JP2012066496A - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】発熱抵抗体の配列の直線からのずれを小さくする。
【解決手段】サーマルプリントヘッド１０は、放熱基板２０と発熱体板３０と複数の回路ユニット４０とボンディングワイヤーと、封止樹脂５２とを備える。発熱体板３０は、絶縁基板とこの絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と発熱抵抗体からボンディングパッドまで延びる電極とを備えて、放熱基板２０に載置される。回路ユニット４０は、それぞれ単一の回路基板と、この回路基板に載せられた単一の駆動素子４２とを備える。複数の回路ユニット４０は、発熱抵抗体の配列方向と平行に配列され、放熱基板２０に載置される。ボンディングワイヤーは、駆動素子４２からボンディングパッドまで延びている。封止樹脂５２は、ボンディングパッドと駆動素子４２とボンディングワイヤーとを封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドに関する。

サーマルプリントヘッドは、発熱部に配列された複数の発熱体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの媒体に文字や図形などの画像を形成する出力用デバイスである。このサーマルプリントヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンターなどの記録機器に広く利用されている。

一般的なサーマルプリントヘッドは、放熱板と、放熱板に取り付けられた発熱体板と、発熱体板と同じ側で放熱板に取り付けられた回路基板とを備えている。この発熱体板の放熱板と相対する表面の反対側の表面の帯状に延びる発熱領域には、複数の発熱抵抗体が所定の間隔で直線状に配列されている。また、回路基板には、発熱抵抗体を駆動する駆動回路の一部となる駆動ＩＣなどの電気部品が搭載されている。発熱抵抗体に接続された電極と駆動ＩＣとの間は、ワイヤーボンディングで結線されている。結線に持ちいれられたボンディングワイヤーは、樹脂で封止される。

このようなサーマルプリントヘッドを用いたプリンタは、一般的に、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラを備えている。このプラテンローラは、発熱抵抗体が配列された主走査方向を軸として、その側面が支持基板上の発熱領域に接するように配置され、その軸を中心に回転可能に設けられる。プラテンローラの回転によって、プラテンローラと発熱領域の間に挿入された媒体は、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する。プラテンローラによって媒体を発熱領域に押し付けつつ、その媒体を副走査方向に移動させ、発熱抵抗の発熱パターンを媒体の移動とともに変化させることにより、所望の画像を媒体上に形成する。

特開平１０−２９７０１１号公報

サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体の数が異なると、必要となる駆動ＩＣの数は変化する。また、サーマルプリントヘッドの有効印字長などの寸法が異なると、回路基板の長さが変化する。このため、サーマルプリントヘッドの発熱体板の種類が異なると、それらに対応する回路基板が必要となる。

その結果、多様なサーマルプリントヘッドを製造するためには、発熱体板のみならず、多様な回路基板を設計・製造する必要がある。このため、設計のコストが上昇するとともに、製造工程は複雑化し、製造コストも増大する。

さらに、印刷領域の増大に伴って、回路基板を大型化すると、回路基板の面積が大きくなることによって回路基板の歩留まりが低下し、サーマルプリントヘッドの製造コストが増大する。また、ボンディングワイヤーを樹脂封止する際の加熱によって発熱体板と回路基板との間に熱膨張差が生じ、発熱体板が長辺方向に湾曲する可能性がある。

発熱体板が湾曲すると、発熱抵抗体の配列が湾曲し、発熱抵抗体の配列がプラテンローラの中心軸とは平行でなくなってしまう。その結果、発熱抵抗体の一部は、プラテンローラの押しつけ中心位置から少しずれてしまい、印字のかすれが発生する可能性がある。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドにおいて、発熱抵抗体の配列の直線からのずれを小さくすることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、サーマルプリントヘッドにおいて、放熱基板と、絶縁基板とこの絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と前記発熱抵抗体からボンディングパッドまで延びる電極とを備えて前記放熱基板に載置された発熱体板と、それぞれ単一の回路基板とこの回路基板に載せられた単一の駆動素子とを備えて前記発熱抵抗体の配列方向と平行に配列されて前記放熱基板に載置された複数の回路ユニットと、前記駆動素子から前記ボンディングパッドまで延びるボンディングワイヤーと、前記ボンディングパッドと前記駆動素子と前記ボンディングワイヤーとを封止する封止樹脂と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、サーマルプリントヘッドにおいて、放熱基板と、絶縁基板とこの絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体とそれぞれの前記発熱抵抗体からボンディングパッドまで延びる電極とを備えて前記放熱基板に載置された発熱体板と、それぞれ単一の回路基板とこの回路基板に載せられた駆動素子とを備えて前記発熱抵抗体の配列方向と平行に配列されて前記放熱基板に載置された偶数個の回路ユニットと、前記駆動素子から前記ボンディングパッドまで延びるボンディングワイヤーと、前記ボンディングパッドと前記駆動素子と前記ボンディングワイヤーとを封止する封止樹脂と、を具備し、前記発熱体板の前記発熱抵抗体の配列方向の中央部に隣り合う前記回路ユニットの境界が位置していることを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドにおいて、発熱抵抗体の配列の直線からのずれを小さくすることができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の上面図である。 図１の一部拡大上面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の発熱体板および回路ユニットの一部の断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態における回路ユニット集合体の上面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の変形例における回路ユニット近傍の上面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を用いたサーマルプリンタの断面図である。 本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの湾曲量を単一の回路基板を用いた場合と比較したグラフである。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。

図１は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の上面図である。図２は、図１の一部拡大上面図である。図３は、本実施の形態の発熱体板および回路ユニットの一部の断面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は放熱基板２０と発熱体板３０と複数の回路ユニット４０とを有している。放熱基板２０は、たとえばアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で形成された板である。

発熱体板３０は、絶縁基板３１と、その絶縁基板の表面に形成された発熱抵抗体３２とを有している。絶縁基板３１は、セラミック板３８などの表面に硝子で保温層３９が形成されたものである。

発熱抵抗体３２は、絶縁基板３１の表面に間隔をおいて、絶縁基板３１の長手方向（主走査方向）に配列され、ほぼ直線状に延びる帯状の発熱領域３７を形成している。それぞれの発熱抵抗体３２は、主走査方向に垂直な副走査方向に延びている。

それぞれの発熱抵抗体３２には、ボンディングパッド３３まで延びる電極３４が接続されている。発熱抵抗体３２のボンディングパッド３３と接続されている側と反対側の端部は、共通電極３５に接続されている。発熱抵抗体３２および電極３４，３５は、絶縁基板３１の表面に積層して設けられる。電極３４，３５は、たとえばアルミニウムで形成される。

発熱体板３０の表面の一部は、保護層３６で覆われている。発熱体板３０のボンディングパッド３３が形成されている領域は、保護層３６で覆われず、回路ユニット４０との結線のために露出している。

発熱体板３０は、放熱基板２０の表面に載置されている。発熱体板３０は、たとえばアクリル系接着テープで放熱基板２０に接着されている。両面テープ、接着剤などで発熱体板３０と放熱基板とを接着してもよい。

回路ユニット４０は、単一の回路基板４１と、単一の駆動素子４２を有している。つまり、それぞれの回路基板４１には、それぞれ単一の駆動素子４２が載せられている。駆動素子とは、半導体集積回路（ＩＣ）であって、所定のタイミングで所定の電流を流してそれぞれの発熱抵抗体３２に発熱させる。

回路基板４１は、たとえばガラスエポキシ樹脂などを絶縁体基材として用いた柔軟性のない（リジッドな）プリント基板である。回路基板４１の表面には配線パターンが形成され、その配線パターンは外部との接続部分を除き絶縁被膜で覆われている。

回路基板４１の厚さは、たとえば０．４〜２．０ｍｍである。使用する駆動素子のＢＩＴ数、画素数によって異なるが、回路基板４１の大きさは、たとえば幅は５ｍｍ〜３０ｍｍ、高さは５ｍｍ〜２０ｍｍである。

回路基板４１は、フレキシブルプリント配線板であってもよい。フレキシブルプリント配線板は、ポリイミドなどを絶縁体基材として用いた薄くて柔軟性のあるプリント基板で、２０〜４００μｍの厚さで形成されている。

回路ユニット４０は、複数である。回路ユニット４０は、発熱抵抗体３２の配列方向、すなわち、主走査方向に平行に配列されている。すべての回路ユニット４０は、放熱基板２０の発熱体板３０と同じ側の面に載置されている。

たとえば、有効印字長が３００ｍｍで、画素数が１００ｄｐｉの場合、１２８ｂｉｔ（画素）を駆動する駆動素子４２が１２個必要である。このときの回路基板４１の幅は２５．４ｍｍ、高さは１０ｍｍである。

回路ユニット４０は、順に放熱基板２０上に配置・接着していってもよいが、必要な回路ユニット４０の全部、あるいは、複数の回路ユニット４０をまとめて、放熱基板２０上に配置・接着してもよい。

図４は、本実施の形態における回路ユニット集合体の上面図である。

本実施の形態では、まず、複数の回路基板４１が一体化された回路ユニット集合体４７の状態で、回路基板４１を放熱基板２０へ配置・接着する。回路ユニット集合体４７は、複数の回路基板４１を結合部材４３で結合したものである。

回路ユニット集合体４７を放熱基板２０に配置・接着した後、複数の回路基板４１を結合している結合部材４３を取り外す。これにより、複数の回路基板４１が適切に配列された状態で、回路基板４１を放熱基板２０へ配置・接着することが容易にできる。回路ユニット集合体４７は、駆動素子４２が搭載された回路基板４１の集合体であってもよいし、回路ユニット集合体４７を放熱基板２０上に配置・接着した後に、あるいはさらに結合部材４３を切り離した後に、駆動素子４２を回路基板４１上に搭載してもよい。

この結合部材４３で結合された複数の回路基板４１は、たとえばガラスエポキシ樹脂などの絶縁体基材に所定の配線パターンおよび所定の被覆を形成した後、回路基板４１の境界部分を切り離し、回路基板４１と結合部材４３との境界部分にノッチなどを形成したものである。回路基板４１の放熱板２０への配置・接着の後、このノッチに沿って折ることによって、結合部材４３を切り離すことができる。結合部材４３は、切り離さずに残しておいてもよい。

それぞれの回路基板４１の間は、たとえば銅などの金属製のジャンパー線５４で電気的に結合する。また、一部の回路基板４１には、コネクタ４４が取り付けられている。このコネクタ４４を介して、外部から電力が供給され、また、印画に必要な電気信号が伝達される。隣り合う回路ユニット４０の間をボンディングワイヤーで電気的に接続してもよい。

回路ユニット４０とコネクタ４４との接続には、コネクタ接続用回路基板４６を用いる。コネクタ接続用回路基板４６は、回路基板４１の発熱体板３０とは反対側の端面の少なくとも一部に、異方性導電フィルムや半田などによって接続される。

駆動素子４２とボンディングパッド３３との間には、たとえば金などの金属で形成されたボンディングワイヤー５１が架け渡され、電気的に接続されている。

本実施の形態のように、発熱抵抗体３２が共通電極３５に接続されている場合、発熱抵抗体３２の配列方向の一方あるいは両方の端部に設けられたコモン電極用回路基板４５から発熱体板３０の共通電極３５へ架け渡された電源ワイヤ５３が電源用の配線となる。コモン電極用回路基板４５とその隣の回路ユニット４０との間は、ジャンパー線で結線される。電源ワイヤ５３の代わりに、ボンディングワイヤーで電源を供給してもよい。電源ワイヤ５３は、一部の回路ユニット４０から発熱体板３０に架け渡されていてもよい。

このように、コモン電極用回路基板４５を設けると、それぞれの回路ユニット４０には共通電極３５に電力を供給するために電源ワイヤ５３を結合させるパッドを形成する必要がない。このため、回路ユニット４０をより小型化することができる。

隣り合う２つの発熱抵抗体３２で一つの画素を印画するように、２つの発熱抵抗体３２を折り返し電極で接続してもよい。この場合、電源用の配線は、発熱体板３０の各駆動素子４２の両側の位置に配置される。それぞれの駆動素子４２の両側で回路ユニット４０から発熱体板３０に架け渡した電源ワイヤ５３によって、電源用の配線と回路基板４１とを接続することができる。

ボンディングワイヤー５１は、封止樹脂５２で封止されている。封止樹脂５２は、発熱体板３０の保護層３６で覆われずに露出した領域、ボンディングワイヤー５１および駆動素子４２を覆っている。封止樹脂５２は、熱硬化性のエポキシ系樹脂である。この封止は、エポキシ系樹脂を塗布し、１００℃程度で数時間加熱して硬化させることにより行う。

それぞれの回路基板４１の間は、発熱体板３０を介して電気的に接続してもよい。

図５は、本実施の形態の変形例における回路ユニット近傍の拡大上面図である。なお、図５では、封止樹脂５２および保護層３６の図示を省略している。

この変形例では、発熱体板３０の表面に回路ユニット間接続配線９１が形成されている。回路ユニット間接続配線９１は、隣り合う回路ユニット４０の境界近傍に設けられている。

ひとつの回路ユニット間接続配線９１の両端には、隣り合う回路基板４１のそれぞれから回路ユニット接続用ボンディングワイヤー９２が延びている。回路ユニット間接続配線９１およびその両端に延びる回路ユニット接続用ボンディングワイヤー９２によって、隣り合う回路基板４１は電気的に結合され、これらを通じて、電力が供給され、あるいは電気信号が伝達される。一組の回路基板４１を接続するための回路ユニット間接続配線９１の数は、印加する電圧や、伝達する信号の数に応じて適宜増減する。

回路ユニット間接続配線９１の端部すなわち回路ユニット接続用ボンディングワイヤー９２が接続される部分は、駆動素子４２から延びたボンディングワイヤー５１が接続されるボンディングパッド３３の近傍にたとえば同じ直線上に配列されて設けられることが好ましい。このように回路ユニット間接続配線９１の回路ユニット接続用ボンディングワイヤー９２が接続される部分を駆動素子４２から延びたボンディングワイヤー５１が接続されるボンディングパッド３３の近傍に配置することにより、駆動素子４２と発熱体板３０との結線のためにワイヤーボンディングを行う際に、隣り合う回路基板４１の間の結線も併せて行うことができる。その結果、作業に要する時間を短縮することができる。また、隣り合う回路基板４１の間を電気的に結合する部材を、封止樹脂５２で封止することができる。

図６は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。

このサーマルプリンタは、サーマルプリントヘッド１０と、プラテンローラ６０を有している。プラテンローラ６０は、発熱抵抗体３２が並んだ線に平行な軸６１を持つ所定の弾性を持つ材料で形成された円柱である。プラテンローラ６０の側面は、発熱体板３０の発熱抵抗体３２が並んだ部分に押しつけられている。プラテンローラ６０と発熱体板３０との間には、感熱記録媒体６２が挟まれる。

駆動素子４２によって発熱抵抗体３２が所定のパターンで発熱されることによって、その所定のパターンに応じて感熱記録媒体６２が発色する。また、感熱記録媒体６２が所定のパターンに対応して発色した後、プラテンローラ６０によって、副走査方向に送りだされる。この操作を順次行うことにより、感熱記録媒体上に所定の画像が形成される。

本実施の形態では、発熱体板３０の長手方向に分割された複数の回路基板４１を用いている。このため、発熱体板３０の長手方向に発生する応力が、長手方向に一体となった回路基板を用いた場合に比べて、大幅に低下する。その結果、樹脂封止の際の回路基板４１の熱膨張量が、発熱体板３０の長手方向に一体となった回路基板を用いる場合に比べて小さくなる。このため、樹脂封止の際に生じる熱膨張差に起因した発熱体板３０の湾曲量が小さくなる。つまり、発熱抵抗体３２の配列の直線からのずれが小さくなる。その結果、プラテンローラの押しつけ中心位置からの発熱抵抗体３２のずれは抑制され、印字のかすれが発生する可能性が小さくなる。

樹脂封止の際に生じる熱膨張差に起因した発熱体板３０の湾曲量は、封止樹脂５２の長手方向の中央部、すなわち、発熱体板３０の発熱抵抗体３２の配列方向の中央部で最も大きくなる傾向にある。そこで、回路基板４１の数を偶数にしておく、すなわち、発熱体板３０の発熱抵抗体３２の配列方向の中央部に、隣り合う回路基板４１の境界が位置するようにすることによって、湾曲量が小さくなる効果は大きくなる。

図７は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの湾曲量を単一の回路基板を用いた場合と比較したグラフである。図７の横軸は主走査方向位置、縦軸はサーマルプリントヘッド組み立て後の発熱体板の変位量を示す。図７において、線９３は有効印字長が３００ｍｍで回路ユニット４０を１２個用いた本実施の形態の場合、線９２は有効印字長が同じく３００ｍｍで２枚の同じ長さの回路基板を用いた場合、線９１は有効印字長が同じく３００ｍｍで１枚の回路基板を用いた場合を示している。

図７から、発熱体板の変位量は、発熱体板の長手方向の中央部で最も大きくなることが分かる。また、発熱体板の変異量の最大値、すなわち、湾曲量は、回路基板を分割することにより小さくなる。２つの回路基板を用いた場合の変位量から、発熱体板の変位量が最も大きくなる長手方向の中央部に２つの回路基板の境界がある場合には、湾曲量を抑制できることが分かる。さらに、本実施の形態のように、有効印字長が３００ｍｍの場合には、１２個の回路基板を用いることにより、湾曲量を１／４程度に抑制できることが分かる。

回路基板４１を結合部材４３で結合した回路ユニット集合体４７の状態で放熱基板２０に配置・接着する場合、そのまま結合部材４３を残しておいてもよい。この場合であっても、回路基板４１は、封止樹脂５２で封止される部分では、主走査方向に分割されているため、湾曲量を抑制する効果が得られる。また、この場合には、結合部材４３に、コネクタ４４との接続のための配線を設けておけば、別途コネクタ接続用回路基板４６を設ける必要がなくなる。

また、本実施の形態では、単一の駆動素子４２を単一の回路基板４１に載せた回路ユニット４０を用いている。このため、有効印字長がことなるサーマルプリントヘッド１０を製造する場合、回路ユニット４０の数を増減することによって、発熱体板３０を駆動することが可能となる。つまり、同一設計の回路ユニット４０を異なる種類のサーマルプリントヘッドに流用することができる。その結果、設計・製造に要するコストが低減される。

さらに、この回路ユニット４０は、回路基板４１および駆動素子４２をそれぞれ一つずつしか有していない。また、これに伴って、それぞれの回路ユニット４０における配線パターンの長さは短くなり、搭載する部品点数は少なくなる。その結果、個々の回路ユニット４０の製造時の歩留まりが向上し、製造コストが低減される。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…放熱基板、３０…発熱体板、３１…絶縁基板、３２…発熱抵抗体、３３…ボンディングパッド、３４…電極、３５…共通電極、３６…保護層、３７…発熱領域、３８…セラミック板、３９…保温層、４０…回路ユニット、４１…回路基板、４２…駆動素子、４３…結合部材、４４…コネクタ、４５…コモン電極用回路基板、４６…コネクタ接続用回路基板、４７…回路ユニット集合体、５１…ボンディングワイヤー、５２…封止樹脂、５３…電源ワイヤ、５４…ジャンパー線、６０…プラテンローラ、６２…感熱記録媒体、９１…回路ユニット間接続配線、９２…回路ユニット接続用ボンディングワイヤー

Claims (4)

1. 放熱基板と、
   絶縁基板とこの絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体と前記発熱抵抗体からボンディングパッドまで延びる電極とを備えて前記放熱基板に載置された発熱体板と、
   それぞれ単一の回路基板とこの回路基板に載せられた単一の駆動素子とを備えて前記発熱抵抗体の配列方向と平行に配列されて前記放熱基板に載置された複数の回路ユニットと、
   前記駆動素子から前記ボンディングパッドまで延びるボンディングワイヤーと、
   前記ボンディングパッドと前記駆動素子と前記ボンディングワイヤーとを封止する封止樹脂と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記発熱体板の前記発熱抵抗体の配列方向の中央部に隣り合う前記回路ユニットの境界が位置していることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
3. 前記発熱体板は前記絶縁基板の表面の隣り合う前記回路ユニットの境界近傍に形成された回路ユニット間接続配線をさらに備え、
   前記回路ユニットから前記回路ユニット間接続配線に延びる回路ユニット接続用ボンディングワイヤーをさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 放熱基板と、
   絶縁基板とこの絶縁基板の表面に間隔をおいて配列された複数の発熱抵抗体とそれぞれの前記発熱抵抗体からボンディングパッドまで延びる電極とを備えて前記放熱基板に載置された発熱体板と、
   それぞれ単一の回路基板とこの回路基板に載せられた駆動素子とを備えて前記発熱抵抗体の配列方向と平行に配列されて前記放熱基板に載置された偶数個の回路ユニットと、
   前記駆動素子から前記ボンディングパッドまで延びるボンディングワイヤーと、
   前記ボンディングパッドと前記駆動素子と前記ボンディングワイヤーとを封止する封止樹脂と、
   を具備し、前記発熱体板の前記発熱抵抗体の配列方向の中央部に隣り合う前記回路ユニットの境界が位置していることを特徴とするサーマルプリントヘッド。

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