JP4360604B2

JP4360604B2 - サーマルヘッドおよびそれを用いたサーマルプリンタ

Info

Publication number: JP4360604B2
Application number: JP2003119691A
Authority: JP
Inventors: 重孝新谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP2004322449A

Description

【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およびにそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりワードプロセッサ等のプリンタ機構としてサーマルヘッドが用いられている。かかる従来のサーマルヘッドは、例えば、上面に複数個の発熱素子および接続パッドが形成された四角形状のヘッド基板と、該ヘッド基板の回路導体に電気的に接続される複数個の配線パッドを有したフレキシブル配線基板（以下、ＦＰＣと略記する）とで構成されている。
【０００３】
前記ＦＰＣは外部からの電源電力等をヘッド基板上の発熱素子等に供給するためのものであり、このようなＦＰＣを介してヘッド基板上の発熱素子に電源電力が供給されると、発熱素子がジュール熱を起こし、記録媒体に所定の印画を形成するようになっている。
【０００４】
なお、前記ヘッド基板と前記ＦＰＣとの電気的接続は、ＦＰＣの一端をヘッド基板の上面の１つの辺の端部に沿って重畳させた上、この重畳部で配線パッドをヘッド基板上の接続パッドに半田接合させることによって行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のサーマルヘッドは、図４に示す如く、ヘッド基板２１とＦＰＣ２６との重畳部において両者間の間隙が極めて狭くなっている。このため、ヘッド基板２１上の接続パッド２５とＦＰＣ２６の配線パッド２８とを接合する半田２９の余剰分が両端子間２５−２８の領域より外にはみ出すと、当該はみ出した半田２９はその多くが横方向に広がり、その結果、隣り合う半田２９同士のショートが多発してサーマルヘッドの製造歩留りや接続信頼性を著しく低下させる欠点を有していた。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は隣接する導電材同士のショートを有効に防止することが可能な高性能のサーマルヘッドおよびにサーマルプリンタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、複数の発熱素子および該発熱素子に電気的に接続されている複数の接続パッドを有しているヘッド基板と、複数の配線パッドを有している外部配線板とを備えるとともに、前記接続パッドと前記配線パッドとが導電材を介して電気的に接続されることにより、前記外部配線板の一端側が前記ヘッド基板の端部に沿って重畳されており、前記接続パッドは、エッジに該エッジと略直交する方向に延びるスリットが設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記ヘッド基板は、長方形状をしており、前記接続パッドは、前記ヘッド基板の一つの長辺に沿って並設されており、エッジが前記ヘッド基板の前記一つの長辺側に向かって幅狭であることが好ましい。さらに、本発明のサーマルヘッドにおいて、前記配線パッドは、エッジに該エッジと略直交する方向に延びるスリットが設けられていることが好ましい。
【０００９】
そして、本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドを駆動する駆動手段とを備えていることを特徴としている。
【００１０】
【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は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、図２は図１の要部拡大断面図であり、１はヘッド基板、２はグレーズ層、３は発熱素子、４は回路導体、５は接続パッド、６は外部配線板としてのＦＰＣ（フレキシブル配線基板）、７は配線導体、８は配線パッド、および９は導電材としての半田である。
【００１１】
前記ヘッド基板１は、長方形状をなすベースプレート１ａの上面に、その一方の長辺に沿って複数個の発熱素子３と、該発熱素子３に電気的に接続される複数個の回路導体４とをそれぞれ被着させるとともに、これら回路導体４の一端をベースプレート１ａの上面の他方の長辺に導出し、該導出部に複数個の接続パッド５を並設した構造をしている。
【００１２】
前記ベースプレート１ａはヘッド基板１のベースとなるものであり、例えばアルミナセラミックス等の絶縁材料や単結晶シリコン等の半導体材料など、種々の材料からなり、その上面で複数個の発熱素子３、複数個の回路導体４、および複数個の接続パッド５等を支持するようになっている。
【００１３】
なお、前記ベースプレート１ａは、アルミナセラミックスからなる場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミック原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加、混合して泥漿状になすとともに、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得、これを所定の四角形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製造される。
【００１４】
また、前記ベースプレート１ａの上面には、ガラス製のグレーズ層２が被着されている。
【００１５】
前記グレーズ層２は、ベースプレート１ａの上面全体にわたり略均一厚みに被着されるベース部２ｂ上に基板１の一方の長辺に沿って帯状に配される突出部２ａを部分的に形成した構造をしている。
【００１６】
前記グレーズ層２は、ベース部２ｂの厚みが５０μｍ〜２５０μｍに、突出部２ａの頂部の厚みが２０μｍ〜８０μｍにそれぞれ設定されており、該突出部２ａの頂部付近には複数の発熱素子３が被着されている。
【００１７】
このグレーズ層２は、例えば、熱伝導率が０．７Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋのガラスにより形成されているため、その内部に発熱素子３の熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答性を良好に維持する作用、具体的には、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蓄熱層としての作用を為す。
【００１８】
なお、前記グレーズ層２は、ガラス粉末に適当な有機溶剤を添加、混合して得た所定の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基板１の上面全体に印刷、塗布するとともに、これを従来周知のエッチング法やサンドブラスト法によって所定パターンに加工し、これを高温（８５０℃〜９５０℃）で焼き付けることによって形成される。
【００１９】
また、前記複数個の発熱素子３は、例えば３００ｄｐｉのドット密度でベースプレート１ａの一方の長辺に沿って直線状に配列されており、これら発熱素子３はＴａ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｏ系、およびＴｉ−Ｃ−Ｓｉ−Ｏ系等の電気抵抗材料からなっているため、回路導体４やＦＰＣ６を介して外部からの電源電力が供給されるとジュール熱を起こし、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。
【００２０】
また、前記回路導体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、あるいは、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１ａの上面に所定パターンをなすように形成される。
【００２１】
さらに、前記回路導体４は、上述した如く、一端をベースプレート１ａの上面の他方の長辺に導出させるとともに該導出部の上面に接続パッド５を被着させてあり、該接続パッド５がベースプレート１ａの上面の他方の長辺に沿って並設された形となり、隣接する接続パッド５間には０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍの間隔が空いている。
【００２２】
前記接続パッド５は、ヘッド基板１の回路導体４を後述するＦＰＣ６の配線パッド８に半田接合させるためのヘッド基板１側の接続端子として機能するものであり、例えばＡｕ（金）やＮｉ（ニッケル）等の半田濡れ性が良好な金属により形成されている。
【００２３】
かかる接続パッド５は、そのエッジ（ベースプレート１ａの他方の長辺側エッジ）がベースプレート１ａの他方の長辺側に向かって幅狭となるように設定されており、具体的には、接続パッド５の最大幅をＷ_１とし、最小幅をＷ_２とすると、式０．５×Ｗ_１≦Ｗ_２≦０．８×Ｗ_１を満足するように接続パッド５がパターニングされる。
【００２４】
したがって、ヘッド基板１上の接続パッド５とＦＰＣ６の配線パッド７とを接合する半田９の余剰分がヘッド基板１の端部（ベースプレート１ａの他方の長辺）に向かって流動し易くなる。
【００２５】
上記のような発熱素子３および回路導体４は、従来周知の薄膜手法、具体的にはスパッタリング、フォトリソグラフィーおよびエッチング等を採用することによってベースプレート１ａの上面にそれぞれ所定パターンをなすように被着され、また前記接続パッド５は従来周知の無電界めっき法等を採用し、回路導体４の一部上面に半田濡れ性の良好な金属を例えば２μｍ〜３μｍの厚みに被着させることによって形成される。
【００２６】
一方、前記ヘッド基板１の隣には、ＦＰＣ６が、一端側をベースプレート１ａの他方の長辺に沿って重畳させた状態で並設されている。
【００２７】
前記ＦＰＣ６は、銅等の金属からなる配線導体７をポリイミド樹脂製のフィルム６ａ上に支持させてなり、前述した重畳部には複数個の配線パッド８が並設されている。
【００２８】
このＦＰＣ６は、ヘッド基板１をプリンタ本体に接続して外部からの電源電力等をヘッド基板１上の発熱素子３等に供給するためのものであり、その一端部に並設されている複数個の配線パッド８をヘッド基板１の対応する接続パッド５に半田接合させることによってヘッド基板１と電気的、機械的に接続され、またその後、端側に取着されるコネクタ（図示せず）を介して外部のプリンタ本体に電気的に接続されている。
【００２９】
また、前記ＦＰＣ６の配線パッド８は、配線導体７をヘッド基板１の接続パッド５に半田接合させるためのＦＰＣ６側の接続端子として機能するものであり、前述した接続パッド５と同様に半田濡れ性が良好な金属からなっている。
【００３０】
前記配線パッド８は、そのエッジ（ＦＰＣ６の一端側エッジ）がＦＰＣ６の一端側に向かって幅狭になしてあり、具体的には、配線パッド８の最小幅をＷ_３とし、最大幅をＷ_４とすると、式０．５×Ｗ_４≦Ｗ_３≦０．８×Ｗ_４を満足するように配線パッド８がパターニングされている。
【００３１】
このため、ヘッド基板１上の接続パッド５とＦＰＣ６の配線パッド７とを半接合する際、半田９の余剰分がＦＰＣ６の一端側に向かって流動し易くなる。一方、上述した如く、接続パッド５のエッジをヘッド基板１の端部に向かって幅狭になしてあるため、上記半田９の余剰分はヘッド基板１の端部方向にも流動し易くなっている。その結果、上記半田９は、接続パッド５の配列と直交する方向にはみ出し易くなり、隣り合う接続パッド５に向かってはみ出す半田９の量を小さくすることができる。したがって、隣り合う半田９同士のショートが有効に防止されるようになり、サーマルヘッドの製造歩留りや接続信頼性が飛躍的に向上する。
【００３２】
ここで、前記接続パッド５のパターンを式０．５×Ｗ_１≦Ｗ_２≦０．８×Ｗ_１を満足するように設定したのは、接続パッド５が式０．８×Ｗ_１＜Ｗ_２を満たすようにパターニングされている場合、接続パッド５同士の間隔が０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍと特に狭い時に、隣り合う接続パッド５に向かって半田９がはみ出して半田９同士の短絡が発生するおそれがあり、一方、０．５×Ｗ_１＞Ｗ_２である場合、半田９の接合面積が小さくなり、接合強度が不足することがある。したがって、式０．５×Ｗ_１≦Ｗ_２≦０．８×Ｗ_１を満足するように接続パッド５をパターニングすることが好ましい。
【００３３】
また、前記配線パッド８のパターンを式０．５×Ｗ_４≦Ｗ_３≦０．８×Ｗ_４を満足するように設定したのは、配線パッド８が式０．８×Ｗ_４＜Ｗ_３を満足するように設定した場合、接続パッド５同士の間隔が０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍと特に狭い時に、隣り合う接続パッド５に向かって半田９がはみ出して半田９同士の短絡が発生するおそれがあり、一方、０．５×Ｗ_４＞Ｗ_３である場合、半田接合面積が小さくなり、接合強度が不足することがある。したがって、式０．５×Ｗ_３≦Ｗ_４≦０．８×Ｗ_３を満足するように配線パッド８をパターニングすることが好ましい。
【００３４】
なお、前記ＦＰＣ６のヘッド基板１に対する半田接合は、接続パッド５−配線パッド８間に半田９を介在させた状態でＦＰＣ６の一端をヘッド基板１の端部に重畳させ、しかる後、この重畳部をＦＰＣ６の上からヒーターバー等で加熱し、前記半田９を溶融させることによって行なわれる。
【００３５】
このとき、上述した作用効果によって半田９の余剰分が隣接する半田９と接触することを有効に防止することができ、サーマルヘッドの歩留り向上に供することが可能となる。
【００３６】
かくして上述したサーマルヘッドは、外部からの電源電力をＦＰＣ６やヘッド基板１の回路導体４を介して発熱素子３に供給して、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、該発熱した熱を感熱紙等の記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成する機能を有する。
【００３７】
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、サーマルヘッドＴを駆動する駆動手段Ｃを備えており、記録媒体をサーマルヘッドＴの発熱素子３上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ１０や搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ等が配設されている。
【００３８】
前記駆動手段Ｃは、シフトレジスタまたはラッチ、スイッチングトランジスタ等を高密度に集積したドライバーＩＣ、該ドライバーＩＣにストローブ信号またはラッチ信号等の制御信号を供給する制御回路等を備えており、制御回路からの制御信号に基づいてドライバーＩＣ内のスイッチングトランジスタのオン・オフを切り換えることにより、発熱素子３の発熱を制御している。
【００３９】
一方、搬送手段としてのプラテンローラ１０は、ＳＵＳ等の金属からな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おり、記録媒体を発熱素子３に対して押圧しつつ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。
【００４０】
また、前記搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ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ており、これらの搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ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。
【００４１】
そして、これと同時に多数の発熱素子３を駆動手段Ｃの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
【００４２】
なお、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。
【００４３】
例えば上述の形態において、導電材として半田９を用いるようにしたが、これに代えて、銀ペースト等の他の導電材料を用いるようにしても良い。
【００４４】
また、上述の形態においてヘッド基板１やＦＰＣ６をアルミニウムやＳＵＳの良熱伝導性の金属からなる放熱板上に載置させても良いことは勿論である。
【００４５】
さらに、上述の実施形態において、図４に示す如く、前記接続パッド５および／または配線パッド８のエッジに、該エッジと略直交するスリット５ａ，８ａを設けておけば、かかる部分で半田の表面張力を大きくすることができ、接続パッド５の配列と直交する方向に流動する半田がヘッド基板１とＦＰＣ６との接合領域より大きくはみ出すことを有効に防止することが可能となる利点もある。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、接続パッドと配線パッドとの間に介在される導電材の余剰分により隣接する導電材同士が接触してショートすることが有効に防止されるようになり、サーマルヘッドおよびにサーマルプリンタの製造歩留りや接続信頼性が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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２】図１のサーマルヘッドのヘッド基板とＦＰＣとの接続部を示す要部拡大平面図である。
【図３】図１のサーマルヘッドを組み込んで構成されたサーマルプリンタの概略側面図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかるサーマルヘッドの要部拡大平面図である。
【図５】従来のサーマルヘッドにおけるヘッド基板とＦＰＣとの接続部を示す要部拡大平面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板
１ａ・・・ベースプレート
２・・・グレーズ層
２ａ・・・突出部
２ｂ・・・ベース部
３・・・発熱素子
４・・・回路導体
５・・・接続パッド
６・・・外部配線板（ＦＰＣ）
７・・・配線導体
８・・・配線パッド
９・・・導電材（半田）
１０・・・プラテンローラ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ・・・搬送ローラ

Claims

複数の発熱素子および該発熱素子に電気的に接続されている複数の接続パッドを有しているヘッド基板と、複数の配線パッドを有している外部配線板とを備えるとともに、
前記接続パッドと前記配線パッドとが導電材を介して電気的に接続されることにより、
前記外部配線板の一端側が前記ヘッド基板の端部に沿って重畳されており、
前記接続パッドは、エッジに該エッジと略直交する方向に延びるスリットが設けられていることを特徴とするサーマルヘッド。
前記ヘッド基板は、長方形状をしており、
前記接続パッドは、前記ヘッド基板の一つの長辺に沿って並設されており、エッジが前記ヘッド基板の前記一つの長辺側に向かって幅狭であることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記配線パッドは、エッジに該エッジと略直交する方向に延びるスリットが設けられ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。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドを駆動する駆動手段とを備えたサーマルプリンタ。