JP5670132B2 - サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

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部を発熱させて、その熱により記録媒体に文字や図形などを印字・印画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およびサーマルプリンタについて、図４ないし図７を用いて説明する。図４は、サーマルプリントヘッドの斜視図である。図５は、サーマルプリントヘッドの断面図である。図６は、サーマルプリントヘッドの概略平面図である。図７は、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、発熱板３０、および、回路基板６０を備えている。発熱板３０と回路基板６０とは、放熱板２０の一方の表面上に互いに隣接して載置されている。発熱板３０は、記録媒体８２の進行方向である副走査方向９２の下流側（記録媒体８２の排出側）に配置されている。回路基板６０は、発熱板３０と隣接して、副走査方向９２の上流側（記録媒体８２の供給側）に配置されている。

放熱板２０は、例えばアルミニウムなどの金属からなる。放熱板２０は、発熱板３０の熱をサーマルプリントヘッド１０の外部に放出する役割を果たす。

発熱板３０は、回路基板６０と並行して副走査方向９２に直交する主走査方向９１に延びている。発熱板３０は、絶縁基板３２、抵抗体層３８、導電体層４０、および、保護層４８を備えている。

絶縁基板３２は、支持基板３４およびグレーズ層３６を有している。支持基板３４は、アルミナなどのセラミックからなる。グレーズ層３６は、ガラスからなり、支持基板３４上に積層されている。

抵抗体層３８および導電体層４０は、グレーズ層３６上に順次積層されている。抵抗体層３８および導電体層４０は、グレーズ層３６上に複数の発熱抵抗部４２および複数の電極４４を形成している。複数の発熱抵抗部４２は、互いに間隔を空けて主走査方向９１に配列されている。図５に示したように、抵抗体層３８上に導電体層４０が積層されていない部分が発熱抵抗部４２になる。電極４４は、各発熱抵抗部４２の副走査方向９２の両端に形成されている。電極４４は、導電体層４０により形成されている。

各発熱抵抗部４２の両端に形成された一対の電極４４間に電圧が印加されると、各発熱抵抗部４２が発熱する。各発熱抵抗部４２の発熱は、後述する駆動ＩＣ６２により選択的に制御される。複数の発熱抵抗部４２が配列されて帯状の領域が発熱領域４６になる。

保護層４８は、絶縁基板３２、抵抗体層３８、および、導電体層４０の露出面上に積層されていて、発熱板３０の最表面を形成している。保護層４８は、複数の発熱抵抗部４２および複数の電極４４を保護する役割を果たす。

回路基板６０は、発熱板３０と並行して主走査方向９１に延びている。回路基板６０は、例えばガラスエポキシ基板などのプリント基板である。回路基板６０は、放熱板２０上に固定されている。回路基板６０には、駆動ＩＣ６２およびコネクタ６４などが実装されている。駆動ＩＣ６２は、複数の発熱抵抗部４２を選択的に発熱させる制御素子としての役割を果たす。発熱領域４６に所定の発熱パターンを形成するための制御信号や電力は、コネクタ６４を介して入力される。

駆動ＩＣ６２と発熱板３０の電極４４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。駆動ＩＣ６２と回路基板６０に形成された回路とは、例えばボンディングワイヤ６８によって電気的に接続されている。駆動ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６，６８は、樹脂からなる封止体７０により封止されている。封止体７０は、駆動ＩＣ６２を保護し、ボンディングワイヤ６６，６８の断線を防ぐ役割を果たす。

サーマルプリンタは、プラテンローラ８０を備えている。プラテンローラ８０は、所定の弾性を持つ材料からなり、円筒状に形成されている。プラテンローラ８０は、主走査方向９１に沿った軸８０ａを中心に回転可能に設置されている。プラテンローラ８０は、外周面８０ｂが発熱領域４６に接するように設置されている。

サーマルプリンタの使用時には、プラテンローラ８０と発熱領域４６との間に、熱印刷温度以上に加熱されると発色する感熱紙などの記録媒体８２が挿入される。サーマルプリンタは、プラテンローラ８０を回転させることによって、記録媒体８２を発熱領域４６に押し付けつつ、記録媒体８２を副走査方向９２に移動させる。加えて、サーマルプリンタは、記録媒体８２の移動に伴って、発熱領域４６の発熱パターンを変化させることによって、所望の文字・画像を記録媒体８２上に印字・印画する。

特開２００８−２３９３９号公報 特開平８−５２８９０号公報

上述したように、駆動ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６，６８は、封止体７０により封止されている。封止体７０には、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいは、シリコン樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられる。一般的に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂は、シリコン樹脂などの熱可塑性樹脂に比べて硬い。そのため、駆動ＩＣ６２の保護やボンディングワイヤ６６，６８の断線防止の観点から、封止体７０には、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが望ましい。

エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いた封止では、まず、駆動ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６，６８を覆うように、発熱板３０および回路基板６０上に熱硬化性樹脂を塗布する。続いて、１００℃程度で数時間加熱して硬化させた後、冷却する。

熱硬化性樹脂（封止体７０）の硬化時の加熱により、発熱板３０および回路基板６０は、熱膨張する。そのため、硬化した熱硬化性樹脂（封止体７０）は、熱膨張した状態の発熱板３０と回路基板６０とに対して一体に接着する。その後、発熱板３０、回路基板６０および封止体７０は、冷却により熱収縮する。

ここで、回路基板６０は、プリント基板であり、例えば、エポキシ樹脂を含む絶縁基材が用いられたガラスエポキシ基板である。したがって、回路基板６０の熱膨張率は、エポキシ樹脂の熱膨張率に近い。一方、発熱板３０は、セラミックからなる支持基板３４上に、グレーズ層３６、抵抗体層３８および導電体層４０が薄膜形成されている。したがって、発熱板３０の熱膨張率は、セラミックの熱膨張率に近い。

エポキシ樹脂は、セラミックに比べて、熱膨張率が大きいため、回路基板６０および封止体７０は、発熱板３０に比べて、熱膨張率が大きい。そのため、回路基板６０および封止体７０の収縮力が、発熱板３０の封止部分（発熱板３０の回路基板６０寄りの部分）に加わって、図６に示したように、発熱板３０が湾曲してしまう。すなわち、発熱板３０と回路基板６０および封止体７０との熱膨張率の差により、発熱板３０が湾曲してしまう。そうすると、発熱板３０に形成された発熱領域４６の直線性が低下する。その結果、発熱領域４６とプラテンローラ８０との接触が悪化して、画質が低下してしまう。

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、熱硬化性樹脂を用いた駆動ＩＣの封止により生じる発熱板の湾曲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、金属からなる放熱板と、セラミックからなる支持基板、前記支持基板上に積層されたグレーズ層、前記グレーズ層上に互いに間隔を空けて主走査方向に並んで形成された複数の発熱抵抗部、および、前記複数の発熱抵抗部に電気的に接続された複数の電極を有し、前記放熱板の表面上の一部に載置され前記放熱板に固定された発熱板と、セラミックからなり、前記放熱板の前記発熱板が固定された表面上の一部に前記発熱板と副走査方向に並んで載置され前記放熱板に固定された保持板と、前記保持板上に固定された回路基板と、表裏を貫通する貫通孔が形成されていて前記保持板上に固定された回路基板と、前記回路基板上または前記発熱板上に載置されて、前記回路基板に形成された回路と前記発熱板に形成された前記電極とに電気的に接続された駆動ＩＣと、熱硬化性樹脂からなり、前記駆動ＩＣを覆い、かつ前記貫通孔に充填されて、少なくとも前記発熱板の前記放熱板とは反対側の表面の一部、前記回路基板の前記放熱板とは反対側の表面の一部ならびに前記保持板の前記放熱板とは反対側の表面の一部に接着している封止体とを具備したことを特徴とする。

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、金属からなる放熱板と、セラミックからなる支持基板、前記支持基板上に積層されたグレーズ層、前記グレーズ層上に互いに間隔を空けて主走査方向に並んで形成された複数の発熱抵抗部、および、前記複数の発熱抵抗部に電気的に接続された複数の電極を有し、前記放熱板の表面上の一部に載置され前記放熱板に固定された発熱板と、セラミックからなり、前記放熱板の前記発熱板が固定された表面上の一部に前記発熱板と副走査方向に並んで載置され前記放熱板に固定された保持板と、表裏を貫通する貫通孔が形成されていて前記保持板上に固定された回路基板と、前記回路基板上または前記発熱板上に載置されて、前記回路基板に形成された回路と前記発熱板に形成された前記電極とに電気的に接続された駆動ＩＣと、熱硬化性樹脂からなり、前記駆動ＩＣを覆い、かつ前記貫通孔に充填されて、少なくとも前記発熱板の前記放熱板とは反対側の表面の一部、前記回路基板の前記放熱板とは反対側の表面の一部ならびに前記保持板の前記放熱板とは反対側の表面の一部に接着している封止体とを備えた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、熱硬化性樹脂を用いた駆動ＩＣの封止により生じる発熱板の湾曲を抑制できる。

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の断面図である。 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の概略平面図である。 従来のサーマルプリントヘッドの斜視図である。 従来のサーマルプリントヘッドの断面図である。 従来のサーマルプリントヘッドの概略平面図である。 従来のサーマルプリンタ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、図１を用いて説明する。図１は、サーマルプリントヘッドの断面図である。なお、以下の説明では、上述した従来のサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタと同一・類似の構成には同一符号を付して、その構成の説明を省略する。

本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０は、放熱板２０、発熱板３０、保持板５０、回路基板６０、駆動ＩＣ６２、および、封止体７０を備えている。

放熱板２０は、例えばアルミニウムなどの金属からなる。本実施形態では、放熱板２０の一方の表面には、主走査方向９１に沿って段差が形成されていて、放熱板２０の記録媒体８２の排出側は、記録媒体８２の供給側に比べて、薄く設計されている。

発熱板３０は、放熱板２０の段差が形成された表面上に載置されている。発熱板３０は、放熱板２０の記録媒体８２の排出側に配置されている。発熱板３０は、段差から記録媒体８２の排出側に向かって広がっている。発熱板３０は、例えば両面テープ５４によって、放熱板２０に固定されている。発熱板３０は、絶縁基板３２、抵抗体層３８、導電体層４０、および、保護層４８を備えている。

絶縁基板３２は、支持基板３４およびグレーズ層３６を有している。支持基板３４は、アルミナなどのセラミックからなる。グレーズ層３６は、ガラスからなり、支持基板３４上に積層されている。

抵抗体層３８および導電体層４０は、グレーズ層３６上に順次積層されている。抵抗体層３８および導電体層４０は、グレーズ層３６上に複数の発熱抵抗部４２および複数の電極４４を形成している。複数の発熱抵抗部４２は、互いに間隔を空けて主走査方向９１に配列されている。電極４４は、各発熱抵抗部４２の副走査方向９２の両端に形成されている。

保護層４８は、絶縁基板３２、抵抗体層３８および導電体層４０の露出面上に積層されていて、発熱板３０の最表面を形成している。なお、電極４４の記録媒体８２の供給側の端部にボンディングワイヤ６６を接続するために、保護層４８の所定の位置に開口４８ａが形成されている。

保持板５０は、アルミナなどのセラミックからなる。保持板５０は、放熱板２０の段差が形成された表面上に載置されている。保持板５０は、放熱板２０の記録媒体８２の排出側に配置されている。保持板５０は、段差から記録媒体８２の供給側に向かって広がっている。保持板５０は、発熱板３０と並行して主走査方向９１に延びている。保持板５０は、例えば両面テープ５５によって、放熱板２０に固定されている。

回路基板６０は、プリント基板であり、例えば、エポキシ樹脂を含む絶縁基材が用いられたエポキシ基板やガラスエポキシ基板などである。回路基板６０は、保持板５０上に載置されている。回路基板６０は、例えば両面テープ５６によって、保持板５０に固定されている。本実施形態では、回路基板６０は、発熱板３０と副走査方向９２に間隙７２を空けて配置されている。

複数の駆動ＩＣ６２は、回路基板６０上に実装されている。複数の駆動ＩＣ６２は、回路基板６０上の発熱板３０寄りの位置に配置されている。複数の駆動ＩＣ６２は、主走査方向９１に配列されている。駆動ＩＣ６２と発熱板３０の電極４４とは、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。駆動ＩＣ６２と回路基板６０に形成された回路とは、例えばボンディングワイヤ６８によって電気的に接続されている。駆動ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６，６８は、封止体７０により封止されている。

封止体７０は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂（接着剤）からなる。封止体７０は、駆動ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６，６８を覆っている。封止体７０は、発熱板３０と回路基板６０との間隙７２に充填されている。封止体７０は、発熱板３０の回路基板６０寄りの表面、回路基板６０の発熱板３０寄りの表面、および、間隙７２に面した保持板５０の表面に対して接着している。封止体７０は、発熱板３０、回路基板６０および保持板５０を一体に接着している。

封止は、まず、駆動ＩＣ６２およびボンディングワイヤ６６，６８を覆うように、熱硬化性樹脂を発熱板３０および回路基板６０上に塗布した後、熱硬化性樹脂を１００℃程度で数時間加熱して硬化させて行う。

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の効果について説明する。

熱硬化性樹脂（封止体７０）の硬化時の加熱により、発熱板３０、回路基板６０および封止体７０は、熱膨張する。そして、硬化した熱硬化性樹脂（封止体７０）は、熱膨張した状態の発熱板３０と回路基板６０とに対して一体に接着する。その後、発熱板３０、回路基板６０および封止体７０は、冷却により熱収縮する。

ここで、本実施形態では、回路基板６０は、両面テープ５６により、セラミックからなる保持板５０に貼り付けられている。加えて、回路基板６０は、発熱板３０と回路基板６０との間隙７２に充填された封止体７０によって、保持板５０に固定されている。そのため、回路基板６０および封止体７０の熱収縮が、セラミックからなる保持板５０により抑制され、回路基板６０および封止体７０の収縮量が、発熱板３０の収縮量に近づく。その結果、封止により生じる発熱板３０の湾曲が抑制される。したがって、本実施形態によれば、発熱領域４６の直線性が高く、発熱領域４６とプラテンローラ８０との接触が良好となり、画質が向上する。

また、回路基板６０を保持板５０上に貼り付ける場合に、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂（接着剤）を用いると、回路基板６０と保持板５０との熱膨張率の差により、回路基板６０や保持板５０が湾曲してしまうことがある。本実施形態では、両面テープ５６を用いているため、回路基板６０や保持板５０が湾曲することがない。

［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２および図３を用いて説明する。図２は、サーマルプリントヘッドの断面図である。図３は、サーマルプリントヘッドの概略平面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複説明を省略する。

第１の実施形態では、発熱板３０と回路基板６０との間隙７２に充填された封止体７０よって、回路基板６０と保持板５０とが接着されている。

一方、本実施形態では、発熱板３０と回路基板６０とは、隣接していて、発熱板３０と回路基板６０との間隙７２は、形成されていない。本実施形態では、回路基板６０の発熱板３０寄りには、表裏を貫通する複数の貫通孔７４が形成されている。複数の貫通孔７４は、例えば、複数の駆動ＩＣ６２間に形成されている。

封止体７０は、貫通孔７４に充填されている。封止体７０は、発熱板３０の回路基板６０寄りの表面、回路基板６０の発熱板３０寄りの表面、および、貫通孔７４に面した保持板５０の表面に対して接着している。

本実施形態によっても、貫通孔７４に充填された封止体７０によって、回路基板６０と保持板５０とが接着されるため、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。

［他の実施形態］
上記の実施形態は、単なる例示であって、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、駆動ＩＣ６２が回路基板６０の発熱板３０寄りの表面に載置されているが、駆動ＩＣ６２が発熱板３０の回路基板６０寄りの表面に載置されていても良い。また、第１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４６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。

また、上記の実施形態では、回路基板６０は、エポキシ基板やガラスエポキシ基板などのリジッド基板であるが、その他の樹脂を含む絶縁基材が用いられたプリント基板であっても良い。例えば、回路基板６０は、ポリイミドを含む絶縁基材が用いられたフレキシブル基板であっても良い。

さらに、第１の実施形態と第２の実施形態との特徴部分を組み合わせて、第１の実施形態のサーマルプリントヘッド１０の回路基板６０に、第２の実施形態で説明したような貫通孔７４を形成しても良い。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…放熱板、３０…発熱板、３２…絶縁基板、３４…支持基板、３６…グレーズ層、３８…抵抗体層、４０…導電体層、４２…発熱抵抗部、４４…電極、４６…発熱領域、４８…保護層、４８ａ…保護層の開口、５０…保持板、５４〜５６…両面テープ、６０…回路基板、６２…駆動ＩＣ、６４…コネクタ、６６，６８…ボンディングワイヤ、７０…封止体、７２…発熱板と回路基板との間隙、７４…回路基板の貫通孔、８０…プラテンローラ、８０ａ…プラテンローラの軸、８０ｂ…プラテンローラの外周面、８２…記録媒体、９１…主走査方向、９２…副走査方向、

Claims (7)

1. 金属からなる放熱板と、
   セラミックからなる支持基板、前記支持基板上に積層されたグレーズ層、前記グレーズ層上に互いに間隔を空けて主走査方向に並んで形成された複数の発熱抵抗部、および、前記複数の発熱抵抗部に電気的に接続された複数の電極を有し、前記放熱板の表面上の一部に載置され前記放熱板に固定された発熱板と、
   セラミックからなり、前記放熱板の前記発熱板が固定された表面上の一部に前記発熱板と副走査方向に並んで載置され前記放熱板に固定された保持板と、
   表裏を貫通する貫通孔が形成されていて前記保持板上に固定された回路基板と、
   前記回路基板上または前記発熱板上に載置されて、前記回路基板に形成された回路と前記発熱板に形成された前記電極とに電気的に接続された駆動ＩＣと、
   熱硬化性樹脂からなり、前記駆動ＩＣを覆い、かつ前記貫通孔に充填されて、少なくとも前記発熱板の前記放熱板とは反対側の表面の一部、前記回路基板の前記放熱板とは反対側の表面の一部ならびに前記保持板の前記放熱板とは反対側の表面の一部に接着している封止体と、
   を具備したことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記回路基板と前記保持板とは両面テープにより貼り付けられてい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。
3. 前記封止体がエポキシ樹脂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。
4. 前記回路基板が樹脂を含む絶縁基材が用いられたプリント基板であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記支持基板と前記保持板とが同一のセラミックからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 前記支持基板と前記保持板とがアルミナからなることを特徴とする請求項５に記載のサーマルプリントヘッド。
7. 金属からなる放熱板と、
   セラミックからなる支持基板、前記支持基板上に積層されたグレーズ層、前記グレーズ層上に互いに間隔を空けて主走査方向に並んで形成された複数の発熱抵抗部、および、前記複数の発熱抵抗部に電気的に接続された複数の電極を有し、前記放熱板の表面上の一部に載置され前記放熱板に固定された発熱板と、
   セラミックからなり、前記放熱板の前記発熱板が固定された表面上の一部に前記発熱板と副走査方向に並んで載置され前記放熱板に固定された保持板と、
   表裏を貫通する貫通孔が形成されていて前記保持板上に固定された回路基板と、
   前記回路基板上または前記発熱板上に載置されて、前記回路基板に形成された回路と前記発熱板に形成された前記電極とに電気的に接続された駆動ＩＣと、
   熱硬化性樹脂からなり、前記駆動ＩＣを覆い、かつ前記貫通孔に充填されて、少なくとも前記発熱板の前記放熱板とは反対側の表面の一部、前記回路基板の前記放熱板とは反対側の表面の一部ならびに前記保持板の前記放熱板とは反対側の表面の一部に接着している封止体と、
   を備えた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。