JP3240366B2

JP3240366B2 - サーマルヘッドとその製造方法

Info

Publication number: JP3240366B2
Application number: JP27916095A
Authority: JP
Inventors: 宏次的場; 進平田; 頼成石井; 新吾阿部; 裕恩田; 哲也乾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 2001-12-17
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: DE19643724C2; JPH09123500A; US5926199A; DE19643724A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱抵抗体より発
生するジュール熱を用いて記録を行うサーマルヘッドお
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーマルヘッドは、発熱抵抗体を等間隔
でライン状に形成し、発熱抵抗体より発生するジュール
熱を用いて記録を行うものである。サーマルヘッドの記
録方式には感熱記録方式と熱転写記録方式に大別され、
また、この熱転写記録方式にも溶融型熱転写方式と昇華
型熱転写方式とがある。

【０００３】図２１は、感熱記録方式を採用したサーマ
ルヘッドによるもので、この方式においてはプラテンロ
ーラ５０と、発熱抵抗体５１を備えたサーマルヘッド５
２との間に、発色層５３と基紙５４とからなる感熱紙５
５を給送するものである。感熱紙５５はサーマルヘッド
５２の発熱抵抗体５１に電流を供給してこの発熱抵抗体
５１からジュール熱を発生させ、このジュール熱で発色
層５３を発色させることで、感熱紙５５上に可視像を形
成するものである。なお、感熱紙５５に加熱した後でこ
れに紫外線を照射して定着させる定着型感熱記録もあ
る。

【０００４】図２２は溶融型熱転写方式を採用したサー
マルヘッドによるもので、この方式においては、プラテ
ンローラ５０とサーマルヘッド５２との間に、普通紙で
ある記録紙ｇ５６、ベースフィルム５７と比較的融点が
低い熱溶融性インク５８とからなる転写フィルム５９と
を同時に給送し、サーマルヘッド５２の発熱抵抗体５１
で転写フィルム５９を加熱することでもって記録紙５６
に熱溶融性インク５８を熱転写して可視像を形成するも
のである。

【０００５】図２３は昇華型熱転写方式を採用したサー
マルヘッドによるもので、この方式においては、プラテ
ンローラ５０とサーマルヘッド５２との間に、ベースフ
ィルム６０と昇華性インク６１とからなる転写フィルム
６２と、染料着層６３と合成紙６４とからなる受像紙６
５とを同時に給送し、サーマルヘッド５２の発熱抵抗体
５１で転写フィルム６２を加熱することでもって転写フ
ィルム６２の昇華性インク６１を昇華し、これを受像紙
６５の染料着層６３に熱転写させることで、受像紙６５
上に可視像を形成するものである。

【０００６】なお、これらの図では説明の容易な理解の
ためにそれぞれのサーマルヘッドが感熱紙とか転写フィ
ルムから離間しているように図示されているが、実際に
はサーマルヘッドは感熱紙とか転写フィルムを介してプ
ラテンローラに所定の力で押し当てられて接触してい
る。

【０００７】図２４は、上記各方式で採用されている従
来の技術に係るサーマルヘッドの概略構造が示されてお
り、このサーマルヘッド７２においては、放熱板７３を
備えた本体７４の上面の一部の拡大してなるセラミック
基板６６を備え、このセラミック基板６６上にガラスか
らなるグレーズ層６７が形成されたうえでさらにそのグ
レーズ層６７の上面に発熱抵抗体６８が互いに等間隔で
かつアレイ状に設けられて構成されている。そして、各
発熱抵抗体６８の一方側のそれぞれには選択電極６９が
設けられ、他方側は共通電極７０が設けられており、そ
の選択電極６９に電流を個別に供給することでグレーズ
層６７上にある各発熱抵抗体６８を個別に選択的に発熱
させることができるようになっている。なお、このよう
な基本的な構造を有する従来の技術に係るサーマルヘッ
ドはその表面の全体が耐磨耗保護層７１で被覆されてい
る。

【０００８】このようなサーマルヘッドによる記録にお
いては、サーマルヘッドと感熱紙あるいは転写フィルム
との接触を確保することが高印字品質という観点から非
常に重要とされており、そのために上述のグレーズ層が
設けられてサーマルヘッドと感熱紙あるいは転写フィル
ムとの密着性の向上が図られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】最近の情報化社会の進
展により、サーマルヘッドを用いたプリンタによる感熱
紙への記録には高解像度かつ高品位印刷が要求されてい
る。このような要求に沿うためには、上述のサーマルヘ
ッドにおいては各発熱抵抗体自体の幅を細くし、かつ相
互間の離間距離も短くすることが必要となる。

【００１０】しかしながら、従来の技術に係るサーマル
ヘッドにおいては、発熱抵抗体がセラミック基板上に固
着されたうえで耐磨耗保護層により被覆されているため
に、隣接する発熱抵抗体が同時に加熱されるような場合
では、熱伝導により熱的に隣接する発熱抵抗体同士が相
互に干渉しあって印字に要する所定の温度よりも高い温
度の領域が発熱抵抗体の周囲にまで拡大されてしまい、
印字のドット径が大きくなって印字品質が極端に低下し
てしまうという課題があった。

【００１１】また、このような課題に加えて、従来の技
術に係るサーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体がセラ
ミック基板上に固着されていることから、発熱抵抗体を
加熱した際に、グレーズ層とか耐磨耗性保護層を介して
熱が外部に逃げてしまう構造になっており、したがっ
て、所定の温度に発熱抵抗体を加熱するのに、熱の逃げ
を考慮しない場合よりも大電流を流す必要があり、消費
電力が必然的に大きくなるという課題もあった。

【００１２】さらに、そのうえ、従来の技術に係るサー
マルヘッドにおいては、印字品位を高くするうえで発熱
抵抗体と感熱紙または転写フィルムとの良好な接触を確
保するためにグレーズ層が設けられているのであるが、
このグレーズ層があったのでは前記接触状態が線接触状
態になってしまうために、その接触部には大きな力が加
わってしまい、接触部での磨耗が著しくなり、その結
果、発熱抵抗体上には製造コストの点で不利でありかつ
サーマルヘッドの小型軽量化も困難になるという点でも
不利な耐磨耗保護層を配備させなければならないという
課題があった。

【００１３】そこで、本発明が解決しようとする主たる
課題は、隣接する発熱抵抗体どうしの熱的な相互干渉を
低減させて高品位な印字を行うことを可能にすること、
消費電力の低減化を可能にすること、小型軽量化を容易
に図れることである。

【００１４】本発明のその他の解決しようとする課題は
後述する説明から明らかである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るサーマルヘ
ッドにおいては、基板上に両端部分が固定された座屈発
熱体を発熱抵抗体として有し、前記座屈発熱体は内部温
度が所定温度以上に達したときには実質的に熱応力がな
い無変位状態から熱膨張して座屈変形することを特徴と
して、前記課題を解決している。

【００１６】好ましくは、前記座屈発熱体は導電性を有
する材料で構成され、かつ前記基板上に絶縁性部材を介
してその両端部分が取り付けられており、通電手段で選
択的に通電されて抵抗加熱される。

【００１７】

【００１８】さらに、好ましくは、前記座屈発熱体の両
端部分それぞれの外側位置に対応する前記基板上には前
記座屈変形方向に突出するガイドをそれぞれ備えてい
る。

【００１９】さらに、好ましくは、前記基板は凹部を有
しており、前記座屈発熱体は前記基板の凹部の底面に設
けられている。さらに、好ましくは、前記座屈発熱体は
その中間位置に前記座屈変形方向に突出した突起を備え
ている。

【００２０】本発明に係るサーマルヘッドにおいては、
基板と座屈発熱体とを有し、前記基板は所定の深さの凹
部を有し、前記座屈発熱体は、前記基板の凹部の底面に
設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられ
たヒータ層と、前記ヒータ層上に設けられた第２絶縁層
と、前記第２絶縁層上に設けられた座屈体とから少なく
とも構成され、前記座屈発熱体は、前記ヒータ層で前記
座屈体が所定温度以上に加熱されたときには、当該座屈
体が実質的に熱応力がない無変位状態から熱膨張して座
屈変形することを特徴とする構成を有することによっ
て、前述の課題を解決している。

【００２１】本発明のサーマルヘッドの製造方法は、基
板に所定の深さの凹部を形成する工程と、前記凹部の底
面上に第１絶縁層を形成する工程と、前記第１絶縁層上
にヒータ層を形成する工程と、前記ヒータ層上に第２絶
縁層を形成する工程と、前記第２絶縁層上に座屈体を形
成する工程とを少なくとも有し、前記基板上に前記サー
マルヘッドに係る座屈発熱体を形成することを特徴とし
ている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
サーマルヘッドおよびその製造方法を実施例により詳細
に説明する。

【００２３】図１および図２は、本発明の実施の形態１
におけるサーマルヘッドの構成を示す主要断面図であ
る。図１は感熱紙とか転写フィルムを介して記録紙とか
受像紙などに記録を行うために待機状態にあるサーマル
ヘッドを示し、図２は記録状熊にあるサーマルヘッドを
それぞれ示している。

【００２４】これらの図を参照して、本発明の実施の形
態１に係るサーマルヘッド１においては基板２を有して
おり、この基板２の上面には一対の絶縁性部材３，３が
所定距離離間されて対向配備されている。この一対の絶
縁性部材３，３上には発熱抵抗体としての座屈発熱体４
が固定されており、これによって座屈発熱体４は絶縁性
部材３，３を介在してその両端部分が基板２上に取り付
け固定されている。座屈発熱体４は導電性を有するもの
でかつ弾性変形を生じる、例えば金属などの材料より形
成されている。座屈発熱体４は矩形状のプレートであっ
て平面方向である長手方向に延びている。

【００２５】座屈発熱体４の両端部分には、この座屈発
熱体４に通電手段によって電流を通電するための一対の
電極４ａ，４ｂが設けられている。一方の電極４ａは通
電手段としてのスイッチ５の可動接点５ａ側に接続され
ている。スイッチ５は一対の固定接点５ｂ，５ｃを有
し、一方の固定接点５ｂには直流の電源６の正極が接続
され、他方の固定接点５ｃは接地されている。そして、
このスイッチ５の可動接点５ａが固定接点５ｂと接触す
ることで電極４ａは通電手段としての電源６に接続可能
とされている。すなわち、スイッチ５の可動接点５ａの
動作（ＯＮ側：電源６と接続する側、ＯＦＦ側：接地さ
れる側）により電極４ａと電源６との接続または非接続
の選択つまり座屈発熱体４への通電の制御ができる。通
電時は課への記録時であり、非通電時は待機時である。
他方の電極４ｂは接地されている。なお、このような通
電手段に代えて、種々の通電手段を用いてもよい。

【００２６】サーマルヘッド１はその座屈発熱体４が設
けられた上面側つまり感熱紙７と対向する側が感熱紙７
との間で微小な隙間Ｌ例えば８μｍを保って対向するよ
うに設置されている。

【００２７】図１のようにスイッチ５の可動接点５ａが
固定接点５ｃに接続されてＯＦＦになっている待機状態
から、図２のように固定接点５ｂ側に接続されてＯＮ状
態つまり記録状態とされる場合について説明する。この
状態になると、座屈発熱体４の電極４ａには電源６が通
電されることになる。これにより、座屈発熱体４に電流
が流れて座屈発熱体４は抵抗加熱により加熱されて熱膨
張を起こそうとする。すなわち、座屈発熱体４は少なく
ともその長手方向の両端側方向である各矢印Ｄ１方向に
熱膨張によって延びようとする。

【００２８】しかしながら、座屈発熱体４の長手方向の
両端部分は絶縁性部材３により基板２に固定されている
ために、膨張変形をすることができない。このため、座
屈発熱体４には長手方向の両端部分それぞれから各矢印
Ｆ１方向の圧縮力Ｐ１がそれぞれ与えられ、この圧縮力
Ｐ１が内部に蓄積される。このような内部に蓄積されて
くる圧縮力Ｐ１が座屈発熱体４の座屈荷重Ｐｃを超えて
しまうと、座屈発熱体４は図２に示すように座屈変形を
起こす。すなわち、座屈発熱体４は、その長手方向の略
中間位置が感熱紙７側へ変位するように座屈変形する。
この場合の座屈発熱体４の座屈変形程度が感熱紙７に接
触するまで変位させる場合での座屈発熱体４の抵抗加熱
による内部の加熱温度は本発明の実施の形態１に係るサ
ーマルヘッド１においては、所定の温度以上つまり感熱
紙７の発色温度よりも高く設定されているので、最終的
には座屈発熱体４が感熱紙７と接触した部分に印字など
の記録がなされる。

【００２９】さらに詳細にこの座屈変形について説明す
る。

【００３０】図３は、座屈発熱体４と絶縁性部材３，３
とを含む周辺部分の概略斜視図である。図３（ａ）は上
記待機状態を示し、（ｂ）は記録可能状態を示してい
る。図３を参照して、座屈発熱体４のヤング率をＥ（Ｎ
／ｍ²）、線膨張係数をα、長さ、幅、厚みをそれぞれ
ａ（ｍ）、ｂ（ｍ）、ｈ（ｍ）とし、図３の（ａ）の状
態からスイッチ５の操作で電源６が座屈発熱体４に接続
されて図３の（ｂ）の状態になり、座屈発熱体４が抵抗
加熱で加熱され、この加熱による座屈発熱体４の温度上
昇をＴ（℃）とした場合、圧縮力Ｐ１は、Ｅ・α・Ｔ・
ｂ・ｈ（Ｎ）で示される。この圧縮力Ｐ１が座屈発熱体
４の座屈荷重Ｐｃ以下である場合においては座屈発熱体
４には変位は発生しないで、その圧縮力Ｐ１は内部応力
として座屈発熱体４の内部に蓄積される。しかしなが
ら、圧縮力Ｐ１が座屈荷重Ｐｃを超えてしまうと、座屈
発熱体４は座屈変形してしまう。この座屈変形により、
座屈発熱体４の長手方向の略中間位置が矢印Ｇ１方向に
変位する。

【００３１】ここで、座屈発熱体４は絶縁性部材３，３
で両端が支持された長柱と同様であるから、その座屈荷
重Ｐｃは、両端支持の長柱の場合の座屈荷重の式Ｐｃ＝
π²・Ｅ・ｂ・ｈ³／３・ａ²で与えられることことにな
る〔この式について必要とあれば、例えば材料力学の技
術書である「材料力学」大橋義夫著（発行元：培風館）
参照〕。したがって、Ｐ１＞Ｐｃの場合、つまり座屈発
熱体４の温度上昇Ｔが、π²・ｈ²／３・α・ａ²より大
きい場合に座屈が生じる。

【００３２】具体的には、座屈発熱体４をニッケル（Ｎ
ｉ）で形成し、長さａを５００μｍ、幅ｂを６０μｍ、
厚みｈを５μｍとした場合には、温度上昇が２３℃以上
になると座屈が生じることになる。

【００３３】図４は座屈発熱体４を加熱した場合の温度
上昇（横軸側）と最大座屈変形量（縦縦軸側）との関係
をコンピュータによるシミュレーション計算に基づいて
示す図である。この図４に示すシミュレーション計算に
基づくと、座屈発熱体４に上記の長さａ、幅ｂおよび厚
みｈの寸法でニッケルを用いた場合には、温度上昇が１
５０℃での最大座屈変形量は１３μｍとなっていること
が示されている。

【００３４】なお、座屈発熱体４の両端が固定されてい
ない場合の温度上昇１５０℃における長手方向の熱膨張
量は室温２０℃を基準とするとニッケルでは１μｍであ
る。このように、同―の加熱温度においては、座屈変形
量は、熱膨張量よりも格段に大きくなることがわかる。
すなわち、本発明においては、このような座屈現象を利
用していることによって、座屈発熱体４の長手方向の微
小な変位量を厚み方向の大きな変形量に変換することが
できる。

【００３５】図５、６は、本発明の実施の形態２に係る
サーマルヘッドの構成を概略的に示す断面図である。図
５は待機状態にあるサーマルヘッドを示し、図６は印字
などの記録可能状態にあるサーマルヘッドを示してい
る。本発明の実施の形態２に係るサーマルヘッド１にお
いて本発明の実施の形態１における座屈発熱体４と異な
る構成は、当該座屈発熱体４の略中央部に感熱紙７方向
に突出している突起８が形成されていることである。

【００３６】図５の待機状態から図６の記録状態にスイ
ッチ５が電源６側に切り替えられて電極４ａに電圧が印
加されると、座屈発熱体４はそれに流れる電流によって
上述したようにして座屈変形を起こす。この座屈変形に
より、座屈発熱体４は、その長手方向の略中間位置が感
熱紙７側へ変位するように座屈する。そうすると、座屈
発熱体４の略中央部の突起８の領域だけが感熱紙７に接
触することになる結果、突起８の領域に対応したドット
でもって感熱紙７に印字などの記録がなされることにな
る。

【００３７】図７、８は、本発明の実施の形態３に係る
サーマルヘッド１の構成を概略的に示す断面図である。
図７は待機状態にあるサーマルヘッド１を示し、図８は
印字状態にあるサーマルヘッド１をそれぞれ示してい
る。これらの図において、図１および図２と対応する部
分には同一の符号を付し、同一の符号に係る部分につい
ての詳しい説明は省略する。

【００３８】本発明のサーマルヘッド１においては、座
屈発熱体４の両端部分より外側位置で該座屈発熱体４を
はさむ形でかつ座屈発熱体４よりも感熱紙７方向に高さ
が高い少なくとも一対のガイド９，９が基板２上に付設
されている。まず、図７においてサーマルヘッド１は感
熱紙７を介してプラテンローラ１０に押しつけられ、こ
の状態では一対のガイド９，９が感熱紙７と接してお
り、このガイド９，９によって座屈発熱体４は感熱紙７
に対して微小な隙間例えば８μｍを保ちながら対向する
ように設置されている。そして、この図７の状態でスイ
ッチ５がＯＮ状態とされることにより、電極４ａに電圧
が印加されると、本発明の実施の形態１において説明し
たのと同様にして座屈発熱体４は座屈変形を起こし、そ
の長手方向の略中間位置が感熱紙７側へ変位して感熱紙
７に接触し感熱紙７に印字などの記録がなされる。

【００３９】このような実施の形態３においては、ガイ
ド９，９が設けられているので、感熱紙７が給送状態に
よってたわんだりしても、ガイド９，９の間にある感熱
紙７の部分はその給送の状態によらずにたわむことがな
くなり、その結果、座屈発熱体４には感熱紙７が接触す
ることが避けられ、従来では感熱紙７が給送状態でこす
られるように発熱抵抗体に接触してその発熱抵抗体が著
しく摩耗されるのを防止するために設けていた耐摩耗保
護層で座屈発熱体４を被覆する必要がなくなる。そのた
め、本発明の実施の形態３においては、耐摩耗保護層が
不要となる分、この保護層を介して逃げていた熱を抑制
できることになり、座屈発熱体４のような発熱抵抗体を
所定の温度にまで発熱させるための消費電力を低減でき
る。なお、このガイド９，９の高さを、座屈発熱体４の
感熱紙７方向への座屈変形量とほぼ等しくしておくこと
で簡単な構造で感熱紙７と待機中の座屈発熱体４とを所
定の距離だけ離間して対向させておくことができる。

【００４０】図９、図１０は本発明の実施の形態４にお
けるサーマルヘッドの構成を示す断面図である。図７、
図８では少なくとも２つのガイド９，９を基板２上に設
置したが、この実施の形態４においては、図９、図１０
に示すように基板２の上面の一部を所定量例えば８μｍ
だけ掘り下げて凹部１１を形成してその中に座屈発熱体
４を設置する。サーマルヘッド１を感熱紙７を介してプ
ラテンローラ１０に押し当てれば、基板２の両端側上面
２ａ，２ａが感熱紙７と接するから座屈発熱体４は感熱
紙７に対しては微小な隙間つまり凹部１１の掘り下げ量
に一致したすき間を保ちながら対向することになり、図
７と図８に示したガイド９，９と同等の効果が得られ
る。

【００４１】なお、本発明の実施の形態に係るサーマル
ヘッドにおいては図７および図８で示されているガイド
９，９と、図９および図１０で示されている凹部１１と
を同時に基板上に設けて前記効果を一層高められるよう
に構成してもよい。

【００４２】図１１は本発明の実施の形態５における、
より具体的なサーマルヘッドの構成を示す平面図であ
り、図１２は図１１のＸーＸ線に沿う断面図であり、図
１３は図１１のＹ―Ｙ線に沿う断面図である。

【００４３】これらの図を参照して、この実施の形態５
に係るサーマルヘッド１１０においては基板１０６の表
面側がテーパ形状の凹部１１５になっていてかつその表
面には表面絶縁層１０９ａと、膜状の第１絶縁層１０１
と、ヒータ層１０２と、膜状の第２絶縁層１０３と、座
屈体１０４とがこの順に設けられている。

【００４４】基板凹部１１５の底面上から所定距離例え
ばＯ．５μｍの間隙１０８を隔てて、第１絶縁層１０１
と、ヒータ層１０２と、第２絶縁層１０３と、座屈体１
０４とで座屈発熱体１０５を構成している。１０７は前
述の図７および図８で説明された実施の形態３と同様の
作用を有する一対のガイドである。また、この実施の形
態５の凹部１１５は実施の形態４と同様の作用を有す
る。

【００４５】ヒータ層１０２からは、外部電気手段との
接続のために操作電極１２３と共通電極１２５とが引き
出されている。操作電極１２３と共通電極１２５とは第
１絶縁層１０１と表面絶縁層１０９ａとを介在して電源
１１３からの電流をスイッチ１３０によってＯＮ、ＯＦ
Ｆできる構成となっている。各座屈発熱体１０５はスリ
ット１１４によって分離されている。

【００４６】図１４、図１５は前記サーマルヘッド１１
０と感熱紙７およびプラテンローラ１０との位置関係を
示す図で、図１４は待機状熊を示し、図１５は印字など
の記録状態を示している。図１４、１５を参照して、サ
ーマルヘッド１１０は感熱紙７を介してプラテンローラ
１０に押しつけられており、この時ガイド１０７が感熱
紙７と接している。このガイド１０７の厚みおよび凹部
１１５の深さを設定することによって非記録動作時には
座屈発熱体１０５は感熱紙７に対して微小な隙間ｄ例え
ば８μｍを保ちながら対向するように設置される。記録
動作時にはこの状態で印字などの記録をさせたい座屈発
熱体１０５に対応する図１１に示した複数のスイッチ１
３０のいずれかが選択的に０Ｎ状態とされることによ
り、電源１１３によって電極１２３と電極１２５とに電
圧が印加される。これにより、座屈発熱体１０５を構成
するヒータ１０２に電流が流れ、ヒータ１０２は抵抗加
熱により加熱され、絶縁層１０３を介して同じく座屈発
熱体１０５を構成する座屈体１０４に熱が伝わり座屈発
熱体１０５が図１５のように座屈変形を起こし、中央部
が感熱紙７側へ変位した状態となる。座屈発熱体１０５
が感熱紙７に接触するまで変位させる時の温度は感熱紙
７の発色温度よりも高く設定されているので、最終的に
は座屈発熱体１０５が感熱紙７と接触した部分に印字が
なされる。

【００４７】なお、本発明の実施の形態においては、説
明の簡略化のため、５個の座屈発熱体１０５を有するサ
ーマルヘッドアレイについて示すが、本発明のサーマル
へッドにおいては、座屈発熱体１０５の個数はこれに限
定されるものではなく、任意に設計できるものである。

【００４８】次に、前述のサーマルヘッド１１０の製造
方法について図１６ないし図２０を参照しながら説明す
る。なお、これらの図の（ａ）から（ｍ）までのそれぞ
れには図１１をＸーＸ線からの断面をみた図が（Ｘ）
で、ＹーＹ線からみた図が（Ｙ）で示されている。

【００４９】（１）まず、図１６（ａ）に示すように、
面方位（１００）のシリコン基板１０６の表面および裏
面のそれぞれに熱酸化により熱酸化膜１１１ａ、１１１
ｂを形成する。次に、基板１０６の表側にフォトレジス
ト（図示しない）を塗布してフォトリソグラフィを行っ
て、このレジストに図１１および図１２のような凹部１
１５に対応した矩形の開口を形成する。そしてＣＨＦ₃
を用いてドライエッチングを行って、表面側の熱酸化膜
１１１ａに矩形の開口部を形成する。

【００５０】（２）続いて、図１６（ｂ）に示すよう
に、このシリコン基板１０６を水酸化カリウム溶液に浸
して熱酸化膜１１１ａをマスクとして基板１０６の表面
側から裏面側へ向かってウエットエッチングを行って、
所定の深さ例えば６μｍの凹部１１５を形成する。この
後、上記熱酸化膜１１１ａ、１１１ｂを剥離する。

【００５１】（３）つぎに、図１６（ｃ）に示すように
再びシリコン基板１０６の表面凹部裏面に熱酸化膜１１
３ａ、１１３ｂを所定の厚さたとえば１μｍに形成す
る。

【００５２】（４）次に、図１７（ｄ）に示すように、
基板表面側の熱酸化膜１１３ａ上に、例えばスパッタ法
により、第１犠牲層として例えば厚さ０．５μｍのアル
ミニウム層１１６を成膜する。続いて、基板１０６の凹
部１１５の底面上にフォトリソグラフィおよびエッチン
グを行って、アルミニウム膜１１６を図１０中に示した
間隙１０８に対応したパターンに加工する。この第１犠
牲層１１６の厚さに応じて、図１２、１３中に示した間
隙１０８の距離が決まる。

【００５３】（５）次に、図１７（ｅ）に示すように、
この上に、例えばスパッタ法により、第１絶縁膜１０１
として例えば厚さ０．５μｍの酸化シリコン膜１０１を
成膜する。続いて、この酸化シリコン膜１０１上に、例
えばスパッタ法により、ヒータ層１０２の材料として例
えば厚さ０．０１μｍのタンタル膜及び例えば厚さ０．
１μｍのニッケル膜１０２を成膜する。続いて、フォト
リソグラフィおよびエッチングを行って、このタンタル
膜およびニッケル膜１０２をパターン加工する。これに
より、第１絶縁膜１０１上に、コの字型状に蛇行したパ
ターンを持つヒータ層１０２を作成する。なお、上記タ
ンタル膜を成膜する理由は、酸化シリコン膜１０１とニ
ッケル膜１０２との密着力を上げるためである。

【００５４】（６）次に、図１７（ｆ）に示すように、
この上に、例えばスパッタ法により、第２絶縁膜１０３
として例えば厚さ０．５μｍの酸化シリコン膜１０３を
成膜する。次に、この上に例えばスパッタ法により、座
屈体１０４の一部として例えば厚さ０．０１μｍのタン
タル膜（図示せず）及び例えば厚さ０．１μｍのニッケ
ル膜１７０を成膜する。なお、上記タンタル膜を成膜す
る理由は、酸化シリコン膜１０３とニッケル膜１７０と
の密着力を上げるためである。

【００５５】（７）続いて、図１８（ｇ）に示すよう
に、フォトリソグラフィ及びエッチングを行って、スリ
ット１１４をニッケル膜１７０、酸化シリコン膜１０
１、１０３に形成する。

【００５６】（８）次に、図１８（ｈ）に示すように、
この上にフォトレジスト１８０を塗布し、フォトリソグ
ラフィを行ってこのフォトレジスト１８０をスリット１
１４のパターンに対応した形状に残す。すなわち、レジ
スト１８０の形状を、酸化シリコン膜１０１、１０３の
スリット１１４を埋め、スリット１１４と同じパターン
幅で酸化シリコン膜１０３の表面から上方へ所定の高さ
（次に述べるニッケルメッキ膜１０４を超える高さ）だ
け突き出した形状とする。

【００５７】（９）次に図１８（ｉ）に示すように、例
えば電解メッキ法により上記ニッケル膜１７０を電極と
して用いて、座屈体１０４の材料の残り分として所定の
厚さ例えば５μｍのニッケルメッキ膜１０４を形成す
る。電解メッキ法としては、上記ニッケル膜を電極とし
て、例えばスルファミン酸ニッケル浴によるニッケルメ
ッキを採用することができる。

【００５８】（１０）次に、図１９（ｊ）に示すよう
に、フォトレジスト１８０を剥離し、イオンミリングエ
ッチングで前述のニッケル膜１７０（膜厚０．１μｍ）
およびその下のタンタル膜（図示せず）がパターニング
される。

【００５９】（１１）次に、図１９（ｋ）に示すよう
に、例えばスパッタ法により、例えば厚み１．５μｍの
窒化シリコンを成膜し、パターン加工して図１２に示し
たガイド部１０７に対応したガイド部１０７を形成す
る。

【００６０】（１２）次に、図１９（ｌ）に示すよう
に、フォトリソグラフィおよびエッチングを行って、酸
化シリコン膜１０３に電極取り出し口１２３を形成す
る。

【００６１】（１３）次に、図１９（ｌ）に示した矢印
Ｚの部分でダイシングを行い図２０（ｍ）に示すような
チップとして分離する。

【００６２】（１４）最後に、図２０（ｎ）に示したよ
うに、この状態の基板１０６を水酸化カリウム溶液に浸
して犠牲層としてのアルミニウム膜１１６をエッチング
して除去する。これにより間隙１０８を形成して、サー
マルヘッド１１０を完成させる。

【００６３】このように、本発明の製造方法では、座屈
発熱体１０５を半導体集積プロセスによって作成してい
るので、座屈発熱体１０５を高精度に作成することがで
き、ヘッドの解像度を向上させることができる。また、
凹部１１５やガイド１０７、間隙１０８を連続的に一括
して形成しているので、作成工程を簡単化することがで
きる。また、凹部１１５やガイド１０７、間隙１０８を
エッチングの深さや成膜の厚みを制御することで簡単に
設定できるので、感熱紙と座屈発熱体との位置関係を容
易に設定できる。

【００６４】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明におい
ては、座屈発熱体の内部温度が座屈に必要な所定温度以
上に達し、当該座屈発熱体は実質的に熱応力が無い無変
位状態から熱膨張しようとする際に、両端部分が基板上
に固定されているのでその熱膨張が阻止され、これによ
って内部に蓄積される圧縮力が座屈荷重を越えることで
感熱紙側などに座屈変形させるられるようにしたから、
座屈発熱体はその両端部分以外の部分は基板に対して熱
伝導の小さい間隙を有して対向していることにより、基
板を介して隣接する座屈発熱体への熱伝導は少なくな
り、隣接する座屈発熱体どうしの相互干渉が小さくなっ
ている、そのため、発熱抵抗体の間隔をせばめることが
可能になるとともに、相互干渉による、印字ドットの拡
がりを抑制でき、高解像、高品位の記録が可能になる。
また、感熱紙とか転写フィルムなどの熱応答媒体との接
触は座屈発熱体だけが座屈変形するため確実に接触が確
保でき、高品位な記録動作が可能である。

【００６５】本発明において、座屈発熱体の両端部分そ
れぞれの外側位置に対応する基板上に熱応答媒体方向に
突出するガイドを設けた場合では、このガイドを感熱紙
や転写フィルムと接触させるため、発熱抵抗体である座
屈発熱体に耐磨耗保護層を被覆する必要がなく、従来耐
磨耗保護層を介して逃げていた熱を抑えることができ、
所定の温度に設定するための電力が少なくてすむ。また
少なくとも２つの突起状のガイドの突き出し量を座屈発
熱体の変形量とほぼ等しくしておけば、簡単な構造で感
熱紙や転写フィルムと待機中の座屈発熱体とを所定の距
離だけ離して対向させることが可能となる。なお、座屈
発熱体を基板の凹部の底面に形成した場合においても、
前記突起と同様に簡単な構造で感熱紙とか転写フィルム
などの熱応答媒体と待機中の発熱抵抗体である座屈発熱
体とを所定の距離だけ離して対向させることが可能とな
る。なお、座屈発熱体の中間位置に熱応答媒体方向に突
出するように突起を形成した場合では感熱紙や転写フィ
ルムといった熱応答媒体との接触が確保でき、印字とか
印刷などの記録領域が突起部の領域に限られるので高品
位な記録動作が可能である。また、本発明においては、
座屈発熱体をヒータ層と座屈体とを含むものとしている
から、このヒータ層で座屈体を加熱して上記と同様の高
品位での記録動作が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における待機中のサーマ
ルヘッドの構成を示す主要断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１における印字などの記録
状態にあるサーマルヘッドの構成を示す主要断面図であ
る。

【図３】待機中のサーマルヘッドの構造を（ａ）で印字
などの記録状態にあるサーマルヘッドを（ｂ）でそれぞ
れ示す斜視図である。

【図４】サーマルヘッドの座屈発熱体における最大座屈
変形量と座屈発熱体の温度上昇との関係を示す図であ
る。

【図５】本発明の実施の形態２における待機中のサーマ
ルヘッドの構成を示す断面図である。

【図６】本発明の実施の形態２における印字などの記録
状態にあるサーマルヘッドの構成を示す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態３における待機中のサーマ
ルヘッドの構成を示す断面図である。

【図８】本発明の実施の形態３における印字などの記録
状態にあるサーマルヘッドの構成を示す断面図である。

【図９】本発明の実施の形態４における待機中のサーマ
ルヘッドの構成を示す断面図である。

【図１０】本発明の実施の形態４における印字などの記
録状態にあるサーマルヘッドの構成を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明の実施の形態５におけるサーマルヘッ
ドの平面図である。

【図１２】図１１のＸ―Ｘ線に沿う概略断面図である。

【図１３】図１１のＹ―Ｙ線に沿う概略断面図である。

【図１４】本発明の実施の形態５における待機中のサー
マルヘッドの構成を示す断面図である。

【図１５】本発明の実施の形態５の印字などの記録状態
にあるサーマルヘッドの構成を示す断面図である。

【図１６】本発明の実施の形態５に係るサーマルヘッド
の製造方法を説明する工程図である。

【図１７】本発明の実施の形態５に係るサーマルヘッド
の製造方法を説明する工程図である。

【図１８】本発明の実施の形態５に係るサーマルヘッド
の製造方法を説明する工程図である。

【図１９】本発明の実施の形態５に係るサーマルヘッド
の製造方法を説明する工程図である。

【図２０】本発明の実施の形態５に係るサーマルヘッド
の製造方法を説明する工程図である。

【図２１】サーマルヘッドによる感熱記録方式を説明す
るための図である。

【図２２】サーマルヘッドによる溶融型熱転写方式を説
明するための図である。

【図２３】サーマルヘッドによる昇華型熱転写方式を説
明するための図である。

【図２４】従来のサーマルヘッドの構成を概略的に示す
斜視図である。

【符号の説明】

１サーマルヘッド２基板３絶縁性部材４座屈発熱体４ａ，４ｂ電極５スイッチ６電源７感熱紙

フロントページの続き (72)発明者阿部新吾大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者恩田裕大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者乾哲也大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平７−256880（ＪＰ，Ａ) (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】基板上に両端部分が固定された座屈発熱体
を発熱抵抗体として有しており、前記座屈発熱体は内部
温度が所定温度以上に達したときには実質的に熱応力が
ない無変位状態から熱膨張して座屈変形するものである
ことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のサーマルヘッドにおい
て、前記座屈発熱体は導電性を有する材料で構成され、
かつ前記基板上に絶縁性部材を介してその両端部分が取
り付けられており、通電手段で選択的に通電されて抵抗
加熱されることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項３】請求項１ないし２のいずれかに記載のサー
マルヘッドにおいて、前記座屈発熱体の両端部分それぞ
れの外側位置に対応する前記基板上には前記座屈変形方
向に突出するガイドをそれぞれ備えていることを特徴と
するサーマルヘッド。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載のサー
マルヘッドにおいて、前記基板は凹部を有しており、前
記座屈発熱体は前記基板の凹部の底面に設けられている
ことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項５】請求項１または２に記載のサーマルヘッド
において、前記座屈発熱体はその中間位置に前記座屈変
形方向に突出した突起を備えていることを特徴とするサ
ーマルヘッド。
【請求項６】基板と座屈発熱体とを有し、前記基板は所
定の深さの凹部を有し、前記座屈発熱体は、前記基板の
凹部の底面に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層
上に設けられたヒータ層と、前記ヒータ層上に設けられ
た第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に設けられた座屈体
とから少なくとも構成され、前記座屈発熱体は、前記ヒ
ータ層で前記座屈体が所定温度以上に加熱されたときに
は、当該座屈体が実質的に熱応力がない無変位状態から
熱膨張して座屈変形することを特徴とするサーマルヘッ
ド。
【請求項７】基板に所定の深さの凹部を形成する工程
と、前記凹部の底面上に第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層上にヒータ層を形成する工程と、前記ヒ
ータ層上に第２絶縁層を形成する工程と、前記第２絶縁
層上に座屈体を形成する工程とを少なくとも有し、前記
各工程によって請求項５に記載の前記基板上に座屈発熱
体を形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方
法。