JPH03205162A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明はファクシミリやプリンタなとの感熱印字記録
装置に使用されるサーマルヘットに関する。

（ロ）従来の技術 第４図はセラミック基板を用いた従来のサーマルヘッド
の発熱抵抗体部分周辺の構成を示す断面図である。同図
において、４−１はアルミナ等のセラミック基板、４−
２はその表面に形成された高融点ガラスから成るグレー
ズ層である。グレーズ層４−２の上には、Ｔａ　　Ｓｉ
Ｏｚ．　Ｒｕｓｔ等の発熱抵抗体４−３、ＡＩ，Ａｕ等
から成る共通電極４−４及び個別電極４−５、ＳｉＡＩ
ＯＮ，　ＳｉＯＮ，非晶質ガラス等の保護膜４−６が順
次積層されている。これらは、薄膜方式の場合、蒸着法
あるいはスパッタ法にて、厚膜方式の場合には印刷・焼
成にて成膜されるが、基本的には同様の構成である。

第５図から第７図にセラミック基板を用いた従来のサー
マルヘッド全体の構成を示す。第５図は発熱抵抗体５−
２を形成したセラミック基板５−１と硬質印刷配線板５
−３を組み合わせた例で、両基坂５−１と５−３との間
の電気的な接続は、発鴇低抗体５−２を駆動する駆動制
御用ＩＣ５４をワイヤーボンドするＡｕ線を利用してい
る。

第６図及び第７図は発熱抵抗体６−２．７−２を形成し
たセラミック基板６−１．７−１と補強板６−５．７−
５を貼り付けたＦＰＣ　（フレキンプル基１ｉ）６−４
．７−４を組み合わせた例で、両基板６−１と６−４．
７−１と７−４との間の電気的な接続は、第６図におい
てはゴム６−６による圧接を利用しており、また第７図
においては半田の熱圧着を利用している。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところで、この様な従来のサーマルヘッドにおいては発
熱抵抗体部分を形成する製造プロセスにおいて、少なく
とも数百度の熱を加える必要があるため、この温度に耐
える絶縁基板として高価なセラミック基板を使用されて
いるが、セラミック基板は加工性が悪いため、既に述べ
た様に硬質印刷配線板やＦＰＣと組み合わせた構成をと
っており、材料コストが高くな・る上、組立工程上も工
程数か多くなり、不良の発生が多くなりかちてある。

これ与の問題息を解決するため、本願出願人｛土、特願
平１−２６０５２９号（平成元年１０月４日出願）にお
いて３００〜４００℃以上の耐熱性を有し、かつ一般の
硬質印刷配線仮と同様の加工性を持った耐熱性絶縁尉指
基坂を用いて、電気的に一枚の基板から成るサーマルヘ
ッドを提案した。その構造を第８図に示す。第８図では
耐熱性絶縁１ｔｌｉｆ基板８−３として通常の硬質印刷
配線板と同様に銅はくを張った銅張板を用い、発熱抵抗
体付近には銅はくをベタで残し放熱層８−２としている
。その上に、蓄熱層として絶縁膜８−４を例えばポリイ
ミドで形成し、さらに発熱抵抗体８−５、共通電極８−
６、個別電極８−７及び保護膜８−８を順次積層した構
成となっている。この構成のサーマルヘッドでは、第９
図に示す様に、発熱抵抗体９−２とともに、その駆動制
御回路部品（その中の駆動制御用ＩＣを９−３で示す）
、外部回路との接続のためのコネクタ部品（図示してい
ない）も一枚の耐熱性絶碌１＃脂基Ｉｆｊｃ９−１上に
実装でき、かつ、それらの間の接続記線には銅張坂の銅
はくを用いることができるため、電気的には基板一枚か
ら或るサーマルヘッドとはる。

しかしながら、第８図のサーマルヘッドにおいても、ま
Ｔこ従来のセラミック基板を用いた、第４図のサーマル
ヘッドにおいても、放熱板が不可欠である。放熱板無し
の状態で印字パルスを連続して印加し、発熱させると、
放熱が十分でないため、基板の温度が上昇し正常な印字
ができなくなる上に、場合によっては発熱抵抗体の破壊
を招くこともある。これらを防ぐために放熱板を使用し
ているわけであるが、通常放熱板としては厚さが５〜６
ＲＭ以上のアルミ板が使われており、その材料コスト及
び組立てに要するコストは、サーマルヘッド全体のコス
トの中で大きな割合を占めている。また、第８図のサー
マルヘッドでは発熱抵抗体の下に絶縁層８−４を介して
金属層（Ｃｕはく層）８−２を配設しているため放熱性
が向上し、印字パルス１発目と印字パルス連続印字後の
ピーク温度の差が上記金属層の無い場合に比べて小さく
なるが、まだ、連続黒印字時のにじみや、連続黒印字後
の尾引きが発生し、これを解消しようとして印字エネル
ギーを下げると印字開始時のかず八が発生し、良好な印
字品位が達成されない。また、発熱抵抗体の発熱郎がへ
こんだ構造となっているため、紙当たり性が悪く、紙へ
の熱の伝達効率が良くない。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので
、放熱板無しでも十分な放熱性を備え、しかも紙当り性
の良好なサーマルヘッドを提供するものである。

（二）課題を解決するための手段 この発明は基板上に複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体
の一端に共通に接統さ礼た共通電極と、各発熱抵抗体の
他端に個別に接続された個別電極とを備え、共通電極と
個別電極を介して各発熱抵抗体に駆動回路からｌＴＬ！
するように構成したサーマルヘッドにおいて、基板が、
耐熱性樹脂基板と、その表裏面にそれぞれ絶縁層を介し
て積層された撲数層の金属層からなり、さらに共通電極
および個別ＴＩＸ極をそれぞれ駆動回路に接続するため
に前記金属層をパターン化して形成された接続電匝と、
耐熱性樹脂からなる絶縁層と、絶縁層上に形成された共
通電極および個別電極と、絶縁層上に形戊され共通ｉｉ
Ｅ極の一端から個別電極の一端にわたる発熱抵抗体と、
発熱抵抗体を覆う保護膜を備え、共通電極および個別電
極の各他端が接続電極に接続されたことを特徴とするサ
ーマルヘッドである。

また、この発明は基板上に複数の発熱抵抗体と、各発熱
抵抗体の一端に共通に接続された共通電極と、各発熱抵
抗体の他端に個別に接続された個別電極とを備え、共通
電極と個別電極を介して各発熱抵抗体に通電するように
構成したサーマルヘッドにおいて、基板が、耐熱性樹脂
基板とその表面および裏面にそれぞれ絶縁層を介して積
層した複数層の金属層からなり、さらに、最上層の金属
層をパターン化して形成した共通電極および個別電極と
、共通電極と個別電極との近傍に形成した耐熱性樹脂か
らなる蓄熱層と、蓄熱層の上に共通電極から個別電極に
わたって形成した発熱抵抗体と、発熱抵抗体を覆う保護
層を備えたことを特徴とするサーマルヘッドである。

上記蓄鳩層は共通電極およプ配線電匝よ：）ら厚く形戊
さ乙、それによって発熱抵抗体の発熱郎か基板表面に突
出することが好ましい。

（ホ）作用 耐熱性絶縁樹脂基板として、多層鋼張耐熱性絶縁樹脂基
板を用いることにより、表面の銅はく層みのならず内装
の銅はく層も放熱に寄与するため、放熱性が著しく向上
する。この構成のサーマルヘッドに放熱仮無しの状態で
印字パルスを連続して印加し発熱させた場合でも、発熱
抵抗体の表面温度の上昇はたいへん小さく、また基板裏
面の温度もわずかしか上昇しない。従って、放熱板無し
で印字可能サーマルヘッドを実現することかできる。

また、発熱抵抗体の発熱部を突出させることにより、紙
当り性が向上し、紙への熱の伝導効率が良くなり、より
小さい印加工ネルギーにて印字可能となる。印加工ネル
ギーの小さい方が、印字パルス１発目と印字パルス連続
印加後のピーク温度の差が小さくなるため、上記放熱性
の向上との相乗効果により印字品位か向上する。

（へ）実施例 以下、図面に示す実意例に基づいてこの発明を詳述する
。

第ｌ図および第２図はそれぞれこの発明の一実施例の発
熱抵抗体部周辺の要部断面図と、サーマルヘッド全体構
成図であり、また、第３図はこの実施例に使用する多層
鋼張耐熱性絶縁樹脂基板の断面図である。まず、第３図
において、多層銅張耐熱性絶縁樹脂基板１は耐熱クロス
（たとえばガラス繊維）に耐熱樹脂（たとえばポリイミ
ド）を含浸させた層２ａ〜２ｃの間及び両側に金属層（
たとえば銅はく）３ａ〜３ｄをサンドイッチ状に積層し
た多層銅張板となっており、通常のガラスエポキシ基板
等の硬質印刷配線板と同様の加工法が適用でき、スルー
ホールを形成して多層配線板とすることも容易にできる
。しかも、基板ｌは、耐熱クロス及び耐熱樹脂を使用し
ているため、３００〜４００℃以上の温度に耐える耐熱
性を有している。

第ｌ図において、多層鋼張耐熱性絶縁樹脂基板＋ａ金属
層３ｂを、通常の硬質印刷配線仮と同嫌３つ配線ベター
ン形収法を弔いて、所望のパターンに工５リチングし、
後述の発格抵抗体の駆動制御回路部品や外部回路接続コ
ネクタ等を実装するための配線パターンを形成する。金
属層３ｂは放熱性を高めるため、てきる限り広い面積を
残すようにバターニングされる。次に、エッチングされ
た配線パターンの必要部分にＮｌメッキ、Ａｕメッキを
施す。なお、これらのメッキは必ずしも必要では通い。

次に、ポリイミド系ワニスをスピンコート、ロールコー
タ、スクリーン印刷等により全面に塗布、仮硬化した後
にエッチングし、さらに本硬化して、上記金属層３ｂを
覆うポリイミド絶縁層４を形戊する。ポリイミド系フェ
スを用いた場合、そのエッチング端面ばなだらかなテー
バーを持つｆコめ、以下に述へるＡＩ％Ｋ極と上記配線
パターンとの電気的接続は問題なく行われる。このよう
にして形成された絶縁層４の上にＴａ−Ｓｉｆｔからな
る発熱抵抗体５を、ＡＩからなる共通電極６および個別
電極７を蒸着法あるいはスバッタ法にてそ、れぞ杷成膜
後、エソチングしてパターン化ナる。

そＡ；によって共通電極６および個別電極７（土金属層
３ｂの配線パターンに接続さ乙る。さらにその上に保護
＠８としてＳｉＡＩＯＮを蒸着法あるいはスバノタ法に
て形成する。最後に熱処理を加える。なお、絶縁層４の
形成に使用するポリイミド系ワニスとしては例えば、東
レ（株）製トレニースあるいはせミコファイン、チッソ
（株）製のＰＳ　Ｉ−Ｇシリーズ等がある。

このようにして形成されたサーマルヘッドは、基板が金
属層３ａ〜３ｄを有するため、放熱性能が著しく向上す
る。

また、サーマルヘッド全体の構戊としては、第２図に示
す様に発熱抵抗体５を形成した耐熱性絶縁樹脂基板ｌ上
に、発熱抵抗体５を駆動制御する駆動制御用ＩＣ９をは
じめとする駆動制御回路部品及び外部回路との接続のた
めのコネクタ部品（図示はしていない）等、必要部品を
実装すればサーマルヘッドが完成する。この実施例の基
板ｌは内装銅はく層３ｈ，３ｃを有するが、さらに、内
装銅：よく層の阜さやは置、層の数を最適に調整するこ
とによりある程度の印字条件範囲においては放熱仮を必
要としないサーマルへッドか実現できる。

しらろん、実際の使用にあ１こっては、サーマルヘッド
の機滅的強度を保つために浦強板等が必要であるが、放
も性を考慮しなくてもよいため、その補強仮として！ｔ
指を用いたり、サーマルヘッドを実装する感も印字記録
装置のケースの一郎を利用したりすることによりコスト
の低減が可能である。

この実施到のサーマルヘッドに印字パルスを連続印加し
たときの基板裏面温度の時間的変化を第１０図に示す。

また、第４図に示すセラミック基板を使用した従来のサ
ーマルヘブド及び第８図に示すサーマルヘッドにおける
基板裏面温度の変化をそれぞ杷第１１図、第１２図に示
す。これらの図からこの実施例のサーマルヘッドは、基
板裏面の温度か、印字パルス印加後においてほとんど上
昇しておらず、他にくらべてきわめて放熱性にすぐれて
いることがわかる。

第１３図はこの発明の他の実塵例を示すサーマルヘッド
の発鴇抵抗体部周辺Ｓつ断面図てゐる。同図において、
ｌｅｔ多層銅張耐執性絶縁樹指基阪てあり、その構戎：
よ第３図に示す乙のと同等である。

多層銅張耐熱性絶縁樹脂基板ｌの銅は＜３ｂを通常の硬
質印刷配線板と同様の配線パターン形成法を用いて、所
望のパターンにエッチングし共通電極３ｂ−１及グ個別
電極３ｂ−２を形成する。電極上には通常Ｎｉメッキ及
びＡｕメッキを施しておく。絶縁膜１０を例えばポリイ
ミドを用いて凸形状に形或する。ポリイミドを用いて絶
縁膜１０を形成する場合、まず、ポリイミド系ワニスを
スピンコート、ロールコータ、スクリーン印刷等にて全
面に塗布し、仮硬化後、所望の形状にエッチングし、そ
の後本硬化する。ポリイミド系ワニスを用いた場合、そ
のエッチング端面は第１３図に示す様になだらかなテー
バーを持つ。このように形戊した絶縁膜１０の上に発熱
抵抗体ｌ１としてＴａ−Ｓｉｎ，及び保護膜ｌ２として
ＳｉＡＩＯＮをスバッタ法あるいは蒸着法にて積層する
。最後に熱処理を加える。なお、絶縁層１０の端面がテ
ーバーを有するためその上の発も抵抗体！１のステップ
カバレノノ：よ問題とならｌい。絶縁膜１０の形成に使
用するポリイミド系ワニスとしては、例えば、東レ（ｌ
ｔｉ）トレニースあるい：よセミコファイン、チッソ（
昧）製のＰＳＩ−Ｇシリーズ等がある。

この様にして形成したサーマルヘッドは、基板ｌが内装
銅は（３ａ．３ｃを有するｆコめ、放熱性能が著しく向
上しており、印字パルス１発目と印字パルス連続印加後
の発熱低抗体の表面ピーク温度の差が第１４図の（Ａ）
のようになり、第８図の構戊を有する比較例の特性（Ｂ
）に比べて十分小さくなることが分かる。従って、同じ
印加電力でも発熱抵抗体の表面ピーク温度が低くとどま
っており、これは印字開始時と連続黒印字時の印字状態
の差が少ないことを意味する。また、この実施例によれ
ば、発熱抵抗体の発熱部を突出させたことにより、紙当
り性が向上し、紙への島の伝達効率か改善さｔ５、印加
工ネルギーに対する印字濃度が第１５図の（Ａ）のよう
になり、同図の（Ｂ）に示す比較例（第８図の構成のも
の）よりも小さい印加エネルギーにて十分な印字ａ度が
得与れることが分かる。このように、印加工ネルギーが
小さい場合には、印字パルス１発目と印字パルス連続印
加後のピーク温文の差かさらに小さくムるｆ二め、上記
放熱性の向上による効果との相乗効果により、高印字品
位のサーマルヘットとなる。

さらに、銅はく層を多層にすることにより、放熱性能が
著しく向上するため、放熱板無しの状態で印字パルスを
連続して印加し、発熱させた場合の発熱抵抗体の表面温
度の上昇の変化が十分に小さく、また、基板裏面の温度
は第１６図に示すように、第１２図（比較例）に比べて
わずかしか上昇しない。従って、この実施例においては
、内装銅はく層を２層とした例を上げたが、内装銅はく
層の厚さや位置、層の数を最適に調整することにより、
ある程度の印字条件範囲においては、前述の実施例と同
様に、放熱板を使用しないサーマルヘッドが実現でき、
第２図のように構成される。

以上の各実施例は、薄膜方式について説明したが、厚嘆
方式の場合においても、焼成温度と耐熱性絶碌尉脂基阪
の耐熱温度か同陛度の温度であ杷ｆ、この発明を同様に
適用できるの１１ららろんのことである。

（ト）発明の効果 この発明によれば、多層銅張耐熱性樹脂基板を用いるこ
とにより、その内装銅はくが放熱性を向上させるため、
印字開始時と連続黒印字時の印字状態の差が少なくなる
。また、発熱抵抗体の発熱部を突出させることにより、
印字効率が向上するため、上記放熱性の向上による効果
との相乗効果により、高印字品位のサーマルヘッドが提
供される。さらに、内装銅はくにより放熱性能が著しく
向上するため、放熱板不要のサーマルヘッドの実現か可
能となる。さの上、通常の硬質印刷配線板と同様の加工
法を適用できる耐熱性絶縁樹脂基板を使用しているので
、発熱抵抗体はもちろん、その駆動制御回路部品、外部
回路との接続のためのコネクタ部品及びこれらの間の接
続配線まで一枚の、基板上に一体形成、実装され、形状
のコンバクト化が図れるため、低価格で汎用性に富むサ
ーマルヘノトが提洪される。

【図面の簡単な説明】

第ｔ図はこの発明の一実意例を示すサーマルヘソドの発
熱抵抗体部周辺の断面図、第２図はこの発明のサーマル
ヘッドの全体構成図、第３図は多層鋼張耐熱性絶縁樹脂
基板の断面図、第４図はセラミック基板を使用した従来
のサーマルヘットの発熱抵抗体部周辺の断面図、第５図
〜第７図はセラミック基板を使用した従来のサーマルヘ
ッドの全体構成図、第８図は比較例のサーマルヘブドの
発熱抵抗体部周辺の断面図、第９図は第８図に示す比較
例のサーマルヘソドの全体構戊図、第ｌｏ図はこの発明
のサーマルヘットの基板裏面の温度変化を示すグラフ、
第１１図はセラミック基板を使用した従来のサーマルヘ
ッドの基板裏面の温度変化を示すグラフ、第１２図は比
較例によるサーマルヘッドの基板裏面の温度変化を示す
グラフ、第１３図はこの発明の他の実施例を示すサーマ
ルヘッドの発熱抵抗体部周辺の断面図、第１４図は発熱
抵抗体の表面ピーク温度の推移を示すグラフ、第１５図
：よ印字＃覚対印加エネルギーの関係を示す々ラフ、第
１６図は基板裏面の温度の推移を示すグラフてある。 １・・・・・多層銅張耐熱性絶縁樹脂基板、２ａ〜２ｃ
・・・・・耐熱クロスに耐熱樹脂を含浸させた層、 ３ａ〜３ｄ・・・・・金属層、４・・・・・・絶縁層、
５・・・・・・発熱抵抗体、６・・・・・・共通電極、
７・・・・・個別電極、８・・・・・・保護膜。 酵 ５ 麿 第 ６ 閃 第 ７ 磨 第 ９ 図 剪 １３冑 第 １０ｍ｝’１ イジ１２ 図 第１５ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体の一端
   に共通に接続された共通電極と、各発熱抵抗体の他端に
   個別に接続された個別電極とを備え、共通電極と個別電
   極を介して各発熱抵抗体に駆動回路から通電するように
   構成したサーマルヘッドにおいて、基板が、耐熱性樹脂
   基板と、その表裏面にそれぞれ絶縁層を介して積層され
   た複数層の金属層からなり、さらに共通電極および個別
   電極をそれぞれ駆動回路に接続するために前記金属層を
   パターン化して形成された接続電極と、耐熱性樹脂から
   なる絶縁層と、絶縁層上に形成された共通電極および個
   別電極と、絶縁層上に形成され共通電極の一端から個別
   電極の一端にわたる発熱抵抗体と、発熱抵抗体を覆う保
   護膜を備え、共通電極および個別電極の各他端が接続電
   極に接続されたことを特徴とするサーマルヘッド。 ２、基板上に複数の発熱抵抗体と、各発熱抵抗体の一端
   に共通に接続された共通電極と、各発熱抵抗体の他端に
   個別に接続された個別電極とを備え、共通電極と個別電
   極を介して各発熱抵抗体に通電するように構成したサー
   マルヘッドにおいて、基板が、耐熱性樹脂基板とその表
   面および裏面にそれぞれ絶縁層を介して積層した複数層
   の金属層からなり、さらに、最上層の金属層をパターン
   化して形成した共通電極および個別電極と、共通電極と
   個別電極との近傍に形成した耐熱性樹脂からなる蓄熱層
   と、蓄熱層の上に共通電極から個別電極にわたって形成
   した発熱抵抗体と、発熱抵抗体を覆う保護層を備えたこ
   とを特徴とするサーマルヘッド。 ３、蓄熱層が共通電極および個別電極よりも厚く形成さ
   れ、それによって発熱抵抗体の発熱部が基板表面に突出
   してなる請求項２記載のサーマルヘッド。