JP2006035723A

JP2006035723A - 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: JP2006035723A
Application number: JP2004221288A
Authority: JP
Inventors: Hidetomo Kuroiwa; 秀友黒岩
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: JP4666972B2

Abstract

【課題】記録媒体に鮮明な印画を形成することが可能なサーマルヘッドＴ及びサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】基板１上面に配列される複数の発熱素子３と、該発熱素子３に個別に接続される個別電極配線４と、前記発熱素子３及び前記個別電極配線４を被覆する表面保護層６とを備え、前記発熱素子３上に記録媒体を搬送しながら記録動作を行うサーマルヘッドにおいて、前記表面保護層６に、記録媒体の搬送方向の上流側の表面が低く、下流側の表面が高くなるように段差部６Ｘを形成するとともに、該段差部６Ｘは、平面視したときに、段差部６Ｘの端辺がジグザグ状を呈しており、前記表面保護層６の低い側の面が隣接する個別電極配線４間において記録媒体の搬送方向の下流側にまで入り込んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワードプロセッサやファクシミリ等のプリンタ機構に組み込まれるサーマルヘッド及びこれを用いたサーマルプリンタに関するものである。

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。

かかる従来のサーマルヘッドは、例えば図５に示す如く、基板１１の上面に略全域に亘りグレーズ層１２が形成されるとともに、該グレーズ層１２の一部を帯状に延在させ、この帯状部上に各々が矩形状を成す複数の発熱素子１３を直線状に配列するとともに、各発熱素子１３の両端に個別電極配線１４及び共通電極配線１５を接続し、これらを表面保護層１６で被覆した構造のものが知られている。

このサーマルヘッドを用いて印画を行う場合、感熱紙等の記録媒体を表面保護層１６に摺接させつつ発熱素子１３の配列方向と直交する方向に搬送するとともに、外部からの印画データに基づいて複数の発熱素子１３を個々に選択的に発熱させ、その熱を記録媒体に伝達させるプロセスを経る。

尚、上述の発熱素子１３及び個別電極配線１４は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、発熱素子１３を構成する電気抵抗材料からなる抵抗体層と、個別電極配線１４を構成する金属材料からなる金属層とを従来周知のスパッタリング法やＣＶＤ法、蒸着法、印刷法等を用いてグレーズ層１２上に順次積層するとともに、該積層体を従来周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を採用することで所定パターンに加工することによって形成される。その際、抵抗体層や金属層には、発熱素子１３と個別電極配線１４の形状に応じて配線パターンニングされる。

また発熱素子１３や個別電極配線１４を被覆する表面保護層１６は、発熱素子１３や個別電極配線１４が大気中の水分等によって腐食されるのを防止するためのものであり、発熱素子１３や個別電極配線１４が設けられた基板１１上に３μｍ〜１０μｍの厚みに形成される。
特開平１１―９１１４８号公報

ところで、一般にサーマルプリンタの使用時には、サーマルヘッドの表面や記録媒体の表面に外部からの異物が舞い込むことがある。

そして、サーマルプリンタの駆動時には、この異物がプラテンローラにより個別電極配線１４上を搬送方向上流側から下流側へと記録媒体とともに搬送され、その結果、発熱素子１３とプラテンローラとの間に噛み込まれてしまい、表面保護層にスクラッチ傷が発生することがある。

このような異物の噛み込みが何度も繰り返された場合、発熱素子１３を保護している表面保護層１６に亀裂が入るために、表面保護層１６の封止性が損なわれ、発熱素子１３や個別電極配線１４が酸化して損傷してしまう。これにより記録媒体への熱伝導が発熱素子等の損傷箇所において部分的に低下し、記録媒体に形成される印字が不明瞭になる等、印字品位の低下を招いていた。

尚、このように発熱素子１３にスクラッチ傷を発生させる異物は、その最大径が凡そ５μｍ〜２０μｍのものであった。

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、印画品質が低下することのないサーマルヘッド及びこれを用いたサーマルプリンタを提供することにある。

本発明のサーマルヘッドは、基板上面に配列される複数の発熱素子と、該発熱素子に個別に接続される個別電極配線と、前記発熱素子及び前記個別電極配線を被覆する表面保護層とを備え、前記発熱素子上に記録媒体を搬送しながら記録動作を行うサーマルヘッドにおいて、前記表面保護層に、記録媒体の搬送方向の上流側の表面が低く、下流側の表面が高くなるように段差部を形成するとともに、該段差部は、平面視したときに、段差部の端辺がジグザグ状を呈しており、前記表面保護層の低い側の面が前記隣接する個別電極配線間において下流側にまで入り込んでいることを特徴とするものである。

また本発明のサーマルヘッドは、前記段差部は、該表面保護層の厚みを変化させることにより形成されていることを特徴とするものである。

更に本発明のサーマルヘッドは、前記基板は、前記発熱素子が形成される領域にグレーズ層を有するとともに、前記段差部は、前記グレーズ層の厚みによって形成されていることを特徴とするものである。

本発明のサーマルプリンタは、上述したサーマルヘッド上に、記録媒体を前記サーマルヘッドに押圧するプラテンローラを配置したサーマルプリンタであって、前記サーマルヘッドの表面保護層の段差部を、前記プラテンローラが記録媒体を介してサーマルヘッドを押圧する押圧領域内に設けたことを特徴とするものである。

本発明のサーマルヘッドによれば、サーマルプリンタの駆動時に、プラテンローラにより搬送される記録媒体とともに個別電極配線の直上に当たる表面保護層上を異物が搬送されてきたとしても、上述した表面保護層に形成された段差部により異物が堰き止められることから、個別電極配線上から発熱素子側に異物が侵入することを抑制できる。

またこの段差部は、平面視したときに、段差部の端辺がジグザグ状を呈しており、前記表面保護層の低い側の面が前記隣接する個別電極配線間において下流側にまで入り込んでいることから、個別電極配線上に存在した異物が、個別電極配線の幅方向の左右により分けられて左右の間隔領域に誘導される。

それ故、発熱素子とプラテンローラとの間に異物が噛み込まれることを抑制でき、スクラッチ傷が発生しなくなることから、表面保護層の発熱素子直上における封止性が向上し、これにより印字品質が低下しないサーマルヘッドを提供することができる。

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であり、これらのサーマルヘッドは、基板１上にグレーズ層２が形成され、このグレーズ層２上に、複数の発熱素子３や個別電極配線４、表面保護層６等を設けた構造を有している。

基板１は、アルミナセラミックス等の絶縁材料や、表面に酸化膜が被着された単結晶シリコン等、種々の材料により長方形状に形成されており、その上面でグレーズ層２、発熱素子３や個別電極配線４、表面保護層６を支持する支持母材として機能する。

このような基板１は、アルミナセラミックスから成る場合、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剤、溶媒を添加・混合して泥漿状と成すとともに、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ってセラミックグリーンシートを得、しかる後、該グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工した上、これを高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。

そして基板１の上面には、グレーズ層２が帯状に形成されている。

このグレーズ層２は、発熱素子３の発する熱を内部で蓄熱してサーマルヘッドの熱応答性を良好に維持する作用を有するものである。

このようなグレーズ層２は、例えばガラスから成る場合、ガラス粉末に適当な有機溶剤・有機バインダー等を添加・混合して得られたガラスペーストを、従来周知のスクリーン印刷法などによって基板上面の所定領域に塗布するとともに、これを従来周知のフォトリソグラフィ技術を採用することにより所定形状に加工し、しかる後、これを８５０℃〜９５０℃の高温で所定時間加熱することにより形成される。

また、グレーズ層２の頂部上面に被着されている複数の発熱素子３は、後述する間隔領域ｓを介して３００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で直線状に被着・配列されており、その各々がＴａＳｉＯ系やＴａＳｉＮＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＳｉＣＯ系、ＮｂＳｉＯ系の電気抵抗材料から成る抵抗体層から成っている。

更に、発熱素子３は、各々が矩形状（例えば、記録媒体の搬送方向の幅１１０μｍ、前記方向の直交する方向の幅６５μｍ）を成すように形成され、その両端に接続される個別電極配線４及び共通電極配線５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、感熱紙などの記録媒体に印画を形成するのに必要な所定の温度（２５０℃〜４００℃）になる。

この発熱素子３の一方の端部に接続される個別電極配線４は、アルミニウムや銅等の金属材料からなる金属層により発熱素子３の一端側から略発熱素子列に直交して延出されており、ドライバーＩＣ（図示せず）に接続される接続配線として機能する。

そして、この個別電極配線４は、所定の間隔を有する間隔領域ｓを介して互いに分離されている。

また共通電極配線５は、アルミニウムや銅等の金属材料からなり、電源電力を発熱素子３に供給する給電配線として機能するものである。この共通電極配線５によって、発熱素子３には通常２４Ｖ程度の電圧が印加される。

このような発熱素子３、個別電極配線４及び共通電極配線５は、従来周知の薄膜形成技術、例えば、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術等を採用することによって製作される。具体的には、まずＴａＳｉＯ等の抵抗材料とアルミニウム等の金属材料を従来周知のスパッタリングによりグレーズ層２上面に順次積層させることによって抵抗体層及び金属層からなる積層体（抵抗体層の厚み０．０５μｍ〜０．２μｍ、金属層の厚み０．１μｍ〜１．３μｍ）を形成し、これを従来周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術にて微細加工することにより、抵抗体層及び金属層をパターン化して発熱素子３及び個別電極配線４及び共通電極配線５を形成する。

一方、上述の発熱素子３や個別電極配線４上には表面保護層６が被着され、この表面保護層６によってこれら等が共通に被覆されている。

この表面保護層６は、発熱素子３や個別電極配線４が大気中の水分等によって腐食されるのを防止するためのものであり、発熱素子３や個別電極配線４が設けられた基板１上に１０μｍ〜５０μｍの厚みに形成される。

また、この表面保護層６には、プラテンローラＲ１により押圧され、且つ、個別電極配線４が形成されている領域に、段差部６Ｘが設けられている。この段差部６Ｘは、表面保護層６に、記録媒体の搬送方向の上流側の表面（表面保護層６の低い側の面６Ａ）が低く、下流側の表面（表面保護層６の高い側の面６Ｂ）が高くなるようにして形成される。

このため、サーマルプリンタの駆動時に、プラテンローラＲ１により搬送される記録媒体とともに個別電極配線４の直上に当たる表面保護層６上を異物が搬送されてきたとしても、上述した表面保護層６に形成された段差部６Ｘにより異物が堰き止められることから、個別電極配線４上から発熱素子３側に異物が侵入することを抑制できる。

またこの段差部６Ｘは、図１に示すように、平面視したときに、段差部６Ｘの端辺がジグザグ状を呈しており、前記表面保護層６の低い側の面６Ａが前記隣接する個別電極配線４間において下流側にまで入り込んでいる。

これにより、個別電極配線４上に存在した異物が、個別電極配線４の幅方向の左右により分けられ、左右の間隔領域ｓに誘導される。

それ故、発熱素子３とプラテンローラＲ１との間に異物が噛み込まれることを抑制でき、スクラッチ傷が発生しなくなることから、表面保護層６の発熱素子３直上における封止性が向上し、これにより印字品質が低下しないサーマルヘッドを提供することができる。

尚、仮に間隔領域ｓに滞留した異物が、段差部６Ｘを乗り越えて記録媒体の搬送方向下流側に搬送されたとしても、隣接する発熱素子間の領域に搬送されるため、発熱素子の直上領域の表面保護層６を傷つけることが抑制できる。

また、この段差部６Ｘの段差の高さは、異物の最大径と同じかあるいは、それよりも高くなすとよく、具体的には１０μｍ〜１５μｍに設定されている。

このため、本発明では段差部６Ｘの高さを確保するために、従来３μｍ〜１０μｍであった表面保護層６の厚みを１０μｍ〜５０μｍに設定している。

また、この段差部６Ｘの壁面は、高さ方向になだらかなスロープ状であるよりも切り立つような絶壁状であるほうが、異物の誘導が確実になる。

そして、上述した表面保護層６の段差部６Ｘは、以下のようにして作成される。

まず、従来周知の薄膜形成技術（スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法など）、あるいは厚膜形成技術（スクリーン印刷法、ディスペンサー法など）によって略一定の厚みの薄膜を形成する。

次に前述の薄膜の段差部６Ｘの形成予定領域よりも発熱素子３に近い側の領域と、逆に発熱素子３から遠ざかる側の領域とで厚みが異なるように、発熱素子に近い側の領域にのみフォトレジストを被着させ、この発熱素子３から遠い側の膜厚を、例えばエッチング等により薄く成す。これにより表面保護層６が形成される。

かくして上述したサーマルヘッドは、感熱紙等の記録媒体を発熱素子３の配列と直交する方向に搬送しながら、外部からの画像データに基づいて複数の発熱素子３を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、その熱を発熱素子３上の記録媒体に伝達させ、印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。

そして、上述のようなサーマルヘッドＴが組み込まれるサーマルプリンタには、図４に示すように、記録媒体ＫをサーマルヘッドＴの発熱素子３上に搬送する搬送手段として、プラテンローラＲ１や搬送ローラＲ２等が配設される。

プラテンローラＲ１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の発熱素子３上に回転可能に支持され、その回転で記録媒体Ｋを発熱素子３の配列と直交する方向に搬送する。

またプラテンローラＲ１は、その表面が記録媒体Ｋを介してサーマルヘッドＴの表面保護層６に接触しており、その接触領域で記録媒体Ｋを発熱素子３上の表面保護層６の表面を押圧している。

このとき、プラテンローラＲ１が、記録媒体Ｋを介してサーマルヘッドＴを押圧する押圧領域内に、前記表面保護層６の段差部６Ｘを位置させることにより、プラテンローラＲ１の押圧力により確実に異物が個別電極配線４上から間隔領域ｓ上へと誘導できる。

一方、搬送ローラＲ２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Ｋ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Ｒ２と前述のプラテンローラＲ１とで記録媒体Ｋの走行を支持している。

そして、これと同時に複数の発熱素子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、これらの熱を表面保護層６を介し記録媒体Ｋに伝達させることによって所定の印画が形成される。

尚、本発明は上述した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、改良が可能である。

例えば、上述の実施形態においては、表面保護層６の厚みを変化させることにより、段差部６Ｘを形成したが、これに替えて図３に示すように、グレーズ層２の所定領域にその厚みを変化させることにより段差部２Ｘを設け、これによりこのグレーズ層２上に被着させた表面保護層６の表面が結果として段差部６Ｘを有するようにしても良い。

また、グレーズ層２が凸状の部分グレーズである場合には、グレーズ層２の周端、即ちグレーズ層２と基板１との境界により段差部を形成してもよい。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの平面図、（Ｂ）は段差部形成領域の一部拡大平面図である。図1のサーマルヘッドの断面図である。本発明の他の実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタの概略断面図である。従来のサーマルヘッドの断面図である。

符号の説明

Ｔ・・・サーマルヘッド
Ｒ１・・・プラテンローラ
Ｒ２・・・搬送ローラ
１・・・基板
２・・・グレーズ層
２Ｘ・・・グレーズ層の段差部
３・・・発熱素子
４・・・個別導電層
５・・・共通導電層
６・・・表面保護層
６Ｘ・・・表面保護層の段差部
６Ａ・・・表面保護層の低い側の面
６Ｂ・・・表面保護層の高い側の面
ｓ・・・間隔領域

Claims

基板上面に配列される複数の発熱素子と、該発熱素子に個別に接続される個別電極配線と、前記発熱素子及び前記個別電極配線を被覆する表面保護層とを備え、前記発熱素子上に記録媒体を搬送しながら記録動作を行うサーマルヘッドにおいて、
前記表面保護層に、記録媒体の搬送方向の上流側の表面が低く、下流側の表面が高くなるように段差部を形成するとともに、該段差部は、平面視したときに該段差部の端辺がジグザグ状を呈しており、前記表面保護層の低い側の面が前記隣接しあう個別電極配線間において記録媒体の搬送方向の下流側にまで入り込んでいることを特徴とするサーマルヘッド。
前記段差部は、該表面保護層の厚みを変化させることにより形成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。
前記基板は、発熱素子が形成される領域にグレーズ層を有するとともに、前記段差部は、前記グレーズ層の厚みによって形成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。
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上に、記録媒体を前記サーマルヘッドに押圧するプラテンローラを配置したサーマルプリンタであって、
前記サーマルヘッドの表面保護層の段差部を、前記プラテンローラが記録媒体を介してサーマルヘッドを押圧する押圧領域内に設けたことを特徴とするサーマルプリンタ。