JP2013075393A

JP2013075393A - サーマルプリントヘッド

Info

Publication number: JP2013075393A
Application number: JP2011215792A
Authority: JP
Inventors: Koji Miyazaki; 孝二宮崎
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP5845039B2

Abstract

【課題】被印刷媒体の直線的な搬送経路を確保しつつ、サーマルプリントヘッドを高解像度化する
【解決手段】サーマルプリントヘッド１１に、セラミック基板２２とグレーズ層２３と導電棒７０と発熱抵抗体２６と電極２５と駆動素子４２とを備える。セラミック基板２２には板厚方向に貫通する貫通穴２１が形成されている。支持樹脂２８は、貫通穴２１を埋めている。導電棒７０は、複数であって、それぞれ貫通穴２１を通過して支持樹脂２８に支持さている。発熱抵抗体２６は、グレーズ層２３の表面に間隔を置いて線状に配列されている。電極２５は、発熱抵抗体２６から導通棒７０まで延びている。駆動素子４２は、セラミック基板２２の発熱抵抗体２６に対して反対側に配置された回路基板４０上に搭載され、導電棒７０の電極２５に接続された端部の反対側の端部と駆動素子４２との間に架け渡されたボンディングワイヤー４４で接続されている。
【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。結線に用い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、側面が支持基板上の発熱領域に接するように配置され、発熱抵抗体が配列された主走査方向に平行な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。

このようなサーマルプリントヘッドでは、発熱領域と駆動素子が同じ側に配置されるため、駆動素子などを封止する封止樹脂が被印刷媒体と干渉する場合がある。特に被印刷媒体が硬質メディアの場合には、直線的な搬送経路を確保することが困難になる。

そこで、たとえば特許文献１には、駆動素子を発熱体板の裏面に取付け、発熱体板を板厚方向に貫通するスルーホールを介して発熱抵抗体と駆動素子とを接続する方法が記載されている。

特開２００１−３８９４１号公報

近年、サーマルプリントヘッドには、高解像度化が求められている。したがって、発熱抵抗体から延びる電極のピッチ（間隔）を小さくすることが求められている。

一方、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体とは反対側の面に駆動素子を取付けてスルーホールを介して接続する場合、微細なスルーホールの形成が困難である。たとえばレーザー光で絶縁基板にスルーホールを形成する場合、その開口形状はレーザー光の照射面側で大きい円錐台形状となる。レーザー光の照射面の反対側の面でも一定の開口が必要であるから、照射面側の開口を小さくすることには限界がある。また、照射面側の開口の大きさよりスルーホールのピッチを小さくすることができない。

そこで、本発明は、被印刷媒体の直線的な搬送経路を確保しつつ、サーマルプリントヘッドを高解像度化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、板厚方向に貫通する少なくとも１つの貫通穴が形成された絶縁基板と、前記貫通穴を埋める支持樹脂と、同一の前記貫通穴に複数本が通過して前記支持樹脂に支持された導電棒と、前記絶縁基板の表面に間隔を置いて線状に配列された複数の発熱抵抗体と、前記抵抗体から延びて前記導電棒の一端部に接続された電極と、前記発熱抵抗体を駆動する駆動素子と、前記導電棒の前記電極に接続された端部の反対側の端部と前記駆動素子との間に架け渡されたボンディングワイヤーと、前記駆動素子および前記ボンディングワイヤーを封止する封止樹脂と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、被印刷媒体の直線的な搬送経路を確保しつつ、サーマルプリントヘッドを高解像度化することができる。

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下面図である。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側面図である。

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、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、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの下面図である。図３は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの上面図である。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側面図である。なお、ここでは、サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４が設けられた側を「上」とし、その反対側を「下」として説明するが、実際のサーマルプリントの姿勢を限定することを意図していない。

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、長方形部分とその長辺の両端部から突出した部分とを有する。この長方形部分の上面は、発熱体板２０を載置する発熱体板載置部３１である。長方形部分から突出した部分の上面は、回路基板４０を支持する回路基板支持部３２である。回路基板支持部３２は、発熱体板載置部３１よりも回路基板４０の厚さ分下方に形成されている。放熱板３０は、たとえばアルミニウムで形成される。

発熱体板２０は、セラミック基板２２とグレーズ層２３と発熱抵抗体２６と電極２５と保護膜層２９とを有している。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板であって、板厚方向に貫通した貫通穴２１が形成されている。セラミック基板２２の厚さは、たとえば１ｍｍである。貫通穴２１は、一方の長辺の近傍に、その長辺に沿って延びている。グレーズ層２３は、セラミック基板２２の表面に形成されたガラスの層である。

セラミック基板２２に形成された貫通穴２１の内部には、導電棒７０がセラミック基板２２の板厚方向に延びるように配置されている。この貫通穴２１には、支持樹脂２８が埋められていて、その支持樹脂２８が導電棒７０を支持している。支持樹脂２８は、その表面がグレーズ層２３の表面と段差を生じないように貫通穴２１に埋め込まれている。導電棒７０の上端は、セラミック基板２２およびグレーズ層２３からなる絶縁基板の表面から少し突出している。

導電棒７０は、導電性の棒であって、たとえばアルミニウムで形成される。導電棒７０の直径はたとえば２０μｍである。導電棒７０の長さは、たとえば１．２ｍｍである。支持樹脂２８は、絶縁性の樹脂であって、たとえばエポキシ樹脂である。

発熱抵抗体２６は、グレーズ層２３の表面に設けられている。発熱抵抗体２６は、複数であって、セラミック基板２８の貫通穴２１が隣接する長辺と対向する長辺の近傍で、その長辺方向（主走査方向）に間隔を置いて線状に配置されている。それぞれの発熱抵抗体２６は、セラミック基板２２の短辺方向（副走査方向）に延びている。

電極２５は、それぞれの発熱抵抗体２６の副走査方向の端部に接続されている。発熱抵抗体２６の貫通穴２１から遠い方の端部に接続された電極２５は、たとえば共通電極に接続されている。発熱抵抗体２６の貫通穴２１に近い方の端部に接続された電極２５は、グレーズ層２３の表面および支持樹脂２８の表面に沿って副走査方向に延びて、導電棒７０に接している。

発熱抵抗体２６の電極２５で挟まれた部分は、抵抗発熱部となり、その抵抗発熱部が主走査方向に連なることによって、線状の発熱領域２４が形成されている。発熱抵抗体２６および電極２５は、それらを保護する保護膜層２９によって覆われている。保護膜層２９は、グレーズ層２５および支持樹脂２８の表面の全体を覆っていてもよい。

発熱抵抗体２６および電極２５の幅は、たとえば２０μｍである。発熱抵抗体２６および電極２５のピッチ、すなわち主走査方向の中心間の距離は、たとえば２５μｍである。導電棒７０は、たとえば５０μｍピッチで副走査方向の異なる２か所に配列される。

発熱体板２０は、放熱板３０の発熱体板載置部３１に載置される。発熱体板２０の下面と放熱板の発熱板載置部３１とは、たとえば両面テープで接着される。回路基板４０は、その上面が発熱体板２０の下面と接するように配置され、放熱板３０の回路基板支持部３２に支持される。回路基板４０の端部上面と放熱板３０の回路基板支持部３２とは、たとえば両面テープで接着される。

回路基板４０には、板厚方向に貫通する貫通部４５が形成されている。導電棒７０は、貫通部４５を通過し、導電棒７０の下端は回路基板４０の下面よりも下方に少し突出している。回路基板４０の下面には、発熱抵抗体２６を駆動する駆動素子４２が搭載される。駆動素子４２と導電棒７０の下端との間には、ボンディングワイヤー４４が架け渡されている。駆動素子４２と回路基板４０の下面に設けられた端子（図示せず）との間にもボンディングワイヤー４４が架け渡されている。

駆動素子４２およびボンディングワイヤー４４は、封止樹脂４８で封止されている。封止樹脂４８は、たとえばエポキシ系樹脂である。封止樹脂４８は、回路基板４０の貫通部４５を埋めていてもよい。

発熱抵抗体２６を発熱させるための電力および信号は、回路基板４０に接続されたコネクター４９から供給される。

このようなサーマルプリントヘッド１１を用いたサーマルプリンタは、プラテンローラを有している。プラテンローラは、軸が発熱領域２４に平行で、その側面が発熱領域２４に接するように配置される。プラテンローラによって被印刷媒体が発熱領域２４に押し付けられた状態で、駆動素子４２が発熱抵抗体２６を駆動して発熱させることによって、被印刷媒体に印画される。発熱抵抗体２６を所定のパターンで発熱させながら、被印刷媒体を搬送することによって所望の画像が形成される。

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。

まず、セラミックの板に貫通穴２１を形成してセラミック基板２２を得る。貫通穴２１は、たとえばレーザー光を照射して形成することができる。あるいは、セラミック基板２２は、アルミナ粉末を貫通する穴を持つ板状に成形した後、焼き固めて形成することもできる。

次に、セラミック基板２２の一方の表面に、ガラスペーストを印刷し、焼成する。これにより、グレーズ層２３が形成される。

このようにして形成されたセラミック基板２２およびグレーズ層２３からなる絶縁基板の貫通穴２１に導通棒７０を配置し、支持樹脂２８を貫通穴２１に埋めて固める。たとえば導電棒７０の配置と対応する位置に穴が形成された樹脂板に導電棒７０を通し、それらの導電棒７０を貫通穴２１の所定の位置に配置した状態で、貫通穴２１に支持樹脂２８を埋めることによって、導電棒７０を所定の位置に配置することができる。導電棒７０の配置用の樹脂板は、たとえば樹脂製の板にレーザー光を照射して導電棒７０を配置するための穴を穿つことによって形成することができる。この樹脂板は薄い厚さのものであってもよいため、たとえば１０μｍ程度のピッチで穴をあけることは容易である。

次に、グレーズ層２３および支持樹脂２８の表面に、発熱抵抗体層および金属配線層をスパッタリング法などによって積層する。積層された発熱抵抗体層および金属配線層を所定のパターンにエッチングすることによって、発熱抵抗体２６および電極２５が形成される。抵抗体層は、発熱領域２４から貫通穴２１に向かって延びていてもよいが、支持樹脂２８の表面部には形成されないようにしておくことが好ましい。導電棒７０と電極２５との間に抵抗体が介在して、電力を消費しないようにするためである。

その後、発熱抵抗体２６および電極２５を覆うように、保護膜層２９をスパッタリング法などによって形成する。

別途、回路基板４０に駆動素子４２を搭載する。また、放熱板３０を所定の形状に成形する。

次に、駆動素子４２が搭載された回路基板４０を放熱板３０の回路基板支持部３１に固定する。さらに、発熱体板２０を、放熱板３０の発熱体板載置部３１に載置して固定する。

このように回路基板４０と発熱体板２０とが放熱板３０を介して固定された後、駆動素子４２と導電棒７０の端部とをワイヤーボンディングする。放熱板３０に設けられた回路基板支持部３２の２本の突出部の間は、空間８０が形成されているため、ワイヤーボンダーは、容易に駆動素子４２および導電棒７０の端部にアクセスできる。

ワイヤーボンディングが終了したら、封止樹脂４８を駆動素子４２およびボンディングワイヤー４４に塗布し硬化させる。その後、コネクター４９を取り付けることなどによって、サーマルプリントヘッド１１が完成する。

本実施の形態によれば、セラミック基板２２を貫通して配置された導電棒７０によって、発熱体板２０は発熱領域２４とは反対側の面で回路基板４０と接続されている。このため、発熱領域２４に接触して搬送される被印刷媒体の直線的な搬送経路を確保することができる。

また、セラミック基板２２の発熱領域２４が形成された面とその反対側の面とを電気的に接続するために、それぞれの電極２５に対して貫通穴を形成する必要がない。つまり、セラミック基板２２には電極２５の数に対してきわめて少ない数の貫通穴２１を形成すればよく、この貫通穴２１に複数の電極２５が絶縁性の支持樹脂２８で間隔を保持して支持される。このため、それぞれの発熱抵抗体２６に接続された電極２５のピッチを小さくすることができる。その結果、サーマルプリントヘッド１１を高解像度化することができる。なお、貫通穴２１は、複数であっても、それぞれに複数本の導電棒７０が通過していればよい。

さらに、本実施の形態は、導電棒７０の主走査方向に延びる配列を副走査方向の異なる位置に複数設けている。このため、絶縁性を確保したまま、主走査方向の所定の範囲内により多くの導電棒７０を配置することができる。つまり、解像度を高めて、電極２５の密度が高くなっても、導電棒７０を配置することができる。

１１…サーマルプリントヘッド、２０…発熱体板、２１…貫通穴、２２…セラミック基板、２３…グレーズ層、２４…発熱領域、２５…電極、２６…発熱抵抗体、２８…支持樹脂、２９…保護膜層、３０…放熱板、３１…発熱体板載置部、３２…回路基板支持部、４０…回路基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤー、４５…貫通部、４８…封止樹脂、４９…コネクター、７０…導電棒

Claims

板厚方向に貫通する少なくとも１つの貫通穴が形成された絶縁基板と、
前記貫通穴を埋める支持樹脂と、
同一の前記貫通穴に複数本が通過して前記支持樹脂に支持された導電棒と、
前記絶縁基板の表面に間隔を置いて線状に配列された複数の発熱抵抗体と、
前記抵抗体から延びて前記導電棒の一端部に接続された電極と、
前記発熱抵抗体を駆動する駆動素子と、
前記導電棒の前記電極に接続された端部の反対側の端部と前記駆動素子との間に架け渡されたボンディングワイヤーと、
前記駆動素子および前記ボンディングワイヤー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。
板厚方向に貫通部が形成されて前記駆動素子を搭載する回路基板をさらに具備し、
前記回路基板は前記導電棒が前記貫通部を通過するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
放熱板をさらに具備し、前記絶縁基板および前記回路基板は前記放熱板の同じ側に固定さ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。
前記放熱板は前記回路基板が固定された側からその反対側に貫通した空間が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のサーマルプリントヘッド。
前記放熱板は長方形の板とその板の一方の側面の長手方向の両端部から突出する２本の回路基板支持部とを有し、前記空間は前記２本の棒の間に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のサーマルプリントヘッド。
前記絶縁基板は長方形であって、前記貫通穴は前記絶縁基板の長辺に沿って延びていることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
前記導電棒は、前記発熱抵抗体の配列からの距離が異なる位置に複数の列を形成していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。