JP2009149022A - 発熱抵抗素子部品およびサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁被膜と支持基板との間に発生する接着不良箇所を低減させることができ、支持基板と絶縁被膜とが製造工程の途中で剥がれてしまうことを防止することができ、高い歩留まりを確保すること。
【解決手段】支持基板２と、該支持基板２の表面側に配置された絶縁被膜３と、該絶縁被膜３の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体４と、該発熱抵抗体４の一端に接続される共通配線５ａと、前記発熱抵抗体４の他端に接続される個別配線５ｂとを備え、前記支持基板２の表面で、かつ、前記発熱抵抗体４の発熱部に対向する領域に凹部８が設けられているとともに、前記絶縁被膜３が、前記凹部８に対応した領域のみに設けられており、その他の領域には設けられていない。
【選択図】図２

Description

本発明は、小型ハンディターミナルに代表される小型情報機器端末に多く搭載されるサーマルプリンタに用いられ、印画データに基づいて複数の発熱素子を選択的に駆動することによって感熱記録媒体に印画を行うための発熱抵抗素子部品（サーマルヘッド）に関するものである。

近年、サーマルプリンタは小型情報機器端末に多く用いられるようになってきている。小型情報機器端末はバッテリー駆動であるため、サーマルプリンタの省電力化が強く求められ、そのための発熱効率の高い発熱抵抗素子部品が求められている。
発熱抵抗素子部品の高効率化においては、発熱抵抗体の下層に断熱層を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱抵抗体上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱抵抗体下方の絶縁基板に伝達される下方伝達熱量よりも大きくなるので、印字時に必要とされるエネルギー効率が良好となる。
特開２００７−８３５３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された発明では、支持基板の表面全体に絶縁被膜が形成されていたため、支持基板と絶縁被膜との間に多数の接着不良箇所が発生し、支持基板と絶縁被膜とが製造工程の途中で剥がれてしまうことがあり、高い歩留まりを確保することができない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、支持基板と絶縁被膜とが製造工程の途中で剥がれてしまうことを防止することができ、高い歩留まりを確保することができる発熱抵抗素子部品およびサーマル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、支持基板と、該支持基板の表面側に配置された絶縁被膜と、該絶縁被膜の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線とを備え、前記支持基板の表面で、かつ、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に凹部が設けられているとともに、前記絶縁被膜が、前記凹部に対応した領域のみに設けられており、その他の領域には設けられていない。

本発明に係る発熱抵抗素子部品によれば、絶縁被膜は、各凹部に対応した領域のみに形成されており、その他の領域には形成されていないので、絶縁被膜を支持基板の表面全体に形成させていた従来製品に比べて、絶縁被膜と支持基板との間に発生する接着不良箇所を低減させることができ、支持基板と絶縁被膜とが製造工程の途中で剥がれてしまうことを防止することができて、高い歩留まりを確保することができる。

上記発熱抵抗素子部品において、前記絶縁被膜の断面視形状が、前記発熱抵抗体の側から前記支持基板の側に向かって末広がりとなる略台形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、発熱抵抗体の側から支持基板の側に向かって末広がりとなる断面視略台形状を呈しているので、絶縁被膜および発熱抵抗体の上に、共通配線および個別配線を容易に積層させることができ、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。
さらに、絶縁被膜は、支持基板の側から発熱抵抗体の側に向かって先細となる断面視略台形状を呈しているので、印刷時における押圧力を増加させることができて、紙当たりを向上させることができる。

上記発熱抵抗素子部品において、前記凹部が、前記複数の発熱抵抗体に共通して設けられてい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、隣接して配置された凹部同士が互いに連通状態とされ、発熱抵抗体で発生した熱（熱量）の、支持基板内への流出経路の一部が遮断されることとなるので、発熱抵抗体で発生した熱（熱量）が、支持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さらに図ることができる。

本発明に係るサーマルプリンタは、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、少ない電力で感熱紙に印刷することができ、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、絶縁被膜と支持基板との間に発生する接着不良箇所を低減させることができ、支持基板と絶縁被膜とが製造工程の途中で剥がれてしまうことを防止することができ、高い歩留まりを確保す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一実施形態について、図１から図３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、図３（ａ）〜図３（ｃ）は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図であって、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製造方法を説明するための工程図である。

本実施形態に係る発熱抵抗素子部品１は、サーマルプリンタ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（絶縁被膜）３とを備えている。また、図１および図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が一方向に間隔をあけて形成され（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の配列方向に直交する方向（以下、「印刷対象物送り方向」という。）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毎に空洞部（中空断熱層）７を形成するように設けられており、凹部８と凹部８との間はドット間隔壁９で隔てられている（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の表面と直交する面）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、それぞれ空洞部７を構成している。
また、基板２の表面に、複数の凹部８が形成されることにより、凹部８と凹部８との間に位置するドット間隔壁９の表面（図２において上側の面）全体がアンダーコート３の裏面と接触することとなる。すなわち、凹部８と凹部８とは、ドット間隔壁９によって区画される（仕切られる）こととなる。

図１および図２に示すように、アンダーコート３は、凹部８毎に凹部８の上方をそれぞれ塞ぐようにして（すなわち、発熱抵抗体４毎に発熱抵抗体４の下方にそれぞれ位置するようにして）設けられている。
なお、アンダーコート３は、各凹部８に対応した領域のみに形成されており（設けられており）、その他の領域には形成されていない（設けられていない）。また、アンダーコート３は、平面視矩形状を呈しているとともに、断面視略台形状を呈している。

次に、図３を用いて、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が形成される領域毎に、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、図３（ａ）のように、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、中空断熱層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。

つづいて、図３（ｂ）に示すように、各凹部８に対応した領域のみにパターニングを施し、アンダーコート３として残したい厚み＋（プラス）この厚みの１０％程度の厚みとなるまで、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（あるいは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）を行う。

そして、図３（ｃ）に示すように、全面をエッチングして、各凹部８に対応した領域のみにアンダーコート３が残るようにする（形成されるようにする）。
なお、薄板ガラスの研磨には、例えば、半導体ウェハー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。

次に、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を順次形成して、図２に示すサーマルヘッド１を得る。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被膜上に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ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、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、アンダーコート３は、各凹部８に対応した領域のみに形成されており、その他の領域には形成されていないので、アンダーコート３を基板２の表面全体に形成させていた従来製品に比べて、アンダーコート３と基板２との間に発生する接着不良箇所を低減させることができ、基板２とアンダーコート３とが製造工程の途中で剥がれてしまうことを防止することができて、高い歩留まりを確保することができる。
また、アンダーコート３は、発熱抵抗体４の側から基板２の側に向かって末広がりとなる断面視略台形状を呈しているので、アンダーコート３および発熱抵抗体４の上に、共通配線５ａおよび個別配線５ｂを容易に積層させることができ、製造工程を簡略化することができて、製造コストを低減させることができる。
さらに、アンダーコート３は、基板２の側から発熱抵抗体４の側に向かって先細となる断面視略台形状を呈しているので、印刷時におけるプラテンローラ６２（図４参照）への押圧力を増加させることができて、感熱紙６３（図４参照）との当たりを向上させることができる。

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。

また、上述した実施形態では、凹部８が、発熱抵抗体４と同じ数だけ形成されたものを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、この凹部は、発熱抵抗体４の配列方向に沿って、発熱抵抗体４を跨ぐように形成されたもの、すなわち、一つの凹部であってもよい。
このような凹部が形成されたサーマルヘッドによれば、隣接して配置された凹部同士が互いに連通状態とされ、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）の、基板２内への流出経路の一部が遮断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さらに図ることができる。

次に、本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタ６０について、図４を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ６０は、本体フレーム６１に、水平配置されるプラテンローラ６２と、プラテンローラ６２に感熱紙６３を挟んで押し付けられる上記実施形態に係るサーマルヘッド１とを備えている。サーマルヘッド１は、プラテンローラ６２の長手方向に配列された複数の発熱抵抗体４を有し、加圧機構６４により所定の押圧力で感熱紙６３に押し付けられるようになっている。図中、符号６５は紙送り駆動モータである。

本実施形態に係るサーマルプリンタ６０によれば、サーマルヘッド１の発熱効率が高く、少ない電力で感熱紙６３に印刷することができる。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、上記各実施形態においては、サーマルヘッド１および直接感熱発色するサーマルプリンタ６０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以外の発熱抵抗素子部品やサーマルプリンタ６０以外のプリンタ装置にも応用することができる。

例えば、発熱抵抗素子部品としては、熱によってインクを吐出するサーマル式またはバブル式のインクジェットヘッドを始めとした用途に応用できる。また、サーマルヘッド１とほぼ同様の構造である熱消去ヘッドや、熱定着を必要とするプリンタ等の定着ヒータ、光導波路型光部品の薄膜発熱抵抗素子等、他の膜状の発熱抵抗素子部品を保有する電子部品でも同様の効果を得ることができる。

また、プリンタとしては、昇華型または溶融型転写リボンを使用した熱転写プリンタ、印字媒体の発色と証拠が可能なリライタブルサーマルプリンタ、加熱により粘着性を呈する感熱性活性粘着剤式ラベルプリンタ等に適用できる。

本発明の一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。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。 本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタを示す縦断面図である。

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
６０ サーマルプリンタ

Claims (4)

1. 支持基板と、該支持基板の表面側に配置された絶縁被膜と、該絶縁被膜の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線とを備え、
   前記支持基板の表面で、かつ、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に凹部が設けられているとともに、前記絶縁被膜が、前記凹部に対応した領域のみに設けられており、その他の領域には設けられていない発熱抵抗素子部品。
2. 前記絶縁被膜の断面視形状が、前記発熱抵抗体の側から前記支持基板の側に向かって末広がりとなる略台形である発熱抵抗素子部品。
3. 前記凹部が、前記複数の発熱抵抗体に共通して設けられている請求項１または２に記載の発熱抵抗素子部品。
4. 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からなるサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタ。

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