JP2005319697A - サーマルヘッド及び印画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 相反する関係にある印字品質と耐摩耗性とを共に高めることがことができるようにする。
【解決手段】 基板本体２１上に、曲率半径を６ｍｍ〜９ｍｍのいずれかとしたグレーズ層２２を形成し、そのグレーズ層２２上に、発熱抵抗体層２３と、電極層２４と、保護膜２５とを順次形成し、さらに保護膜２５上に、膜厚を１μｍ未満としたタングステン層２６を形成するようにする。曲率半径が９ｍｍに近い場合には、タングステン層２６の電極層２４によって覆われていない発熱抵抗体層２３に対応する部分を除去するようにしてもよい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、サーマルヘッド及び印画装置に関するものである。

従来より、感熱式プリンタ、熱転写式プリンタ、ＦＡＸ等の印画装置においては、たとえば発熱体素子を列状に配置したライン型のサーマルヘッドが用いられている。サーマルヘッドは、全ての性能のベースとなる薄膜部分を有している。その薄膜部分の構造としては、平面グレーズタイプや部分グレーズタイプ等がある。

ここで、特に部分グレーズタイプは、発熱体部分にのみグレーズを印刷したものであり、その部分が約５０μｍ程度盛り上げられた構造を有している。このような部分グレーズタイプは、印刷時に用紙等の媒体に対して平面グレーズタイプのものよりも圧力を加えることができるため、印字品質に優れている。

ところで、このような部分グレーズタイプのサーマルヘッドにあっては、平面グレーズタイプのものよりも媒体に対して圧力を加えることができるため、印字品質に優れているものの、媒体の種類によっては摩耗が大きくなる場合があるため、耐摩耗性を高める必要がある。

このような耐摩耗性を高めるようにしたものとして、たとえば特許文献１では、基板上に設けられた部分グレーズ上に抵抗体膜と２つの電極と保護層とを有し、２つの電極間に発熱素子を位置させるとともに、その部分グレーズの曲率半径を０．７ｃｍ〜４．０ｃｍとしたサーマルヘッドを提案している。
特開平０９−２０１９９２号公報

ところで、サーマルヘッドにおける印字品質と耐摩耗性とは、相反する関係にある。つまり、部分グレーズの曲率半径を小さくして媒体に大きな圧力で接触させることにより印字品質が高められるが、その反面、耐摩耗性が低下することになる。

そこで、特許文献１に示されるサーマルヘッドのように、部分グレーズの曲率半径を０．７ｃｍ〜４．０ｃｍのうち、０．７ｃｍに近い値とすることで、印字品質を高めることができるが、用紙等の媒体には部分グレーズ上の抵抗体膜と２つの電極とを保護する保護層が接触するため、耐摩耗性が低下してしまうことになる。この場合、耐摩耗性を高めるためには保護層を比較的厚くして摩耗に十分対応できるようにする必要がある。

ところが、保護層を厚くしてしまうと、熱応答性が悪くなり、印字性の悪化に伴って印字時間が遅くなってしまうという問題を生じる。この場合、材質の硬い材料を保護層として用い、かつ厚みを比較的薄くすることで、印字時間を速めることができるものと考えられる。しかし、速い印字を行う場合は瞬時に発熱体及び保護層を高温に上げる必要があり、硬い材質の材料のみを一層だけ用いた保護層ではこのときのヒートショックにより、保護層自身が破壊してしまうことになる。

この場合、特開平０７−１３２６２８号公報に示されているように、平面グレーズタイプであって、発熱抵抗体層及び電気導体層上にシリコン系化合物層とダイヤモンドライクカーボン膜とを有する２層構造とすることで、耐ヒートショックを改善することができ、耐摩耗性を高めることができるものと考えられる。

ところで、このようなダイヤモンドライクカーボン膜は、平面グレーズタイプでは比較的安定して形成されるが、部分グレーズタイプに適用しようとすると、その離形性により安定して形成することが困難である。

また、特開昭６３−８１０６２号公報に示されるように、保護層上に潤滑層を設けることで、耐摩耗性を高めることができるものと考えられるが、潤滑層は印字と共に用紙の表面から生じる紙滓の付着防止に有効である反面、耐摩耗性を高めることには不十分である。

解決しようとする問題点は、部分グレーズタイプにおいて、印字品質を高めようとして部分グレーズの曲率半径を極力小さくすると、耐摩耗性が低下してしまうという点である。

本発明のサーマルヘッドは、基板本体上に、グレーズ層と、発熱抵抗体層と、電極層と、保護膜とを有するサーマルヘッドであって、前記グレーズ層が所定の曲率半径を有し、かつ前記保護膜上に金属層が設けられていることを特徴とする。
また、前記金属層は、タングステンよりなるようにすることができる。
また、前記グレーズ層の曲率半径が６ｍｍ〜９ｍｍのいずれかであるようにすることができる。
また、前記金属層の膜厚は、１μｍ以下であるようにすることができる。
また、前記金属層は、前記電極層によって覆われていない前記発熱抵抗体層に対応する部分が除去されているようにすることができる。
本発明の印画装置は、基板本体上に、グレーズ層と、発熱抵抗体層と、電極層と、保護膜とを有し、さらに前記保護膜上に金属層が形成されたサーマルヘッドを搭載することを特徴とする。
本発明に係るサーマルヘッド及び印画装置では、印字品質と耐摩耗性とが相反する関係にあるため、保護膜上の金属層により耐摩耗性を高めることで、グレーズ層の曲率半径を印字品質が良好な状態に保持されるように小さくすることができる。

本発明のサーマルヘッド及び印画装置によれば、保護膜上の金属層により耐摩耗性を高めることで、グレーズ層の曲率半径を印字品質が良好な状態に保持されるように小さくすることができることから、相反する関係にある印字品質と耐摩耗性とを共に高めることがことができる。

本発明のサーマルヘッドは、グレーズ層が所定の曲率半径を有するタイプ（以下、このタイプを部分グレーズタイプという）において、保護層上に金属層を設けることにより、相反する関係にある印字品質と耐摩耗性とを共に高めるようにした。

以下、本発明の詳細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の一実施の形態に係るサーマルヘッドユニットを示す平面図、図２は、図１のサーマルヘッドユニットを示す側面図、図３及び図４は、図１及び図２の部分グレーズタイプのサーマルヘッドを示す断面図、図５〜図８は、図３及び図４のサーマルヘッドの特性を説明するための図、図９は、図３及び図４のサーマルヘッドが搭載された印画装置の一例を示す図である。

図１及び図２に示すように、サーマルヘッドユニット１０は、基板２０を備えている。基板２０の下面側には、アルミ放熱板１１及びコネクタ１２が取り付けられている。基板２０の上面側には、ＩＣカバー１３がナット１４によって取り付けられている。

次に、図２における基板２０のＡ部における部分グレーズタイプのサーマルヘッドについて説明する。すなわち、図３に示すように、サーマルヘッドは、基板本体２１上に、グレーズ層２２と、発熱抵抗体層２３と、電極層２４と、保護膜２５と、金属層としてのタングステン層２６とが形成された構成となっている。

ここで、グレーズ層２２は、曲率半径がたとえば６ｍｍ程度とされ、発熱抵抗体層２３からのジュール熱を保持する。発熱抵抗体層２３は、電極層２４を介して図示しない駆動用ＩＣからの通電があると、ジュール熱を発する。そのジュール熱により、感熱紙又は転写フィルム等に熱エネルギーが与えられ、感熱紙又は転写フィルムを介しての普通紙に文字等が印字される。なお、グレーズ層２２の６ｍｍ程度とした曲率半径の詳細については、後述する。

電極層２４は、図示しない駆動用ＩＣからの印字の際の電流を発熱抵抗体層２３に供給する。保護膜２５は、グレーズ層２２、発熱抵抗体層２３及び電極層２４を保護する。タングステン層２６は、タングステンよりなり、印字の際の感熱紙又は転写フィルムとの接触による摩擦を低減させるものであって、その膜厚が０．３μｍ〜０．６μｍ程度に形成されている。

また、グレーズ層２２は、図４に示すサーマルヘッドのように、その曲率半径をたとえば９ｍｍ程度とすることができる。グレーズ層２２の９ｍｍ程度とした曲率半径の詳細については、後述する。なお、図４に示すサーマルヘッドの各部は図３と同じであるため、ここではその説明を省略する。

ただし、図４では、図３でのグレーズ層２２よりもその曲率半径が大きいため、タングステン層２６の一部である、電極層２４によって覆われていない発熱抵抗体層２３に対応する部分を除去することができる。これは、図４でのグレーズ層２２の場合、図３でのグレーズ層２２よりもその曲率半径が大きく、印刷時に用紙等の媒体に対しての圧力が小さくなるためであり、耐摩耗性において両者とも略同じ特性が得られるからである。

このように、タングステン層２６の一部である、電極層２４によって覆われていない発熱抵抗体層２３に対応する部分を除去することにより、発熱抵抗体層２３から感熱紙又は転写フィルム等の媒体への熱エネルギーの熱伝導特性が良好となるため、図３でのグレーズ層２２よりも曲率半径が大きくなることによる印字品質の劣化が補われることになる。

ここで、グレーズ層２２の曲率半径が６ｍｍ以下であると、耐摩耗性が低下し、その曲率半径が９ｍｍ以上であると、印字品質の低下が見られることが実験の結果判明している。また、タングステン層２６は、媒体に対する摩擦係数が極めて小さいものであるが、その膜厚を１μｍ以上とすると、その応力により保護膜２５に対する密着強度の低下が見られることも実験の結果判明している。そこで、印字品質と耐摩耗性とを共に高めるようにするためには、以下のように、グレーズ層２２の曲率半径を６ｍｍ〜９ｍｍとし、タングステン層２６の膜厚を１μｍ未満とすることが望ましい。

次に、印字品質と耐摩耗性とを共に高めるために、グレーズ層２２の曲率半径を６ｍｍ〜９ｍｍとし、タングステン層２６の膜厚を１μｍ未満とすることが望ましいことについて説明する。
まず、図３及び図４のサーマルヘッドの耐摩耗特性について説明する。なお、以下に説明する図におけるMetal は、上述したタングステン層２６を意味するものである。

図５は、上述したグレーズ層２２の曲率を種々変化させるとともに、上述したタングステン層２６を設けていない場合と、上述したタングステン層２６を設けた場合の摩耗特性比較を示す図である。すなわち、図５は、タングステン層２６を設けていないときで所定の曲率を有する従来品と、タングステン層２６を設けていないときで曲率を従来品の２倍、３倍、５倍とした場合と、タングステン層２６を設けて曲率を従来品の２倍及び３倍とした場合とをそれぞれ示している。

また、図５の縦軸は摩耗量（μｍ）を示し、横軸は走行距離（ｋｍ）を示している。また、図５は、印字条件として、印字スピードをたとえば１５０ｍｍ／ｓｅｃとして所定の用紙への印字が行われた場合を示している。

また、図５は、図６に示すように、走行距離を１ｋｍ，３ｋｍ，８ｋｍ，１５ｋｍとしたときの摩耗量（μｍ）を示すグラフである。なお、図６に示すそれぞれの摩耗量（μｍ）の値は、図７に示すように、走行距離が０ｋｍである初期の状態から１ｋｍ，３ｋｍ，８ｋｍ，１５ｋｍのそれぞれまで走行したときのサーマルヘッドの摩耗量（μｍ）を算出したものとなっている。

そして、図５及び図６から、次の（１）〜（６）の順に摩耗量（μｍ）が少ないことが分かる。
（１） タングステン層２６を設けていないときで曲率を従来品の５倍とした場合
（２） タングステン層２６を設けて曲率を従来品の３倍とした場合
（３） タングステン層２６を設けて曲率を従来品の２倍とした場合
（４） タングステン層２６を設けていないときの曲率を従来品の３倍とした場合
（５） タングステン層２６を設けていないときの曲率を従来品の２倍とした場合
（６） 従来品の場合

これらの結果から、（２），（３）のように、タングステン層２６を設けている場合の方が耐摩耗性を高めることができると言える。なお、（１）のように、タングステン層２６を設けていないときで曲率を従来品の５倍とした場合、最も耐摩耗性が高い結果となっているが、単に曲率を大きくしただけでは、以下のように印字品質に関わる印字濃度が低下してしまうことになる。

次に、印字濃度を考慮した場合の上述したグレーズ層２２の曲率について考察する。
図８は、上述したグレーズ層２２の曲率を具体的な数値を用いて種々変化させた場合の印字濃度特性を比較したものである。なお、以下に説明する図におけるMetal は、上記同様に、タングステン層２６を意味するものである。

すなわち、図８では、上記同様に、グレーズ層２２の曲率を種々変化させるとともに、タングステン層２６を設けていない場合と、タングステン層２６を設けた場合とを示すとともに、タングステン層２６を設けていないときで曲率をたとえば３ｍｍとした従来品と、タングステン層２６を設けていないときで曲率を２倍（６ｍｍ）、３倍（９ｍｍ）、５倍（１５ｍｍ）とした場合と、タングステン層２６を設けて曲率を２倍（６ｍｍ）及び３倍（９ｍｍ）とした場合とをそれぞれ示している。

また、図８の縦軸はＯＤ（optical density：光学的濃度）を示し、横軸は印加エネルギー（ｍｊ／ｍｍ^２ ）を示している。また、図８では、印字条件として、印字スピードをたとえば１５０ｍｍ／ｓｅｃとし、所定の用紙への印字が行われた場合を示している。

ここで、印字濃度特性においては、印加エネルギーが１１ｍｊ／ｍｍ^２ 以上のときであって、ＯＤが１．４０以上である場合が有効とされている。そこで、図８を参照すると、タングステン層２６を設けていないときの曲率を５倍（１５ｍｍ）とした場合以外は印字濃度特性が有効となることが分かる。つまり、上述したように、単に曲率を大きくしただけでは、印字品質に関わる印字濃度が低下してしまうことになる。

よって、耐摩耗性を考慮しつつ印字濃度特性を有効とするためには、本実施形態のように、タングステン層２６を設けて曲率を２倍（６ｍｍ）〜３倍（９ｍｍ）とした場合が効果的であると言える。

次に、サーマルヘッドの製造方法について説明する。
まず、基板本体２１上に、グレーズ層２２と、発熱抵抗体層２３と、電極層２４と、保護膜２５とを順次形成する。これらのグレーズ層２２、発熱抵抗体層２３、電極層２４、保護膜２５は、成膜形成工程や露光工程（パターンニング）等を経て形成することができる。ここで、グレーズ層２２は、その曲率半径が６ｍｍ〜９ｍｍのいずれかとなるようにして形成される。

次いで、保護膜２５上にタングステン層２６を形成する。タングステン層２６は、上記同様に、成膜形成工程や露光工程（パターンニング）等を経て形成することができる。この場合、タングステン層２６の膜厚は、１μｍ未満とする。さらに、タングステン層２６の電極層２４によって覆われていない発熱抵抗体層２３に対応する部分をエッチング処理等によって除去する。以上のような工程を経てサーマルヘッドが製造される。

ここで、上述の製造方法によって得られるサーマルヘッドが搭載された印画装置の一例を、図９に示す。図９に示す印画装置３０は、六面体状のケーシング３２を有しており、ケーシング３２の前面には、液晶の表示パネル３３、入力キー３４及び排紙口３５が設けられている。また、ケーシング３２内には感熱紙３１がロール状に巻き取られた形で収納されており、感熱紙３１の先端部は複数本（図９では、２本）の搬送ローラ３６に支持されて排紙口３５の手前に位置決めされている。さらに、ケーシング３２内には上述の製造方法によって得られたサーマルヘッドを実装するサーマルヘッドユニット１０が感熱紙３１の上側に位置決めされて組み込まれており、サーマルヘッドユニット１０で感熱紙３１を加熱して発色させることにより、文字や画像等のイメージを感熱紙３１に印刷した後、この感熱紙３１を排紙口３５から排出することができる。

このように、本実施形態では、基板本体２１上に、曲率半径を６ｍｍ〜９ｍｍのいずれかとしたグレーズ層２２を形成し、そのグレーズ層２２上に、発熱抵抗体層２３と、電極層２４と、保護膜２５とを順次形成し、さらに保護膜２５上に、膜厚を１μｍ未満としたタングステン層２６を形成するようにしたので、相反する関係にある印字品質と耐摩耗性とを共に高めることがことができる。

この場合、曲率半径が９ｍｍに近い場合には、上述したように、タングステン層２６の電極層２４によって覆われていない発熱抵抗体層２３に対応する部分を除去することができる。

サーマルヘッドに限らず、印字品質と耐摩耗性とを同時に満足させることが必要となるような他の印字ヘッドにも適用できる。

本発明のサーマルヘッドの一実施の形態に係るサーマルヘッドユニットを示す平面図である。 図１のサーマルヘッドユニットを示す側面図である。 図１及び図２の曲率を６ｍｍとした場合の部分グレーズタイプのサーマルヘッドを示す断面図である。 図１及び図２の曲率を９ｍｍとした場合の部分グレーズタイプのサーマルヘッドを示す断面図である。 図３及び図４のサーマルヘッドの摩耗特性比較を示すグラフである。 図３及び図４のサーマルヘッドの摩耗特性比較に係る測定値を示す図である。 図６の測定値に係る摩耗量算出例を示す図である。 図３及び図４のサーマルヘッドの印字濃度特性比較を示すグラフである。 図３及び図４のサーマルヘッドが搭載された印画装置の一例を示す図である。

符号の説明

１０ サーマルヘッドユニット
２０ 基板
２１ 基板本体
２２ グレーズ層
２３ 発熱抵抗体層
２４ 電極層
２５ 保護膜
２６ タングステン層
３０ 印画装置

Claims (6)

1. 基板本体上に、グレーズ層と、発熱抵抗体層と、電極層と、保護膜とを有するサーマルヘッドであって、
   前記グレーズ層が所定の曲率半径を有し、かつ前記保護膜上に金属層が設けられていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記金属層は、タングステンよりな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. 前記グレーズ層の曲率半径が６ｍｍ〜９ｍｍのいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記金属層の膜厚は、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
5. 前記金属層は、前記電極層によって覆われていない前記発熱抵抗体層に対応する部分が除去されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のサーマルヘッド。
6. 基板本体上に、グレーズ層と、発熱抵抗体層と、電極層と、保護膜とを有し、さらに前記保護膜上に金属層が形成されたサーマルヘッドを搭載することを特徴とする印画装置。

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