CN111107999B - 热头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热头，具备：底釉层，其设于绝缘基板上；电极，其设于上述底釉层上；发热体，其设于上述电极上；第一保护层，其至少覆盖上述发热体，且含有玻璃材料；以及第二保护层，其设于上述第一保护层上，与上述第一保护层相比为高熔点，且由1000℃以下的热膨胀系数相对于温度大致恒定的材料形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种热头。
背景技术
以往，已知一种保护热头的耐磨性保护膜(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-177857号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在现有技术中，特别是在高速印刷时，存在无法获得足够的寿命的问题。
用于解决课题的方案
根据本发明的第一方案，热头具备：底釉层，其设于绝缘基板上；电极，其设于上述底釉层上；发热体，其设于上述电极上；第一保护层，其至少覆盖上述发热体，且含有玻璃材料；以及第二保护层，其设于上述第一保护层上，与上述第一保护层相比为高熔点，且由1000℃以下的热膨胀系数相对于温度大致恒定的材料形成。
根据本发明的第二方案，优选的是，在第一方案的热头中，上述第二保护层至少具有1000℃以上的熔点。
根据本发明的第三方案，优选的是，在第二方案的热头中，上述第一保护层的热膨胀系数及上述第二保护层的热膨胀系数为6.0～7.0ppm/℃。
根据本发明的第四方案，优选的是，在第三方案的热头中，上述第二保护层的热导率为10W/mK以上。
根据本发明的第五方案，优选的是，在第四方案的热头中，上述第二保护层的电阻率为100μΩ·cm以下。
根据本发明的第六方案，优选的是，在第五方案的热头中，上述第二保护层由含有钛及钨的材料构成。
根据本发明的第七方案，优选的是，在第六方案的热头中，上述第一保护层的热传导率大于10W/mK。
根据本发明的第八方案，优选的是，在第一方案～第七方案的任一个的热头中，还具备第三保护层，该第三保护层设于上述第一保护层与上述第二保护层之间，且具有比上述第一保护层及上述第二保护层高的延展性。
根据本发明的第九方案，优选的是，在第八方案的热头中，上述第三保护层由含有钛的材料形成。
根据本发明的第十方案，优选的是，在第八方案或第九方案的热头中，在上述热头的打印面，上述第二保护层及上述第三保护层的副扫描方向的宽度比上述第一保护层窄。
根据本发明的第十一方案，优选的是，在第八方案～第十方案的任一个的热头中，上述第二保护层及上述第三保护层通过溅射进行薄膜形成。
发明效果
根据本发明，能够提供长寿命的热头。
附图说明
图1是表示第一实施方式的热头的结构的俯视图。
图2是示意性地表示图1的I-I线截面的图。
图3是详细地表示保护膜的截面构造的示意图。
图4是详细地表示保护膜的截面构造的示意图。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的热头的结构的俯视图。图2是示意性地表示图1的I-I线截面的图。热头100具备固定于支撑板5上的绝缘基板4及电路基板9。绝缘基板4及电路基板9通过粘合层11固定于支撑板5上。
绝缘基板4由陶瓷等绝缘体形成。在本实施方式中，绝缘基板4通过在陶瓷基板4a之上设置底釉层4b而构成。在绝缘基板4上通过对例如金等导体使用光刻法，并通过蚀刻去除不需要的部分而形成有共通电极基部21及多个个别电极3。在共通电极基部21及多个个别电极3的上方(图2的纸面上方向)通过例如厚膜印刷而形成有带状的发热体1。在本实施方式中，具有某曲率的底釉层4b设于发热体1的下部。
在作为印刷配线板等的电路基板9设有驱动器IC6a、驱动器IC6b以及连接端子10。驱动器IC6a、驱动器IC6b为分别与多个个别电极3连接，控制流向各发热体1的电流的导通、非导通的驱动IC。在以下的说明中，将驱动器IC6a及驱动器IC6b总称为驱动器IC6。
连接端子10为用于将热头100连接于进行打印控制等的外部设备的连接部件。连接端子10在电路基板9的图1中的下部、即电路基板9的与绝缘基板4侧相反的一侧的边缘排成一列地配置有多个。各个个别电极3的一端通过电线7c与驱动器IC6连接。电线7c为将个别电极3和驱动器IC6电连接的金线等金属线。
共通电极2具有共通电极基部21及多个共通电极延伸部20。共通电极基部21沿矩形的绝缘基板4具有的四条边中的除了面向电路基板9的一边的三个边以包围发热体1的方式形成。多个共通电极延伸部20从在图1中与发热体1平行地延伸的共通电极基部21的一区域沿副扫描方向42(图1的纸面上下方向)延伸。如后述地，发热体1的延伸方向为主扫描方向41。
共通电极基部21的一方的端部21a通过多个电线7a与设于电路基板9的配线图案13a电连接。配线图案13a与多个连接端子10中的任一个电连接。共通电极基部21的另一方的端部21b通过多个电线7b与设于电路基板9的配线图案13b电连接。配线图案13b与多个连接端子10中的任一个电连接。
多个个别电极3分别具有连接部32、个别电极延伸部30以及连接焊盘31。个别电极延伸部30位于共通电极2的一对共通电极延伸部20之间且沿副扫描方向42延伸。连接部32从个别电极延伸部30的端部沿副扫描方向42延伸。
连接焊盘31设于连接部32的另一端、即与个别电极延伸部30相反的一侧的连接部32的端部。也就是，在连接部32的一端设有个别电极延伸部30，在另一端设有连接焊盘31。换句话说，个别电极延伸部30和连接焊盘31通过连接部32连接。
多个共通电极延伸部20和多个个别电极延伸部30交替地对置，以啮合的方式形成。发热体1横跨、换言之，横断多个共通电极延伸部20和多个个别电极延伸部30地形成，沿共通电极延伸部20和个别电极延伸部30的排列方向即主扫描方向41(图1的纸面左右方向)延伸设置。
多个连接焊盘31沿绝缘基板4的电路基板9侧的缘部4x(图1、图2)，即沿主扫描方向41，以预定间距排列成一列。就驱动器IC6而言，俯视为细长的矩形形状(整体为细长的四棱柱)，使长边方向与电路基板9侧的缘部4x的延伸方向一致，并与电路基板9小片接合。在驱动器IC6的上表面沿与绝缘基板4对置的缘部，即沿主扫描方向41形成多个IC电极焊盘60。多个连接焊盘31以与多个IC电极焊盘60相同的间距排列。一个IC电极焊盘60对应一个连接焊盘31。各个连接焊盘31通过电线7c与对应的IC电极焊盘60电连接。
驱动器IC6控制从共通电极2经由发热体1流向各个个别电极3的电流。由此，电流在位于共通电极延伸部20和个别电极延伸部30交替对置形成为啮合的部分之间的发热体1的微小区域流动，该部分发热。通过将该热施加到热敏纸等打印介质而进行打印。
此外，在图1中，为了绘图方便，将个别电极3比实际少地简化图示。因此，共通电极延伸部20的个数、个别电极延伸部30的个数、连接焊盘31的个数、IC电极焊盘60的个数等也比实际少地图示。
整个绝缘基板4中的除了缘部4x的部分被在图1及图2中用斜线表示的厚膜保护膜12覆盖。厚膜保护膜12以例如玻璃材料为主材料而构成，其厚度为4～10μm左右，热膨胀系数为6.0～6.7ppm/℃左右，热传导率低于10w/m·K。对于厚膜保护膜12，在表面设置有一定的粗糙度，提高了与薄膜保护膜14的密合。根据实验，Ra可以为0.1～0.2μm的范围。
整个厚膜保护膜12中的包括发热体1的纸面上方向的一部分被在图1及图2中用阴影表示的薄膜保护膜14覆盖。薄膜保护膜14例如由含有10重量百分比的钛和90重量百分比的钨的合金构成，其厚度为4μm左右，热膨胀系数为6.0ppm/℃左右，热传导率为13.6w/m·K左右，1000℃以下的热膨胀系数相对于温度大致恒定，且熔点为1000℃以上。薄膜保护膜14例如通过溅射等薄膜装置形成。
密封树脂8跨绝缘基板4和电路基板9密封包括驱动器IC6、电线7a、电线7b以及电线7c的绝缘基板4与电路基板9的边界的区域。密封树脂8防止电线7a、电线7b、电线7c等因来自外部的接触、冲击而破断或剥离。
图3是示意性地表示发热体1附近的截面的图。在绝缘基板4的作为基部的陶瓷基板4a的一部分之上形成有具有某曲率的底釉层4b。在底釉层4b之上及未形成底釉层4b的陶瓷基板4a部分之上形成有共通电极基部21、个别电极3，在其之上形成有发热体1。在发热体1、共通电极2、共通电极基部21以及个别电极3之上形成有覆盖它们的厚膜保护膜12。在厚膜保护膜12之上通过溅射等形成有薄膜保护膜14。
就打印动作而言，由一般按照发热体1的元件列单位执行的对各发热体1通电的时间与非通电的时间的组合构成的打印周期为基本单位。在通电期间，形成于发热体1的上部的厚膜保护膜12和薄膜保护膜14的温度上升，在非通电的期间，相反地下降，但此时，有时温度上升时的最高温度超过约300℃，且温度上升时的最高温度与下降时的最低温度的差达到约250℃。在本发明中，将最上层的保护膜由1000℃以下的热膨胀系数相对于温度大致恒定且熔点为1000℃以上的薄膜保护膜14构成，从而针对相对于传递到薄膜保护膜14的热量引起的薄膜保护膜14的机械变形能够确保足够的裕度。
进一步地，针对按照打印周期单位执行的发热体1的上部的厚膜保护膜12和薄膜保护膜14的因在上述最高温度和最低温度之间上下的热量而引起的膨胀、收缩的应力，在本发明中，通过使厚膜保护膜12和薄膜保护膜14的热膨胀系数大致一致，相对于上述热量的膨胀及收缩在厚膜保护膜12和薄膜保护膜14大致相同地变动，因此，能够抑制厚膜保护膜12与薄膜保护膜14之间的因热膨胀的不同而引起的应力，能够确保更牢固的粘接力。
而且，薄膜保护膜14为高熔点且为高热传导，从而对于施加的能量的耐性提高。根据实验，与将薄膜保护膜14由厚膜材料构成的情况相比，确认了50％以上的能量耐性的提高。
另外，本发明的薄膜保护膜14具有电阻率为53.6μΩ·cm的性质，对于干扰性地施加的静电耐性，耐性也提高了。根据实验，在以330Ω、150pF的放电常数在发热体上的薄膜保护膜14进行接触放电的情况下，确认到15kV以上的耐性。
在利用压纸滚轴按压热头100的状态下使印刷用纸滑动时，有可能作为干扰，粉尘等异物侵入到热头100上。这样的异物可能会损伤薄膜保护膜14。
在本实施方式中，将薄膜保护膜14由具有韧性的钛、钨构成，因此，即使在粉尘等异物侵入的情况下，也能够延迟对印刷产生障碍的程度的损伤沿深度方向入侵，能够提供长寿命且具有高可靠性的热头100。
即，根据上述的实施方式，可得到以下的作用效果。
(1)包括玻璃材料的厚膜保护膜12覆盖发热体1，包含钛及钨的高熔点的薄膜保护膜14设于厚膜保护膜12上。由此，能够提供可靠性高的热头100。
(2)薄膜保护膜14为高熔点且高热传导率，因此对于施加的能量，也能够提高耐性，在灵敏度差的印刷用纸也能够提供适当的打印。
(3)将薄膜保护膜14采用具有金属的性质的钛、钨，因此能够提供对静电具有耐性的高可靠性的热头100。
(第二实施方式)
以下，对本实施方式的热头100的与第一实施方式的热头100的区别进行叙述。
第二实施方式的热头100在提高厚膜保护膜12的热传导率这一点上与第一实施方式不同。具体来说，将厚膜保护膜12的热传导率设为例如10w/m·K为以上。优选的是，将厚膜保护膜12的热传导率设为例如16w/m·K以上。
在近年来的打印机的高速打印的趋势下，有时成为350mm/秒以上的打印速度。在该情况下，为了缩短打印周期(以350mm/秒的打印速度，在副扫描方向的打印密度为8线/mm的情况下，为357μ秒/打印周期)，发热体1的各元件的最高温度相对于时间绘制陡峭的曲线，温度下降时的最低温度不能降低到室温，蓄积热的倾向变强。根据实验，确认到，如果对发热体1的各元件单位每打印周期地连续地持续施加能量，则由于通过印加的能量而蓄积的热，相当于发热体1的上部的薄膜保护膜14上的最高温度达到400～500℃以上。在此，薄膜保护膜14通过溅射等将钛、钨形成薄膜，在其内部存在较大的内部应力。另外，为了针对于薄膜保护膜14的内部应力确保与下层的厚膜保护膜12之间的粘接力，将作为与薄膜保护膜14的粘接面的厚膜保护膜12的表面以使表面粗糙度、Ra为0.1～0.2μm左右的方式调整，使其具有锚定效果。根据实验能够确认，通过该表面粗糙度，在静态上可得到足够的接合，但如果在打印动作中施加热，则由于厚膜保护膜12的表面粗糙度的存在，成为将锚打入薄膜保护膜14的状态，因此可能在薄膜保护膜14与厚膜保护膜12的界面附近的锚的部位产生因热的膨胀、收缩而引起的局部的内部应力的紊乱，导致粘接力的下降。在本实施方式中，通过使厚膜保护膜12具有16W/m·K的高的热传导率，从而从发热体1传递的热难以蓄积于厚膜保护膜12内，因此难以引起厚膜保护膜12的膨胀或收缩，能够确保薄膜保护膜14与厚膜保护膜12的足够的粘接力。
而且，如上所述，薄膜保护膜14与具有500～600℃的玻璃化转变点的厚膜材料不同，为1000℃以下的热膨胀系数相对于温度大致恒定且具有1000℃以上的熔点的材料，因此，即使在利用压纸滚轴将印刷用纸按压到热头100的状态下使印刷用纸滑动的情况下，也难以由于上述那样的因高速打印引起的400～500℃的最高温度所导致的热应力而发生薄膜保护膜14的热变形，因此能够抑制磨损，能够提供长寿命的热头100。
另外，如上所述，通过使薄膜保护膜14具有13.6W/mK左右的高的热传导率，即使在进行高速印刷的情况下，在薄膜保护膜14的相当于施加了发热体1的热的部位的区域，热迅速且均匀地扩散，不蓄积热，能够提供没有缺划等弊端的高画质的打印。
(第三实施方式)
以下，对本实施方式的热头100的与第一实施方式的热头100的区别进行叙述。
图4是示意性地表示发热体1附近的截面的图。第三实施方式的热头100在厚膜保护膜12与薄膜保护膜14之间具有中间层15。中间层15至少覆盖薄与膜保护膜14覆盖的区域相同的区域。中间层15以例如钛等为主要材料而构成，其厚度为0.05～0.5μm左右。
如在第二实施方式所说明地，由于在薄膜保护膜14产生的局部的内部应力的增大，可能导致薄膜保护膜14剥落。
在本实施方式中，在薄膜保护膜14与厚膜保护膜12之间设置有由具有延展性的钛构成的中间层15，因此中间层15缓和薄膜保护膜14的内部应力，能够期待与薄膜保护膜14的粘接力的提高。其结果，能够提供更长寿命的热头100。
如下的变形也在本发明的范围内，也能够将变形例的一个或者多个与上述实施方式组合。
(变形例1)
在第三实施方式中，薄膜保护膜14和中间层15在副扫描方向上形成区域比厚膜保护膜12窄。因此，也可以在厚膜保护膜12上且未形成薄膜保护膜14及中间层15的区域配置对准标记。由此，能够将形成有发热体1的绝缘基板4在支撑板5上精度良好地定位。
以上对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明不限于这些内容。在本发明的技术思想的范围内想到的其它方案也包含在本发明的范围内。
下面的优先权基础申请的公开内容作为引用文并入本文。
日本专利申请2017年186673号(2017年9月27日申请)
符号说明
100—热头，1—发热体，2—共通电极，3—个别电极，4—绝缘基板，6、6a、6b—驱动器IC，7a、7b、7c—电线，8—密封树脂，9—电路基板，12—厚膜保护膜，14—薄膜保护膜。
Claims (9)
1.一种热头，其特征在于，具备：
底釉层，其设于绝缘基板上；
电极，其设于上述底釉层上；
发热体，其设于上述电极上；
第一保护层，其至少覆盖上述发热体，且含有玻璃材料；以及
第二保护层，其设于上述第一保护层上，与上述第一保护层相比为高熔点，且由1000℃以下的热膨胀系数相对于温度大致恒定的材料形成，
上述第二保护层具有1000℃以上的熔点，
上述第一保护层的热膨胀系数及上述第二保护层的热膨胀系数为6.0～7.0ppm/℃。
2.根据权利要求1所述的热头，其特征在于，
上述第二保护层的热导率为10W/mK以上。
3.根据权利要求2所述的热头，其特征在于，
上述第二保护层的电阻率为100μΩ·cm以下。
4.根据权利要求3所述的热头，其特征在于，
上述第二保护层由含有钛及钨的材料构成。
5.根据权利要求4所述的热头，其特征在于，
上述第一保护层的热传导率大于10W/mK。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的热头，其特征在于，
还具备第三保护层，该第三保护层设于上述第一保护层与上述第二保护层之间，且具有比上述第一保护层及上述第二保护层高的延展性。
7.根据权利要求6所述的热头，其特征在于，
上述第三保护层由含有钛的材料形成。
8.根据权利要求6所述的热头，其特征在于，
在上述热头的打印面，上述第二保护层及上述第三保护层的副扫描方向的宽度比上述第一保护层窄。
9.根据权利要求6所述的热头，其特征在于，
上述第二保护层及上述第三保护层通过溅射进行薄膜形成。
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