JP2009208361A - サーマルヘッド及びサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を向上させつつ、印画の濃度ムラの解消を図る。
【解決手段】発熱抵抗体１２の一方の側に設けられた駆動電極１３ｂと、発熱抵抗体１２の他方の側に設けられ、２つの駆動電極１３ｂの間に位置する電源電極１３ａと、発熱抵抗体１２を駆動するドライバＩＣ７４と、駆動電極１３ｂ、電源電極１３ａ、及びドライバＩＣ７４と電気的に接続されたフレキシブル基板７０とを備え、フレキシブル基板７０は、フレキシブル基板７０の一方の面に配置され、駆動電極１３ｂ及びドライバＩＣ７４と電気的に接続される駆動配線パターン７２ａと、電源電極１３ａと電気的に接続される電源配線パターン７１とを備え、電源配線パターン７１は、フレキシブル基板７０のドライバＩＣ７４と重なる範囲では、ドライバＩＣ７４が配置された面と反対側の面に配置され、ドライバＩＣ７４及び駆動配線パターン７２ａと電気的に絶縁されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッド及びサーマルプリンタに係るものである。そして、詳しくは、印画の濃度ムラの解消を図るとともに、生産性を向上できる技術に関するものである。

従来から、突部に発熱抵抗体（発熱素子）を配列したサーマルヘッドと、サーマルヘッドに対向するように設けられたプラテンローラとを備えるサーマルプリンタが知られている。このようなサーマルプリンタは、サーマルヘッドの突部とプラテンローラ上に搬送された印画紙（記録媒体）とを押圧させて画像を形成するようになっている。なお、突部と印画紙との押圧は、サーマルヘッドを移動させる場合と、プラテンローラを移動させる場合とがある。

ここで、サーマルプリンタには、画像形成方式として昇華方式や感熱方式等があるが、いずれの方式であっても、サーマルヘッドの発熱抵抗体に対して階調レベルに応じた選択的な通電を行い、その際に発生する熱エネルギを利用して画像を形成している。例えば、昇華方式のサーマルプリンタの場合には、インクリボンを介して印画紙にサーマルヘッドの突部を押圧し、発熱抵抗体を駆動して発熱させると、インクリボン上のインクが発熱抵抗体の熱エネルギに比例して印画紙上に昇華され、印画が行われる。

図１３は、このような従来のサーマルヘッド１１０の配線構造を示す平面図である。
また、図１４は、図１３に示す従来のサーマルヘッド１１０の配線構造を示す縦断面図（図１３のａ−ａ線の断面図）である。
図１３に示すように、サーマルヘッド１１０は、発熱抵抗体１１２と、発熱抵抗体１１２を発熱させるための電源電極１１３ａ及び駆動電極１１３ｂとを備えている。そして、隣り合う２つの発熱抵抗体１１２は、折返し配線１１４によって電気的に接続されている。なお、電源電極１１３ａは、隣り合う２つの発熱抵抗体１１２に共通のものであり、全ての電源電極１１３ａは、発熱抵抗体１１２の配列方向に細長く伸びる共通電極１１５と電気的に接続されている。

また、発熱抵抗体１１２は、縦断面が略円弧状の突部１１１ａ（図１４参照）が形成されたガラス基板１１１上に配列されており、電源電極１１３ａと折返し配線１１４との間や、駆動電極１１３ｂと折返し配線１１４との間で発熱抵抗体１１２が露出した部分が実際に熱エネルギを発生する発熱部１１２ａとなっている。そして、発熱抵抗体１１２、電源電極１１３ａ、駆動電極１１３ｂ、及び折返し配線１１４の上には、図１４に示すように、これらを保護する保護膜１３０が積層されている。さらにまた、サーマルヘッド１１０は、選択的な通電を行なって発熱抵抗体１１２を駆動するため、駆動用のドライバＩＣ１７２や、電源に接続され、制御回路等が設けられたリジッド基板１８０を備えている。なお、ガラス基板１１１及びリジッド基板１８０の下側には、放熱板１４０が接着剤１５０によって接着されている。

このようなサーマルヘッド１１０において、発熱抵抗体１１２の電源電極１１３ａは、図１３に示すように、共通電極１１５を介して、金ワイヤ１７１ａにより、リジッド基板１８０の電源ランド１８１ａと電気的に接続されている。一方、駆動電極１１３ｂは、各駆動電極１１３ｂごとに個別の金ワイヤ１７１ｂにより、ドライバＩＣ１７２と接続されている。さらに、駆動用のドライバＩＣ１７２は、金ワイヤ１７１ｃにより、リジッド基板１８０の電源ランド１８１ｂと電気的に接続されている。

次に、図１３及び図１４に示す従来のサーマルヘッド１１０における電流の流れについて説明する。
最初に、電源からの電流は、図１３に示すリジッド基板１８０上の電源ランド１８１ａに流れ込む。その後、電流は、金ワイヤ１７１ａを通って共通電極１１５に流れ込み、共通電極１１５から電源電極１１３ａに分岐し、さらに、それぞれの発熱抵抗体１１２に向かって流れて行く。そして、この際に、金ワイヤ１７１ａが共通電極１１５の両端部のみに接続されていることから、中央部の発熱抵抗体１１２に向かうにつれて電圧降下が発生する。

図１５は、図１３及び図１４に示す従来のサーマルヘッド１１０における共通電極１１５の電圧降下を示すグラフである。
図１５に示すように、共通電極１１５の電圧は、金ワイヤ１７１ａ（図１３参照）が接続されている両端部が最も高い。ところが、金ワイヤ１７１ａから離れた中央部では、共通電極１１５の配線抵抗により、電圧が降下してしまう。

このような共通電極１１５の電圧降下は、印画の濃度ムラの原因となる。すなわち、共通電極１１５の両端部に位置する発熱抵抗体１１２（図１３参照）に対しては、電圧降下がないために供給電圧が高くなる。そのため、印画の濃度が高くなる。一方、共通電極１１５の中央部に位置する発熱抵抗体１１２に対しては、電圧降下のために供給電圧が低くなる。その結果、印画の濃度が低くなるので、両端部が濃く、中央部に向かって徐々に薄くなる濃度ムラが発生することとなる。

したがって、共通電極１１５の電圧降下に起因する印画の濃度ムラを対策する必要が生じる。この場合、電圧降下を防ぐために共通電極１１５の幅を広くすることが考えられるが、共通電極１１５は、一般にスパッタリング法等で成膜された薄膜パターンであり、コスト等の問題からくるガラス基板１１１（図１３参照）のサイズの制約もあるので、必要以上に幅を広くすることはできない。また、成膜にかけるタクトスピードの制約から、厚さを必要以上に厚くすることもできない。さらにまた、トリミング等の方法によって発熱抵抗体１１２（図１３参照）の抵抗値を調整することも考えられるが、生産コスト的に非常に非効率なものとなる。

そこで、ドライバＩＣ１７２（図１３参照）ごとに電圧降下を補償する方法が提案されている。すなわち、外側寄りのドライバＩＣ１７２に対する電気抵抗値が内側寄りよりも大きくなるように配線幅を変更し、それによって電圧降下を補償して、外側寄りでも内側寄りでもほぼ等しい電流で駆動できるようした技術である（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−７１９２３号公報

しかし、上記の特許文献１に記載の技術では、配線幅を試行錯誤によって決定しなければならないため、試作回数が増大し、非効率的である。また、配線も複雑になってしまう。さらにまた、ドライバＩＣ１７２（図１３参照）ごとでしか電圧降下を補償できず、そのドライバＩＣ１７２に対応する共通電極１１５（図１３参照）では、配線抵抗によって電力ロスが発生することが避けられない。そのため、消費エネルギの効率化という観点から問題があるだけでなく、印画の濃度ムラの対策として不十分である。

さらに、電力ロスを少なくするために共通電極１１５（図１３参照）と金ワイヤ１７１ａ（図１３参照）とを両端部以外でも接続すると、生産性が悪化する。すなわち、金ワイヤ１７１ａは、ワイヤボンディング法によって接続されているので、金ワイヤ１７１ａによる接続を多くする（例えば、共通電極１１５の中央部に何本も接続する）と、それだけワイヤボンディングの数が増え、生産性に悪影響を及ぼすこととなる。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、生産性を向上させつつ、印画の濃度ムラの解消を図ることである。

本発明は、以下の解決手段により、上述の課題を解決する。
本発明の請求項１に記載の発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドであって、前記突部が形成されたヘッド本体部と、前記発熱素子の一方の側に設けられた駆動電極と、前記発熱素子の他方の側に設けられ、２つの前記駆動電極の間に位置する電源電極と、前記発熱素子を駆動する駆動手段と、前記駆動電極、前記電源電極、及び前記駆動手段と電気的に接続されたフレキシブル基板とを備え、前記フレキシブル基板は、前記フレキシブル基板の一方の面に配置され、前記駆動電極及び前記駆動手段と電気的に接続される駆動配線パターンと、前記電源電極と電気的に接続される電源配線パターンとを備え、前記電源配線パターンは、前記フレキシブル基板の前記駆動手段と重なる範囲では、前記駆動手段が配置された面と反対側の面に配置され、前記駆動手段及び前記駆動配線パターンと電気的に絶縁されていることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタであって、前記サーマルヘッドは、前記突部が形成されたヘッド本体部と、前記発熱素子の一方の側に設けられた駆動電極と、前記発熱素子の他方の側に設けられ、２つの前記駆動電極の間に位置する電源電極と、前記発熱素子を駆動する駆動手段と、前記駆動電極、前記電源電極、及び前記駆動手段と電気的に接続されたフレキシブル基板とを備え、前記フレキシブル基板は、前記フレキシブル基板の一方の面に配置され、前記駆動電極及び前記駆動手段と電気的に接続される駆動配線パターンと、前記電源電極と電気的に接続される電源配線パターンとを備え、前記電源配線パターンは、前記フレキシブル基板の前記駆動手段と重なる範囲では、前記駆動手段が配置された面と反対側の面に配置され、前記駆動手段及び前記駆動配線パターンと電気的に絶縁されていることを特徴とする。

（作用）
上記の請求項１及び請求項６に記載の発明は、電源電極が２つの駆動電極の間に位置しているので、電源電極の数が多くなる。また、フレキシブル基板は、駆動電極及び駆動手段と電気的に接続される駆動配線パターンと、電源電極と電気的に接続される電源配線パターンとを備えているので、フレキシブル基板と、駆動電極、電源電極、及び駆動手段とを電気的に接続するだけで、共通電極を介することなく、サーマルヘッドの配線が可能となる。さらにまた、電源配線パターンは、フレキシブル基板の駆動手段と重なる範囲では、駆動手段が配置された面と反対側の面に配置され、駆動手段及び駆動配線パターンと電気的に絶縁されているので、駆動手段及び駆動配線パターンの両端部以外にも電源配線パターンを配置できる。

上記の発明によれば、フレキシブル基板の電気的な接続だけでサーマルヘッドの配線が可能となるので、生産性が向上する。また、駆動手段及び駆動配線パターンの両端部以外にも電源配線パターンを配置でき、共通電極を介することなく、多くの電源電極と電源配線パターンとを電気的に接続できるので、両端部の発熱素子と中央部の発熱素子とで電圧に差が生じない。したがって、生産性を向上させつつ、印画の濃度ムラの解消を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態のサーマルヘッド１０を備えるサーマルプリンタ１を示す概略の側面図である。
また、図２は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の周辺部を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、サーマルプリンタ１は、印画紙２（記録媒体）に対し、インクリボン３上のインクを昇華させて画像を形成する昇華型のものである。すなわち、サーマルヘッド１０によって発生した熱エネルギでインクリボン３上のインクを昇華させ、印画紙２上にカラー画像や文字を印画する。

このサーマルプリンタ１は、サーマルヘッド１０と、サーマルヘッド１０と対向する位置に設けられたプラテンローラ４と、インクリボン３の走行をガイドするリボンガイド５ａ，５ｂと、サーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間に押圧された印画紙２を搬送するキャプスタンローラ６と、キャプスタンローラ６と対向して従動回転するピンチローラ７と、印画後の印画紙２を排紙する排紙ローラ８と、印画紙２をサーマルヘッド１０側に向けて逆向きに搬送させる搬送ローラ９とを備えている。また、サーマルヘッド１０は、サーマルプリンタ１の筐体側の取付け部材１ａにネジで取り付けられている。

ここで、インクリボン３は、長尺の樹脂フィルムからなるものであり、図１に示すように、供給スプール３ａと巻取りスプール３ｂとの間に巻き回された状態で、インクカートリッジに収納されている。そして、樹脂フィルムの一方の面に、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、及びＣ（シアン）の３色のインクと、印画された画像や文字の保存性を向上させるためのラミネートインクとが繰り返し塗布されている。また、インクリボン３は、サーマルヘッド１０に対してインクリボン３の供給側と巻取り側とに設けられたリボンガイド５ａ，５ｂにより、サーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間にガイドされる。

このようなサーマルプリンタ１によって印画を行うには、図２に示すように、サーマルヘッド１０のヘッド部１０ａとプラテンローラ４との間で印画紙２及びインクリボン３を押圧する。そして、図１に示す巻取りスプール３ｂを回転させてインクリボン３を巻取り方向（図１の左方向）に走行させる。また、キャプスタンローラ６及び排紙ローラ８を回転させることにより、キャプスタンローラ６とピンチローラ７との間に挟み込んだ印画紙２を排紙方向（図１の矢印Ａ方向）に搬送する。この状態でサーマルヘッド１０からインクリボン３に熱エネルギを加えると、印画紙２と重なり合っているＹ（イエロ）のインクが昇華され、印画紙２上に転写される。

次に、Ｙ（イエロ）のインクが転写された印画紙２の画像形成部にＭ（マゼンタ）のインクを転写する。そのため、搬送ローラ９を回転させ、印画紙２をサーマルヘッド１０側（図１の矢印Ｂ方向）に逆送りし、印画紙２の画像形成開始端がサーマルヘッド１０に対向するようになる位置まで戻す。また、インクリボン３のＭ（マゼンタ）のインクをサーマルヘッド１０に対向させる。そして、Ｙ（イエロ）のインクを転写する際と同様に、印画紙２を排紙方向（図１の矢印Ａ方向）に搬送しながらサーマルヘッド１０からインクリボン３に熱エネルギを加え、Ｍ（マゼンタ）のインクを昇華して、印画紙２上に転写する。さらに、Ｍ（マゼンタ）のインクを転写する際と同様にして、Ｃ（シアン）のインク及びラミネートインクを印画紙２に順次転写し、カラー画像や文字を印画するとともに、画像等の保存性を向上させた後、排紙ローラ８によって排紙する。

図３は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の全体を示す斜視図である。
図３に示すように、第１実施形態のサーマルヘッド１０は、熱エネルギを発生するヘッド部１０ａに、発生した熱の放熱部材として、放熱板４０が接着されたものである。すなわち、非印画時に、ヘッド部１０ａの余分な熱を放熱板４０に逃がすようになっている。なお、放熱板４０は、Ａｌ（アルミニウム）等の金属材料等からなるもので、熱伝導性のあるフィラ等が含有された接着剤５０によって接着されている。

ここで、ヘッド部１０ａは、印画紙２（図１参照）の搬送方向に対して直交方向（図３の矢印Ｌ方向）に、印画紙２の幅よりも長くなっている。そのため、第１実施形態のサーマルヘッド１０によれば、印画紙２の幅方向両端の余白を無くした縁なしの画像を形成することができる。

また、サーマルヘッド１０によって画像を形成するため、ヘッド部１０ａには、一端がヘッド部１０ａと電気的に接続され、他端がリジッド基板８０と電気的に接続されたフレキシブル基板７０が複数並設されている。そして、フレキシブル基板７０は、ヘッド部１０ａ及びリジッド基板８０との間に、導電性粒子を含む絶縁樹脂材料からなるフィルム（例えば、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film ））を介在させて接続されている。なお、リジッド基板８０は、電源に接続されるとともに、制御回路が設けられたものであり、放熱板４０と接着剤５０によって接着されている。

図４は、第１実施形態のサーマルヘッド１０を部分的に示す斜視図である。
また、図５は、第１実施形態のサーマルヘッド１０を示す縦断面図である。
図４及び図５に示すように、サーマルヘッド１０のヘッド部１０ａは、ガラス基板１１（本発明におけるヘッド本体部に相当するもの）と、ガラス基板１１上に配列された発熱抵抗体１２（本発明における発熱素子に相当するもの）と、この発熱抵抗体１２を発熱させるための電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４と、発熱抵抗体１２、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４上に設けられた保護膜３０とを備えている。そして、発熱抵抗体１２から熱エネルギを発生させるため、ヘッド部１０ａには、フレキシブル基板７０（図４参照）がＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。さらに、ヘッド部１０ａには、放熱板４０が接着剤５０（図５参照）によって接着されている。

ここで、ガラス基板１１は、例えば、軟化点が５００℃程度で、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ程度のガラスで矩形状に形成されたものである。なお、ガラス基板１１は、ガラスに代表される所定の表面性や熱特性等を有する材料から形成されたものであるが、本発明におけるヘッド本体部をガラス基板１１とせず、人工水晶や人造ルビー、人造サファイヤ等の合成宝石、人造石、高密度セラミック等から形成しても良い。

また、ガラス基板１１は、発熱抵抗体１２が配列された突部１１ａを有している。この突部１１ａは、図５に示すように、ガラス基板１１の幅方向の略中央部にある起点部１１ｂから起点部１１ｃまでの間であって、長さ方向（図４の矢印Ｌ方向）に、縦断面が略円弧状に形成されたものである。そのため、印画紙２と対向する面が略円弧状の突部１１ａとなり、突部１１ａ上に配列された発熱抵抗体１２との当たりが良くなる。その結果、発熱抵抗体１２が発生する熱エネルギを効率的に伝達できる。

発熱抵抗体１２は、熱エネルギを発生するものであり、上記のように、ガラス基板１１の突部１１ａ上に配列されている。この発熱抵抗体１２は、例えば、Ｎｂ（ニオブ）−ＳｉＯ_２ （二酸化ケイ素）等、温度が上昇すると抵抗値も上昇する材料（抵抗値の温度依存性が正特性を持った材料）からなっており、ガラス基板１１上に、スパッタリング法や蒸着法等によって薄膜形成されている。そして、電源電極１３ａと折返し配線１４との間、駆動電極１３ｂと折返し配線１４との間から露出した発熱抵抗体１２の部分が実際に熱エネルギを発生する発熱部１２ａとなり、突部１１ａ上に矩形状に設けられている。また、発熱部１２ａは、発生する熱エネルギを分散させるため、転写させたいインクのドットサイズよりもやや大きく形成されている。なお、発熱部１２ａ上で保護膜３０が凹状になるので、この凹状の範囲は、印画紙２と接触しない非接触部となる。

ここで、発熱抵抗体１２として、抵抗値の温度依存性が正特性の材料を使用するのは、発熱部１２ａの異常な温度上昇を自己抑制できるようにするためである。すなわち、従来から一般的に使用されている材料は、抵抗温度依存性が負特性のものであった。しかしながら、温度依存性が正特性であると、例えば、非接触部において温度が上昇すると抵抗値も上昇するので、発熱抵抗体１２に流れる電流が減少する。そのため、発熱量も減少し、自己抑制的に非接触部の温度上昇が抑えられることとなる。その結果、温度上昇に起因した抵抗値の永久変化や破壊限界が改善され、耐久性及び信頼性が向上する。

また、発熱抵抗体１２への通電初期は、発生した熱が周囲に吸収されてしまうので、急峻な温度上昇を実現できず、先鋭性を欠いた画質となってしまう。そして、この状況は、急峻な温度変化を要求する印画を行う場合も同様である。しかしながら、抵抗値の温度依存性が正特性の材料であれば、負特性の材料と比較して、印加最大電圧が大きくなることにより、立ち上がり時に印加できるエネルギを大きくすることができ、立ち上がり特性が改善される。

電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、電源からの電流を発熱抵抗体１２に供給するとともに、発熱抵抗体１２を駆動して、発熱部１２ａを発熱させるためのものである。また、折返し配線１４は、隣り合う２つの発熱抵抗体１２を電気的に接続するものである。そして、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）等の電気伝導性の良い材料からなり、電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、フレキシブル基板７０（図４参照）を介して、リジッド基板８０（図３参照）と電気的に接続されている。そのため、全ての発熱抵抗体１２に電流が供給されることとなる。

また、リジッド基板８０（図３参照）の制御回路によって選択された発熱抵抗体１２に所定時間だけ電流を供給することにより、その発熱抵抗体１２の発熱部１２ａが発熱し、その発熱エネルギによってインクリボン３（図１参照）のインクが昇華し、印画紙２（図５参照）に転写される温度まで上昇する。なお、電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、絶縁樹脂材料からなるＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介してフレキシブル基板７０（図４参照）と接続されているので、発熱部１２ａで発生した熱が電源電極１３ａや駆動電極１３ｂを通してフレキシブル基板７０側に放熱されることが防止される。そのため、発熱部１２ａから発生した熱の無駄な放熱が抑えられ、熱効率が向上する。

保護膜３０は、ヘッド部１０ａの最も外側に設けられたものである。そして、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４を覆うことにより、ヘッド部１０ａとインクリボン３（図１参照）とが当接した際の摩擦等から発熱部１２ａ等を保護している。この保護膜３０には、摺動性や耐摩耗性を有する材料が用いられ、例えば、高温下で高強度であり、耐摩耗性、耐熱性、耐熱衝撃性、及び熱伝導性等に優れたＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）が好適なものである。なお、この材料は、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｏ（酸素）、及びＮ（窒素）の４つの元素から構成され、Ｓｉ（ケイ素）原子の一部にＡｌ（アルミニウム）原子が置換し、Ｎ（窒素）原子の一部にＯ（酸素）が置換したＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）という化学式で表されるエンジニアリング・セラミックスである。

図６は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の配線構造を示す平面図である。
また、図７は、図６に示す第１実施形態のサーマルヘッド１０の配線構造を示す縦断面図（図６のＡ−Ａ線の断面図）であり、図８は、図６に示す第１実施形態のサーマルヘッド１０の配線構造を示す他の縦断面図（図６のＢ−Ｂ線の断面図）である。
なお、図６、図７、及び図８では、フレキシブル基板７０を直線状に示しているが、実際には、小型化のために、図３に示すように、フレキシブル基板７０を折り曲げてリジッド基板８０と接続しても良い。

図６に示すように、第１実施形態のサーマルヘッド１０は、ガラス基板１１上に複数の発熱抵抗体１２が配列されたものであり、発熱抵抗体１２を発熱させるための電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂを備えている。そして、隣り合う２つの発熱抵抗体１２は、折返し配線１４によって電気的に接続されている。また、電源電極１３ａは、隣り合う２つの発熱抵抗体１２に共通のものであり、２つの駆動電極１３ｂの間に位置している。さらにまた、サーマルヘッド１０は、選択的な通電を行なって発熱抵抗体１２を駆動するため、駆動用のドライバＩＣ７４（本発明における駆動手段に相当するもの）、電源に接続され、制御回路等が設けられたリジッド基板８０、リジッド基板８０と電源電極１３ａ等とを電気的に導通させるフレキシブル基板７０を備えている。

ここで、フレキシブル基板７０は、ＡＣＦ（異方性導電性フィルム）や半田等により、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、ドライバＩＣ７４、及びリジッド基板８０と電気的に接続されている。すなわち、フレキシブル基板７０は、電源電極１３ａと電気的に接続される電源配線パターン７１と、駆動電極１３ｂ及びドライバＩＣ７４と電気的に接続される駆動配線パターン７２ａと、ドライバＩＣ７４及びリジッド基板８０の電源ランド８１ｂと電気的に接続される駆動配線パターン７２ｂとを備えている。

また、図７及び図８に示すように、フレキシブル基板７０は、ガラス基板１１の上面とリジッド基板８０の上面との間を跨いで設けられ、ドライバＩＣ７４は、フレキシブル基板７０の下面であり、ガラス基板１１とリジッド基板８０との間の空間の放熱板４０上に設けられている。さらにまた、図８に示すように、駆動配線パターン７２ａ及び駆動配線パターン７２ｂは、フレキシブル基板７０の一方の面に配置され、図７に示すように、電源配線パターン７１は、フレキシブル基板７０のドライバＩＣ７４と重なる範囲では、ドライバＩＣ７４が配置された下面と反対側の上面に配置され、ポリイミド等の有機材料によって形成されたベース材７３により、ドライバＩＣ７４、駆動配線パターン７２ａ、及び駆動配線パターン７２ｂと電気的に絶縁されている。

次に、図６、図７、及び図８に示す第１実施形態のサーマルヘッド１０における電流の流れについて説明する。
印画においては、発熱抵抗体１２に電流を印加し、発熱部１２ａを発熱させる必要がある。そのため、電源から電流を供給するが、その電流は最初に、図６及び図７に示すリジッド基板８０上の電源ランド８１ａに流れ込む。そして、その電流は、フレキシブル基板７０の下面の電源配線パターン７１を通るが、スルーホール７１ａにより、ドライバＩＣ７４の手前から、フレキシブル基板７０の上面の電源配線パターン７１を通る。その後、ドライバＩＣ７４を通過した位置で、スルーホール７１ｂにより、再度、フレキシブル基板７０の下面の電源配線パターン７１を通り、各電源電極１３ａに流れ込む。

このように、電源から供給された電流が通る電源配線パターン７１は、ドライバＩＣ７４と重なる範囲では、ドライバＩＣ７４が配置された面（フレキシブル基板７０の下面）と反対側の面（フレキシブル基板７０の上面）に配置されており、ドライバＩＣ７４や、ドライバＩＣ７４と電気的に接続された駆動配線パターン７２ａ及び駆動配線パターン７２ｂとショートしないようになっている。そのため、電圧降下のない電源配線パターン７１とすることができるので、各電源電極１３ａを通って各発熱抵抗体１２に流れ込む印加電流は、それぞれロスなく供給されることとなる。

また、各電源電極１３ａと接続されている発熱抵抗体１２に供給された電流は、折返し配線１４を通り、他の発熱抵抗体１２へと至る。そして今度は、図８に示すように、駆動電極１３ｂから駆動配線パターン７２ａを通り、ドライバＩＣ７４及び駆動配線パターン７２ｂを介して、リジッド基板８０の電源ランド８１ｂに戻る。

したがって、第１実施形態のサーマルヘッド１０によれば、フレキシブル基板７０により、電圧降下をほとんど生じることなく、各発熱抵抗体１２に個別に電流を供給できるようになるので、濃度ムラのない印画結果が得られる。また、エネルギのロスがなく、消費電力効率の良いサーマルヘッド１０となる。さらにまた、後処理で抵抗値を補正する必要がないので、品質が安定し、生産効率的に有利なものとなる。

ところで、印画速度をより高速にした場合に所定の印画濃度を得ようとすると、インクリボン３（図１参照）の搬送方向の単位長さ当たりの投入エネルギを増やす必要が生じるので、発熱部１２ａの発熱温度を高くしなければならない。すると、発熱抵抗体１２が過熱状態となり、その温度によっては、発熱抵抗体１２の抵抗値が永久変化してしまうだけでなく、ガラス基板１１にクラックやゆがみ等が生じたり、ついにはガラス基板１１が溶融し、濃度ムラや印画不良等が生じて使用に耐えられなくなるおそれがある。

この点に関して詳述すると、第１実施形態のサーマルヘッド１０は、印画紙２（図２参照）の幅よりも長くなっているので、縁なし画像を形成することができるが、サーマルヘッド１０の端部においては、印画紙２等と接触しない非接触領域が生ずる。この非接触領域では、発熱部１２ａの熱エネルギが伝達されず、非接触領域の空気層によって放熱されにくい空焚き部となる。そのため、発熱部１２ａの温度が空焚き部で局所的に上昇してしまう。なお、非接触領域は、サーマルヘッド１０の端部だけでなく、印画中等にサーマルヘッド１０の下側に異物が混入等することによっても発生する。

この場合、電源電極１３ａや駆動電極１３ｂの厚さを厚くすることにより、電源電極１３ａ等を発熱部１２ａの放熱経路とすることが考えられる。しかしながら、そうすると、図５に示す非接触部の段差が大きくなり、印画紙２とヘッド部１０ａとの接触状況（当たり）が悪化した空打ち状態となる。そのため、印画時のエネルギ効率が悪くなったり、非接触部の温度上昇によって発熱抵抗体１２の抵抗値が永久変化したり、寿命が短くなったりする。

また、電源電極１３ａや駆動電極１３ｂの幅を広くすることによって放熱性を高めることが考えられるが、ただ単に幅を広げてしまうと、ガラス基板１１上に薄膜形成する際に不良等が発生し、生産性を阻害する要因となってしまう。すなわち、図６に示すように、電源電極１３ａは、２つの駆動電極１３ｂの間に位置しているので、電源電極１３ａや駆動電極１３ｂの幅を広げると、両者間のギャップが小さくなり、ショートが発生しやすくなるのである。

図９は、第２実施形態のサーマルヘッド９０のヘッド部９０ａを示す平面図である。
また、図１０は、図９に示す第２実施形態のサーマルヘッド９０における起点部１１ｂの周辺部を示す平面図であり、図１１は、図９に示す第２実施形態のサーマルヘッド９０におけるもう１つの起点部１１ｃの周辺部を示す平面図である。
なお、図９、図１０、及び図１１における起点部１１ｂ又は起点部１１ｃは、図５に示すガラス基板１１の突部１１ａの起点部１１ｂ及び起点部１１ｃに対応である。

図９、図１０、及び図１１に示す第２実施形態のサーマルヘッド９０は、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４による放熱性と、ヘッド部９０ａの生産性とを両立させたものである。すなわち、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４の幅を、生産性を阻害しない範囲で広げることにより、空打ち時の温度上昇及び破壊に対策を施しているとともに、サーマルヘッド熱特性の調整をすることも可能となる。

ここで、第２実施形態のサーマルヘッド９０は、図９に示すように、起点部１１ｂと起点部１１ｃとの間の突部１１ａ（図５参照）に、２つの発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃを直列に形成したものである。そして、発熱部１２ｂと発熱部１２ｃとの間は、接続電極１３ｃによって電気的に接続されている。また、隣り合う２つの発熱部１２ｂは、折返し配線１４によって電気的に接続されている。さらにまた、発熱部１２ｃには、電源電極１３ａ又は駆動電極１３ｂが電気的に接続されており、電源電極１３ａは、隣り合う２つの発熱部１２ｃに共通のものとして、２つの駆動電極１３ｂの間に位置している。

このような電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４は、スパッタリング法等によって薄膜形成されるが、図１０に示すように、折返し配線１４は、起点部１１ｂの幅Ｗ１２よりも頂上側（発熱部１２ｂ側）の幅Ｗ１３が広く形成されており、その反対側の幅Ｗ１１も広く形成されている。すなわち、折返し配線１４は、起点部１１ｂの幅Ｗ１２が最も狭く、起点部１１ｂの前後の幅Ｗ１１及びＷ１３が広くなっている。

また、図１１に示すように、電源電極１３ａは、起点部１１ｃの幅Ｗ２２よりも頂上側（発熱部１２ｃ側）の幅Ｗ２１が広く形成されており、その反対側の幅Ｗ２３も広く形成されているので、起点部１１ｃの幅Ｗ２２が最も狭く、起点部１１ｃの前後の幅Ｗ２１及びＷ２３が広くなっている。さらにまた、駆動電極１３ｂは、起点部１１ｃの幅Ｗ３２よりも頂上側（発熱部１２ｃ側）の幅Ｗ３１が広く形成されており、その反対側の幅Ｗ３３も広く形成されているので、起点部１１ｃの幅Ｗ３２が最も狭く、起点部１１ｃの前後の幅Ｗ３１及びＷ３３が広くなっている。

このように、第２実施形態のサーマルヘッド９０は、折返し配線１４の起点部１１ｂの前後の幅Ｗ１１及びＷ１３や、電源電極１３ａの起点部１１ｃの前後の幅Ｗ２１及びＷ２３、駆動電極１３ｂの起点部１１ｃの前後の幅Ｗ３１及びＷ３３が広いので、放熱性が確保され、空打ち時の発熱部１２ｂや発熱部１２ｃの温度上昇が抑制される。

また、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４の幅を全面的に広くしてしまうと、これらをパターン形成する際に、エッチングのために塗布するレジストが起点部１１ｂ及び起点部１１ｃに溜まってしまい、エッチングの精度が出にくくなる。すると、パターンの寸法精度が悪くなり、場合によっては、ショート等の問題が発生する。

しかし、折返し配線１４は、起点部１１ｂの幅Ｗ１２が最も狭く、電源電極１３ａは、起点部１１ｃの幅Ｗ２２が最も狭く、駆動電極１３ｂは、起点部１１ｃの幅Ｗ３２が最も狭くなっている。そのため、起点部１１ｂ及び起点部１１ｃでの寸法精度が落ちたとしても、十分なギャップが確保されるので、ショート等の問題が生じない。

したがって、第２実施形態のサーマルヘッド９０によれば、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４の幅が広いので、発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃにおいて、空打ち時の温度低減効果が得られ、温度上昇による破壊が防止される。しかも、寸法精度が悪くなりやすい起点部１１ｂ及び起点部１１ｃでは、幅が狭くなっているので十分なギャップが確保され、生産性が向上する。

さらに、第２実施形態のサーマルヘッド９０は、直列に配置された２つの発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃを備えている。そして、発熱部１２ｂと発熱部１２ｃとの間には、接続電極１３ｃが存在している。そのため、接続電極１３ｃによっても放熱性が確保され、空打ち時の発熱部１２ｂや発熱部１２ｃの温度上昇が抑制される。

この点に関して詳述すると、図９に示すように、発熱部１２ｂの長さがＬ１、発熱部１２ｃの長さがＬ２、発熱部１２ｂと発熱部１２ｃとの距離（接続電極１３ｃの長さ）がＤ１であるとき、Ｌ１＋Ｌ２を変化させずにＤ１を大きくすると、空打ち時の発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃの温度が減少し、Ｄ１を一定にしてＬ１＋Ｌ２を短くすることによっても、発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃの温度が減少することが実験的に確かめられている。すなわち、空打ち時に発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃから発生した熱は、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び折返し配線１４に放熱されるだけでなく、接続電極１３ｃにも伝わり、接続電極１３ｃが空打ち時の放熱路として機能する。

また、印画時における接続電極１３ｃは、その両端に配置された発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃからの熱を受け、接続電極１３ｃ上で熱集中することにより、発熱部に近い役割を果たす。そのため、印画時の消費電力は、長さがＬ１＋Ｌ２の分割されていない発熱部の場合とほぼ同じ消費電力となる。

したがって、第２実施形態のサーマルヘッド９０によれば、消費電力を大きく悪化させずに、空打ち時の発熱部１２ｂ及び発熱部１２ｃの温度を減少させる効果が得られる。また、図９に示す発熱部１２ｂの長さＬ１、発熱部１２ｃの長さＬ２、及び発熱部１２ｂと発熱部１２ｃとの距離（接続電極１３ｃの長さ）Ｄ１は、全て等しい（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｄ１）が、Ｌ１、Ｌ２、及びＤ１の長さを任意に調整することにより、空打ち温度の調整が可能となる。

図１２は、図９に示す第２実施形態のサーマルヘッド９０における変形例のヘッド部９０ｂ及びヘッド部９０ｃを示す平面図である。
図１２（ａ）に示すヘッド部９０ｂは、発熱部１２ｄの長さがＬ３、発熱部１２ｅの長さがＬ４、発熱部１２ｄと発熱部１２ｅとの距離（接続電極１３ｄの長さ）がＤ２であって、Ｌ３＝Ｌ４＞Ｄ２となっている。このように、Ｌ３及びＬ４に比べ、Ｄ２を短くすると、図９に示すヘッド部９０ａよりも空打ち時の温度低減効果は下がるが、印画の際の通電開始時における熱の立ち上がり性能を向上させることができる。

また、図１２（ｂ）に示すヘッド部９０ｃは、発熱部１２ｆの長さがＬ５、発熱部１２ｇの長さがＬ６、発熱部１２ｆと発熱部１２ｇとの距離（接続電極１３ｅの長さ）がＤ３であって、Ｌ５＞Ｄ３＞Ｌ６となっている。このように、Ｌ５、Ｌ６、及びＤ３をそれぞれ異なった長さとすることにより、所望の空打ち温度を得ることができたり、サーマルヘッド９０の熱特性（立ち上がり性能、立ち下がり性能）を調整することができる。なお、図１２では、直列に配置された２つの発熱部１２ｄ及び発熱部１２ｅ（発熱部１２ｆ及び発熱部１２ｇ）としているが、３つ以上の発熱部を直列に配置し、各発熱部同士の間に接続電極を設けることもできる。

第１実施形態のサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタを示す概略の側面図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの周辺部を示す斜視図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの全体を示す斜視図である。 第１実施形態のサーマルヘッドを部分的に示す斜視図である。 第１実施形態のサーマルヘッドを示す縦断面図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの配線構造を示す平面図である。 図６に示す第１実施形態のサーマルヘッドの配線構造を示す縦断面図（図６のＡ−Ａ線の断面図）である。 図６に示す第１実施形態のサーマルヘッドの配線構造を示す他の縦断面図（図６のＢ−Ｂ線の断面図）である。 第２実施形態のサーマルヘッドのヘッド部を示す平面図である。 図９に示す第２実施形態のサーマルヘッドにおける起点部の周辺部を示す平面図である。 図９に示す第２実施形態のサーマルヘッドにおけるもう１つの起点部の周辺部を示す平面図である。 図９に示す第２実施形態のサーマルヘッドにおける変形例のヘッド部を示す平面図である。 従来のサーマルヘッドの配線構造を示す平面図である。 図１３に示す従来のサーマルヘッドの配線構造を示す縦断面図（図１３のａ−ａ線の断面図）である。 図１３及び図１４に示す従来のサーマルヘッドにおける共通電極の電圧降下を示すグラフである。

符号の説明

１ サーマルプリンタ
２ 印画紙（記録媒体）
１０，９０ サーマルヘッド
１１ ガラス基板（ヘッド本体部）
１１ａ 突部
１１ｂ，１１ｃ 起点部
１２ 発熱抵抗体（発熱素子）
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ 発熱部
１３ａ 電源電極
１３ｂ 駆動電極
１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ 接続電極
７０ フレキシブル基板
７１ 電源配線パターン
７２ａ，７２ｂ 駆動配線パターン
７４ ドライバＩＣ（駆動手段）
８０ リジッド基板

Claims (6)

1. 発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドであって、
   前記突部が形成されたヘッド本体部と、
   前記発熱素子の一方の側に設けられた駆動電極と、
   前記発熱素子の他方の側に設けられ、２つの前記駆動電極の間に位置する電源電極と、
   前記発熱素子を駆動する駆動手段と、
   前記駆動電極、前記電源電極、及び前記駆動手段と電気的に接続されたフレキシブル基板と
   を備え、
   前記フレキシブル基板は、
   前記フレキシブル基板の一方の面に配置され、前記駆動電極及び前記駆動手段と電気的に接続される駆動配線パターンと、
   前記電源電極と電気的に接続される電源配線パターンと
   を備え、
   前記電源配線パターンは、前記フレキシブル基板の前記駆動手段と重なる範囲では、前記駆動手段が配置された面と反対側の面に配置され、前記駆動手段及び前記駆動配線パターンと電気的に絶縁されている
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
   電源に接続されるとともに、制御回路が設けられたリジッド基板を備え、
   前記フレキシブル基板は、前記ヘッド本体部の上面と前記リジッド基板の上面との間を跨いで設けられ、
   前記駆動手段は、前記フレキシブル基板の下面であり、前記ヘッド本体部と前記リジッド基板との間の空間に設けられている
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
3. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
   前記駆動電極及び前記電源電極は、前記突部の起点部の幅よりも頂上側の幅が広く形成されている
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
4. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
   前記駆動電極及び前記電源電極は、前記突部の起点部の幅が最も狭く、前記起点部の前後の幅が広く形成されている
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
5. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
   前記発熱素子は、前記駆動電極と前記電源電極との間に、直列に配置された複数の発熱部を備え、
   各前記発熱部同士の間には、接続電極が設けられている
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
6. 発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタであって、
   前記サーマルヘッドは、
   前記突部が形成されたヘッド本体部と、
   前記発熱素子の一方の側に設けられた駆動電極と、
   前記発熱素子の他方の側に設けられ、２つの前記駆動電極の間に位置する電源電極と、
   前記発熱素子を駆動する駆動手段と、
   前記駆動電極、前記電源電極、及び前記駆動手段と電気的に接続されたフレキシブル基板と
   を備え、
   前記フレキシブル基板は、
   前記フレキシブル基板の一方の面に配置され、前記駆動電極及び前記駆動手段と電気的に接続される駆動配線パターンと、
   前記電源電極と電気的に接続される電源配線パターンと
   を備え、
   前記電源配線パターンは、前記フレキシブル基板の前記駆動手段と重なる範囲では、前記駆動手段が配置された面と反対側の面に配置され、前記駆動手段及び前記駆動配線パターンと電気的に絶縁されている
   ことを特徴とするサーマルプリンタ。

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