JP2009090561A - 発熱抵抗素子部品およびプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減化を図り、発熱抵抗体下部の基板の強度を向上させること。
【解決手段】支持基板の上に積層された絶縁被膜３の上に、主走査方向に沿って千鳥状に配列された複数の略正方形状の発熱抵抗体４と、これら発熱抵抗体４の一端にそれぞれ接続された共通配線５ａと、前記発熱抵抗体４の他端にそれぞれ接続された個別配線５ｂと、前記支持基板の表面に、前記発熱抵抗体４に対向する領域に形成された凹部８とを備え、前記発熱抵抗体４の副走査方向の配列ピッチを、前記発熱抵抗体４の主走査方向の配列ピッチよりも大きくした。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱活性化装置に用いられ、熱活性化データに基づいて複数の発熱素子を選択的に駆動させることによって、シート状基材の裏面側に設けられた感熱性粘着層を熱活性化させる発熱抵抗素子部品（サーマルヘッド）に関するものである。

シート状基材の記録面の裏面側に感熱性粘着層を有する熱活性糊化シートに対して記録および熱活性化を行う熱活性化装置がある。熱活性糊化層は、室温程度では粘着性はないが、例えば、５０〜１５０℃程度に加熱されることにより熱活性化され粘着性を発現する性質を有する材料で形成されている。この熱活性化は粘着性を得るために、広い面積に渡って加熱する必要があり、相当の熱エネルギを要することになる。したがって、このような熱活性化装置では、装置全体の温度上昇の問題や、電池駆動時の稼動時間の問題を回避するため、例えば、特許文献１に開示された省電力のサーマルヘッドを使用することが望ましい。
特開２００７−８３５３２号公報

上記特許文献１に開示されたサーマルヘッドには、発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空胴部が形成されている。この空洞部は、発熱体の形成されている領域よりも十分広い領域にわたって設けるのが理想的である。しかしながら、この空洞部を発熱体の形成されている領域よりも十分広い領域にわたって設けようとすると、基板の機械的強度が低下してしまうといった問題点があった。
また、基板の機械的強度を十分に確保しようとすると、空洞部を発熱体の形成されている領域よりも十分広い領域にわたって形成させることができず、発熱素子で発生した熱が基板全体に拡散してしまい、発熱効率が低下してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減化を図り、発熱抵抗体下部の基板の強度を向上させることができる発熱抵抗素子部品およびプリンタを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る発熱抵抗素子部品は、支持基板の上に積層された絶縁被膜の上に、主走査方向に沿って千鳥状に配列された複数の略正方形状の発熱抵抗体と、これら発熱抵抗体の一端にそれぞれ接続された共通配線と、前記発熱抵抗体の他端にそれぞれ接続された個別配線と、前記支持基板の表面に、前記発熱抵抗体に対向する領域に形成された凹部とを備え、前記発熱抵抗体の副走査方向の配列ピッチが、前記発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチよりも大きい。

本発明に係る発熱抵抗素子部品によれば、複数の発熱抵抗体が主走査方向に沿って千鳥状に形成され（配列され）、発熱抵抗体の副走査方向の配列ピッチが、前記発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチよりも大きくなるように構成されており、凹部と凹部との間に、発熱抵抗体の表面（例えば、図２において上側の面）から加えられる押圧力を支持する支持部材として機能する隔壁が形成されることとなる。
これにより、印刷時等に発熱抵抗体の表面側から押圧力を受けても、凹部と凹部との間に形成された隔壁によって押圧力が支持されることとなるので、基板の機械的強度を向上させることができ、耐圧性能を向上させることができる。
また、発熱抵抗体の直下（発熱抵抗体の発熱部と対向する領域）に、（従来よりも）より大きな空洞部（中空断熱層）を形成（配置）させることができるので、発熱抵抗体で発生した熱（熱量）が、基板内へ流出してしまうことを抑制することができ、発熱抵抗体の発熱効率を向上させることができて、消費電力の低減化を図ることができる。

前記発熱抵抗体の主走査方向の幅寸法が、前記発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチ以上であるとさらに好適である。

このような発熱抵抗素子部品によれば、発熱抵抗体の主走査方向の幅寸法を、発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチ以上とすることにより、主走査方向に沿って発熱抵抗体が隙間なく配置されているのと同様の効果を得ることができる。すなわち、シート材の感熱性粘着層を、シート材の幅方向に沿って満遍なく熱活性化させることができる。

上記発熱抵抗素子部品において、前記凹部の主走査方向の幅寸法が、前記発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチよりも大きいとさらに好適である。

このような発熱抵抗素子部品によれば、隣り合う凹部と凹部とが主走査方向において重なり合うように構成されているので、発熱抵抗体で発生した熱（熱量）が、基板内へ流出してしまうことをさらに抑制することができ、発熱抵抗体の発熱効率をさらに向上させることができて、消費電力の低減化をより一層図ることができる。

上記発熱抵抗素子部品において、主走査方向に沿って前記発熱抵抗体の発熱部と隣接する前記共通配線または前記個別配線の幅寸法が、前記発熱抵抗体の発熱部近傍に位置する前記共通配線または前記個別配線の幅よりも細いとさらに好適である。

このような発熱抵抗素子部品によれば、発熱抵抗体とシート材とのあたりをよくすることができる。

本発明に係る熱活性化装置およびプリンタは、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減化を図り、発熱抵抗体下部の支持基板の強度を向上させることができる発熱抵抗素子部品を具備しているので、少ない電力でシート材の感熱性粘着層を熱活性化することができ、バッテリーの持続時間を長期化させることができるとともに、プリンタ全体の信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減化を図り、発熱抵抗体下部の基板の強度を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る発熱抵抗素子部品の第１実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

本実施形態に係る発熱抵抗素子部品１は、例えば、感熱性粘着ラベルの熱活性化装置２５（図４参照）に用いられるサーマルヘッド（以下、「サーマルヘッド」という。）である。
図２に示すように、サーマルヘッド１は、支持基板（以下、「基板」という。）２と、基板２の上に形成されたアンダーコート（絶縁皮膜）３とを備えている。また、図１および／または図２に示すように、アンダーコート３の上には複数の発熱抵抗体４が主走査方向（図１において左右方向）に沿って千鳥状に形成され（配列され）、発熱抵抗体４には配線５が接続されている。配線５は、発熱抵抗体４の主走査方向（「配列方向」ともいう。）に直交する副走査方向（「印刷対象物送り方向」ともいう。）の一端に接続される共通配線５ａと、他端に接続される個別配線５ｂとから構成されている。さらに、図２に示すように、サーマルヘッド１は、発熱抵抗体４および配線５の上面を被覆する保護膜６を備えている。
なお、発熱抵抗体４が実際に発熱する部分（以下、「発熱部」という。）は、配線５と重ならない部分である。

図１に示すように、本実施形態に係る発熱抵抗素子部品１では、隣り合う発熱抵抗体４の発熱部の主走査方向の配列ピッチが通常通り（従来通り）となり、副走査方向のピッチが１よりも大きく（好ましくは１．３）なるようにして、千鳥形状に構成されている。

図１および図２に示すように、基板２の表面（図２において上側の面）には、空洞部（中空断熱層）７を形成する凹部８が形成されている。
凹部８は、発熱抵抗体４の発熱部によって覆われる領域（発熱部と対向する領域）に、空洞部７が位置するように形成された平面視矩形状を呈する凹所である。また、隣り合う凹部８と凹部８とは重なり合わないように形成されている。すなわち、隣り合う凹部８と凹部８との間には、表面全体がアンダーコート３の裏面と当接する隔壁が形成されている。言い換えれば、隣り合う凹部８と凹部８とは、隔壁によって区画されて（仕切られて）いる。そして、凹部８の底面（基板２の表面に平行な面）および壁面（基板２の表面と直行する面）と、アンダーコート３の裏面（図２において下側の面）とで形成される（密閉される）空間は、空洞部７を構成している。

次に、本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法について説明する。
まず、一定の厚さを有する基板２の表面の、発熱抵抗体４が形成される領域に、空洞部７を形成する凹部８を加工する。基板２の材料としては、例えば、ガラス基板、単結晶シリコン基板等が用いられる。また、基板２の厚みは、３００μｍ〜１ｍｍ程度である。
凹部８は、例えば、基板２の表面に、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工等を施すことによって形成される。

なお、基板２にサンドブラストによる加工を施す場合には、基板２の表面にフォトレジスト材を被服し、このフォトレジスト材を所定パターンのフォトマスクを用いて露光して、凹部８を形成する領域以外の部分を固化させる。その後、基板２の表面を洗浄して固化していないフォトレジスト材を除去することで、凹部８を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを得る。この状態で、基板２の表面にサンドブラストを施すことで、所定深さの凹部８を得る。
エッチングによる加工を施す場合には、同様に、基板２の表面に凹部８を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを形成し、この状態で、基板２の表面にエッチングを施すことで、所定深さの凹部８を得る。このエッチング処理には、単結晶シリコンの場合、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、ＫＯＨ溶液、フッ酸と硝酸の混合液によるエッチング液等によるウェットエッチングが、また、ガラス基板の場合、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングが行われる。そのほか、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング等のドライエッチングが用いられる。

次に、基板２の表面からエッチングマスクを全て除去した後、この表面に厚さ５μｍ〜１００μｍの絶縁材料を接合してアンダーコート３を得る（接合工程）。このように基板２の表面にアンダーコート３を形成した状態では、基板２とアンダーコート３との間に、空洞部７が形成される。ここで、凹部８の深さが、空洞部７の深さ（すなわち、中空断熱層７の厚み）となるので、断熱層７の厚みの制御は容易である。アンダーコート３の材料としては、例えば、ガラス、樹脂等が用いられる。
また、ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３とを接合する場合は、接着層を用いない熱融着で接合する。ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３との接合処理は、ガラスからなる基板２および薄板ガラスからなるアンダーコート３の徐冷点以上で、かつ、軟化点以下の温度で行われる。そのため、基板２およびアンダーコート３の形状精度を保つことができ、信頼性が高い。
ここで、薄板ガラスとして１０μｍ程度の厚みのものは、製造やハンドリングが困難であり、また高価である。そこで、このような薄い薄板ガラスを直接基板２に接合する代わりに、製造やハンドリングが容易な厚みをもった薄板ガラスを基板２に接合した後に、この薄板ガラスをエッチングや研磨等によって所望の厚みとなるように加工してもよい。この場合には、基板２の一面に容易、かつ、安価にごく薄いアンダーコート３を形成することができる。
薄板ガラスのエッチングには、上述したように、凹部８の形成に用いた各種エッチングを用いることができる。また、薄板ガラスの研磨には、例えば、半導体ウェーハ等の高精度研磨に用いられるＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）等を用いることができる。

つづいて、このようにして形成したアンダーコート３の上に、発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、共通配線５ａ、保護膜６を順次形成する。なお、発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成する順序は任意である。
これら発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、共通配線５ａ、保護膜６は、従来のサーマルヘッドにおけるこれら部材の製造方法を用いて作製することができる。具体的には、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）、蒸着等の薄膜形成法を用いて絶縁皮膜上にＴａ系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料の薄膜を成膜し、この発熱抵抗体材料の薄膜をリフトオフ法やエッチング法等を用いて成形することにより所望の形状の発熱抵抗体を形成する。
同様に、アンダーコート３の上に、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜してこの膜をリフトオフ法、もしくはエッチング法を用いて形成したり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成する等して、所望の形状の個別配線５ｂおよび共通配線５ａを形成する。
このようにして発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成した後、アンダーコート３の上にＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜して、保護膜６を形成する。

このようにして製造された本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、複数の発熱抵抗体４が主走査方向に沿って千鳥状に形成され（配列され）、発熱抵抗体４の副走査方向の配列ピッチが、発熱抵抗体４の主走査方向の配列ピッチよりも大きくなるようにして構成されており、凹部８と凹部８との間に、発熱抵抗体４の表面（図２において上側の面）から加えられる押圧力を支持する支持部材として機能する隔壁が形成されることとなる。
これにより、印刷時等に発熱抵抗体４の表面側から押圧力を受けても、凹部８と凹部８との間に形成された隔壁によって押圧力が支持されることとなるので、基板２の機械的強度を向上させることができ、耐圧性能を向上させることができる。

また、本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、発熱抵抗体４の直下（発熱抵抗体４の発熱部と対向する領域）に、（従来よりも）より大きな空洞部（中空断熱層）７が形成（配置）されることとなるので、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）が、基板２内へ流出してしまうことを抑制することができ、発熱抵抗体４の発熱効率を向上させることができて、消費電力の低減化を図ることができる。

さらに、上述した実施形態において、発熱抵抗体４の主走査方向の幅寸法が、発熱抵抗体４の主走査方向の配列ピッチ以上に設定されている場合には、主走査方向に沿って発熱抵抗体４が隙間なく配置されているのと同様の効果を得ることができる。すなわち、シート材２１（図４参照）の感熱性粘着層を、シート材２１の幅方向に沿って満遍なく熱活性化させることができる。

さらにまた、本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、図１に示すように、発熱抵抗体４の副走査方向の配列ピッチが、発熱抵抗体４の主走査方向の配列ピッチよりも大きく、かつ、凹部８の主走査方向の幅寸法が、発熱抵抗体４の主走査方向の配列ピッチよりも大きくなるように、すなわち、隣り合う凹部８と凹部８とが主走査方向および副走査方向において重なり合うように構成されているので、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）が、基板２内へ流出してしまうことをさらに抑制することができ、発熱抵抗体４の発熱効率をさらに向上させることができて、消費電力の低減化をより一層図ることができる。

本発明に係る発熱抵抗素子部品の第２実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの平面図である。
本実施形態に係る発熱抵抗素子部品１１は、主走査方向に沿って発熱抵抗体４の発熱部と隣接する共通配線５ａまたは個別配線５ｂの幅寸法が、発熱抵抗体４の発熱部近傍に位置する共通配線５ａまたは個別配線５ｂの幅よりも細いという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１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。

本実施形態に係る発熱抵抗素子部品１１によれば、発熱抵抗体４とシート材２１（図４参照）とのあたりをよくすることができる。
その他の作用効果は、上述した第１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。

なお、本発明に係るサーマルヘッドは、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形実施、変更実施、および組合せ実施可能である。
例えば、凹部８は、基板２を板厚方向に貫通するとともに、空洞部を形成する貫通部（貫通穴）とすることもできる。
凹部８を貫通部とすることにより、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）が、基板２内へ流出してしまうことを上述した実施形態のものよりも抑制することができ、発熱抵抗体４の発熱効率を上述した実施形態のものよりも向上させることができて、消費電力を上述した実施形態のものよりも低減化させることができる。

次に、本発明の一実施形態に係るプリンタ（「ラベル発行装置」ともいう。）２０について、図４を参照して以下に説明する。
図４に示すように、本実施形態に係るプリンタ２０は、図１中の矢印Ｌ方向であるシート材２１の搬送方向に沿って、シート材２１が巻回されたシート供給装置２２から供給されたシート材２１の感熱印字層に各種情報を印字する印字装置２３と、この印字装置２３によって印字されたシート材２１を切断する切断装置２４と、シート材２１の感熱性粘着層を熱活性化するための熱活性化装置２５とを備えている。

シート材２１は、図示しないが、シート状基材と、このシート状基材の表面側に設けられた感熱印字層と、シート状基材の裏面側に設けられた感熱性粘着層とを備えて構成されている。なお、シート材２１としては、必要に応じて、シート状基材と感熱印字層との間に、シート状基材の一方側の層から他方側の層への伝熱を遮断するための断熱層が設けられた構成のものが用いられてもよい。

印字装置２３は、いわゆるサーマルプリンタが用いられており、シート材２１の感熱印字層を感熱させるためのサーマルヘッド２６と、このサーマルヘッド２６に圧接されるプラテンローラ２７とを有している。印字装置２３は、シート供給装置２２から供給されたシート材２１をサーマルヘッド２６とプラテンローラ２７との間に挟んで印字するとともに搬送する。なお、印字装置２３は、必要に応じて、熱活性化装置２５によるシート材２１の搬送方向Ｌの下流側に配置されてもよい。切断装置２４は、印字装置２３から搬出されたシート材２１を所望の長さに切断するためのカッタ２８を有しており、切断したシート材２１を熱活性化装置２５に搬出する。

熱活性化装置２５は、シート材２１の感熱性粘着層を熱活性化するための熱活性化ヘッド２９と、この熱活性化ヘッド２９に圧接されこの熱活性化ヘッド２９との間にシート材２１を挟んで搬送方向Ｌにシート材２１を搬送するプラテンローラ３０と、切断装置２４から搬送されたシート材２１を熱活性化装置２５内に搬入するための一対の搬入ローラ３１ａ，３１ｂと、熱活性化ヘッド２９によって熱活性化されたシート材２１を熱活性化装置２５外方に搬出するための搬出ローラ３２とを備えている。

本実施形態に係るプリンタ２０によれば、サーマルヘッド１，１１の発熱効率が高く、少ない電力でシート材２１の感熱性粘着層を熱活性化させることができる。したがって、バッテリーの持続時間を長期化させることが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、サーマルヘッド１，１１およびプリンタ２０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、サーマルヘッド１，１１以外の発熱抵抗素子部品やプリンタ２０以外のプリンタ装置にも応用することができる。

本発明の第１実施形態に係るサーマルヘッドの平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 本発明の第２実施形態に係るサーマルヘッドの平面図である。 本発明に係るサーマルヘッドを備えたプリンタの縦断面図である。

符号の説明

１ サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
２ 基板（支持基板）
３ アンダーコート（絶縁被膜）
４ 発熱抵抗体
５ａ 共通配線
５ｂ 個別配線
８ 凹部
１１ サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
２０ プリンタ
２５ 熱活性化装置

Claims (6)

1. 支持基板の上に積層された絶縁被膜の上に、主走査方向に沿って千鳥状に配列された複数の略正方形状の発熱抵抗体と、これら発熱抵抗体の一端にそれぞれ接続された共通配線と、前記発熱抵抗体の他端にそれぞれ接続された個別配線と、前記支持基板の表面に、前記発熱抵抗体に対向する領域に形成された凹部とを備え、
   前記発熱抵抗体の副走査方向の配列ピッチが、前記発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチよりも大きい発熱抵抗素子部品。
2. 前記発熱抵抗体の主走査方向の幅寸法が、前記発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチ以上である請求項１に記載の発熱抵抗素子部品。
3. 前記凹部の主走査方向の幅寸法が、前記発熱抵抗体の主走査方向の配列ピッチよりも大きい請求項１または２に記載の発熱抵抗素子部品。
4. 主走査方向に沿って前記発熱抵抗体の発熱部と隣接する前記共通配線または前記個別配線の幅寸法が、前記発熱抵抗体の発熱部近傍に位置する前記共通配線または前記個別配線の幅よりも細い請求項１から３のいずれか一項に記載の発熱抵抗素子部品。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発熱抵抗素子部品からなるサーマルヘッドを備える熱活性化装置。
6. 請求項５に記載の熱活性化装置を備えるプリンタ。

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