(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に伸びた発熱素子アレイを有する基板と、この基板が下面に固定され、上部に複数の放熱フィンが第１の方向に配列されたアルミ基板とを備えたサーマルヘッドの平面性測定装置において、
前記サーマルヘッドが載置される測定台と、
第１の方向に沿って所定間隔で配置されており、先端が発熱素子アレイ，基板又はアルミ基板に接触するように上下方向にスライド自在なプローブをそれぞれ有し、このプローブのスライド量に応じた測定信号を出力する複数のリニアゲージと、
前記各リニアゲージからの測定信号から、発熱素子アレイの第１の方向に沿った平面性を表す形状線を算出する演算手段と、
前記形状線を表示する表示手段とを設けたことを特徴とする発熱素子アレイの平面性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマルプリンタに用いられている発熱素子アレイの平面性を測定する測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーマルプリンタは、サーマルヘッドで発生する熱エネルギーで画像を記録紙に記録する。このサーマルヘッドは、多数の発熱素子をライン状に配列した発熱素子アレイが形成されている。
【０００３】
例えば、感熱プリンタでは、加熱によって直接に発色する感熱記録紙が用いられる。サーマルヘッドは、発熱素子アレイを感熱記録紙に圧接した状態で発熱させ、画像を１ラインずつ記録する。この１ラインを記録する場合に、各発熱素子は、感熱記録紙の特性曲線に基づいた熱エネルギーを発生して、これを感熱記録紙に与え、感熱記録紙上に仮想的に四角に区画した画素内にドットを記録する。このドットの濃度は、与えられた熱エネルギーに応じて決まる。
【０００４】
発熱素子から感熱記録紙に伝導される熱エネルギーは、発熱素子と感熱記録紙との接触圧に依存しており、接触圧が高いと濃度が高くなり、低いと濃度が低くなる。そこで、発熱素子アレイの長手において高精度な平面性を確保し、発熱素子を均一な接触圧で感熱記録紙に接触させることが必要である。
【０００５】
発熱素子アレイの平面性を測定するために、従来は図９に示す測定装置が用いられ、また発熱素子の湾曲を矯正して平面性を出すための調整機構がサーマルヘッドに設けられている。図９において、サーマルヘッド５０は、ヘッド本体５１と支持枠５２とから構成されている。
【０００６】
ヘッド本体５１は、図１０に示すように、下面に発熱素アレイ５３を形成したセラミック基板５４と、このセラミック基板５４を下面に取り付けたアルミ基板５５とを備えている。アルミ基板５５の上部には、アルミ基板５５の熱を放熱させるために、複数の放熱フィン５６が一定ピッチで形成されている。
【０００７】
各放熱フィン５６の上部には、調整用基準板５７が重ねられている。この調整用基準板５７は、例えば金属製で剛性が高く、また熱変形が少ない板部材になっている。図９に示されるように、調整用基準板５７は、２個の固定ネジ５８によってその長手方向の両端部が放熱フィン５６に固定される。また、この固定された両端部の間には、複数、例えば３個の雌ネジ５９が等間隔に設けられている。
【０００８】
調整ネジ６１は、調整用基準板５７の左端の雌ネジ５９に螺合され、図１１に示すように、その先端が放熱フィン５６の上面と当接する。調整ネジ６２，６３についても同様にして、中央及び右端の各雌ネジ５９に螺合され、対応する位置の放熱フィン５６の上面と当接する。
【０００９】
各調整ネジ６１〜６３は、調整用基準板５７から放熱フィン５６側に突出する方向（以下、押し出し方向という）に回されることにより、その調整ネジの先端部が放熱フィン５６の上面を下方（発熱素子アレイ側）に向けて押圧する。この押圧された放熱フィン５６の下側のセラミック基板５４は、アルミ基板５５を介して下方に突出するようにして変形される。また、調整ネジでセラミック基板５４を突出するように変形させた状態から、調整ネジを調整用基準板５７の背面側に引き出す方向（以下、引き戻し方向という）に回すと、下方に突出されたセラミック基板５４がヘッド本体５１の弾性で背面側に引き戻される。このようにして、３個の調整ネジ６１〜６３のそれぞれを押し出し方向または引き戻し方向に回転させることにより、セラミック基板５４上に形成された発熱素子アレイ５３の長手方向の変形を矯正する。
【００１０】
発熱素子アレイ５３の変形を矯正する際には、サーマルヘッド５０は、測定装置６５に載置される。測定装置６５は、支持枠５２がセットされる支持ブロック６６と、例えば３個の第１〜第３ダイヤルゲージ６７〜６９とから構成されている。各ダイヤルゲージ６７〜６９は、プローブ６７ａ〜６９ａが発熱素子アレイ５３に近接したセラミック基板５４の部分で、各調整ネジ６１〜６３の真下の部分に接触するようにして配されている。これらの各ダイアヤルゲージ６７〜６９は、適当に決められた基準水平レベルからのセラミック基板５４の高さを測定する。これにより、間接的に発熱素子アレイ５３の変形を知ることができる。
【００１１】
この測定装置６５で調整を行う場合には、まず両端の第１，第３ダイヤルゲージ６７，６９の数値が同じになるように、両端の調整ネジ６１，６３を回わす。次に中央の第２ダイヤルゲージ６８の数値を読み、この読み取った数値と第１，第３ダイヤルゲージ６７，６９の各数値とを基に、所定の計算式でセラミック基板５４の中央部の調整位置（突出量）を求める。そして、この得られた調整位置と合致するように、第２ダイヤルゲージ６８を読み取りながら調整ネジ６２を回して調整する。この後、第１，第３ダイヤルゲージ６７，６９の数値を読み取り、これらが一致するように再び調整ネジ６１，６３を調整する。この調整後に、第２ダイヤルゲージ６８の数値を再び読み取る。
【００１２】
第２ダイヤルゲージ６８の数値が所定値になっていれば調整が完了するが、所定値になっていない場合には、調整ネジ６２でセラミック基板５１の中央部の調整を行い、この後、調整ネジ６１，６３を調整してから第２ダイヤルゲージ６８の読み取りを行う。このような調整を繰り返し行って、中央部の突出量が両端部に対して例えば５０〜７０μｍの範囲となるように、セラミック基板５４の形状を調整する。セラミック基板５４の変形を矯正することにより、発熱素子アレイ５３の平面性が良好となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上記のような測定装置では、ダイヤルゲージの読み取りや計算等を行わなくてはならず、また繰り返し調整を行わなくてはならないので、調整作業が煩雑であった。また、発熱素子アレイの多数の部分での位置を測定して、高精度に調整しようとすると、調整がさらに煩雑になるため、高精度に調整することは実用上困難であった。
【００１４】
本発明は、発熱素子アレイの平面性の測定が簡単に行うことができる発熱素子アレイの平面性測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発熱素子アレイの平面性測定装置では、第１の方向に伸びた発熱素子アレイを有する基板と、この基板が下面に固定され、上部に複数の放熱フィンが第１の方向に配列されたアルミ基板とを備えたサーマルヘッドが載置される測定台と、
第１の方向に沿って所定間隔で配置されており、先端が発熱素子アレイ，基板又はアルミ基板に接触するように上下方向にスライド自在なプローブをそれぞれ有し、このプローブのスライド量に応じた測定信号を出力する複数のリニアゲージと、
前記各リニアゲージからの測定信号から、発熱素子アレイの第１の方向に沿った平面性を表す形状線を算出する演算手段と、
前記形状線を表示する表示手段とを設けたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、発熱素子アレイ，基板，またはアルミ基板に接触し、発熱素子アレイの高さに応じてスライドされる測定用のプローブを有するリニアゲージを発熱素子アレイの方向に並べて配置し、これらのリニアゲージから出力される測定信号に基づいて、発熱素子アレイの上下方向の形状を表示するから、発熱素子アレイの平面性の調整が簡単になるとともに、高精度な調整が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の平面性調整機構を備えたサーマルヘッドを示す図２において、サーマルヘッド１０は、ヘッド本体１１と支持枠１２とから構成されている。ヘッド本体１１は、図９に示されるヘッド本体５１と同様な構成であり、発熱素子アレイ１３が形成されたセラミック基板１４がアルミ基板１５の下面に固定されている。
【００１８】
アルミ基板１５には、発熱素子アレイ１３の伸びた方向に複数の放熱フィン１６が一定ピッチで形成されている。これらの放熱フィン１６のうちの両端及び中央部にあるものと、これらの間のいくつかの放熱フィン１６の上面１６ａには、それぞれ雌ネジ１７が設けられている。また、各雌ネジ１７の間隔は、発熱素子アレイ１３が伸びた方向に等間隔となっている。
【００１９】
各放熱フィン１６の上面１６ａには、細長な調整用基準板２０が配される。この調整用基準板２０は、熱変形が少ない材料のものが用いられ、また剛性が高くされている。放熱フィン１６の各雌ネジ１７に対峙する調整用基準板２０の部分には、雌ネジ１７よりも径の大きい雌ネジ２１が設けられている。各雌ネジ２１は、外側調整ネジ２２がそれぞれ螺合される。各外側調整ネジ２２は、その外周面にネジ山が形成され、また中央に貫通穴２２ａ（図１参照）が形成されている。この貫通穴２２ａには内側調整ネジ２３が挿通される。この内側調整ネジ２３の頭部は、貫通穴２２ａの径よりも大きくされており、外側調整ネジの頭部内の受け面２２ｂ（図１参照）と当接する。また、内側調整ネジ２３は、雄ネジが形成されている。これらの外側調整ネジ２２，内側調整ネジ２３，調整用基板２０，放熱フィン１６の各雌ネジ１７で発熱素子アレイ１３の平面性調整機構を構成している。
【００２０】
図１に示すように、調整用基準板２０の雌ネジ２１に螺合された各外側調整ネジ２２は、その先端が放熱フィン１６の上面１６ａと当接して、放熱フィン１６を下方へ押圧する。他方、内側調整ネジ２３は、外側調整ネジ２２の貫通穴２２ａに通した状態で放熱フィン１６の雌ネジ１７に螺合され、放熱フィン１６を引き上げて、その上面１６ａが外側調整ネジ２２の先端から離れないようにする。このようにして、外側調整ネジ２２による放熱フィン１６を下方に押す力と、内側調整ネジ２３による放熱フィン１６を上方に引く力とを与えておくことにより、発熱素子アレイ１３が上下のいずれの方向にも変形しないようにしている。
【００２１】
発熱素子アレイ１３の平面性を測定する測定装置を図３及び図４に示す。測定装置は、測定台３０と、ストローク換算ユニット３1 と、コンピュータ３２とからなる。測定台３０には、４個の支持ブロック３４が設けられており、支持枠１２を各支持ブロック３４に載せることにより、サーマルヘッド１０が測定台３０に水平にセットされる。なお、各支持ブロック３４には、支持枠１２を固定するためのクランプ等が設けられているが、図３ではこれを省略してある。
【００２２】
また、測定台３０には、複数、例えば７個のリニアゲージ３５が設けられている。これらのリニアゲージ３５は、セラミック基板１４の下面の高さ測定することにより、間接的に発熱素子アレイ１３の平面性を測定する。各リニアゲージ３５は、上方に向けて付勢されたスライド自在なプローブ３６を有しており、プローブ３６のストローク（スライド）により、適当に決められた基準水平レベルに対するセラミック基板１４の高さを測定する。
【００２３】
各リニアゲージ３５は、図５に示すように、プローブ３６が発熱素子アレイ１３に近接した位置で、各外側調整ネジ２２のほぼ真下のセラミック基板１４の部分（測定位置）に接触するように配されている。この測定位置の高さに応じて、プローブ３６が上下方向にスライドする。各リニアゲージ３５は、プローブ３６のストローク量に応じた信号レベルのストローク信号を発生する。なお、プローブ３６のストローク量に応じた個数のパルスを発生するリニアゲージを用いてもよい。
【００２４】
各リニアゲージ３５からのストローク信号は、ストローク換算ユニット装置３１に送られる。このストローク換算ユニット３１は、各ストローク信号をその信号レベルに応じて各プローブ３６のストローク量を表すストロークデータにそれぞれ変換する。この変換に際して、ストローク換算ユニット３１は、リニアゲージ３５の個体差、初期状態でのプローブ３６の高さのズレ等を補正し、基準水平レベルに対するストローク量を表すストロークデータを作成する。得られた各ストロークデータは、コンピュータ３２に送られる。
【００２５】
コンピュータ３２は、入力された各ストロークデータに基づいて、セラミック基板１４の平面性、すなわち発熱素子アレイ１３の平面性を表す形状線４０（図８参照）を内蔵したモニタ３７に表示する。図６の機能ブロック図に示すように、形状演算手段３２ａにストローク換算ユニット３１からの各ストロークデータが入力される。この形状演算手段３２ａは、７個のストロークデータから各測定位置間を補間して基準水平レベルに対する高さを表す曲線を算出する。この曲線を表す表示データはドライバ３２ｂを介してモニタ３７に送られる。このモニタ３７の表示は随時更新され、調整中の発熱素子アレイ１３の形状がリアルタイムで表示される。これにより、このモニタ３７の表示を観察しながら、発熱素子アレイ１３の形状を調整することができる。
【００２６】
次に上記構成の作用について、図７を参照しながら説明する。サーマルヘッド１０は、平面性調整機構が取り付けられた状態で、測定台３０に載置される。各リニアゲージ３５のプローブ３６は、セラミック基板１４の下面と接触し、その位置に応じて下方にスライドする。これにより、各リニアゲージ３５は、プローブ３６が押し下げられたときのストローク量に応じた信号レベルのストローク信号を発生する。
【００２７】
各リニアゲージ３５から出力されたストローク信号は、ストローク換算ユニット３１に送られ、基準水平レベルを基準とするセラミック基板１４の測定位置の高さを表すストロークデータに変換される。これらの各ストロークデータがコンピュータ３２に送られる。コンピュータ３２は、入力された各ストロークデータに基づいて、セラミック基板１４（発熱素子アレイ１３）の平面性を表す形状線を演算して求め、これをモニタ３７に表示する。
【００２８】
図８は、モニタ３７の表示の一例を示すものである。例えば、発熱素子アレイ１３の左端よりも右端の方が高い場合には、図８（ａ）に示すように、発熱素子アレイ１３の平面性を示す形状線４０の右端が左端よりも上方にずれた形状で表示される。ここで、図２の右端の外側調整ネジ２２を押し出し方向に回転し、左端の外側調整ネジ２２を引き出し方向に回転する。右端の外側調整ネジ２２を押し出し方向に回転させると、この外側調整ネジ２２の先端が右端の放熱フィン１６を下方に向けて押圧するため、セラミック基板１４とともに発熱素子アレイ１３が下側に突出するように変形される。このとき、セラミック基板１４の右端の測定位置に接触しているプローブ３６が下方にスライドされ、その分ストローク信号の信号レベルが大きくなるので、モニタ３７上の形状線４０の右端が下方に移動する。
【００２９】
また、左端の外側調整ネジ２２を引き出し方向に回転させると、その先端が上方へ移動するから、下方へ押し下げられていた放熱フィン１６が上方に変位する。これにより、セラミック基板１４とともに発熱素子アレイ１３が上方へ変形する。このときには、セラミック基板の右端部分に接触しているプローブ３６がリニアゲージ３５の付勢力で上方にスライドするから、その分ストローク信号の信号レベルが小さくなり、モニタ３７上の形状線４０の左端が上方に移動する。
【００３０】
例えば、図８（ａ）に示すように、形状線４０の左右端からは中央部に向かって伸びた水平な水平補助線４１ａ、４１ｂがそれぞれ表示されるので、図８（ｂ）に示すように、作業者は、これらの水平補助線４１ａ、４１ｂの高さが一致するように、左右端の外側調整ネジ２２を回転して、発熱素子アレイ１３の両端の高さを調整する。
【００３１】
モニタ３７には、発熱素子アレイ１３の所定の形状を表す形状補助曲線４２が表示されるから、この形状補助曲線４２と、形状線４０とが一致するように、各外側調整ネジ２２を押し出し方向、及び引き出し方向に回転して調整を行う。この調整後に、各外側調整ネジ２２に、内側調整ネジ２３をネジ込み外側調整ネジ２２の先端が放熱フィン１６の上面１６ａに押し当たるようにする。
【００３２】
なお、キーボード３８（図４参照）を操作することで、モニタ３７に表示される形状補助曲線の種類を切り換えるようにしておけば、発熱素子アレイ１３を簡単に各種の形状に合わせることもできる。
【００３３】
上記のようにして、発熱素子アレイ１３の平面性が調整されたサーマルヘッド１０は、測定台３０から取り外されて、感熱プリンタに組み込まれる。プリント時にサーマルヘッド１０の各発熱素子が発熱される。このときに、ヘッド本体１１のバイメタル効果により、発熱素子アレイ１３がヘッド本体１０の上下方向に変形して湾曲しようとする。しかし、ヘッド本体１１に対して、外側調整ネジ２２による放熱フィン１６ａを下側に押す力と、内側調整ネジ２３による放熱フィン１６ａを上側に引き戻す力とを与えてあるから、熱による変形が阻止される。したがって、記録中にも発熱素子アレイ１３の平面性が調整時と同じ状態に維持され、発熱素子アレイ１３の各部分の感熱記録紙への接触圧が均一となり、濃度ムラの発生を防止する。
【００３４】
上記実施形態では、放熱フィンの個数よりも外側調整ネジの個数を少なくしているが、全ての放熱フィンに対応させて外側調整ネジを設けてもよい。また、調整精度を上げるために、リニアゲージの個数を外側調整ネジの個数よりも多くしてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、セラミック基板の高さを測定しているが、プローブを発熱素子アレイに接触させて発熱素子アレイを測定してもよい。またアルミ基板にプローブを接触させ、発熱素子アレイの平面性を間接的に測定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を実施した調整機構を示す要部断面である。
【図２】サーマルヘッドの概略を示す斜視図である。
【図３】測定装置の測定台を示す斜視図である。
【図４】測定装置のストローク換算ユニットとコンピュータを示す斜視図である。
【図５】リニアゲージとヘッド本体の接触状態を示す説明図である。
【図６】測定装置の機能ブロック図である。
【図７】発熱素子アレイの平面性調整の手順を示すフローチャートである。
【図８】モニタの表示例を示す説明図である。
【図９】従来の測定装置を示す斜視図である。
【図１０】ヘッド本体の構造を示す斜視図である。
【図１１】従来の調整機構を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  サーマルヘッド
１１  ヘッド本体
１３  発熱素子アレイ
１４  セラミック基板
１６  放熱フィン
１６ａ  上面
１７，２１  雌ネジ
２０  調整用基準板
２２  外側調整ネジ
２３  内側調整ネジ
３０  測定台
３１  ストローク換算ユニット
３２  コンピュータ
３５  リニアゲージ
３６  プローブ
３７  モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003591834.tif 000008
【図８】
0003591834.tif 000009
【図９】
0003591834.tif 000010
【図１０】
0003591834.tif 000011
【図１１】
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