【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感熱記録紙に発熱素子アレイを圧接させて熱記録を施すサーマルヘッドおよびこれを用いたサーマルプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルプリンタ、例えばカラー感熱プリンタでは、サーマルヘッドに形成された発熱素子アレイをカラー感熱記録紙に圧接させ、プリントデータに合わせて各発熱素子を発熱させることで多階調および多色の印画を行っている。
【０００３】
カラー感熱プリンタで適切な濃度およびカラーバランスのプリントを得るためには、各発熱素子をプリントデータに応じた温度に発熱させることが必要である。しかしながら、連続して印画が行われるとサーマルヘッドが蓄熱してしまい、発熱素子の温度が上昇して濃度およびカラーバランスが劣化するとともに、カラー感熱記録紙の表面にいわゆる熱荒れが生じ、プリント画質を著しく低下させる。また、印画開始直後はサーマルヘッドの温度が低いため、充分な濃度に発色させることができない。
【０００４】
上記のような問題を解決するために、従来のカラー感熱プリンタでは、サーマルヘッドの近傍に冷却用のファンを設けている。また、サーマルヘッドを印画待機時に予備加熱する予備発熱部を設け、印画開始直後の濃度ムラの発生を防止したサーマルヘッドが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４６２９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のカラー感熱プリンタでは、発熱素子アレイに電力を供給する電源ユニットは、サーマルヘッドとは別の離れた位置に設置されている。この電源ユニットからは、その使用に伴って回路部品や配線の熱損失による廃熱が発生するが、この廃熱は有効利用されず、場合によっては冷却用のファンを設ける必要があり、装置の大型化、ランニングコストの増大を招いていた。
【０００７】
本発明は、サーマルヘッドの予熱に要するエネルギーを抑制するとともに、装置を小型化することができるサーマルヘッドおよびサーマルプリンタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、多数の発熱素子がライン状に形成された発熱素子アレイと、この発熱素子アレイが設置される基板とを有し、前記発熱素子アレイを感熱記録紙に圧接させて熱記録を施すサーマルヘッドにおいて、前記発熱素子アレイに電力を供給する電源ユニットを前記基板に一体的に設けたことを特徴とする。なお、前記電源ユニットは、パワー半導体素子を有するスイッチング電源であり、前記サーマルヘッドの基板に取り付けられた放熱板に前記パワー半導体素子を接触させることが好ましい。
【０００９】
また、本発明のサーマルプリンタは、請求項１または２に記載のサーマルヘッドを用いて前記感熱記録紙に熱記録を施すことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明を実施したカラー感熱プリンタの概略構成を示す。カラー感熱プリンタ２では、感熱記録材料として長尺のカラー感熱記録紙（以下、単に記録紙という）１０が用いられる。記録紙１０は、ロール状に巻かれた記録紙ロール１１の形態でカラー感熱プリンタ２にセットされる。記録紙ロール１１は、外周に当接された給紙ローラ１２によって回転され、これにより記録紙１０の送り出しと巻き戻しとが行われる。
【００１１】
記録紙ロール１１の近傍には、記録紙１０を挟み込んで搬送する搬送ローラ対１３が配置されている。この搬送ローラ対１３は、搬送用モータ１４に回転駆動されるキャプスタンローラ１５と、このキャプスタンローラ１５に圧接するピンチローラ１６とからなり、記録紙１０を定着方向Ａと、印画方向Ｂとに往復搬送する。
【００１２】
記録紙１０は、周知のように支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層が順次層設された構成となっている。最上層となるイエロー感熱発色層は熱感度が最も高く、小さな熱エネルギーでイエローに発色する。最下層となるシアン感熱発色層は熱感度が最も低く、大きな熱エネルギーでシアンに発色する。イエロー感熱発色層は、４２０ｎｍの近紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。マゼンタ感熱発色層は、イエロー感熱発色層とシアン感熱発色層との中間程度の熱エネルギーでマゼンタに発色し、３６５ｎｍの紫外線が照射されたときに発色能力が消失する。
【００１３】
搬送ローラ対１３の定着方向Ａの下流側には、サーマルヘッド１７とプラテンローラ１８とが記録紙１０の搬送経路を挟み込むように配置されている。また、サーマルヘッド１７の近傍には、サーマルヘッド１７とともに後述する電源ユニット２３を冷却する冷却ファン１９が設置されている。図２に示すように、サーマルヘッド１７は、熱伝導性の高い材質、例えばアルミニウムで形成されたヘッド基板２０と、このヘッド基板２０の下面に取り付けられたアルミナ基板２１とからなる。アルミナ基板２１には、多数の発熱素子が記録紙１０の搬送方向と直交する方向にライン状に形成された発熱素子アレイ２２が設けられている。
【００１４】
プラテンローラ１８は、発熱素子アレイ２２に対面する位置で搬送経路の下方に配置されている。このプラテンローラ１８は、上下方向に移動自在となっており、図示しないバネによってサーマルヘッド１７に圧接する方向に付勢されている。
【００１５】
サーマルヘッド１７は、搬送ローラ対１３によって印画方向Ｂに搬送される記録紙１０に圧接し、発熱素子アレイ２２を所定の温度に発熱させて各感熱発色層を発色させる。プラテンローラ１８は、記録紙１０の搬送に応じて従動回転して、記録紙１０と発熱素子アレイ２２との摺接を容易にする。
【００１６】
ヘッド基板２０の上面には、電源ユニット２３および放熱板２４が設置されている。電源ユニット２３は、発熱素子アレイ２２に電力を供給するスイッチング電源であり、パワー半導体素子２３ａやその他の各種回路部品が基板２３ｂに実装されたものである。この電源ユニット２３は、サーマルヘッド１７の駆動制御を行う駆動回路２５に接続されている。パワー半導体素子２３ａは、放熱板２４に接触して設置されている。放熱板２４は、連続印画時に発生するサーマルヘッド１７の蓄熱を外部に放熱するためのものである。
【００１７】
電源ユニット２３と駆動回路２５とは、配線パターンあるいはコネクタにより接続されている。このようにサーマルヘッド１７と電源ユニット２３とを一体化させると、これらを接続するワイヤーハーネスなどの配線が不要となり、サーマルヘッド１７の負荷電流変化による電圧降下が低減され、安定した濃度で印画を行うことができる。また、放熱板２４が、サーマルヘッド１７だけでなく電源ユニット２３の放熱板としても機能し、従来、サーマルヘッドと電源ユニットとで別々に必要であった冷却ファンを共用することが可能となるので、装置の小型化、部品コストの削減を実現させることができる。
【００１８】
電源ユニット２３からは回路部品や配線の熱損失による廃熱が発生する。カラー感熱プリンタ２では、この廃熱を利用してサーマルヘッド１７の予熱を行う。このようにすると、予熱ヒータなどの特別な加熱手段を設けることなく、印画開始直後の濃度ムラの発生を防止することができる。
【００１９】
図１において、サーマルヘッド１７の定着方向Ａの下流側には、光定着器を構成するイエロー用定着ランプ２６と、マゼンタ用定着ランプ２７とが配置されている。イエロー用定着ランプ２６は、発光ピークが４２０ｎｍの近紫外線を放射して、記録紙１０のイエロー感熱発色層を定着する。マゼンタ用定着ランプ２７は、発光ピークが３６５ｎｍの紫外線を放射してマゼンタ感熱発色層を定着する。これらの定着ランプ２６、２７の背後には、放射された紫外線を記録紙１０に向けて反射する反射板２８が設けられている。
【００２０】
イエロー用定着ランプ２６の定着方向Ａの下流側には、長尺の記録紙１０を記録エリアごとにカットするカッタ２９が設けられている。カッタ２９の下流側には、カットされたシート状の記録紙１０を排出する排紙口３０が設けられている。
【００２１】
次に、上記実施形態による作用について説明する。プリント指示がなされると、記録紙１０が給紙ローラ１２によって給紙され、搬送ローラ対１３によって定着方向Ａに搬送される。次に、搬送ローラ対１３を逆転して記録紙１０を印画方向Ｂに搬送する。この搬送中にイエロー感熱発色層に対してサーマルヘッド１７によるイエロー画像の熱記録を行う。このイエロー画像の熱記録後に、記録紙１０を定着方向Ａに搬送しながらイエロー用定着ランプ２６を点灯し、これから放射された４２０ｎｍ付近に発光ピークを持つ近紫外線を記録紙１０に照射して、イエロー感熱発色層に光定着を施す。
【００２２】
再び記録紙１０を定着方向Ａに送ってから、印画方向Ｂに搬送しながらマゼンタ感熱発色層に対してサーマルヘッド１７によるマゼンタ画像の熱記録を行う。マゼンタ画像の熱記録後、マゼンタ用定着ランプ２７により３６５ｎｍ付近に発光ピークを持つ紫外線を記録紙１０に照射して、マゼンタ感熱発色層に光定着を施す。最後に、再び記録紙１０を定着方向Ａに送ってから、印画方向Ｂに搬送しながらシアン感熱発色層に対してシアン画像の熱記録を行う。シアン画像の熱記録後の記録紙１０を、カッタ２９により記録エリアごとにカットし、排紙口３０から排出して図示しない排紙トレイに順次積層する。
【００２３】
上記実施形態では、電源ユニット２３のみをサーマルヘッド１７と一体化させているが、廃熱が発生する他の電気部品、例えば定着ランプを駆動制御するインバータや、モータ駆動用ＩＣ、プリンタ全体の動作を統括する制御回路などを全てまたは選択して一体化してもよい。
【００２４】
上記実施形態では、ヘッド基板２０に電源ユニット２３と放熱板２４とを設けたが、放熱機能を有するヘッド基板を用いた場合は、放熱板２４を設けなくともよい。また、本発明は、上記実施形態のカラー感熱プリンタに限らず、熱転写型、熱昇華型などの他の記録方式のサーマルプリンタについても適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のサーマルヘッドおよびサーマルプリンタによれば、発熱素子アレイに電力を供給する電源ユニットをサーマルヘッドと一体化したので、サーマルヘッドの予熱に要するエネルギーを抑制するとともに、装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したカラー感熱プリンタの概略構成を示す図である。
【図２】サーマルヘッドの構成を示す拡大図である。
【符号の説明】
２ カラー感熱プリンタ
１０ カラー感熱記録紙（記録紙）
１７ サーマルヘッド
２０ ヘッド基板
２２ 発熱素子アレイ
２３ 電源ユニット
２３ａ パワー半導体素子
２４ 放熱板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal head that performs thermal recording by bringing a heating element array into pressure contact with a thermal recording paper, and a thermal printer using the thermal head.
[0002]
[Prior art]
In a thermal printer, for example, a color thermal printer, multi-tone printing and multi-color printing are performed by pressing a heating element array formed on a thermal head against color thermal recording paper and heating each heating element in accordance with print data. ing.
[0003]
In order to obtain a print having an appropriate density and color balance with a color thermal printer, it is necessary to heat each heating element to a temperature corresponding to the print data. However, if continuous printing is performed, the thermal head stores heat, the temperature of the heating element rises, the density and color balance deteriorate, and so-called thermal roughening occurs on the surface of the color thermal recording paper, resulting in print image quality. Is significantly reduced. Moreover, since the temperature of the thermal head is low immediately after the start of printing, it is impossible to develop a color with sufficient density.
[0004]
In order to solve the above problems, a conventional color thermal printer is provided with a cooling fan in the vicinity of the thermal head. In addition, there has been proposed a thermal head that is provided with a preliminary heat generating portion that preheats the thermal head during standby for printing, and prevents density unevenness immediately after the start of printing (see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-46297 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional color thermal printer, the power supply unit that supplies power to the heating element array is installed at a position apart from the thermal head. This power unit generates waste heat due to heat loss of circuit components and wiring with its use, but this waste heat is not used effectively, and in some cases it is necessary to provide a cooling fan. The increase in size and running cost was incurred.
[0007]
It is an object of the present invention to provide a thermal head and a thermal printer that can suppress energy required for preheating the thermal head and can reduce the size of the apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention includes a heating element array in which a number of heating elements are formed in a line shape, and a substrate on which the heating element array is installed. In the thermal head that performs thermal recording by being pressed against the heat source, a power supply unit that supplies power to the heating element array is provided integrally with the substrate. The power supply unit is a switching power supply having a power semiconductor element, and the power semiconductor element is preferably brought into contact with a heat radiating plate attached to a substrate of the thermal head.
[0009]
A thermal printer according to the present invention is characterized in that thermal recording is performed on the thermal recording paper using the thermal head according to claim 1 or 2.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic configuration of a color thermal printer embodying the present invention. In the color thermal printer 2, a long color thermal recording paper (hereinafter simply referred to as recording paper) 10 is used as a thermal recording material. The recording paper 10 is set in the color thermal printer 2 in the form of a recording paper roll 11 wound in a roll shape. The recording paper roll 11 is rotated by a paper feed roller 12 in contact with the outer periphery, whereby the recording paper 10 is fed out and rewound.
[0011]
In the vicinity of the recording paper roll 11, a pair of conveying rollers 13 that sandwich and convey the recording paper 10 is disposed. The conveyance roller pair 13 includes a capstan roller 15 that is rotationally driven by a conveyance motor 14 and a pinch roller 16 that is in pressure contact with the capstan roller 15, and the recording paper 10 has a fixing direction A and a printing direction B. To reciprocate.
[0012]
As is well known, the recording paper 10 has a structure in which a cyan thermosensitive coloring layer, a magenta thermosensitive coloring layer, and a yellow thermosensitive coloring layer are sequentially provided on a support. The yellow thermosensitive coloring layer, which is the uppermost layer, has the highest thermal sensitivity and develops yellow with a small amount of heat energy. The cyan thermosensitive coloring layer, which is the lowermost layer, has the lowest thermal sensitivity and develops cyan with large heat energy. The yellow thermosensitive coloring layer loses its coloring ability when irradiated with near ultraviolet rays of 420 nm. The magenta thermosensitive coloring layer develops magenta with intermediate thermal energy between the yellow thermosensitive coloring layer and the cyan thermosensitive coloring layer and loses the coloring ability when irradiated with 365 nm ultraviolet rays.
[0013]
On the downstream side of the conveyance roller pair 13 in the fixing direction A, the thermal head 17 and the platen roller 18 are arranged so as to sandwich the conveyance path of the recording paper 10. A cooling fan 19 that cools a power supply unit 23 (to be described later) together with the thermal head 17 is installed near the thermal head 17. As shown in FIG. 2, the thermal head 17 includes a head substrate 20 formed of a material having high thermal conductivity, for example, aluminum, and an alumina substrate 21 attached to the lower surface of the head substrate 20. The alumina substrate 21 is provided with a heating element array 22 in which a large number of heating elements are formed in a line shape in a direction orthogonal to the conveyance direction of the recording paper 10.
[0014]
The platen roller 18 is disposed below the conveyance path at a position facing the heating element array 22. The platen roller 18 is movable in the vertical direction and is urged in a direction in which it is pressed against the thermal head 17 by a spring (not shown).
[0015]
The thermal head 17 is in pressure contact with the recording paper 10 conveyed in the printing direction B by the conveying roller pair 13 and heats the heating element array 22 to a predetermined temperature to cause each thermosensitive coloring layer to develop color. The platen roller 18 is driven and rotated in accordance with the conveyance of the recording paper 10 to facilitate the sliding contact between the recording paper 10 and the heating element array 22.
[0016]
On the upper surface of the head substrate 20, a power supply unit 23 and a heat radiating plate 24 are installed. The power supply unit 23 is a switching power supply that supplies power to the heating element array 22, and includes a power semiconductor element 23a and other various circuit components mounted on a substrate 23b. The power supply unit 23 is connected to a drive circuit 25 that controls the drive of the thermal head 17. The power semiconductor element 23 a is installed in contact with the heat sink 24. The heat radiating plate 24 is for radiating heat stored in the thermal head 17 generated during continuous printing to the outside.
[0017]
The power supply unit 23 and the drive circuit 25 are connected by a wiring pattern or a connector. When the thermal head 17 and the power supply unit 23 are integrated in this way, wiring such as a wiring harness for connecting them becomes unnecessary, a voltage drop due to a change in the load current of the thermal head 17 is reduced, and printing is performed with a stable density. It can be carried out. In addition, the heat radiating plate 24 functions not only as the thermal head 17 but also as a heat radiating plate of the power supply unit 23, so that it has become possible to share a cooling fan that has conventionally been required separately for the thermal head and the power supply unit. Therefore, it is possible to reduce the size of the device and reduce the cost of parts.
[0018]
The power supply unit 23 generates waste heat due to heat loss of circuit components and wiring. The color thermal printer 2 preheats the thermal head 17 using this waste heat. In this way, it is possible to prevent density unevenness immediately after the start of printing without providing a special heating means such as a preheating heater.
[0019]
In FIG. 1, a yellow fixing lamp 26 and a magenta fixing lamp 27 constituting an optical fixing device are arranged downstream of the thermal head 17 in the fixing direction A. The yellow fixing lamp 26 emits near ultraviolet rays having an emission peak of 420 nm, and fixes the yellow thermosensitive coloring layer of the recording paper 10. The magenta fixing lamp 27 fixes the magenta thermosensitive coloring layer by emitting ultraviolet rays having an emission peak of 365 nm. Behind these fixing lamps 26 and 27, a reflecting plate 28 that reflects the emitted ultraviolet light toward the recording paper 10 is provided.
[0020]
On the downstream side of the fixing direction A of the yellow fixing lamp 26, a cutter 29 for cutting the long recording paper 10 for each recording area is provided. A paper discharge port 30 for discharging the cut sheet-like recording paper 10 is provided on the downstream side of the cutter 29.
[0021]
Next, the effect | action by the said embodiment is demonstrated. When a print instruction is issued, the recording paper 10 is fed by the paper feed roller 12 and conveyed in the fixing direction A by the conveyance roller pair 13. Next, the recording paper 10 is conveyed in the printing direction B by reversing the conveying roller pair 13. During this conveyance, a yellow image is thermally recorded by the thermal head 17 on the yellow thermosensitive coloring layer. After the thermal recording of the yellow image, the yellow fixing lamp 26 is turned on while the recording paper 10 is conveyed in the fixing direction A, and the recording paper 10 is irradiated with near ultraviolet rays having a light emission peak around 420 nm emitted from the yellow image. Photofixing is applied to the yellow thermosensitive coloring layer.
[0022]
After the recording paper 10 is sent again in the fixing direction A, a magenta image is thermally recorded by the thermal head 17 on the magenta thermosensitive coloring layer while being conveyed in the printing direction B. After thermal recording of the magenta image, the magenta fixing lamp 27 irradiates the recording paper 10 with ultraviolet light having an emission peak in the vicinity of 365 nm to effect light fixing on the magenta thermosensitive coloring layer. Finally, the recording paper 10 is sent again in the fixing direction A, and then a cyan image is thermally recorded on the cyan thermosensitive coloring layer while being conveyed in the printing direction B. The recording paper 10 after the thermal recording of the cyan image is cut for each recording area by the cutter 29, discharged from the paper discharge port 30, and sequentially stacked on a paper discharge tray (not shown).
[0023]
In the above embodiment, only the power supply unit 23 is integrated with the thermal head 17, but other electrical components that generate waste heat, for example, an inverter for driving and controlling a fixing lamp, a motor driving IC, and the operation of the entire printer All or a control circuit that supervises the above may be integrated.
[0024]
In the above embodiment, the power supply unit 23 and the heat radiating plate 24 are provided on the head substrate 20. However, when a head substrate having a heat radiating function is used, the heat radiating plate 24 may not be provided. The present invention is not limited to the color thermal printer of the above-described embodiment, but can be applied to thermal printers of other recording systems such as a thermal transfer type and a thermal sublimation type.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the thermal head and the thermal printer of the present invention, since the power supply unit for supplying power to the heating element array is integrated with the thermal head, the energy required for preheating the thermal head is suppressed and the apparatus is It can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a color thermal printer embodying the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view showing a configuration of a thermal head.
[Explanation of symbols]
2 Color thermal printer 10 Color thermal recording paper (recording paper)
17 thermal head 20 head substrate 22 heating element array 23 power supply unit 23a power semiconductor element 24 heat sink