JP6012201B2

JP6012201B2 - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP6012201B2
Application number: JP2012046100A
Authority: JP
Inventors: 淳一樋口
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: JP2013180502A

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

近年、サーマルプリントヘッドは、ビデオプリンターやイメージャー、シールプリンターなどの出力用デバイスとして注目されている。サーマルプリントヘッドは、保温層を有する支持基体上に配列された発熱抵抗体を発熱させることによって、感熱紙や、製版フィルム印画紙、メディアなどに記録を行うものである。サーマルプリントヘッドに関して、低騒音、低ランニングコストなどの利点から、様々な開発が行われている。

サーマルプリントヘッドの支持基体は、たとえばアルミナなどのセラミック基板上に、保温層としてグレーズ層を形成したものである。この支持基体の表面に抵抗体層および導電層をスパッタ法などの薄膜形成法によって積層形成し、パターニングプロセスを通すことによって、対となる発熱抵抗体と個別電極とが一線上に形成される。さらに、抵抗体層および導電層の必要部位に保護被膜層をスパッタ法などの薄膜形成法で形成することによって、サーマルプリントヘッドのヘッド基板が形成される。

このヘッド基板と別途製造された回路基板とが放熱板で合体される。ヘッド基板の放熱板への接着には、接着剤による固定、両面テープによる固定などの方法が一般的に用いられる。ヘッド基板、回路基板および放熱板の合体の後、電極に駆動ＩＣ（Integrated Circuit）を介して回路基板とボンディングワイヤーで接続される。このボンディングワイヤーを樹脂封止するなどして、サーマルプリントヘッドが完成する。

ヘッド基板と放熱板との合体に接着剤を用いた場合、接着材の硬化の際にひずみ応力が発生して、発熱抵抗体列が曲がってしまう場合がある。特に、印字幅が１５０ｍｍ以上の場合には、その曲りが顕著になり、製品として適さなくなってしまう場合もある。

ヘッド基板と放熱板との合体に両面テープを用いた場合、製品の熱履歴を左右するヒータ裏面からの放熱性が悪化する。放熱性が過度に悪化してしまうと、ヘッド基板の蓄熱によって高速運転ができなくなる場合もある。

そこで、ヘッド基板のヒータ裏面と放熱板との間にシリコーン樹脂を挿入し、ヘッド基板の駆動ＩＣ側と放熱板との間に両面テープを挿入するハイブリッド構造もある。

特開２００９−６１７６３公報

サーマルプリンタは、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体列に被印刷媒体をプラテンローラで押し付けながら、被印刷媒体に印画する。この際、プラテンローラの押し付け圧力によってヘッド基板が傾いてしまうと、印画品位が低下する。

ヘッド基板と放熱板との間に両面テープおよび樹脂の両方を配置するハイブリッド構造のサーマルプリントヘッドの場合、樹脂の硬さが十分でなければ、印画時のプラテンローラの押し付けによってヘッド基板が傾いてしまう。また、ヒータ裏面の樹脂には放熱性も求められる。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドのヘッド基板のヒータ裏面からの放熱性を維持しつつ、プラテンローラの押し付けによるヘッド基板の傾きを抑制す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、サーマルプリントヘッドにおいて、長方形の絶縁基板と、前記絶縁基板の表面で前記絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列された複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端部に接続された電極と、前記絶縁基板を載置する載置面を有し、その載置面を保持部と前記発熱抵抗体の裏側に対向する放熱部とに区切る前記発熱抵抗体の配列方向に延びた第１の溝および前記放熱部に前記第１の溝を横切る方向に延びる複数の第２の溝が形成され、互いに隣り合う該第２の溝どうしの間に稜線部分が形成された放熱板と、前記保持部で前記絶縁基板と前記放熱板とを結着する結着部と、前記第２の溝に充填された前記結着部よりも熱伝導率が高い良熱伝導樹脂と、を具備し、前記放熱板は、前記稜線部分により前記絶縁基板を支持することを特徴とする。

また、本発明は、サーマルプリントヘッドの製造方法において、長方形の絶縁基板との表面にその絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列された複数の発熱抵抗体と前記発熱抵抗体の両端部に接続された電極とを形成する工程と、前記絶縁基板を載置する載置面を有する長方形の板にその載置面を保持部と放熱部とに区切る長手方向に延びた第１の溝および前記放熱部に前記第１の溝を横切る方向に延びる複数の第２の溝を形成して放熱板を製造する工程と、前記保持部に前記絶縁基板と前記放熱板とを結着させる結着部を設け、第２の溝に前記結着部よりも熱伝導率が高い良熱伝導樹脂を塗布し、前記絶縁基板を前記発熱抵抗体の裏側が前記放熱部に対向するように載置する載置工程と、前記載置工程の後に雰囲気の気圧を低くする脱泡工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドのヘッド基板のヒータ裏面からの放熱性を維持しつつ、プラテンローラの押し付けによるヘッド基板の傾きを抑制できる。

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を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。図１のII−II矢視断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態における放熱板の一部の上面図である。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一部切欠き上面図である。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一部の断面図である。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第２の溝の両斜面のなす角を変化させた場合の放熱性およびヘッド基板の剥離の有無の試験結果を示す表である

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、本発明はこれに限定されない。

図１は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの断面を示す図２のＩ−Ｉ矢視断面図である。図２は、図１のII−II矢視断面図である。図３は、本実施の形態における放熱板の一部の上面図である。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一部切欠き上面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、ヘッド基板２０、放熱板３０および回路基板４０を有している。ヘッド基板２０は、長方形板状の絶縁基板２２を有している。絶縁基板２２は、たとえばアルミナなどのセラミック板２１の表面にガラスのグレーズ層２５を被着させた、電気絶縁性の平板である。

絶縁基板２２の表面には、たとえば絶縁基板２２の長辺方向に所定の間隔を置いて短辺方向に延びる抵抗体層２３と、その抵抗体層２３の表面に形成された金属配線層２８とが積層されている。金属配線層２８は、絶縁基板２２の短辺方向の一部に切欠部が形成されていて、抵抗体層２３の金属配線層２８と重なり合わない部分が発熱抵抗体２６となる。発熱抵抗体２６に接続された金属配線層２８は、発熱抵抗体に電流を供給する電極となる。発熱抵抗体２６の列は、絶縁基板２２の一方の表面に長辺に沿って帯状に延びる発熱領域２４を形成している。絶縁基板２２、発熱抵抗体２６および金属配線層２８は、保護膜２９で被覆されている。保護膜２９には、金属配線層２８の一部を露出させる開口が形成されている。

発熱抵抗体２６を発熱させる駆動回路は、たとえば回路基板４０の上に駆動用ＩＣ４２などによって形成されている。駆動用ＩＣ４２と金属配線層２８とは、保護膜に形成された開口を通じて、たとえばボンディングワイヤー４４によって電気的に接続されている。また、駆動用ＩＣ４２と回路基板４０に形成された配線パターンの間も、たとえばボンディングワイヤー４４によって電気的に接続されている。駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤー４４は、たとえば樹脂４８によって封止されている。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、たとえばコネクタを介して回路基板４０に入力される。

放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された板である。放熱板３０の一方の面には、放熱板３０の一方の長辺に沿って回路基板載置面５１が形成されている。回路基板載置面５１には、回路基板４０が載置される。回路基板４０は、たとえば図示しない両面テープによって回路基板載置面５１に固定される。

放熱板３０の短手方向の回路基板載置面５１とは異なる領域は、ヘッド基板載置部となる。回路基板載置面５１は、たとえばヘッド基板載置部よりも板厚が薄い。

ヘッド基板載置部には、放熱板３０の長手方向に延びる第１の溝５３が形成されている。この第１の溝５３と回路基板載置面５１との間を保持部５２と呼ぶこととする。また、第１の溝５３に対して保持部５２の反対側を放熱部５５と呼ぶこととする。放熱部５５には、短手方向に延びる第２の溝５４が隙間なく形成されている。第２の溝５４は、断面形状がＶ字状である。第２の溝５４の深さは、たとえば１００μｍである。第２の溝５４の両斜面のなす角は２０度から１２０度である。

ヘッド基板２０は、発熱領域２４の裏側が放熱部５５に接し、回路基板４０との接続部が設けられた側の裏面が保持部５２に接するように配置される。保持部５２の表面には、両面テープ６１が貼られている。この両面テープ６１によって、ヘッド基板２０は保持部５２に結着されている。

第２の溝５４には、シリコーン樹脂６２が充填されている。隣り合う第２の溝５４の間の稜線、すなわち、放熱部５５の最も高い部分は、ヘッド基板２０の底面に接している。

図５は、本実施の形態におけるサーマルプリンタの一部の断面図である。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド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５８を有している。このプラテンローラ５８は、発熱領域２４が延びる方向である主走査方向に平行な直線上に軸５９を持つ。また、プラテンローラ５８の側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５９を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ５８の回転によって、プラテンローラ５８と発熱領域２４との間に挿入された感熱紙などの被印刷体５７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５８によって被印刷体５７を発熱領域２４に押し付けつつ、その被印刷体５７を副走査方向に移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを被印刷体５７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。

このようなサーマルプリントヘッド１０では、放熱部５５に形成された第２の溝５４には、シリコーン樹脂６２が充填されている。シリコーン樹脂６２は、硬さは小さいものの、硬い樹脂や、両面テープ６１に比べて熱伝導率が高い良熱伝導性である。したがって、ヘッド基板２０での発熱を素早く放熱板３０に伝達することができる。

一方、放熱部５５では、隣り合う第２の溝５４の間の稜線部分でヘッド基板２０を支持しているため、プラテンローラ５８の押し付けによって、ヘッド基板２０が傾いてしまうことがない。よって、ヘッド基板２０からの放熱性を維持したまま、すなわち、高速駆動に対応したまま、ヘッド基板２０の傾きによる印字精度の悪化を抑制できる。

また、第２の溝５４の密度が高くなり過ぎると、ヘッド基板２０とシリコーン樹脂６２の接触面積が小さくなって密着度が低下し、ヘッド基板２０と放熱板３０との間の熱伝達が小さくなり過ぎる。一方、第２の溝５４の密度が低くなり過ぎると、シリコーン樹脂６２の第２の溝５４との接触面積が小さくなり、ヘッド基板２０と放熱板３０との間の熱伝達が小さくなり過ぎる。したがって、第２の溝５４の密度は、所定の範囲であることが必要である。本実施の形態のように第２の溝５４の断面形状をＶ字状とした場合には、第２の溝５４の両斜面のなす角が所定の範囲であることが必要である。

第２の溝５４の密度が高くなり過ぎると、ヘッド基板２０とシリコーン樹脂６２の接触面積が小さくなり、ヘッド基板２０と放熱板３０との間の接着力が小さくなり過ぎる。一方、第２の溝５４の密度が低くなり過ぎると、シリコーン樹脂６２の第２の溝５４との接触面積が小さくなり、ヘッド基板２０と放熱板３０との間の接着力が小さくなり過ぎる。したがって、第２の溝５４の密度は、所定の範囲であることが必要である。本実施の形態のように第２の溝５４の断面形状をＶ字状とした場合には、第２の溝５４の両斜面のなす角が所定の範囲であることが必要である。

図６は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの第２の溝の両斜面のなす角を変化させた場合の放熱性およびヘッド基板の剥離の有無の試験結果を示す表である。放熱性の試験結果は、所定の回数、繰り返し印刷した場合の尾引きの発生の有無を調べたものである。また、剥離の有無の試験結果は、所定の回数繰り返し印刷した後の、ヘッド基板２０の放熱板３０からの剥離が発生したか否かを調べたものである。

この図に示すように、放熱性の観点およびヘッド基板の剥離を防止する観点から、第２の溝５４の両斜面のなす角は２０度から１２０度であることが好ましい。

次に、このサーマルプリントヘッドの製造方法について説明する。

まず、ヘッド基板２０、放熱板３０および回路基板４０をそれぞれ製造する。次に、放熱板３０の放熱部５５に熱硬化性のシリコーン樹脂の接着剤を塗布する。また、放熱板３０の保持部５２および回路基板載置面５１にそれぞれ両面テープを貼る。

その後、ヘッド基板２０の発熱領域２４の裏側が放熱部５５に接し、回路基板４０との接続部が設けられた側の裏面が保持部５２に接するように、ヘッド基板２０を放熱板３０に載置する。次に、ヘッド基板２０および回路基板４０を放熱板３０側にプレスする。

ヘッド基板２０および回路基板４０を放熱板３０に押し付けて仮止めした後、雰囲気をたとえば０．２気圧程度まで減圧する。これによりシリコーン樹脂６２の接着剤が脱泡される。その後、ヘッド基板２０、回路基板４０および放熱板３０の全体を２００℃程度に加熱して、放熱部５５の第２の溝５４に位置するシリコーン樹脂６２を硬化する。

このようにして放熱板３０にヘッド基板２０および回路基板４０を固定した後、回路基板４０に駆動用ＩＣ４２を取り付ける。また、駆動用ＩＣ４２とヘッド基板２０との間、および、駆動用ＩＣ４２と回路基板４０上の端子との間をボンディングワイヤー４４で結線する。ワイヤーボンディングの後、駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤー４４を樹脂封止する。その後、コネクタなどの部品をはんだ付けするなどしてサーマルプリントヘッド１０が完成する。

第２の溝５４に位置する硬化前のシリコーン樹脂６２の脱泡の際には、雰囲気の圧力の低下に伴って、内部の気泡が大きくなる。その結果、気泡が連結・移動して、放熱部５５から気泡が排除される。第２の溝５４は、放熱板３０の短手方向に延びているため、溝の方向をランダムにした場合や、長手方向とした場合に比べて、気泡が移動しなければならない距離が短くなる。さらに、第２の溝５４の一方の端部は、第１の溝５３に面しているため、第２の溝５４中の気泡は、放熱板３０の端縁あるいは第１の溝５３のいずれかに移動すれば外部に逃れることとなり、気泡が移動しなければならない距離が短くなる。

その結果、第２の溝５４中に気泡が残存する可能性が少なくなる。第２の溝５４中に気泡が残存してしまうと、伝熱面積および接着面積が小さくなり、放熱および健全性に悪影響が生じてしまう可能性がある。しかし、本実施の形態では、第２の溝５４中での気泡の残存の可能性が低減されるため、放熱性および健全性を高めることができる。あるいは、脱泡を短時間でできることとなるため、放熱性および健全性を維持したまま、製造時間を短縮することができる。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…ヘッド基板、２１…セラミック板、２２…絶縁基板、２３…抵抗体層、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…発熱抵抗体、２８…金属配線層、２９…保護膜、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動用ＩＣ、４４…ボンディングワイヤー、４８…樹脂、５１…回路基板載置面、５２…保持部、５３…第１の溝、５４…第２の溝、５５…放熱部、５７…被印刷体、５８…プラテンローラ、５９…軸、６１…両面テープ、６２…シリコーン樹脂

Claims

長方形の絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面で前記絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列された複数の発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の両端部に接続された電極と、
前記絶縁基板を載置する載置面を有し、その載置面を保持部と前記発熱抵抗体の裏側に対向する放熱部とに区切る前記発熱抵抗体の配列方向に延びた第１の溝および前記放熱部に前記第１の溝を横切る方向に延びる複数の第２の溝が形成され、互いに隣り合う該第２の溝どうしの間に稜線部分が形成された放熱板と、
前記保持部で前記絶縁基板と前記放熱板とを結着する結着部と、
前記第２の溝に充填された前記結着部よりも熱伝導率が高い良熱伝導樹脂と、
を具備し、
前記放熱板は、前記稜線部分により前記絶縁基板を支持する
ことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
前記放熱板における前記第２の溝は、互いに隣接する２個の斜面により構成され、断面形状がＶ字状である
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。
前記放熱板における前記第２の溝は、互いに隣接する２個の前記斜面どうしのなす角が２０度から１２０度である
ことを特徴とする請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
長方形の絶縁基板との表面にその絶縁基板の長手方向に間隔を置いて配列された複数の発熱抵抗体と前記発熱抵抗体の両端部に接続された電極とを形成する工程と、
前記絶縁基板を載置する載置面を有する長方形の板にその載置面を保持部と放熱部とに区切る長手方向に延びた第１の溝および前記放熱部に前記第１の溝を横切る方向に延びる複数の第２の溝を形成して放熱板を製造する工程と、
前記保持部に前記絶縁基板と前記放熱板とを結着させる結着部を設け、第２の溝に前記結着部よりも熱伝導率が高い良熱伝導樹脂を塗布し、前記絶縁基板を前記発熱抵抗体の裏側が前記放熱部に対向するように載置する載置工程と、
前記載置工程の後に雰囲気の気圧を低くする脱泡工程と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。
前記脱泡工程の後に加熱する加熱工程をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。