JP4314083B2 - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ - Google Patents

Description

本発明は発熱素子の熱を利用して印画記録等を行うサーマルヘッド及びサーマルプリンタに関するものである。

従来、発熱素子の熱を利用して感熱紙等の記録媒体に印画を形成する記録デバイスとしてサーマルヘッドが知られている。

かかるサーマルヘッドは、図４や図５に示す如く、ベースプレート２２上に、直線状に配列された複数の発熱素子２３と、該発熱素子２３の両端に接続されるＡｌ（アルミニウム）等からなる電極配線２４とを備えた構造のものが知られており、記録動作時、発熱素子２３上に感熱紙等の記録媒体を搬送しながら、発熱素子２３を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させ、その熱を記録媒体に伝達させることで所定の印画を形成する。

このようなサーマルヘッドは、発熱素子２３に接続される電極配線２４の一端が基板端部まで導出され、該導出部に電極パッド２５が設けられている。この電極パッド２５は、フレキシブル印刷配線板等の外部ヘッド基板２７の配線導体２８に対して半田やボンディングワイヤ等の導電材を介して電気的に接続されており、これによって外部ヘッド基板２７から供給される電力がサーマルヘッド上の発熱素子２３に供給される。電極パッド２５は、導電材が半田である場合、半田ぬれ性が良好なＮｉ（ニッケル）等が好適に使用される。
特開２００３−１０３８１７号公報 特開平８−８０６３０号公報

ところで、上述した電極パッド２５に接続される外部配線板２５に大きな外力が加わる場合、その外力によって電極パッド２５が電極配線２４より剥がれることがある。このため、電極パッド２５が電極配線２４より剥がれることを良好に防止できるようなサーマルヘッドが求められていた。

本発明は上記課題に鑑み案出されたものであり、その目的は電極パッドと電極配線との剥離を良好に防止可能なサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを提供することにある。

本発明のサーマルヘッドは、発熱素子と、該発熱素子に接続されている電極配線と、該電極配線の導出部上に被着して設けられている電極パッドとを備えており、前記電極配線の前記導出部には、前記電極パッドの直下に位置し且つ当該電極パッドの端部に沿った領域に溝状の窪みが設けられており、前記電極パッドは、前記窪み内に延在している延在部を有していることを特徴とする。

また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記電極配線には、段差部が設けられており、前記導出部は、他の領域に比べて厚みが薄くなっていることが好ましい。更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記電極パッドの前記延在部は、前記導出部の導出方向における当該電極パッドの両端部に位置していることが好ましい。

また更に、本発明のサーマルヘッドは、前記窪みの深さが前記電極パッドの直下領域における電極配線の厚みの３０％〜８０％に設定されていることが好ましい。

本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、発熱素子と、該発熱素子に接続されている電極配線と、該電極配線の導出部上に被着して設けられている電極パッドとを備えており、電極配線の導出部には、電極パッドの直下に位置し且つ当該電極パッドの端部に沿った領域に溝状の窪みが設けられており、電極パッドは、窪み内に延在している延在部を有していることから、該延在部によって剥離の起点となりやすい電極パッドの端部で電極パッドと電極配線との接触面積を大きくして両者の被着強度を高めることができる。従って、電極配線に対する電極パッドの剥離が良好に防止され、信頼性の高いサーマルヘッド及びサーマルプリンタを実現できる。

また、本発明のサーマルヘッドにおいて、電極配線の導出部に他の領域に比べて厚みの薄い段差部が設けられている場合、電極配線と電極パッドとの接触面積を大きくすることができ、電極配線に対する電極パッドの被着強度をより高めることが可能となる。更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、電極パッドの延在部が前記導出部の導出方向における当該電極パッドの両端部に位置している場合、電極配線に対する電極パッドの剥離をより効果的に防止することが可能となる。

また更に、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記窪みの深さが、前記電極パッドの直下領域における電極配線の厚みの３０％〜８０％に設定されている場合、消費電力を低く抑えつつ、被着強度を高めることが可能となる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図、図２は図１のサーマルヘッドの要部拡大断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは、大略、ヘッド基板１と、フレキシブル配線板８とで構成されている。

ヘッド基板１は、グレーズドアルミナセラミックス等から成る矩形状のベースプレート２上に、複数の発熱素子３、電極配線４、電極パッド５等を取着させた構造を有している。

ベースプレート２は、その上面で発熱素子３や電極配線４、電極パッド５等を支持するための支持母材として機能するものであり、グレーズドアルミナセラミックスから成る場合、まずアルミナ、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を添加、混合する等してセラミックグリーンシートを形成するとともに、該シートを所定形状に打ち抜いて高温で焼結させることによってアルミナ基板を形成し、得られたアルミナ基板の上面に従来周知のスクリーン印刷等によってガラスペーストを印刷、塗布し、これを高温で焼き付けてグレーズ層を形成することによって製作される。

尚、上述したグレーズドアルミナセラミックス基板のグレーズ層は、印画に際して後述する発熱素子３の発する熱の一部を蓄積し、発熱素子３の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させるための蓄熱層として機能するものであり、かかる機能を有するものであれば、グレーズ層の形状は、断面山状を成す帯状であっても良いし、厚みが略均一な層状であっても良いし、層状グレーズに帯状グレーズを被着させたものであっても良い。

また、ベースプレート２上の複数の発熱素子３は、例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）の密度でベースプレート２の一方長辺に沿って主走査方向に直線状に被着、配列されており、その各々がＴａＳｉＯやＴｉＳｉＯ、ＴｉＣＳｉＯ等の電気抵抗材料からなる抵抗体膜から成っているため、電極配線４や電極パッド５、後述するフレキシブル配線板８の配線導体９等を介して電源電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙等の記録媒体に印画を形成するのに必要な所定の温度となる。

また、発熱素子３の両端に接続される電極配線４は、外部からの電源電力等を発熱素子３に供給するための給電配線、或いは、図示しないドライバーＩＣに印画信号等を供給するための信号配線として機能するものであり、例えばＡｌ（アルミニウム）やＣｕ（銅）等の加工性の良好な金属によってベースプレート２の上面に所定パターンをなすように形成される。

この電極配線４は、大略、複数の発熱素子３の一端側で共通に接続される共通電極配線４ａと、各発熱素子３の他端側で個別に接続される個別電極配線４ｂとで構成されており、かかる共通電極配線４ａ及び個別電極配線４ｂの一部がベースプレート２の他方長辺まで導出される。

この導出部４ｃには電極パッド５が２μｍ〜３μｍの厚みで被着されており、この導出部４ｃにおける電極配線４の厚みＤ１は他の領域における電極配線４の厚みＤ２よりも薄くなっており、電極配線４には電極パッド５の下部領域が接触する段差部が形成されている。

電極パッド５は、ヘッド基板１の電極配線４と後述するフレキシブル印刷配線板８の配線導体９とを半田やボンディングワイヤ等の導電材６を介して電気的に接続するための接続端子として機能するものであり、本実施形態のように導電材６が半田から成る場合、半田ぬれ性が良好な金属層、例えばＺｎ（亜鉛）、Ｎｉ（ニッケル）を順次積層したもの、Ｎｉ（ニッケル）及びＡｕ（金）を順次積層したもの、Ｚｎ（亜鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）を順次積層したもの、Ｐｄ（パラジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）を順次積層したもの等、Ｎｉを含む金属層が好適に採用される。

そして、電極パッド５の直下に位置する電極配線４、すなわち、導出部４ｃで、且つ電極パッド５の端部に沿った領域には、溝状の窪み４ｄが設けられており、該窪み４ｄ内に電極パッド５の一部が延在され、該延在部５ａと窪み４ｄとが接触している。

このため、電極パッド５の起点となりやすい電極パッド５の端部で電極パッド５と電極配線４との接触面積を大きくすることができ、両者の被着強度を高めることができる。従って、フレキシブル配線板８に大きな外力が印加される等して、電極パッド５に大きな負荷がかかったとしても、電極配線４に対する電極パッド５の剥離が良好に防止され、信頼性の高いサーマルヘッドを実現できる。

なお、ここでいう電極パッド５の端部とは、電極配線４の導出方向における電極パッド５の端部であり、片側端部であってもよいし、両側端部であっても良いが、両側端部の方が被着強度アップの観点から好ましい。

また、窪み４ｄの深さＤ３としては、電極パッド５の直下領域における電極配線４の厚みＤ１（導出部４ｃの厚み）の３０％〜８０％に設定されていることが好ましい。その理由は、窪み４ｄが導出部４ｃの厚みＤ１の８０％よりも大きいと、窪み４ｄの直下領域での電極配線４の厚みが薄くなりすぎて、この部分の配線抵抗が大きくなって消費電力を小さく抑えることが困難となり、一方、窪み４ｄが導出部４ｃの厚みＤ１の３０％よりも小さいと、電極パッド５の被着強度アップの効果をそれほど高めることができないからである。

更に、本実施形態においては、先に述べたように、電極配線４の厚みを電極パッド５の直下領域で他の領域よりも薄く成して段差部を形成し、該段差部に対して電極パッド５の下部領域を接触させているため、電極パッド５と電極配線４との接触面積を更に大きくすることができ、電極配線４に対する電極パッド５の被着強度がより高められる。

尚、上述した発熱素子３及び電極配線４は、例えばＴａＳｉＯ等の電気抵抗材料とＡｌ等の金属材料を従来周知のスパッタリングや蒸着法等によってベースプレート２上に所定厚みに順次被着させ、これを従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術を採用し、所定パターンに加工することによって形成される。

また、電極パッド５は、Ｚｎ、Ｎｉの２層構造である場合、例えば、電極配線４の形成後、一部を露出させるように電極配線４の上面をマスキングした状態で膜を従来周知のエッチング技術を用いて電極配線４の表面を厚み方向にエッチングし、導出部４ｃや溝状の窪み４ｄを形成する。次に、従来周知の置換めっき法を採用し、電極配線４の露出部分を硫酸亜鉛溶液に所定時間、浸漬することによって電極配線４を形成するＡｌの一部をＺｎで置換し、しかる後、このＺｎを触媒とした無電解Ｎｉめっきを行うことによって形成される。

そして、上述した発熱素子３や電極配線４上には窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化珪素（ＳｉＯ_２）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成る保護膜７が被着されており、該保護膜７によって発熱素子３や電極配線４が共通に被覆されている。

保護膜７は、発熱素子３や電極配線４等を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から保護するためのものであり、その一端が電極パッド５の近傍まで延在されている。

尚、保護膜７は、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング等を採用し、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化珪素（ＳｉＯ_２）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の無機質材料を発熱素子３や電極配線４等の上面に５μｍ〜１０μｍの厚みに被着させることにより形成される。

一方、ヘッド基板１に対して接続されるフレキシブル配線板８は、ヘッド基板１上の電極配線４等に電気的に接続される複数個の配線導体９を有し、これをポリイミド樹脂等から成るフィルム８ａで両側より挟持した構造を成しており、該フィルム８ａの一部を切り欠いて露出された配線導体９の露出部をヘッド基板１上の電極配線４に対して電気的に接続される接続部としている。

このフレキシブル配線板８は、記録動作時、外部からの電力や電気信号を、配線導体９を介してヘッド基板１上の発熱素子３に供給するためのものであり、サーマルヘッドをプリンタ本体に組み込む際、配線導体９をフレキシブル配線板８の一端に取着される図示しないコネクタ部材を介してプリンタ本体に接続させておくことにより、外部からの電力や電気信号がサーマルヘッドに供給可能な状態となる。

尚、フレキシブル配線板８は、例えばポリイミド樹脂製のフィルム８ａに銅箔を貼り付けた上、この銅箔を従来周知のフォトリソグラフィー及びエッチング技術にて所定パターンに加工することで複数個の配線導体９を形成し、しかる後、フィルム８ａを貼り付けて配線導体９の接続部以外の領域をフィルム８ａで被覆することによって製作される。

また、フレキシブル配線板８とヘッド基板１との接続は、例えば、導電材６が半田からなる場合、配線導体９の接続部が設けられているフレキシブル配線板８の一端部を、配線導体９の接続部が電極パッド５と対向するようにしてヘッド基板１の一部上面に重畳させ、しかる後、電極パッド５と配線導体９の接続部との間に介在させた半田をヒーターバー等を用いて加熱、溶融させ、両者を半田接合することによって行なわれる。

かくして、上述したサーマルヘッドは、ヘッド基板１の発熱素子３上に感熱紙等の記録媒体を搬送しながら、複数の発熱素子３を外部からの画像データ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、該熱を記録媒体に伝達させ、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。

そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図３に示す如く、プラテンローラ１０と、搬送ローラ１１と、駆動手段Ｃとが配設される。

プラテンローラ１０は、ＳＵＳ等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドＴの発熱素子３上に回転可能に支持されている。

かかるプラテンローラ１０は、記録媒体をサーマルヘッドＴに対して押圧し、発熱素子３からの熱を感熱紙やインクリボン等の記録媒体に対して伝導しやすくするとともに、記録媒体を発熱素子３の配列と直交する方向（図中の矢印方向）に搬送するようにしている。

一方、搬送ローラ１１は、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドＴに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１１と前述のプラテンローラ１０とで記録媒体の走行を支持している。

尚、本発明は上述の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、改良等が可能である。

例えば上述の実施形態においては、電極配線４の導出部４ｃの厚みを薄くして電極配線４に段差を設けるようにしたが、電極配線４の導出部４ｃと他の領域とで厚みを均一にしても良い。また導出部４ｃの厚みが他の領域の電極配線４よりも薄いか、等しいかに関わらず、該導出部４ｃに凹部を設け、該凹部に上述の電極パッド５の下部領域全体を埋設させるようにすれば、電極パッド５の外周に沿って電極配線４が接触するようになり、電極パッド５の被着強度を更に高めることができる。この場合、窪み４ｄは凹部内に形成されることとなる。

本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。 図１のサーマルヘッドの要部拡大断面図である。 図１のサーマルヘッドを組み込んで構成したサーマルプリンタの概略図である。 従来のサーマルヘッドの断面図である。 図４のサーマルヘッドの要部拡大断面図である。

１・・・ヘッド基板
２・・・ベースプレート
３・・・発熱素子
４・・・電極配線
４ａ・・・共通電極配線
４ｂ・・・個別電極配線
４ｃ・・・導出部
４ｄ・・・窪み
５・・・電極パッド
５ａ・・・延在部
６・・・導電材
７・・・保護膜
８・・・フレキシブル配線板
８ａ・・・フィルム
９・・・配線導体
１０・・・プラテンローラ
１１・・・搬送ローラ

Claims (5)

1. 発熱素子と、該発熱素子に接続されている電極配線と、該電極配線の導出部上に被着して設けられている電極パッドとを備えており、
   前記電極配線の前記導出部には、前記電極パッドの直下に位置し且つ当該電極パッドの端部に沿った領域に溝状の窪みが設けられており、
   前記電極パッドは、前記窪み内に延在している延在部を有していることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記電極配線には、段差部が設けられており、
   前記導出部は、他の領域に比べて厚みが薄くなっ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. 前記電極パッドの前記延在部は、前記導出部の導出方向における当該電極パッドの両端部に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記窪みの深さは、前記電極配線の前記段差部の厚みの３０％〜８０％に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段とを備えていることを特徴とするサーマルプリンタ。

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