特許 6033145 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】6033145

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30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 20060101AFI20161121BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/335 101J

   B41J2/335 101H

   B41J2/335 101C

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-63435(P2013-63435)

(22)【出願日】2013年3月26日

(65)【公開番号】特開2014-188684(P2014-188684A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2016年1月15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】笹川 智弘

【審査官】 道祖土 新吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１０７２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１１１５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−２１０８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３１３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１１３５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１９８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１３９８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２５４１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−２３１０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−９６６２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／３１５−２／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック板の表面をサンドブラストして、平坦面とその平坦面から突出してその平坦面に沿って直線状に延びる突出部とを持ち前記突出部は平坦な頂部とその頂部よりも幅が狭い裾部とからなるセラミック基板を形成する絶縁基板形成工程と、
前記突出部を被覆するグレーズ層を形成する工程と、
前記グレーズ層の表面に前記突出部が延びる方向に間隔を置いて配列された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端部に接続されて前記発熱抵抗体に通電する電極と、を形成する工程と、
前記発熱抵抗体と前記電極と前記グレーズ層とを被覆する保護膜を形成する工程と、
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。

【請求項2】

前記絶縁基板形成工程は、前記セラミック板の表面に前記頂部を覆う第１のマスクをしてサンドブラストするサンドブラスト第１工程と、前記サンドブラスト第１工程で形成された溝の底に第２のマスクを配置してサンドブラストするサンドブラスト第２工程と、を有す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の製造方法。

【請求項3】

前記第２のマスクは樹脂テープであ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の製造方法。

【請求項4】

平坦面とその平坦面から突出してその平坦面に沿って直線状に延びる突出部とを持ち前記突出部は平坦な頂部とその頂部よりも幅が狭い裾部とからなるセラミック基板と、
前記突出部を被覆するグレーズ層と、
前記グレーズ層の表面に前記突出部が延びる方向に間隔を置いて配列された発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体の両端部に接続されて前記発熱抵抗体に通電する電極と、
前記発熱抵抗体と前記電極と前記グレーズ層とを被覆する保護膜と、
を具備することを特徴とするサーマルプリントヘッド。

【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、絶縁基板の表面に配列された複数の発熱抵抗体を発熱させ、その熱により感熱記録紙などの被印刷媒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、イメージャ、シールプリンタなどの記録機器に広く利用されている。被印刷媒体が感熱性でない場合、被印刷媒体との間に感熱性のインクリボンを挟んだ状態で発熱することにより、インクを被印刷媒体に熱転写する。

【0003】

サーマルプリンタにおいて、サーマルプリントヘッドは、放熱体とヘッド基板と回路基板とを有している。発熱抵抗体を有するヘッド基板は、回路基板とともに放熱体上に固定される。回路基板上には、ＩＣ（Integrated Circuit）である駆動素子が搭載される。駆動素子とヘッド基板などとの間には、ボンディングワイヤーが架け渡されて電気的に接続される。駆動素子およびボンディングワイヤーなどは、封止樹脂体により封止される。

【0004】

硬質の媒体に印刷する場合には、ヘッド基板の発熱抵抗体部分の表面を通過する直線的な媒体の搬送経路を確保する必要がある。しかし、封止樹脂体は、ヘッド基板の表面から盛り上がることとなるため、このような直線的な媒体の搬送経路が確保しにくい。そこで、たとえば特許文献１には、セラミック基板の一方の主面に台形状の突出部を形成し、その突出部を覆うようにグレーズ層を形成し、突出部に発熱抵抗体を配列する方法が開示されている。

【0005】

セラミック基板の一主面に台形状の突出部を形成することにより、発熱抵抗体をその主面から離れた位置に形成することができる。その結果、封止樹脂体の最頂部よりも発熱抵抗体が形成された領域までの一主面からの高さを高くすることができ、直線的な媒体の搬送経路が確保しやすくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７−９６６２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

セラミック基板の一主面に台形状の突出部を形成すると、突出部の裾の部分が副走査方向に広がっているため、グレーズ層が平坦になるまでの領域が広がってしまう。その結果、サーマルプリントヘッドの小型化が困難である。

【0008】

そこで、本発明は、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体が配列された部分の基板表面からの突出高さを高くしつつ、副走査方向に小型化す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の製造方法において、セラミック板の表面をサンドブラストして、平坦面とその平坦面から突出してその平坦面に沿って直線状に延びる突出部とを持ち前記突出部は平坦な頂部とその頂部よりも幅が狭い裾部とからなるセラミック基板を形成する絶縁基板形成工程と、前記突出部を被覆するグレーズ層を形成する工程と、前記グレーズ層の表面に前記突出部が延びる方向に間隔を置いて配列された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端部に接続されて前記発熱抵抗体に通電する電極と、を形成する工程と、前記発熱抵抗体と前記電極と前記グレーズ層とを被覆する保護膜を形成する工程と、を具備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において、平坦面とその平坦面から突出してその平坦面に沿って直線状に延びる突出部とを持ち前記突出部は平坦な頂部とその頂部よりも幅が狭い裾部とからなるセラミック基板と、前記突出部を被覆するグレーズ層と、前記グレーズ層の表面に前記突出部が延びる方向に間隔を置いて配列された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端部に接続されて前記発熱抵抗体に通電する電極と、前記発熱抵抗体と前記電極と前記グレーズ層とを被覆する保護膜と、を具備することを特徴とする。

【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発熱抵抗体が配列された部分の基板表面からの突出高さを高くしつつ、副走査方向に小型化することができる。

【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におけるヘッド基板の断面図である。

【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を用いたサーマルプリンタの側面図である。

【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の一部切欠き平面図である。

【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セラミック基板の成型途中の断面図である。

【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一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。

【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におけるヘッド基板の断面図である。図２は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドを用いたサーマルプリンタの側面図である。図３は、本実施の形態におけるサーマルプリントヘッドの一部切欠き平面図である。

【0015】

本実施の形態のサーマルプリントヘッド１１は、ヘッド基板２０と放熱板３０と回路基板４０とを有している。ヘッド基板２０は、セラミック基板２２とグレーズ層２５と抵抗体層２７および電極層２８からなる配線層と保護膜２９とを有している。

【0016】

電気絶縁性の絶縁基板であるセラミック基板２２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックの長方形の板である。セラミック基板２２の平坦面である一主面８０上には、主面から突出する突出部８１が形成されている。突出部８１は、セラミック基板２２の長辺方向（主走査方向）に延びている。突出部８１は、主面８０に接続して主面から離れるにしたがって幅が大きくなる裾部８３および裾部８３からさらに突出した頂部８２を有している。頂部８２の側面はいずれも主面８０に垂直である。

【0017】

グレーズ層２５は、セラミック基板２２の主面８０および突出部８１の表面に融着したガラスの層である。グレーズ層２５には、セラミック基板２２の頂面８４の短手方向の中央部で最も厚さが厚い突条２１がセラミック基板２２の長手方向に延びている。グレーズ層２５には、頂部８２の頂面８４の表面において、短手方向（副走査方向）の断面が弧状の突条２１が形成されている。グレーズ層２５は、セラミック基板２２の表面に塗布したガラスペーストを焼成して形成するため、その表面は滑らかな曲面を描いている。

【0018】

抵抗体層２７および電極層２８は、所定のパターンでグレーズ層２５の表面に積層される。抵抗体層２７には、主走査方向に間隔を置いて配列された発熱抵抗体２６が形成される。電極層２８には、発熱抵抗体２６のセラミック基板２２の副走査方向の両端部に接続する電極が形成される。発熱抵抗体２６は、電極層２８に形成された電極を通して電流が流れると発熱し、主走査方向に延びる帯状の発熱領域２４を形成する。

【0019】

抵抗体層２７および電極層２８、並びに、抵抗体層２７および電極層２８が積層されていない部分のグレーズ層２５の大部分は、保護膜２９で被覆されている。セラミック基板２２の主面８０の一方の長辺近傍においては、保護膜２９は形成されておらず、電極層２８が露出している。

【0020】

ヘッド基板２０は、放熱板３０の一方の表面に載置される。ヘッド基板２０と放熱板３０とは、たとえば接着剤で固定される。

【0021】

回路基板４０は、たとえばフレキシブル基板であって、硬質基板４１を介して、放熱板３０のヘッド基板２０が載置された側に載置され、固定されている。回路基板４０には、発熱抵抗体２６を駆動する駆動回路の少なくとも一部が形成されている。回路基板４０は、電極層２８の一部が保護膜２９に被覆されずに露出した側の端縁に隣接して配置されている。

【0022】

回路基板４０の表面には、ＩＣ（Integrated Circuit）である駆動素子４２が載置されている。駆動素子４２と保護膜２９に被覆されずに露出された電極層２８とは、ボンディングワイヤー４４によって電気的に接続されている。また、回路基板４０の配線と駆動素子４２との間にもボンディングワイヤーが架け渡されている。露出した電極層２８、ボンディングワイヤー４４および駆動素子４２などは、封止樹脂体４８によって封止される。

【0023】

また、回路基板４０には、コネクタ４９が取り付けられている。回路基板４０および駆動素子４２などで構成された駆動回路は、コネクタ４９を介して外部から制御信号や電力を供給されて、ヘッド基板２０を駆動し、発熱領域２４を所定のパターンで発熱させる。

【0024】

サーマルプリンタは、サーマルプリントヘッド１１とプラテンローラ６０と送出側リボンローラ６４と巻取側リボンローラ６３と２つのリボンガイド６５とを有している。プラテンローラ６０は、サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４の法線方向に軸を持つ円柱状に形成される。プラテンローラ６０の側面は、ある程度の弾性を有している。

【0025】

送出側リボンローラ６４、巻取側リボンローラ６３およびリボンガイド６５は、サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４よりも放熱板３０側に配置されている。送出側リボンローラ６４および１つのリボンガイド６５は、サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４に対して上流側、すなわち、回路基板４０側に配置されている。巻取側リボンローラ６３およびもう１つのリボンガイド６５は、サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４に対して下流側に配置されている。

【0026】

送出側リボンローラ６４は、未使用のインクリボン６２を回巻したものである。巻取側リボンローラ６３は、巻取側リボンローラ６３は、図示しない回転機構によって回転し、使用済みのインクリボン６２を回巻するものである。リボンガイド６５は、インクリボン６２の搬送方向を変化させる。

【0027】

送出側リボンローラ６４から送出されるインクリボン６２は、リボンガイド６５で向きを変えられて、サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４に向かう。サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４近傍の弧状の表面で向きを変えられたインクリボン６２は、さらにもう１つのリボンガイド６５で方向を変えられて、巻取側リボンローラ６３に向かう。

【0028】

被印刷媒体６１は、プラテンローラ６０によってサーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４に押し付けられつつ、副走査方向に移動する。この際、被印刷媒体６１と発熱領域２４との間にはインクリボン６２が介在する。被印刷媒体６１への印画の際には、外部から供給される信号などによって駆動素子４２などの駆動回路から発熱抵抗体２６に電流が供給されて、発熱する。サーマルプリントヘッド１１の発熱領域２４の発熱パターンを変化させながら、被印刷媒体６１を副走査方向に移動させることにより、被印刷媒体６１上に所望の画像が印画される。

【0029】

インクリボン６２の印画に用いられた使用済み部分は、順次、巻取側リボンローラ６３に送られていく。送出側リボンローラ６４、巻取側リボンローラ６３およびリボンガイド６５などから構成されるインクリボン送出機構によって、インクリボン６２は、サーマルプリントヘッド１１の突条２１近傍およびリボンガイド６５に接触しながら搬送される。

【0030】

インクリボン６２上のインクは、発熱領域２４の発熱によって溶融し、被印刷媒体６１に転写される。インクリボン６２と被印刷媒体６１とは、発熱領域２４では接触しているが、発熱領域２４から離れるとともに離れていく。発熱領域２４の近傍で溶融したインクの粘着力によって、インクリボン６２は被印刷媒体６１に粘着したまま、ある程度下流側に移動する。その後、溶融したインクの固化によって粘着力が低下し、被印刷媒体６１と異なる方向に移動するインクリボン６２は被印刷媒体６１から剥離される。

【0031】

次に、このサーマルプリントヘッドの製造方法について説明する。

【0032】

図４は、本実施の形態におけるセラミック基板の成型途中の断面図である。

【0033】

まず、セラミック基板２２の底面から突出部８１の頂面８４までの厚さ以上のセラミックの板を形成する。このセラミック板の大きさは、複数のセラミック基板２２に相当する大きさであるものとする。

【0034】

次に、このセラミック板をマスク７１で覆い、サンドブラストによりセラミック板の表面を削る。このマスク７１は、それぞれのセラミック基板２２の突出部８１に相当する領域を覆い、その領域の外側には、サンドブラストに用いる研磨粒子が通過しないようなものである。研磨粒子が通過するスリットの幅はたとえば１ｍｍとし、スリットのピッチはたとえば３ｍｍとする。マスクは、たとえば厚さが２００μｍ程度の樹脂フィルムを用いることができる。研磨粒子としては、粒径が１００μｍ程度の炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いることができる。

【0035】

このようにして、根元から頂部までほぼ同じ幅の突出部が形成される。なお、サンドブラストによる研削では、面と面で挟まれる部分は削られにくくなるため、裾部分が頂部８１よりも広くなっている場合もある。

【0036】

次に、研磨した底部分にウレタンテープ７２を貼付する。その後、再度、多数の研磨粒子をセラミック板に衝突させる。これにより、突出部の裾部分の一部７３が削られる。その結果、裾部８３が頂面８４よりも幅が小さい突出部８１が形成される。

【0037】

このようにして、互いに平行な複数の突出部８１が形成されたセラミック板の突出部８１が形成された側の表面に、ガラスペーストをコーティングする。セラミック板の突出部８１には頂部８２が存在し、頂部８２は主面から直立した側面で挟まれているため、スクリーン印刷によるガラスペーストの塗布は困難である。このため、ガラスペーストのコーティングにはスプレーコートを用いることが好ましい。

【0038】

このようにして、セラミック板の突出部８１が形成された面にガラスペーストをコーティングした後、ガラスの軟化点以上の温度で所定の時間保持して、焼成することにより、グレーズ層２５が形成される。ガラスが軟化した状態で、重力および表面張力の作用により流動し、グレーズ層２５の表面はなめらかな曲面を描くようになる。

【0039】

突出部８１が同じ幅で裾部から頂部まで突出していると、軟化したガラスが重力の影響で下方に流れて、グレーズ層２５の裾部の幅が広くなってしまう。しかし、本実施の形態では、突出部８１の裾部８３が頂部８２よりも幅が小さいため、下方に流れたガラスの裾部の幅はそれほど大きくならない。したがって、ヘッド基板２０を小型化できる。

【0040】

このようにして、グレーズ層２５が形成された後、グレーズ層２５の表面に抵抗体層２７および電極層２８をスパッタリング法などにより積層する。その後、積層された抵抗体層２７および電極層２８をフォトリソグラフィー技術などでパターニングし、発熱抵抗体２６や所定の配線を形成する。その後、保護膜２９をスパッタリング法などで形成する。

【0041】

このようにして複数のヘッド基板２０に相当する板が形成された後、それぞれのヘッド基板２０を切り出す。切り出されたヘッド基板２０および別途製造した回路基板４０を放熱板３０上に載置して固定する。さらに、回路基板４０上に駆動素子４２を載置し、ボンディングワイヤー４４を架け渡す。

【0042】

その後、駆動素子４２およびボンディングワイヤー４４などを封止樹脂体４８で封止する。さらに、コネクタ４９などを取り付けてサーマルプリントヘッド１１が完成する。

【0043】

このように本実施の形態によれば、セラミック基板２２の主面８０から突出する突出部８１を設けているため、発熱抵抗体２６が配列された発熱領域２４の主面からの突出高さを高めることができる。突出部８１には頂部８２よりも幅が小さい裾部８３を設けているため、グレーズ層２５の裾の広がりを抑制することができ、ヘッド基板２０の副走査方向の幅を小型化することができる。

【符号の説明】

【0044】

１１…サーマルプリントヘッド、２０…ヘッド基板、２１…突条、２２…セラミック基板、２４…発熱領域、２５…グレーズ層、２６…発熱抵抗体、２７…抵抗体層、２８…電極層、２９…保護膜、３０…放熱板、４０…回路基板、４１…硬質基板、４２…駆動素子、４４…ボンディングワイヤー、４８…封止樹脂体、４９…コネクタ、６０…プラテンローラ、６１…被印刷媒体、６２…インクリボン、６３…巻取側リボンローラ、６４…送出側リボンローラ、６５…リボンガイド、７１…マスク、７２…ウレタンテープ、８０…主面、８１…突出部、８２…頂部、８３…裾部、８４…頂面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】