JP2005238662A - Thermal head and thermal printer using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発熱素子の発する熱を利用して記録動作を行う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。 The present invention relates to a thermal head that performs a recording operation using heat generated by a heating element, and a thermal printer using the same.
従来より、ワードプロセッサ等のプリンタ機構としてサーマルヘッドが用いられている。かかる従来のサーマルヘッドは、例えば、図8に示す如く、上面に複数個の発熱素子22及び発熱素子22の両端に接続された回路導体23が形成された四角形状のヘッド基板21と、該ヘッド基板21の回路導体23に電気的に接続される複数個の配線導体25を有したフレキシブル配線基板24(以下、FPCと略記する)と、ヘッド基板21とFPC24とを接着材27を介して上面で支持する支持部材30と、で構成される。
Conventionally, a thermal head has been used as a printer mechanism such as a word processor. For example, as shown in FIG. 8, the conventional thermal head includes a
FPC24は、プリンタ本体からの種々の印字信号(ドライバーIC制御信号)や外部電源からの電力を発熱素子22やドライバーIC29に供給するためのものであり、可撓性を有した複数の樹脂フィルム間に銅箔等から成る配線導体25を介在させた構造を有している。
The FPC 24 is used to supply various print signals (driver IC control signals) from the printer main body and power from an external power source to the
尚、ヘッド基板21とFPC24との電気的接続は、例えば半田溶着による場合、FPC24の一端側の先端部で露出された配線導体25の一部を、ヘッド基板21の端部に沿って重畳させた上、この重畳部で配線導体とヘッド基板21上の回路導体23とを半田接合させることで行われる。
ところで、近時のサーマルヘッドにおいては、プリンタの小型化に伴い、サーマルヘッドの小型化の要求が高まってきており、それに応じて、FPC24の小型化、特にヘッド基板21の端部に沿った方向と直交する方向(本従来技術の場合、副走査方向)への小型化が望まれている。
By the way, in recent thermal heads, with the miniaturization of printers, there is an increasing demand for miniaturization of thermal heads, and accordingly, miniaturization of the FPC 24, particularly the direction along the end of the
一方、近年の発熱素子の高密度化に伴い、FPC24の配線導体25のパターンが複雑化する傾向にあり、FPC24を副走査方向に小型化することが困難であるという問題があった。
On the other hand, with the recent increase in the density of heating elements, the pattern of the
本発明は上記問題点に鑑みて案出されたもので、その目的はサーマルヘッドを小型化することが可能な高性能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。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object thereof is to provide a high-performance thermal head and a thermal printer capable of downsizing the thermal head.
本発明のサーマルヘッドは、複数個の発熱素子及び該発熱素子に電気的に接続される回路導体を有したヘッド基板と、複数個の配線導体を有し、一端側が前記ヘッド基板の端部に沿って配設されるフレキシブル配線基板と、を備え、該フレキシブル配線基板の前記一端側を折り返すとともに、該折り返し部に位置する配線導体をヘッド基板上の回路導体に対して電気的に接続したことを特徴とする。 The thermal head of the present invention has a head substrate having a plurality of heating elements and circuit conductors electrically connected to the heating elements, and a plurality of wiring conductors, and one end side is at the end of the head substrate. A flexible wiring board disposed along the wiring board, and the one end side of the flexible wiring board is folded back, and the wiring conductor located at the folded portion is electrically connected to the circuit conductor on the head board. It is characterized by.
また本発明のサーマルヘッドは、複数個の発熱素子及び該発熱素子に電気的に接続される回路導体を有したヘッド基板と、複数個の配線導体を有し、一端側が前記ヘッド基板の端部に沿って配設されるフレキシブル配線基板と、を備え、該フレキシブル配線基板の前記一端側の先端部よりも内側の領域で前記配線導体を前記回路導体に電気的に接続するとともに、該接続部よりも前記一端側に位置するフレキシブル配線基板を折り返したことを特徴とする。 The thermal head of the present invention includes a head substrate having a plurality of heating elements and a circuit conductor electrically connected to the heating elements, and a plurality of wiring conductors, one end of which is an end portion of the head substrate. A flexible wiring board disposed along the wiring board, and electrically connecting the wiring conductor to the circuit conductor in a region inside the tip part on the one end side of the flexible wiring board, and the connection part Further, the flexible wiring board located on the one end side is folded back.
更に本発明のサーマルヘッドは、上述のサーマルヘッドにおいて、前記回路導体に接続される配線導体の接続部とフレキシブル配線基板の一端との間に、前記配線導体の一部が配されていることを特徴とする。 Furthermore, in the thermal head of the present invention, in the above-described thermal head, a part of the wiring conductor is disposed between the connection portion of the wiring conductor connected to the circuit conductor and one end of the flexible wiring board. Features.
そして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。 A thermal printer according to the present invention includes the above-described thermal head and a transport unit that transports a recording medium onto the thermal head.
本発明によれば、発熱素子及び回路導体を有するヘッド基板と、一端側が前記ヘッド基板の端部に沿って配設されるフレキシブル配線基板と、を備えたサーマルヘッドにおいて、該フレキシブル配線基板の前記一端側で前記配線導体を前記回路導体に電気的に接続したサーマルヘッドにおいて、該フレキシブル配線基板の前記一端側を折り返すとともに、該折り返し部に位置する配線導体をヘッド基板上の回路導体に対して電気的に接続したり、あるいは、フレキシブル配線基板の前記一端側の先端よりも内側の領域で前記配線導体を前記回路導体に電気的に接続するとともに、該接続部よりも前記一端側に位置するフレキシブル配線基板を折り返したことから、フレキシブル配線基板を折り返した分、該フレキシブル配線基板を前記ヘッド基板の端部に直交する方向に小型化することができ、サーマルヘッド及びサーマルプリンタの小型化に寄与できる。 According to the present invention, in a thermal head comprising a head substrate having a heating element and a circuit conductor, and a flexible wiring substrate having one end side disposed along an end of the head substrate, the thermal wiring of the flexible wiring substrate In the thermal head in which the wiring conductor is electrically connected to the circuit conductor on one end side, the one end side of the flexible wiring board is folded back, and the wiring conductor located at the folded portion is connected to the circuit conductor on the head substrate. It is electrically connected, or the wiring conductor is electrically connected to the circuit conductor in a region inside the tip on the one end side of the flexible wiring board, and is located on the one end side from the connection portion. Since the flexible wiring board is folded back, the flexible wiring board is folded over the head by the amount of the flexible wiring board folded back. It can be miniaturized in a direction perpendicular to the end portion of the plate, thereby contributing to the miniaturization of the thermal head and a thermal printer.
また本発明によれば、前記回路導体に接続される配線導体の接続部と前記フレキシブル配線基板の一端との間に、前記配線導体の一部を配することにより、折り返し部で余った領域を有効活用し、フレキシブル配線基板を更に小型化することができる。またこの場合、配線導体の面積を広くすることができ、配線導体内に生じる電圧降下を小さくしてサーマルヘッドの消費電力低減に寄与することもできる。 Further, according to the present invention, by arranging a part of the wiring conductor between the connection portion of the wiring conductor connected to the circuit conductor and one end of the flexible wiring board, a surplus area in the folded portion can be provided. Effective use makes it possible to further reduce the size of the flexible wiring board. In this case, the area of the wiring conductor can be widened, and the voltage drop generated in the wiring conductor can be reduced to contribute to the reduction in power consumption of the thermal head.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの平面図、図2はその断面図である。それらの図に示されるサーマルヘッドは大略的にヘッド基板1と、該ヘッド基板1に接続されるFPC4(フレキシブル配線基板)と、該FPC4に取着されるコネクタ6と、ヘッド基板1を支持する支持部材10とで構成されている。
FIG. 1 is a plan view of a thermal head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. The thermal heads shown in these drawings generally support the
ヘッド基板1はアルミナセラミックス等の絶縁材料や表面に絶縁膜が形成された単結晶シリコン等の半導体材料等、種々の材料により形成可能であり、その上面には発熱素子2や回路導体3等が設けられ、これらを支持する支持母材として機能する。
The
かかるヘッド基板1は、アルミナセラミックスから成る場合、例えばアルミナ、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と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、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに高温で焼成することによって製作される。
When the
またヘッド基板1上には、直線状に配置された複数個の発熱素子2や複数個の回路導体3等がそれぞれ取着されている。
On the
発熱素子2は例えば300dpiの密度でヘッド基板1の一辺に沿って主走査方向に直線状に配列されており、TaSiOやTiSiO、TaSiNO、TaN等の電気抵抗材料から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているため、発熱素子2に電気的に接続される回路導体3を介して外部電源からの通電電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱記録媒体に印字画像を形成するのに必要な所定の温度、例えば200℃〜350℃の温度に発熱する作用を為す。
The
また発熱素子2に接続される回路導体3は、例えば、発熱素子2の一端側に共通に接続される共通電極導体3aと、発熱素子2の他端側に個別に接続される個別電極導体3bと、で構成されている。共通電極導体3aは一部が発熱素子2の配列と略平行に配されるようにコの字状に形成されており、その両端がFPC4の配線導体5を介して所定のプラス電位(例えば20V〜25V)に保持された外部電源のプラス端子に接続される。また個別電極導体3bは一端がドライバーIC9のスイッチング素子及びグランド端子、並びにFPC4の配線導体5を介してグランド電位(例えば0V〜2V)に保持された外部電源のマイナス端子に接続される。そしてドライバーIC9のスイッチング素子がオン状態となったとき、共通電極導体3aより個別電極導体3bへ電流が流れ、発熱素子2が所定の温度で発熱する。
The
尚、発熱素子2および回路導体3は従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術を採用することによってヘッド基板1上に所定パターン、所定厚みに被着される。また発熱素子2や回路導体3上には、これらを被覆する保護膜8が被着されている。
The
またかかるヘッド基板1には、プリンタ本体からの種々の印字信号や外部電源からの電力を発熱素子2やドライバーIC9に供給するためのFPC4が接続されている。
The
一方、ヘッド基板1に接続されるFPC4は、可撓性を有した複数の樹脂フィルム(ポリイミド樹脂等の樹脂材料により形成)間に、前記ヘッド基板1上の回路導体3に電気的に接続される複数個の配線導体5を介在させた構造を有している。
On the other hand, the FPC 4 connected to the
このFPC4は、その一端側を下面側(基板1側)に折り返すとともに、該折り返し部13(FPC4の一端側先端から折り返した部分までの領域をいう)に位置する配線導体5を露出させ、その露出部を半田や異方性導電樹脂材等の導電材を介してヘッド基板1の回路導体3に電気的に接続し、この接続領域を接続部11としている。一方、FPC4の他端側にはコネクタ6のコネクタピンが挿着されるコネクタ部12が配されている。
The FPC 4 is folded at one end side to the lower surface side (
このように、FPC4の一端側を折り返して配線導体5とヘッド基板1上の回路導体3とを接続するようにしたことから、FPC4を折り返した分、FPC4を副走査方向に小型化することができ、ひいてはサーマルヘッドを小型化することが可能となる。
As described above, since one end side of the FPC 4 is folded to connect the wiring conductor 5 and the
また本実施形態においては、接続部11とFPC4の一端側の先端との間の領域にも配線導体5の一部が配されている。従って、FPC4の折り返し部13で余った領域を有効活用することができ、FPC4を更に小型化することが可能となる。また上記領域に配線導体5を配することにより、配線導体5の面積を広くすることができ、配線導体5内に生じる電圧降下を小さくしてサーマルヘッドの消費電力低減に寄与することもできる。
In the present embodiment, a part of the wiring conductor 5 is also disposed in a region between the
FPC4の接続部11とFPC4の一端側の先端との間の領域に配される配線導体5としては、複数の配線導体同士を共通に接続することが可能な配線導体であることが好ましい。共通に接続可能な配線導体が好ましい理由は、共通に接続できる配線導体でない場合、この領域の配線導体にあまり電流が流れないため、上記領域に配線導体が存在する意義が小さいからである。
The wiring conductor 5 disposed in the region between the connecting
FPC4の接続部11とFPC4の一端側の先端との間の領域に配される配線導体5の例としては、ヘッド基板1上に搭載される複数のドライバーIC9に同様の内容の信号が並列的に入力される信号、例えばクロック信号やラッチ信号、ストローブ信号等を供給する信号配線導体や、複数のドライバーIC9のグランド端子に接続されるグランド配線導体等が好ましい。その理由は、例えばクロック信号を供給する信号配線導体の場合、各ドライバーIC9に対して同様の信号がパラレルに入力されることから、FPC4内で信号配線導体同士を共通に接続することが可能だからである。またドライバーIC9のグランド端子に接続されるグランド配線導体の場合においても、グランド配線導体同士を共通に接続することができるからである。
As an example of the wiring conductor 5 disposed in the region between the
またFPC4の他端側に接続されるコネクタ6は、コネクタピンの一部を筐体で収容した構造を有しており、筐体内にプリンタ側の図示しない外部接続部材が挿着された場合、サーマルヘッドをプリンタ内の電気回路と電気的に接続する作用を為す。
The
コネクタ6とFPC4との電気的接続は、FPC4に設けられた孔付きのランド15にコネクタピンを挿着し、コネクタピンがFPC4を貫通した状態で、コネクタピンを半田等の導電材料によってFPC4の配線導体5に固着される。
The electrical connection between the
そして、ヘッド基板1が載置される支持部材10は、その上面でヘッド基板1およびFPC4等を支持するとともに、ヘッド基板1中の熱の一部をヘッド基板1の下面を介して吸収することによりヘッド基板1の温度が過度に高温となるのを有効に防止するようになっている。
The
このような支持部材10は、例えば、アルミニウム等のインゴット(塊)を従来周知の金属加工法により所定形状となすことによって製作される。
Such a
尚、FPC4をヘッド基板1に対して導電材で接合(例えば半田接合)し、支持部材10に載置してヘッド組立を完成させるには、下記工程を経た方法が採用される(図3参照)。
In order to complete the head assembly by bonding the
工程1:ヘッド基板1を土台に載置した状態で、コネクタ6が取着されたFPC4の配線導体5を半田等の導電材を介してヘッド基板1上の回路導体に電気的に接続する(図3(a))。
Step 1: With the
工程2:FPC4とヘッド基板1との接続部よりも内側の領域を起点としてFPC4を上面側に折り曲げる(図3(b))。
Step 2: The
工程3:前記土台を取り外した後、ヘッド基板1とFPC4との接合体をアルミニウム等の良熱伝導性材料から成る支持部材10の上面に両面テープ、接着剤等の接着材7を介して接着する(図3(c))。
Step 3: After the base is removed, the joined body of the
かくして上述したサーマルヘッドは、複数個の発熱素子2上に記録媒体を搬送しながら、これらの発熱素子2をドライバーIC9の駆動に基づいて個々に選択的に発熱させるとともに、その熱を記録媒体に伝達させ、所定の画像を記録する。
Thus, the thermal head described above selectively heats each
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図4に示す如く、サーマルヘッドTを駆動する駆動手段Cと、上述の図示しない外部接続部材と、記録媒体をサーマルヘッドTの発熱素子2上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ17や搬送ローラ18等と、が配設される。
In a thermal printer in which the above-described thermal head is incorporated, as shown in FIG. 4, the driving means C for driving the thermal head T, the external connection member (not shown), and the recording medium generate heat from the thermal head T. A
外部接続部材は、サーマルプリンタと上述のサーマルヘッドとを電気的に接続するためのものであり、通常、所定外力によりコネクタ部材6に嵌合するように形状を対応させたコネクタ6と同一材料(たとえばナイロン製)の外部コネクタが好適に使用され、サーマルプリンタ内にサーマルヘッドTを組み込む際、両コネクタが接続される。
The external connection member is for electrically connecting the thermal printer and the above-described thermal head, and is usually made of the same material as the
このとき、コネクタ6に対して外部接続部材の挿入方向に大きな力が印加されたとしても、FPC4のはみ出し部13がコネクタ6の取着領域で重畳されているため、該重畳部で比較的FPC4が折れ曲がったりしにくくなる。それ故、サーマルヘッドTとプリンタ本体との接続作業が簡便になり、サーマルプリンタの生産性を向上させることが可能となる。
At this time, even if a large force is applied to the
一方、搬送手段としてのプラテンローラ17は、SUS等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を3mm〜15mm程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドTの発熱素子2上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子2に対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子2の配列と直交する方向(図中の矢印方向)に搬送する。
On the other hand, the
また搬送ローラ18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Tに対し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18と前述のプラテンローラ17とで記録媒体の走行を支持している。
The outer periphery of the conveying
そして、これと同時に複数個の発熱素子2を駆動手段Cの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
At the same time, a plurality of
尚、本発明は上述した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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の実施形態においては、ヘッド基板1とFPC4とを半田等により電気的に接続するようにしたが、これに代えて、図5に示す如く、ヘッド基板1とFPC4とをボンディングワイヤ等により接続するようにしても良く、この場合も上述と同様の効果が得られる。
For example, in the above-described embodiment, the
また上述の実施形態においては、FPC4の一端側を折り返すとともに、該折り返し部に位置する配線導体5をヘッド基板1上の回路導体3に対して電気的に接続するようにしたが、これに代えて、図6に示す如く、FPC4の一端側の先端よりも内側の領域で配線導体5を回路導体3に電気的に接続するとともに、該接続部よりも一端側に位置するFPC4を折り返すようにしてもよく、この場合も上述と同様の効果が得られる。更に、この場合、FPC4の折り返し部を図7に示す如く、コネクタ6の取着領域まで延出させ、該延出部でコネクタ6のコネクタピンを貫通させて固定させておけば、コネクタ6がFPC4に対して安定的に保持されることとなり、コネクタ6にプリンタ側の外部接続部材を着脱する際の作業性が良好となる。
In the above-described embodiment, one end side of the
1・・・ヘッド基板
2・・・発熱素子
3・・・回路導体
3a・・・共通電極導体
3b・・・個別電極導体
4・・・FPC
5・・・配線導体
6・・・コネクタ
7・・・接着材
8・・・保護膜
9・・・ドライバーIC
10・・・支持部材
11・・・FPCの接続部
12・・・FPCのコネクタ部
17・・・プラテンローラ
18・・・搬送ローラ
DESCRIPTION OF
5 ...
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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