JP2017177476A - サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】配線板の放熱性を確保しつつ配線板における変形や損傷の発生を低減させることができるサーマルヘッドおよびサーマルプリンタを提供する。【解決手段】サーマルヘッド１は、放熱板５０と、ヘッド基体１０と、配線板２０とを備える。ヘッド基体１０は、放熱板５０上に設けられた基板１１を有する。配線板２０は、ヘッド基体１０と隣り合うように放熱板５０上に設けられる。配線板２０は、ヘッド基体１０に近い一端部２０ａ１およびヘッド基体１０から遠い他端部２０ａ２のうち、一方が放熱板５０と接触し、他方が放熱板５０から離間するように放熱板５０に対して傾斜して配置される。【選択図】図３

Description

開示の実施形態は、サーマルヘッドおよびサーマルプリンタに関する。

従来、ファクシミリあるいはビデオプリンタ等の印画デバイスとして、種々のサーマルヘッドが提案されている。例えば、外部に接続するためのコネクタを備える配線板を放熱板の上に設けたサーマルヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開平２−２７３４４号公報

しかしながら、従来のサーマルヘッドは、例えばコネクタを介した外力が配線板に対して繰り返し加わると、配線板に変形や損傷が生じてしまう懸念があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、配線板の放熱性を確保しつつ配線板における変形や損傷の発生を低減させることができるサーマルヘッドおよびサーマルプリンタを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るサーマルヘッドは、放熱板と、ヘッド基体と、配線板とを備える。ヘッド基体は、前記放熱板上に設けられた基板を有する。配線板は、前記ヘッド基体と隣り合うように前記放熱板上に設けられる。前記配線板は、前記ヘッド基体に近い一端部および前記ヘッド基体から遠い他端部のうち、一方が前記放熱板と接触し、他方が前記放熱板から離間するように前記放熱板に対して傾斜して配置される。

実施形態の一態様のサーマルヘッドによれば、配線板の一端部および他端部のうち、一方が放熱板と接触し、他方が放熱板から離間するように放熱板に対して傾斜して配置されることにより、配線板の放熱性を確保しつつ配線板における変形や損傷の発生を低減させることができる。

図１は、第１の実施形態に係るサーマルヘッドの斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係るヘッド基体の平面図である。 図３は、第１の実施形態に係るサーマルヘッドの正面図である。 図４は、第１の実施形態に係るサーマルプリンタの模式図である。 図５は、第２の実施形態に係るサーマルヘッドの正面図である。 図６は、第３の実施形態に係るサーマルヘッドの正面図である。 図７は、第４の実施形態に係るサーマルヘッドの正面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するサーマルヘッドおよびサーマルプリンタの実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１の構成を示す斜視図である。

第１の実施形態に係るサーマルヘッド１は、図１に示すように、ヘッド基体１０と、配線板２０と、放熱板５０と、被覆部材２４とを備えている。また、ヘッド基体１０は、基板１１と、発熱部１２と、蓄熱層１３と、複数の個別電極１４と、共通電極１５とを備えている。

ヘッド基体１０は、発熱部１２の配列方向に幅の広い略直方体形状であり、基板１１のおもて面にサーマルヘッド１を構成する各部材が設けられている。ヘッド基体１０は、外部より供給された電気信号に従い、記録媒体（不図示）に印字を行う機能を有する。

基板１１は、略直方体形状であり、アルミナセラミックスなどの電気絶縁性材料、あるいは単結晶シリコンなどの半導体材料によって構成されている。

蓄熱層１３は、基板１１のおもて面上に、基板１１の長手方向に沿って配置されている。蓄熱層１３は、熱伝導性の低いガラスなどの材料で構成されており、発熱部１２で発生する熱の一部を一時的に蓄積する機能を有する。そのため、発熱部１２の温度を上昇させるのに要する時間を短くすることができ、サーマルヘッド１の熱応答特性を高めるように機能する。蓄熱層１３は、例えば、ガラス粉末に適当な有機溶剤を混合して得た所定のガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷などによって基板１１のおもて面に塗布し、これを焼成することで形成される。

発熱部１２は、蓄熱層１３上に配置されている。また、発熱部１２を構成する複数の素子は、基板１１の長手方向に沿って配列されている。発熱部１２は、外部より供給された電気信号にしたがって発熱し、記録媒体（不図示）に印画する機能を有する。発熱部１２を構成する複数の素子は、例えば、１００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ（ｄｏｔｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）などの密度で配置される。

発熱部１２は、例えば、ＴａＮ系、ＴａＳｉＯ系、ＴａＳｉＮＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＳｉＣＯ系またはＮｂＳｉＯ系などの電気抵抗の比較的高い電気抵抗層を有する。そして、個別電極１４と共通電極１５との間に配置された電気抵抗層に電圧が印加された場合に、ジュール加熱によってこの電気抵抗層が発熱する。

複数の個別電極１４は、基板１１のおもて面側に、発熱部１２の一方に並んで配置されている。複数の個別電極１４は、発熱部１２の各素子にそれぞれ個別に接続されている。共通電極１５は、基板１１のおもて面側に、発熱部１２の残りの三方を囲んで配置されている。共通電極１５は、発熱部１２の全ての素子に共通して接続されている。個別電極１４および共通電極１５は、例えば、ＣｕやＡｌなどの金属で構成されている。個別電極１４および共通電極１５の詳細については後述する。

配線板２０は、発熱部１２の配列方向に幅の広い板形状である。配線板２０は、ヘッド基体１０の個別電極１４が配置される側に、ヘッド基体１０と隣り合って配置されている。配線板２０は、駆動ＩＣ（不図示）と電気的に接続されており、コネクタ（不図示）を介して外部と電気的に接続されている。配線板２０は、例えば、剛性の高いリジッドプリント配線板である。駆動ＩＣおよびコネクタの詳細については後述する。

放熱板５０は、基板１１の裏面側および配線板２０の裏面側に配置されている。放熱板５０は、例えば、ＣｕやＡｌなどで構成された金属板である。放熱板５０は、基板１１上や配線板２０上で発生する余剰な熱を外部に放熱する機能を有する。

被覆部材２４は、配線板２０から基板１１にわたって、放熱板５０上に配置されたヘッド基体１０のおもて面と配線板２０のおもて面とに跨るように配置される。なお、被覆部材２４の詳細な構成については後述する。

次に、個別電極１４および共通電極１５の詳細について説明する。図２は、第１の実施形態に係るヘッド基体１０の平面図である。複数の個別電極１４は、基板１１のおもて面側に、発熱部１２の配列方向に沿って配列されている。個別電極１４は、一端が発熱部１２の素子に電気的に接続され、他端が配線部材（不図示）を介して駆動ＩＣ（不図示）に電気的に接続されている。

共通電極１５は、発熱部１２の各素子と、コネクタ（不図示）とを電気的に接続している。共通電極１５は、主配線部１５ａと、副配線部１５ｂと、リード部１５ｃとを有している。主配線部１５ａは、基板１１の一方の長辺１１ａに沿って延びている。副配線部１５ｂは、基板１１の一方の短辺１１ｂおよび他方の短辺１１ｃのそれぞれに沿って延びている。リード部１５ｃは、主配線部１５ａから発熱部１２の各素子に向かって個別に延びている。そして、共通電極１５は、端部１５ｄから配線部材（不図示）を介して、コネクタ（不図示）と電気的に接続されている。共通電極１５は、個別電極１４が配置されていない発熱部１２の残りの三方を囲んで配置されている。

次に、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１の具体的な構成について、図１および図３を用いてさらに説明する。図３は、図１に示すサーマルヘッド１の正面図である。

サーマルヘッド１は、配線板２０が放熱板５０に対して傾斜して配置されている。より具体的には、放熱板５０上に配置された配線板２０の長手側の両端２０ａのうち、ヘッド基体１０に近い一端２０ａ１が配線板２０に接触し、他端２０ａ２の裏面２２が放熱板５０のおもて面５１から離間するように配置されている。

また、例えば一端２０ａ１から他端２０ａ２までの長さが５〜３０ｍｍの配線板２０は、他端２０ａ２における放熱板５０のおもて面５１から配線板２０の裏面２２までの間隔が３００〜８００μｍ程度となるように放熱板５０に対して傾斜して配置される。おもて面５１から裏面２２までの間隔が３００μｍ以上であることにより、配線板２０と放熱板５０とが容易に接触しない。また、おもて面５１から裏面２２までの間隔が８００μｍ以下であることにより、配線板２０上に設けた部材が記録媒体と容易に接触しない。

また、放熱板５０から離間した配線板２０の他端２０ａ２側には、外部と電気的に接続するためのコネクタ６０が配置されている。コネクタ６０は、配線板２０のおもて面２１の長辺のうち、ヘッド基体１０から遠い側の長辺の中央部に配置されている。コネクタ６０は、配線板２０と電気的に接続されており、外部と電気的に接続されている。コネクタ６０と配線板２０との間に、コネクタ６０と配線板２０とを電気的に接続するフレキシブルフラットケーブル（不図示）を配置するように構成してもよい。

ここで、例えばコネクタ６０を介した外力が、配線板２０の他端２０ａ２に対して下方、すなわち放熱板５０に近づく方向に加わる場合について考察する。配線板２０の他端２０ａ２側の裏面２２と放熱板５０のおもて面５１とは離間しているため、配線板２０を放熱板５０に近づけようとしても容易には接触しない。そのため、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、放熱板５０の接触に伴う配線板２０における変形や損傷の発生を低減させることができる。

一方、配線板２０の一端２０ａ１は放熱板５０に接触しているので、配線板２０の放熱性は確保されている。すなわち、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、配線板２０の放熱性を確保しつつ配線板２０における変形や損傷の発生を低減させることができる。

また、配線板２０は、平面視で長辺および短辺を有する矩形形状であり、長辺がヘッド基体１０と向かい合うように配置される。具体的には、配線板２０は、配線板２０の長手方向の一端２０ａ１が配線板２０に接触するように配置されている。そのため、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、短辺がヘッド基体１０と向かい合うように配置された場合と比較して長手方向への湾曲がしづらくなり、配線板２０における変形の発生をさらに低減させることができる。

また、配線板２０のおもて面２１には、ヘッド基体１０側の端部に駆動ＩＣ３０が配置されている。駆動ＩＣ３０は、配線部材４１を介してヘッド基体１０上の個別電極１４と電気的に接続されている。駆動ＩＣ３０は、配線板２０および配線板２０と電気的に接続された配線部材４２を介して外部より供給された電気信号に従い、発熱部１２の各素子を選択的に発熱させるための電力を発熱部１２に供給する。

そして、発熱部１２の素子およびそれに接続される個別電極１４は複数の群に分けられており、各群に対応して設けられている駆動ＩＣ３０と電気的に接続されている。このため、駆動ＩＣ３０は発熱部１２の素子およびそれに接続される個別電極１４の群に対応させて複数設けられる。それぞれの駆動ＩＣ３０は、対応する個別電極１４の群に隣り合って配置されており、複数の駆動ＩＣ３０は、配線板２０のおもて面２１側に、発熱部１２の配列方向に沿って配置される。

配線部材４１は、駆動ＩＣ３０と、この駆動ＩＣ３０と対応する個別電極１４との間を電気的に接続している。また、配線部材４２は、駆動ＩＣ３０と、配線板２０のおもて面２１に設けられた端子（不図示）との間を電気的に接続している。配線部材４１，４２は、例えば、ＣｕやＡｕ、Ａｌなどの金属で構成されたボンディングワイヤである。なお、図３では、理解を容易にするため、１組の駆動ＩＣ３０と、配線部材４１，４２のみを図示している。

被覆部材２４は、複数の駆動ＩＣ３０と、駆動ＩＣ３０のそれぞれと電気的に接続された配線部材４１，４２とを封止することにより、大気との接触による酸化、あるいは大気中に含まれている水分等の付着による腐食から保護する。

被覆部材２４は、引張応力に対する耐性と比較して圧縮応力に対する耐性のほうが強いという特性を有している。このような特性を有する被覆部材２４は、例えば、硬化する際には収縮する硬化収縮性を有するとともに、熱硬化性、紫外線硬化性、または可視光線硬化性の樹脂材料により構成される。このような被覆部材２４の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等を挙げることができる。

ここで、例えばコネクタ６０を介して配線板２０が受ける外力が、例えば配線板２０の他端２０ａ２に対して上方、すなわち放熱板５０からさらに離れる方向に加わる場合について考察する。このとき、被覆部材２４には圧縮応力が生じることとなる。被覆部材２４は引張応力よりも圧縮応力に対して強いという特性を有しているため、被覆部材２４に破損が生じ難い。そのため、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、ヘッド基体１０と配線板２０との電気的な導通を確保することができる。

次に、第１の実施形態に係るサーマルプリンタについて、図４を参照しつつ説明する。図４は、第１の実施形態に係るサーマルプリンタ１００の模式図である。

第１の実施形態に係るサーマルプリンタ１００は、サーマルヘッド１と、プラテンローラ２と、搬送機構とを備えている。なお、サーマルヘッド１は、発熱部１２の配列方向が、記録媒体である記録用紙４の搬送方向に直交する方向である主走査方向に沿うようにして、筐体（不図示）に取り付けられている。

搬送機構は、駆動部（不図示）と、搬送ローラ３ａ〜３ｄとを有している。搬送機構は、記録用紙４を図４の矢印方向に搬送して、サーマルヘッド１の発熱部１２上に搬送するためのものである。駆動部は、搬送ローラ３ａ〜３ｄを駆動させる機能を有しており、例えば、モータを用いることができる。搬送ローラ３ａ〜３ｄは、例えば、ステンレスなどの金属からなる円柱状の軸体を、ブタジエンゴムなどからなる弾性部材により被覆して構成することができる。

プラテンローラ２は、記録用紙４をサーマルヘッド１の発熱部１２上に押圧する機能を有する。プラテンローラ２は、記録用紙４の搬送方向に直交する方向（主走査方向）に沿って延びるように配置され、記録用紙４を発熱部１２上に押圧した状態で回転可能となるように両端部が支持固定されている。プラテンローラ２は、例えば、ステンレスなどの金属からなる円柱状の軸体を、ブタジエンゴムなどからなる弾性部材により被覆して構成することができる。

サーマルプリンタ１００は、図４に示すように、プラテンローラ２によって記録用紙４をサーマルヘッド１の発熱部１２上に押圧しつつ、搬送機構によって記録用紙４を発熱部１２上に搬送しながら、発熱部１２の各素子を選択的に発熱させる。このような一連の動作により、サーマルプリンタ１００は記録用紙４に所定の印画を行う。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係るサーマルヘッドについて、図５を用いて説明する。図５は、第２の実施形態に係るサーマルヘッド１Ａの正面図である。

図５に示すサーマルヘッド１Ａは、配線板２０と放熱板５０との間に接着部材７０をさらに備えることを除き、図３に示すサーマルヘッド１と同様の構成を有している。

接着部材７０としては、両面テープまたは樹脂製の接着剤を例示することができる。また、複数の材料を組み合わせて接着部材７０としてもよい。

放熱板５０は、接着部材７０を介して配線板２０の全面と接触することになるため、配線板２０の一端２０ａ１のみが放熱板５０に接触しているサーマルヘッド１と比較して放熱性が向上する。

また、配線板２０と放熱板５０との間に設けられた接着部材７０は、例えばスペーサの役割を果たすことができるため、放熱板５０に対して傾斜するように配置された配線板２０の、自重による変形を抑制することができる。また、例えば両面テープで構成された接着部材７０は柔らかく、配線板２０が受ける外力を緩衝することができるため、損傷しにくくなる。そのため、第２の実施形態に係るサーマルヘッド１Ａによれば、配線板２０の放熱性を向上するとともに配線板２０における変形や損傷の発生をさらに低減させることができる。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係るサーマルヘッドについて、図６を用いて説明する。図６は、第３の実施形態に係るサーマルヘッド１Ｂの正面図である。

図６に示すサーマルヘッド１Ｂは、接着部材７０に代えて接着部材７２を備えることを除き、図５に示すサーマルヘッド１Ａと同様の構成を有している。接着部材７２は、ヘッド基体１０に近い側、すなわち配線板２０の一端２０ａ１側の厚みが、ヘッド基体１０から遠い側、すなわち配線板２０の他端２０ａ２側の厚みｈよりも小さくなるように配置されている。このため、例えば駆動ＩＣ３０で発生した熱は、放熱板５０および配線板２０の他端２０ａ２側に移動することとなり、結果として発熱性の高い配線板２０の一端２０ａ１側で生じた熱を効果的に放熱させることができる。

また、図６に示すサーマルヘッド１Ｂは、配線板２０の他端２０ａ２が接着部材７２と離間している。このため、配線板２０の他端２０ａ２側の、放熱板５０への撓みはある程度許容されうるが、接着部材７２と当接する状態を超えた変形は制限される。そのため、第３の実施形態に係るサーマルヘッド１Ｂによれば、配線板２０における過度な変形の発生を低減させることができる。すなわち、本実施形態に係るサーマルヘッド１Ｂは、高い放熱性が要求され、かつある程度の変形が許容される配線板２０を適用する場合に特に有利である。ここで、接着部材７２の他端２０ａ２側の厚みｈは、例えば３００〜５００μｍとすることができるが、これに限らず、例えば配線板２０の大きさや変形の度合いに応じて変更することができる。

＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態に係るサーマルヘッドについて、図７を用いて説明する。図７は、第４の実施形態に係るサーマルヘッド１Ｃの正面図である。

図７に示すサーマルヘッド１Ｃは、形状の異なる配線板２０を備えることを除き、図３に示すサーマルヘッド１と同様の構成を有している。

図７に示す配線板２０は、裏面２２側に面取部２３を有している。面取部２３は、放熱板５０に対して配線板２０が所定の傾斜を有し、かつ平面視して駆動ＩＣ３０と重なり合う領域Ｒにおいて、配線板２０と放熱板５０とが接触するように設けられている。このため、例えば配線板２０と放熱板５０との間に接着部材７０または接着部材７２を設けた場合と比較して放熱性がさらに向上する。

なお、平面視して駆動ＩＣ３０と重なり合う領域Ｒにおいて、配線板２０と放熱板５０とが接触していればよく、配線板２０に必ずしも面取部２３を設けなくてもよい。また、平面視して駆動ＩＣ３０と重なり合う領域Ｒの一部において配線板２０と放熱板５０とが接触していればよく、平面視して駆動ＩＣ３０と重なり合う領域Ｒのすべてにおいて配線板２０と放熱板５０とが接触していなくてもよい。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１を備えたサーマルプリンタ１００を示したが、これに限定されるものではなく、他の実施形態に係るサーマルヘッド１Ａ、１Ｂまたは１Ｃをサーマルプリンタ１００に備えてもよい。また、複数の実施形態であるサーマルヘッド１〜１Ｃを組み合わせてもよい。

また、ヘッド基体１０として発熱部１２が基板１１のおもて面側に設けられた平面ヘッドを例示して説明したが、発熱部１２が基板１１の端面に設けられた端面ヘッドを用いてもよい。

また、上記した各実施形態では、ヘッド基体１０に近い一端部２０ａ１が放熱板５０と接触し、ヘッド基体１０から遠い他端部２０ａ２が放熱板５０から離間するように放熱板５０に対して傾斜して配置された配線板２０について説明したが、これに限らない。例えば、他端部２０ａ２が放熱板５０と接触し、一端部２０ａ１が放熱板５０から離間するように配線板２０を配置するようにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ サーマルヘッド
１０ ヘッド基体
１１ 基板
１２ 発熱部
１３ 蓄熱層
１４ 個別電極
１５ 共通電極
２０ 配線板
２２ 接着部材
２４ 被覆部材
３０ 駆動ＩＣ
４１，４２ 配線部材
５０ 放熱板
６０ コネクタ
１００ サーマルプリンタ

Claims (9)

1. 放熱板と、
   前記放熱板上に設けられた基板を有するヘッド基体と、
   前記ヘッド基体と隣り合うように前記放熱板上に設けられた配線板と
   を備え、
   前記配線板は、前記ヘッド基体に近い一端部および前記ヘッド基体から遠い他端部のうち、一方が前記放熱板と接触し、他方が前記放熱板から離間するように前記放熱板に対して傾斜して配置されること
   を特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記配線板の前記他端部側に設けられたコネクタをさらに備え、
   前記配線板は、前記一端部が前記放熱板と接触し、前記他端部が前記放熱板から離れるように配置されること
   を特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記配線板上に設けられた駆動ＩＣと、
   硬化収縮性を有する樹脂材料からなり、前記配線板から前記基板にわたって前記駆動ＩＣを被覆する被覆部材と
   をさらに備えること
   を特徴とする請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記配線板は、平面視して前記駆動ＩＣと重なり合う領域が前記放熱板と接触すること
   を特徴とする請求項３に記載のサーマルヘッド。
5. 前記配線板と前記放熱板との間に接着部材をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のサーマルヘッド。
6. 前記接着部材は、前記ヘッド基体に近い側のほうが前記ヘッド基体から遠い側よりも厚みが小さいこと
   を特徴とする請求項５に記載のサーマルヘッド。
7. 前記配線板は、前記他端部が前記接着部材と離間していること
   を特徴とする請求項５または６に記載のサーマルヘッド。
8. 前記配線板は、平面視して長辺および短辺を有する矩形形状であり、
   前記長辺が前記ヘッド基体と向かい合うように配置されること
   を特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載のサーマルヘッド。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載のサーマルヘッドと、
   前記基板上に設けられた発熱部上に記録媒体を搬送する搬送機構と、
   前記発熱部上に前記記録媒体を押圧するプラテンローラと
   を備えること
   を特徴とするサーマルプリンタ。

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