JP2019147302A - サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】基板の厚み方向に沿って熱伝導しにくくなり、熱効率を向上できるサーマルヘッドおよびそれを用いたサーマルプリンタを提供する。【解決手段】サーマルヘッドＸ１は、基板７と、発熱部９と、電極１９と、保護層２５と、を備える。発熱部９は、基板７上に位置する。電極１９は、基板７上に位置し、発熱部９と繋がっている。保護層２５は、基板７上に位置し、少なくとも発熱部９を被覆する。断面視して、保護層２５は、基板７の厚み方向に延びる第１間隙１６と、第１間隙１６の発熱部９側と連通し、第１間隙１６に交差する方向に延びる第２間隙１８と、を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、サーマルヘッドおよびサーマルプリンタに関する。

従来、ファクシミリあるいはビデオプリンタ等の印画デバイスとして、種々のサーマルヘッドが提案されている。例えば、基板と、基板上に位置する発熱部と、基板上に位置し、発熱部と繋がっている電極と、基板上に位置し、少なくとも発熱部を被覆する保護層と、を備えるものが知られている。また、保護層は、基板の厚み方向に延びる第１間隙を有している（特許文献１参照）。

国際公開番号 ＷＯ２０１７／０１８４１５

本開示のサーマルヘッドは、基板と、発熱部と、電極と、保護層と、を備える。発熱部は、基板上に位置する。電極は、基板上に位置し、発熱部と繋がっている。保護層は、基板上に位置し、少なくとも発熱部を被覆する。また、断面視して、保護層は、基板の厚み方向に延びる第１間隙と、第１間隙の発熱部側と連通し、第１間隙に交差する方向に延びる第２間隙と、を有する。

本開示のサーマルプリンタは、上記に記載のサーマルヘッドと、搬送機構と、プラテンローラと、を備える。搬送機構は、発熱部上を通過するように記録媒体を搬送する。プラテンローラは、記録媒体を押圧する。

図１は、第１の実施形態に係るサーマルヘッドの概略を示す分解斜視図である。 図２は、図１に示すサーマルヘッドの概略を示す平面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１に示すサーマルヘッドの保護層を拡大して示す断面図である。 図５は、第１間隙を拡大して示す断面図である。 図６は、第１の実施形態に係るサーマルプリンタを示す概略図である。 図７は、第２の実施形態に係るサーマルヘッドの保護層を拡大して示す断面図である。 図８は、第３の実施形態に係るサーマルヘッドの保護層を拡大して示す断面図である。 図９は、第４の実施形態に係るサーマルヘッドの保護層を拡大して示す断面図である。

従来のサーマルヘッドでは、発熱部により生じた熱が保護膜を熱伝導し、電極から放熱されることを抑えるために、第１間隙を設けていた。しかしながら、発熱部により生じた熱は、第１間隙に到達した後、第１間隙に沿って基板の厚み方向に保護層を熱伝導し、未だ放熱される可能性がある。

本開示のサーマルヘッドは、第１間隙に到達した熱が、第２間隙の存在により、第１間
隙を基板の厚み方向に沿って熱伝導しにくくなり、サーマルヘッドの熱効率を向上できる。以下、本開示のサーマルヘッドおよびそれを用いたサーマルプリンタについて、詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
以下、サーマルヘッドＸ１について図１〜５を参照して説明する。図１は、サーマルヘッドＸ１の構成を概略的に示している。図２は、保護層２５、被覆層２７、および封止部材１２を一点鎖線にて示しており、被覆部材２９を破線にて示している。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、サーマルヘッドＸ１の保護層２５の近傍を拡大して示している。図５は、第１間隙１６の近傍を拡大して示している。

サーマルヘッドＸ１は、ヘッド基体３と、コネクタ３１と、封止部材１２と、放熱板１と、接着部材１４とを備えている。なお、コネクタ３１、封止部材１２、放熱板１、および接着部材１４は、必ずしも備えていなくてもよい。

放熱板１は、ヘッド基体３の余剰の熱を放熱する。ヘッド基体３は、接着部材１４を介して放熱板１上に載置されている。ヘッド基体３は、外部から電圧が印加されることにより、記録媒体Ｐ（図５参照）に印画を行う。接着部材１４は、ヘッド基体３と放熱板１とを接着している。コネクタ３１は、ヘッド基体３を外部に電気的に接続する。コネクタ３１は、コネクタピン８とハウジング１０とを有している。封止部材１２は、コネクタ３１とヘッド基体３とを接合している。

放熱板１は、直方体形状である。放熱板１は、例えば、銅、鉄またはアルミニウム等の金属材料で形成されており、ヘッド基体３の発熱部９で発生した熱のうち、印画に寄与しない熱を放熱する機能を有している。

ヘッド基体３は、平面視して、長方形状であり、基板７上にサーマルヘッドＸ１を構成する各部材が配置されている。ヘッド基体３は、外部より供給された電気信号に従い、記録媒体Ｐに印字を行う機能を有する。

図１〜３を用いて、ヘッド基体３を構成する各部材、封止部材１２、接着部材１４およびコネクタ３１について説明する。

ヘッド基体３は、基板７と、蓄熱層１３と、電気抵抗層１５と、共通電極１７と、個別電極１９と、第１接続電極２１と、接続端子２と、導電部材２３と、駆動ＩＣ１１と、被覆部材２９と、保護層２５と、被覆層２７とを有している。なお、これらの部材は、必ずしもすべて備えていなくてもよい。また、ヘッド基体３は、これら以外の部材を備えていてもよい。

基板７は、放熱板１上に配置されており、平面視して、矩形状である。基板７は、第１面７ｆと、第２面７ｇと、側面７ｅとを有している。第１面７ｆは、第１長辺７ａと、第２長辺７ｂと、第１短辺７ｃと、第２短辺７ｄとを有している。第１面７ｆ上にヘッド基体３を構成する各部材が配置されている。第２面７ｇは、第１面７ｆと反対側に位置している。第２面７ｇは、放熱板１側に位置しており、接着部材１４を介して放熱板１に接合されている。側面７ｅは、第１面７ｆと第２面７ｇとを接続しており、第２長辺７ｂ側に位置している。

基板７は、例えば、アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料あるいは単結晶シリコン等の半導体材料等によって形成されている。

蓄熱層１３は、基板７の第１面７ｆ上に位置している。蓄熱層１３は、下地部１３ａと、隆起部１３ｂとを有している。下地部１３ａは、基板７の第１面７ｆの全面にわたって形成されている。隆起部１３ｂは、下地部１３ａから基板７の厚み方向に隆起している。言い換えると、隆起部１３ｂは、基板７の第１面７ｆから遠ざかる方向に突出している。

隆起部１３ｂは、基板７の第１長辺７ａに隣り合うように配置され、主走査方向に沿って延びている。蓄熱層１３の断面が略半楕円形状であることにより、発熱部９上に形成された保護層２５が、印画する記録媒体Ｐに良好に接触する。下地部１３ａおよび隆起部１３ｂを含めた蓄熱層１３の基板７の第１面７ｆからの高さは３０〜６０μｍとすることができる。

蓄熱層１３は、熱伝導性の低いガラスで形成されており、発熱部９で発生する熱の一部を一時的に蓄積する。そのため、発熱部９の温度を上昇させるのに要する時間を短くすることができ、サーマルヘッドＸ１の熱応答特性を高めることができる。

蓄熱層１３は、例えば、ガラス粉末に適当な有機溶剤を混合して得た所定のガラスペーストをスクリーン印刷等によって基板７の第１面７ｆに塗布し、これを焼成することで形成される。

電気抵抗層１５は、蓄熱層１３の上面に位置しており、電気抵抗層１５上には、共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６が形成されている。共通電極１７と個別電極１９との間には、電気抵抗層１５が露出した露出領域が形成されている。電気抵抗層１５の露出領域は、図２に示すように、蓄熱層１３の隆起部１３ｂ上に列状に配置されており、各露出領域が発熱部９を構成している。

なお、電気抵抗層１５は、各種電極と蓄熱層１３との間に必ずしも位置する必要はなく、共通電極１７と個別電極１９とを電気的に接続するように、例えば、共通電極１７と個別電極１９との間のみに位置していてもよい。

複数の発熱部９は、説明の便宜上、図２では簡略化して記載しているが、例えば、１００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ（dot per inch）等の密度で配置される。電気抵抗層１５は、例えば、ＴａＮ系、ＴａＳｉＯ系、ＴａＳｉＮＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＳｉＣＯ系またはＮｂＳｉＯ系等の電気抵抗の比較的高い材料によって形成されている。そのため、発熱部９に電圧が印加されたときに、ジュール発熱によって発熱部９が発熱する。

共通電極１７は、主配線部１７ａ，１７ｄと、副配線部１７ｂと、リード部１７ｃとを備えている。共通電極１７は、複数の発熱部９と、コネクタ３１とを電気的に接続している。主配線部１７ａは、基板７の第１長辺７ａに沿って延びている。副配線部１７ｂは、基板７の第１短辺７ｃおよび第２短辺７ｄのそれぞれに沿って延びている。リード部１７ｃは、主配線部１７ａから各発熱部９に向かって個別に延びている。主配線部１７ｄは、基板７の第２長辺７ｂに沿って延びている。

複数の個別電極１９は、発熱部９と駆動ＩＣ１１との間を電気的に接続している。また、複数の発熱部９は、複数の群に分かれており、各群の発熱部９と各群に対応して配置された駆動ＩＣ１１とが、個別電極１９によって電気的に接続されている。

複数の第１接続電極２１は、駆動ＩＣ１１とコネクタ３１との間を電気的に接続している。各駆動ＩＣ１１に接続された複数の第１接続電極２１は、異なる機能を有する複数の配線で構成されている。

複数の第２接続電極２６は、隣り合う駆動ＩＣ１１を電気的に接続している。複数の第２接続電極２６は、異なる機能を有する複数の配線で構成されている。

これらの共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１、および第２接続電極２６は、導電性を有する材料で形成されており、例えば、アルミニウム、金、銀および銅のうちのいずれか一種の金属またはこれらの合金によって形成されている。

複数の接続端子２は、共通電極１７および第１接続電極２１をＦＰＣ５に接続するために、第１面７ｆの第２長辺７ｂ側に配置されている。接続端子２は、後述するコネクタ３１のコネクタピン８に対応して配置されている。

各接続端子２上には、導電部材２３が設けられている。導電部材２３としては、例えば、はんだ、あるいはＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等を例示することができる。なお、導電部材２３と接続端子２との間にＮｉ、Ａｕ、あるいはＰｄによるめっき層を配置してもよい。

上記のヘッド基体３を構成する各種電極は、各々を構成するＡｌ、Ａｕ、あるいはＮｉ等の金属の材料層を蓄熱層１３上に、スパッタリング法等の薄膜成形技術によって順次積層した後、積層体をフォトエッチング等を用いて所定のパターンに加工することにより形成することができる。なお、ヘッド基体３を構成する各種電極は、同じ工程によって同時に形成することができる。

駆動ＩＣ１１は、図２に示すように、複数の発熱部９の各群に対応して配置されている。また、駆動ＩＣ１１は、個別電極１９と第１接続電極２１とに接続されている。駆動ＩＣ１１は、各発熱部９の通電状態を制御する機能を有している。駆動ＩＣ１１としては、内部に複数のスイッチング素子を有するスイッチングＩＣを用いることができる。

保護層２５は、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９の一部を被覆している。保護層２５は、被覆した領域を、大気中に含まれている水分等の付着による腐食、あるいは印画する記録媒体Ｐとの接触による摩耗から保護する。

被覆層２７は、共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６を部分的に被覆するように基板７上に配置されている。被覆層２７は、被覆した領域を、大気との接触による酸化、あるいは大気中に含まれている水分等の付着による腐食から保護するためのものである。被覆層２７は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、あるいはシリコーン系樹脂等の樹脂材料により形成することができる。

駆動ＩＣ１１は、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６に接続された状態で、エポキシ樹脂、あるいはシリコーン樹脂等の樹脂からなる被覆部材２９によって封止されている。被覆部材２９は、主走査方向に延びるように配置されており、複数の駆動ＩＣ１１を一体的に封止している。

コネクタ３１は、複数のコネクタピン８と、複数のコネクタピン８を収納するハウジング１０とを有している。複数のコネクタピン８は、第１端と第２端とを有している。第１端がハウジング１０の外部に露出しており、第２端がハウジング１０の内部に収容され、外部に引き出されている。コネクタピン８の第１端は、ヘッド基体３の接続端子２に電気的に接続されている。それにより、コネクタ３１は、ヘッド基体３の各種電極と電気的に接続されている。

封止部材１２は、第１封止部材１２ａと第２封止部材１２ｂとを有している。第１封止
部材１２ａは、基板７の第１面７ｆ上に位置している。第１封止部材１２ａは、コネクタピン８と各種電極とを封止している。第２封止部材１２ｂは、基板７の第２面７ｇ上に位置している。第２封止部材１２ｂは、コネクタピン８と基板７との接触部を封止するように配置されている。

封止部材１２は、接続端子２、およびコネクタピン８の第１端が外部に露出しないように配置されており、例えば、エポキシ系の熱硬化性の樹脂、紫外線硬化性の樹脂、あるいは可視光硬化性の樹脂により形成することができる。なお、第１封止部材１２ａと第２封止部材１２ｂとが同じ材料により形成されていてもよい。また、第１封止部材１２ａと第２封止部材１２ｂとが別の材料により形成されていてもよい。

接着部材１４は、放熱板１上に配置されており、ヘッド基体３の第２面７ｇと放熱板１とを接合している。接着部材１４としては、両面テープ、あるいは樹脂性の接着剤を例示することができる。

図４，５を用いて、保護層２５について詳細に説明する。

保護層２５は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＡｌＯＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＯＮ等により形成することができる。保護層２５として、ＴｉＮを用いた場合、例えば、Ｔｉを４０〜６０原子％、Ｎを４０〜６０原子％含有するように設定できる。

保護層２５の厚みは、５〜３０μｍと設定することができる。保護層２５の厚みを５μｍ以上とすることにより、サーマルヘッドＸ１の走行距離を向上できる。また、保護層２５の厚みを３０μｍ以下とすることにより、発熱部９の熱を記録媒体Ｐに伝達しやすくなり、サーマルヘッドＸ１の熱効率を向上できる。

保護層２５は、第１間隙１６と、第２間隙１８とを有している。第１間隙１６は、断面視して、基板７の厚み方向に延びている。より詳細には、第１間隙１６は、下地部１３ａと隆起部１３ｂとにより形成された段差２２から上方に向けて延びている。

第１間隙１６は、例えば、幅Ｗ１が０．１〜１μｍ、基板７の厚み方向における長さＬ１が１〜１５μｍとすることができる。第１間隙１６は、切断面から奥に向かって面状に広がっている。なお、第１間隙１６が面状に広がっていなくてもよい。

第１間隙１６は、保護層２５の表面と離間して設けられており、それゆえ、第１間隙１６は外部とは連通せずに、保護層２５の内部に閉じた構成となっている。それにより、第１間隙１６は、保護層２５に比べて熱伝導率が低い構成となっており、保護層２５の内部で断熱部として機能している。

そのため、発熱部９により生じた熱の一部が、第１間隙１６により断熱されることとなり、保護層２５を介して放熱され難くなる。それにより、発熱部９により生じた熱の一部が、個別電極１９により放熱され難くなり、熱効率の向上したサーマルヘッドＸ１とすることができる。

特に、第１間隙１６が、下地部１３ａと隆起部１３ｂとにより形成された段差２２から、基板７の厚み方向に延びていることから、隆起部１３ｂに蓄積された熱も、副操作方向に伝熱しにくくなり、さらにサーマルヘッドＸ１の熱効率を向上させることができる。

第２間隙１８は、断面視して、第１間隙１６の発熱部９側の部位と連通している。第２
間隙１８は、断面視して、第１間隙１６から基板７の表面に沿った方向に延びている。そのため、断面視して、第２間隙１８は、第１間隙１６に対して交差する方向に延びている。

第２間隙１８は、例えば、幅Ｗ２が０．１〜２．０μｍ、基板７の厚み方向における長さＬ２が０．１〜０．５μｍとすることができる。第２間隙１８は、切断面から奥に向かって面状に広がっている。なお、第２間隙１８が面状に広がっていなくてもよい。

第２間隙１８は、保護層２５の表面と離間して設けられており、それゆえ、第２間隙１８は外部とは連通せずに、保護層２５の内部に閉じた構成となっている。それにより、第２間隙１８は、保護層２５に比べて熱伝導率が低い構成となっており、保護層２５の内部で断熱部として機能している。

ここで、発熱部９により生じた熱は、保護層２５の上方へ伝わるとともに、一部が保護層２５を介して、図４，５の左右方向である副走査方向に伝熱される。副走査方向へ伝熱した熱は、第１間隙１６によって断熱されるため、第１間隙１６に到達した後に、図５の矢印に示すように、副走査方向へ伝熱した熱の一部は、第１間隙１６に沿って伝熱することとなる。

これに対して、本実施形態に係るサーマルヘッドＸ１は、保護層２５が、第１間隙１６の発熱部９側に連通し、第１間隙１６に交差する方向に延びる第２間隙１８を有している。それにより、第２間隙１８が断熱部として機能することとなり、第１間隙１６に到達した熱の一部が、第２間隙１８によって断熱され、第１間隙１６に沿って伝熱しにくくなる。その結果、発熱部９からの熱が放熱しにくくなり、熱効率の向上したサーマルヘッドＸ１とすることができる。

また、発熱部９により生じた熱の一部が、第１間隙１６および第２間隙１８により断熱されることにより、発熱部９により生じた熱が副走査方向に放熱され難くなる。その結果、発熱部９により生じた熱は、基板７の厚み方向に伝熱することとなり、記録媒体Ｐに効率よく伝熱することができる。その結果、サーマルヘッドＸ１の熱効率を向上させることができる。

また、第１間隙１６および第２間隙１８が、保護層２５の内部に閉じた状態で存在していることから、第１間隙１６および第２間隙１８に外部から水分等が侵入し難くなり、第１間隙１６および第２間隙１８の断熱性を保つことができる。また、第１間隙１６および第２間隙１８に外部から水分等が侵入する可能性を低減することができることから、保護層２５の封止性を保つことができ、共通電極１７および個別電極１９に腐食が生じ難くなる。

また、断面視して、第１間隙１６が、保護層２５のうち下地部１３ａと隆起部１３ｂとにより形成された段差に位置する部位から、基板７の厚み方向に延びていてもよい。このような構成を有することにより、隆起部１３ｂに蓄熱された熱が、副走査方向に伝わりにくくなり、サーマルヘッドＸ１の熱効率を向上させることができる。

なお、基板７の厚み方向に延びる第１間隙１６および第１間隙１６の発熱部側と連通し、第１間隙１６に交差する方向に延びる第２間隙１８は、例えば、以下の方法で確認できる。

まず、サーマルヘッドＸ１を副走査方向に切断する。その切断面において、一方向に長い間隙のうち、その長さ方向と基板７の第１面７ｆとのなす角が４５°〜１３５°の範囲
にある間隙を、基板７の厚み方向に延びる第１間隙１６とする。そして、第１間隙１６の発熱部側で第１間隙１６と連通しており、第１間隙１６と異なる方向に長い間隙を第２間隙１８とする。特に、第１間隙１６の一方向と第２間隙１８の一方向との交差角度θが、８０°〜１２０°であると、第１間隙１６に到達した熱が、第１間隙１６に沿って伝熱し難くなる。なお、交差角度θとは、第１仮想線と第２仮想線との交差する角度であり、第１間隙１６の基板７側の端部から第２間隙１８に向けて傾きを正とする角度である。

また、第２間隙１８の幅Ｗ２は、第１間隙１６の幅Ｗ１よりも短い。それにより、第２間隙１８が、隆起部１３ｂ上に位置しにくくなる。その結果、隆起部１３ｂに蓄熱された熱は、基板７の厚み方向に伝熱しやすくなり、記録媒体に効率よく熱を伝えることができる。

なお、第２間隙１８が、第１間隙１６のうち、基板７の厚み方向における基板７と反対側に位置する部位にて連通した例を示したがこれに限定されるものではない。第２間隙１８が、第１間隙１６のうち、基板７の厚み方向における基板７側に位置する部位にて連通していてもよい。このような構成を有することにより、保護層２５から個別電極１９に伝熱し難くなり、サーマルヘッドＸ１の熱効率をさらに高めることができる。

保護層２５は、例えば、以下の方法により形成することができる。

各種電極がパターニングされた基板７に、保護層２５をスパッタリング法により形成する。まず、ノンバイアススパッタリング法により成膜速度を通常よりも速めて保護層２５を成膜する。その際、下地部１３ａと隆起部１３ｂとにより形成された段差２２および保護層２５の成膜速度により、個別電極１９の端部付近に、第１間隙１６を形成することができる。

続いて、第１間隙１６が形成された保護層２５に、イオンプレーティング法により保護層２５を製膜する。この際に、アーク電流あるいはバイアス電圧を付加することにより、第２間隙１８を形成することができる。

次に、バイアススパッタリング法により、ノンバイアススパッタリング法により成膜された保護層２５に、通常の成膜速度で保護層２５を積層する。バイアススパッタリング法により保護層２５を形成すると、第１間隙１６および第２間隙１８上に緻密な保護層２５を形成することができる。それにより、内部に閉じた第１間隙１６および第２間隙１８を形成することができる。

次に、サーマルヘッドＸ１を有するサーマルプリンタＺ１について、図６を参照しつつ説明する。

本実施形態のサーマルプリンタＺ１は、上述のサーマルヘッドＸ１と、搬送機構４０と、プラテンローラ５０と、電源装置６０と、制御装置７０とを備えている。サーマルヘッドＸ１は、サーマルプリンタＺ１の筐体（不図示）に配置された取付部材８０の取付面８０ａに取り付けられている。なお、サーマルヘッドＸ１は、搬送方向Ｓに直交する方向である主走査方向に沿うようにして、取付部材８０に取り付けられている。

搬送機構４０は、駆動部（不図示）と、搬送ローラ４３，４５，４７，４９とを有している。搬送機構４０は、感熱紙、インクが転写される受像紙等の記録媒体Ｐを図６の矢印Ｓ方向に搬送して、サーマルヘッドＸ１の複数の発熱部９上に位置する保護層２５上に搬送するためのものである。駆動部は、搬送ローラ４３，４５，４７，４９を駆動させる機能を有しており、例えば、モータを用いることができる。搬送ローラ４３，４５，４７，
４９は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂにより被覆して構成することができる。なお、記録媒体Ｐが、インクが転写される受像紙等の場合は、記録媒体ＰとサーマルヘッドＸ１の発熱部９との間に、記録媒体Ｐとともにインクフィルム（不図示）を搬送する。

プラテンローラ５０は、記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に位置する保護層２５上に押圧する機能を有する。プラテンローラ５０は、搬送方向Ｓに直交する方向に沿って延びるように配置され、記録媒体Ｐを発熱部９上に押圧した状態で回転可能となるように両端部が支持固定されている。プラテンローラ５０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体５０ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材５０ｂにより被覆して構成することができる。

電源装置６０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を発熱させるための電流および駆動ＩＣ１１を動作させるための電流を供給する機能を有している。制御装置７０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を選択的に発熱させるために、駆動ＩＣ１１の動作を制御する制御信号を駆動ＩＣ１１に供給する機能を有している。

サーマルプリンタＺ１は、プラテンローラ５０によって記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に押圧しつつ、搬送機構４０によって記録媒体Ｐを発熱部９上に搬送しながら、電源装置６０および制御装置７０によって発熱部９を選択的に発熱させることにより、記録媒体Ｐに所定の印画を行う。なお、記録媒体Ｐが受像紙等の場合は、記録媒体Ｐとともに搬送されるインクフィルム（不図示）のインクを記録媒体Ｐに熱転写することによって、記録媒体Ｐへの印画を行う。

＜第２の実施形態＞
以下、図７を用いて、第２の実施形態に係るサーマルヘッドＸ２について説明する。サーマルヘッドＸ２は、保護層２２５の構成がサーマルヘッドＸ１と異なっている。なお、サーマルヘッドＸ１と同一の部材については、同一の符号を付しており、説明を省略する。

保護層２２５は、第１間隙１６と、第２間隙２１８と、第３間隙２２０とを有している。第２間隙２１８は、複数設けられており、それぞれ発熱部９側にて第１間隙１６と連通している。複数の第２間隙２１８は、基板７の厚み方向にそれぞれ離間した状態で位置している。

第３間隙２２０は、複数設けられており、断面視して、それぞれ第１間隙１６の発熱部９と反対側に位置する部位と連通している。第３間隙２２０は、断面視して、第１間隙１６から基板７の表面に沿った方向に延びている。そのため、断面視して、第３間隙２２０は、第１間隙１６に対して交差している。

第３間隙２２０は、第２間隙２１８と同様に、例えば、幅が０．１〜２．０μｍ、基板７の厚み方向における長さが０．１〜０．５μｍとすることができる。また、第３間隙２２０は、第２間隙２１８と同様に、第１間隙１６に対して交差する方向に延びている。第３間隙２２０は、切断面から奥に向かって面状に広がっている。なお、第３間隙２２０が面状に広がっていなくてもよい。

第３間隙２２０は、保護層２２５の表面と離間して設けられており、それゆえ、第３間隙２２０は外部とは連通せずに、保護層２２５の内部に閉じた構成となっている。それにより、第３間隙２２０は、保護層２２５に比べて熱伝導率が低い構成となっており、保護
層２２５の内部で断熱部として機能している。

本実施形態に係るサーマルヘッドＸ２は、第２間隙２１８が複数設けられている。このような構成を有することにより、第１間隙１６の近傍に、複数の断熱部を有する構造となり、第１間隙１６に到達した熱が、第１間隙１６に沿ってさらに伝熱しにくくなる。その結果、熱効率の向上したサーマルヘッドＸ１とすることができる。

また、本実施形態においては、第１間隙１６の発熱部９と反対側にて連通し、第１間隙１６に交差する方向に延びる第３間隙２２０を有していてもよい。それにより、第１間隙１６に到達した熱が、第１間隙１６よりも発熱部９と反対側にまで回り込んだ場合においても、第３間隙２２０により、第１間隙１６に沿って伝熱し難くなり、第１間隙１６を回り込んだ熱が、個別電極１９に到達しにくくなる。その結果、サーマルヘッドＸ１の熱効率を向上することができる。

なお、第３間隙２２０は、第２間隙２１８と同様に、イオンプレーティング法により形成することができる。

＜第３の実施形態＞
図８を用いてサーマルヘッドＸ３について説明する。

保護層３２５は、第１層３２５ａと第２層３２５ｂとにより構成されており、第１間隙３１６と、第２間隙３１８と、第３間隙３２０と、を有している。

第１層３２５ａは、発熱部９近傍の共通電極１７（図１参照）、発熱部９近傍の個別電極１９、および発熱部９を覆うように設けられている。第１層３２５ａを構成する材料としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２、ＳｉＡｌＯＮ等を例示することができる。

第２層３２５ｂは、第１層３２５ａ上に設けられている。第２層３２５ｂは、第１層３２５ａよりも熱伝導が高い。第２層３２５ｂを構成する材料としては、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＯＮ等を例示することができる。第２層３２５ｂは、第１層３２５ａよりも熱伝導率が高い材料によって形成されている。

第１間隙３１６は、基板７の厚み方向に延びるように設けられており、第１層３２５ａを貫通し、第２層３２５ｂの途中まで設けられている。そのため、第１間隙３１６は、保護層３２５の内部に形成されており、断熱部として機能する。

第２間隙３１８は、第２層３２５ｂに位置しており、発熱部９側から第１間隙３１６と連通している。第３間隙３２０は、第２層３２５ｂに位置しており、発熱部９と反対側から第１間隙３１６と連通している。第２間隙３１８および第３間隙３２０は、第２層３２５ｂのみに設けられており、第１層３２５ａには設けられていない。

本実施形態のサーマルヘッドＸ３においては、保護層３２５が、第１層３２５ａと、第１層３２５ａ上に設けられ、第１層３２５ａよりも熱伝導率が高い第２層３２５ｂと、を有し、第１間隙３１６が第１層３２５ａから第２層３２５ｂにわたって設けられており、第２間隙３１８が、第２層３２５ｂに設けられている。

このような構成を有することにより、第１間隙３１６に到達した熱は、第１層３２５ａよりも第２層３２５ｂによって熱伝導されやすいこととなるが、第２層３２５ｂに第２間隙３１８が設けられていることから、第１間隙３１６に沿って熱伝導し難くなる。その結
果、サーマルヘッドＸ３の熱効率を向上させることができる。

また、本実施形態においては、第３間隙３２０が、第２層３２５ｂに設けられていてもよい。このような場合においては、熱伝導しやすい第２層３２５ｂにおいて、第１間隙３１６に沿って熱伝導し難くなる。その結果、サーマルヘッドＸ３の熱効率を向上させることができる。

なお、第１層３２５ａおよび第２層３２５ｂの熱伝導率は、例えば、以下の方法によって測定することができる。まず、第１層３２５ａおよび第２層３２５ｂの断面が露出するようにサーマルヘッドＸ１を切断する。次に、切断面をＥＰＭＡ（Electron Probe Micro
Analyzer）により分析し、第１層３２５ａおよび第２層３２５ｂに含まれる元素の分布
を確認する。

そして、含有された元素の分布から第１層３２５ａおよび第２層３２５ｂの組成を類推して、第１層３２５ａおよび第２層３２５ｂの物性値から熱伝導率を求めることができる。例えば、ＥＰＭＡ分析の結果、第１層３２５ａに、Ｓｉが４０％、Ｎが６０％検出され、第２層３２５ｂから、Ｔｉが５０％、Ｎが５０％検出された場合に、第１層３２５ａはＳｉＮ、第２層３２５ｂはＴｉＮと類推し、物性値から熱伝導率を求めればよい。

サーマルヘッドＸ３は、例えば、以下の方法により作成することができる。

各種電極がパターニングされた基板７に、第１層３２５ａをスパッタリング法により形成する。まず、ノンバイアススパッタリング法により成膜速度を通常よりも速めて保護層２５を成膜する。その際、下地部１３ａと隆起部１３ｂとにより形成された段差２２および成膜速度により、個別電極１９の端部付近に、第１間隙１６を形成することができる。

続いて、第１層３２５ａ上に第２層３２５ｂを製膜する。第２層３２５ｂは、イオンプレーティング法により製膜する。第１層３２５ａの第１間隙３１６上には第２層３２５ｂが形成されず、第２層３２５ｂ内に第１間隙３１６を形成することができる。そして、イオンプレーティングの際に、アーク電流あるいはバイアス電圧を付加することにより、第２間隙３１８および第３間隙３２０を形成することができる。

＜第４の実施形態＞
図９を用いて、サーマルヘッドＸ４について説明する。

基板４０７は、凹部４０７ａを有している。凹部４０７ａは、周囲に比べて凹んだ部位である。凹部４０７ａは、例えば、１０〜３０μｍとすることができる。

保護層４２５は、基板７上に設けられており、凹部４０７ａ上にも形成されている。保護層４２５は、第１間隙４１６と、第２間隙４１８と、第３間隙４２０とを有している。

第１間隙４１６は、凹部４０７ａの上方に形成されており、基板７の厚み方向に延びるように設けられている。第１間隙４１６は、凹部４０７ａと離間した状態で配置されている。そして、第１間隙４１６は、断面視して、凹部４０７ａの内部から基板７の厚み方向に延びている。

第２間隙４１８は、発熱部９（図３参照）側にて第１間隙４１６と連通し、第１間隙４１６の延びる方向である基板４０７の厚み方向に対して交差する方向に延びている。第２間隙４１８は、保護層４２５の内部に配置されており、凹部４０７ａの内部には位置せず、凹部４０７ａの上方に位置している。

第３間隙４２０は、発熱部９の反対側にて第１間隙４１６と連通し、第１間隙４１６の延びる方向である基板４０７の厚み方向に対して交差する方向に延びている。第３間隙４２０は、第２間隙４１８とも交差する方向に延びている。第３間隙４２０は、保護層４２５の内部に配置されており、凹部４０７ａの内部には位置せず、凹部４０７ａの上方に位置している。

本実施形態のサーマルヘッドＸ４においては、断面視して、第１間隙４１６が凹部４０７ａ内から基板４０７の厚み方向に延びている。このような構成を有することにより、凹部４０７ａの内部に位置する保護層４２５の応力を緩和することができる。

すなわち、凹部４０７ａを有する基板４０７に保護層４２５を製膜すると、凹部４０７ａにより形成された段差によって、凹部４０７ａの内部に製膜された保護層４２５は周囲の保護層４２５に比べて応力が高い状態となる。本実施形態においては、第１間隙４１６が、凹部４０７ａの内部から基板４０７の厚み方向に延びているため、保護層４２５の応力を緩和することができる。

以上、本開示のサーマルヘッドは、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、電気抵抗層１５を薄膜によって形成した、発熱部９の薄い薄膜ヘッドを例示して示したが、これに限定されるものではない。各種電極をパターニングした後に、電気抵抗層１５を厚膜によって形成した、発熱部９の厚い厚膜ヘッドであってもよい。

また、発熱部９が基板７の第１面７ｆ上に形成された平面ヘッドを例示して説明したが、発熱部９が基板７の端面に位置する端面ヘッドでもよい。

また蓄熱層１３上に共通電極１７および個別電極１９を形成し、共通電極１７と個別電極１９との間の領域のみに電気抵抗層１５を形成することにより、発熱部９を形成してもよい。

また、封止部材１２を、駆動ＩＣ１１を被覆するハードコート２９と同じ材料により形成してもよい。その場合、ハードコート２９を印刷する際に、封止部材１２が形成される領域にも印刷して、ハードコート２９と封止部材１２とを同時に形成してもよい。

また、基板７に直接コネクタ３１を接続した例を示したが、基板７にフレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）を接続してもよい。

Ｘ１〜Ｘ４ サーマルヘッド
Ｚ１ サーマルプリンタ
１ 放熱板
３ ヘッド基体
７，４０７ 基板
４０７ａ 凹部
９ 発熱部
１１ 駆動ＩＣ
１２ 封止部材
１３ 蓄熱層
１４ 接着部材
１５ 電気抵抗層
１６，３１６，４１６ 第１間隙
１７ 共通電極
１８，２１８，３１８，４１８ 第２間隙
１９ 個別電極
２２０，３２０，４２０ 第３間隙
２１ 第１接続電極
２２ 段差
２５，３２５，４２５ 保護層
３２５ａ 第１層
３２５ｂ 第２層
２６ 第２接続電極
２７ 被覆層
３１ コネクタ

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板上に位置する発熱部と、
   前記基板上に位置し、前記発熱部と繋がっている電極と、
   前記基板上に位置し、少なくとも前記発熱部を被覆する保護層と、を備え、
   断面視して、
   前記保護層は、前記基板の厚み方向に延びる第１間隙と、
   前記第１間隙の前記発熱部側と連通し、前記第１間隙に交差する方向に延びる第２間隙と、を有する、サーマルヘッド。
2. 前記基板と前記電極との間に位置する蓄熱層をさらに備え、
   前記蓄熱層は、前記基板上に位置する下地部と、
   前記発熱部の下方に位置し、前記下地部から前記基板の厚み方向に突出した隆起部と、を有し、
   断面視して、前記第１間隙は、前記保護層のうち前記下地部と前記隆起部との段差に位置する部位から前記基板の厚み方向に延びている、請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記基板は凹部を有しており、
   前記保護層は、前記凹部上に位置しており、
   断面視して、前記第１間隙は、前記保護層のうち前記凹部内に位置する部位から前記基板の厚み方向に延びている、請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記第２間隙が複数設けられている、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
5. 断面視して、
   前記第１間隙の前記発熱部と反対側と連通し、前記第１間隙に交差する方向に延びる第３間隙と、を有する、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
6. 前記保護層は、前記基板上に設けられた第１層と、前記第１層上に設けられ、前記第１層よりも熱伝導率が高い第２層と、を有し、
   前記第１間隙が、前記第１層から前記第２層にわたって設けられており、
   前記第２間隙が、前記第２層に設けられている、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
7. 請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のサーマルヘッドと、
   前記発熱部上を通過するように記録媒体を搬送する搬送機構と、
   前記記録媒体を押圧するプラテンローラと、を備えることを特徴とするサーマルプリンタ。
   
   

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