ線３７とで接続されている。さらに、素子基板３１のドライバＩＣ３５が取り付けられた部分の中央には、隣り合うドライバＩＣ３５の間に、発熱素子３４近傍の温度を測定する温度センサ３８が取り付けられている。

回路基板３２には、サーマルヘッド１７の制御回路が形成されており、素子基板３１の後方に配置されている。素子基板３１のドライバＩＣ３５および温度センサ３８と、回路基板３２との間は、ジャンパ線３９によって接続されている。なお、ドライバＩＣ３５、温度センサ３８、およびジャンパ線３７、３９は、ジャンパ線３７、３９が断線しないように、透明な保護樹脂４０によって覆われている。

温度センサ３８は、発熱素子３４近傍の温度の測定結果をシステムコントローラ２１に逐次送信する。システムコントローラ２１は、温度センサ３８による温度測定結果に応じて、ヘッドドライバ２２を介して発熱素子３４の駆動を制御する。具体的には、温度センサ３８による温度測定結果が、予め設定された基準値よりも高い場合には、発熱素子３４に与える駆動エネルギー（印加電圧または通電時間）を小さくする。逆に基準値よりも低い場合には、駆動エネルギーを大きくする。

図１において、搬送ローラ対１５のＡ方向下流側には、記録紙１０の記録面に対面して定着器２３が配置されている。また、定着器２３と排紙ローラ対１６との間には、記録紙１０を所定のプリントサイズにカットするカッター２４が配置されている。さらに、排紙ローラ対１６のＡ方向下流側には、画像記録済みの記録紙１０を外部に排出する排紙口２５が設けられている。

定着器２３は、発光ピークが４２０〜４５０ｎｍの近紫外線を放出してイエロー感熱発色層を定着するイエロー用定着光源２３ａと、発光ピークが３６５〜３９０ｎｍの紫外線を放出してマゼンタ感熱発色層を定着するマゼンタ用定着光源２３ｂと、これらの光源２３ａ、２３ｂからの光を記録紙１０に向けて反射させるリフレクタ２３ｃとからなる。各光源２３ａ、２３ｂは、ランプドライバ２６によって駆動される。

次に、上記構成を有するカラー感熱プリンタ２の動作について説明する。画像記録開始操作が実行されると、搬送モータ１２の正転によって給紙ローラ１３が反時計方向に回転され、記録紙１０が記録紙ロール１１からＡ方向に送り出される。記録紙１０の先端部は搬送経路内を移動して、搬送ローラ対１５にニップされ、さらにＡ方向下流側に搬送される。

記録紙１０が画像記録開始位置に到達すると、搬送モータ１２の回転が一旦停止される。次いで、プラテンローラ１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ２０との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、ヘッドドライバ２２に入力された駆動データに基づいて発熱した発熱素子アレイ２０により、記録紙１０のイエロー感熱発色層にイエロー画像が記録される。

イエロー画像の記録前には、サーマルヘッド１７の素子基板３１に取り付けられた温度センサ３８により、発熱素子３４近傍の温度が測定される。温度センサ３８による温度測定結果は、システムコントローラ２１に逐次送信される。

温度センサ３８による温度測定結果が、予め設定された基準値よりも高い場合には、イエロー画像の記録時に、ヘッドドライバ２２を介して、システムコントローラ２１により発熱素子３４に与える駆動エネルギーが小さくされる。逆に基準値よりも低い場合には、駆動エネルギーが大きくされる。

イエロー画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２３のイエロー用定着光源２３ａに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。このとき、プラテンローラ１８がシフト機構によって下降され、サーマルヘッド１７とによる記録紙１０の挟持が解除される。次いで、ランプドライバ２６によりイエロー用定着光源２３ａが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのイエロー感熱発色層が定着される。

イエロー感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ２０に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー画像記録時と同様に、プラテンローラ１８がシフト機構によって上昇され、発熱素子アレイ２０との間で記録紙１０が挟持される。この状態で再び搬送モータ１２が駆動され、記録紙１０がＡ方向に搬送されながら、記録紙１０のマゼンタ感熱発色層にマゼンタ画像が記録される。このときもイエロー画像記録時と同様に、記録前に温度センサ３８により発熱素子３４近傍の温度が測定され、記録時にはシステムコントローラ２１により発熱素子３４の駆動が制御される。

マゼンタ画像の記録が完了すると、記録画像の後端が定着器２３のマゼンタ用定着光源２３ｂに対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー画像定着時と同様に、ランプドライバ２６によりマゼンタ用定着光源２３ｂが点灯され、搬送モータ１２が逆転されて記録紙１０がＢ方向に巻き戻されながら、画像記録済みのマゼンタ感熱発色層が定着される。

マゼンタ感熱発色層の定着後、記録画像の先端が発熱素子アレイ２０に対面する位置まで搬送され、搬送モータ１２の回転が停止される。そして、イエロー、マゼンタ画像記録時と同様に、記録紙１０のシアン感熱発色層にシアン画像が記録される。

画像記録後の記録紙１０は、搬送ローラ対１５によりＡ方向に搬送され、カッター２４により所定のプリントサイズに切断された後、排紙ローラ対１６により排紙口２５から外部に排出される。

上記のように、発熱素子３４が設けられた素子基板３１に温度センサ３８を取り付け、この温度センサ３８による温度測定結果に応じて、発熱素子３４の駆動を制御するので、発熱素子３４近傍の温度を正確に、且つ簡単な構成で測定することができる。これにより、濃度ムラの発生を抑制することができ、高画質なプリントを得ることができる。

なお、上記実施形態では、温度センサ３８を素子基板３１の中央に１個だけ取り付けているが、図３に示すサーマルヘッド５０のように、温度センサ３８を複数個配置し、発熱素子３４近傍の温度の主走査方向（記録紙１０の搬送方向と直交する方向）における分布を取得して、これを元にシステムコントローラ２１で発熱素子３４の駆動を制御してもよい。これにより、さらに細密な発熱素子３４の駆動制御が可能となり、より高画質なプリントを得ることができる。

上記実施形態では、温度センサ３８をドライバＩＣ３５などとともに保護樹脂４０で覆っているが、温度センサ３８を保護樹脂４０で覆わない構造としてもよい。このようにすると、温度センサ３８の応答特性を速くすることができる。

また、上記実施形態では、温度センサ３８からのジャンパ線３９を、直接回路基板３２に接続しているが、図４に示すサーマルヘッド６０のように、温度センサ３８の一端を導電層３６に接続し、他端をドライバＩＣ３５に接続して、発熱素子３４と温度センサ３８とを電気的に並列接続してもよい。

この場合、図５に示すように、温度センサ３８、および複数の発熱素子３４とコンデンサ７０を電気的に並列接続し、スイッチ７１をオンして電源回路７２でコンデンサ７０を充電した後、スイッチ７１をオフするとともに、温度センサ３８に接続されたトランジスタ７３のみをオンして、コンデンサ７０の充電電荷を温度センサ３８に放電させて所定電位に達するまでの時間を計測し、この計測結果に基づいて、温度センサ３８の抵抗値を算出して、抵抗値の算出結果を元に温度を求めてもよい。これにより、従来のサーマルヘッドが備えている構成を有効に活用することができ、温度センサ３８の測定結果を得るために新たに回路を設ける必要がなくなる。なお、この手法に関しては、例えば、特開平６−７９８９７号公報に詳細な説明がなされている。また、スイッチ７１およびトランジスタ７３は、請求項６に記載の第２のスイッチおよび第１のスイッチにそれぞれ相当する。

上記実施形態では、カラー感熱プリンタ２で用いられるサーマルヘッド１７を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他のサーマルプリンタ、熱転写型プリンタや熱昇華型プリンタに用いられるサーマルヘッドは勿論、例えば、発熱素子の熱によりインクを噴射させるインクジェットプリンタの記録ヘッドなどにも適用することができる。

本発明を適用したカラー感熱プリンタの構成を示す概略図である。 サーマルヘッドの構成を示す斜視図である。 サーマルヘッドの別の実施形態を示す斜視図である。 サーマルヘッドのさらに別の実施形態を示す要部拡大図である。 サーマルヘッドの電気回路図である。

符号の説明

２ カラー感熱プリンタ
１０ カラー感熱記録紙（記録紙）
１７、５０、６０ サーマルヘッド
２０ 発熱素子アレイ
２１ システムコントローラ
２３ 定着器
３１ 素子基板
３４ 発熱素子
３５ ドライバＩＣ
３８ 温度センサ
７０ コンデンサ

Claims (8)

1. 複数の発熱素子が形成され、これらの発熱素子を選択的に駆動させるためのドライバＩＣが実装された素子基板を備え、前記発熱素子を発熱させて記録材料に画像を記録する記録ヘッドにおいて、
   前記素子基板に、前記発熱素子近傍の温度を測定する温度センサを取り付けたことを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記温度センサを、複数のドライバＩＣの間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 前記温度センサを、複数個配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の記録ヘッド。
4. 前記温度センサを、前記複数の発熱素子と電気的に並列接続したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の記録ヘッド。
5. 前記温度センサとコンデンサを電気的に並列接続し、前記コンデンサを充電した後、コンデンサが放電して所定電位に達するまでの時間を計測し、この計測結果に基づいて、前記温度センサの抵抗値を算出することを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
6. 前記温度センサの一方の端子と、前記温度センサの他方の端子に直列接続された第１のスイッチのもう一方の端子との間に前記コンデンサを接続し、
   前記温度センサの一方の端子と前記第１のスイッチのもう一方の端子間に第２のスイッチを介して電源を接続した回路を形成し、
   前記第２のスイッチをオンして前記コンデンサを充電した後、前記第２のスイッチをオフするとともに、前記第１のスイッチをオンして前記温度センサを通じて前記コンデンサの電荷を放電させることを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の記録ヘッドを用いて、記録材料に画像を記録することを特徴とするプリンタ。
8. 前記温度センサによる温度測定結果に応じて、前記発熱素子の駆動を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載のプリンタ。
   
   

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