JP2013139093A - サーマルヘッドおよびプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程が容易で信頼性の高いストレートパスに対応可能なサーマルヘッドおよびプリンタを提供する。
【解決手段】ガラス材料からなる基板２と、該基板２の一面に形成された発熱抵抗体３と、基板２上に設けられ発熱抵抗体３に電力を供給する駆動素子６と、該駆動素子６を覆う封止部７と、基板２の他面を支持する支持面９ａを有する支持体９とを備え、支持面９ａが、外側に凸の曲面であり、基板２が、支持面９ａの凸の曲率半径まで湾曲した形状と略平坦な形状との間で変形可能な可撓性を有し、基板２が略平坦な形状とされているときの封止部７の基板２の一面からの高さｈおよび発熱抵抗体３と封止部７との間隔Ｗと支持面９ａの曲率半径Ｒとが以下の式（１）を満足するサーマルヘッドを提供する。
（１） Ｗ≧（２×Ｒ×ｈ―ｈ^２）^１／２
【選択図】図２

Description

本発明は、サーマルヘッドおよびプリンタに関するものである。

従来、基板上に形成された複数の発熱抵抗体にＩＣ駆動素子が電力を供給して発熱させることにより感熱記録媒体に印字するサーマルプリンタに用いられるサーマルヘッドが知られている。感熱記録媒体として、厚さ数十μｍ〜数百μｍの柔らかい紙などの他に、プラスチック製のＩＣカードなども使用されている。プラスチック製のＩＣカードのような容易に曲げることができない感熱記録媒体に印字するためには、感熱記録媒体をサーマルヘッドに対して平行な真っすぐな進路（ストレートパス）に沿って搬送する方式が用いられている。

しかし、従来のストレートパスを採用したサーマルヘッドでは、ＩＣ駆動素子の封止部がストレートパス経路に突出しているため、サーマルヘッドに対して十分に平行となるようなストレートパスを確保するには発熱抵抗体と封止部との間隔を十分に確保しなければならない。この結果、サーマルヘッドが大型化してしまう。

このような課題の解決を図ったサーマルヘッドが知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。特許文献１，２では、基板端面部分や基板上に形成した凸部に発熱抵抗体を形成している。特許文献３では、薄い可撓性耐熱フィルムを順次積層し、発熱抵抗体を形成したサーマルヘッドを突出面を有する支持体に接合して形成している。

特開昭５７−９３１７１号公報 特開平５−２７００３０号公報 特開平５−３４５４３４号公報

しかしながら、特許文献１，２においては、基板の形状が複雑であるため製造工程が複雑となる、また、１枚の大きな基板による多数個取りができないため生産性が悪いという問題がある。特許文献３ではこれらの問題を解決するために、可撓性を有するフィルム上に発熱抵抗体や電極、保護膜を形成した後、支持体に接合して形成している。しかし、フィルムと発熱抵抗体との熱膨張率の差が大きい上にフィルムと発熱抵抗体との密着性が悪い。したがって、発熱抵抗体の形成後に支持体に沿ってフィルムを曲げたときに発熱抵抗体に作用する応力によって発熱抵抗体にクラックが発生しやすく、急激な温度変化によっても発熱抵抗体がフィルムから剥離したり破損したりしやすい。さらに、樹脂からなるフィルムは耐熱性・耐薬品性が低く、形状も不安定であるため、製造工程が難しい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、製造工程が容易で信頼性の高いストレートパスに対応可能なサーマルヘッドおよびプリンタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ガラス材料からなる基板と、該基板の一面に形成された発熱抵抗体と、前記基板上に設けられ前記発熱抵抗体に電力を供給する駆動素子と、該駆動素子を覆う封止部と、前記基板の他面を支持する支持面を有する支持体とを備え、前記支持面が、外側に凸の曲面であり、前記基板が、前記支持面の凸の曲率半径まで湾曲した形状と略平坦な形状との間で変形可能な可撓性を有し、前記基板が略平坦な形状とされているときの前記封止部の前記基板の一面からの高さｈおよび前記発熱抵抗体と前記封止部との間隔Ｗと前記支持面の曲率半径Ｒとが以下の式（１）を満足するサーマルヘッドを提供する。
（１） Ｗ≧（２×Ｒ×ｈ―ｈ^２）^１／２

本態様によれば、ガラス材料からなる基板は樹脂からなるフィルムに比べて形状が安定で取り扱いが容易であるとともに、耐熱性・耐薬品性に優れている。また、製造時には基板を略平坦な形状とすればよいので製造工程を容易にすることができる。また、基板と該基板上に形成される発熱抵抗体などの薄膜との密着性が良好であり、基板と薄膜との熱膨張率の差が十分に小さい。したがって、薄膜を略平坦な形状に形成した後に基板とともに湾曲させても薄膜の剥離や破損が発生し難く、発熱抵抗体の加熱と冷却による急激な温度変化が生じても薄膜の剥離や破損は発生し難い。これにより、高い信頼性を実現することができる。

ここで、基板が湾曲して支持面によって支持されている状態において、発熱抵抗体を通る支持面の略接線に干渉しない位置に封止部が配置されている。すなわち、印字するときにサーマルヘッドに対して直線上の進路（ストレートパス）に沿って感熱記録媒体を搬送することができる。また、基板を湾曲させてストレートパスを確保することにより、発熱抵抗体と封止部との間隔が小さくて済み、小型化を図ることができる。

上記態様においては、前記基板が、１０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有することが好ましい。
このようにすることで、基板の可撓性を高めてより小さな曲率半径まで湾曲可能とすることにより、さらなる小型化を図ることができる。基板は、より好ましくは、２０μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有する。

また、上記態様においては、前記支持体が、金属またはセラミックからなることとしてもよい。
このように熱伝導性が良好な金属またはセラミックを支持体の母材とすることで、発熱抵抗体の熱を効率良く逃がすことができる。

また、上記態様においては、前記支持体の少なくとも前記支持面がガラス材料からなり、前記支持面と前記基板の他面とが溶着により接合されていることとしてもよい。また、前記支持体の少なくとも前記支持面が導体または半導体からなり、前記支持面と前記基板の他面とが陽極接合によって接合されていることとしてもよい。また、前記支持体の少なくとも前記支持面が誘電体からなり、前記支持面と前記基板の他面とが、静電気によって接合されていることとしてもよい。

このようにすることで、基板の他面と支持面とがこれらの間に何も介さずに直接接合される。接着剤等の他の材料を介して基板の他面と支持面とを接合したときには、その材料が存在することによって基板の破損等の不具合が発生する恐れがある。このような不具合の発生を防ぐことができる。

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタを提供する。

本発明によれば、製造工程が容易で信頼性の高いストレートパスに対応可能なサーマルヘッドおよびプリンタを提供することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造途中における基板と該基板上に形成された素子を示す図である。 図１の基板の一部の断面図である。 図１の基板が支持体に接合されてなるサーマルヘッドの構成を示す図である。 図３のサーマルヘッドを備えるプリンタの一部の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るサーマルヘッド１およびプリンタについて図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造状態を示す図である。本実施形態に係るサーマルヘッド１は、図１に示されように、ガラス材料からなる基板２と、該基板２の一面に形成された発熱抵抗体３と、基板２の一面に各発熱抵抗体３に接して設けられる電極配線４と、発熱抵抗体３および電極配線４を覆う保護膜５と、電極配線４に電流を供給することにより発熱抵抗体３を駆動する駆動ＩＣ（駆動素子）６と、該駆動素子を覆う封止部７とを備えている。

図２は、基板２を短軸方向（紙面横方向）に切断した断面の一部を示している。基板２は、１０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有している。このように十分に薄い基板２は、平坦な形状と十分に小さな曲率半径まで湾曲した形状との間で変形可能な可撓性を有している。基板２は、図１に示されるように平坦な形状とされているときに平坦な両面を有している。基板２は、好ましくは、２０μｍ以上５０μｍ以下の厚さを有する。

ここで、基板２を構成しているガラス材料のヤング率Ｅおよび破壊応力σと基板２の厚さＴおよび曲率半径ｒとの間には以下の式（２）の関係が成立する。
（２） ｒ＝（Ｅ×Ｔ）／（２σ）
式（２）に基づけば、基板２は、例えば、厚さＴが５０μｍのときは約３７ｍｍの曲率半径ｒまで湾曲可能であり、厚さＴが１００μｍのときは約７３ｍｍの曲率半径ｒまで湾曲可能である。ただし、基板２を構成するガラス材料のヤング率Ｅを７３ＧＰａ、このガラス材料の破壊応力σを十分に小さく見積もって５０ＭＰａとしている。

発熱抵抗体３は、図１において１本の直線状に表されているが、実際には基板２の長手方向に微小間隔をあけて複数配列されている。発熱抵抗体３は、例えば、Ｔａ系やシリサイド系等の材料からなり、矩形状に形成されている。

電極配線４は、各発熱抵抗体３と駆動ＩＣ６とを電気的に接続している。詳細には、電極配線４は、各発熱抵抗体３の配列方向に直交する方向の一端と他端に接続され２つの独立した個別電極配線と、一方の個別電極配線を共通に接続する共通電極配線とから構成される。電極配線４の材料としては、例えば、アルミニウムが用いられる。これらの電極配線４は、駆動ＩＣ６からの電力を発熱抵抗体３に供給し、発熱抵抗体３を発熱させることができるようになっている。このときに、発熱抵抗体３における個別電極配線間の領域が発熱領域となる。

保護膜５は、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンドライクカーボン等の材料からなる。保護膜５は、例えば、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により基板２の一面に形成される。保護膜５によって発熱抵抗体３および電極配線４は磨耗や腐食から保護される。

駆動ＩＣ６は、各発熱抵抗体３の発熱動作を個別に制御するものであり、選択した発熱抵抗体３に電極配線４を介して電圧を印加する。図１においては、２つの駆動ＩＣ６が発熱抵抗体３の配列方向に沿って間隔をあけて配置され、各駆動ＩＣ６に半数の発熱抵抗体３がそれぞれ電極配線４を介して接続されている。

封止部７は、樹脂からなり、駆動ＩＣ６を磨耗や腐食から保護している。
基板２の一面には、さらに、駆動ＩＣ６に電力エネルギを供給したり、プリンタとの間で信号をやりとりしたりするための複数の端子８が形成されている。

このように発熱抵抗体３、電極配線４、保護膜５、駆動ＩＣ６および封止部７が一面に形成された基板２は、図３に示されるように、他面において支持体９が有する支持面９ａに接合される。支持面９ａは、外側に凸の湾曲面である。支持体９は、発熱抵抗体３が発生する熱が効率良く放出されるように、金属またはセラミックからなることが好ましい。なお、図３においては、一部の構成の図示が省略されている。

ここで、図２に示されるように基板２が平坦な形状とされているときの封止部７の基板２の一面からの高さｈおよび封止部７と発熱抵抗体３との間隔Ｗと、支持面９ａの曲率半径Ｒとは、以下の式（１）を満足している。
（１） Ｗ≧（２×Ｒ×ｈ―ｈ^２）^１／２

封止部７の基板２の一面からの高さｈと、封止部７と発熱抵抗体３との間隔Ｗと、支持面９ａの曲率半径Ｒとが式（１）を満たすことにより、基板２を支持面９ａに沿って湾曲させたときに、封止部７全体が、発熱的抗体３を通る接線Ｐを超えないようによりも支持体９側に配置される。すなわち、封止部７が障害となることなく接線Ｐに沿って感熱記録媒体を真っすぐ搬送し、発熱抵抗体３によって感熱記録媒体に印字することができる。

表１は、式（１）および式（２）に基づき、支持面９ａの曲率半径Ｒ（基板２の曲率半径ｒ）と、封止部７と発熱抵抗体３との間隔Ｗとを見積った結果を示している。ただし、封止部７の高さｈを０．２ｍｍとし、ガラス材料のヤング率Ｅを７３ＧＰａ、このガラス材料の破壊応力σを５０ＭＰａとしている。表１に示されるように、厚さＴが１０μｍ〜１００μｍの基板２を用いたときには、サーマルヘッド１を十分に小型にすることができる。

本実施形態に係るサーマルヘッド１において、基板２の他面と支持面９ａとは、接着剤によって接合されてもよいが、支持面９ａを構成する材料に応じて他の手段によって接合されることとしてもよい。
例えば、支持面９ａがガラス材料から構成されている場合は、支持面９ａと基板２の他面とは溶着により接合されることができる。支持面９ａが導体または半導体からなる場合は、支持面９ａと基板２の他面とは陽極接合されることができる。支持面９ａが誘電体からなる場合は、支持面９ａと基板２の他面とは静電気によって接合されることができる。

樹脂を主成分とする接着剤の熱膨張率は、基板２および該基板２上の発熱抵抗体３、電極配線４、保護膜５の構成する材料の熱膨張率と大きく異なる。この熱膨張率の大きな差によって、発熱抵抗体３の加熱と冷却による急激な温度変化が発生したときに、基板２や該基板２上の発熱抵抗体３、電極配線４および保護膜５に剥離や破損が発生しやすい。したがって、上記のように接着剤を使用せずに基板２と支持面９ａとを直接接合した場合には、信頼性をさらに向上することができる。

このように、本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、平坦な形状の基板２の平坦な一面に発熱抵抗体３、電極配線４、保護膜５、駆動ＩＣ６、封止部７を順番に形成して製造される。また、基板２は可撓性を有し、耐熱性・耐薬品性に優れたガラス材料からなる。したがって、従来のサーマルヘッド１の製造方法を利用して容易に製造することができる。さらに、多数個取りが可能であるので、生産性を確保することができる。

図４は、本実施形態に係るプリンタの一部の構成を示している。本実施形態に係るサーマルヘッド１は、図４に示されるように、プリンタが備える水平配置されたプラテンローラ１０の外周面に発熱抵抗体３が対向するように配置される。プリンタは、さらに、プラテンローラ１０とサーマルヘッド１との間に印刷対象物である感熱記録媒体Ａを送り出す送り機構（図示略）と、感熱記録媒体Ａに対してサーマルヘッド１を所定の押圧力で押し付ける加圧機構（図示略）とを備える。なお、図４においては、サーマルヘッド１の一部の構成の図示が省略されている。

送り機構および加圧機構の作動により、感熱記録媒体Ａは、プラテンローラ１０とサーマルヘッド１との間を発熱抵抗体３に対して押し付けられながら搬送される。これにより、感熱記録媒体Ａが発色して印字されるようになっている。
このように構成されたサーマルヘッド１およびプリンタによれば、感熱記録媒体Ａが平坦なままサーマルヘッド１とプラテンローラ１０との間を搬送させられるので、ＩＣカードのような容易に湾曲しない感熱記録媒体Ａの印字に好適に用いることができる。

１ サーマルヘッド
２ 基板
３ 発熱抵抗体
４ 電極配線
５ 保護膜
６ 駆動ＩＣ（駆動素子）
７ 封止部
８ 端子
９ 支持体
９ａ 支持面
１０ プラテンローラ
Ａ 感熱記録媒体

Claims (7)

1. ガラス材料からなる基板と、
   該基板の一面に形成された発熱抵抗体と、
   前記基板上に設けられ前記発熱抵抗体に電力を供給する駆動素子と、
   該駆動素子を覆う封止部と、
   前記基板の他面を支持する支持面を有する支持体とを備え、
   前記支持面が、外側に凸の曲面であり、
   前記基板が、前記支持面の凸の曲率半径まで湾曲した形状と略平坦な形状との間で変形可能な可撓性を有し、
   前記基板が略平坦な形状とされているときの前記封止部の前記基板の一面からの高さｈおよび前記発熱抵抗体と前記封止部との間隔Ｗと前記支持面の曲率半径Ｒとが以下の式（１）を満足するサーマルヘッド。
   （１） Ｗ≧（２×Ｒ×ｈ―ｈ^２）^１／２
2. 前記基板が、１０μｍ以上１００μｍ以下の厚さを有する請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記支持体が、金属またはセラミックからなる請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記支持体の少なくとも前記支持面がガラス材料からなり、
   前記支持面と前記基板の他面とが、溶着により接合されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
5. 前記支持体の少なくとも前記支持面が、導体または半導体からなり、
   前記支持面と前記基板の他面とが、陽極接合によって接合されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
6. 前記支持体の少なくとも前記支持面が、誘電体からなり、
   前記支持面と前記基板の他面とが、静電気によって接合されている請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のサーマルヘッドと、
   該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタ。

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