JP2012206273A

JP2012206273A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2012206273A
Application number: JP2011071814A
Authority: JP
Inventors: Masaki Komori; 優樹小森
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】サーマルヘッドの製造に起因した印刷品質の低下を防止する。
【解決手段】主走査方向に沿って整列された複数の発熱抵抗体２５と、熱硬化型の樹脂４８により封止され発熱抵抗体２５を駆動する駆動用ＩＣ４２と、駆動用ＩＣ４２と電気的に接続された接続端子２８とを発熱体板２０に設け、駆動用ＩＣ４２に電流を供給する回路を形成した回路基板５０の発熱体板２０と対向する面にこの回路と電気的に接続された接続端子５５を設け、放熱板３０の載置面３１における発熱体板載置部３２および回路基板載置部３３に発熱体板２０および回路基板５０をそれぞれ載置し、接続端子２８と接続端子５５とを対向させ電気的に接続させた状態で取付ねじ６４により回路基板５０を放熱体板３０および発熱体板２０に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、発熱領域に配列された複数の発熱抵抗体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの印刷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、イメージャ、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。

サーマルヘッドは種々の構成のものが提案されている（たとえば特許文献１参照）。図１０に示すサーマルヘッド１１０は、絶縁板上に多数の発熱抵抗体を整列させたヘッド基板１２０と、これらの発熱抵抗体を電流駆動する回路を配置した回路基板１５０とを、金属（例えばアルミニウム）の良熱伝導性の放熱基板１３０上に併設した構成を有している。またサーマルヘッド１１０は、回路基板１５０に取り付けられた電気部品などから印刷媒体を保護するカバー体１６０も取り付けられている。

回路基板１５０には、入力される制御信号に応じてヘッド基板１２０の各発熱抵抗体をそれぞれ発熱させるための駆動用ＩＣ（Integrated Circuit）４２が載置される。駆動用ＩＣ４２は、回路基板１５０の端子及びヘッド基板１２０の端子とそれぞれボンディングワイヤ４４により電気的に接続され、樹脂１４８により回路基板１５０およびヘッド基板１２０に跨るように封止される。

樹脂１４８は、熱硬化型のものが用いられている。すなわち樹脂１４８は、硬化前の液体の状態で駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４を覆うように塗布された後、高温度環境下に置かれることで硬化し、その後常温まで冷却される。

特開２００９−１６６７３４号公報

ところで、ヘッド基板１２０はおもにセラミック材料により構成されており、回路基板１５０はおもに樹脂材料により構成されている。したがってヘッド基板１２０および回路基板１５０の熱膨張率は互いに相違する。

このためサーマルヘッド１１０は、その製造時に高温環境下においてヘッド基板１２０および回路基板１５０がそれぞれの熱膨張率で膨張した状態で樹脂１４８を硬化させてから常温まで冷却されると、それぞれの収縮度合いが異なることからヘッド基板１２０が湾曲してしまい、印刷品質を低下させるおそれがあった。

そこで、本発明は、サーマルヘッドの製造に起因した印刷品質の低下を防止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、サーマルヘッドにおいて、載置面を有する放熱板と、前記放熱板の前記載置面に載置され、前記放熱板の前記載置面と対向する面と反対側の上面に、整列された複数の発熱抵抗体と、熱硬化型の樹脂により封止され前記発熱抵抗体を駆動する駆動用ＩＣと、前記駆動用ＩＣと電気的に接続された第１端子とを有する発熱体板と、前記放熱板の前記載置面に載置され、前記駆動用ＩＣに電流を供給する回路を形成すると共に、前記放熱板の前記載置面と対向する対向面に前記回路と電気的に接続された第２端子を有する回路基板と、前記発熱体板の前記第１端子と前記回路基板の前記第２端子とを対向させ電気的に接続させた状態で前記発熱体板を前記放熱板に固定する固定部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルヘッドの製造に起因した印刷品質の低下を防止することができる。

本発明の第１および第２の実施の形態に係るサーマルヘッドの側面図である。本発明の第１の実施の形態に係る発熱体板の断面図である。本発明に係る発熱体板の接続端子を示す平面図である。本発明に係る回路基板の断面図である。本発明に係る回路基板の接続端子を示す底面図である。本発明の第２の実施の形態に係る発熱体板の断面図である。本発明の第３の実施の形態に係るサーマルヘッドの平面図である。本発明の第３の実施の形態に係るサーマルヘッドの側面図である。本発明の第４の実施の形態に係るサーマルヘッドの側面図である。従来のサーマルヘッドの側面図である。

本発明に係るサーマルヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図１に示すように、本実施の形態のサーマルヘッド１０は、ヘッド基板２０、放熱板３０、回路基板５０およびカバー体６０を有している。

図２に示すように、発熱体板２０は、長方形状の支持基体２１を中心に構成されるとともに、その短辺に沿った副走査方向に関して第１領域２０ａ、第２領域２０ｂおよび第３領域２０ｃの３領域に分割されている。

支持基体２１は、アルミナなどのセラミック材料で構成された長方形の平板である。支持基体２１の一方の表面は放熱板３０（図１）と向かい合っている。支持基体２１の他方の表面のうち第１領域２０ａおよび第３領域２０ｃに相当する部分には、保温層としてのグレーズ層２２が融着している。グレーズ層２２は、たとえばガラスなどの絶縁材料で形成されている。第１領域２０ａのグレーズ層２２には、支持基体２１の表面から突出する突条部が形成されている。突条部は、支持基体２１の主走査方向に沿った一方の長辺２１ａに近接して、この長辺２１ａに沿ってほぼ直線状に延びている。

第１領域２０ａおよび第３領域２０ｃにおけるグレーズ層２２の表面には、スパッタ法などの薄膜形成法およびフォトエングレービングプロセスなどにより、突条部が延びる主走査方向に沿って間隔を置いて突条部を跨ぐように抵抗体層２３が形成されている。また、第１領域２０ａおよび第３領域２０ｃにおける抵抗体層２３の表面には、所定の配線パターンを構築するように金属配線層２４が形成されている。第１領域２０ａにおける金属配線層２４には、突条部の一部を跨ぐ切欠部が形成されていて、抵抗体層２３の金属配線層２４と重なり合わない部分が発熱抵抗体２５となる。発熱抵抗体２５は、突条部の表面に間隔を置いて複数配列されているため、突条部のラインに沿った帯状の発熱領域を形成する。

発熱体板２０の第１領域２０ａおよび第３領域２０ｃには、グレーズ層２２、金属配線層２４および抵抗体層２３などを覆って保護する絶縁保護層２６が形成されている。ここで絶縁保護層２６は、第１領域２０ａのうち第２領域２０ｂに近接した複数の所定箇所および第３領域２０ｃのうち第２領域２０ｂに近接した複数の所定箇所が除外されることにより、金属配線層２４の一部を露出させて配線接続用の接続端子２４ａ，２４ｃを形成している。

また絶縁保護層２６は、第３領域２０ｃのうち支持基体２１の突条部から遠方の長辺２１ｃに近接した複数の所定箇所についても除外されることにより、図３に示すように、金属配線層２４の一部を露出させて接続端子２８を形成している。この接続端子２８は、多数の長方形の端子が主走査方向に沿って直線状に配列されている。

発熱体板２０の第２領域２０ｂには、支持基体２１の表面に絶縁材料でなる絶縁保護層２７が形成されている。このため第１領域２０ａおよび第３領域２０ｃの金属配線層２４は、第２領域２０ｂの絶縁保護層２７により電気的に分離されている。

絶縁保護層２７の表面には、駆動用ＩＣ４２が取り付けられる。駆動用ＩＣ４２は、第１領域２０ａの接続端子２４ａおよび第３領域２０ｃの接続端子２４ｃとの間でそれぞれボンディングワイヤ４４が掛け渡されることにより、それぞれ電気的に接続される。駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば熱硬化型の樹脂４８によって封止される。

樹脂４８は、硬化前の液状の状態で、第２領域２０ｂを中心に第１領域２０ａおよび第３領域２０ｃにまで跨るような範囲に渡って塗布される。すなわち樹脂４８は、従来のサーマルヘッド１１０（図１０）と異なり、発熱体板２０の範囲内にのみ塗布され、基板５０（図１）には及ばない。

その後樹脂４８は、発熱体板２０単体で高温環境下に置かれることにより硬化され、やがて常温まで冷却される。ちなみに樹脂４８は、駆動用ＩＣ４２の大きさやボンディングワイヤ４４のたわみなどに起因して、突条部を覆う絶縁保護層２６よりも高く盛り上がった形状となる。

放熱板３０（図１）は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された長方形の平板で、その一面である載置面３１に発熱体板２０を載置する発熱体板載置部３２と回路基板５０の一部を載置する回路基板載置部３３とが設けられている。

回路基板載置部３３は、載置面３１において発熱体板２０の厚さに相当する高さだけ発熱体板載置部３２よりも一段高く形成されている。このため回路基板載置部３３は、発熱体板載置部３２に発熱体板２０が載置されると、この発熱体板２０における絶縁保護層２６の上面とほぼ同等の高さになる。また回路基板載置部３３には、所定箇所にねじ穴３４が穿設されている。

回路基板５０は、長方形の平板でなり、駆動用ＩＣ４２へ供給すべき制御信号や電流を伝送する接続ケーブル（図示せず）が接続されるコネクタ５１など、各種電子部品が実装される。

図４に示すように、回路基板５０は、たとえばガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた基材５２の表面に、所定の配線パターンを構築するように金属配線層５３が形成されている。金属配線層５３の配線パターンは、コネクタ５１を介して供給された制御信号や電流を駆動用ＩＣ４２に供給するための回路を形成している。また回路基板５０は、金属配線層５３を覆うように絶縁保護層５４が形成されている。

ここで絶縁保護層５４は、辺５２ｃに近接した複数の所定箇所が除外されることにより、図５に示すように、金属配線層５３の一部を露出させて接続端子５５を形成している。この接続端子５５は、接続端子２８と同様に、多数の長方形の端子が主走査方向に沿って直線状に配列されている。また回路基板５０の所定箇所には、厚さ方向に貫通する挿通穴５６が穿設されている。

カバー体６０は、たとえばアルミニウムで構成されており、板状の材料が主走査方向の側面から見てクランク状に折り曲げられたような形状となっている。このカバー体６０には、回路基板５０と当接する平板状の底部６１と、印刷媒体を安定的に走行させるためのガイド部６２とが形成されている。また底部６１の所定箇所には、厚さ方向に貫通する挿通穴６３が穿設されている。

サーマルヘッド１０が製造される際、まず樹脂４８により駆動用ＩＣ４２などが封止された発熱体板２０が、所定の接着テープなどにより放熱板３０の発熱体板載置部３２に取り付けられる。次に、回路基板５０の各接続端子５５を発熱体板２０の各接続端子２８にそれぞれ対向させるようにして、回路基板５０が放熱板３０の回路基板載置部３３および発熱体板２０の一部に跨るように載置され、その上に底部６１を合わせるようにカバー体６０が重ねられる。

さらに取付ねじ６４が挿通穴６３，５６を順次介して放熱板３０のねじ穴３４にねじ止めされることにより、放熱板３０および発熱体板２０に対し回路基板５０およびカバー体６０が固定される。このとき、回路基板５０の各接続端子５５と発熱体板２０の各接続端子２８とが互いに圧接されることにより、回路基板５０の回路と発熱体板２０の駆動用ＩＣ４２とが電気的に接続される。

このように、サーマルヘッド１０においては、発熱体板２０に駆動用ＩＣ４２を取り付けボンディングワイヤ４４により配線し、樹脂４８を塗布してから発熱体板２０単体で高温環境下で硬化させるため、発熱体板２０と回路基板５０との熱膨張率の差による湾曲が生じることはない。このサーマルヘッド１０においては、発熱体板２０と回路基板５０とを物理的に接触させることで、両者を電気的に接続させることができる。

また駆動用ＩＣ４２は、その出力側では印刷時の解像度に応じた多数の発熱抵抗体２５それぞれに多数の配線を接続する必要があるが、その入力側では電源線、グランド線およびシリアル信号を伝送する信号線のように、僅かな配線を接続するだけでよい。このためサーマルヘッド１０は、回路基板５０ではなく発熱体板２０に駆動用ＩＣ４２を設けたことにより、回路基板５０と発熱体板２０との間の接点の数、すなわち接続端子５５の数および接続端子２８の数を少なく抑え、接触不良の発生頻度を抑えることができる。

またサーマルヘッド１０は、回路基板５０の上にカバー体６０の底部６１を押し付けるようにして、取付ねじ６４により共締めする。このためサーマルヘッド１０では、回路基板５０の強度が低く撓む可能性があったとしても、取付ねじ６４による押し付ける力を接続端子５５の近傍にまで十分に伝えることができ、接続端子５５と接続端子２８とを安定的に接触させることができる。特にカバー体６０は新たに設けたものではなく、従来のサーマルヘッド１１０においてもカバー体１６０として設けられていたものであり、僅かな設計変更等は必要であるものの、部品点数を増加させるものではなく、構成の複雑化やコストの増加を招くものではない。

さらにサーマルヘッド１０は、半田付けなどではなく取付ねじ６４により回路基板５０の接続端子５５を発熱体板２０の接続端子２８に圧接、すなわち機械的加圧により接触させているため、回路基板５０やカバー体６０に故障や破損が生じたとしても、取付ねじ６４を取り外すことにより容易に分解できる。このためサーマルヘッド１０は、正常な部分を生かしたまま、部品交換により迅速、容易かつ低コストに修理することが可能となる。

したがって、サーマルヘッド１０は、発熱体板２０単体で樹脂４８を熱硬化させることができるので、発熱体板２０と回路基板５０との間における熱膨張率の差に起因する湾曲を生じさせることがない。この結果サーマルヘッド１０は、プリンタへの組み付け調整を困難化することがなく、また印刷品質を低下させることもない。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態にかかるサーマルヘッドは、第１の実施の形態における発熱体板２０に代えて発熱体板７０を有している。

本実施の形態に係る発熱体板７０は、図６に示すように、発熱体板２０の接続端子２８にバンプ７１が設けられた構成となっている。バンプ７１は、所定の金属材料などで構成され、良好な導電性を有する。またバンプ７１は、周囲の絶縁保護層２６よりも僅かに盛り上がるように形成される。

このため発熱体板７０は、サーマルヘッド１０に組み込まれると、回路基板５０の接続端子５５と接続端子２８とを良好に接触させることができ、接触不良による動作不良を格段に抑えることができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係るサーマルヘッド８０は、カバー体６０および取付ねじ６４に代えて取付クリップ８１，８２を有している。

図７および図８に示すように、取付クリップ８１，８２は、回路基板５０および発熱体板２０が重なる部分のうち主走査方向に関する両端を、放熱板３０とともに厚さ方向に挟み込んで固定する。

これによりサーマルヘッド８０では、回路基板５０の接続端子５５と発熱体板２０の接続端子２８とを圧接させることができ、両者を電気的に接続することができる。またサーマルヘッド８０では、取付クリップ８１，８２の取り付け作業および取り外し作業が容易であるため、組み立て作業や修理作業を容易化することができる。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態に係るサーマルヘッド９０は、図９に示すように、放熱板３０に代わる放熱板９１、回路基板５０に代わるＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）９２、並びにカバー体６０および取付ねじ６４に代わる取付クリップ９４を有している。

放熱板９１は、長方形の板状に構成されており、放熱板３０のうち発熱体板２０と対応する部分のみを切り出したような形状となっている。

ＦＰＣ９２は、フィルム状の絶縁体や導体箔を積層した構成となっており、所定箇所の導体箔を露出させることにより、接続端子５５と対応する接続端子９３が設けられている。

取付クリップ９４は、取付クリップ８１を幅広く延長したような構成となっており、ＦＰＣ９２および発熱体板２０が重なる部分を、発熱抵抗体２５が設けられている長辺と反対の長辺側から放熱板９１とともに厚さ方向に挟み込んで固定する。

これによりサーマルヘッド９０では、ＦＰＣ９２の接続端子９３と発熱体板２０の接続端子２８とを圧接させることができ、両者を電気的に接続することができる。またサーマルヘッド９０では、サーマルヘッド８０の場合と同様、取付クリップ９４の取り付け作業および取り外し作業が容易であるため、組み立て作業や修理作業を容易化することができる。

［他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

たとえば、上述の第１および第２の実施の形態では、カバー体６０により回路基板５０を発熱体板２０に押し付ける場合について説明しているが、回路基板５０の強度が比較的高い場合などに、カバー体６０を省略してもよい。

また、上述の第１および第２の実施の形態では取付ねじ６４により、第３の実施の形態ではクリップ８１，８２により、それぞれ回路基板５０を放熱板３０に固定する場合について説明しているが、両面テープや接着剤など、種々の固定手法により固定してもよい。

さらに、上述の実施の形態では回路基板５０の接続端子５５と発熱体板２０の接続端子２８とを直接接触させる場合について説明しているが、たとえば異方性導電フィルムなどを間に挟むことにより導通性を高めるようにしてもよい。

さらに、上述の第２の実施の形態ではバンプ７１を金属材料により構成する場合について説明しているが、たとえば導電性の樹脂材料など、導電性を有する種々の材料によりバンプ７１を構成してもよい。

さらに、上述の実施の形態では発熱体板２０の接続端子２８を構成する各端子の形状および配列について、図３に示した長方形の端子を主走査方向に沿って直線状に配列する場合について説明しているが、たとえば円形や正方形の複数の端子を格子状に配列し、あるいは６角形の端子をハニカム状に配列し、さらには複数種類の形状の端子を組み合わせるなど、種々の端子形状および種々の配列を採用することができる。この場合、回路基板５０の接続端子５５については、発熱体板２０の接続端子２８と対応するように各端子の形状および配列を定めればよい。

１０，８０，９０……サーマルヘッド、２０，７０……発熱体板、２４，５３……金属配線層、２５……発熱抵抗体、２６，５４……絶縁保護層、２８，５５，９３……接続端子、３０，９１……放熱板、３１……載置面、３２……発熱体板載置部、３３……回路基板載置部、４２……駆動用ＩＣ、４８……樹脂、５０……回路基板、６０……カバー体、６１……底部、６４……取付ねじ、７１……バンプ、８１，８２，９４……取付クリップ、９２……ＦＰＣ

Claims

載置面を有する放熱板と、
前記放熱板の前記載置面に載置され、前記放熱板の前記載置面と対向する面と反対側の上面に、整列された複数の発熱抵抗体と、熱硬化型の樹脂により封止され前記発熱抵抗体を駆動する駆動用ＩＣ（Integrated Circuit）と、前記駆動用ＩＣと電気的に接続された第１端子とを有する発熱体板と、
前記放熱板の前記載置面に載置され、前記駆動用ＩＣに電流を供給する回路を形成すると共に、前記放熱板の前記載置面と対向する対向面に前記回路と電気的に接続された第２端子を有する回路基板と、
前記発熱体板の前記第１端子と前記回路基板の前記第２端子とを対向させ電気的に接続させた状態で前記発熱体板を前記放熱板に固定する固定部と、
を具備することを特徴とするサーマルヘッド。
前記発熱体板は、
前記第１端子を露出させつつ表面を保護する保護層により被覆されるとともに、
前記第１端子の表面に、導電性材料でなるバンプが前記保護層よりも盛り上がるよう形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記固定部は、
前記回路基板の前記第２端子に相当する箇所を前記対向面と反対の面から押し付けるカバー材を介して前記回路基板と前記発熱体板とを固定する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。