JP2006334790A - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】共通電極の電圧降下を抑制し、各発熱抵抗体素子の駆動が他素子に影響するのを抑制して高密度で高画質を得ることができるサーマルプリントヘッドを得る。
【解決手段】長尺ヘッド基板１０上に主走査方向に沿う列１２，１３に配列される複数の発熱抵抗体１６，１６ａを形成し、各発熱抵抗体から個別電極配線１７，１７ａと戻り配線１８，１８ａとを引き出し、個別電極配線を駆動用ＩＣ４０に接続し、戻り配線をヘッド基板に並行して設置された外部回路接続用の駆動基板３０，３１に形成された印刷配線の共通電極３２に接続する。
【選択図】図２

Description

本発明はプリンタや製版機などに用いられるサーマルプリントヘッドに関する。

近年のプリンタなどに要求される高画質化のためにサーマルプリンタの高密度化が不可欠であり、印字のための発熱抵抗体、接続用配線および駆動用ＩＣのボンディング接続構造などの各部分において高密度化が図られている。

高密度化に伴い一列に配列される発熱抵抗体は各素子のサイズ、素子間隙が縮小される一方、間隙の縮小は素子相互の熱的干渉を顕著にする。このため、発熱抵抗体を２列配置として対向する列の発熱抵抗体を主走査方向に素子ピッチの１／２ピッチ分ずらして千鳥配置として駆動のタイミングをはかることにより、一列発熱抵抗体と同じ一主走査線を形成することが提案されている （特許文献１参照）。このような２列配置にすることによって、素子間隙および配線に余裕を持たせることができ、さらに一層の高密度化を図ることが可能になる。

発熱抵抗体は一端が個別電極配線に、他端が共通電極に接続されてこの間に電圧パルスを印加して発熱される。従来、共通電極は発熱抵抗体近傍のヘッド基板上に、発熱抵抗体やこれらの配線と同じく蒸着またはスパッタリングにより薄膜被着される。膜厚がサブミクロン以下になることから、線幅を広げて低抵抗値化を図っている。しかし発熱抵抗体の全電流が共通電極に集中するために同電極での電圧降下が避けられない。

高密度化にともない発熱抵抗体および配線幅は極細幅になるので共通電極の電圧降下分による発熱抵抗体にかかる電圧値の変動が発熱量の変動に大きな影響を与える。

各発熱抵抗体に戻り配線を接続して駆動用ＩＣ側のヘッド基板上に共通電極を形成した構造も提案されている（特許文献２参照）。しかし、各発熱抵抗体列ごとの薄膜共通電極を配置しただけであるので、電圧降下防止の本質的な改善になっていない。
特開平６‐９１９１２号公報 特開２００２‐３７０３９９号公報

以上のようにヘッド基板に配置される薄膜共通電極は駆動電流による電圧降下を生じやすく各素子に印加する電圧値を変動し素子発熱量に影響を与えやすい。とくに高密度化でその影響が大きくなり、プリンタの画質の低下を招来する。

本発明はこのような共通電極の電圧降下を抑制し、各発熱抵抗体の駆動が他の発熱抵抗体に影響するのを抑制して高密度で高画質を得ることができるサーマルプリントヘッドを得るものである。

本発明は、主走査方向に列状に配列される複数の発熱抵抗体と；各発熱抵抗体の一端に接続される個別電極配線と；前記発熱抵抗体の他端に接続され前記個別電極配線と同方向に折り返して配線され共通電極に接続される戻り配線と；前記個別電極配線に接続され前記発熱抵抗体を駆動する駆動用ＩＣとを有してなる発熱抵抗回路と、
前記発熱抵抗回路の少なくとも発熱抵抗体、個別電極配線および戻り配線を一表面に配置した長尺のヘッド基板と、
前記ヘッド基板に並行して設置され前記発熱抵抗回路を外部回路に接続する駆動基板とを具備するサーマルプリントヘッドにおいて、
前記発熱抵抗回路は第１の発熱抵抗回路と第２の発熱抵抗回路とからなり、両回路の各列状の複数の発熱抵抗体は隣接して主走査方向に並行するように前記ヘッド基板上に配置され、
かつ前記両回路の発熱抵抗体が相互に列方向の配列ピッチの半ピッチ分だけずれて配置され、
前記共通電極が前記駆動基板の印刷配線で形成されてなるサーマルプリントヘッドにある。

さらに、本発明は、前記各発熱抵抗回路はそれぞれ複数の駆動用ＩＣを具備し、これらの駆動用ＩＣは前記発熱抵抗体の一部を分割駆動するように前記個別電極配線とワイヤ接続され、前記戻り配線は前記発熱抵抗体の１つの駆動用ＩＣによる分割駆動数よりも少ない発熱抵抗体数ごとに前記ヘッド基板上で共通配線により共通接続され、前記共通配線は前記駆動基板上の共通電極にワイヤ接続されてなるサーマルプリントヘッドにある。

本発明は共通電極の主体を駆動基板の印刷配線で形成することにより、共通電極の電圧降下を抑制し、各発熱抵抗体素子の駆動が他素子に影響するのを抑制して高密度で高画質を得ることができるサーマルプリントヘッドが得られる。

以下図面により本発明の実施形態を説明する。

図１乃至図３は、本発明の一実施形態を示しており、図１はサーマルプリントヘッドの全体平面略図、図２は一部拡大平面略図、図３は一部拡大断面略図である。

アルミニウムやステンレスでできた金属製の支持基板５０表面に、長尺のセラミクスでできたヘッド基板１０が接着配置され、その両側の長辺に沿って例えばガラスエポキシの樹脂でできた印刷配線板を構成する長尺の駆動基板３０，３１が接着、併設される。

ヘッド基板１０の中央に放熱用のガラスグレーズ層１１が凸状にヘッド基板の長尺方向に盛り上がって形成され、この部分に列状をなす複数の発熱抵抗体すなわち発熱抵抗体列１２，１３が長尺方向に延在している。列１２，１３は隣接して並行しており、列方向が画像形成機能上の主走査方向になり、これに直交する方向にプリント紙が相対走行し、その走行方向が副走査方向になる。

発熱抵抗体列１２，１３は、印字におけるドット密度に対応した幅に形成され所定ピッチで配置された複数の発熱抵抗体１６からなり、第１の発熱抵抗体列１２と第２の発熱抵抗体列１３がグレーズ層１１の凸部頂を中心に隣接して配置される。これらの発熱抵抗体列はヘッド基板１０上にグレーズ層頂部を中心に、対称的構造に配置され構成が同じであるので、以下第１の発熱抵抗体列１２を説明し、第２の発熱抵抗体列１３の説明を略する。各発熱抵抗体１６は一端が個別電極配線１７に、他端が折り返す戻り配線１８に接続され、個別電極配線１７および戻り配線１８はグレーズ層の凸部から離れる方向すなわち駆動基板３０の位置する側に延びている。個別電極配線１７および戻り配線１８の各端に電極パッド１９，２０が形成され、個別電極配線１７の電極パッド１９と戻り配線の電極パッド２０はヘッド基板の長尺方向に千鳥配列される。これは電極パッドがボンディングワイヤ接続のために幅広であるので電極パッドを交互にずらして幅広の位置が重ならないようにするためである。

さらに第１の発熱抵抗体列１２の各発熱抵抗体１６の位置は第２の発熱抵抗体列１３の各発熱抵抗体１６ａの位置に対して発熱抵抗体間の間隙（ピッチ）Ｐｒの１／２Ｐｒだけずれて配置される。これにより第１および第２の発熱抵抗体列１２，１３の間隔をＰとするとき、印字時に、まず第１の発熱抵抗体列１２の駆動によりプリント媒体の第１のドットが印字され、つづいて所定時間を経てヘッドが媒体との相対移動によりＰの位置に達したときに、第２の発熱抵抗体列１３が第１の発熱抵抗体列に遅延して駆動されると、印字された第１のドット間に第２のドットが印字され、主走査方向に一列のドット列を形成する。

以上の第１の列１２の複数の発熱抵抗体１６、個別電極配線１７および戻り配線１８により発熱抵抗回路２１を構成する。また第２の列１３の複数の発熱抵抗体１６ａ、個別電極配線１７および戻り配線１８により発熱抵抗回路２１ａを構成する。

次に駆動基板３０について説明する。駆動基板３０は箔状の導体パターンを樹脂製絶縁基板の表面（内面を含む）に形成したプリント配線板である。導体は１７μｍ、３５μｍというような銅箔を使用して厚い導体で形成することができ、電気抵抗の低いものを任意に作製することができる。本実施形態ではこのプリント配線の駆動基板３０上に共通電極３２と外部回路接続用の外部配線３３、および駆動用ＩＣ４０の実装位置を形成する。これらの共通電極３２および外部配線３３をフォトエッチングによりパターン化する。

共通電極３２はヘッド基板１０に隣接する長辺に沿って直線状に形成され、第１の発熱抵抗回路が含む全発熱抵抗体の共通電極として形成される。さらに駆動用ＩＣの実装位置を介して外部配線３３が配置される。

駆動基板３０を支持基板５０に接着する前または後に駆動用ＩＣ４０が駆動基板に実装される。各発熱抵抗回路は多数の発熱抵抗体を有しており、一個の駆動用ＩＣでは全てを駆動することができないので、図１に示すように複数の駆動用ＩＣ４０をヘッド基板の長尺方向に沿って並列させて発熱抵抗体の一部を部分駆動する。例えば一個の駆動用ＩＣが分担する発熱抵抗体数は１２８個である。このように配置した駆動用ＩＣに対して、ヘッド基板上の個別電極配線の電極パッド１９と駆動用ＩＣ４０の端子４１間が金やアルミニウムなどのワイヤ４２でボンディング接続され、さらに同様に戻り配線の電極パッド２０と共通電極３２間が最短の位置でワイヤ４３でボンディングされる。また、外部配線３３と駆動用ＩＣ４０の端子４４間がワイヤ４５によりボンディング接続される。

ホンディングワイヤ接続部分は駆動用ＩＣ４０を含めてシリコン樹脂やエポキシ樹脂のエンキャップ剤４５で被覆されて外部衝撃や汚染から保護される。

本実施形態によれば、各発熱抵抗体が、駆動基板３０上に形成され電圧降下のほとんど無視できる共通電極３２に個別に接続されるので他の発熱抵抗体による電圧変動の影響を受けることがなく、所要の発熱量が得られて高品質の高密度画像を形成することができる。

図４は本発明の第２の実施形態を示すもので、同列の隣り合う２個の発熱抵抗体を対として共通の戻り配線１８を接続した配線パターンに形成したものである。他の部分は前記実施形態と同じであり同一符号を付している。ヘッド基板１０上で２個の発熱抵抗体１６，１６の他端側に接続ライン２２を配置し、このラインからＴ字状に戻り配線１８を個別電極配線１７と同方向に引き出している。

このパターンによれば、対となる発熱抵抗体同士はその駆動により相互に影響を受けるが、戻り配線数が発熱抵抗体の半数となり、共通電極とのボンディングワイヤ４３の駆動基板への接続数も半減できる効果がある。

電圧降下の影響について説明する。１０００ビットのプリントヘッドで、従来装置として１０００個の一列発熱抵抗体（Ｎ＝１０００）に１本の共通電極をヘッド基板に形成した構成を例にして本実施形態と対比すると、従来装置は、各発熱抵抗体にかかる電圧Ｖが抵抗体の電気抵抗をｒ、電流をｉとするとき、１個のみの発熱抵抗体が駆動される場合（Ｎ＝１）でＶ＝ｒ×ｉ、全数駆動（Ｎ＝１０００）でＶ＝ｒ×ｉ×１０００になる。前者をＭＩＮ、後者をＭＡＸとすると、ＭＡＸ／ＭＩＮ＝１０００になる。

これに対して、本実施形態は共通電極の電圧降下を考慮する必要がないので、ＭＩＮ（Ｎ＝１）でＶ＝ｒ×ｉ、ＭＡＸ（Ｎ＝２）でｒ×ｉ×２、ＭＩＮ／ＭＡＸ＝２であるから、電圧降下の影響は従来装置に比べて（２／１０００）になる。

図５は本発明の第３の実施形態を示している。第２の実施形態のヘッド基板上で戻り配線１８の電極パッドを複数の戻り配線ごとに中継ライン２３として一括したもので、本実施形態では４個の発熱抵抗体１６ごとに中継ライン２３を配置している。なお第２の実施形態と同一の符号は同一部分を示す。中継ラインの一括数は１駆動用ＩＣ４０が駆動を分割受け持つ発熱抵抗体数を１２８個とすると、それよりも少ない数とする。例えばこの実施形態の４個のほか、８，１６，３２，６４個の等分割、３２個×２と６４個の分割などの不等分割でもよく、設計に対応して一括することができる。これにより、駆動基板３０の共通電極３２へのワイヤ接続数を減らすことができる。この中継ライン２３はヘッド基板上にあり、戻り配線１８と同工程で形成するので薄膜構造であるが、他の発熱抵抗体の駆動によってこうむる影響は同一中継ラインの電圧降下分にとどまり、駆動用ＩＣごとの画質むらも軽減できる。

図６は本発明の第４の実施形態を示している。第３の実施形態における中継ライン２２に所定の間隔で切り込み２４を入れて、切り込み位置の電気抵抗を大にして電流障壁を形成して発熱抵抗体相互の駆動電流の影響を少なくしたものである。ただし、切り込みで区画された中継ラインは区画ごとにワイヤ４６で接続する必要がある。

なお本発明を上記実施形態において駆動用ＩＣを駆動基板に実装した構成について述べたが、本発明は駆動用ＩＣをヘッド基板上に実装することもでき、この場合は駆動用ＩＣはヘッド基板上の発熱抵抗回路に含まれるものである。

本発明の第１の実施形態を示す平面略図。 図１の一部拡大平面略図。 図１の一部拡大断面略図。 第２の実施形態を示す一部拡大平面略図。 第３の実施形態を示す一部拡大平面略図。 第４の実施形態を示す一部拡大平面略図。

符号の説明

１０：ヘッド基板
１２，１３：発熱抵抗体列
１６，１６ａ：発熱抵抗体
１７，１７ａ：個別電極配線
１８，１８ａ：戻り配線
１９：個別電極配線の電極パッド
２０：戻り配線の電極パッド
２１，２１ａ：発熱抵抗回路
２２：接続ライン
２３：中継ライン
３０，３１：駆動基板
３２：共通電極
３３：外部配線
４０：駆動用ＩＣ
４１，４４：駆動用ＩＣの端子
４２，４３，４５：ワイヤ（ボンディング）

Claims (2)

1. 主走査方向に列状に配列される複数の発熱抵抗体と；各発熱抵抗体の一端に接続される個別電極配線と；前記発熱抵抗体の他端に接続され前記個別電極配線と同方向に折り返して配線され共通電極に接続される戻り配線と；前記個別電極配線に接続され前記発熱抵抗体を駆動する駆動用ＩＣとを有してなる発熱抵抗回路と、
   前記発熱抵抗回路の少なくとも発熱抵抗体、個別電極配線および戻り配線を一表面に配置した長尺のヘッド基板と、
   前記ヘッド基板に並行して設置され前記発熱抵抗回路を外部回路に接続する駆動基板とを具備するサーマルプリントヘッドにおいて、
   前記発熱抵抗回路は第１の発熱抵抗回路と第２の発熱抵抗回路とからなり、両回路の各列状の複数の発熱抵抗体は隣接して主走査方向に並行するように前記ヘッド基板上に配置され、
   かつ前記両回路の発熱抵抗体が相互に列方向の配列ピッチの半ピッチ分だけずれて配置され、
   前記共通電極が前記駆動基板の印刷配線で形成されてなるサーマルプリントヘッド。
2. 前記各発熱抵抗回路はそれぞれ複数の駆動用ＩＣを具備し、これらの駆動用ＩＣは前記発熱抵抗体の一部を分割駆動するように前記個別電極配線とワイヤ接続され、前記戻り配線は前記発熱抵抗体の１つの駆動用ＩＣによる分割駆動数よりも少ない発熱抵抗体数ごとに前記ヘッド基板上で中継ラインにより共通接続され、前記中継ラインは前記駆動基板上の共通電極にワイヤ接続されてなる請求項１記載のサーマルプリントヘッド。

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