JP2006231650A - 発熱体とその製造方法、サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の大きさの断熱層を容易に得ることができるとともに、ヒータ部の発熱効率を向上させることができて、均一かつ良好な印字品質を得ることができる発熱体およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】 上面に少なくとも一つの凹所２５を有する基板２１とこの基板２１上に積層された薄膜２２とにより構成される中空構造体と、前記凹所２５に対応した位置に設けられた抵抗体２３と、各抵抗体２３に接続されて電力が供給される電極２４とを具備する発熱体１１であって、前記薄膜２２を貫通して凹所２５に接続する貫通孔３２が、前記抵抗体２３とは異なる位置に設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、サーマルプリンタ、該サーマルプリンタに使用されるサーマルヘッド、およびこのサーマルヘッドを構成する発熱体およびその製造方法に関するものである。

プリンタに使用される発熱体としては、断熱層の上にヒータ部を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２２７９６８号公報

上述した特許文献１に開示されている発熱体の断熱層は、ＣＶＤ酸化膜の上にヒータおよびＡｌ配線がそれぞれ形成された後、ヒータ部の一部が除去されて、この状態でＣＶＤ酸化膜がエッチングされることにより形成されたものである。
ＣＶＤ酸化膜のエッチングは、ヒータ部の一部が除去された穴から等方的に進行していくこととなるため、断熱層の隅部は、その形状がどうしても丸くなってしまう。また、ヒータ部およびＡｌ配線の上に絶縁体を成膜する際に、ヒータ部の一部が除去された穴からこの絶縁膜が断熱層内に進入し、断熱層を埋め戻してしまうといったこともあった。そのため、断熱層の大きさがその都度異なり、均一な印字品質を得ることができないといった問題点があった。
また、ヒータ部の一部が除去されてしまうことにより、ヒータ部の発熱効率が低下してしまうといった問題点もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、所望の大きさの断熱層を容易に得ることができるとともに、ヒータ部の発熱効率を向上させることができて、均一かつ良好な印字品質を得ることができる発熱体およびその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による発熱体の製造方法は、基板上に少なくとも一つの凹所を形成し、この凹所内に犠牲層を成膜し、その上に前記基板とともに中空構造体を構成する薄膜を成膜し、さらにその上の前記凹所に対応した位置に抵抗体、および、各抵抗体に接続される電極を順次パターニングした後に、前記犠牲層を溶解するエッチング液中に漬けて、前記犠牲層を前記凹所内から除去することを特徴とする。
このような発熱体の製造方法によれば、基板の上面に凹所を予め形成し、その中に犠牲層を埋め込むことにより、凹所を再現性よく得ることができる。したがって、所望の大きさの断熱層を容易に得ることができて、均一な印字品質を得ることが可能な発熱体を製造することができる。
また、抵抗体の表面全体を利用することができるように構成されているので、良好な発熱効率を有する発熱体を製造することができる。

本発明による発熱体は、上面に少なくとも一つの凹所を有する基板とこの基板上に積層された薄膜とにより構成される中空構造体と、前記凹所に対応した位置に設けられた抵抗体と、各抵抗体に接続されて電力が供給される電極とを具備する発熱体であって、
前記薄膜を貫通して凹所に接続する貫通孔が、前記抵抗体とは異なる位置に設けられている。
このような発熱体によれば、基板の上面に凹所を予め形成し、その中に犠牲層を埋め込むことにより、凹所を再現性よく得ることができる。したがって、所望の大きさの断熱層を容易に得ることができて、均一な印字品質を得ることができる。
また、抵抗体の表面全体を利用することができるように構成されているので、抵抗体の発熱効率を向上させることができて、良好な印字品質を得ることができる。

本発明による発熱体は、前記凹所が２以上備えられ、前記凹所と凹所との間に前記貫通孔が設けられている。
このような発熱体によれば、犠牲層を溶解するエッチング液が貫通孔を通って凹所内に導かれ、このエッチング液により犠牲層が除去されることとなる。

本発明による発熱体は、前記凹所と凹所との間に、前記凹所の底面と薄膜とを接続して薄膜を支持する支持部が形成されている。
このような発熱体によれば、支持部により薄膜が支持されるようになっているので、中空構造体の機械的強度を向上させることができるとともに、発熱体全体の機械的強度を向上させることができる。また、このような発熱体を２以上備える場合、一直線に並んだ前記貫通孔と支持部によって、各々の発熱体で生じた熱の伝導を仕切ることができるため、良好な印字品質を得ることができる。

本発明によるサーマルヘッドは、上記発熱体がライン状に複数配置されていることを特徴とする。
このようなサーマルヘッドによれば、多数の発熱体を細密配置し、均一かつ良好な印字品質を得ることができる。

本発明によるサーマルプリンタは、上記サーマルヘッドを具備してなることを特徴とする。
このようなサーマルプリンタによれば、均一かつ良好な印字品質を得ることができる。

本発明によれば、常に所定の大きさの断熱層を得ることができるとともに、ヒータ部の発熱効率を向上させることができて、均一かつ良好な印字品質を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明による発熱体の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１８は、本発明による発熱体を備えたサーマルプリンタの概略構成断面図である。
図１８に示すように、サーマルプリンタ１は、内部に感熱紙収容部２が形成された筐体３と、支点４を介して筐体３に取り付けられたカバー部材５と、回転軸６を介してカバー部材５に取り付けられ、外周がゴム等の弾性部材からなるプラテン７と、印字機構支持部材８を介して筐体３に取り付けられた駆動ローラ９およびサーマルヘッド１０とを主たる要素として構成されたものである。
なお、図中の符号Ｐは感熱紙を示している。

感熱紙Ｐは、プラテン７とサーマルヘッド１０とにより挟持されているとともに、サーマルヘッド１０から搬送方向下流側でも、駆動ローラ９とプラテン７とにより挟持されている。駆動ローラ９には図示しないモータからの動力が、図示しない伝達手段により伝達されるようになっており、駆動ローラ９が回転させられることとなる。駆動ローラ９が回転させられると、駆動ローラ９と感熱紙Ｐとの摩擦力により、感熱紙Ｐは矢印Ａ方向に搬送される。すると、感熱紙Ｐと密着しているプラテン７は従動回転する。
駆動ローラ９の回転に同期して、サーマルヘッド１０を構成する発熱体のうち、所定の発熱体にパルス状の電力が印加される。それにより得られた発熱により、感熱紙Ｐを発色させて、所定の印字が行われるようになっている。

図１０に示すように、サーマルヘッド１０は、本発明による発熱体１１が、ライン状に複数配置されるとともに、発熱体１１の上面が保護膜１２によりコーティングされているとともに、発熱体１１の下面が保護基板１３によりコーティングされたものである。これら保護膜１２および保護基板１３は、発熱体１１の摩耗および酸化を防止するためのものであり、その材料としては、例えば、ＳｉＡｌＯＮ等が用いられている。
各発熱体１１は、図７ないし図９に示すように、Ｓｉからなる基板２１と、この基板２１の上に積層された薄膜２２と、Ｔａ−ＳｉＯ_２等の比抵抗の大きい金属（あるいは金属と絶縁体との混合物）からなる複数個（本実施形態では３個）の抵抗体（ヒータ部）２３と、各抵抗体２３に接続されて電力が供給される電極２４とを主たる要素として構成されたものである。

図１に示すように、基板２１は、平面視矩形状を呈する板状の部材であり、その上面には、平面視矩形状を呈する複数個（本実施形態では３個）の凹所２５が設けられている。各凹所２５は、対応する抵抗体２３の下方に位置するように設けられており、断熱層としての空間を形成している。また、一の凹所２５と隣接する凹所２５との間には支持部２５ａが設けられているとともに、一の凹所２５と隣接する凹所２５とは連通路２５ｂ（本実施形態では２本の連通路２５ｂ）を介して通じている。そして、両端に位置する凹所２５には、長手方向外側に向かって溶解液の入口となる空間２５ｃがそれぞれ２つずつ設けられている。

薄膜２２は基板２１上に形成され、その材料としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはＳｉＡｌＯＮ等の絶縁体で、かつＡｌ等の金属に比べて熱伝導率の小さい材料が用いられる。また、この薄膜形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法のいずれかの方法が用いられる。また、その材料として、ＳＯＧ（Spin on Glass）膜や、ポリイミドと塗布膜等の液体材料をスピンコートした後、加熱処理することで形成される絶縁物を用いることもできる。この場合、犠牲層３１上面と基板２１上面の段差をなくすことができ、その後の各成膜行程を良好に行っていくことができるので、発熱体１１全体の機械的強度を向上させることができる。

抵抗体２３は、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法のいずれかの方法により成膜され、リフトオフ法もしくはエッチング法によりパターニングされたものである。
電極２４は、抵抗体２３を構成する材料よりも比抵抗率の小さい金属材料、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等からなり、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法のいずれかの方法により成膜され、リフトオフ法もしくはエッチング法によりパターニングされたものである。

つぎに、図１ないし図７を用いて発熱体１１の製造方法について説明する。
まず、基板２１上にフォトレジストでパターニングをした後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いてＳｉを数μｍエッチングすることにより、基板２１上に凹所２５、連通路２５ｂ、および空間２５ｃを形成する（図１参照）。エッチングガスには、ＳＦ_６、またはＣＦ_４を主成分としたガスを用いる。
基板２１をエッチングするためにパターニングしたフォトレジストを、そのまま犠牲層３１をリフトオフにて形成するためのマスクとして用いる。犠牲層３１の材料としては、ＭｏあるいはＣｕ等の発煙硝酸（９８％ＨＮＯ_３）で溶解するものを用いる。犠牲層３１は、スパッタ法もしくは真空蒸着法のいずれかの方法により成膜され、その後、アセトンを用いて、フォトレジストを除去する（図２参照）。

そして、その上に薄膜２２を成膜し（図３参照）、さらにその上に抵抗体２３をパターニングした後（図４参照）、各抵抗体２３に接続される電極２４をパターニングする（図５参照）。
連通路２５ｂおよび空間２５ｃの上方に位置する薄膜２２のみがエッチングにより除去されるように、フォトレジストでパターニングし、ＲＩＥによるドライエッチングあるいはフッ酸あるいはフッ硝酸等の溶液によるウェットエッチングを行って、犠牲層エッチング窓（貫通孔）３２を形成する（図６参照）。
最後に、発煙硝酸（エッチング液）中に全体を漬け、犠牲層３１を完全に除去して一連の製造工程を終了する（図７参照）。

本実施形態によれば、基板２１の上面に凹所２５、連通路２５ｂ、および空間２５ｃを予め形成し、その中に犠牲層３１を埋め込むことにより、凹所２５、連通路２５ｂ、および空間２５ｃを再現性よく得ることができるので、所望の大きさの断熱層を容易に得ることができる。その結果、製造された本実施形態に係る発熱体１１によれば、サーマルプリンタ１のサーマルヘッド１０に用いられて、均一な印字品質を得ることができる。
また、抵抗体２３の表面全体を利用することができるように構成されているので、抵抗体２３の発熱効率を向上させることができて、良好な印字品質を得ることができる。
さらに、支持部２５ａにより薄膜２２が支持されるようになっているので、薄膜２２の機械的強度を向上させることができるとともに、発熱体１１全体の機械的強度を向上させることができる。
さらにまた、エッチング窓３２と連通する連通路２５ｂおよび空間２５ｃが、凹所２５の外側に位置するように設けられているので、保護膜１２を成膜する際に、保護膜１２が凹所２５内に進入することを防止することができる。

さらにまた、支持部２５ａにより隣り合う凹所２５が仕切られているので、抵抗体２３の熱が隣接する抵抗体２３に伝達されるのを防止することができ、熱的なクロストークを減少させることができる。
さらにまた、犠牲層３１成膜後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等の研磨技術を施すことにより、犠牲層３１上面と基板２１上面の段差をなくすことができ、その後の各成膜行程を良好に行っていくことができるので、発熱体１１全体の機械的強度をさらに向上させることができる。
さらにまた、犠牲層３１を成膜する際、基板２１をエッチングしたフォトレジストをそのまま犠牲層形成のためのマスクとして使用することができるので、製造工程を簡略化することができる。

さらにまた、電極２４にＡｌ、犠牲層３１にＭｏ、エッチング液に発煙硝酸を選択した場合、発煙硝酸を用いてＭｏ犠牲層３１をエッチングしている間、電極２４のダメージを減らすことができる。
さらにまた、電極２４形成後、マスクなしで犠牲層３１をエッチングすることができるので、製造工程を簡略化することができる。
さらにまた、薄膜２２の材料として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、あるいはＳｉＡｌＯＮ等の絶縁体を用いることにより、抵抗体２３で発生した熱の逃げを抑制することができ、抵抗体２３の発熱効率をさらに向上させることができる。

本実施形態による発熱体１１を具備したサーマルヘッド１０およびサーマルプリンタ１によれば、均一かつ良好な印字品質を得ることができる。

本発明による発熱体の他の実施形態を、図１１ないし図１７を用いて説明する。
本実施形態による発熱体４１は、連通路２５ｂおよび空間２５ｃが凹所２５に隣接してそれぞれ一つずつ設けられているとともに、これら連通路２５ｂおよび空間２５ｃが千鳥状に配置されているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。また、図１１ないし図１７はそれぞれ、発熱体の製造工程を示す図１（ａ）ないし図７（ａ）に対応している。

本実施形態による発熱体４１によれば、前述した支持部２５のいずれか一側に位置した連通路２５ｂまたは空間２５ｃが塞がれ、その分を支持部２５の長さを増加させることができるので、薄膜２２の機械的強度をさらに向上させることができるとともに、発熱体４１全体の機械的強度をさらに向上させることができる。
その他の作用効果は、前述した実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。

本発明による発熱体の一実施形態の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視線断面図である。 本発明による発熱体の一実施形態の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ矢視線断面図である。 本発明による発熱体の一実施形態の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視線断面図である。 本発明による発熱体の一実施形態の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ矢視線断面図である。 本発明による発熱体の一実施形態の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ矢視線断面図である。 本発明による発熱体の一実施形態の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ矢視線断面図である。 本発明による発熱体の一実施形態の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視線断面図である。 図７（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視線断面図である。 図７（ａ）のＩＸ−ＩＸ矢視線断面図である。 本発明による発熱体を具備したサーマルヘッドの要部縦断面図である。 本発明による発熱体の他の実施形態の製造工程を示す図であって、図１（ａ）と同様の図である。 本発明による発熱体の他の実施形態の製造工程を示す図であって、図２（ａ）と同様の図である。 本発明による発熱体の他の実施形態の製造工程を示す図であって、図３（ａ）と同様の図である。 本発明による発熱体の他の実施形態の製造工程を示す図であって、図４（ａ）と同様の図である。 本発明による発熱体の他の実施形態の製造工程を示す図であって、図５（ａ）と同様の図である。 本発明による発熱体の他の実施形態の製造工程を示す図であって、図６（ａ）と同様の図である。 本発明による発熱体の他の実施形態の製造工程を示す図であって、図７（ａ）と同様の図である。 図１０に示すサーマルヘッドを具備したサーマルプリンタの概略構成断面図である。

符号の説明

１ サーマルプリンタ
１０ サーマルヘッド
１１ 発熱体
２１ 基板
２２ 薄膜
２３ 抵抗体
２４ 電極
２５ 凹所
２５ａ 支持部
３１ 犠牲層
３２ エッチング窓（貫通孔）
４１ 発熱体

Claims (6)

1. 基板上に少なくとも一つの凹所を形成し、この凹所内に犠牲層を成膜し、その上に前記基板とともに中空構造体を構成する薄膜を成膜し、さらにその上の前記凹所に対応した位置に抵抗体、および、各抵抗体に接続される電極を順次パターニングした後に、前記犠牲層を溶解するエッチング液中に漬けて、前記犠牲層を前記凹所内から除去することを特徴とする発熱体の製造方法。
2. 上面に少なくとも一つの凹所を有する基板とこの基板上に積層された薄膜とにより構成される中空構造体と、前記凹所に対応した位置に設けられた抵抗体と、各抵抗体に接続されて電力が供給される電極とを具備する発熱体であって、
   前記薄膜を貫通して凹所に接続する貫通孔が、前記抵抗体とは異なる位置に設けられていることを特徴とする発熱体。
3. 前記凹所が２以上備えられ、前記凹所と凹所との間に前記貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の発熱体。
4. 前記凹所と凹所との間に、前記凹所の底面と薄膜とを接続して薄膜を支持する支持部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発熱体。
5. 請求項２から４のいずれかに記載の発熱体が、ライン状に複数配置されていることを特徴とするサーマルヘッド。
6. 請求項５に記載のサーマルヘッドを具備してなることを特徴とするサーマルプリンタ。

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