JP2004230677A - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】鮮明な印画を形成することができる高品質なサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタを提供することにある。
【解決手段】上面に多数の発熱抵抗体２及び多数の回路導体３を有するヘッド基板Ａと、多数の配線導体６を有する外部配線板Ｂとから成り、前記回路導体３と前記配線導体６とを半田接合させて両者を電気的に接続させるとともに、該半田接合部を列状に配列させたサーマルヘッドにおいて、前記各半田接合部を、隣接する半田接合部間に空隙が形成されるように、樹脂材７で被覆する。
【選択図】図１

Description

【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としては、例えば図６に示す如く、上面に多数の発熱抵抗体及び多数の回路導体２３を有するヘッド基板Ａ’と、前記回路導体２３に対して半田接合される多数の配線導体２６を有したポリイミド製の外部配線板Ｂ’とを備え、前記回路導体２３と配線導体２６とを接続する多数の半田接合部を単一の樹脂材２７で共通に被覆したものが知られており、感熱紙やインクリボン等の感熱記録媒体をプラテンローラを用いて発熱抵抗体上に摺接させながら、多数の発熱抵抗体を外部からの印画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記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
【０００４】
尚、前記樹脂材２７は、隣接する半田接合部間に隙間なく充填されており、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂の液状前駆体をディスペンサを用いて半田接合部領域に塗布し、しかる後、これを熱硬化させることで形成される。（特許文献１参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−２３０２２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヘッド基板Ａ’のベースプレート２１を構成するアルミナセラミックスの線膨張係数は約０．７×１０^−５℃^−１、外部配線板Ｂ’を構成するポリイミド樹脂の線膨張係数は約３．２×１０^−５℃^−１であり、両者の線膨張係数は大きく異なっていることから、サーマルヘッドの駆動時に発生する熱によってヘッド基板Ａ’と外部配線板Ｂ’との間に大きな熱応力が生じることがある。
【０００７】
しかしながら、上述した従来のサーマルヘッドにおいては、隣接する半田接合部間に隙間なく樹脂材２７が充填されており、前記熱応力が緩和されることなくそのまま半田接合部領域全体に印加されるため、半田接合部に係る負荷が大きくなり、半田接合部が破損する恐れがあった。
【０００８】
また、前記樹脂材２７は、半田接合部間に隙間なく充填されていることから、かかる樹脂材２７の形成時、液状前駆体を熱硬化させることによって生じる熱収縮力が半田接合部のみならず、その間の領域にも印加されることとなり、ヘッド基板Ａ’―外部配線板Ｂ’間に印加される応力は比較的大きなものとなる。それ故、かかる応力によってサーマルヘッドが湾曲し、印画品質に悪い影響を及ぼす恐れがあった。
【０００９】
本発明は上述の欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、ヘッド基板Ａ’と外部配線板Ｂ’とを強固に接合させることができ、しかもサーマルヘッドの平坦性を高く維持することが可能な高品質のサーマルヘッド及び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、上面に多数の発熱抵抗体及び多数の回路導体を有するヘッド基板と、多数の配線導体を有する外部配線板とから成り、前記回路導体と前記配線導体とを半田接合させて両者を電気的に接続させるとともに、該半田接合部を列状に配列させたサーマルヘッドにおいて、前記各半田接合部を、隣接する半田接合部間に空隙が形成されるように、樹脂材で被覆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、上面に多数の発熱抵抗体及び多数の回路導体を有するヘッド基板と、多数の配線導体を有する外部配線板とから成り、前記回路導体と前記配線導体とを半田接合させて両者を電気的に接続させるとともに、該半田接合部を列状に配列させたサーマルヘッドにおいて、前記半田接合部を複数のグループに区分し、該各グループ毎の半田接合部を共通の樹脂材で個々に被覆するとともに、隣接するグループの樹脂材間に空隙を形成した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、前記樹脂材がフッ素樹脂から成ることを特徴とするものである。
【００１３】
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を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のサーマルヘッドによれば、ヘッド基板の回路導体と、外部配線板の配線導体とを電気的に接続する列状に配列された各半田接合部を、隣接する半田接合部間に空隙が形成されるように、多数の樹脂材で個々に被覆したり、或は、前記半田接合部を複数のグループに区分し、該各グループ毎に共通の樹脂材で個々に被覆するとともに、隣接するグループの樹脂材間に空隙を形成したりしたことから、サーマルヘッドの駆動時に発生する熱によってヘッド基板と外部配線板との間に大きな熱応力が生じたとしても、隣接する半田接合部間、或は、隣接するグループ間に形成された空隙によって該熱応力が良好に緩和されることとなり、ヘッド基板と外部配線板とを強固に接合してサーマルヘッドの信頼性向上に供することができる。
【００１５】
しかも、隣接する半田接合部間、或は、隣接するグループ間には樹脂材が存在しない空隙が形成されているため、樹脂材の形成時、液状前駆体を熱硬化させることによって生じる熱収縮力が隣接する半田接合部間、或は、隣接するグループ間の領域に印加されることはなく、熱収縮による影響を小さくしてサーマルヘッドの平坦性を良好に保ち、サーマルヘッドの印画品質を高く保持できる。
【００１６】
更に本発明のサーマルヘッドによれば、前記樹脂材をフッ素樹脂により形成することにより、該樹脂材の防水性を良好に高めることができ、大気中の水分による半田接合部の腐食を防止することが可能となる。
【００１７】
【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。
図１は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの主操作方向から見た断面図、図２は図１のサーマルヘッドの副走査方向から見た断面図であり、図１に示すサーマルヘッドは、大略的に、ヘッド基板Ａと、外部配線板Ｂとで構成されており、両者は半田接合されることで電気的接続されている。
【００１８】
前記ヘッド基板Ａは、長方形状を成すベースプレート１の上面に、発熱抵抗体２、回路導体３等を被着させた構造を有しており、前記ベースプレート１の上面で発熱抵抗体２や回路導体３等が支持されている。
【００１９】
このようなベースプレート１は、アルミナセラミックス等のセラミックス材料や表面を酸化膜で被覆した単結晶シリコン樹脂等、種々の材料により形成されており、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やカレンダーロール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、該グリーンシートを所定の長方形状に打ち抜いた上、高温（約１６００℃）で焼成することにより製作される。
【００２０】
また前記ベースプレート１の上面に設けられている多数の発熱抵抗体２は、例えば６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の密度でベースプレート１の一方の長辺に沿って直線状に配列されており、各発熱抵抗体２の両端には回路導体３が電気的に接続されている。
【００２１】
前記発熱抵抗体２は、その各々がＴａＳｉＯ、ＴｉＳｉＯ等の電気抵抗材料から成る抵抗薄膜により形成されているため、外部より回路導体３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、感熱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。
【００２２】
更に、前記発熱抵抗体２に電気的に接続される多数の回路導体３は、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おり、その一端がベースプレート１の他方の長辺近傍まで導出され、該導出部３ａで前記外部配線板Ｂ上に設けられる配線導体６と半田５を介して電気的に接続される。
【００２３】
尚、前記回路導体２の導出部２ａには、その表面にベースプレート１側から亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）を順次積層させたメッキ層４が被着されており、半田５の溶融に伴って回路導体３を形成するアルミニウム等に半田食われが生じるのを有効に防止する作用を為す。
【００２４】
このような発熱抵抗体２や回路導体３は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、ＴａＳｉＯ等の電気抵抗材料から成る抵抗薄膜と、Ａｌ等の金属から成る金属薄膜を、スパッタリング法により夫々０．０１μｍ〜０．１０μｍ、０．８μｍ〜１．２μｍの厚みに順次積層させるともに該積層体をフォトリソグラフィ技術、エッチング技術を採用することによって、所定パターンに加工することで形成される。また前記回路導体３の導出部３ａに形成されるメッキ層４は、従来周知の無電界メッキ法等を採用することにより、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を夫々０．５μｍ〜２μｍ、０．５μｍ〜２μｍ、０．０１μｍ〜０．２μｍの厚みに順次積層することで形成される。
【００２５】
一方、前記外部配線板Ｂは、例えば多数の配線導体６をベースフィルムとカバーフィルムとで挟持した構造を有するフレキシブル印刷配線板から成り、前記カバーフィルムの一部を切り欠いて配線導体６を部分的に露出させ、該露出部６ａで前記回路導体３の導出部３ａと半田接合される。尚、前記外部配線板Ｂを構成するベースフィルム、カバーフィルムは１０μｍ〜３５μｍに、配線導体６は２５μｍ〜３５μｍの厚みに形成されている。
【００２６】
また前記外部配線板Ｂは、その一端側で前記ヘッド基板Ａに、他端側でプリンタ本体等の外部電気回路に電気的に接続され、ヘッド基板Ａをプリンタ本体に接続するための接続部材として機能する。
【００２７】
更に前記外部配線板Ｂの配線導体６と、前記ヘッド基板Ａの回路導体３とを接合する半田５は、例えば錫（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）と銅（Ｃｕ）とを９６．５：３．０：０．５の比率で混合した合金から成り、回路導体３の導出部３ａと配線導体６の露出部６ａとの間の空間に介在される。
【００２８】
上述した外部配線板Ｂは、例えばポリイミド樹脂からなるベースフィルム上に圧延銅箔を被着させるとともに、該圧延銅箔を従来周知のフォトリソグラフィ技術等により所定パターンに加工し、しかる後、加工した圧延銅箔をカバーフィルムで被覆することによって製作される。
【００２９】
またヘッド基板Ａと外部配線板Ｂとの半田接合は、まず外部配線板Ｂの一端をヘッド基板Ａの他方の長辺に沿って重畳させるとともに、該重畳部を外部配線板Ｂ側よりヒーターバー等で加熱・押圧し、回路導体３−配線導体６間に介在させておいた半田５を溶融させることによって行われ、これにより半田５が回路導体３と配線導体６の双方に溶着される。
【００３０】
そして、前記ヘッド基板Ａの回路導体３と外部配線板Ｂの配線導体６とを接続する多数の半田接合部は、多数の樹脂材７により個々に被覆されている。
前記樹脂材７は、大気中の水分等による腐食から半田接合部を長期間に亘り保護するとともに、前記ヘッド基板Ａと外部配線板Ｂとを強固に固着させるためのものであり、フッ素樹脂やシランカップリング剤等の熱硬化性樹脂材料により形成されている。
【００３１】
また前記樹脂材は隣接する半田接合部間に空隙（半田接合部間の間隔Ｌに対して、１／６〜１／３の空隙幅、Ｌは３００μｍ〜１５００μｍ）が形成されるように、各半田接合部の外周に沿って被着されており、その厚み（ヘッド基板上面と略平行な方向の厚み）は、ヘッド基板に近づくにつれて漸次大きくなるように設定されている。
【００３２】
このように、隣接する半田接合部間に空隙を形成したことから、サーマルヘッドの駆動時に発生する熱によってヘッド基板Ａと外部配線板Ｂとの間に大きな熱応力が生じたとしても、該熱応力が隣接する半田接合部間に形成された空隙によって良好に緩和されることとなり、ヘッド基板Ａと外部配線板Ｂとを強固に接合してサーマルヘッドの信頼性向上に供することができる。
【００３３】
しかも、隣接する半田接合部間には樹脂材７が存在していないため、樹脂材７を形成するに当り、該樹脂材７の液状前駆体を熱硬化させることによって生じる熱収縮力が隣接する半田接合部間の領域に印加されることはなく、樹脂材７の熱収縮による影響を小さくしてサーマルヘッドの平坦性を良好に保つことができる。
【００３４】
更に前記樹脂材７をフッ素樹脂により形成することにより、該樹脂材７の防水性を良好に高めることができ、大気中の水分が半田接合部に接触して腐食することが有効に防止される。
【００３５】
前記樹脂材７は、例えばフッ素樹脂やシランカップリング剤等の液状前駆体を低粘度（２５℃で０．０５Ｐａ・ｓ〜０．１ＣＰａ・ｓ）に調整し、これをスプレーコート法により、個々の半田接合部の側面に薄く被着させるとともに、該液状前駆体をオーブンにて温度１００℃〜２００℃で４０分〜８０分間、熱硬化させることで形成される。
【００３６】
次に上述したサーマルヘッドを組み込んだサーマルプリンタについて図４を用いて説明する。
図４に示すサーマルプリンタは、筐体３０内に上述のサーマルヘッドと、感熱記録媒体を発熱抵抗体２上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ２０や搬送ローラ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ等とを配置させて構成されている。
【００３７】
前記プラテンローラ２０は、ＳＵＳ等の金属から成る軸心の周りにシリコーンゴム等の弾性材料を巻きつけた構造を有し、サーマルヘッド上の所定位置に回転可能に支持され、モーター等（図示せず）によってその回転が制御される。
【００３８】
かかるプラテンローラ２０は、印画動作時、感熱記録媒体をヘッド基板の発熱抵抗体に押圧して感熱記録媒体に略均一に接触させつつ感熱記録媒体を発熱抵抗体の配列と直交する方向（副走査方向）に所定の速度で搬送させるためのものであり、感熱記録媒体をサーマルヘッドに対して良好に摺接させるのに適度な肉厚を持つもの、例えば外径が約２０ｍｍで、シリコーンゴム肉厚が５ｍｍ程度のプラテンローラ２０が好適に用いられる。
【００３９】
また、前記搬送ローラ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドに対し、感熱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１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄと前述のプラテンローラ２０とで感熱記録媒体の走行を支持している。
【００４０】
そして、これらプラテンローラ２０や搬送ローラ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ等の搬送手段によって感熱記録媒体をサーマルヘッド上に搬送しながら、多数の発熱抵抗体を印画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、感熱記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルプリンタとして機能する。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば上述の実施形態では、前記各半田接合部を、隣接する半田接合部間に空隙が形成されるように、多数の樹脂材７で個々に被覆したが、これに代えて、前記半田接合部を複数のグループに区分し、該各グループ毎に共通の樹脂材７で個々に被覆するとともに、隣接するグループの樹脂材７間に空隙を形成してもよく、このような構造であっても、各グループ間に空隙が存在することから、上述の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【００４３】
また、上述の実施形態では、前記外部配線板Ｂとして、フレキシブル印刷配線板を用いたが、これに代えて、他の印刷配線板を用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のサーマルヘッドによれば、ヘッド基板の多数の回路導体と、外部配線板の多数の配線導体とを電気的に接続する各半田接合部を、隣接する半田接合部間に空隙が形成されるように、多数の樹脂材で個々に被覆したり、或は、前記半田接合部を複数のグループに区分し、該各グループ毎に共通の樹脂材で個々に被覆するとともに、隣接するグループの樹脂材間に空隙を形成したりしたことから、サーマルヘッドの駆動時に発生する熱によってヘッド基板と外部配線板との間に大きな熱応力が生じたとしても、該熱応力が隣接する半田接合部間、或は、隣接するグループ間に形成された空隙によって良好に緩和されることとなり、ヘッド基板と外部配線板とを強固に接合してサーマルヘッドの信頼性向上に供することができる。
【００４５】
しかも、隣接する半田接合部間、或は、隣接するグループ間には樹脂材が存在しない空隙が形成されているため、樹脂材を形成するに当り、該樹脂材の液状前駆体を熱硬化させることによって生じる熱収縮力が隣接する半田接合部間、或は、隣接するグループ間の領域に印加されることはなく、樹脂材の熱収縮による影響を小さくしてサーマルヘッドの平坦性を良好に保つことができる。
【００４６】
更に本発明のサーマルヘッドによれば、前記樹脂材をフッ素樹脂により形成することにより、該樹脂材の防水性を良好に高めることができ、大気中の水分による半田接合部の腐食を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの主操作方向から見た断面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドの副走査方向から見た断面図である。
【図３】図１のサーマルヘッドの半田接合部を含む水平面で切った断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタの概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッドの主操作方向から見た断面図である。
【図６】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
Ａ・・・ヘッド基板
Ｂ・・・外部配線板
１・・・ベースプレート
２・・・発熱抵抗体
３・・・回路導体
４・・・メッキ層
５・・・半田
６・・・配線導体
７・・・樹脂材
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ・・・搬送ローラ
２０・・・プラテンローラ
３０・・・筐体

Claims (4)

1. 上面に多数の発熱抵抗体及び多数の回路導体を有するヘッド基板と、多数の配線導体を有する外部配線板とから成り、前記回路導体と前記配線導体とを半田接合させて両者を電気的に接続させるとともに、該半田接合部を列状に配列させたサーマルヘッドにおいて、
   前記各半田接合部を、隣接する半田接合部間に空隙が形成されるように、樹脂材で被覆したことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 上面に多数の発熱抵抗体及び多数の回路導体を有するヘッド基板と、多数の配線導体を有する外部配線板とから成り、前記回路導体と前記配線導体とを半田接合させて両者を電気的に接続させるとともに、該半田接合部を列状に配列させたサーマルヘッドにおいて、
   前記半田接合部を複数のグループに区分し、該各グループ毎の半田接合部を共通の樹脂材で個々に被覆するとともに、隣接するグループの樹脂材間に空隙を形成したことを特徴とするサーマルヘッド。
3. 前記樹脂材がフッ素樹脂から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーマルヘッド。
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を備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。

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