JP5647408B2

JP5647408B2 - サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタ

Info

Publication number: JP5647408B2
Application number: JP2009279403A
Authority: JP
Inventors: 智法鈴木
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2011121227A

Description

本発明は、サーマルプリントヘッド、および、これを用いたサーマルプリンタに関する。

サーマルプリントヘッドは、発熱領域に配列された複数の発熱抵抗体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの感熱記録媒体に文字や図形などの画像を形成する出力用デバイスである。このサーマルプリントヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、フォトプリンタ、イメージャー、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。

従来のサーマルプリントヘッドについて、図７を用いて説明する。図７は、従来のサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、発熱体板の部分断面図である。

サーマルプリントヘッドは、放熱板と、放熱板の同一表面上に配置された発熱体板１３０および回路基板とを備えている。発熱体板１３０は、支持基板１３４、グレーズ層１３６、抵抗体層、導電体層、第１保護層１５０、熱拡散部１５２、および、第２熱拡散層１５６を有している。

抵抗体層は、グレーズ層１３６上に形成されて、複数の発熱抵抗部１４０を有している。複数の発熱抵抗部１４０は、それぞれ副走査方向９２に延びて、互いに主走査方向９１に間隔を空けて配列されている。各発熱抵抗部１４０の両端には、電極（導電部）１４４，１４６が形成されて、電極１４４，１４６は、駆動用ＩＣに接続されている。各発熱抵抗部１４０は、発熱素子としての役割を果たし、複数の発熱抵抗部１４０が配列された帯状の領域が、発熱領域１３２となる。

第１保護層１５０は、発熱抵抗部１４０および導電部１４４，１４６を覆うように積層されて、発熱抵抗部１４０等と後述する熱拡散部１５２とを絶縁する役割を果たす。熱拡散部１５２は、第１保護層１５０上であって、各発熱抵抗部１４０の上方にそれぞれ形成されていて、発熱領域１３２における第２保護層１５６の表面温度分布を均一化する役割を果たす。さらに、第２保護層１５６は、熱拡散部１５２を覆うように積層されて、サーマルプリンタの使用時における感熱記録媒体との摩擦等から、発熱抵抗部１４０等を保護する役割を果たす。

一方、回路基板には、発熱抵抗部１４０に電力を供給する駆動回路となる駆動用ＩＣなどの電気部品が実装されている。

このようなサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタは、一般的にプラテンローラを備えている。このプラテンローラは、主走査方向９１を軸として、その側面が発熱領域１３２に接するように配置され、その軸を中心に回転可能に設けられている。サーマルプリンタは、プラテンローラを回転させることによって、プラテンローラと発熱領域１３２との間に挿入された感熱記録媒体を発熱領域１３２に押し付けつつ、感熱記録媒体を副走査方向９２に移動させる。加えて、感熱記録媒体の移動に伴って、発熱領域１３２の発熱パターンを変化させることによって、所望の画像を感熱記録媒体上に形成する（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−２０５５２０号公報

サーマルプリントヘッドの製造時においては、駆動用ＩＣおよびボンディングワイヤを樹脂で封止するために、サーマルプリントヘッドを加熱する。また、サーマルプリントヘッドの使用時においては、発熱体板１３０が高温となる。そうすると、第１保護層１５０と熱拡散部１５２との熱膨張率・熱収縮率が互いに異なるため、熱拡散部１５２が第１保護層１５０から剥離してしまうことがある。

また、抵抗体層と導電体層とに高低差がある場合には、発熱抵抗部１４０と導電部１４４，１４６との境界（発熱領域１３２と発熱しない領域との境界）において、第２保護層１５６にクラック９５が生じて、第２保護層１５６が剥離してしまうことがある。特に、第２保護層１５６の表面には、感熱記録媒体の移動による摩擦が生じるため、このような事態になりやすい。

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、熱拡散部あるいは第２保護層の剥離を抑制することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るサーマルプリントヘッドは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に積層されて記録媒体が走行する副走査方向に延びた発熱抵抗部と、前記発熱抵抗部の端部に電気的に接続されて前記発熱抵抗部の副走査方向に電圧を印加する導電部と、少なくとも前記発熱抵抗部を覆うように前記発熱抵抗部上に積層された絶縁材からなる第１保護層と、前記第１保護層上に積層されて複数の貫通孔が形成された熱拡散部と、前記熱拡散部上に積層されて前記複数の貫通孔を介して前記第１保護層に接着され前記第１保護層と同一材料の第２保護層と、を具備したことを特徴とする。
ことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係るサーマルプリンタは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に積層されて記録媒体が走行する副走査方向に延びた発熱抵抗部と、前記発熱抵抗部の端部に電気的に接続されて前記発熱抵抗部の副走査方向に電圧を印加する導電部と、少なくとも前記発熱抵抗部を覆うように前記発熱抵抗部上に積層された絶縁材からなる第１保護層と、前記第１保護層上に積層されて複数の貫通孔が形成された熱拡散部と、前記熱拡散部上に積層されて前記複数の貫通孔を介して前記第１保護層に接着され前記第１保護層と同一材料の第２保護層と、を有するサーマルプリントヘッドを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、熱拡散部あるいは第２保護層の剥離を抑制することを目的とする。

本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリンタの部分断面図である。本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、第１保護層および第２保護層を省略した発熱体板の部分上面図である。図３のIV−IV矢視断面図である。本発明の第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、第１保護層および第２保護層を省略した発熱体板の部分上面図である。本発明の第３の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、第１保護層および第２保護層を省略した発熱体板の部分上面図である。従来のサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、発熱体板の部分断面図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタについて説明する。

まず、第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０およびサーマルプリンタの概要について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドの斜視図である。図２は、本実施形態に係るサーマルプリンタの部分断面図である。

サーマルプリントヘッド１０は、放熱板２０、発熱体板３０、および、回路基板６０を有している。発熱体板３０および回路基板６０は、放熱板２０の同一表面上に載置されている。

放熱板２０は、例えばアルミニウムなどの金属からなり、主走査方向９１に延びている。

発熱体板３０は、放熱板２０上に載置されて、主走査方向９１に延びている。発熱体板３０には、主走査方向９１に延びる発熱領域３２が形成されている。

回路基板６０は、放熱板２０上に載置されて、発熱体板３０と並行して主走査方向９１に延びている。回路基板６０には、駆動用ＩＣ６２およびコネクタ６４，６５などが実装されている。駆動用ＩＣ６２は、発熱領域３２を発熱させる駆動回路としての役割を果たす。発熱領域３２に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や駆動電力は、コネクタ６４，６５を介して入力される。

発熱体板３０と駆動用ＩＣ６２とは、例えばボンディングワイヤ６６によって電気的に接続されている。また、駆動用ＩＣ６２と回路基板６０に形成された配線パターンとは、例えばボンディングワイヤ６７によって電気的に接続されている。駆動用ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６，６７は、樹脂６８によって封止されている。

サーマルプリンタは、所定の弾性を持つ材料からなり、円筒状に形成されたプラテンローラ７０を有している。このプラテンローラ７０は、主走査方向９１を軸７２として、この軸７２を中心に回転可能に設けられている。プラテンローラ７０は、その側面７４が発熱領域３２に接するように配置されている。

サーマルプリンタの使用時には、プラテンローラ７０と発熱領域３２との間に、感熱記録媒体７６が挿入される。この感熱記録媒体７６は、例えば感熱紙であって、熱印刷温度以上に加熱されると発色する。サーマルプリンタは、プラテンローラ７０を回転させることによって、感熱記録媒体７６を発熱領域３２に押し付けつつ、その感熱記録媒体７６を主走査方向９１に対して垂直な副走査方向９２に移動させる。加えて、サーマルプリンタは、感熱記録媒体７６の移動に伴って、発熱領域３２の発熱パターンを変化させることによって、所望の画像を感熱記録媒体７６上に形成させる。

次に、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０の発熱体板３０の詳細について、図３および図４を用いて説明する。図３は、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、第１保護層および第２保護層を省略した発熱体板の部分上面図である。図４は、図３のIV−IV矢視断面図である。

発熱体板３０は、絶縁基板、抵抗体層、導電体層、第１保護層５０、熱拡散部５２、および、第２保護層５６を有している。絶縁基板は、例えばアルミナなどの絶縁体からなる支持基板３４の表面上にグレーズ層３６が形成されてなる。

絶縁基板のグレーズ層３６の表面上には、抵抗体層が形成されている。抵抗体層は、複数の発熱抵抗部４０を有している。複数の発熱抵抗部４０は、それぞれ副走査方向９２に一定の幅で直線的に延びて、互いに主走査方向９１に間隔を空けて配列されている。なお、発熱領域３２とは、複数の発熱抵抗部４０が配列された帯状の領域を指す。

各発熱抵抗部４０の副走査方向９２の上流側の端部４０ａには、個別電極（導電部）４４が形成されて電気的に接続されている。また、互いに隣り合う１組の発熱抵抗部４０の副走査方向９２の下流側の端部４０ｂ同士は、折返し電極（導電部）４６によって電気的に接続されている。個別電極４４および折返し電極４６は、例えばアルミニウムなどにより形成されている。上述したとおり、個別電極４４は、例えばボンディングワイヤ６６を介して、駆動用ＩＣ６２に接続されている。なお、個別電極４４および折返し電極４６のは、例えば、１．０μｍの厚みに形成されている。

各発熱抵抗部４０は、発熱素子としての役割を果たし、折返し電極４６によって接続された１組の発熱抵抗部４０は、個別電極４４間に印加された電圧によって同時に発熱して、感熱記録媒体７６に１ドットを出力する（１画素２素子型）。

第１保護層５０は、複数の発熱抵抗部４０、導電部４４，４６、および、グレーズ層３６の露出面を覆っている。第１保護層５０は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＡｌＯＮ、あるいは、ＳｉＯＮを主成分とした材料等からなり、発熱抵抗部４０および導電部４４，４６と後述する熱拡散部５２とを絶縁する役割を果たす。また、第１保護層５０は、サーマルプリンタの使用時における感熱記録媒体７６との摩擦等から、発熱抵抗部４０および導電部４４，４６を保護する役割も果たす。なお、第１保護層５０は、例えば、３．０μｍの厚みに形成されている。

熱拡散部５２は、第１保護層５０上であって、折返し電極４６によって接続された１組の発熱抵抗部４０を覆うように配置されて、１組の発熱抵抗部４０の上方に広がるように形成されている。すなわち、発熱領域３２には、主走査方向９１に沿って、複数の熱拡散部５２が１ドット毎に（１組の発熱抵抗部４０毎に）配列されている。熱拡散部５２は、例えば、金属（ＡｌやＣｕ等）あるいは合金等の高熱伝導材料からなり、１つの熱拡散部５２は、１画素を印画する１組の発熱抵抗部４０からの発熱を拡散させる役割を果たす。なお、熱拡散部５２は、例えば、１．０μｍの厚みに形成されている。

熱拡散部５２には、表裏を連通する複数の貫通孔５４が形成されている。本実施形態においては、貫通孔５４は、直径１５μｍ程度の円形状であって、１つの熱拡散部５２に９つ形成されている。

第２保護層５６は、熱拡散部５２および第１保護層５０の露出面を覆っている。第２保護層５６は、例えば、ＳｉＡｌＯＮやＴａ_２Ｏ_５等の耐摩耗性材料からなり、サーマルプリンタの使用時における感熱記録媒体７６との摩擦等から、発熱抵抗部４０、導電部４４，４６および熱拡散部５２を保護する役割を果たす。なお、第２保護層５６は、例えば、５．０μｍの厚みに形成されている。

第２保護層５６は、熱拡散部５２に形成された複数の貫通孔５４に入り込んで、第１保護層５０に接着している。第１保護層５０と第２保護層５６とが同一材料により構成されていると、接着性が高く、好ましい。例えば、第１保護層５０および第２保護層５６が、絶縁性および耐摩耗性を併せ持つＳｉＯＮを主成分とした材料により構成されていることが好ましい。

次に、発熱体板３０の形成方法の一例について説明する。

まず、セラミックスからなる支持基板３４を形成し、その表面にガラスからなるグレーズ層３６を融着させる。

次に、グレーズ層３６の表面全体に、スパッタ装置などの薄膜形成装置によって、抵抗体層および導電体層を順に積層する。そして、フォトエングレービングプロセスによって、導電体層を導電部４４，４６の形状に形成した後、抵抗体層を発熱抵抗体部４０の形状に形成する。

次に、複数の発熱抵抗部４０、導電部４４，４６、および、グレーズ層３６の露出面を覆う第１保護層５０を形成する。そして、薄膜形成装置によって、熱拡散層を積層した後、フォトエングレービングプロセスによって、熱拡散層を熱拡散部５２の形状に形成し、かつ、所定の貫通孔５４を形成する。その後、熱拡散部５２および第１保護層５０の露出面を覆う第２保護層５６を形成する。

さらに、フォトエングレービングプロセスによって、個別電極４４のボンディングワイヤ６６と接続する部分の表面に開口を形成する。

本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０およびサーマルプリンタ１の効果について説明する。

熱拡散部５２を設けないと、第２保護層５６の表面温度分布は、発熱領域３２の副走査方向９２の中央で最大となり、記録媒体の焼付け等の原因となってしまう。本実施形態においては、熱拡散部５２が設けられているため、発熱領域３２の副走査方向９２における第２保護層５６の表面温度分布を均一化できる。

また、１ドットを出力する隣り合う２つの発熱抵抗部４０の間には、スリット４２が形成されていて、このスリット４２は発熱しない。そのため、熱拡散部５２を設けないと、スリット４２の上方の表面温度は、発熱抵抗部４０の上方の表面温度に比べて低くなってしまい、隣り合う２つの発熱抵抗部４０により形成される１ドットが分割されて、画質が低下してしまう。本実施形態においては、熱拡散部５２が隣り合う２つの発熱抵抗部４０およびスリット４２の上方に配置されているため、発熱領域３２の主走査方向９１における第２保護層５６の表面温度分布を均一化でき、画質の低下を抑制できる。

さらに、熱拡散部５２に貫通孔５４が形成されているため、第２保護層５６は、貫通孔５４に入り込んで、第１保護層５０に接着される。そのため、第１保護層５０と第２保護層５６との接着力が増す。その結果、第１保護層５０、熱拡散部５２、および、第２保護層５６の相互間の接着性を高めることでき、熱拡散部５２が第１保護層５０から剥離すること、および、第２保護層５６が第１保護層５０から剥離することを抑制できる。なお、第１保護層５０と第２保護層５６とが同一材料により構成されていると、第１保護層５０と第２保護層５６との接着力が向上するため、より効果的である。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、第１保護層および第２保護層を省略した発熱体板の部分上面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態においては、熱拡散部５２の貫通孔５４は、１辺１５μｍ程度の正方形状に形成されている。本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、本発明は、貫通孔５４の形状によって限定されない。

また、本実施形態においては、複数の貫通孔５４は、互いに同一の形状・大きさとしたが、異なる形状・大きさを組み合わせることができる。さらに、貫通孔５４の大きさ・位置を変えることによって、任意の熱拡散特性を設定することができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、第１保護層および第２保護層を省略した発熱体板の部分上面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態においては、各発熱抵抗部４０の副走査方向９２の上流側の端部４０ａには、個別電極（導電部）４４が形成されて電気的に接続されて、各発熱抵抗部４０の副走査方向９２の下流側の端部４０ｂには、共通電極（導電部）４８が形成されて電気的に接続されている。各発熱抵抗部４０は、個別電極４４と共通電極４８との間に印加された電圧によって発熱して、感熱記録媒体７６に１ドットを出力する（１画素１素子型）。

本実施形態においては、熱拡散部５２は、第１保護層５０上であって、各発熱抵抗部４０の上方に広がるように形成されている。本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［他の実施形態］
第１ないし第３の実施形態においては、平坦なグレーズ層３６を採用したが、発熱領域３２に沿って盛り上がった、凸状のグレーズ層を採用しても良い。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…放熱板、３０…発熱体板、３２…発熱領域、３４…支持基板、３６…グレーズ層、４０…発熱抵抗部、４０ａ…発熱抵抗部の副走査方向の上流側の端部、４０ｂ…発熱抵抗部の副走査方向の下流側の端部、４２…スリット、４４…個別電極（導電部）、４６…折返し電極（導電部）、４８…共通電極（導電部）、５０…第１保護層、５２…熱拡散部、５４…熱拡散部の貫通孔、５６…第２保護層、６０…回路基板、６２…駆動用ＩＣ、６４，６５…コネクタ、６６，６７…ボンディングワイヤ、６８…樹脂、７０…プラテンローラ、７２…プラテンローラの軸、７４…プラテンローラの側面、７６…感熱記録媒体、９１…主走査方向、９２…副走査方向、９５…クラック

Claims

絶縁基板と、
前記絶縁基板上に積層されて記録媒体が走行する副走査方向に延びた発熱抵抗部と、
前記発熱抵抗部の端部に電気的に接続されて前記発熱抵抗部の副走査方向に電圧を印加する導電部と、
少なくとも前記発熱抵抗部を覆うように前記発熱抵抗部上に積層された絶縁材からなる第１保護層と、
前記第１保護層上に積層されて複数の貫通孔が形成された熱拡散部と、
前記熱拡散部上に積層されて前記複数の貫通孔を介して前記第１保護層に接着され前記第１保護層と同一材料の第２保護層と、
を具備したことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
前記第１保護層と前記第２保護層とはＳｉＯＮを主成分とした材料からなることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
前記熱拡散部は金属材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド。
絶縁基板と、前記絶縁基板上に積層されて記録媒体が走行する副走査方向に延びた発熱抵抗部と、前記発熱抵抗部の端部に電気的に接続されて前記発熱抵抗部の副走査方向に電圧を印加する導電部と、少なくとも前記発熱抵抗部を覆うように前記発熱抵抗部上に積層された絶縁材からなる第１保護層と、前記第１保護層上に積層されて複数の貫通孔が形成された熱拡散部と、前記熱拡散部上に積層されて前記複数の貫通孔を介して前記第１保護層に接着され前記第１保護層と同一材料の第２保護層と、を有するサーマルプリントヘッドを具備したことを特徴とするサーマルプリンタ。