JP2006035836A - サーマルプリントヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 平坦性の良い突起を形成し、且つ発熱素子近傍の小熱容量化を可能にし、小型で低消費電力のサーマルプリントヘッドを製造する。
【解決手段】 鏡面状の表面を有し且つ平坦性の良い微小な土手状突起、かまぼこ状の突起及び溝を備えたサーマルプリントヘッドガラス基板３１と表面に微細な凹凸３４を備えた保持板３２への熱伝導を少なくし、サーマルプリントヘッド基板３１と保持板３２とを接合部の両端を接着剤４２にて接着した。接着剤４２は保持板３２に設けられた溝３３によって微細な凹凸３４への進入が妨げられる。（図４Ａ）
サーマルプリントヘッド基板３１の電極をコモン側の電極も個別電極２２ｂとし異方性導電接着剤３５ｂにて各々個別電極２２ｂをフレキシブル基板３６と接続し、フレキシブル基板３６の配線電極３７ｂを短絡し共通電極４１とする。（図４Ｂ）
【選択図】 図４

Description

本発明は、サーマルプリントヘッド及びその製造方法に関する。

サーマルプリントヘッドは、記録素子である発熱素子を多数有するものが比較的簡単に製造できることから、それを使用したプリンターは一度に大きな記録幅にて印刷が可能なため、高速印刷を可能とし業務用に広く採用されている。さらに、機構が簡単なため故障が少なく、小型・軽量化に適しており携帯用にもその用途が広がっている。

図６は従来の代表的なサーマルプリントヘッドの断面図である。平板状のセラミック６１に部分グレーズド（焼成）ガラス６２が形成された基板が使用されている。発熱素子２１にて発熱された熱は保護膜２３を通して印字媒体に伝熱される。１印字周期において、印字終了後の部分グレーズドガラス６２に残った熱はセラミック６１に放散され次の印字周期において発熱素子２１に発熱される熱に影響しないような構造になっており、常に一様な印字濃度が得られるように工夫されているという利点はあるが、熱が無効に消費されていることは欠点であり、特に携帯用途ではバッテリーの負荷が大きいことが問題となっている。

このような問題を解決するため、既に本願発明者は図７に示すサーマルプリントヘッドを提案している（特開２００４−１７５０８５）。０．０３ｍｍの厚さのガラス基板に発熱素子２１、個別電極２２及び共通電極３９が形成されている。ガラス基板７１は、発熱素子２１の位置に半球状の凸部７２が形成されるように成型したものである。凸部７２はガラス基板の表面側に約０．０３ｍｍの高さで突起し、ガラス基板の凸部７２の裏面側は凹状をなし空隙７３が形成されている。このようにガラス基板上の発熱素子の部位に凸部７２を形成したことにより、発熱素子にて発生する熱が効率良く紙などの印字媒体に伝熱される。

一方、ガラス基板７１の発熱素子２１の裏面側に空隙７３が形成されているため、発熱素子２１にて発生された熱は空隙７４に遮られてサーマルプリントヘッド内部に伝熱されることが少ないため熱効率が良く、図６に示したような従来のセラミック基板６１に部分グレーズドガラス６２を施した基板を使用したサーマルプリントヘッドと比較して約１／３の印加エネルギーで同等の印字濃度を得ることができる。

また、熱転写効率を上げ低消費電力化を実現することも行われている。図８はその代表例のサーマルプリントヘッドの断面図を示している。図６の一般的なサーマルプリントヘッドと比較してグレーズドガラスの形状のみが異なっている。グレーズドガラス８１はガラスペーストをスクリーン印刷し、焼成して形成された後さらに、エッチングにて先端を尖らせている。このため、印字媒体への当たりが良くなり転写効率が上がる。さらに、サーマルプリントヘッドと印字媒体の押さえ圧力を軽減しても安定して良好な印字品質を維持できるため印字媒体の搬送電力を低減できる。
特開２００４−１７５０８５号公報

しかしながら、図７に示したサーマルプリントヘッドでは、空隙７４により熱は遮断されるが、発熱素子２１にて発生された熱は熱伝導の良い個別電極２２及び共通電極３９にて伝熱されガラス基板７１、保持板７４へと熱放散される。ガラスの熱伝導率は約１Ｗ／ｍ・Ｋで電極材料のアルミニウムは２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、ガラス基板７１の厚みが３０μでアルミニウムの個別電極２２及び共通電極３９の厚みがおよそ０．５μである。熱伝導率×厚みが熱の伝え易さの目安となるが、個別電極２２及び共通電極３９の方が熱を伝えやすい。よって電極を通して伝熱しており、この無効に消費される熱量を小さくする必要がある。

また、図８に示したサーマルプリントヘッドの部分グレーズドガラス８１は厚膜のスクリーン印刷により形成しているため、その先端の高さに数μの不均一な分布が生じ、サーマルプリントヘッドと印字媒体の押し圧に不均一分布が発生し印字濃度のバラツキの原因となっている。この影響を低減するためにある程度サーマルプリントヘッドの押し圧を上げる必要がある。よって、サーマルプリントヘッドの押し圧の低減に限界がある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、従来以上の低消費電力化を実現し、低価格の携帯用プリンターに適したサーマルプリントヘッドとその製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決しようとする手段

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のサーマルプリントヘッド基板の製造方法は、鏡面状の表面を有する平板状のガラス基板を、エッチングにより、そのガラス基板の表面の一部分を長細い形状に残してその他の部分を削ることにより、そのガラス基板の表面に細長い土手状の突起部を形成する第１工程と、第１工程により表面に土手状の突起部を形成したガラス基板の表面を、エッチングにより、そのガラス基板の土手状の突起部を中心としてその近傍を残してその他の部分を削ることにより、そのガラス基板の表面にかまぼこ状の突起部を形成する第２工程と、第２工程により表面にかまぼこ状の突起部を形成したガラス基板を、そのガラス基板のかまぼこ状の突起部の部位の裏面をエッチングにより削って、ガラス基板の裏面に溝部を形成する第３工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載のサーマルプリントヘッド基板は、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド基板の製造方法により製造されたことを特徴とするものである。

また、請求項３に記載のサーマルプリントヘッドは、請求項２に記載のサーマルプリントヘッド基板の、土手状の突起部上に複数の発熱素子を形成したことを特徴とするものである。

また、請求項４に記載のサーマルプリントヘッドは、請求項３に記載のサーマルプリントヘッド基板の、複数の発熱素子の各々の両側に個別電極を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項５に記載のサーマルプリントヘッドは、請求項４に記載のサーマルプリントヘッド基板の、個別電極の厚みを約０．５μとして、前記土手状の突起部の高さより低くなるように形成することにより、前記土手状の突起部上に形成された複数の発熱素子が前記個別電極より印字媒体に近い側に突出させたことを特徴とするものである。

また、請求項６に記載のサーマルプリントヘッドは、請求項５に記載のサーマルプリントヘッド基板の、個別電極を異方性導電接着剤にてフレキシブル基板の２対の配線電極に接続し、配線電極はフレキシブル基板にて短絡され共通電極になっていることを特徴とするものである。

また、請求項７に記載のサーマルプリントヘッドは、請求項６に記載のフレキシブル基板のサーマルプリントヘッド基板上及びその近辺の部位において、フレキシブル基板のポリイミドの厚みを約半分としたことを特徴とするものである。

また、請求項８に記載のサーマルプリントヘッドは、請求項３〜７のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド基板を保持板の上面に乗せて接着したサーマルプリントヘッドであって、 保持板の上面の両端をサーマルプリントヘッド基板との接着部とし、保持板の接着部の内側の表面に微細な凹凸を設けるとともに、保持板の上面の両端の接着部とその内側の凹凸部の境界にそれぞれ溝を設けて、接着部に塗布した接着剤の凹凸部への侵入を防止したことを特徴とするものである。

発明の効果

本発明のサーマルプリントヘッドの製造方法によれば、サーマルプリントヘッド用基板としてかまぼこ状突起を備え且つ該かまぼこ状突起の中央に小さな土手状突起を容易に製造することができる。該土手状突起の表面は、鏡面で平坦な形状にすることができる。よって、サーマルプリントと印字媒体の当たりが良好になり、サーマルプリントヘッドの押し圧を低減しても均一な印字濃度が得られる。

本発明のサーマルプリントヘッドによれば、発熱素子が個別電極より前面に出た形状となっているため、発熱素子にて発生された熱は良好に印字媒体に転写される。

本発明のサーマルプリントヘッドによれば、発熱素子近傍とその外部、保持板及びフレキシブル基板との熱伝導が悪い構造となっているため、発熱素子近傍の熱容量が小さくなり、発熱素子で発生された熱はサーマルプリントヘッドの内部で不効率に消費されることを最小に留めることができ、そのほとんどの熱を有効に印刷媒体に使用することができる。

本発明のサーマルプリントヘッドの基板は、鏡面状の表面を有し且つ平坦性の良い平板状のガラス基板の表面の一部を、長細い形状に残し他をエッチングにて削ることにより、土手状の突起部を形成することにより製造されるものである。
また、本発明のサーマルプリントヘッドの基板は、土手状の突起部を中心として土手状突起部をエッチングすることなく、かまぼこ状突起部をエッチングにて形成し、裏面に溝部をエッチングにて形成することにより製造されるものである。
また、本発明のサーマルプリントヘッドは、土手状の突起部上に発熱素子を形成し製造する。
また、本発明のサーマルプリントヘッドは、土手状突起の高さが、個別電極の厚みより高く、発熱素子台形状突起に形成される発熱素子が個別電極より前面に出るように製造する。

本発明のサーマルプリントヘッドの基板の製造方法を上記のように構成したことにより、先端に土手状突起を備えたかまぼこ状の凸部と該凸部の裏面に凹部溝を容易に形成することが可能となる。先端の土手状の突起の表面は鏡面状の表面を有し且つ平坦性の良い平板状のガラス基板の表面そのものであることから、平坦性の良い突起を容易に形成することを可能としている。該突起上に発熱素子が形成されることにより、ヘッドの最前面に位置しかつ平坦性の良いヘッドを作成することを可能としている。

また、本発明のサーマルプリントヘッドは、複数に形成された発熱素子の各々の両側に個別電極を備えており、前記サーマルプリントヘッドの個別電極を異方性導電接着剤にてフレキシブル基板の２対の配線電極部に接続し、配線電極はフレキシブル基板にて短絡され共通電極になっていることにより発熱素子にて発生された熱はフレキシブル基板に放熱されることが少なく、印字媒体へ有効に伝熱されることを可能としている。
また、本発明のサーマルプリントヘッドは、発熱素子近傍内部に空隙を備えたサーマルプリントヘッドにおいて、発熱素子基板とベース基板から構成され、ベース基板の表面に小さな凹凸を設けその両端に接着剤の侵入を防ぐ溝を設けているため、発熱素子にて発生された熱が保持板に放熱されることなくそのほとんどが有効に印字媒体に伝熱される。

本発明の代表的な実施例として、画像プリンター用サーマルプリントヘッドについて、図を参照して説明する。
図１は、本発明の土手状の突起、かまぼこ状突起及び溝を備えたサーマルプリントヘッド基板の構造を示す断面図である。図１Ａは、第１工程により土手状の突起１２を形成したガラス基板１１の断面を示している。鏡面状の表面を有し且つ平坦性の良い平板状のガラス基板１１にゴム系のレジストをおよそ１５０μの幅で長さおよそ５０ｍｍ形成し、２０％濃度のフッ酸でエッチングした。エッチング深さはおよそ２μとし、エッチング時間は２０秒である。両サイドにおよそ２０μのオーバーエッチングが発生したため、登頂の平坦な部分がおよそ１００μで徐々に下に行くほど広がる台形的な断面形状となった。２μの高さの突起１２が形成され、その表面（頭頂部）はガラス基板の表面であり、鏡面で且つ平坦性が良く凹凸は０．０１μ以下である。ガラス基板は熱膨張の比較的大きなほうけい酸ガラスを採用し、厚み０．１ｍｍを使用した。

図１Ｂは、第２工程により図１Ａのガラス基板にさらに加工を加えたサーマルプリントヘッドの基板の断面を示したものである。ガラス基板１１の裏面全体をゴム系レジストで覆い、さらにかまぼこ状突起部１３の部位全体にゴム系レジストを形成し、２０％のフッ酸にて深さ５０μエッチングをおこなった。エッチング時間は８分である。このとき、かまぼこ状突起部１３に形成したレジストのエッジよりフッ酸に侵されオーバーエッチングされるため、残った部分がかまぼこ状に中央がエッチングされないため高く（５０μ）、端はほとんどエッチングされる。このとき、かまぼこ状突起部１３の中央に位置する土手状突起部１２は全くエッチングされない。その後、第３工程において基板の表面を全面ゴム系レジストで覆い、裏面は溝１４以外の部分と、さらに、溝１４の両エッジからおよそ０．２５ｍｍ溝１４側にもゴム系レジストを形成し、フッ酸にて深さ５０μエッチングするがオーバーエッチングが発生し中央部が深く、両サイドが浅くなる溝形状が得られる（図３Ｃ）。

図２は、ガラス基板に土手状に突起部１２とかまぼこ状の突起部１３および溝部１４を備えたサーマルプリントヘッド基板１０に薄膜技術にて発熱素子２１、個別電極２２および保護膜２３を形成したサーマルプリントヘッドの断面を示すものである。発熱素子２１としてタンタル系金属薄膜を使用し、その厚みはおよそ０．０５μであり、個別電極２２としてアルミニウムを使用しておりその厚みはおよそ０．５μである。よって、土手状の突起１２の厚みが２μあるのでその上に形成された発熱素子２１は個別電極２２より印字媒体側に突き出ている構造となっており、印字媒体との当たり及び転写効率が良くなり発熱素子２１にて発生された熱は効率よく印字媒体に伝播される。また、直線状の突起１２の幅が狭く且つ平坦性が良いため印字媒体との接触が良く、そのためヘッドの押し圧を従来のものと比較し３割以上小さくしても安定した印字濃度が得られる。

本発明の他の実施例として、熱容量を小さくしたサーマルプリントヘッドについて図を参照して説明する。図３は、個別電極２２ａから熱が外部に伝わりにくい構造となっており、さらにガラス基板３１から保持板３２に熱が伝わりにくい構造にして発熱素子まわりの熱容量を小さくしている。

図３Ａは、サーマルプリントヘッドの断面図を示しており、図３Ｂは上から見た図であり、発熱素子の数は実際には数百素子以上あるが説明を容易にするため図では４素子としている。発熱素子２１で発生された熱は保護膜２３を通して印字媒体に有効に使用されるものと、ガラス基板３１に伝熱されるもの、個別電極２２ａとコモン電極３９を通して外部に伝熱され無駄に消費されるものがある。発熱素子２１の近傍の基板厚みを５０μ以下に薄くしガラス基板３１への伝熱量を抑えているが、個別電極２２ａは導電性の良いアルミニウムを使用しているためガラスよりおよそ２００倍熱伝導が良く、そのため、個別電極２２ａを通じて伝熱されている。この熱が外部に伝播しないように、熱伝導の悪い異方性導電接着剤３５ａにてフレキシブル基板３６ａの配線電極３７ａに接続している。異方性導電接着剤３５ａは接着剤に直径がおよそ４μの金メッキされた粒子が混ぜられており、圧力と熱により金メッキされた粒子がヘッドの個別電極２２ａとフレキの配線電極３６ａを点接合させ接着剤を固めさせる。金メッキされた粒子は点在している程度なので、接触面積が小さく端子前面のおよそ１／１００となっておりあまり熱が外部に伝播しづらい構造となっている。フレキシブル基板のポリイミド３８ａの厚みは薄くても２５μでありサーマルプリントヘッド基板３１のかまぼこ状の突起部の高さが５０μであり、その差が２５μしかなく、印字媒体にあたることも予想される。本発明ではサーマルプリントヘッド基板３１の近辺のポリイミド３８ａの厚みをおよそ半分にし余裕を持たせている。

また、本発明の一実施例のサーマルプリントヘッドには、サーマルプリントヘッド基板３１とフレキシブル基板３６および保持板３２があるが、保持板３２の表面はサンドブラストにて細かくエッチングされているためサーマルプリントヘッド基板３１との接触面積が小さくなるように工夫されている。よって、サーマルプリントヘッド基板３１から保持板３２への熱の伝播が小さくなり、発熱素子２１にて発生された熱は保持板３２にへの伝熱が小さくなり無効に消費される熱が抑えられる。サーマルプリントヘッド基板３１と保持板３２は両端を接着剤４２で固定している。接着剤を塗布し、貼り合わせるときに接着剤４２が保持板３２の細かな凹凸３４に進入しないよう溝３３を設け防いでいる。土手状突起部１２及びかまぼこ状突起部１３を形成し転写効率を上げることにより、また、発熱素子２１の両端の電極を個別にし、異方性導電接着剤３５にて接続する、あるいは保持板に３２の表面に微小な凹凸を設けることで発熱素子２１で発生された熱のほとんどを印字媒体に有効に使用されるようになった。セラミック基板に部分ガラスグレーズされた基板を使用したヘッドと比較して１／４の低消費電力化を実現した。

図４は、図３のサーマルプリントヘッド基板３１のコモン電極３９を発熱素子２１毎に個別電極２２ｂに分け電極の面積をおよそ１／３とし、発熱素子２１にて発生された熱の伝播を低減するようにしている。フレキシブル基板３６ｂに異方性導電接着剤３５ｂで接続してからフレキシブル基板３６ｂにて一つに結線し共通電極４１としている。発熱素子２１にて発生された熱が共通電極４１から外部に伝播しにくい構造としている。

図５は、印字媒体がフレキシブル基板３６の端に当たり搬送の妨害にならないようにフレキシブル基板の先端とサーマルプリントヘッド基板の間に樹脂５１にて埋め印字媒体の搬送の障害にならないようにしたものである。

第１工程により表面に土手状の突起部を形成したガラス基板の断面図（Ａ）、第２工程によりかまぼこ状突起部を形成したガラス基板の断面図（Ｂ）、第３工程によりかまぼこ状突起部の部位の裏面に溝部を形成したガラス基板の断面図（Ｃ）である。 本発明のサーマルプリトヘッドの発熱素子近傍の断面図である。 本発明のサーマルプリントヘッドの一実施例の断面図（Ａ）、および平面図（Ｂ）である。 本発明のサーマルプリントヘッドの他の実施例の断面図（Ａ）、および平面図（Ｂ）である。 本発明のサーマルプリントヘッドの他の実施例の断面図である。 従来の一般的なサーマルプリントヘッドの断面図。 改良されたサーマルプリントヘッドの構造の一例を示す断面図。 改良されたサーマルプリントヘッドの構造の他の一例を示す断面図。

符号の説明

１０・・・・サーマルプリントヘッド基板
１１・・・・ガラス基板
１２・・・・土手状の突起部
１３・・・・かまぼこ状の突起部
１４・・・・溝部（空隙）
２１・・・・発熱素子
２２・・・・個別電極
２３・・・・保護膜
３１・・・・サーマルプリントヘッド基板
３２・・・・保持板
３３・・・・溝
３４・・・・凹凸
３５・・・・異方性導電接着剤
３６・・・・フレキシブル基板
３７・・・・配線電極
３８・・・・ポリイミド
３９・・・・共通電極（サーマルプリントヘッド基板）
４１・・・・共通電極（フレキシブル基板）
４２・・・・接着剤
５１・・・・封止樹脂
６１・・・・セラミック基板
６２・・・・グレーズドガラス
６３・・・・駆動ＩＣ
７１・・・・曲げ加工されたガラス基板
７２・・・・凸部
７３・・・・空隙
７４・・・・保持板（凹凸なし）
８１・・・・突起形成されたグレーズドガラス

Claims (8)

1. 鏡面状の表面を有する平板状のガラス基板を、エッチングにより、そのガラス基板の表面の一部分を長細い形状に残してその他の部分を削ることにより、そのガラス基板の表面に細長い土手状の突起部を形成する第１工程と、
   第１工程により表面に土手状の突起部を形成したガラス基板の表面を、エッチングにより、そのガラス基板の土手状の突起部を中心としてその近傍を残してその他の部分を削ることにより、そのガラス基板の表面にかまぼこ状の突起部を形成する第２工程と、
   第２工程により表面にかまぼこ状の突起部を形成したガラス基板を、そのガラス基板のかまぼこ状の突起部の部位の裏面をエッチングにより削って、ガラス基板の裏面に溝部を形成する第３工程と、
   を備えたことを特徴とするサーマルプリントヘッド基板の製造方法。
2. 請求項１に記載のサーマルプリントヘッド基板の製造方法により製造されたことを特徴とするサーマルプリントヘッド基板。
3. 請求項２に記載のサーマルプリントヘッド基板の、土手状の突起部上に複数の発熱素子を形成したことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
4. 前記サーマルプリントヘッド基板の、複数の発熱素子の各々の両側に個別電極を備えたことを特徴とする、請求項３に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記サーマルプリントヘッド基板の、個別電極の厚みを約０．５μとして、前記土手状の突起部の高さより低くなるように形成することにより、前記土手状の突起部上に形成された複数の発熱素子が前記個別電極より印字媒体に近い側に突出させたことを特徴とする、請求項４に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 前記サーマルプリントヘッド基板の、個別電極を異方性導電接着剤にてフレキシブル基板の２対の配線電極に接続し、配線電極はフレキシブル基板にて短絡され共通電極になっていることを特徴とする、請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
7. 前記フレキシブル基板のサーマルプリントヘッド基板上及びその近辺の部位において、フレキシブル基板のポリイミドの厚みを約半分としたことを特徴とする、請求項６に記載のサーマルプリントヘッド。
8. 前記サーマルプリントヘッド基板を保持板の上面に乗せて接着したサーマルプリントヘッドであって、
   保持板の上面の両端をサーマルプリントヘッド基板との接着部とし、保持板の接着部の内側の表面に微細な凹凸を設けるとともに、保持板の上面の両端の接着部とその内側の凹凸部の境界にそれぞれ溝を設けて、接着部に塗布した接着剤の凹凸部への侵入を防止したことを特徴とする、請求項３〜７のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。

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