JP2009131994A - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーマルプリントヘッドの印刷の精細度を高める。
【解決手段】サーマルプリントヘッドの発熱体板２０に、支持基板１１と、支持基板１１の表面から突出し、それぞれギャップ部２６を挟んで配列されて帯状の発熱領域を形成する複数の発熱体７４と、ギャップ部２６および発熱体７４を少なくとも発熱領域で被覆してギャップ部２６に対応する部分に窪みが形成された第１保護層１４と、窪みに埋め込まれた埋込導電体である第２導電体８０と、第１保護層１４および埋込導電体を少なくとも発熱領域で被覆する第２保護層１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

サーマルプリントヘッドは、抵抗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被印刷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。

一般的なサーマルプリントヘッドは、放熱板と、放熱板に取り付けられた発熱体板と、発熱体板と同じ側で放熱板に取り付けられた回路基板とを備えている。この発熱体板の放熱板と相対する表面の反対側の表面の帯状に延びる発熱領域には、抵抗体層の複数の抵抗発熱部が所定の間隔で直線状に配列されている。また、回路基板には、抵抗発熱部を駆動する駆動回路の一部となる駆動用ＩＣなどの電気部品が搭載されている。

このようなサーマルプリントヘッドを用いたプリンタは、一般的に、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラを備えている。このプラテンローラは、発熱抵抗体が配列された主走査方向を軸として、その側面が支持基板上の発熱領域に接するように配置され、その軸を中心に回転可能に設けられる。プラテンローラの回転によって、プラテンローラと発熱領域の間に挿入された媒体は、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する。プラテンローラによって媒体を発熱領域に押し付けつつ、その媒体を副走査方向に移動させ、発熱領域の発熱パターンを媒体の移動とともに変化させることにより、所望の画像を被印刷体上に形成する。
特開２００５−２２４９９２号公報

サーマルプリントヘッドは、発熱領域の近傍で媒体に接するため、発熱領域の近傍に凹凸があると、印刷の精細度が低下する。特許文献１には、発熱領域の表面に保護膜層を形成し、その保護膜層の表面を研磨することにより、抵抗体層と金属配線層との段差に起因する保護膜層の段差をなくす方法が記載されている。

サーマルプリントヘッドの印刷の精細度を高めるためには、発熱領域の単位長さ当たりの発熱抵抗およびそれに接続する電極を増やす必要がある。しかし、隣り合う発熱抵抗あるいは電極の間には絶縁を確保する必要がある。このため、発熱抵抗およびそれに接続する電極を同一面上に形成する場合、それらの間にある程度のギャップを設ける必要がある。つまり、発熱抵抗などを同一面上に形成する場合、発熱抵抗の間にはある程度のギャップが必要であり、印刷の精細度の向上には限界がある。

また、発熱抵抗およびそれに接続する電極はある程度の厚さに形成されるため、それらを覆う保護層には発熱抵抗体などの間のギャップに起因するうねりが生じる。このようなギャップに起因するうねりも、印刷の精細度を低下させる。

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドの印刷の精細度を高めることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、サーマルプリントヘッドにおいて、支持基板と、前記支持基板の表面にギャップ部を挟んで配列された第１発熱体とこの第１発熱体のそれぞれから前記第１発熱体の配列方向と交差する方向に延びる第１電極を備えた第１導電体層と、前記第１発熱体が配列された帯状の発熱領域を被覆する第１保護層と、前記発熱領域と同じ方向に延びる端部接続領域で前記第１導電体層と接続し、前記第１保護層の表面の前記ギャップ部に延びる第２導電体層と、前記第１保護層および第２導電体層を少なくとも前記発熱領域で被覆する第２保護層と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、サーマルプリントヘッドの製造方法において、支持基板の表面にギャップ部を挟んで配列された第１発熱体とこの第１発熱体のそれぞれから前記第１発熱体の配列方向と交差する方向に延びる第１電極を備えた第１導電体層を形成する第１導電体層形成工程と、前記第１導電体層形成工程の後に、前記第１発熱体が配列された帯状の発熱領域を第１保護層で被覆する第１被覆工程と、前記第１被覆工程の後に、前記第１保護層の表面の前記ギャップ部に延びる第２導電体層を形成し、この第２導電体層を前記発熱領域と同じ方向に延びる端部接続領域で前記第１導電体層と接続する第２導電体層形成工程と、前記第２導電体層形成工程の後に、前記第１保護層および第２導電体層を少なくとも前記発熱領域で被覆する第２保護層を形成する第２被覆工程と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、サーマルプリントヘッドの印刷の精細度を高めることができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図５は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態における斜視図である。図６は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。

サーマルプリントヘッド１０は、たとえば発熱体板２０、回路基板４０および放熱板３０を有している。発熱体板２０および回路基板４０は、放熱板３０の同じ側の表面に載置されている。発熱体板２０には、主走査方向に延びる発熱領域２４が形成されている。

放熱板３０は、たとえばアルミニウムなどの金属で形成された板である。発熱領域２４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は、たとえばコネクタ４６を介して回路基板４０に入力される。発熱領域２４を発熱させる駆動回路は、たとえば回路基板４０の上に実装された駆動用ＩＣ４２などによって形成されている。駆動用ＩＣ４２と発熱体板２０とは、たとえばボンディングワイヤ４４によって電気的に接続されている。また、駆動用ＩＣ４２と回路基板４０に形成された配線パターンの間も、たとえばボンディングワイヤ４４によって電気的に接続されている。駆動用ＩＣ４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば樹脂４８によって封止されている。

このサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタは、所定の弾性を持つ材料で円筒状に形成されたプラテンローラ５０を有している。このプラテンローラ５０は、主走査方向に平行な直線上に軸５２を持つ。また、プラテンローラ５０の側面が発熱領域２４に接するように配置され、軸５２を中心に回転可能に設けられる。

プラテンローラ５０の回転によって、プラテンローラ５０と発熱領域２４との間に挿入された感熱記録媒体６０は、主走査方向に対して垂直な副走査方向に移動する。感熱記録媒体６０は、発色温度以上に加熱されると発色する、たとえば感熱紙である。プラテンローラ５０によって感熱記録媒体６０を発熱領域２４に押し付けつつ、その感熱記録媒体６０を副走査方向に移動させ、発熱領域２４の発熱パターンを感熱記録媒体６０の移動とともに変化させることにより、所望の画像を感熱記録媒体６０上に形成する。

図１は、本実施の形態における発熱体板の図２、図３および図４におけるＩ−Ｉ矢視横断面図である。図２は、図１および図４のII−II矢視断面図である。図３は、図１および図４のIII−III矢視断面図である。図４は、図１、図２および図３のIV−IV矢視上面図である。なお、図４では、発熱体板２０の一部を切り欠いて示している。

発熱体板２０は、支持基板１１と、発熱体７４と、第１保護層１４と、埋込導電体と、第２保護層１５とを有している。

支持基板１１は、絶縁体で形成された板であり、たとえば絶縁板３１とその絶縁板３１の表面に固着されたグレーズ層３２を備えている。絶縁板３１は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックで形成されている。グレーズ層３２は、膜厚が３０〜２００μｍ程度の、たとえば酸化珪素（ＳｉＯ_２）で形成された層である。

発熱体７４は、複数であって、それぞれ支持基板１１の表面から突出し、ギャップ部２６を挟んで配列されて帯状の発熱領域２４を形成する。この発熱体７４は、たとえば第１導電体層７０に形成されている。第１導電体層７０は、第１抵抗体７１と、この第１抵抗体７１に積層し、間隙を挟んで副走査方向に延びる第１回路側電極７２および第１端部側電極７３を有している。第１抵抗体７１の第１回路側電極７２と第１端部側電極７３とに挟まれる部分が、発熱体７４となっている。

第１抵抗体７１は、支持基板１１の表面に副走査方向に延びている。第１抵抗体７１は、複数であって、主走査方向にギャップ部２６を挟んで配列されている。第１抵抗体７１は、たとえばＴａＳｉＯ_２で形成される。

第１回路側電極７２と第１端部側電極７３は、間隙を挟んで設けられ、それぞれ副走査方向に延びている。第１回路側電極７２および第１端部側電極７３は、たとえばＡｌ、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕなどで形成される。また、第１回路側電極７２と第１端部側電極７３は、第１抵抗体７１とたとえば重なり合って接続している。

第１導電体層７０に電流が流れると、第１回路側電極７２と第１端部側電極７３の間の間隙で、第１抵抗体７１が発熱する。つまり、第１回路側電極７２と第１端部側電極７３の間の間隙が発熱体７４であり、複数の発熱体７４が配列されて主走査方向に延びる帯状の発熱領域２４を形成している。

第１保護層１４は、ギャップ部２６および発熱体７４を少なくとも発熱領域で被覆する。第１保護層１４のギャップ部２６に対応する部分には、窪みが形成されている。第１保護層１４は、Ｓｉ_３Ｎ_４などの絶縁体で形成されている。

第１保護層１４は、たとえば第１回路接続領域２１と端部接続領域２２とに挟まれる領域に形成されている。第１回路接続領域２１および端部接続領域２２とは、発熱領域２４に対して両側に、発熱領域２４と同じ方向にそれぞれ帯状に延びる領域である。

埋込導電体とは、第１保護層１４の表面に形成された窪みに埋め込まれた第２導電体層である。第２導電体層８０は、たとえば端部接続領域２２で第１導電体層７０と接続している。また、第２導電体層８０は、ギャップ部２６の第１保護層１４の第１導電体層７０に対して反対側の面に延びている。第２導電体層８０は、たとえばＡｌ、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕなどで形成される。

第２保護層１５は、第１保護層１４および第２導電体層８０を少なくとも発熱領域２４で被覆する。第２保護層１５は、Ｓｉ_３Ｎ_４などの絶縁体で形成されている。第２保護層１５は、たとえば第２回路接続領域２３から発熱領域２４に向かう領域に形成されている。第２回路接続領域２３とは、第１回路接続領域２１と発熱領域２４との間に帯状に延びる領域である。

発熱体板２０の第１導電体層７０は、第１回路接続領域２１でボンディングワイヤ４４などを介して回路基板４０と接続される。第２導電体層８０は、第２回路接続領域２３でボンディングワイヤ４４などを介して回路基板４０と接続される。

次に、このようなサーマルプリントヘッドの製造方法について説明する。

図７は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの製造方法のフローチャートである。

まず、発熱体板２０を製造する（工程Ｓ１ないし工程Ｓ５）。その後、組み立て工程（工程Ｓ６）を経てサーマルプリントヘッド１０が完成する。組み立て工程（工程Ｓ６）では、発熱体板２０および別途製造した回路基板４０を、放熱板３０に載置して固定する。また、発熱体板２０と回路基板４０をボンディングワイヤ４４で結線し、結線部を樹脂４８で封じ、コネクタ４６を取り付ける。

次に、発熱体板２０の製造方法の詳細を説明する。

まず、支持基板１１を形成する（工程Ｓ１）。支持基板１１は、たとえば、アルミナで板状に形成された絶縁板３１の一方の表面に、酸化珪素で膜厚が３０〜２００μｍ程度のグレーズ層３２を固着させることにより形成する。

次に、支持基板１１の表面に、第１導電体層７０を形成する（工程Ｓ２）。まず、グレーズ層３２の表面に抵抗体をスパッタリングなどにより成膜する。さらに、その抵抗体の表面に、電極となる導電体をスパッタリングなどにより成膜する。その後、それらの抵抗体および電極の積層体から、リソグラフなどによって第１抵抗体７１、第１回路側電極７２および第１端部側電極７３を形成する。

第１導電体層７０を形成した後に、発熱領域２４を被覆する第１保護層１４を形成する（工程Ｓ３）。第１保護層１４は、たとえば発熱領域２４およびその近傍が開いたマスクを用いて、スパッタリングなどにより形成する。

第１保護層１４を形成した後に、第２導電体層８０を形成する（工程Ｓ４）。この工程Ｓ４では、ギャップ部２６の第１保護層１４の第１導電体層７０に対して反対側の面に延びるように導電体を形成するとともに、その導電体を端部接続領域２２で第１端部電極７３と接続する。第２導電体層８０は、たとえばスパッタリングなどの薄膜形成法を用いて形成する。あるいは、第２導電体層８０の形成に、金属アルキレートまたはＡｕペーストなどの印刷焼成法を用いてもよい。

第２導電体層８０を形成した後に、第１保護層１４および第２導電体層８０を少なくとも発熱領域２４で被覆する第２保護層１５を形成する（工程Ｓ５）。

第１導電体層７０は、ある程度の厚さを有している。このため、第１導電体層７０を被覆する第１保護層１４には、主走査方向に向かって凹凸が生じる。たとえ第２導電体層８０に相当する折り返し電極が第１導電体層７０と同じ層に形成されていても、隣り合う導電体の間にはある程度のギャップを設けなければならないので、第１保護層１４には凹凸は生じる。このような凹凸がサーマルプリントヘッド１０の最表面に生じていると、印刷の精細度が低下する。

しかし、本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０では、第１導電体層７０の隣り合う導電体の間のギャップ部２６に生じた第１保護層１４の凹部に第２導電体層８０を形成している。このため、第１保護層１４と第２導電体層８０とが作る表面は、平坦に近づき、その表面上に形成される第２保護層１５の表面の平坦度が向上する。

さらに、第２導電体層８０の厚さを、第１保護層１４に生じた凹凸の深さと同じにすることにより、第１保護層１４と第２導電体層８０とが作る表面をほぼ平坦にすることができる。たとえば、第１保護層１４が主走査方向にほぼ一定の厚さに形成されている場合には、第１保護層１４に生じた凹凸の深さは、第１導電体層７０と同程度となる。そこで、第２導電体層８０を第１導電体層７０とほぼ同じ厚さに形成することにより、第１保護層１４と第２導電体層８０とが作る表面をほぼ平坦にすることができる。

このように本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０では最表面の平坦度が向上するため、印刷の精細度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、第１保護層１４の表面の窪みに埋め込まれた埋込導電体である第２導電体層８０は、第１導電体層７０と接続して、いわゆる折り返し電極として機能している。しかし、この第２導電体層８０を第１導電体層７０と接続させず、電気的に独立させておいてもよい。この際、第１端部側電極７３を互いに接続し、いわゆる共通電極として機能させることにより、発熱体７４を適切に発熱させることができる。

このように、電気的に独立した埋込導電体を用いた場合であっても、サーマルプリントヘッド１０の最表面の平坦度は向上するため、印刷の精細度を向上させることができる。また、このような埋込導電体は発熱体７４よりも表面の近くに位置するため、サーマルプリントヘッド１０の表面が感熱記録媒体６０との摺接などにより帯電した場合、その電荷が発熱体７４に至る可能性を小さくすることができる。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第２の実施の形態における発熱体板の図９および図１０におけるVIII−VIII矢視横断面図である。図９は、図８および図１０のIX−IX矢視断面図である。図１０は、図８および図９のＸ−Ｘ矢視上面図である。なお、図１０では、発熱体板２０の一部を切り欠いて示している。

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、第２導電体層８０にも、発熱体７４と隣り合う部分に発熱部８４が設けられている。本実施の形態の第２導電体層８０は、たとえば第２抵抗体８１と、この第２抵抗体８１に積層し、間隙を挟んで副走査方向に延びる第２回路側電極８２および第２端部側電極８３を有している。第２導電体層８０に電流が流れると、第２回路側電極８２と第２端部側電極８３の間の間隙で、第２抵抗体８１が発熱する。つまり、第２回路側電極８２と第２端部側電極８３の間の間隙が埋込導電体の発熱部８４であり、第１導電体層７０に形成された発熱体７４とともに配列されて主走査方向に延びる帯状の発熱領域２４を形成している。

第２抵抗体８１は、ギャップ部２６に対して第１保護層１４の反対側に隣り合う第１発熱体７４の間に延びている。つまり複数の第２抵抗体８１はそれぞれ副走査方向に延びて、主走査方向に第２抵抗体８１を挟んで配列されている。第２抵抗体８１は、たとえばＴａＳｉＯ_２で形成される。

第２回路側電極８２と第２端部側電極８３は、間隙を挟んで設けられ、それぞれ副走査方向に延びている。第２回路側電極８２および第２端部側電極８３は、たとえばＡｌ、ＡｕまたはＣｕなどで形成される。また、第２回路側電極８２と第２端部側電極８３は、第２抵抗体８１とたとえば重なり合って接続している。

第２導電体層８０に電流が流れると、第２回路側電極８２と第２端部側電極８３の間の間隙で、第２抵抗体８１が発熱する。つまり、第２回路側電極８２と第２端部側電極８３の間の間隙が発熱部８４であり、これらの発熱部８４は発熱領域２４に配列されている。

また、本実施の形態では、第１端部側電極７３および第２端部側電極８３のすべては互いに接続していて、全体として共通電極を形成している。この共通電極は、たとえば接地されていて、第１導電体層７０の発熱体７４と、第２導電体層８０の発熱部８４は、すべて独立して発熱状態が制御可能になっている。

本実施の形態の第２導電体層８０は、たとえば第１の実施の形態で説明したような第１導電体層７０の形成方法と同じ方法で形成することができる。

このようなサーマルプリントヘッド１０では、第１の実施の形態と同様に、最表面の平坦度が向上するため、印刷の精細度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、第２導電体層８０にも発熱体を設けているため、第１導電体層７０の発熱体７４と第２導電体層８０の発熱部８４が主走査方向に隣り合うことになる。第１導電体層７０の発熱体７４と第２導電体層８０の発熱部８４とは第１保護層１４で電気的な絶縁が確保されているため、主走査方向の発熱体７４と発熱部８４との間には間隙を設ける必要がない。つまり、主走査方向に向かって発熱領域２４に発熱体を隙間なく並べることができるため、印刷の精細度をさらに向上させることができる。また、第１導電体層７０の発熱体７４と、第２導電体層８０の発熱部８４は、すべて独立して発熱状態が制御可能になっているため、印刷の精細度をさらに向上させることができる。

なお、第２発熱体８４は、第１発熱体７４に比べて、感熱記録媒体６０との距離が短いため、たとえば抵抗値を低くすることなどによって、発熱量を小さくしてもよい。これにより、第１導電体層７０の発熱体７４と、第２導電体層８０の発熱部８４の上面とでの、第２保護層１５の表面で感熱記録媒体６０と接触する部分の温度の違いを小さくすることができ、印刷の精細度を向上させることができる。

［その他の実施の形態］
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態における発熱体板の図２、図３および図４におけるＩ−Ｉ矢視横断面図である。 図１および図４のII−II矢視断面図である。 図１および図４のIII−III矢視断面図である。 図１、図２および図３のIV−IV矢視上面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態における斜視図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態を用いたサーマルプリンタの一部の断面図である。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１の実施の形態における製造方法のフローチャートである。 本発明に係るサーマルプリントヘッドの第２の実施の形態における発熱体板の図９および図１０におけるVIII−VIII矢視横断面図である。 図８および図１０のIX−IX矢視断面図である。 図８および図９のＸ−Ｘ矢視上面図である。

符号の説明

１０…サーマルプリントヘッド、１１…支持基板、１４…第１保護層、１５…第２保護層、２０…発熱体板、２１…第１回路接続領域、２２…端部接続領域、２３…第２回路接続領域、２４…発熱領域、２６…ギャップ部、３０…放熱板、３１…絶縁板、３２…グレーズ層、４０…回路基板、４２…駆動用ＩＣ、４４…ボンディングワイヤ、４６…コネクタ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０…感熱記録媒体、７０…第１導電体層、７１…第１抵抗体、７２…第１回路側電極、７３…第１端部側電極、７４…発熱体、８０…第２導電体層、８１…第２抵抗体、８２…第２回路側電極、８３…第２端部側電極、８４…発熱部

Claims (4)

1. 支持基板と、
   前記支持基板の表面から突出し、それぞれギャップ部を挟んで配列されて帯状の発熱領域を形成する複数の発熱体と、
   前記ギャップ部および前記発熱体を少なくとも前記発熱領域で被覆して前記ギャップ部に対応する部分に窪みが形成された第１保護層と、
   前記窪みに埋め込まれた埋込導電体と、
   前記第１保護層および前記埋込導電体を少なくとも前記発熱領域で被覆する第２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。
2. 前記埋込導電体には前記発熱体と隣り合う部分に発熱部が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。
3. 前記発熱部は、発熱状態を前記発熱体とは独立して制御可能に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 前記支持基板の表面から突出し、それぞれギャップ部を挟んで配列されて帯状の発熱領域を形成する複数の発熱体を支持基板の表面に形成する発熱体形成工程と、
   前記発熱体形成工程の後に、前記ギャップ部および前記発熱体を前記ギャップ部に対応する部分に窪みが形成された第１保護層で被覆する第１保護層形成工程と、
   前記第１保護層形成工程の後に、前記窪みに埋込導電体を埋め込む埋込導電体形成工程と、
   前記埋込導電体形成工程の後に、前記第１保護層および前記埋込導電体を少なくとも前記発熱領域で被覆する第２保護層を形成する第２被覆工程と、
   を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。

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