JP2004230583A

JP2004230583A - サーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ

Info

Publication number: JP2004230583A
Application number: JP2003018667A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Shintani; 重孝新谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】保護膜を長期にわたり良好に機能させること、並びにサーマルヘッドの待機時における発熱抵抗体の腐食を有効に防止することを同時に可能となる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、複数の発熱抵抗体３と、該発熱抵抗体３の両端に接続される一対の電極４（４ａ，４ｂ）とを被着させ、発熱抵抗体３及び一対の電極４（４ａ，４ｂ）を保護膜６で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護膜６上で、且つ少なくとも発熱抵抗体３の配列領域にわたり導電膜７を被着させるとともに、該導電膜７を、印画時にグランド電位に、待機時に前記一対の電極４（４ａ，４ｂ）の電位と略等しい電位に保持する。
【選択図】図３

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印画デバイスとして用いられるサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタ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印画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は、例えば図５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、直線状に配列される複数の発熱抵抗体２３と、該発熱抵抗体２３の両端に接続される一対の電極とを被着するとともに、これら発熱抵抗体２３、一対の電極２４を保護膜２６で被覆した構造のものが知られており、感熱紙やインクフィルム等の記録媒体Ｍを保護膜２６の表面に対して摺接させつつ発熱抵抗体２３上に搬送しながら、多数の発熱抵抗体２３を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、その熱を保護膜２６を介して記録媒体Ｍに伝導させることによって印画を形成するようになっている。
【０００４】
なお、前記一対の電極２４は、発熱抵抗体２３の一端側に共通に接続され、発熱抵抗体２３の配列に沿って帯状に配される共通電極２４ａと、発熱抵抗体２３の他端側に個別に接続される個別電極２４ｂとで構成されており、共通電極２４ａが所定の電位（例えば２４Ｖ）に保持された外部電源のプラス端子に、個別電極２４ｂが図示しないドライバーＩＣのスイッチング素子を介してグランド電位（例えば０Ｖ）に保持された外部電源のグランド端子にそれぞれ接続され、ドライバーＩＣのスイッチング素子がオン状態の時、前記発熱抵抗体２３に電力が供給される。
【０００５】
また前記保護膜２６は、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）やサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱抵抗体２３や一対の電極２４を記録媒体Ｍの摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−４７６５２号公報
【０００７】
【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、記録媒体Ｍが保護膜表面に繰り返し摺接されると、記録媒体Ｍの表面に付着した静電気の一部が保護膜２６上に蓄積され、保護膜２６と発熱抵抗体２３との間で放電を起こして保護膜２６が絶縁破壊する恐れがあり、保護膜２６を長期にわたり良好に機能させることが困難となる問題点があった。
【０００８】
また、上述した従来のサーマルヘッドを動作させずに待機させておく場合、ドライバーＩＣ内のスイッチング素子がオフ状態となっているため、共通電極２４ａや個別電極２４ｂの電位は、共通電極２４ａが接続される外部電源のプラス端子の電位（２４Ｖ）に保持される。一方、記録媒体Ｍや保護膜表面の電位は通常０Ｖに近い電位に保持され、記録媒体Ｍの表面に静電気が付着している場合、数百Ｖの高電位に保持される。それ故、保護膜２６と発熱抵抗体２３との間に大きな電位差を生じることとなり、保護膜２６中には上方（基板２１の下面側より上面側に向かう方向）もしくは下方に向かって大きな電界が発生する。このような状態を長時間放置すると、記録媒体Ｍの内部に存在するＮａ^＋やＫ^＋やＣｌ^―等のイオンが保護膜２６中に侵入し、該侵入したイオンが発熱抵抗体２３まで到達して発熱抵抗体２３が腐食することがあり、発熱抵抗体２３の発熱特性が劣化してサーマルヘッドの機能を低下させるおそれがあった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、保護膜を長期にわたり良好に機能させること、並びにサーマルヘッドの待機時における発熱抵抗体の腐食を有効に防止することを同時に可能とする高性能のサーマルヘッド及びサーマルプリンタを提供することにある。
【００１０】
【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、複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極とを被着させ、発熱抵抗体及び一対の電極を保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜を、印画時にグランド電位に、待機時に前記一対の電極の電位と略等しい電位に保持することを特徴とするものである。
【００１１】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、前記導電膜の電位の切り換えを行うためのスイッチング手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明によれば、基板の上面に、複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極とを被着させ、発熱抵抗体及び一対の電極を保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜を、印画時にグランド電位に、待機時に前記一対の電極の電位と略等しい電位に保持したことから、印画時には記録媒体に付着した静電気を導電膜を介してグランドに逃がすことができる上に、待機時には保護膜中に大きな電界が発生することを有効に防止することができる。従って、保護膜を長期にわたり良好に機能させること、並びにサーマルヘッドの待機時における発熱抵抗体の腐食を有効に防止することを同時に可能とする高性能のサーマルヘッド及びサーマルプリンタが実現される。
【００１３】
【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平面図、図２は図１のサーマルヘッドの断面図、図３は印画時及び待機時における保護膜中の電界の方向を示す模式図であり、同図に示すサーマルヘッドは、大略的に、基板１の上面に、発熱抵抗体３や一対の電極４、保護膜６、導電膜７を設けた構造を有している。
【００１４】
前記基板１は、アルミナセラミックス等の絶縁材料や、表面に酸化珪素膜や窒化珪素膜が設けられた単結晶シリコン等の半導体材料等、種々の材料により矩形状を成すように形成されており、その上面には、複数の発熱抵抗体３や一対の電極４、保護膜６、導電膜７等が設けられ、これらを支持する支持母材として機能する。
【００１５】
このような基板１は、アルミナセラミックスからなる場合、例えば、アルミナ・シリカ・マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶媒・有機溶剤を添加・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や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矩形状に打ち抜いた上、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００１６】
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複数の発熱抵抗体３が設けられる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
前記複数の発熱抵抗体３は、例えば６００ｄｐｉ（ｄｏｔｐｅｒｉｎｃｈ）の密度で直線状に配列されており、各々がＴａＳｉＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成っているため、その両端に接続される一対の電極４を介して外部からの電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙に印画を形成するのに必要な温度、例えば１５０℃〜４００℃の温度に発熱する。
【００２０】
また、前記各発熱抵抗体３の両端に接続される一対の電極４は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属材料により形成されており、大略的に共通電極４ａと個別電極４ｂとから構成されている。
【００２１】
前記共通電極４ａは、その一部が発熱抵抗体３の配列に沿って設けられ、かかる部分で発熱抵抗体３の一端側に共通に接続されており、一方、個別電極４ｂは発熱抵抗体３の他端側に個別に接続されている。
【００２２】
このような共通電極４ａ及び個別電極４ｂは、共通電極４ａが所定の電位（例えば２４Ｖ）に保持された第１外部電源のプラス端子Ｖｈ１に、個別電極４ｂがドライバーＩＣ５内のスイッチング素子を介してグランド電位（例えば０Ｖ）に保持された第１外部電源のグランド端子ＧＮＤ１にそれぞれ接続されているため、ドライバーＩＣ５内のスイッチング素子がオン状態の時、第１外部電源より発熱抵抗体３に電力が供給されるようになっている。尚、スイッチング素子がオン状態の時、共通電極４ａ−第１外部電源のプラス端子Ｖｈ１間、並びに個別電極４ｂと第１外部電源のグランド端子ＧＮＤ１間の双方が接続状態にあるため、共通電極４ａが約２４Ｖに、個別電極４ｂが約０Ｖに保持される。一方、スイッチング素子がオフ状態の時、共通電極４ａ−第１外部電源のプラス端子Ｖｈ１間が接続状態にあるものの、個別電極４ｂ−第１外部電源のグランド端子ＧＮＤ１間が非接続状態となるため、共通電極４ａ、個別電極４ｂは共に約２４Ｖに保持される。
【００２３】
上述した複数の発熱抵抗体３及び一対の電極４は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術等を採用することにより所定パターンを成すように基板１の上面に被着・形成される。
【００２４】
更に前記ドライバーＩＣ５は、各々の回路形成面（下面）に、シフトレジスタやラッチ回路，スイッチング素子、入出力端子等の電子回路が高密度に集積されており、複数の発熱抵抗体３を選択的に発熱させる作用、具体的には、外部より供給される画像データに基づいてスイッチング素子のオン・オフを切り替え、各発熱抵抗体３への通電を制御する作用を為す。
【００２５】
尚、前記ドライバーＩＣ５は、下面に電子回路を有したフリップチップ型ＩＣである場合、例えば、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）を採用することにより、単結晶シリコンからなるインゴット（塊）を形成するとともに、これをダイヤモンドカッター等を用いて板状にスライスし、しかる後、該板体の下面に従来周知の半導体製造技術を採用することにより、シフトレジスタやラッチ回路等の電子回路を高密度に集積させることによって製作され、得られたドライバーＩＣ５を従来周知のフェースダウンボンディング、即ち、ドライバーＩＣ５の下面に設けられた端子を、対応する一対の電極４上の端子に半田を介して接合させることによって、ドライバーＩＣ５が一対の電極４に電気的に接続される。
【００２６】
一方、前記発熱抵抗体３及び一対の電極４上には保護膜６が被着されており、該保護膜６によって発熱抵抗体３や一対の一対の電極４が共通に被覆されている。
【００２７】
前記保護膜６は、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化珪素（ＳｉＯ_２）、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱抵抗体３や一対の電極４等を記録媒体Ｍの摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【００２８】
尚、上述した保護膜６は、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング等を採用し、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）や酸化珪素（ＳｉＯ_２）、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等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２μｍ〜２０μｍの厚みに被着させることにより形成される。
【００２９】
そして、前記保護膜６上には、発熱抵抗体３の配列領域にわたって導電膜７が被着されている。
【００３０】
前記導電膜７は、ＴａＢ_２やＴｉＢ_２等のホウ化物、ＳｉＣやＴｉＣ、Ｗ_２Ｃ等の炭化物、ＴａＮやＴｉＮ，ＴａＳｉＮＯ等の窒化物、あるいはＴａＳｉＯ等、種々の電気抵抗材料により帯状を成すように形成されており、その一部、具体的には導電膜７の長手方向の一端側が後述するスイッチング手段ＳＷを介して第２外部電源に接続されており、かかるスイッチング手段ＳＷの切り換えにより、サーマルヘッドの印画時には導電膜７がグランド電位（例えば０Ｖ）に保持される第２外部電源のグランド端子ＧＮＤ２に接続される。一方、サーマルヘッドの待機時には導電膜７が電極４の電位（共通電極４ａが接続される第１外部電源のプラス端子の電位）と略等しい電位（導電膜７と電極４との電位差Ｖａが±２Ｖ以内）に保持された第２外部電源のプラス端子Ｖｈ２に接続されている。
【００３１】
このため、印画時においては、記録媒体Ｍが導電膜７に対して摺接する際に、記録媒体Ｍの表面に付着した静電気が０Ｖに保持された導電膜７を介して良好にグランドに逃がされることとなり、保護膜６の絶縁破壊を有効に防止して保護膜６を長期にわたり良好に機能させることが可能となる。
【００３２】
一方、待機時においては、導電膜７と一対の電極４との間の電位差Ｖａを小さくすることで保護膜６中に大きな電界が発生することを有効に防止することができ、それ故、記録媒体Ｍ内に存在するＮａ^＋イオンやＫ^＋イオン、Ｃｌ⁻イオン等のイオンが発熱抵抗体３まで到達することで発熱抵抗体３が腐食されるといった不具合が有効に防止され、発熱抵抗体３の発熱特性を良好に維持することが可能となる。
【００３３】
このとき、導電膜７と一対の電極４との間の電位差Ｖａを±１Ｖの範囲内に設定しておけば保護膜６中に発生する電界をより小さくすることができ、保護膜６中に膜欠陥が多い場合であっても、イオンが発熱抵抗体３まで到達して発熱抵抗体３が腐食されることを有効に防止することが可能となる。
【００３４】
また導電膜７と保護膜６との間に発生する電界をできるだけ小さくするには、保護膜６の厚みｄを大きくすることが好ましいが、保護膜６の厚みｄを大きくすると、発熱抵抗体３の熱が記録媒体Ｍに伝導しにくくなり、サーマルヘッドの熱効率が低下するおそれがあることから、保護膜６の厚みｄを４μｍ〜１０μｍの範囲内に設定することが好ましい。
【００３５】
尚、印画時においては導電膜７の電位がグランド電位に保持されるため、保護膜中には上方向の電界が発生するため、かかる電界により記録媒体Ｍに存在するイオンが保護膜６中に侵入して発熱抵抗体３を腐食することが懸念されるが、印画時には記録媒体Ｍが導電膜７に対して摺接しており、その間、イオンが記録媒体Ｍより遊離しにくい上に、仮にイオンが記録媒体Ｍ内より遊離したとしても、印画時間は待機時間に比べて通常短く、記録媒体Ｍ内のイオンが発熱抵抗体３まで到達する時間はないことから、イオンが発熱抵抗体３まで到達しにくい状況である。従って、印画時において導電膜７の電位をグランド電位に保持したとしても、発熱抵抗体３が記録媒体Ｍ内のイオンによって腐食されるといった不具合は有効に防止される。
【００３６】
上述したような導電膜７は、前記保護膜６と同様に、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ法やスパッタリング等を採用し、先に述べた電気抵抗材料を保護膜６の上面の所定領域に０．０２μｍ〜０．２μｍの厚みに被着させることにより形成される。
【００３７】
そして、上述したサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタは、図４に示す如く、スイッチング手段ＳＷと、プラテンローラ９と、搬送ローラ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとを含んで構成されている。
【００３８】
前記スイッチング手段ＳＷは、リレーやスイッチングトランジスタ等からなり、外部より供給される制御信号に基づいてスイッチを切り換えて、導電膜７を第２外部電源のプラス端子もしくはグランド端子に選択的に接続する作用を為している。
【００３９】
また前記プラテンローラ９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Ｍを発熱抵抗体３上の保護膜表面に押圧しつつ記録媒体Ｍ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。
【００４０】
更に前記搬送ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ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Ｍの搬送方向上流側（ドライバーＩＣ５側）と下流側（発熱抵抗体３側）に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと前述のプラテンローラ９とで記録媒体Ｍの走行を支持している。
【００４１】
そして、これと同時に多数の発熱抵抗体３をドライバーＩＣ５の駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を保護膜６や導電膜７を介し記録媒体Ｍに伝導させることによって所定の印画が形成される。
【００４２】
尚、本発明は上述の実施形態に特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内で種々の変更・改良が可能である。
【００４３】
例えば、上述の実施形態において、前記保護膜６をＳｉを含む無機質材料、例えばＳｉＣやＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４，Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ等により、導電膜７を、Ｓｉを含む電気抵抗材料、すなわち、ＳｉＣやＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ等により形成しておけば、保護膜と導電膜の双方にＳｉが含まれることとなり、両者のなじみが良くなって保護膜に対する導電膜の密着性を大幅に向上させることができる。
【００４４】
また上述の実施形態において、前記導電膜７を発熱抵抗体３と同一材料により形成するようにしても良い。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板の上面に、複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極とを被着させ、発熱抵抗体及び一対の電極を保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜を、印画時にグランド電位に、待機時に前記一対の電極の電位と略等しい電位に保持したことから、印画時には記録媒体に付着した静電気を導電膜を介してグランドに逃がすことができる上に、待機時には保護膜中に大きな電界が発生することを有効に防止することができる。従って、保護膜を長期にわたり良好に機能させること、並びにサーマルヘッドの待機時における発熱抵抗体の腐食を有効に防止することを同時に可能とする高性能のサーマルヘッド及びサーマルプリンタが実現される。
【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平面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドの断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は印画時及び待機時における保護膜中の電界の方向を示す模式図である。
【図４】図１のサーマルヘッドを用いて構成されたサーマルプリンタの概略図である。
【図５】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・部分グレーズ層
３・・・発熱抵抗体
４・・・一対の電極
４ａ・・・共通電極
４ｂ・・・個別電極
５・・・ドライバーＩＣ
６・・・保護膜
７・・・導電膜
９・・・プラテンローラ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ・・・搬送ローラ
Ｔ・・・サーマルヘッド
ＳＷ・・・スイッチング手段

Claims

基板の上面に、複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極とを被着させ、発熱抵抗体及び一対の電極を保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、
前記保護膜上で、且つ少なくとも発熱抵抗体の配列領域にわたり導電膜を被着させるとともに、該導電膜を、印画時にグランド電位に、待機時に前記一対の電極の電位と略等しい電位に保持することを特徴とするサーマルヘッド。
請求項１に記載のサーマルヘッドと、前記導電膜の電位の切り換えを行うためのスイッチング手段とを備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。