特許 6010413 サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6010413

(24)【登録日】2016年9月23日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/335 20060101AFI20161006BHJP

   B41J 2/345 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/335 101D

   B41J2/335 101H

   B41J2/345 J

   B41J2/345 C

【請求項の数】6

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-214559(P2012-214559)

(22)【出願日】2012年9月27日

(65)【公開番号】特開2014-69318(P2014-69318A)

(43)【公開日】2014年4月21日

【審査請求日】2015年9月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000113322

【氏名又は名称】東芝ホクト電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082740

【弁理士】

【氏名又は名称】田辺 恵基

(74)【代理人】

【識別番号】100174104

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 康一

(74)【代理人】

【識別番号】100081732

【弁理士】

【氏名又は名称】大胡 典夫

(72)【発明者】

【氏名】榎本 亜文

【審査官】 大浜 登世子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２１８９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０３９４３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−２０５８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２０１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８０５２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／３３５

Ｂ４１Ｊ ２／３４５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面に間隔を置いて主走査方向に配列されてそれぞれ前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる複数の発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体のそれぞれの前記副走査方向の両端から前記副走査方向に延びる電極と、
前記発熱抵抗体を被覆する絶縁体と、
前記発熱抵抗体のそれぞれに対して前記絶縁体を挟んで反対側に配置されて前記発熱抵抗体の前記副走査方向の上流側および下流側で前記電極に接続された上面抵抗体層と、
前記上面抵抗体層を被覆する上面被膜層と、
を具備し、
前記絶縁体はガラスで形成されて前記主走査方向に線状に延びて前記絶縁基板から突出する突条グレーズを有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】

前記絶縁体の表面は前記副走査方向に滑らかな弧を描い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】

前記絶縁基板は最表面にガラスで形成された全面グレーズ層を有し、前記突条グレーズの軟化点は前記全面グレーズ層の軟化点よりも低い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。

【請求項4】

前記絶縁体は前記電極層および前記発熱抵抗体を覆う保護被膜層を有し、前記保護被膜層の表面には前記突条グレーズに対して前記副走査方向の両側に開口が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。

【請求項5】

絶縁基板の表面に間隔を置いて主走査方向に配列されてそれぞれ前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる複数の発熱抵抗体および前記発熱抵抗体のそれぞれの前記副走査方向の両端から前記副走査方向に延びる電極を形成する第１工程と、
前記第１工程の後に前記発熱抵抗体を絶縁体で被覆する第２工程と、
前記第２工程の後に前記発熱抵抗体のそれぞれに対して前記絶縁体を挟んで反対側に配置されて前記発熱抵抗体の前記副走査方向の上流側および下流側で前記電極に接続された上面抵抗体層を形成する第３工程と、
前記第３工程の後に前記上面抵抗体層を上面被膜層で被覆する第４工程と、
を具備し、
前記第２工程は、前記発熱抵抗体が配列された領域にガラスペーストを塗布し、そのガラスペーストを焼成して突条グレーズを得る突条グレーズ形成工程、を含むことを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。

【請求項6】

前記第１工程は、セラミック基板の表面全体にガラスペーストを塗布し、そのガラスペーストを焼成して全面グレーズ層を得る全面グレーズ形成工程、を含み、前記突条グレーズ形成工程の焼成温度は、前記全面グレーズ形成工程の焼成温度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

サーマルプリントヘッドは、バーコードラベルプリンタ、ＰＯＳプリンタ、軽量ラベルプリンタ、ハンディーターミナルなどのモバイルプリンタに用いられている。サーマルプリントヘッドは、支持基体上に配列された発熱抵抗体を発熱させることによって、感熱紙や、製版フィルム印画紙、メディアなどに記録を行うものである。

【0003】

サーマルプリントヘッドの支持基体は、たとえばアルミナなどのセラミック基板上に、保温層としてグレーズ層を形成したものである。グレーズ層は、発熱抵抗体の近傍のみに部分的に形成されたり、セラミック基板の全面に形成されたりする。さらにグレーズ層の一部に突条部を設ける場合もある。この支持基体の表面に抵抗体層および電極層をスパッタ法などの薄膜形成法によって積層形成し、パターニングプロセスを通すことによって、対となる発熱抵抗体と個別電極とが一線上に形成される。さらに、抵抗体層および電極層の必要部位に保護被膜層をスパッタ法などの薄膜形成法で形成することによって、サーマルプリントヘッドのヘッド基板が形成される。

【0004】

このヘッド基板と別途製造された回路基板とが放熱板で合体される。ヘッド基板の放熱板への接着には、接着剤による固定、両面テープによる固定などの方法が一般的に用いられる。ヘッド基板、回路基板および放熱板の合体の後、電極に駆動ＩＣ（Integrated Circuit）を介して回路基板とボンディングワイヤで接続される。このボンディングワイヤを樹脂封止するなどして、サーマルプリントヘッドが完成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１６５２４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

支持基板上に抵抗体層、電極層および保護被膜層を積層する場合、発熱部における電極層が存在しない領域では保護被膜層に電極層の厚みに相当する段差が生じる。この段差があると、サーマルプリントヘッドが被印刷媒体と接触する部分においてエアギャップが生じる場合がある。このようなエアギャップが生じると、熱が被印刷媒体に効率的に伝達されず、印刷品位が悪化し、また、エネルギー効率が低下する。

【0007】

さらに、このような段差部には保護被膜層に亀裂が生じやすく、亀裂が生じるとクリーニング時に用いる溶剤などによって腐食が進行し、サーマルプリントヘッドの健全性が損なわれる可能性がある。また、静電気によってダメージが発生する場合もある。

【0008】

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドの印刷品位を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に間隔を置いて主走査方向に配列されてそれぞれ前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる複数の発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体のそれぞれの前記副走査方向の両端から前記副走査方向に延びる電極と、前記発熱抵抗体を被覆する絶縁体と、前記発熱抵抗体のそれぞれに対して前記絶縁体を挟んで反対側に配置されて前記発熱抵抗体の前記副走査方向の上流側および下流側で前記電極に接続された上面抵抗体層と、前記上面抵抗体層を被覆する上面被膜層と、を具備し、前記絶縁体はガラスで形成されて前記主走査方向に線状に延びて前記絶縁基板から突出する突条グレーズを有することを特徴とする。

【0010】

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、絶縁基板の表面に間隔を置いて主走査方向に配列されてそれぞれ前記主走査方向に垂直な副走査方向に延びる複数の発熱抵抗体および前記発熱抵抗体のそれぞれの前記副走査方向の両端から前記副走査方向に延びる電極を形成する第１工程と、前記第１工程の後に前記発熱抵抗体を絶縁体で被覆する第２工程と、前記第２工程の後に前記発熱抵抗体のそれぞれに対して前記絶縁体を挟んで反対側に配置されて前記発熱抵抗体の前記副走査方向の上流側および下流側で前記電極に接続された上面抵抗体層を形成する第３工程と、前記第３工程の後に前記上面抵抗体層を上面被膜層で被覆する第４工程と、を具備し、前記第２工程は、前記発熱抵抗体が配列された領域にガラスペーストを塗布し、そのガラスペーストを焼成して突条グレーズを得る突条グレーズ形成工程、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、サーマルプリントヘッドの印刷品位が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の部分拡大断面図である。

【図2】本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の一部拡大一部切欠き平面図である。

【図3】本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態を用いたサーマルプリンタの断面図である。

【図4】本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態における製造過程のいくつかの段階における断面図である。

【図5】本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態による表面温度分布である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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、この各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれに限定されない。

【0014】

図１は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの一実施の形態の部分拡大断面図である。図２は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの一部拡大一部切欠き平面図である。図３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断面図である。

【0015】

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１０は、放熱板３０と発熱体板２０と回路基板４０とを有している。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長方形の平板である。

【0016】

発熱体板２０は、セラミック基板２２および全面グレーズ層２５からなる絶縁基板を有している。セラミック基板２２は、たとえばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成された長方形の平板である。セラミック基板２２の一方の表面は放熱板３０と向かい合っており、他方の表面には全面グレーズ層２５が融着している。全面グレーズ層２５は、ガラスで形成されている。

【0017】

全面グレーズ層２５の表面には、抵抗体層２６が形成されている。また、抵抗体層２６の表面には、電極層２８が形成されている。電極層２８に切欠部が形成されていて、抵抗体層２６の電極層２８と重なり合わない部分が発熱抵抗体となる。このようにして発熱抵抗体が全面グレーズ層２５の表面に間隔を置いて複数配列されて、セラミック基板２２の長手方向（主走査方向）に延びる帯状の発熱領域２４が形成されている。

【0018】

電極層２８および発熱抵抗体の表面には、保護被膜層２９が形成されている。保護被膜層２９は、たとえばＳｉＯＮで形成されている。保護被膜層２９の一部には、発熱領域２４の副走査方向上流側および下流側に開口７３が形成されている。

【0019】

これらの開口７３で挟まれる領域には、突条グレーズ７１が形成されている。突条グレーズ７１は、最大厚さが約４０μｍであり、主走査方向に線状に延びている。突条グレーズ７１は、ガラスで形成されている。突条グレーズ７１の表面は、副走査方向に滑らかな弧を描いている。

【0020】

突条グレーズ７１の表面には、上面抵抗体層７２が形成されている。上面抵抗体層７２は、主走査方向に発熱抵抗体と同じピッチで配列されている。上面抵抗体層７２の副走査方向の両端部は、保護被膜層２９に形成された開口７３を通じて電極層２８と接続している。上面抵抗体層７２の表面は、上面被膜層７０で覆われている。

【0021】

また、サーマルプリントヘッド１０は、発熱領域２４を発熱させる駆動回路を有している。その駆動回路は、たとえば発熱体板２０と同じ側の表面で放熱板３０に載置された回路基板４０の上に形成されている。回路基板４０には、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が入力される。この駆動回路は、たとえば回路基板４０に設けられた駆動素子４２などの電気部品を有している。発熱体板２０と駆動回路とは、たとえば発熱体板２０と回路基板４０との間に架け渡されたボンディングワイヤ４４によって電気的に接続される。さらに、回路基板４０の表面に形成された配線パターンと駆動素子４２との間もボンディングワイヤ４４で電気的に接続される。駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４は、たとえば樹脂４８によって封止される。

【0022】

このサーマルプリントヘッド１０を用いたプリンタは、発熱領域２４の表面の法線上に位置する軸５２を中心とする円筒状のプラテンローラ５０を有している。プラテンローラ５０によって被印刷媒体６０がサーマルプリントヘッド１０に押し付けられる。この状態で発熱領域２４の発熱抵抗体が発熱することによって、被印刷媒体６０に印画される。被印刷媒体６０が副走査方向に搬送されながら、主走査方向に延びる発熱領域２４が所定のパターンで発熱することによって、被印刷媒体６０には所望の画像が形成される。

【0023】

次に、本実施の形態の製造方法を説明する。

【0024】

図４は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの製造過程のいくつかの段階における断面図である。

【0025】

まず、セラミック基板２２の主面にガラスペーストを印刷する。ガラスペーストの厚さは、たとえば３０〜１２０μｍとする。その後、セラミック基板２２に付着したガラスペーストを焼成する。この際、ガラスペーストの温度をガラスの軟化点温度以上にして、所定の時間保持し、その後、常温まで冷却する。これにより全面グレーズ層２５が形成される。

【0026】

次に、全面グレーズ層２５の表面に抵抗膜層および金属層を形成する。抵抗膜層および金属層を所定の形状にエッチングすることにより、所定のパターンの抵抗体層２６および電極層２８が形成される。

【0027】

その後、抵抗体層２６および電極層２８を被覆する保護被膜層２９を形成する。保護被膜層２９は、たとえばスパッタリングによって形成される。

【0028】

保護被膜層２９の表面には、ガラスペースト７５が塗布される。これにより図４（ａ）の状態となる。ガラスペースト７５は、発熱領域２４を覆うように主走査方向に延びる帯状に塗布される。

【0029】

その後、ガラスペースト７５をガラスの軟化点温度以上にして、所定の時間保持し、その後、常温まで冷却する。このようにガラスペースト７５を焼成することにより、ガラスペースト７５は、軟化点以上の温度になって流動性が大きくなり、表面張力および重力の作用によって、丸みを帯びた形状となり、突条グレーズ７１が形成される。これにより図４（ｂ）の状態となる。この際の焼成温度は、全面グレーズ層２５を形成する際の焼成温度よりも低い。

【0030】

ガラスペースト７５の焼成の際、全面グレーズ層２５が軟化しないように、突条グレーズ７１となるガラスペースト７５には、軟化点が全面グレーズ層２５よりも低いものを用いることが好ましい。

【0031】

次に、保護被膜層２９の一部をフォトリソグラフィなどによってエッチングして開口７３を形成する。この開口７３は、突条グレーズ７１の副走査方向の両側で、主走査方向に配列した電極層２８の表面に形成する。これにより図４（ｃ）の状態となる。

【0032】

その後、保護被膜層２９の表面に抵抗体層をスパッタリングなどによって形成した後、フォトリソグラフィなどによってパターニングすることにより、所定のパターンの上面抵抗体層７２が形成される。これにより図４（ｄ）の状態となる。その後、上面抵抗体層７２の表面に上面被膜層７０を形成することにより、発熱体板２０が得られる。このようにして製造された発熱体板２０および駆動素子４２を搭載した回路基板４０を放熱板３０に載置し、駆動素子４２と発熱体板２０との間にボンディングワイヤ４４を架け渡し、駆動素子４２およびボンディングワイヤ４４を封止することにより、サーマルプリントヘッド１０が完成する。

【0033】

図５は、本実施の形態のサーマルプリントヘッドの表面温度分布である。

【0034】

本実施の形態のサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体に通電した際には、発熱領域２４が発熱するとともに、上面抵抗体層７２も発熱する。上面抵抗体層７２が存在する領域（図５においてＡで示した）では、副走査方向の中央部分で最大値をとり、その両側で緩やかに温度が低下する。上面抵抗体層７２の発熱だけでは、被印刷媒体６０の発色温度に到達しないようにしておく。

【0035】

発熱領域２４（図５においてＢで示した）では、抵抗体層２６および上面抵抗体層７２の発熱によって、その副走査方向の両側よりも発熱量が大きくなり、鋭い温度ピークが得られる。この温度ピークは発色温度以上となるようにしておく。

【0036】

このように、本実施の形態のサーマルプリントヘッドは、発熱領域２４の表面において鋭い温度ピークを持つ温度分布を実現することができる。このため、印画ドットを微細化しつつ、発熱領域２４の上流側および下流側におけるサーマルプリントヘッド１０の表面温度を高めることができる。

【0037】

このように、本実施の形態のサーマルプリントヘッドは、発熱領域２４における電極層２８のギャップを突条グレーズ７１によって覆っており、被印刷媒体６０と接触する上面保護被膜７０の表面には、段差が形成されない。このため、段差に起因する亀裂の発生などの不具合を抑制できる。また、段差に起因するエアギャップが存在しないため、熱が被印刷媒体６０に効率的に伝達され、エネルギー効率が向上する。その結果、サーマルプリントヘッド１０の印刷品位が向上する。

【0038】

また、突条グレーズ７１のような絶縁体を挟んで上面抵抗体層７２を設けたサンドイッチ構造を有している。つまり、厚さ方向に電気的に並行な抵抗体を有している。これらの並行な抵抗体は突条グレーズ７１という絶縁層で隔離されている。この電気的に並行な抵抗体間の絶縁層に熱が蓄えられる。これにより、これらの抵抗体のベース温度を高めておくことできる。その結果、実際に印画するときには、より少ないエネルギーで印画することができる。また、この蓄えられた熱を活用することにより、予備加熱をしないでも印画品位を向上させることができ、低温環境や、モバイル機器などの電池容量が制限された場合に特に有効である。

【符号の説明】

【0039】

１０…サーマルプリントヘッド、２０…発熱体板、２２…セラミック基板、２４…発熱領域、２５…全面グレーズ層、２６…抵抗体層、２８…電極層、２９…保護被膜層、３０…放熱板、４０…回路基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤ、４８…樹脂、５０…プラテンローラ、５２…軸、６０…被印刷媒体、７０…上面被膜層、７１…突条グレーズ、７２…上面抵抗体層、７３…開口、７５…ガラスペースト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】