JP2006327138A

JP2006327138A - 光プリンタヘッド及びそれを用いた光プリンタ

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Publication number: JP2006327138A
Application number: JP2005157082A
Authority: JP
Inventors: Takanori Watabe; 高範渡部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: JP4991125B2

Abstract

【課題】
本発明の目的は、ＬＥＤアレイチップをプリント基板に接着する接着剤がＬＥＤアレイチップの表面にしみ出ないようにして、安定した発光が維持できる光プリンタヘッドを提供することにある。
【解決手段】
プリント基板１表面に、発光ダイオード素子アレイチップ４を、接着剤６を介して複数個直線状に配置されるように接着固定してなる光プリンタヘッドにおいて、前記隣接しあう発光ダイオード素子アレイチップ４、４の間に対応するプリント基板１表面に、基板表面から凹んだ凹部８を形成した。また、この凹部８は、基板１の表面に形成される表面保護膜３の非形成領域である開口部８にて形成される。
【選択図】図１

Description

本発明はプリンタ、複写機などの光プリンタの露光光源として用いられるＬＥＤ（発光ダイオード）アレイチップを複数配列した光プリンタヘッド及びそれを用いた光プリンタに関するものである。

プリンタ、複写機などの光プリンタの光源（露光手段）として、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザなどが用いられている。特に、ＬＥＤを用いた光プリンタヘッドは、レーザビームヘッドと異なり、機械的可動部がなく、光プリンタの小形化及び耐久性の向上が図れる利点を有している。

上記光プリンタヘッドは、図５に示す。図５において、１はプリント基板であり、４（４１・・・４ｎ）は、ＬＥＤアレイチップである。

プリント基板１上には、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）及び駆動用ＩＣ５が搭載されており、また、プリント基板１の表面には、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）及び駆動用ＩＣ５を実装するため、また、これらのチップ４（４１・・・４ｎ）や駆動用ＩＣ５に所定信号や電源を供給する配線パターン２が形成されている。

このようなＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）は、配線パターン２の１つであるダイボンディングパターン上に、たとえば接着剤７を介して接合・実装され、各ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）は、配線パターン２の１つであるボンディング用電極バッドにボンディングワイヤ６を用いて接続していた。

尚、駆動用ＩＣ５は、所定配線パターン２の１つであるフリップチップ接続用パッドに接続するようにフリップチップ接合されていた。

ここで、１つのＬＥＤアレイチップ３には、複数の発光ダイオード素子が形成されており、複数のＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）を直線状に配列した時には、各複数のＬＥＤアレイチップ４１・・・４ｎの境界部分の間隔が、１つのＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の発光ダイオード素子の間隔と実質的に同一にする必要がある。即ち、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）をプリント基板１に実装するにあたり、隣接しあうＬＥＤアレイチップたとえば４１と４２との間隔を微小間隔Ｘ（たとえば〜０．０１ｍｍ）に制御しなくてはならない。

従来、隣接あうＬＥＤアレイチップたとえば４１と４２は微小間隔Ｘを維持して、プリント基板１とＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）とを接着剤７を接着固定していた。この時、接着剤７は、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）とプリント基板１との間で配列方向とそれと直交する方向に広がる。特にＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向に広がった余剰接着剤は、ＬＥＤアレイチップ４１と４２との間の微小間隔Ｘに毛細管現象などにより表面側にしみ出だすという問題があった。図５には、そのしみ出た余剰接着剤を符号７ｂで示しており、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向と直交する方向に広がる余剰接着剤を図では省略している。

そして、このように、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の表面にしみ出す余剰接着剤７ｂを解決するためのいくつかの手段が提案されている。

たとえば隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界分の近傍に形成した配線パターン２の形状を見直し、たとえばＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向と直交する方向に延出部パターンを設け、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の表面側にしみ出る余剰接着剤７ｂを、この延出部パターン上に導くようにしていた（特開平７−１４７４３０号公報）。

また、図６に示すように、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界領域に相当するプリント基板１に、基板の厚み方向を貫く貫通孔９を形成し、この貫通孔９に余剰接着剤（表面にしみ出さない余剰接着剤）７ａを逃がし、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の表面にしみ出る余剰接着剤を抑制していた（特開平８−８８４０９号）。
特開平７−１４７４３０号公報（図１）特開平８−８８４０９号公報（図１）

しかしながら、特許文献１にて提案された光プリンタヘッドでは、配線パターン２の形状が、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向である長手方向と直交する方向の寸法が大きくなってしま意、その結果、プリント基板１が大型化してしまう。

また、接着剤が配線パターンの延出部に意図して押し出されるかは、配線パターンと接着剤との濡れ性に大きく左右されることになり、意図したとおりに押し出されなかった場合には、ＬＥＤアレイチップ４の表面に余剰接着剤がしみ出たり、他の配線パターン間で短絡などの問題が発生してしまうことになる。

また、特許文献２にて提案された光プリンタヘッドでは、基板の厚み方向に貫通孔９を形成する必要があり、基板１の貫通孔９の加工精度が要求され、また、基板１の強度が大きく低下してしまうという問題があった。

また、根本的に接着剤７の塗布位置を制御して、たとえばＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の端部において接着剤７が塗布されない領域を形成することも考えられる。しかし、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）と所定配線パターン２との間にボンディングワイヤ６で接合する際、ボンディングの超音波が安定して印加されないとこいう問題があった。また、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）をダイボンディングする圧着圧力が不均一になってしまうとうい問題点があった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑みて案出されたものであり、ＬＥＤアレイチップをプリント基板に接着する接着剤がＬＥＤアレイチップの表面に確実にしみ出ないようにして、安定した発光が得られる光プリンタヘッドを提供することにある。

さらに、基板の形状を大きく変化することなく、余剰接着剤の悪影響を防止する光プリンタヘッドを提供することにある。

きる光プリンタヘッドを提供することにある。

さらに、高品位な印刷が可能な光プリンタを提供することにある。

本発明は、プリント基板表面に、発光ダイオード素子アレイチップを、接着剤を介して複数個直線状に配置されるように接着固定してなる光プリンタヘッドにおいて、前記隣接しあう発光ダイオード素子アレイチップの間に対応するプリント基板表面に、基板表面から凹んだ凹部を形成したことを特徴とする光プリンタヘッドである。

また、好ましくは、前記プリント基板は、絶縁基板と、該絶縁基板表面に形成した配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出するようにして被覆された表面保護膜とから成るとともに、前記凹部は、該表面保護膜の非形成領域による開口部で構成した。

また、前記凹部の深さは、前記表面保護膜の厚みに相当するとともに、前記発光ダイオード素子アレイチップの配列方向の凹部の開口幅は０．３〜０．６ｍｍとした。

さらに、前記基板の表面から露出する配線パターンと前記電極パッドとは、ボンディングワイヤによって電気的に接続されている。

そして、プリント基板表面に、発光ダイオード素子アレイチップを、接着剤を介して複数個直線状に配置されるように接着固定してなるとともに、前記隣接しあう発光ダイオード素子アレイチップの間に対応するプリント基板表面に、基板表面から凹んだ凹部を形成した光プリンタヘッドを用いた露光手段と、
前記光プリンタヘッドの発光によって露光される感光体ドラムと、
感光体ドラムの露光部分にトナーを供給する現像手段と、
感光体ドラムに付着したトナーをメディアに転写し、定着する定着手段と
を含む光プリンタである。

本発明によれば、隣接しあうＬＥＤアレイチップ間に対応する基板表面に、基板表面から凹んだ凹部を形成したため、この部分でＬＥＤアレイチップの裏面領域に凹部による空間が発生する。これにより、ＬＥＤアレイチップの中央部分から端部方向に押し出された接着剤は、この凹部による空間に達した時に、表面張力が変化し、接着剤の広がり速度が減速する。したがって、この接着剤に達した余剰接着剤は、凹部内で減速し、且つまた静止状態で滞留するため、隣接するＬＥＤアレイチップの間の微小間隔Ｘから、毛細管現象によって余剰接着剤が表面側にしみ出ることがない。これにより、ＬＥＤアレイチップの表面が余剰の接着剤によって汚れることが一切なく、ＬＥＤアレイチップの安定した発光が行われる。

この凹部はプリント基板の表面側に形成されているが、従来のように、基板の厚みを貫通することがないため、基板の強度が維持できる。

また、配線パターンに延出部パターンを形成することがないため、配線パターンの形状が複雑化することがなく、プリント基板の形状が大型化しない。

特に、凹部を、基板そのものに形成するのではなく、配線パターンを被覆する表面保護膜の形成時に形成する。すなわち、表面保護膜の非形成領域を凹部とする。表面保護膜からすると非形成領域が開口部となる。これにより凹部の深さは、表面保護膜の厚みに相当となる。

この様な構造では、プリント基板を構成する絶縁基板（基体）への加工が不要となり、基板の強度が維持でき、また、表面保護膜という被膜形成工程で同時に、凹部を形成できる、生産効率が向上する。また、凹部の表面保護膜の厚みに相当するため、凹部の深さを小さくできる。これにより、ＬＥＤアレイチップの実装時に、ＬＥＤアレイチップの上部側から与えられる圧力がＬＥＤアレイチップのほぼ全面に均一となる。また、ＬＥＤアレイチップと所定配線パターン（表面保護膜から露出した配線パターンであり、ボンディングワイヤ用のパッド電極）とをボンディングワイヤを用いて接合する際に、ＬＥＤアレイチップ上にボンディングを行うための超音波印加が安定する。これにより、信頼性の高い実装、信頼性の高い接合が達成できる。

尚、表面保護膜の非形成領域で凹部を形成した場合、深さが非常に小さくなることに対する対応して、ＬＥＤアレイチップの配列方向の凹部の開口幅は０．３〜０．６ｍｍとすれば、隣接するＬＥＤアレイチップの微小間隔Ｘから余剰接着剤のしみ出しを有効に防止でき、また、上述の信頼性の高い実装、信頼性の高い接合が損なわれることがない。

このような光プリンタヘッドを光プリンタに適用することにより、光プリンタヘッドの発光ダイオードの発光によって形成される感光体ドラムの潜像画像が、隣接しあうＬＥＤアレイチップの境界部分での接着剤の影響がなく、安定した露光が可能となるしたがって、現像、トナーの付着、転写、定着されて完成する画像の画質が非常に高い品位なものとなる。

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は光プリンタヘッドの主要部分の平面図であり、図２はその断面図である。

図１において、１はプリント基板、４（４１・・・４ｎ）はＬＥＤアレイチップ、５は駆動用ＩＣ、６はボンディングワイヤであり、７は配線パターンである。

プリント基板１は、セラミックスなどの絶縁性基板１ａ上所定パターンの配線パターン２が形成され、さらに、その表面に配線パターンの一部を露出するように形成された表面保護膜３から構成される。

配線パターン２は、たとえば、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）と駆動用ＩＣ５とを電気的に接続する配線、ボンディングワイヤ６が接続する電極パッド、駆動用ＩＣ５に信号を供給する信号配線・電極パッド、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）や駆動用ＩＣ５に電源を供給する電源配線、その他、接地配線を含むものである。尚、ＬＥＤアレイチップの裏面全体を接地させなくてはならない場合には、実装用ダイボンディングパターンをも含むものである。

また、表面保護膜３は、基板１ａ上に、配線パターン２の一部を露出して、配線パターン２を被覆するように形成されている。すなわち、表面保護膜３には非形成領域が存在している。この非形成領域は、外部回路と接続する電極バッド、ボンディングワイヤが接合される電極パッド、駆動用ＩＣ５が接合するバッドなどを形成するために存在する。また、隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界部分に凹部８（表面保護膜３内では開口部となる）を形成するために存在している。

この凹部（開口部）８の形状は、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向と、この配列方向と直交する方向に延びる矩形状に形成されている。たとえば、配列方向の寸法は、たとえば０．３〜０．６ｍｍであり、配列方向と直交する方向は、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）のこの方向の寸法と実質的に同一または若干大きく設定されている。

ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）は、半導体基板や絶縁性単結晶基板上に半導体層を形成した基板からなり、発光ダイオード素子として必要なＰＮ接合されて、各発光ダイオード素子がたとえば０．０１ｍｍ程度の間隔で配列されている。各発光ダイオードには、アノード電極とカソード電極とが形成され、駆動用ＩＣ５で制御される駆動方式に応じて、いずれか一方電極が所定発光ダイオード素子と接続する共通電極となっており、他方の電極が個別電極となっている。そして、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）には、駆動用ＩＣ５からの信号や電圧が供給されるように、ボンディングワイヤ６が接続される電極パッドを有している。

このようなＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）は、プリント基板１の所定領域、たとえば、中央部分に直線状に配列されて実装されている。この実装にあたり、プリント基板１の所定領域またはＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の裏面のいずれかに接着剤７を塗布して、プリント基板１上に載置して、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）上部から所定圧力をあたえながら接着剤７を硬化して、接合させていた。

その後、プリント基板１の所定配線パターン２、たとえば、表面保護膜３から露出した駆動用ＩＣ５の接続用電極パッドに、駆動用ＩＣ５をフリップチップボンドにより接合し、さらに、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）と配線パターン２の一部であるボンディングワイヤ接合用の電極パッドとの間を、ボンディングワイヤ６を介して接続していた。

その後、必要に応じて、ボンディングワイヤ６部分及び駆動用ＩＣ５部分のみに、被覆樹脂でオーバーコートを形成してもかまわない。

本発明は、プリント基板１上にＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）を、接着剤７を介して接合するにあたり、特に、隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界部分から、接着剤７の余剰分（余剰接着剤）７ａがＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の表面側にしみ出さないようするための構造を提案するものである。

接着剤７はＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）を、プリント基板１上に載置して、圧着・押圧した時に、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向及び配列方向と直交する方向のいずれにも広がる。

そして、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の接着固定に寄与しない接着剤が余剰接着剤７となる。

この余剰接着剤７ａのうち、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向と直交する方向にはみ出した余剰接着剤７ａは、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の周囲で硬化するため、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の表面に這い上がりにくいため、大きな悪影響を与えない。仮に、接着剤７ａが導電特性を有していたとしても、配線パターン２を表面保護膜３で被覆しておけば、たとえば配線パターン２が露出する電極パッドなどに到達しない限り問題歯発生しない。

これに対して、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向に広がり、隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界部分にまで到達した接着剤７は、この境界部に形成された基板表面から凹んだ凹部（開口部）８に到達する。このとき、凹部８の存在により、プリント基板１とＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）との間の接着剤７が存在する厚みから、その厚みと凹部８の深さとを合計した空間厚みを有する凹部８に到達するため、接着剤７の広がり速度は減速し、静止状態となり、凹部８内に滞留・硬化する。すなわち、余剰接着剤７ａは、凹部８の上部の隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の微小間隔Ｘを介して表面側にしみ出ることがなくなる。

この凹部８は、プリント基板１を構成する絶基板１ａの表面に溝加工により形成してもよいが、最も好ましくは、上述したように、絶縁基板１ａの表面に形成する表面保護膜３の形成時、このＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界部にあえて表面保護膜８を形成しない非形成領域を設ける。即ち、この非形成領域が表面保護膜３の開口部とすることが望ましい。

また、この凹部となる表面保護膜の開口部８を、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向に、図３に示すように、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界部付近に複数形成しても構わない。すなわち、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の境界部分に相当する領域に形成された凹部８を、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向で挟むように凹部８１、８２を形成する。尚、凹部８１、８２を配列方向に２重、３重にはさむように凹部をさらに形成してもかまわない。

このように、複数の凹部８、８１、８２・・を用いることにより、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の中央部側からＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の端部側に広がる接着剤７の広がり速度を、有効に減速させることができ、隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）間からしみ出ることを一層有効二防止することができる。

尚、これらの開口部８において、上述したように複数の凹部の配列方向の寸法合計を、上述したように、０．３ｍｍ〜０．６ｍｍとなるように設定する。

１つまたは複数の開口部８、８１、８２のＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の配列方向の合計開口寸法が０．３ｍｍ未満では、開口部での余剰接着部材１０ａの広がり速度を減速または静止させることが困難であり、隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の間の微小間隔Ｘより、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の表面側にしみ出てしまう。また、０．６ｍｍを越えると、プリント基板１とＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）との間の接合面積が減少してしまい、その結果、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の実装時に均一な圧力を印加することができなくなったり、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）とプリント基板１の所定配線パターン２との間のワイヤボンディング接合において、安定に超音波を印加することができず、その接合信頼性が低下してしまう。

尚、複数の開口部８８１、８２・・で構成した方が１つ１つの開口が小さくなり、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の実装時に均一な圧力を印加されやすくなり、また、ワイヤボンディングによる接合強度の低下を抑えることができる。

尚、このように、ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）及び駆動用ＩＣ５を搭載したプリント基板１は、例えばアルミニウム板で作られた筐体に、光収束用ロッドレンズアレイ等と共に取付けられ、光プリンタヘッドが構成される。

このような光プリンタヘッドは、プリンタ、複写機など（総称して光プリンタという）に用いられる。光プリンタは、図４に示されるように、感光体ドラムＤ、帯電手段Ｃ、露光手段Ｒ、現像手段Ｇ、定着手段Ｔとから主に構成されている。

具体的には、光プリンタヘッドを露光手段として用いて、感光体ドラムＤを回転させながら、ＬＥＤアレイチップ４（４1・・・４ｎ）の所定発光ダイオードを点灯制御して感光体ドラムＤに潜像画像を形成する。その後、そして、感光体ドラムＤの表面にトナー供給して現像を行い、さらに、紙などのメディアにトナーを転写し、転写したトナーを定着する。

ここで、上述のように、隣接しあうＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）の間において、余剰接着剤７ａが一切、しみ出たり、這い上がったりすることがないため、複数ＬＥＤアレイチップ４（４１・・・４ｎ）が一体として安定的に動作して、感光体ドラムＤに形成された潜像画像が非常に高品位に形成され、その結果、メディアに高品位な印刷、複写が達成できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、プリント基板１の材料としては、例えば樹脂等の絶縁性材料が適用可能である。

本発明に係る光プリンタヘッドの一実施例を主要部分の平面図である。本発明に係る光プリンタヘッドの主要部分の断面図である。本発明に係る別の光プリンタヘッドの主要部分の断面図である。光プリンタの動作を示す概略図である。従来の光プリンタヘッドの一実施例を主要部分の平面図である。従来の光プリンタヘッドの一実施例を主要部分の断面である。

符号の説明

１・・・プリント基板
２・・・配線パターン
３・・・表面保護膜
４（４１〜４ｎ）・・・ＬＥＤアレイチップ
５・・・駆動用ＩＣ
６・・・ボンディングワイヤ
７・・・接着剤
７ａ・・・余剰接着剤
８、８１、８２・・・凹部（開口部）
Ｘ・・微小間隔

Claims

プリント基板表面に発光ダイオード素子アレイチップを、接着剤を介して複数個直線状に配置されるように接着固定してなる光プリンタヘッドにおいて、
前記隣接しあう発光ダイオード素子アレイチップの間に対応するプリント基板表面に、基板表面から凹んだ凹部を発光ダイオード素子アレイチップの配列方向と直交する方向に形成したことを特徴とする光プリンタヘッド。
前記プリント基板は、絶縁基板と、該絶縁基板表面に形成した配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出するようにして被覆された表面保護膜から成るとともに、前記凹部は、該表面保護膜の非形成領域によって形成された開口部で構成することを特徴とする請求項１記載の光プリンタヘッド。
前記凹部の深さは、前記表面保護膜の厚みに相当するとともに、前記発光ダイオード素子アレイチップの配列方向の凹部の開口幅は０．３〜０．６ｍｍとしたことを特徴とする請求項２記載の光プリンタヘッド。
前記基板の表面から露出する配線パターンと前記発光ダイオードアレイチップとは、ボンディングワイヤによって接続されていることを特徴とする請求項１記載の光プリンタヘッド。
プリント基板表面に、発光ダイオード素子アレイチップを、接着剤を介して複数個直線状に配置されるように接着固定してなるとともに、前記隣接しあう発光ダイオード素子アレイチップの間に対応するプリント基板表面に、基板表面から凹んだ凹部を形成した光プリンタヘッドを用いた露光手段と、
前記光プリンタヘッドの発光によって露光される感光体ドラムと、
感光体ドラムの露光部分にトナーを供給する現像手段と、
感光体ドラムに付着したトナーをメディアに転写し、定着する定着手段と
を含む光プリンタ。