JP3101198B2

JP3101198B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP3101198B2
Application number: JP34265095A
Authority: JP
Inventors: 実小川; 徳人望月; 隆之日吉; 宏志土本
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2000-10-23
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JPH09174907A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーマルヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、サーマルプリンタで使用するサー
マルヘッドの構造としては、基板の一端側に傾斜面を形
成し、この傾斜面上に発熱抵抗素子を配設したものが知
られており、例えば、特開平３−２２７６６０号公報、
特開平２−２０２４５７号公報、特開平２−９９３４２
号公報等に開示されている。

【０００３】特開平３−２２７６６０号公報のサーマル
ヘッドは図５及び図６に示すように、セラミックスなど
で形成した絶縁性の基板１のほぼ全表面にグレーズ層２
を成膜し、このグレーズ層２をエッチングして傾斜面３
を形成し、この傾斜面３の上に多数の発熱抵抗素子４と
隣合う２つの発熱抵抗素子４を接続する折り返し電極５
とを配設する。グレーズ層２のエッチングしない平坦面
上には、共通電極６と個別電極７とを配設し、これらの
発熱抵抗素子４と電極５〜７とを被覆する位置に保護層
８を成膜する。

【０００４】特開平２−２０２４５７号公報のサーマル
ヘッドは図７に示すように、セラミックスなどで形成し
た基板９の端部に傾斜面９ａを形成し、この傾斜面９ａ
と基板９の平坦面９ｂとの表面にグレーズ層１０を成膜
する。傾斜面９ａに成膜したグレーズ層１０の上に発熱
抵抗素子１１と共通電極１２とを配設し、平坦面９ｂに
成膜したグレーズ層１０の上に個別電極１３を配設す
る。

【０００５】特開平２−９９３４２号公報のサーマルヘ
ッドは図８に示すように、セラミックスなどで形成した
基板１４の表面にグレーズ層１５を成膜する。このグレ
ーズ層１５の端部にフォトリソグラフィ法によるレジス
ト膜のパターニングとエッチングとを行なって“θ１”
の角度に傾斜させた傾斜面１６を形成し、その後、この
基板１４の端部を傾斜面１６が含まれるようにダイヤモ
ンドブレードなどにより研削して“θ２”の角度に傾斜
させた電極用傾斜面１７を形成する。傾斜面１６の上に
発熱抵抗素子１８を配設し、電極用傾斜面１７の上に共
通電極１９を配設し、グレーズ層１５のエッチングしな
い平坦面上に個別電極２０を配設する。発熱抵抗素子１
８と共通電極１９と個別電極２０とを被覆する位置に保
護層２１を成膜する。

【０００６】上記の各公報に開示されたサーマルヘッド
によれば、発熱抵抗素子４，１１，１８と記録用紙をバ
ックアップするプラテンなどとの押圧状態が向上し、印
字品質が向上する。特に、図８のサーマルヘッドでは、
発熱抵抗素子１８が共通電極１９や個別電極２０よりも
突出した状態となるため、発熱抵抗素子１８とプラテン
などとの押圧状態が最も良好である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８のサーマ
ルヘッドでは、発熱抵抗素子１８を設置する傾斜面１６
の距離“Ｓ”は、グレーズ層１５の厚さと傾斜面１６の
傾斜角度とによって決まってしまい、熱応答性を向上さ
せてサーマルヘッドを高速で動作させるためにグレーズ
層１５を薄くした場合には、傾斜面１６の距離“Ｓ”が
短くなり、所望の解像度を有するサーマルヘッドを製造
することが不可能になる。例えば、グレーズ層１５を２
０μｍ、傾斜面１６の傾斜角度“θ１”を１０゜とする
と、傾斜面１６の距離“Ｓ”は約８６μｍとなり、３０
０ｄｐｉ（１画素長さが８５μｍ）のサーマルヘッドを
製造するのに必要なぎりぎりのサイズとなる。従って、
上記寸法以上にグレーズ層１５を薄くして熱応答性を向
上させることや、傾斜面１６の傾斜角度を大きくして発
熱抵抗素子１８の突出状態をさらに大きくすることはで
きない。

【０００８】更に、図８のサーマルヘッドでは、傾斜面
１６をエッチングにより形成し、かつ、電極用傾斜面１
７をダイヤモンドブレードなどで研削するため、製造方
法が複雑になっている。

【０００９】図５及び図６のサーマルヘッドでは、傾斜
面３上に発熱抵抗素子４と折り返し電極５とを配設して
いるため、発熱抵抗素子４を折り返し電極５に対して突
出させるものではない。

【００１０】基板１，９，１４上に成膜するグレーズ層
２，１０，１５については、厚膜印刷法で成膜すること
が一般的である。しかし、この厚膜印刷法によれば、薄
く均一な厚さに成膜することが困難である。また、図７
に示したような平坦面９ｂ、傾斜面９ａに厚膜印刷法に
よりグレーズ層１０を形成する場合、印刷したグレーズ
層１０を高温で焼成する際に、グレーズ層１０が凸状に
湾曲しやすく、特に、傾斜面９ａにおいて湾曲しやす
い。このように湾曲したグレーズ層１０の上に発熱抵抗
素子１１を配設すると、発熱抵抗素子１１が湾曲の頂点
に位置する場合は問題がないが、頂点よりずれた場合、
発熱抵抗素子１１とプラテンなどの押圧状態が不良とな
ってしまう。更に、グレーズ層１０が薄くなることに伴
い、基板９の平坦面９ｂと傾斜面９ａとの境目部分にお
いて、グレーズ層１０が表面張力により引っ張られて裂
け目ができる場合がある。このような裂け目ができる
と、電気的良導体の基板を用いた場合に、個別電極と共
通電極（基板自身）との間で短絡を引き起こす。

【００１１】そこで本発明は、グレーズ層を薄膜工程で
成膜することにより、グレーズ層のより薄型化、傾斜面
での平坦化により、高速、高印字品質を可能とすること
ができ、しかも、発熱抵抗素子を共通電極や個別電極に
対して大きく突出させることにより、更に印字品質を向
上させることができるサーマルヘッドを提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板平面に対
して斜めに交差する傾斜面を一端側に形成した電気的良
導体の基板と、この基板の前記傾斜面と前記基板平面と
に薄膜工程で成膜したグレーズ層と、前記傾斜面上の前
記グレーズ層を前記基板の一端側へ向けてテーパー形状
にエッチングしたテーパー部と、このテーパー部の先端
側において前記傾斜面を露出させた露出部と、前記傾斜
面上に成膜した前記グレーズ層の上に配設した発熱抵抗
素子と、前記基板平面上に成膜した前記グレーズ層の上
に配設して一端を前記発熱抵抗素子に接続した個別電極
と、一端を前記テーパー部の上で前記発熱抵抗素子に接
続するとともに他端を前記露出部に接続して前記発熱抵
抗素子よりも突出しないように配設した共通電極と、前
記個別電極と前記共通電極と前記発熱抵抗素子とを被覆
する保護層とを有する。グレーズ層を薄膜工程で成膜す
るためにこのグレーズ層を薄く成膜することができ、グ
レーズ層を厚膜印刷法で成膜する場合に比べてグレーズ
層の湾曲や裂け目の発生を防止できる。しかも、テーパ
ー部を形成してこのテーパー部の上で発熱抵抗素子と共
通電極とを接続するとともに個別電極を基板平面上に成
膜したグレーズ層の上に配設したため、傾斜面上のグレ
ーズ層を薄くしても共通電極や個別電極が発熱抵抗素子
より突出せず、発熱抵抗素子のプラテンなどに対する押
圧状態が向上する。共通電極は傾斜面の露出部に接続さ
れているため、基板を大型化したり共通電極を厚くした
りすることなく十分な電流容量を確保できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
及び図２に基づいて説明する。ＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ合
金、ＷＣ（タングステンカーバイト）を主成分としてＣ
ｏ（コバルト）を添加したＷＣ−Ｃｏ超硬合金、Ｍｏ、
コバール等の金属材料や、導電性セラミックス材料等の
電気的良導体の材料で基板２２を形成し、この基板２２
の一端側に、基板平面２３に対して斜めに交差する傾斜
面２４を研磨などにより形成する。

【００１４】基板２２に傾斜面２４を形成した後、前記
基板平面２３と前記傾斜面２４との上へ、スパッタリン
グ法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＳＯＧ（Spin o
n Glass)法等の薄膜工程によりＳｉＯｘなどの絶縁性材
料からなるグレーズ層２５を１０〜１５μｍの厚さに均
一に成膜する。

【００１５】グレーズ層２５を成膜した後、この基板２
２にフォトリソグラフィ法によりレジスト膜を形成する
とともに傾斜面２４上のグレーズ層２５をエッチングし
てテーパー部２６を形成する。さらに、このエッチング
により、テーパー部２６の先端側において前記傾斜面２
４を露出させて露出部２７を形成する。テーパー部２６
や露出部２７を形成するために行うエッチング方法とし
ては、グレーズ層２５をＳｉＯｘで形成した場合には、
フッ酸を主成分とするとするエッチング液を用いてウェ
ットエッチング、又は、ＣＦ₄ ＋０₂ 等のガスを用いた
ドライエッチングが適している。これらのエッチングは
等方エッチングとし、１５μｍの膜を等方的にエッチン
グすると、厚さ方向と同様に横方向にも略１５μｍエッ
チングされる。

【００１６】グレーズ層２５に対してテーパー部２６を
形成した後、テーパー部２６を含むグレーズ層２５の上
にＢａＲｕＯｘ、Ｔａ−ＳｉＯ₂ 等をスパッタリングし
て発熱抵抗体層２８を成膜し、この上にＡｌなどをスパ
ッタリングして電極層２９を成膜する。これらの発熱抵
抗体層２８と電極層２９とを成膜した後、フォトリソグ
ラフィ法によるパターニングとエッチングとを行い、発
熱抵抗素子３０、個別電極３１、共通電極３２等を形成
する。前記発熱抵抗素子３０は、前記傾斜面２４上に配
設し、前記個別電極３１は前記基板平面２３上に成膜し
た前記グレーズ層２５の上に配設して一端を前記発熱抵
抗素子３０に接続する。前記共通電極３２は、少なくと
も前記テーパー部２６を含む位置に前記発熱抵抗素子３
０より突出しないように配設し、一端側を前記発熱抵抗
素子３０に接続するとともに他端側を前記露出部２７に
接続する。

【００１７】前記発熱抵抗素子３０、個別電極３１、共
通電極３２等を形成した後、その上からＳｉＯｘ、Ｓｉ
Ｎｘ等からなる保護層３３を成膜する。

【００１８】このような構成において、このサーマルヘ
ッドでは、基板平面２３と傾斜面２４との上にグレーズ
層２５を薄膜工程で成膜しているため、グレーズ層２５
の厚さを１０〜１５μｍと薄くすることができ、熱応答
性に優れた高速印字が可能なサーマルヘッドを得ること
ができる。しかも、このグレーズ層２５を薄膜工程で成
膜することにより、厚膜印刷法で成膜した場合に発生す
ることがあるグレーズ層２５の湾曲や裂け目等の発生を
防止することができ、このような湾曲や裂け目が原因と
なる印字不良を防止することができる。

【００１９】サーマルヘッドの製造工程に関しては、基
板平面２３と傾斜面２４との上にグレーズ層２５を成膜
し、このグレーズ層２５をエッチングしてテーパー部２
６を形成し、グレーズ層２５の上に発熱抵抗体層２８と
電極層２９とを成膜し、これらの発熱抵抗体層２８と電
極層２９とに対してフォトリソグラフィ法によるパター
ニングとエッチングとを行って発熱抵抗素子３０と個別
電極３１と共通電極３２とを形成する。従って、図８に
示したサーマルヘッドにおいて説明したような研削など
を行う必要がなく、このサーマルヘッドの製造を容易に
行える。

【００２０】しかも、傾斜面２４上に成膜したグレーズ
層２５にテーパー部２６を形成し、このテーパー部２６
の上で発熱抵抗素子３０と共通電極３２とを接続すると
ともに個別電極３１を基板平面２３上に成膜したグレー
ズ層２５の上に配設したため、グレーズ層２５を薄くし
ても発熱抵抗素子３０を共通電極３２や個別電極３１よ
りも突出させることができ、図２に示すように、プラテ
ン３４などに対する発熱抵抗素子３０の押圧状態が向上
し、印字品質も向上する。

【００２１】共通電極３２はその他端を傾斜面２４の露
出部２７に接続しているため、基板２２を共通電極３２
の一部として使用することができる。従って、共通電極
３２における傾斜面２４の傾斜方向の長さ寸法を長くし
たり共通電極３２の厚さを厚くしたりすることなく十分
な電流容量を確保することができ、基板２２において共
通電極３２を設置するための広いスペースを確保する必
要がなくなり、基板２２の小型化を図ることができる。

【００２２】図示しない熱時隔離用リボンを使用して印
刷を行う場合、発熱抵抗素子３０の中心部からを熱時剥
離用リボンが剥離されるまでの距離としては数百μｍ以
下が望ましく、傾斜面２４の傾斜方向に沿った長さを非
常に短くする必要がある。しかし、共通電極３２を電気
的良導体の基板２２と接続させることにより、傾斜面２
４の長さを非常に小さくしても共通電極３２は十分な電
流容量を確保でき、熱時剥離用リボンを使用した場合に
おいても印字品質が向上する。

【００２３】発熱抵抗素子３０と共通電極３２との接続
は、テーパー部２６の位置で行っているため、グレーズ
層２５におけるエッチングの終了点に段差的な凹部が形
成されていたとしても、その凹部による共通電極３２の
断線が起こらず、発熱抵抗素子３０と共通電極３２との
電気的接続部の信頼性が高くなる。しかも、共通電極３
２と発熱抵抗素子３０とをテーパー部２６の上で接続す
ることにより、テーパー部２６の上に位置してプラテン
３４等に押圧されない発熱抵抗素子３０の面積が小さく
なり、熱効率を向上させることができる。

【００２４】つぎに、本発明の第二の実施の形態を図３
に基づいて説明する。前述した実施の形態と同一部分は
同一符号を付けて、異なる点についてのみ説明する（以
下、同様）。本実施の形態では、電気抵抗材料又は絶縁
材料で基板本体３５を形成し、この基板本体３５の表面
に電気的良導体膜３６を成膜することにより、電気的良
導体の基板３７を形成したものである。この基板３７に
対して前述した実施の形態と同じように、グレーズ層２
５、テーパー部２６、発熱抵抗素子３０、個別電極３
１、共通電極３２等を形成する。

【００２５】基板本体３５の材料としてはＡｌ₂ Ｏ₃ な
どのセラミックスを用い、電気的良導体膜３６として
は、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ等の比抵抗が低い金属が望まし
く、かつ、グレーズ層２５をエッチングするエッチング
液に対する耐性を有することが重要である。電気的良導
体膜３６は基板本体３５の表面全体に成膜してもよく、
又は、少なくとも傾斜面２４を含む特定の位置にのみ成
膜してもよい。電気的良導体膜３６の幅や厚さについて
は、発熱抵抗素子３０の抵抗値や数等により、印字時に
電圧ドロップを引き起こさない値、又は、印字品質に悪
影響を与えない値とする。

【００２６】本実施の形態のサーマルヘッドにおいて
も、前述のサーマルヘッドと同じように、高速印字が可
能であるとともに印字品質が向上し、しかも、製造が容
易である。

【００２７】つぎに、本発明の第三の実施の形態を図４
に基づいて説明する。本実施の形態では、電気的良導体
の基板２２に２層のグレーズ層２５ａ，２５ｂを成膜し
たものである。２層のグレーズ層２５ａ，２５ｂを成膜
した後は、前述した実施の形態と同じように、テーパー
部２６、発熱抵抗素子３０、個別電極３１、共通電極３
２等を配設する。

【００２８】グレーズ層２５ａ，２５ｂの成膜は、基板
２２は薄膜装置内に入れてこの基板２２の表面に下側の
グレーズ層２５ａを成膜し、この基板２２を薄膜装置か
ら一旦取り出してグレーズ層２５ａの表面をこすり洗い
する。その後、グレーズ層２５ａを成膜した基板２２を
再度薄膜装置内に入れ、グレーズ層２５ａの上にグレー
ズ層２５ｂを成膜する。

【００２９】このように２層のグレーズ層２５ａ，２５
ｂを成膜することにより、グレーズ層２５ａ，２５ｂに
できたピンホールによる基板２２と個別電極３１との短
絡を防止することができる。

【００３０】本実施の形態では２層のグレーズ層２５
ａ，２５ｂを成膜した場合を例に挙げて説明したが、３
層以上の成膜してもよく、成膜するグレーズ層の数を増
すことによりピンホールによる短絡をより一層確実に防
止できるようになる。

【００３１】グレーズ層２５ａ，２５ｂの材質に関して
は、本実施の形態では異なるものを使用した場合を例に
挙げて説明したが、同じ材質であってもよい。但し、異
なる材質とした場合には、下層側のグレーズ層ほどエッ
チングされにくい材質とする。これにより、グレーズ層
がその境目でエッチング速度の違いによる段付き状態と
なっても、下層側のグレーズ層がより多くエッチングさ
れて上層側のグレーズ層がオーバーハング状態になると
いうことを防止し、上層側のグレーズ層がオーバーハン
グ状態となったためにこれらのグレーズ層の上に配設し
た共通電極３２が断線することを防止する。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、グレーズ層を薄膜工程
で成膜することにより、グレーズ層のより薄型化、傾斜
面での平坦化により、高速、高印字品質を可能とするこ
とができ、しかも、発熱抵抗素子を共通電極や個別電極
に対して大きく突出させることにより、更に印字品質を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を示す縦断側面図で
ある。

【図２】サーマルヘッドをプラテンに押圧させた状態を
示す縦断側面図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態を示す縦断側面図で
ある。

【図４】本発明の第三の実施の形態を示す縦断側面図で
ある。

【図５】第一の従来例を示す縦断側面図である。

【図６】電極と発熱抵抗素子との配置状態を示す平面図
である。

【図７】第二の従来例を示す斜視図である。

【図８】第三の従来例を示す縦断側面図である。

【符号の説明】

２２，３７基板２３基板平面２４傾斜面２５，２５ａ，２５ｂグレーズ層２６テーパー部２７露出部３０発熱抵抗素子３１個別電極３２共通電極３３保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土本宏志静岡県三島市南町６番78号株式会社テック技術研究所内 (56)参考文献特開平５−162349（ＪＰ，Ａ) 特開平１−255565（ＪＰ，Ａ) 実開平３−39551（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/335

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板平面に対して斜めに交差する傾斜面
を一端側に形成した電気的良導体の基板と、この基板の
前記傾斜面と前記基板平面とに薄膜工程で成膜したグレ
ーズ層と、前記傾斜面上の前記グレーズ層を前記基板の
一端側へ向けてテーパー形状にエッチングしたテーパー
部と、このテーパー部の先端側において前記傾斜面を露
出させた露出部と、前記傾斜面上に成膜した前記グレー
ズ層の上に配設した発熱抵抗素子と、前記基板平面上に
成膜した前記グレーズ層の上に配設して一端を前記発熱
抵抗素子に接続した個別電極と、一端を前記テーパー部
の上で前記発熱抵抗素子に接続するとともに他端を前記
露出部に接続して前記発熱抵抗素子よりも突出しないよ
うに配設した共通電極と、前記個別電極と前記共通電極
と前記発熱抵抗素子とを被覆する保護層とを有すること
を特徴とするサーマルヘッド。