JP5273785B2 - サーマルヘッドおよびプリンタ - Google Patents

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Description

本発明は、サーマルヘッドおよびプリンタに関するものである。
従来、小型ハンディターミナルに代表される小型情報機器端末に多く搭載されるサーマルプリンタに用いられ、印画データに基づいて複数の発熱素子を選択的に駆動することによって感熱記録媒体に印画を行うためのサーマルヘッドが知られている(例えば、特許文献1参照)。
サーマルヘッドの高効率化においては、発熱抵抗体の発熱部の下層に断熱層を形成する方法がある。発熱部の下層に断熱層を形成することにより、発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱部上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱部下方の蓄熱層に伝達される下方伝達熱量よりも大きくなるので、印字時に必要とされるエネルギー効率が良好となる。特許文献1に記載のサーマルヘッドは、発熱抵抗体の発熱部の下方の層に空洞部が設けられており、この空洞部を中空断熱層として機能させることで、下方電熱量より上方電熱量を大きくしエネルギー効率の向上を図っている。
また、サーマルヘッドを搭載するプリンタにおいては、プラテンローラにより、所定の押圧力で感熱紙が発熱部上方の耐摩耗層表面のヘッド部分に押し付けられるようになっている。そのため、サーマルヘッドは、上述したように印字品質を向上させる発熱効率が求められるとともに、プラテンローラによる押圧力に耐える強度が求められている。
特開平6−166197号公報
しかしながら、特許文献1に記載のサーマルヘッドの中空断熱層は、空洞部の中心位置が発熱部の中心位置とほぼ一致し、空洞部が占める領域内に発熱部が収まるほどの大きさになっているため、発熱部に外部荷重が加わると、蓄熱層の中央部におけるたわみが大きくなる。特に、紙詰まりのような場合に蓄熱層のたわみが過大となって、破損する可能性がある。また、プラテンローラの押圧力により、蓄熱層にたわみが生じると、感熱紙と前記ヘッド部分との接触状態が悪くなって接触圧力が低下し、感熱紙に熱が伝わりにくくなるという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱効率の向上と外部荷重に対する強度の向上とを実現させたサーマルヘッドおよび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、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、基板と、該基板の表面に接合された蓄熱層と、該蓄熱層上に設けられ、紙送り機構から送り出される印刷対処物に印字を行う発熱部を形成する発熱抵抗体とを備え、前記基板の前記表面および前記蓄熱層の前記基板側の面の少なくともいずれか一方の前記発熱抵抗体に対向する領域に凹部が設けられ、該凹部により前記基板と前記蓄熱層との間に形成される空洞部における前記印刷対象物の送り方向に直交する方向に沿う中心線が、前記発熱抵抗体の発熱部における前記印刷対象物の送り方向に直交する方向に沿う中心線に対してずれているサーマルヘッドを提供する。
本発明によれば、空洞部を中空断熱層として機能させることで、発熱抵抗体で発生した熱が蓄熱層を介して基板へ伝わるのを抑制することができる。これにより、発熱抵抗体の上方へと伝導されて印字等に利用される熱量が大きくなり、発熱効率の向上を図ることができる。
発熱抵抗体に感熱紙等の印刷対象物を押し付けるプラテンローラの中心軸は発熱抵抗体の中心線にほぼ一致させられるので、発熱抵抗体の中心線上にもっとも大きな外部荷重が加わる。本発明によれば、空洞部の中心線が発熱抵抗体の中心線に対してずれているので、空洞部を覆う蓄熱層にかかる外部荷重は、空洞部の中心線上に対してずれた位置に作用する。すなわち、空洞部のいずれかの縁に近い位置に外部荷重が作用するので、空洞部の中心線上に作用する場合と比較して、発熱抵抗体を支える蓄熱層のたわみ量を小さくすることができる。これにより、外部荷重に対する強度を高めることができる。
本発明は、上記本発明のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に印刷対象物を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタを提供する。
本発明によれば、サーマルヘッドの発熱効率が高く、印刷物への印字時の消費電力を低減させることができる。また、加圧機構の押圧力に対する蓄熱層のたわみ量が小さく、発熱抵抗体を印刷対象物に確実に接触させて熱を伝えることができる。したがって、少ない電力で印字品質に優れた印刷を行うことができる。
上記発明においては、前記加圧機構による前記印刷対象物の送り方向との関係で、前記サーマルヘッドの前記空洞部の前記中心線が前記発熱抵抗体の発熱部の前記中心線より前記送り方向前方に位置し、前記空洞部の前記送り方向後方の端部が前記発熱抵抗体に対向する領域内に配置されていることとしてもよい。
このように構成することで、加圧機構による発熱抵抗体のほぼ中心にかかる荷重に対して、発熱抵抗体を支える空洞部の上方の蓄熱層は、発熱抵抗体の中心線上より送り方向の前方に行くほどたわみ易くなる。したがって、印刷対象物と発熱抵抗体との接触圧力が小さくなり、プリンタの電力OFF後の尾引きを抑制することができる。なお、尾引きとは、電力OFF後にサーマルヘッドの余熱により、印字されるべき領域の後続する部分に、印字データでは印字が指示されていないにも拘わらず印字される現象である。
また、上記発明においては、前記加圧機構による前記印刷対象物の送り方向との関係で、前記サーマルヘッドの前記空洞部の前記中心線が前記発熱抵抗体の発熱部の前記中心線より送り方向後方に位置し、前記空洞部の前記送り方向前方の端部が前記発熱抵抗体に対向する領域内に配置されていることとしてもよい。
このようにすることで、加圧機構による発熱抵抗体のほぼ中心にかかる荷重に対して、発熱抵抗体を支える空洞部の上方の蓄熱層は、発熱抵抗体の中心線上より送り方向の前方に行くほどたわみにくくなる。例えば、プラテンローラのような加圧機構の回転によって印刷対象物が送り出されることで、発熱抵抗体にかかる荷重が中心より送り方向前方に移動する場合がある。本発明によれば、このような発熱抵抗体の送り方向前方にかかる荷重に対する蓄熱層のたわみをより小さくすることができる。
本発明によれば、発熱効率の向上と外部荷重に対する強度の向上とを実現することができるという効果を奏する。
以下、本発明の一実施形態に係るサーマルヘッド1およびサーマルプリンタ(プリンタ)10について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ10は、図1に示すように、本体フレーム11と、水平配置されるプラテンローラ13と、プラテンローラ13の外周面に対向配置されるサーマルヘッド1と、サーマルヘッド1を支持している放熱板15と(図3参照)、プラテンローラ13とサーマルヘッド1との間に感熱紙12等の印刷対象物を送り出す紙送り機構17と、サーマルヘッド1を感熱紙12に対して所定の押圧力で押し付ける加圧機構19とを備えている。
プラテンローラ13は、加圧機構19の作動により、サーマルヘッド1および感熱紙12が押し付けられるようになっている。これにより、プラテンローラ13の荷重が感熱紙12を介してサーマルヘッド1に加えられるようになっている。
放熱板15は、例えば、アルミ等の金属、樹脂、セラミックスまたはガラス等からなる板状部材であり、サーマルヘッド1の固定および放熱を目的とするものである。
サーマルヘッド1は、図2に示すように板状をなしており、図3の断面図(図2のA−A矢視断面図)に示すように、放熱板15に固定されている矩形状の支持基板(基板)3と、支持基板3の表面に接合された蓄熱層5と、蓄熱層5上に設けられた複数の発熱抵抗体7と、発熱抵抗体7に接続された電極部8A,8Bと、発熱抵抗体7および電極部8A,8Bを覆い磨耗や腐食から保護する保護膜9とを有している。なお、図2において、矢印Yは、紙送り機構17による感熱紙12の送り方向を示している。
支持基板3は、例えば、ガラス基板やシリコン基板等の絶縁性の基板である。支持基板3の蓄熱層5側の表面には、長手方向に延びる矩形状の凹部2が形成されている。
蓄熱層5は、厚さ10〜50μm程度の薄板ガラスによって構成されている。この蓄熱層5と支持基板3との接合には、支持基板3がガラス基板の場合は熱融着が用いられる。また、支持基板3がシリコン基板の場合は陽極接合が用いられる。
支持基板3と蓄熱層5との間には、支持基板3の凹部2が蓄熱層5によって覆われることにより空洞部(以下、空洞部を「中空断熱層」という。)4が形成されている。中空断熱層4は、蓄熱層5から支持基板3への熱の流入を抑制する断熱層として機能するものであり、全ての発熱抵抗体7に対向する連通構造を有している。空洞部を断熱層として機能させることで、発熱抵抗体7で発生した熱が蓄熱層5を介して支持基板3へ伝わるのを抑制することができる。これにより、発熱抵抗体7の上方へと伝導されて印字等に利用される熱量が大きくなり、発熱効率の向上が図られるようになっている。
発熱抵抗体7は、蓄熱層5の上端面において、それぞれ凹部2を幅方向に跨ぐように設けられ、凹部2の長手方向に所定の間隔をあけて配列されている。すなわち、各発熱抵抗体7は、蓄熱層5を挟んで中空断熱層4に対向して設けられ、中空断熱層4上に位置するように配置されている。
電極部8A,8Bは、発熱抵抗体7を発熱させるためのものであり、各発熱抵抗体7の配列方向に直交する方向の一端に接続される共通電極8Aと、各発熱抵抗体7の他端に接続される個別電極8Bとから構成されている。共通電極8Aは、全ての発熱抵抗体7に一体的に接続されている。
個別電極8Bに選択的に電圧を印加すると、選択された個別電極8Bとこれに対向する共通電極8Aとが接続されている発熱抵抗体7に電流が流れて発熱抵抗体7が発熱するようになっている。この状態で、加圧機構19の作動により、発熱抵抗体7の発熱部分を覆う保護膜9の表面部分(印字部分)に感熱紙12を押し付けることで、感熱紙12が発色して印字されるようになっている。
なお、各発熱抵抗体7のうち実際に発熱する部分(以下、発熱部分を「発熱部7A」という。)は、発熱抵抗体7に電極部8A,8Bが重なっていない部分、すなわち、発熱抵抗体7のうち共通電極8Aの接続面と個別電極8Bの接続面との間の領域であって、中空断熱層4のほぼ真上に位置する部分である。
本実施形態に係るサーマルヘッド1においては、保護膜9側から見て、中空断熱層4の領域が、対向する発熱部7Aの領域より大きく、発熱部7Aが中空断熱層4の領域内に配置されている。また、中空断熱層4の中心線が発熱抵抗体7の中心線X、すなわち、発熱部7Aの中心線Xに対してずれて配置されている。
具体的には、中空断熱層4の中心線が発熱部7Aの中心線Xより感熱紙12の送り方向Y前方に位置している。なお、中空断熱層4の中心線および発熱部7Aの中心線Xとは、それぞれ保護膜9側から見て、発熱部7Aの表面の中心位置または中空断熱層4の表面の中心位置を通り、感熱紙12の送り方向Yに直交する方向(支持基板3の長手方向)に並行する線をいう。
以下、発熱部7Aの中心線Xを基準として、中心線Xから発熱部7Aの感熱紙送り方向Y前方の端部(以下「前方端部」という。)7aまでの距離をLh1とし、中心線Xから発熱部7Aの感熱紙送り方向Y後方の端部(以下「後方端部」という。)7bまでの距離をLh2とする。発熱部7AはLh1=Lh2の関係となっている。また、発熱部7Aの中心線Xから中空断熱層4の感熱紙送り方向Y前方の端部(以下「前方端部」という。)4aまでの距離をLc1とし、中心線Xから中空断熱層4の感熱紙送り方向Y後方の端部(以下「後方端部」という。)4bまでの距離をLc2とする。中空断熱層4と発熱部7Aは、Lc1>Lc2、Lc1>Lh1、Lc2>Lh2の関係となっている。
以下、このように構成されたサーマルプリンタ10におけるサーマルヘッド1に作用するプラテンローラ13の荷重と蓄熱層5のたわみとの関係について、図4(a)〜(d)を参照して説明する。
プラテンローラ13の荷重Wと蓄熱層5のたわみvの関係は、
(式1)v=(W/48EI)×K(3L−4K
で表される。(式1)において、Lは中空断熱層4の感熱紙送り方向長さ、Kは中空断熱層4の前方端部7aからの距離、Eは蓄熱層5の材料のヤング率、Iは蓄熱層5の断面2次モーメント(断面形状によって決まる量)である。
また、(式2)x=L/2のとき、蓄熱層5のたわみ量が最大となる。すなわち、蓄熱層5の中心に外部荷重がかかったときたわみ量が最大となる。なお、図4(a)〜(d)では発熱抵抗体7および保護膜9を省略している。
プラテンローラ13の中心軸は発熱抵抗体7の中心線X(発熱部7Aの中心線X)にほぼ一致させられるので、発熱部7Aの中心線X上にもっとも大きな外部荷重が加わる。中空断熱層4の中心線が発熱部7Aの中心線Xに対してずれているので、中空断熱層4を覆う蓄熱層5にかかる外部荷重は、中空断熱層4の中心線上に対してずれた位置に作用する。
すなわち、プラテンローラ13の外部荷重が中空断熱層4の縁に近い位置、具体的には、中空断熱層4の感熱紙送り方向Y後方に作用するので、外部荷重が中空断熱層4の中心線上に作用する場合と比較して、発熱抵抗体7を支える蓄熱層5のたわみ量を小さくすることができる。これにより、蓄熱層5の外部荷重に対する強度を高めることができる。したがって、例えば、紙詰まり等により蓄熱層にかかる荷重が大きくなったとしても、蓄熱層が破損するのを防ぐことができる。
以上説明したように、本実施形態に係るサーマルヘッド1およびサーマルプリンタ10によれば、発熱部7Aを中空断熱層4の領域内に配置することで、発熱部7Aの下方へ伝導される熱量より上方へと伝導される熱量を大きくし、高い発熱効率を得ることができる。また、中空断熱層4の中心線を発熱部7Aの中心線Xに対してずらして配置することで、発熱抵抗体7を支える中空断熱層4の蓄熱層5のたわみ量を小さくし外部荷重に対する強度を高めることができる。これにより、発熱効率の向上と外部荷重に対する強度の向上とを実現することができる。
また、サーマルヘッド1の発熱効率が高いので、感熱紙12への印字時の消費電力を低減させることができる。また、プラテンローラ13の押圧力に対する蓄熱層5のたわみ量が小さいので、発熱抵抗体7を感熱紙12に確実に接触させて熱を伝えることができる。したがって、少ない電力で印字品質に優れた印刷を行うことができる。
なお、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、発熱部7Aを中空断熱層4の領域内に配置することとしたが、第1の変形例に係るサーマルヘッド101は、図5および図6に示すように、中空断熱層4の前方端部4aが発熱部7Aの領域外に配置され、後方端部4bが発熱部7Aの領域内に配置されていることとしてもよい。この場合、中空断熱層4と発熱部7Aは、Lc1>Lc2、Lc1>Lh1、Lc2<Lh2の関係となっている。
発熱部7Aの後方端部7bを支持基板3で直接支え、前方端部7aを中空断熱層4で支えることで、プラテンローラ13による発熱抵抗体7のほぼ中心にかかる荷重に対して、発熱部7Aを支える中空断熱層4の上方の蓄熱層5は、発熱部7Aの中心線X上より感熱紙送り方向Y前方に行くほどたわみ易くなる。したがって、感熱紙12と発熱抵抗体7との接触圧力が小さくなり、サーマルプリンタ10の電力OFF後の尾引きを抑制することができる。
また、第2の変形例に係るサーマルヘッド201は、図7に示すように、中空断熱層4の中心線が発熱部7Aの中心線Xより感熱紙送り方向Y後方に位置し、発熱部7Aが中空断熱層4の領域内に配置されていることとしてもよい。この場合、中空断熱層4と発熱部7Aは、Lc1<Lc2、Lc1>Lh1、Lc2>Lh2の関係となっている。
印刷時はプラテンローラ13の回転によって感熱紙12が送り方向Y側に移動することで、プラテンローラ13の荷重が発熱部7Aの中心線Xより感熱紙送り方向Y前方に移動することがある。例えば、感熱紙12の移動速度が小さいと発熱部7Aの略中心付近に外部荷重が加わり、感熱紙12の移動速度が大きいと発熱部7Aの中心線Xより感熱紙送り方向Y前方に大きな外部荷重が加わる傾向がある。発熱部7Aの前方端部7a側を支える中空断熱層4の領域を小さくすることで、感熱紙12の移動速度に関わらず、プラテンローラ13の荷重がかかる領域の蓄熱層5のたわみ量を効果的に小さくし、外部荷重に対する強度をより高めることができる。
また、第3の変形例に係るサーマルヘッド301は、図8に示すように、中空断熱層4の中心線が発熱部7Aの中心線Xより感熱紙送り方向Y後方に位置し、中空断熱層4の前方端部4aが発熱部7Aの領域内に配置され、後方端部4bが発熱部7Aの領域外に配置されていることとしてもよい。この場合、中空断熱層4と発熱部7Aは、Lc1<Lc2、Lc1<Lh1、Lc2>Lh2の関係となっている。
発熱部7Aの前方端部7aを支持基板3で直接支え、後方端部7aを中空断熱層4で支えることで、プラテンローラ13による発熱抵抗体7のほぼ中心にかかる荷重に対して、発熱部7Aを支える中空断熱層4の上方の蓄熱層5は、発熱部7Aの中心線X上より感熱紙送り方向Y前方に行くほどたわみにくくなる。したがって、図9に示すように、プラテンローラ13の回転によって感熱紙12が送り出されることで発熱抵抗体7の中心より感熱紙送り方向Y前方にかかる荷重に対して、蓄熱層5のたわみをより小さくすることができる。
また、第4の変形例に係るサーマルヘッド401は、図10および図11に示すように、保護膜9側から見て、中空断熱層4の領域を発熱部7Aの領域より小さくしてもよい。また、中空断熱層4が発熱部7Aの領域内に配置され、中空断熱層4の中心線が発熱部7Aの中心線Xより感熱紙送り方向Y前方に位置することとしてもよい。この場合、中空断熱層4と発熱部7Aは、Lc1>Lc2、Lc1<Lh1、Lc2<Lh2の関係となっている。
このようにすることで、中空断熱層4の領域を発熱部7Aの領域より大きくした場合と比較して、プラテンローラ13による外部荷重に対する蓄熱層5の強度を向上させることができる。
また、第5の変形例に係るサーマルヘッド501は、図12に示すように、保護膜9側から見て、中空断熱層4の領域が発熱部7Aの領域より小さく、中空断熱層4が発熱部7Aの領域内に配置され、中空断熱層4の中心線が発熱部7Aの中心線Xより感熱紙送り方向Y後方に位置することとしてもよい。この場合、中空断熱層4と発熱部7Aは、Lc1<Lc2、Lc1<Lh1、Lc2<Lh2の関係となっている。
このようにすることで、中空断熱層4の領域を発熱部7Aの領域より大きくした場合と比較して、発熱部7Aの中心より前方にかかる荷重に対する蓄熱層5の強度を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態においては、支持基板3の蓄熱層5側の面に凹部2を形成することとしたが、支持基板3の表面および蓄熱層5の支持基板3側の面の少なくともいずれか一方の発熱抵抗体7に対向する領域に凹部2を形成することとすればよい。
本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタの概略構成図である。 図1のサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 図2のサーマルヘッドのA−A矢視断面図である。 (a)はプラテンローラの荷重が蓄熱層の中心に加わる様子を示す縦断面図であり、(b)は(a)の場合に蓄熱層がたわむ様子を示す縦断面図であり、(c)はプラテンローラの荷重が蓄熱層の中心に対してずれた位置に作用する様子を示す縦断面図であり、(d)は(c)の場合に蓄熱層がたわむ様子を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の変形例1に係るサーマルヘッドの縦断面図である。 プラテンローラにより図5のサーマルヘッドに感熱紙が押し付けられる様子を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の変形例2に係るサーマルヘッドの縦断面図である。 本発明の一実施形態の変形例3に係るサーマルヘッドの縦断面図である。 プラテンローラにより図8のサーマルヘッドに感熱紙が押し付けられる様子を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態の変形例4に係るサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 図10のサーマルヘッドのB−B矢視断面図である。 本発明の一実施形態の変形例5に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
符号の説明
1,101,201,301,401,501 サーマルヘッド
2 凹部
3 支持基板(基板)
4 中空断熱層(空洞部)
5 蓄熱層
7 発熱抵抗体
10 サーマルプリンタ(プリンタ)

Claims (4)

  1. 基板と、
    該基板の表面に接合された蓄熱層と、
    該蓄熱層上に設けられ、紙送り機構から送り出される印刷対処物に印字を行う発熱部分を形成する発熱抵抗体とを備え、
    前記基板の前記表面および前記蓄熱層の前記基板側の面の少なくともいずれか一方の前記発熱抵抗体に対向する領域に凹部が設けられ、該凹部により前記基板と前記蓄熱層との間に形成される空洞部における前記印刷対象物の送り方向に直交する方向に沿う中心線が、前記発熱抵抗体の発熱部分における前記印刷対象物の送り方向に直交する方向に沿う中心線に対してずれているサーマルヘッド。
  2. 請求項1に記載のサーマルヘッドと、
    該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に印刷対象物を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタ。
  3. 前記加圧機構による前記印刷対象物の送り方向との関係で、前記サーマルヘッドの前記空洞部の前記中心線が前記発熱抵抗体の発熱部分の前記中心線より前記送り方向前方に位置し、前記空洞部の前記送り方向後方の端部が前記発熱抵抗体に対向する領域内に配置されている請求項2に記載のプリンタ。
  4. 前記加圧機構による前記印刷対象物の送り方向との関係で、前記サーマルヘッドの前記空洞部の前記中心線が前記発熱抵抗体の発熱部の前記中心線より送り方向後方に位置し、前記空洞部の前記送り方向前方の端部が前記発熱抵抗体に対向する領域内に配置されている請求項2に記載のプリンタ。
JP2008258696A 2008-10-03 2008-10-03 サーマルヘッドおよびプリンタ Expired - Fee Related JP5273785B2 (ja)

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