JP2006224440A

JP2006224440A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2006224440A
Application number: JP2005040464A
Authority: JP
Inventors: Masato Oba; 眞人大庭
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Development and Engineering Corp; Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】
均一な印画が得られ、熱的なレスポンスが良好で、低価格なサーマルヘッドを提供すること。
【解決手段】
ヘッド部Ａおよび駆動部Ｂを搭載した放熱用基体１１を具備するサーマルヘッドにおいて、ヘッド部Ａは、絶縁基板１２ａ上に保温層１２ｂを設けた支持基板１２と、この支持基板１２上に形成した発熱抵抗体１３と、この発熱抵抗体１３上に形成され、発熱抵抗体１３の発熱部１３ａに電流を流す電極１４と、発熱部１３ａを保護する保護層１５とを有し、駆動部Ｂは、発熱部１３ａに流す電流を制御する制御信号などを伝送する回路パターン２０を設けた駆動回路基板１９を有し、支持基板１２上または駆動回路基板１９上に、温度によって抵抗値が変化する材料に電極を形成したベアチップ構造のサーミスタ１７を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は記録媒体に画像や文字などを記録するサーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、ファクシミリやデジタル製版機などの出力デバイスとして使用されている。近年は、写真プリンターなどのカラープリンター用途やイメージャ、流通用途の出力デバイスとしても注目されている。

ここで、従来のサーマルヘッドについて図５の概略断面図を参照して説明する。放熱用基体５１上にヘッド部Ａおよび駆動部Ｂが接合し、搭載されている。ヘッド部Ａは支持基板５２などから構成されている。支持基板５２は、セラミック製の絶縁基板５２ａ上にグレーズ層などの保温層５２ｂを設けて構成されている。支持基板５２上に発熱抵抗体５３が形成され、発熱抵抗体５３上に電極５４が形成されている。電極５４は、たとえば複数の個別電極５４ａと共通電極５４ｂとを有し、個別電極５４ａと共通電極５４ｂとの間に間隙Ｇが設けられている。間隙Ｇ部分に位置する発熱抵抗体５３は発熱部５３ａとして機能する。発熱部５３ａ上および発熱部５３ａ近傍に位置する電極５４上の必要部位に、スパッタリング法などの薄膜形成法で形成した保護層５５が設けられている。また、支持基板５２上には、電極５４を介して発熱部５３ａに流す電流を制御する駆動ＩＣ５６が配置されている。

駆動部Ｂは駆動回路基板５７などから構成されている。駆動回路基板５７には、駆動ＩＣ５６に供給する制御信号などを伝送する制御回路、たとえば伝送線路などの回路パターン５８が設けられている。

ヘッド部Ａを構成する個別電極５４ａと駆動ＩＣ５６との間、および、駆動ＩＣ５６と駆動部Ｂの回路パターン５８との間は、それぞれワイヤーＷなどによって電気的に接続されている。駆動ＩＣ５６およびワイヤーＷ等は被覆層５９で封止されている。

また、放熱用基体５１のたとえば駆動部Ｂ側の側壁部分５１ａに、ダイオード型サーミスタ６０が配置されている。ダイオード型サーミスタ６０は、温度によって抵抗値が変化する材料たとえば半導体と、この半導体に接続する電極などをガラス容器内に封止した構造になっている。そしてサーミスタ６０で検出された温度情報は出力リード線６０ａを経て温度調整回路（図示せず）に送られる。

上記した構成において、記録媒体に文字などを記録する場合、回路パターン５８を通して送られてくる制御信号をもとに、駆動ＩＣ５６の制御で所定の発熱部５３ａに電流を流して発熱させ、その熱エネルギーを利用して記録媒体を発色させ、あるいは色素を転写する。

上記したように、文字を記録する場合、サーマルヘッドは発熱部５３ａの発熱で温度が上昇する。このとき、発熱部５３ａの発熱状態が同じでも、サーマルヘッド本体の温度が上昇している場合と低下している場合とで、印字結果が相違する。そのため、サーミスタ６０でサーマルヘッド本体の温度を検出し、発熱部５３ａの発熱状態が調整される。図の点線矢印Ｙは、発熱部５３ａで発生した熱のサーミスタ６０までの伝達経路を示している。

次に、従来のサーマルヘッドの他の例について図６の概略断面図を参照して説明する。図６は、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。

この例は、温度検出素子として、リング状のねじ止め部を設けた、いわゆるラグ端子構造のサーミスタ６１を用いている。たとえば放熱用基体５１の裏側などに凹溝６２を設け、凹溝６２内にサーミスタ６１を配置し、そのラグ端子６１ａをネジ６３で放熱用基体５１に固定している。サーミスタ６１で検出された温度情報は出力リード線６０ａを通して温度調整回路（図示せず）に送られる。

上記したようなサーミスタを用いたサーマルヘッドは特許文献１などに開示されている。
特開平４−２０１４６０号公報

従来のサーマルヘッドは、たとえばサーマルヘッド本体の温度を検出するサーミスタを設け、発熱部の発熱状態を調整している。

しかし、ダイオード型サーミスタは、サーミスタ材料や電極などをガラス容器内に封止した構造になっている。サーミスタのガラス容器部分は円柱形状に形成され、放熱用基体とは線接触になっている。したがって、サーミスタへの熱の伝達が不十分になって、放熱用基体の温度を正しく検出できない場合がある。その結果、周辺環境の温度の影響が大きくなるなど、サーマルヘッド本体の温度の検出精度が低下する。また、サーマルヘッド本体の実際の温度とサーミスタによる検出温度との相違で、記録条件の補正にずれが生じ、均一な印画が得られなくなる。また、発熱部からサーミスタへの熱伝達経路が長いため、熱的なレスポンスが遅くなる。

また、ラグ端子構造のサーミスタを用いる方法は、サーミスタを配置するスペースを確保するために、放熱用基体に凹溝などの加工を必要とし、また、サーミスタ自身の形状も大きいなど、コストが高くなる。

本発明は、上記した欠点を解決し、均一な印画が得られ、熱的なレスポンスが良好で、低価格なサーマルヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、ヘッド部および駆動部を搭載した基体を具備するサーマルヘッドにおいて、前記ヘッド部は、絶縁基板上に保温層を設けた支持基板と、この支持基板上に形成した発熱抵抗体と、この発熱抵抗体上に形成され、前記発熱抵抗体の発熱部に電流を流す電極と、前記発熱部を保護する保護層とを有し、前記駆動部は、前記発熱部に流す電流を制御するための制御回路を設けた駆動回路基板を有し、前記支持基板上または前記駆動回路基板上に、温度によって抵抗値が変化する材料に電極を形成したベアチップ構造のサーミスタを配置したことを特徴とする。

本発明は、サーマルヘッドを構成する支持基板または駆動回路基板に、温度によって抵抗値が変化する材料に２つの電極を設けたベアチップ構造のサーミスタを配置している。支持基板上や駆動回路基板上には、発熱部との熱的接続が良好な電極が近傍まで延びているため、サーマルヘッド本体の温度の検出精度が改善し、熱的レスポンスが向上し、均一な印画結果が得られる。また、ベアチップ構造のサーミスタは小型で安価なため低価格のサーマルヘッドが実現する。

本発明の実施形態について図１の概略断面図を参照して説明する。

放熱用基体１１上にヘッド部Ａおよび駆動部Ｂが接合し、搭載されている。ヘッド部Ａは支持基板１２などから構成されている。支持基板１２は、たとえばアルミナなどのセラミック製絶縁基板１２ａ上に、グレーズ層などからなる保温層１２ｂを設けた構造になっている。支持基板１２上に発熱抵抗体１３が形成され、発熱抵抗体１３上にアルミニウムなどからなる電極１４が形成されている。電極１４は、たとえば複数の個別電極１４ａと共通電極１４ｂとを有し、個別電極１４ａと共通電極１４ｂとの間に間隙Ｇが設けられている。間隙Ｇ部分に位置する発熱抵抗体１３は発熱部１３ａとして機能する。発熱部１３ａ上および発熱部１３ａ近傍に位置する電極１４上の必要部位に、スパッタリング法などの薄膜形成法で形成した保護層１５が形成されている。

また、支持基板１２上には、電極１４を介して発熱部１３ａに流す電流を制御する駆動ＩＣ１６、および、サーマルヘッド本体の温度を検出するサーミスタ１７が配置されている。サーミスタ１７は支持基板１２上に形成した電極パターン１８上に設けられている。駆動ＩＣ１６はたとえば複数設けられ、複数の駆動ＩＣ１６とサーミスタ１７は、たとえば図の表側から裏側に向う１つの直線上に配置されている。

駆動部Ｂは、駆動回路基板１９などから構成されている。駆動回路基板１９には、駆動ＩＣ１６に供給する制御信号などを伝送する制御回路、たとえば伝送線路などの回路パターン２０が設けられている。

図１では、回路パターン２０が駆動回路基板１９の表面のみに図示されている。しかし、回路パターン２０は、通常、電気伝導率の高い銅箔などの金属を多層に配置し、また多層に配置したその金属間に絶縁部材を挟み、加圧硬化整形するなどの方法で多層に形成される。

また、個別電極１４ａと駆動ＩＣ１６との間、および、駆動ＩＣ１６と駆動回路基板１９上の回路パターン２０との間などは、たとえばワイヤーＷによって電気的に接続されている。また、駆動ＩＣ１６およびサーミスタ１７、ワイヤーＷ等は、シリコン系またはエポキシ系の樹脂などからなる被覆層２１中に埋め込まれ、封止されている。なお、２つの部品間を接続するワイヤーＷを１本でなく複数にすれば断線などによる事故を少なくできる。

ここで、サーミスタ１７の概略構造について図２の斜視図で説明する。サーミスタ１７は、温度によって抵抗値が変化する材料たとえば半導体２２を第１および第２の２つの平板状電極２３ａ、２３ｂで挟んで構成され、２つの電極２３ａ、２３ｂがむき出しのベアチップ構造になっている。ベアチップ構造のサーミスタ１７は、たとえば５０μｍ×５０μｍの半導体２２の両面に電極となるＡｕをメッキし、焼成して形成する。

次に、サーミスタ１７の配置方法について図３を参照して説明する。図３は図１および図２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。

支持基板１２上に電極パターン１８が設けられ、電極パターン１８上に、サーミスタ１７の図示裏側に位置する第１電極２３ａが導電性ペ一スト３１などで接合され、同時に電気的に接続されている。また、駆動回路基板１９上に第１および第２の２つの回路パターン３２、３３が設けられ、電極パターン１８と第１回路パターン３２との間はワイヤーＷで電気的に接続されている。また、サーミスタ１７のたとえば図示表側の第２電極２３ｂと第２回路パターン３３との間もワイヤーＷで電気的に接続されている。第１および第２の回路パターン３２、３３は温度調整回路３４に接続されている。

上記したワイヤーＷによる電気的な接続が完了した後、シリコン系もしくはエポキシ系の樹脂を用いて、直線上に設けられたサーミスタ１７およびワイヤーＷ、駆動ＩＣ等が１つの工程で被覆される。

次に、図１で説明したサーマルヘッドの電極および駆動ＩＣ、回路パターンなどの配置について、図１をその図示上方からみた図４を参照して説明する。図４は図１〜図３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。

個別電極１４ａおよび共通電極１４ｂの対が図示上下方向に複数配置され、個別電極１４ａと共通電極１４ｂの間隙Ｇ部分に位置する発熱部１３ａは１つの直線上に等間隔に設けられている。また、支持基板１２の中央部分、たとえば個別電極１３ａの配置方向における中央部分に、駆動ＩＣ１６に挟まれてたとえば１つのサーミスタ１７が配置されている。なお、サーミスタ１７を避けて、サーミスタ１７近傍に位置する個別電極１４ａの一部は斜めに形成されている。

上記した構成において、記録媒体に文字などを記録する場合、回路パターン２０を通して送られてくる制御信号をもとに、駆動ＩＣ１６の制御で所定の発熱部１３ａに電流を流して発熱させ、その熱エネルギーを用いて記録媒体を発色させ、あるいは色素を転写する。

上記したサーマルヘッドは、電極部分がむき出しのベアチップ構造のサーミスタ１７を、支持基板１２上に設けた電極パターン１８上に接合している。この構成によれば、サーミスタ１７が支持基板１２上の発熱部１３ａと同じ面に位置している。また、発熱部１３ａとの熱的接触が良好な個別電極１４ａがサーミスタ１７の近傍まで延び、サーミスタ１７と発熱部１３ａは熱的にほぼ短絡状態で、発熱部１３ａからの熱伝達経路も短くなっている。また、記録媒体が移動する側の支持基板１２上でサーマルヘッド本体の温度を検出している。したがって、発熱部１３ａに対する印加エネルギーの調整が正確になり、安定した画像が得られる。また、熱的レスポンスも早くなる。

また、ベアチップ構造のサーミスタは外容器部分がないため、サーミスタの実装に必要な占有面積が小さくなる。また、複数のサーミスタの配置も容易になる。たとえば有効記録幅が短い製品の場合は製品の中央部分に配置し、有効記録幅が長い製品の場合は、印画長全体にわたって複数のサーミスタを均等に配置すれば、温度調整を安定化できる。また、ベアチップ構造のサーミスタはコストが軽減し、低価格のサーマルヘッドが実現する。

上記した実施形態では駆動ＩＣとサーミスタを同一列にしている。このため、駆動ＩＣおよびサーミスタを封止する被覆層を同一工程で形成できる。

また、上記した実施形態は駆動ＩＣおよびサーミスタを支持基板上に設けているが、その一方あるいは両方を駆動回路基板上に配置することもできる。この場合、たとえばサーミスタを駆動回路基板上に配置すると、サーミスタの位置が記録媒体の移動路からの距離が遠くなり、記録媒体自身の温度による影響が少なくなる。また、サーミスタの高さは、記録媒体の進行を妨げないように、放熱用基板面などを規準にして、駆動ＩＣよりも低くすることが望ましい。

本発明の実施形態を説明する概略の断面図である。本発明に使用するベアチップ構造のサーミスタを説明する概略の斜視図である。本発明に使用するサーミスタの配置方法を説明する斜視図である。本発明の実施形態における各部品の配置を説明する上面図である。従来例を説明する概略の断面図である。他の従来例を説明する概略の断面図である。

符号の説明

１１…放熱用基体
１２…支持基板
１２ａ…絶縁基板
１２ｂ…保温層
１３…発熱抵抗体
１３ａ…発熱部
１４…電極
１４ａ…個別電極
１４ｂ…共通電極
１５…保護層
１６…駆動ＩＣ
１７…サーミスタ
１８…電極パターン
１９…駆動回路基板
２０…回路パターン
Ａ…ヘッド部
Ｂ…駆動部

Claims

ヘッド部および駆動部を搭載した基体を具備するサーマルヘッドにおいて、前記ヘッド部は、絶縁基板上に保温層を設けた支持基板と、この支持基板上に形成した発熱抵抗体と、この発熱抵抗体上に形成され、前記発熱抵抗体の発熱部に電流を流す電極と、前記発熱部を保護する保護層とを有し、前記駆動部は、前記発熱部に流す電流を制御するための制御回路を設けた駆動回路基板を有し、前記支持基板上または前記駆動回路基板上に、温度によって抵抗値が変化する材料に電極を形成したベアチップ構造のサーミスタを配置したことを特徴とするサーマルヘッド。
サーミスタの電極を、支持基板上または駆動回路基板上に形成した電極パターンに接合した請求項１記載のサーマルヘッド。
発熱抵抗体の発熱部に流す電流を制御する複数の駆動ＩＣを支持基板上または駆動回路基板上に設け、かつ前記複数の駆動ＩＣとサーミスタを１つの直線上に配置した請求項１記載のサーマルヘッド。