JP4360605B2 - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリやビデオプリンタ等の印画デバイスとして用いられるサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ファクシミリやビデオプリンタ等の印画デバイスとしてサーマルヘッドが用いられている。
【0003】
かかる従来のサーマルヘッドは、図5に示す如く、放熱板27の上面に、複数の発熱素子24を有したヘッド基板21を両面テープ28を介して載置した構造を有しており、外部の搬送手段を用いて感熱紙やインクフィルム等の感熱記録媒体をサーマルヘッドの表面に摺接させつつ発熱素子24上に搬送しながら、該発熱素子24を画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱記録媒体に伝導させることによって所定の画像を記録するようになっている。
【0004】
尚、前記放熱板27は、アルミニウムやSUS等の良熱伝導性の金属からなり、その上面でヘッド基板21を支持するとともに、ヘッド基板21の熱の一部を吸収し、これを外部に放出することによってヘッド基板21の温度が過度に高温となるのを有効に防止する作用を為す。
【0005】
また、前記ヘッド基板21−放熱板27間に介在される両面テープ28は、アクリル系樹脂等の比較的軟らかい材料により50μm〜150μmの厚みをもったシート状に形成されており、その上下に配されるヘッド基板21と放熱板27とを固着する作用を為す。
【0006】
【特許文献1】
特開平1−78860号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ヘッド基板21と放熱板27との間に介在される両面テープ28は、放熱板27を構成するアルミニウムやSUS等の金属材料よりも熱伝導率が小さいことから、ヘッド基板21に蓄積した熱が両面テープ28に蓄熱し易く、放熱板27へ伝導させる妨げとなり、サーマルヘッドを長時間にわたり使用した場合、ヘッド基板が過度に高温となって発熱素子24を所望する温度で発熱させることが困難となり、印画に濃度むらが形成されるおそれがあった。
【0008】
また上述の両面テープ28は比較的軟らかいため、プラテンローラからの押圧力がヘッド基板21に印加されると、ヘッド基板21が放熱板27側へ沈み込み、発熱素子24の位置がずれ、印画に歪みが形成される問題を誘発する。
【0009】
本発明は上記問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、ヘッド基板が過度に高温となることを有効に防止することができ、しかもヘッド基板を放熱板上に良好に固着しておくことが可能な高性能のサーマルヘッド、並びにサーマルプリンタを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、放熱板と、該放熱板の上面に載置されている、主走査方向に複数の発熱素子を配列しているヘッド基板とを有し、前記放熱板が、上下面のそれぞれに前記複数の発熱素子の配列に対して略平行に設けられている凹部と凸部とを副走査方向に交互に複数備えるとともに、前記上面に設けられている前記凹部内に充填されている接着材により前記ヘッド基板と前記放熱板とが固着されており、前記ヘッド基板が前記放熱板の前記凸部で支持されていることを特徴とするものである。
【0011】
また本発明のサーマルヘッドは、前記放熱板は、前記複数の発熱素子の配列領域の直下に前記凸部および前記凹部を複数備えていることが好ましい。
【0012】
更に本発明のサーマルヘッドは、前記凹部が副走査方向に10個/mm〜40個/mmの密度で設けられていることが好ましい。
【0013】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段と、サーマルヘッドを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0014】
本発明によれば、放熱板と、該放熱板の上面に載置されている、主走査方向に複数の発熱素子を配列しているヘッド基板とを有し、放熱板が、上下面のそれぞれに複数の発熱素子の配列に対して略平行に設けられている凹部と凸部とを副走査方向に交互に複数備えるとともに、上面に設けられている凹部内に充填されている接着材によりヘッド基板と放熱板とが固着されており、ヘッド基板が放熱板の凸部で支持されていることから、発熱素子の発熱に伴ってヘッド基板内に蓄積した熱が放熱板の凸部を介して良好に放熱板に伝達するようになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタを長時間にわたり使用したとしても、ヘッド基板が過度に高温となるのを有効に防止することができ、濃度むらの少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【0015】
しかもこの場合、ヘッド基板が放熱板の凸部によって良好に支持されることから、プラテンローラからの押圧力によってヘッド基板が放熱板側に大きく沈み込むことはなく、それ故、発熱素子の位置を良好に固定して歪みの少ない印画を形成することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【0020】
図1は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは大略的に放熱板7上にヘッド基板1を載置させ、両者を接着材8で固着した構造を有している。
【0021】
前記ヘッド基板1は、そのベースプレート2がアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料により形成されており、該ベースプレート2の上面には、部分グレーズ層3を介して複数の発熱素子4が被着・配列され、これらを支持する支持母材として機能する。
【0022】
前記ベースプレート2は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状に成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法等を採用することによってセラミックグリーンシートを形成し、これを矩形状に打ち抜いた上、高温で焼成することにより製作される。
【0023】
また前記ヘッド基板1の上面には、ガラス製の部分グレーズ層3がヘッド基板1の長手方向に帯状に被着され、その頂部付近には複数の複数の発熱素子4が設けられる。
【0024】
前記部分グレーズ層3は、例えば曲率半径1mm〜4mmの断面円弧状をなすように形成されており、その頂部の厚みは20μm〜160μmに設定される。
【0025】
この部分グレーズ層3は、低熱伝導性(熱伝導率:0.7W/m・K〜1.0W/m・K)のガラスにより形成されているため、その内部で発熱素子4の発する熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用、具体的には、発熱素子4の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用を為す。
【0026】
尚、前記部分グレーズ層2は、ガラス粉末に適当な有機溶剤を添加、混合して得た所定のガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等によってヘッド基板1の上面に帯状に印刷・塗布し、これを高温(900℃〜1200℃)で焼き付けることによって形成される。
【0027】
更に前記部分グレーズ層3の頂部付近に設けられる複数の発熱素子4は、例えば600dpi(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列されており、各々がTaNやTaSiO,TiSiO等の電気抵抗材料により形成されているため、その両端に電気的に接続される回路導体5を介して電源電力が印加されるとジュール発熱を起こし、記録媒体に印画を形成するのに必要な温度、例えば130℃〜350℃の温度となる。
【0028】
また前記発熱素子4に接続される回路導体5は、発熱素子4等に電力を供給する給電配線として機能するものであり、アルミニウムや銅等の金属材料により所定パターンに形成されている。
【0029】
尚、前記発熱素子4や回路導体5の形成は、従来周知の薄膜形成技術、例えばTaN等の電気抵抗材料とアルミニウムを主成分とする金属材料とをベースプレート2の上面に従来周知のスパッタリング等によって順次被着させ、これらのスパッタ膜を従来周知のフォトリソグラフィー技術やエッチング技術等を採用し所定パターンに加工することによって形成される。
【0030】
また上述した複数の発熱素子4や回路導体5の表面には保護膜6が被着され、このような保護膜6によって複数の発熱素子4や複数の回路導体5が共通に被覆されている。
【0031】
前記保護膜6は、窒化珪素(Si3N4)やサイアロン(Si-Al-O-N)等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱素子4や回路導体5を記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【0032】
このような保護膜6は、従来周知の薄膜形成技術、例えばスパッタリングを採用し、上述の無機質材料を発熱素子4や回路導体5等の上面に2μm〜20μmの厚みに被着させることにより形成される。
【0033】
そして、上述のヘッド基板1は、先に述べた如く、アルミニウムやSUS等の良熱伝導性の金属からなる放熱板7上に載置されている。
【0034】
前記放熱板7は、その上面でヘッド基板1を支持するとともに、ヘッド基板1の熱の一部を吸収し、これを外部に放出することによってヘッド基板1の温度が過度に高温となるのを有効に防止する作用を為すものであり、その上面には複数の凹部7aと複数の凸部7bとで構成される複数の凹凸が発熱素子4の配列に対して略平行となるように設けられている。
【0035】
前記凹部7aは、その内部に放熱板7とヘッド基板1とを強固に固着する接着材8が充填されており、放熱板7の少なくとも副走査方向両端部に位置するように配設されている。一方、前記凸部7bは少なくとも発熱素子4の直下に複数存在しており、ヘッド基板1を直接支持している。
【0036】
それ故、発熱素子4の発熱に伴ってヘッド基板1内に蓄積した熱が放熱板7の凸部7bを介して良好に放熱板7に伝達するようになり、サーマルヘッドやサーマルプリンタを長時間にわたり使用したとしても、ヘッド基板1が過度に高温となるのを有効に防止することができ、濃度むらの少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【0037】
しかもこの場合、ヘッド基板1が放熱板7の凸部7bによって良好に支持されることから、プラテンローラからの押圧力によってヘッド基板1が放熱板7側に大きく沈み込むことはなく、それ故、発熱素子4の位置を良好に固定して歪みが極めて少ない印画を形成することができる。
【0038】
その上、前記凸部7bは発熱素子4の直下に存在しているため、発熱素子4の熱が放熱板7に極めて伝達し易くなるとともに、ヘッド基板1の沈み込みによる発熱素子4の位置ずれをより確実に防止できるようになる。
【0039】
また放熱板7の凹部7aを発熱素子4の配列に対して略平行に配設したことから、発熱素子4の直下に位置する放熱板7の上面の高さが発熱素子4の配列方向に略等しくなり、ヘッド基板1の下面と放熱板7の上面との間に存在する接着材8の量のバラツキを小さくすることができる。従って、発熱素子4の配列方向に沿ってヘッド基板1から放熱板7への熱伝達特性を略均一に揃えることができ、これによって更に濃度むらの少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【0040】
このような凹部7aは、その幅が例えば25μm〜100μmに、副走査方向の密度が例えば10個/mm〜40個/mmにそれぞれ設定され、また凹部7aの底部と凸部7bの頂部との高低差は例えば25μm〜100μmに設定される。
【0041】
ここで、前記凹部7aの副走査方向の密度が10個/mmよりも小さいと、凸部7bの表面積が大きくなるため、ヘッド基板1と放熱板7との間に空気が入りやすくなり、ヘッド基板1から放熱板7に熱が伝達しにくくなる傾向にあり、一方、凹部7aの副走査方向の密度が40個/mmよりも大きいと、放熱板7の加工が難しくなる。従って、前記凹部7aの副走査方向の密度を10個/mm〜40個/mmに設定することが好ましい。また、凹部7aと凸部7bとの高低差は接着材8による蓄熱を有効に防止するために25μm〜49μmの範囲内に設定することが好ましい。
【0042】
そして、前記凹部7a内に充填される接着材8は、熱伝導性が良好なシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等を主成分とする接着材料により形成されており、ヘッド基板1と放熱板7とを強固に固定する作用を為す。かかる接着材8は、その内部にSiO2やAl2O3等の金属化合物からなるフィラーを10質量%〜60質量%含有させることにより、その熱伝導性を高めるようにしても良い。
【0043】
尚、上述した放熱板7は、例えばアルミニウムから成る場合、アルミニウムのインゴット(塊)を従来周知の金属加工法等によって所定形状に成形することによって製作される。またヘッド基板1と放熱板7との固定は、例えば得られた放熱板7の凹部7a内に、接着材8を構成する接着材料の前駆体を塗布するとともに、ヘッド基板1を放熱板7の上面に圧接させ、しかる後、上記前駆体を熱硬化させることによって行われる。
【0044】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図2に示す如く、サーマルヘッドTを駆動する駆動手段Cと、記録媒体をサーマルヘッドTの発熱素子4上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ10や搬送ローラ11a、11b、11c、11d等が配設される。
【0045】
前記駆動手段Cは、シフトレジスタやラッチ、スイッチングトランジスタ等を高密度に集積したドライバーICや該ドライバーICにストローブ信号やラッチ信号等の制御信号を供給する制御回路等からなり、制御信号に基づいてドライバーIC内のスイッチングトランジスタのオン・オフを切り換えることにより、発熱素子4の発熱を制御するようにしている。
【0046】
一方、搬送手段としてのプラテンローラ10は、SUS等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を3mm〜15mm程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドTの発熱素子4上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子4に対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子4の配列と直交する方向(図中の矢印方向)に搬送する。
【0047】
また前記搬送ローラ11a、11b、11c、11dは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドTに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ11a、11b、11c、11dと前述のプラテンローラ10とで記録媒体の走行を支持している。
【0048】
そして、これと同時に多数の発熱素子4を駆動手段Cの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
【0049】
尚、本発明は上述の実施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において種々の変更、改良等が可能である。
【0050】
例えば、上述の実施形態においては、ヘッド基板1の下面を放熱板7の凸部7aでもって直接支持するようにしたが、ヘッド基板1の下面と放熱板7の凸部7との間に接着材8が10μm以下の極めて薄い厚みで介在されていても良く、かかる場合であっても従来のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタに比べてヘッド基板1の温度状態を良好にするとともに、ヘッド基板1の沈み込みを有効に防止することができる。
【0051】
また上述の実施形態においては、放熱板7の凹部7aを溝状に形成するようにしたが、これに代えて、凹部7aを平面視状態で円形状や多角形状の窪みに成すようにしても構わない。
【0052】
また上述の実施形態において、図3に示す如く、前記発熱素子4の直下に放熱板7上の凸部7bを1個だけ存在させるようにしても良い。
【0053】
更に上述の実施形態において、放熱板7の凹部7aや凸部7bの表面粗さを算術平均粗さRaで10μm〜30μmの範囲内に設定しておけば、放熱板7の表面積を極めて大きくすることができ、ヘッド基板1の熱を放熱板7内に良好に吸収できるとともに、接着材8と放熱板7との接着強度を極めて高くすることができる。
【0054】
また更に上述の実施形態において、図4に示す如く、放熱板7の下面に凹部7c及び凸部7dを設けておけば、放熱板7の形成した時、放熱板7に反りが発生することを有効に防止することができる。尚、前記凹部7c及び凸部7dは、放熱板上の凹部7a及び凸部7bに対して略平行に設定することが好ましく、更にはその幅が25μm〜100μmに、深さが25μm〜100μmに、副走査方向の密度が10個/mm〜40個/mmにそれぞれ設定することが好ましい。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱板と、該放熱板の上面に載置されている、主走査方向に複数の発熱素子を配列しているヘッド基板とを有し、放熱板が、上下面のそれぞれに複数の発熱素子の配列に対して略平行に設けられている凹部と凸部とを副走査方向に交互に複数備えるとともに、上面に設けられている凹部内に充填されている接着材によりヘッド基板と放熱板とが固着されており、ヘッド基板が放熱板の凸部で支持されていることから、発熱素子の発熱に伴ってヘッド基板内に蓄積した熱が放熱板の凸部を介して良好に放熱板に伝達するようになる。従って、サーマルヘッドやサーマルプリンタを長時間にわたり使用したとしても、ヘッド基板が過度に高温となるのを有効に防止することができ、濃度むらの少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【0056】
しかもこの場合、ヘッド基板が放熱板の凸部によって良好に支持されることから、プラテンローラからの押圧力によってヘッド基板が放熱板側に大きく沈み込むことはなく、それ故、発熱素子の位置を良好に固定して歪みの少ない印画を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図である。
【図2】図1のサーマルヘッドを用いたサーマルプリンタの構成を示す図である。
【図3】本発明の他の実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図である。
【図4】本発明の他の実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図である。
【図5】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
1・・・ヘッド基板
2・・・ベースプレート
3・・・部分グレーズ層
4・・・発熱素子
5・・・回路導体
6・・・保護膜
7・・・放熱板
7a・・・凹部
7b・・・凸部
8・・・接着材
10・・・プラテンローラ
11a,11b,11c,11d・・・搬送ローラ
Claims (4)
- 放熱板と、該放熱板の上面に載置されている、主走査方向に複数の発熱素子を配列しているヘッド基板とを有し、
前記放熱板が、上下面のそれぞれに前記複数の発熱素子の配列に対して略平行に設けられている凹部と凸部とを副走査方向に交互に複数備えるとともに、
前記上面に設けられている前記凹部内に充填されている接着材により前記ヘッド基板と前記放熱板とが固着されており、
前記ヘッド基板が前記放熱板の前記凸部で支持されていることを特徴とするサーマルヘッド。 - 前記放熱板は、前記複数の発熱素子の配列領域の直下に前記凸部および前記凹部を複数備えていることを特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。
- 前記凹部は、副走査方向に10個/mm〜40個/mmの密度で設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のサーマルヘッド。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段と、前記サーマルヘッドを駆動する駆動手段とを備えたサーマルプリンタ。
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