JP4369736B2 - 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発する熱を利用して記録動作を行うサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。

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、図４に示すごとく、上面に複数個の発熱素子２２及び回路導体２３が形成された四角形状のヘッド基板２１と、該ヘッド基板２１の回路導体２３に電気的に接続される複数個の配線導体を有したフレキシブル配線基板２４（以下、ＦＰＣと略記する）と、ヘッド基板２１とＦＰＣ２４とを接着材２７を介して上面で支持する支持部材３０と、で構成される。

ＦＰＣ２４は、外部からの電源電力等をヘッド基板２１上の発熱素子２２等に供給するためのものであり、このようなＦＰＣ２４を介してヘッド基板２１上の発熱素子２２に電源電力が供給されると、発熱素子２２がジュール発熱を起こし、記録媒体に所定の印画を形成するようになっている。

尚、ヘッド基板２１とＦＰＣ２４との電気的接続は、ＦＰＣ２４の一端をヘッド基板２１の上面の１つの辺の端部に沿って重畳させた上、この重畳部で配線導体とヘッド基板２１上の回路導体２３とを半田を介して接合させることによって行なわれる。

ところで、このＦＰＣ２４の他端側には、プリンタ内の電気回路とＦＰＣ２４とを接続させておくことで外部からの電力や電気信号をヘッド基板２１上に供給可能とするためのコネクタ部材２６が取着されている。

かかるコネクタ部材２６は、金属製のコネクタピンをハウジングで支持した構造を有しており、該ハウジング内に外部接続部材を挿着させることで、ＦＰＣ２４とプリンタ内の電気回路とが電気的に接続される。このコネクタ部材２６に挿着される外部接続部材は、サーマルヘッドの取替え時等には、コネクタ部材のハウジング内から抜き取られることがある。この際、ＦＰＣ２４には大きな外力が印加される。
特開平９−１５０５４０号公報 特開平１１−８４５５号公報

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、ＦＰＣ２４の大部分が支持部材３０に対して接着されていることから、コネクタ部材２６から外部接続部材を引抜いた際にＦＰＣ２４に印加される外力のほとんどがＦＰＣ２４とヘッド基板２１との接続部まで伝わるため、ＦＰＣ２４とヘッド基板２１との接続信頼性の向上を図ることが困難であるという課題があった。

このような課題はＦＰＣ２４と支持部材３０との接着面積を小さくしてサーマルヘッドの小型化を図ろうとする場合、特に発生しやすい。

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ＦＰＣとヘッド基板との電気的接続の信頼を高く維持することが可能な高性能のサーマルヘッド、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、複数個の発熱素子及び回路導体を形成したヘッド基板と、前記回路導体に電気的に接続される配線導体を有したフレキシブル配線基板と、該フレキシブル配線基板を接着材を介して支持する支持部材と、を備え、前記ヘッド基板上の端部に沿って前記フレキシブル配線基板の一端側を重畳し、該重畳部で前記回路導体と前記配線導体とを導電材を介して接合して成るサーマルヘッドにおいて、前記重畳部の外側に位置する前記フレキシブル配線基板の一部をフレキシブル配線基板の主面に対して下方もしくは上方に突出するように湾曲させ、該湾曲部をフレキシブル配線基板に印加される外力を吸収するためのクッション部としたことを特徴とする。

また本発明のサーマルヘッドは、前記フレキシブル配線基板の他端側に、外部接続部材が挿入されるコネクタ部材を取着し、前記外部接続部材の挿入方向と前記クッション部の突出方向とを略直交させたことを特徴とする。

更に本発明のサーマルヘッドは、前記フレキシブル配線基板のクッション部は、前記支持部材に対して接着されていないことを特徴とする。

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、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段と、前記サーマルヘッドを駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル配線基板の一部をフレキシブル配線基板の主面に対して下方もしくは上方に突出するように湾曲させ、該湾曲部をフレキシブル配線基板に印加される外力を吸収するためのクッション部としたことから、フレキシブル配線基板に取着されたコネクタ部材から外部接続部材を引抜いた際、あるいはコネクタ部材に外部接続部材を挿入した際に、フレキシブル配線基板に大きな外力が加わったとしても、その力がクッション部によって良好に吸収され、フレキシブル配線基板とヘッド基板との接続部に伝わる衝撃を軽減することができる。従って、フレキシブル配線基板と支持部材との接着面積を小さくしてサーマルヘッドの小型化を図る場合であっても、フレキシブル配線基板とヘッド基板との接続信頼性を向上させることが可能となる。

また本発明によれば、フレキシブル配線基板のクッション部が前記支持部材に対して接着されていないため、クッション部での外力の吸収力をより高めることができる。

以下、本発明の実施形態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かかるサーマルヘッドの断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは大略的にヘッド基板１と、該ヘッド基板１に接続されるＦＰＣ４（フレキシブル配線基板）と、該ＦＰＣ４に取着されるコネクタ部材６と、前記ヘッド基板１を支持する支持部材１０とで構成されている。

ヘッド基板１はアルミナセラミックス等の絶縁材料や表面に絶縁膜が形成された単結晶シリコン等の半導体材料等、種々の材料から成っており、その上面には発熱素子２や回路導体３等が設けられ、これらを支持する支持母材として機能する。

かかるヘッド基板１は、アルミナセラミックスから成る場合、例えばアルミナ、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、溶媒を添加混合して泥漿状と成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するとともに高温で焼成することによって製作される。

またヘッド基板１上には、直線状に配置された複数個の発熱素子２や複数個の回路導体３等がそれぞれ取着されている。

発熱素子２はＴａＳｉＯやＴｉＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＴａＮ等の電気抵抗材料から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているため、回路導体３等を介して外部電源からの電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱記録媒体に印字画像を形成するのに必要な所定の温度、例えば２００℃〜３５０℃の温度に発熱する作用を為す。

尚、発熱素子２および回路導体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を採用することによってヘッド基板１上に所定パターン、所定厚みに被着される。

またかかるヘッド基板１には、プリンタ本体からの種々の印字信号や外部電源からの電力を発熱素子２や図示しないドライバーＩＣに供給するためのＦＰＣ４が接続されている。

ＦＰＣ４は、可撓性を有した複数の樹脂フィルム（ポリイミド樹脂製）間に、前記ヘッド基板１上の回路導体３に電気的に接続される複数個の配線導体５を介在させて成り、ヘッド基板１上の回路導体３に半田や異方性導電樹脂材等の導電材を介して接続される接続部１１、外部接続部材を接続するコネクタ部１２、支持部材１０と接着材を介して接着される接着部１３、並びにクッション部１４とからなり、クッション部１４は、接続部１１の長手方向に略直角に凸状に折り曲げられており、ヘッド基板の発熱体列に平行に形成された支持部材１０の溝部１５にその凸状に突出された湾曲部、すなわちクッション部１４が収容されている。

かかるクッション部１４は、接続部１１の近傍で支持部材側に突出するように湾曲され、例えば本実施形態においては、ＦＰＣの下面に対して略９０°折り曲げている。そして、支持部材１０上の溝部１５は、クッション部１４を収容した後も十分な隙間を確保できる程度の寸法（たとえば、幅５ｍｍ、深さ１０ｍｍ）に形成される。溝部１５の支持部材表面開口部端がＦＰＣ４の表面を傷つけないように適宜Ｃ面又はＲ面加工してもよい。また、溝部１５は、Ｕ字溝でなくＶ字溝等、種々の形状が考えられる。

一方、ＦＰＣ４のコネクタ部１２にはライトアングルタイプのコネクタ部材６が半田付けによって固着されており、コネクタ部材６に外部接続部材９を嵌合させる際の外部接続部材９の挿入方向は、クッション部１４の突出方向に対して略直交する方向となる。

このため、ＦＰＣ４に取着されたコネクタ部材６から外部接続部材９を引抜いた際に、ＦＰＣ４に大きな外力が加わったとしても、その力がクッション部１４によって良好に吸収され、ＦＰＣ４とヘッド基板１との接続部１１に伝わる衝撃を軽減することができ、ＦＰＣ４とヘッド基板１との接続信頼性を向上させることが可能となる。

また本実施形態においては、ＦＰＣ４のクッション部１４が支持部材１０に対して接着されていないため、クッション部１４での外力の吸収力をより高めることができる。

尚、ＦＰＣ４は、例えばヘッド基板１に対して半田接合される場合、まずその一端側をヘッド基板１の端部に沿って重畳し、該重畳部で配線導体５を回路導体３に半田を介して当接させ、しかる後、これをヒーターバーを用いて所定温度で溶融させ、回路導体３および配線導体５を半田接合することによってヘッド基板１に電気的に接続される。そのあと、さらに、ヘッド基板１の一部とＦＰＣ４の接着部１３が、アルミニウム等の良熱伝導性材料から成る支持部材１０の上面に両面テープ、接着剤等の接着材７を介して接着されている。

こうして、支持部材１０は、その上面でヘッド基板１およびＦＰＣ４等を支持するとともに、ヘッド基板１中の熱の一部をヘッド基板１の下面を介して吸収することによりヘッド基板１の温度が過度に高温となるのを有効に防止するようになっている。

このような支持部材１０は、例えば、アルミニウム等のインゴット（塊）を従来周知の金属加工法により所定形状となすことによって製作される。

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２に示す如く、サーマルヘッドＴを駆動する駆動手段Ｃと、上述の外部接続部材９と、記録媒体をサーマルヘッドＴの発熱素子２上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ１７や搬送ローラ１８等と、が配設される。

駆動手段Ｃは、シフトレジスタやラッチ、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や該ドライバーＩＣにストローブ信号や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２の発熱を制御するようにしている。

また外部接続部材９は、サーマルプリンタと上述のサーマルヘッドとを電気的に接続するためのものであり、通常、所定外力によりコネクタ部材６に嵌合するように形状を対応させたコネクタ部材６と同一材料（たとえばナイロン製）の外部コネクタ部材が好適に使用され、サーマルプリンタ内にサーマルヘッドＴを組み込む際、両コネクタが接続される。

このとき、コネクタ部材６に対して外部接続部材９の挿入方向に大きな力が印加されたとしても、該挿入方向と直交する方向に溝を有するクッション部１４のため、直接強い外力が接続部１１に加わることがないため、ＦＰＣ４が折れ曲がったり、ＦＰＣ４の接続部１１がヘッド基板より剥がれてしまう等の不具合の発生が有効に防止され、サーマルヘッドＴとプリンタ本体との接続作業が簡便になり、サーマルプリンタの生産性を向上させることが可能となる。

一方、搬送手段としてのプラテンローラ１７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２上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子２に対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子２の配列と直交する方向（図中の矢印方向）に搬送する。

また搬送ローラ１８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１８と前述のプラテンローラ１７とで記録媒体の走行を支持している。

そして、これと同時に多数の発熱素子２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。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものでは無く、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、クッション部１４を支持部材側に突出させるようにしたが、これに代えて、図３に示す如く、クッション部１４を支持部材１０と反対側に、つまり記録媒体側に突出させるようにしても構わない。この場合、支持部材１０に溝部１５を形成する必要がないので、生産性が向上する。

また上述の実施形態において、クッション部１４を複数列形成しても良い。

更に上述の実施形態においては、支持部材１０がヘッド基板１を直接支持しているが、これに変えて、支持部材１０とヘッド基板１との間に他の部材を介在させても良い。

本発明の一実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図である。 図１のサーマルヘッドを組み込んで構成したサーマルプリンタの概略側面図である。 本発明の他の実施形態にかかるサーマルヘッドの断面図である。 従来のサーマルヘッドの断面図である。

符号の説明

１・・・ヘッド基板
２・・・発熱素子
３・・・回路導体
４・・・ＦＰＣ
５・・・配線導体
６・・・コネクタ部材
７・・・接着材
９・・・外部接続部材
１０・・・支持部材
１１・・・接続部
１２・・・コネクタ部
１３・・・接着部
１４・・・クッション部
１５・・・溝部
１７・・・プラテンローラ
１８・・・搬送ローラ

Claims (4)

1. 複数個の発熱素子及び回路導体を形成したヘッド基板と、前記回路導体に電気的に接続される配線導体を有したフレキシブル配線基板と、該フレキシブル配線基板を接着材を介して支持する支持部材と、を備え、前記ヘッド基板上の端部に沿って前記フレキシブル配線基板の一端側を重畳し、該重畳部で前記回路導体と前記配線導体とを導電材を介して接合して成るサーマルヘッドにおいて、
   前記重畳部の外側に位置する前記フレキシブル配線基板の一部をフレキシブル配線基板の主面に対して下方もしくは上方に突出するように湾曲させ、該湾曲部をフレキシブル配線基板に印加される外力を吸収するためのクッション部としたことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記フレキシブル配線基板の他端側に、外部接続部材が挿入されるコネクタ部材を取着し、前記外部接続部材の挿入方向と前記クッション部の突出方向とを略直交させたことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記フレキシブル配線基板のクッション部は、前記支持部材に対して接着されていない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. 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、前記サーマルヘッドを駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。

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