(57)【要約】【課題】サーマルプリントヘッドの耐久性を向上する。【解決手段】サーマルプリントヘッドは、印画媒体に対向する第１面、第１面に連続して第１面に対して傾いた面を有する斜面、を有する基板と、第１面と斜面との境界をなす角部を覆うように形成されている第１蓄熱層と、第１面の上に形成されている第２蓄熱層と、第１蓄熱層の上に形成されている発熱部と、第１蓄熱層および第２蓄熱層の上に形成され、発熱部に電気的に接続されている電極と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印画媒体に対向する第１面、前記第１面に連続して前記第１面に対して傾いた面を有する斜面、を有する基板と、
前記第１面と前記斜面との境界をなす角部を覆うように形成されている第１蓄熱層と、
前記第１面の上に形成されている第２蓄熱層と、
前記第１蓄熱層の上に形成されている発熱部と、
前記第１蓄熱層および前記第２蓄熱層の上に形成され、前記発熱部に電気的に接続されている電極と、
を備えるサーマルプリントヘッド。
【請求項２】
前記第１蓄熱層が、前記基板の前記第１面から前記斜面上に伸ばした第１仮想面よりも上方まで形成されている、
請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
前記第１蓄熱層が、前記基板の側面と前記斜面とにより形成される第２角部を覆わないように形成されている、
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】
前記第１蓄熱層と前記第２蓄熱層とは隔離して形成されている、
請求項１から３の何れか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載のサーマルプリントヘッドと、
前記サーマルプリントヘッドが備える発熱部上に印画媒体を搬送する搬送機構と、
前記発熱部に前記印画媒体を押圧するプラテンローラと、
を備えるサーマルプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、サーマルプリントヘッド及び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、その熱により感熱印画媒体等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、イメージャ、シールプリンタ等の記録機器に広く使用されている。
【０００３】
近年、印画媒体の硬質化と印刷速度の高速化が進んでいる。印画媒体の硬質化に伴い、サーマルプリントヘッドに印画媒体が接触する際の衝撃が増大している。また、印画速度の高速化に伴い、プラテンローラが印画媒体を介してサーマルプリントヘッドを押圧する押圧力が高くなっている。この衝撃と押圧力の高まりに伴い、サーマルプリントヘッドのさらなる耐久性の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２０２９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、サーマルプリントヘッドの耐久性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドは、印画媒体に対向する第１面、前記第１面に連続して前記第１面に対して傾いた面を有する斜面、を有する基板と、前記第１面と前記斜面との境界をなす角部を覆うように形成されている第１蓄熱層と、前記第１面の上に形成されている第２蓄熱層と、前記第１蓄熱層の上に形成されている発熱部と、前記第１蓄熱層および前記第２蓄熱層の上に形成され、前記発熱部に電気的に接続されている電極と、を備える。
【０００７】
また、本実施形態に係るサーマルプリンタは、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドと、前記サーマルプリントヘッドが備える発熱部上に印画媒体を搬送する搬送機構と、前記発熱部に前記印画媒体を押圧するプラテンローラと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッドの上面図である。
【図２】第１の実施形態に係るヘッド基板の断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るヘッド基板の上面図である。
【図４】第１の実施形態に係る回路基板の断面図である。
【図５】第１の実施形態に係るヘッド基板と回路基板との接続について説明するための図である。
【図６】第１の実施形態に係るサーマルプリンタの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は例示であり、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。また、図面は模式的なものであり、寸法等は現実のものとは異なる。
【００１０】
図１は、第１の実施形態に係るサーマルプリントヘッド１００の上面図である。図１に示すように、サーマルプリントヘッド１００は、放熱板２０、ヘッド基板３０、回路基板４０を備える。ヘッド基板３０及び回路基板４０は、放熱板２０の主面上に、互いに隣接して接着剤で固定される。接着剤には、両面接着テープ、軟性のあるシリコン樹脂等の熱硬化性樹脂接着剤を使用することができる。ここで、図１に示す方向Ｘは主走査方向であり、方向Ｙは印画媒体の移動方向である副走査方向である。
【００１１】
放熱板２０は、例えば、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成された平板である。
【００１２】
ヘッド基板３０は、印画媒体７０に印字する機能を有する。ヘッド基板３０は、図１に示すように、主走査方向Ｘを長手方向とする部材である。ヘッド基板３０は、図２に示すように、支持基板９およびグレーズ層を形成する第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂを備える。支持基板９は、耐熱性を有する絶縁体材料からなり、例えば、アルミナ等のセラミックスにより構成されている。支持基板９は、ＳｉＮ，ＳｉＣ，石英、ＡｌＮ、あるいは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ等を含むファインセラミックスであってもよい。グレーズ層を形成する第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂは、例えばＳｉＯ２からなるガラス膜あるいは樹脂膜等からなり、支持基板９に積層している。グレーズ層を形成する第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂは、例えば、ガラスの粉末を有機溶剤で混合したガラスペーストを支持基板９上に印刷した後、焼成して形成することができる。
【００１３】
支持基板９は、図２に示すように、第１面９ａ，第１面９ａに対向する第２面９ｂ、側面９ｃ、第１面９ａに接続し第１面９ａに対して傾いた斜面９ｄを有している。第１面９ａと斜面９ｄとの境界をなす角部を第１角部９ｅとする。側面９ｃと斜面９ｄとの境界をなす角部を第２角部９ｆとする。
【００１４】
第１角部９ｅを覆うように第１蓄熱層１０ａが形成されている。第１蓄熱層１０ａは、熱伝導性の低い材料で形成されており（例えばガラス等）、発熱部１４（発熱抵抗体）で発生する熱が支持基板９側に放熱されることを抑制する。第１角部９ｅ上に形成された第１蓄熱層１０ａの体積は小さく、その熱容量も小さいので、第１蓄熱層１０ａに蓄積される熱量は少ない。また、第１蓄熱層１０ａは、支持基板９の第１面９ａから斜面９ｄ上に伸ばした第１仮想面よりも上方まで盛り上がって形成されている。また、第１蓄熱層１０ａは、第１角部９ｅと斜面９ｄとを覆うように形成されている。また、第１面９ａを覆うように第２蓄熱層１０ｂが形成されている。
【００１５】
第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとは、Ｙ軸方向に離間して形成されている。第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとを離間することにより、第１蓄熱層１０ａの熱容量を小さくしている。
【００１６】
ここで、ヘッド基板３０の作成方法について説明する。支持基板９は、例えばアルミナセラミックスからなる板厚が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の長方形の平板である。図２に示すように、支持基板９の一端は斜めにカットされ、斜面９ｄとなっている。支持基板９の上にガラスからなるグレーズ層を形成する第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂを形成する。具体的には、ガラスの粉末を有機溶剤で混合したガラスペーストを支持基板９上に印刷した後、焼成して第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂを形成する。また、支持基板９上にガラスペーストを印刷し焼成した後に、フォトエングレービングプロセスにより第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂの離間する部分をエッチング除去し、再度焼成してもよい。
【００１７】
次に、第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂの上に、スパッタ装置等の薄膜形成装置により、抵抗体層１１及び導電体層１２を順に積層する。抵抗体層１１と導電体層１２とは、電気的に接続されている。その後、フォトエングレービングプロセスにより、抵抗体層１１及び導電体層１２を形成する。導電体層１２が、個別電極１５、共通電極１６及び接続部１７となる。個別電極１５及び共通電極１６は、幅がＧであり、ピッチがＰで配列している。続いて、導電体層１２の図３に斜線で示す部分（幅Ｇ、長さＬ）をエッチング除去する。この導電体層１２をエッチング除去した部分の抵抗体層１１が発熱部１４となる。発熱部１４は、図３に示すように、主走査方向Ｘに向かってピッチＰでアレイ状に形成されている。この発熱部１４の面積とピッチＰにより、印画媒体に印画される画素の密度（ドット／インチ）が決まる。発熱部１４の一端には、個別電極１５もしくは共通電極１６が接続されている。発熱部１４の他端は、他の発熱部１４の他端と接続部１７を介して接続されている。
【００１８】
更に、個別電極１５及び共通電極１６及び発熱部１４を覆う保護膜１３を形成する。個別電極１５及び共通電極１６と後述する回路基板４０とをボンディングワイヤ４２で接続するために、個別電極１５及び共通電極１６の該当箇所の保護膜１３には開口部を設けておく。
【００１９】
抵抗体層１１は、例えば、ＴａＳｉＯ，ＮｂＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＣＯ系の電気抵抗体材料からなる。導電体層１２は、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，ＡｌＣｕ合金等の金属を主材料として形成される。保護膜１３は、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣ膜等の硬質で緻密な熱伝導率の高い絶縁体材料から形成される。保護膜１３の表面材料に少なくともＳｉと炭素が含まれていると熱伝導率が高くなるので好適である。この保護膜１３は、少なくとも発熱部１４、個別電極１５、共通電極１６を被覆し、プラテンローラ５０による印画媒体の圧接、あるいは摺接による摩耗、並びに大気中の水分等の接触による腐食からサーマルプリントヘッド１００を保護する機能を有する。以上のようにしてヘッド基板３０が作成される。
【００２０】
回路基板４０は、制御装置８０の制御に基づいて、ヘッド基板３０に電流を供給する機能を有する。回路基板４０は、図４に示すように、放熱板２０の主面上にヘッド基板３０と隣り合うように配置される。
【００２１】
図５は、ヘッド基板３０と回路基板４０との接続について説明するための図である。回路基板４０のヘッド基板３０寄り上面には、所定数の駆動用ＩＣ４１が実装されている。他端にはコネクタ４４が実装されている。駆動用ＩＣ４１とコネクタ４４とは、プリント配線等により接続されている。ヘッド基板３０の発熱部１４の数に応じて、回路基板４０には複数の駆動用ＩＣ４１が実装されるが、図５は駆動用ＩＣ４１が１個の場合を示しいている。駆動用ＩＣ４１は、発熱部１４に供給する電流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。具体的には、駆動用ＩＣ４１は、コネクタ４４を介して制御装置８０から受信した制御信号に基づいて、電源装置９０から電流を供給するか否かをヘッド基板３０の発熱部１４ごとに制御する。駆動用ＩＣ４１の出力は、ボンディングワイヤ４２を介してヘッド基板３０の個別電極１５及び共通電極１６に電気的に接続されている。
【００２２】
図４に示すように、駆動用ＩＣ４１及びボンディングワイヤ４２は、エポキシ系樹脂からなる封止材４３によって封止されている。封止材４３によって、駆動用ＩＣ４１及びボンディングワイヤ４２が保護される。熱硬化性樹脂であるエポキシ系樹脂塗料を封止材４３として塗布し、１００℃程度における数時間の加熱処理により熱硬化させる。封止材４３で、ヘッド基板３０の個別電極１５及び共通電極１６、回路基板４０の配線部分も保護するようにしてもよい。封止材４３には、熱硬化性樹脂であるエポキシ系樹脂塗料を主に用いるが、熱硬化後にある程度の柔軟性を有するシリコン系樹脂を用いることもある。
【００２３】
次に、ヘッド基板３０の動作について説明する。ヘッド基板３０には、回路基板４０による制御に基づいて、個別電極１５と共通電極１６間に電流が供給される。抵抗体層１１と導電体層１２とが接触している部分では、回路基板４０から供給された電流は抵抗が低い導電体層１２を流れるので、抵抗体層１１は発熱しない。しかし、導電体層１２をエッチング除去した部分では、電流は抵抗が高い抵抗体層１１を流れるので、抵抗体層１１が発熱する。この導電体層１２がエッチング除去されている部分の抵抗体層１１が発熱部１４として機能する。
【００２４】
次に、上記で説明したサーマルプリントヘッド１００を備えるサーマルプリンタ２００について、図６を参照して説明する。図６は、サーマルプリンタ２００の概略断面図である。図６に示すように、サーマルプリンタ２００は、上述したサーマルプリントヘッド１００、プラテンローラ５０、搬送機構６０を備える。
【００２５】
搬送機構６０は、印画媒体７０と印画媒体７０に粘着されているインクリボン７１とを搬送媒体６１によって副走査方向Ｙに搬送する。プラテンローラ５０は、搬送媒体６１とともに印画媒体７０とインクリボン７１をヘッド基板３０の発熱部１４付近に押し付ける。回路基板４０の駆動用ＩＣ４１は、制御装置８０から制御信号を受け、印刷する画像の画素に対応する発熱部１４が発熱するように、電源装置９０から該当する発熱部１４に電流を供給する。駆動用ＩＣ４１は、搬送機構６０による印画媒体７０の移動速度に対応して、発熱部１４への通電のオン・オフを高速制御する。発熱部１４は、電流が供給されている間発熱する。プラテンローラ５０によりヘッド基板３０に押圧されたインクリボン７１のインクは、発熱している発熱部１４の上に位置する部分のインクのみが溶け、印画媒体７０に付着する。
【００２６】
インクリボン７１のインクを溶融した残余の熱は、熱容量の小さい第１蓄熱層１０ａ、支持基板９、放熱板２０を介して放熱される。第１蓄熱層１０ａは、熱容量が小さいので発熱部１４の高速な温度変化に追随して高速に温度変化する。発熱部１４への電流供給が停止した後、第１蓄熱層１０ａが高温状態を長時間維持していると、電流が供給されていない発熱部１４の周辺も高温状態が継続することになる。その結果、印画媒体７０にはボケた画像が形成されることになる。本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１００では、発熱部１４の高速な温度変化に追随して第１蓄熱層１０ａの温度も高速に変化するので、サーマルプリンタ２００は、印画媒体７０の高速移動とともに印画媒体７０に鮮明な画像を形成することができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１００では、第１蓄熱層１０ａが支持基板９の第１面９ａと斜面９ｄとの境界をなす第１角部９ｅを覆うように形成されている。第１蓄熱層１０ａが第１角部９eに形成されない場合、第１角部９ｅに形成される電極及び保護膜１３が剥離しやすく耐久性が低下する。しかし、第１角部９ｅを覆うように第１蓄熱層１０ａを形成することで、サーマルプリントヘッドの耐久性を向上させることができる。
【００２８】
また、支持基板９の第１面９ａは、第２蓄熱層１０ｂで覆われている。サーマルプリントヘッド１００の小型化に伴って、ヘッド基板３０に形成される電極が細くなっている。第２蓄熱層１０ｂは、この細い電極（個別電極１５及び共通電極１６）を保護している。これにより、サーマルプリントヘッドの耐久性を向上させることができる。
【００２９】
さらに、第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとが分離して形成されている。したがって、第１蓄熱層１０ａの体積は小さく、その熱容量は小さい。したがって、発熱部１４を高速にオン・オフしても、第１蓄熱層１０ａは、そのオン・オフに対応して高速に温度変化することができ、発熱部１４近傍の温度も、発熱部１４の制御速度に対応して高速に変化する。これにより、サーマルプリントヘッド１００の熱応答性を向上させることができる。
【００３０】
第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとを厚いグレーズ層によって接続した場合、グレーズ層を焼成する際に、焼成の温度等により、体積の大きい第２蓄熱層１０ｂにグレーズが引き寄せられて、第１角部９ｅに所望の厚さで第１蓄熱層１０ａを形成できない場合がある。逆に、第１蓄熱層１０ａが厚くなりすぎて、印画媒体７０の搬送の妨げになる場合がある。本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１００では、第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとを離間して形成することにより、想定外のグレーズの移動を無くすことができ、第１角部９ｅに所望の厚さのグレーズ層（第１蓄熱層１０ａ）を安定して形成することができる。
【００３１】
また、第１角部９ｅを覆うように第１蓄熱層１０ａを形成することにより、第１蓄熱層１０ａが、支持基板９の第１面９ａから斜面９ｄ上に伸ばした第１仮想面よりも上方まで形成される。つまり、印画媒体７０が押圧される発熱部１４近傍の発熱領域は、支持基板９の第１面９ａよりも突出している。これにより直線的な印画媒体７０の搬送経路を確保することができ、硬質の印画媒体７０を高速に搬送することができる。
【００３２】
なお、上記の説明では、インクリボンを用いて印画媒体７０に印刷する場合について説明したが、印刷方法はこれに限定する必要はない。例えば、印画媒体７０が感熱紙であってもよい。印画媒体７０が感熱紙の場合、通電により発熱している発熱部１４の上に位置する印画媒体７０の画素が感熱して着色する。
【００３３】
また、図５は、駆動用ＩＣ４１が全ての配線をスイッチングする図になっているが、図５に示した配線パターンは一例であり、これに限定する必要はない。例えば、駆動用ＩＣ４１を介さないで共通電極１６を直接コネクタ４４に接続するようにしてもよい。
【００３４】
また、図６では、印画媒体７０が連続した状態で搬送される図になっているが、印画媒体７０は分離された複数の印画媒体で構成されていてもよい。また、印画媒体７０の材質は、紙、プラスチック、フィルム、金属など様々であり、材質を限定する必要はない。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
９…支持基板
９ａ…第１面
９ｂ…第２面
９ｃ…側面
９ｄ…斜面
９ｅ…第１角部
９ｆ…第２角部
１０ａ…第１蓄熱層
１０ｂ…第２蓄熱層
１１…抵抗体層
１２…導電体層
１３…保護膜
１４…発熱抵抗体
１５…個別電極
１６…共通電極
１７…接続部
２０…放熱板
３０…ヘッド基板
４０…回路基板
４１…駆動用ＩＣ
４２…ボンディングワイヤ
４３…保護膜
４４…コネクタ
５０…プラテンローラ
６０…搬送機構
６１…搬送媒体
７０…印画媒体
７１…インクリボン
８０…制御装置
９０…電源装置
１００…サーマルプリントヘッド
２００…サーマルプリンタ 
【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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