JP6080665B2 - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドに関する。

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抵抗体を発熱させ、その熱により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、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。

サーマルプリントヘッドは、一般的に、放熱板と、放熱板上に接着するヘッド基板および回路基板とを備えている。ヘッド基板は、たとえばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）などのセラミックスからなる支持基板および支持基板の上面に形成されたグレーズ層を有している。グレーズ層の上面には、副走査方向に延びて、互いに主走査方向に間隔を空けて配列された複数の発熱抵抗部が形成され、各発熱抵抗部の両端には、電極が形成され、これらが発熱素子を構成している。

一方、回路基板には、接続回路が形成されている。また、回路基板の上面には、発熱素子を制御可能なスイッチング機能を有する駆動用ＩＣが実装されている。駆動用ＩＣは、たとえばボンディングワイヤを介して、発熱素子の電極および接続回路に接続されている。駆動用ＩＣおよびボンディングワイヤは、ヘッド基板の上面および回路基板の上面に塗布形成されたエポキシ系樹脂からなる封止体によって封止されている。

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、主走査方向を軸として、その側面が発熱領域（複数の発熱抵抗部が配列された帯状の領域）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。サーマルプリンタは、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感熱記録媒体を発熱領域に押し付けつつ、感熱記録媒体を主走査方向に対して垂直な副走査方向に移動させる。この感熱記録媒体の移動に伴って、複数の発熱抵抗部を選択的に発熱させることにより、所望の画像を形成する。

特開２０１１−２０１１９０号公報

隣り合う発熱抵抗部の間を給電用電極が延びるサーマルプリントヘッドがある。この給電用電極は、発熱抵抗部の両端に接続された電極と同一の層内に形成される。このようなサーマルプリントヘッドでは、電極が取り除かれた発熱抵抗部の隣に電極が取り除かれていない部分すなわち給電用電極が存在することになる。電極層は一定の厚みを持つため、発熱領域には、電極がある部分とない部分とで主走査方向に凹凸が繰り返し存在することとなる。この凹凸は、保護層の表面にも現れる。

このような凹凸によって、発熱領域とプラテンローラとの一様な接触が阻害され、画像の画質が低下し、また、発熱抵抗の発熱エネルギーを十分に媒体へ移動することができないため、効率が低下する。

そこで、本発明は、隣り合う発熱抵抗部の間を給電用電極が延びるサーマルプリントヘッドにおいて、主走査方向の凹凸を低減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、絶縁基板と、前記絶縁基板上に間隔を置いて配列されてそれぞれ配列方向を横切る方向に延びる発熱抵抗部と、隣り合う前記発熱抵抗部の間に設けられた異種金属膜と、前記発熱抵抗部の副走査方向の両端部および前記異種金属膜の副走査方向の両端部に接続された前記異種金属膜よりも厚い電極と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、隣り合う発熱抵抗部の間を給電用電極が延びるサーマルプリントヘッドにおいて、主走査方向の凹凸を低減することができる。

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ヘッド基板の電極パターンを示す平面図である。 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ヘッド基板の断面を示す図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のヘッド基板の断面を示す図１および図２のIII−III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のヘッド基板の断面を示す図１および図２のIV−IV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ヘッド基板の電極パターンを示す平面図である。図２は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドのヘッド基板の断面を示す図１のII−II矢視断面図である。図３は、サーマルプリントヘッドのヘッド基板の断面を示す図１および図２のIII−III矢視断面図である。図４は、サーマルプリントヘッドのヘッド基板の断面を示す図１および図２のIV−IV矢視断面図である。図５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一部の断面図である。

サーマルプリントヘッド１０は、放熱板２０、ヘッド基板３０、回路基板５０、および、駆動用ＩＣ６０を有している。放熱板２０は、たとえばアルミニウムなどの金属からなり、主走査方向に長い長方形の板である。回路基板５０は、放熱板２０の上面に配置されている。

ヘッド基板３０は、放熱板２０の上面に載置されて、主走査方向に延びている。ヘッド基板３０は、支持基板３２およびグレーズ層３４を有している。支持基板３２は、たとえばアルミナなどのセラミックの板である。グレーズ層３４は、たとえばＳｉＯ_２からなるガラス膜であり、支持基板３２の上面に積層されている。

グレーズ層３４の上面には、副走査方向に延びて、互いに主走査方向に間隔を空けて配列された複数の発熱抵抗部３６が形成され、複数の発熱抵抗部３６が配列された帯状の領域が発熱領域３８となる。各発熱抵抗部３６の両端には、個別電極４０および共通電極４２が形成されている。共通電極４２の一部は主走査方向に延びていて、各共通電極４２は接続されている。隣り合う発熱抵抗部３６の間には、それぞれ給電用電極９０が副走査方向に延びている。給電用電極９０は、たとえば１つおきに途中で切れていて、途中で切れていない給電用電極９０で給電する。

個別電極４０、共通電極４２および給電用電極９０は、第２導電体層内に形成されている。個別電極４０、共通電極４２および給電用電極９０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。

給電用電極９０が配置された主走査方向位置では、発熱抵抗部３６と副走査方向が同じ位置に異種金属膜４１が形成されている。異種金属膜４１は、個別電極４０、共通電極４２および給電用電極９０と異なる材料で形成された第１導電体層内の導電性膜である。異種金属膜４１は、個別電極４０、共通電極４２および給電用電極９０よりも薄い。このため異種金属膜４１は、抵抗値が高くなる傾向にあり、温度が高くなる傾向にある。このため、融点が高いＮｉ，Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｒｅなどから選択される元素の金属またはこれらを主成分とする合金で形成されている。

発熱抵抗部３６、個別電極４０および共通電極４２は、保護層４４で覆われている。保護膜の一部は、個別電極４０の接続箇所の上に開口が形成されている。

回路基板５０には、発熱抵抗部３６を駆動する駆動回路が搭載されている。ヘッド基板３０および回路基板５０は、放熱板２０上に搭載される。

駆動回路には、駆動用ＩＣ６０が含まれる。駆動用ＩＣ６０は、発熱素子を制御可能なスイッチング機能を有する制御素子である。駆動用ＩＣ６０は、回路基板５０のヘッド基板３０寄りの上面に実装されている。

個別電極４０は、ボンディングワイヤ６２を介して、駆動用ＩＣ６０に電気的に接続されている。また、駆動用ＩＣ６０は、ボンディングワイヤ６２によって回路基板５０上の電気回路に接続されている。駆動用ＩＣ６０およびボンディングワイヤ６２は、エポキシ系樹脂もしくは、シリコーン系樹脂からなる封止体６６によって封止されている。

回路基板５０にはコネクタが実装されていて、駆動電力および制御信号がコネクタを介して供給される。

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８０を備えている。プラテンローラ８０は、主走査方向に平行な軸８２を中心として回転可能であり、その側面が発熱領域３８に接するように配置されている。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、プラテンローラ８０と発熱領域３８との間に挿入された感熱記録媒体９２を発熱領域３８に押し付けつつ、感熱記録媒体９２を副走査方向に移動させる。この感熱記録媒体９２の移動に伴って、複数の発熱抵抗部を選択的に発熱させることにより、所望の画像を感熱記録媒体９２上に形成する。

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。

ヘッド基板３０は、次のようにして形成される。まず、セラミックスからなる支持基板３２を形成し、その上面にガラスからなるグレーズ層３４を融着させる。次に、グレーズ層３４の上面全体に、スパッタ装置などの薄膜形成装置によって、抵抗体層９１、第１導電体層および第２導電体層を順に積層する。

導電体層第１導電体層は、発熱抵抗部３６の表面にのみ形成されていてもよい。発熱抵抗部３６に挟まれる位置の抵抗体層９１の表面にのみ形成する場合には、マスキングスパッタやフォトエングレービングプロセスを用いる。第２導電体層の材質は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）が用いられ、第１導電体層としては、第２導電体層よりも融点の高いＮｉ，Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｒｅなどが用いられる。

その後、フォトエングレービングプロセスによって、第２導電体層を所定の個別電極４０および共通電極４２、発熱抵抗部３６の形状に形成した後、抵抗体層を所定の形状に形成する。さらに、同様のフォトエングレービングプロセスによって、前記発熱抵抗体の主走査方向に配置されている部分の第２導電体層を除去し、第１導電体層部分の異種金属膜４１を露出させる。

発熱抵抗部３６、異種金属膜４１、個別電極４０および共通電極４２を覆う保護膜４４を形成し、フォトエングレービングプロセスによって、個別電極４０のボンディングワイヤ６２との接続箇所の上の保護層４４に開口を形成する。

このようにして形成されたヘッド基板３０を、別途製造した回路基板５０とともに、別途製造した放熱板２０上に載置し、固定する。その後、回路基板５０に駆動用ＩＣ６０を取り付ける。また、駆動用ＩＣ６０とヘッド基板３０との間、および、駆動用ＩＣ６０と回路基板５０上の端子との間をボンディングワイヤ６２で結線する。ワイヤボンディングの後、駆動用ＩＣ６０およびボンディングワイヤ６２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。

このようなサーマルプリントヘッド１０において、給電用電極９０は、抵抗体層９１の表面に形成された異種金属膜４１で共通電極４２と接続している。この異種金属膜４１は、共通電極４２、個別電極４０および給電用電極９０が形成された第２導電体層よりも薄い。このため、主走査方向に隣り合う発熱抵抗部３６の表面の高さと異種金属膜４１の表面の高さとの差は、発熱抵抗部３６と共通電極あるいは個別電極４０との高さの差に比べて小さい。したがって、発熱領域３８の主走査方向の凹凸は低減される。

したがって、異種金属膜４１を共通電極４２などと同じ第２導電体層に代えた場合に比べて、サーマルプリントヘッド１０とプラテンローラ８０との接触状態の主走査方向の均一性が向上する。その結果、安定した高画質化が図られ、かつ、熱効率が向上する。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０では、グレーズ層３４が平坦になったいわゆるＦＧ（Ｆｌａｔ Ｇｌａｚｅ）構造であるが、グレーズ層３４がパーシャルエッチング（ＰＥ）され、発熱抵抗部３６の形成される領域が部分的に盛り上る構造のいわゆるＰＥＧ構造になっていてもよい。あるいは、グレーズ層３４がその盛り上がり部分のみからなるいわゆるＰＧ構造になっていてもよい。

また、本実施の形態では、異種金属膜４１は、発熱抵抗部３６に挟まれる位置の抵抗体層９１の表面にのみ形成されているが、抵抗体層９１の表面全体に形成されていてもよい。あるいは、異種金属膜４１の副走査方向の両端部が共通電極４２および給電用電極９０に重なるように配置してもよい。

１０…サーマルプリントヘッド、２０…放熱板、３０…ヘッド基板、３２…支持基板、３４…グレーズ層、３６…発熱抵抗部、３８…発熱領域、４０…個別電極、４１…異種金属膜、４２…共通電極、４４…保護層、５０…回路基板、６０…駆動用ＩＣ、６２…ボンディングワイヤ、６６…封止体、８０…プラテンローラ、９０…給電用電極、９１…抵抗体層、９２…感熱記録媒体

Claims (3)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に間隔を置いて配列されてそれぞれ配列方向を横切る方向に延びる発熱抵抗部と、
   隣り合う前記発熱抵抗部の間に設けられた異種金属膜と、
   前記発熱抵抗部の副走査方向の両端部および前記異種金属膜の副走査方向の両端部に接続された前記異種金属膜よりも厚い電極と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記異種金属膜は前記電極よりも融点が高い材料で形成さ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. 前記電極はアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記異種金属膜はＮｉ，Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＴａおよびＲｅから選択される元素の金属またはこれらを主成分とする合金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。
   

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