JP2007245672A - サーマルヘッド及びこれを備えたプリンタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率、熱効率、応答性の向上を図る。
【解決手段】所定の肉厚Ｔ１を有し、一方の面に、略半円柱状の突部２５が一体に形成されたベース層２１と、突部２５上に形成される発熱抵抗体２２と、発熱抵抗体２２の両側に形成される一対の電極２３ａ，２３ｂとを備える。一対の電極２３ａ，２３ｂ間から臨む発熱抵抗体２２を発熱部２２ａとし、ベース層２１には、突部２５の反対側に、ベース層２１の他方の面側を開放した溝部２６が形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクリボンの色材を印刷媒体に熱転写するサーマルヘッド及びプリント装置に関する。

印刷媒体に画像や文字を印刷するプリンタ装置としては、インクリボンの一方の面に設けられたインク層を形成する色材を昇華させ、印刷媒体に色材を熱転写させてカラー画像や文字を印刷する熱転写型のプリンタ装置（以下、単にプリンタ装置という。）がある。このプリンタ装置は、インクリボンの色材を印刷媒体に熱転写させるサーマルヘッドと、このサーマルヘッドと対向する位置に設けられ、インクリボン及び印刷媒体を支持するプラテンとを備えている。このプリンタ装置では、インクリボンがサーマルヘッド側となり、印刷媒体がプラテン側となるように、インクリボンと印刷媒体とを重ね合わせ、プラテンでインクリボンと印刷媒体とをサーマルヘッドに押圧しながらサーマルヘッドとプラテンとの間にインクリボンと印刷媒体とを走行させる。この際に、プリンタ装置では、サーマルヘッドとプラテンとの間を走行するインクリボンに対して、インクリボンの裏面側からインク層にサーマルヘッドで熱エネルギを印加し、その熱エネルギで色材を昇華させ、色材を印刷媒体に熱転写させることで、カラー画像や文字を印刷する。

ところで、この種のプリンタ装置に用いられるサーマルヘッドには、特許文献１に示すようなものがある。図１８に示すように、このサーマルヘッド１００は、セラミック基板１０１上に、ガラスで形成された平坦グレース層１０２ａと部分グレース層１０２ｂが形成され、部分グレース層１０２ｂ上に発熱抵抗体１０３が形成されている。また、発熱抵抗体１０３の一方の端部には、信号電極１０４ａが設けられ、他方の端部には、共通電極１０４ｂが形成されている。更に、電極１０４ａ，１０４ｂ間の発熱抵抗体１０３及び電極１０４ａ，１０４ｂには、耐摩耗層１０５が形成されている。また、セラミック基板１０１は、接着層１０６によって、放熱部材１０７に接着されている。

以上のようなサーマルヘッド１００では、印刷の際、インクリボンに熱エネルギを印加し、色材を、印刷媒体に熱転写するものであるから、熱効率の向上を図る必要があり、このため、放熱部材には、セラミック基板１０１側に空隙部１０８が形成されている。サーマルヘッド１００では、この空隙部１０８を設けることによって、放熱部材１０７への熱伝導を少なくして、発熱抵抗体１０３近傍の蓄熱性を向上させて熱効率の向上を図るようにしている。

しかしながら、特許文献１のサーマルヘッド１００は、熱効率の向上を図ることはできるものの、セラミック基板１０１上に平坦グレース層１０２ａと部分グレース層１０２ｂを形成し、部分グレース層１０２ｂに発熱抵抗体１０３を形成し、更に、これらが形成されたセラミック基板１０１を接着層１０６を介して放熱部材１０７に接着するようにしているために、極めて製造工程が複雑となってしまい、更なる生産効率の向上を図ることが困難である。

特開平８−２１６４４３号公報

そこで、本発明は、製造効率の向上を図ることができるサーマルヘッド及びこれを用いたプリンタ装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、熱効率の向上を図りながら、更に、応答性の向上を図ることができるサーマルヘッド及びこれを用いたプリンタ装置を提供することを目的とする。

更に、本発明は、物理的強度の向上を図ることができるサーマルヘッド及びこれを用いたプリンタ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明に係るサーマルヘッドは、所定の肉厚を有し、一方の面に、略半円柱状の突部が一体に形成されたベース層と、上記突部上に形成される発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体の両側に形成される一対の電極とを備える。そして、上記一対の電極間から臨む上記発熱抵抗体を発熱部とし、上記ベース層には、上記突部の反対側に、上記ベース層の他方の面側を開放した溝部が形成されている。

また、本発明に係るプリンタ装置は、以上のようなサーマルヘッドを備えている。

本発明は、ベース層に溝部を形成することによって、ベース層の他方の面側から放熱されにくくなり熱効率の向上を図ることができると共に、ベース層の蓄熱量が少なくなり、応答性の向上を図ることができる。そして、本発明では、ベース層上に発熱抵抗体、電極が形成されたヘッド部を放熱部材に接着すれば良いことから、従来のようにセラミック基板が不要となり、構成の簡素化を図ることができ、生産効率の向上を図ることができる。

以下、本発明が適用されたサーマルヘッドが用いられる熱転写型のプリンタ装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示す熱転写型のプリンタ装置１（以下、プリンタ装置１という。）は、インクリボンの色材を昇華させて印刷媒体に熱転写する昇華型のプリンタであり、記録ヘッドに本発明を適用したサーマルヘッド２を用いる。このプリンタ装置１は、サーマルヘッド２で発生した熱エネルギをインクリボン３に印加することによって、インクリボン３の色材を昇華させて印刷媒体４に熱転写し、カラー画像や文字を印刷する。このプリンタ装置１は、家庭用のプリンタ装置であり、印刷媒体４として、例えばポストカードサイズのものを印刷することができる。

ここで用いるインクリボン３は、長尺状の樹脂フィルムからなり、熱転写前のインクリボン３が供給側スプール３ａに巻回され、熱転写後のインクリボン３が巻取側スプール３ｂに巻回された状態でインクカートリッジに収納されている。このインクリボン３は、長尺状の樹脂フィルムの一方の面に、イエローの色材で形成されたインク層と、マゼンタの色材で形成されたインク層と、シアンの色材で形成されたインク層と、印刷媒体４上に印刷された画像や文字の保存性を向上させるために、印刷媒体４上に熱転写させるラミネートフィルムからなるラミネート層とから構成される転写層３ｃが繰り返し並設されている。

プリンタ装置１は、図１に示すように、サーマルヘッド２と、このサーマルヘッド２と対向する位置に設けられたプラテン５と、装着されたインクリボン３の走行をガイドする複数のリボンガイド６ａ，６ｂと、インクリボン３と共にサーマルヘッド２とプラテン５との間に印刷媒体４を走行させるピンチローラ７ａ及びキャプスタンローラ７ｂと、印刷後の印刷媒体４を排紙する排紙ローラ８と、印刷媒体４をサーマルヘッド２側に搬送させる搬送ローラ９とを備える。

サーマルヘッド２は、図２に示すように、プリンタ装置１の筐体側の取付部材１０にネジ等の固定部材１１で取り付けられている。インクリボン３をガイドするリボンガイド６ａ，６ｂは、サーマルヘッド２の前後、すなわちサーマルヘッド２に対してインクリボン３が進入する側とインクリボン３を排出する側とに設けられる。リボンガイド６ａ，６ｂは、重なり合ったインクリボン３と印刷媒体４とがサーマルヘッド２と略垂直に当たるように、サーマルヘッド２の前後で、インクリボン３と印刷媒体４とをガイドし、サーマルヘッド２の熱エネルギを確実にインクリボン３に印加できるようにしている。

リボンガイド６ａは、サーマルヘッド２に対してインクリボン３が進入する側に設けられる。このリボンガイド６ａは、下端側の面１２が曲面となっており、サーマルヘッド２よりも上方に設けられた供給側スプール３ａから供給されたインクリボン３をサーマルヘッド２とプラテン５との間に進入させる。リボンガイド６ｂは、サーマルヘッド２に対してインクリボン３が排出される側に設けられる。このリボンガイド６ｂは、下端に平坦に形成された平坦部１３と、この平坦部１３のサーマルヘッド２と反対側の端部から略垂直に立ち上がり、インクリボン３を印刷媒体４から剥離させる剥離部１４とを有する。このリボンガイド６ｂは、平坦部１３で熱転写後のインクリボン３の熱を冷まし、平坦部１３で熱を冷ました後、剥離部１４でインクリボン３を印刷媒体４に対して略垂直に立ち上げて、インクリボン３を印刷媒体４から剥離させる。このリボンガイド６ｂは、ネジ等の固定部材１５でサーマルヘッド２に取り付けられている。

このような構成のプリンタ装置１では、図１に示すように、プラテン５をサーマルヘッド２に押圧しながら、サーマルヘッド２とプラテン５との間に、巻取側スプール３ｂを巻取方向に回転させることでインクリボン３を巻取方向に走行させ、ピンチローラ７ａとキャプスタンローラ７ｂとで印刷媒体４を挟み込み、キャプスタンローラ７ｂ及び排紙ローラ８を排紙方向（図１中矢印Ａ方向）に回転させることで排紙方向に印刷媒体４を走行させる。印刷する際には、先ずサーマルヘッド２からインクリボン３のイエローのインク層に対して熱エネルギを印加し、イエローの色材をインクリボン３と重なり合って走行している印刷媒体４に熱転写し、次いで、イエローの色材が熱転写された画像形成部にマゼンタの色材を熱転写し、次いで、イエロー及びマゼンタの色材が熱転写された画像形成部にシアンの色材を熱転写し、最後に、ラミネートフィルムを熱転写することにより、カラー画像や文字を印刷する。

このようなプリンタ装置１に用いられるサーマルヘッド２は、印刷媒体４の走行方向に対して直交方向、すなわち印刷媒体４の幅方向の両端に余白を設けた縁ありの画像を印刷できる他、余白を無くした縁なしの画像を印刷することができる。

サーマルヘッド２は、印刷媒体４の幅方向の両端まで色材を熱転写できるように、図３中矢印Ｌ方向に示す長さが印刷媒体４の幅よりも長くなるように形成されている。サーマルヘッド２は、図３に示すように、インクリボン３の色材を印刷媒体４に熱転写するヘッド部２０が放熱部材５０に取り付けられてなる。このヘッド部２０は、図４及び図５に示すように、ガラスで形成されたベース層２１と、ベース層２１上に設けられる発熱抵抗体２２と、この発熱抵抗体２２の両側に設けられる一対の電極２３ａ，２３ｂと、発熱抵抗体２２上及び発熱抵抗体２２の周囲に設けられる抵抗体保護層２４とを備えている。このサーマルヘッド２は、一対の電極２３ａ，２３ｂ間から露出している発熱抵抗体２２の部分を発熱部２２ａとしている。

ベース層２１には、図４及び図５に示すように、例えば軟化点が５００℃程度のガラスで略矩形状に形成されており、インクリボン３と対向する一方の面２１ａに略半円柱状をなす突部２５が一体に形成され、この突部２５の反対側に、ベース層２１の他方の面側を開放した溝部２６が設けられている。このベース層２１は、突部２５がベース層２１の幅方向の略中央、長さ方向（図２中Ｌ方向）に略半円柱状に形成されることで、走行するインクリボン３に対する当たりを良くし、熱エネルギが走行するインクリボン３に対して確実に印加され、色材が印刷媒体４に熱転写されるようにしている。すなわち、自動車のフロントガラスは、僅かに湾曲されることによって、ワイパによる水弾きを良くしているが、ここでは、突部２５を略半円柱状に形成することによって、インクリボン３の色材が印刷媒体４に確実に転写されるようにしている。

ベース層２１の内側の面に設けられる溝部２６は、図４及び図５に示すように、突部２５上に略直線状に設けられた発熱部２２ａの列２２ｂと対向して凹状に形成され、ベース層２１内に空隙部を形成している。そして、ベース層２１では、突部２５の表面２５ａと溝部２６の天井面３１ａとの間を発熱部２２ａから発生した熱エネルギを蓄熱する蓄熱部２７としている。

ベース層２１は、溝部２６によって、内部に空隙部が形成されることで、溝部２６内の空気によって、発熱部２２ａで発生した熱エネルギが内側に放熱されにくくなり、インクリボン３に効率的に熱エネルギを印加し易い構成になっている。一方で、蓄熱部２７は、ベース層２１内に溝部２６が形成されることで、薄くなり、熱容量が小さくなり、短時間で放熱を行うことができるようにもなる。このように、溝部２６が形成されたベース層２１は、蓄熱量が小さくなることで、放熱を短時間で行うことができるようになり、サーマルヘッド２の応答性を良くすることができると共に、放熱されにくい構成であることで、熱効率の向上を図ることができ、サーマルヘッド２の省電力化を図ることができる。

なお、このベース層２１は、ガラスに代表される所定の表面性や熱特性等を有する材質であればよく、ここでいうガラスの他に、人工水晶や人造ルビー、人造サファイヤ等の合成宝石や人造石、高密度セラミック等であっても良い。

以上のようなベース層２１上に形成される発熱抵抗体２２は、図５に示すように、ベース層２１の一方の面上に形成されている。この発熱抵抗体２２は、Ｔａ−ＮやＴａ−ＳｉＯ_２等の高抵抗で耐熱性を有する材料で形成されている。この発熱抵抗体２２上の両側には、一対の電極２３ａ，２３ｂが形成されている。一対の電極２３ａ，２３ｂは、発熱抵抗体２２に詳細を図示しない電源からの電流を発熱部２２ａに供給し、発熱部２２ａを発熱させる。一対の電極２３ａ，２３ｂは、例えばアルミニウム、金、銅等の電気伝導性の良い材料で形成されている。一対の電極２３ａ，２３ｂ間は、発熱抵抗体２２を露出させ、インクリボン３に熱エネルギを印加する発熱部２２ａとなる。発熱部２２ａは、突部２５上に略直線状に形成され、それぞれがドットサイズよりもやや大きく、略矩形又は正方形状に形成されている。

なお、発熱抵抗体２２の形成される領域は、発熱部２２ａとなる領域より一対の電極２３ａ，２３ｂが電気的に接続できる程度に大きければ、特にベース層２１の一方の面２１ａの全面に設ける必要はない。

一対の電極２３ａ，２３ｂは、図３及び図６に示すように、全ての発熱部２２ａと電気的に接続された共通電極２３ａと、発熱部２２ａ毎に別個に電気的に接続された個別電極２３ｂであり、発熱部２２ａを隔てて互いに隔離して発熱抵抗体２２上に形成されている。

共通電極２３ａは、図６に示すように、ベース層２１の突部２５を挟んで、後述する電源用フレキシブル基板８０が貼り合わされる側とは反対側に設けられている。共通電極２３ａは、全ての発熱部２２ａと電気的に接続され、両端がベース層２１の短辺に沿って、電源用フレキシブル基板８０が貼り合わされる側に導出され、電源用フレキシブル基板８０と電気的に接続され、更に、電源用フレキシブル基板８０を介して、図示しない電源と電気的に接続されているリジット基板７０と電気的に接続され、電源と各発熱部２２ａとを電気的に接続している。

個別電極２３ｂは、図６に示すように、ベース層２１の突部２５を挟んで、後述する信号用フレキシブル基板９０が貼り合わされる側に設けられている。個別電極２３ｂは、発熱部２２ａに対して１対１で設けられている。この個別電極２３ｂは、リジット基板７０の発熱部２２ａの駆動を制御する制御回路と接続されている信号用フレキシブル基板９０と電気的に接続されている。

この共通電極２３ａ及び個別電極２３ｂは、発熱部２２ａの駆動を制御する回路によって選択された発熱部２２ａに電流を所定の時間供給し、色材の昇華させて、印刷媒体４に熱転写できる温度まで発熱部２２ａを発熱させる。

図４及び図５に示すように、ヘッド部２０の最も外側に設けられる抵抗体保護層２４は、発熱抵抗体２２及び共通電極２３ａの全体、及び個別電極２３ｂの発熱部２２ａ側の端部を覆い、サーマルヘッド２とインクリボン３が接した際に生じる摩擦等から発熱部２２ａ、発熱部２２ａの周囲に設けられた一対の電極２３ａ，２３ｂを保護する。この抵抗体保護層２４は、高温下で高強度、耐摩耗性等の機械的特性及び耐熱性、耐熱衝撃性、熱伝導性等の熱的特性に優れた金属を含む無機材料で形成され、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）を含むサイアロン（商品名ＳＩＡＬＯＮ）で形成されている。なお、この抵抗体保護層２４と同種の層を、溝部２６、具体的に天井面３１ａに形成するようにしても良い。

ここで、図７を参照してベース層２１の詳細を説明する。ベース層２１は、厚さＴ１が例えば０．１９ｍｍで略一定あり、一方の面２１ａに、高さＨが例えば０．０９８ｍｍで、幅Ｗ１が例えば０．９ｍｍの突部２５が形成されている。

このベース層２１の溝部２６は、その天井面３１ａがベース層２１の一方の面２１ａより上側、すなわち略半円柱状の突部２５内に位置するような深さに形成されている。なお、図５中点線は、突部２５内におけるベース層２１の一方の面２１ａの延長線である。溝部２６は、その天井面３１ａを、ベース層２１の一方の面より上側に位置することによって、突部２５の表面２５ａと溝部２６の天井面３１ａとの間の蓄熱部２７をより薄くし、より蓄熱量が小さくなるようにし、サーマルヘッド２の応答性の向上を図っている。勿論、天井面３１ａが突部２５内に位置している場合よりも効果を得られないにしても、天井面３１ａの位置が突部２５より下側に位置していても良い。

また、蓄熱部２７において、突部２５の表面２５ａは、極めてなだらかな円弧面で形成されている。例えば、突部２５の表面２５ａの半径Ｒ１は、２．５ｍｍで形成されている。これに対して、溝部２６の天井面３１ａは、突部２５の表面２５ａに略倣う円弧面で形成されている。例えば、溝部２６の天井面３１ａの半径Ｒ２は、２．４７２５ｍｍで形成されている。このように、蓄熱部２７において、突部２５の表面２５ａと溝部２６の天井面３１ａとは、略同じ円弧面で形成され、肉厚Ｔ２が略均一となるように形成されている。例えば、蓄熱部２７の肉厚Ｔ２は、０．０２７５ｍｍとなるように形成されている。このように、蓄熱部２７は、略均一の厚さに形成されることによって、熱エネルギを均一に蓄熱することができる。

ところで、蓄熱部２７は、蓄熱量を少なくするために薄く形成されていることから、プラテン５によって押圧された際にも破損しない程度の物理的強度が必要である。上述のように、蓄熱部２７は、略均一の厚みであることから、蓄熱部２７内において応力集中が発生する箇所が無くなり又は少なくなり、物理的強度を高めることもできる。また、溝部２６の側壁３０と天井面３１ａとのなすコーナ部３１ｂは、円弧状の曲面をなすように形成されている。コーナ部３１ｂは、例えば半径Ｒ３が０．０３ｍｍの曲面で形成されている。突部２５は、溝部２６の両コーナ部３１ｂ，３１ｂを曲面で形成することによって、両コーナ部３１ｂ，３１ｂが例えば直角に形成されているときよりも、プラテン５によって加わった圧力を周囲に分散することができ、物理的強度を高めることができる。

この肉厚Ｔ２が略均一の蓄熱部２７の幅Ｗ２は、一対の電極２３ａ，２３ｂで発熱抵抗体２２が露出した発熱部２２ａの幅Ｗ３と同じとされる。具体的に、この蓄熱部２７の幅Ｗ２は、両コーナ部３１ｂ，３１ｂを曲面の内側端部間の幅であり、これと発熱部２２ａの幅Ｗ３とが同じにされる。例えば、溝部２６の側壁３０，３０から０．０３ｍｍの箇所に両コーナ部３１ｂ，３１ｂの曲面の内側端部が位置し、幅Ｗ２と幅Ｗ３とは、０．２ｍｍとされる。これにより、発熱部２２ａは、厚さが略均一で熱エネルギを略均一に蓄熱する蓄熱部２７上に位置することになり、熱エネルギを発熱部２２ａの領域内から均一にインクリボン３に印加できるようになる。なお、突部２５の幅Ｗ１（ここでは、０．９ｍｍ）は、物理的強度等の観点から、肉厚Ｔ２が略均一の蓄熱部２７の幅Ｗ２（ここでは、０．２ｍｍ）の３倍以上が好ましい。

なお、肉厚Ｔ２が略均一の蓄熱部２７の幅Ｗ２は、発熱部２２ａの幅Ｗ３より広くしても良い。これにより、溝部２６両側の幅が狭くなり、すなわち熱伝導路が狭くなり、蓄熱部２７に蓄熱されている熱エネルギが突部２５の周辺部２８，２８に放熱されにくくすることができる。

また、蓄熱部２７の両側２５ｂ，２５ｂの曲面の半径Ｒ４は、突部２５の蓄熱部２７が形成された領域の表面２５ａの半径Ｒ１より小さくなるように形成されている。すなわち、突部２５の表面２５ａの曲面の両側２５ｂ，２５ｂの曲面は、蓄熱部２７に形成された突部２５の表面２５ａの曲面の曲面より急峻な曲面で形成されている。これにより、発熱部２２ａに対してインクリボン３が進入又は退出し易くすることができる。また、突部２５は、蓄熱部２７の両側２５ｂ，２５ｂの曲面の半径Ｒ４を蓄熱部２７が形成された表面２５ａの半径Ｒ１より小さくする、すなわち急峻な曲面とすることによって、この逆の場合より、溝部２６両側の幅を狭く、ガラスを薄くすることができ、突部２５の周辺部２８，２８に蓄熱部２７に蓄熱された熱エネルギが熱伝導しにくくすることができる。

また、溝部２６の側壁３０，３０は、ベース層２１の他方の面より略垂直に立ち上がるように形成され、幅Ｗ４が例えば０．２６ｍｍで一定となるように形成されている。これにより、突部２５は、プラテン５によって押圧されても、溝部２６が開口側に向かって拡幅するように形成されているときより、側壁３０，３０の立ち上がり部分に圧力が集中することが無くなり、物理的強度を高めることができる。なお、側壁３０，３０間の幅Ｗ４は、溝部２６の両コーナ部３１ｂ，３１ｂに曲面を形成しないとき、すなわち直角にするとき、蓄熱部２７の幅Ｗ２と一致するようにしても良い。

ここで、実際に実施される図５及び図７に示したサーマルヘッド２の寸法を説明する。溝部２６の幅Ｗ４は、発熱部２２ａの幅Ｗ３と同じ又は広く、例えば０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ〜０．７ｍｍ、更に好ましくは０．２６ｍｍである。また、蓄熱部２７の肉厚Ｔ２は、例えば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ、好ましくは０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍ、更に好ましくは０．０２７５ｍｍである。

なお、溝部２６は、天井面３１ａから次第に拡幅するように、側壁を傾斜面３０ａ，３０ａで形成するようにしても良い。これによって、例えば金型を使って熱プレスで溝部２６を成型する場合に、離型し易くすることができ、生産効率の向上を図ることができる。

上述したヘッド部２０のベース層２１では、図９及び図１０に示すように、ヘッド部２０の長さ方向（図１０中Ｌ方向）に略直線状に複数並設された発熱部２２ａの列２２ｂと対向して溝部２６を形成し、溝部２６の発熱部２２ａの並設方向の両側に強度を補強する第１の補強部３２が形成されている。この第１の補強部３２は、ベース層２１の厚みを厚くして形成されている。第１の補強部３２の厚みＴ４は、突部２５の厚みＴ３よりも厚くなっている（Ｔ４＞Ｔ３）。これにより、第１の補強部３２は、ヘッド部２０の長さ方向の両側において、突部２５を補強することができる。

また、ベース層２１には、図９及び図１０に示すように、第１の補強部３２の他に、この第１の補強部３２の内側に、突部２５の端部から第１の補強部３２に向かって厚みが漸次厚くなる厚みＴ５を有する第２の補強部３３が形成されている。これにより、ベース層２１では、第１の補強部３２の他に、更に第２の補強部３３を設けることによって、更に突部２５を補強するようにしている。

以上のように、ヘッド部２０は、長さ方向に置いて、第１の補強部３２と第２の補強部３３とを形成することによって、物理的強度がより高くなり、プラテン５から押圧された際に突部２５が変形や破損することを防止することができる。

以上のようなベース層２１を有するヘッド部２０は、以下のようにして製造される。先ず、図１１に示すように、ベース層２１の原材料となるガラス４１を用意し、次いで、図１２に示すように、熱プレス等で、ガラス４１を上面に突部２５を有するベース層２１を成型する。

次に、図１３に示すように、ベース層２１の突部２５が設けられた面にスパッタ等の薄膜形成技術を用いて、発熱抵抗体２２となる抵抗体膜を高抵抗で耐熱性を有する材料で形成し、次いで、発熱抵抗体２２上に、一対の電極２３ａ，２３ｂを、導体膜をアルミニウム等の電気伝導性の良い材料で所定の厚みに形成する。

次に、図１４に示すように、例えばフォトリソグラフィ等のパターン形成技術で、発熱抵抗体２２及び一対の電極２３ａ，２３ｂをパターン形成し、一対の電極２３ａ，２３ｂ間から発熱抵抗体２２を露出させて発熱部２２ａを形成する。発熱抵抗体２２及び一対の電極２３ａ，２３ｂが形成されていない部分は、ベース層２１が露出している。

次に、図１４に示すように、スパッタ等の薄膜形成技術を用いて、発熱抵抗体２２及び一対の電極２３ａ，２３ｂ上に、抵抗体保護層２４を例えばサイアロンで所定の厚みに形成する。

次に、図１５に示すように、ベース層２１の突部２５が形成された面とは反対側の面、すなわちサーマルヘッド２の内側となる面に、例えばカッター４２で切削して凹状の溝部２６を発熱部２２ａの列２２ｂに対向するように形成する。カッター４２で溝部２６を形成することによって、図１５に示すように、ベース層２１に第１の補強部３２及び第２の補強部３３を一連の切削工程で形成することができる。

なお、溝部２６を切削して形成した後には、溝部２６の内面についた傷を除去するため、溝部２６の内面にフッ酸処理を施しても良い。また、溝部２６は、切削等の機械加工で形成する他、エッチングや熱プレス等で形成しても良い。

また、図８に示すように、溝部２６の側壁３０，３０を傾斜面３０ａ，３０ａで形成するときには、側壁３０，３０が天井面３１ａから開口側に向かって広がっているため、離型し易くなることから、金型を用いて熱プレスで形成しても良い。また、溝部２６を熱プレスで形成する場合には、上型で突部２５を形成し、下型で溝部２６を形成し、突部２５と同時に溝部２６を形成するようにしても良い。

以上のようなヘッド部２０を有するサーマルヘッド２は、図３及び図１６に示すように、放熱部材５０上に接着剤層６０を介してヘッド部２０を配設し、このヘッド部２０とヘッド部２０の制御回路等が設けられたリジット基板７０とを電源用フレキシブル基板８０及び信号用フレキシブル基板９０で電気的に接続している。サーマルヘッド２では、電源用フレキシブル基板８０及び信号用フレキシブル基板９０を放熱部材５０側に湾曲させることで、リジット基板７０を放熱部材５０の側面に配置するようにして、小型化が図られている。

放熱部材５０は、色材を熱転写する際にヘッド部２０から発生した熱エネルギを放熱するものであり、例えばアルミニウム等の高い熱伝導性を有する材料で形成されている。この放熱部材５０には、図３及び図１６に示すように、上面に幅方向の略中央、長さ方向（図１６中Ｌ方向）に亘ってヘッド部２０が取り付けられる取付突部５１が形成されている。また、放熱部材５０には、電源用フレキシブル基板８０及び信号用フレキシブル基板９０が湾曲される側の側面の上端に電源用フレキシブル基板８０及び信号用フレキシブル基板９０を側面に沿って湾曲させるためのテーパ部５２が形成され、このテーパ部５２の下端にリジット基板７０を側面に配置させるための第１の切欠部５３が形成されている。また、放熱部材５０には、信号用フレキシブル基板９０に設けられた後述する半導体チップ９１を放熱部材５０側に配置できるように第２の切欠部５４が形成されている。

放熱部材５０の取付突部５１には、図１７に示すように、接着剤層６０を介してヘッド部２０が取り付けられている。この接着剤層６０は、熱伝導性に優れると共に弾性を有する接着剤が選択されている。接着剤層６０は、熱伝導性を有しているため、ヘッド部２０から発生した熱を放熱部材５０に効率的に放熱することができると共に、弾性を有しているため、放熱部材５０とヘッド部２０との熱膨張係数の違いにより、ヘッド部２０と放熱部材５０とが異なる膨張、収縮を起こしても、ヘッド部２０が発熱した際に放熱部材５０からヘッド部２０が剥がれないようにすることができる。接着剤層６０の厚みは、例えば５０μｍ程度である。

この接着剤層６０は、図１７に示すように、熱伝導性を有する樹脂、例えば加熱硬化型で、液状のシリコーンゴム等で形成され、高硬度で熱伝導性を有するフィラー６１が含有されている。含有されているフィラー６１は、粒状又は線状の例えば酸化アルミニウムである。この接着剤層６０は、フィラー６１が含有されていることによって、フィラー６１がヘッド部２０と放熱部材５０との間のスペーサとして機能し、プラテン５から押圧されたヘッド部２０によって圧縮されず、ベース層２１が放熱部材５０側にくぼまないように一定の厚みを維持することができる。これにより、ヘッド部２０は、プラテン５から押圧された際にも、溝部２６の両側に応力が集中することを防止することができ、また、フィラー６１が転動することによって、プラテン５から加わった圧力を平行方向に逃がすことができる。

図３に示す放熱部材５０の側面に配置されるリジット基板７０には、電源から電流をヘッド部２０に供給する図示しない電源用の配線と、複数の電子部品が実装されたヘッド部２０の駆動を制御する図示しない制御回路とが設けられている。リジット基板７０には、図３に示すように、電源線や信号線等となるフレキシブル基板７１が電気的に接続されている。リジット基板７０は、放熱部材５０の側面の第１の切欠部５３に配置され、両端がネジ等の固定部材７２で放熱部材５０に固定されている。

リジット基板７０と電気的に接続される電源用フレキシブル基板８０は、図３及び図６に示すように、一端がリジット基板７０の図示しない電源用の配線と電気的に接続され、他端がヘッド部２０の共通電極２３ａと電気的に接続されることにより、ヘッド部２０の共通電極２３ａとリジット基板７０の配線とを電気的に接続し、各発熱部２２ａに電流を供給している。

また、リジット基板７０の制御回路と電気的に接続される信号用フレキシブル基板９０は、図３及び図６に示すように、一端がリジット基板７０の図示しない制御回路と電気的に接続され、他端がヘッド部２０の個別電極２３ｂと電気的に接続される。

各信号用フレキシブル基板９０には、図６及び図１６に示すように、一方の面に、ヘッド部２０の各発熱部２２ａを駆動させる駆動回路が設けられた半導体チップ９１が設けられ、同一面のヘッド部２０との接続側に半導体チップ９１と各個別電極２３ｂとを電気的に接続する接続端子９２が設けられている。

各信号用フレキシブル基板９０に設けられている半導体チップ９１は、図１６に示すように、信号用フレキシブル基板９０の内側に配置される。この半導体チップ９１は、図６に示すように、リジット基板７０の制御回路から送られてきた印刷データに対応したシリアル信号をパラレル信号に変換するシフトレジスタ９３と、発熱部２２ａの発熱の駆動を制御するスイッチング素子９４とを有する。シフトレジスタ９３は、印刷データに対応したシリアル信号をパラレル信号に変換し、変換されたパラレル信号をラッチする。スイッチング素子９４は、各発熱部２２ａに設けられた個別電極２３ｂ毎に設けられる。シフトレジスタ９３でラッチされたパラレル信号は、スイッチング素子９４のオンオフを制御して、各発熱部２２ａに対する電流及び供給時間等を制御して、発熱部２２ａの発熱を駆動制御する。

以上のように、サーマルヘッド２では、ヘッド部２０の個別電極２３ｂとリジット基板７０の制御回路とを電気的に接続する信号用フレキシブル基板９０上にシリアル信号をパラレル信号に変換するシフトレジスタ９３を有する半導体チップ９１を設けることによって、リジット基板７０と信号用フレキシブル基板９０との間をシリアル伝送にすることができ、電気的な接続点の数を減らすことができる。

以上のような構成のサーマルヘッド２では、図３及び図１６に示すように、半導体チップ９１を放熱部材５０の第２の切欠部５４に対向させ、半導体チップ９１が内側となるように、電源用フレキシブル基板８０及び信号用フレキシブル基板９０を放熱部材５０のテーパ部５２に沿って湾曲させ、リジット基板７０を放熱部材５０の第１の切欠部５３に配置させる。これにより、サーマルヘッド２では、リジット基板７０を放熱部材５０の側面に配置することで、小型化することができ、プリンタ装置１全体を小型化することができる。したがって、このサーマルヘッド２では、プリンタ装置１、特に家庭用のプリンタ装置に要求されている小型化を実現することができる。また、サーマルヘッド２では、放熱部材５０上に接着剤層６０を介して、ヘッド部２０を設けるだけであるため、構成が簡素化され、容易に製造することができ、生産効率を向上させることができる。更に、サーマルヘッド２では、半導体チップ９１を内側に配置し、リジット基板７０を放熱部材５０の側面に配置して、小型化できることによって、図１及び図２に示すように、印刷媒体４の進入側のリボンガイド６ａを近接させて配置することができる。これにより、このサーマルヘッド２を用いたプリンタ装置１では、インクリボン３及び印刷媒体４とをサーマルヘッド２とプラテン５との間に進入する直前までガイドすることができ、サーマルヘッド２とプラテン５との間に適切に進入させることができる。したがって、このプリンタ装置１では、インクリボン３や印刷媒体４をサーマルヘッド２とプラテン５との間に適切に進入させることにできることによって、サーマルヘッド２に対してインクリボン３や印刷媒体４が略垂直に当たるようになり、サーマルヘッド２の熱エネルギがインクリボン３に適切に印加されるようになる。

以上のようなサーマルヘッド２を用いたプリンタ装置１では、画像や文字を印刷するに当たって、図１及び図２に示すように、サーマルヘッド２に対してインクリボン３と印刷媒体４とをプラテン５で押圧しながら、サーマルヘッド２とプラテン５との間にインクリボン３と印刷媒体４とを走行させる。そして、サーマルヘッド２とプラテン５との間を走行する印刷媒体４に対して、インクリボン３の色材が熱転写される。色材を熱転写する際には、リジット基板７０の制御回路に送られた印刷データに対応したシリアル信号を信号用フレキシブル基板９０に設けられた半導体チップ９１のシフトレジスタ９３でパラレル信号に変換し、変換されたパラレル信号をラッチして、ラッチされたパラレル信号で個別電極２３ｂ毎に設けたスイッチング素子９４のオン又はオフ制御をする。サーマルヘッド２では、スイッチング素子９４がオンされると、そのスイッチング素子９４に接続されている発熱部２２ａに所定の時間電流が流れ、発熱部２２ａが発熱し、インクリボン３に発生した熱エネルギを印加して、色材を昇華させて印刷媒体４に熱転写する。また、スイッチング素子９４がオフされると、そのスイッチング素子９４に接続されている発熱部２２ａに電流が流れず、発熱部２２ａが発熱しないため、インクリボン３に熱エネルギが印加されず、色材が印刷媒体４に熱転写されない。プリンタ装置１では、印刷データの１ライン毎のシリアル信号がサーマルヘッド２の制御回路から信号用フレキシブル基板９０の半導体チップ９１に送られ、上述した動作を繰り返して、画像形成部にイエローを熱転写する。イエローを熱転写した後は、同様に画像形成部にマゼンタ、シアン、ラミネートフィルムを順次熱転写して、１枚の画像を印刷する。

インクリボン３の色材を熱転写する際には、サーマルヘッド２のヘッド部２０のベース層２１に溝部２６が形成されていることで、溝部２６内の空気によって、発熱部２２ａで発生した熱エネルギが内側に放熱されにくくなり、インクリボン３に効率的に熱エネルギを印加することができる。一方で、蓄熱部２７は、ベース層２１内に溝部２６が形成されることで、薄くなり、熱容量が小さくなり、短時間で放熱を行うことができるようにもなる。このように、溝部２６が形成されたベース層２１は、蓄熱量が小さくなることで、放熱を短時間で行うことができるようになり、サーマルヘッド２の応答性を良くすることができると共に、放熱されにくい構成であるので、熱効率の向上を図ることができ、サーマルヘッド２の省電力化を図ることができる。そして、このサーマルヘッド２は、ベース層２１に一体的に発熱抵抗体２２、一対の電極２３ａ，２３ｂ等が形成されるによってヘッド部２０が構成され、このヘッド部２０を接着剤層６０を介して放熱部材５０に取り付けて構成されるものであるから、全体構成の簡素化を図ることができ、生産性の向上を図ることができる。更に、サーマルヘッド２は、電源用フレキシブル基板８０及び信号用フレキシブル基板９０を用いて、リジット基板７０を放熱部材５０の側面に配置するようにし、ヘッド部２０とリジット基板７０とを電気的に接続したので、小型化を図ることができ、更には、プリンタ装置１の全体の小型に寄与することができる。

なお、サーマルヘッド２は、上述では家庭用のプリンタ装置１でポストカードを印刷する例に挙げたが、家庭用のプリンタ装置１に限らず、業務用にプリンタ装置にも適用でき、大きさも特に限定されず、ポストカードの他に、Ｌサイズのフォト用紙や普通紙等にも適用でき、このような場合にも高速印刷することができる。

本発明を適用したサーマルヘッドを用いたプリンタ装置の概略図である。 サーマルヘッドとリボンガイドとの関係を示す斜視図である。 同サーマルヘッドの斜視図である。 同サーマルヘッドの斜視図である。 ヘッド部の断面図である。 同ヘッド部の平面図である。 ベース層の断面図である。 図５の変形例で、溝部が天井面側から開口端側に向かって広くなったヘッド部の断面図である。 補強部が設けられたガラス層の平面図及び断面図である。 図９のガラス層の断面図である。 ガラス層の原材料となるガラスを示す断面図である。 ガラス層を示す断面図である。 ガラス層上に発熱抵抗体及び一対の電極をパターン形成した状態を示す断面図である。 発熱抵抗体及び一対の電極上に抵抗体保護層を設けた状態を示す断面図である。 カッターで溝部を形成している状態を示す断面図である。 サーマルヘッドの斜視図である。 放熱部材に接着剤層でガラス層を接着した状態を示す断面図である。 従来のサーマルヘッドの断面図である。

符号の説明

１ プリンタ装置、２ サーマルヘッド、３ インクリボン、４ 印刷媒体、５ プラテン、２０ ヘッド部、２１ ガラス層、２２ 発熱抵抗体、２２ａ 発熱部、２３ａ 共通電極、２３ｂ 個別電極、２４ 抵抗体保護層、２５ 突部、２６ 溝部、２７ 蓄熱部、２８ 周辺部、３０ 側壁、３１ａ 天井面、３１ｂ コーナ部、３２ 第１の補強部、３３ 第２の補強部、５０ 放熱部材、６０ 接着剤層、６１ フィラー、７０ リジット基板、８０ 電源用フレキシブル基板、９０ 信号用フレキシブル基板、９１ 半導体チップ、９２ 接続端子、９３ シフトレジスタ、９４ スイッチング素子

Claims (8)

1. 所定の肉厚を有し、一方の面に、略半円柱状の突部が一体に形成されたベース層と、
   上記突部上に形成される発熱抵抗体と、
   上記発熱抵抗体の両側に形成される一対の電極とを備え、
   上記一対の電極間から臨む上記発熱抵抗体を発熱部とし、
   上記ベース層には、上記突部の反対側に、上記ベース層の他方の面側を開放した溝部が形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 上記溝部の天井面は、上記突部内に位置することを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
3. 上記溝部の天井面と上記突部の表面との肉厚は、上記溝部の天井面が上記突部の表面に倣って形成されることにより、略一定となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
4. 上記溝部の天井面と上記突部の表面との肉厚が略一定となっている領域の幅は、上記発熱部の幅と同じ又は広いことを特徴とする請求項３記載のサーマルヘッド。
5. 上記溝部は、上記天井面と上記側壁とがなすコーナ部が略円弧状の曲面で形成されていることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
6. 上記溝部の幅は、上記天井面側から開口端側に亘って略同じであることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
7. 上記溝部の幅は、上記天井面側から開口端側に向かって広くなることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
8. 所定の肉厚を有し、一方の面に、略半円柱状の突部が形成されたベース層と、上記突部上に形成される発熱抵抗体と、上記発熱抵抗体の両側に形成される一対の電極とを有し、上記一対の電極間から臨む上記発熱抵抗体を発熱部としたサーマルヘッドを備え、
   上記ベース層には、上記突部の反対側に、上記ベース層の他方の面側を開放した溝部が形成されていることを特徴とするプリンタ装置。

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