JP2005288918A - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱体の温度分布が一様で熱応答性に優れたサーマルヘッドとその製造方法を提供することを目的とし、さらに、研磨工程などの煩雑な製造工程を無くしつつ、歩留まりを向上させることができるサーマルヘッドとその製造方法を提供すること。
【解決手段】 単ドットの帯状の発熱体３を有したサーマルヘッドＡにおいて、その発熱体３の搬送方向両端部の略全域に亘って発熱体３に電力を印加させる第２電極４２を接続すると共に、発熱体３と、第２電極４２と、保護層５を薄膜形成する。また、グレーズ層２は、ガラスを軟化・焼成して形成するか、あるいは、グレーズ層２をも薄膜形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、業務用や民生用の各種プリンタ機器に搭載されるサーマルヘッドや、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等に付随する印刷機能に対応するサーマルヘッドと、その製造方法に関する。

リライトメディアでの一括消去や、メディアへの転写用オーバーコーティングなどで使用される一括加熱用サーマルヘッドがある。この一括加熱用サーマルヘッドは所謂多ドットタイプのように印字を主目的としたものではなく、上記したように被印字物に印字された情報を所要温度によって消去するのに用いたり、転写用オーバーコーティングに用いられているものである。

このサーマルヘッドの従来構造は、例えば、図３及び図４に示したように、略直方体状に形成された放熱板ｂ１の上に配置されたセラミックス基板ｂ２と、そのセラミックス基板ｂ２の上に帯状に塗布された厚膜の発熱体ｂ３と、その発熱体の長手方向両端部に接続され発熱体ｂ３に電力を印加するための電極ｂ４と、発熱体ｂ３を被装する保護層ｂ５とを備えてなる。この発熱体の長手方向と直交方向の短手方向が、副走査方向であり、メディアの搬送方向（またはヘッドの移動方向）となっている。

また、この従来のサーマルヘッドの製造方法の主要な構成としては、一般的に、セラミックス基板ｂ２上に発熱体ｂ３を厚膜印刷し、電極ｂ４を接続し、この発熱体ｂ３の表面を加熱し、ガラス等を軟化して保護層ｂ５を形成し、所要の平面度を確保するために研磨加工を施している。

その他のサーマルヘッドの従来構造としては、例えば、複数の発熱抵抗体ドットパターンを直線上に有するサーマルヘッドにおいて（上記した一括加熱用サーマルヘッドとは相違する）、前記発熱抵抗体ドットパターンが前記直線の任意の垂線へ常時交差するように形成し、それらの発熱抵抗体パターンをリード電極導体に接続する。上記構成により、配列された発熱抵抗体パターン間の温度分布に谷間が生じにくくなり、結果的にヘッド走査時に均一な熱パルスの印加が可能となる、としたサーマルヘッドがある（特許文献１参照）。

また、板状基板に設けられグレーズ層の表面に、発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に電気的に接続した電極群と、少なくとも上記発熱抵抗体を被覆した保護層とを具備し、発熱抵抗体は感熱記録専用の第１の発熱抵抗体と感熱消去専用の第２の発熱抵抗体を有している。上記構成により、充分な感熱記録機能と感熱消去機能が得られ、しかも小型かつ安価に提供できる、としたサーマルヘッドがある（特許文献２参照）。

特開平６−２８６１８５号公報（第２頁、図１） 特開平５−２５４１６８号公報（第２頁、図１）

上記した従来のサーマルヘッドは、下記の問題点を有する。
まず、上記した従来のサーマルヘッドは、発熱体に電力を印加するための電極が、その発熱体の長手方向両端部に接続されているために温度勾配が発生、すなわち、発熱体の温度分布にバラツキが生じてしまい、例えば、被印字物に印字された情報を消去させる場合、生じた温度ムラによって完全に消去できない、といった問題が挙げられる。

この問題点は、上記した特許文献１に例示した先行技術で一見解決するように考えられるが、しかしながら、温度分布の均一化のために発熱体形状を複雑にしなければならず、製造工程が煩雑化、製造コストの高騰化は避けられず、現実的に完成品の品質を安定して維持することが難しく、とても採用できるものではない。

また、上記した特許文献２等で例示した先行技術のように、ヘッド長さ方向の両端部に電極及び電極の引き回しパターンがあるために、この電極部分での発熱がなく、発熱体部位からの熱伝導のみによって加熱が行われるため、その両端部での熱応答性が悪い。しかも、ヘッド幅方向の有効な発熱幅を得るためには、メディア幅以上のチップサイズが必要であり、ヘッドの外形についての小型化が難しく、結果的に装置をコンパクトにすることができない。

特に大型の基板で発熱体搭載チップを面付けして製造する場合、チップ長さ方向に電極取り出し部分を設定しなければならないので、予めチップ長さに対応した個別のシルク印刷板や、フォトマスクなどが必要になり、製造コストの高騰化を助長する結果となってしまう。

また、従来の発熱体は、厚膜印刷を採用しているために表面粗度が悪く、その表面性を確保するために十分な厚さ（一般的に１００〜１０００μｍ）の保護層が必要であり、このために発熱体とメディア間での過度の蓄熱現象が生じ、電力印加してからメディアへ熱伝達、熱伝導して保護層の表面に有効な熱量が伝達するまでの応答性が悪い。

さらに、硬質のカードメディア等に対応するために、保護層の表面を研磨してフラット面を確保する必要があるが、その製造工程は精密度を確保するために非常に面倒で煩雑である。

また、メディアの搬送が双方向にスムーズに行われるように、ベースのセラミックス基板にメディアの搬送口と出口側に傾斜などを持たせているが、セラミックス加工面と保護層の境界面が不連続であり、メディアの搬送に際して、有効な発熱体面への導入がスムーズに行われない場合もあり得る。

そこで、本発明は、発熱体の温度分布が一様で熱応答性に優れたサーマルヘッドとその製造方法を提供することを目的とし、さらに、研磨工程などの煩雑な製造工程を無くしつつ、歩留まりを向上させることができるサーマルヘッドとその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明にかかるサーマルヘッド及びその製造方法は、下記の技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１にかかるサーマルヘッドは、単ドットの帯状の発熱体を有したサーマルヘッドにおいて、その発熱体のメディア搬送方向の両端部に前記発熱体に電力を印加させる電極を設けたことを特徴とする。
請求項２にかかるサーマルヘッドは請求項１において、前記電極は、前記両端部の略全域に亘って接続されていることを特徴とする。
請求項３にかかるサーマルヘッドは、請求項１または２において、略直方体状の放熱板の上に設けられ、該放熱板のメディア搬送方向と直交する方向に亘って上面が凸状に形成された絶縁性を有する基板と、その基板の前記凸状の上面頂部に形成されたグレーズ層とを有してなるグレーズ基板と、前記グレーズ層の前記凸状の上面頂部に形成された発熱体と、前記凸状の上面頂部の立ち上がり基端である基部に終端部が当接された第１電極と、前記第１電極の終端部と前記発熱体の端部とを電気的に接続された第２電極とを備えて構成された前記電極と、前記第２電極と前記発熱体とを被装した保護層と、を有することを特徴とする。
請求項４にかかるサーマルヘッドは、請求項３において、前記保護層は、前記凸状の頂部に向かって漸次幅狭となるような所要角度傾斜していることを特徴とする。
請求項５にかかるサーマルヘッドは、請求項３または４において、前記保護層が、薄膜形成されていることを特徴とする。
請求項６にかかるサーマルヘッドは請求項３〜５の何れか１項において、前記グレーズ層と、前記発熱体と、前記第２電極をも、薄膜形成されていることを特徴とする。
請求項７にかかるサーマルヘッドは、請求項３〜５の何れか１項において、前記グレーズ層は、ガラスを軟化・焼成して形成されると共に、前記発熱体と、前記第２電極をも、薄膜形成されていることを特徴とする。
請求項８にかかるサーマルヘッドは、請求項３〜７の何れか１項において、前記グレーズ基板が、前記凸状の頂部に向かって漸次幅狭となるように所要角度傾斜面状に形成されて、前記保護層が傾斜していることを特徴とする。
請求項９にかかるサーマルヘッドは、請求項３〜８の何れか１項において、前記グレーズ層の厚さは、２０〜２００マイクロメートルであることを特徴とする。
請求項１０にかかるサーマルヘッドの製造方法は、略直方体状の放熱板の上に該放熱板のメディア搬送方向と直交する方向に亘って上面が凸状に形成された絶縁性を有する基板を形成し、前記凸状の頂部にグレーズ層を薄膜形成し、前記グレーズ層上面に単ドットの発熱体を薄膜形成し、前記凸状の上面頂部の立ち上がり基端である基部に第１電極の終端部を当接するように形成し、前記第１電極の終端部と前記発熱体の端部とを電気的に接続するように第２電極を薄膜形成し、前記第２電極と前記発熱体とを被装するように保護層を薄膜形成し、てなることを特徴とする。
請求項１１にかかるサーマルヘッドの製造方法は、略直方体状の放熱板の上に該放熱板のメディア搬送方向と直交する方向に亘って上面が凸状に形成された絶縁性を有する基板を形成し、前記凸状の頂部にグレーズ層をガラスを軟化・焼成して形成し、前記グレーズ層上面に単ドットの発熱体を薄膜形成し、前記凸状の上面頂部の立ち上がり基端である基部に第１電極の終端部を当接するように形成し、前記第１電極の終端部と前記発熱体の端部とを電気的に接続するように第２電極を薄膜形成し、前記第２電極と前記発熱体とを被装するように保護層を薄膜形成し、てなることを特徴とする。
請求項１２にかかるサーマルヘッドの製造方法は、請求項１０または１１において、前記絶縁性を有する基板と前記グレーズ層とで構成されたグレーズ基板の上面を、前記凸状の頂部に向かって漸次幅狭となるように所要角度傾斜して形成することを特徴とする。

請求項１、２によれば、発熱体との電気的な接続をする電極部位を、その発熱体の搬送方向の両端部に設けて、電極部間の距離を小さくしたから、発熱体の長さ方向での温度分布を均一にすることができる。

また、ヘッド長さ方向の両端部に電極及び電極からの引き回しパターンが無いので、端部まで、均一に応答性良く加熱することができ、外形サイズをコンパクトにすることができる。

また、大型のウェハーで前工程を製造して、これを切断するようなケースでは、発熱体の長さ方向の両端部で電極部位や、電極の引き回しパターンを必要としないため、一つのフォトマスクなどで作成したウェハーから発熱体長さを任意に設定し、これを切断加工することで、所望した長さに適宜調整できる。

請求項３、４、８によれば、グレーズ基板上面の凸状の頂面にグレーズ層を成形し、その上に発熱体を配置することで、硬質メディア等での双方向の搬送、いわゆる、ストレート・パスが可能となる。

請求項５によれば、薄膜を使った保護膜とすることで、非常に熱応答性に優れたサーマルヘッドが提供できる。

請求項６によれば、保護層に加え、グレーズ層と、発熱体と、第２電極をも薄膜形成したことで、メディアへの熱伝導効率を向上させつつ、小型軽量化を達成できる。
請求項７によれば、保護層に加え、発熱体と、第２電極をも薄膜形成し、グレーズ層をガラスを軟化・焼成して形成したことで、メディアへの熱伝導効率を向上させつつ、小型軽量化を達成できる。

請求項９によれば、グレーズ層の厚さを、２０〜２００マイクロメートルとしたことで、蓄熱性の機能と保護膜上のメディアとの摺動面の平坦性を容易に確保することができる。絶縁性を有する基板、例えばセラミックス基板上面の粗度がメディア摺動面としては不十分な粗度で仮に形成されていても、ガラスを軟化・焼成した時のグレーズ層の表面張力によって、グレーズ層上面が自然に高精度の平坦性を確保することができるので、研磨工程などの煩雑な製造工程を無くしつつ、歩留まりを向上させることができる。

請求項１０〜１２によれば、発熱体との電気的な接続をする第２電極を、その発熱体の搬送方向（短手方向）の両端部に形成し、保護膜、発熱体、第２電極を薄膜形成するから、電極部間の距離が小さくなり、したがって、発熱体の長さ方向での温度分布が均一な熱応答性に優れたサーマルヘッドを製造することができる。しかも、グレーズ基板上面の凸状の頂面にグレーズ層を薄膜形成またはガラスを軟化・焼成して形成し、その上に発熱体を配置することで、硬質メディア等での双方向の搬送、いわゆる、ストレート・パスが可能なサーマルヘッドを製造することができる。

次に本実施の形態にかかるサーマルヘッドを添付図面を参照しながら説明する。図中、符号Ａはサーマルヘッドを示す。

本実施の形態にかかるサーマルヘッドＡは、図１に示すように、セラミックス基板（絶縁性を有する基板）１と、グレーズ層２と、発熱体３と、電極４と、保護層５と、を備えてなる。

セラミックス基板（絶縁性を有する基板）１は、アルミナなどのセラミックスで構成されており、長手方向に亘って上面が、頂部１ａに向かって漸次幅狭となるような所要角度傾斜した凸状に形成され、略直方体状に形成されたアルミ材などで構成された放熱板６の上に配置されている。このセラミックス基板１と後述するグレーズ層２とでグレーズ基板が構成される。

この凸状に形成された上面は、その段差が略１．０ミリメートル未満が好ましい。これは、本来、薄膜形成された後述する第１電極４１と保護層５頂部との段差ｈは、メディアＷの搬送時のバラツキや、これをスムーズに挿入するために、なるべく大きく確保する方が好ましいが、しかしながら、略１．０ミリメートル以上の段差にすると、薄膜工程でのパターン形成が頂部１ａ側と底部側とで分割露光するなど、工程が複雑になるからである。

また、頂部１ａの幅（短手方向）は、最低でも１．５ミリメートル以上の所要幅が好適である。これは、そもそも、リライトカード等のメディアＷの消去特性は、印字時と比較して、異なる温度域で長時間保持して緩やかに冷却する必要があるが、頂部１ａの幅が１．５ミリメートル未満であると、一般的な消去時のカード搬送スピード（２０〜６０ｍｍ／ｓ）においては、搬送されたメディアＷとの接触時間が確保できず、十分な消去の品質を確保できないからである。さらに、頂部１ａの長さが１．５ミリメートル未満では、頂部曲率が小さくなり、メディアＷとの接触が面接触から線接触に近い状態になり、上記と同様に十分な消去の品質を確保できないからである。

グレーズ層２は、セラミックス基板１の凸状の上面頂部１ａに、２０〜２００マイクロメートルの厚さでもってガラスを軟化・焼成して形成されている。このグレーズ層２の厚さｄｈを２０〜２００マイクロメートルとしたのは、具体的な製造工程として、セラミックス基板１の凸状の上面頂部１ａに耐熱性のあるガラスを印刷・軟化させており、その際のガラスの表面張力によって高精度の平面度を確保できるからである。なお、このグレーズ層２は薄膜形成しても良いものである。

仮に２０マイクロメートル未満であると、セラミックス基板１の凸状上面頂部１ａにおける粗度の影響を受けてしまうということや、グレーズガラスの結晶化により高精度の平面度を維持することが難しくなる。もっとも、セラミックス基板１の凸状上面頂部１ａを研磨加工で高精度に仕上げればグレーズ層２も結果的には高精度の平面度を確保することができるが、しかしながら、この研磨工程は、非常に煩雑な手順で行わなければならず、歩留まりの低下に繋がったり、生産コストに跳ね返ったり、と、その製造時の弊害となっているため、研磨工程を不要とすることが極めて好ましい。
また、グレーズ層２の厚さｄｈが２００マイクロメートルを越えると、蓄熱等により、温度コントロールが難しく熱応答性に問題が生じてしまい、高速でメディアＷが搬送されてくる場合に不適となってしまう。

発熱体３は、例えばポリシリコン等の薄膜抵抗体で単ドットの帯状に構成され、グレーズ層２上面に薄膜形成されている。

電極４は、第１電極４１と、第２電極４２とを備えてなる。
第１電極４１は、電極端子４３を設けた所要幅のフレキシブル基板であり、放熱板６の底面に、この電極端子４３が位置するように配設されると共に、放熱板６とセラミックス基板１の長手方向の側面に密着するように引き回され、セラミックス基板１の凸状の上面頂部１ａの立ち上がり基端である基部に、終端部が当接されている。

第２電極４２は、導電性を有する部材で、第１電極４１の終端部と発熱体３の長手方向の端部とを、その端部略全域に亘って電気的に接続されるように薄膜形成されている。なお、この第１電極４１と、第２電極４２は、対向するように設けられた一対で構成される。

保護層５は、第２電極４２と発熱体３とを被装するように薄膜形成されており、セラミックス基板１が、前記凸状の頂部１ａに向かって漸次幅狭となるように所要角度傾斜面状に形成されていることから、この薄膜形成された保護層５が、それに沿って傾斜している。

次に、上記した本実施の形態にかかるサーマルヘッドＡの製造法を説明する。
まず、放熱板６を略直方体状に形成し、その放熱板６の上に、上面がその放熱板６の長手方向に亘って凸状に形成されたセラミックス基板１を配置する。この凸状の上面は、上記したように、頂部１ａに向かって漸次幅狭となるように所要角度傾斜させる。
そして、凸状の上面頂部１ａの立ち上がり基端である基部に第１電極４１の終端部を当接するように形成する。

次いで、凸状の上面頂部１ａにガラスを軟化・焼成してグレーズ層２を形成し、薄膜成膜装置を用いて、グレーズ層２上面に単ドットの発熱体３を薄膜形成し、第１電極４１の終端部と前記発熱体３の端部とを電気的に接続するように第２電極４２を薄膜形成し、さらに、第２電極４２と発熱体３とを被装するように保護層５を薄膜形成する。なお、このグレーズ層２をも薄膜形成しても良いものである。

以上のように構成された本実施の形態にかかるサーマルヘッドＡは、サーマル印字・消去装置等に内装される。その使用時において、発熱体３に電力を印加して所要温度に上昇させると共に、いわゆる多ドットのサーマルヘッドによって印字されたＰＥＴリライトカード等のリライト可能なメディアＷを、発熱体３の搬送方向に搬送させて、印字された情報を消去する。

このように、本実施の形態にかかるサーマルヘッドＡは、発熱体３の搬送方向の両端部略全域に亘って第２電極４２を接続し、しかも、この第２電極４２、保護層５、グレーズ層２、発熱体３を薄膜形成したことにより、研磨工程などの煩雑な製造工程を無くしつつ、発熱体３の温度分布が一様で熱応答性に優れたサーマルヘッドＡになっている。

以上、本実施の形態にかかるサーマルヘッドを説明したが、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、種々変形実施が可能である。

本実施の形態にかかるサーマルヘッドの一部切欠した平面図である。 図１における（Ｘ）−（Ｘ）断面図である。 従来のサーマルヘッドの正面図である。 従来のサーマルヘッドの右側面図である。

符号の説明

Ａ サーマルヘッド
１ セラミックス基板
１ａ 頂部
２ グレーズ層
３ 発熱体
４ 電極
４１ 第１電極
４２ 第２電極
４３ 電極端子
５ 保護層
６ 放熱板
ｄｈ グレーズ層の厚さ
ｈ 第１電極と保護層頂部との段差
Ｗ メディア

Claims (12)

1. 単ドットの帯状の発熱体を有したサーマルヘッドにおいて、その発熱体のメディア搬送方向の両端部に前記発熱体に電力を印加させる電極を設けたことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記電極は、前記両端部の略全域に亘って接続されていることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
3. 略直方体状の放熱板の上に設けられ、該放熱板のメディア搬送方向と直交する方向に亘って上面が凸状に形成された絶縁性を有する基板と、その基板の前記凸状の上面頂部に形成されたグレーズ層とを有してなるグレーズ基板と、
   前記グレーズ層の前記凸状の上面頂部に形成された発熱体と、
   前記凸状の上面頂部の立ち上がり基端である基部に終端部が当接された第１電極と、前記第１電極の終端部と前記発熱体の端部とを電気的に接続された第２電極とを備えて構成された前記電極と、
   前記第２電極と前記発熱体とを被装した保護層と、
   を有す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。
4. 前記保護層は、前記凸状の頂部に向かって漸次幅狭となるような所要角度傾斜していることを特徴とする請求項３記載のサーマルヘッド。
5. 前記保護層が、薄膜形成されていることを特徴とする請求項３または４記載のサーマルヘッド。
6. 前記グレーズ層と、前記発熱体と、前記第２電極をも、薄膜形成されていることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項記載のサーマルヘッド。
7. 前記グレーズ層は、ガラスを軟化・焼成して形成されると共に、前記発熱体と、前記第２電極をも、薄膜形成されていることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項記載のサーマルヘッド。
8. 前記グレーズ基板が、前記凸状の頂部に向かって漸次幅狭となるように所要角度傾斜面状に形成されて、前記保護層が傾斜していることを特徴とする請求項３〜７の何れか１項記載のサーマルヘッド。
9. 前記グレーズ層の厚さは、２０〜２００マイクロメートルであることを特徴とする請求項３〜８の何れか１項記載のサーマルヘッド。
10. 略直方体状の放熱板の上に該放熱板のメディア搬送方向と直交する方向に亘って上面が凸状に形成された絶縁性を有する基板を形成し、
    前記凸状の頂部にグレーズ層を薄膜形成し、
    前記グレーズ層上面に単ドットの発熱体を薄膜形成し、
    前記凸状の上面頂部の立ち上がり基端である基部に第１電極の終端部を当接するように形成し、
    前記第１電極の終端部と前記発熱体の端部とを電気的に接続するように第２電極を薄膜形成し、
    前記第２電極と前記発熱体とを被装するように保護層を薄膜形成し、
    てなることを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
11. 略直方体状の放熱板の上に該放熱板のメディア搬送方向と直交する方向に亘って上面が凸状に形成された絶縁性を有する基板を形成し、
    前記凸状の頂部にグレーズ層をガラスを軟化・焼成して形成し、
    前記グレーズ層上面に単ドットの発熱体を薄膜形成し、
    前記凸状の上面頂部の立ち上がり基端である基部に第１電極の終端部を当接するように形成し、
    前記第１電極の終端部と前記発熱体の端部とを電気的に接続するように第２電極を薄膜形成し、
    前記第２電極と前記発熱体とを被装するように保護層を薄膜形成し、
    てなることを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
12. 前記絶縁性を有する基板と前記グレーズ層とで構成されたグレーズ基板の上面を、前記凸状の頂部に向かって漸次幅狭となるように所要角度傾斜して形成することを特徴とする請求項１０または１１記載のサーマルヘッドの製造方法。

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