JP2012206268A - サーマルヘッドおよびサーマルプリンター - Google Patents

Abstract

【課題】長期使用時に性能低下しにくいサーマルヘッドを提供する。
【解決手段】基体１１０ｘと、基体１１０ｘの一主面に設けられシリコン酸化物またはシリコン窒化物を形成材料として含む平坦化層１１０ｙと、を有するヘッド基板１１０と、ヘッド基板１１０の一主面側に設けられた複数の発熱素子１４５と、を備え、発熱素子１４５は、発熱体１４０と、発熱体１４０に接続された個別電極１１８およびコモン電極１１４ａと、を有し、コモン電極１１４ａは、複数の発熱素子１４５の周囲に配置されたコモン配線パターン１１４に接続され、コモン配線１１４は、少なくとも発熱素子１４５の配列軸と交差する領域が、ヘッド基板１１０の端部まで延在して設けられ、且つ平坦化層１１０ｙ上に少なくとも一部が設けられた第１配線層１５０と、第１配線層１５０の上において平坦化層１１０ｙに接しないように設けられ、銀を形成材料とする第２配線層１６０と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、サーマルヘッドおよびサーマルプリンターに関するものである。

印刷装置の１つとしてサーマルプリンターが知られている。サーマルプリンターは、発熱素子が直線的に配置されたサーマルヘッドを有している（例えば、特許文献１、２参照）。サーマルヘッドに配置された発熱素子は、通電により選択的に発熱する。そして、この熱エネルギーが感熱紙に含まれる発色剤と選択的に反応することにより、感熱紙上に種々の情報を印刷する。この印刷方式は、感熱発色方式と呼ばれている。

特開平８−２２４９０１号公報 特開平８−３４１３２号公報

上記文献に示されたようなサーマルヘッドを有するサーマルプリンターでは、印刷時に、サーマルヘッドと、サーマルヘッドに対向配置されたプラテンと呼ばれる円筒状の部材と、の間に感熱紙などの印刷媒体を挟持し、プラテンを軸周りに回転させることで印刷媒体の搬送を行いながら印刷を行う。そのため、サーマルヘッドにおいて印刷媒体と接触する領域では、常に印刷媒体との間の摩擦が生じ、摩耗して劣化する。

従来の構成では、このような劣化が進行すると、サーマルヘッドに設けられた配線が摩耗し、電流容量が低下することで発熱素子に対し必要とする電力が供給できなくなったり、断線して通電しなくなったりするおそれがあった。そのため、サーマルプリンターでは、長期に亘って使用したときに印刷の信頼性が担保しにくく、部品の長寿命化が求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、長期に亘って使用しても性能が低下しにくいサーマルヘッドを提供することを目的とする。また、このようなサーマルヘッドを有しすることにより、信頼性が高いサーマルプリンターを提供することをあわせて目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明のサーマルヘッドは、基体と、前記基体の一主面に設けられシリコン酸化物またはシリコン窒化物を形成材料として含む平坦化層と、を有する基板と、前記基板の前記一主面側において、予め設定された配列軸に沿って設けられた複数の発熱素子と、を備え、前記発熱素子は、発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続された個別電極およびコモン電極と、を有し、前記コモン電極は、前記複数の発熱素子の周囲に配置されたコモン配線に接続され、前記コモン配線は、少なくとも前記配列軸と交差する領域が、前記基板の端部まで延在して設けられているとともに、前記平坦化層上に少なくとも一部が設けられた第１配線層と、前記第１配線層の上において前記平坦化層に接しないように設けられ、銀を形成材料とする第２配線層と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、基板の端部にまでコモン配線が延在しているため、印刷媒体との摩擦によりコモン配線の厚さ（基板の法線方向に高さ）が小さくなるとしても、導通を確保しやすくなり、コモン配線の電流容量の低下を抑制することができる。

加えてコモン配線が２層構造となり、第２配線層が第１配線層により平坦化層と離間しているため、コモン配線の電流容量を効果的に高めるとともに、銀とシリコン化合物とが接触することにより生じる第２配線層の劣化を抑制することができる。

これらのことから、長期に亘って使用しても性能が低下しにくいサーマルヘッドを提供することができる。

本発明においては、前記第１配線層は金を形成材料とすることが望ましい。
この構成によれば、電流容量を効果的に高めるとともに、第２配線層の劣化を抑制したコモン配線とすることができる。

また、本発明のサーマルプリンターは、上述のサーマルヘッドと、前記サーマルヘッドに対向して設けられ、前記サーマルヘッドとの間に感熱性の印刷媒体を挟持するとともに該印刷媒体を搬送するプラテンと、を有することを特徴とする。
この構成によれば、上述のサーマルヘッドを備えているため、信頼性が高いものとなる。

本実施形態のサーマルプリンターを示す説明図である。 プリンター機構部が有する印刷部の拡大図である。 サーマルヘッドの外観斜視図である。 サーマルヘッドのヘッド基板の平面図である。 サーマルヘッドの矢視断面図である。

以下、図１〜５を参照しながら、本実施形態のサーマルヘッド、および該サーマルヘッドを備えたサーマルプリンターについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態のサーマルプリンター１００を示す説明図であり、サーマルプリンター１００の主要部であるプリンター機構部３００の側断面を示す側断面図である。図２は、プリンター機構部３００が有する印刷部７０の拡大図である。

図１に示すように、プリンター機構部３００は、ロール紙Ｒを収容する本体フレーム６０、カバーフレーム１０、ロール紙ホルダー３０と、本発明のサーマルヘッド１が設けられ、ロール紙ホルダー３０から引き出された感熱紙Ｓに印刷する印刷部７０と、印刷部７０の紙送り方向後方に設けられ、印刷された感熱紙Ｓを所定の印刷単位毎に切断する紙カット部２０と、を備えている。

感熱紙Ｓは、発色剤がバインダ等により保持されている発色層からなる印刷面を有している。サーマルプリンター１００では、感熱紙Ｓが印刷面を外面にしてロール状に巻き取られたロール紙Ｒとして内部に収納されるとともに、順次引き出されながら印刷部７０（サーマルヘッド１）へ送られ印刷される。
以下、感熱紙Ｓの紙送り方向に沿って、プリンター機構部３００の各構成について説明する。

本体フレーム６０は、上方に開口部を有する箱型に形成されており、本体フレーム６０上方には、本体フレーム６０の開口部を覆うようにカバーフレーム１０が設けられている。また、本体フレーム６０の内部には、ロール紙ホルダー３０が設けられている。

カバーフレーム１０は、本体フレーム６０の上方の一端部に設けられた支軸６８を中心として開閉自在に取り付けられている。カバーフレーム１０には、カバーフレーム１０を閉じた際にロール紙Ｒとの接触を避けるための円弧状の蓋部１５が設けられている。この蓋部１５は、サーマルプリンター１００の設置角度を変える場合、すなわち、例えば縦置きにする場合、ロール紙Ｒを受ける保持部材としても機能する。

ロール紙ホルダー３０は、樹脂等により形成されている。ロール紙ホルダー３０は、中央部にロール紙Ｒの最大径に相当する略円弧状のくぼみを有しており、本体フレーム６０の底部に、略円弧状のくぼみが下に凸となるように取り付けられている。

このように設けられたロール紙ホルダー３０にロール紙Ｒを配置すると、ロール紙ホルダー３０がロール紙Ｒを回転自在に保持する。同時に、本体フレーム６０の内側の両側面が、ロール紙Ｒの側面ガイド部として機能して、ロール紙Ｒの幅方向の動きを規制する。

図２に示すように、印刷部７０は、サーマルヘッド１と、サーマルヘッド１に対向して設けられサーマルヘッド１に感熱紙Ｓを密着させるプラテン７１と、サーマルヘッド１を保持するとともに、サーマルヘッド１をプラテン７１方向へ付勢するヘッド保持機構７７と、を備えている。

サーマルヘッド１は、感熱紙Ｓに印刷するための複数の発熱素子が設けられたヘッド基板（基板）１１０と、ヘッド基板１１０と密着して設けられヘッド基板１１０に溜まる熱を放熱する放熱板１０６と、放熱板１０６の側面に設けられたヘッド支持軸１０２と、ヘッド基板１１０に接続され信号を入力するＦＰＣ１０８と、を有している。サーマルヘッド１の詳細については後述する。

プラテン７１は、ゴム等の弾性部材により円筒形のローラ状に形成され、プラテン軸受７３を介してカバーフレーム１０に回転可能に支持されている。また、本体フレーム６０の側面には、プラテン７１を回転駆動させるための紙送り機構（不図示）が設けられており、カバーフレーム１０を閉じた状態で、プラテン軸受け７３と接続され、プラテン７１を回転駆動させる。これにより、プラテン７１が回転すると、感熱紙Ｓは搬送経路Ｄの下流へ搬送される。

ヘッド保持機構７７は、ヘッド押圧板７２と、一端がヘッド押圧板７２に固定されるとともに他端がサーマルヘッド１の背面に当接したバネ７５と、を有しており、本体フレーム６０に形成された切り欠き部６２に着脱可能に設けられている。

ヘッド押圧板７２に固定されるバネ７５は、サーマルヘッド１の背面に当接し、サーマルヘッド１をプラテン７１方向に付勢する。これにより、サーマルヘッド１は、感熱紙Ｓを印刷面Ｓ１の側からプラテン７１の方向に押圧する。一方、プラテン７１は、感熱紙Ｓを裏面Ｓ２の側からサーマルヘッド１の方向に押圧する。これにより、感熱紙Ｓはサーマルヘッド１およびプラテン７１の間に挟持される。感熱紙Ｓは、サーマルヘッド１により印刷され、印刷後の感熱紙Ｓは、プラテン７１が回転することにより、搬送経路Ｄの下流に搬送される。

図１に戻って、紙カット部２０は、可動刃２１と、この可動刃２１と対向して設けられた固定刃２４と、固定刃２４を覆う固定刃カバー２５と、を有しており、印刷後の感熱紙Ｓが通過する紙出口Ｇに設けられている。紙カット部２０では、可動刃２１と固定刃２４とがハサミ状に交叉することにより、感熱紙Ｓを切断する。
本実施形態のサーマルプリンター１００は、以上のような概略構成を有している。

（サーマルヘッド）
次いで、サーマルヘッド１について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、サーマルヘッドの外観斜視図である。図４は、サーマルヘッドのヘッド基板の平面図であり、図４（ａ）はヘッド基板全体図、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図である。図５は、図４（ｂ）の線分Ａ−Ａにおける矢視断面図である。

図３に示すように、サーマルヘッド１は、ヘッド基板１１０と放熱板１０６とヘッド支持軸１０２とドライバーＩＣ１２０とＦＰＣ１０８とを有している。

ヘッド基板１１０は、平面視で長矩形形状を呈している。ヘッド基板１１０の一主面には、短手方向の一端側に、複数の発熱素子１４５が形成されており、該複数の発熱素子１４５は、ヘッド基板１１０の長手方向に配列して発熱素子列１４５ａを形成している。また、発熱素子列１４５ａと平行して、発熱素子１４５を駆動する複数のドライバーＩＣ１２０が配設されている。

放熱板１０６は、アルミニウム等の金属材料を引抜き加工することで形成され、放熱板１０６の係止面１０６ａにヘッド基板１１０が固定されている。ヘッド基板１１０の固定方法としては、例えば、両面テープを用いた貼着のような方法を採用することができる。

放熱板１０６において、ヘッド基板１１０の発熱素子列１４５ａが設けられた側の端部には、放熱板１０６の長手方向にわたって案内斜面部１０４が形成されている。この案内斜面部１０４は、図１に示すカバーフレーム１０を閉じる際に、プラテン７１を滑動させて所定の位置まで案内する。この際、案内斜面部１０４の傾斜は、プラテン７１がヘッド基板１１０と衝突しないような所定の角度を有している。また、案内斜面部１０４のヘッド基板１１０側の端部は、係止面１０６ａの法線方向の高さが、係止面１０６ａに付設されたヘッド基板１１０の高さと略同じになるように設定されている。

ヘッド支持軸１０２は、円柱状の丸ピンであり、放熱板１０６の左右の側面部に設けられた穴部に圧入されている。

（ヘッド基板）
図４（ａ）に示すように、ヘッド基板１１０には、図３における案内斜面部１０４側の縁（一側縁１１０ａ）に沿って長手方向に、帯状の発熱体（発熱抵抗体）１４０が設けられている。

また、ヘッド基板１１０の他側縁１１０ｂには、外部との電気的接続に供せられる複数の外部接続端子１１２が設けられている。さらに、ヘッド基板１１０の周縁部には、帯状のコモン配線パターン（コモン配線）１１４が額縁状に形成されており、このコモン配線パターン１１４の両端部は、他側縁１１０ｂにおいて外部接続端子１１２に接続されている。また、コモン配線パターン１１４は、発熱体１４０の端部と重なって設けられている。

そして、ヘッド基板１１０の略中央には、ドライバーＩＣ１２０を実装するＩＣ実装部１２０ａが、ドライバーＩＣ１２０ごとに、帯状の発熱体１４０と並列して配置されている。

図４（ｂ）に示すように、コモン配線パターン１１４からは、ヘッド基板１１０の面中央方向に延びる櫛歯状のコモン電極１１４ａが複数形成されている。コモン電極１１４ａは、帯状の発熱体１４０と交差して設けられている。

また、ヘッド基板１１０の中央部には、複数の個別電極１１８が設けられている。各個別電極１１８は、一端部が、櫛歯状のコモン電極１１４ａの間に入り込むようにして、帯状の発熱体１４０と交差して設けられている。各個別電極１１８の他端部は、ヘッド基板１１０上に設けられたＩＣ実装部１２０ａまで延びており、端部には、実装端子としての電極パッド１１５が形成されている。

一方、ＩＣ実装部１２０ａのヘッド基板１１０の他側縁１１０ｂ側には、実装端子としての電極パッド１１６が形成されている。この電極パッド１１６は、図４（ａ）に示す外部接続端子１１２に導通されている。

この外部接続端子１１２は、図３に示すＦＰＣ１０８が取り付けられ、ＦＰＣ１０８を介してサーマルプリンター１００を制御する制御部を構成する主回路基板（図示せず）と接続されている。さらに、図３に示すドライバーＩＣ１２０が、電極パッド１１５、電極パッド１１６に実装され、不図示のサーマルプリンターの制御部から、印刷データ等の入力信号や駆動電流等が入力される。

これらの、互いに隣り合って交互に配列する櫛歯状のコモン電極１１４ａおよび個別電極１１８と、コモン電極１１４ａおよび個別電極１１８により区切られた発熱体１４０とによって、発熱素子１４５が規定される。すなわち、選択された個別電極１１８が、ドライバーＩＣ１２０によってオン駆動されると、個別電極１１８と櫛歯状のコモン電極１１４ａとに囲まれる領域の発熱体１４０に電流が流れ、その部分が発熱素子１４５として機能する。このように規定される発熱素子１４５は、帯状の発熱体１４０を配列軸として、発熱体１４０の延在方向に沿って配置している。

また、図４（ｂ）に示すように、サーマルヘッド１のコモン配線パターン１１４は、プラテン７１とサーマルヘッド１とが接触する領域ＡＲと重なる部分が、平面視においてヘッド基板１１０の側面１１０ｃにまで延在して設けられている。

図５は、サーマルヘッド１の断面図である。サーマルヘッド１は、ヘッド基板１１０と、コモン電極１１４ａおよび個別電極１１８と、コモン配線パターン１１４と、発熱体１４０と、第１保護膜１７０と、第２保護膜１８０と、を有している。

ヘッド基板１１０は、アルミナセラミックス等のセラミックス材料を用いて形成された基体１１０ｘと、基体１１０ｘの一主面に設けられた平坦化層１１０ｙと、を有している。平坦化層１１０ｙは、基体１１０ｘの表面凹凸を平坦化するために設けられている。平坦化層１１０ｙは、シリコン酸化物またはシリコン窒化物（酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどの無機ケイ素化合物）を用いて形成されている。

平坦化層１１０ｙ上には、コモン電極１１４ａおよび個別電極１１８、コモン電極１１４ａと個別電極１１８とコモン配線パターン１１４とに重なって設けられた発熱体１４０が設けられている。また、平坦化層１１０ｙの上面の端部から基体１１０ｘの側面にまで延在して、コモン配線パターン１１４が設けられている。

コモン配線パターン１１４は、平坦化層１１０ｙの上面の端部から基体１１０ｘの端部にまで延在して設けられた第１配線層１５０と、第１配線層１５０上に設けられ、平坦化層１１０ｙの上面の端部から基体１１０ｘの側面（ヘッド基板１１０の側面１１０ｃ）にまで延在して設けられた第２配線層１６０と、を有している。

第１配線層１５０は、金（Ａｕ）が形成材料として用いられ、コモン電極１１４ａおよび個別電極１１８と同じ層に設けられている。

第２配線層１６０は、第１配線層１５０に積層して設けられることで、コモン配線パターン１１４全体の抵抗値を下げる機能を有している。第２配線層１６０の形成材料には、銀（Ａｇ）が用いられる。

また、コモン配線パターン１１４は、このような積層構造となっていることで、従来の構成のものよりも熱容量が増加している。そのため、発熱素子１４５で生じる熱をコモン配線パターン１１４が蓄熱し、発熱素子１４５の昇温の補助を行う効果も期待できる。

すなわち、サーマルヘッド１では、発熱素子１４５への通電が休止状態に切り替わると、発熱素子１４５の発熱が止まり、発熱素子１４５に残った熱は速やかに放熱板１０６に放熱される。しかし、サーマルヘッド１が、本実施形態のコモン配線パターン１１４のような熱容量が大きい配線を備えると、印刷領域ではない発熱素子１４５の周囲に蓄熱しておくことができるため、発熱素子１４５の再加熱時に当該蓄熱を加熱の補助に用いることができる。

第１保護膜１７０と第２保護膜１８０とは、いずれも無機膜であり、コモン配線パターン１１４や発熱体１４０などの構造物を、感熱紙Ｓとの摩擦による損傷から保護する機能を有している。これら第１保護膜１７０および第２保護膜１８０は、感熱紙Ｓとの摩擦帯電を抑制するために、導電性材料を添加して導電性を付与し、除電することとしてもよい。

このような構成のサーマルヘッド１においては、長期に亘って使用してもコモン配線パターン１１４の性能が低下しにくい、という効果を得ることができる。

従来から、コモン配線パターン１１４は、第１配線層１５０と第２配線層１６０との２層構造となっている。そのため、図５に示すようにコモン配線パターン１１４が設けられた部分は、他のコモン電極１１４ａや個別電極１１８が設けられている部分よりもヘッド基板１１０の上面の法線方向に突出している。

したがって、サーマルヘッド１とプラテン７１との間に感熱紙Ｓを挟持しながら印刷する際、プラテン７１とサーマルヘッド１とが接触する領域（図４（ｂ）の領域ＡＲ）において、コモン配線パターン１１４と重なる部分では、他の部分よりも高い圧力が加わる。そのため、コモン配線パターン１１４と重なる部分では、他の部分よりも印刷時の感熱紙Ｓとの摩擦による損傷が激しくなりやすく、損傷が進むとコモン配線パターン１１４が断線するおそれが生じる。

さらに、プラテン７１を製造する際には、プラテン７１の表面を削ってプラテン７１の断面を略円形とする調整が行われるが、プラテン７１が弾性材料を用いて形成されているため、形状の調整後のプラテン７１が糸巻き状、すなわち、プラテン７１の端部ほど半径が大きくなりやすい。このような形状のプラテン７１を用いると、コモン配線パターン１１４と重なる部分の損傷がより激しくなりやすい。

しかし、本実施形態のサーマルヘッド１においては、コモン配線パターン１１４の一部がヘッド基板１１０の端部に達するまで延在して形成されている。そのため、感熱紙Ｓとの摩擦によりコモン配線パターン１１４の損傷が進んだとしても、導通を確保しやすく、コモン配線パターン１１４の電流容量が低下しにくい。

加えて、第２配線層１６０の形成材料である銀は、平坦化層１１０ｙの形成材料である無機ケイ素化合物と接触すると、界面が劣化し、界面で剥離しやすくなる。しかし、本実施形態においては、第１配線層１５０が平坦化層１１０ｙと第２配線層１６０との間に設けられ、平坦化層１１０ｙと第２配線層１６０とが接触しないように離間させているため、このような不具合の発生を抑制することができる。

したがって、以上のような構成のサーマルヘッド１は、長期に亘って使用してもコモン配線パターン１１４の電流容量が低下しにくく、信頼性が高くなる。

また、以上のような構成のサーマルプリンター１００は、上述のサーマルヘッド１を備えているため、信頼性が高いものとなる。

なお、本実施形態においては、コモン配線パターン１１４の一部がヘッド基板１１０の端部に達するまで延在して設けられていることとして説明したが、これに限らず、例えば、コモン配線パターン１１４の全周に亘って、ヘッド基板１１０の端部に達するまで延在して設けられていても構わない。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１…サーマルヘッド、７１…プラテン、１００…サーマルプリンター、１１０…ヘッド基板（基板）、１１０ｘ…基体、１１０ｙ…平坦化層、１１４…コモン配線パターン（コモン配線）、１１４ａ…コモン電極、１１８…個別電極、１４０…発熱体（発熱抵抗体、配列軸）、１４５…発熱素子、１５０…第１配線層、１６０…第２配線層、Ｓ…感熱紙（印刷媒体）

Claims (3)

1. 基体と、前記基体の一主面に設けられシリコン酸化物またはシリコン窒化物を形成材料として含む平坦化層と、を有する基板と、
   前記基板の前記一主面側において、予め設定された配列軸に沿って設けられた複数の発熱素子と、を備え、
   前記発熱素子は、発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接続された個別電極およびコモン電極と、を有し、
   前記コモン電極は、前記複数の発熱素子の周囲に配置されたコモン配線に接続され、
   前記コモン配線は、少なくとも前記配列軸と交差する領域が、前記基板の端部まで延在して設けられているとともに、前記平坦化層上に少なくとも一部が設けられた第１配線層と、前記第１配線層の上において前記平坦化層に接しないように設けられ、銀を形成材料とする第２配線層と、を有することを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記第１配線層は金を形成材料とすることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 請求項１または２に記載のサーマルヘッドと、
   前記サーマルヘッドに対向して設けられ、前記サーマルヘッドとの間に感熱性の印刷媒体を挟持するとともに該印刷媒体を搬送するプラテンと、を有することを特徴とするサーマルプリンター。

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