(57)【要約】【課題】高速化および高画質化が可能なニアエッジ構造のサーマルプリントヘッドを提供する。【解決手段】放熱板１１上に抵抗体基板部１２Ａおよび駆動回路基板部１２Ｂが配置され、放熱板１１はその端部で突出する冷却フィン１３が一体構造に形成され、放熱性接着材１４を介して支持基板１５および駆動回路基板２１が貼着してある。冷却フィン１３は放熱性接着材１４を介し支持基板１５の端面１５ａに熱的に接触している。端面１５ａ近傍の凸状グレーズ層１６上に発熱抵抗体層１７が形成され、その傾斜面に間隙Ｇを設けて第１の電極１８ａ、第２の電極１８ｂが形成され、間隙Ｇ部分を発熱部１９とする。全体を被覆して保護膜２０が形成され、駆動回路基板２１上の駆動ＩＣ２２がボンディングワイヤーＷで上記電極と接続し、封止材２３で気密封止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板上に接着材により貼着された支持基板の主面上において、前記支持基板の縁端部に沿って延在して配設され、前記延在する方向と直交する方向の断面形状が凸状のグレーズ層と、
前記グレーズ層の表面あるいは前記支持基板の表面に形成した発熱抵抗体層と、
前記凸状のグレーズ層の頭頂部と前記支持基板の縁端部との間であって、前記グレーズ層の傾斜面の前記発熱抵抗体層上に間隙を設けて形成した電極と、
前記電極の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体層の発熱部を少なくとも被覆し、前記グレーズ層上および前記支持基板上に積層する保護膜と、
前記放熱板上で突出し、前記支持基板の縁端部の端面と放熱性接着材を介して熱的に接触する冷却フィンと、を有し、
前記冷却フィンは、前記放熱板と共に前記発熱部の発する熱を放熱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】
前記冷却フィンは、前記放熱板と一体構造に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
前記冷却フィンの上端面は、前記発熱部上を圧送される記録媒体の走行が阻害されないような高さ位置あるいは傾斜面となっていることを特徴とする請求項１又は２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として用い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、低騒音で低ランニングコストなどの利点を有し、バーコードプリンタや計量機、デジタル製版機、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンター等の各記録機器に広く利用されている。一般的に、サーマルプリントヘッドは、画像形成のための発熱部を設けた支持基板および駆動ＩＣを搭載した駆動回路基板などを、放熱板の一主面上に配置した構造になっている。
【０００３】
そして、特にヘッド寸法の縮小化が容易になるものとして、いわゆるニアエッジ構造のサーマルプリントヘッドがある（例えば、特許文献１参照）。このサーマルプリントヘッドは、通常、ヘッド上において記録媒体が搬送される方向（副走査方向）に直交する方向（主走査方向）に沿い延在し配設された凸状グレーズ層を有している。そして、駆動回路基板面上に突出する駆動ＩＣが走行中の記録媒体と接触しないように、凸状グレーズ層の頭頂部を挟んで、駆動ＩＣの反対側に発熱部を配置し、発熱部を支持基板の縁端部（ニアエッジ）に設ける。図４はこの構成の一例を示す副走査方向の断面図である。
【０００４】
図４に示すように、このサーマルプリントヘッドでは、例えば放熱板１０１の主面上に抵抗体基板部１０２Ａおよび駆動回路基板部１０２Ｂが隣接して設けられている。そして、抵抗体基板部１０２Ａでは、放熱板１０１の主面上に熱伝導性のある接着層１０３を介して支持基板１０４が貼着されている。そして、支持基板１０４上の縁端部に凸状グレーズ層１０５が形成され、この凸状グレーズ層１０５表面および支持基板１０４表面を被覆して発熱抵抗体層１０６が形成されている。この発熱抵抗体層１０６上には、第１の電極１０７ａおよび第２の電極１０７ｂが間隙Ｇを挟んで対向して配置されている。ここで、第１の電極１０７ａおよび第２の電極１０７ｂからなる一対の電極１０７は発熱抵抗体層１０６に重層して電気接続し、これ等の間隙Ｇで露出する発熱抵抗体層１０６が発熱部１０８となる。
【０００５】
図４に示すように、上記発熱部１０８は支持基板１０４のニアエッジに設けた凸状グレーズ層１０５の片斜面の領域に形成される。そして、発熱部１０８の通電用電極となる一対の電極１０７および発熱部１０８が１つの発熱素子となり、サーマルプリントヘッドの主走査方向に、所定数例えば２０５６個の発熱素子アレイとして一列に配置される。更に、後述するボンディングワイヤー接続のために一対の電極１０７の端部が露出され全体が保護膜１０９により被覆されている。
【０００６】
一方、駆動回路基板部１０２Ｂは、放熱板１０１に接着層１０３を介して貼着した駆動回路基板１１０等から構成され、その基板表面に回路パターン（不図示）等が形成され、また駆動ＩＣ１１１等が搭載されている。そして、抵抗体基板部１０２Ａの上記通電用電極と駆動回路基板部１０２Ｂの駆動ＩＣ１１１との間、および、駆動ＩＣ１１１と駆動回路基板部１０２Ｂの回路パターンとの間などがボンディングワイヤーＷで電気的に接続されている。そして、これ等のボンディングワイヤーＷおよび駆動ＩＣ１１１は、例えばエポキシ樹脂から成る封止材１１２によって気密封止されている。
【０００７】
上記サーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成では、感熱記録紙や熱転写インクリボン等（図示せず）が、凸状グレーズ層１０５の片斜面領域の保護膜１０９とプラテンローラ１１３との間で挟圧され、副走査方向に所定の速度で搬送される。この搬送において、上記感熱記録媒体が片斜面領域に配設された発熱部１０８により加熱され、その熱により記録媒体が印画される。
【０００８】
このようなニアエッジ構造のサーマルプリントヘッドは、支持基板１０４上の副走査方向における断面形状が山形の凸形状に盛り上がった凸状グレーズ層１０５を形成し、この凸状グレーズ層１０５の上に発熱部１０８を設けた構造になる。このように、凸状グレーズ層１０５を上記山形に盛り上がった構造にすれば、発熱部１０８に対する感熱記録紙や熱転写インクリボン等の密着性を高めると共に、発熱部１０８の蓄熱性を良好にしその低消費電力化を容易にすることができる。また、支持基板１０４の副走査方向における寸法の縮小化を容易にすることができる。
【特許文献１】特開２００５−２６２８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記ニアエッジ構造のサーマルプリントヘッドは、それを備えた記録機器における高速化および高画質化が難しいという問題を有していた。上記高速化においては、記録媒体への印画時間と共に無印画時間の短縮が必須になる。ここで、凸状グレーズ層１０５の上部に設けた発熱部１０８の蓄熱性は、他のグレーズ層が薄膜型のサーマルプリントヘッドの場合よりも高い。この蓄熱性が高いと、発熱部１０８を印画に必要な温度に昇温する時間が短縮し印画時間を短くできる。しかし、一方で無印画時間を短縮しようとすると、上記凸状グレーズ層１０５の上部に設けた発熱部１０８の充分な放熱の確保ができなくなる。そして、この放熱が充分にできないと、印画点の切れが劣化し、副走査方向での画質にじみが顕在化し視認されるようになる。
【００１０】
ところで、他のサーマルプリントヘッドとして、上述したのと同様な凸状グレーズ層１０５が支持基板１０４の縁端部でなく略中心部に沿って延在して設けられ、その頭頂部に上記発熱部１０８が形成される構造のものがある。しかし、上記ニアエッジ構造のサーマルプリントヘッドは、凸状グレーズ層の頭頂部に発熱部が形成されている上記サーマルプリントヘッドに比べても、上記高速化において印画点の切れが悪くなる。
【００１１】
このように、従来のニアエッジ構造のサーマルプリントヘッドは、上述した他のサーマルプリントヘッドに較べてヘッド寸法の小型化には適しているものの、高い放熱性が得られにくく高速化と高画質化が両立し難い構造となっていた。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、凸状グレーズ層上の発熱部から放熱板への熱伝導による放熱を高め、その高速化および高画質化が可能になるニアエッジ構造のサーマルプリントヘッド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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明にかかるサーマルプリントヘッドは、放熱板上に接着材により貼着された支持基板の主面上において、前記支持基板の縁端部に沿って延在して配設され、前記延在する方向と直交する方向の断面形状が凸状のグレーズ層と、前記グレーズ層の表面あるいは前記支持基板の表面に形成した発熱抵抗体層と、前記凸状のグレーズ層の頭頂部と前記支持基板の縁端部との間であって、前記グレーズ層の傾斜面の前記発熱抵抗体層上に間隙を設けて形成した電極と、前記電極の間隙部分に露出する前記発熱抵抗体層の発熱部を少なくとも被覆し、前記グレーズ層上および前記支持基板上に積層する保護膜と、前記放熱板上で突出し、前記支持基板の縁端部の端面と放熱性接着材を介して熱的に接触する冷却フィンと、を有し、前記冷却フィンが、前記放熱板と共に前記発熱部の発する熱を放熱する、構成になっている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成により、凸状グレーズ層上の発熱部から放熱板への熱伝導による放熱を高め、その高速化および高画質化が可能になるサーマルプリントヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態について図１、図２および図３を参照して説明する。ここで、図１はサーマルプリントヘッドの一例を示す上面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図である。そして、図３は本実施形態の変形例を示し図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図となっている。以下、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略される。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。
【００１６】
図１，２に示すように、サーマルプリントヘッド１０では、放熱板１１の主面上に抵抗体基板部１２Ａおよび駆動回路基板部１２Ｂが隣接して設けられている。ここで、放熱板１１の端部で突出する冷却フィン１３が一体構造に形成されている。そして、この抵抗体基板部１２Ａでは、放熱板１１の主面上に放熱性接着材１４を介して、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）等の耐熱性および熱伝導性のよい支持基板１５が貼着されている。また、支持基板１５の端面１５ａが上記放熱性接着材１４を介して冷却フィン１３と熱的に接触している。
【００１７】
そして、支持基板１５上の端面１５ａに近い縁端部に沿い、一方向である副走査方向における断面形状が山形になった凸状グレーズ層１６が主走査方向に配設され、この凸状グレーズ層１６表面および支持基板１５表面に発熱抵抗体層１７が形成されている。
【００１８】
そして、従来の技術で説明したように、発熱抵抗体層１７に重層して電気接続する第１の電極１８ａおよび第２の電極１８ｂが間隙Ｇを挟んで対向して配置されている。この間隙Ｇで露出する発熱抵抗体層１７が発熱部１９となる。このように、発熱部１９は、断面形状が山形の凸形状に盛り上がった凸状グレーズ層１６において、その頭頂部に近い側であって支持基板１５の端面１５ａとの間の傾斜面に形成される。そして、第１の電極１８ａと第２の電極１８ｂから成る一対の電極１８および発熱部１９を１つの発熱素子として、サーマルプリントヘッドの主走査方向に、所定数例えば２０５６個の発熱素子アレイが一列に配置される。そして、後述するボンディングワイヤー接続のために一対の電極１８の端部が露出され全体が熱伝導性のよい保護膜２０により被覆されている。
【００１９】
駆動回路基板部１２Ｂは、従来の技術で説明したのと同様に、放熱板１１に放熱性接着材１４を介して貼着した駆動回路基板２１を有し、その基板表面に回路パターン等が形成され、駆動ＩＣ２２等が搭載されている。この駆動ＩＣ２２と上記一対の電極１８および上記回路パターンとの間はボンディングワイヤーＷで電気的に接続され、ボンディングワイヤーＷおよび駆動ＩＣ２２は例えばエポキシ樹脂から成る封止材２３によって気密封止されている。また駆動ＩＣ２２は絶縁材料を介して抵抗基板部１２Ａに搭載してもよい。
【００２０】
このように、サーマルプリントヘッド１０は、発熱素子の発熱部１９が抵抗体基板部１２Ａの端部であって、支持基板１５の一方向における断面形状が山形に盛り上がった凸状グレーズ層１６の一斜面に形成され、そのグレーズ層１６の頭頂部を挟んで反対側に駆動ＩＣ２２が配置された、いわゆるニアエッジ構造になっている。このニアエッジ構造のサーマルプリントヘッド１０において、冷却フィン１３の上端面１３ａは、発熱部１９上をプラテンローラで圧送される記録媒体が接触しないような高さ位置になっている。そして、冷却フィン１３の一方向である副走査方向における断面幅は例えば０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度になる。
【００２１】
また、放熱板１１および冷却フィン１３は例えばＡｌ（アルミニウム）のような金属材から成り、放熱性接着材１４は、厚さが０．１ｍｍ程度以下となる熱伝導性のよい両面テープ、シリコーン系ゲル材、エポキシ樹脂等の絶縁性の接着剤から成る。ここで、放熱性接着材１４としては、通常の熱伝導性のある樹脂に熱伝導性の高いフィラーが混在したものが特に好適である。上記熱伝導性の高いフィラーとしては、例えばＡｌ2Ｏ3、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＣ（炭化珪素）、Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素）のようなセラミックスを微粒子にしたものが挙げられる。ここで、微粒子の粒径は１０μｍ〜１００μｍが好ましく、その含有量は、混合させる微粒子の種類あるいは放熱量により決められるが、例えば１０ｖｏｌ．％〜９０ｖｏｌ．％の範囲で適宜に設定される。
【００２２】
このような熱伝導性の高いフィラーを混在させることにより、通常の熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ弱のエポキシ樹脂は、例えばＡｌ2Ｏ3微粒子のフィラーを８０ｖｏｌ．％程度に含有することにより、２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有するようになる。ここで、Ａｌ2Ｏ3微粒子の代わりにＡｌＮ微粒子から成るフィラーを混在させた放熱性接着材１４の場合には、その熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ程度になる。
【００２３】
なお、セラミックス製の支持基板１５は、通常、耐熱性を有する絶縁体材料から成る支持基板であり、Ａｌ2Ｏ3セラミックスの他に、Ｓｉ（シリコン）、石英、ＳｉＣ等により構成されてもよい。
【００２４】
そして、上記凸状グレーズ層１６は、発熱部１９の発する熱を蓄積および放散する作用を有し、表面平滑性のある絶縁体材料であればよい。例えばＳｉＯ２（酸化珪素）から成るガラス膜、あるいはポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成る。
【００２５】
上記発熱抵抗体層１７は、例えばＴａＳｉＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＴｉＳｉＣＯ系の電気抵抗体材料から成る。そして、第１の電極１８ａおよび第２の電極１８ｂから成り通電用電極となる一対の電極のような電極は低抵抗になるほど好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ（銅）あるいはＡｌＣｕ合金等の金属を主材料に構成される。
【００２６】
そして、保護膜２０は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ（酸窒化珪素）やＳｉＣ等の硬質で緻密な熱伝導性のある絶縁体材料から成る。ここで、保護膜２０の最表面に少なくともＳｉと炭素（Ｃ）が含まれていると熱伝導性が高くなり好適である。この保護膜２０は、発熱素子アレイの一対の電極１８および発熱部１９を被覆し記録媒体の圧接あるいは摺接による磨耗、並びに大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する機能を有する。
【００２７】
次に、上記サーマルプリントヘッド１０の製造方法について述べる。先ず、Ａｌ2Ｏ3セラミックからなり副走査方向の幅が３ｍｍ程度、板厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍの細長の支持基板１５を用意する。そして、その主表面の縁端部の近傍に主走査方向に沿って、例えばＳｉＯ２のガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合して得たガラスペーストを周知のスクリーン印刷法で塗布形成する。その後、所定の温度で焼成し、断面形状が山形をなしその頭頂部の高さが例えば１０μｍ〜１００μｍ、その副走査方向の幅が例えば１００μｍ〜５００μｍになる凸状グレーズ層１６を支持基板１５表面に被着させる。この凸状グレーズ層１６はその他にポリイミド樹脂等であってもよい。
【００２８】
次に、凸状グレーズ層１６表面および支持基板１５表面上に、例えばスパッタ法により膜厚が０．０５μｍ程度のＴａＳｉＯ２膜を成膜し、フォトエングレービングプロセスにより発熱抵抗体層１７を形成する。引き続いて、スパッタ法により上記発熱抵抗体層１７を被覆して例えば膜厚が０．５μ程度のＡｌ膜あるいはＡｌＣｕ合金膜を成膜し、フォトエングレービングプロセスにより、発熱素子アレイの通電用電極である第１の電極１８ａおよび第２の電極１８ｂをパターニング形成する。ここで、発熱抵抗体層１７、第１の電極１８ａおよび第２の電極１８ｂを１回のフォトエングレービングプロセスにより同一パターンに形成してもよい。
【００２９】
その後、スパッタ法により全面を被覆する保護膜２０を成膜する。ここで、保護膜２０は、例えば膜厚が２μｍ〜５μｍ程度の熱伝導性の高いＳｉＣ膜等をＳｉ3Ｎ4膜、ＳｉＯＮ膜の上に形成してもよい。
【００３０】
次に、上記抵抗体基板部１２Ａおよび例えばベアチップの駆動ＩＣ２２が予め組み込まれている駆動回路基板部１２ＢをＡｌ板等から成る放熱板１１上に放熱性接着材１４を介して押圧し固着する。この際に、冷却フィン１３も放熱性接着材１４により支持基板１５の端面１５ａと接着し固着する。
【００３１】
そして、発熱素子アレイの全ての通電用電極を駆動ＩＣ２２の出力側のボンディンブパッドに例えばＡｌ線あるいはＡｕ線から成るボンディングワイヤーＷで電気接続する。また、駆動ＩＣ２２の入力側のボンディンブパッドを駆動回路基板２１の回路パターンにボンディングワイヤーＷで電気接続する。最後に、周知の実装技術により駆動ＩＣ２２およびボンディングワイヤーＷを封止材２３により気密封止する。このようにして、本実施形態のサーマルプリントヘッド１０が出来上がる。
【００３２】
次に、本実施形態の図３に示す変形例では、放熱板１１と一体構造の冷却フィン１３の上端面１３ｂが傾斜面になり、発熱部１９上をプラテンローラで圧送される記録媒体が接触しないようになっている。ここで、上記傾斜面の角度は、記録媒体が例えばカード、光ディスクのような硬質材から成る場合、記録媒体が圧送される通過経路であるストレートパス２４の傾斜角度に合わせるとよい。このようにすると、図２で説明した場合に比べて冷却フィン１３の突出する許容の高さが大きくなり、それに伴い支持基板１５の端面１５ａとの間の放熱性接着材１４の高さ位置を上方にすることができる。例えば、放熱性接着材１４が図３に示されるように凸状グレーズ層１６あるいは発熱抵抗体層１７と接触する高さにまで増加する。
【００３３】
このために、発熱部１９から発する熱の冷却フィン１３による放熱効果が図２に示した場合よりも増大するようになる。ここで、通常、ストレートパス２４の傾斜角度は支持基板１５の主面から３〜１２°程度となり、上端面１３ｂの傾斜角度も同程度になる。
【００３４】
本実施形態のサーマルプリントヘッド１０は、凸状グレーズ層１６が支持基板１５の一主面上の縁端部に設けられ、この凸状グレーズ層１６の一傾斜面に発熱素子アレイの発熱部１９が形成されたニアエッジ構造となっている。そして、上記縁端部の端面と放熱性接着材１４を介して熱的に接触するように、放熱板１１上で突出した冷却フィン１３が形成されている。このために、上記発熱部１９の発する熱は、発熱部１９に隣接した冷却フィン１３へ熱伝導により容易に吸熱される。そして、この吸熱した熱は放熱板１１全体に拡散する。また、発熱部１９から発する熱は、支持基板１５の底面の放熱性接着材１４を介し放熱板１１に熱伝導して放熱される。このようにして、発熱素子アレイで生じる熱は、放熱板１１を通して極めて高効率に放散制御できるようになる。
【００３５】
そして、本実施形態のサーマルプリントヘッドを備えた記録機器における高速化および高画質化が可能になる。また、ニアエッジ構造のサーマルプリントヘッドであることから、支持基板１５の副走査方向の寸法が縮小され、基板コストの低減およびサーマルプリントヘッドの小型化が容易である。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００３７】
例えば、上記冷却フィン１３は本実施形態と異なり放熱板１１と一体構造でなく、放熱板１１に対して熱的に接続した高い熱伝導性を有する部材で構成されていてもよい。
【００３８】
また、上記冷却フィン１３は、支持基板１５底面の放熱板１１への貼着の場合と異なる放熱性接着材により、支持基板１５の端面１５ａと熱的に接触するようになっていてもよい。
【００３９】
そして、支持基板１５の主面には凸状グレーズ層１６だけを有するものの他に、支持基板全面にグレーズ層を有しかつ凸状を有するグレーズ層であってもよい。
【００４０】
また、上記駆動回路基板部１２Ｂは、抵抗体基板部１２Ａと同一の支持基板１５上に形成する構造であってもよい。また、この駆動回路基板部１２Ｂはサーマルプリントヘッドとは別のところに配置されても構わない。例えば、記録機器の制御装置に取り付けられて例えば駆動ＩＣ２２の出力がフレキシブル配線板の回路配線を通って抵抗体基板部１２Ａに伝送されるようになっていてもよい。
【００４１】
また、放熱板１１への支持基板１５および駆動回路基板２１の貼着は、それぞれ異なる接着材を用いて行うようにしてもよい。これは、支持基板１５および駆動回路基板２１が異なる熱膨張係数を有する場合に、クラックによる破損等を防止する上で好ましくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの一例を示す上面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図。
【図３】本発明の実施形態の変形例を示した図１のＸ−Ｘ矢視の拡大横断面図。
【図４】従来の技術にかかるサーマルプリントヘッドを示す断面図。
【符号の説明】
【００４３】
１０…サーマルプリントヘッド，１１…放熱板，１２Ａ…抵抗体基板部，１２Ｂ…駆動回路基板部，１３…冷却フィン，１３ａ，１３ｂ…上端面，１４…放熱性接着材，１５…支持基板，１５ａ…端面，１６…凸状グレーズ層，１７…発熱抵抗体層，１８ａ…第１の電極，１８ｂ…第２の電極，１９…発熱部，２０…保護膜，２１…駆動回路基板，２２…駆動ＩＣ，２３…封止材，２４…ストレートパス，Ｇ…間隙，Ｗ… ボンディングワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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