JP3439961B2 - 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
ーマルヘッドに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】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、例えば図３に
示す如く、断面山状（厚み20〜100 μm ）のガラス製グ
レーズ層１２やこのグレーズ層１２の頂部付近に配置さ
れる複数個の発熱抵抗体１３，電極としての薄膜導体１
４ａ，１４ｂ，この薄膜導体１４ｂを介して発熱抵抗体
１３に印加される電力のオン・オフを制御するドライバ
ーＩＣ１５等が取着されているアルミナセラミックス製
の基板１１を、エポキシ樹脂等から成る接着剤１６を介
して金属製の放熱板１７上に載置・固定した構造を有し
ており、前記ドライバーＩＣ１５の駆動に伴い薄膜導体
１４ａ−１４ｂ間に電力を印加し、発熱抵抗体１３を個
々に選択的にジュール発熱させるとともに該発熱した熱
によってインクリボンのインクを加熱・溶融させ、これ
を記録媒体に転写させることによって記録媒体に所定の
印画を形成するようになっている。 【０００３】また近年では、上述のサーマルヘッドを用
いてプラスチックカードのような曲げることが困難な硬
質の記録媒体にも感熱記録を良好に行えるように、記録
媒体と接するサーマルヘッドの表面を出来るだけ平坦に
なす試みがなされている。具体的には、発熱抵抗体１３
等が取着される基板１１の上面に穴部１１ａを設け、こ
の穴部１１ａ内にドライバーＩＣ１５を埋設させること
によってサーマルヘッドの表面を平坦化し、これによっ
て記録媒体のフラットパス、即ち、記録媒体を略フラッ
トな形状に維持したまま発熱抵抗体１３上に搬送するよ
うにしている。尚、前記薄膜導体１４ａ，１４ｂは、そ
の一方が発熱抵抗体１２の各一端に共通接続されて共通
電極として機能するようになっている。そのため、全て
の発熱抵抗体１３に同時に電力を印加するような場合で
あっても薄膜導体１４ａにおける電圧降下の発生が有効
に防止されるように、前述の基板１１上には厚み10〜10
0 μm 程度の厚膜電極１８が設けられ、この厚膜電極１
８を薄膜導体１４ａに電気的に接続させておくことによ
って薄膜導体１４ａを電気的に補強するようにしてい
る。このような厚膜電極１８は、銅等の金属を含んだ導
電ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって基板
上面の所定領域に印刷・塗布し、これを高温で焼き付け
ることによって被着・形成される。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のサーマルヘッドにおいては、薄膜導体１４ａの電
気的補強のために基板１１上に厚み10〜100 μm 程の厚
膜電極１８が設けられており、該厚膜電極１８が発熱抵
抗体１３に対して記録媒体の搬送方向（図中の矢印Ｐ）
下流側で上方に突出しているため、プラスチックカード
等の硬質の記録媒体に対して印画を行う場合に記録媒体
をフラットパスさせようとすると、発熱抵抗体１３上を
通過した記録媒体が厚膜電極１８上の保護膜等に対して
強く当たってしまい、記録媒体を安定走行させることが
不可になるとともに、記録媒体に傷が形成される欠点を
有している。 【０００５】また上記欠点を解消するために記録媒体の
フラットパスを邪魔しない程度に厚膜電極１８の厚みを
薄くし、その代わりに被着面積を広げるといったことも
考えられる。しかしながら、前述の如く厚膜電極１８の
被着面積を広げた場合、基板１１上には大面積の厚膜電
極１８を被着させておくための広いスペースが必要とな
り、基板１１の大型化を招く欠点を有している。 【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、本発明のサーマルヘッドは、上面
に、直線状に配列された複数個の発熱抵抗体と、該各発
熱抵抗体に共通接続される薄膜導体とが取着されている
セラミック製の基板を、金属製の放熱板上に載置させて
成るサーマルヘッドであって、前記基板の厚み方向に発
熱抵抗体の配列に沿って貫通孔を形成し、かつ該貫通孔
内に長尺状の導電材を前記薄膜導体に電気的に接続させ
た状態で固定させるとともに、前記放熱板上面と前記導
電材との間に熱伝導率が18×10^-4 cal／sec ・cm・℃以
上の絶縁層を配設させたことを特徴とするものである。 【０００７】 【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。図１は本発明のサーマルヘッドの一
形態を示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であ
り、１は基板、１ａは貫通孔、３は発熱抵抗体、４ａは
薄膜導体、５は導電材、６は絶縁層としての絶縁性接着
剤、１０は放熱板である。 【０００８】前記基板１は、アルミナセラミックス等の
セラミック材料によって略矩形状に形成されており、そ
の上面で後述するグレーズ層２や発熱抵抗体３，薄膜導
体４ａ〜４ｃ等を支持する支持母材としての作用を為
す。この基板１は、例えばアルミナセラミックスから成
る場合、Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，ＭｇＯ等のセラミック
材料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状
に成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法を
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
状に打ち抜き加工を施して高温（約1600℃）で焼成する
ことによって例えば、0.5 〜1.5mm の厚みをもって製作
される。 【０００９】また前記基板１の上面には、断面山状の帯
状グレーズ層２と、複数の発熱抵抗体３と、薄膜導体４
ａ〜４ｃとが夫々、被着される。 【００１０】前記グレーズ層２はガラス等の低熱伝導性
材料から成り、その頂部付近に被着される複数の発熱抵
抗体３を上方に突出させて記録媒体に対する発熱抵抗体
３の押圧力（印圧）を有効に高めるとともに、これら発
熱抵抗体３の発する熱を適当な温度となるように蓄積及
び放散してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持す
る作用を為す。 【００１１】また前記発熱抵抗体３はグレーズ層２の頂
部付近に該グレーズ層２の長さ方向に沿って一定のピッ
チで被着・配列される。前記発熱抵抗体３はその各々が
ＴａＳｉＯやＴｉＳｉＯ，ＴａＮ等の電気抵抗材料によ
り形成されているため、後述する薄膜導体４ａ，４ｂを
介して外部からの電力が印加されると、個々に選択的に
ジュール発熱を起こし、記録媒体に印画を形成するのに
必要な温度、例えば150 〜250 ℃の温度に発熱する作用
を為す。 【００１２】更に前記薄膜導体４ａ〜４ｃは、発熱抵抗
体３の各一端に共通接続される共通電極としての薄膜導
体４ａと、発熱抵抗体３の各他端と後述するドライバー
ＩＣ７の出力端子７ａとを個々に接続する個別電極とし
ての薄膜導体４ｂと、ドライバーＩＣ７の入力端子（図
示しない）に接続されて基板１の後端側のエッジ付近ま
で導出される信号配線としての薄膜導体４ｃとで構成さ
れる。これらの薄膜導体４ａ〜４ｃはアルミニウムや
銅，銀等の金属から成り、薄膜導体４ａ，４ｂは前述の
発熱抵抗体３に外部電源からの電力を印加する作用を、
また薄膜導体４ｃは外部からの印画信号等をドライバー
ＩＣ７に供給する作用を為す。 【００１３】尚、前記部分グレーズ層２は、所定のガラ
ス粉末に適当な有機溶剤、有機溶媒を添加・混合して得
たガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等によっ
て帯状に印刷・塗布し、これを約1000℃〜1200℃の温度
で焼き付けることによって基板１の上面に断面山状をな
すように20〜100 μm の厚みでもって帯状に被着・形成
され、また前記発熱抵抗体３及び薄膜導体４ａ〜４ｃ
は、従来周知の薄膜形成技術、例えば、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
て基板１の上面に所定厚み、所定パターンをなすように
被着・形成される。 【００１４】そしてこのような基板１の発熱抵抗体３に
対して記録媒体の搬送方向（図中の矢印Ｐ）の下流側に
は長尺状の導電材５等を埋設するための帯状の貫通孔１
ａが、また上流側にはドライバーＩＣ７を埋設するため
の穴部１ｂが夫々設けられる。 【００１５】前記貫通孔１ａは、部分グレーズ層２に近
接して発熱抵抗体３の配列領域の両側まで延在されるよ
うに形成されており、その内部には長尺状を成す金属製
の導電材５を前記薄膜導体４ａに電気的に接続された状
態で埋設・固定させるとともに、熱伝導率18×10^-4 cal
／sec ・cm・℃以上の絶縁性接着剤６でもって貫通孔１
ａの内壁及び後述する放熱板１０の上面に対して接着さ
せている。 【００１６】よって、導電材５等が記録媒体の搬送方向
下流側でサーマルヘッドの表面より大きく突出すること
はなく、プラスチックカード等の硬質の記録媒体に対し
て印画を行う場合であっても、発熱抵抗体３上に搬送さ
れてくる記録媒体をその後も安定的に走行させることが
できる。 【００１７】また前記導電材５は、例えば、純度99％以
上、比抵抗１〜５μΩ・cm、熱伝導率600 〜1000×10^-3
cal／sec ・cm・℃の金属、例えば、銅やニッケル，
銀，金等を長尺状に加工したもので、薄膜導体４ａを電
気的に補強し得るようになっている。このため、全ての
発熱抵抗体３に同時に電力を印加するような場合であっ
ても薄膜導体４ａにおける電圧降下の発生が確実に防止
され、記録媒体に濃度むらの無い良好な印画を形成する
ことができる。尚、この場合、前記導電材５は基板１の
貫通孔１ａ内に埋設されていることから、導電材５を基
板１に取着させておくのに基板面積を拡大させる必要は
ない。 【００１８】また前記導電材５は熱伝導率600 〜1000×
10^-3 cal／sec ・cm・℃の金属によって形成されてお
り、基板１中の熱、特に発熱抵抗体３の近傍に蓄積され
ている熱を短時間で良好に吸収するようになっているた
め、これを熱伝導率18×10^-4 cal／sec ・cm・℃以上の
良熱伝導性の絶縁性接着剤６を介して放熱板１０側に速
やかに伝達させることができる。従って、高速印画を行
う場合であっても、基板１を良好な温度状態に維持する
ことができ、記録媒体に不要な印画が形成されるのを有
効に防止することができる。 【００１９】尚、前記絶縁性接着剤６としては、エポキ
シ樹脂やポリイミド樹脂，ポリエーテルアミド等の樹脂
材料にアルミナやジルコニウムを50〜80重量％の範囲で
添加・混合させて成るものが用いられ、この場合、絶縁
性接着剤６は前述の良熱伝導性に加え、電気絶縁性も兼
ね備えているため、導電材５と放熱板１０との間でショ
ートを起こすことはない。 【００２０】また前記貫通孔１ａは、レーザー加工やブ
ラスト加工，或いは、基板１を製作する際にセラミック
グリーンシートに打ち抜き加工を施しておくことにより
基板１の厚み方向に形成される。 【００２１】更に前記導電材５と貫通孔１ａの内壁との
接着は、まず貫通孔１ａ内の所定箇所に導電材５を上端
部が基板１の上面と同一平面内に配置されるようにして
仮留めし、しかる後、基板１の下面側より絶縁性接着剤
６となるワニスをディスペンサー等を用いて貫通孔１ａ
内に充填し、これを熱硬化させることによって行われ
る。 【００２２】また更に前記導電材５と薄膜導体４ａとの
電気的接続は、薄膜導体４ａ〜４ｃ等を前述の薄膜形成
技術によって形成する際に薄膜導体４ａの一端を絶縁性
接着剤６によって固定された貫通孔１ａ内の導電材５上
まで延在させておくことにより行われる。 【００２３】一方、記録媒体の搬送方向上流側に設けら
れる穴部１ｂはグレーズ層２から所定の距離だけ離れた
位置に部分グレーズ層２と略平行に設けられる。 【００２４】この穴部１ｂに埋設されるドライバＩＣ７
は、その上面に前記発熱抵抗体３に電気的に接続される
出力端子７ａを有しており、これらの端子７ａを前述の
薄膜導体４ｂを介して対応する発熱抵抗体３に接続させ
ておくことにより各出力端子７ａからの出力を対応する
発熱抵抗体３に所定のタイミングで印加し、発熱抵抗体
３を個々に選択的にジュール発熱させるようになってい
る。 【００２５】尚、前記薄膜導体４ｂと端子７ａとの接続
は、薄膜導体４ｂを前述の薄膜形成技術によって基板１
の上面に被着させる際に、薄膜導体４ｂの一端をドライ
バーＩＣ上面の出力端子７ａ上まで延在させておくこと
により行われる。 【００２６】また、このようなドライバーＩＣ７や導電
材５，発熱抵抗体３等が取着されている基板１の表面に
は更に窒化珪素等から成る保護膜９が従来周知のスパッ
タリング等によって１〜20μｍの厚みに被着され、この
保護膜９によって記録媒体の摺接による磨耗や大気中に
含まれている水分等の接触による腐食等から発熱抵抗体
３や薄膜導体４ａ〜４ｃ等を保護するようにしている。 【００２７】そして、前述した基板１は金属製の放熱板
１０上に載置・固定される。前記放熱板１０は、アルミ
ニウムやＳＵＳ等の金属から成り、基板１中の熱を前述
した導電材５及び接着剤６を介して、或いは基板１の下
面を介して直接、吸収することによって基板１を常に良
好な温度状態に維持する作用を為す。 【００２８】この場合、放熱板１０は絶縁性接着剤６に
よって基板１（貫通孔１ａの内壁）や導電材５に対して
強固に接着されているため、基板１を放熱板１０上に固
定するのに別途、接着剤等を用いる必要がなく、その固
定構造も極めて簡単なものとなる。 【００２９】前記放熱板１０は、例えば、アルミニウム
から成る場合、アルミニウムから成るインゴット（塊）
を従来周知の金属加工法を採用し、所定形状になすこと
によって製作される。 【００３０】また前記基板１の放熱板１０への固定は、
基板１上で前述した導電材５と薄膜導体４ａとの電気的
接続を行った後、導電材５が埋設されている貫通孔１ａ
内の残りの空間に基板１の下面側より、導電材５と貫通
孔１ａの内壁との接着に用いたものと同じワニスを充填
させ、このような基板１を放熱板１０上に載置させて前
記ワニスを放熱板１０の上面にも付着させた上、これを
熱硬化させることによって行われる。この場合、絶縁性
接着剤６は、導電材５を貫通孔１ａの内壁に接着する際
と、基板１を放熱板１０上に固定する際の２度に分けて
貫通孔１ａ内に充填されることとなるが、この２つの工
程で用いる接着剤６は同質であるため、両者の接合状態
は良好となる。 【００３１】かくして上述した本発明のサーマルヘッド
は、例えば、インクリボンを用いて印画を行う場合、記
録媒体をサーマルヘッドの表面に沿って（ドライバーＩ
Ｃ７上を経て発熱抵抗体３上に）搬送しながら、ドライ
バーＩＣ７の駆動に伴い薄膜導体４ａ，４ｂを介して発
熱抵抗体３に電力を印加し、発熱抵抗体３を個々に選択
的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱によっ
てインクリボンのインクを加熱・溶融させ、これを所定
の記録媒体に転写させることによって記録媒体に所定の
印画が形成される。 【００３２】尚、本発明は上述の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、改良等が可能である。 【００３３】例えば、絶縁性接着剤６が充填される貫通
孔１ａの両端部の内壁に曲率半径0.05〜0.2 mm程度のＲ
面を設けて貫通孔１ａの内壁から鋭利な角部をなくすよ
うにしておけば、サーマルヘッドの製造工程や使用時な
どに基板１や絶縁性接着剤６に熱が印加されても、基板
１や絶縁性接着剤６に対して大きな応力が局所的に印加
されることはなく、貫通孔１ａの両端部における基板１
の割れや絶縁性接着剤６の剥離を有効に防止することが
できる。従って絶縁性接着材６が被着される貫通孔１ａ
の両端部の内壁に曲率半径0.05〜0.2 mm程度のＲ面を設
けて貫通孔１ａの内壁から鋭利な角部をなくすようにし
ておくことが好ましい。 【００３４】 【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、基板
の厚み方向に発熱抵抗体の配列に沿って貫通孔を形成
し、この貫通孔内に長尺状の導電材を前記薄膜導体に電
気的に接続させた状態で固定させるとともに、前記放熱
板上面と前記導電材との間に熱伝導率が18×10^-4 cal／
sec ・cm・℃以上の絶縁層を配設させたことから、前述
の導電材等が記録媒体の搬送方向下流側でサーマルヘッ
ドの表面より大きく突出することはなく、プラスチック
カード等の硬質の記録媒体に対して印画を行う場合であ
っても、発熱抵抗体上に搬送されてくる記録媒体をその
後も安定的に走行させることができる。 【００３５】また本発明のサーマルヘッドによれば、貫
通孔内の導電材によって薄膜導体を電気的に補強し得る
ようになっているため、全ての発熱抵抗体に同時に通電
するような場合であっても薄膜導体における電圧降下の
発生が有効に防止され、記録媒体に濃度むらの無い良好
な印画を形成することができる。 【００３６】更に本発明のサーマルヘッドによれば、前
記導電材を金属で形成することにより、基板中の熱、特
に発熱抵抗体の近傍に蓄積されている熱を短時間で良好
に吸収し、これを熱伝導率18×10^-4 cal／sec ・cm・℃
以上の良熱伝導性の絶縁性接着剤を介して放熱板側に速
やかに伝達させることができる。従って、高速印画を行
う場合であっても、基板を常に良好な温度状態に維持す
ることができ、記録媒体に不要な印画が形成されるのを
有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のサーマルヘッドの一形態を示す平面図
である。 【図２】図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図であ
る。 【図３】従来のサーマルヘッドの断面図である。 【符号の説明】 １・・・基板 １ａ・・貫通孔 ３・・・発熱抵抗体 ４ａ・・薄膜導体 ５・・・導電材 ６・・・絶縁層 １０・・放熱板

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】上面に、直線状に配列された複数個の発熱
   抵抗体と、該各発熱抵抗体に共通接続される薄膜導体と
   が取着されているセラミック製の基板を、金属製の放熱
   板上に載置させて成るサーマルヘッドであって、 前記基板の厚み方向に発熱抵抗体の配列に沿って貫通孔
   を形成し、かつ該貫通孔内に長尺状の導電材を前記薄膜
   導体に電気的に接続させた状態で固定させるとともに、
   前記放熱板上面と前記導電材との間に熱伝導率が18×10
   ^-4 cal／sec ・cm・℃以上の絶縁層を配設させたことを
   特徴とするサーマルヘッド。