JPH0491961A - サーマルヘッド - Google Patents

サーマルヘッド

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JPH0491961A
JPH0491961A JP2209551A JP20955190A JPH0491961A JP H0491961 A JPH0491961 A JP H0491961A JP 2209551 A JP2209551 A JP 2209551A JP 20955190 A JP20955190 A JP 20955190A JP H0491961 A JPH0491961 A JP H0491961A
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thermal
thermal expansion
expansion coefficient
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河田 昭弘
Ryoichi Shiraishi
良一 白石
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明4Jザーマルヘツドに関し5、さら4.、″詳F
−<は複数のヘット基板を、ヘッド基板1−に直線状に
配列され/、?発熱抵抗体の配列方向に組合わせで構成
される長尺のサーマルヘッドに関゛する。
[従来の技術] 第11図は、典型的な従来例のサーマ/lΔ、・・lト
1の断面図である。例として、日本1′業規格、へ列2
番の記録紙に、その長毛方向を主走査方向と(。
て感熱印画を行お−)とづイ)51−、ザーマルヘ/1
1の全長−1−z−わち萌記十走り方向の印画幅)・)
・1ど(−7て約600 m mが要求される。たヒノ
−はセンク゛7りなどから成る羊−枚のへソl−基板上
に600 mm N:: T4す、均一な温度特性て゛
微少な発熱抵抗体5を形成、するζ7)は困鮪ζ゛ある
。+、−t・が−)て、現在では例と15ζS約300
 r口I’11の印画幅W2を右す゛る:く枚の・′\
・・1・基板2.3を組合わせで用いる。J: ウL、
=し、ている。
この上−〕なヘヘラ・基板2.3(1,、例と[、τ“
セラミックなどから形成され、劾、鉛′3張係数α)〜
−=0.73x1..05°C−’(])である。この
、1、うなヘラ)・基板2.−3は 乾性接名剤層4を
介しで、へ・71へ厚板2 = 3 i’::対応する
大きざの放熱板6.”71:°個別に固nされる。放熱
板6,7は、熱伝導性が良好ζ・・仝板材料から1[3
成され、アルS−ニラj1の揚台には熱膨張係数aB 
= 2.−.3−7 X 10””C−1(42)で゛
ある。こ、Sでヘッド基板2のヘッド厚板3側の端面2
 aど放熱板6の放熱板7“側の端面6(1どは面−に
構成され、ヘッド基板3のヘッド基板2側の端面3aと
放熱板7の放熱板6側の端面7aとは、やはり面一に構
成される。
このような放熱板6.7は、放熱板6.7の前記主走査
方向中心位置において、やはりアルミニウムなどから成
る支持板8に、たとえばねじなどを用いて固定される。
すなわち放熱板6.7の支持板8への固定位置9.10
は、放熱板6,7の端面6a、7aが位置する支持板8
の前記主走査方向に関する中心位置CNから距離W2/
2の位置にある。
この支持板8はアルミニウムから形成され、熱膨張係数
αBを有する。ここで前記熱膨張係数の差は、 αB−αA = 1.64 X 10−5℃〜1   
・・(3)である。前記放熱板6.7および支持板8が
鉄から形成される場合もあり、このような鉄の熱膨張係
数αCは、 αC= 1.40 X 10−5°c−’      
 ・(4)であり、熱膨張係数αAとの差は、 αC−αA  =  0.67  x  10−5℃−
1・・ (5)である。
第12図は、本従来例の問題点を説明する断面図である
。サーマルヘッド1がたとえば感熱印画動作に伴い、常
温25℃から高温90℃に変化した場合について説明す
る。なお、放熱板6.7および支持板8は鉄を用いる場
合を想定する。このとき支持板8の放熱板6.7と結合
される前記固定位!9.10は、この温度変化で第12
図に示すように変化量x3a、x3bだけ相互に離反方
向に変位することになる。一方、このように中心位置C
Nから、相互に離反方向に変位する支持板8の固定位置
9.10に固定された、放熱板67は前記固定位置9,
10を中心に変化量x2ax2bだけ膨張する。ヘッド
基板2.3も同様に変化量xla、xlbだけ膨張する
本件発明者の実験によれば、このような従来例では下記
第1表に示す測定結果が得られた。
く以下余白) 第   1   表 上記第1表からヘッド基板2,3間の間隔W3は、 W3 = x3a + xla + x3b + xl
b=130.6μm           ・・・(6
)だけ拡大することになる。この拡大量(よ、サーマル
ヘッド1がヘッド基板2,3上に前記主走査方向に沿っ
て形成される、微少な発熱抵抗体の密度が1mm当たり
8ド・ント、すなわち125μmピッチである場合、1
ド・ントを越える長さて・あり、したがって記録紙に印
画されない白色の条痕力(現れるいわゆる白抜けとなる
。このような白抜け(ま、印画品質を大幅に低下させて
しまうこと(こなる。
第6図はヘッド基板2の平面図である。へ・7ド基板2
には、前述した発熱抵抗体5が直線状番こ形成され、こ
の発熱抵抗体5の前記主走査方向に沿う長さW2か、前
記印字幅W2である。本件発明者は、このようなヘッド
基板2に関して発熱抵抗体5の配列方向両端を含み、相
互に等間隔を空けた5つの観測点PO〜P5で、温度上
昇によるヘッド基板2の厚み方向く第6図紙面と垂直方
向)の反りの程度を観測した。この観測結果の数値は下
記第2表に示され、 その変化の様子は、第7図の実線で示したライン11と
なった。このような反りの発生はへ・ンド基板3におい
ても同様である。
このようなヘット基板2.3を用いると、使用に伴う昇
温時にヘッド基板2.3が反ってしまい、したがってヘ
ッド基板2.3が感熱印字を行うにおいて、たとえば感
熱記録紙などをプラテンローラに押圧する際の押圧力が
主走査方向に関して不均一となり、印画むらを生じてし
まう。
本発明の目的は上述の技術的課題を解決し、温度変化に
因らず、高品質な感熱印画動作を実現できるサーマルヘ
ッドを提供することである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、支持部材上に複数個の放熱部材を固定し、多
数の発熱抵抗体が配列されたベツド基板を上記放熱部材
上に各々固定するとともに、該ヘッド基板の熱膨張係数
αと支持部材の熱膨張係数γとが下記式の関係にあるこ
とを特徴とするサーマルヘッドである。
1、C1−20%≦α/γ≦1..O+20%[作 用
] 本発明に従えば、表面に多数の発熱抵抗体が配列されて
いる複数のヘッド基板を用いて、各ヘッド基板の発熱抵
抗体と反対側表面にそれぞれ密着して放熱部材が配設さ
れる。各放熱部材は、支持部材上に発熱抵抗体の配列方
向に沿って配設される。ここでヘッド基板の熱膨張係数
αと支持部材の熱膨張係数γとは、 1.0−20%≦α、・γ≦1.0+20%の関係に選
ばれる。複数のヘット基板間の間隔は支持部材の温度変
化による膨張あるいは収縮量、すなわちこの膨張あるい
は収縮に伴う各ヘッド基板の移動量とヘッド基板自身の
熱変化による膨張または収縮量によって決定される。し
たがってヘット基板と支持部材との熱膨張係数α、γが
上記式の関係を満たす場合、複数のヘッド基板間の間隔
は予め定める常温で設定された間隔とほぼ等しい間隔を
維持する。これにより、ヘッド基板間がたとえば温度上
昇により拡大して印画に預からない領域が発生する事態
が防がれる。またたとえば昇温時にヘッド基板の放熱部
材側に隙間が生じ、この隙間に対応するヘッド基板上の
発熱抵抗体の放熱作用が不十分となり、コントラストが
低下した印画動作となる事態が防がれる。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例のサーマルヘッド11の斜視
図であり、第2図はサーマルへラド11の主走査方向に
沿う中心位置34付近の断面図である。サーマルヘッド
11は、例として酸化アルミニウムA I 203など
のセラミックスから矩形板状に主走査方向に沿う幅W6
(例として300mm)でそれぞれ形成され、熱膨張係
数αA=073X10−’℃−1を有するヘッド基板1
2a、12bを備える。各ヘッド基板12a、12b上
には、例として窒化タンタルTa2N、ニクロムNi−
Cr、酸化ルテニウムRub2などから成り、蒸着、ス
パッタリングなどの薄膜技術あるいはスクリーン印刷な
どの厚膜技術やエツチング技術などにより、複数の発熱
抵抗体13が配列間隔δ1(例として約20μm)かつ
配列ピッチδ3(例として約40μm)毎に、直線状に
形成され、ヘッド基板12a、12bの端面31a、3
1bからは距離δ4(例として10μm)を隔てる。こ
の発熱抵抗体13は、感熱記録紙または感熱フィルムと
記録紙とに対し、感熱印画を行い電力付勢時にはたとえ
ば400℃の温度に昇温する。サーマルヘッド11は、
たとえば日本工業規格A列2番の寸法の記録紙に、その
長手方向を主走査方向として感熱記録を行う場合、主走
査方向に沿う全幅W7は約600mm程度に構成される
。このとき、ヘッド基板12a、12b上の最端部の発
熱抵抗体13a、13bは距離δ2(例として20μm
)を隔てるように定められる。
前記発熱抵抗体13は、ヘッド基板12a、12b毎に
共通電極14に並列に接続され、また発熱抵抗体13の
共通電極14と反対側には個別電極15がそれぞれ接続
される。個別電極15は、予め定められる数毎に駆動回
路素子16に接続され、複数の駆動回路素子16には発
熱抵抗体13で印画を行うための画像データや各種制御
信号を入力するための複数の信号ライン17がそれぞれ
接続される。前記共通電極14、個別電極15および信
号ライン17は、アルミニウムAj’、金AUなどの金
属から成り、前記各種薄膜技術および厚膜技術などによ
り形成される。
このようなヘッド基板12a、12bは、軟性接着剤1
8によって、たとえば熱膨張係数αD = 0.70 
X 10−5℃−1・・(7)の日本工業規格JIS 
 C2531PBのFe−N1合金など熱膨張係数が比
較的ヘッド基板12a、12bに近くかつ、熱伝導性が
良好な金属材料から前記主走査方向の幅W8を有する矩
形板状に形成された放熱板19a、1.9bに、放熱板
19a、19bの前記主走査方向に沿う中心位置37.
38において、後述するような配置状態で取付けられ、
主走査方向に沿う全幅W9の放熱板19a、19bは、
前記Fe−Ni系合金などの金属材料から成る支持板2
0上に固定される。
第3図はサーマルへット11の全体断面図である。サー
マルヘッド11は、前述した構成に加え、駆動回路素子
16が保護層21で被覆される。また前記信号ライン1
7の駆動回路素子16と反対側端部付近は、可撓性フィ
ルム22上に回路配線23が形成された可撓性配線基板
24に接続される。この可撓性配線基板24は、スペー
サ25を介して軟性接着剤18によって放熱板1つa 
19b上に設置される。また前記個別$極15がら、可
撓性配線基板24に至る範囲を被覆するヘットカバー2
6が設けられ、このヘットカバー26可撓性配線基板2
4、スペーサ25は、ねα127によって放熱板19a
、19bに固定される。
このようなサーマルヘッド11は、プラテンローラ29
に近接して配置され、発熱抵抗体13はプラテンローラ
29上の感熱記録紙3oをプラテンローラ29に押圧す
ると共に、各発熱抵抗体13が選択的に電力、/消勢さ
れることにより、所望の印画が行われる。
第4図はサーマルへラド11の主走査方向全体に亘る断
面図であり、第5図は本実施例の作用を説明するサーマ
ルヘッド11の中心位置33付近の断面図である。サー
マルヘッド11の中心位置33から距離Wl 1 (−
W6/2)を隔てた放熱板19a、19bの前記主走査
方向中央位置37゜38で相互に固定される。したがっ
てサーマルへット11の使用に伴って、温度が常温25
℃がら高温90°Cに変化した場合、ヘッド基板12a
12bのli張1xla、xl、bと放熱板19a] 
9bのitt張1x2a、x2bおよび支持板2゜の膨
張量x3a、x3bは、下記第3表に示すような変化菫
となる。
第   3   表 上記第3表からヘット基板12a、12b間の間隔W3
は、 ΔW3 = x3a + xi a +x3b + x
lb=−5,8μm          ・・・(8)
だけ縮小することになる6したがって、ヘッド基板12
a、12bと放熱板19a、19bとの間には、前記主
走査方向と並行な剪断力が作用することになるが、この
剪断力は、両者の間に介在されている軟性接着剤層18
の弾性変形として吸収される程度である。また、この時
の熱膨張係数αA、αDの比は、 αA y’αD = 1.0 + 4.3%     
 (9〉となる。
以上のように、本実施例ではヘッド基板12a12bの
間の間隔の拡大を防止することができ、サーマルヘッド
11が高温になった場合であっても、従来技術の項で説
明したように、この間隔が拡大して白抜けが生じる11
態が防がれる。
本実施例では、ヘッド基板12a、12bと放熱板19
a、19bとは相互に軟性接着剤層18で固着されるの
みである。各放熱板1.9a、19bと支持板20とは
、前述したようにねし止めされる。したがってヘッド基
板12a、12bの間を硬性接着剤や機構によって離反
しないように固定してお〈従来例に比較し、製造工数が
削減され、また構成の簡略化を図ることができる。
第6図は従来例において参照された図面であり、実施例
においても参照する。第6図ヘット基板12a上の直線
状の発熱抵抗体13に関して、従来例と同様に発熱抵抗
体13の主走査方向両端部を含む等間隔の5箇所の点で
、ヘッド基板12aの反り状態を計測した。その結果は
、下記第4表に示される。
第4表 また、反り状態は第7図の破線で示すライン12に示さ
れる。
このように本実施例では、ヘッド基板12a12bのい
ずれについても、反ることによりプラテンローラ29と
の間の感熱記録紙30への圧力に主走査方向に沿ってむ
らが生じ、濃度むらを招く事態を防ぐことができる。
前述の実施例では、ヘッド基板12a、12b、放熱板
19a、19bおよび支持板20の熱膨張係数α(−α
A)、β=(αD)、γ=(αD)に関して、 α嬌β触γ              ・・・(10
)となるように、これらの材料を選択しているが、材料
として前記Fe−Ni系合金に限らず、CuW系合金や
Ti系合金(例としてJI4S  H4600)などを
用いてもよい。
また本実施例は、第2図に示すヘット基板12a、12
b上の最端部の発熱抵抗体13a、13bの距離δ2を
、発熱抵抗体13の配列ピッチδ3程度未満に抑制する
ことを目的としている。本実施例のサーマルへラド11
に対する本件発明者の実験によれば、前記発熱抵抗体1
3a、13bの距離δ2が発熱抵抗体13の配列ピッチ
δ3程度未満では感熱印字における自乗(白抜け)は目
立たず、配列ピッチδ2(例として40μm)を超えて
50μm程度になると自乗が明瞭となることが確認され
た。
すなわち前記最端部の発熱抵抗体13a、13bと端面
31a、31bとの距離δ4はそれぞれ例として約10
μmであり、したがって端面31a、31bの間隔WI
Oが約20μm程度拡開する範囲内では自乗が目立たな
いことになる。このような間隔WIOの変化量において
、前述したヘッド基板12a、12bの熱膨張係数αに
対して支持板20の熱膨張係数γがその約15%増程度
であることが確認された。
一方、ヘッド基板12a、12b上の最端部の発熱抵抗
体13a、13bと端面31a、31bとの距離δ4が
実質的にOのサーマルヘッドの場合には、熱膨張係数a
と支持板20の熱膨張係数γとの比は20%増まで許容
されることが確認された。したがって用いられるサーマ
ルヘッドの構造の別に対応して、ヘッド基板12a、1
2bの熱膨張係数αと支持板20の熱膨張係数γとの比
の値は、 1、0−20%≦α/γ≦1.0 +20%・・・(1
1)または 1、0−15%≦α/γ≦1.0 +15%・・・(1
2)のように選べばよいことが確認され・た。
第8図は本発明の他の実施例のサーマルヘッド11aの
斜視図であり、第9図はサーマルヘッド11aの印画幅
全長に亘る断面図である。本実施例は前述の実施例に類
似し、対応する部分には同一の参照符を付す。本実施例
の注目すべき点は、サーマルヘッドllaをそれぞれ3
枚のヘッド基板12a、12b、12cと放熱板19a
、19b、19cとから構成し、これらの間は軟性接着
剤層18で相互に固着される。本実施例のサーマルヘッ
ドllaは前記実施例の印画幅W6を有するヘッド基板
12a〜12cが3枚噛み合わされ、たとえば日本工業
規格A列O番の記録紙に印画を行おうとするものであり
、全幅W12(例として100100Oを実現するもの
である。各放熱板19a〜19cはこれらの前記主走査
方向中心位置38,39.40において支持板20と、
たとえばねじなどで固着される。本実施例ではヘッド基
板12a〜12cの熱膨張係数αと支持板20の熱膨張
係数βと放熱板19a〜19Cの熱膨張係数γとが α嬌β〈γ            ・(13)を満足
するように選ぶ。このような材料例とじてヘッド基板1
2a〜12(が前記実施例と同じ熱膨張係数を有するセ
ラミックス材料から形成され、放熱板19a〜19cに
アルミニウム(JISH4100;A6063−T5)
を用い、支持板22にFe−Ni系合金(JIS  C
2531:PB)を用いた場合について説明する。
第10図は本実施例の作用を説明する断面図である。本
実施例においてはヘッド基板12b、12Cの間の間隔
W3の温度変化による変化量ΔW3は、ヘッド基板12
b、放熱板1つb、支持板20の中心位置33からの変
位量xlb、x2bx3cと、ヘッド基板12cおよび
放熱板19cの固定位置39からの変位量xlc、x2
cとに基づいて、 ΔW3 = x3c + xlc +xlb     
・・−(14)のように定められる。したがって前述の
実施例と同様な間隔W3の変化に関する実験を行った本
件発明者による実験結果は下記第5表に示される。
(以下余白) 第 表 伸び量=熱膨張係数×温度変化×基準位置からの距離こ
の例によれば、間隔W3の変化量ΔW3=−59μmで
あり、5.9μmだけ縮小することになる。この程度の
変化量は、ヘッド基板12a〜12cと放熱板19a〜
19Cとの間の軟性接着剤層18の弾性変形に吸収され
る程度である。このような実施例においても前述の実施
例と同様な効果を達成できる。
本実施例のサーマルヘッドllaにおいては、ヘッド基
板12a〜12cの間隔W3を発熱抵抗体13の配列ピ
ッチδ3程度未満に抑制することを目的としている。こ
のため間隔W3の変化量ΔW3を、発熱抵抗体13の配
列間隔δ1程度未満に抑制する。このような作用を実現
するための構成の原理を以下に説明する。ヘッド基板1
2a〜12cの熱膨張係数αと支持板20の熱膨張係数
γとに関して温度変化が25℃から90℃へ65℃変化
したとき、第10図に示したヘッド基板12b  12
cの変化量xlb、xlcは、xlb−xlc =αX
 (W6/2) x 65℃=9750α      
  ・・・(15)また支持板20の変化量x3cは、 x3c = 7 X W14 X 65℃=19500
γ           ・・・(16)となる。
したがって前記間隔W3の変化量ΔW3は、ΔW3 =
 x3c −xlb−xlc=19500 (γ−α)
               、(17)となる。こ
こでα=0.73X10−5℃−1であり、ΔW3≦2
0ttm            −(18)とすると
、第18式は、 19500 (γ−0,73X10−5>≦20 X 
10−’・・・(19) のように変形され、これより γ ≦ 0.832  X  10−’℃−1・・・(
20)が得られる。すなわち支持板20の熱膨張率とし
て、 0、73 X 10−5≦γ≦0.832 X 10−
5・・(21)が好ましいことが確認された。
本発明は、上記第21式で示される熱膨張係数γを有す
る材料ならば、その材料例を前記実施例に限定するもの
ではなく、広範の種類の金属材料に関して実施すること
ができる。
[発明の効果コ 以上のように本発明に従えば、ヘッド基板は、支持部材
上に発熱抵抗体の配列方向に沿って配設される。ここで
ヘッド基板の第1熱膨張係数と支持部材の第3熱膨張係
数とは相互にほぼ等しく選ばれ、放熱部材の第2熱膨張
係数は前記第1熱膨張係数とほぼ同等以上に選ばれてい
る。複数のヘッド基板間の間隔は支持部材の温度変化に
よる膨張あるいは収縮量、すなわちこの膨張あるいは収
縮に伴う各ヘッド基板の移動量とヘッド基板自身の熱変
化による膨張または収縮量によって決定される。[5た
が)てヘッド基板と支持部材との熱膨張係数が前記式で
規定される場合、複数のヘッド基板間の間隔は予め定め
る常温で設定された間隔とほぼ等しい間隔を維持するに
れにより、ヘット基板間がたとえば温度ト桁により拡大
l、て印画に預かI:、ない領域が発生する事態が防が
iする。などえば昇温時(、:へ・ソド基板の放熱部材
側に隙間が生じ、この隙間に対応するへ・・2F基板1
の発熱抵抗体の放熱作用が不十分となり、コントラス1
5が低下した印画動作どなる事態が防がれる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のサーマルヘッド]】の斜視
図、第2図はサーマルヘッド】】の当接位f 34. 
(=1近の拡大断面図4第う図はザーマルヘッ[で11
付近の@面図、第41゛4はづ−マルヘッド11の印画
幅全長に°tiる断面図、第51M1は本実施例の突出
長さdを設定する原理を説明する図、第6図はザ・−マ
ルヘット11の反りS(測位置を示1平面図、第′i”
図は勺−・マルヘッド]、]、aの各温度1・における
状態を示(グラフ、第8図(j本発明の他の実施例のサ
ーマルヘッド11.lの斜視IA  第9図はサーマル
ヘッド11. aの断面[4、第1 Of閾はサーマ/
lヘッド]、]、aの一部断面図、第1.111Jは典
型的な従来例のり・〜1ルヘ・・lド1の断面図、第1
2図はす゛−マルへ・71〜1の中心位置(′N付近の
止面図である。 11、lla  刃−マル△、ツl〜、1.)、−う、
】2b、i2cン・・ヘッド基板、18・軟性接着剤、
19a、、]、9b、19c  放熱板、3 ]、 a
、 、 ’、31 b32a、、32b・・端面、33
・中ノ1′5・線、34  当接位置、36・傾斜面 代理人  弁理士 四教 −+・部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 支持部材上に複数個の放熱部材を固定し、多数の発熱抵
    抗体が配列されたベッド基板を上記放熱部材上に各々固
    定するとともに、該ヘッド基板の熱膨張係数αと支持部
    材の熱膨張係数γとが下記式の関係にあることを特徴と
    するサーマルヘッド。 1.0−20%≦α/γ≦1.0+20%
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