JP2005305860A - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】発熱回路部の変形を抑え、高信頼性のサーマルプリントへッドを提供すること。
【解決手段】基台１１上に設けた発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂを具備し、発熱回路部Ａは、グレーズ層１３を形成した支持基板１２と、グレーズ層１３上に形成した発熱抵抗体１４と、この発熱抵抗体１４上に間隙Ｇをもって形成した電極１５と、この電極１５の間隙Ｇに露出する発熱抵抗体１４の発熱部１４ａを被覆する被覆層１６とを有し、駆動回路部Ｂは、配線回路パターン２１を形成した駆動回路基板１９と、配線回路パターン２１に接続するワイヤーＷとを有し、かつ、発熱部１４ａに流す電流を制御する駆動ＩＣ２０およびワイヤーＷを保護する保護層２２を設けたサーマルプリントヘッドにおいて、駆動回路基板１９に、駆動回路基板１９よりも線膨張率の小さい補助基板１８を接合した。
【選択図】図１

Description

本発明は記録媒体に文字などを記録するサーマルプリントへッドに関する。

サーマルプリントへッドは、発熱抵抗体の発熱部が発生する熱を利用して、感熱紙や製版フィルム、印画紙等の記録媒体に文字などを記録する記録デバイスで、低騒音でランニングコストが低いなどの利点があり、ＯＡ機器やビデオプリンター、デジタル製版機などに組み込まれている。

ここで、従来のサーマルプリントヘッドについて図５を参照して説明する。基台５１上に発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂが隣接して設けられている。

発熱回路部Ａは支持基板５２などから構成され、支持基板５２は基台５１に接着されている。支持基板５２に保温層として機能するグレーズ層５３が形成されている。グレーズ層５３上に発熱抵抗体５４が形成され、発熱抵抗体５４上に電極５５が形成されている。電極５５は共通電極５５ａおよび個別電極５５ｂなどから構成され、共通電極５５ａと個別電極５５ｂとの間に間隙Ｇが設けられている。電極５５の間隙Ｇ部分に露出する発熱抵抗体５４は発熱部５４ａとして機能する。また、発熱部５４ａ上、および共通電極５５ａ上や個別電極５５ｂ上の必要部位に、発熱部５４ａなどを保護する被覆層５６が形成されている。

駆動回路部Ｂは駆動回路基板５７などから構成され、駆動回路基板５７は基台５１に接着されている。駆動回路基板５７上に配線回路パターン５８が形成され、また、発熱部５４ａに流す電流を制御する駆動ＩＣ５９が搭載されている。個別電極５５ｂと駆動ＩＣ５９間、および、駆動ＩＣ５９と回路パターン５８間はワイヤーＷなどで電気的に接続されている。また、駆動ＩＣ５９およびワイヤーＷは保護層６０、たとえばシリコン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で被覆され、保護されている。なお、保護層６０は発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂの両方に跨がって形成されている。

上記した構成のサーマルプリントヘッドは特許文献１などに開示されている。
実開平２−２７３４４号公報

従来のサーマルプリントヘッドは、駆動ＩＣ５９やワイヤーＷなどを保護する保護層６０として、加熱によって硬化する熱硬化性樹脂、たとえばエポキシ樹脂などを使用している。

熱硬化性樹脂を用いる場合、まず基台５１上に発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂをそれぞれ所定の位置に配置し、その後、熱硬化性樹脂を塗布し、加熱して、熱硬化性樹脂を硬化させる。この場合、支持基板５２および駆動回路基板５７は材料が相違し、通常、駆動回路基板５７の方が支持基板５２よりも線膨張率が大きくなっている。そのため、支持基板５２や駆動回路基板５７の長さ、たとえば主走査方向におけるヘッド全体の長さが長くなると、加熱後に常温状態に戻った場合に、発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂが弓状に変形することがある。

ここで、発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂが弓状に変形した状態を図６に示す。図６は図５の一部を抜き出した上面図で、図５に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。

駆動回路基板５７が支持基板５２よりも線膨張率が大きいため、駆動回路基板５７の収縮が大きくなり、弓状の変形は発熱回路部Ａの方が大きくなる。この変形で、発熱回路部Ａと駆動回路部Ｂとの間隔ｇが位置によって変化する。たとえば発熱回路部Ａの中央部分などで両者の間隔ｇが大きくなる。その結果、個別電極５５ｂと駆動ＩＣ５９を接続するワイヤーＷに過度のストレスが加わり、符号Ｘで示すようにワイヤーＷの一部が切断し、信頼性を低下させる。

また、発熱回路部Ａが変形すると、直線上に設けた発熱部５４ａの直線性が低下する。その結果、印画時に、プラテンローラで押し付けられる記録媒体と発熱部５４ａとの接触に不具合が発生し、印画品質が悪化するなど、信頼性を低下させる。

本発明は、上記した欠点を解決し、発熱回路部の変形を抑え、高信頼性のサーマルプリントへッドを提供することを目的とする。

本発明は、基台上に設けた発熱回路部および駆動回路部を具備し、前記発熱回路部は、グレーズ層を形成した支持基板と、前記グレーズ層上に形成した発熱抵抗体と、この発熱抵抗体上に所定間隙をもって形成した電極と、この電極の前記間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部を被覆する被覆層とを有し、前記駆動回路部は、配線回路パターンを形成した駆動回路基板と、前記配線回路パターンに接続するワイヤーとを有し、かつ、前記発熱部に流す電流を制御する駆動素子および前記ワイヤーを保護する保護層を設けたサーマルプリントヘッドにおいて、前記駆動回路基板に、前記駆動回路基板よりも線膨張率の小さい補助基板を接合したことを特徴とする。

本発明は、駆動回路部を構成する駆動回路基板に、駆動回路基板よりも線膨張率が小さい材料の補助基板を接合している。この構成により、基台上に設ける駆動回路部と発熱回路部の線膨張率差を小さくし、発熱回路部などの変形を抑え、高信頼性のサーマルプリントへッドを実現する。

本発明の実施形態について図１を参照して説明する。基台１１上に発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂが隣接して設けられている。基台１１は良好な放熱特性を有する金属、たとえばアルミニウムで形成されている。

発熱回路部Ａは、たとえばセラミック製の支持基板１２などから構成され、支持基板１２は両面テープや接着剤などで基台１１上に接着されている。支持基板１２に保温層として機能するグレーズ層１３が設けられている。グレーズ層１３上に発熱抵抗体１４が形成され、発熱抵抗体１４上に電極１５が形成されている。電極１５は共通電極１５ａおよび個別電極１５ｂなどから構成され、共通電極１５ａと個別電極１５ｂとの間に間隙Ｇが設けられている。電極１５の間隙Ｇ部分に露出する発熱抵抗体１４は発熱部１４ａとして機能する。また、発熱部１４ａ上、および共通電極１５ａ上や個別電極１５ｂ上の必要部位に、発熱部１４ａなどを保護する被覆層１６が形成されている。

発熱抵抗体１４および電極１５は、スパッタ法などの薄膜形成方法を用いて、グレーズ層１３上に抵抗体層および電極層を順に形成し、フォトエングレービングプロセスで形成される。また、発熱抵抗体１４と電極１５の組み合わせは複数設けられ、それぞれの組はたとえば平行に、かつ発熱抵抗体１４の発熱部１４ａが直線上に位置するように形成される。

駆動回路部Ｂは複合基板構造１７などから構成されている。複合基板構造１７は、たとえば補助基板１８と駆動回路基板１９とを両面テープなどで貼りあわせて構成され、補助基板１８が両面テープや接着剤などによって基台１１上に接着されている。駆動回路基板１９は、いわゆるPCB（プリントサーキットボード）で構成され、たとえば銅をパターニングした回路をガラスエポキシで保護した構造をしている。補助基板１８は駆動回路基板１９よりも線膨張率が小さい材料、たとえばセラミックで形成されている。

複合基板構造１７を構成する駆動回路基板１９上に、発熱部１４ａに流す電流を制御する半導体素子たとえば駆動ＩＣ２０が搭載され、また、駆動ＩＣ２０を動作させる駆動電力などを供給する配線回路パターン２１が形成されている。個別電極１５ｂと駆動ＩＣ２０間、および、駆動ＩＣ２０と回路パターン２１間はワイヤーＷなどで電気的に接続されている。駆動ＩＣ２０およびワイヤーＷは保護層２２、たとえばシリコン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で被覆され、保護されている。なお、保護層２２は発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂの両方に跨がって形成されている。

上記した構成によれば、複合基板構造１７は、駆動回路基板１９とこの駆動回路基板１９よりも線膨張率の小さい補助基板１８とを両面テープなどで貼り合わせて構成され、駆動回路基板１９単体の場合に比べて線膨張率が小さくなっている。そのため、基台１１上に設ける発熱回路部Ａと駆動回路部Ｂの線膨張率差が小さくなり、保護層２２を加熱、硬化させた後の常温状態における発熱回路部Ａの弓状変形が小さくなる。

ここで、常温状態における発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂの配置関係を図２に示す。図２は図１の一部を抜き出した概略の上面図で、図１に対応する部分に同じ符号を付し重複する説明を一部省略する。

図２に示すように、発熱回路部Ａおよび駆動回路部Ｂは変形が抑えられ、また、発熱部１４ａも良好な直線性が保たれる。

上記した構成で、発熱部１４ａ上方の被覆層１６に接触させながら、発熱部１４ａを配列した方向、いわゆる主走査方向に対して直交する方向に記録媒体を移動させる。同時に、駆動ＩＣ２０の制御により、印字内容に応じて選択された共通電極１５ａおよび個別電極１５ｂ間の発熱部１４ａに電流を流し、発熱部１４ａを加熱し、記録媒体に印字する。

上記した構成によれば、発熱回路部Ａの弓状変形が抑えられ、ワイヤーＷなどに加わるストレスが小さくなる。その結果、ワイヤーＷの切断などが防止され、高信頼性のサーマルプリントへッドが実現する。

ここで、本発明の効果について図３で説明する。図３は、セラミック製の補助基板１８と駆動回路基板１９を貼りあわせた複合基板構造１７を用い、その複合基板構造１７をアルミニウム製の基台１１上に両面テープで接着した場合の実験結果を示す。

たとえば補助基板１８の厚さを０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．Ｏｍｍ、５．Ｏｍｍとした場合で、複合基板構造１７の線膨張率（ｐｐｍ／℃）および支持基板１２との線膨張率差（ｐｐｍ／℃）、ワイヤーボンディング性、印画試験結果（発熱部との接触不良によるムラの有無）を示している。なお、個別電極１５ｂと駆動ＩＣ２０などを接続するワイヤーには金ワイヤーを使用している。また、保護層２２としてエポキシ樹脂を使用し、１２０℃で硬化した。

印画試験で、ヘッドの反り量や発熱部の曲がりによる影響、たとえばムラの有無を確認すると、補助基板１８の厚さが０．１ｍｍ以上でムラがなくなり、サーマルヘッドとして十分な機能が得られた。

なお、補助基板１８の厚さを厚くすると、支持基板１２との線膨張率差が小さくなる。しかし、補助基板１８の厚さが５．Ｏｍｍ以上になると、発熱回路部Ａと駆動回路部Ｂとの段差が大きくなり、ボンディングが困難になって、ワイヤーボンディング性が低下する（△印）。したがって、補助基板１８の厚さは０．１ｍｍ以上、あるいは０．１ｍｍ以上で５．Ｏｍｍ以下が望ましい。また、複合基板構造１７の厚さは、駆動回路基板１９の厚さを加味し、０．５ｍｍ以上、あるいは０．５ｍｍ以上で５．Ｏｍｍ以下が望ましい。

また、複合基板構造１７の線膨張率を２０ｐｐｍ／℃以下にした場合、あるいは、支持基板１２との線膨張率差をｌ０ｐｐｍ／℃以下にした場合に、製品寿命が長くなり、良好な印画品質が得られた。

次に、本発明の他の効果について図４で説明する。図４は、複合基板構造１７を用いて、複合基板構造の主走査方向の長さ、たとえば発熱回路部および駆動回路部を含めたヘッド基板の長さを１０５ｍｍ、１５６ｍｍ、２４０ｍｍ、２７５ｍｍ、３００ｍｍ、３１５ｍｍとした場合において、その反り量（μｍ）および印画試験結果を示す。補助基板１８の厚さは、反りが十分に許容できる最小の厚さ０．１ｍｍにしている。

図４から分るように、補助基板１８の厚さが０．１ｍｍの場合でも、ヘッド基板の長さが３００ｍｍ以下であれば印画ムラが発生せず（○印）、そのときの反り量は７０μｍになっている。したがって、複合基板構造を用いた場合、ヘッド基板の長さが３００ｍｍ以下であれば、保護層として強度の大きい熱硬化性樹脂を使用でき、製品寿命の拡大および印画品質の向上が実現される。

上記の実施形態では、駆動回路部を構成する駆動回路基板上に駆動ＩＣを搭載している。しかし、駆動ＩＣは発熱回路部を構成する支持基板上に搭載する構成にすることもできる。

本発明の実施形態を説明する概略の断面図である。 本発明の実施形態を説明する概略の上面図である。 本発明の特性を説明するための実験結果を示す図である。 本発明の他の特性を説明するための実験結果を示す図である。 従来例を説明する概略の断面図である。 従来例を説明する概略の上面図である。

符号の説明

１１…基台
１２…支持基板
１３…グレーズ層
１４…発熱抵抗体
１４ａ…発熱部
１５…電極
１５ａ…共通電極
１５ｂ…個別電極
１６…被覆層
１７…複合基板構造
１８…補助基板
１９…駆動回路基板
２０…駆動ＩＣ
２１…配線回路パターン
２２…保護層
Ｇ…電極の間隙
Ｗ…ワイヤー

Claims (3)

1. 基台上に設けた発熱回路部および駆動回路部を具備し、前記発熱回路部は、グレーズ層を形成した支持基板と、前記グレーズ層上に形成した発熱抵抗体と、この発熱抵抗体上に所定間隙をもって形成した電極と、この電極の前記間隙部分に露出する前記発熱抵抗体の発熱部を被覆する被覆層とを有し、前記駆動回路部は、配線回路パターンを形成した駆動回路基板と、前記配線回路パターンに接続するワイヤーとを有し、かつ、前記発熱部に流す電流を制御する駆動素子および前記ワイヤーを保護する保護層を設けたサーマルプリントヘッドにおいて、前記駆動回路基板に、前記駆動回路基板よりも線膨張率の小さい補助基板を接合したことを特徴とするサーマルプリントへッド。
2. 補助基板の厚さは０．１ｍｍ以上である請求項１記載のサーマルプリントへッド。
3. 保護層を設ける領域の主走査方向における長さが３００ｍｍ以下である請求項１記載のサーマルプリントへッド。

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