JP2004148564A - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体に鮮明な印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】基板１の上面に、多数の発熱抵抗体３を配列させるとともに、該発熱抵抗体３を、酸素を含む保護膜５で被覆して成るサーマルヘッドにおいて、前記各発熱抵抗体３の中央域に、発熱抵抗体３を深さ方向に酸化してなる酸化膜３ａを形成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリやビデオプリンタ等の記録デバイスとして用いられるサーマルヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ファクシミリやビデオプリンタ等の記録デバイスとしてサーマルヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来のサーマルヘッドとしては、図４（保護膜は不図示）に示す如く、アルミナセラミックスからなる基板２１の上面に多数の発熱抵抗体２３を直線状に配列させるとともに、該発熱抵抗体２３を保護膜２５で被覆した構造のものが知られており、記録媒体として感熱紙を用いる場合、感熱紙を発熱抵抗体２３上に搬送しながら、該発熱抵抗体２３を個々に選択的に発熱させるとともに、該発熱した熱を保護膜２５を介して感熱紙に伝導させることにより、感熱紙に所定の印画が形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９６７８４号公報
【特許文献２】
特開平１１−７０６８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のサーマルヘッドにおいては、個々の発熱抵抗体２３は、発熱時、その外周域よりも中央域で発熱温度が高くなるような温度分布となっている。このような発熱抵抗体２３を発熱させると、外周域の温度が低いことに起因して、感熱紙に形成される印画の各ドットの輪郭がぼやけてしまい、印画全体が不鮮明となる欠点を有していた。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は記録媒体に鮮明な印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、基板の上面に、多数の発熱抵抗体を配列させるとともに、該発熱抵抗体を、酸素を含む保護膜で被覆して成るサーマルヘッドにおいて、前記各発熱抵抗体の中央域に、発熱抵抗体を深さ方向に酸化してなる酸化膜を形成したことを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明のサーマルヘッドは、前記酸化膜の面積が、対応する発熱抵抗体の表面積の２％〜２０％に設定されていることを特徴とするものである。
【０００９】
更に本発明のサーマルヘッドは、前記保護膜中の酸素含有量が２．０質量％〜１０．０質量％に設定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また更に本発明のサーマルヘッドは、前記酸化膜が発熱抵抗体の表面にレーザを照射することにより形成されることを特徴とするものである。
【００１１】
更にまた本発明のサーマルヘッドは、前記レーザの波長が２６６ｎｍ〜１１００ｎｍに設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述したサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、各発熱抵抗体の中央域に、発熱抵抗体を深さ方向に酸化してなる酸化膜を形成したことから、各発熱抵抗体の電気抵抗値が中央域で上昇し、発熱抵抗体の温度分布を各発熱抵抗体の表面全域で略均一に成すことができる。従って、感熱紙等の記録媒体に形成される印画の各ドットの輪郭が明確となり、印画全体を鮮明に成すことが可能となる。
【００１４】
しかもこの場合、前記酸化膜は、発熱抵抗体の中央域にのみ形成したことから、発熱抵抗体の外周域で酸化膜が存在せず、かかる発熱抵抗体の外周域で内部応力を小さく維持することができる。従って、サーマルヘッドを長時間にわたり繰返し使用したとしても、発熱抵抗体の内部応力によって一対の電極が発熱抵抗体より剥離することが有効に防止され、一対の電極を発熱抵抗体に対して強固に被着させておくことが可能となる。
【００１５】
また本発明によれば、保護膜中の酸素含有量を２．０質量％〜１０．０質量％に設定することにより、発熱抵抗体の中央域にレーザを照射して酸化膜を形成した場合、かかる酸化膜の抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点もある。
【００１６】
更に本発明によれば、前記酸化膜を発熱抵抗体の表面にレーザを照射することにより形成することにより、酸化膜を容易に所望の形状とすることができるという利点もある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図、図２は図１のサーマルヘッドの平面図（保護膜は不図示）であり、図１に示すサーマルヘッドは、大略的に、基板１上に配列された多数の発熱抵抗体３を保護膜５で被覆した構造を有している。
【００１８】
前記基板１は、アルミナセラミックス等の絶縁材料や単結晶シリコン等の半導体材料など、種々の材料により矩形状を成すように形成されており、その上面に部分グレーズ層２や多数の発熱抵抗体３、一対の電極４、保護膜５等が被着され、これらを支持する支持母材として機能する。
【００１９】
このような基板１は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス材料粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合して泥漿状に成すとともに、これを従来周知のドクターブレード法またはカレンダーロール法等を採用することによりセラミックグリーンシートを得、しかる後、該セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、これを高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００２０】
また前記基板１の上面には、ガラス製の部分グレーズ層２が基板１の長手方向に帯状に被着され、その頂部付近には多数の発熱抵抗体３が設けられる。
【００２１】
前記部分グレーズ層２は、例えば曲率半径１ｍｍ〜４ｍｍの断面円弧状をなすように形成されており、その頂部の厚みは２０μｍ〜１６０μｍに設定される。
【００２２】
この部分グレーズ層２は、低熱伝導性（熱伝導率：０．７Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋ）のガラスにより形成されているため、その内部で発熱抵抗体３の発する熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用、具体的には、発熱抵抗体３の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用を為す。
【００２３】
尚、前記部分グレーズ層２は、ガラス粉末に適当な有機溶剤を添加・混合して得た所定のガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって基板１の上面に帯状に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることによって形成される。
【００２４】
更に前記部分グレーズ層２の頂部付近に設けられる多数の発熱抵抗体３は、例えば６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の密度で主走査方向に直線状に配列されており、各々がＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴｉＳｉＯ等の電気抵抗材料を０．０１μｍ〜０．２μｍに薄く被着させた抵抗薄膜からなり、その両端に電気的に接続される一対の電極４等を介して電源電力が印加されるとジュール発熱を起こし、記録媒体に印画を形成するのに必要な温度となる。
【００２５】
そして各発熱抵抗体３には、その表面の中央域にのみ、該表面より所定の深さ領域（発熱抵抗体３の厚みの２％〜５０％に相当する深さ）まで発熱抵抗体３を深さ方向に酸化してなる酸化膜３ａが形成されている。
【００２６】
前記酸化膜３ａは、例えば発熱抵抗体３がＴａＳｉＯにより形成されている場合、Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とし、その内部に微量のＳｉを含んだ組成となっており、その形状は円形状や楕円形状、多角形状等、種々の形状に形成され、かかる酸化膜３ａの面積が対応する発熱抵抗体３の表面積の２％〜２０％に設定されている。例えば、発熱抵抗体３が２５μｍ×２５μｍの正方形状を成す場合、酸化膜３ａは５μｍ×５μｍの正方形状に形成される。
【００２７】
このような酸化膜３ａは、その電気抵抗値が発熱抵抗体を構成する電気抵抗材料よりも大きいことから、発熱抵抗体３の中央域の電気抵抗値が上昇し、発熱抵抗体３の発熱時の温度分布が各発熱抵抗体３の表面全域で略均一となる。従って、感熱紙等の記録媒体に形成される印画の各ドットの輪郭が明確となり、印画全体を鮮明に成すことが可能となる。
【００２８】
また、前記酸化膜３ａは、発熱抵抗体３を形成する電気抵抗材料よりも硬いため、酸化膜３ａを部分グレーズ層２の頂部に位置するように形成しておけば、プラテンローラからの押圧力が最も大きくなる部分グレーズ層２の頂部付近で発熱抵抗体３の強度を酸化膜３ａでもって上昇させることができ、サーマルヘッドを長時間にわたり連続的に使用し、発熱抵抗体３の中央域に過度の応力が印加されたとしても、発熱抵抗体３にひび割れ等が発生することはほとんどなく、サーマルヘッドの信頼性を大幅に向上させることが可能となる。
【００２９】
更に、前記酸化膜３ａは、発熱抵抗体３の中央域にのみ形成したことから、発熱抵抗体３の外周域で酸化膜３ａが存在せず、かかる発熱抵抗体３の外周域で内部応力を小さく維持することができる。従って、サーマルヘッドを長時間にわたり繰返し使用したとしても、発熱抵抗体３の内部応力によって一対の電極４が発熱抵抗体３より剥離することが有効に防止され、一対の電極４を発熱抵抗体３に対して強固に被着させておくことが可能となる。
【００３０】
また、前記酸化膜３ａの形状を発熱抵抗体３の形状と相似形状にしておけば、酸化膜３ａの外形が発熱抵抗体３の発熱時における発熱抵抗体表面の等温線の形と相似形となり、発熱抵抗体３の温度分布をより均一に成すことができ、更に高画質のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを実現することができる。
【００３１】
一方、前記発熱抵抗体３に接続される一対の電極４は、アルミニウムを主成分とする金属材料を部分グレーズ層２上から基板１の表面にかけて０．３μｍ〜２．０μｍの厚みに薄く被着されており、一方側が例えば２４Ｖの電位に保持されている外部の定電圧電源のプラス（＋）側の端子に、他方側が図示しないドライバーＩＣ内のスイッチングトランジスタを介して基準電位（例えば０Ｖ）に保持されている外部の定電圧電源のマイナス（−）側の端子にそれぞれ接続され、前記発熱抵抗体３に所定の電圧が印加されるようになっている。
【００３２】
また上述した多数の発熱抵抗体３や一対の電極４の表面には保護層５が被着され、このような保護層５によって多数の発熱抵抗体３や多数の一対の電極４が共通に被覆されている。
【００３３】
前記保護層５は、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）やサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）等のＳｉ−Ｎ系もしくはＳｉ−Ｏ−Ｎ系の無機物材料から成り、発熱抵抗体３や一対の電極４を大気中に含まれている水分等の接触による腐食や記録媒体の摺接による磨耗から保護する作用を為す。
【００３４】
尚、前記発熱抵抗体３や一対の電極４は、従来周知の薄膜形成技術、例えばＴａＮ等の電気抵抗材料とアルミニウムを主成分とする金属材料とを部分グレーズ層２を被着させた基板１の上面に従来周知のスパッタリング等によって順次被着させ、これらのスパッタ膜を従来周知のフォトリソグラフィー技術やエッチング技術等を採用し所定パターンに加工することによって形成される。
【００３５】
また、前記保護層５は、従来周知の薄膜形成技術、例えばスパッタリングを採用し、上述の無機質材料を発熱抵抗体３や一対の電極４等の上面に０．１μｍ〜５μｍの厚みに被着させることにより形成される。
【００３６】
そして、前記酸化膜３ａは、保護膜５の形成後、従来周知のレーザトリミング法、具体的には、ＹＡＧレーザを用いて発熱抵抗体３の所定領域に２６６ｎｍ〜１１００ｎｍの波長を有したレーザを所定時間照射させることにより、該照射した部分の発熱抵抗体３を高温に成し、これによって発熱抵抗体３の一部を保護膜５中の酸素と反応させることにより円形状、楕円形状、多角形状等の所望する種々の形状に容易に形成できる。
【００３７】
このとき、保護膜中の酸素含有量が２．０質量％〜１０．０質量％に設定されていることから、発熱抵抗体３の中央域に形成される酸化膜３ａの抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点がある。
【００３８】
ここで、保護膜中の酸素含有量が２．０質量％よりも小さいと、保護膜中の酸素が不足気味になって抵抗値の上昇度合いが小さくなる傾向にあり、一方保護膜中の酸素含有量が１０．０質量％よりも大きいと、酸素が過剰気味になって抵抗値の上昇度合いが大きくなる傾向にある。従って、保護膜中の酸素含有量を２．０質量％〜１０．０質量％に設定しておくことが好ましい。なお、酸化膜３ａの厚みはレーザの照射時間によって調整され、酸化膜３ａの厚みを厚くする場合にはレーザの照射時間をそれに応じて長くすれば良い。
【００３９】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図３に示す如く、記録媒体をサーマルヘッドＴの発熱抵抗体３上に搬送する搬送手段として、プラテンローラ１０や搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ等が配設される。
【００４０】
前記プラテンローラ１０は、ＳＵＳ等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドＴの発熱抵抗体３上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱抵抗体３上の保護層表面に押圧しつつ記録媒体を発熱抵抗体３の配列と直交する方向（図中の矢印方向）に搬送する。
【００４１】
また前記搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドＴに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと前述のプラテンローラ１０とで記録媒体の走行を支持している。
【００４２】
そして、これと同時に多数の発熱抵抗体３を図示しないドライバーＩＣの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を保護層５を介し記録媒体に伝達させることによって所定の印画が形成される。
【００４３】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４４】
例えば、上述の実施形態において、前記酸化膜３ａの厚みを発熱抵抗体３の中心より外周に向かって漸次薄くなるように設定しておけば、発熱抵抗体３の電気抵抗値が中央域より外周域に向かって滑らかに変動するようになり、発熱抵抗体３の温度分布を極めて均一な状態となすことができ、上述の実施形態よりも更にドットが明確な印画を形成することが可能となる。
【００４５】
このような酸化膜３ａを形成するには、上述のレーザを複数箇所で照射時間を異ならせるように照射すればよく、具体的には、レーザの照射時間が発熱抵抗体３の中心付近で長く、中心より離間するにつれて短くなるように照射すればよい。
【００４６】
また、上述の実施形態において、前記発熱抵抗体３をＴａＳｉＯ系抵抗材料により形成し、且つＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておけば、発熱抵抗体３の電気抵抗値を従来周知のレーザ照射法にて調整する際、レーザを照射したときに発熱抵抗体３の表面に適度な速度で酸化膜３ａを形成することができ、酸化膜３ａの厚み調整を簡単にしつつサーマルヘッドの生産性を高く維持することが可能となる利点がある。
【００４７】
ここで、発熱抵抗体３内のＴａ含有率が６０原子％よりも大きいと、レーザを照射したとき、酸化膜３ａの形成速度が大きくなって酸化膜３ａの厚み調整が困難になる傾向があり、一方、発熱抵抗体３内のＴａ含有率が５０原子％よりも小さいと、レーザを照射したときの酸化膜３ａの形成速度が小さいため、酸化膜３ａの形成に長時間を要し、サーマルヘッドの生産性を低下させるおそれがある。従って、発熱抵抗体３を形成する抵抗材料中のＴａ含有率を５０原子％〜６０原子％に設定しておくことが好ましい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、各発熱抵抗体の中央域に、発熱抵抗体を深さ方向に酸化してなる酸化膜を形成したことから、各発熱抵抗体の電気抵抗値が中央域で上昇し、発熱抵抗体の温度分布を各発熱抵抗体の表面全域で略均一に成すことができる。従って、感熱紙等の記録媒体に形成される印画の各ドットの輪郭が明確となり、印画全体を鮮明に成すことが可能となる。
【００４９】
しかもこの場合、前記酸化膜は、発熱抵抗体の中央域にのみ形成したことから、発熱抵抗体の外周域で酸化膜が存在せず、かかる発熱抵抗体の外周域で内部応力を小さく維持することができる。従って、サーマルヘッドを長時間にわたり繰返し使用したとしても、発熱抵抗体の内部応力によって一対の電極が発熱抵抗体より剥離することが有効に防止され、一対の電極を発熱抵抗体に対して強固に被着させておくことが可能となる。
【００５０】
また本発明によれば、保護膜中の酸素含有量を２．０質量％〜１０．０質量％に設定することにより、発熱抵抗体の中央域にレーザを照射して酸化膜を形成した場合、かかる酸化膜の抵抗値の上昇度合いが適度な大きさになり、より細かな抵抗値調整が可能になるという利点もある。
【００５１】
更に本発明によれば、前記酸化膜を発熱抵抗体の表面にレーザを照射することで形成することにより、酸化膜を容易に所望の形状とすることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドの平面図（保護膜は不図示）である。
【図３】図１のサーマルヘッドを用いて構成したサーマルプリンタの概略図である。
【図４】従来のサーマルヘッドの平面図（保護膜は不図示）である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・部分グレーズ層
３・・・発熱抵抗体
３ａ・・・酸化膜
４・・・一対の電極
５・・・保護膜
１０・・・プラテンローラ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ・・・搬送ローラ
Ｔ・・・サーマルヘッド

Claims (6)

1. 基板の上面に、多数の発熱抵抗体を配列させるとともに、該発熱抵抗体を、酸素を含む保護膜で被覆して成るサーマルヘッドにおいて、前記各発熱抵抗体の中央域に、発熱抵抗体を深さ方向に酸化してなる酸化膜を形成したことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記酸化膜の面積が、対応する発熱抵抗体の表面積の２％〜２０％に設定されてい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. 前記保護膜中の酸素含有量が２．０質量％〜１０．０質量％に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記酸化膜は、発熱抵抗体の表面にレーザを照射することにより形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
5. 前記レーザの波長が２６６ｎｍ〜１１００ｎｍに設定されていることを特徴とする請求項４に記載のサーマルヘッド。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送する搬送手段とを備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。

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