JP6422225B2

JP6422225B2 - サーマルヘッド

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Publication number: JP6422225B2
Application number: JP2014056453A
Authority: JP
Inventors: 恵山内
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: JP2015178220A

Description

本発明は、サーマルプリンタなどに用いられるサーマルヘッドに関する。

サーマルヘッドは、感熱記録紙などの被印刷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、その熱により被印刷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駆動ＩＣ（Integrated Circuit）は、たとえば回路基板に搭載されている（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１２−６６４７６号公報

このようなサーマルヘッド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を有している。このプラテンローラは、周側面が発熱領域に接するように配置されて回転し、プラテンローラと発熱領域との間に挿入された被印刷体上に所望の画像を形成する。

このようなサーマルプリンタにおいては、従来よりも大径のプラテンローラを使用し機能性を高めることが求められる場合がある。

そこで、本発明は、サーマルヘッドの機能性を高めつつ、印画品質を保つことを目的とする。

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、放熱板と、前記放熱板の上面に載置された回路基板と、前記回路基板に対し、被印刷体が搬送される方向である副走査方向に隣接して前記放熱板の上面に載置され、前記回路基板から離隔する側の少なくとも一部において前記回路基板に近接する側である高床部よりも薄い低床部が形成された絶縁基板と、前記絶縁基板の上面に形成された保温層と、前記保温層の上面に形成され、前記副走査方向と直交する主走査方向に間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体と、主走査方向に間隔をおいて配列され前記高床部における前記発熱抵抗体の上面に形成された第１電極と、前記高床部における前記発熱抵抗体の上面および前記低床部の上方において前記第１電極よりも前記回路基板から離隔する位置に前記第１電極と間隙を設け主走査方向に沿って形成された第２電極と、前記保温層の上面に形成される保護層と、前記回路基板に搭載され前記発熱抵抗体を駆動する駆動ＩＣと、前記第１電極と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、を具備し、低床部は、放熱板における回路基板から離隔する端部と、主走査方向に延び発熱部が形成された発熱突条との間に配され、副走査方向の長さが、発熱突条の前記副走査方向の幅よりも長いことを特徴とする。

本発明によれば、サーマルヘッドの機能性を高めつつ、印画品質を保つことができる。

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平面図である。従来のサーマルヘッドを示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。

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。

なお、図１乃至図４では、矢印ｄｓの方向が、被印刷体を搬送する方向（副走査方向）を表し、矢印ｄｍの方向が、被印刷体を搬送する方向に直交する方向（主走査方向）を表している。

図１乃至図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、回路基板４０および放熱板３０を有している。発熱体板２０および回路基板４０は、放熱板３０の同じ側の表面に載置されている。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。

発熱体板２０は、回路基板４０における副走査方向ｄｓの一端側に沿ってたとえば両面テープなどの接着剤により放熱板３０に固着されている。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４０に入力され、さらに回路基板４０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５０を有している。このプラテンローラ５０は、主走査方向ｄｍに平行な直線上に軸５２を持つ。また、プラテンローラ５０の周側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５２を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ５０の回転によって、プラテンローラ５０と発熱領域２４との間に挿入された感熱記録媒体６０は副走査方向ｄｓに移動する。感熱記録媒体６０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、駆動モータにより構成された図示しないヘッド押圧部によりサーマルヘッド１０をプラテンローラ５０に押し付ける方向へ押圧することにより、発熱領域２４を感熱記録媒体６０に押し付けてニップ圧を加える。

それとともにサーマルプリンタは、その感熱記録媒体６０を副走査方向ｄｓに移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを感熱記録媒体６０の移動とともに変化させることにより、所望の画像を感熱記録媒体６０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、電極層２８と、保護層２９とを有している。

支持基板２２は、長方形の板状に形成され、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックであり最も厚い箇所が厚さ約１ｍｍの絶縁板２２ａと、この絶縁板２２ａの上面に酸化珪素（ＳｉＯ_２）でなり約５０μｍの厚さ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。この保温層２２ｂには、主走査方向ｄｍに延びる突条２１が形成されている。

絶縁板２２ａは、回路基板４０から離隔する発熱体板２０の端部と突条２１との間において、回路基板４０に近接する側である厚さが例えば約１ｍｍの高床部６２と、この高床部６２よりも厚さが薄い例えば約０．５ｍｍに形成された低床部６４とを有しており、高床部６２と低床部６４との境界の段差が主走査方向ｄｍに沿って直線状に延在している。すなわち平坦な高床部６２と平坦な低床部６４とを形成するために、絶縁板２２ａは高床部６２で厚く低床部６４で薄くなっている。放熱板３０に接着される裏面は平面形状である。この低床部６４は、副走査方向ｄｓの一端から他端に亘って一様な厚さであり、副走査方向ｄｓの長さが約５ｍｍに形成されている。これにより絶縁板２２ａは、低床部６４が高床部６２よりも上面が削り取られたような形状となっている。

保温層２２ｂは、絶縁板２２ａにおける高床部６２の上面には形成されているものの、低床部６４の上面には形成されていない。

発熱抵抗体層２３は、保温層２２ｂの上面および絶縁板２２ａの低床部６４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に間隔をおき、１枚の発熱体板２０における主走査方向ｄｍの一端から他端まで連続して一列に配列され、それぞれ副走査方向ｄｓに延設している。

電極層２８は、発熱抵抗体層２３の上面の一部に層状に形成される。電極層２８は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）で形成された共通電極２８ｂおよび個別電極２８ａにより構成される。

共通電極２８ｂは、低床部６４の上面および低床部６４に近接する高床部６２の端部の上面において主走査方向ｄｍに延びるよう形成されている。個別電極２８ａは、主走査方向ｄｍに間隔をおき、１枚の発熱体板２０における主走査方向ｄｍの一端から他端まで連続して一列に配列され、突条２１の頂部に対し回路基板４０からやや離隔する位置に設けられた間隙４６を副走査方向ｄｓから共通電極２８ｂと挟むよう対向して配置される。

共通電極２８ｂを流れてきた電流は、個別電極２８ａと共通電極２８ｂとの間に位置する間隙４６部分では発熱抵抗体２３ａを通ることとなるため、間隙４６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。

個別電極２８ａのボンディングパッド２６には、ボンディングワイヤ４４の一端が接続され、その他端は回路基板４０上の駆動ＩＣ４２と接続され、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が供給される。駆動ＩＣ４２にはボンディングワイヤ４５の一端が接続され、その他端は回路基板４０上の回路パターンと接続される。

個別電極２８ａ、共通電極２８ｂおよび発熱抵抗体層２３は、保護層２９で覆われている。この保護層２９は、個別電極２８ａの一部の表面には設けられておらず、この部分にボンディングワイヤ４４が接続される。駆動ＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、樹脂４８で封止されている。

また、絶縁板２２ａにおける低床部６４は高床部６２よりも高さが低く形成されており、且つ低床部６４の上面には保温層２２ｂが形成されていないため、低床部６４の上方における保護層２９の表面は、高床部６２の上方における保護層２９の表面よりも低く形成されている。

ここで、本実施の形態におけるサーマルヘッド１０の製造方法について説明する。

本実施の形態におけるサーマルヘッド１０の製造方法では、まず、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの絶縁板２２ａを形成する。次に、絶縁板２２ａの上面に、酸化珪素（ＳｉＯ_２）から成るガラスペーストをスクリーン印刷などにより塗布する。次に、ガラスペーストが印刷された絶縁板２２ａを焼成することにより、ガラスペーストが溶解して絶縁板２２ａに固着し、保温層２２ｂが形成される。

次に、保温層２２ｂが形成された絶縁板２２ａにおいて、低床部６４となる箇所を例えばサンドブラストで削ることにより、絶縁板２２ａおよび保温層２２ｂが削り取られ、低床部６４が形成される。

次に、絶縁板２２ａの低床部６４の表面と高床部６２の上方の保温層２２ｂの表面と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ことにより、絶縁板２２ａの低床部６４の表面と高床部６２の上方の保温層２２ｂの表面とに発熱抵抗体層２３を成膜する。

その後、保温層２２ｂの表面に発熱抵抗体層２３、個別電極２８ａおよび共通電極２８ｂを形成する。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、その上に、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、発熱抵抗体層２３および電極層２８をエッチングでパターニングすることにより、主走査方向ｄｍに間隔を置いて配列した発熱抵抗体２３ａと、発熱部２３ｂに対応する間隙４６とを形成する。

次に、保護層２９をスパッタリングなどにより全面に固着させることにより、保温層２２ｂ、発熱抵抗体層２３、個別電極２８ａおよび共通電極２８ｂを覆い個別電極２８ａにおけるボンディングパッド２６になる部分を除くよう保護層２９を成膜する。

このようにして形成された発熱体板２０を、回路基板４０とともに放熱板３０に載置する。また、発熱体板２０と回路基板４０とをボンディングワイヤ４４で結線し、さらにボンディングワイヤ４４による結線部を樹脂４８で封止することなどにより、サーマルヘッド１０が製造される。

以上の構成においてサーマルヘッド１０は、放熱板３０の上面に載置された回路基板４０と、回路基板４０に対し、副走査方向ｄｓに隣接して放熱板３０の上面に載置され、回路基板４０から離隔する側の少なくとも一部において回路基板４０に近接する側である高床部６２よりも薄い低床部６４が形成された絶縁板２２ａと、絶縁板２２ａの上面に形成された保温層２２ｂと、保温層２２ｂの上面に形成され、主走査方向ｄｍに間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体２３ａと、主走査方向ｄｍに間隔をおいて配列され高床部６２における発熱抵抗体２３ａの上面に形成された第１電極としての個別電極２８ａと、高床部６２における発熱抵抗体２３ａの上面および低床部６４の上方において個別電極２８ａよりも回路基板４０から離隔する位置に個別電極２８ａと間隙４６を設け主走査方向ｄｍに沿って形成された第２電極としての共通電極２８ｂと、保温層２２ｂの上面に形成される保護層２９と、回路基板４０に搭載され発熱抵抗体２３ａを駆動する駆動ＩＣ４２と、個別電極２８ａと駆動ＩＣ４２とを接続するボンディングワイヤ４４とを設けるようにした。

ところで、図４に示すように、副走査方向ｄｓの一端から他端に亘って厚さがほぼ一様な絶縁板２２ａを有する発熱体板２２０に大径のプラテンローラを接触させることも考えられる。この発熱体板２２０は、回路基板４０から離隔する発熱体板２２０の端部において、隣接する一対の発熱抵抗体２３ａが折返電極２６８により導通接続されている。

またさらに、主走査方向ｄｍに隣り合う折返電極２６８を接続して共通電極とし（図示しない）当該共通電極の表面積を折返電極２６８の表面積よりも大きくすることにより、共通電極における放熱性を向上させることも考えられる。

しかしながらそのような場合、折返電極２６８又は共通電極（図示しない）における副走査方向ｄｓの幅が長いため、大径のプラテンローラを使用すると、当該プラテンローラおよび感熱記録媒体が折返電極２６８又は共通電極（図示しない）に物理的に干渉してしまう可能性がある。

これに対し本実施の形態のサーマルヘッド１０においては、絶縁板２２ａは、回路基板４０から離隔する発熱体板２０の端部と突条２１との間において、回路基板４０に近接する発熱体板２０の端部の高さよりも低く形成された低床部６４を有し、当該低床部６４の上面に、副走査方向ｄｓの幅が長い共通電極２８ｂを形成するようにした。

このように本実施の形態のサーマルプリンタは、大径のプラテンローラ５０を使用することができるため、小型径のプラテンローラを使用する場合よりもニップ圧を高めるとともに、プラテンローラ５０の撓みを抑えサーマルヘッド１０を当該プラテンローラ５０に安定的に押し付けることができ、信頼性を高めることができる。

またサーマルヘッド１０は、絶縁板２２ａにおける低床部６４の上方には保温層２２ｂを形成しないようにしたため、保温層２２ｂを形成する場合と比べてより放熱性を高めることができる。

さらにサーマルヘッド１０は、絶縁板２２ａの低床部６４を、発熱体板２２０（図４）の絶縁板２２ａよりも薄くしたため、共通電極２８ｂから効率良く放熱板３０に熱を伝達し、放熱性を高めることができる。

かくして本実施の形態のサーマルプリンタは、大径のプラテンローラ５０を使用しつつ蓄熱を抑制することができる。これにより本実施の形態のサーマルプリンタは、機能性を高めつつ、印画品質を保つことができる。ここで、大径のプラテンローラとは、例えば発熱体板２０の副走査方向ｄｓの長さよりも長い直径を有するプラテンローラである。

なお上述したサーマルヘッド１０においては、副走査方向ｄｓの一端から他端に亘って低床部６４を一様な厚さに形成したが、これ限らず、例えば回路基板４０から離隔するにつれ厚さが薄くなるように形成しても良い。この場合、サーマルヘッド１０の製造工程において厚さが徐々に薄くなるように絶縁板２２ａを削る必要があるが、低床部６４とプラテンローラ５０との接触をより防ぐことができる。

また上述したサーマルヘッド１０においては、低床部６４の上方に発熱抵抗体層２３を形成したが、これ限らず、低床部６４の上方には発熱抵抗体層２３を形成しなくても良い。

さらに上述したサーマルヘッド１０においては、低床部６４の上方に保温層２２ｂを形成しないようにしたが、これ限らず、低床部６４の上方に保温層２２ｂを形成しても良い。

さらに上述したサーマルヘッド１０においては、高床部６２の厚さを約１ｍｍに、低床部６４の厚さを高床部６２のほぼ半分の約０．５ｍｍに形成したが、これ限らず、低床部６４は高床部６２よりも低ければ、種々の厚さで良い。

さらに上述したサーマルヘッド１０においては、回路基板４０から離隔する発熱体板２０の端部と突条２１との間の全面を、突条２１よりも回路基板４０に近接する側よりも薄く形成したが、これ限らず、回路基板４０から離隔する発熱体板２０の端部と突条２１との間においてプラテンローラ５０と接触する可能性がある一部の箇所のみを、突条２１よりも回路基板４０に近接する側よりも薄く形成しても良い。

さらに上述したサーマルヘッド１０においては、個別電極２８ａと間隙４６を挟んで回路基板４０から離隔する側に共通電極２８ｂを設けたが、これ限らず、間隙よりも発熱体板２０から離隔する箇所において隣接する一対の発熱抵抗体を導通接続する第２電極としての折返電極を用いても良い。

１０……サーマルヘッド、２０，１２０，２２０……発熱体板、２１……突条、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、２６……ボンディングパッド、２８……電極層、２８ａ……個別電極、２８ｂ……共通電極、２９……保護層、３０………放熱板、４０……回路基板、４２……駆動ＩＣ、４４，４５……ボンディングワイヤ、４６……間隙、４８……樹脂、５０……プラテンローラ、５２……軸、６０……感熱記録媒体、６２……高床部、６４……低床部、２６８……折返電極、ｄｍ……主走査方向、ｄｓ……副走査方向

Claims

放熱板と、
前記放熱板の上面に載置された回路基板と、
前記回路基板に対し、被印刷体が搬送される方向である副走査方向に隣接して前記放熱板の上面に載置され、前記回路基板から離隔する側の少なくとも一部において前記回路基板に近接する側である高床部よりも薄い低床部が形成された絶縁基板と、
前記絶縁基板の上面に形成された保温層と、
前記保温層の上面に形成され、前記副走査方向と直交する主走査方向に間隔をおいて複数配列された発熱抵抗体と、
主走査方向に間隔をおいて配列され前記高床部における前記発熱抵抗体の上面に形成された第１電極と、
前記高床部における前記発熱抵抗体の上面および前記低床部の上方において前記第１電極よりも前記回路基板から離隔する位置に前記第１電極と間隙を設け主走査方向に沿って形成された第２電極と、
前記保温層の上面に形成される保護層と、
前記回路基板に搭載され前記発熱抵抗体を駆動する駆動ＩＣと、
前記第１電極と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、
を具備し、
前記低床部は、前記放熱板における前記回路基板から離隔する端部と、前記主走査方向に延び発熱部が形成された発熱突条との間に配され、前記副走査方向の長さが、前記発熱突条の前記副走査方向の幅よりも長い
ことを特徴とするサーマルヘッド。
前記低床部の上面には前記保温層が形成されていない
請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記第２電極は、主走査方向に亘って形成された共通電極である
請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記第２電極は、隣り合う一対の前記発熱抵抗体を接続する折返電極である
請求項１に記載のサーマルヘッド。
前記低床部は全面に亘って厚さがほぼ一様に形成されている
請求項１に記載のサーマルヘッド。