(57)【要約】【課題】印画時に発熱部以外の部位との接触に起因する印画傷の発生を低減させるサーマルプリントヘッドを提供する。【解決手段】絶縁基板１１の主面上に突状の帯状体に形成され断面には頂上部を中心に第一傾斜部１９と第二傾斜部２０を有する弧状が形成された保温層１２と、保温層１２上に形成され一部が発熱部１６となる発熱抵抗体層１３と、第一傾斜部１９に沿うように配置された第一電極層１４と、第一電極層１４上に形成され、ワイヤボンディングされる接続端子部２１と、発熱抵抗体層１３上で第一電極層１４と発熱部１６となる間隙を設けて対向し発熱部１６を第二傾斜部２０上に形成し第二傾斜部２０に沿うように配置された第二電極層１５とを有するサーマルプリントヘッド。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板の主面上に突状の帯状体に形成されその断面が頂上部を中心に第一傾斜部と第二傾斜部を有する弧状である保温層と、
前記保温層を覆うように形成され一部が発熱部となる発熱抵抗体層と、
前記発熱抵抗体層上に形成され少なくとも第一傾斜部に沿うように配置された第一電極層と、
前記第一電極層の前記第一傾斜部に形成されワイヤボンディングされる接続端子部と、
前記発熱抵抗体層上で前記第一電極層と前記発熱部となる間隙を設けて対向し前記発熱部を前記第二傾斜部に形成するように少なくとも前記第二傾斜部に沿うように配置された第二電極層と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
【請求項２】
放熱基板と、
この放熱基板上に配置されたヘッド基板であって、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面上に突状の帯状体に形成されその断面が頂上部を中心に第一傾斜部と第二傾斜部を有する弧状である保温層と、前記保温層上に形成された一部が発熱部となる発熱抵抗体層と、前記発熱抵抗体層上に形成され少なくとも前記第一傾斜部に沿うように配置された第一電極層と、前記第一電極層の前記第一傾斜部に形成された接続端子部と、前記発熱抵抗体層上で前記第一電極層と前記発熱部となる間隙を設けて対向し前記発熱部を前記第二傾斜部に形成するように少なくとも前記第二傾斜部に沿うように配置された第二電極層と、前記第一電極層、前記第二電極層、および前記発熱部を少なくとも被覆するように形成された保護被覆層と、を有するヘッド基板と、
前記放熱基板上で、前記ヘッド基板に隣接して前記第一傾斜部側に配置され前記発熱部を駆動する駆動ＩＣを搭載した駆動回路基板と、
少なくとも前記第一傾斜部の前記接続端子部と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、
少なくとも前記接続端子部、前記駆動ＩＣ、および前記ボンディングワイヤを被覆する絶縁保護層と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
少なくとも前記第一電極層と前記発熱部とが一対となり、前記保温層の長手方向に沿って、複数対配置された請求項１または請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項４】
前記保温層の断面は、曲率半径が５．０ｍｍ以上の弧であることを特徴とする請求項１ないし請求項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】
前記保温層の頂上部の前記絶縁基板からの厚みが０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像記録デバイスであるサーマルプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルプリントヘッドは、発熱部に配列された複数の発熱体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの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。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、ビデオプリンター、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】
サーマルヘッドは、放熱基板上に、主にサーマルヘッド等を搭載したヘッド基板と駆動ＩＣ等を搭載した駆動回路基板とが、配置されて構成される。
【０００４】
ヘッド基板は、アルミナ等のセラミックス製の絶縁基板の上に、保温を目的とした保温層が形成されている。この保温層上に発熱抵抗体層、さらにこの発熱抵抗体層上にアルミニウム等の電極となる電極層が、スパッタ法等の薄膜形成法によって順に積層形成されている。さらに、フォトエングレービングプロセスにより、例えば発熱部を有する複数の発熱抵抗体およびそれぞれの発熱体と一対になるように個々に接続された第一電極層と、この第一電極層との発熱部となる間隙をもって設けられる第二電極層などが形成される。
【０００５】
さらに発熱抵抗体層および、これらの電極層の必要部位のみに保護被覆層が、スパッタ法等の薄膜形成法によって形成されてヘッド基板が得られる。
【０００６】
その後、放熱基板に駆動回路基板とともに搭載され、複数組の電極と発熱抵抗体とが駆動ＩＣを介し、駆動回路基板とボンディングワイヤ等で接続されて、その後、これらの駆動ＩＣおよびボンディングワイヤ等を保護するための絶縁保護層を形成して、最終的なサーマルプリントヘッドが完成する。
【０００７】
近年では、高精細化の技術の進歩によりヘッド基板の幅を短縮し、よりコンパクト化を図ろうとする傾向がある。
【０００８】
しかし、ヘッド基板幅を短縮して、上記のような構成のサーマルプリントヘッドを形成する場合には、印画時に、印画をつかさどる発熱部以外の部位に、印画媒体が接触してしまうことがある。発熱部以外の部位と、印画媒体との接触は、印画傷等の問題が発生するため、防止する必要がある。
【０００９】
上記の問題の解決を試みた例として、特許文献１に開示されているように、保温層に埋まるように駆動ＩＣを装着した方法や、特許文献２に開示されているように、保温層の斜面を利用して、駆動ＩＣと電極を接続した方法などある。
【特許文献１】特開平１０−２３５９１７号公報
【特許文献２】特開平１１−０４８５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来のサーマルプリントヘッドは、印字走行中の記録媒体が駆動ＩＣの絶縁保護層との接触を避けるため、例えば発熱部を絶縁基板のエッジに近づける構造を採用している。
【００１１】
しかしながら、この構造を採用しても、駆動ＩＣやボンディングワイヤ等を保護する樹脂層の高さに起因して、印画時に印画媒体がこの樹脂層に接触することにより、印画表面に印画傷が発生する問題が起こる。さらに、印画にシワが発生すること、および媒体が干渉することでプリンタ機構の故障を引き起こす等の問題が発生する場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、従来のサーマルヘッドに対して、印画傷の発生を抑制し、高信頼性および高品位のサーマルプリントヘッドを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係るサーマルプリントヘッドは、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面上に突状の帯状体に形成されその断面が頂上部を中心に第一傾斜部と第二傾斜部を有する弧状である保温層と、前記保温層を覆うように形成され一部が発熱部となる発熱抵抗体層と、前記発熱抵抗体層上に形成され少なくとも第一傾斜部に沿うように配置された第一電極層と、前記第一電極層の前記第一傾斜部に形成されワイヤボンディングされる接続端子部と、前記発熱抵抗体層上で前記第一電極層と前記発熱部となる間隙を設けて対向し前記発熱部を前記第二傾斜部に形成するように少なくとも前記第二傾斜部に沿うように配置された第二電極層と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るサーマルプリントヘッドは、放熱基板と、この放熱基板上に配置されたヘッド基板であって、絶縁基板と、前記絶縁基板の主面上に突状の帯状体に形成されその断面が頂上部を中心に第一傾斜部と第二傾斜部を有する弧状である保温層と、前記保温層上に形成された一部が発熱部となる発熱抵抗体層と、前記発熱抵抗体層上に形成され少なくとも前記第一傾斜部に沿うように配置された第一電極層と、前記第一電極層の前記第一傾斜部に形成された接続端子部と、前記発熱抵抗体層上で前記第一電極層と前記発熱部となる間隙を設けて対向し前記発熱部を前記第二傾斜部に形成するように少なくとも前記第二傾斜部に沿うように配置された第二電極層と、前記第一電極層、前記第二電極層、および前記発熱部を少なくとも被覆するように形成された保護被覆層と、を有するヘッド基板と、前記放熱基板上で、前記ヘッド基板に隣接して前記第一傾斜部側に配置され前記発熱部を駆動する駆動ＩＣを搭載した駆動回路基板と、少なくとも前記第一傾斜部の前記接続端子部と前記駆動ＩＣとを接続するボンディングワイヤと、少なくとも前記接続端子部、前記駆動ＩＣ、および前記ボンディングワイヤを被覆する絶縁保護層と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、保温層の傾斜部に駆動ＩＣと接続される接続端子部を形成することで、駆動ＩＣ等を保護する絶縁保護層の高さに起因した、印画媒体と絶縁保護層等との接触を、回避することが可能となる。印画媒体と絶縁保護層等との接触を回避することにより、印画傷を抑制できるため、印画傷のない安定した印画が可能となるサーマルプリントヘッドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明について実施形態を説明する。なお、本発明はこれによって限定されるものではない。なお、同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００１７】
図１は本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施形態の構成を示す。図２は、図１のＩＩ―ＩＩ矢視平面図を示した概略図である。
【００１８】
サーマルプリントヘッドは、放熱基板２６上に、ヘッド基板１０と、駆動ＩＣ２３等が搭載された駆動回路基板２５が配置されている。
【００１９】
ヘッド基板１０は、絶縁材料で例えばアルミナ等のセラミックスからなる長方形の絶縁基板１１を有している。グレーズの保温層１２は、この絶縁基板１１上に、例えばガラスなどの絶縁材料で形成されている。この保温層１２は、絶縁基板１１の表面から突出する突状の帯状体に形成され、絶縁基板１１の一方の長辺に近接してほぼ直線状に延びている。長辺方向に垂直な断面形状は、少なくとも頂上部１８を中心に第一傾斜部１９と第二傾斜部２０を有する弧状に形成されている。
【００２０】
保温層１２の表面には、スパッタ等の薄膜形成法により、例えばＴａ−ＳｉＯ膜の、サーメット材からなる発熱抵抗体層１３が形成されている。さらに、発熱抵抗体層１３の表面には、スパッタ等の薄膜形成法により、例えばＡｌ等の、第一電極層１４および第二電極層１５が形成されている。これらの電極層は、少なくとも第一傾斜部１９を覆うように第一電極層１４が形成され、第二電極層１５は少なくとも第二傾斜部２０を覆うように形成されている。第一電極層１４と第二電極層１５には、所定の間隙が設けられており、この間隙が発熱部１６となる。この発熱部１６は、第二傾斜部２０上に配置されている。さらに、例えばフォトエングレービングプロセス等により、発熱部１６と第一電極層１４とが一対となり、保温層１２の長手方向に沿って、複数対配置される。
【００２１】
保温層１２上の発熱抵抗体層１３および発熱部１６、並びに第一電極層１４および第二電極層１５の保護のために、これらを覆う保護被覆層１７が形成されていてもよい。この保護被覆層１７は、例えばスパッタ等の薄膜形成法による単層膜で、例えばＳｉ３−Ｎ４とＳｉＯ２を混合した焼結体等を着膜源として、例えば５μｍ程度の膜厚としている。
【００２２】
また、サーマルプリントヘッドは、発熱部１６を発熱させる駆動回路を有している。この駆動回路は、例えば放熱基板２６上に配置された駆動回路基板２５上に形成され、駆動回路基板２５に搭載された駆動ＩＣ２３等の電気部品を有している。
【００２３】
駆動回路基板２５は、絶縁基板１１に隣接するように、さらに保温層の第一傾斜部１９側に配置されて、発熱部１６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が入力される。発熱部１６と駆動回路とは、例えば第一電極層１４と駆動ＩＣ２３との間に架け渡されたボンディングワイヤ２２によって電気的に接続される。さらに駆動回路の表面に形成された配線パターンと駆動ＩＣ２３との間もボンディングワイヤ２２で電気的に接続される。駆動ＩＣ２３およびボンディングワイヤ２２は、例えばエポキシ樹脂等によって被覆する絶縁保護層２４を形成する。
【００２４】
次に、図３、図４、および図５を用いて、図１および図２を用いて説明した本実施形態の有効性を説明する。図３は本実施形態の比較例で、従来のサーマルプリントヘッドの概略断面図である。図４は本実施形態のヘッド基板１０の概略断面図で、図５は比較例のヘッド基板１０の概略断面図である。
【００２５】
第一電極層１４の平坦部１４ａに接続端子部２１が設けられたサーマルプリントヘッドは、本実施形態のサーマルプリントヘッドに比べて、絶縁基板１１の短辺の長さ、つまりヘッド基板１０の幅Ｌが長くなる場合が生じる。したがって、本実施形態は、比較例よりもヘッド基板１０の幅Ｌを短くすることができ、よりコンパクト化を図ることが可能となる。
【００２６】
また、第一電極層１４の平坦部１４ａに接続端子部２１を配置した場合には、ヘッド基板１０上の保護被覆層１７の厚みと絶縁保護層２４の厚みとの厚み差Ｈが大きくなる場合がある。なお、この厚み差Ｈは、保護被覆層１７の頂上部と絶縁保護層２４の頂上部の高さの差と定義する。この厚み差Ｈが大きくなると、印画媒体の移動経路となるペーパーパス２７が、絶縁保護層２４に近接する場合が生じる。絶縁保護層２４と印画媒体が接触すると、印画時に印画傷が発生する場合がある。
【００２７】
本実施形態では、第一傾斜部１９から、ボンディングワイヤ２２を引き出すことにより、保護被覆層１７と、絶縁保護層２４との厚みの差Ｈが小さくなるように、絶縁保護層２４を形成することが可能となる。このような構造を形成する場合には、接続端子部２１が配置された部位の傾斜と水平線とがなす傾斜角度θ１が少なくとも１０°以上であることが望ましい。
【００２８】
１０°以上の傾斜角度θ１を有することにより、駆動ＩＣ２３から引き出されたボンディングワイヤ２２は接続端子部２１に、ある傾斜を有して接続され、例えば垂線とボンディングワイヤ２２の接続部とがなす角度θ２は、本実施形態は比較例よりも大きく形成することが可能である。
【００２９】
ある傾斜を有して接続されることにより、これらを被覆する絶縁保護層２４の厚みを小さく形成することができるため、保護被覆層１７の厚みとの差Ｈを小さくすることが可能となる。この厚み差Ｈを小さくすることにより、ペーパーパス２７の領域を広く確保できるため、印画媒体と絶縁保護層２４との接触を回避することが可能となる。なお、接続端子部２１が配置された部位の傾斜角度θ１が、２０°以上になるとその構造上、製作が困難になる場合が生じる。したがって、本実施形態では、１０°以上が望ましく、さらに望ましくは、１０°以上で２０°以下である。
【００３０】
以下に、上記サーマルプリントヘッドの保温層１２の形状の優位性を客観的に評価した実験例について説明する。
【００３１】
保温層１２の長手方向の断面形状の頂上部１８には、弧状が形成されており、この弧状の曲率半径について、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍ、および６．０ｍｍの５種類を準備して、印画テストを行った。なお、保温層１２の厚みは、全て０．２ｍｍとした。なお、保温層１２の厚みは、絶縁基板１１と接触した面から頂上部１８までの距離と定義している。
【００３２】
印画テストは、４″×６″の印画媒体を使用し、印画傷の発生数を評価した。印画テストの結果を図６に示す。曲率半径が２．０ｍｍでの印画傷は８ヶ所、３．０ｍｍで５ヶ所、４．０ｍｍで、３ヶ所となり、５．０ｍｍおよび６．０ｍｍでは、印画傷は発生しなかった。したがって本実験では、曲率半径が大きくなるほど、印画傷が発生しなくなることが確認できた。
【００３３】
曲率半径が小さい場合には、第一傾斜部１９および第二傾斜部２０が急勾配となり、接続端子部２１と駆動ＩＣ２３を接続するワイヤボンディングの領域が小さくなる等の利点もある。しかし、曲率半径を小さくすることにより、接続端子部２１を配置できる位置が限られてくる場合が生じる。例えば、曲率半径が小さくなると、接続端子部２１は、製作上、より頂上部１８に近い位置に配置しなければならない場合が生じるため、この後、接続端子部２１を保護する絶縁保護層２４を形成する場合に、絶縁保護層２４が保温層１２等を覆う保護被覆層１７の頂上よりも高い位置で形成されてしまう場合がある。この場合、印画媒体がこの絶縁保護層２４と接触する可能性がある。したがって、本実験では、曲率半径が５．０ｍｍ未満では、印画傷が発生する。
【００３４】
曲率半径を大きくすることにより、印画傷が抑制される効果は明らかである。しかし、曲率半径が大きくなるにしたがい、保温層１２の短辺方向の幅も大きくなってしまうため、絶縁基板１１の短辺の長さ、つまりヘッド基板の幅Ｌを小さくしコンパクト化することが困難になる場合も生じるため、曲率半径は６．０ｍｍ以下程度とすることが望ましい。
【００３５】
したがって、本実施形態では、保温層１２の長手方向の断面の頂上部の曲率半径は、５．０ｍｍ以上が望ましく、５．０ｍｍ以上で６．０ｍｍ以下が、さらに望ましい。
【００３６】
次に、保温層１２の厚みについて検討した結果について説明する。
【００３７】
保温層１２の厚みを０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．２０ｍｍ、０．２５ｍｍ、および０．３０ｍｍの５種類を準備して、印画テストを行った。なお、保温層１２の頂上部の曲率半径は、全て５．０ｍｍとした。
【００３８】
印画テストは、４″×６″の印画媒体を使用し、印画傷の発生数を評価した。印画テストの結果を図７に示す。厚みが０．１０ｍｍでの印画傷は１７ヶ所、０．１５ｍｍで８ヶ所、０．２０ｍｍ、０．２５ｍｍおよび０．３０ｍｍでは、印画傷は発生しなかった。
【００３９】
保温層１２の厚みを十分に確保しないと、発熱部１６が配置される位置の勾配が小さくなるため、印画媒体が発熱部１６上を通過するときに、絶縁保護層２４等と、印画媒体が接触する可能性がある。したがって、本実験では、保温層１２の厚みが０．２ｍｍ未満では、絶縁保護層２４等と印画媒体が接触し、印画傷が発生する。よって、本実施形態では、保温層１２の厚みは、０．２０ｍｍ以上であることが望ましい。
【００４０】
保温層１２の厚みを厚くしすぎると、それにしたがい保温効果も高くなるために、発熱部１６の温度制御が困難になる場合が生じる。また、上記曲率半径との関係を考慮すると、厚みは、０．３０ｍｍ以上は、製作上困難になる場合も生じるため、曲率半径が５．０ｍｍの場合には、０．３０ｍｍ以下程度が望ましい。したがって、本実施形態の保温層１２の厚みは、０．２ｍｍ以上が望ましく、０．２０ｍｍ以上で０．３０ｍｍ以下がさらに望ましい。
【００４１】
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００４２】
例えば、保温層１２の第一傾斜部１９と第二傾斜部２０とが異なった曲率半径が形成されてもよい。接続端子部２１を形成するのに適した第一傾斜部１９の曲率半径と、発熱部１６を形成するのに適した第二傾斜部２０の曲率半径とを形成することが可能である。
【００４３】
異なる曲率半径で保温層１２を形成した結果、例えば、第一傾斜部１９を第二傾斜部２０よりも急勾配になるように形成する場合、絶縁保護層２４の厚みがさらに小さくなり、印画媒体との接触の可能性をさらに低減することが可能となる。
【００４４】
また、第二傾斜部１９を第一傾斜部２０よりも急勾配にするように形成する場合においても、絶縁保護層２４と印画媒体との接触の可能性をさらに低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるII−II線矢視平面図の概略図である。
【図３】本発明に係るサーマルプリントヘッドの比較例を示すサーマルプリントヘッドである。
【図４】図１におけるヘッド基板の概略断面図である。
【図５】図３におけるヘッド基板の概略断面図である。
【図６】本発明に係るサーマルプリントヘッドにおける、保温層頂上部の曲率半径と印画傷との関係について検討した、印画テストの結果を示す表である。
【図７】本発明に係るサーマルプリントヘッドにおける、保温層の厚みと印画傷との関係について検討した、印画テストの結果を示す表である。
【符号の説明】
【００４６】
１１…絶縁基板、１２…保温層、１３…発熱抵抗体層、１４…第一電極層、１４ａ…第一電極層の平坦部、１５…第二電極層、１６…発熱部、１７…保護被覆層、１８…頂上部、１９…第一傾斜部、２０…第二傾斜部、２１…接続端子部、２２…ボンディングワイヤ、２３…駆動ＩＣ、２４…絶縁保護層、２５…駆動回路基板、２６…放熱基板、２７…ペーパーパス、Ｌ…ヘッド基板幅、Ｈ…保護被覆層と絶縁保護層との厚みの差、θ１…接続端子部が配置された位置の傾斜角度、θ２…ボンディングワイヤが接続端子部と接続される角度
【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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