(57)【要約】【課題】  熱効率が高く、熱応答性が良好な記録ヘッドを提供する。【解決手段】  サーマルヘッド５は、基板２６、部分グレーズ２７ａ、発熱素子アレイ２８、放熱板３６を有している。基板２６と放熱板３６の間には、密閉された空間３７が形成されており、この空間３７には熱伝導性の高い磁性流体３８が封入されている。磁性流体３８は、発熱素子アレイ２８が発する熱を放熱板３６に伝達する第１位置と、放熱板３６に伝達しない第２との間で変位する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に発熱素子が設けられた素子基板と、この素子基板の他方の面に取り付けられた放熱部材とからなり、前記発熱素子を発熱させて画像を記録する記録ヘッドにおいて、  前記素子基板と前記放熱部材との間に形成された空間内に収納され前記素子基板と略平行な方向に移動可能であり、前記素子基板の熱を前記放熱部材へ伝える伝熱体と、
前記素子基板の一部を挟んで前記発熱素子と対向する第１位置と、前記第１位置から退避して前記発熱素子から遠ざかる第２位置との間で、前記伝熱体を移動させる伝熱体移動手段とを有することを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】
前記伝熱体移動手段は、前記発熱素子の非通電時には、前記伝熱体を前記第１位置に移動させ、前記発熱素子の通電時には、前記伝熱体を前記第２位置に移動させることを特徴とする請求項１記載の記録ヘッド。
【請求項３】
前記伝熱体は磁性体であり、前記伝熱体移動手段は磁界を発生させて前記磁性体を移動させる磁界発生手段であることを特徴とする請求項１または２記載の記録ヘッド。
【請求項４】
前記磁性体は、流体であることを特徴とする請求項３記載の記録ヘッド。
【請求項５】
加熱により自己発色する感熱記録紙に対して前記発熱素子を圧接して画像を熱記録する感熱プリンタに用いられることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つ記載の記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子を発熱させて画像を記録する記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の発熱素子を主走査方向に沿ってライン状に配列した発熱素子アレイを有し、この発熱素子アレイを、副走査方向に搬送される感熱記録紙に圧接して１ラインずつ画像を熱記録するサーマルヘッドが知られている。サーマルヘッドは、発熱素子が形成される素子基板としては、例えば、耐熱性の高いセラミック基板が用いられる。このセラミック基板の一方の面に、グレーズドガラスによってグレーズ層が形成され、このグレーズ層の上に発熱素子が配置される。グレーズ層の一部は、主走査方向に沿ってシリンドリカル突条に隆起されており、この隆起部分は部分グレーズと呼ばれる。複数の発熱素子は高温に達するので、この熱を放熱するために前記セラミック基板の他方の面には、放熱性の高いアルミ板などの放熱部材が取り付けられる。
【０００３】
このサーマルヘッドの消費電力は、プリンタの消費電力の大半を占めており、プリンタの省電力化を図る上で、サーマルヘッドの省電力化は重要な課題となっている。サーマルヘッドを省電力化するためには、発熱素子が発生した熱のうち、感熱記録紙に伝えられる熱の割合である熱効率を改善することが考えられる。
【０００４】
熱効率は、セラミック基板から放熱部材へ熱を逃げにくくすれば（放熱部材への熱抵抗を大きくすれば）、その分発熱素子の熱が感熱記録紙に振り向けられることになるので、向上する。例えば、特許文献１に記載のサーマルヘッドでは、グレーズ層に多数の微小な空洞を設けることによりグレーズ層の熱伝導率を低くして、放熱部材への熱抵抗を大きくしている。
【０００５】
このように放熱性能を下げれば、確かに熱効率は改善されるものの、発熱素子への通電を停止した後の温度低下に時間がかかってしまう。温度低下に時間がかかり、１ラインの記録周期内に所定温度まで下がりきらないと、例えば、あるラインを記録するために発生した熱エネルギーが次ラインまで持ち越されてしまい、いわゆる熱尾引き現象が発生する。熱尾引き現象が発生すると、色がにじんだり、輪郭がぼやけるなど画像が不鮮明となり、画質の低下を招く。
【０００６】
そこで、下記特許文献２に記載されたサーマルヘッドでは、蓄熱部材（グレーズ層）と、素子基板との間に圧電素子を設け、この圧電素子の厚みを変化させ、圧電素子の上面を蓄熱部材と接触させたり離すことで、放熱性を可変にしている。これにより、発熱素子への通電時には放熱性能を下げて熱効率を上げるとともに、発熱素子への通電を停止した時には、放熱性能を上げて温度低下を早くすることを試みている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１９２５２６号公報
【特許文献２】特開平９−１２３５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載されたサーマルヘッドでは、蓄熱部材と素子基板とを接続するのが圧電素子とスペーサだけであるため、接触面積が小さく、放熱性能が十分に高まらない。よって、上述した熱尾引き現象が生じ、画質が低下するおそれがある。また、サーマルヘッドの構造が複雑化するとともに、各構成要素を精密に製作して正確に配置する必要があり、製造コストが上昇するという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を考慮したものであり、熱効率が高く、熱応答性が良い簡易な構造の記録ヘッド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】
【００１０】
本発明は、一方の面に発熱素子が設けられた素子基板と、この素子基板の他方の面に取り付けられた放熱部材とからなり、前記発熱素子を発熱させて画像を記録する記録ヘッドに関し、前記素子基板と前記放熱部材との間に形成された空間内に収納され前記素子基板と略平行な方向に移動可能であり、前記素子基板の熱を前記放熱部材へ伝える伝熱体と、前記素子基板の一部を挟んで前記発熱素子と対向する第１位置と、前記第１位置から退避して前記発熱素子から遠ざかる第２位置との間で、前記伝熱体を移動させる伝熱体移動手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
前記伝熱体移動手段は、前記発熱素子の非通電時には、前記伝熱体を前記第１位置に移動させ、前記発熱素子の通電時には、前記伝熱体を前記第２位置に移動させることが好ましい。
【００１２】
前記伝熱体は磁性体であり、前記伝熱体移動手段は磁界を発生させて前記磁性体を移動させる磁界発生手段であることが好ましい。さらに、前記磁性体は、流体であることが好ましい。
【００１３】
記録ヘッドは、加熱により自己発色する感熱記録紙に対して前記発熱素子を圧接して画像を熱記録する感熱プリンタに用いられられるのが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の記録ヘッドによれば、発熱素子が設けられた素子基板と放熱部材との間に形成された空間内に収納され、素子基板と略平行な方向に移動可能であり、素子基板の熱を放熱部材へ伝える伝熱体と、素子基板の一部を挟んで発熱素子と対向する第１位置と、第１位置から退避して発熱素子から遠ざかる第２位置との間で、伝熱体を移動させる伝熱体移動手段とを有するので、発熱素子の通電時には伝熱体を第２位置に移動して放熱性能を下げ、非通電時には伝熱体を第１位置に移動して放熱性能を上げることができる。これにより、発熱素子の通電時に、熱効率が高く、熱応答性が良好に（温度上昇がはやく）なり、また、発熱素子の非通電時に、熱応答性が良好に（温度下降がはやく）なる。
【００１５】
記録ヘッドの熱効率を高くすることができれば、消費電力を小さくすることができ、プリンタの小型化、低価格化につながる。また、記録ヘッドの熱応答性を良好にすることができれば、記録材料には画質の良好な画像が記録される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に示すように、感熱プリンタ２には、給紙ローラ３、搬送ローラ４、サーマルヘッド５、プラテンローラ６、光定着器７、システムコントローラ８、排紙ローラ９、カッタ１０、排出口１１が設けられている。また、感熱プリンタ２には、長尺のカラー感熱記録紙１２（以下、記録紙１２）をロール状に巻いた記録紙ロールが装填されている。
【００１７】
給紙ローラ３は、記録紙ロールの外周に当接して、記録紙１２を搬送路へ引き出す。搬送ローラ４は、正回転することで記録紙１２を送り方向へ搬送し、逆回転することで記録紙１２を戻し方向へ搬送する。給紙ローラ３及び搬送ローラ４は図示しないモータによって駆動され、このモータはシステムコントローラ８によって制御されている。
【００１８】
サーマルヘッド５は、搬送ローラ４の送り方向下流側に設けられている。サーマルヘッド５は、プラテンローラ６の上で記録紙１２に圧接するプリント位置と、プラテンローラ６から離れる退避位置との間で変位する。サーマルヘッド５は、システムコントローラ８から送られる画像データに基いてヘッドドライバ１８によって駆動される。なお、サーマルヘッド５の詳細については後述する。プラテンローラ６は、搬送路を挟んでサーマルヘッド５と対向する位置に設けられている。プラテンローラ６は、記録紙１２の搬送に応じて従動回転する。
【００１９】
記録紙１２は、周知のように、支持体上にシアン感熱記録層、マゼンタ感熱記録層、イエロー感熱記録層を順次設けて形成されている。各々の感熱記録層は、所定の熱エネルギーを加えると発色するように設計されている。イエロー感熱発色層が最も小さい熱エネルギーで発色し、シアン感熱発色層が最も大きい熱エネルギーで発色する。また、イエロー感熱発色層は、波長が約４２０ｎｍの青紫色の光であるイエロー定着光が照射されると未発色部分の発色能力を消失する。同様に、マゼンタ感熱発色層は、波長が約３６５ｎｍの近紫外光であるマゼンタ定着光が照射されると未発色部分の発色能力を消失する。
【００２０】
光定着器７は、サーマルヘッド５の送り方向下流側に設けられている。光定着器７は、イエロー定着光を発するイエロー定着ランプ１９と、マゼンタ定着光を発するマゼンタ定着ランプ２０と、これらのランプ１９、２０の光を反射する反射板２１とから構成される。光定着器７は、システムコントローラ８からの信号に基いてライトドライバ２２によって駆動される。
【００２１】
カッタ１０は、光定着器７の送り方向下流側に設けられている。カッタ１０は、記録紙１２を所定のサイズにカットする。排紙ローラ９及び排出口１１は、カッタ１０の送り方向下流側に設けられている。排紙ローラ９は、カットされた記録紙１２を排出口１１に搬送する。
【００２２】
以下では、サーマルヘッド５の詳細について説明する。図２に示すように、サーマルヘッド５は、セラミック基板２６、グレーズ層２７、発熱素子アレイ２８、電極２９、３０、ヘッドドライバ１８（図１参照）、保護層３１を有している。セラミック基板２６は、平板状に形成されており、発熱素子アレイ２８が設けられる素子基板を構成する。グレーズ層２７は、セラミック基板２６上に形成されており、グレーズドガラスを材料としている。グレーズ層２７の一部は、部分グレーズ２７ａとなっており、この部分グレーズ２７ａは主走査方向に延びるシリンドリカル突条となっている。なお、主走査方向は、記録紙３の搬送方向（副走査方向）に直交する方向である。
【００２３】
発熱素子アレイ２８は、部分グレーズ２７ａの頂上付近に配置されており、複数の発熱素子２８ａによって構成される。複数の発熱素子２８ａは主走査方向に所定の間隔をあけて並べられている。コモン電極２９及びリード電極３０は、各発熱素子２８ａに対応して設けられている。コモン電極２９とリード電極３０との間に電位差を与えることで、発熱素子２８ａが発熱する。コモン電極２９及びリード電極３０は、ヘッドドライバ１８（図１参照）によって制御される。保護層３１は、グレーズ層２７、発熱素子アレイ２８、電極２９、３０を覆うように形成されている。
【００２４】
サーマルヘッド５は、放熱板３６を有している。放熱板３６は、セラミック基板２６の発熱素子アレイ２８が設けられた面とは反対側の面に設けられており、熱伝導性が高い材料、例えばアルミニウムが用いられている。放熱板３６は、セラミック基板２６と略同じサイズの平面形状をしており、セラミック基板２６と対面して接着される面のうち、部分グレーズ２７ａと対応する部分に、凹部が形成されている。放熱板３６がセラミック基板２６に取り付けられると、凹部の下面がセラミック基板２６に覆われて、密閉された空間３７が形成される。
【００２５】
この空間３７は、主走査方向の長さがおおよそ部分グレーズ２７ａの長さと対応しており、副走査方向の長さは、部分グレーズ２７ａの長さの約２倍程度となっている。この空間３７は、その一部が、セラミック基板２６を挟んで部分グレーズ２７ａと対向する位置に配置され、残りは部分グレーズ２７ａから外れたグレーズ層２７の平坦部２７ｂに延びている。
【００２６】
この空間３７には、伝熱体である磁性流体３８が封入される。ここで、磁性流体３８とは、液状の強磁性体であり、強磁性体である磁性粒子を界面活性剤により溶媒中に分散させたものである。磁性粒子としては、フェライトやマグネタイト等が用いられ、溶媒としては、水、炭化水素油、エーテル、エステル等が用いられる。本例においては、磁性流体３８の溶媒に、熱伝導率の高い材料、例えば水を用いる。磁性流体３８は、空間３７の容積の約半分程度の量だけ封入されている。この磁性流体３８は、空間３７内を流動可能であり、後述する磁界発生装置３８が発生する磁界に応じて、部分グレーズ２７ａと対向する第１位置と、平坦部２７ｂと対向する第２位置との間で移動する。セラミック基板２６の副走査方向の温度分布は、発熱素子アレイ２８が配置された部分グレーズ２７ａ付近が最も高く、そこから離れるに従って温度が下がる。従って、磁性流体３８が第１位置にある場合には、セラミック基板２６の最も温度が高い部分の熱が磁性流体３８を通じて放熱板３６に逃げやすくなるので、放熱性能が上がり（熱抵抗が小さくなり）、磁性流体３８がこの第１位置から退避して第２位置に移動すると、放熱性能が下がる（熱抵抗が大きくなる）。
【００２７】
放熱板３６の上方には、磁界発生装置３９が設けられている。磁界発生装置３９は、ヨーク４０、第１コイル４７、第２コイル４８、切換スイッチ４２からなる。ヨーク４０は、その断面がヨ字状であり、図３に示すように、主走査方向に延びた平板４３と、この平板４３の副走査方向の両端部と中央部とに立設された３本の突条４４、４５、４６からなる。図２に示すように、各突条の先端部４４ａ、４５ａ、４６ａは、放熱板３６に接着される。ヨーク４０の副走査方向の長さは、空間３７の副走査方向の長さに対応しており、両端部の２つの突条４４、４６が空間３７の両端部に対応する位置に配置され、中央の突条４５が空間３７の中央に対応する位置に配置される。両端の突条４４、４６には、それぞれ第１コイル４７と、第２コイル４８が取り付けられる。第１コイル４７と第２コイル４８には、図示しない電源回路から、選択的に電流が供給される。
【００２８】
第２コイル４８に電流が流れると、突条４５、４６を通じて磁界が発生し、図４（Ａ）に示すように、磁性流体３８が第１位置に移動する。一方、第１コイル４７に電流が流れると、突条４４、４５を通じて磁界が発生し、図４（Ｂ）に示すように、磁性流体３８が第２位置に移動する。
【００２９】
第１コイル４７及び第２コイル４８への通電の切換えは、切換スイッチ４２（図１、２参照）によって行われる。切換スイッチ４２は、システムコントローラ８（図１参照）によって制御されており、システムコントローラ８は、この切換スイッチ４２を通じて、発熱素子アレイ２８の通電時に第１コイル４７に電流が流れ、発熱素子アレイ２８の非通電時に第２コイル４８に電流が流れるように制御する。
【００３０】
図５（Ａ）は発熱素子アレイ２８近傍のサーマルヘッド５の温度変化を示すグラフであり、本例における温度変化を実線で、従来例における温度変化を二点鎖線で表している。図５（Ｂ）は発熱素子アレイ２８へ与える駆動電圧の波形を表している。図５からわかるように、発熱素子アレイ２８の通電時には、放熱性能が下がり熱効率が向上するため発熱素子アレイ２８近傍における温度の上昇速度が速くなり、発熱素子アレイ２８の非通電時には、放熱性能が上がるので発熱素子アレイ２８近傍における温度の下降速度が速くなる。
【００３１】
以下では、上記構成による作用について説明する。プリント開始指示が与えられると、サーマルヘッド５がプリント位置へ移動し、記録紙１２の送り方向への搬送が開始される。記録紙１２の記録エリアの先端がサーマルヘッド５に到達すると、磁性流体３８が第２位置に位置した状態で、発熱素子アレイ２８が通電され発熱する。発熱素子アレイ２８の発熱により、１ライン分のイエロー画像が記録される。１ライン分のイエロー画像を記録すると、発熱素子アレイ２８の通電が停止される。磁性流体３８は第１位置へ移動し、発熱素子アレイ２８近傍は短時間で冷却される。記録紙１２が所定量送られると、再び磁性流体３８が第２位置に移動して発熱素子アレイ２８が通電されて発熱し、１ライン分のイエロー画像が記録される。これらの動作が繰り返され、記録エリア全面にイエロー画像が記録される。なお、イエロー画像の記録とともにイエロー定着ランプ１９が点灯し、イエロー画像の光定着が行われる。
【００３２】
イエロー画像の記録及び光定着を終えると、サーマルヘッド５が退避位置へ移動し、記録紙１２が戻り方向へ搬送される。記録紙１２の記録エリアの先端がサーマルヘッド５の位置に到達すると、搬送が停止される。この後、イエロー画像の記録及び光定着と同様の手順で、マゼンタ画像の記録及び光定着が行われる。マゼンタ画像の記録及び光定着を終えた後、シアン画像の記録が行われる。このようにして３色の画像が記録エリアに記録され、フルカラー画像となる。記録エリアに記録されたフルカラー画像は、カッタ１０により切断され、排出口１１から排出される。これら一連の動作により、一枚のプリントが完了する。続けてプリントを行う場合には、上記の動作を繰り返す。
【００３３】
なお、上記実施形態では、伝熱体に磁性流体を用いたが、この替わりに、例えば永久磁石や金属板等を用いてもよい。この場合には、永久磁石や金属板が円滑に移動できるような構成とすることが好ましい。なお、伝熱体に金属板を用いる場合には、伝熱体移動手段に磁界発生手段以外のもの、例えば、モータからの力を伝達させることにより金属板をスライドさせるスライド機構等を用いてもよい。この場合には、上述の密閉した空間を形成する必要はなくなり、放熱板の形状を適宜自由に設計してよい。
【００３４】
上記実施形態では、伝熱体を、発熱素子の通電時に第２位置に移動させ、発熱素子の非通電時に第１位置に移動させたが、伝熱体の移動のタイミングはこれに限られない。例えば、記録ヘッドに温度センサを設け、この温度センサからの測定温度と予め設定した基準温度とを比較し、この比較結果に基づいて伝熱体を移動させてもよい。この場合、測定温度が基準温度以下の場合には、伝熱体を第２位置に移動させ、測定温度が基準温度を超える場合には、伝熱体を第１位置に移動させる。これにより、プリンタ起動初期時等において放熱特性を下げることができるため、サーマルヘッドの温まりをはやくすることができ、一方、高速プリント時等において放熱特性を上げることができるため、サーマルヘッドの過熱を防ぎ、熱尾引きを防止することができる。
【００３５】
上記実施形態では、記録ヘッドとして、感熱プリンタに用いられるサーマルヘッドを例に挙げたが、例えば、熱転写プリンタに用いられるサーマルヘッドの他、発熱素子の発熱量に応じてノズルからのインクの吐出量が決まるインクジェットプリンタに用いられるサーマル方式のノズルヘッド等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】感熱プリンタの概略構成図である。
【図２】サーマルヘッドの要部断面図である。
【図３】磁界発生装置及び放熱板の斜視図である。
【図４】磁性流体の動きを示す説明図である。
【図５】発熱素子アレイ近傍の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
２  感熱プリンタ
５  サーマルヘッド
８  システムコントローラ
１２  記録紙
２６  セラミック基板
２７  グレーズ層
２８  発熱素子アレイ
３６  放熱板
３７  空間
３８  磁性流体
３９  磁界発生装置
【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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