JP5852387B2 - Thermal print head - Google Patents
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Description
本発明は、サーマルプリントヘッドに関する。 The present invention relates to a thermal print head.
サーマルプリントヘッドは、発熱部に配列された複数の発熱体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの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、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンターなどの記録機器に広く利用されている。 A thermal print head is an output device that generates heat from a plurality of heating elements arranged in a heat generating portion and forms images such as characters and figures on a medium such as thermal recording paper by the heat. This thermal print head is widely used in recording devices such as barcode printers, digital plate-making machines, video printers, imagers, and seal printers.
一般的なサーマルプリントヘッドは、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、複数の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、回路基板には、発熱抵抗体を駆動する駆動回路の一部となる駆動ICなどの電気部品が搭載されている。発熱抵抗体に接続された電極と駆動ICとの間は、ワイヤーボンディングで結線されている。結線に持ちいれられたボンディングワイヤーは、樹脂で封止される。 A general thermal print head includes a heat radiating plate, a heat generating plate attached to the heat radiating plate, and a circuit board attached to the heat radiating plate on the same side as the heat generating plate. A plurality of heating resistors are linearly arranged at predetermined intervals in a heating region extending in a band shape on the surface opposite to the surface of the heating plate opposite to the heat sink. The circuit board is mounted with electrical components such as a drive IC that is a part of a drive circuit that drives the heating resistor. The electrode connected to the heating resistor and the drive IC are connected by wire bonding. The bonding wire brought into the connection is sealed with resin.
このようなサーマルプリントヘッドを用いたプリンタは、一般的に、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を備えている。このプラテンローラは、発熱抵抗体が配列された主走査方向を軸として、その側面が支持基板上の発熱領域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る。プラテンローラの回転によって、プラテンローラと発熱領域の間に挿入された媒体は、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する。プラテンローラによって媒体を発熱領域に押し付けつつ、その媒体を副走査方向に移動させ、発熱抵抗の発熱パターンを媒体の移動とともに変化させることにより、所望の画像を媒体上に形成する。 A printer using such a thermal print head generally includes a platen roller formed in a cylindrical shape with a material having a predetermined elasticity. The platen roller is disposed so that its side surface is in contact with the heat generating area on the support substrate with the main scanning direction in which the heat generating resistors are arranged as an axis, and is provided rotatably about the axis. Due to the rotation of the platen roller, the medium inserted between the platen roller and the heat generating area moves in the sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction. While pressing the medium against the heat generation area by the platen roller, the medium is moved in the sub-scanning direction, and the heat generation pattern of the heat generation resistance is changed with the movement of the medium, thereby forming a desired image on the medium.
サーマルプリントヘッドでは、発熱体板と回路基板とが放熱板上で合体される。発熱体板と放熱板との合体には、接着剤および両面テープのいずれかを用いることが多い。接着剤を用いて発熱体板と放熱板とを合体させる場合、固定の際の硬化に伴ってひずみが生じ、発熱領域の直線性が損なわれることがある。このため、特に150mm以上の印画幅のサーマルプリントヘッドの場合には適用が難しい。両面テープを用いる場合には、サーマルプリントヘッドの熱履歴に影響を与える発熱領域の裏側からの放熱性が悪く、蓄熱が大きい傾向にある。 In the thermal print head, the heating plate and the circuit board are combined on the heat sink. In order to combine the heat generating plate and the heat radiating plate, either an adhesive or a double-sided tape is often used. When the heat generating plate and the heat radiating plate are combined using an adhesive, distortion may occur with hardening during fixation, and the linearity of the heat generating region may be impaired. Therefore, it is difficult to apply to a thermal print head having a print width of 150 mm or more. When a double-sided tape is used, the heat dissipation from the back side of the heat-generating region that affects the thermal history of the thermal print head is poor, and heat storage tends to be large.
そこで、発熱体板の回路基板に近い側の裏面を両面テープで固定し、発熱領域の裏面をシリコーン樹脂などの樹脂材を用いて固定するハイブリッド構造もある。このハイブリッド構造において、発熱体板は放熱板から両面テープの厚さだけ離れて支持され、樹脂材は両面テープの厚さを埋めて、発熱体板と放熱板との密着性を高める。 Therefore, there is also a hybrid structure in which the back surface of the heating plate close to the circuit board is fixed with double-sided tape, and the back surface of the heat generating area is fixed using a resin material such as silicone resin. In this hybrid structure, the heat generating plate is supported away from the heat radiating plate by the thickness of the double-sided tape, and the resin material fills the thickness of the double-sided tape to enhance the adhesion between the heat generating plate and the heat radiating plate.
サーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタでは、発熱体板に形成された発熱領域の発熱抵抗体を発熱させ、プラテンローラでサーマルプリントヘッドに押し付けられた媒体に印画する。したがって、プラテンローラからの圧力によって、放熱板に合体された発熱体板が放熱板から剥がれないことが重要である。しかし、発熱体板をシリコーン樹脂などの樹脂および両面テープで合体したハイブリッド構造では、合体強度が十分でない場合には、発熱体板が放熱板から剥がれて、樹脂接着層に隙間が生じ、印画品位に大きな影響を与える。 In a thermal printer using a thermal print head, a heating resistor in a heating area formed on a heating plate is heated and printed on a medium pressed against the thermal print head by a platen roller. Therefore, it is important that the heat generating plate combined with the heat radiating plate is not peeled off from the heat radiating plate due to the pressure from the platen roller. However, in the hybrid structure in which the heat generating plate is combined with a resin such as silicone resin and double-sided tape, if the combined strength is not sufficient, the heat generating plate is peeled off from the heat radiating plate, resulting in a gap in the resin adhesive layer, and printing quality. It has a big influence on.
そこで、本発明は、放熱板と発熱体板とを両面テープおよび樹脂材料で接合するサーマルプリントヘッドにおいて、接合強度を高めることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to increase the bonding strength in a thermal print head in which a heat radiating plate and a heating element plate are bonded with a double-sided tape and a resin material.
上述の課題を解決するため、本発明は、サーマルプリントヘッドにおいて、長方形の載置面にその長手方向に延びた樹脂充填溝およびその樹脂充填溝に平行に延びる分離溝が形成された放熱板と、前記載置面に対向する面の反対側の面に前記長手方向に間隔を置いて配列された発熱抵抗体が設けられ、前記発熱抵抗体の裏側が前記樹脂充填溝に対向するように配置された発熱体板であって、前記樹脂充填溝の側壁には複数の側壁溝が形成されている放熱板と、前記分離溝の前記樹脂充填溝に対して反対側で前記載置面と前記発熱体板とを接着する両面テープと、前記放熱板と前記発熱体板との間の前記樹脂充填溝を含む領域に充填された樹脂と、を具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a thermal printhead in which a heat sink having a rectangular mounting surface formed with a resin-filled groove extending in the longitudinal direction and a separation groove extending in parallel with the resin-filled groove; The heating resistor arranged at intervals in the longitudinal direction is provided on the surface opposite to the surface facing the mounting surface, and the rear side of the heating resistor is disposed so as to face the resin filling groove. A heat- radiating plate formed on the side wall of the resin-filled groove with a plurality of side-wall grooves, and the mounting surface on the opposite side of the separation groove with respect to the resin-filled groove A double-sided tape for bonding the heat generating plate, and a resin filled in a region including the resin filling groove between the heat radiating plate and the heat generating plate.
本発明によれば、放熱板と発熱体板とを両面テープおよび樹脂材料で接合するサーマルプリントヘッドにおいて、接合強度を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the thermal print head which joins a heat sink and a heat generating body board with a double-sided tape and a resin material, joining strength can be raised.
本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。 An embodiment of a thermal print head according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that this embodiment is merely an example, and the present invention is not limited thereto.
図1は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の断面図である。図2は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの一部切り欠き上面図である。 FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a thermal print head according to the present invention. FIG. 2 is a partially cut-out top view of the thermal print head according to the present embodiment.
本実施の形態のサーマルプリントヘッド10は放熱板20と発熱体板30と回路基板41とを有している。発熱体板30は、絶縁基板31と、その絶縁基板の表面に形成された発熱抵抗体32とを有している。絶縁基板31は、セラミック板38などの表面に硝子で保温層39が形成されたものである。
The
発熱抵抗体32は、絶縁基板31の表面に間隔をおいて、絶縁基板31の長手方向(主走査方向)に配列され、ほぼ直線状に延びる帯状の発熱領域を形成している。それぞれの発熱抵抗体32は、主走査方向に垂直な副走査方向に延びている。主走査方向に延びる突条を保温層39に設け、その突条部に発熱抵抗体32を配列してもよい。
The
それぞれの発熱抵抗体32には、ボンディングパッド33まで延びる電極34が接続されている。発熱抵抗体32のボンディングパッド33と接続されている側と反対側の端部は、折り返し電極35に接続されている。発熱抵抗体32および電極34,35は、絶縁基板31の表面に積層して設けられる。電極34,35は、たとえばアルミニウムで形成される。電極34,35で覆われない発熱抵抗体32の長さは、たとえば100μmである。
An
発熱体板30の表面の一部は、保護層36で覆われている。発熱体板30のボンディングパッド33が形成されている領域は、保護層36で覆われず、露出している。
A part of the surface of the
回路基板41は、たとえばガラスエポキシ樹脂などを絶縁体基材として用いたリジッドなプリント基板である。回路基板41の表面には配線パターンが形成され、その配線パターンは外部との接続部分を除き絶縁被膜で覆われている。回路基板41上には、駆動素子42が搭載されている。駆動素子42とは、半導体集積回路(IC)であって、所定のタイミングで所定の電流を流してそれぞれの発熱抵抗体32に発熱させる。
The
放熱基板20は、たとえばアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で形成された板である。発熱体板30および回路基板41は、放熱板20の同じ側の表面に載置されている。発熱体板30と回路基板41とは、発熱体板30のボンディングパッド33近傍の長辺と回路基板41の駆動素子42が配置されている側の長辺とが近接して対向するように配置されている。
The
回路基板41に搭載された駆動素子42と発熱体板30のボンディングパッド33との間には、たとえば金などの金属で形成されたボンディングワイヤー51が架け渡され、電気的に接続されている。駆動素子42と回路基板41上の端子との間にも、ボンディングワイヤーが架け渡される。
A
ボンディングワイヤー51は、封止樹脂52で封止されている。封止樹脂52は、発熱体板30の保護層36で覆われずに露出した領域、ボンディングワイヤー51および駆動素子42を覆っている。封止樹脂52は、熱硬化性のエポキシ系樹脂である。この封止は、エポキシ系樹脂を塗布し、100℃程度で数時間加熱して硬化させることにより行う。
The bonding
発熱体板30および回路基板41は、放熱板20の表面と両面テープ23で接着されている。この両面テープ23は、発熱体板30の発熱抵抗体32の裏側の部分には存在していない。両面テープ23の厚さ、すなわち、発熱体板30および回路基板41と放熱基板の表面との距離は、たとえば150μmである。
The
放熱板20の表面には、発熱抵抗体32の配列方向すなわち主走査方向に直線状に延びる樹脂充填溝21が形成されている。この樹脂充填溝21には、シリコーン樹脂22が充填されている。樹脂充填溝21に埋め込まれたシリコーン樹脂22は、発熱体板30の発熱抵抗体32の裏側近傍と接着している。樹脂充填溝21に埋め込まれる樹脂は、熱膨張係数が異なるセラミック板38と金属製の放熱板20とを接合するものであるから、ある程度弾性を持つシリコーン樹脂が好ましい。
A resin-filled
この樹脂充填溝21は、発熱体板30からの熱がシリコーン樹脂22に効率的に伝達されるように、発熱抵抗体32の下方に形成されている。樹脂充填溝21は、底部と、この底部と放熱基板20の最上面との間の側壁とを持つ。樹脂充填溝21の対向する側壁には、それぞれ複数の側壁溝61が形成されている。これらの側壁溝61は、たとえば断面がV字状であり、樹脂充填溝21と平行に、すなわち、発熱抵抗体32の配列方向に延びている。
The
樹脂充填溝21の幅はたとえば1.5mm〜4mmであり、深さはたとえば1mm〜3mmである。側壁溝61の幅はたとえば100μm〜500μmであり、深さはたとえば100μm〜500μmである。
The width of the
樹脂充填溝21と両面テープ23の発熱体板30側の長辺との間には、分離溝24が形成されている。この分離溝24を形成しておくことにより、両面テープ23が配置される領域までシリコーン樹脂22が流れ出す可能性を小さくすることができる。
A
このサーマルプリントヘッド10を製造する場合には、まず、放熱板20、発熱体板30および回路基板41を製造する。その後、放熱板20の樹脂充填溝21にシリコーン樹脂22を充填する。また、両面テープ23を放熱板20に貼り付ける。その後、発熱体板30および回路基板41を放熱基板20上に載置する。
When manufacturing the
このようにして、発熱体板30が放熱基板20上に載置された後、たとえば120℃で3時間の熱処理を施して、シリコーン樹脂22を硬化させる。その後、駆動素子42を回路基板41に搭載し、ワイヤーボンディングで結線し、ボンディングワイヤー51などを封止樹脂52で封止する。
In this way, after the
なお、本実施の形態では、放熱板20の発熱体板30および回路基板41を載置する載置面は、段差のない平面としているが、段差を形成して回路基板41を発熱体板30よりも低い位置で放熱板20に固定してもよい。この場合、両面テープ23は、発熱体板30と放熱板20との固定用、および、回路基板41と放熱板20との固定用の2種類を用いる。このように回路基板41を発熱体板30よりも低い位置で放熱板20に固定することにより、発熱体板30から封止樹脂52の最上部までの高さを低くすることができる。その結果、封止樹脂52が感熱記録媒体の搬送を阻害する可能性を低減できる。
In the present embodiment, the mounting surface on which the
図3は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a thermal printer using the thermal print head of the present embodiment.
このサーマルプリンタは、サーマルプリントヘッド10と、プラテンローラ60を有している。プラテンローラ60は、発熱抵抗体32が並んだ線に平行な軸を持つ所定の弾性を持つ材料で形成された円柱である。プラテンローラ60の側面は、発熱体板30の発熱抵抗体32が並んだ部分に押しつけられている。プラテンローラ60と発熱体板30との間には、感熱記録媒体62が挟まれる。
This thermal printer has a
駆動素子42によって発熱抵抗体32が所定のパターンで発熱されることによって、その所定のパターンに応じて感熱記録媒体62が発色する。また、感熱記録媒体62が所定のパターンに対応して発色した後、プラテンローラ60によって、副走査方向に送りだされる。この操作を順次行うことにより、感熱記録媒体上に所定の画像が形成される。
When the
本実施の形態のサーマルプリントヘッド10において、発熱体板30は樹脂充填溝21に充填されたシリコーン樹脂22などで放熱板20と接着されている。このような樹脂充填溝21がない場合には、放熱板20と発熱体板30との間のシリコーン樹脂の厚さや幅などの断面形状が、塗布量の変動などによって大きく変化する可能性がある。
In the
しかし、本実施の形態において、発熱抵抗体32が配列された部分の裏側のシリコーン樹脂22の厚さおよび幅は、樹脂充填溝21の厚さおよび幅で実質的に決まる。したがって、樹脂充填溝21に沿って安定した厚さの樹脂層が形成されるため、発熱体板30からの放熱性を主走査方向に均一化させることができ、また、製造された製品ごとのばらつきを小さくすることもできる。
However, in the present embodiment, the thickness and width of the
また、サーマルプリントヘッド10では、プラテンローラからの圧力によって、放熱板に合体された発熱体板30が放熱板20から剥がれないことが重要である。しかし、発熱体板をシリコーン樹脂などの樹脂および両面テープで合体したハイブリッド構造では、合体強度が十分でないと、発熱体板30が放熱板20から剥がれてしまう。この場合、樹脂接着層に隙間が生じ、印画品位が悪化する。
In the
しかし、本実施の形態では、発熱体板30と放熱板20との接合に用いられるシリコーン樹脂22を樹脂充填溝21に充填している。樹脂充填溝21の存在およびその側面に形成された側壁溝61の存在によって、シリコーン樹脂22と放熱板20との接触面積が大きくなる。このため、シリコーン樹脂22による接着強度が増大する。
However, in this embodiment, the
樹脂充填溝21が単に最上面から垂直に下降する平面状の側壁を持つ場合、つまり樹脂充填溝21の幅が深さ方向で変化しない場合には、そこに充填された変形しなくてもシリコーン樹脂22は溝の深さ方向に移動できる。このため、この場合にはシリコーン樹脂22は樹脂充填溝21から抜けやすくなる。
If the resin-filled
一方、本実施の形態では、樹脂充填溝21の側壁に側壁溝61が形成されている。また、樹脂充填溝21の幅は深さ方向に一定ではなく、幅が狭い部分と広い部分が深さ方向で交互に形成されている。このため、シリコーン樹脂22は、変形しないと樹脂充填溝21の内部を移動できない。その結果、発熱体板30が放熱板20から剥がれにくくなる。
On the other hand, in the present embodiment, a
また、接触面積の増大によって、放熱特性も向上する。これらにより、高い印画品位を維持できる。 In addition, heat dissipation characteristics are improved by increasing the contact area. As a result, high print quality can be maintained.
また、本実施の形態では、樹脂充填溝21の側面に形成された側壁溝61は、樹脂充填溝21と同じ方向に延びている。つまり、放熱板20の断面形状は、主走査方向のいずれの位置でも同じである。よって、本実施の形態の放熱板20は、成型しやすい。
Further, in the present embodiment, the
図4は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの動作後の健全性の試験結果を示す表である。この試験は、樹脂充填溝21の幅および深さをそれぞれ変えたサーマルプリントヘッドを用いて、所定の回数印画を行った後の放熱板20と発熱体板30との剥離の有無をまとめたものである。
FIG. 4 is a table showing the soundness test results after the operation of the thermal print head in the present embodiment. This test summarizes the presence or absence of peeling between the
この表から、樹脂充填溝21の幅が1mmの場合には深さが1mmから4mmの範囲で変化しても剥離が生じているのに対して、樹脂充填溝21の幅が1.5mmから4mmの範囲では深さが1mmから4mmの間であれば剥離が生じないことがわかる。したがって、発熱体板30を放熱板20に適切に固定するためには樹脂充填溝21が所定の幅以上あることが好ましいことがわかる。この所定の幅は、接着剤としてシリコーン樹脂22を用いた場合には、1.5mm以上である。
From this table, when the width of the resin-filled
図5は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの動作時の放熱特性の試験結果を示す表である。この試験は、樹脂充填溝21の幅および深さをそれぞれ変えたサーマルプリントヘッドを用いて、所定の時間継続的に印画を行ったときの尾引きの有無をまとめたものである。尾引きとは、一定期間、一面に黒を印画した後、印画しない状態すなわち白としたときに、白となるべき部分に黒い部分が生じる事象である。
FIG. 5 is a table showing the test results of the heat radiation characteristics during the operation of the thermal print head of the present embodiment. This test is a summary of the presence or absence of tailing when continuous printing is performed for a predetermined time using thermal print heads in which the width and depth of the resin-filled
この表から、樹脂充填溝21の深さが3.5mm以上の場合には深さが1mmから4mmの範囲で変化しても尾引きが生じているのに対して、樹脂充填溝21の深さが1mmから3mmの範囲では深さが1mmから4mmの間であれば尾引きが生じないことがわかる。したがって、十分な放熱特性を得るためには樹脂充填溝21が所定の深さ以下あることが好ましいことがわかる。この所定の深さは、接着剤としてシリコーン樹脂22を用いた場合には、3mm以下である。
From this table, when the depth of the
このように、接着剤としてシリコーン樹脂22を用いた場合には、樹脂充填溝の幅は1.5mm以上4mm以下、深さは1mm以上3mm以下が好ましい。
Thus, when the
10…サーマルプリントヘッド、20…放熱板、21…樹脂充填溝、22…シリコーン樹脂、23…両面テープ、24…分離溝、30…発熱体板、31…絶縁基板、32…発熱抵抗体、33…ボンディングパッド、34…電極、35…折り返し電極、36…保護層、38…セラミック板、39…保温層、41…回路基板、42…駆動素子、51…ボンディングワイヤー、52…封止樹脂、60…プラテンローラ、61…側壁溝、62…感熱記録媒体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記載置面に対向する面の反対側の面に前記長手方向に間隔を置いて配列された発熱抵抗体が設けられ、前記発熱抵抗体の裏側が前記樹脂充填溝に対向するように配置された発熱体板と、
前記分離溝の前記樹脂充填溝に対して反対側で前記載置面と前記発熱体板とを接着する両面テープと、
前記放熱板と前記発熱体板との間の前記樹脂充填溝を含む領域に充填された樹脂と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。 A heat radiating plate in which a resin loading groove extending in the longitudinal direction and a separation groove extending in parallel with the resin filling groove are formed on a rectangular mounting surface, and a plurality of side wall grooves are formed on the side wall of the resin filling groove A heat sink ,
A heating resistor arranged at intervals in the longitudinal direction is provided on the surface opposite to the surface facing the mounting surface, and the back side of the heating resistor is disposed so as to face the resin filling groove. Heating plate,
A double-sided tape that bonds the mounting surface and the heating element plate on the opposite side of the separation groove with respect to the resin filling groove;
A resin filled in a region including the resin filling groove between the heat dissipation plate and the heating element plate;
A thermal print head comprising:
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