JP2002301834A - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents
サーマルヘッド及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、連続印刷等でも印刷不良が発生せ
ず、且つ、低消費電力化が可能なサーマルヘッド、及び
その製造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明のサーマルヘッドは、放熱性基板
１１の上面に遷移金属からなる犠牲層１３を形成し、犠
牲層１３を含む保温層１２上面にサーメット、またはセ
ラミック材料からなるブリッジ層１４を積層形成し、こ
のブリッジ層１４と保温層１２との間に空洞部１５を形
成し、この空洞部１５上のブリッジ層１４には空洞部を
露出する複数のスリット部Ｓを形成し、このスリット部
Ｓを含むブリッジ層１４の上面に高断熱性の無機保温層
１６を形成し、この無機保温層１６の上面に、Ｓｉ、ま
たはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物から選ばれた無機保
護層１７を積層し、発熱素子１８ａは、無機保温層１６
及び無機保護層１７を介してスリット部Ｓとスリット部
Ｓの間の上部に形成した。
ず、且つ、低消費電力化が可能なサーマルヘッド、及び
その製造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明のサーマルヘッドは、放熱性基板
１１の上面に遷移金属からなる犠牲層１３を形成し、犠
牲層１３を含む保温層１２上面にサーメット、またはセ
ラミック材料からなるブリッジ層１４を積層形成し、こ
のブリッジ層１４と保温層１２との間に空洞部１５を形
成し、この空洞部１５上のブリッジ層１４には空洞部を
露出する複数のスリット部Ｓを形成し、このスリット部
Ｓを含むブリッジ層１４の上面に高断熱性の無機保温層
１６を形成し、この無機保温層１６の上面に、Ｓｉ、ま
たはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物から選ばれた無機保
護層１７を積層し、発熱素子１８ａは、無機保温層１６
及び無機保護層１７を介してスリット部Ｓとスリット部
Ｓの間の上部に形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーマルプリンタ
に使用される高効率なサーマルヘッド及びその製造法に
関する。
に使用される高効率なサーマルヘッド及びその製造法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のサーマルヘッドは、一般に、図５
に示すように、アルミナ等からなる放熱性基板１の端部
に、グレーズ保温層２を略８０μｍの厚みに、全面また
は部分形成する。このグレーズ保温層２の表面に、フォ
トリソ技術により、凸部２ａが略５μｍの高さで形成さ
れている。また、凸条部２ａを含むグレーズ保温層２の
上面に、Ｔａ２ＮやＴａ−ＳｉＯ２等からなる発熱抵抗
体３をスパッタリング等により積層し、その後、フォト
リソ技術により発熱抵抗体３のパターンを形成してい
る。
に示すように、アルミナ等からなる放熱性基板１の端部
に、グレーズ保温層２を略８０μｍの厚みに、全面また
は部分形成する。このグレーズ保温層２の表面に、フォ
トリソ技術により、凸部２ａが略５μｍの高さで形成さ
れている。また、凸条部２ａを含むグレーズ保温層２の
上面に、Ｔａ２ＮやＴａ−ＳｉＯ２等からなる発熱抵抗
体３をスパッタリング等により積層し、その後、フォト
リソ技術により発熱抵抗体３のパターンを形成してい
る。
【０００３】また、発熱抵抗体３の上面には、発熱抵抗
体３に電力エネルギーを供給するための給電体が、Ａ
ｌ、Ｃｕ、Ａｕ等をスパッタリング等で、略２μの厚み
に積層されている。そして、フォトリソ技術により給電
体をエッチングして、共通給電体４、及び個別給電体
５、及び各給電体４、５の外部接続端子（図示せず）も
同時に形成している。また、発熱抵抗体３、及び各給電
体４、５のそれぞれの上面に、発熱抵抗体３や、各給電
体４、５の酸化や摩耗を防止するために、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ
や、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ等の硬質セラミックからなる、
耐酸化性及び耐摩耗性の耐摩耗層６を、スパッタリング
等により５〜１０μｍの厚みに積層被覆して、印刷時の
耐久性を得るようにしている。
体３に電力エネルギーを供給するための給電体が、Ａ
ｌ、Ｃｕ、Ａｕ等をスパッタリング等で、略２μの厚み
に積層されている。そして、フォトリソ技術により給電
体をエッチングして、共通給電体４、及び個別給電体
５、及び各給電体４、５の外部接続端子（図示せず）も
同時に形成している。また、発熱抵抗体３、及び各給電
体４、５のそれぞれの上面に、発熱抵抗体３や、各給電
体４、５の酸化や摩耗を防止するために、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ
や、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ等の硬質セラミックからなる、
耐酸化性及び耐摩耗性の耐摩耗層６を、スパッタリング
等により５〜１０μｍの厚みに積層被覆して、印刷時の
耐久性を得るようにしている。
【０００４】このような従来のサーマルヘッドは、アル
ミニウム等の部材からなるヒートシンク７に、樹脂接着
剤８により接着され、印刷時に放熱性基板１に蓄熱され
る熱を外部に放熱する構造に組み立てられて、サーマル
プリンタ等に搭載されている。このような、従来のサー
マルヘッドにおいて、発熱抵抗体３にジュール熱を発生
させ、耐摩耗層６の表面に密着させた、感熱紙や熱転写
インクリボン等（図示せず）を加熱することにより、感
熱紙の発色、または普通紙等の記録紙にインクリボンの
インクを転写して、文字や画像を印刷するようになって
いる。
ミニウム等の部材からなるヒートシンク７に、樹脂接着
剤８により接着され、印刷時に放熱性基板１に蓄熱され
る熱を外部に放熱する構造に組み立てられて、サーマル
プリンタ等に搭載されている。このような、従来のサー
マルヘッドにおいて、発熱抵抗体３にジュール熱を発生
させ、耐摩耗層６の表面に密着させた、感熱紙や熱転写
インクリボン等（図示せず）を加熱することにより、感
熱紙の発色、または普通紙等の記録紙にインクリボンの
インクを転写して、文字や画像を印刷するようになって
いる。
【０００５】前述したような従来のサーマルヘッドを搭
載したサーマルプリンタは、近年、小型・軽量が進み、
携帯可能でバッテリー駆動が可能なものが開発されてい
る。このような携帯可能でバッテリー駆動可能なサーマ
ルプリンタにおいて、消費電力が最も大きなものは、多
数の発熱抵抗体３を有するサーマルヘッドであった。そ
して、従来のサーマルヘッドを省電力化するために、過
去よりグレーズ保温層２の膜厚を厚くして、蓄熱を大き
くする手段を用いていた。
載したサーマルプリンタは、近年、小型・軽量が進み、
携帯可能でバッテリー駆動が可能なものが開発されてい
る。このような携帯可能でバッテリー駆動可能なサーマ
ルプリンタにおいて、消費電力が最も大きなものは、多
数の発熱抵抗体３を有するサーマルヘッドであった。そ
して、従来のサーマルヘッドを省電力化するために、過
去よりグレーズ保温層２の膜厚を厚くして、蓄熱を大き
くする手段を用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のサーマルヘッドは、グレーズ保温層２の膜厚を単に
厚くする手段だけでは、連続駆動時に蓄熱が過大になっ
て、例えばサーマルヘッドを熱転写プリンタに使用して
いると、印刷範囲内だけでなく、印刷範囲外にも、イン
クリボン等のインクが転写されて、印刷画像に尾引き現
象が発生して印刷不良になるおそれがあった。本発明は
前述したような問題点に鑑みてなされたもので、連続印
刷等でも印刷不良が発生せず、且つ、低消費電力化が可
能なサーマルヘッド、及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
来のサーマルヘッドは、グレーズ保温層２の膜厚を単に
厚くする手段だけでは、連続駆動時に蓄熱が過大になっ
て、例えばサーマルヘッドを熱転写プリンタに使用して
いると、印刷範囲内だけでなく、印刷範囲外にも、イン
クリボン等のインクが転写されて、印刷画像に尾引き現
象が発生して印刷不良になるおそれがあった。本発明は
前述したような問題点に鑑みてなされたもので、連続印
刷等でも印刷不良が発生せず、且つ、低消費電力化が可
能なサーマルヘッド、及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の解決手段として本発明のサーマルヘッドは、放
熱性基板の上面に形成した保温層と、この保温層の上面
に設けた複数の発熱抵抗体と給電体とにより整列形成し
た発熱素子と、少なくとも前記発熱素子の上面を被覆す
る耐摩耗層とを備え、前記放熱性基板の上面に遷移金属
からなる犠牲層を形成し、前記犠牲層を含む前記保温層
上面にサーメット、またはセラミック材料からなるブリ
ッジ層を積層形成し、このブリッジ層と前記保温層との
間に空洞部を形成し、この空洞部上の前記ブリッジ層に
は前記空洞部を露出する複数のスリット部を形成し、こ
のスリット部を含む前記ブリッジ層の上面に高断熱性の
無機保温層を形成し、この無機保温層の上面に、Ｓｉ、
またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物から選ばれた無機
保護層を積層形成し、前記発熱素子は、前記無機保温層
及び前記無機保護層を介して前記スリット部とスリット
部の間の上部に形成した構成とした。
の第１の解決手段として本発明のサーマルヘッドは、放
熱性基板の上面に形成した保温層と、この保温層の上面
に設けた複数の発熱抵抗体と給電体とにより整列形成し
た発熱素子と、少なくとも前記発熱素子の上面を被覆す
る耐摩耗層とを備え、前記放熱性基板の上面に遷移金属
からなる犠牲層を形成し、前記犠牲層を含む前記保温層
上面にサーメット、またはセラミック材料からなるブリ
ッジ層を積層形成し、このブリッジ層と前記保温層との
間に空洞部を形成し、この空洞部上の前記ブリッジ層に
は前記空洞部を露出する複数のスリット部を形成し、こ
のスリット部を含む前記ブリッジ層の上面に高断熱性の
無機保温層を形成し、この無機保温層の上面に、Ｓｉ、
またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物から選ばれた無機
保護層を積層形成し、前記発熱素子は、前記無機保温層
及び前記無機保護層を介して前記スリット部とスリット
部の間の上部に形成した構成とした。
【０００８】また、前記課題を解決するための第２の解
決手段として、前記発熱素子は、前記空洞部によって上
方に突出する前記無機保護層上に形成し、前記給電体の
厚みを前記発熱素子の高さと同等以下とした構成とし
た。
決手段として、前記発熱素子は、前記空洞部によって上
方に突出する前記無機保護層上に形成し、前記給電体の
厚みを前記発熱素子の高さと同等以下とした構成とし
た。
【０００９】また、前記課題を解決するための第３の解
決手段として、前記ブリッジ層は、高融点金属とＳｉＯ
２のサーメット、またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−
Ｏ−Ｎのセラミックからなる構成とした。
決手段として、前記ブリッジ層は、高融点金属とＳｉＯ
２のサーメット、またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−
Ｏ−Ｎのセラミックからなる構成とした。
【００１０】また、前記課題を解決するための第４の解
決手段として、前記無機保温層は、Ｓｉと遷移金属と酸
素、または窒素の複合酸化物、複合窒化物のいずれかか
らなり、厚みが５〜２０μｍに積層され、その熱拡散率
が０．３〜０．４ｍｍ2 ／ｓｅｃの断熱性を有する構成
とした。
決手段として、前記無機保温層は、Ｓｉと遷移金属と酸
素、または窒素の複合酸化物、複合窒化物のいずれかか
らなり、厚みが５〜２０μｍに積層され、その熱拡散率
が０．３〜０．４ｍｍ2 ／ｓｅｃの断熱性を有する構成
とした。
【００１１】また、前記課題を解決するための第５の解
決手段として、前記無機保護層は、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、
Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮの絶縁性セラミッ
クのいずれかからなり、厚みが０．１〜１μｍに積層さ
れている構成とした。
決手段として、前記無機保護層は、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、
Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮの絶縁性セラミッ
クのいずれかからなり、厚みが０．１〜１μｍに積層さ
れている構成とした。
【００１２】また、前記課題を解決するための第６の解
決手段として、放熱性基板の上面に形成した保温層と、
この保温層の上面に設けた複数の発熱抵抗体と給電体と
により整列形成した複数の発熱素子と、少なくとも前記
発熱素子の上面を被覆する耐摩耗層とを有し、前記放熱
性基板の上面に易選択エッチング性を有する遷移金属か
らなる犠牲層を積層し、前記犠牲層を含む前記保温層上
面にサーメット、またはセラミック材料からなるブリッ
ジ層を積層し、前記犠牲層上の前記ブリッジ層に、フォ
トリソ技術により複数のスリット部を形成し、このスリ
ット部により下地の前記犠牲層を部分的に露出させ、選
択エッチング液により前記スリット部から前記犠牲層を
除去して前記ブリッジ層と前記保温層との間に空洞部を
形成し、前記スリット部を含む前記ブリッジ層の上面に
高断熱性の無機保温層を積層し、この無機保温層の上面
に、Ｓｉ、またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物から選
ばれた無機保護層を積層し、この無機保護層の上面に、
前記発熱抵抗体と前記給電体とによる前記発熱素子を形
成した製造方法とした。
決手段として、放熱性基板の上面に形成した保温層と、
この保温層の上面に設けた複数の発熱抵抗体と給電体と
により整列形成した複数の発熱素子と、少なくとも前記
発熱素子の上面を被覆する耐摩耗層とを有し、前記放熱
性基板の上面に易選択エッチング性を有する遷移金属か
らなる犠牲層を積層し、前記犠牲層を含む前記保温層上
面にサーメット、またはセラミック材料からなるブリッ
ジ層を積層し、前記犠牲層上の前記ブリッジ層に、フォ
トリソ技術により複数のスリット部を形成し、このスリ
ット部により下地の前記犠牲層を部分的に露出させ、選
択エッチング液により前記スリット部から前記犠牲層を
除去して前記ブリッジ層と前記保温層との間に空洞部を
形成し、前記スリット部を含む前記ブリッジ層の上面に
高断熱性の無機保温層を積層し、この無機保温層の上面
に、Ｓｉ、またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物から選
ばれた無機保護層を積層し、この無機保護層の上面に、
前記発熱抵抗体と前記給電体とによる前記発熱素子を形
成した製造方法とした。
【００１３】また、前記課題を解決するための第７の解
決手段として、前記犠牲層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏから選
ばれ、厚さを０．１〜２μｍに形成した製造方法とし
た。
決手段として、前記犠牲層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏから選
ばれ、厚さを０．１〜２μｍに形成した製造方法とし
た。
【００１４】また、前記課題を解決するための第８の解
決手段として、前記無機保温層は、スパッタ蒸着により
前記スリット部を含む前記ブリッジ層の上面に積層形成
した製造方法とした。
決手段として、前記無機保温層は、スパッタ蒸着により
前記スリット部を含む前記ブリッジ層の上面に積層形成
した製造方法とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のサーマルヘッド
及びその製造方法を図面に基づいて説明する。図１は本
発明のサーマルヘッドを示す要部断面図であり、図２は
本発明のその他の実施形態を示す要部断面図であり、図
３は本発明に係わる空洞部の製造方法を説明する説明図
であり、図４は本発明と従来のサーマルヘッドの熱応答
特性を比較したグラフである。
及びその製造方法を図面に基づいて説明する。図１は本
発明のサーマルヘッドを示す要部断面図であり、図２は
本発明のその他の実施形態を示す要部断面図であり、図
３は本発明に係わる空洞部の製造方法を説明する説明図
であり、図４は本発明と従来のサーマルヘッドの熱応答
特性を比較したグラフである。
【００１６】まず、本発明のサーマルヘッドは、図１に
示すように、アルミナ等からなる放熱性基板１１の上面
には、ガラスからなる保温層１２が、略８０μｍの厚さ
で形成されている。前記保温層１２の表面には、断面が
略台形状の凸部１２ａが、略５μｍの高さに凸条として
形成されている。前記凸部１２ａを含む保温層１２の上
面には、ＴａＳｉＯ２等の後述する発熱抵抗体１８のサ
ーメット材料、またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｏ
−Ｎ等のセラミック材料により、厚みが略１μｍのブリ
ッジ層１４が形成されている。
示すように、アルミナ等からなる放熱性基板１１の上面
には、ガラスからなる保温層１２が、略８０μｍの厚さ
で形成されている。前記保温層１２の表面には、断面が
略台形状の凸部１２ａが、略５μｍの高さに凸条として
形成されている。前記凸部１２ａを含む保温層１２の上
面には、ＴａＳｉＯ２等の後述する発熱抵抗体１８のサ
ーメット材料、またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−Ｏ
−Ｎ等のセラミック材料により、厚みが略１μｍのブリ
ッジ層１４が形成されている。
【００１７】前記凸部１２ａの頂部には、凸部１２ａ表
面とブリッジ層１４との間に、高さ（隙間）が０．１〜
２μｍの空洞部１５が形成されている。この空洞部１５
が形成された部分のブリッジ層１４には、図３に示すよ
うな複数のスリット部Ｓが所定のピッチ寸法で形成され
て、スリット部Ｓから空洞部１５内が露出している。前
記スリット部Ｓとスリット部Ｓの間の上部には、後述す
る無機保温層１６及び無機保護層１７を介して発熱抵抗
体１８ａが形成されている。
面とブリッジ層１４との間に、高さ（隙間）が０．１〜
２μｍの空洞部１５が形成されている。この空洞部１５
が形成された部分のブリッジ層１４には、図３に示すよ
うな複数のスリット部Ｓが所定のピッチ寸法で形成され
て、スリット部Ｓから空洞部１５内が露出している。前
記スリット部Ｓとスリット部Ｓの間の上部には、後述す
る無機保温層１６及び無機保護層１７を介して発熱抵抗
体１８ａが形成されている。
【００１８】また、スリット部Ｓを含むブリッジ層１４
の上面には、高断熱性、高密着性のセラミックからなる
無機保温層１６が形成されている。この無機保温層１６
は、Ｓｉと遷移金属と酸素、または窒素の化合物からな
る高断熱性、高密着性のセラミックからなり、厚みが５
〜２０μｍ形成されている。即ち、無機保温層１６は、
Ｓｉ−高融点金属−Ｏ、またはＳｉ−高融点金属−Ｎ、
またはＳｉ−高融点金属−Ｏ−Ｎのセラミックからな
り、その熱拡散率が０．３〜０．４ｍｍ2 ／ｓｅｃの断
熱性を有するようになっている。
の上面には、高断熱性、高密着性のセラミックからなる
無機保温層１６が形成されている。この無機保温層１６
は、Ｓｉと遷移金属と酸素、または窒素の化合物からな
る高断熱性、高密着性のセラミックからなり、厚みが５
〜２０μｍ形成されている。即ち、無機保温層１６は、
Ｓｉ−高融点金属−Ｏ、またはＳｉ−高融点金属−Ｎ、
またはＳｉ−高融点金属−Ｏ−Ｎのセラミックからな
り、その熱拡散率が０．３〜０．４ｍｍ2 ／ｓｅｃの断
熱性を有するようになっている。
【００１９】また、無機保温層１６の上面には、無機保
温層１６を電気的、化学的、機械的に保護するための、
ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ
Ｎ等からなる、高絶縁性の無機保護層１７が、０．１〜
１μｍの厚みに形成されている。この無機保護層１７
は、空洞部１５によって上方に突出形成された凸部１７
ａが設けられている。また、無機保護層１７の上面に
は、Ｔａ−ＳｉＯ２等からなる、高融点金属サーメット
の発熱抵抗体１８が積層形成されている。前記発熱抵抗
体１８は、無機保護層１７の凸部１７ａ上に発熱素子１
８ａがドット状に整列されて形成されている。
温層１６を電気的、化学的、機械的に保護するための、
ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ
Ｎ等からなる、高絶縁性の無機保護層１７が、０．１〜
１μｍの厚みに形成されている。この無機保護層１７
は、空洞部１５によって上方に突出形成された凸部１７
ａが設けられている。また、無機保護層１７の上面に
は、Ｔａ−ＳｉＯ２等からなる、高融点金属サーメット
の発熱抵抗体１８が積層形成されている。前記発熱抵抗
体１８は、無機保護層１７の凸部１７ａ上に発熱素子１
８ａがドット状に整列されて形成されている。
【００２０】また、発熱素子１８ａの左右で発熱抵抗体
１８の上面には、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ等からなる給電体材
料が、１〜２μｍの厚みに積層され、給電体である共通
給電体１９、及び個別給電体２０がそれぞれ発熱素子１
８ａを挟んで形成されている。また、それぞれの給電体
１９、２０は、発熱素子１８ａの高さと同等以下の高さ
に形成されている。また、発熱素子１８ａは、無機保温
層１６及び無機保護層１７を介してスリット部Ｓとスリ
ット部Ｓとの間の上部に形成されている。
１８の上面には、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ等からなる給電体材
料が、１〜２μｍの厚みに積層され、給電体である共通
給電体１９、及び個別給電体２０がそれぞれ発熱素子１
８ａを挟んで形成されている。また、それぞれの給電体
１９、２０は、発熱素子１８ａの高さと同等以下の高さ
に形成されている。また、発熱素子１８ａは、無機保温
層１６及び無機保護層１７を介してスリット部Ｓとスリ
ット部Ｓとの間の上部に形成されている。
【００２１】また、発熱抵抗体１８及び、各給電体１
９、２０のそれぞれの上面には、Ｓｉ−Ｏ−ＮやＳｉ−
Ａｌ−Ｏ−Ｎ等からなる耐摩耗層２１が、略５μｍの厚
みに積層被覆されている。そして、本発明のサーマルヘ
ッドは、金属製のヒートシンク２２に、接着剤２３で接
着されて、バッテリー駆動用フォトプリンタや、携帯可
能なモバイルプリンタ等の印刷装置に搭載されている。
９、２０のそれぞれの上面には、Ｓｉ−Ｏ−ＮやＳｉ−
Ａｌ−Ｏ−Ｎ等からなる耐摩耗層２１が、略５μｍの厚
みに積層被覆されている。そして、本発明のサーマルヘ
ッドは、金属製のヒートシンク２２に、接着剤２３で接
着されて、バッテリー駆動用フォトプリンタや、携帯可
能なモバイルプリンタ等の印刷装置に搭載されている。
【００２２】また、本発明のその他の実施の形態とし
て、図２に示すように、放熱性基板１１をシリコンまた
は金属で形成し、この放熱性基板１１の表面に、フォト
リソ技術やプレス技術により、凸条部１１ａを形成し、
放熱性基板１１の上面に直接ブリッジ層１４を形成した
ものでも良い。
て、図２に示すように、放熱性基板１１をシリコンまた
は金属で形成し、この放熱性基板１１の表面に、フォト
リソ技術やプレス技術により、凸条部１１ａを形成し、
放熱性基板１１の上面に直接ブリッジ層１４を形成した
ものでも良い。
【００２３】また、本発明のサーマルヘッドの熱応答特
性を、図４に基づいて説明すると、縦軸がサーマルヘッ
ドに通電したときの発熱温度の変化であり、横軸が通電
時間であり、Ｆの縦線が通電を停止した時である。そし
て、グラフＤは従来のサーマルヘッドの熱応答特性を示
すグラフであり、グラフＥは本発明のサーマルヘッドの
熱応答特性を示すグラフである。
性を、図４に基づいて説明すると、縦軸がサーマルヘッ
ドに通電したときの発熱温度の変化であり、横軸が通電
時間であり、Ｆの縦線が通電を停止した時である。そし
て、グラフＤは従来のサーマルヘッドの熱応答特性を示
すグラフであり、グラフＥは本発明のサーマルヘッドの
熱応答特性を示すグラフである。
【００２４】まず、従来と本発明のそれぞれのサーマル
ヘッドに、一定の電力を供給すると、通電時間の経過と
共に発熱抵素子１８ａの発熱温度は、空洞部１５を形成
したグラフＥの方が、グラフＤの従来のものより早く立
ち上がると共に、その発熱温度も従来より高くなる。ま
た、通電時間が所定時間経過後、Ｆのところでサーマル
ヘッドへの通電を停止すると、Ｄ、Ｅのそれぞれのサー
マルヘッドは、温度低下するが、Ｅの本発明の方が通電
時の温度上昇が高かった分、温度低下が緩やかとなるこ
とがわかる。
ヘッドに、一定の電力を供給すると、通電時間の経過と
共に発熱抵素子１８ａの発熱温度は、空洞部１５を形成
したグラフＥの方が、グラフＤの従来のものより早く立
ち上がると共に、その発熱温度も従来より高くなる。ま
た、通電時間が所定時間経過後、Ｆのところでサーマル
ヘッドへの通電を停止すると、Ｄ、Ｅのそれぞれのサー
マルヘッドは、温度低下するが、Ｅの本発明の方が通電
時の温度上昇が高かった分、温度低下が緩やかとなるこ
とがわかる。
【００２５】このような、本発明のサーマルヘッドは、
それぞれの発熱素子１８ａの背部に無機保温層１６及び
無機保護層１７を介して、高断熱性の空洞部１５を形成
しているので、発熱抵抗体１８から放熱性基板１１への
熱拡散が著しく低減されて蓄熱性に優れている。また、
蓄熱が所定温度以上になると、この蓄熱を効率よく放熱
性基板１１に放熱することができる。そのために、印刷
開始時の発熱素子１８ａを、短時間で印刷可能温度まで
立ち上げることができると共に、連続印刷を行う場合
も、無機保温層１６及び保温層１２の蓄熱を効率よく放
熱することができる。また、本発明のサーマルヘッド
は、発熱部１８ａを印刷可能範囲まで発熱させるとき
の、発熱抵抗体１８に供給する電力エネルギーを従来よ
り小さくすることができる。即ち、本発明のサーマルヘ
ッドは、熱効率を高めると共に、低消費電力とすること
ができ、携帯型サーマルプリンタ等を省電力化すること
ができる。
それぞれの発熱素子１８ａの背部に無機保温層１６及び
無機保護層１７を介して、高断熱性の空洞部１５を形成
しているので、発熱抵抗体１８から放熱性基板１１への
熱拡散が著しく低減されて蓄熱性に優れている。また、
蓄熱が所定温度以上になると、この蓄熱を効率よく放熱
性基板１１に放熱することができる。そのために、印刷
開始時の発熱素子１８ａを、短時間で印刷可能温度まで
立ち上げることができると共に、連続印刷を行う場合
も、無機保温層１６及び保温層１２の蓄熱を効率よく放
熱することができる。また、本発明のサーマルヘッド
は、発熱部１８ａを印刷可能範囲まで発熱させるとき
の、発熱抵抗体１８に供給する電力エネルギーを従来よ
り小さくすることができる。即ち、本発明のサーマルヘ
ッドは、熱効率を高めると共に、低消費電力とすること
ができ、携帯型サーマルプリンタ等を省電力化すること
ができる。
【００２６】このような高効率のサ−マルヘッドの製造
方法を、空洞部１５の製造を中心に説明すると、まず、
真空蒸着装置（図示せず）の真空雰囲気のチャンバー内
において、グレーズからなる保温層１２の凸部１２ａ上
に、易選択エッチング性を有する犠牲層１３を、図３に
示すように、帯状に積層形成する。次に、図３に示すよ
うに、犠牲層１３を含む保温層１２の上面にブリッジ層
１４を積層形成し、犠牲層１３上のブリッジ層１４をフ
ォトリソ技術によって、任意形状で所定のピッチ寸法か
らなる複数のスリット部Ｓを形成し、このスリット部Ｓ
から下地の犠牲層１３を露出させる。
方法を、空洞部１５の製造を中心に説明すると、まず、
真空蒸着装置（図示せず）の真空雰囲気のチャンバー内
において、グレーズからなる保温層１２の凸部１２ａ上
に、易選択エッチング性を有する犠牲層１３を、図３に
示すように、帯状に積層形成する。次に、図３に示すよ
うに、犠牲層１３を含む保温層１２の上面にブリッジ層
１４を積層形成し、犠牲層１３上のブリッジ層１４をフ
ォトリソ技術によって、任意形状で所定のピッチ寸法か
らなる複数のスリット部Ｓを形成し、このスリット部Ｓ
から下地の犠牲層１３を露出させる。
【００２７】そして、スリット部Ｓとスリット部Ｓの間
のブリッジ層１４上部には、無機保温層１６及び無機保
護層１７を介して発熱素子１８ａが形成されるようにな
っている。次に、スリット部Ｓの部分から、選択性のエ
ッチング液を注入することにより、犠牲層１３が溶解除
去される。すると、犠牲層１３を形成した部分の保温層
１２の凸部１２ａ表面と、ブリッジ層１４と間に、図１
に示すような空洞部１５が形成される。
のブリッジ層１４上部には、無機保温層１６及び無機保
護層１７を介して発熱素子１８ａが形成されるようにな
っている。次に、スリット部Ｓの部分から、選択性のエ
ッチング液を注入することにより、犠牲層１３が溶解除
去される。すると、犠牲層１３を形成した部分の保温層
１２の凸部１２ａ表面と、ブリッジ層１４と間に、図１
に示すような空洞部１５が形成される。
【００２８】次に、スリット部Ｓを含むブリッジ層１４
の上面に、複合酸化物、または複合窒化物からなる高断
熱性、高密着性の無機保温層１６を形成する。この無機
保温層１６は、高ガス圧の反応性スパッタ蒸着を行うこ
とにより、酸素、または窒素不足の低密度な黒色膜とな
り、熱拡散率が０．３〜０．４ｍｍ2／ｓｅｃと、特に
断熱性に優れていると共に、遊離した活性な遷移金属を
含むため、密着性にも優れた特性を有している。
の上面に、複合酸化物、または複合窒化物からなる高断
熱性、高密着性の無機保温層１６を形成する。この無機
保温層１６は、高ガス圧の反応性スパッタ蒸着を行うこ
とにより、酸素、または窒素不足の低密度な黒色膜とな
り、熱拡散率が０．３〜０．４ｍｍ2／ｓｅｃと、特に
断熱性に優れていると共に、遊離した活性な遷移金属を
含むため、密着性にも優れた特性を有している。
【００２９】そして、厚みが５〜２０μｍの無機保温層
１６により、下部に空洞部１５があったとしても、印刷
時に発熱素子１８ａに加わる繰り返しの剪断応力に耐え
る機械的強度が発揮することができるようになってい
る。次に、無機保温層１６を保護するための無機保護層
１７を積層し、この無機保護層１７の上に、高融点サー
メットの発熱抵抗体１８を積層形成する。この発熱抵抗
体１８は、少なくとも４００℃以上の安定化アニールが
なされている。また、発熱抵抗体１８の上面には、共通
給電体１９、及び個別給電体２０からなる給電体を形成
し、共通給電体１９、及び個別給電体２０とに挟まれた
位置で、空洞部１５により突出する部分の発熱抵抗体１
８に、発熱素子１８ａがドット状に整列して形成されて
いる。
１６により、下部に空洞部１５があったとしても、印刷
時に発熱素子１８ａに加わる繰り返しの剪断応力に耐え
る機械的強度が発揮することができるようになってい
る。次に、無機保温層１６を保護するための無機保護層
１７を積層し、この無機保護層１７の上に、高融点サー
メットの発熱抵抗体１８を積層形成する。この発熱抵抗
体１８は、少なくとも４００℃以上の安定化アニールが
なされている。また、発熱抵抗体１８の上面には、共通
給電体１９、及び個別給電体２０からなる給電体を形成
し、共通給電体１９、及び個別給電体２０とに挟まれた
位置で、空洞部１５により突出する部分の発熱抵抗体１
８に、発熱素子１８ａがドット状に整列して形成されて
いる。
【００３０】前記それぞれの給電体１９、２０の厚み
は、発熱素子１８ａの高さと同等以下に形成されてい
る。また、発熱抵抗体１８及び、共通給電体１９、個別
給電体２０のそれぞれの上面に、耐摩耗層２１を積層被
覆することにより、本発明の製造方法によるサーマルヘ
ッドを製造できる。
は、発熱素子１８ａの高さと同等以下に形成されてい
る。また、発熱抵抗体１８及び、共通給電体１９、個別
給電体２０のそれぞれの上面に、耐摩耗層２１を積層被
覆することにより、本発明の製造方法によるサーマルヘ
ッドを製造できる。
【００３１】
【発明の効果】本発明のサーマルヘッドは、無機保温層
の上面に、Ｓｉ、またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物
から選ばれた無機保護層が積層され、発熱素子は、無機
保温層及び無機保護層を介して空洞部を露出するスリッ
ト部とスリット部の間の上部に形成したので、発熱素子
から放熱性基板への熱拡散が著しく低減されて、印刷に
必要な適正な温度で効率よく蓄熱することができるサー
マルヘッドを提供できる。また、連続印刷時には、蓄熱
を適正に放熱することができ、従来のような過大に蓄熱
される障害をなくすることができる。また、スリット部
とスリット部の間の上部に、発熱素子を形成しているの
で、印刷時に発熱素子に加わる負荷を、スリット部とス
リット部の間の無機保温層及び無機保護層で受け止める
ことができ、高熱効率で、且つ機械的強度が強いサーマ
ルヘッドを提供できる。
の上面に、Ｓｉ、またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物
から選ばれた無機保護層が積層され、発熱素子は、無機
保温層及び無機保護層を介して空洞部を露出するスリッ
ト部とスリット部の間の上部に形成したので、発熱素子
から放熱性基板への熱拡散が著しく低減されて、印刷に
必要な適正な温度で効率よく蓄熱することができるサー
マルヘッドを提供できる。また、連続印刷時には、蓄熱
を適正に放熱することができ、従来のような過大に蓄熱
される障害をなくすることができる。また、スリット部
とスリット部の間の上部に、発熱素子を形成しているの
で、印刷時に発熱素子に加わる負荷を、スリット部とス
リット部の間の無機保温層及び無機保護層で受け止める
ことができ、高熱効率で、且つ機械的強度が強いサーマ
ルヘッドを提供できる。
【００３２】また、発熱素子は、互いに対向する個別給
電体と共通給電体との間で空洞部によって上方に突出す
る部分のブリッジ層上に形成し、給電体の厚みを発熱素
子の高さと同等以下としたので、印刷時に加わる給電体
への負荷を小さくすることができる。そのために、給電
体は比較的軟らかい材料で形成されているが、給電体の
寿命を長くすることができる。
電体と共通給電体との間で空洞部によって上方に突出す
る部分のブリッジ層上に形成し、給電体の厚みを発熱素
子の高さと同等以下としたので、印刷時に加わる給電体
への負荷を小さくすることができる。そのために、給電
体は比較的軟らかい材料で形成されているが、給電体の
寿命を長くすることができる。
【００３３】また、ブリッジ層は、高融点金属とＳｉＯ
２のサーメット、またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−
Ｏ−Ｎのセラミックからなるので、ガラスからなる保温
層と無機保温層とを強固に密着させることができ、長寿
命のサーマルヘッドを提供できる。
２のサーメット、またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−
Ｏ−Ｎのセラミックからなるので、ガラスからなる保温
層と無機保温層とを強固に密着させることができ、長寿
命のサーマルヘッドを提供できる。
【００３４】また、無機保温層は、複合酸化物、複合窒
化物のいずれかからなり、厚みが５〜２０μｍに積層さ
れ、その熱拡散率が０．３〜０．４ｍｍ2 ／ｓｅｃと断
熱性に優れているので、高熱効率化と長寿命化との両立
が可能なサーマルヘッドを提供できる。
化物のいずれかからなり、厚みが５〜２０μｍに積層さ
れ、その熱拡散率が０．３〜０．４ｍｍ2 ／ｓｅｃと断
熱性に優れているので、高熱効率化と長寿命化との両立
が可能なサーマルヘッドを提供できる。
【００３５】また、前記無機保護層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮの絶縁性セラ
ミックのいずれかからなり、厚みが０．１〜１μｍに積
層されているので、発熱抵抗体のフォトリソ工程や熱処
理による、耐薬品性、対応力性、拡散防止性、及び絶縁
性を持たせることができる。そのために、フォトリソ技
術により発熱抵抗体を高精度に加工することができ、印
刷中における発熱抵抗体の抵抗値の変動を小さくでき
る。
Ｃ、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮの絶縁性セラ
ミックのいずれかからなり、厚みが０．１〜１μｍに積
層されているので、発熱抵抗体のフォトリソ工程や熱処
理による、耐薬品性、対応力性、拡散防止性、及び絶縁
性を持たせることができる。そのために、フォトリソ技
術により発熱抵抗体を高精度に加工することができ、印
刷中における発熱抵抗体の抵抗値の変動を小さくでき
る。
【００３６】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、無機保温層の上面に、無機保護層を積層し、この無
機保護層の上面に、前記発熱抵抗体と前記給電体とによ
る前記発熱素子を形成したので、高熱効率と高耐久性と
を両立させたサーマルヘッドを、低価格で提供できる。
また省電力化が可能となり、バッテリー駆動等のモバイ
ルプリンタ等に用いて好適なサーマルヘッドの製造方法
を提供できる。
は、無機保温層の上面に、無機保護層を積層し、この無
機保護層の上面に、前記発熱抵抗体と前記給電体とによ
る前記発熱素子を形成したので、高熱効率と高耐久性と
を両立させたサーマルヘッドを、低価格で提供できる。
また省電力化が可能となり、バッテリー駆動等のモバイ
ルプリンタ等に用いて好適なサーマルヘッドの製造方法
を提供できる。
【００３７】また、犠牲層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏから選
ばれ、高さを０．１〜２μｍに形成したので、犠牲層を
容易にフォトリソ技術で除去して空洞部を形成すること
ができ、製造が容易なサーマルヘッドの製造方法を提供
できる。
ばれ、高さを０．１〜２μｍに形成したので、犠牲層を
容易にフォトリソ技術で除去して空洞部を形成すること
ができ、製造が容易なサーマルヘッドの製造方法を提供
できる。
【００３８】また、無機保温層は、スパッタ蒸着により
スリット部を含むブリッジ層の上面に積層形成したの
で、製造が容易である。
スリット部を含むブリッジ層の上面に積層形成したの
で、製造が容易である。
【図１】本発明に関する要部断面図である。
【図２】本発明のその他の実施の形態を示す要部断面図
である。
である。
【図３】本発明の係わる部分拡大図である。
【図４】本発明のサーマルヘッドの対異物耐性を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図５】従来のサーマルヘッドの要部断面図である。
１１ 放熱性基板 １２ グレーズ層 １２ａ 凸部 １３ 犠牲層 １４ ブリッジ層 Ｓ スリット部 １５ 空洞部 １６ 無機保温層 １７ 無機保護層 １８ 発熱抵抗体 １８ａ 発熱素子 １９ 共通給電他 ２０ 個別給電体 ２１ 耐摩耗層 ２２ ヒートシンク ２３ 接着剤
Claims (8)
- 【請求項１】 放熱性基板の上面に形成した保温層と、
この保温層の上面に設けた複数の発熱抵抗体と給電体と
により整列形成した発熱素子と、少なくとも前記発熱素
子の上面を被覆する耐摩耗層とを備え、前記放熱性基板
の上面に遷移金属からなる犠牲層を形成し、前記犠牲層
を含む前記保温層上面にサーメット、またはセラミック
材料からなるブリッジ層を積層形成し、このブリッジ層
と前記保温層との間に空洞部を形成し、この空洞部上の
前記ブリッジ層には前記空洞部を露出する複数のスリッ
ト部を形成し、このスリット部を含む前記ブリッジ層の
上面に高断熱性の無機保温層を形成し、この無機保温層
の上面に、Ｓｉ、またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物
から選ばれた無機保護層を積層形成し、前記発熱素子
は、前記無機保温層及び前記無機保護層を介して前記ス
リット部とスリット部の間の上部に形成したことを特徴
とするサーマルヘッド。 - 【請求項２】 前記発熱素子は、前記空洞部によって上
方に突出する前記無機保護層上に形成し、前記給電体の
厚みを前記発熱素子の高さと同等以下としたことを特徴
とする請求項１記載のサーマルヘッド。 - 【請求項３】 前記ブリッジ層は、高融点金属とＳｉＯ
２のサーメット、またはＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ−
Ｏ−Ｎのセラミックからなることを特徴とする請求項
１、または２記載のサーマルヘッド。 - 【請求項４】 前記無機保温層は、Ｓｉと遷移金属と酸
素、または窒素の複合酸化物、複合窒化物のいずれかか
らなり、厚みが５〜２０μｍに積層され、その熱拡散率
が０．３〜０．４ｍｍ2 ／ｓｅｃの断熱性を有すること
を特徴とする請求項１乃至３記載のサーマルヘッド。 - 【請求項５】 前記無機保護層は、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、
Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮの絶縁性セラミッ
クのいずれかからなり、厚みが０．１〜１μｍに積層さ
れていることを特徴とする請求項１乃至４記載のサーマ
ルヘッド - 【請求項６】 放熱性基板の上面に形成した保温層と、
この保温層の上面に設けた複数の発熱抵抗体と給電体と
により整列形成した複数の発熱素子と、少なくとも前記
発熱素子の上面を被覆する耐摩耗層とを有し、前記放熱
性基板の上面に易選択エッチング性を有する遷移金属か
らなる犠牲層を積層し、前記犠牲層を含む前記保温層上
面にサーメット、またはセラミック材料からなるブリッ
ジ層を積層し、前記犠牲層上の前記ブリッジ層に、フォ
トリソ技術により複数のスリット部を形成し、このスリ
ット部により下地の前記犠牲層を部分的に露出させ、選
択エッチング液により前記スリット部から前記犠牲層を
除去して前記ブリッジ層と前記保温層との間に空洞部を
形成し、前記スリット部を含む前記ブリッジ層の上面に
高断熱性の無機保温層を積層し、この無機保温層の上面
に、Ｓｉ、またはＡｌの酸化物、窒化物、炭化物から選
ばれた無機保護層を積層し、この無機保護層の上面に、
前記発熱抵抗体と前記給電体とによる前記発熱素子を形
成したことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。 - 【請求項７】 前記犠牲層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏから選
ばれ、厚さを０．１〜２μｍに形成したことを特徴とす
る請求項６記載のサーマルヘッドの製造方法。 - 【請求項８】 前記無機保温層は、スパッタ蒸着により
前記スリット部を含む前記ブリッジ層の上面に積層形成
したことを特徴とする請求項６、または７記載のサーマ
ルヘッドの製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001107323A JP3868755B2 (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | サーマルヘッド及びその製造方法 |
| EP02250240A EP1247653A3 (en) | 2001-04-05 | 2002-01-15 | Thermal head enabling continuous printing without print quality deterioration |
| US10/115,471 US6529224B2 (en) | 2001-04-05 | 2002-04-03 | Thermal head enabling continuous printing without print quality deterioration |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001107323A JP3868755B2 (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | サーマルヘッド及びその製造方法 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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