(57)【要約】【課題】濃度ムラの少ない良好な印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド及びその製造方法、並びにサーマルプリンタを提供すること。【解決手段】発熱素子２を有する基板１を放熱板３上に載置させるとともに、該放熱板３と基板１との間で、且つ発熱素子２の直下領域に放熱性テープ５を介在させたサーマルヘッドにおいて、放熱性テープ５の粘着力を、放熱板３との接触面よりも基板１との接触面の方で小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子を有する基板を放熱板上に載置させるとともに、該放熱板と前記基板との間で、且つ前記発熱素子の直下領域に放熱性テープを介在させたサーマルヘッドにおいて、
前記放熱性テープの粘着力は、前記放熱板との接触面よりも前記基板との接触面の方が小さいことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
放熱板上に、下面よりも上面の方が粘着力が小さい放熱性テープを貼着する第１の工程と、
前記放熱板上に発熱素子を有する基板を、前記発熱素子の直下領域に前記放熱性テープが位置するように載置させる第２の工程と、を備えたことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドに対して記録媒体を押圧しつつ記録媒体を前記発熱素子上に搬送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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発熱素子の発する熱を利用して印画を形成するサーマルヘッド及びその製造方法、並びにサーマルプリンタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドは、図５に示す如く、発熱素子列２２を有する長方形状の基板２１を、アルミニウム等の金属から成る放熱板２３上に載置させた構造を有しており、発熱素子列２２を構成する複数の発熱素子を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等の記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
【０００３】
なお、放熱板２３は基板２１中の熱を吸収して、これを大気中に放散することにより基板２１の温度が過度に高温となるのを防止するためのものであり、その上面には一対の溝２４ａ、２４ｂが形成され、該一対の溝間２４ａ−２４ｂを発熱素子列２２の直下領域に位置させている。
【０００４】
そして上記放熱板２３と基板２１との間のうち、一対の溝間２４ａ−２４ｂの領域には放熱性接着材２５が、その他の領域には両面テープ２６が介在されている。放熱性接着材２５は、基板２１中の熱を放熱板２３側に良好に伝導させるためのものであり、例えば比較的熱伝導率が高い放熱コンパウンドやシリコーン樹脂、アクリル樹脂等により形成されている。この放熱性接着材２５は、シリコーン樹脂から成る場合、該樹脂の前駆体を放熱板２３の上面所定領域に塗布するとともに、発熱素子列２２を有する基板２１を放熱板２３上に載置させ、しかる後、塗布した前駆体を１００℃〜１５０℃の温度で１時間〜２時間、熱硬化させることによって形成される。
【特許文献１】特開２００１−９６７８０号公報
【特許文献２】特開２００２−３５６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のサーマルヘッドにおいては、基板２１と放熱板２３との線膨張係数が大きく異なっているため、上述の放熱性接着材２５の形成にあたって放熱板２３上に塗布した樹脂を熱硬化させる際、バイメタル効果によってサーマルヘッドが湾曲してしまう。それ故、サーマルヘッドをプリンタに組み込んで使用する場合、プラテンローラのサーマルヘッドに対する押圧力が発熱素子列にわたって不均一となり、印画に濃度ムラが生じる問題があった。
【０００６】
そこで、かかる問題を解決すべく、放熱性接着材２５の代わりに放熱性の高い放熱性両面テープを使用したサーマルヘッドが考えられる。このようなサーマルヘッドは、まず放熱板上に放熱性両面テープを貼着し、次に放熱板上に発熱素子列を有する基板を載置・固定させることによって製作される。
【０００７】
しかしながら、かかるサーマルヘッドにおいて、放熱板上に載置させる際の基板上には発熱素子列やドライバーＩＣ等、種々の素子が配設されていることから、基板を放熱板上に載置させる際に、基板を放熱板に対して強く押し付けることが困難である。それ故、基板と放熱性両面テープとの間に気泡が混入した場合、基板を放熱板側に強く押圧して気泡を外部へ逃がすことが困難となり、放熱性両面テープと基板との間に気泡が残存しやすくなる。その結果、放熱性両面テープを介して放熱板に放出される熱が気泡の存在する領域で少なくなり、結局、印画に濃度ムラが発生する問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、濃度ムラの少ない良好な印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド及びその製造方法、並びにサーマルプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のサーマルヘッドは、発熱素子を有する基板を放熱板上に載置させるとともに、該放熱板と前記基板との間で、且つ前記発熱素子の直下領域に放熱性テープを介在させたサーマルヘッドにおいて、前記放熱性テープの粘着力は、前記放熱板との接触面よりも前記基板との接触面の方が小さいことを特徴とする。
【００１０】
また本発明のサーマルヘッドの製造方法は、放熱板上に、下面よりも上面の方が粘着力が小さい放熱性テープを貼着する第１の工程と、前記放熱板上に発熱素子を有する基板を、前記発熱素子の直下領域に前記放熱性テープが位置するように載置させる第２の工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドに対して記録媒体を押圧しつつ記録媒体を前記発熱素子上に搬送するプラテンローラと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板と放熱板との間で、且つ発熱素子の直下領域に介在される放熱性テープの粘着力を、放熱板との接触面よりも基板との接触面で小さくしたことから、放熱板上に基板を載置させる際に、放熱性テープと基板との間に気泡が混入したとしても、基板を小さな押圧力で放熱板側に押圧することにより、気泡を外部へ逃がすことができる。しかも、放熱性樹脂を用いる場合のように基板を放熱板上に載置させる際に、基板や放熱板を高温に曝す必要がないので、サーマルヘッドの平坦性を高くし、プラテンローラからの押圧力を発熱素子の配列にわたって略均一なものとすることができる。その結果、濃度ムラの少ない良好な印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド、並びにサーマルプリンタを実現できる。
【００１３】
また放熱性テープの放熱板側接触面では粘着力が大きいため、いったん放熱性テープを放熱板上に貼り付けた後、放熱性テープをカッター等の切断手段によって加工する場合のように放熱性テープに大きな外力が印加されたケースであっても、放熱性テープが放熱板上でずれることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは大略的に放熱板３上に基板１を載置させた構造を有している。
【００１５】
基板１は、アルミナセラミックスやガラス等の電気絶縁性材料、表面に酸化膜が形成された単結晶シリコン等の半導体材料など、種々の材料により矩形状に形成されており、その上面には複数の発熱素子２や電極配線７、ドライバーＩＣ４等が設けられ、これらを支持する支持母材として機能する。
【００１６】
このような基板１は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、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・混合して泥漿状に成すとともに、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形成し、しかる後、該セラミックグリーンシートを長方形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００１７】
また基板１の上面にはガラス等から成るグレーズ層を介して複数の発熱素子２が配列されている。
【００１８】
複数の発熱素子２は例えば３００ｄｐｉの密度で直線状に配列されており、各々がＴａＮやＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ等の電気抵抗材料から成っているため、電極配線７やドライバーＩＣ４を介して所定の電力が印加されると感熱紙等の記録媒体に印画を形成するのに必要な所定の温度となる。
【００１９】
一方、発熱素子２の両端に接続される電極配線７は、アルミニウムや銅等の金属材料からなる金属層により所定パターンに形成されており、発熱素子２の一端側では複数の発熱素子２に共通に接続される共通電極配線として、発熱素子２の他端側では各発熱素子２とドライバーＩＣ４とを接続する個別電極配線として機能する。
【００２０】
これまで述べたような発熱素子２、電極配線７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ー技術、エッチング技術等を採用することによって製作される。具体的には、まずＴａＳｉＯ等の抵抗材料とアルミニウム等の金属材料を従来周知のスパッタリングにより基板１上に順次積層させることによって抵抗体層及び金属層からなる積層体を形成し、これを従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術にて微細加工することで発熱素子２や電極配線７が形成される。
【００２１】
また発熱素子２への通電を制御するドライバーＩＣ４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２に対して電極配線７を介して電気的に接続されている。
【００２２】
このドライバーＩＣ４は、クロック信号に同期させながら外部からの画像データを入力端子を介してシフトレジスタに入力するとともに、該入力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２への通電を行う。
【００２３】
なお、上述のドライバーＩＣ４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ＩＣ４は、従来周知のワイヤボンディング法、あるいは、フェースダウンボンディング法によって入出力端子と電極配線７とを電気的に接続することにより基板上に実装される。
【００２４】
また上述した基板１が載置される放熱板３は、アルミニウムやＳＵＳ等の金属によって長方形状をなすように形成されており、その上面で基板１を支持するとともに、基板１中の熱を後述する放熱性テープ５を介して吸収し、これを大気中に放散することで基板１が過度に高温となるのを防止する作用を為す。
【００２５】
そして放熱板３と基板１との間で、且つ発熱素子２の配列の直下領域には放熱性テープ５が、その他の領域には両面テープ６がそれぞれ介在されている。
【００２６】
放熱性テープ５は、比較的熱伝導率が大きいテープ、例えば２５℃における熱伝導率が１．０×１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上のものが好適に用いられ、基板１中の熱を放熱板３側に良好に伝導させる作用を為す。なお放熱性テープ５の厚みは後述の両面テープ６の厚みと略等しく（±５μｍ）することが好ましい。
【００２７】
また放熱性テープ５は、その粘着力が放熱板３との接触面よりも基板１との接触面の方が小さくなっている（基板１との接触面で粘着力が無い場合も含む）。このため、放熱板３上に基板１を載置させる際に、放熱性テープ５と基板１との間に気泡が混入したとしても、小さな押圧力で基板１を放熱板３側に押圧すれば、気泡を外部へ逃がすことができる。
【００２８】
放熱性テープ５の粘着力は、基板１との接触面で０．５Ｎ／ｃｍ〜１．５Ｎ／ｃｍに抑えることが好ましく、この場合、基板１を５Ｎ／ｃｍ２〜１５Ｎ／ｃｍ２の小さな押圧力で放熱板３側に押え付けることにより、基板１と放熱性テープ５間の気泡を簡単に取り除くことができる。一方、放熱板３との接触面では４．７Ｎ／ｃｍ〜１０Ｎ／ｃｍに設定することが好ましく、これによって基板１との接触面における粘着力の低下分を補うことができる。
【００２９】
このような放熱性テープ５の構成としては、ポリイミドフィルムやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から成る基材の上下面にアクリル系やシリコーン系から成る粘着層を形成し、上下面で粘着層の粘着力を異ならせたものが考えられる。また基板１との接触面での粘着力を０Ｎ／ｃｍ（粘着力なし）にする場合は基材の下面にのみ粘着層を形成する。基材の上下面に形成される粘着層の粘着力を異ならせるには、上下面で粘着層の材質を異ならせたり、あるいは、粘着層の厚みを異ならせたりすれば良い。粘着力の大きな材質としては、例えばアクリル系粘着剤が使用され、また粘着力の小さい材質としては、例えばシリコーン系粘着剤が使用される。
【００３０】
なお、放熱性テープ５の粘着層の粘着力は、該粘着層のＳＵＳ３０４ステンレス鋼板に対する１８０°引き剥がし法（ＪＩＳ Ｚ ０２３７）によって定義し（図２参照）、粘着層を上記ステンレス鋼板に対して貼着した状態で２３℃、相対湿度５０％の雰囲気中で３０分間放置した後、上述の引き剥がし法を実施した結果を粘着力とする。なお、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼板の表面は２８０番の耐水研磨紙で研磨し、またテープを引き剥がす際の剥離速度は３００ｍｍ／分とする。
【００３１】
一方、放熱性テープ５と共に基板１及び放熱板３間に介在される両面テープ６は、基板１を放熱板３に対して強固に接着する作用を為し、この両面テープ６は基板下面と放熱板上面とを略平行に位置させるべく３０μｍ〜１２５μｍの厚みに形成される。
【００３２】
この両面テープ６は、ＰＥＴからなる基材の上下面にアクリル系粘着剤からなる粘着層を形成し、これらの粘着層の粘着力を上下面で略等しく設定したものが使用される。この両面テープ６は通常、放熱性テープ５よりも熱伝導率が低いが、放熱性テープ５と同程度の熱伝導率であっても良く、この場合、基板１内に蓄積された熱をより一層、放熱板３へ伝達させることができる。
【００３３】
尚、上述した放熱板３は、アルミニウム等から成るインゴット（塊）を従来周知の金属加工法を採用し、所定形状と成すことによって製作される。また得られた放熱板３上に基板１を載置・固定させるには以下の工程を経た方法が採用される。
【００３４】
工程１：まず、放熱板３上に、下面（放熱板３との接触面）よりも上面（基板１との接触面）の方が粘着力の小さな放熱性テープ５、並びに両面テープ６を貼着する（図３（ａ）参照）。
【００３５】
この場合、放熱板３と放熱性テープ５との間に気泡が混入しないように放熱性テープ５を放熱板３側に強く押圧（例えば２０Ｎ／ｃｍ２以上の押圧力で押圧）し、気泡を外部へ逃がすことが好ましい。
【００３６】
また放熱性テープ５、両面テープ６を貼着する際に両者が一部重畳すると、該重畳部だけ厚みが大きくなり、重畳部とそれ以外の領域とで基板１と放熱板３との接着強度にムラができること、並びに、放熱性テープ５と両面テープ６の端面同士が接触すると、両者間に気泡が混入しやすく、該気泡が放熱の障害となること、等の理由から、放熱性テープ５と両面テープ６との間に隙間を設けておくことが好ましく、これによって上述の不具合を良好に防止できる。
【００３７】
なお、上記隙間は０．３ｍｍ〜１．５ｍｍに設定しておくことが好ましい。放熱性テープ５と両面テープ６の間の隙間が１．５ｍｍよりも大きくなると、隙間が大きくなりすぎてこの領域で基板１から放熱板３への熱の移動が制限され、基板１に過剰な熱が篭り易い傾向にあるからである。
【００３８】
工程２：次に、放熱性テープ５が貼着された放熱板３上に発熱素子２や電極配線７、ドライバーＩＣ４等が配設された基板１を、発熱素子２の直下領域に放熱性テープ５が位置するように載置させる（図３（ｂ）参照）。
【００３９】
放熱板３上に載置される基板１上には発熱素子２や電極配線７、ドライバーＩＣ４等が設けられているため、一般的には、基板１を放熱板３に対して強く押圧することは困難であり、基板１と放熱性テープ５との間に気泡が混入すると、該気泡を外部へ逃がしにくい場合が多いが、本実施形態においては、放熱性テープ５の粘着力が下面よりも上面で小さく設定されているため、放熱板３上に基板１を載置させる際に、放熱性テープ５と基板１との間に気泡が混入したとしても、小さな押圧力で基板１を放熱板側に押圧すれば、気泡を外部へ逃がすことができる。しかも、放熱性樹脂を用いる場合のように基板１を放熱板３上に載置させる際に、基板１や放熱板３を長時間、高温に曝す必要がないので、サーマルヘッドの平坦性を高くし、プラテンローラからの押圧力を発熱素子２の配列にわたって略均一なものとすることができる。その結果、濃度ムラの少ない良好な印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド、並びにサーマルプリンタを実現できる。
【００４０】
また放熱性テープ５の放熱板側接触面では粘着力が大きいため、いったん放熱性テープ５を放熱板３上に貼り付けた後、放熱性テープ５をカッター等の切断手段によって加工する場合のように放熱性テープ５に大きな外力が印加されたケースであっても、放熱性テープ５が放熱板３上でずれることが防止される。
【００４１】
かくして本発明のサーマルヘッドは、複数の発熱素子２を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、その熱を感熱紙等の記録媒体に伝導させ、所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
【００４２】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図４に示す如く、記録媒体をサーマルヘッドＴの発熱素子２上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ１０や搬送ローラ１１等が配設される。
【００４３】
プラテンローラ１０は、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〜２５ｍｍ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２上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子２に対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子２の配列と直交する方向（図中の矢印方向）に搬送する。
【００４４】
また搬送ローラ１１は、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドＴに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１１と前述のプラテンローラ１０とで記録媒体の走行を支持している。
【００４５】
そして、これと同時に複数の発熱素子２をドライバーＩＣ４の駆動によって選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
【００４６】
尚、本発明は上述の実施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、改良等が可能である。
【００４７】
例えば、上述の実施形態においては、両面テープ６の粘着力を上下面で等しくなるように設定したが、これに代えて、放熱板３の接触面よりも基板１との接触面で両面テープ６の粘着力を大きくしても良く、この場合、放熱性テープ５の粘着力を基板１との接触面で小さく設定した分を両面テープ６で補強することができ、放熱板３とテープ５，６並びに基板１とテープ５，６との接着強度を揃えることができる。
【００４８】
また上述の実施形態において、放熱性テープ５を樹脂によって部分的に補強しても良いが、従来技術で述べたように、樹脂の熱硬化時にバイメタル効果によってサーマルヘッドが湾曲するおそれがあるため、樹脂の焼成温度を４０℃以下にすることが好ましい。また樹脂の量を８０ｍｍ３以下に設定することが好ましい。
【００４９】
更に上述の実施形態においては、ドライバーＩＣ４を基板１上に搭載するようにしたが、これに代えて、ドライバーＩＣを基板１とは別のフレキシブル配線版等の外部配線板上に搭載するようにしても構わない。
【００５０】
また上述の実施形態において、放熱性テープ５と両面テープ６との間に隙間を設ける場合、該隙間に位置する放熱板３上に溝を設けるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図２】ＪＩＳ Ｚ ０２３７の１８０°引き剥がし法を説明するための図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は図１の放熱板上に基板を載置させる方法を説明するための各工程の断面図である。
【図４】図１のサーマルヘッドを組み込んで構成したサーマルプリンタの概略側面図である。
【図５】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・基板
２・・・発熱素子
３・・・放熱板
４・・・ドライバーＩＣ
５・・・放熱性テープ
６・・・両面テープ
７・・・電極配線
１０・・・プラテンローラ
１１・・・搬送ローラ
T・・・サーマルヘッド
【図１】
2005131884.tif 000003
【図２】
2005131884.tif 000004
【図３】
2005131884.tif 000005
【図４】
2005131884.tif 000006
【図５】
2005131884.tif 000007