JP2006035722A - サーマルヘッド及びサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】外部配線基板の延出部の接合剥れを抑制できるサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】長尺状の基板１と、基板１上の一方の長辺に沿って配列される発熱素子３と、基板１の他方の長辺に沿って発熱素子３と略平行に配列される複数のドライバーＩＣ７とを備えたヘッド基板ｈが、ドライバーＩＣ７に信号を供給する外部配線基板ｆに他方の長辺側で接合されるサーマルヘッドＴにおいて、ヘッド基板ｈ上で、且つ隣接するドライバーＩＣ７間の領域に、外部配線基板ｆの一部を延出させ、且つ延出部ｆ１と外部配線基板ｆとを接合するとともに、延出部ｆ１の角部と、この角部に対向する発熱素子３との間の領域に、***部ｓが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ機構に組み込まれるサーマルヘッド及びサーマルプリンタに関するものである。

従来、プリンタ機構に組み込まれるサーマルヘッドＴは、図５、図６に示すように、ヘッド基板ｈと、一部がヘッド基板ｈの上面に重畳される外部配線基板ｆとから構成されている。

ヘッド基板ｈは、基板１０１上の一端側に多数の発熱素子１０３が配列されており、各発熱素子１０３の両端にこれらを発熱させるための個別電極配線１０４及び共通電極配線１０５が接続されるとともに、基板１０１の他端側に発熱素子１０３の発熱を制御する複数のドライバーＩＣ１０７が発熱素子１０３と略平行に配列されており、このドライバーＩＣ１０７に前述の外部配線基板ｆからの信号等を伝達する信号電極配線１０６が接続された構造を有する。

また、外部配線基板ｆは、一部が上述したヘッド基板ｈ上の他端側に重畳されるとともに、この外部配線基板ｆの一部が、隣接するドライバーＩＣ１０７間の領域に凸状を成すように延出され、更にこの延出部ｆ１を含む重畳領域で外部配線基板ｆ上の外部回路配線１１１と、ヘッド基板ｈ上の信号電極配線１０６とが接続されていた。

尚、このようなサーマルヘッドＴにおいては、隣接するドライバーＩＣ１０７間の領域に延出された外部配線基板ｆの延出部ｆ１の発熱素子１０３側に角部が存在している。
特開２００１―３３４６９６号公報

ところで、一般にプリンタに搭載されたサーマルヘッドＴは、使用時に記録媒体がサーマルヘッドＴ上面を摺接するため、この記録媒体とサーマルヘッドＴとの摺接に伴い、メディアカスとよばれるごみが、発熱素子１０３上に付着してしまう。

このメディアカスが発熱素子１０３上に付着した状態でサーマルヘッドＴを使用すると、記録媒体に形成される印字が不明瞭になる等、印字品位の低下を招いていた。

このため、サーマルヘッドの発熱素子１０３周辺のメディアカスを定期的に除去することが行われる。

このメディアカスの除去は、通常コットンのような柔軟性を有する布地にエタノール等の薬剤を染み込ませ、発熱素子１０３の配列方向に沿ってこの発熱素子１０３上を往復させながら拭き取ることにより行われる。

ところが、このようにメディアカスの除去を行うと、上述した外部配線基板ｆの延出部ｆ１の角部にコットンの一部が引っ掛かってしまい、これによりヘッド基板ｈとの接合部ｙである延出部ｆ１がヘッド基板ｈから剥れてしまうことがある。

特にこの接合部ｙが、単に機械的な接合のみを行うものではなく、異方性導電膜等のように電気的な接続をも行っているので、延出部ｆ１の一部が剥れただけでもサーマルヘッドＴとして正常に機能しなくなる恐れがある。

そこで、ドライバーＩＣ１０７の封止樹脂を、隣接するドライバーＩＣ間の領域にまで延在させて、複数のドライバーＩＣと、外部配線基板ｆの延出部ｆ１とを一括に被覆して、これにより延出部の角部が表面に突出しないようにすることも考えられる。

しかしながら、このようなサーマルヘッドＴの場合、ドライバーＩＣ１０７と外部配線基板ｆの延出部ｆ１とで形成された隙間に空気が入り込み、このように空気が入り込んだ状態で樹脂の熱硬化を行うと、入り込んだ空気が熱により膨張して、封止樹脂内部に気泡が発生する。そして、この気泡が破裂してドライバーＩＣ１０７の封止が不完全となり、ドライバーＩＣ１０７やドライバーＩＣ１０７に接続される個別電極配線１０４等が腐食するという問題を誘発する。また、封止樹脂自身に剥離が生じると同時に外部配線基板ｆも剥離が生じる恐れもある。

本発明は、上記問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は外部配線基板の延出部の接合剥れを抑制できるサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタを提供することにある。

本発明のサーマルヘッドは、長尺状の基板と、該基板上の一方の長辺に沿って配列される複数の発熱素子と、前記基板の他方の長辺に沿って前記発熱素子と略平行に配列される複数のドライバーＩＣとを備えたヘッド基板に、前記ドライバーＩＣに信号を供給する外部配線基板を接合するサーマルヘッドにおいて、
前記ヘッド基板上で、且つ隣接するドライバーＩＣ間の領域に、前記外部配線基板の一部を延出させ、且つ該延出部とヘッド基板とを接合するとともに、前記延出部の角部と、該角部に対向する発熱素子との間の領域に、***部が形成されていることを特徴とするものである。

また本発明のサーマルヘッドは、前記***部は、長尺状の基板の長手方向にそって、連続する一つ、または断続的に複数個配置されていることを特徴とするものである。

更に本発明のサーマルヘッドは、前記***部は、前記外部配線基板の延出部よりも高く設定されていることを特徴とするものである。

また更に本発明のサーマルヘッドは、前記ドライバーＩＣは封止樹脂により被覆いるとともに、前記***部と前記封止樹脂とが、略一直線上に位置することを特徴とすることを特徴とするものである。

更にまた本発明のサーマルヘッドは、前記***部が、グレーズ層または樹脂のいずれかからなることを特徴とするものである。

本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記記録媒体を前記サーマルヘッドの発熱素子に押圧するプラテンローラとを備えたことを特徴とするものである。

本発明のサーマルヘッドによれば、前記ヘッド基板上で、且つ隣接するドライバーＩＣ間の領域に、前記外部配線基板の一部を延出させ、且つ該延出部とヘッド基板とを接合するとともに、前記延出部の角部と、該角部に対向する発熱素子との間の領域に、***部が形成されていることから、コットンが延出部の角部の手前で***部により上方に押し上げられ、外部配線基板の角部に引っかかってしまうことが防止できる。これによりヘッド基板との接合部である延出部がヘッド基板から剥れてしまうことを抑制できる。

また本発明のサーマルヘッドによれば、前記***部は、長尺状の基板の長手方向にそって、連続する一個、または断続的に複数個配置されていることにより、一旦押し上げられたコットンが、この押し上げられた状態を維持したまま次々と、角部の横を通過することができるため、角部毎に毎回押し上げる場合に比べて容易に前記コットンを発熱素子の配列方向に沿って往復させることができる。

更に本発明のサーマルヘッドによれば、前記***部は、前記外部配線基板の延出部よりも高く設定されていることにより、より確実に延出部の角部にコットンが引っかかることを抑制できる。

また更に本発明のサーマルヘッドによれば、前記ドライバーＩＣは封止樹脂により被覆されており、前記***部と、前記封止樹脂とが、略一直線上に位置することから、ドライバーＩＣ封止樹脂と***部とで、コットンが押し上げられた状態を維持することができる。これによっても容易に前記コットンを発熱素子の配列方向に沿って往復させることができる。

以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの平面図、図２は、図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ’断面図、図３は、図１のサーマルヘッドのＹ−Ｙ’断面図である。かかるサーマルヘッドＴは、ヘッド基板ｈと、外部配線基板ｆとから構成されている。

本発明のヘッド基板ｈは、長尺状をなす基板１上の一方の長辺側に帯状のグレーズ層２を形成し、このグレーズ層２上に多数の発熱素子３が配列されており、各発熱素子３の両端にこれらを発熱させるための個別電極配線４及び共通電極配線５が接続されるとともに、基板１の他方の長辺側に発熱素子２の発熱を制御する複数のドライバーＩＣ５が発熱素子２と略平行に配列されており、このドライバーＩＣ５に前述の個別電極配線３や外部配線基板ｆの外部回路配線１１からの信号等を伝達する信号電極配線６が接続された構造を有する。

また、外部配線基板ｆは、一部が上述したヘッド基板ｈ上の他方の長辺側に重畳されるとともに、この外部配線基板ｆの一部が、隣接するドライバーＩＣ５間の領域に凸状を成すように延出され、更にこの延出部ｆ１を含む重畳領域で外部配線基板ｆと、ヘッド基板ｈとが機械的に接合されていた。

ヘッド基板ｈのベースである基板１は、アルミナセラミックス等の絶縁材料や、表面に酸化膜が被着された単結晶シリコン等、種々の材料により長方形状に形成されている。

そして、基板１の上面で、帯状のグレーズ層２、発熱素子３、種々の電極配線４、５、６及びドライバーＩＣ７を支持する支持母材として機能する。

このような基板１は、アルミナセラミックスから成る場合、例えば、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状と成すとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、該グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工した上、これを高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。

そして基板１上面の一方長辺側には、長手方向に帯状に延在するグレーズ層２が形成されている。

このグレーズ層２は、発熱素子３の発する熱を内部で蓄熱してサーマルヘッドＴの熱応答性を良好に維持する作用をなしている。

このようなグレーズ層２は、例えばガラスから成る場合、ガラス粉末に適当な有機溶剤・有機バインダー等を添加・混合して得られたガラスペーストを、従来周知のスクリーン印刷法などによって基板上面の所定領域に塗布するとともに、これを従来周知のフォトリソグラフィ技術・エッチング技術を採用することにより所定形状に加工し、しかる後、これを８５０℃〜９５０℃の高温で所定時間加熱することにより形成される。

また、上述した帯状のグレーズ層２上に複数の発熱素子３が被着されている。

この発熱素子３は、２００ｄｐｉ（dot per inch）或は３００ｄｐｉの密度で直線状に被着・配列されており、各々がＴａＮ系、ＴａＳｉＯ系、ＴａＳｉＮＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＳｉＣＯ系、ＮｂＳｉＯ系の電気抵抗材料から成る抵抗体層から成っている。

そして発熱素子３の一端側に個別電極配線４が接続され、また他端側に共通電極配線５が共通して接続され、これら電極配線から発熱素子３に所定の電流を流すことによりこの発熱素子３が所定の温度で発熱する。

そして上述した発熱素子３の各々の一端に接続されるアルミニウムや銅等の金属材料からなる個別電極配線４は、発熱素子３の一端側から基板１の上面を多端側まで延出されている。またその他端側でドライバーＩＣ７の出力端子に接続され、該ドライバーＩＣ７からの電力を発熱素子３へ供給する配線として機能する。

また一端が共通して発熱素子３に接続されるアルミニウムや銅等の金属材料からなる共通電極配線５は、基板１の上面で、個別電極配線４の形成領域の外周を外部配線基板ｆとの重畳領域まで引き回されており、その他端で外部配線基板ｆの外部回路配線１１と接続され、電源電力を発熱素子３に供給する給電配線として機能する。この共通電極配線５によって、発熱素子３には通常２４Ｖ程度の電圧が印加される。

更に、基板１上には、信号電極配線６がドライバーＩＣ７の搭載領域から基板１の端部まで延出されて配置されている。この信号電極配線６は、一端がドライバーＩＣ７の入力端子に接続され、他端が基板１の端部側の重畳領域で後述する外部配線基板ｆの外部回路配線１１に接続されている。この信号電極配線６は、プリンタからのクロック信号、画像データ信号、ラッチ信号、ストローブ信号等をドライバーＩＣ７に供給する役割を果たす。

尚、これら信号電極配線６と、外部回路配線１１との接続は半田バンプや異方性導電膜等を用いて行われる。

これら発熱素子３、個別電極配線４、共通電極配線５、信号電極配線６は、従来周知の薄膜形成技術、例えば、スパッタリング、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術等を採用することによって製作される。

一方、上述の発熱素子３、個別電極配線４、共通電極配線５上には保護膜９が被着されている。

この保護膜９は、発熱素子３、個別電極配線４や共通電極配線５を大気中に含まれている水分等の接触による腐食や記録媒体Ｋの摺接による磨耗から保護するためのものであり、ＳｉＣやＳｉＮ系、ＳｉＯ系、ＳｉＯＮ系等の無機質材料やガラス等により３μｍ〜１０μｍの厚みに形成される。

尚、保護膜９は、従来周知の薄膜形成技術（スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法など）、あるいは厚膜形成技術（スクリーン印刷法、ディスペンサー法など）によって形成される。

また基板１の上面には、発熱素子３への通電を制御するドライバーＩＣ７が複数配置されている。この複数のドライバーＩＣ７は、基板1の他端側に、発熱素子３と略平行になるように配列されるとともに、隣接するドライバーＩＣ７間に所定の間隔を設けて配置されている。

更にドライバーＩＣ７は、シリコン基板の一主面上にシフトレジスタ、ラッチ、スイッチング素子、入力端子、出力端子等を高密度に集積した集積回路を有しており、発熱素子３に対して個別電極配線４を介して電気的に接続されている。

このドライバーＩＣ７は、クロック信号に同期させながら画像データを信号電極配線６及びドライバーＩＣ７の入力端子を介してシフトレジスタに格納し、次に該格納された画像データをラッチ信号のタイミングでラッチに格納し、ストローブ信号がスイッチング素子に入力される間、ラッチ内の画像データに基づいて発熱素子３への通電を行っている。

このようなドライバーＩＣ７は、従来周知の半導体製造技術を採用することにより製作され、得られたドライバーＩＣ７は、その一主面を基板１の上面と対向させて、入力端子が個別電極配線４の端部上に位置するように、且つ出力端子が信号電極配線６の端部上に位置するように配置される。

このようなドライバーＩＣ７は、熱硬化性のエポキシ樹脂等の樹脂材料からなる封止樹脂８によって夫々個別に封止されている。

この封止樹脂８は、その断面形状が山状をなすように形成され、各配線やドライバーＩＣ７を大気中に含まれる水分等による腐食から保護する機能を果たしている。

尚、封止樹脂８は、例えばエポキシ樹脂からなる所定の液状前駆体を、基板１上のドライバーＩＣ７を被覆するように塗布し、これを１３０℃〜１５０℃で加熱・重合させることによって形成される。

そしてヘッド基板ｈの共通電極配線５や信号電極配線６に接続される外部回路配線１１を有する外部配線基板ｆは、例えばガラス布基材エポキシ樹脂からなる支持基材１２の主面上に搭載させた構造を有している。

この外部配線基板ｆは、一部が上述したヘッド基板ｈ上の他方の長辺側にから、隣接するドライバーＩＣ７間の領域に凸状を成すように延出され、更にこの延出部ｆ１を含む外部配線基板ｆとヘッド基板ｈとの重畳領域で、外部回路配線１１とヘッド基板ｈ上の信号電極配線６とが電気的および機械的に接続されている。例えば、この重畳領域で両基板端子間に異方性導電膜を塗布して、これを熱圧着することにより接続される。

この異方性導電膜を用いる以外に、電気的な接続を要する信号電極配線６の部位を半田により接合し、この半田の周囲を樹脂により被覆してもよい。

尚、この外部配線基板ｆは、その後端側に取着されているコネクタを介してプリンタ本体からの画像データや印画制御信号・電源電力等をヘッド基板ｈの信号電極配線を介して、ドライバーＩＣへと供給する作用をなす。

このような外部配線基板ｆは、カバーフィルム（厚み：１０μｍ〜３５μｍ）の表面に銅箔等から成る外部回路配線１１を所定パターンに被着させるとともに、これをカバーフィルムと同じ材質のフィルムで被覆することにより作成される。

そして、この外部配線基板ｆの延出部ｆ１の角部と、該角部に対向する発熱素子３との間のヘッド基板ｈ上の領域に、***部ｓが形成されている。

この***部ｓは、延出部ｆ１の発熱素子３側の端縁と略平行に基板１の長手方向に沿って帯状を成すように設けられている。そして、その高さが延出部ｆ１よりも高く形成されている。

また、この***部ｓが、長手方向に配列されたドライバーＩＣ７間に挟まれた領域に形成される場合は、***部ｓの発熱素子３と封止樹脂８とを略一直線上に位置させるとよい。

このようにすると、発熱素子３上に付着したメディアカスを除去するために、エタノール等の薬剤を染み込ませたコットンを発熱素子３の配列方向に沿ってこの発熱素子３上を往復させながることにより拭き取る際に、封止樹脂８と***部ｓとで、コットンが押し上げられた状態（外部配線基板ｆの延出部ｆ１にコットンがひっかることがない状態をいう。）を維持することができる。これによりコットンをスムーズに発熱素子３の配列方向に沿って往復させることができる。

更に***部ｓを、ドライバーＩＣ７よりも発熱素子３側に近くなるように形成した場合は、基板１の長手方向に沿って発熱素子３列の全長と同程度、或はそれ以上の長さを有する帯状の***部ｓを形成しても良い。このようにしても容易に発熱素子３の配列方向に沿って前記コットンを往復させることができる。

この***部ｓは、例えばグレーズ層２からなるときには、まず基板１の所定領域にグレーズ層２の材料であるガラスを印刷法により塗布し、この後、この***部ｓの高さが他の領域よりも高くなるように、フォトリソグラフィ技術やエッチング技術により所定形状に加工し、これを加熱・溶融する。この方法によれば、発熱素子３形成領域のグレーズ層２と同時に***部ｓを形成できることから、製造工程が増加しない。

また、この***部ｓが樹脂からなるときは、基板１上に設けられた個別電極配線４上に、ディスペンサ等を用いて所定領域に樹脂の液状前駆体を塗布し、これを硬化させることにより形成される。この***部ｓ上に保護膜９を形成した場合は、この保護膜９により***部ｓが摩耗しにくくなる。

次に上述したサーマルヘッドＴが組み込まれるサーマルプリンタについて説明する。

本発明のサーマルプリンタは、図４に示す如く、上述したサーマルヘッドＴ上に、記録媒体ＫをサーマルヘッドＴに押圧するプラテンローラＲ１を配置するとともに、記録媒体を搬送する搬送ローラＲ２とが配設され、これらを駆動手段により制御している。

この記録媒体Ｋを発熱素子３に押圧するプラテンローラＲ１は、その直径が８ｍｍ〜５０ｍｍのものが好適に使用され、ＳＵＳ等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドＴの発熱素子３上に回転可能に支持されている。

かかるプラテンローラＲ１は、記録媒体ＫをサーマルヘッドＴに対して押圧し、発熱素子３からの熱を記録媒体Ｋに対して伝導しやすくするとともに、記録媒体Ｋを発熱素子３の配列と直交する方向に搬送するようにしている。

かくして本発明のサーマルプリンタは、プラテンローラＲ１により、記録媒体Ｋを基板１上面に形成された発熱素子３に摺接させながら、個別電極配線４―共通電極配線５間にドライバーＩＣ７の駆動に伴って電源電力を印加し、各発熱素子３を印画信号に対応させて個々に選択的にジュール発熱させるとともに該発熱した熱を記録媒体Ｋに伝導させ、記録媒体に印画を形成することによってサーマルプリンタとして機能する。

尚、本発明は上述した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。

本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの平面図である。 図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ’断面図である。 図１のサーマルヘッドのＹ−Ｙ’断面図である。 本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタの概略断面図である。 従来のサーマルヘッドの平面図である。 従来のサーマルヘッドのＸ−Ｘ’断面図である。

符号の説明

Ｔ・・・サーマルヘッド
ｈ・・・ヘッド基板
１・・・基板
２・・・グレーズ層
３・・・発熱素子
４・・・個別電極配線
５・・・共通電極配線
６・・・信号電極配線
７・・・ドライバーＩＣ
８・・・封止樹脂
９・・・保護膜
ｓ・・・***部
ｙ・・・接合部
ｆ・・・外部配線基板
ｆ１・・・延出部
１１・・・外部回路配線
１２・・・支持基材
Ｒ１・・・プラテンローラ
Ｒ２・・・搬送ローラ
Ｋ・・・記録媒体

Claims (6)

1. 長尺状の基板と、該基板上の一方の長辺に沿って配列される複数の発熱素子と、前記基板の他方の長辺に沿って前記発熱素子と略平行に配列される複数のドライバーＩＣとを備えたヘッド基板に、前記ドライバーＩＣに信号を供給する外部配線基板を接合するサーマルヘッドにおいて、
   前記ヘッド基板上で、且つ隣接するドライバーＩＣ間の領域に、前記外部配線基板の一部を延出させ、且つ該延出部とヘッド基板とを接合するとともに、前記延出部の角部と、該角部に対向する発熱素子との間の領域に、***部が形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記***部は、長尺状の基板の長手方向にそって、連続する一つ、または断続的に複数個配置されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記***部は、前記外部配線基板の延出部よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記ドライバーＩＣは封止樹脂により被覆するとともに、前記***部と前記封止樹脂とが、略一直線上に位置することを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
5. 前記***部が、グレーズ層または樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれかに記載のサーマルヘッド。
6. 前記請求項1乃至請求項５のいずれかに記載のサーマルヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記記録媒体を前記サーマルヘッドの発熱素子に押圧するプラテンローラとを備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。

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