(57)【要約】【課題】発熱素子で発生された熱をヘッド内部で無効に消費されないで印字媒体に有効に消費される熱効率の良いヘッドを提供し、かつ、印字媒体の搬送の事故時に発生する熱暴走による破壊から防ぐことを目的とする。【解決手段】平板状のセラミック基材の一方の表面に一直線状にガラスを印刷し焼成した基板を、前記直線状のガラスの中央に沿ってセラミック基材の他方の表面から溝を加工し、該溝が前記セラミック基板を貫通し前記ガラスの表面から数十μｍ残して溝加工することにより、応答性と熱効率を改良した。発熱素子の近傍に抵抗値の温度依存性がほぼ同じ材料で形成される温度センサーを設け、発熱素子の温度上昇をすばやく性格に検知し、５００℃を超えないよう印加電力を制御し発熱素子の破壊から守る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のセラミック基材の一方の表面に一直線状にガラスを印刷し焼成した基板を、前記直線状のガラスの中央に沿ってセラミック基材の他方の表面から溝を加工し、該溝が前記セラミック基板を貫通し前記ガラスの表面から数十μｍ残して溝加工したことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
【請求項２】
サーマルプリントヘッド基板の表面の発熱素子近傍に発熱素子群の温度を検出するセンサーを設けたことを特徴とする請求項１に記載したサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
前記温度を検出するセンサーを一つのヘッドの中に複数個設け、より精密に温度検出できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載したサーマルプリントヘッド。
【請求項４】
印字媒体の全面に、印字しない縁を残すことなく印刷するプリンターに搭載されるサーマルプリントヘッドにおいて、印字媒体の境界となりえる複数の箇所に、発熱素子近傍の温度を検出するセンサーを、印字媒体の幅方向に高密度で複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載したサーマルプリントヘッド。
【請求項５】
請求項２、３及び４に記載の温度を検出するセンサーと発熱素子がほぼ同じ抵抗値の温度依存性を持つ抵抗薄膜で形成することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、サーマルプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】  サーマルプリントヘッドは、記録素子である発熱素子を多数有するものが比較的簡単に製造できることから、それを使用したプリンターは一度に大きな記録幅にて印刷が可能なため、高速印刷を可能とし業務用に広く採用されている。さらに、機構が簡単なため故障が少なく、小型・軽量化に適しており携帯用にもその用途が広がっている。【０００３】  図５は従来の代表的なサーマルプリントヘッドの断面図である。平板状のセラミック１に部分グレーズド（焼成）ガラス２が形成された基板が使用されている。発熱素子２１にて発熱された熱は保護膜５１を通して印字媒体に伝熱される。１印字周期において、印字終了後の部分グレーズドガラス２に残った熱はセラミック基材１に放散され次の印字周期において発熱素子２１に発熱される熱に影響しないような構造になっており、常に一様な印字濃度が得られるように工夫されているという利点はあるが、印字中にも熱がセラミック基材１に伝熱し熱が無効に消費されていることは欠点であり、特に携帯用途ではバッテリーの負荷が大きいことが問題となっている。【０００４】  このような問題を解決するため、既に本願発明者は図６に示すサーマルプリントヘッドを提案している（特許文献１）。０．０３ｍｍの厚さのガラス基板６１に発熱素子２１、個別電極２２及び共通電極２３が形成されている。ガラス基板６１は、発熱素子２１の位置に半球状の凸部６２が形成されるように成型したものである。凸部６２はガラス基板の表面側に約０．０３ｍｍの高さで突起し、ガラス基板の凸部６２の裏面側は凹状をなし空隙６３が形成されている。このようにガラス基板上の発熱素子の部位に凸部６２を形成したことにより、発熱素子にて発生する熱が効率良く紙などの印字媒体に伝熱される。【０００５】  一方、ガラス基板６１の発熱素子２１の裏面側に空隙６３が形成されているため、発熱素子２１にて発生された熱は空隙６３に遮られてサーマルプリントヘッド内部に伝熱されることが少ないため熱効率が良く、図５に示したような従来のセラミック基材１に部分グレーズドガラス２を施した基板を使用したサーマルプリントヘッドと比較して約１／３の印加エネルギーで同等の印字濃度を得ることができる。【０００６】  また、熱転写効率を上げ低消費電力化を実現することも行われている。図７はその代表例のサーマルプリントヘッドの断面図を示している。図５の一般的なサーマルプリントヘッドと比較してグレーズドガラスの形状のみが異なっている。グレーズドガラス７１はガラスペーストをスクリーン印刷し、焼成して形成された後さらに、エッチングにて先端を尖らせている。このため、印字媒体への当たりが良くなり転写効率が上がる。さらに、サーマルプリントヘッドと印字媒体の押さえ圧力を軽減しても安定して良好な印字品質を維持できるため印字媒体の搬送電力を低減できる。【０００７】  しかしながら、熱効率が改善され発熱素子にて発生された熱のほとんどが有効に印字媒体に供給されるようになったが、印字媒体の搬送に問題が生じ印字媒体がつまると瞬間的にヘッドと印字媒体に隙間が発生し印字媒体に熱が吸収されなくなり発熱素子が熱暴走し高温になり５００℃以上に昇温し、発熱素子が破壊する問題が生じている。【０００８】  この問題を解決するため、図８の構造のヘッドが提案されている（特許文献２）。発熱素子２１で発生された熱は印字に使用され、印字終了後残った熱は蓄熱層８３に蓄熱される。その時の温度はセンサー８４で検知されその検知された温度に従い次の印字のエネルギーを低減させ適切なエネルギーに調節することにより良好な印字品位を実現する。【０００９】  また、印字媒体の搬送に問題が生じ印字媒体がつまり、発熱素子と印字媒体にギャップが生じたとき発熱素子２１は急激に昇温するが、蓄熱体８３が熱を吸収し温度センサー８４が温度を検知し印加エネルギーを調節するので発熱素子２１の熱暴走は防がれる。【００１０】  熱暴走を未然に防ぐようになるが、反面、蓄熱層８３に熱が溜まるためその分無効なエネルギーが増え、また、熱応答が遅くなり印字終了後にも発熱素子２１に熱が残り印字媒体を変色させ印字品位を低下させる。また、基板内部に蓄熱層８３及び温度センサー８４を微細加工することが困難でコスト増の要因ともなっている。
【特許文献１】特開２００４−１７５０８５号公報
【特許文献２】特開２００６−０３５８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  解決しようとする問題点は、発熱素子で発生された熱をヘッド内部で無効に消費されないで印字媒体に有効に消費される熱効率の良いヘッドを提供し、かつ、印字媒体の搬送の事故時に発生する熱暴走による破壊から防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  平板状のセラミック基材の一方の表面に一直線状にガラスを印刷し焼成した基板を、前記直線状のガラスの中央に沿ってセラミック基材の他方の表面から溝を加工し、該溝が前記セラミック基板を貫通し前記ガラスの表面から数十μｍ残して溝加工したことで焦熱容量とし熱応答が速くなり、印字後残った熱をセラミック基板に放熱できる。【００１３】  サーマルプリントヘッド基板の表面の発熱素子近傍に発熱素子群の温度を検出するセンサーを設けたことを特徴としたものである。【００１４】  温度を検出するセンサーを、一つのヘッドの中に複数個設けることにより精密に温度検出できるようにしたことを特徴としたものである。
また、印字媒体の全面印刷に対応させるために、印字媒体の境界になりえる部分には前記温度センサーを高密度で配置することにより、用紙幅や媒体の送り精度がばらついても発熱素子の熱暴走を避けることができる。【００１５】  温度を検出するセンサーと発熱素子がほぼ同じ「抵抗値の温度依存性」を持つ抵抗薄膜で形成することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１６】  発熱素子周辺の熱容量を小さくすることにより応答性が良くなり、かつ発熱素子に熱が発生され印字された後発熱素子近傍に残った熱がセラミックに放熱されるため、印字終了したあと残った熱にて印字媒体を汚すことなく印字品位を維持することができる。【００１７】  厚膜技術でセラミック基板に部分的にガラスをグレーズ（焼成）し、薄膜技術で発熱素子、温度検出素子、電極および保護膜を形成した後溝加工することにより従来のサーマルプリントヘッドのほとんどの工程を流用できるため新たに製造技術を準備することなく設備投資が抑えられ早期に製造することができる。【００１８】  サーマルプリントヘッドの基板表面の発熱素子近傍に温度センサーを設けることにより、発熱素子の温度を応答良く検出できるようになるため、印字媒体の搬送に問題が発生し印字媒体ににつまりが発生し印字媒体に接触しない発熱素子がでてきたときに熱暴走を未然に検知し発熱素子の熱破壊を防ぐことができる。
また、温度センサーを基板表面に配置し、かつ、薄膜材料を発熱素子と同じ材料としたため加工しやすい構造にできた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  図１は本発明のサーマルプリントヘッドの実施例の基板を示しており、図１ａは基板を側面から見た図であり、図１ｂはその断面を示している。図２はサーマルプリントヘッドの回路パターンを示しており基板の正面から見た図である。図３は温度センサーの抵抗値が温度によりその値が変化することを表す図であり、図４は印字媒体の全面を印字する場合に使用されるサーマルプリントヘッドの回路パターンを示しており基板の正面から見た図である。【００２０】  図１のサーマルプリントヘッドの基板はは、０．３ｍｍ厚みのセラミック基材１にスクリーン印刷で幅およそ１ｍｍで高さがおよそ５０μｍのガラスペーストを印刷し、およそ１１００℃で焼成して作成した。その後０．２ｍｍ幅の円盤状のダイヤモンドと石でセラミック基材１側から溝を加工した。溝はグレーズされたガラス２の中心に合わせダイヤモンドと石の中心を位置し、ダイヤモンドと石の外周はエッジがでないよう予め丸く成型されているため溝の先端は丸く整形される。溝の深さはグレーズされたガラスの中心の一番薄いところがおよそ２０〜４０μｍ残る深さとした。【００２１】  図２はサーマルプリントヘッドの実施例の回路パターンを示しており、発熱素子が８素子で１ブロックを構成し４ブロックからなる例を示している。セラミック基材１の上にガラス２がグレーズ（焼成）されておりその中心の内部には溝３が設けられている。発熱素子２１はガラス２および溝３の中心に配置されているため小熱容量となっており熱応答が良好である。よって、発熱素子２１で発生された熱は保護膜を通じてそのほとんどが印字媒体に消費され、サーマルプリントヘッド内部にムダに消費される熱が少なく熱効率が良く、図５に示す従来のヘッドと比較しておよそ１／３のエネルギーで同等の印字濃度が得られる。また、印字終了後に発熱素子２１近傍のガラス２に残った熱はすばやくセラミック１に放熱されるため蓄熱されることなく次の印字に影響することなく良好な印字品質を維持することができる。【００２２】  印字媒体の搬送に問題を生じ印字媒体と発熱素子２１が接触しなくなったとき、次の印字周期で発熱素子２１で発生された熱は印字媒体に消費されることなく、また、サーマルプリントヘッド内部にも放熱されることが無いため発熱素子２１は印字に必要な温度より大きく昇温するようになる。このとき、発熱素子２１近傍に配置された温度センサー２４は応答良く発熱素子２１の温度を検知し、発熱素子２１が熱破壊する前に印加を停止する。【００２３】  本実施例のサーマルプリントヘッドの発熱素子２１と温度センサー２４は同じタンタル系金属で形成され、抵抗値が温度依存性を持つものである。図３は温度により抵抗値が変化していることを示す図である。温度が上昇すると抵抗値が比例的に下がる。よって、抵抗値をモニターすると温度を検知することができる。発熱素子２１は温度が５００℃を超えるとその抵抗値が永久変化するようになるので、５００℃に昇温する前に印加を停止するように制御し発熱素子が永久変化することから防ぐ。
温度センサーはブロック毎に配置されているため、部分的に発熱素子２１と印字媒体とにギャップができ昇温した場合でも局所的に温度上昇を捕らえることができるように成っている。【００２４】  温度センサー２４は発熱素子と同じ材料で、かつ、サーマルプリントヘッド基板の表面に加工され、微細な加工も容易に行うことができコスト増の要因とならず、また、蓄熱の影響も少ない。【００２５】  図４は写真印刷に使用するサーマルプリントヘッドを示しており、印字する境界付近からサーマルプリントヘッドの端の発熱素子に１素子に対応して温度センサー４１が配置されている。近年、写真印刷では縁なし印刷と称して従来の印画紙の周囲の白い部分をなくし全面に印刷することが一般となってきている。印字媒体はその搬送に再現性が無いため発熱素子２１の発熱素子部分は印刷ごとに印字媒体の境界が変化する。よって、印字媒体の境界部分の発熱素子２１は印刷時に印字媒体に接触しないことがおこる。このとき発熱素子で発生された熱は印字媒体に放熱されないため発熱素子２１は急激に温度が上昇し５００℃を超えてしまい熱破壊が生じる。【００２６】  このとき、発熱素子２１の近傍に素子毎に配置された温度センサー４１も急激に温度上昇しその抵抗値が下がり発熱素子２１が５００℃に相当する抵抗値ＲＴになったとき印加を停止するように発熱素子の制御回路に指令し、発熱素子２１が温度による抵抗値が永久変化することから防ぐ。
（端部用）温度センサー４１の数Ｎは発熱素子のピッチがＰとしたとき、Ｎ×Ｐが印字媒体の搬送系の再現性とほぼ同じ値であれば良い。【００２７】  １台の写真プリンターで印刷される印字媒体の発熱素子の並び方向の大きさが複数個ある場合、端部用温度センサー群は複数組み備えればいずれの印に媒体でも端部の発熱素子２１の熱破壊を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例のサーマルプリントヘッドの基板の側面図（ａ）及びその短辺方向の断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施例のサーマルプリントヘッドの回路を示す図である。
【図３】本発明の実施例の温度センサーの抵抗値の温度依存性を示す図である。
【図４】本発明の実施例の印字媒体全面に印刷するプリンターに使用されるサーマルプリントヘッドの回路を示す図である。
【図５】従来の代表的なサーマルプリントヘッドの断面図である
【図６】改良されたサーマルプリントヘッドの構造を示す断面図である。
【図７】改良されたサーマルプリントヘッドの先端部を示す部分断面図である。
【図８】改良されたサーマルプリントヘッドの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】  １      セラミック基材
２      （部分グレーズ）ガラス
３      溝
２１      発熱素子
２２      個別電極
２３      共通電極
２４      温度センサー
４１      （端部用）温度センサー
５１      保護膜
５２      駆動ＩＣ
６１      ガラス基板
６２      （ガラス基板）凸部
６３      空隙
７１      （突起を設けた）ガラス基板
８１      低熱伝導基材（ガラス基板）
８２      回路基材（ガラス層）
８３      蓄熱体
８４      温度センサー
【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】
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【図８】
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