JP2010094939A - サーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】発熱効率が高く安定した品質のサーマルヘッドを製造すること。
【解決手段】薄板ガラスの一面に空洞部用凹部と空洞部用凹部より深さが深いマーク用凹部を形成する凹部形成工程と、凹部形成工程により空洞部用凹部およびマーク用凹部が形成された薄板ガラスの前記一面に支持基板を接合する接合工程と、接合工程により支持基板が接合された薄板ガラスを、前記一面に対して裏面側からマーク用凹部が貫通するまで薄板化する薄板化工程と、薄板化工程により薄板化された薄板ガラスの前記裏面に空洞部用凹部に対向して発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成工程とを備えるサーマルヘッドの製造方法を提供する。
【選択図】図5

Description

本発明は、サーマルヘッドの製造方法に関するものである。
従来、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サーマルヘッドが知られている(例えば、特許文献1参照)。
サーマルヘッドの高効率化においては、発熱抵抗体の発熱部の下層に断熱層を形成する方法がある。発熱部の下層に断熱層を形成することにより、発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱部上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱部下方の蓄熱層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。特許文献1に記載のサーマルヘッドは、一体化された基板と支持板との間に空洞部が設けられており、この空洞部を中空断熱層として機能させることで、下方電熱量より上方電熱量を大きくしエネルギー効率の向上を図っている。
特開2007−320197号公報
特許文献1に記載のサーマルヘッドの製造方法は、基板の一方の面に形成された突部の内部に空隙部を形成し、他方の面に平坦な支持板を融着接合して前記空隙部を閉塞することにより、空洞部を形成するようになっている。この製造方法では、基板が支持板によって補強される前に空洞部を形成するため基板が破損する可能性があり、製造過程中の基板の扱いが困難という問題がある。また、基板の元板厚にばらつきがあるため、空洞部上の蓄熱層としての基板の厚さを制御するのが困難という問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱効率が高く安定した品質のサーマルヘッドを製造することができるサーマルヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、基板の一面に空洞部用凹部と該空洞部用凹部より深さが深いマーク用凹部を形成する凹部形成工程と、該凹部形成工程により前記空洞部用凹部および前記マーク用凹部が形成された前記基板の前記一面に支持板を接合する接合工程と、該接合工程により前記支持板が接合された前記基板を、前記一面に対して反対側の裏面側から前記マーク用凹部が貫通するまで薄板化する薄板化工程と、該薄板化工程により薄板化された前記基板の前記裏面に前記空洞部用凹部に対向して発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成工程とを備えるサーマルヘッドの製造方法を提供する。
本発明によれば、接合工程において、凹部形成工程により形成された基板の空洞部用凹部が支持板によって覆われることで、基板と支持板との間に空洞部が形成される。この空洞部は中空断熱層として機能し、発熱抵抗体の発熱部で発生した熱が蓄熱層としての基板(以下、サーマルヘッドに組み込まれた基板を「蓄熱層」という。)を介して支持板へ伝わるのを抑制するので、エネルギー効率の高いサーマルヘッドを製造することができる。また、空洞部用凹部の深さにより空洞部の厚さが決定されるので、中空断熱層の厚さを容易に制御することができる。
この場合に、発熱抵抗体を支える蓄熱層の空洞部上の薄板部分(以下、「薄板部」という。)の厚さが、空洞部用凹部の深さとマーク用凹部の深さとの差によって決定されるので、凹部形成工程において、空洞部用凹部とマーク用凹部をそれぞれ所望の深さにするだけで、薄板部の厚さを正確に制御することができる。また、薄板化する前の基板に各凹部を形成し、支持板により基板を補強した状態で薄板化することで、製造過程中に空洞部が壊れるのを抑制することができる。これにより、発熱効率が高く安定した品質のサーマルヘッドを製造することができる。
上記発明においては、前記凹部形成工程において、前記空洞部用凹部の深さとマーク用凹部の深さとの差が前記発熱抵抗体が支えられる前記基板の厚さとなるように前記空洞部用凹部およびマーク用凹部を形成することとしてもよい。
このように構成することで、薄板化工程において、マーク用凹部が貫通するまで基板を薄板化するだけで、発熱抵抗体を支える基板、すなわち、蓄熱層の薄板部を所望の厚さに制御することができる。
また、上記発明においては、前記基板の前記一面の前記空洞部用凹部を形成する領域にエッチング速度を低減するバリア層を成膜するバリア層成膜工程を備え、前記凹部形成工程が、前記基板の前記一面の前記空洞部用凹部を形成する領域と前記マーク用凹部を形成する領域にエッチング加工を行うこととしてもよい。
バリア層により空洞部用凹部のエッチング速度とマーク用凹部のエッチング速度とに差を設けることで、凹部形成工程において、深さの異なる空洞部用凹部とマーク用凹部とを1度のエッチング加工により形成することができる。
また、上記発明においては、前記凹部形成工程が、前記基板の前記一面の前記空洞部用凹部が形成される領域と前記マーク用凹部が形成される領域に熱プレス加工を行うこととしてもよい。
熱プレス加工により、所望の深さの空洞部用凹部およびマーク用凹部を簡易に形成することができる。
本発明によれば、発熱効率が高く安定した品質のサーマルヘッドを製造することができるという効果を奏する。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係るサーマルヘッド1の製造方法Aについて、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法Aは、例えば、図1に示すようなサーマルプリンタ10に用いられるサーマルヘッド1を製造するものである。
サーマルプリンタ10は、本体フレーム11と、水平配置されるプラテンローラ13と、プラテンローラ13の外周面に対向配置されるサーマルヘッド1と、サーマルヘッド1を支持している放熱板15と(図2参照)、プラテンローラ13とサーマルヘッド1との間に感熱紙12等の印刷対象物を送り出す紙送り機構17と、サーマルヘッド1を感熱紙12に対して所定の押圧力で押し付ける加圧機構19とを備えている。
プラテンローラ13は、加圧機構19の作動により、サーマルヘッド1および感熱紙12が押し付けられるようになっている。これにより、プラテンローラ13の荷重が感熱紙12を介してサーマルヘッド1に加えられるようになっている。
放熱板15は、例えば、アルミ等の金属、樹脂、セラミックスまたはガラス等からなる板状部材であり、サーマルヘッド1の固定および放熱を目的とするものである。
サーマルヘッド1は、図2に示すように板状をなしており、図3(図2のA−A矢視断面図)に示すように、放熱板15に固定されている矩形状の支持基板(支持板)3と、支持基板3の表面に接合された蓄熱層5と、蓄熱層5上に設けられた複数の発熱抵抗体7と、発熱抵抗体7に接続された電極部8A,8Bと、発熱抵抗体7および電極部8A,8Bを覆い磨耗や腐食から保護する保護膜9とを有している。なお、図2において、矢印Kは、紙送り機構17による感熱紙12の送り方向を示している。
支持基板3は、強度が高いものが好ましく、例えば、300μm〜1mm程度の厚さを有するガラス、金属またはセラミックス等の絶縁性の基板である。
蓄熱層5は、厚さ10〜50μm程度の薄板状のガラスによって構成されている。蓄熱層5の支持基板3側の表面には、長手方向に延びる矩形状の空洞部用凹部2が形成されている。蓄熱層5と支持基板3とは、接着剤または陽極接合等の直接接合によって接合されている。
支持基板3と蓄熱層5との間には、蓄熱層5の空洞部用凹部2が支持基板3によって覆われることにより空洞部(以下、空洞部を「中空断熱層」という。)4が形成されている。空洞部用凹部2の底部分、すなわち、蓄熱層5の中空断熱層4上に位置する薄板部分(以下「薄板部5A」という。)は、約10μmの厚さを有している。
中空断熱層4は、発熱抵抗体7で発生した熱が蓄熱層5の薄板部5Aから支持基板3への熱の流入を抑制する断熱層として機能するものであり、全ての発熱抵抗体7に対向する連通構造を有している。空洞部を断熱層として機能させることで、発熱抵抗体7の下方の蓄熱層5に伝導される熱量より発熱抵抗体7の上方へと伝導されて印字等に利用される熱量が大きくなり、発熱効率の向上を図ることができる。
発熱抵抗体7は、蓄熱層5の上端面において、それぞれ空洞部用凹部2を幅方向に跨ぐように設けられ、空洞部用凹部2の長手方向に所定の間隔をあけて配列されている。すなわち、各発熱抵抗体7は、蓄熱層5の薄板部5Aを介して中空断熱層4に対向して設けられ、中空断熱層4上に位置するように配置されている。
電極部8A,8Bは、発熱抵抗体7を発熱させるためのものであり、各発熱抵抗体7の配列方向に直交する方向の一端に接続される共通電極8Aと、各発熱抵抗体7の他端に接続される個別電極8Bとから構成されている。共通電極8Aは、全ての発熱抵抗体7に一体的に接続され、個別電極8Bは個々の発熱抵抗体7にそれぞれ接続されている。
個別電極8Bに選択的に電圧を印加すると、選択された個別電極8Bとこれに対向する共通電極8Aとが接続されている発熱抵抗体7に電流が流れて発熱抵抗体7が発熱するようになっている。この状態で、加圧機構19の作動により、発熱抵抗体7の発熱部分を覆う保護膜9の表面部分(印字部分)に感熱紙12を押し付けることで、感熱紙12が発色して印字されるようになっている。
なお、各発熱抵抗体7のうち実際に発熱する部分(以下、発熱部分を「発熱部7A」という。)は、発熱抵抗体7に電極部8A,8Bが重なっていない部分、すなわち、発熱抵抗体7のうち共通電極8Aの接続面と個別電極8Bの接続面との間の領域であって、中空断熱層4のほぼ真上に位置する部分である。
以下、このように構成されたサーマルヘッド1の製造方法A(以下、単に「製造方法A」とする。)について説明する。
本実施形態に係る製造方法Aは、図4(a),(b)に示すように、大型で矩形状の薄板ガラス(基板)50と支持基板3とを張り合わせて多数のサーマルヘッド1を形成する。図4(a)において、薄板ガラス50の長手方向を矢印Y、幅方向を矢印Xとする。
この製造方法Aは、蓄熱層5となる薄板ガラス50の空洞部用凹部2を形成する領域にバリア層21(図6参照)を成膜するバリア層成膜工程と、空洞部用の凹部2とマーク用の凹部6(図7参照)を形成する凹部形成工程と、空洞部用凹部2およびマーク用凹部6が形成された薄板ガラス50の一面50Aに支持基板3を接合する接合工程と、支持基板3が接合された薄板ガラス50を薄板化する薄板化工程と、薄板化された薄板ガラス50の裏面50Bに発熱抵抗体7を形成する発熱抵抗体形成工程とを備えている。以下、図5のフローチャートを参照して、各工程について具体的に説明する。
まず、図6に示すように、厚さが約200〜500μmの大型の薄板ガラス50の一面50Aに、ガラスがエッチングされる速度よりもエッチング速度が遅いバリア層21を成膜する。そして、空洞部用凹部2を形成する領域にのみバリア層21が残るようにパターニングを行う(ステップA1、バリア層成膜工程)。
バリア層21としては、例えば、フッ酸系のウェットエッチングに対する耐性がガラスより大きいアルミやタンタル等が用いられる。また、空洞部用凹部2は、例えば、薄板ガラス50の長手方向Yに延びる溝を長手方向Yに直列に3列、幅方向Xに並列に8列並ぶように形成するものとする。また、マーク用凹部6は、ほぼ四角柱状の溝を薄板ガラス50の4隅にそれぞれ形成するものとする。
続いて、フォトリソグラフィー技術により、空洞部用凹部2を形成する領域(バリア層21を残した領域)およびマーク用凹部6を形成する領域以外にフォトレジスト23を形成する。
蓄熱層5の薄板部5Aの厚さを約10μmにする場合、例えば、バリア層21の厚さは約1μmとする。また、薄板ガラス50のエッチング速度を毎分1μmとし、バリア層21のエッチング速度を毎分0.1μmとする。この条件で薄板ガラス50の一面50Aを一様にエッチングする(凹部形成工程)。
エッチングを10分間行うと、図7に示すように、バリア層21が全て溶解するとともに、深さ約10μmのマーク用凹部6が形成される(ステップA2)。この状態から薄板ガラス50の一面50Aをさらに一様にエッチングしていくことで、所定の深さの空洞部用凹部2と、空洞部用凹部2より深さが約10μm深いマーク用凹部6とが形成される。
凹部形成工程においては、図8に示すように、空洞部用凹部2が所望の深さとなるまでエッチングを継続する(ステップA3)。バリア層21により、空洞部用凹部2のエッチング速度とマーク用凹部6のエッチング速度とに差を設けることで、凹部形成工程において、深さの異なる空洞部用凹部2とマーク用凹部6とを1度のエッチング加工により形成することができる。
凹部形成工程により薄板ガラス50に空洞部用凹部2およびマーク用凹部6を形成したら、図9に示すように、薄板ガラス50の一面50Aからフォトレジスト23を全て剥離し、マーク用凹部6の底面にエッチング終了検出用のマーク層25を形成する(ステップA4)。マーク層25の形成は、例えば、マスク蒸着、マスクスパッタ、または、スクリーン印刷等のプロセスにより行う。マーク層25は、不透明なマークとし、肉眼で確認できる程度の大きさに成膜することが好ましい。
続いて、図10に示すように、凹部形成工程により空洞部用凹部2およびマーク用凹部6が形成された薄板ガラス50の一面50Aに支持基板3を接合する(ステップA5、接合工程)。薄板ガラス50と支持基板3とは接着剤により接着する。なお、接着剤を用いずに、陽極接合等の直接接合により接合することとしてもよい。
薄板ガラス50の一面50Aが支持基板3によって覆われることで、すなわち、空洞部用凹部2の開口部が支持基板3によって覆われることで、薄板ガラス50と支持基板3との間に空洞部(中空断熱層)4が形成される。空洞部用凹部2の深さにより空洞部の厚さが決定されるので、中空断熱層4の厚さを容易に制御することができる。
次に、図11に示すように、接合工程により支持基板3が接合された薄板ガラス50を、一面50Aに対して反対側の裏面50B側からマーク用凹部6が貫通するまで一様に薄板化する(ステップA6、薄板化工程)。薄板ガラス50の薄板化は、凹部形成工程と同様のエッチングにより行う。
この場合に、空洞部用凹部2の深さとマーク用凹部6の深さとの差を10μmとしているので、マーク用凹部6が貫通してマーク層25が形成された部分のガラスがすべて溶解した時点で、蓄熱層5としての薄板ガラス50の中空断熱層4上に厚さが約10μmの薄板部5Aが形成される。この時点でマークが消滅するので、薄板ガラス50のエッチングを終了する。
薄板ガラスとして100μm以下の厚さのものは、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、当初から薄い薄板ガラスを直接支持基板3に接合する代わりに、製造やハンドリングが容易な厚さの薄板ガラス50を支持基板3に接合し、その後、薄板部5Aが所望の厚さとなるようにエッチングによって加工することで、支持基板3の一面に容易かつ安価にごく薄い蓄熱層5を形成することができる。
次に、蓄熱層5上に発熱抵抗体7、共通電極8A、個別電極8B、および、保護膜9を順次形成する(ステップA7、発熱抵抗体形成工程等)。これら発熱抵抗体7、共通電極8A、個別電極8B、および、保護膜9は、従来のサーマルヘッドにおける公知の製造方法を用いて作製することができる。
具体的には、発熱抵抗体形成工程においては、スパッタリングやCVD(化学気相成長法)、または、蒸着等の薄膜形成法を用いて蓄熱層5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する。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7が形成される。
続いて、発熱抵抗体形成工程と同様に、蓄熱層5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する。そして、この膜をリフトオフ法や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したりするなどして、所望の形状の共通電極8Aおよび個別電極8Bを形成する。なお、発熱抵抗体7、共通電極8A、および、個別電極8Bを形成する順序は任意である。
発熱抵抗体7および電極部8A,8Bにおけるリフトオフもしくはエッチングのためのレジスト材のパターニングでは、フォトマスクを用いて、フォトレジスト材をパターンニングする。
発熱抵抗体7、共通電極8Aおよび個別電極8Bを形成した後、蓄熱層5上にSiO、Ta、SiAlON、Si、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9を形成する。そして、大型の薄板ガラス50および支持基板3を切断することにより、個別のサーマルヘッド1が完成する。
以上説明したように、本実施形態に係るサーマルヘッド1の製造方法Aによれば、蓄熱層5と支持基板3との間に中空断熱層4が形成される。この中空断熱層4により、発熱抵抗体7の発熱部7Aで発生した熱が蓄熱層5を介して支持基板3へ伝わるのが抑制されるので、エネルギー効率の高いサーマルヘッド1を製造することができる。
また、発熱抵抗体7を支える中空断熱層4上の薄板部5Aの厚さが、空洞部用凹部2の深さとマーク用凹部6の深さとの差によって決定されるので、凹部形成工程において、空洞部用凹部2とマーク用凹部6をそれぞれ所望の深さにするだけで、薄板部5Aの厚さを正確に制御することができる。また、薄板化する前の薄板ガラス50に空洞部用凹部2およびマーク用凹部6を形成し、支持基板3により薄板ガラス50を補強した状態で薄板化することで、製造過程中に空洞部が壊れるのを抑制することができる。これにより、発熱効率が高く安定した品質のサーマルヘッド1を製造することができる。
〔第2の実施形態〕
以下、本発明の第2の実施形態に係るサーマルヘッド1の製造方法B(以下、単に「製造方法B」とする。)について、図12のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態に係る製造方法Bは、凹部形成工程において、バリア層21を用いたエッチング加工に代えて熱プレス加工により空洞部用凹部2およびマーク用凹部6を形成する点で第1の実施形態と異なる。
以下、本実施形態の説明において、第1の実施形態に係るサーマルヘッド1の製造方法Aと構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
凹部形成工程においては、図13に示すように、薄板ガラス50の一面50Aの空洞部用凹部2が形成される領域とマーク用凹部6が形成される領域に熱プレス加工を行う(ステップB1、凹部形成工程)。空洞部用凹部2およびマーク用凹部6は、マーク用凹部6が空洞部用凹部2の深さに蓄熱層5の薄板部5Aの厚さを加えた深さとなるように形成する。
例えば、空洞部用凹部2の深さが100μmで薄板部5Aの厚さを約10μmにする場合、マーク用凹部6の深さを110μmとすればよい。以下、接合工程、薄板化工程、および、発熱抵抗体形成工程等のステップB2〜B5については、第1の実施形態のステップA4〜A7と同様である(図14〜図16参照)。
このように、本実施形態に係る製造方法Bによれば、熱プレス加工により、所望の深さの空洞部用凹部2およびマーク用凹部6Aを簡易に形成することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
本発明の第1の実施形態に係るサーマルプリンタの概略構成図である。 図1のサーマルヘッドを保護膜側から見た平面図である。 図2のサーマルヘッドのA−A断面図である。 (a)は大型の薄板ガラスと支持基板とを接合させた状態を薄板ガラス側から見た平面図であり、(b)は(a)のB−B矢指断面図である。 本発明の第1の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法のフローチャート図である。 大型の薄板ガラスにバリア層を成膜した状態を示す縦断面図である。 図6の薄板ガラスにエッチングを10分間行った状態を示す縦断面図である。 図7の薄板ガラスに空洞部用凹部およびマーク用凹部を形成した状態を示す縦断面図である。 図8の薄板ガラスのマーク用凹部にマーク層を形成した状態を示す縦断面図である。 図9の薄板ガラスの一面に支持基板を接合した状態を示す縦断面図である。 図10の薄板ガラスを薄板化した状態を示す縦断面図である。 本発明の第2の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法のフローチャート図である。 薄板ガラスに空洞部用凹部およびマーク用凹部を形成した状態を示す縦断面図である。 図13の薄板ガラスのマーク用凹部にマーク層を形成した状態を示す縦断面図である。 図14の薄板ガラスの一面に支持基板を接合した状態を示す縦断面図である。 図15の薄板ガラスを薄板化した状態を示す縦断面図である。
符号の説明
1 サーマルヘッド
2 空洞部用凹部
3 支持基板(支持板)
6 マーク用凹部
7 発熱抵抗体
21 バリア層
50 薄板ガラス(基板)
50A 薄板ガラスの一面
50B 薄板ガラスの裏面

Claims (4)

  1. 基板の一面に空洞部用凹部と該空洞部用凹部より深さが深いマーク用凹部を形成する凹部形成工程と、
    該凹部形成工程により前記空洞部用凹部および前記マーク用凹部が形成された前記基板の前記一面に支持板を接合する接合工程と、
    該接合工程により前記支持板が接合された前記基板を、前記一面に対して反対側の裏面側から前記マーク用凹部が貫通するまで薄板化する薄板化工程と、
    該薄板化工程により薄板化された前記基板の前記裏面に前記空洞部用凹部に対向して発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成工程と
    を備えるサーマルヘッドの製造方法。
  2. 前記凹部形成工程において、前記空洞部用凹部の深さとマーク用凹部の深さとの差が前記発熱抵抗体が支えられる前記基板の厚さとなるように前記空洞部用凹部およびマーク用凹部を形成する請求項1に記載のサーマルヘッドの製造方法。
  3. 前記基板の前記一面の前記空洞部用凹部を形成する領域にエッチング速度を低減するバリア層を成膜するバリア層成膜工程を備え、
    前記凹部形成工程が、前記基板の前記一面の前記空洞部用凹部を形成する領域と前記マーク用凹部を形成する領域にエッチング加工を行う請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッドの製造方法。
  4. 前記凹部形成工程が、前記基板の前記一面の前記空洞部用凹部が形成される領域と前記マーク用凹部が形成される領域に熱プレス加工を行う請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッドの製造方法。
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