JP5677165B2

JP5677165B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP5677165B2
Application number: JP2011072070A
Authority: JP
Inventors: 智法鈴木
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP2012206301A

Description

本発明は、画像記録デバイスであるサーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、感熱記録紙などの印画媒体が搬送される方向に直交する方向（主走査方向）に配列された複数の発熱抵抗体の発熱部を発熱させ、その熱により印画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。このサーマルヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、ビデオプリンタ、イメージャ、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。

一般的なサーマルヘッドは、放熱板と、放熱板に取り付けられた発熱体板と、発熱体板と同じ側で放熱板に取り付けられた回路基板とを備えている。この発熱体板の放熱板と相対する表面の反対側の表面の帯状に延びる発熱領域には、発熱抵抗体が所定の間隔で直線状に配列されている。また、発熱抵抗体を駆動する駆動回路の一部となるドライバＩＣ（Integrated Circuit）は、たとえば発熱体板に搭載されている。

ところで近年では、高精細化の技術の進歩によりヘッド基板の幅を短縮し、よりコンパクト化を図ろうとする傾向がある。

しかし、ヘッド基板幅を短縮して、上記のような構成のサーマルヘッドを形成する場合には、印画時に、印画をつかさどる発熱部以外の部位に、印画媒体が接触してしまうことがある。発熱部以外の部位と、印画媒体との接触は、印画傷等の問題が発生するため、防止する必要がある。

上記の問題の解決を試みた例として、特許文献１に開示されているように、保温層に埋まるようにドライバＩＣを装着した方法や、特許文献２に開示されているように、保温層の斜面を利用して、ドライバＩＣと電極を接続した方法などある。

特開平１０−２３５９１７号公報特開平１１−０４８５１２号公報

従来のサーマルヘッドは、印画走行中の印画媒体がドライバＩＣの封止剤との接触を避けるため、例えば発熱部を絶縁基板のエッジに近づける構造を採用している。

しかしながら、この構造を採用しても、ドライバＩＣやボンディングワイヤ等を保護する封止剤の高さに起因して、印画時に印画媒体がこの封止剤に接触することにより、印画表面に印画傷が発生する問題が起こる。さらに、印画にシワが発生すること、および媒体が干渉することでプリンタ機構の故障を引き起こす等の問題が発生する場合がある。

そこで、本発明は、印画傷の発生を抑制し、印画品質を向上させることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、サーマルヘッドにおいて、長方形の支持基板と、前記支持基板の上面にその長辺側に沿って配列された発熱部と、前記発熱部から前記支持基板の上面および前記支持基板の長辺側の側面を通って前記支持基板の底面まで延びる電極と、前記支持基板の上面で前記発熱部および前記電極を覆う保護層と、前記支持基板の底面と対向して配され、前記支持基板の底面に設けられた前記電極と対向する位置に接続線が配される基板部と、前記基板部上に配され、前記接続線にワイヤボンディングで接続され、前記発熱部の駆動を制御するドライバＩＣと、前記ドライバＩＣ及びボンディングワイヤを覆う封止部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、印画傷の発生を抑制し、印画品質を向上させることができる。

本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態における発熱体板の部分断面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態における一部切欠き上面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。本発明に係るサーマルヘッドの一実施の形態における製造方法のフローチャートである。本発明に係るサーマルヘッドの他の実施の形態を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。

本発明に係るサーマルヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。

図１、図２および図３に示すように、本実施の形態のサーマルヘッド１０は、たとえば発熱体板２０、放熱板３０および基板部４０を有している。

放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属により、印画媒体７０が搬送される方向である副走査方向ｄｓに上面の高さが（たとえば３００μｍ）異なるように段差が形成された板であり、上面における高い面に配線基板４０ａが載置され、低い面に回路基板４０ｂが載置される。

発熱体板２０は、たとえば両面テープなどの接着剤５１により配線基板４０ａにおける副走査方向ｄｓの一端側に沿って配線基板４０ａの上面の一部が露出するようにして固着される。

発熱体板２０には、帯状に延びる発熱領域２４が形成されている。発熱領域２４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、回路基板４０ｂに入力され、回路基板４０ｂと電気的に接続された配線基板４０ａに入力され、さらに配線基板４０ａと電気的に接続された発熱体板２０に入力される。

このサーマルヘッド１０を用いたサーマルプリンタは、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラ６０を有している。このプラテンローラ６０は、副走査方向ｄｓに直交する主走査方向ｄｍに平行な直線上に軸６２を持つ。また、プラテンローラ６０の側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸６２を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ６０の回転によって、プラテンローラ６０と発熱領域２４との間に挿入された印画媒体７０は副走査方向ｄｓに移動する。印画媒体７０は、発色温度以上に加熱されると発色する、たとえば感熱記録紙である。

サーマルプリンタは、その印画媒体７０を副走査方向ｄｓに移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを印画媒体７０の移動とともに変化させることにより、所望の画像を印画媒体７０上に形成する。

発熱体板２０は、支持基板２２と、発熱抵抗体層２３と、電極２８と、保護層２９とを有している。

支持基板２２は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックでなる厚さ８００μｍの絶縁板２２ａと、この絶縁板２２ａの上面に２５μｍの厚みで層状に形成されたグレーズ層と称される保温層２２ｂとを有している。保温層２２ｂは、たとえば酸化珪素（ＳｉＯ_２）で形成される。

発熱抵抗体層２３は、保温層２２ｂの上面の一部に層状に、たとえばＴａＳｉＯ_２などのサーメットで形成される。発熱抵抗体層２３は、発熱抵抗体２３ａが主走査方向ｄｍに間隔をおいて複数配列される。また発熱抵抗体２３ａは、副走査方向ｄｓに延設している。

電極２８ａおよび電極２８ｂは、発熱抵抗体層２３の上面に層状に、たとえばアルミニウム（Ａｌ）で形成される。電極２８ａと電極２８ｂとは、所定長さの間隙を副走査方向ｄｓから挟むよう対向して配置される。

電極２８と発熱抵抗体層２３とは、保護層２９で覆われている。保護層２９は、たとえば酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）で形成される。

電極２８ａは、発熱抵抗体層２３の上面に沿って支持基板２２における電極２８ｂが設けられる側とは反対側の端部まで配され、そこから支持基板２２の側面を介して底面における所定位置まで配されるように形成される。

配線基板４０ａの上面には、支持基板２２の底面に配される電極２８ａと対向する位置から支持基板２２が載置されていない部分にかけて副走査方向ｄｓに沿って金属部材でなる接続線４１が設けられる。

電極２８ａと接続部４１は、異方性導電膜５２を介して電気的に接続される。異方性導電膜５２は、厚さ方向に導電性を有し、主走査方向ｄｍおよび副走査方向ｄｓに絶縁性が保持される。従って電極２８ａと接続部４１は、それぞれ対向して配されるもの同士だけが導電し、それ以外のものとは絶縁が保たれる。

接続線４１は、回路基板４０ｂ上に載置された厚さ３００μｍのドライバＩＣ４２とボンディングワイヤ４４を介して接続される。ドライバＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、樹脂などでなる封止剤４８で封止されている。このとき封止剤４８は、配線基板４０ａの上面から２００〜３００μｍほどの高さまで位置するが、その全てが発熱体板２０の上面より低く位置する。

電極２８ａは、ボンディングワイヤ４４、接続線４１および異方性導電膜５２を介して所定の電圧が与えられる。電極２８ａを流れてきた電流は、電極２８ａと電極２８ｂとの間に位置する間隙部分では発熱抵抗体２３ａを通ることとなるため、間隙部分の発熱抵抗体２３ａが発熱部２３ｂとして機能する。この発熱部２３ｂは、主走査方向ｄｍに間隔をおいて配列されて、副走査方向ｄｓに延びる発熱領域２４を形成する。

ここで、本実施の形態におけるサーマルヘッドの製造方法について図４を参照して説明する。

本実施の形態におけるサーマルヘッドの製造方法では、まず、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの絶縁板を形成する（Ｓ１）。この絶縁板は、最終的に製造される発熱体板２０が複数切り出される大きさとする。

次に、絶縁板２２ａの上面に、酸化珪素（ＳｉＯ_２）などでなるガラスペーストを印刷する（Ｓ２）。

次に、ガラスペーストが印刷された絶縁板２２ａを焼成する。（Ｓ３）。これにより、パターン印刷されたガラスが溶解し、絶縁板に固着する。この結果、保温層が形成される。

その後、保温層２２ｂの表面に発熱抵抗体層２３および電極２８を形成する（Ｓ４）。より具体的には、まず、保温層２２ｂの表面に、サーメットなどの抵抗材料をスパッタリングなどで固着させる。その後、主走査方向ｄｍに間隔を置いて配列した発熱抵抗体２３ａを形成するように、エッチングにより発熱抵抗体層２３をパターニングする。

さらに、発熱抵抗体２３ａが形成された板に、アルミニウムなどの導電性材料をスパッタリングなどで固着させる。その後、発熱部２３ｂに対応する間隙を挟んで発熱抵抗体２３ａに沿って延びるように、エッチングにより電極２８をパターニングする。

工程Ｓ４の後に、保温層２２ｂと発熱抵抗体層２３と電極２８とを覆う保護層２９を形成する（Ｓ５）。

次に、保護層２９まで形成された板を最終的に製造される発熱体板２０の大きさにダイシングなどによって板厚方向に切断する（Ｓ６）。

次に、ダイシングなどにより切断された保護層２９まで形成された板の切断面を、電極を形成できるように研磨する（Ｓ７）。

その後、支持基板２２の側面および底面に、発熱抵抗体層２３上に形成され切断面まで配された電極に接続するように電極を形成する（Ｓ８）。これにより支持基板２２の上面から側面を介して底面まで接続された電極２８ａが形成される。

一方、上面の高さが副走査方向ｄｓに異なる段差を有するように形成された放熱板３０の高い面に配線基板４０ａが載置され、低い面に回路基板４０ｂが載置される（Ｓ９）。

その後、電極２８ａが形成された発熱体板２０を、電極２８ａおよび接続線４１が異方性導電膜５２を介して接続されるようにして配線基板４０ａに接着材５１を介して固着される（Ｓ１０）。また、ドライバＩＣ４２と接続線４１をボンディングワイヤ４４で結線し（Ｓ１１）、さらにボンディングワイヤ４４による結線部を封止部４８で封止する（Ｓ１２）ことなどにより、サーマルヘッド１０が製造される。

このように本実施の形態のサーマルヘッド１０は、電極２８ａの一端が発熱部２３ｂに接続し、他端が支持基板２２の上面から側面を介して底面まで配される。またサーマルヘッド１０は、支持基板２２の底面に配される電極２８ａと対向する位置に接続線４１が配される配線基板４０ａが設けられ、支持基板２２の底面に配される電極２８ａと接続線４１とが異方性導電膜５２を介して電気的に接続される。

さらにサーマルヘッド１０は、接続線４１と回路基板４０ｂに載置されたドライバＩＣ４２とがワイヤボンディング４４により接続される。

これによりサーマルヘッド１０は、発熱体板２０の上面と回路基板４０ｂの上面とが同一平面上に配される場合と比して、ドライバＩＣ４２を発熱体板２０の上面よりも下方（放熱板３０側）に配置することができる。

従ってサーマルヘッド１０は、ドライバＩＣ４２やボンディングワイヤ４４等を保護する封止剤４８の高さに起因して、印画時に印画媒体がこの封止剤４８に接触することにより、印画表面に印画傷が発生することを減少することができる。

さらにサーマルヘッド１０は、封止剤４８の全てを発熱体板２０の上面よりも下方に配置することができるので、発熱体板２０の上面と同一平面上において印画媒体７０をストレートパスで移動させることができる。したがってサーマルヘッド１０は、プラスチックなどの固い印画媒体７０に印刷するような場合に用いられる際に特に有用である。

なお、上述したサーマルヘッド１０においては、配線基板４０ａに発熱体板２０を載置するようにしたが、これに限らず、発熱体板における発熱部の直下を含む一部は放熱板に載置され、発熱体板における底面に電極が配される領域を含む他部は配線基板に載置されるようにしてもよい。

具体的には、図５に示すように、サーマルヘッド１００の放熱板１３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で上面の高さが副走査方向ｄｓに基板部１４０の厚さ分だけ異なる段差が形成された板である。放熱板１３０の高い面は副走査方向ｄｓに端部から発熱部２３の直下を含む所定の幅である。放熱板１３０の低い面には、配線基板１４０ａおよび回路基板１４０ｂが並べて載置される。

発熱体板２０は、たとえば両面テープなどの接着剤５１により発熱部２３の直下を含む一部が放熱板１３０に固着され、底面に電極２８ａが配される領域を含む残りの部分が配線基板１４０ａに載置される。電極２８ａと配線基板１４０ａの接続部１４１は、異方性導電膜５２を介して電気的に接続される。

接続線１４１は、回路基板１４０ｂ上に載置されたドライバＩＣ４２とボンディングワイヤ４４を介して接続される。ドライバＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、樹脂などでなる封止剤４８で封止されている。

これによりサーマルヘッド１００では、発熱部２３の直下には配線基板を介することなく放熱板１３０が配置されるので、サーマルヘッド１０と比して、発熱部２３ｂが発熱した際の熱を放熱板１３０に伝えやすく、より冷却性能を向上させることができる。

１０、１００…サーマルヘッド、２０…発熱体板、２２……支持基板、２２ａ……絶縁板、２２ｂ……保温層、２３……発熱抵抗体層、２３ａ……発熱抵抗体、２３ｂ……発熱部、２４……発熱領域、２８ａ、２８ｂ……電極、２９……保護層、３０…放熱板、４０…基板部、４１…接続線、４２…ドライバＩＣ、４４…ボンディングワイヤ、４８…封止剤、５１……接着材、５２……異方性導電膜、６０…プラテンローラ、６２…軸、７０……印画媒体、ｄｍ……主走査方向、ｄｓ……副走査方向

Claims

長方形の支持基板と、
前記支持基板の上面にその長辺側に沿って配列された発熱部と、
前記発熱部から前記支持基板の上面および前記支持基板の長辺側の側面を通って前記支持基板の底面まで延びる電極と、
前記支持基板の上面で前記発熱部および前記電極を覆う保護層と、
前記支持基板の底面と対向して配され、前記支持基板の底面に設けられた前記電極と対向する位置に接続線が配される基板部と、
前記基板部上に配され、前記接続線にワイヤボンディングで接続され、前記発熱部の駆動を制御するドライバＩＣと、
前記ドライバＩＣ及びボンディングワイヤを覆う封止部と、
を具備することを特徴とするサーマルヘッド。
前記封止部はそのすべてが前記保護層の上面における最も高い箇所の延長線よりも前記基板部側に位置するように前記基板部に配されることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記支持基板及び前記基板部が載置される放熱板が設けられ、前記支持基板は、発熱部が配される位置の直下を含む領域が前記放熱板に接するように該放熱板に載置されることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記基板部は、前記支持基板の底面と対向して配され、前記支持基板の底面に配される電極と対向する位置に接続線が配される第１の基板と、前記ドライバＩＣが配される第２の基板とからなることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。