JP2013071355A

JP2013071355A - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2013071355A
Application number: JP2011212830A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Muya; 義憲撫養
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22

Abstract

【課題】ガラス層の欠けを抑制しつつ、歩留まりを向上させる。
【解決手段】副走査方向に移動する媒体に印画するサーマルプリントヘッドにセラミック基板２２とガラス製の保温層２５と発熱抵抗体２６と発熱抵抗体２６の両端に接続された金属配線層２８に設けられた電極とを備える。保温層２５は、突条２１を有する。突条２１は、稜線７０を挟んでセラミック基板２２の端辺９１側の端辺側斜面７２と、その反対側の中央側斜面７３とを持つ。端辺側斜面７２は凸に形成されている。中央側斜面７３は、稜線７０に接続する第１斜面部７４と、平坦部に接続する第２斜面部とを持つ。第１斜面部７４は凸に、第２斜面部７５は凹に形成されている。発熱抵抗体２６は、突条２１の端辺側斜面７２に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

サーマルプリントヘッドは、列状配列された複数の発熱抵抗体を持つ印刷用デバイスである。サーマルプリントヘッドは、外部信号によってこれらの発熱抵抗体を選択的に発熱させ、そのジュール熱を媒体に伝達し、画素を形成させる。

発熱抵抗体が発生したジュール熱の一部は、その表面に形成された保護層を経由して伝達される。また、発熱抵抗体が発生したジュール熱の一部は、保護層とは反対側の保温層に伝達され、一時蓄熱される。

一般的に、保温層は、ガラスで形成される。保温層の性能は、形状によって異なる。平板から突出して表面に沿って延びる突条を保温層に設けることによって、媒体との接触性を高めることができ、伝熱効率が向上し、平滑性の悪い媒体に対する印画精度を向上させることができる。平板に突条を設けた保温層を有するサーマルプリントヘッドは、比較的高価となるにもかかわらず、昨今、主流を占めているのはこのためである。

特開２００４−３５１７９９号公報

サーマルプリントヘッドの保温層の突条の形状は、大まかにはＰＧ型とＰＥＧ型とに分類することができる。ＰＧ型は、セラミック基板上に部分的に凸型保温層を形成するものであり、セラミック基板上には保温層を形成しない非形成部が存在する。この非形成部をダイシング部とすると、ガラス層が存在しないため、基板切断時にガラス層の欠けが生じることがない。しかし、非形成部では、セラミック基板上に直接抵抗体層および金属配線層をパターニングすることになる。セラミック基板の表面は、ガラス層の表面に比べて粗いため、非形成部へのパターニングは歩留まりを悪化させる。

ＰＥＧ型は、セラミック基板の全面にガラス層を形成し、その一部を突条に形成したものである。このため、滑らかな表面を有するガラス層に抵抗体層および金属配線層を形成することとなるため、歩留まりが向上する。しかし、基板切断時にガラス層が欠ける場合がある。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドのガラス層の欠けを抑制しつつ、歩留まりを向上させ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、副走査方向に移動する媒体に印画するサーマルプリントヘッドにおいて、前記副走査方向を横切る方向に延びる端辺を持つ絶縁基板と、前記絶縁基板の表面から突出して前記副走査方向を横切る方向に延びて稜線を挟んで前記端辺側の端辺側斜面とその反対側の中央側斜面とを持ち、前記端辺側斜面は凸に形成され、前記中央側斜面は凸に形成され前記稜線部分で前記端辺側斜面に接続する第１斜面部とその第１斜面部の前記端辺側斜面とは反対側に接続されて凹に形成された第２斜面部とを持つ突条を備えて前記端辺から離間した位置で前記絶縁基板の表面に設けられたガラス製の保温層と、前記端辺側斜面に設けられた発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端に接続された電極と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、副走査方向に移動する媒体に印画するサーマルプリントヘッドにおいて、前記副走査方向を横切る方向に延びる端辺を持つ絶縁基板と、前記絶縁基板の表面から突出して前記副走査方向を横切る方向に延びる稜線を挟んで前記端辺側の端辺側斜面とその反対側の中央側斜面とを持ち前記端辺側斜面は前記中央側斜面よりも前記稜線からの距離が同じ位置での前記絶縁基板の表面に対する傾きが大きい突条を備えて前記端辺から離間した位置で前記絶縁基板の表面に設けられたガラス製の保温層と、前記端辺側斜面に設けられた発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端に接続された電極と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、搬送方向に移動する媒体に印画するサーマルプリントヘッドの製造方法において、絶縁基板の表面に前記絶縁基板が露出した露出部を設けて前記露出部の縁に沿って線状に延びる凸部とその凸部の前記非露出部に対して反対側に前記凸部よりも厚さが薄い平坦部とをガラスペーストで形成するガラスペースト層形成工程と、前記ガラスペースト層形成工程の後に前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、前記焼成工程の後に前記凸部の前記露出部に近い側に形成された端辺側斜面に発熱抵抗体を形成する工程と、前記焼成工程の後に前記発熱抵抗体の両端に接続された電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドのガラス層の欠けを抑制しつつ、歩留まりを向上させることができる。

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の一部切欠き上面図である。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。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態におけるガラスペースト印刷終了時の断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態におけるガラスペーストの凸部形成後の断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態におけるセラミック基板の露出部分形成後の断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態における焼成後の断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態の他の例におけるガラスペーストの凸部形成後の断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態の他の例におけるセラミック基板の露出部分形成後の断面図である。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一実施の形態を、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断面図である。図２は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの一部切欠き上面図である。図３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。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１１は、放熱板３０と発熱体板２０と回路基板４０とを有している。放熱板３０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ある。

発熱体板２０は、セラミック基板２２および保温層２５を有している。セラミック基板２２は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成された長方形の絶縁性の平板である。セラミック基板２２の一方の表面は放熱板３０と向かい合っており、他方の表面には保温層２５が融着している。セラミック基板２２の一方の長辺（端辺９１）から所定の幅の間には、保温層２５が融着していない非形成領域７１が存在している。

保温層２５は、ガラスで形成されている。保温層２５には、セラミック基板２２の表面から突出する突条２１が形成されている。突条２１は、セラミック基板２２の一方の端辺９１と非形成領域７１を挟んで設けられ、その端辺９１に沿って直線状に延びている。

保温層２５の表面には、突条２１が延びる方向に沿って間隔を置いて突条２１を跨ぐように抵抗体層が形成されている。また、抵抗体層の表面には、金属配線層２８が形成されている。抵抗体層および金属配線層２８の一部は、非形成領域７１でセラミック基板２２上に設けられていてもよい。

金属配線層２８には突条２１の一部を跨ぐ切欠部が形成されていて、抵抗体層の金属配線層２８と重なり合わない部分が発熱抵抗体２６となる。このようにして発熱抵抗体２６が突条部２１の表面に間隔を置いて複数配列されて、突条２１のラインに沿った帯状の発熱領域２４が形成されている。発熱体板２０には、セラミック基板２２、グレーズ層２５、金属配線層２８および抵抗体層の保護のために、これらを覆う絶縁保護層２９が形成されている。非形成領域７１のセラミック基板２２の一方の端辺９１から所定の幅の間は、絶縁保護層２９で覆われていない。

また、サーマルプリントヘッド１１は、発熱領域２４を発熱させる駆動回路を有している。その駆動回路は、たとえば発熱体板２０と同じ側の表面で放熱板３０に載置された回路基板４０の上に形成されている。回路基板４０には、発熱領域２４に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力が入力される。この駆動回路は、たとえば回路基板４０に設けられた駆動素子４２などの電気部品を有している。発熱体板２０と駆動回路とは、たとえば発熱体板２０と回路基板４０との間に架け渡されたボンディングワイヤ４４によって電気的に接続される。さらに、回路基板４０の表面に形成された配線パターンと駆動素子４２との間もボンディングワイヤ４４で電気的に接続される。駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば樹脂４８によって封止される。

このサーマルプリントヘッド１１を用いたプリンタは、発熱領域２４の表面の法線上に位置する軸５２を中心とする円筒状のプラテンローラ５０を有している。プラテンローラ５０によって被印刷媒体６０がサーマルプリントヘッド１１に押し付けられる。この状態で発熱領域２４の発熱抵抗体２６が発熱することによって、被印刷媒体６０に印画される。被印刷媒体６０が副走査方向に搬送されながら、主走査方向に延びる発熱領域２４が所定のパターンで発熱することによって、被印刷媒体６０には所望の画像が形成される。

突条２１は、セラミック基板２２から最も離れた位置にある稜線７０を境として、中央側斜面７３と端辺側斜面７２とを持つ。中央側斜面７３は、図１において稜線７０の右側の回路基板４０に近い方の斜面である。端辺側斜面７４は、図１において稜線７０の左側の非形成領域７１に近い方の斜面である。

端辺側斜面７２の断面は、稜線７０から滑らかで実質的に変曲点を持たない曲線を描いている。つまり、端辺側斜面７２は、稜線７０からセラミック基板２２に接する部分まで、外側に凸に形成されている。セラミック基板２２と端辺側斜面７２の境界部分で微小な凹部が形成されていてもよい。

中央側斜面７３の断面は、稜線から滑らかで１つの変曲点を持つ曲線を描いている。中央側斜面７３は、第１斜面部７４と第２斜面部７５とを持つ。第１斜面部７４は、稜線７０で端辺側斜面７２に接続している。第２斜面部７５は、第１斜面部７４の短辺側斜面７２とは反対側に接続している。第２斜面部７５の第１斜面部７４とは反対側は、保温層２５の平坦部と接続している。第１斜面部７４と第２斜面部７５との接続部分は、中央側斜面７３の断面の変曲点にあたる部分である。つまり、第１斜面部７４は、稜線７０からその変曲点まで、外側に凸に形成されている。第２斜面部７５は、その変曲点から保温層２５の平坦部まで、外側に凹に形成されている。

次に、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの製造方法を説明する。

図４は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの製造方法のガラスペースト印刷終了時の断面図である。図５は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの製造方法のガラスペーストの凸部形成後の断面図である。図６は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの製造方法のセラミック基板の露出部分形成後の断面図である。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製造方法の焼成後の断面図である。

まず、図４に示すように、セラミック板８１の全面にガラスペースト８２を印刷する。ガラスペースト８２は、たとえばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＯあるいはＣａＯを主成分とするガラス粉末にバインダーと溶剤を添加したものである。これらをミキサーなどで十分に混合した後、セラミック製ロールを用いて混錬する。このようにして得られたガラスペースト８２がセラミック板８１にスクリーン印刷される。

次に、図５に示すように、ガラスペースト８２を所定の形状にパターニングする。ここでは、一枚のセラミック板８１から２つのサーマルプリントヘッド１１を製造する場合について説明している。

このとき、突条２１に対応する位置に突起部８３を形成する。突起部８３は、互いに平行に延びるように設ける。たとえばフォトレジストが突起部８３の上に残存させ、その後、ガラスペースト８２をエッチングして、フォトレジストを取り除くことによって、パターニングを行う。

さらに、図６に示すように、隣接して互いに平行に延びる突起部８３の間のガラスペースト８２を取り除き、露出部分８４を形成する。図６に示す素板を焼成することによって、図７に示すように保温層２５が形成される。焼成は、たとえば１２００℃で１〜２時間程度行う。

ここでは、ガラスペースト８２を所定のパターンに形成した後、焼成することとしているが、ガラスペースト８２を焼成して厚さが一様の保温層を形成した後、エッチングによって突起部８３および露出部分８４を形成し、その後、ガラスの軟化点よりも少し高い温度、たとえば９００℃で焼成してもよい。

焼成時にガラスが流動性を持つため、露出部分８４に接する境界近傍では表面張力によって外側に凸の端辺側斜面７２が形成される。また、表面張力の影響によって、保温層２５の表面は、平坦部まで滑らかな曲線を描く。ガラスはある程度粘性を持つため、突起部８３と平坦部との高さの違いは焼成後まで残存する。その結果、稜線７０と平坦部との間には、外側に凸の部分と外側に凹の部分とが形成される。

このようにして、絶縁基板が形成されたのと、セラミック板８１の一部および保温層２５の表面に、抵抗体層および金属配線層を積層し、所定のパターンにエッチングする。さらに、絶縁保護層２９を形成する。このようにして絶縁保護層２９を形成した後、２つの突条２１の中央をダイシングして２つに分割する。これにより、２つのサーマルプリントヘッド１１が完成する。絶縁保護層２９としては、硬い材料が用いられるため、ダイシングの際に絶縁保護層２９を切断する必要がないように、セラミック板８１の露出部分８４のダイシングする部分には、絶縁保護層２９を形成しない方が好ましい。

図８は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの製造方法の他の例のガラスペーストの凸部形成後の断面図である。図９は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの製造方法の他の例のセラミック基板の露出部分形成後の断面図である。

この例では、まずセラミック板８１の表面に、ガラスペースト８２を所定の露出部分８４が形成されるように印刷する。この露出部分８４は、図６で示したものと同様の形状とする。スクリーン印刷によるガラスペースト８２の塗布では、外周部に丸みが形成される場合がある。

次に、ガラスペースト８２を突起部８５が残存するようにして、他の部分をエッチングする。その後、焼成することによって、図７のような突条２１を持つ保温層２５がセラミック板８１上に形成される。

このようなサーマルプリントヘッド１１では、ガラス製の保温層２５を切断することがないため、保温層２５の欠けが抑制される。また、抵抗体層および金属配線層の大部分は、ガラス製の保温層２５の表面に形成される。保温層２５の表面は、セラミック基板２２に比べて滑らかであるため、これらの金属層の形成の際に不具合が生じにくい。その結果、製造時の歩留まりを向上させることできる。

また、抵抗体層および金属配線層を非形成領域７１にも積層しておくことにより、絶縁保護層２９は、セラミック基板２２および金属層とも接触することになる。その結果、絶縁保護層２９が基板から剥がれにくくなり、絶縁保護層２９の健全性が向上する。

さらに、端辺側斜面７２に発熱抵抗体２６を形成することにより、硬質の被印刷媒体６０を印刷する場合でも、駆動素子４２などを封止する樹脂４８との干渉の可能性が小さくなる。しかも、ガラス製の保温層２５を切断しないため、保温層２５の欠けの心配がなく、発熱抵抗体２６を保温層２５の端部により近づけることができる。その結果、セラミック基板２２の法線方向と発熱抵抗体２６が位置する保温層の法線方向とのなす角を大きくすることができる。

また、端辺側斜面７２は、中央側斜面７３に比べて稜線７０からの距離が同じ位置でのセラミック基板２２の表面に対する傾きが大きい。このため、セラミック基板２２の法線方向と発熱抵抗体２６が位置する保温層の法線方向とのなす角を大きくすることができる。このため、硬質の被印刷媒体６０の搬送経路を確保しやすい。一方、中央側斜面７３は、この傾きが小さく、緩やかな曲面であるため、抵抗体層および金属配線層を形成しやすく、また、製造後の健全性も良好に維持できる。

１１…サーマルプリントヘッド、２０…発熱体板、２１…突条、２２…セラミック基板、２４…発熱領域、２５…保温層、２６…発熱抵抗体、２８…金属配線層、２９…絶縁保護層、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０…被印刷媒体、７０…稜線、７１…非形成領域、７２…端辺側斜面、７３…中央側斜面、７４…第１斜面部、７５…第２斜面部、８１…セラミック板、８２…ガラスペースト、８３…突起部、８４…露出部分、８５…突起部、９１…端辺

Claims

副走査方向に移動する媒体に印画するサーマルプリントヘッドにおいて、
前記副走査方向を横切る方向に延びる端辺を持つ絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面から突出して前記副走査方向を横切る方向に延びる稜線を挟んで前記端辺側の端辺側斜面とその反対側の中央側斜面とを持ち、前記端辺側斜面は前記絶縁基板の表面から前記稜線まで凸に形成され、前記中央側斜面は凸に形成され前記稜線部分で前記端辺側斜面に接続する第１斜面部とその第１斜面部の前記端辺側斜面とは反対側に接続されて凹に形成された第２斜面部とを持つ突条を備えて前記端辺から離間した位置で前記絶縁基板の表面に設けられたガラス製の保温層と、
前記端辺側斜面に設けられた発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の両端に接続された電極と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
前記端辺から離間した位置から前記中央側斜面に向かって広がって前記発熱抵抗体と前記電極とを覆う絶縁保護層をさらに具備す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。
前記電極の一部は前記保温層と前記端辺との間の非形成領域であって前記絶縁保護層で覆われる位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
副走査方向に移動する媒体に印画するサーマルプリントヘッドにおいて、
前記副走査方向を横切る方向に延びる端辺を持つ絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面から突出して前記副走査方向を横切る方向に延びる稜線を挟んで前記端辺側の端辺側斜面とその反対側の中央側斜面とを持ち前記端辺側斜面は前記中央側斜面よりも前記稜線からの距離が同じ位置での前記絶縁基板の表面に対する傾きが大きい突条を備えて前記端辺から離間した位置で前記絶縁基板の表面に設けられたガラス製の保温層と、
前記端辺側斜面に設けられた発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の両端に接続された電極と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
搬送方向に移動する媒体に印画するサーマルプリントヘッドの製造方法において、
絶縁基板の表面に前記絶縁基板が露出した露出部を設けて前記露出部の縁に沿って線状に延びる凸部とその凸部の前記非露出部に対して反対側に前記凸部よりも厚さが薄い平坦部とをガラスペーストで形成するガラスペースト層形成工程と、
前記ガラスペースト層形成工程の後に前記ガラスペーストを焼成する焼成工程と、
前記焼成工程の後に前記凸部の前記露出部に近い側に形成された端辺側斜面に発熱抵抗体を形成する工程と、
前記焼成工程の後に前記発熱抵抗体の両端に接続された電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。