JP4557394B2

JP4557394B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP4557394B2
Application number: JP2000258020A
Authority: JP
Inventors: 謙一加藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-08-28
Also published as: JP2002067364A

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、例えば図５に示す如く、セラミック基板１２の上面に、複数個の発熱抵抗体１４と複数個の回路導体１５とを所定パターンに形成したヘッド基板１１と、複数個の配線導体１７を有する配線基板１６とからなり、前記セラミック基板上面の端部近傍に前記回路導体１５から導出する導出部を形成し、該導出部と前記配線導体１７とを半田接合させた構造を有しており、ヘッド基板１１上の発熱抵抗体１４に配線基板１６を介して所定の電力を供給し、発熱抵抗体１４を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ことによってサーマルヘッドとして機能する。
【０００３】
尚、前記配線基板１６は外部からの電力や印画信号等の電気信号をヘッド基板上面の発熱抵抗体１４や図示しないドライバーＩＣ等に供給するためのものであり、かかる配線基板１６としてはフレキシブル印刷配線板等が用いられていた。
【０００４】
また、前記回路導体１５の導出部と前記配線導体１７とを半田接合する場合は、まず配線基板１６の一端を回路導体１５が導出されているヘッド基板上面の端部に沿って載置させ、この部分をヒーターバー等を用いて上から押圧しつつ回路導体１５−配線導体１７間に介在させておいた半田１９を加熱・溶融させることによって行われ、これにより半田１９が回路導体１５と配線導体１７の双方に溶着される。
【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を組み立てるにあたって、ヘッド基板１１の回路導体１５と配線基板１６の配線導体１７とを半田接合させる際、配線基板１６の一端をヒーターバー等で上から押圧しつつ加熱すると、ヒーターバーの熱により溶融した半田１９の一部が、図６に示す如く、ヒーターバーの押圧力により潰され、横方向に大きく膨らむ。従って、近時のサーマルヘッドパターンの高密度化に伴い、隣接する回路導体同士を近接配置させると、これらの回路導体１５に接合される半田同士が短絡を起こし、サーマルヘッドの生産性を著しく低下させるという欠点を有していた。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、ヘッド基板と配線基板とを接続する半田同士の短絡を有効に防止することが可能な、生産性の高いサーマルヘッド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、セラミック基板の上面に複数個の発熱抵抗体及び複数個の回路導体を形成したヘッド基板と、複数個の配線導体を有する配線基板とからなるサーマルヘッドであって、前記セラミック基板の上面に凸部を形成し、該凸部表面及び該凸部近傍の前記セラミック基板の上面に前記回路導体から導出する導出部を形成するとともに、前記配線基板を前記凸部上に載置して前記ヘッド基板と前記配線基板との間に空間を設け、該空間内に前記回路導体の前記導出部と前記配線導体とを接合する半田を充填したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の上記サーマルヘッドにおいて、前記発熱抵抗体と前記セラミック基板との間に蓄熱層が介在しており、且つ該蓄熱層と前記凸部とが同質のガラス材料により形成されていてもよい。
【０００９】
本発明のサーマルヘッドによれば、セラミック基板の上面に凸部を形成し、該凸部表面及び凸部近傍のセラミック基板上面に回路導体の導出部を形成するとともに、配線導体を有する配線基板を凸部上に載置してヘッド基板と配線基板との間に空間を設け、該空間内に回路導体の導出部と配線導体とを接合する半田を充填するようにしたことから、サーマルヘッドの組み立て時、セラミック基板上に載置した配線基板の一端をヒーターバー等を用いて上から押圧しつつ加熱しても、配線基板は前記凸部の頂部で良好に支持されるので半田が横方向に大きく膨らむことはなく、従って、サーマルヘッドの回路導体を高密度にパターン形成する場合であっても、これらの回路導体に接合される半田同士が短絡することはなく、ヘッド基板の回路導体と配線基板の配線導体とを前記空間内に充填される半田によって正確に接続することができる。
【００１０】
また、本発明のサーマルヘッドによれば、前記凸部と前記蓄熱層とを同質のガラス材料で形成することにより、凸部と蓄熱層とを従来周知の厚膜手法等によってセラミック基板の上面に同一工程で同時に形成することができ、サーマルヘッドの製造工程が複雑化するのを有効に防止することができる。
【００１１】
またこの場合、凸部を形成するガラスは熱伝導率の低いガラスから成っているため、半田接合に使用されるヒーターバー等の発する熱は、その一部が凸部内に効率良く蓄積されるようになっており、これらの熱も利用して半田を比較的低温で、且つ短時間で加熱・溶融させることにより、サーマルヘッドの生産性を向上させることもできる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は本発明の一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ヘッド基板の平面図であり、図中の１はヘッド基板、６は配線基板としてのフレキシブル印刷配線板（以下、「ＦＰＣ」という）、９は半田である。
【００１４】
前記ヘッド基板１は、セラミック基板２上に、蓄熱層３と、複数個の発熱抵抗体４と、複数個の回路導体５と、凸部８とを取着させた構造を有している。
【００１５】
前記セラミック基板２は、アルミナセラミックス等のセラミック材料から成り、その上面には蓄熱層３、複数個の発熱抵抗体４、複数個の回路導体５及び凸部８等が形成され、これらを支持する支持母材として機能する。
【００１６】
尚、前記セラミック基板２は、アルミナセラミックスから成る場合、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・混合して泥漿状に成すとともに、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得、しかる後、これを所定形状に打ち抜いた上、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００１７】
また、前記セラミック基板２の上面に被着されている蓄熱層３は、熱伝導率の低いガラス材料により断面円弧状を成すように形成されており、その頂部には複数個の発熱抵抗体４が被着・配列され、これら発熱抵抗体４の発する熱をその内部で蓄熱及び放散することによりサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用を為す。
【００１８】
前記蓄熱層３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厚膜手法、例えばスクリーン印刷等によってセラミック基板２の上面に帯状に塗布し、しかる後、これを高温（１１００℃〜１３００℃）で焼き付けることによって例えば２０μｍ〜１００μｍの厚みに被着・形成される。
【００１９】
また、前記蓄熱層３の頂部に被着されている複数個の発熱抵抗体４は、例えば６００ｄｐｉ（dot per inch）のドット密度で主走査方向に直線状に配列されており、その各々はＴａＳｉＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成っているため、回路導体５や後述するＦＰＣ６の配線導体７等を介して所定の電力が印加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、例えば２５０℃〜４００℃に発熱する。
【００２０】
更に、前記発熱抵抗体４等に接続される回路導体５は、例えばアルミニウムや銅等の加工性の良好な金属により所定パターンに被着されており、その一端には凸部８の表面からセラミック基板上面の端部近傍にかけて導出された導出部が形成される。
【００２１】
前記回路導体５は、その導出部で後述するＦＰＣ６の配線導体７と半田接合されるようになっており、外部より供給される電源電力や印画信号等の電気信号を後述するＦＰＣ６を介して発熱抵抗体４や図示しないドライバーＩＣ等に供給する作用を為す。
【００２２】
尚、前記発熱抵抗体４及び前記回路導体５は、従来周知の薄膜手法、具体的にはスパッタリング法やフォトリソグラフィー技術、エッチング技術等を採用することによりセラミック基板２、蓄熱層３及び凸部８の上面所定箇所にそれぞれ所定パターンを成すように被着・形成される。
【００２３】
そして前記凸部８は、セラミック基板上面の端部から所定の間隔、例えば１ｍｍ〜５ｍｍの間隔を空けて帯状に配されている。
【００２４】
前記凸部８は、例えば前記蓄熱層３と同質のガラス材料により３５μｍ〜１００μｍの厚みに形成されており、その表面には、前述した如く、前記回路導体５の導出部の一部が被着される。
【００２５】
前記凸部８は、ＦＰＣ６の一端をヘッド基板１の上面に載置させて両者を半田接合する際、その頂部でＦＰＣ６を良好に支持し、ヘッド基板１とＦＰＣ６との間に半田が充填される空間を確保する作用を為す。
【００２６】
尚、前記凸部８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厚膜手法、例えばスクリーン印刷等によってセラミック基板上面の端部から所定の間隔を空けた位置に帯状に塗布し、しかる後、これを高温（１１００℃〜１３００℃）で焼き付けることによって形成される。このとき、凸部８を蓄熱層３と同質のガラス材料で形成すれば、凸部８と蓄熱層３とを前述の厚膜手法等によってセラミック基板２の上面に同一工程で同時に形成することができ、製造工程が複雑化するのを有効に防止することができる。
【００２７】
一方、前記ＦＰＣ６は、例えばポリイミド樹脂から成る厚み１０μｍ〜３５μｍのベースフィルムとカバーフィルムとの間に銅箔等から成る複数個の配線導体７を挟持した構造を有しており、その一端が回路導体５を導出したヘッド基板上面の凸部８上に載置され、前記配線導体７が回路導体５の導出部に半田接合される。
【００２８】
前記ＦＰＣ６は、その一端側で前記ヘッド基板１に、他端側でプリンタ本体等の外部電気回路に電気的に接続され、ヘッド基板１をプリンタ本体に接続するための接続部材として機能する。
【００２９】
また、前記回路導体５の導出部と配線導体７とを接合する半田９は、例えばすず（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）とを６：４の比率で混合させた合金から成り、前記凸部８によって形成されたヘッド基板１とＦＰＣ６との間の空間に充填される。
【００３０】
かかるＦＰＣ６とヘッド基板１との半田接合は、まずＦＰＣ６の一端をヘッド基板１の端部に沿って例えば幅１ｍｍ〜５ｍｍだけ重畳させるようにして凸部８上に載置させるとともに、この部分をＦＰＣ６側よりヒーターバー等で加熱・押圧し、回路導体５−配線導体７間に介在させておいた半田９を溶融させることによって行われ、これにより半田９が回路導体５と配線導体７の双方に溶着される。
【００３１】
このとき、前記ＦＰＣ６は前記凸部８の頂部で良好に支持されるため、セラミック基板２上に載置したＦＰＣ６の一端をヒーターバー等を用いて上から押圧しつつ加熱しても、半田９が横方向に大きく膨らむことはなく、従って、サーマルヘッドの回路導体５を高密度にパターン形成する場合であっても、これらの回路導体５に接合される半田同士が短絡することはなく、ヘッド基板１の回路導体５とＦＰＣ６の配線導体７とを前記空間内に充填される半田９によって正確に接続することができる。
【００３２】
またこの場合、凸部８を形成するガラスは熱伝導率の低いガラスから成っているため、半田接合に使用されるヒーターバー等の発する熱は、その一部が凸部８内に効率良く蓄積されるようになっており、これらの熱も利用して半田９を比較的低温で、且つ短時間で加熱・溶融させることにより、サーマルヘッドの生産性を更に向上させることもできる。
【００３３】
更に、前記凸部８の頂部の高さを前記半田９の厚みの最大値の９０％〜１００％に設定しておけば、回路導体５を６本／ｍｍ〜２５本／ｍｍの密度で極めて高密度にパターン形成する場合であっても、回路導体５−配線導体７間に介在される半田９の膨らみをより有効に抑えることができ、隣合う半田９間の短絡を確実に防止することが可能となる。従って、凸部８の頂部の高さを半田９の厚みの最大値の９０％〜１００％に設定しておくことが好ましい。
【００３４】
かくして上述した本形態のサーマルヘッドは、ヘッド基板１上の発熱抵抗体４にＦＰＣ６やヘッド基板１の回線導体５等を介して所定の電力を供給し、発熱抵抗体４を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ことによってサーマルヘッドとして機能する。
【００３５】
尚、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。
【００３６】
例えば、上述の形態において、前記凸部８を断面略四角形状とし、且つその上面角部を曲率半径２５μｍの曲面状に成しておけば、凸部８の表面から鋭利な角部はなくなって凸部全体が滑らかになることから、回路導体５を従来周知の薄膜手法等によって凸部８の表面からセラミック基板２の表面にかけて形成する際、回路導体５を断線等のない良好な連続膜として形成することができ、またこの場合、ヘッド基板１の回路導体５とＦＰＣ６の配線導体７とを半田接合する際に、ＦＰＣ６が凸部８と接触しても、ＦＰＣ６の配線導体７が傷つくことはなく、これによってもサーマルヘッドの生産性が向上される。従って、凸部８を断面略四角形状とし、且つその上面角部を曲率半径２５μｍ以上の曲面状に成しておくことが好ましい。
【００３７】
また、上述の形態においては、前記凸部８を半田接合領域のうち、発熱抵抗体４に最も近いところに配したが、これに代えて、図３（ａ）に示す如く、凸部８ａを半田接合領域のうち、発熱抵抗体４から最も離れた位置に配しても良いし、或いは、図３（ｂ）に示す如く、凸部８ｂを半田接合領域の中央付近に配しても良い。
【００３８】
更に、上述の形態においては、凸部８を半田接合領域内に完全に収容されるように設けたが、これに代えて、凸部８の一部が半田接合領域より外側にはみ出すように設けても良い。例えば、図４（ａ）に示す如く、発熱抵抗体４側に凸部８ｃの一部をはみ出させる場合、上述の形態と同様の効果を奏するのに加え、凸部８ｃの外形をより滑らかな形状になすことができ、その上に被着される回路導体５の断線等を確実に防止することができるとともに、セラミック基板２の大型化を有効に防止することが可能となる。
【００３９】
また更には図４（ｂ）に示す如く、発熱抵抗体４側にはみ出すように設けた凸部８ｄの一端側を発熱抵抗体４の近傍まで延在させて、これを蓄熱層３と一体的に形成するようにしても構わない。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のサーマルヘッドによれば、セラミック基板の上面に凸部を形成し、該凸部表面及び凸部近傍のセラミック基板上面に回路導体の導出部を形成するとともに、配線導体を有する配線基板を凸部上に載置してヘッド基板と配線基板との間に空間を設け、該空間内に回路導体の導出部と配線導体とを接合する半田を充填するようにしたことから、サーマルヘッドの組み立て時、セラミック基板上に載置した配線基板の一端をヒーターバー等を用いて上から押圧しつつ加熱しても、配線基板は前記凸部の頂部で良好に支持されるので半田が横方向に大きく膨らむことはなく、従って、サーマルヘッドの回路導体を高密度にパターン形成する場合であっても、これらの回路導体に接合される半田同士が短絡することはなく、ヘッド基板の回路導体と配線基板の配線導体とを前記空間内に充填される半田によって正確に接続することができる。
【００４１】
また、本発明のサーマルヘッドによれば、前記凸部と前記蓄熱層とを同質のガラス材料で形成することにより、凸部と蓄熱層とを従来周知の厚膜手法等によってセラミック基板の上面に同一工程で同時に形成することができ、サーマルヘッドの製造工程が複雑化するのを有効に防止することができる。
【００４２】
またこの場合、凸部を形成するガラスは熱伝導率の低いガラスから成っているため、半田接合に使用されるヒーターバー等の発する熱は、その一部が凸部内に効率良く蓄積されるようになっており、これらの熱も利用して半田を比較的低温で、且つ短時間で加熱・溶融させることにより、サーマルヘッドの生産性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドに用いられるヘッド基板の平面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図５】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【図６】図５のサーマルヘッドにおける半田の膨らみを示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッド基板、２・・・セラミック基板、３・・・蓄熱層、４・・・発熱抵抗体、５・・・回路導体、６・・・配線基板（ＦＰＣ）、７・・・配線導体、８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ・・・凸部、９・・・半田

Claims

セラミック基板の上面に複数個の発熱抵抗体及び複数個の回路導体を形成したヘッド基板と、複数個の配線導体を有する配線基板とからなるサーマルヘッドであって、
前記セラミック基板の上面に凸部を形成し、該凸部表面及び該凸部近傍の前記セラミック基板の上面に前記回路導体から導出する導出部を形成するとともに、前記配線基板を前記凸部上に載置して前記ヘッド基板と前記配線基板との間に空間を設け、該空間内に前記回路導体の前記導出部と前記配線導体とを接合する半田を充填したことを特徴とするサーマルヘッド。
前記発熱抵抗体と前記セラミック基板との間に蓄熱層が介在しており、且つ該蓄熱層と前記凸部とが同質のガラス材料により形成され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。