JP2804359B2 - 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］ 本発明はサーマルヘッドに関し、さらに詳しくはサー
マルヘッドの製造上の歩留まりを向上するためのサーマ
ルヘッドの配線パターンの改善に関する。

［従来の技術］ 第11図は典型的なサーマルヘッド１の断面図であり、
第12図はサーマルヘッド１の平面図である。サーマルヘ
ッド１は、セラミックなどから成る電気絶縁性のヘッド
基板２上にガラスなどから成るグレーズ層３が形成され
る。このグレーズ層３上にヘッド基板２のほぼ全面に亘
って、スパッタリングやリソグラフィック法などの薄膜
技術により窒化タンタルTa₂Nなどから成る抵抗体層４を
形成する。この抵抗体層４上にアルミニウムなどを上記
薄膜技術によりパターン形成して、共通電極５および複
数の個別電極６を形成する。この共通電極５および個別
電極６に挟まれる抵抗体層４の部分が第12図の左右方向
に直線状に連なる複数の発熱抵抗体７として構成され
る。

前記共通電極５は、発熱抵抗体７の配列方向と平行に
延びる電極部８と、電極部８の一端からヘッド基板２の
外周に沿って延設される延設部９とを含んで構成され
る。また個別電極６などと同一工程で発熱抵抗体７の配
列方向と同一方向に延びる共通導体10が、個別電極６お
よび前記延設部９から間隔d1,d2を開けて形成される。
この共通導体10上には、予め定める数毎の個別電極６と
接続され、発熱抵抗体７を選択的に発熱駆動する駆動回
路素子11が発熱抵抗体７の配列方向に沿って複数設けら
れる。

前記共通電極５には図示しない回路により、発熱抵抗
体７の付勢電力が供給され、駆動回路素子11が接続され
ている複数の個別電極６のいずれか１つまたは複数を選
択的に共通導体10に接続／遮断することにより発熱抵抗
体７に通電され、感熱印画が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来例のサーマルヘッド１を製造するに当たり、
共通電極５、個別電極６および共通導体10の形成は下記
のように行われる。第13図に示されるようにヘッド基板
２上にグレーズ層３と抵抗体層４が形成され、抵抗体層
４がパターン形成された段階で、ベッド基板２上にアル
ミニウムなどの金属層をスパッタリングや蒸着などで薄
膜に形成し、この上にホトレジスト層12をパターン形成
し、発熱抵抗体７を形成すべき領域にスルーホール13を
形成する。この後、所定のウェットエッチングなどを行
うことにより、前記金属層がパターン化され、共通電極
５、個別電極６および共通導体10がパターン形成され、
前述したような発熱抵抗体７が構成される。

このときスルーホール13では、金属層がエッチングに
より溶解して陽イオン化されるため、第13図に示される
ように放出された電子が抵抗体層４の表面に蓄積される
ことになる。一方、個別電極６と共通導体10との間に
は、第13図に示されるようにホトレジスト層12を介在す
ることによる静電容量C1と、グレーズ層３およびヘッド
基板２を介在することによる静電容量C2とが存在し、そ
の等価回路は第14図に示される。

この静電容量C1,C2は、第13図に示されるように並列
接続され、したがって結合容量C0 C0＝C1＋C2 …（１） が、第15図示のように想定される。ここでスルーホール
13における抵抗体層14上に電荷Q0が蓄積されている場
合、共通電極５、個別電極６と共通導体10との間に電位
差V0 V0＝Q0/2C0 …（２） が発生し、個別電極６と共通導体10との距離d1間に電場
Ｅ Ｅ＝V0/d1 …（３） が発生する。これらの等価回路は第14図および第15図に
示される。これらの等価回路図における抵抗値Ｒは、発
熱抵抗体７の抵抗値である。

一般に複数の個別電極６と共通導体10との距離d1は、
製造上の誤差に基づいて一定ではなく、また前記容量C
1,C2および結合容量C0もばらつきを有している。このと
き前記電場Ｅが、ホトレジスト層12、グレーズ層３およ
びヘッド基板２の材料によって一意的に定まる臨界電場
E0より低い場合には、第15図に示されるように個別電極
６と共通導体10との間に電位差V0が存在したまま、発熱
抵抗体７には電流が流れていない。

しかしながら前記電場Ｅが臨界電場E0を越える場合に
は、ホトレジスト層12、グレーズ層３およびヘッド基板
２において絶縁破壊が生じ、第16図に示されるように発
熱抵抗体７に電流が流れることになる。このような絶縁
破壊などの放電現象は、各個別電極６と共通導体10との
間で均等に発生せず、比較的絶縁強度の弱い部分を起点
とした少数の点で発生することが知られている。したが
って第12図に示した個別電極6aと共通導体10との間で、
絶縁破壊が生じた場合、残余の個別電極６に蓄積されて
いる電荷が絶縁破壊を生じた箇所に対応する個別電極６
に集中して流れ、発熱抵抗体７に過大な電流が流れるこ
とになる。

このような場合、発熱抵抗体７は過大電流量および過
大なジュール熱により電気的変質、熱的変質、酸化変質
などを複合した変質を生じ、サーマルヘッド１が使用不
能となる。このような問題点を解決するために、従来で
は個別電極６および共通導体10を製造する際のエッチン
グ工程におけるエッチング液の変更やエッチング条件の
調整を行うようにしているが、製造工程の効率化を低下
させている。またこのようなエッチング条件の調整が不
十分な場合、発熱抵抗体７が前述したように損傷し、歩
留まりを大幅に低下させてしまうという問題点を有して
いる。

本発明の目的は上述の技術的課題を解消し、製造上の
歩留まりを向上できると共に、信頼性が向上されまた製
造工程を簡略化することができるサーマルヘッドを提供
することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、基板上に、複数の発熱素子を配列して成る
発熱素子ラインの一方側に共通に接続された共通電極
と、上記発熱素子ラインの他方側にそれぞれ接続された
複数の個別電極と、複数の個別電極を選択的にスイッチ
ングするために接続された駆動回路素子とを備えるサー
マルヘッドにおいて、 上記駆動回路素子の接地端子に接続され、駆動回路素
子のスイッチング動作に伴って上記個別電極に選択的に
通電する共通導体を基板上に形成するとともに、 共通導体と共通電極との最近接間隔を共通導体と各個
別電極との最近接間隔よりも短くしたことを特徴とする
サーマルヘッドである。

［作 用］ 本発明のサーマルヘッドの基板上に複数の発熱素子か
らなる発熱素子ラインが形成される。発熱素子ラインの
一方側に共通に共通電極が接続され、各発熱素子に駆動
電力を供給する。発熱素子ラインの共通電極と反対側に
は複数の個別電極が接続され、この個別電極は駆動回路
素子に接続されて、発熱駆動される発熱素子に対応する
個別電極を選択的にスイッチングする動作が行われる。

基板上で、各駆動回路素子の各接地端子に共通して接
続される共通導体が形成され、この共通導体には駆動回
路素子に個別電極から流入して出力される駆動電流が流
入する。ここで共通導体と共通電極との最近接間隔は、
共通導体と各個別電極との最近接間隔よりも短く選ばれ
る。したがってサーマルヘッドの製造時に、個別電極と
共通電極との間の発熱素子に静電気が蓄積された場合で
あっても、共通電極および個別電極と接続導体との間の
絶縁破壊などの放電現象は、相互の最近接間隔が最も短
い共通導体と共通電極との間で発生する。

したがって各発熱素子に蓄積されている静電気は、共
通電極を介して共通導体に流入され、発熱素子が過電流
およびこの過電流による過熱による変質を発生する事態
を防ぐことができる。したがって製造上の歩留まりを向
上することができ、サーマルヘッドの信頼性を向上する
ことができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例のサーマルヘッド21の拡大
平面図であり、第２図はサーマルヘッド21の平面図であ
り、第３図は第２図の矢符IIIで示される部分の拡大平
面図であり、第４図は第３図の切断面線IV−IVから見た
断面図である。サーマルヘッド21は発熱素子ラインとし
ての発熱抵抗体列22を発熱駆動する複数の駆動回路素子
23が搭載され、酸化アルミニウムAl₂O₃などのセラミッ
クから形成されるヘッド基板24と、ヘッド基板24に接続
され、可撓性合成樹脂材料またはガラスエポキシ樹脂材
料などから成る支持体に回路配線が形成された外部配線
基板25とを備える。

ヘッド基板24上にはガラスなどのグレーズ層26と銀ペ
ーストをスクリーン印刷して成る厚膜電極層27とが形成
される。この上にはTa₂Nなどをスパッタリング蒸着など
の薄膜技術で数100Åの膜厚に抵抗体層28が形成され
る。さらにその上にはスパッタリングや蒸着によるアル
ミニウムなどの金属導体層がヘッド基板24の外周に沿っ
て第２図示のようにパターン形成され、共通電極30が形
成される。また複数の帯状の個別電極31が形成され、発
熱素子としての複数の発熱抵抗体32から成る前記発熱抵
抗体列22が得られる。

前記抵抗体層28上には、個別電極31と同一工程、同一
材料で複数本の個別電極31毎に設けられる複数の前記駆
動回路素子23が、発熱抵抗体列22と平行に配列され、こ
れら複数の駆動回路素子23の配列範囲に亘る長さで、各
駆動回路素子23の各接地端子に共通に接続される共通導
体としての共通接地電極34が個別電極31と距離d6を空け
て形成される。この共通接地電極34には、例として各駆
動回路素子23毎に共通接地電極用接続端子35が一体に形
成される。また駆動回路素子23に、対応する発熱抵抗体
32を個別的に発熱駆動するための信号や駆動電力などを
供給する外部接続端子36が、駆動回路素子23毎に複数本
ずつ設けられる。

前記共通接地電極用接続端子35や外部接続端子36、ま
たは共通電極30のヘッド基板24の長手方向両端部におけ
る個別電極31と平行な延設部38に形成される共通電極用
接続端子37などは、前記外部配線基板25にヘッド基板24
の第２図左右方向全長にわたって接続されている。また
共通電極30の前記延設部38には、共通接地電極34と前記
距離d6より小さな距離d7を開けて臨む突部39が一体的に
形成される。

前記共通電極30および個別電極31付近を被覆して、耐
摩耗層40がたとえばスパッタリングなどの薄膜技術で形
成される。また駆動回路素子23付近を被覆して、たとえ
ばエポキシ樹脂などの電気絶縁性材料からなる保護層41
が形成される。

第５図（１）〜同図（４）はサーマルヘッド21の製造
工程を説明する平面図であり、第６図（１）〜同図
（４）は第５図の各切断面線A1−A1〜A4−A4から見た断
面図である。前記実施例のサーマルヘッド21の製造工程
を、第５図および第６図を併せて参照して説明する。前
記ヘッド基板24上には、第５図（１）および第６図
（１）に示されるように、グレーズ層26が全面に亘って
形成され、抵抗体層28をやはり全面に亘って薄膜技術で
形成した後、第５図（１）図示のようにパターン化す
る。引き続き、第５図（２）および第６図（２）に示さ
れるように、抵抗体層28がパターン形成されたヘッド基
板24上に、たとえばアルミニウムなどの金属層42をたと
えばスパッタリングなどの薄膜技術で全面に亘って形成
する。

この後、第５図（２）に示されるように、第１図示の
共通電極30および個別電極31をパターン形成する。また
前記金属層42において、発熱抵抗体32が形成される領域
に透孔43を形成し、前述したように、共通電極30および
個別電極31によって規定される発熱抵抗体32が構成され
る。

ここで、個別電極31と同一工程で共通接地電極34を形
成する場合、抵抗体層28の上に金属層42が形成された段
階で、金属層42上にホトレジスト層44を形成し、発熱抵
抗体32に対応する領域に透孔45を形成するパターンに露
光し現像して、前記透孔45を形成する。この後、所定の
ウエットエッチングを施すことにより、透孔45内に露出
している金属層42は溶解してイオン化され、前記透孔43
が形成される。このようにして、前述したように発熱抵
抗体32が構成される。

このとき、透孔45内の抵抗体層28上には、従来技術の
項でも説明したように金属層42を構成する金属材料がイ
オン化される際に放出された電子が蓄積される。このた
め共通電極30、個別電極31と共通接地電極34との間に
は、ホトレジスト層44を介して、前記従来技術の項で説
明したような静電容量C1が構成され、また抵抗体層28、
グレーズ層26およびヘッド基板24を介して静電容量C2が
構成される。また第１図に示されるように共通接地電極
34と共通電極30の突部39との間には、個別電極31との距
離d6より小さな距離d7を隔てて、前記ホトレジスト層44
および抵抗体層28、グレーズ層26、ヘッド基板24を介し
て静電容量C3が構成される。

これらの静電容量C1,C2の第１式に示される結合容量C
0と容量C3とに関する等価回路を第７図（１）に示す。
これら静電容量C1,C2間には前述した抵抗体層28上の残
留電荷がQ0の場合、前記第２式に示される電位差V0が発
生し、個別電極31と共通接地電極34との距離d6間に電場
E1 E1＝V0/d6 …（４） が発生する。

したがって残留電荷Q0が比較的大きく、前記電場E1が
増大するとき、放電現象が共通接地電極34と共通電極30
の突部39との間で最初に発生する。このとき、各透孔43
内の残留電荷Q0は、第７図（２）に示されるように共通
電極30および突部39を介して、共通接地電極34に流入す
る。したがって発熱抵抗体32を構成する抵抗体層28の部
分には、各透孔45内に残留した電荷の移動による電流が
流れるのみであり、発熱抵抗体32に過大電流が流れて電
気的に変質し、また過大電流によって発生する過大なジ
ュール熱により、熱的変質、酸化変質を発生する事態を
防ぐことができる。これにより、サーマルヘッド21の製
造上の歩留まりが格段に向上される。

本件発明者の実験によれば、サーマルヘッド21内にお
ける前記過大電流による発熱抵抗体32の不良率が、従来
では10〜20％程度であったのに対し、本実施例では発熱
抵抗体の破壊による不良品が発生しないようにできるこ
とを確認した。また発熱抵抗体32が変質または損傷しな
いことにより、サーマルヘッド21の信頼性を格段に向上
することができる。

一方、上述のようなサーマルヘッド21では実際の感熱
印画に使用する際に、共通電極30と共通接地電極34との
間には、一定の駆動電位差、例として12Vまたは24Vが印
加されており、高湿度の状態では突部39と共通接地電極
34との間にリーク電流が発生する可能性がある。このよ
うな事態を防止するために、突部39と共通接地電極34と
の間を被覆して、耐湿処理を行う必要がある。前記実施
例では駆動回路素子23を被覆する合成樹脂材料による保
護層41で、突部39付近を併せて被覆することにしてい
る。これにより、突部39付近に関して特段の耐湿処理工
程を行う必要がなく、このような特性を有するサーマル
ヘッド21の製造工程が簡略化される。

第８図は本発明の他の実施例のサーマルヘッド21aの
拡大平面図である。本実施例は前述の実施例に類似し、
対応する部分には同一の参照符を付す。本実施例の注目
すべき点は、前記共通接地電極34の延設部38に臨む部分
を共通電極30の前記耐摩耗層40の直下に対応する位置ま
で個別電極31および延設部38と平行に延設し、帯状の接
続部46を形成する。接続部46の遊端部と共通電極30とは
距離d8を隔て、接続部46と延設部38とは距離d9を隔てる
ようにする。また接続部46と最近接位置の個別電極31と
は距離d10を隔てるように構成する。このとき距離d6,d
8,d9,d10に関して、 d8＜d6 …（５） d9＞d6 …（６） d10＞d6 …（７） のように設定する。

このような構成とすることにより、前述した絶縁破壊
による放電現象は、前記接続部46の遊端部と共通電極30
との距離d8の部分で発生することになる。したがって、
本実施例でも前述の実施例で述べた効果と同様の効果を
達成することができる。さらに本実施例では、放電現象
を発生する接続部46の遊端部と共通電極30とは、前述し
た耐摩耗層40で被覆される領域に構成される。これによ
り前記実施例で説明した製造工程の簡略化を達成するこ
とができる。

第９図は本発明のさらに他の実施例のサーマルヘッド
21bの拡大平面図である。本実施例は、前述の第１の実
施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。
本実施例の注目すべき点は、第１の実施例における第１
図示の構成において、各個別電極31の遊端部を先細の台
形状の台形端部47に形成したことである。すなわち台形
端部47の各角部48の角度θは一例として全て鈍角に形成
される。

このような実施例においても前述の実施例で述べた効
果と同一の効果を達成することができる。さらに本実施
例では、第１の実施例の第１図示の個別電極31の形状に
おいて、その遊端部を面取りした形状としているため、
第１図の個別電極31における直角の角部48において、個
別電極31と共通接地電極34との不所望な放電現象が発生
することが防止されている。

第10図は第９図示の実施例の変形例であり、各個別電
極31の遊端部が円弧状の弧状端部49に形成されているこ
とである。このような構成のサーマルヘッド21cにおい
ても、前述の各実施例で述べた効果と同様な効果を達成
することができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明に従えば、駆動回路素子に個別電
極から流入して出力される駆動電流が流入する共通導体
と共通電極との最近接間隔は、共通導体と各個別電極と
の最近接間隔よりも短く選ばれる。したがってサーマル
ヘッドの製造時に、個別電極と共通電極との間の発熱素
子に静電気が蓄積された場合であっても、共通電極およ
び個別電極と接続導体との間の絶縁破壊などの放電現象
は、相互の最近接間隔が最も短い共通導体と共通電極と
の間で発生する。

したがって各発熱素子に蓄積されている静電気は、共
通電極を介して共通導体に流入され、発熱素子が過電流
およびこの過電流による過熱による変質を発生する事態
を防ぐことができる。したがって製造上の歩留まりを向
上することができ、サーマルヘッドの信頼性を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のサーマルヘッド21の拡大平
面図、第２図はサーマルヘッド21の平面図、第３図はサ
ーマルヘッド21の詳細な拡大平面図、第４図は第１図の
切断面線VI−VIから見た断面図、第５図はサーマルヘッ
ド21の製造工程を説明する平面図、第６図はサーマルヘ
ッド21の製造工程を説明する断面図、第７図はサーマル
ヘッド21の等価回路図、第８図は本発明の他の実施例の
サーマルヘッド21aの平面図、第９図はさらに他の実施
例のサーマルヘッド21bの平面図、第10図はさらに他の
実施例のサーマルヘッド21cの平面図、第11図は典型的
な従来例のサーマルヘッド１の断面図、第12図はサーマ
ルヘッド１の拡大平面図、第13図は従来例の問題点を説
明する断面図、第14図〜第16図は従来例の問題点を説明
する等価回路図である。 21,21a,21b,21c……サーマルヘッド、22……発熱抵抗体
列、23……駆動回路素子、24……ヘッド基板、26……グ
レーズ層、28……抵抗体層、30……共通電極、31……個
別電極、32……発熱抵抗体、34……共通接地電極、39…
…突部、40……耐摩耗層、41……保護層、47……台形端
部、49……弧状端部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、複数の発熱素子を配列して成る
   発熱素子ラインの一方側に共通に接続された共通電極
   と、上記発熱素子ラインの他方側にそれぞれ接続された
   複数の個別電極と、複数の個別電極を選択的にスイッチ
   ングするために接続された駆動回路素子とを備えるサー
   マルヘッドにおいて、 上記駆動回路素子の接地端子に接続され、駆動回路素子
   のスイッチング動作に伴って上記個別電極に選択的に通
   電する共通導体を基板上に形成するとともに、 共通導体と基板電極との最近接間隔を共通導体と各個別
   電極との最近接間隔よりも短くしたことを特徴とするサ
   ーマルヘッド。