(57)【要約】【課題】ベースプレート上に複数のヘッド部が搭載されてなるサーマルヘッドにおいて、ベースプレートへの放熱性を高めるとともに、ヘッド部間の温度差を低減する。【解決手段】ベースプレート１と、ベースプレート１上に固定された複数の放熱板２と、複数の放熱板２上にそれぞれ固定され、それぞれ複数の発熱体３ａが形成された複数のヘッドチップ３とを有する。ベースプレート１と複数の放熱板２との間、並びに、複数の放熱板２間に熱伝導性樹脂６を設ける。これにより、ベースプレート１と放熱板２との間の隙間が熱伝導性樹脂６で埋められることから、ベースプレート１への放熱性が高められ、また、複数の放熱板２間の隙間にも熱伝導性樹脂６が設けられることから、ヘッド部３０間の温度差についても低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、
前記ベースプレート上に固定された複数の放熱板と、
前記複数の放熱板上にそれぞれ固定され、それぞれ複数の発熱体が形成された複数のヘッドチップと、
前記ベースプレートと前記複数の放熱板との間、並びに、前記複数の放熱板間に設けられた熱伝導性樹脂と、を備えることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記熱伝導性樹脂は、前記複数の放熱板間に存在する隙間の３０％以上を埋めるよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記ベースプレートと前記複数の放熱板との間に設けられた前記熱伝導性樹脂の平均厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
ベースプレート上に未硬化の熱伝導性樹脂を供給する工程と、
複数の発熱体が形成されたヘッドチップが放熱板上に固定されてなるヘッド部を複数用意し、前記ベースプレートと前記放熱板とが前記熱伝導性樹脂を介して対向するよう、前記ベースプレート上に前記複数のヘッド部を搭載する工程と、
前記複数の放熱板間に存在する隙間に未硬化の前記熱伝導性樹脂を供給する工程と、
前記熱伝導性樹脂を硬化させる工程と、を備えることを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記サーマルヘッドを備え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】
本発明はサーマルヘッド及びその製造方法並びにサーマルプリンタに関し、特に、ベースプレート上に複数のヘッド部が搭載されてな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。
【背景技術】
【０００２】
サーマルプリンタに用いられるサーマルヘッドは、通常、ベースプレート上にヘッド部が固定された構造を有している。ヘッド部とは、放熱板及びこれに固定されたヘッドチップからなる部品である。ヘッドチップは、アルミナなどからなる絶縁基板上に複数の発熱体が形成された構成を有しており、各発熱体に電流を流すことによって、対応するドットを被印画物等に印字することができる。ヘッドチップによる発熱は、放熱板を介してベースプレートに放熱される。このため、放熱板やベースプレートの材料としては、熱伝導性の高い金属材料、例えばアルミニウムなどが選択される。
【０００３】
通常、１つのヘッドチップのライン方向におけるサイズは２５０ｍｍ程度までである。このため、より広い印画幅が必要な場合には複数のヘッドチップをライン方向に繋げ、これによって長尺化を図る必要がある。このようなサーマルヘッドは、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８０１７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヘッドチップが搭載される放熱板やベースプレートは、上述の通りアルミニウムなどの金属材料からなることから、ベースプレート上にヘッド部を機械的に固定するのみでは、両者の面加工精度、反りなどにより、両者の間に隙間が生じる。これにより、放熱板からベースプレートへの放熱性が低下するという問題があった。しかも、ベースプレート上に複数のヘッド部を搭載する場合には、それらの間にも隙間を有することでヘッド部間の温度差も生じるため、ヘッド部ごとの印字濃度に差が生じるという問題もあった。
【０００６】
したがって、本発明は、ベースプレート上に複数のヘッド部が搭載されてなるサーマルヘッドにおいて、ヘッド部からベースプレートへの放熱性を高めることを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、ベースプレート上に複数のヘッド部が搭載されてなるサーマルヘッドにおいて、ヘッド部間の温度差を低減することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明はこのようなサーマルヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明はこのようなサーマルヘッドを備えたサーマルプリンタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるサーマルヘッドは、ベースプレートと、前記ベースプレート上に固定された複数の放熱板と、前記複数の放熱板上にそれぞれ固定され、それぞれ複数の発熱体が形成された複数のヘッドチップと、前記ベースプレートと前記複数の放熱板との間、並びに、前記複数の放熱板間に設けられた熱伝導性樹脂と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によるサーマルヘッドの製造方法は、ベースプレート上に未硬化の熱伝導性樹脂を供給する工程と、複数の発熱体が形成されたヘッドチップが放熱板上に固定されてなるヘッド部を複数用意し、前記ベースプレートと前記放熱板とが前記熱伝導性樹脂を介して対向するよう、前記ベースプレート上に前記複数のヘッド部を搭載する工程と、前記複数の放熱板間に存在する隙間に未硬化の前記熱伝導性樹脂を供給する工程と、前記熱伝導性樹脂を硬化させる工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明によるサーマルプリンタは、前記サーマルヘッドを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ベースプレートと放熱板との間の隙間が熱伝導性樹脂で埋められることから、ヘッド部からベースプレートへの放熱性を高めることが可能となる。しかも、複数の放熱板間の隙間にも熱伝導性樹脂が設けられることから、ヘッド部間の温度差についても低減することが可能となる。
【００１４】
本発明において、前記熱伝導性樹脂は前記複数の放熱板間に存在する隙間の３０％以上を埋めるよう設けられていることが好ましい。これによれば、ヘッド部間の温度差をより効果的に低減することが可能となる。
【００１５】
本発明において、前記ベースプレートと前記複数の放熱板との間に設けられた前記熱伝導性樹脂の平均厚みが２００μｍ以下であることが好ましい。これによれば、ヘッド部からベースプレートへの放熱性を十分に確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明によれば、ヘッド部からベースプレートへの放熱性が高く、且つ、ヘッド部間の温度差が低減されたサーマルヘッド及びその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の構造を説明するための略断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の製造方法を説明するための一工程（熱伝導性樹脂６ａの形成）を示す工程断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の製造方法を説明するための一工程（ヘッド部３０の載置）を示す工程断面図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の製造方法を説明するための一工程（熱伝導性樹脂６ｂの注入）を示す工程断面図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の製造方法を説明するための一工程（固定ビス４による固定）を示す工程断面図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態によるサーマルプリンタ２００の構造を説明するための略断面図である。
【図８】実施例１の結果を示すグラフである。
【図９】実施例２の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例３の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の構成を説明するための略断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０は、ベースプレート（支持板）１と、ベースプレート１上に固定された複数（本実施形態においては２つ）のヘッド部３０とを備えている。各ヘッド部３０は、放熱板２と、放熱板２上に固定されたヘッドチップ３とにより構成され、ヘッドチップ３の表面には複数の発熱体３ａが形成されている。ここで、ベースプレート１及び放熱板２はアルミニウムからなり、ヘッドチップ３はアルミナからなる。ベースプレート１と放熱板２とは、複数の固定ビス４によって固定されている。また、ベースプレート１には、ヘッド部３０の高さを調整するためのセットビス５が設けられている。そして、ベースプレート１と複数の放熱板２との間の全面、並びに、隣接する複数の放熱板２の間の隙間には熱伝導性樹脂６が設けられている。
【００２１】
熱伝導性樹脂６は熱伝導性に優れた樹脂材料であれば特に限定されないが、硬化状態での熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。これは、熱伝導性樹脂６の厚みが極端に厚くない限り、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であれば十分な放熱特性が得られるからである。実際のサーマルヘッドにおいては、放熱板２とベースプレート１の間には、加工精度に起因する隙間や、ヘッド部の高さ調整に起因する隙間が生じる程度であり、その間隔は最大でも２００μｍ程度である。２００μｍ程度の隙間であれば、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導性樹脂６を選択することにより、十分な放熱特性が得られる。尚、上述の通り、放熱板２とベースプレート１との間には、加工精度に起因する隙間や、ヘッド部の高さ調整による隙間が不可避的に生じることから、両者を密着させることは現実的に不可能である。このことは、熱伝導性樹脂６を介在させない場合、放熱板２からベースプレート１への放熱性は、部分的な接触箇所を除き、非常に低くなることを意味する。
【００２２】
熱伝導性樹脂６の選択は、熱伝導性のみならず、耐久性、作業性や硬化後の柔軟性など求められる他の特性をも考慮することが好ましい。熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、且つ、求められる他の特性を満足する材料としては、シリカとカーボンブラックを含有するシリコーン樹脂（以下シリコーン混和物）が挙げられる。シリコーン混和物は、熱伝導率が０．６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、且つ、耐久性や作業性など他の特性にも優れていることから、熱伝導性樹脂６の材料として最も好適である。
【００２３】
このような構成により、発熱体３ａから発生し放熱板２へ伝わった熱は、ベースプレート１と放熱板２との間の隙間に埋め込まれた熱伝導性樹脂６の存在により、効率よく放熱される。さらに、複数の放熱板２間の隙間にも熱伝導性樹脂６が設けられていることから、隣接するヘッド部３０間の温度差についても低減することが可能となる。したがって、ヘッド部３０ごとの印字濃度に差が生じることを防止することができる。
【００２４】
隣接する複数の放熱板２の間に存在する隙間には、熱伝導性樹脂６がその隙間の３０％以上を埋めるよう設けられていることが好ましい。これによれば、隣接するヘッド部３０の間の温度差をより効果的に低減することが可能となる。また、ベースプレート１と複数の放熱板２との間に設けられた熱伝導性樹脂６の平均厚みは２００μｍ以下であることが好ましい。これによれば、ベースプレートへの放熱性を十分に確保することが可能となる。なお、安定に形成可能な熱伝導性樹脂６の厚みの下限は１０μｍ程度である。さらに、熱伝導性樹脂６の熱伝導率は、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。これによれば、ベースプレート１への放熱性を十分に確保するとともに、隣接するヘッド部２の間の温度差を十分に低減することが可能となる。
【００２５】
次に、本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッドの製造方法について説明する。
【００２６】
図２及び図３〜図６は、それぞれ、本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッド１０の製造方法を説明するためのフローチャート及び工程断面図である。尚、図３〜図６においてはビス穴の一部又は全部の図示を省略している。
【００２７】
本発明の好ましい実施形態によるサーマルヘッドの製造方法では、まず、図３に示すように、ベースプレート１上に未硬化の熱伝導性樹脂６ａを供給する（ステップＳ１）。この段階では、熱伝導性樹脂６ａはまだ硬化されない。
【００２８】
次に、図４に示すように、複数の発熱体３ａが形成されたヘッドチップ３が放熱板２上に固定されてなるヘッド部３０を複数用意し、ベースプレート１と放熱板２とが熱伝導性樹脂６を介して対向するよう、ベースプレート１上に複数のヘッド部３０を搭載する（ステップＳ２）。ここで、隣接するヘッド部３０の間に隙間が生じ、放熱板２間には隙間（空間）１００が形成される。
【００２９】
続いて、図５に示すように、放熱板２間の空間１００（図４参照）に未硬化の熱伝導性樹脂６ｂを注入する（ステップＳ３）。これにより、先に形成した熱伝導性樹脂６ａと熱伝導性樹脂６ｂとが一体化する。ここで、熱伝導性樹脂６ｂは、空間１００の３０％以上に充填されていれば有効な放熱が得られるが、空間１００の形状、熱伝導性樹脂６ｂの熱伝導率等を考慮すると、空間１００における熱伝導性樹脂６ｂの占有率は７０％以上であることがより好ましく、熱伝導性樹脂６ｂが放熱板２ａの側面全体を覆っていることが最も好ましい。
【００３０】
次に、図６に示すように、複数の固定ビス４によってベースプレート１と放熱板２とを固定する（ステップＳ４）。続いて、図１に示すように、セットビス５により、ヘッド部３０の高さを調整する（ステップＳ５）。
【００３１】
最後に、熱伝導性樹脂６を硬化させる（ステップＳ６）ことにより、サーマルヘッド１０が完成する。
【００３２】
なお、サーマルヘッド動作時の加熱によって放熱板２間の空間１００の幅が変化する場合があるが、熱伝導性樹脂６は完全に硬化した後もゲル状態であるため、熱伝導性樹脂６が放熱板２から剥離することはない。
【００３３】
次に、本発明の好ましい実施形態によるサーマルプリンタについて説明する。
【００３４】
図７は本発明の好ましい実施形態によるサーマルプリンタ２００の構造を説明するための略断面図である。
【００３５】
図７に示すように、サーマルプリンタ２００は、被印画物２０１と、搬送ローラ２０２ａ及び２０２ｂと、プラテンローラ２０３と、インクリボン２０４と、サーマルヘッド１０とを備えて構成されている。
【００３６】
サーマルプリンタ２００は、幅の広い被印画物２０１に印刷を行うものであり、これに対応すべく、複数のヘッドチップをライン方向に繋げることにより長尺化された構成のサーマルヘッド１０が用いられている。そして、上記実施形態において説明したとおり、サーマルヘッド１０においては、ベースプレート１と複数の放熱板２との間の全面、並びに、隣接する複数の放熱板２の間の隙間に熱伝導性樹脂６が設けられている（図１参照）。
【００３７】
被印画物２０１はロール状に収容されており、搬送ローラ２０２ａ及び２０２ｂによって挟持されている。搬送ローラ２０２ａ及び２０２ｂに挟まれた被印画物２０１は、さらにプラテンローラ２０３の上に載置されている。そして、搬送ローラ２０２ａ、２０２ｂ及びプラテンローラ２０３を回転させることにより、被印画物２０１が搬送される。また、プラテンローラ２０３は、インクリボン２０４及び被印画物２０１を介してサーマルヘッド１０の下部に位置するように設けられている。
【００３８】
このようなサーマルプリンタ２００による印刷は、搬送ローラ２０２ａ、２０２ｂ及びプラテンローラ２０３により被印画物２０１を搬送し、サーマルヘッド１０とプラテンローラ２０３とによってインクリボン２０４及び被印画物２０１が挟まれるようにサーマルヘッド１０を被印画物２０１に押圧し、サーマルヘッド１０を発熱させてインクリボン２０４のインクを溶融させることにより行われる。
【００３９】
このように、上記実施形態によるサーマルヘッド１０を用いたサーマルプリンタ２００によれば、サーマルヘッド１０において発熱体３ａ（図１参照）から発生した熱が効率よく放熱されることから、良質な印刷を行うことが可能となる。また、サーマルヘッド１０の長手方向における印字濃度の差を防止することもできる。
【００４０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４１】
例えば、本発明において、ベースプレート１と放熱板２との間に埋め込まれた熱伝導性樹脂６と、放熱板２間に埋め込まれた熱伝導性樹脂６とが同一の材料であることは必須でなく、作業性などを考慮して互いに異なる材料を選択しても構わない。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００４３】
［実施例１］
図１に示した構造を有するサーマルヘッド１０において、ベースプレート１と放熱板２ａとの間に埋め込まれた熱伝導性樹脂６の平均厚みを１５０μｍに設定し、熱伝導率の異なる複数の熱伝導性樹脂６を用いて、放熱板２とベースプレート１の各厚さ方向の中央の位置の温度差をそれぞれ測定した。ベースプレート１の厚さ、放熱板２の厚さ、ヘッドチップ３の厚さ及びヘッド部３０の幅は、それぞれ１４．５ｍｍ、５．０ｍｍ、０．８５ｍｍ及び２５６ｍｍとした。
【００４４】
測定の結果を図８に示す。図８に示すように、放熱板２とベースプレート１との温度差は、熱伝導性樹脂６の熱伝導率が高いほど小さくなることが確認された。但し、その傾向は直線的ではなく、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の領域では熱伝導率が高くなるにつれて温度差が急速に縮小したが、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の領域では温度差がさほど変化せず、放熱特性がほぼ飽和状態となった。ここで、放熱板２とベースプレート１との温度差の許容上限値を５℃とすると、熱伝導率が０．６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるシリコーン混和物を選択すると、温度差の許容上限値を下回ることが確認された。
【００４５】
［実施例２］
熱伝導率が０．６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるシリコーン混和物を熱伝導性樹脂６として用いて、図１に示した構造を有するサーマルヘッド１０を作製した。ベースプレート１の厚さ、放熱板２の厚さ、ヘッドチップ３の厚さ及びヘッド部３０の幅は、上記実施例１と同様とした。そして、熱伝導性樹脂６の平均厚みを種々に設定した場合の、放熱板２とベースプレート１の各厚さ方向の中央の位置の温度差の変化を測定した。本実施例では、熱伝導性樹脂６の厚みがゼロである場合に、放熱板２とベースプレート１とが接触する条件で測定を行った。
【００４６】
測定の結果を図９に示す。図９に示すように、放熱板２とベースプレート１との温度差は、熱伝導性樹脂６の厚みが薄いほど小さくなることが確認された。但し、その傾向は直線的ではなく、２００μｍ超の領域では熱伝導性樹脂６の厚みが厚くなるにつれて温度差が急速に拡大したが、２００μｍ以下の領域では温度差がさほど変化せず、放熱特性がほぼ飽和状態となった。ここで、放熱板２とベースプレート１との温度差の許容上限値を５℃とすると、熱伝導性樹脂６の平均厚みが２００μｍ以下であれば、温度差の許容上限値を下回ることが確認された。
【００４７】
上述の通り、本実施形態は、熱伝導性樹脂６の厚みがゼロである場合に放熱板２とベースプレート１とが接触する条件で測定を行っているため、熱伝導性樹脂６の厚みがゼロである場合の温度差が最も小さくなっている。しかしながら、実際のサーマルヘッドにおいては、既に説明したとおり放熱板２とベースプレート１との間には不可避的に隙間が生じており、両者が接触しているのはごく一部分である。このような条件下においては、熱伝導性樹脂６の厚みがゼロである場合、放熱性が非常に悪くなる（温度差が非常に大きくなる）ことは容易に理解できる。
【００４８】
［実施例３］
ベースプレート１と放熱板２との間に埋め込まれた熱伝導性樹脂６の平均厚みを１５０μｍとし、熱伝導率が０．６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるシリコーン混和物を熱伝導性樹脂６として用いて、図１に示した構造を有するサーマルヘッド１０を作製した。隣接する放熱板２間の空間１００は断面形状を５ｍｍ×１．５ｍｍとした。ベースプレート１の厚さ、放熱板２の厚さ、ヘッドチップ３の厚さ及びヘッド部３０の幅は、上記実施例１と同様とした。そして、熱伝導性樹脂６（６ｂ）の空間１００における占有率を種々に設定した場合の、隣接する放熱板２間の温度差の変化を測定した。各放熱板２の温度は、熱伝導性樹脂６（６ｂ）側の端面から１５ｍｍ、厚さ方向の中央の位置で測定した。
【００４９】
測定の結果を図１０に示す。図１０に示すように、放熱板２間の温度差は、樹脂占有率が大きいほど小さくなることが確認された。但し、その傾向は直線的ではなく、２５％未満の領域では樹脂占有率が大きくなるにつれて温度差が急速に縮小したが、２５％以上の領域では温度差がさほど変化せず、ほぼ飽和状態となった。ここで、放熱板２間の温度差の許容上限値を２℃とすると、樹脂占有率が３０％である場合、温度差の許容上限値を下回ることが確認された。
【符号の説明】
【００５０】
１    ベースプレート
２    放熱板
３    ヘッドチップ
３ａ    発熱体
３０    ヘッド部
４    固定ビス
５    セットビス
６，６ａ，６ｂ    熱伝導性樹脂
１０    サーマルヘッド
１００    空間
２００    サーマルプリンタ
２０１    被印画物
２０１ａ    被印画面
２０２ａ，２０２ｂ    搬送ローラ
２０３    プラテンローラ
２０４    インクリボン
【図１】
2012091359.tif 000003
【図２】
2012091359.tif 000004
【図３】
2012091359.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012091359.tif 000009
【図８】
2012091359.tif 000010
【図９】
2012091359.tif 000011
【図１０】
2012091359.tif 000012