JP3488798B2 - 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、上面
に複数の発熱抵抗体及び導電層が配設されたヘッド基板
と、該ヘッド基板の導電層に電気的に接続される複数の
配線導体を有した印刷配線板とから成っており、前記ヘ
ッド基板上の発熱抵抗体に外部からの電力を印加し、発
熱抵抗体を印画信号に基づいて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を感熱記録媒体に伝導
させ、感熱記録媒体に所定の印画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】尚、前記印刷配線板は外部からの電力や種
々の印画制御信号をヘッド基板上の発熱抵抗体等に供給
するためのもので、このような印刷配線板としては、複
数の樹脂フィルムと複数の配線導体とを交互に積層し、
これらの配線導体同士を樹脂フィルムに設けたビアホー
ルによって相互に結線してなる多層配線板が用いられて
いる。前記印刷配線板とヘッド基板との接続は、印刷配
線板を構成する複数の樹脂フィルムのうち最も下に位置
する樹脂フィルムの一端を切り欠いて配線導体の一部を
露出させ、これをヘッド基板上面の導電層に半田接合さ
せることにより行われる。

【０００４】また、前記印刷配線板の他端部下方には、
図８に示すように、Ｌ字型に折り曲げた複数のコネクタ
ピン２１をハウジング２２で支持してなるコネクタ部材
２３が取着されている。このコネクタ部材２３は、サー
マルヘッドを外部電気回路に接続させる際、サーマルヘ
ッド側の接続部材として機能するもので、前記コネクタ
ピン２１を印刷配線板２４の貫通孔に下方より挿入させ
た状態で印刷配線板２４に取着される。このようなコネ
クタ部材２３を印刷配線板２４に取着させる際は、印刷
配線板２４を構成する複数の樹脂フィルム２５ａ〜２５
ｃのうち最も上に位置する樹脂フィルム２５ａの貫通孔
周辺を円形に切り欠いて配線導体２６ａの一部を露出さ
せておき、この露出部（ランドという）と前記貫通孔に
挿入したコネクタピン２１とを前記ランド上で半田２７
を用いて接合させることにより行われ、これによって印
刷配線板２４の配線導体とコネクタ部材２３のコネクタ
ピン２１とが電気的・機械的に接続される。尚、コネク
タ部材２３のハウジング２２を印刷配線板２４の下方に
配置させるようにしているのは、サーマルヘッドの印画
動作時にコネクタ部材２３が感熱記録媒体の走行の妨げ
とならないようにするためであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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、印刷配線板２４と
して前述のような多層配線板を用いていることから、こ
の印刷配線板２４を製作する際、配線導体２６ａ−２６
ｂ間に配される樹脂フィルム２５ｂの所定箇所に配線導
体同士を相互に結線するためのビアホール２８を設けた
り、或いは、複数の樹脂フィルム２５ａ〜２５ｃと複数
の配線導体２６ａ，２６ｂとを交互に積層するにあたっ
て樹脂フィルム２５ｂのビアホール２８とその上下に配
される複数の配線導体２６ａ，２６ｂとを互いに位置合
わせしたりしなければならない。この結果、サーマルヘ
ッドの製造工程が煩雑になり、製品としてのサーマルヘ
ッドが高価なものとなる欠点を有している。

【０００６】また、上述した従来のサーマルヘッドにお
いてヘッド基板の導電層や印刷配線板の配線導体の配
置、接続構造等を工夫することにより、２枚の樹脂フィ
ルム間に１層の配線導体を介在させただけの１層配線板
を用いることが可能になったとしても、それを前述した
従来のサーマルヘッドの印刷配線板２４とそのまま置き
換えて用いるだけではサーマルヘッドの製造工程を十分
に簡略化することができなかった。即ち、先に述べた従
来のサーマルヘッドにおいては、印刷配線板の配線導体
をヘッド基板及びコネクタ部材の双方に接続させるため
にヘッド基板に接続される印刷配線板の一端側で配線導
体を下方に露出させ、かつコネクタ部材が取着される印
刷配線板の他端側で配線導体を上方に露出させておく必
要があり、そのため、２枚の樹脂フィルムの双方に予め
パンチやエッチング等によって孔あけ加工を施しておく
必要があり、またこの２枚の樹脂フィルム間に配線導体
を挟んで印刷配線板を組み立てようとする際、孔あけさ
れた２枚の樹脂フィルム同士を位置合わせするのは比較
的難しく、サーマルヘッドの製造工程を大幅に簡略化す
るところまでは至っていない。

【０００７】

【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、複数の
発熱抵抗体を有し、上面に複数の導電層が被着されたヘ
ッド基板と、複数の配線導体を上方及び下方の２つの樹
脂層で挟持するとともに、下方の樹脂層の一端を切り欠
いて各配線導体の一部を露出させ、該露出した各配線導
体をヘッド基板上面の各導電層に当接させることにより
配線導体が導電層に電気的に接続されている印刷配線板
と、複数のコネクタピンをハウジングで支持してなり、
印刷配線板の下方に配され、かつ前記コネクタピンの一
部が印刷配線板の他端側に設けた貫通孔を下方から上方
にかけて貫通するとともに半田を介して各配線導体に接
合されているコネクタ部材と、を含むサーマルヘッドで
あって、前記貫通孔内壁とコネクタピン外周面との間に
隙間を設け、該隙間中に半田を流入させるとともに、前
記貫通孔の周囲に配される前記下方の樹脂層を切り欠い
て前記配線導体を下方に露出させてなる。また本発明の
サーマルヘッドは、上述のサーマルヘッドにおいて、前
記貫通孔内壁とコネクタピン外周面との間に隙間が０．
１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定されているものである。

【０００８】

【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をＸ方向から見た側面図
であり、１はヘッド基板、６は印刷配線板、９はコネク
タ部材である。

【０００９】前記ヘッド基板１は、所定の長方形状（２
２９．０ｍｍ×５．５７ｍｍ）をなすように形成された
アルミナセラミックス製の絶縁基板上に、複数の発熱抵
抗体２、複数の導電層３、及び複数のドライバＩＣ５を
それぞれ取着させた構造を有している。

【００１０】前記複数の発熱抵抗体２は、絶縁基板の一
方の長辺に沿って例えば２００ｄｐｉの線密度で直線状
に被着・配列されており、それ自体が窒化タンタル等の
電気抵抗材料から成っているため、後述する導電層３や
印刷配線板６等を介して外部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Ａに印画を形成す
るのに必要な温度、例えば２５０〜４００℃の温度とな
る。

【００１１】また前記複数の導電層３は、アルミニウム
等の導電材料によって絶縁基板の上面全体にわたって所
定パターンをなすように被着・形成されており、その一
部は発熱抵抗体２やドライバＩＣ５に駆動電力を供給す
るための電力供給用配線として、またその他のものはド
ライバＩＣ５に種々の印画制御信号等を供給するための
信号供給用配線として機能する。

【００１２】更に前記複数のドライバＩＣ５は、前記絶
縁基板の他方の長辺に沿って間に１８ｍｍ程度の間隔を
あけて一列に配列・搭載されており、内部にシフトレジ
スタ、ラッチ回路、スイッチング素子等の論理回路を所
定ビットずつ有しているため導電層３や印刷配線板６等
を介して外部からの印画制御信号等が供給されると複数
の発熱抵抗体２を印画制御信号に基づいて個々に選択的
にジュール発熱させるようになっている。

【００１３】尚、前記ヘッド基板１の発熱抵抗体２及び
導電層３は、従来周知のスパッタリング法及びフォトリ
ソグラフィー技術等を採用することによって絶縁基板の
上面に所定厚み、所定パターンに被着・形成され、前記
ドライバＩＣ５はその一主面に設けられた複数の端子電
極を従来周知のフェースダウンボンディング法等によっ
て絶縁基板上の導電層３に個々に電気的に接続させるこ
とによって絶縁基板の上面に搭載される。

【００１４】また上述のようなヘッド基板１は、導電層
３の一部が隣接するドライバＩＣ５−５間の領域もしく
はドライバＩＣ５の列の外側領域まで導出されており、
該導出部をヘッド基板１に併設される印刷配線板６の配
線導体８に電気的に接続するようにしている。

【００１５】前記印刷配線板６は、その基材もしくはカ
バー部材として機能する樹脂層としての２枚の樹脂フィ
ルム７ａ，７ｂで複数の配線導体８を挟持した１層配線
板の構造を有しており、図３に示すように、下側に位置
する一方の樹脂フィルム７ｂの一端を切り欠いて各配線
導体８の一部を下方に露出させ、該露出した各配線導体
８をヘッド基板上面の各導電層３に半田１２を介して当
接させることにより導電層３が導電層３の前記導出部に
電気的に接続されている。尚、前記配線導体８の露出部
表面にはスズ、ニッケル、金等の半田ぬれ性の良好な金
属がメッキ等によって薄く被着させており、これによっ
て配線導体８をヘッド基板１の導電層３に良好に半田接
合し得るようになっている。

【００１６】このような印刷配線板６は外部からの電力
や印画制御信号等をヘッド基板１上の発熱抵抗体２やド
ライバＩＣ５等に供給するためのもので、例えば、可撓
性を備えたポリイミド樹脂等で樹脂フィルムが形成され
たフレキシブル印刷配線板等が用いられる。ここで印刷
配線板６は、その一端がヘッド基板１に搭載したドライ
バＩＣ５−５間の領域まで延出され、この延出部分で配
線導体８をヘッド基板１の導電層３に接続するようにし
ているため、ドライバＩＣ５の搭載位置と絶縁基板の他
方の長辺との間には印刷配線板６の配線導体８とヘッド
基板１の導電層３とを接続するための広いスペース等を
確保する必要がなく、複数のドライバＩＣ５を絶縁基板
の他方の長辺に沿って無理なく配置させることができ、
サーマルヘッドの小型化が可能な構造になっている。

【００１７】このような印刷配線板６は、まず１枚の樹
脂フィルム７ａの一主面に銅箔を接着し、更にこれにケ
ミカルエッチング等を施すことによって複数の配線導体
８をパターン形成した後、パンチ等を用いて所定箇所に
予め孔あけ加工を施した樹脂フィルム７ｂを前述の樹脂
フィルム７ａに対し配線導体８を挟むようにして接着す
ることで製作される。尚、このような製法で印刷配線板
６を製作する際、樹脂フィルム７ａの一主面に銅箔を接
着するための接着剤の厚みを樹脂フィルム７ａの中央部
で厚くなるようになしておけば、銅箔が樹脂フィルム７
ａよりも長くなるので、サーマルヘッドの印画動作時、
発熱抵抗体２の発する熱によって樹脂フィルム７ａが熱
膨張しても配線導体８及び樹脂フィルム７ａ間に発生す
る熱応力が有効に緩和される。

【００１８】また一方、印刷配線板６の他端部には、後
述するコネクタ部材９を取着させるための複数の貫通孔
６ａが一列に設けられており、この貫通孔６ａにコネク
タ部材９のコネクタピン１１を下方から上方にかけて貫
通させ、これを配線導体８に半田接合させることによっ
てコネクタ部材９が印刷配線板６に取着されるようにな
っている。

【００１９】前記コネクタ部材９は、図４に示すよう
に、錫メッキが施された黄銅から成る複数のコネクタピ
ン１０（径：０．４ｍｍ〜２．０ｍｍ）をＬ字型に折り
曲げ、これらを印刷配線板６の下方に配されるナイロン
製のハウジング１１で支持させた構造を有しており、サ
ーマルヘッドを外部電気回路に接続させる際のサーマル
ヘッド側の接続部材として機能する。

【００２０】そして、このようなコネクタ部材９のコネ
クタピン外周面と印刷配線板６の貫通孔内壁との間に
は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間Ｃが設けられてお
り、該隙間Ｃ中に半田１２を流入させることによってコ
ネクタピン１０と配線導体８とを半田接合するようにし
ている。また本形態においては、前記貫通孔６ａの周囲
に配されている樹脂フィルム７ｂの一部を円形状に切り
欠いて配線導体８を下方に露出させ、この露出部（ラン
ド）にスズ、ニッケル、金等の半田ぬれ性が良好な金属
をメッキ等によって薄く被着させることによって印刷配
線板６の下面側に露出する配線導体８にも半田１２が接
合されるようにしている。

【００２１】前記貫通孔６ａは、２枚の樹脂フィルム７
ａ，７ｂを接着して印刷配線板６を組み立てた後に、パ
ンチ等を用いて孔あけすることによって印刷配線板６の
他端部に比較的簡単に形成することができるもので、該
貫通孔６ａの内壁とコネクタピン１０の外周面との間に
は溶融半田が流れ込むのに十分な隙間Ｃが設けられてい
るため、コネクタ部材９を印刷配線板６に取着させる
際、図５に示すように、コネクタ部材９のコネクタピン
１０を印刷配線板６の貫通孔６ａに挿入させた上、半田
ゴテＢ等を用いて溶融させた半田１２’を印刷配線板６
の上面側より隙間Ｃに流入させることによりコネクタピ
ン１０と配線導体８とを簡単に半田接合させることがで
きる。

【００２２】またこの場合、前記貫通孔６ａの周囲に配
されている樹脂フィルム７ｂの一部を切り欠いて配線導
体８を下方に露出させ、この露出部に半田ぬれ性が良好
な金属をメッキ等によって薄く被着させているため、印
刷配線板６の下面側に回り込んだ半田１２が下方に露出
された配線導体８にも良好に被着されることとなり、両
者の半田接合をより確実なものとなすことができる。

【００２３】そして、上述したヘッド基板１及び印刷配
線板６はアルミニウム等の金属材料から成る支持体１３
上に両面テープ等を介して載置され、これによって支持
体１３上で支持される。このとき、印刷配線板６とコネ
クタ部材９と支持体１３とをエポキシ樹脂等から成る接
着剤によって接着しておけば、サーマルヘッドの各構成
部材同士を極めて強固に機械的に接続させておくことが
でき、サーマルヘッドを外部電気回路に接続するにあた
ってコネクタ部材９を抜き・差しする際などに多少の外
力が印加されても破損しにくくなすことができる。

【００２４】かくして上述した本発明のサーマルヘッド
は、前記ヘッド基板１上の発熱抵抗体２に導電層３及び
印刷配線板６を介して外部からの電力を印加し、発熱抵
抗体２を印画制御信号に基づいて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を感熱記録媒体Ａに
伝導させ、感熱記録媒体Ａに所定の印画を形成すること
によってサーマルヘッドとして機能する。

【００２５】次に本発明の作用効果を実験例に基づき説
明する。 （実験例）まず、貫通孔の径を０．７ｍｍ、０．８ｍ
ｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍ
ｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ、２．０ｍｍとした印刷配
線板を各１０個ずつ準備し、φ０．６ｍｍのコネクタピ
ンを各印刷配線板の貫通孔の略中央に配置させた状態で
保持する。そして、印刷配線板の上面側より貫通孔とコ
ネクタピンとの隙間に溶融半田を流し込んでコネクタ部
材のコネクタピンと印刷配線板の配線導体とを半田接合
し、貫通孔の径と接合不良等の発生頻度について調べ
た。その結果を図６に示す。尚、この実験で用いた半田
の組成は錫４７．５％、鉛５０．０％、銀２．５％であ
り、この半田は２２５℃の温度で溶融するものであっ
た。

【００２６】この実験によれば、コネクタピン−貫通孔
間の隙間Ｃが０．０５ｍｍとなる０．７ｍｍ径の印刷配
線板では、溶融半田が隙間Ｃを通りにくく、半田のヌレ
不良が発生してその大部分（８０％）で接合不良が発生
した。

【００２７】またコネクタピン−貫通孔間の隙間Ｃが
０．６ｍｍとなる１．８ｍｍ径の印刷配線板では、その
２０％で半田が流れ出して接続不良を起こし、更にコネ
クタピン−貫通孔間の隙間Ｃが０．７ｍｍとなる２．０
ｍｍ径の印刷配線板では、その４０％で半田が流れ出し
接続不良を起こした。

【００２８】これに対し、コネクタピン−貫通孔間の隙
間Ｃが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定された０．８ｍｍ
〜１．６ｍｍ径の印刷配線板では、溶融半田が貫通孔−
コネクタピン間の隙間Ｃを良好に通り抜けてコネクタピ
ンと配線導体とを良好に半田接合することができ、この
場合の不良率は０％であった。

【００２９】以上の実験結果から、配線導体とコネクタ
ピンとを良好に半田接合させるには、貫通孔−コネクタ
ピン間の隙間Ｃを０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定しなけ
ればならないことが判る。

【００３０】以上のような本形態のサーマルヘッドによ
れば、印刷配線板６の貫通孔内壁とコネクタ部材９のコ
ネクタピン外周面との間に、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの
隙間を設けるようにしたことから、コネクタ部材９を印
刷配線板６に取着させる際、コネクタ部材９のコネクタ
ピン１０を印刷配線板６の貫通孔６ａに挿入させた状態
で、溶融半田を印刷配線板６の上方より貫通孔内壁とコ
ネクタピン外周面との間に設けた前記隙間Ｃからコネク
タピン１０を伝って良好に流し込むことができ、半田１
２’をコネクタ部材９のハウジング１１が配されている
印刷配線板６の下面側に回り込ませる等して配線導体８
とコネクタピン１０とを良好に半田接合させることがで
きる。これによって、２枚の樹脂フィルム７ａ，７ｂで
配線導体８を挟持しただけの簡単な構造の１層配線板を
用いてサーマルヘッドを構成することが可能になり、印
刷配線板６として多層配線基板を用いていた従来例のよ
うな煩雑な製造工程、作業等は一切不要となる。従って
サーマルヘッドの製造工程が簡略化され、製品としての
サーマルヘッドを安価になすことができる。

【００３１】また本形態のサーマルヘッドによれば、印
刷配線板６は、ヘッド基板１に接続される一端側の配線
導体８も、コネクタ部材９が取着される他端側の配線導
体８も、共に下方に露出させてあるため、樹脂フィルム
への孔あけ加工は下面側に配される一方の樹脂フィルム
７ｂにのみ施しておけば良く、また２枚の樹脂フィルム
７ａ，７ｂ間に配線導体８を挟んで印刷配線板６を組み
立てる際には樹脂フィルム同士の位置合わせも比較的簡
単で、この点においてもサーマルヘッドの製造工程を簡
略化することができる。

【００３２】尚、本発明は上述した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、コネクタ部材
９のハウジング１１の上面に、図７に示すように、所定
の窪み１４を設けておけば、半田１２を窪み１４の中に
収容させることができるので、印刷配線板６の貫通孔近
傍に十分に大きなランドを設けることができない場合で
あっても、十分な量の半田１２を用いてランドとコネク
タピン１０とを半田接合することができ、一定の接合強
度を保つことができる。従ってコネクタ部材９のハウジ
ング１１の上面には所定の窪み１４を設けておくことが
好ましい。

【００３３】また上述した形態においては、印刷配線板
の樹脂層としてポリイミド製の樹脂フィルムを用い、こ
のような２枚の樹脂フィルムを配線導体を挟むようにし
て互いに貼り付けることで印刷配線板を構成するように
したが、これに代えて、印刷配線板を製作するのに１枚
の樹脂フィルムと液状になした樹脂の前駆体とを使用
し、配線導体を被着させた樹脂フィルムの一主面に前記
前駆体をスクリーン印刷等によって塗布及び硬化させて
印刷配線板を構成するようにしても構わない。

【００３４】更に上述した形態においては、印刷配線板
の樹脂層に孔あけするのにパンチを採用したが、これに
代えて、ケミカルエッチングやドリル等を用いて印刷配
線板に孔あけしても構わない。

【００３５】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、コネ
クタ部材を印刷配線板に取着させる際、コネクタ部材の
コネクタピンを印刷配線板の貫通孔に挿入させた状態
で、溶融半田を印刷配線板の上方より貫通孔内壁とコネ
クタピン外周面との間に設けた隙間からコネクタピンを
伝って良好に流し込むことができ、溶融半田をコネクタ
部材のハウジングが配されている印刷配線板の下面側に
回りこませる等して配線導体とコネクタピンとを良好に
半田接合させることができる。これによって２つの樹脂
層で配線導体を挟持しただけの簡単な構造の１層配線板
を用いてサーマルヘッドを構成することが可能になり、
サーマルヘッドの製造工程を簡略化し、製品としてのサ
ーマルヘッドを安価になすことができる。また印刷配線
板が、ヘッド基板に接続される一端側の配線導体、コネ
クタ部材が取着される他端側の配線導体共に下方に露出
されることとなるため、樹脂層への孔あけ加工を一方の
樹脂層にのみ施しておけば良く、サーマルヘッドの製造
工程を簡略化することができる。

【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をＸ方向から見た側面図である。

【図３】ヘッド基板と印刷配線板の接続構造を示す拡大
断面図である。

【図４】印刷配線板とコネクタ部材の接続構造を示す拡
大断面図である。

【図５】コネクタ部材の取着作業を説明するための拡大
断面図である。

【図６】実験例の結果を示すグラフである。

【図７】本発明のサーマルヘッドの変形例を示す拡大断
面図である。

【図８】従来のサーマルヘッドにおける印刷配線板とコ
ネクタ部材の接続構造を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・ヘッド基板 ２・・・・・・発熱抵抗体 ３・・・・・・導電層 ６・・・・・・印刷配線板 ７ａ，７ｂ・・樹脂フィルム ８・・・・・・配線導体 ９・・・・・・コネクタ部材 １０・・・・・コネクタピン １１・・・・・ハウジング １２・・・・・半田

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/235 B41J 2/335 B41J 2/345 B41J 2/44 B41J 29/00 H01R 9/03 H01R 24/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の発熱抵抗体を有し、上面に複数の導
   電層が被着されたヘッド基板と、複数の配線導体を上方
   及び下方の２つの樹脂層で挟持するとともに、下方の樹
   脂層の一端を切り欠いて各配線導体の一部を露出させ、
   該露出した各配線導体をヘッド基板上面の各導電層に当
   接させることにより配線導体が導電層に電気的に接続さ
   れている印刷配線板と、 複数のコネクタピンをハウジングで支持してなり、印刷
   配線板の下方に配され、かつ前記コネクタピンの一部が
   印刷配線板の他端側に設けた貫通孔を下方から上方にか
   けて貫通するとともに半田を介して各配線導体に接合さ
   れているコネクタ部材と、を含むサーマルヘッドであっ
   て、 前記貫通孔内壁とコネクタピン外周面との間に隙間を設
   け、該隙間中に半田を流入させるとともに、前記貫通孔
   の周囲に配される前記下方の樹脂層を切り欠いて前記配
   線導体を下方に露出させてなるサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記貫通孔内壁とコネクタピン外周面との
   間に隙間が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定されているサ
   ーマルヘッド。