(57)【要約】【課題】ヘッド基板の湾曲を抑制できる。【解決手段】サーマルプリントヘッド１０は、放熱板２０、セラミックからなる支持基板３２を含むヘッド基板３０、回路基板５０、駆動ＩＣ６０、封止体６６、および、第１セラミック板７０を有している。ヘッド基板３０および回路基板５０は、放熱板２０の上面に配置されている。駆動ＩＣ６０は、回路基板５０のヘッド基板３０寄りの上面に載置されていて、エポキシ樹脂からなる封止体６６によって、ヘッド基板３０および回路基板５０に対して封止されている。第１セラミック板７０は、回路基板５０のヘッド基板３０寄りの下面に主走査方向に延びて貼り付けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、
セラミックからなる支持基板および前記支持基板の上面に積層されたグレーズ層を有し、前記放熱板の上面に載置されて、前記グレーズ層の上面に主走査方向に配列された複数の発熱素子が形成されたヘッド基板と、
前記放熱板の上面側に配置されて前記ヘッド基板と副走査方向に隣り合って主走査方向に延びて接続回路が形成された回路基板と、
前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面または前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に載置されて前記発熱素子および前記接続回路に電気的に接続された制御素子と、
前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面、前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面、および、前記制御素子を覆っているエポキシ樹脂からなる封止体と、
を具備したサーマルプリントヘッドにおいて、
前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの下面には主走査方向に延びた第１セラミック板が貼り付けられていることを特徴とするサーマルプリントヘッド。
【請求項２】
前記フレキシブル基板の上面であって前記第１セラミック板より前記ヘッド基板から離れた位置に主走査方向に延びた第２セラミック板が貼り付けら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。
【請求項３】
前記回路基板はフレキシブル基板であることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項４】
前記支持基板と前記第１セラミック基板とが同一のセラミック材料からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項５】
前記支持基板と前記第１セラミック基板とがアルミナからなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項６】
前記回路基板と前記第１セラミック板とがエポキシ系熱硬化型接着シートにより貼り付けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項７】
前記回路基板の下面であって前記第１セラミック板より前記ヘッド基板から離れた位置には、前記第１セラミック板と同一の厚さに形成された保持板が貼り付けられていることを特徴とする請求項１ないし６いずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項８】
放熱板と、セラミックからなる支持基板および前記支持基板の上面に積層されたグレーズ層を有し、前記放熱板の上面に載置されて、前記グレーズ層の上面に主走査方向に配列された複数の発熱素子が形成されたヘッド基板と、前記放熱板の上面側に配置されて前記ヘッド基板と副走査方向に隣り合って主走査方向に延びて接続回路が形成された回路基板と、前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面または前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に載置されて前記発熱素子および前記接続回路に電気的に接続された制御素子と、前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面、前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面、および、前記制御素子を覆っているエポキシ樹脂からなる封止体とを有するサーマルプリントヘッドを具備し、
前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの下面には主走査方向に延びた第１セラミック板が貼り付けられていることを特徴とするサーマルプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマルプリントヘッド、および、これを用いたサーマルプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（例えば、特許文献１を参照）。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、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。
【０００３】
図８に示すように、サーマルプリントヘッドは、一般的に、放熱板と、放熱板上に載置されたヘッド基板１３０および回路基板１５０とを備えている。
【０００４】
ヘッド基板１３０は、セラミックからなる支持基板および支持基板の上面に積層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９２に延びて、互いに主走査方向９１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、電極が形成されている。
【０００５】
一方、回路基板１５０には、接続回路が形成されている。また、回路基板１５０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、ボンディングワイヤを介して、電極（発熱抵抗部）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１３０の上面および回路基板の上面に供給されたエポキシ樹脂からなる封止体１６６によって封止されている。
【０００６】
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。プラテンローラは、主走査方向９１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）１３８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ている。サーマルプリンタは、プラテンローラを回転させることによって、プラテンローラと発熱領域との間に挿入された感熱記録媒体を発熱領域１３８に押し付けつつ、感熱記録媒体を副走査方向９２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、所望の画像を感熱記録媒体上に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−６６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
駆動用ＩＣおよびボンディングワイヤを封止するには、エポキシ樹脂（封止体１６６）を塗布して、１００℃程度で数時間加熱した後、冷却して、エポキシ樹脂（封止体１６６）を硬化させる。ヘッド基板１３０、回路基板１５０およびエポキシ樹脂（封止体１６６）は、加熱時には熱膨張して、冷却時には熱収縮する。ヘッド基板１３０および回路基板１５０は、エポキシ樹脂（封止体１６６）の硬化後も冷却されて、熱収縮を続ける。
【０００９】
ここで、回路基板１５０は、ヘッド基板１３０に比べて、熱膨張率が大きい。そのため、回路基板１５０の収縮力が、硬化したエポキシ樹脂（封止体１６６）を介して、ヘッド基板１３０の封止部分（ヘッド基板１３０の回路基板１５０寄りの部分）に加わり、図８に示したように、ヘッド基板１３０が湾曲してしまう。すなわち、ヘッド基板１３０と回路基板１５０との熱膨張率の差により、ヘッド基板１３０が湾曲してしまう。その結果、ヘッド基板１３０に形成された発熱領域１３８が湾曲し、プラテンローラとの接触が一様でなくなり、画質が低下してしまう。
【００１０】
なお、回路基板１５０の収縮力がヘッド基板１３０の封止部分に伝わらないように、封止体１６６として、シリコン樹脂のような柔らかな熱可塑性樹脂を用いたサーマルプリントヘッドが知られている。しかし、このような柔らかなシリコン樹脂を用いると、外部からの衝撃等により、ボンディングワイヤが断線する恐れがあり、耐久性等に問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、封止体としてエポキシ樹脂を用いて、かつ、ヘッド基板の湾曲を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係るサーマルプリントヘッドは、放熱板と、セラミックからなる支持基板および前記支持基板の上面に積層されたグレーズ層を有し、前記放熱板の上面に載置されて、前記グレーズ層の上面に主走査方向に配列された複数の発熱素子が形成されたヘッド基板と、前記放熱板の上面側に配置されて前記ヘッド基板と副走査方向に隣り合って主走査方向に延びて接続回路が形成された回路基板と、前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面または前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に載置されて前記発熱素子および前記接続回路に電気的に接続された制御素子と、前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面、前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面、および、前記制御素子を覆っているエポキシ樹脂からなる封止体とを具備し、前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの下面には主走査方向に延びた第１セラミック板が貼り付けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るサーマルプリンタは、放熱板と、セラミックからなる支持基板および前記支持基板の上面に積層されたグレーズ層を有し、前記放熱板の上面に載置されて、前記グレーズ層の上面に主走査方向に配列された複数の発熱素子が形成されたヘッド基板と、前記放熱板の上面側に配置されて前記ヘッド基板と副走査方向に隣り合って主走査方向に延びて接続回路が形成された回路基板と、前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面または前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面に載置されて前記発熱素子および前記接続回路に電気的に接続された制御素子と、前記ヘッド基板の前記回路基板寄りの上面、前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの上面、および、前記制御素子を覆っているエポキシ樹脂からなる封止体とを有するサーマルプリントヘッドを具備し、前記回路基板の前記ヘッド基板寄りの下面には主走査方向に延びた第１セラミック板が貼り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヘッド基板の湾曲を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリンタの部分断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、保護層を除いたヘッド基板の一部を拡大した上面図である。
【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。
【図５】図１のV−V矢視断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドと従来のサーマルプリントヘッドとのヘッド基板の湾曲量の比較したグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、図１のV−V矢視断面図である。
【図８】従来のサーマルプリントヘッドの概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリンタについて説明する。
【００１７】
まず、第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０およびサーマルプリンタの概要について、図１ないし図４を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリンタの部分断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、保護層を除いたヘッド基板の一部を拡大した上面図である。図４は、図３のIV−IV矢視断面図である。
【００１８】
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ＩＣ６０を有している。
【００１９】
放熱板２０は、例えばアルミニウムなどの金属からなり、主走査方向９１に延びている。ヘッド基板３０および回路基板５０は、放熱板２０の上面に配置されている。
【００２０】
ヘッド基板３０について、図１、図３および図４を用いて説明する。
【００２１】
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９１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、例えばアルミナなどのセラミックによって構成されている。グレーズ層３４は、例えばＳｉＯ２からなるガラス膜からなり、支持基板３２の上面に積層されている。
【００２２】
グレーズ層３４の上面には、副走査方向９２に延びて、互いに主走査方向９１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。個別電極４０は、後述のとおり、ボンディングワイヤ６２を介して、駆動ＩＣ６０に電気的に接続されている。
【００２３】
ここで、ヘッド基板３０は、例えば、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、抵抗体層および導電体層を順に積層する。
【００２４】
その後、フォトエングレービングプロセスによって、導電体を所定の個別電極４０および共通電極４２の形状に形成した後、抵抗体層を所定の発熱抵抗部３６の形状に形成する。さらに、発熱抵抗部３６、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膜４４に開口を形成する。
【００２５】
回路基板５０について、図１および図２を用いて説明する。
【００２６】
回路基板５０は、ヘッド基板３０と副走査方向９２に隣り合うように放熱板２０の上面側に配置されて、ヘッド基板３０と並行して主走査方向９１に延びている。回路基板５０は、接続回路（図示しない。）が形成されたフレキシブル基板である。
【００２７】
回路基板５０のヘッド基板３０寄りの上面には、主走査方向９１に延びた駆動用ＩＣ６０が実装されている。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。ボンディングワイヤ６２を介して、個別電極４０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６４を介して、接続回路に電気的に接続されている。
【００２８】
また、回路基板５０には、コネクタ５２，５４が実装されている。このコネクタ５２，５４から接続回路に駆動電力および制御信号を入力する。
【００２９】
駆動用ＩＣ６０およびボンディングワイヤ６２，６４は、エポキシ樹脂からなる封止体６６によって封止されている。封止体６６は、ヘッド基板３０の回路基板５０寄りの上面、および、回路基板５０のヘッド基板３０寄りの上面に対して、駆動用ＩＣ６０およびボンディングワイヤ６２，６４を封止している。
【００３０】
このようなサーマルプリントヘッド１０を用いたサーマルプリンタについて、図２を用いて説明する。
【００３１】
サーマルプリンタは、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９１を軸８２として、その側面８４が発熱領域３８に接するように配置されて、その軸８２を中心に回転可能に設けられている。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８６を発熱領域３８に押し付けつつ、感熱記録媒体８６を副走査方向９２に移動させる。この感熱記録媒体８６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８６上に形成する。
【００３２】
次に、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０の主な特徴部分について、図５を用いて説明する。図５は、図１のV−V矢視断面図である。
【００３３】
ヘッド基板３０は、両面テープまたはシリコン樹脂等の樹脂性接着剤によって、放熱板２０の上面に貼着されている。
【００３４】
回路基板５０のヘッド基板３０寄りの下面には、主走査方向９１に延びた第１セラミック板７０が接着されている。また、回路基板５０の上面であって第１セラミック板７０よりヘッド基板３０から離れた位置には、主走査方向９１に延びた第２セラミック板７４が接着されている。第１セラミック板７０および第２セラミック板７４は、セラミックからなり、支持基板３２と同じ材料（例えば、アルミナ）により構成されていることが好ましい。第１セラミック板７０および第２セラミック板７４は、例えばエポキシ系熱硬化型接着シート７２によって、回路基板５０に接着されている。
【００３５】
さらに、回路基板５０の下面であって第１セラミック板７０よりヘッド基板３０から離れた位置には、第１セラミック板７０と同一の厚さに形成された保持板７８が接着されている。すなわち、第１セラミック板７０の下面と保持板７８の下面とは、同一平面を形成している。保持板７８は、例えばガラスエポキシ樹脂からなり、例えばエポキシ系熱硬化型接着シート７２によって、回路基板５０に接着されている。保持板７８は、放熱板２０に対して回路基板５０を水平に配置するために設けられている。
【００３６】
回路基板５０は、第１セラミック板７０と保持板７８とが放熱板２０の上面に貼着されることによって、放熱板２０の上面側に配置されている。第１セラミック板７０および保持板７８は、両面テープまたはシリコン樹脂等の樹脂性接着剤によって、放熱板２０の上面に貼着されている。
【００３７】
駆動用ＩＣ６０およびボンディングワイヤ６２，６４は、封止体６６により、ヘッド基板３０および回路基板５０に対して封止されている。この封止は、エポキシ樹脂（封止体６６）を塗布して、１００℃程度で数時間加熱した後、エポキシ樹脂（封止体６６）を硬化させて行う。
【００３８】
本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０およびサーマルプリンタの効果について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドと従来のサーマルプリントヘッドとのヘッド基板の湾曲量の比較したグラフである。
【００３９】
上述したとおり、エポキシ樹脂からなる封止体１６６を用いた、従来のサーマルプリントヘッドにおいては、ヘッド基板１３０と回路基板１５０との熱膨張率の差によって、駆動用ＩＣ等の封止時に、ヘッド基板１３０が湾曲してしまう。
【００４０】
本実施形態においては、回路基板５０のヘッド基板３０寄りの下面には、第１セラミック板７０が接着されている。
【００４１】
ここで、ヘッド基板３０は、セラミックからなる支持基板３２、および、支持基板３２より薄いガラス膜からなるグレーズ層３４によって構成されている。よって、ヘッド基板３０の熱膨張率は、全体として支持基板３２の熱膨張率に近い。一方、本実施形態における回路基板５０には、セラミックからなる第１セラミック板７０が接着されているため、回路基板５０の熱膨張率は、全体としてヘッド基板３０の熱膨張率に近づく。その結果、本実施形態によれば、従来のサーマルプリントヘッドに比べて、駆動用ＩＣ６０等の封止時に生じるヘッド基板１３０の湾曲を小さくできる。
【００４２】
本実施形態においては、回路基板５０に可とう性のあるフレキシブル基板を採用している。そのため、回路基板５０の熱膨張率は、さらに第１セラミック板７０の熱膨張率に近づき、ヘッド基板１３０の湾曲は、より小さくなる。
【００４３】
また、第１セラミック板７０を支持基板３２と同一の材料（例えば、アルミナ）で構成することによって、熱膨張率の差を小さくすることができ、ヘッド基板１３０の湾曲を小さくできる。
【００４４】
さらに、本実施形態においては、回路基板５０の上面であって第１セラミック板７０よりヘッド基板３０から離れた位置には、第２セラミック板７４が接着されている。そのため、フレキシブル基板からなる回路基板５０の曲がりや反りを小さくできる。
【００４５】
図６の横軸は、有効印画記録長（発熱領域３８の主走査方向９１の長さ）を示し、図６の縦軸は、湾曲量（発熱領域３８の主走査方向９１の中央部と発熱領域３８の主走査方向９１の端部との副走査方向の距離）ｄを示している。
【００４６】
図６に示したように、本実施形態においては、エポキシ樹脂からなる封止体１６６を用いた、従来のサーマルプリントヘッドに比べて、封止時に生じるヘッド基板１３０の湾曲が小さい。また、本実施形態によれば、シリコン樹脂からなる封止体を用いた、従来のサーマルプリントヘッドに匹敵する程度に、ヘッド基板１３０の湾曲を小さくできる。
【００４７】
なお、便宜上、「上面」および「下面」という文言を用いて説明した。「上面」と「下面」とは、互いに表裏の関係にあることを意味し、空間的な上下を意味するものではない（以下、同じ。）。
【００４８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドについて、図７を用いて説明する。本発明の第２の実施形態に係るサーマルプリントヘッドを説明するための図であって、図１のV−V矢視断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複説明を省略する。
【００４９】
本実施形態においては、放熱板２０の上面には、主走査方向９１に沿った段差が形成されていて、放熱板２０は、高低差のある２つの上面が形成されている。放熱板２０の低い方の上面には、ヘッド基板３０および第１セラミック板７０が貼着されていて、放熱板２０の高い方の上面には、回路基板５０が貼着されている。すなわち、第１の実施形態と異なり、保持板７８が不要な構造となっている。
【００５０】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００５１】
［他の実施形態］
第１の実施形態においては、駆動用ＩＣ６０は、回路基板５０のヘッド基板３０寄りの上面に配置されているが、ヘッド基板３０の回路基板５０寄りの上面に配置されていても良い。
【００５２】
また、第１の実施形態においては、駆動ＩＣ６０は、回路基板５０の上面に載置されているが、ヘッド基板３０の上面に載置されていても良い。
【００５３】
第１の実施形態においては、平坦なグレーズ層３４を採用したが、発熱領域３２に沿って盛り上がって形成された凸状のグレーズ層を採用しても良い。また、第１の実施形態においては、１つの発熱抵抗部３６によって感熱記録媒体７６に１ドットを出力する、「１画素１素子型」を採用しているが、隣り合った２つの発熱抵抗部３６に電流が折り返して流れて、２つの発熱抵抗部３６によって感熱記録媒体８６に１ドットを出力する、「１画素２素子型」を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５４】
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、４２…共通電極、４４…保護膜、５０…回路基板、５２，５４…コネクタ、６０…駆動用ＩＣ、６２，６４…ボンディングワイヤ、６６…封止体、７０…第１セラミック板、７２…接着シート、７４…第２セラミック板、７６…接着シート、８０…プラテンローラ、８２…プラテンローラの軸、８４…プラテンローラの側面、８６…感熱記録媒体、９１…主走査方向、９２…副走査方向、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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