JP3836850B2 - サーマルプリントヘッド装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーマルプリントヘッド装置に関する。

感熱紙や熱転写インクリボンなどの記録媒体に対して印刷を行うためのサーマルプリントヘッド装置には、発熱抵抗体や駆動ＩＣが備えられた基板に対して、外部装置との接続のための外部接続用部材が直接半田付けされているものがある。

図１０は、このようなサーマルプリントヘッド装置の一例を示している。このサーマルプリントヘッド装置Ｘでは、基板９１として、表面にグレーズ層９２が設けられたものが用いられている。このグレーズ層９２の上面には、回路を構成する配線９３が形成されており、配線９３の適所には、電極９４が形成されている。フレキシブルケーブル９５は、樹脂基板９５ａに複数の導電線９５ｂが形成された構成とされており、各導電線９５ｂは、各電極９４に直接半田付けされている。また、フレキシブルケーブル９５は、基板９１からの脱落防止のため、その先端部が基板９１ごと樹脂層９７により覆われている。このような構成によれば、外部からのストレスや駆動時の熱ストレスなどが加わった場合などにおいて、フレキシブルケーブル９５と電極９４とが離間して接続が不安定となることを回避することができる。

しかしながら、半田９８は、冷却・固化する際に収縮するため、電極９４ないしグレーズ層９２に収縮力が作用し応力が発生してしまう。このような応力は、電極９４の剥離やグレーズ層９２の破損の原因となるため、これらにより、各導電線９５ｂと駆動ＩＣとの間が断線してしまう虞れがある。したがって、フレキシブルケーブル９５の接続における信頼性が悪くなる場合があった。

特開平７−３０２１８号公報（図４）

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、電気的接続における信頼性を向上することができるサーマルプリントヘッド装置を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明によって提供されるサーマルプリントヘッド装置は、表面にグレーズ層が形成された基板と、上記グレーズ層上に形成された電極と、外部装置との接続のために上記基板の縁部に取り付けられた外部接続用部材とを備えており、上記外部接続用部材が、上記電極に半田付けされているサーマルプリントヘッド装置であって、上記グレーズ層と上記電極との間に介在する緩衝層を備えており、上記緩衝層は、上記電極における上記基板の上記縁部側の先端部外周からはみ出していることを特徴としている。

このような構成によれば、上記半田が冷却・固化する際に収縮すると、その収縮力は、電極から緩衝層を介してグレーズ層へと作用する。本発明とは異なり、電極がグレーズ層上に直接形成されている場合には、上記収縮力は、グレーズ層のうち電極の外周と接合された部分に集中して作用するために、この部分には局所的に過大な応力が発生することとなる。本発明によれば、上記収縮力を緩衝層のうち電極からはみ出した部分を介して、グレーズ層の比較的広い領域に分散して作用させることができる。したがって、グレーズ層に発生する応力を小さくすることが可能であり、電極の剥離やグレーズ層の破損を回避して、外部接続用部材の接続における信頼性の向上を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記緩衝層は、上記電極の外周全体からはみ出している。このような構成によれば、電極の周囲全体においてグレーズ層に発生する応力を小さくすることが可能であり、電極の剥離やグレーズ層の破損を防止するのに好適である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記緩衝層は、Ａｕ膜により形成されている。このような構成によれば、上記緩衝層を比較的延性および展性に優れたものとすることができる。したがって、上記緩衝層のうち電極からはみ出した部分が適度に延びることにより、グレーズ層に作用する収縮力を緩和することが可能であり、グレーズ層に発生する応力を小さくするのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記グレーズ層上に形成され、かつ上記電極に導通する配線を備えており、上記緩衝層は、上記配線の一部により形成されている。このような構成によれば、このサーマルプリントヘッド装置を製造する際に、上記配線を形成するための工程において上記緩衝層を形成することができる。したがって、たとえば上記緩衝層を形成するための専用の工程が不要であり、製造効率の向上を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記配線および上記電極上に配された配線保護層を備えており、上記緩衝層は、上記電極のうち上記配線保護層には覆われていない部分の外周全体からはみ出してる。

このような構成によれば、グレーズ層のうち上記配線保護層に覆われた部分については、この配線保護層により過大な応力が発生することを防止可能である一方、グレーズ層のうち上記配線保護層に覆われていない部分については、上記緩衝層により応力を小さくすることができる。したがって、緩衝層の面積を不当に大きくすることなく、配線保護層と緩衝層とを利用して、グレーズ層に発生する応力の低減を合理的に達成することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記電極は、上記配線上に形成されたパッドと、上記パッド上に形成され、かつ上記パッドよりも半田濡れ性が優れているとともに上記パッドよりも面積が小さい電極上部層と、を有した構成とされている。

このような構成によれば、上記電極上部層の面積が比較的小さくなるので、上記外部接続用部材と上記電極との半田付け面積を比較的小とすることができる。これにより、半田が冷却・固化する際に上記電極ないしグレーズ層に作用する収縮力を小さくすることができる。したがって、電極の剥離やグレーズ層の破損を防止するのに有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記パッドは、Ａｇ膜により形成されており、上記電極上部層は、Ａｇ−ＰｔまたはＡｇ−ＰｄまたはＡｇに半田濡れ性を向上させるための添加物を加えたものによって形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記添加物は、酸化ビスマスである。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記パッドは、上記基板の上記縁部側が面取りされている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記外部接続用部材は、少なくとも上記電極に対して半田付けされた部分が接合部保護層により上記基板ごと覆われている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記外部接続用部材は、上記基板を挟持可能なクリップピンが複数備えられたクリップコネクタ、または、フレキシブルケーブルである。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明に係るサーマルプリントヘッド装置の一例を示している。このサーマルプリントヘッド装置Ａは、図１に示すように、基板１と、発熱抵抗体７１と、駆動ＩＣ７２と、クリップコネクタ５Ａと、を有しており、クリップコネクタ５Ａは、基板１に直接的に半田付けされている。なお、図４においては、クリップコネクタ５Ａは省略されている。

基板１は、たとえば、アルミナセラミック製の絶縁基板であり、図１に良く表れているように平面視において長矩形状を呈している。この基板１の表面には、図２および図５に良く表れているように、グレーズ層２が積層されており、このグレーズ層２上に、発熱抵抗体７１および駆動ＩＣ７２が設けられているとともに、回路を構成する配線３が形成されている。グレーズ層２は、蓄熱層としての役割、および、発熱抵抗体７１、駆動ＩＣ７２および配線３が配される表面を滑らかにしてその接着力を高める役割などを果たす。グレーズ層２は、ガラスを主成分とし、基板１の表面の略全面にわたって形成されている。この基板１の表面にはさらに、図２に良く表れているように、発熱抵抗体７１および配線３を保護するためのガラス層６１が形成されている。このガラス層６１は、本発明でいう配線保護層の一例に相当するものである。

配線３は、たとえば電導性の優れたＡｕ膜によって形成されており、レジネートＡｕを印刷・焼成することによって形成される。図１に良く表れているように、配線３は、基板１の長手方向に延びるコモンライン部３１ａから複数の延出部３１ｂを突出させた共通配線部３１と、一端部が各延出部３１ｂ間に配置されるとともに他端部が駆動ＩＣ７２の出力端子に接続された複数の個別配線部３２と、一端部が駆動ＩＣ７２の入力端子に接続されるとともに他端部がクリップコネクタ５Ａに接続される複数の入力配線部３３と、を有している。各入力配線部３３の他端部にはそれぞれ、図３に良く表れているように、クリップコネクタ５Ａを半田付けするための電極４が形成されている。

各電極４は、図３〜図５に良く表れているように、基板１の長手縁部近傍に形成されており、クリップコネクタ５Ａの後述するクリップピン５１のそれぞれに対応している。各電極４は、入力配線部３３上に形成されたパッド４１と、パッド４１上に形成された電極上部層４２とを有している。

入力配線部３３は、図４に良く表れているように、パッド４１よりも幅広に形成されている。また、入力配線部３３は、その先端部がパッド４１の先端部を超えて延びている。これらにより、入力配線部３３は、パッド４１の外周全体からはみ出すものとされている。つまり、本実施形態においては、入力配線部３３の一部が、本発明でいう緩衝層に相当する。

パッド４１は、Ａｇ膜により形成されており、Ａｇペーストを印刷・焼成することによって形成される。このパッド４１は、９０°以下の角部が生じないように面取りされている。なお、パッド４１の平面形状は、図３および図４においては六角形とされているが、周囲が９０°以下の角部を有しない形状であれば、八角形や楕円形などでもよい。

電極上部層４２は、クリップコネクタ５Ａを半田付けしやすくするものであり、パッド４１よりも半田濡れ性の優れた材料により形成される。また、電極上部層４２は、パッド４１よりも面積が小さくなるように形成される。このような電極上部層４２は、たとえば、Ａｇ−ＰｔまたはＡｇ−ＰｄまたはＡｇに半田濡れ性を向上させる添加物を加えた材料により形成される。添加剤としては、酸化ビスマスなどが用いられる。酸化ビスマスは、表面にガラスが析出するのを抑制し、これにより、電極上部層４２が半田付けの際に半田に溶融するため、電極上部層４２の半田濡れ性が向上するのである。

発熱抵抗体７１は、図１に良く表れているように、共通配線部３１の各延出部３１ｂと各個別配線部３２とを跨ぐように設けられており、基板１の幅方向端部において長手方向に延びるように形成されている。発熱抵抗体７１は、たとえば、酸化ルテニウムを導体成分とする厚膜抵抗ペーストを印刷・焼成することによって形成されている。

駆動ＩＣ７２は、外部装置（図示略）から送信されてくるプリント用の印刷データに基づいて発熱抵抗体７１の発熱駆動を制御するための回路が内部に造り込まれたものである。駆動ＩＣ７２は、図２に良く表れているように、基板１にダイボンディングされ、その入出力端子が個別配線部３２および入力配線部３３に対してワイヤボンディングされる。また、駆動ＩＣ７２は、図１および図２に良く表れているように、樹脂層６３により覆われており、衝撃などから保護されている。

クリップコネクタ５Ａは、このサーマルプリントヘッド装置Ａと上記外部装置（図示略）とを接続するための外部接続用部材として設けられたものである。このクリップコネクタ５Ａは、図３に良く表れているように、複数のクリップピン５１と、樹脂などにより形成されたソケット部５２とを有している。各クリップピン５１の一端部には、基板１を狭持可能な狭持部５１ａが設けられており、その他端部５１ｂはソケット部５２内に延びている。このクリップコネクタ５Ａを基板に半田付けする際には、まず、基板１における電極４が形成された部分を各クリップピン５１の狭持部５１ａが狭持するようにしてクリップコネクタ５Ａをセットする。次いで、狭持部５１ａと電極４との接点の周囲に半田ペーストを塗布する。このとき、半田ペーストが電極上部層４２からはみ出さないようにする。そして、各クリップピン５１をホットプレートなどにより加熱して半田を溶融させた後、これを冷却・固化させる。

また、クリップコネクタ５Ａは、図５に良く表れているように、各クリップピン５１は、狭持部５１ａにおける基板１の表面に面した部位および基板１の裏面に面した部位が樹脂層６２により覆われている。この樹脂層６２は、ＵＶ硬化性樹脂などにより、クリップピン５１を基板１ごと覆うように形成される。樹脂層６２は、本発明でいう接続部保護層に相当するものである。

次に、上記構成を有するサーマルプリントヘッド装置Ａの作用について説明する。

本実施形態のサーマルプリントヘッド装置Ａにおいては、クリップコネクタ５Ａは、各クリップピン５１が各電極４に半田付けされている。半田８が冷却・固化する際には、その収縮力が電極上部層４２およびパッド４１から入力配線部３３を介してグレーズ層２へと作用する。本実施形態とは異なり、従来技術によるサーマルプリントヘッド装置のように、電極がグレーズ層上に直接形成されている構成においては、半田の収縮力は、上記グレーズ層のうち上記電極の外周と接合された部分に集中的に作用してしまう。そうすると、この部分には、局所的に過大な応力が発生することとなり、電極の剥離やグレーズ層の破損などを生じる虞れがあり、たとえばクリップコネクタの接続における信頼性が低下してしまう。本実施形態によれば、半田８による収縮力は、入力配線部３３を介してグレーズ層２に作用する。入力配線部３３は、パッド４１の外周全体からはみ出すように配置されているために、入力配線部３３のうちパッド４１からはみ出す部分を介して、上記収縮力を分散させてグレーズ層２に作用させることが可能である。つまり、半田８の収縮に伴い、グレーズ層２は、パッド４１により面積が小となる方向に引っ張られるが、入力配線部３３のうちパッド４１からはみ出した部分によりグレーズ層２の比較的広い領域が引っ張られることとなるのである。したがって、上記収縮力によりグレーズ層２に発生する応力を小さくすることが可能であり、パッド４１が剥離することや、グレーズ層２にクラックが発生するなどして破損することを防止して、クリップコネクタ５Ａの接続における信頼性の向上を図ることができる。

また、入力配線部３３は、Ａｕ膜により形成されているために、たとえばＡｇ膜により形成されたパッド４１や、Ａｇ−Ｐｔなどにより形成された電極上部層４２と比べて、延性および展性に優れる。このため、半田８が収縮する際に入力配線部３３がグレーズ層２を引っ張る場合に、入力配線部３３のうちパッド４１からはみ出した部分が適度に延びるようにして、グレーズ層２に作用する収縮力を緩和することが可能である。したがって、グレーズ層２に発生する応力を小さくするのに有利である。

なお、半田８の冷却・固化によるもののほかに、たとえばサーマルプリントヘッド装置Ａが駆動される際には、発熱抵抗体７１への電力供給に伴い、半田８および電極４などが熱膨張および熱収縮を繰り返すことにより、グレーズ層２に発生する応力が変動することとなる。この応力の変動が大きいほど、グレーズ層２にクラックが発生しやすくなる。本実施形態においては、上述したように入力配線部３３がパッド４１からはみ出した構成とされることにより、このようなグレーズ層２に生じる応力の変動を小さくする作用も発揮可能である。

各電極４において、直接半田付けされる電極上部層４２は、パッド４１よりも面積が小さい構成とされているが、半田濡れ性が優れているので、クリップピン５１に対する半田接合力が損なわれることがない。また、パッド４１の全域を使用して半田付けを行うと仮定した場合に比して、半田塗布面積が狭くなるので、半田が冷却・固化する際の収縮によって電極４ないしグレーズ層２に対して作用する応力を小さくすることができる。したがって、電極４の剥離やグレーズ層２の破損を防止するのに有利である。

また、パッド４１は、面取りされているので、電極４の剥離をより一層防止することができる。より詳細には、仮にパッドが９０°以下の角部を有している場合、半田の収縮力がこの角部に集中し、パッドが剥離しやすくなる傾向にあるが、パッド４１は面取りされているので、半田８の収縮力が集中せずこれをパッド４１の各所に分散することができる。これにより、電極４が剥離しにくくなる。

なお、入力配線部３３は、パッド４１よりも一様に幅広な形状のものに限定されず、たとえば、入力配線部３３のうちパッド４１から十分離間した箇所から基板１の縁部とは反対側に延びる部分については、パッド４１よりも狭幅としてもよい。このような形状とすれば、入力配線部３３をパッド４１の外周全体からはみ出させつつ、入力配線部３３の形成に要するＡｕの量を小さくすることが可能であり、製造コストの低減に有利である。

以上、説明してきたように、本発明に係るサーマルプリントヘッド装置によれば、電気的接続における信頼性を向上することができる。

図６〜図９は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図６に示された実施形態は、入力配線部３３のうちガラス層６１に覆われた部分に、パッド４１よりも狭幅の部分３３ａを有する構成とされている。この狭幅部３３ａは、図外の駆動ＩＣへと延びている。このことにより、パッド４１の外周のうちガラス層６１により覆われた部分については、その一部からのみ入力配線部３３がはみ出した構成とされている。

本実施形態のサーマルプリントヘッド装置を製造する際には、入力配線部３３、パッド４１および電極上部層４２を形成し、次いでガラス層６１を形成する。この後にたとえばクリップピン（図示略）を電極上部層４２に半田付けする。

このような実施形態によれば、グレーズ層２のうちガラス層６１により覆われていない部分については、上述した実施形態と同様に、入力配線部３３のうちパッド４１からはみ出した部分により応力の低減を図ることができる。一方、グレーズ層２のうちガラス層６１に覆われている部分については、製造工程においてクリップピン（図示略）などの半田付けがなされる際には、この部分を覆うようにガラス層６１が形成されている。このため、半田（図示略）が冷却・固化により収縮しても、この収縮力は、ガラス層６１によっても負担され、グレーズ層２に作用する収縮力を小さくすることができる。したがって、グレーズ層２に発生する応力を小さくし、電極４の剥離やグレーズ層２の破損などの不具合を回避することができる。

図７に示された実施形態においては、入力配線部３３の狭幅部３３ａが、ガラス層６１により覆われていない領域にも形成されている点が、図６に示された実施形態と異なっている。

半田（図示略）の収縮などによりグレーズ層２に発生する応力を低減させるためには、図４に示された実施形態について説明したように、入力配線部３３がパッド４１の外周全体からはみ出す構成とすることや、図６に示された実施形態について説明したように、入力配線部３３がはみ出していない部分についてはガラス層６１により保護される構成とすることが望ましい。しかしながら、たとえばパッド４１および電極上部層４２の形状や、半田付けの態様によっては、グレーズ層２のうちパッド４１の外周の特定部分と接合された部分にその周辺部と比べて高い応力が発生することが顕著に認められる場合がある。このような場合は、入力配線部３３をパッド４１の外周全体からはみ出させることに代えて、比較的高い応力が発生する部分についてのみ入力配線部３３をはみ出させることによっても、グレーズ層２の応力を低減することが可能である。図７に示された例においては、パッド４１の先端寄りの部分と接合されたグレーズ層２に発生する応力を低減させることができる。

図８に示された実施形態は、入力配線部３３とは別体とされた緩衝層３５を備えている点が、上述したいずれの実施形態とも異なっている。

このような実施形態によってもグレーズ層２に発生する応力を低減することができる。緩衝層３５は、たとえば入力配線部３３と同様のＡｕ製とすれば、入力配線部３３を形成する工程において一括して効率よく形成することができる。これとは異なり、緩衝層３５は、入力配線部３３とは異なる材料を用いて形成しても良い。この場合、たとえば入力配線部３３の材料よりもさらに延性および展性に優れた材料を用いれば、グレーズ層２に発生する応力をより低減することができる。

図９に示した実施形態においては、図１および図３に示した実施形態と異なり、外部接続用部材としてクリップコネクタの代わりにフレキシブルケーブル５Ｂが用いられている。

フレキシブルケーブル５Ｂは、たとえば、ポリイミドなどにより屈曲可能に形成された樹脂基板５３間に、銅箔などをエッチングすることなどにより形成した複数の導電線５４を設けたものである。このフレキシブルケーブル５Ｂは、長手方向の一方端部において導電線５４が露出させられており、各導電線５４が各電極４に半田付けされる。

本発明に係るサーマルプリントヘッド装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るサーマルプリントヘッド装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

緩衝層は、Ａｕ膜により形成することが望ましいが、これに限定されず、たとえば延性および展性に優れたＡｕ膜以外の金属膜や樹脂膜などにより形成しても良い。緩衝層の形状は、上記実施形態のように矩形状に限定されず、電極の外周のうち所望の部分からはみ出す形状であれば、たとえば楕円形状、多角形状のほかリング形状、Ｕ字形状などであっても良い。

電極としては、パッドおよび上部電極層が積層された構成とすることが、半田による収縮力の低減に望ましいが、これに限定されず、単層構造としても良い。また、パッドおよび上部電極層の材料も、上記実施形態の材料に限定されない。

本発明に係るサーマルプリントヘッド装置の一例を示す概略平面図である。 図１のＩＩ-ＩＩ線に沿う断面図である。 図１の外部接続用部材を拡大して示す斜視図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッド装置の一例を示す要部平面図である。 図１のＶ-Ｖ線に沿う要部断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッド装置の他の例を示す要部平面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッド装置の他の例を示す要部平面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッド装置の他の例を示す要部平面図である。 外部接続用部材の他の例を示す要部斜視図である。 従来のサーマルプリントヘッド装置の一例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ サーマルプリントヘッド装置
１ 基板
２ グレーズ層
３ 配線
４ 電極
５Ａ クリップコネクタ（外部接続用部材）
５Ｂ フレキシブルケーブル（外部接続用部材）
３３ 複数の入力配線部（緩衝層）
３５ 緩衝層
４１ パッド
４２ 電極上部層
６１ ガラス層（配線保護層）
６２ 樹脂層（接合部保護層）
７１ 発熱抵抗体
７２ 駆動ＩＣ

Claims (11)

1. 表面にグレーズ層が形成された基板と、
   上記グレーズ層上に形成された電極と、
   外部装置との接続のために上記基板の縁部に取り付けられた外部接続用部材とを備えており、
   上記外部接続用部材が、上記電極に半田付けされているサーマルプリントヘッド装置であって、
   上記グレーズ層と上記電極との間に介在する緩衝層を備えており、
   上記緩衝層は、上記電極における上記基板の上記縁部側の先端部外周からはみ出していることを特徴とする、サーマルプリントヘッド装置。
2. 上記緩衝層は、上記電極の外周全体からはみ出している、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド装置。
3. 上記緩衝層は、Ａｕ膜により形成されている、請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド装置。
4. 上記グレーズ層上に形成され、かつ上記電極に導通する配線を備えており、
   上記緩衝層は、上記配線の一部により形成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド装置。
5. 上記配線および上記電極上に配された配線保護層を備えており、
   上記緩衝層は、上記電極のうち上記配線保護層には覆われていない部分の外周全体からはみ出してる、請求項４に記載のサーマルプリントヘッド装置。
6. 上記電極は、上記配線上に形成されたパッドと、上記パッド上に形成され、かつ上記パッドよりも半田濡れ性が優れているとともに上記パッドよりも面積が小さい電極上部層と、を有した構成とされている、請求項４または５のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド装置。
7. 上記パッドは、Ａｇ膜により形成されており、
   上記電極上部層は、Ａｇ−ＰｔまたはＡｇ−ＰｄまたはＡｇに半田濡れ性を向上させるための添加物を加えたものによって形成されている、請求項６に記載のサーマルプリントヘッド装置。
8. 上記添加物は、酸化ビスマスである、請求項７に記載のサーマルプリントヘッド装置。
9. 上記パッドは、上記基板の上記縁部側が面取りされている、請求項６ないし８のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド装置。
10. 上記外部接続用部材は、少なくとも上記電極に対して半田付けされた部分が接合部保護層により上記基板ごと覆われている、請求項１ないし９のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド装置。
11. 上記外部接続用部材は、上記基板を挟持可能なクリップピンが複数備えられたクリップコネクタ、または、フレキシブルケーブルである、請求項１ないし１０のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド装置。

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