JP3401144B2 - サーマルヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワードプロセッサ
やファクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサ
ーマルヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】従来、ワードプロセッサ
等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッド
は、図４に示す如く、複数個の発熱抵抗体１２とドライ
バーＩＣ１３とが取着されたアルミナセラミックス製の
絶縁基板１１を、アルミニウム等から成る支持板１４上
に載置固定した構造を有しており、前記ドライバーＩＣ
１３の駆動に伴って発熱抵抗体１２を選択的にジュール
発熱させるとともに該発熱した熱を感熱記録媒体に伝導
させ、感熱記録媒体に所定の印字画像を形成することに
よってサーマルヘッドとして機能する。

【０００３】また上述した従来のサーマルヘッドにおい
ては、プラスチックカードのように曲げることが困難な
メディアにも印字ができるように、絶縁基板１１の上面
に凹溝１１ａを形成しその中にドライバーＩＣ１３を埋
設することによってメディア等に接する面をフラットに
成していた。

【０００４】ところで、サーマルヘッドを用いて印字を
行う際、発熱抵抗体１２の発した熱はメディア側のみな
らず、絶縁基板１１側にも伝導して内部に蓄積される。
このため、発熱抵抗体１２の近傍に位置する絶縁基板１
１の温度が前述の蓄熱作用によって過度に高温とならな
いようにするには、発熱抵抗体１２からの熱を絶縁基板
１１の全体にわたって拡散させるとともにこれを支持板
１４側に伝導させてやる必要がある。

【０００５】しかしながら、上述した従来のサーマルヘ
ッドにおいては、絶縁基板１１の上面に凹溝１１ａが形
成されており、この凹溝１１ａによって絶縁基板１１の
厚みが一部薄くなっているため、絶縁基板１１の内部に
おける熱の拡散が凹溝１１ａによって遮断されてしま
い、長時間にわたって印字を行ったり、或いは、高速印
字を行ったりすると、絶縁基板１１の直下領域における
蓄熱量が極めて大となり、その結果、絶縁基板１１が過
度に高温となって濃度むらや不要な印画が形成される欠
点を有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記欠点に鑑
み案出されたものであり、絶縁基板の上面に発熱抵抗体
及び凹溝を設けるとともに該凹溝内に、前記発熱抵抗体
に対して電気的に接続される端子を上面に有し、前記発
熱抵抗体を選択的にジュール発熱させるためのドライバ
ーＩＣを埋設して成るサーマルヘッドであって、前記凹
溝のうち、少なくともドライバーＩＣの下面と対向する
底面に金属層を被着させるとともに、該金属層をグラン
ド電極に接続し、更に、金属層の一部を絶縁基板の上面
まで引き出したことを特徴とするものである。

【０００７】また本発明のサーマルヘッドは、前記金属
層が、発熱抵抗体の一端側をドライバーＩＣを介して基
準電位に接続するためのグランド電極に接続されている
ことを特徴とする。

【０００８】更に本発明のサーマルヘッドは、絶縁基板
の上面に発熱抵抗体及び凹溝を設けるとともに該凹溝内
に前記発熱抵抗体を選択的にジュール発熱させるための
ドライバーＩＣを埋設して成るサーマルヘッドであっ
て、前記絶縁基板の凹溝の少なくとも底面及びドライバ
ーＩＣの下面にそれぞれ半田ヌレ層を被着させるととも
に前記ドライバーＩＣ下面の半田ヌレ層を前記凹溝底面
の半田ヌレ層に半田接合させることによりドライバーＩ
Ｃを凹溝内に埋設させることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。

【００１０】（第１実施形態）図１は本発明のサーマル
ヘッドの一実施形態を示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ
線断面図であり、１は絶縁基板、１ａは凹溝、２は発熱
抵抗体、４はドライバーＩＣ、５ａは金属層、５ｂはグ
ランド電極、６は樹脂材、７は支持板である。前記絶縁
基板１は熱伝導率が０．９〜２６Ｗ／ｍ・ｋの電気絶縁
性材料、例えばガラスやアルミナセラミックス等により
形成されており、アルミナセラミックスを用いて基板１
を形成する場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセ
ラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合
して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブ
レード法やカレンダーロール法等を採用することによっ
てセラミックグリーンシートを形成し、しかる後、前記
セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工す
るとともに高温で焼成することによって製作される。

【００１１】また前記絶縁基板１の上面には、直線状に
配置される複数個の発熱抵抗体２と、該各発熱抵抗体２
の両端に接続される共通電極３ａ及び個別電極３ｂとが
それぞれ被着されている。

【００１２】前記発熱抵抗体２は窒化タンタル等から成
っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているた
め、共通電極３ａ及び個別電極３ｂを介して外部電源か
らの電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱記
録媒体に印字画像を形成するのに必要な所定の温度、例
えば２００〜３５０℃の温度に発熱する。

【００１３】一方、前記共通電極３ａ及び個別電極３ｂ
はアルミニウム、銅等の金属から成っており、前述した
発熱抵抗体２に所定の電力を印加する作用を為す。尚、
前記共通電極３ａ及び個別電極３ｂ間には、印字時、所
定の電位差が設けられるようになっており、例えば、共
通電極３ａは外部電源（不図示）に接続されて２４Ｖの
電位に保持され、個別電極３ｂは後述するドライバーＩ
Ｃ４を介してグランド電極５ｂに接続されて基準電位
（例えば、０Ｖの電位）に保持される。

【００１４】これら発熱抵抗体２、共通電極３ａ及び個
別電極３ｂは、例えば従来周知のスパッタリング法及び
フォトリソグラフィー技術を採用することによって絶縁
基板１の上面に所定パターン、所定厚みをもってそれぞ
れ被着される。

【００１５】また前記発熱抵抗体２等が被着された絶縁
基板１の上面には、発熱抵抗体２の配列と略平行に凹溝
１ａが形成されており、このような凹溝１ａの内部には
複数個のドライバーＩＣ４がその上面を絶縁基板１の上
面と同一平面内に配置させるようにして埋設されてい
る。

【００１６】前記ドライバーＩＣ４は共通電極３ａ及び
個別電極３ｂを介して発熱抵抗体２に印加される電力の
オン・オフを制御するためのものであり、その内部には
各個別電極３ｂに接続されるスイッチングトランジスタ
等の論理回路を有し、その上面には前記スイッチングト
ランジスタの出力側を個別電極３ｂに接続するための複
数個の出力端子４ａと、前記スイッチングトランジスタ
の基準電位側をグランド電極５ｂに接続するためのグラ
ンド端子４ｂと、外部からの印字制御信号をドライバー
ＩＣ４内に入力するための複数個の入力端子（不図示）
とが設けられている。尚、前記グランド電極５ｂは、各
発熱抵抗体２に個別電極３ｂやドライバーＩＣ４のスイ
ッチングトランジスタ等を介して電力を印加するための
ものであり、これを基準電位に保持することで共通電極
３ａとの間に所定の電位差を設けるようにしている。

【００１７】このような絶縁基板１の凹溝１ａは所定の
ダイヤモンドブレードを用いて絶縁基板１の上面を切削
加工することにより例えば深さ０．５ｍｍ、幅３．０ｍ
ｍの寸法をもって形成され、また前記ドライバーＩＣ４
の出力端子４ａと個別電極３ｂとの電気的接続は、まず
ドライバーＩＣ４をその上面が絶縁基板１の上面と同一
平面内に配置されるようにして絶縁基板１の凹溝１ａに
埋設し、その後、前記個別電極３ｂを前述した形成方法
（スパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術）に
よってその一端が出力端子４ａ上まで延在するようにし
て形成することで行われる。

【００１８】尚、前記凹溝１ａとドライバーＩＣ４との
間に形成される隙間にはエポキシ樹脂等から成る樹脂材
６が充填されており、この樹脂材６の充填量を適宜調整
することによってドライバーＩＣ４の上面が絶縁基板１
の上面と同じ高さに設定される。このとき、樹脂材６を
形成する材料としては、その熱膨張係数が絶縁基板１を
形成するアルミナセラミックスとドライバーＩＣを形成
するシリコンとの間となるようなものが好ましく、かか
る材料を用いることによって樹脂材６の体積変化等に起
因する個別電極３ｂの破損などを有効に防止することが
できる。

【００１９】そして、このような絶縁基板１の凹溝１ａ
の少なくとも底面（ドライバーＩＣ４と対向する面）に
はアルミニウム等から成る金属層５ａが５〜１００μｍ
の厚みをもって帯状に被着されている。

【００２０】前記金属層５ａは、その複数箇所で絶縁基
板１の上面まで引き出されるとともに該引出し部でグラ
ンド電極５ｂに電気的に接続されることによってグラン
ド電極５ｂを電気的に補強し、且つ、絶縁基板１の内部
に蓄積される熱を凹溝１ａの一方側（発熱抵抗体２側）
より他方側へと速やかに伝導させる作用を為す。

【００２１】このような本発明のサーマルヘッドにおい
ては、絶縁基板１の凹溝１ａの少なくとも底面に金属層
５ａを被着させたことから、発熱抵抗体２の近傍に位置
する絶縁基板１の熱が金属層５ａを介して絶縁基板１の
端部（図２中、凹溝１ａよりも右側の領域）まで良好に
伝導されるようになり、発熱抵抗体２からの熱を絶縁基
板１の全体にわたって良好に拡散させることができる。
この結果、長時間にわたって印字を行ったり、或いは、
高速印字を行ったりしても、発熱抵抗体２の近傍に位置
する絶縁基板１の温度を常に印字に適した温度状態に保
つことができ、濃度むら等のない良好な印字画像を形成
することが可能となる。

【００２２】また前記金属層５ａは、印字時のみなら
ず、サーマルヘッドの製造工程においても絶縁基板１の
内部における温度分布を均一になすことから、凹溝１ａ
の角部等に大きな応力が集中することはなく、絶縁基板
１にクラック等が発生するのを有効に防止することがで
きる。

【００２３】更に上述したように、前記金属層５ａをグ
ランド電極５ｂに接続させておけば、大電流が流れるグ
ランド電極５ｂを金属層５ａによって電気的に補強する
ことができ、グランド電極５ｂにおける電力損失を極小
にして鮮明な印字画像を形成することができる。

【００２４】しかもこの場合、前記金属層５ａによって
ドライバーＩＣ４が電磁遮蔽されることから、外部から
やってくるノイズ等の電磁波をグランド電極５ｂに接続
される金属層５ａで吸収し、ドライバーＩＣ４の誤動作
を有効に防止することもできる。よってサーマルヘッド
を常に正確に動作させることが可能である。

【００２５】尚、上述した絶縁基板１は、アルミニウム
等の良熱伝導性材料から成る支持板７の上面に両面テー
プ等の接着部材９を介して載置されており、これによっ
て発熱抵抗体２等を有した絶縁基板１が支持板７上に固
定されることとなる。

【００２６】かくして上述したサーマルヘッドは、ドラ
イバーＩＣ４の駆動に伴って共通電極３ａ及び個別電極
３ｂ間に間に所定の電力を印加し、発熱抵抗体２を印字
信号に基づいて選択的にジュール発熱させるとともに該
発熱した熱を感熱記録媒体に伝導させ、感熱記録媒体に
所定の印字画像を形成することによってサーマルヘッド
として機能する。

【００２７】（第２実施形態）次に本発明のサーマルヘ
ッドの他の実施形態について説明する。尚、上述した第
１実施形態と同一箇所には同一の符号を付し、重複する
説明を省略する。

【００２８】本形態のサーマルヘッドは、絶縁基板１の
上面に発熱抵抗体２及び凹溝１ａを設けるとともに該凹
溝１ａ内に前記発熱抵抗体２を選択的にジュール発熱さ
せるためのドライバーＩＣ４を埋設させ、更に前記絶縁
基板１の凹溝１ａの少なくとも底面及びドライバーＩＣ
４の下面にそれぞれ半田ヌレ層１０ｂ、１０ｃを被着さ
せ、この両者を半田接合（半田：１０ａ）することによ
ってドライバーＩＣ４を絶縁基板１の凹溝１ａ内に埋設
させている。

【００２９】前記半田ヌレ層１０ｂ、１０ｃは例えばニ
ッケル、金等の半田ヌレ性が良好な材料によって絶縁基
板１の凹溝１ａの底面及びドライバーＩＣ４の下面に１
〜５μｍの厚みをもって被着されており、また、これら
半田ヌレ層１０ｂ、１０ｃを接合する半田１０ａは絶縁
基板１の凹溝１ａとドライバーＩＣ４との間を完全に埋
めるようにして両半田ヌレ層１０ｂ、１０ｃ間に介在さ
れている。

【００３０】以上のような第２実施形態のサーマルヘッ
ドにおいても、発熱抵抗体２の近傍に位置する絶縁基板
１の熱が金属層１０ａを介して絶縁基板１の端部（図３
中、凹溝１ａよりも右側の領域）まで良好に伝導され、
発熱抵抗体２からの熱を絶縁基板１の全体にわたって良
好に拡散させることができるので、上述した第１実施形
態と同様に、発熱抵抗体２の近傍に位置する絶縁基板１
の温度を印字に適した温度状態に保つことができるのに
加え、両半田ヌレ層１０ｂ、１０ｃを接合する半田１０
ａの熱膨張率が低いことから、印字に際して発熱抵抗体
２の発する熱によりサーマルヘッドが高温となっても、
半田１０ａが大幅に体積変化することはなく、ドライバ
ーＩＣ４を常に凹溝１ａ内の所定位置に配置させておく
ことができる。従って、ドライバーＩＣ４の端子電極４
ａ、４ｂと、個別電極３ｂ、グランド電極５ｂとの電気
的接続を長期間にわたって良好に維持することが可能で
ある。

【００３１】尚、前記半田１０ａは、まず、絶縁基板１
の凹溝底面とドライバーＩＣ４の下面に従来周知の無電
界めっき法等によってニッケルから成る半田ヌレ層１０
ｂ、１０ｃをそれぞれ被着させ、次に前記凹溝１ａ内に
クリーム半田を必要量、充填してその上からドライバー
ＩＣ４を押し込み、しかる後、前記クリーム半田を７０
〜１２０℃の温度で加熱溶融させることによって凹溝底
面の半田ヌレ層１０ｂとドライバーＩＣ下面の半田ヌレ
層１０ｃとを接合する。このとき、絶縁基板１の凹溝底
面とドライバーＩＣ下面にはニッケル等から成る半田ヌ
レ層１０ｂ、１０ｃが予め被着されているため、クリー
ム半田を加熱溶融させると、溶融した半田の表面張力に
よってドライバーＩＣ４は凹溝１ａの略中央に位置決め
されることとなる。そして、このような半田１０ａはそ
の露出表面がエポキシ樹脂等から成る樹脂材６’によっ
て被覆され、その後、絶縁基板１及びドライバーＩＣ４
の上面に個別電極３ｂ、グランド電極５ｂ等のサーマル
ヘッドパターンがスパッタリング法及びフォトリソグラ
フィー技術等によって形成されることとなる。

【００３２】このとき、ドライバーＩＣ４は上述したよ
うに全て凹溝１ａの中央に位置決めされているので、個
別電極３ａ、グランド電極５ｂ等のサーマルヘッドパタ
ーンをフォトリソグラフィー技術によって形成する際、
該サーマルヘッドパターンを絶縁基板１の上面とドライ
バーＩＣ４の上面に別個に形成する必要はなく、サーマ
ルヘッドパターンを絶縁基板１及びドライバーＩＣ４の
上面に１枚のフォトマスクによって一括的に形成するこ
とも可能である。

【００３３】また、この場合、絶縁基板１の凹溝１ａと
ドライバーＩＣ４との間を埋める半田１０ａは、その熱
膨張率が比較的小さいことから、溶融半田を冷却して硬
化させる過程においてドライバーＩＣ４の位置が大きく
ずれることもない。

【００３４】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の変更、改良等が可能であり、例えば、上述した
サーマルヘッドにおいて発熱抵抗体２や電極等をガラス
や窒化珪素等から成る保護膜８で被覆しても構わない。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁基板の凹溝の底面
に金属層を被着させ、該金属層の一部を絶縁基板の上面
まで引き出すようにしたことから、発熱抵抗体の近傍に
位置する絶縁基板の熱が金属層を介して絶縁基板の端部
まで良好に伝導されるようになり、発熱抵抗体からの熱
を絶縁基板の全体にわたって良好に拡散させることがで
きる。この結果、長時間にわたって印字を行ったり、或
いは、高速印字を行ったりしても、発熱抵抗体の近傍に
位置する絶縁基板の温度を印字に適した温度状態に保つ
ことができ、濃度むら等のない良好な印字画像を形成す
ることが可能となる。

【００３６】また本発明によれば、前記金属層は、印字
時のみならず、サーマルヘッドの製造工程においても絶
縁基板の内部における温度分布を均一になすことから、
凹溝の角部等に大きな応力が集中することはなく、絶縁
基板にクラック等が発生するのを有効に防止することが
できる。

【００３７】更に本発明によれば、前記金属層をグラン
ド電極に接続させておけば、大電流が流れるグランド電
極を金属層によって電気的に補強することができ、グラ
ンド電極における電力損失を極小にして鮮明な印字画像
を形成することができる。

【００３８】しかもこの場合、前記金属層はドライバー
ＩＣの下面と対向する凹溝の底面に少なくとも被着され
ていることから、前記金属層によってドライバーＩＣが
電磁遮蔽されることとなり、外部からやってくるノイズ
等の電磁波をグランド電極に接続される金属層で吸収
し、ドライバーＩＣの誤動作を有効に防止することもで
きる。よってサーマルヘッドを常に正確に動作させるこ
とが可能である。

【００３９】また更に本発明によれば、絶縁基板の凹溝
の少なくとも底面及びドライバーＩＣの下面にそれぞれ
半田ヌレ層を被着させるとともに前記ドライバーＩＣ下
面の半田ヌレ層を前記凹溝底面の半田ヌレ層に半田接合
させることにより、ドライバーＩＣを常に凹溝内の所定
位置に配置させておくことができ、ドライバーＩＣの端
子電極と個別電極等との電気的接続を長期間にわたって
良好に維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの第１実施形態を示す
平面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図３】本発明のサーマルヘッドの第２実施形態を示す
断面図である。

【図４】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・絶縁基板 １ａ・・・・・・・凹溝 ２・・・・・・・・発熱抵抗体 ４・・・・・・・・ドライバーＩＣ ５ａ、１０ａ・・・金属層 ５ｂ・・・・・・・グランド電極

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板の上面に発熱抵抗体及び凹溝を設
   けるとともに該凹溝内に、前記発熱抵抗体に対して電気
   的に接続される端子を上面に有し、前記発熱抵抗体を選
   択的にジュール発熱させるためのドライバーＩＣを埋設
   して成るサーマルヘッドであって、 前記凹溝のうち、少なくともドライバーＩＣの下面と対
   向する底面に金属層を被着させるとともに、該金属層を
   グランド電極に接続し、更に、金属層の一部を絶縁基板
   の上面まで引き出したことを特徴とするサーマルヘッ
   ド。
2. 【請求項２】前記金属層が、発熱抵抗体の一端側をドラ
   イバーＩＣを介して基準電位に接続するためのグランド
   電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載
   のサーマルヘッド。
3. 【請求項３】絶縁基板の上面に発熱抵抗体及び凹溝を設
   けるとともに該凹溝内に前記発熱抵抗体を選択的にジュ
   ール発熱させるためのドライバーＩＣを埋設して成るサ
   ーマルヘッドであって、 前記絶縁基板の凹溝の少なくとも底面及びドライバーＩ
   Ｃの下面にそれぞれ半田ヌレ層を被着させるとともに前
   記ドライバーＩＣ下面の半田ヌレ層を前記凹溝底面の半
   田ヌレ層に半田接合させることによりドライバーＩＣを
   凹溝内に埋設させることを特徴とするサーマルヘッド。