(57)【要約】【課題】  ヘッド小型化及び高品質印刷を実現可能なサーマルヘッドを得る。【解決手段】  金属材料からなる取付台上にヘッド基板が固定され、このヘッド基板の表面に、複数の発熱抵抗体と、該複数の発熱抵抗体を通電する複数の個別電極とコモン電極とを備えたサーマルヘッドにおいて、コモン電極には、ヘッド基板の一端面に臨み、該一端面で複数の発熱抵抗体の配列方向に沿って延びる延長部を形成し、このコモン電極の延長部と取付台とを導通接続させる導電性樹脂接着部を、ヘッド基板の一端面と取付台との間に複数の発熱抵抗体の配列方向で位置を異ならせて複数設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなる取付台上にヘッド基板が固定され、このヘッド基板の表面に、所定間隔で並ぶ複数の発熱抵抗体と、該複数の発熱抵抗体を個別に通電するための複数の個別電極と、該複数の発熱抵抗体に共通電位を与えるコモン電極とを備えたサーマルヘッドにおいて、
前記コモン電極は、前記ヘッド基板の一端面に臨み、該一端面で前記複数の発熱抵抗体の配列方向に沿って延びる延長部を有し、
前記ヘッド基板の一端面と前記取付台との間に、このコモン電極の延長部と前記取付台とを導通接続させる導電性樹脂接着部が、前記複数の発熱抵抗体の配列方向に位置を異ならせて複数設けられていることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記複数の導電性樹脂接着部は前記コモン電極の延長部を部分的に覆い、隣り合う導電性樹脂接着部の間は絶縁性樹脂によって埋められているサーマルヘッド。
【請求項３】
請求項２記載のサーマルヘッドにおいて、前記絶縁性樹脂は、シリコン系樹脂材料またはエポキシ系樹脂材料により形成されているサーマルヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記ヘッド基板の一端面側には基板表面よりも低く窪んだ段差部が形成され、前記複数の導電性樹脂接着部は、この段差部上に跨って前記コモン電極の延長部を覆っているサーマルヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記コモン電極及び前記取付台は、アルミニウムからなるサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルヘッドは、ヘッド基板表面の蓄熱層上に、通電により発熱する多数の発熱抵抗体と、全発熱抵抗体に共通電位を与えるコモン電極と、各発熱抵抗体に個別に導通接続した個別電極と、これら発熱抵抗体、コモン電極及び個別電極を覆う絶縁性耐磨耗保護層とを備え、発熱抵抗体の熱をインクリボンまたは被印画物に与えることで印画動作する。
【０００３】
このようなサーマルヘッドにおいて高品質印字及び高速印字を達成するには、コモンドロップ（コモン電極における電圧降下）を抑えて印刷品質を向上させることが必要不可欠である。コモンドロップを抑えるには、コモン電極の面積や厚さを増大させてコモン抵抗を低減すればよいが、コモン電極が大きく又は厚くなると小型化を図ることが難しい。
【０００４】
そこで従来では、例えば金属ペーストを塗布する等してヘッド基板のコモン電極と該ヘッド基板が設置される取付台とを導通接続し、取付台をコモン電極の一部として機能させることが提案されている。このようにコモン抵抗を低減させる構成は、例えば特許文献１〜３に記載されている。
【特許文献１】実開平５−５６４４１号（実願平３−１０７８８５号）のマイクロフィルム
【特許文献２】特開平５−２４６０６３号公報
【特許文献３】特開平４−５２１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コモン電極と取付台とを全面的に覆うようにして金属ペーストが塗布されていると、コモン電極と取付台の熱膨張係数が大きく異なる場合には金属ペーストが熱硬化後に界面破壊を起こし、コモン電極と取付台との導通がとれなくなってしまうことが判明した。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ヘッド小型化及び高品質印刷を実現可能なサーマルヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、金属ペーストの界面破壊を引き起こす要因が、金属ペーストとヘッド基板及び取付台との間に熱伝導率（または熱膨張係数）の差による熱応力が強く加わるためであることを認識してなされたもので、このような熱応力の影響を極力受けない材料及び構造でコモン電極と取付台とを導通接続させることを提案する。
【０００８】
すなわち、本発明は、金属材料からなる取付台上にヘッド基板が固定され、このヘッド基板の表面に、所定間隔で並ぶ複数の発熱抵抗体と、該複数の発熱抵抗体を個別に通電するための複数の個別電極と、該複数の発熱抵抗体に共通電位を与えるコモン電極とを備えたサーマルヘッドにおいて、コモン電極は、ヘッド基板の一端面に臨み、該一端面で前記複数の発熱抵抗体の配列方向に沿って延びる延長部を有し、ヘッド基板の一端面と前記取付台との間に、このコモン電極の延長部と取付台とを導通接続させる導電性樹脂接着部が、複数の発熱抵抗体の配列方向に位置を異ならせて複数設けられていることを特徴としている。
【０００９】
複数の導電性樹脂接着部はコモン電極の延長部を部分的に覆い、隣り合う導電性樹脂接着部の間は絶縁性樹脂によって埋められていることが好ましい。絶縁性樹脂としては、被覆性が良く且つ硬化した後も粘度の高い絶縁性樹脂材料、具体的にはシリコン系樹脂材料やエポキシ系樹脂材料を用いるとよい。この態様によれば、コモン電極の導電性樹脂接着部で覆われていない領域は絶縁性樹脂で覆われて保護されるので、コモン電極の表面酸化や腐食を防止できる。また、熱硬化時に生じる熱応力を絶縁性樹脂で吸収することができ、導電性樹脂接着部の界面破壊を防止できる。
【００１０】
ヘッド基板の一端面側には基板表面よりも低く窪んだ段差部が形成され、複数の導電性樹脂接着部は、この段差部上に跨ってコモン電極の延長部を覆っていることが好ましい。この態様によれば、コモン電極と取付台とを確実に導通させることができる。
【００１１】
コモン電極及び取付台は、アルミニウムからなることが実際的である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、導電性樹脂接着部を介して取付台とコモン電極とを確実に導通させ、印刷動作時には取付台をコモン電極の一部として機能させるので、ヘッド小型化及び高品質印刷を実現可能なサーマルヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２は、本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの全体構造を示す断面図及び平面図である。
【００１４】
サーマルヘッドは、金属材料からなる取付台１の上に、ヘッド基板１０とプリント回路基板２０とを隣接させて備えている。取付台１の平面的な大きさは、ヘッド基板１０とプリント回路基板２０の平面的な大きさの合計とほぼ同等または若干大きくなっている。本実施形態の取付台１は、アルミニウムにより、約３ｍｍ程度の厚さで形成されている。
【００１５】
ヘッド基板１０には基板表面１０ａに蓄熱層１１が部分的に形成され、この蓄熱層１１上に、複数の発熱抵抗体（印刷ドット）１２、絶縁バリア層１３、電極層１４及び耐磨耗保護層１５が形成されている。本実施形態のヘッド基板１０は約８００μｍ程度の厚さでＡｌ2Ｏ3により形成されているが、ヘッド基板１０としては、不純物としてホウ素を１０17〜１０19個／ｃｍ3程度ドーピングしたｐ型Ｓｉ基板や金属材料からなる放熱性基板を用いることもできる。
【００１６】
蓄熱層１１は、例えばガラスのような断熱材料からなり、ヘッド基板１０の第２端面１０ｃ側に寄せて凸形状を形成する凸形状部１１ａと、この凸形状部１１ａに連続して均一膜厚を有する均一膜厚部１１ｂを有している。蓄熱層１１の凸形状部１１ａの厚さは約２００μｍ程度である。
【００１７】
複数の発熱抵抗体１２は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ、ＴａＳｉＯＮｂ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｏ、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｏ等の高融点金属のサーメット材料からなる抵抗体層１２’の一部であり、通電により発熱する。抵抗体層１２’は、約０．１μｍ程度の膜厚で形成されている。この複数の発熱抵抗体１２は、蓄熱層１１の凸形状部１１ａの上方位置に、所定間隔をあけて列状に並んでいる。
【００１８】
絶縁バリア層１３は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の絶縁材料からなり、各発熱抵抗体１２の表面を覆って該各発熱抵抗体１２の平面的な大きさ（長さ寸法Ｌ、幅寸法Ｗ）を規定している。本実施形態では、隣接する発熱抵抗体１２の間にギャップ領域βが設けられており、絶縁バリア層１３が実際に規定しているのは長さ寸法Ｌである。各発熱抵抗体１２の抵抗値、すなわち１つのドット抵抗値は、（抵抗体層１２’のシート抵抗値×アスペクト比（Ｌ／Ｗ））で求められる。絶縁バリア層１３は、複数の発熱抵抗体１２の表面酸化を防止する機能、及び製造工程中のエッチングダメージから複数の発熱抵抗体１２を保護する機能を有する。この絶縁バリア層１３は、形成されていなくてもよい。
【００１９】
電極層１４は、抵抗体層１２’及び絶縁バリア層１３の上に全面的に成膜された後に絶縁バリア層１３を露出させる開放部αをあけて形成されたもので、絶縁バリア層１３側の両端部が該絶縁バリア層１３の上にオーバーレイしている。この電極層１４は、図２に示すように、開放部αを介して、複数の発熱抵抗体１２に共通電位を与えるコモン電極１４Ａと、複数の発熱抵抗体１２を個別に通電するための複数の個別電極１４Ｂとに分離されている。電極層１４は、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ等の高融点金属材料やこの高融点金属材料を含む合金材料、ＡｌやＡｌを含む合金材料、ＣｕまたはＣｕを含む合金材料で形成され、数百μｓ程度のごく短い周期で大電流を与えて発熱抵抗体１２をオン（通電）／オフ（非通電）する高速印刷動作にも対応可能になっている。本実施形態の電極層１４はＡｌにより１μｍ程度の厚さで形成されている。
【００２０】
コモン電極１４Ａは、ヘッド基板１０の第２端面１０ｃ（一端面）に臨んで複数の発熱抵抗体１２の配列方向（図２の左右方向）に延びる延長部１４Ａ’を有し、この延長部１４Ａ’から枝分かれして各発熱抵抗体１２の抵抗長方向の一端側に接続されている。延長部１４Ａ’の両端部は、発熱抵抗体１２の抵抗長方向と平行にヘッド基板１０の第１端面１０ｂ（他端面）側まで延び、例えばワイヤーボンディングによりプリント回路基板２０に接続され、プリント回路基板２０を介して外部電源に接続されている。コモン電極１４Ａが延長部１４Ａ’の両端から給電されることで、各発熱抵抗体１２に共通電位が与えられる。複数の個別電極１４Ｂは、各発熱抵抗体１２の抵抗長方向の他端側にそれぞれ接続され、該抵抗長方向と平行にヘッド基板１０の第１端面１０ｂまで延長している。これら複数の個別電極１４Ｂは、その延長端部に設けた電極パッドを介してプリント回路基板２０の駆動ユニット２１に接続されている。コモン電極１４Ａ（延長部１４Ａ’は除く）及び複数の個別電極１４Ｂは、各発熱抵抗体１２の幅寸法Ｗと略同一の幅寸法で形成されている。
【００２１】
耐磨耗保護層１５は、例えばＳｉＡｌＯＮやＴａ2Ｏ5等の耐摩耗性材料からなり、ヘッド動作時に生じる摩擦から絶縁バリア層１３や電極層１４を保護する。耐磨耗保護層１５の厚さは約６μｍ程度である。なお、図２では、耐磨耗保護層１５が図示省略されている。
【００２２】
プリント回路基板２０は、セラミック材料からなる非導電性基板であり、ヘッド基板１０の第１端面１０ｂに隣接して配置されている。プリント回路基板２０には、個別電極１４Ｂを介して複数の発熱抵抗体１２を個別に通電制御する駆動ユニット２１と、コモン電極１４Ａに導通接続された導通連絡部２２と、該プリント回路基板２０を取付台１にねじ固定する金属ねじ２３とが設けられている。
【００２３】
駆動ユニット２１は、ワイヤーボンディングにより複数の個別電極１４Ｂにそれぞれ接続された複数のスイッチング素子（駆動ＩＣ）２１ａを有し、複数のスイッチング素子２１ａのオンオフ切替により、各個別電極１４Ｂを介して対応する発熱抵抗体１２への通電／非通電を切り替える。複数の個別電極１４Ｂと複数のスイッチング素子２１ａのワイヤーボンディング部は、封止樹脂２４（図１）によって保護されている。図１及び図２ではサーマルヘッドの構造を簡略的に示しているが、複数の個別電極１４Ｂと複数のスイッチング素子２１ａを結ぶワイヤーは、実際には約５０μｍ程度と非常に微小間隔で設けられている。
【００２４】
導通連絡部２２は、例えばワイヤーボンディングによりコモン電極１４Ａの延長部１４Ａ’の両端部に接続され、このコモン電極１４Ａと図示されていない外部電源を導通接続するための中継部材である。外部電源は、ヘッド基板１０及びプリント回路基板２０とは別体で設けられている。
【００２５】
上記全体構成を有するサーマルヘッドでは、ヘッド基板１０の第２端面１０ｃにコモン電極１４Ａの延長部１４Ａ’が臨んでおり、この第２端面１０ｃにおいて、導電性樹脂接着部３０を介してコモン電極１４Ａと取付台１が導通接続されている。サーマルヘッドの印刷動作時に、図示されていない外部電源からプリント回路基板２０の導通連絡部２２を介してヘッド基板１０のコモン電極１４Ａを給電すると、コモン電極１４Ａ、導電性樹脂接着部３０及び取付台１が一体の電極層として機能する。このように電流の流れる面積を十分大きく確保すれば、コモン電極１４Ａの電気抵抗が見かけ上低減するので、コモンドロップを抑えることができ、ヘッド基板１０を小型化しても高品質印刷を実現可能である。
【００２６】
図３は、導電性樹脂接着部３０を説明する模式図である。導電性樹脂接着部３０は、図２及び図３に示すように、コモン電極１４の延長部１４Ａ’の長手方向、すなわち、発熱抵抗体１２の並び方向に位置を異ならせて複数設けられている。このコモン電極１４Ａが臨むヘッド基板１０の第２端面１０ｃ側には、基板表面１０ａよりも低く凹んだ段差部１０ｄが形成されており、導電性樹脂接着部３０は、取付台１の上面から上記段差部１０ｄまでを跨いだ状態でヘッド基板１０の第２端面１０ｃを覆っている。段差部１０ｄには、蓄熱層１１が存在せず、ヘッド基板１０上に直接、抵抗体層１２’と電極層１４（コモン電極１４Ａの延長部１４Ａ’）と耐磨耗保護層１５が積層形成されている。導電性樹脂接着剤３０の配設位置及び間隔は任意である。
【００２７】
上述したように導電性樹脂接着部３０が不連続で複数箇所に設けられていると、導電性樹脂接着部３０を連続塗布して設ける場合よりも導電性樹脂接着部３０の塗布面積（表面積）が小さくなるので、該導電性樹脂接着部３０を熱処理により硬化させる際に、導電性樹脂接着部３０とヘッド基板１０及び取付台１との熱膨張係数の差によって熱応力が生じても、導電性樹脂接着部３０の受ける熱応力は小さくて済む。これにより、導電性樹脂接着部３０は界面破壊することなく、コモン電極１４Ａと取付台１とを確実に導通させることができる。
【００２８】
この導電性樹脂接着部３０は、具体的には、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂及びシリコーン系樹脂等からなるベース材に、Ａｕ、Ａｇ、ＮｉまたはＣ等からなる導電性粒子を混ぜた導電性樹脂材料からなる。この種の導電性樹脂材料は、粘度（硬化前の粘度）が高いことから、異なる複数の位置に小さい表面積で不連続塗布することが容易であり、本実施形態の導電性樹脂接着部３０として用いるのに最適である。コモン電極１４Ａの延長部１４Ａ’の長手方向の寸法は１００ｍｍ程度であるのに対し、各導電性樹脂接着部３０の同長手方向の寸法は１ｍｍ程度と十分に小さくなっている。
【００２９】
隣接する導電性樹脂接着部３０の間は、絶縁性樹脂３１によって埋められている。絶縁性樹脂３１は、被覆性が良く且つ硬化後の粘度が高い絶縁性樹脂材料、具体的に例えばシリコン系樹脂材料またはエポキシ系樹脂材料からなり、コモン電極１４の延長部１４Ａ’の導電性樹脂接着部３０で覆われていない領域を完全に覆って、コモン電極１４の表面酸化及び破断を防止する保護膜として機能する。また絶縁性樹脂３１は、硬化後も粘度が高いことから、硬化時に熱応力を受けても該応力を絶縁性樹脂３１自体で吸収でき、導電性樹脂接着部３０の界面破壊を抑制することができる。
【００３０】
以上のように本実施形態では、コモン電極１４Ａの延長部１４Ａ’と取付台１とを導通接続させる導電性樹脂接着部３０を、発熱抵抗体１２の並び方向に位置を異ならせて複数設けている。このように導電性樹脂接着部３０を不連続とし、且つ、その設ける面積範囲を狭小化すれば、ヘッド基板１０と取付台１との熱膨張係数の差に起因する熱応力が生じても導電性樹脂接着部３０に加わる熱応力は小さくなり、該熱応力による導電性樹脂接着部３０の界面破壊を防止することができる。これにより、導電性樹脂接着部３０を介してコモン電極１４Ａと取付台１とを確実に導通させることができ、ヘッド印刷動作時にはコモン電極１４Ａ、導電性樹脂接着部３０及び取付台１が一体の電極層を構成してコモン電極１４Ａの電気抵抗を見かけ上低減させるので、コモンドロップを抑えて印刷品質を向上させることができ、ヘッド小型化にも対応可能である。また本実施形態では、ヘッド基板１０の第２端面１０ｃに導電性樹脂接着部３０を連続塗布する場合に比べて、導電性樹脂材料の塗布量が少なくて済むので、低コスト化を図れるメリットもある。
【００３１】
以上では、凸形状部１１ａを有する蓄熱層１１をヘッド基板１０の基板表面１０ａに備えた部分グレーズヘッドに本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明は、平面グレーズヘッドやリアルエッジヘッド、ダブルグレーズヘッド等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの全体構造を示す断面図（図２のI−I線に沿う断面図）である。
【図２】図１のヘッド基板の構成を拡大して示す平面図である。
【図３】図１及び図２の導電性樹脂接着部を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  取付台
１０  ヘッド基板
１０ａ  基板表面
１０ｂ  第１端面
１０ｃ  第２端面
１０ｄ  段差部
１１  蓄熱層
１２  発熱抵抗体
１３  絶縁バリア層
１４Ａ  コモン電極
１４Ａ’  延長部
１４Ｂ  個別電極
２０  プリント回路基板
２１  駆動ユニット
２１ａ  スイッチング素子
２２  導電接続部
２３  金属ねじ
２４  封止樹脂
３０  導電性樹脂接着部
３１  絶縁性樹脂
【図１】
2007083575.tif 000003
【図２】
2007083575.tif 000004
【図３】
2007083575.tif 000005