(57)【要約】【課題】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。【解決手段】凹凸を有する放熱板７上に、発熱素子４を有するヘッド基板１を載置させ、放熱板７の凹部７ａ内に接着材８を充填してヘッド基板１と放熱板７とを固着するとともに、放熱板７の凸部７ｂでヘッド基板１を支持するようにサーマルヘッドを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主走査方向に配列させた複数の発熱素子を有するヘッド基板を、前記発熱素子の配列に対して略平行に配される複数の凹凸を有する放熱板上に載置させるとともに、前記放熱板の凹部内に接着材を充填して前記ヘッド基板と前記放熱板とを固着させ、更に、前記ヘッド基板を放熱板の凸部で支持したことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記凹部が放熱板の少なくとも副走査方向両端部に位置するように設けられ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。
【請求項３】
前記凹部が副走査方向に１０個／ｍｍ〜４０個／ｍｍの密度で形成されていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
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、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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、主走査方向に配列させた複数の発熱素子を有するヘッド基板を、前記発熱素子の配列に対して略平行に配される複数の凹凸を有する放熱板上に載置させるとともに、前記放熱板の凹部内に接着材を充填して前記ヘッド基板と前記放熱板とを固着させ、更に、前記ヘッド基板を放熱板の凸部で支持した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、前記凹部が放熱板の少なくとも副走査方向両端部に位置するように設けられていることを特徴とするものである。
【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の密度で形成されていることを特徴とするものである。
【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、主走査方向に配列された複数の発熱素子を有するヘッド基板を、発熱素子の配列に対して略平行に配される複数の凹凸を有した放熱板上に載置させるとともに、放熱板の凹部内に接着材を充填してヘッド基板と放熱板とを固着し、更に、放熱板の凸部でヘッド基板を支持するようにしたことから、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。
【００１６】
また本発明によれば、前記凹部を発熱素子の配列に対して略平行に配設するとともに、発熱素子の直下に放熱板上の凸部を存在するようにしたことから、発熱素子の直下に位置する放熱板の上面の高さが発熱素子の配列方向に略等しくなり、ヘッド基板の下面と放熱板の上面との間に存在する接着材の量のバラツキを小さくすることができる。従って、発熱素子の配列方向に沿ってヘッド基板から放熱板への熱伝達特性を略均一に揃えることができ、これによって濃度むらが極めて少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【００１７】
しかもこの場合、発熱素子の真下でヘッド基板が放熱板によって良好に支持されることとなり、発熱素子の熱が放熱板に極めて伝達し易くなるとともに、ヘッド基板の沈み込みによる発熱素子の位置ずれをより確実に防止できるようになるという利点がある。
【００１８】
更に本発明によれば、前記凹部を放熱板の少なくとも副走査方向両端部に位置するように設けることにより、ヘッド基板の副走査方向両端部が接着材でもって良好に固定されることとなり、ヘッド基板の放熱板に対する密着性をより高めることができる。
【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】
また前記基板１の上面には、ガラス製の部分グレーズ層３が基板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、主走査方向に配列された複数の発熱素子を有するヘッド基板を、発熱素子の配列に対して略平行に配される複数の凹凸を有した放熱板上に載置させるとともに、放熱板の凹部内に接着材を充填してヘッド基板と放熱板とを固着し、更に、放熱板の凸部でヘッド基板を支持するようにしたことから、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。
【００５７】
また本発明によれば、前記凹部を発熱素子の配列に対して略平行に配設するとともに、発熱素子の直下に放熱板上の凸部を存在するようにしたことから、発熱素子の直下に位置する放熱板の上面の高さが発熱素子の配列方向に略等しくなり、ヘッド基板の下面と放熱板の上面との間に存在する接着材の量のバラツキを小さくすることができる。従って、発熱素子の配列方向に沿ってヘッド基板から放熱板への熱伝達特性を略均一に揃えることができ、これによって濃度むらが極めて少ない良好な印画を形成することが可能となる。
【００５８】
しかもこの場合、発熱素子の真下でヘッド基板が放熱板によって良好に支持されることとなり、発熱素子の熱が放熱板に極めて伝達し易くなるとともに、ヘッド基板の沈み込みによる発熱素子の位置ずれをより確実に防止できるようになるという利点がある。
【００５９】
更に本発明によれば、前記凹部を放熱板の少なくとも副走査方向両端部に位置するように設けることにより、ヘッド基板の副走査方向両端部が接着材でもって良好に固定されることとなり、ヘッド基板の放熱板に対する密着性をより高めることができる。
【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
【図１】
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【図２】
2004322450.tif 000004
【図３】
2004322450.tif 000005
【図４】
2004322450.tif 000006
【図５】
2004322450.tif 000007