JP2016068269A

JP2016068269A - サーマルヘッド

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Publication number: JP2016068269A
Application number: JP2014196821A
Authority: JP
Inventors: 山本　剛; Takeshi Yamamoto; 剛山本
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: JP6422281B2

Abstract

【課題】主走査方向に長尺化しつつ、印画品質を保つことができるサーマルヘッドを提供する。【解決手段】サーマルヘッド１０は、副走査方向と直交する主走査方向に間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体２３ａと、主走査方向に間隔をおいて配列され発熱抵抗体の上面に形成された個別電極２８ａと、発熱抵抗体の上面において個別電極２８ａよりも回路基板から離隔する位置に個別電極と間隙を設け主走査方向に沿って形成された共通電極２８ｂとからなり、主走査方向に沿って並んだ第１電極ブロック６２ａおよび第２電極ブロック６２ｂと、回路基板に形成され第１電極ブロック６２ａの共通電極に電源を供給する第１電源供給部４０ａと、回路基板に形成され第１電源供給部とは電気的に独立し、第２電極ブロック６２ｂの共通電極に電源を供給する第２電源供給部４０ｂとを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、サーマルプリンタなどに用いられるサーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、感熱記録紙などの被印刷体が搬送される方向に直交する方向（主走査方向）に配列された複数の発熱抵抗体の発熱部を発熱させ、その熱により被印刷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。

一般的なサーマルヘッドは、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、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、発熱抵抗体を駆動する駆動回路の一部となるドライバＩＣ（Integrated Circuit）は、たとえば回路基板に搭載されている（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１２−６６４７６号公報

このようなサーマルヘッドにおいては、従来と比べて主走査方向の長さを長くすることにより、印刷幅をより広くすることが求められる。

そこで、本発明は、サーマルヘッドを主走査方向に長尺化しつつ、印画品質を保つことを目的とする。

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、放熱板と、前記放熱板の上面に載置された回路基板と、前記回路基板に対し、被印刷体が搬送される方向である副走査方向に隣接して前記放熱板の上面に載置された絶縁基板と、前記絶縁基板の上面に形成された保温層と、前記保温層の上面に形成され、前記副走査方向と直交する主走査方向に間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体と、主走査方向に間隔をおいて配列され前記発熱抵抗体の上面に形成された個別電極と、前記発熱抵抗体の上面において前記個別電極よりも前記回路基板から離隔する位置に前記個別電極と間隙を設け主走査方向に沿って形成された共通電極とからなり、主走査方向に沿って並んだ第１電極ブロックおよび第２電極ブロックと、前記回路基板に形成され前記第１電極ブロックの前記共通電極に電源を供給する第１電源供給部と、前記回路基板に形成され前記第１電源供給部とは電気的に独立し、前記第２電極ブロックの前記共通電極に電源を供給する第２電源供給部と、前記発熱抵抗体、前記個別電極および前記共通電極の上面に形成された保護層と、前記回路基板に搭載され前記第１電極ブロックにおける前記発熱抵抗体と、前記第２電極ブロックにおける前記発熱抵抗体とを駆動する駆動ＩＣと、前記個別電極と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルヘッドを主走査方向に長尺化しつつ、印画品質を保つことができる。

本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態における斜視図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は発熱体板の側面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態における上面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態における断面図である。本発明に係る発熱体板の模式的な回路図である。本発明に係るサーマルヘッドの他の実施の形態を示す上面図である。従来の発熱体板の模式的な回路図である。

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。この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。

なお、図１乃至図５では、矢印ｄｓの方向が、被印刷体を搬送する方向（副走査方向）を表し、矢印ｄｍの方向が、被印刷体を搬送する方向に直交する方向（主走査方向）を表している。

図１乃至図５に示すように、本実施の形態のサーマルヘッド１０は、たとえば発熱体板２０、回路基板４０（４０ａおよび４０ｂ）および放熱板３０を有している。発熱体板２０および回路基板４０は、放熱板３０の同じ側の表面に載置されている。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板である。

回路基板４０ａおよび４０ｂは、それぞれ長方形の板状に形成され主走査方向ｄｍに沿って並んでいる。この回路基板４０ａと回路基板４０ｂとは、互いに物理的および電気的に独立しており、コネクタ４６ａとコネクタ４６ｂとを介し外部から電源が供給される。

発熱体板２０は、回路基板４０における副走査方向ｄｓの一端側に沿ってたとえば両面テープなどの接着剤により放熱板３０に固着されている。発熱体板２０には、帯状に延びる発熱領域２４が形成されている。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は、回路基板４０ａおよび４０ｂに入力され、さらに回路基板４０と電気的に接続された発熱体板２０に入力される。

このサーマルヘッド１０を用いたサーマルプリンタは、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５０を有している。このプラテンローラ５０は、主走査方向ｄｍに平行な直線上に軸５２を持つ。また、プラテンローラ５０の周側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５２を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ５０の回転によって、プラテンローラ５０と発熱領域２４との間に挿入された感熱記録媒体６０は副走査方向ｄｓに移動する。感熱記録媒体６０は、発色温度以上に加熱されると発色する、たとえば感熱記録紙である。

サーマルプリンタは、駆動モータにより構成された図示しないヘッド押圧部によりサーマルヘッド１０をプラテンローラ５０に押し付ける方向へ押圧することにより、発熱領域２４を感熱記録媒体６０に押し付けてニップ圧を加える。

それとともにサーマルプリンタは、その感熱記録媒体６０を副走査方向ｄｓに移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを感熱記録媒体６０の移動とともに変化させることにより、所望の画像を感熱記録媒体６０上に形成する。

このサーマルプリンタは、例えば新聞紙やポスター等の幅広い印刷物を印字する孔版印刷の原版を作成するために用いられる。

発熱体板２０は、支持基板２２と、発熱抵抗体層２３と、電極層２８と、保護層２９とを有している。

支持基板２２は、長方形の板状に形成され、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックでなる絶縁板２２ａと、この絶縁板２２ａの上面に酸化珪素（ＳｉＯ_２）でなり層状に形成されたグレーズ層と称される保温層２２ｂとを有している。この保温層２２ｂには、主走査方向に延びる突条２１が形成されている。

発熱抵抗体層２３は、保温層２２ｂの上面の一部に層状に、たとえばＴａＳｉＯ_２などのサーメットで形成される。発熱抵抗体層２３は、発熱抵抗体２３ａが主走査方向ｄｍに間隔をおき、１枚の発熱体板２０における主走査方向ｄｍの一端から他端まで連続して一列に配列され、それぞれ副走査方向ｄｓに延設している。

電極層２８は、発熱抵抗体層２３の上面の一部に層状に形成される。電極層２８は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）で形成された共通電極２８ｂおよび個別電極２８ａにより構成される。

共通電極２８ｂは、回路基板４０から離隔する発熱体板２０の端部において主走査方向の中央部で分割され、主走査方向に延びるよう形成されている。個別電極２８ａは、主走査方向ｄｍに間隔をおき、１枚の発熱体板２０における主走査方向ｄｍの一端から他端まで連続して一列に配列され、突条２１の頂部近傍の間隙を副走査方向ｄｓから共通電極２８ｂと挟むよう対向して配置される。

共通電極２８ｂを流れてきた電流は、個別電極２８ａと共通電極２８ｂとの間に位置する間隙部分では発熱抵抗体２３ａを通ることとなるため、間隙部分の発熱抵抗体２３ａが発熱部２３ｂとして機能する。この発熱部２３ｂは、主走査方向ｄｍに間隔をおいて配列されて、副走査方向ｄｓに延びる発熱領域２４を形成する。

電極層２８は、共通電極２８ｂと、当該共通電極２８ｂに接続される複数の個別電極２８ａとにより構成された第１電極ブロック６２ａおよび第２電極ブロック６２ｂとを有している。第１電極ブロック６２ａにおける共通電極２８ｂと、第２電極ブロック６２ｂにおける共通電極２８ｂとは、互いに電気的に独立している。

第１電極ブロック６２ａおよび第２電極ブロック６２ｂは、それぞれ主走査方向に長さＬ１およびＬ２が約１４インチの長さで形成されているため、発熱部２３ｂは、主走査方向に約２８インチの長さを有している。このためサーマルヘッド１０は、主走査方向に約２８インチ分の印刷を行うことが可能であり、従来のサーマルヘッドと比べて広い印刷幅を有している。ちなみに第１電極ブロック６２ａおよび第２電極ブロック６２ｂは、それぞれ１６１００ドットの印画を行うことができる。

第１電極ブロック６２ａにおいてコネクタ４６ａと離隔する箇所（すなわち第２電極ブロック６２ｂと近接する箇所）と、第２電極ブロック６２ｂにおいてコネクタ４６ｂと離隔する箇所（すなわち第１電極ブロック６２ａと近接する箇所）とには、それぞれ接続部６４ａおよび６４ｂにおいて、たとえば錫めっき銅線でなる導体が半硬質ビニールでなる絶縁体により被覆されたジャンパ線６６ａおよび６６ｂが共通電極２８ｂに接続される。

共通電極２８ｂには、導体箔７０が絶縁体７２により挟み込まれたフレキシブル基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）７４における導体箔７０の一端が、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）６８により接続され、当該導体箔７０の他端には、ジャンパ線６６（６６ａおよび６６ｂ）の一端が接続される。

このジャンパ線６６ａおよび６６ｂは、発熱体板２０における、回路基板４０と離隔する端部と、放熱板３０の下側とを回りこみ、他端がそれぞれコネクタ４６ａおよび４６ｂに接続される。

これにより、第１電極ブロック６２ａの共通電極２８ｂと、第２電極ブロック６２ｂの共通電極２８ｂとは、ジャンパ線６６ａおよび６６ｂを介して、回路基板４０からそれぞれ接続部６４ａおよび６４ｂに駆動電力が供給される。

また回路基板４０ａおよび４０ｂは、ジャンパ線６６ａおよび６６ｂを介して供給する駆動電力を、それぞれ接続部６４ａと接続部６４ｂとに対し個別に可変できるよう調整可能に構成されている。

個別電極２８ａのボンディングパッド２６には、ボンディングワイヤ４４の一端が接続され、その他端は回路基板４０上の駆動ＩＣ４２と接続され、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が供給される。駆動ＩＣ４２にはボンディングワイヤ４５の一端が接続され、その他端は回路基板４０上の回路パターンと接続される。

共通電極２８ｂは、第１電極ブロック６２ａにおいてコネクタ４６ａと近接する一端に設けられたボンディングパッド（図示しない）にボンディングワイヤ４４の一端が接続され、その他端は回路基板４０のコネクタ４６ａと接続される。

また共通電極２８ｂは、第２電極ブロック６２ｂにおいてコネクタ４６ｂと近接する他端に設けられたボンディングパッド（図示しない）にボンディングワイヤ４４の一端が接続され、その他端は回路基板４０のコネクタ４６ｂと接続される。

このように共通電極２８ｂは、第１電極ブロック６２ａにおいて主走査方向の両端にコネクタ４６ａから駆動電力が供給され、第２電極ブロック６２ｂにおいて主走査方向の両端にコネクタ４６ｂから駆動電力が供給される。

個別電極２８ａおよび共通電極２８ｂの一部と発熱抵抗体層２３とは、保護層２９で覆われている。この保護層２９は、個別電極２８ａおよび共通電極２８ｂの一部の表面には設けられておらず、この部分にボンディングワイヤ４４が接続される。駆動ＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、樹脂４８で封止されている。

ところで、発熱体板２０における回路基板４０から離隔する端部において主走査方向に延びるよう形成された共通電極２８ｂを用いるサーマルヘッドの場合、図８に示すように、発熱抵抗体２３ａ（図示しない）および個別電極２８ａ等が存在するために共通電極２８ｂの主走査方向の両端部における接続箇所Ｐａ１およびＰｂ１にしかワイヤボンディングを介して駆動電力を供給できなかった。

このため従来のサーマルヘッドを単に主走査方向に長尺化した場合、接続箇所Ｐａ１およびＰｂ１に印加された電圧が、共通電極２８ｂの主走査方向の中央部に向かうに連れて共通電極２８ｂの抵抗Ｒにより降下してしまい、発熱抵抗体２３ａに流れる電流が少なくなってしまう。よって従来のサーマルヘッドにおいては、主走査方向の中央部の方が両端部よりも印画濃度が薄くなってしまい、印画濃度が均一にならない可能性があった。

このように従来のサーマルヘッドにおいては、主走査方向に沿って電圧降下が生じ、印画濃度が均一にならないため、発熱部２３ｂの主走査方向の一端から他端までに亘って印画濃度を均一化させることが困難であった。

これに対しサーマルヘッド１０は、主走査方向に沿って形成された第１電極ブロック６２ａおよび第２電極ブロック６２ｂにおいて、従来共通電極２８ｂの主走査方向の両端部に接続していたボンディングワイヤ４４に加えて設けた接続部６４ａおよび６４ｂ（図７における接続箇所Ｐａ２およびＰｂ２）にジャンパ線６６ａおよび６６ｂを接続し駆動電力を供給するようにした。

このためサーマルヘッド１０は、電源を補強して主走査方向に沿った電圧降下を防ぐことにより、共通電極２８ｂの主走査方向に亘って電位を安定化でき、全ての発熱抵抗体２３ａに流れる電流を均一にすることができる。

これによりサーマルヘッド１０は、発熱部２３ｂの主走査方向の一端から他端までに亘って印画濃度を均一化させ、印画品質を向上できる。

ここで、第１電極ブロック６２ａと第２電極ブロック６２ｂとに抵抗値のばらつきがあった場合、第１電極ブロック６２ａにおいて印画される濃度と、第２電極ブロック６２ｂにおいて印画される濃度とがばらついてしまう可能性がある。

これに対し回路基板４０は、ジャンパ線６６ａおよび６６ｂを介して供給する駆動電力を、それぞれ接続部６４ａと接続部６４ｂとに対し個別に可変できるよう調整可能に構成するようにした。

このためサーマルヘッド１０は、第１電極ブロック６２ａと第２電極ブロック６２ｂとに抵抗値のばらつきがあった場合であっても、接続部６４ａと接続部６４ｂとに印加する電位を調整することにより、抵抗値のばらつきが印画濃度に与える影響を抑えることができる。

このように本実施の形態のサーマルヘッド１０においては、第１電源供給部としての回路基板４０ａから第１電極ブロック６２ａの共通電極２８ｂへ電源を供給し、回路基板４０ａとは電気的に独立した第２電源供給部としての回路基板４０ｂから、第１電極ブロック６２ａの共通電極２８ｂとは電気的に独立した第２電極ブロック６２ｂの共通電極２８ｂへ電源を供給するようにした。

ところで、従来よりも発熱体板を長尺化させる場合、主走査方向の長さが短い（たとえば１４インチ）の発熱体板を主走査方向に並べて接続することも考えられる。しかしながらその場合、発熱体板同士の繋ぎ目に段差が発生しやすく、かつそれぞれの発熱体板に個別に反りが発生してしまうため、印画品質の低下、印画キズ、感熱記録媒体６０の破れや搬送異常等が発生しやすくなってしまう。またそのような段差を発生させないためには、発熱体板の繋ぎ目に高い位置精度が求められてしまう。

これに対し本実施の形態においては、１枚の発熱体板２０のみで、従来の発熱体板よりも長尺化させるようにした。このためサーマルヘッド１０は、発熱体板同士を繋げる必要がなく、段差をなくすことができるとともに、発熱体板の反りを、１枚のみの平坦な反りにおさえることができる。これによりサーマルヘッド１０は、印画品質を向上させ、印画キズ、感熱記録媒体６０の破れや搬送異常等の発生を防止できる。

なお、上述したサーマルヘッド１０においては、コネクタ４６ａおよび４６ｂと共通電極２８ｂとをジャンパ線６６ａおよび６６ｂにより接続したが、これに限らず、他の導電性を有するケーブルやＦＰＣなどにより接続しても良い。

また、上述したサーマルヘッド１０においては、２箇所の接続部６４ａおよび６４ｂに、回路基板４０から駆動電力を供給したが、これに限らず、１箇所または３箇所以上の所定個数だけ接続部を設け、当該接続部に駆動電力を供給しても良い。

また、上述したサーマルヘッド１０においては、１枚の発熱体板２０における第１電極ブロック６２ａおよび第２電極ブロック６２ｂに対し２枚の回路基板４０ａおよび４０ｂから駆動電力を供給したが、これに限らず、図７に示すように、１枚の発熱体板１２０に３つの電極ブロックを設け、３枚の回路基板１４０ａ、１４０ｂおよび１４０ｃから駆動電力を供給しても良い。この場合、回路基板１４０ｃに取り付けられたコネクタ４６ｃと中央の電極ブロックとをジャンパ線６６ｃおよび６６ｄで接続することにより、駆動電力を供給すれば良い。

また、上述したサーマルヘッド１０においては、物理的に独立した２枚の板である回路基板４０ａと回路基板４０ｂとを設けたが、これに限らず、１枚の板としての回路基板を設け、この回路基板に、互いに回路構成が電気的に独立し第１電極ブロック６２ａおよび第２電極ブロック６２ｂを駆動する駆動回路を設けても良い。

その場合、放熱板３０と、回路基板４０ａおよび４０ｂと、発熱体板２０との熱膨張係数の違いを考慮し、例えば回路基板の熱膨張係数が大きい場合、２枚の回路基板に分割することにより熱による回路基板の変形を抑えても良い。

また、上述したサーマルヘッド１０においては、発熱部２３ｂの主走査方向の長さを約２８インチとしたが、これに限らず、２８インチ以下または２８インチ以上の種々の長さに設定して良い。特に２８インチ以上の長さに設定する場合、３箇所以上の接続部に駆動電力を供給すると、電位を安定化させることができる。

また、上述したサーマルヘッド１０においては、第１電極ブロック６２ａにおいてコネクタ４６ａと離隔する箇所と、第２電極ブロック６２ｂにおいてコネクタ４６ｂと離隔する箇所とに、それぞれ接続部６４ａおよび６４ｂを設けたが、これに限らず、共通電極２８ｂにおける種々の箇所に接続部６４ａおよび６４ｂを設けて良い。

一般的にプラテンローラ５０は、主走査方向ｄｍに沿った中央部が両端部と比べて発熱領域２４に対し強く接触する傾向があり、印画濃度も濃くなる傾向にあるため、これに対応し、主走査方向ｄｍにそって印画濃度が一定になるように、接続部６４ａおよび６４ｂの位置を設定しても良い。

また、上述したサーマルヘッド１０においては、共通電極２８ｂから個別電極２８ａに向かって電流を流したが、これに限らず、個別電極２８ａから共通電極２８ｂに向かって電流を流しても良い。

１０，１２０……サーマルヘッド、２０，１１０……発熱体板、２１……突条、２２……支持基板、２２ａ……絶縁板、２２ｂ……保温層、２３……発熱抵抗体層、２３ａ……発熱抵抗体、２３ｂ……発熱部、２４……発熱領域、２８……電極層、２８ａ……個別電極、２８ｂ……共通電極、２６……ボンディングパッド、２９……保護層、３０，１３０…放熱板、４０ａ，４０ｂ，１４０ａ，１４０ｂ…回路基板、４２…ドライバＩＣ、４４，４５…ボンディングワイヤ、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ…コネクタ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０……感熱記録媒体、６２ａ…第１電極ブロック、６２ｂ…第２電極ブロック、６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ…接続部、６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ…ジャンパ線、６８……異方性導電フィルム、７０……導体箔、７２……絶縁体、７４…フレキシブル基板、ｄｍ……主走査方向、ｄｓ……副走査方向

Claims

放熱板と、
前記放熱板の上面に載置された回路基板と、
前記回路基板に対し、被印刷体が搬送される方向である副走査方向に隣接して前記放熱板の上面に載置された絶縁基板と、
前記絶縁基板の上面に形成された保温層と、
前記保温層の上面に形成され、前記副走査方向と直交する主走査方向に間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体と、主走査方向に間隔をおいて配列され前記発熱抵抗体の上面に形成された個別電極と、前記発熱抵抗体の上面において前記個別電極よりも前記回路基板から離隔する位置に前記個別電極と間隙を設け主走査方向に沿って形成された共通電極とからなり、主走査方向に沿って並んだ第１電極ブロックおよび第２電極ブロックと、
前記回路基板に形成され前記第１電極ブロックの前記共通電極に電源を供給する第１電源供給部と、
前記回路基板に形成され前記第１電源供給部とは電気的に独立し、前記第２電極ブロックの前記共通電極に電源を供給する第２電源供給部と、
前記発熱抵抗体、前記個別電極および前記共通電極の上面に形成された保護層と、
前記回路基板に搭載され前記第１電極ブロックにおける前記発熱抵抗体と、前記第２電極ブロックにおける前記発熱抵抗体とを駆動する駆動ＩＣと、
前記個別電極と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、
を具備することを特徴とするサーマルヘッド。
前記第１電源供給部と前記第１電極ブロックの前記共通電極とを接続するジャンパ線と、前記第２電源供給部と前記第２電極ブロックの前記共通電極とを接続するジャンパ線とをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記第１電源供給部と前記第２電源供給部とは、それぞれ電源を可変に供給することを特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。
３個以上の前記電極ブロックが主走査方向に沿って並び、前記回路基板に形成され互いに電気的に独立しそれぞれの当該電極ブロックに電源を供給する複数の電源供給部と、それぞれの当該電極ブロックにおける発熱抵抗体を駆動する複数の駆動ＩＣとを具備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。