JP2669881B2 - サーマルヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サーマルプリンタに搭載され、印字情報に
従って通電加熱することにより所望の印字を行なうサー
マルヘッドに係り、特に、その熱特性の改良に関する。

〔従来の技術〕

一般に、サーマルプリンタに搭載されるサーマルヘッ
ドは、例えば、複数の発熱抵抗体を絶縁性基板上に直線
的に整列配置し、印字情報に従って前記各発熱抵抗体を
選択的に通電加熱させて、感熱記録紙に発色記録させる
か、あるいは、インクリボンのインクを溶融して普通紙
に転写記録するために用いられる。

第２図は従来のこの種のサーマルヘッドの一般構造を
示すものであり、アルミナ等の絶縁性基板１の上面に
は、蓄熱層として機能する平板状のガラスからなるグレ
ーズ層２が形成されており、このグレーズ層２の上面に
は、Ta₂N等からなる複数の発熱抵抗体３が、蒸着、スパ
ッタリング等により被着された後にエッチングを行なう
ことにより直線状に整列して形成されている。これらの
各発熱抵抗体３の両側上面には、各発熱抵抗体３に対し
て給電するための共通給電体層4aおよび個別給電体層4b
がそれぞれ形成されており、これらの各給電体層4a,4b
は、例えば、Al、Cu、Au等の軟質金属からなり、蒸着、
スパッタリング等により所望形状のパターンに形成され
ている。そして、前記各発熱抵抗体３は、前記共通給電
体層4aおよび個別給電体層4b間に、最小印字単位たる１
ドット相当分の発熱領域を形成して各個独立に形成さ
れ、この発熱抵抗体３は、前記各給電体層4a,4b間に電
圧を印加することにより発熱されるようになされてい
る。

前記発熱抵抗体３および給電体層4a,4bの上面には、
これら発熱抵抗体３および給電体層4a,4bを保護するほ
ぼ７〜10μｍの膜厚の保護層５が形成されており、この
保護層５は、発熱抵抗体３を酸化による劣化から保護す
るSiO₂等からなるほぼ２μｍの膜厚の耐酸化層６と、こ
の酸化層６上に積層されインクリボン等との接触による
摩耗から発熱抵抗体３および給電体層4a,4bを保護するT
a₂O₅等からなるほぼ５〜８μｍの膜厚の耐摩耗層７とに
より構成されており、この保護層５は、前記各給電体層
4a,4bの端子部以外の表面のすべてを被覆するようにな
っている。この保護層５の耐酸化層６および耐摩耗層７
は、スパッタリング等の手段により順次形成され、その
後、最終工程において前記絶縁性基板１を分割して所望
のサーマルヘッドチップを得るようになっている。

前記従来のサーマルヘッドを用いた熱転写プリンタに
おいては、このサーマルヘッドをインクリボンを介して
用紙に圧接させ、所定の印字情報に基づいて所望の発熱
抵抗体３に対応する個別給電体層4bに通電することによ
り、その発熱抵抗体３を選択的に発熱させ、前記インク
リボンのインクを前記用紙に溶融転写させることによ
り、前記用紙上に所望の印字を行なうようになってい
る。

しかしながら、前述した従来のサーマルヘッドにおい
ては、通電により前記発熱抵抗体３に発生した熱量は、
グレーズ層２方向に伝達されてそのほぼ40％の熱量が失
われるとともに、各給電体層4a,4b方向にもほぼ40％の
熱量が伝達されて失われてしまうことから、わずか20％
の熱量のみが実質的に印字エネルギとして有効に利用さ
れることになり、したがって、熱効率が著しく低下して
しまい、印字エネルギ密度を高く保持することができ
ず、大きなエネルギ損失を生じていた。

また、熱効率を高めるために前記グレーズ層２の厚さ
寸法を大きく形成すると、グレーズ層２の熱容量が大き
くなって蓄熱量が増大し、高速印字に必要な高速熱応答
性を得ることができなくなってしまうという問題点があ
った。

第３図は前記発熱抵抗体の熱効率を向上させるように
したサーマルヘッドを示すものであり、給電体層4a,4b
を２層式に形成し、前記発熱抵抗体３の発熱部の近傍の
前記各給電体層4a,4bを薄肉状の薄肉部８に形成するよ
うにしたものである。

このサーマルヘッドにおいては、前記各給電体層4a,4
bの薄肉部８により、前記各給電体層4a,4bの断面積を小
さくすることができるので、前記発熱抵抗体３からの熱
が各給電体層4a,4b側に伝達することを多少減少するこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような改良した従来のサーマルヘッド
は、前記薄肉部８により発熱抵抗体３の発熱部の凹凸を
小さく形成して、プリンタのプラテンへの前記発熱部の
当接性を向上させることを主目的とするものであり、前
記薄肉部８により熱伝達を多少小さくすることはできる
が、前記給電体層4a,4bは、Al、Cu、Au等の電気伝導率
および熱伝導率の極めて高い材料により形成されている
ので、前記発熱抵抗体３の熱の伝達を著しく低減させる
ことはできないという問題点を有している。

さらに、前記薄肉部８のみを熱伝導率の小さな材料で
形成することも考えられるが、この薄肉部８は、そのパ
ターン形成を前記発熱抵抗体３と同時に行なうことにな
るので、薄肉部８の材料を前記発熱抵抗体３に対してエ
ッチングの選択性の良好な材料に限定する必要があり、
材料選択の幅が少なくなってしまうという問題点を有し
ている。

本発明は、前述した従来のものにおける問題点を解決
し、発熱抵抗体の熱効率を高めるとともに、高速熱応答
性を高めることのできるサーマルヘッドを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため請求項第１項のサーマルヘッ
ドは、絶縁基板上にズレーズ層を形成し、このグレーズ
層上に長手方向の中央部を発熱部とされた複数の発熱抵
抗体を整列状に形成し、前記各発熱抵抗体上に、各発熱
抵抗体に選択的に給電するための共通給電体層および個
別給電体層をそれぞれ積層してなるサーマルヘッドにお
いて、前記グレーズ層と前記発熱抵抗体との間に、前記
発熱抵抗体の発熱部の両側に位置した補助給電体層をそ
の幅間隔が前記発熱抵抗体の発熱部に対応するように介
設し、両給電体層の端部が補助給電体層の端部より後退
するように前記共通給電体層および個別給電体層間の幅
間隔を前記補助給電体層間の幅間隔より大きく形成した
ことを特徴としている。

また、請求項第２項のサーマルヘッドは、請求項第１
項において、補助給電体層を、Alよりも熱伝導率の小さ
い材料により形成したことを特徴としている。

〔作 用〕

前述した構成の本発明によれば、両給電体層間の幅間
隔を両補助給電体層間の幅間隔より大きく形成している
ので、前記給電体層と発熱抵抗体との接触部位が遠くな
り、前記発熱抵抗体部位の電極方向の断熱性を著しく高
めることができる。したがって、発熱抵抗体の発熱量が
増大することになり、印字熱効率を著しく高めることが
でき、印字エネルギ密度を高く保持して、高い高速熱応
答性を得ることができるし、さらに、補助給電体層を発
熱抵抗体の下面側に形成し、前記補助給電体層のパター
ン形成を前記発熱抵抗体と別個に行なうことができるの
で、前記補助給電体層の材料を前記発熱抵抗体に対して
エッチングの選択性の良好な材料に限定する必要がな
く、所望の材料で形成することができる。

また、補助給電体層を、Alよりも熱伝導率の小さい材
料により形成すれば、発熱抵抗体への通電により発生し
た熱がグレーズ層側に伝達しにくくなるので、発熱抵抗
体の発熱量をさらに増大することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。

第１図は本発明に係るサーマルヘッドの実施例を示す
ものであり、アルミナ等の絶縁性基板１の上面には、蓄
熱層として機能するガラスからなるグレース層２が形成
されており、このグレーズ層２の上面には、遷移金属の
中で特に熱伝導率がAlの約1/10と小さいTiまたはZrまた
はそれらの合金等からなる補助給電体層９がエッチング
により約0.3μｍの厚さに形成されている。この補助給
電体層９は、前記グレーズ層２上に形成された後、フォ
トリソグラフィ技術等により発熱抵抗体３の長手方向の
中央の発熱部に対応する幅間隔がｌとなるようにパター
ン形成されてなる。

また、前記補助給電体層９の上面には、Ta₂N、Ta−Si
O₂、Ta−SiC、Cr−SiO等からなる長手方向の中央部を発
熱部とされた複数の発熱抵抗体３が、蒸着、スパッタリ
ング等により直線状に整列して形成されており、これら
の各発熱抵抗体３の両側の上面には、各発熱抵抗体３に
対して給電するためのAl等からなる共通給電体層4aおよ
び個別給電体層4bがそれぞれ２μｍの厚さに形成されて
いる。

前記各給電体層4a,4bは、各給電体層4a,4bの端部が各
補助給電体層９の端部より後退するように、フォトリソ
グラフィ技術等により、前記補助給電体層９の幅間隔ｌ
よりも大きな幅間隔Ｌを有するようにエッチングされて
前記発熱抵抗体３が露出され、その後、前記発熱抵抗体
３、各給電体層4a,4bおよび補助給電体層９をエッチン
グして、それぞれ個別のものを整列させるように櫛型に
分割形成してなる。そして、前記補助給電体層９の幅間
隔ｌにより、前記発熱抵抗体３の発熱部のドットの幅寸
法が決定されることになる。

さらに、前記発熱抵抗体３および給電体層4a,4b上に
は、前記発熱抵抗体３および給電体層4a,4bを酸化およ
び摩耗から保護する保護層５が形成されている。

前述した構成の実施例のサーマルヘッドを用いた熱転
写プリンタにおいては、このサーマルヘッドを図示しな
いインクリボンを介して用紙に圧接させ、所定の印字情
報に基づいて所望の発熱抵抗体３に対応する個別給電体
層4bおよび補助給電体層９に通電することにより、その
発熱抵抗体３を発熱させ、前記インクリボンのインクを
前記用紙に溶融転写させることにより、前記用紙上に所
望の印字を行なうようになっている。

このとき、前記補助給電体層９が各給電体層4a,4bに
用いられるAlの約1/10の熱伝導率を有するTiまたはZrま
たはそれらの合金により形成されているので、発熱抵抗
体３への通電により発生した熱は、給電体層4a,4b側に
伝達しにくくなり、しかも、前記両給電体層4a,4b間の
幅間隔Ｌを発熱抵抗体３の発熱部よりも大きく形成して
いるので、前記給電体層4a,4bと発熱抵抗体３との接触
部位が遠くなり、前記発熱抵抗体３の熱が各給電体層4
a,4b側にも伝達しにくくなり、前記発熱抵抗体３部位の
電極方向の断熱性を著しく高めることができる。

このように、本実施例においては、前記発熱抵抗体３
部位の電極方向の断熱性を著しく高めることができるの
で、前記発熱抵抗体３の発熱量が増大することになり、
印字熱効率を著しく高めることができ、印字エネルギ密
度を高く保持して、高い高速熱応答性を得ることができ
る。また、前記両給電体層4a,4b間の幅間隔を大きく形
成しているので、前記発熱抵抗体３の発熱部の凹凸を小
さく形成することができ、プリンタのプラテンへの前記
発熱部の当接性を向上させることができる。さらに、前
記補助給電体層９を発熱抵抗体３の下面側に形成するよ
うにしており、前記補助給電体層９のパターン形成を前
記発熱抵抗体３と別個に行なうことができるので、前記
補助給電体層９の材料を前記発熱抵抗体３に対してエッ
チングの選択性の良好な材料に限定する必要がなく、前
記補助給電体層９にTiまたはZrまたはそれらの合金を用
いた場合でも、前記補助給電体層９を良好に形成するこ
とができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、必要に応じて種々の変更が可能であり、例えば、前
記補助給電体層９の材料は、Alよりも熱伝導率が小さい
ものであれば、他の種々の材料を選択することができ
る。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明に係るサーマルヘッドに
よれば、発熱抵抗体の熱の各給電体層側への伝達を低減
させることができ、前記発熱抵抗体部位の電極方向の断
熱性を著しく高めることができるので、発熱抵抗体の発
熱量が増大することになり、印字熱効率を著しく高める
ことができ、印字エネルギ密度を高く保持して、高い高
速熱応答性を得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサーマルヘッドの実施例を示す縦
断面図、第２図および第３図はそれぞれ従来のサーマル
ヘッドの縦断面図である。 １……絶縁性基板、２……グレーズ層、３……発熱抵抗
体、4a……共通給電体層、4b……個別給電体層、５……
保護層、９……補助給電体層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−1537（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−128746（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−59474（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上にグレーズ層を形成し、このグ
   レーズ層上に長手方向の中央部を発熱部とされた複数の
   発熱抵抗体を整列状に形成し、前記各発熱抵抗体上に、
   各発熱抵抗体に選択的に給電するための共通給電体層お
   よび個別給電体層をそれぞれ積層してなるサーマルヘッ
   ドにおいて、前記グレーズ層と前記発熱抵抗体との間
   に、前記発熱抵抗体の発熱部の両側に位置した補助給電
   体層をその幅間隔が前記発熱抵抗体の発熱部に対応する
   ように介設し、両給電体層の端部が補助給電体層の端部
   より後退するように前記共通給電体層および個別給電体
   層間の幅間隔を前記補助給電体層間の幅間隔より大きく
   形成したことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記補助給電体層を、Alよりも熱伝導率の
   小さい材料により形成したことを特徴とする請求項第１
   項記載のサーマルーヘッド。