JP2015074131A - サーマルプリントヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 発熱素子基板と印刷対象との接触性を高め、高精度で信頼性の高いサーマルプリントヘッドを得るようにする。【解決手段】 放熱基板30は、上面における放熱領域34のテール側に接着領域33を設けて両面接着テープ41を貼り付ける一方、放熱領域34のヘッド側に支持部37を設けた。これによりサーマルプリントヘッド1は、熱伝導材42による放熱基板30への高い熱伝達性を確保しながら、発熱素子基板10をテール側の両面接着テープ41及びヘッド側の支持部37により安定的に支持できる。この結果サーマルプリントヘッド1は、発熱部10Gを媒体80に密接させることができるので、当該発熱部10Gにおいて発生した熱を媒体80に確実に伝達することができ、かすれ等を生じること無く品質の高い印刷を行うことができる。【選択図】 図2
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ファクシミリ、パソコンやビデオのプリンタあるいは製版機等の各種感熱式記録装置に用いられている。
一般にサーマルヘッドは、金属たとえばアルミニウムなどから作られた放熱基板上に、発熱素子を備えたセラミックス板を有する発熱素子基板と、この発熱素子に電流を供給するためのガラスエポキシやフレキシブルなポリイミド多層基板などでできた回路基板と、発熱素子基板または回路基板のいずれかの上に形成され、発熱素子と回路基板とを電気的に接続するICドライバとを具備している。
発熱素子基板は、例えば主走査方向を長辺とする長方形の板状に形成されており、その一の長辺に沿うように発熱素子が設けられている。この発熱素子基板は、例えば放熱基板と対向する裏面において、短辺方向のほぼ中央よりも発熱素子が設けられている側に熱伝導率の高い熱伝導グリスを塗布する一方、その反対側に両面接着テープを貼り付けた状態で、放熱基板の載置面に取り付けられる。
これにより発熱素子基板は、発熱素子において発生した熱を熱伝導グリスによって放熱基板に効率よく伝達することができ、さらに両面接着テープによって放熱基板に対し強固に固定させることができる(例えば、特許文献1参照)。
ところでサーマルプリントヘッドは、印刷対象に印刷する際、発熱素子において発生した熱を当該印刷対象に確実に伝達するべく、発熱素子基板の発熱素子近傍を中心に、プラテン等により比較的強い力で印刷対象が押し付けられる。
しかしながら、発熱素子基板における発熱素子の裏側と放熱基板との間に形成されている熱伝導グリスの層は、固体では無くゲル状ないし液状であるため、放熱基板に対し当該発熱素子基板を支持することができない。
このためサーマルプリントヘッドは、発熱素子基板に加えられた力を熱伝導グリスによって受け止めることができず、当該熱伝導グリスの層を押し潰すようにして変形させ、発熱素子基板を印刷対象から引き離す方向へ変位させてしまうことがある。
このような場合、サーマルプリントヘッドは、印刷対象に対する発熱素子基板の接触を弱めてしまい、発熱素子において発生した熱を印刷対象に十分に伝達することができず、印刷品質を悪化させてしまう、という問題があった。
そこで、本発明は、発熱素子基板と印刷対象との接触性を高め、高精度で信頼性の高いサーマルプリントヘッドを得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、支持基板の上面に発熱部を配置した発熱素子基板と、前記発熱素子基板を上面に載置する放熱基板と、前記放熱基板の上面のうち載置された前記発熱素子基板の下面における前記発熱部の裏側部分と対向する放熱領域と、当該発熱素子基板の下面との間に充填され、熱を伝導する熱伝導材と、前記放熱基板の上面のうち少なくとも前記放熱領域を除いた接着領域と、前記発熱素子基板の下面とを接着させる両面接着テープと、前記放熱基板の上面における前記接着領域内又はその近傍に配置され、前記発熱素子基板の下面を支持する支持部とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、発熱素子基板と印刷対象との接触性を高め、高精度で信頼性の高いサーマルプリントヘッドを得ることができる。
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。
[1.第1の実施の形態]
[1−1.サーマルプリントヘッドの構成]
図1及び図2は、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド1を示す。図1及びそのA1−A2断面である図2に示すように、サーマルプリントヘッド1は、放熱基板30の上面に発熱素子基板10および回路基板20が載置され、取り付けられている。
[1−1.サーマルプリントヘッドの構成]
図1及び図2は、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド1を示す。図1及びそのA1−A2断面である図2に示すように、サーマルプリントヘッド1は、放熱基板30の上面に発熱素子基板10および回路基板20が載置され、取り付けられている。
説明の都合上、以下では、回路基板20に対し発熱素子基板10が設けられている方向、すなわち図2における右側をヘッド側と呼び、その反対側である左側をテール側と呼ぶ。
発熱素子基板10は、支持基板11を中心に構成されている。支持基板11は、例えばアルミナセラミックス等の材料でなり、細長い薄板状に形成されている。このため支持基板11の上面及び下面は、いずれもほぼ平坦な平面となっている。
支持基板11の上面には、その全面を覆うようにグレーズ層12が形成されている。グレーズ層12は、例えばSiO2を主体とするガラスでなり、支持基板11の上面に40〜300[μm]程度の薄膜層として形成される。グレーズ層12は、蓄熱性を高めると共に、基板の表面を円滑にして発熱素子ラインを均質に形成することができる。
このグレーズ層12は、支持基板11の上面にガラスが印刷方式で塗布された後、焼成されることにより、その表面におけるヘッド側の長辺の近傍に、この長辺に沿うように細長い領域に渡って、上方に突出した突出部12Sが形成される。
グレーズ層12の上面には、電気抵抗率が比較的高い抵抗膜層13が形成される。抵抗膜層13は、例えばTa−SiO2などのサーメット材料でなり、グレーズ層12の上面にスパッタリングにより形成され、エッチングにより所定のパターンに形成される。因みに抵抗膜層13は、グレーズ層12の長辺方向に関し、互いに分離した複数の領域として構成される。
抵抗膜層13の上面には、導電層14が形成される。導電層14は、例えばアルミニウム(Al)や銅(Cu)のように電気伝導率が高い材料でなり、抵抗膜層13の上面にスパッタリングにより形成され、エッチングにより所定の配線パターンを構成する。因みに導電層14は、主にグレーズ層12の短辺方向、すなわち図2における左右方向に伸びるような配線パターンが多く形成される。また導電層14における突出部12Sの上部には、その一部が除去されたように切り離されることにより、隙間14Gが形成されている。
これにより発熱素子基板10は、導電層14の配線パターンに電流が供給された場合、隙間14Gにおいてのみこの電流を抵抗膜層13に流すため、この箇所を局所的に発熱させる発熱素子として作用させることができる。以下では、発熱素子基板10において隙間14Gが形成されている箇所を発熱部10Gと呼ぶ。
導電層14の上面には、抵抗膜層13及び当該導電層14を保護する保護層15が形成される。保護層15は、例えばSiON等でなり、スパッタリングにより形成される。因みに保護層15は、導電層14の一部を意図的に露出させることにより、その露出箇所を電極として機能させている。
このように発熱素子基板10は、複数の層が積層されるようにして1枚の板状に形成されており、周囲よりも上方に隆起した発熱部10Gが、ヘッド側の長辺に沿って尾根状に形成されている。
回路基板20は、例えばポリイミドのフレキシブル多層配線基板であり、表裏面を含み3層以上の良導電性金属、例えば銅箔の導電体を積層している。回路基板20の層間導体や表面導体は、信号線としてパターン化されている。
また回路基板20の上面には、ドライバIC(Integrated Circuit)51が設けられる。ドライバIC51は、図示しない上位の制御部からの制御に基づき、発熱素子基板10の導電層14により形成された配線パターンを介して発熱部10Gに電流を供給する。
因みにドライバIC51は、ワイヤボンディング52により、回路基板20上に形成された電極や発熱素子基板10の表面に形成された電極と電気的に接続され、樹脂53により封止される。
一方、放熱基板30は、熱伝導性の良い金属でなり、全体として細長い直方体状に形成されている。この放熱基板30としては、熱伝導性に優れ、且つ発熱素子基板10と回路基板20とを保持することのできる強固な材料であれば良く、アルミニウムやアルミニウム合金等が好ましい。
図2と対応する図3に示すように、放熱基板30の上面は、その短辺方向(すなわち図3における左右方向)に関し、ヘッド側であり発熱素子基板10を取り付けるべき発熱素子基板取付領域31と、テール側であり回路基板20を取り付けるべき回路基板取付領域32とに大きく分けられる。
発熱素子基板取付領域31には、さらにテール側で回路基板取付領域32と隣接する接着領域33と、ヘッド側であり回路基板取付領域32から離れた放熱領域34とが設けられている。
接着領域33は、両面接着テープ41(図2)が貼り付けられることにより、放熱基板30の上面に対し発熱素子基板10を固定する。両面接着テープ41は、基材が所定の厚さを有すると共に、厚さ方向の圧縮に対し十分な強度を有しており、圧力が加えられた際にもその厚さを殆ど変化させない。
このため両面接着テープ41は、発熱素子基板10の下面、すなわち支持基板11の下面を放熱基板30の上面における接着領域33の部分から、その厚さだけ浮き上がらせた状態に固定することになる。
これを換言すれば、接着領域33は、発熱素子基板10の下面におけるテール側を、放熱基板30の上面から両面接着テープ41の厚さに相当する距離だけ引き離した状態で支持することができる。
放熱領域34は、両面接着テープ41により発熱素子基板10が接着されると、当該発熱素子基板10の下面におけるヘッド側、すなわち発熱部10Gの裏側となる部分と対向する。この放熱領域34は、ゲル状ないし液状の熱伝導材42(図2)が塗布されることにより、放熱基板30と発熱素子基板10との間を当該熱伝導材42により充填する。これにより放熱領域34は、発熱素子基板10において発生した熱を、熱伝導材42を介して高い効率で放熱基板30に伝達させ、放熱させることができる。
この熱伝導材42は、上述したようにゲル状ないし液状であり、発熱素子基板10の下面と放熱基板30との間に隙間なく埋めることができるものの、その反面、強度や剛性を殆ど有していない。このため熱伝導材42は、発熱素子基板10の位置を固定するように支持することはできない。
因みに放熱領域34の短辺方向に沿った両側には、余分な熱伝導材42を流し込むための溝部35及び36が形成されている。溝部35及び36は、長辺方向に沿った細長い溝となっている。
係る構成に加えて、放熱基板30の上面における放熱領域34のヘッド側、すなわち図3における右側には、支持部37が設けられている。
支持部37は、放熱基板30の上面における周囲の接着領域33及び放熱領域34よりも上方へ突出しており、当該放熱基板30の長辺方向に沿った細長い板状ないし棒状となっている。この支持部37の上面は、平坦に形成されており、接着領域33に貼り付けられた両面接着テープ41の上面とほぼ同等の高さとなっている。
このため支持部37は、発熱素子基板10の下面と当接することにより、当該発熱素子基板10におけるヘッド側を下側から安定的に支持することができる。
[1−2.効果等]
以上の構成において、第1の実施の形態によるサーマルプリントヘッド1は、その製造過程において、まず支持基板11にグレーズ層12、抵抗膜層13、導電層14及び保護層15が順次積層されることにより、発熱素子基板10が製造される。
以上の構成において、第1の実施の形態によるサーマルプリントヘッド1は、その製造過程において、まず支持基板11にグレーズ層12、抵抗膜層13、導電層14及び保護層15が順次積層されることにより、発熱素子基板10が製造される。
続いてサーマルプリントヘッド1は、放熱基板30の上面におけるテール側の接着領域33に両面接着テープ41が貼り付けられると共に、ヘッド側の放熱領域34に適量の熱伝導材42が塗布された状態で、この発熱素子基板10が貼り付けられる。
このとき発熱素子基板10は、上面側から比較的大きな圧力が印加されることにより、両面接着テープ41を介して放熱基板30に対し強く押し付けられる。これにより両面接着テープ41は、その下面を放熱基板30の上面における接着領域33に密着させると共に、その上面を発熱素子基板10の下面におけるテール側部分に密着させる。すなわち発熱素子基板10は、そのテール側部分において、両面接着テープ41を介して放熱基板30に接着される。
ここで発熱素子基板10の下面におけるヘッド側、すなわち発熱部10Gの裏側となる部分は、放熱基板30の上面におけるヘッド側の放熱領域34に塗布された熱伝導材42が付着する。すなわち熱伝導材42は、発熱素子基板10の下面側と放熱基板30の放熱領域34との間に充填された状態となる。因みに熱伝導材42のうち余分な部分は、溝部35及び36に流れ落ちる。
さらに発熱素子基板10は、ヘッド側の端部において、その下面を支持部37の上面と当接させる。すなわち発熱素子基板10は、短辺方向に関し、テール側では両面接着テープ41により支持され、ヘッド側では支持部37により支持される。
このため発熱素子基板10は、上面側から比較的大きな圧力が印加された際に、ゲル状ないし液状であり容易に変形する熱伝導材42を必要以上に押し潰すこと無く、その厚さを両面接着テープ41と同程度に維持することができる。
またサーマルプリントヘッド1は、その上面における回路基板取付領域32に両面接着テープ43が貼り付けられた上で回路基板20がさらに貼り付けられる。この回路基板20は、その上面に取り付けられたドライバIC51と発熱素子基板10との間がワイヤボンディング52により電気的に接続され、さらに樹脂53により封止される。かくしてサーマルプリントヘッド1は完成する。
その後サーマルプリントヘッド1は、図4に示すように、プリンタ70に取り付けられ、媒体80に対し印刷処理を行う。
このときプリンタ70は、プラテン71とサーマルプリントヘッド1における発熱素子基板10の発熱部10Gとの間に媒体を80を挟み込み、当該プラテン71を所定方向へ回転させると共に媒体80に対し下方へ向かう力を加える。このためサーマルプリントヘッド1は、媒体80から発熱素子基板10の発熱部10Gに対し下方へ向かう力が加えられる。
これに対しサーマルプリントヘッド1は、十分な剛性を有する両面接着テープ41及び放熱基板30の一部であり十分な剛性を有する支持部37により、短辺方向に関しテール側及びヘッド側の両側から支持される。このためサーマルプリントヘッド1は、発熱素子基板10におけるヘッド側の部分、すなわち放熱基板30との間にゲル状又は液状でなる熱伝導材42が塗布された部分を変位させること無く、媒体80からの力を受け止めることができる。
以上の構成によれば、サーマルプリントヘッド1は、熱伝導材42による放熱基板30への高い熱伝達性を確保しながら、発熱素子基板10をテール側の両面接着テープ41及びヘッド側の支持部37により安定的に支持することにより、発熱部10Gを媒体80に密接させることができるので、当該発熱部10Gにおいて発生した熱を媒体80に確実に伝達することができ、かすれ等を生じること無く品質の高い印刷を行うことができる。
[2.第2の実施の形態]
図1及び図2とそれぞれ対応する図5及び図6に示すように、第2の実施の形態によるサーマルプリントヘッド101は、第1の実施の形態によるサーマルプリントヘッド1と比較して、放熱基板30に代わる放熱基板130を有する点が相違するものの、他の部分については同様に構成されている。
図1及び図2とそれぞれ対応する図5及び図6に示すように、第2の実施の形態によるサーマルプリントヘッド101は、第1の実施の形態によるサーマルプリントヘッド1と比較して、放熱基板30に代わる放熱基板130を有する点が相違するものの、他の部分については同様に構成されている。
放熱基板130は、放熱基板30と比較して、ヘッド側の端部が僅かに延長されており、この延長された部分、すなわち支持部37と隣接する位置に、上方へ向けて延長された延長部138が設けられている。この延長部138は、図6に示したように、発熱素子基板10が取り付けられた際における当該発熱素子基板10の上面を僅かに超える高さとなっている。
延長部138の上端には、テール側へ向けて挟持部139が立設されている。この挟持部139は、短辺方向から見た形状が横長の長方形状となっており、放熱基板130の上面側に発熱素子基板10が取り付けられた際に、その下面を当該発熱素子基板10の上面と当接させ、支持部37と共に当該発熱素子基板10を上下から挟み込む。
このように放熱基板130は、支持部37と挟持部139との間に発熱素子基板10におけるヘッド側の端部を上下から挟み込むようになっている。
以上の構成において、サーマルプリントヘッド101は、その製造過程において、第1の実施の形態と同様、発熱素子基板10が製造された上で、放熱基板130の上面に両面接着テープ41が貼り付けられると共に熱伝導材42が塗布され、当該発熱素子基板10が貼り付けられる。
このとき発熱素子基板10は、下面のテール側部分を両面接着テープ41から僅かに浮かせた状態で、ヘッド側の端部を支持部37及び挟持部139の間に押し込んで挟持させてから、下面のテール側部分を両面接着テープ41に押し付けて接着させる。
これによりサーマルプリントヘッド101は、発熱素子基板10のヘッド側の端部における上下方向(すなわち放熱基板130に対し近接又は離隔する方向)の位置を、支持部37及び挟持部139により規制することができる。すなわちサーマルプリントヘッド101は、放熱基板130の上面に対し、発熱素子基板10のヘッド側の端部を近接させることも離隔させることも抑制する。
このためサーマルプリントヘッド101は、発熱素子基板10の下面におけるヘッド側の端部を、支持部37の上面から浮き上がらせること無く、当接した状態に維持できる。
例えば第1の実施の形態によるサーマルプリントヘッド1では、熱伝導材42の塗布量が過多である場合や、或いは発熱素子基板10及び両面接着テープ41の接着が不十分な場合に、発熱素子基板10の下面が支持部37の上面から浮き上がって取り付けられる可能性もある。
このような場合、サーマルプリントヘッド1は、プリンタ70(図4)に取り付けられて媒体80に印刷する際に、プラテン71から力が加えられると、発熱素子基板10を放熱基板30の上面に近接させるよう、すなわち下方へ逃がすように変位させてその力を受け流してしまい、発熱部10Gを媒体80に密接させ得ない恐れがある。
これに対し第2の実施の形態によるサーマルプリントヘッド101は、発熱素子基板10に対し力が加えられたとしても、そのヘッド側の端部を放熱基板130に対し変位させることが無い。このためサーマルプリントヘッド101は、プリンタ70(図4)に取り付けられて媒体80に印刷する際にも、プラテン71から加えられた力を発熱素子基板10により受け止めて、発熱部10Gを媒体80に密接させることができる。
その他の点についても第1の実施委の形態によるサーマルプリントヘッド101は、第1の実施の形態によるサーマルプリントヘッド1と同様の作用効果を奏し得る。
以上の構成によれば、サーマルプリントヘッド101は、放熱基板130の支持部37及び挟持部139により、発熱素子基板10のヘッド側の端部を放熱基板130に対し浮き上がらせ、又は沈み込ませることを防止できるので、発熱部10Gを媒体80に当接させて当該発熱部10Gにおいて発生した熱を当該媒体80に確実に伝達することができ、かすれ等を生じること無く一段と品質の高い印刷を行うことができる。
[3.他の実施の形態]
なお上述した第1の実施の形態においては、放熱基板30の上面における放熱側の端部における全範囲に、長辺方向に関し一様に支持部37を設けるようにした場合について説明した。
なお上述した第1の実施の形態においては、放熱基板30の上面における放熱側の端部における全範囲に、長辺方向に関し一様に支持部37を設けるようにした場合について説明した。
しかしながら本発明はこれに限らず、例えば図7(A)に示すように、放熱基板230における放熱側の端部に、長辺方向に関し部分的に支持部237を立設するようにしても良い。また、図7(B)に示すように、扁平な円柱状或いは各種柱状に形成された支持部337を離散的に設けるようにしても良い。また支持部337の配置については、長辺方向に沿った一直線状に限らず、千鳥状やランダム状であっても良い。第2の実施の形態についても同様である。
また上述した第1の実施の形態においては、放熱基板30の上面における放熱領域34(図3)よりも放熱側に支持部37を立設した場合について述べた。
しかしながら本発明はこれに限らず、例えば放熱領域34内に図7(B)に示したような円柱状若しくは各種柱状の支持部を設けても良い。第2の実施の形態についても同様である。
さらに上述した第2の実施の形態においては、放熱基板130の放熱側の端部における全範囲に、長辺方向に関し一様に挟持部139を設けるようにした場合について説明した。
しかしながら本発明はこれに限らず、例えば図8(A)に示す放熱基板430のように、長辺方向に関し部分的に挟持部439を設けるようにしても良い。また、図8(B)に示すように、長辺方向に関する両端部分にのみ挟持部539を設けるようにしても良い。特にこの場合、挟持部539同士の間隔を媒体80における主走査方向の長さよりも広くすることにより、サーマルプリントヘッド101がプリンタ70(図4)に取り付けられた場合に挟持部539と当該媒体80とが干渉する可能性を大幅に低減することができる。
さらに上述した第2の実施の形態においては、挟持部139の断面形状を長方形状とする場合について説明した。
しかしながら本発明はこれに限らず、例えば図9に示すように、発熱素子基板10に代わる発熱素子基板610においてヘッド側の端部における上側を斜めに切り落とすと共に、放熱基板630において挟持部639の下面をこれと対応する傾斜面としても良い。この場合、発熱素子基板610の厚さに製造上の理由等による誤差が生じた場合であっても、サーマルプリントヘッド601の製造時に、発熱素子基板610におけるヘッド側の端部を放熱基板630上で支持部37及び挟持部639に挟まれる位置まで押し込むことにより、無理なく、且つがたつきの無い状態に組み立てることができる。さらにこの場合、発熱素子基板610の上面に対する挟持部639の上方への突出量を抑えることもできる。
さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態や、一部を抽出した実施の形態にもその適用範囲が及ぶものである。
1,101……サーマルプリントヘッド、10……発熱素子基板、10G……発熱部、11……支持基板、20……回路基板、30,130……放熱基板、33……接着領域、34……放熱領域、37……支持部、41……両面接着テープ、42……熱伝導材、138……延長部、139……挟持部。
Claims (4)
- 支持基板の上面に発熱部を配置した発熱素子基板と、
前記発熱素子基板を上面に載置する放熱基板と、
前記放熱基板の上面のうち載置された前記発熱素子基板の下面における前記発熱部の裏側部分と対向する放熱領域と、当該発熱素子基板の下面との間に充填され、熱を伝導する熱伝導材と、
前記放熱基板の上面のうち少なくとも前記放熱領域を除いた接着領域と、前記発熱素子基板の下面とを接着させる両面接着テープと、
前記放熱基板の上面における前記接着領域内又はその近傍に配置され、前記発熱素子基板の下面を支持する支持部と
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。 - 前記発熱素子基板は、上面における一辺の近傍に前記発熱部が配置され、
前記接着領域は、前記発熱素子基板の下面のうち、前記一辺から離れた箇所であり、
前記支持体は、前記一辺の少なくとも一部又は前記放熱領域内において、前記発熱素子基板の下面を支持する
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。 - 前記発熱素子基板の上面における前記一辺の少なくとも一部において、前記支持部との間に当該発熱素子基板を挟持する挟持部
をさらに具え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。 - 前記支持部は、前記放熱基板の上面における前記放熱領域から前記発熱素子基板の下面までの間隔を、前記接着領域において前記接着部材により接着された箇所における当該放熱基板の上面から当該発熱素子基板の下面までの間隔と同等に揃える
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。
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