JP3333264B2 - ヒータ素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒータ素子およびその製
造方法に関し、例えば、熱転写記録や感熱記録などに使
用されるヒータ素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は従来の端面発熱型のヒータ素子の
構成を示す断面図である。同図において、２はアルミナ
基板で、その一方の先端面には、下からグレーズ層３，
発熱体４，保護膜５が順に形成されている。なお、保護
膜５は発熱体４を摩耗から保護するための膜で、対摩耗
性のガラスである。発熱体４には基板２の両面から金(A
u)などの導体６ａ,６ｂが接続されていて、導体６ａ−
発熱体４−導体６ｂの回路に電流を供給すると発熱体４
が発熱して、その熱は保護膜５を経て記録紙や熱転写リ
ボン（不図示）などへ伝達される。

【０００３】このようなヒータ素子１を、１枚の基板２
に複数個形成したりあるいは複数個束ねて、図９に示す
ようなサーマルプリントヘッドを形成し、各発熱体４へ
供給する電流をそれぞれ断続することによって、熱転写
記録や感熱記録などを行っていた。なお、同図に示すよ
うなサーマルプリントヘッドは、例えば、カードリー
ダ，プリンタおよびハンディコピーなどで使用されてい
る。

【０００４】さて、このようなヒータ素子１を用いて記
録を行う場合、発熱温度によって記録濃度が異なるの
で、印刷結果の品質を安定に保つために、図８に示した
ようにヒータ素子１は、発熱温度を検出するサーミスタ
などの温度センサ７を備えていた。つまり、温度センサ
７はグレーズ層３と基板２を介して発熱温度を検出し、
プリンタの制御部（不図示）は、温度センサ７の検出結
果に応じて、発熱温度が所定値になるように、発熱体４
へ供給する電圧やパルス幅を調整することにより電力を
制御していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
は、次のような問題点があった。 １）温度センサ７はグレーズ層３と基板２を介して発熱
温度を検出するため、検出結果に時間的遅れを生じる
上、発熱体４をパルス通電方式で駆動する場合、熱容量
の大きな基板２によって平均化されてしまい、実際の発
熱温度よりも低い温度が検出される。

【０００６】２）グレーズ層３を除去すれば上記時間遅
れは改善に向かうが、基板２に伝導する熱量が増加して
しまい、記録に利用できる熱量が相対的に減少する。

【０００７】本発明は、上述の問題を解決するためのも
ので、発熱温度を検出した結果の時間的遅れを小さくす
ることを目的とする。また、熱を効率よく記録に利用す
ることを他の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成する一手段として、以下の構成を備える。

【０００９】本発明にかかるヒータ素子は、所定サイズ
の絶縁基板に形成されたヒータ素子であって、前記絶縁
基板の一方の面の端部近傍へ形成した所定サイズの発熱
体と、前記絶縁基板の他方の面において、前記絶縁基板
を挟んで前記発熱体に略対向する位置へ形成した所定サ
イズの感温体と、前記発熱体と前記感温体とを略覆うよ
うに前記絶縁基板の先端部位へ固着された略コの字型の
金属キャップとを備え、前記発熱体によって発生された
熱が前記金属キャップを介して伝わるように構成するこ
とを特徴とする。また、所定サイズの絶縁基板に形成さ
れたヒータ素子であって、前記絶縁基板の一方の面の端
部近傍へ形成した所定サイズの発熱体と、前記発熱体を
略覆うように前記絶縁基板の先端部へ固着された略コの
字型の金属キャップとを備え、前記発熱体によって発生
された熱が前記金属キャップを介して伝わるように構成
することを特徴とする。

【００１０】本発明にかかるヒータ素子の製造方法は、
所定サイズの絶縁基板の一方の面の端部近傍へ所定サイ
ズの発熱体を形成し、前記絶縁基板の他方の面におい
て、前記絶縁基板を挟んで前記発熱体に略対向する位置
へ所定サイズの感温体を形成し、前記発熱体と前記感温
体とを略覆うように前記絶縁基板の先端部位へ略コの字
型の金属キャップを固着することを特徴とする。また、
所定サイズの絶縁基板の一方の面の端部近傍へ所定サイ
ズの発熱体を形成し、前記発熱体を略覆うように前記絶
縁基板の先端部位へ略コの字型の金属キャップを固着す
ることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明にかかる一実施例のヒータ素子
を図面を参照して詳細に説明する。

【００１２】

【第１実施例】図１は本実施例のヒータ素子の一方の面
の構成例を示す一部破断正面図、図２は図１のヒータ素
子の他方の面の構成例を示す一部破断正面図、図３は図
２のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、以下の説明では、
便宜上、図１に示す面を第１面、図２に示す面を第２面
という。

【００１３】同図において、１２は基板で、略長方形の
所定の厚さを有した電気絶縁性のセラミックス基板で、
例えば、アルミナ96%の焼結体のアルミナ基板（厚さ0.6
35[mm]）などである。図１に示すように、基板１２の第
１面には、例えば銀パラジウム(Ag/Pd)や金(Au)厚膜に
よる導体１６ａ,１６ｂを形成し、導体１６ａ,１６ｂの
一端には両導体を電気的に短絡するように、略長方形の
発熱体１４を例えば酸化ルテニウム(RuO_2)系厚膜で形
成する。また、両導体の他端は、それぞれスルーホール
１６ｃ,１６ｄを経て、図２に示す第２面に形成された
例えば銀パラジウムや金厚膜による電極１６ｅ,１６ｆ
へそれぞれ接続されている。なお、図においては、中空
のスルーホール１６ｃ,１６ｄを示したが、これに限定
されるものではなく、例えば、ホール内が銀パラジウム
などで満たされていてもよい。

【００１４】発熱体１４上には、酸化により発熱体１４
が劣化するなどを防ぐために、ガラス材による保護膜１
５をオーバコートする。他方、図２に示すように、基板
１２の第２面には、例えば銀パラジウム(Ag/Pd)厚膜に
よる導体２２ａ,２２ｂを形成し、導体２２ａ,２２ｂの
一端には両導体を電気的に短絡するように、感温体とし
て略長方形のサーミスタ１７を例えばマンガン(Mn)コバ
ルト(Co)鉄(Fe)銅(Cu)系酸化物を主体とした厚膜で形成
する。なお、導体２２ａ,２２ｂの形状は、図２に示し
たようなサーミスタ１７の両端へ電気的に接続するもの
に限らず、例えば、図１０に一例を示すように、くし形
に形成した電極２２ａ,２２ｂに上にサーミスタ１７を
形成してもよいし、図１１に一例を示すように、出現抵
抗値を低減させるためにサーミスタ１７の上下を、電極
２２ａと、電極２２ｂに接続する電極２２ｃで挟んでも
よい。また、両導体の他端は例えば銀パラジウムや金厚
膜による電極２２ｃ,２２ｄへそれぞれ接続されてい
る。なお、サーミスタ１７は、基板１２を挟んで発熱体
１４に略対向する位置へ形成する。

【００１５】サーミスタ１７上には、サーミスタ１７を
保護するために、ガラス材による保護膜１８をオーバコ
ートする。２１はその断面は略コの字型のキャップで、
発熱体１４およびサーミスタ１７が形成された基板１２
の先端部を挟持するように、例えばシリコン接着剤２０
によって固着され、発熱体１４で発生した熱を熱転写リ
ボンや記録紙へ伝えるほか、サーミスタ１７がヒータ素
子周囲の空気に直接触れないようにして、気温や空気の
流れによる温度検出結果の乱れを防ぐためのものであ
る。なお、キャップ２１は、熱伝導性のよいアルミなど
の金属を加工したもので、加工の容易さや強度などか
ら、例えば、厚さ0.3[mm]のアルミ板を図３の縦方向に
1.5〜2[mm]、図３の横方向に約1.7[mm]に加工したもの
である。また、基板１２へキャップ２１を固着する接着
剤は、シリコン接着剤に限定されるものではなく、熱伝
導性がよく熱劣化しないものであればよい。

【００１６】さて、以上説明したヒータ素子の電極１６
ｅ,１６ｆへ電圧を印加すると、電極１６ｅ−導体１６
ａ−発熱体１４−導体１６ｂ−電極１６ｆ間に電流が流
れて、発熱体１４が発熱する。発熱体１４で発生した熱
は、保護膜１５および接着剤２０を経てキャップ２１へ
伝わり、キャップ２１の表面を熱転写記録または感熱記
録に必要な温度まで上昇させる。

【００１７】一方、発熱体１４で発生した熱は、基板１
２を経てサーミスタ１７へも伝わり、サーミスタ１７の
温度を上昇させる。本実施例では、発熱体１４からサー
ミスタ１７までの距離は基板１２の厚み（例えば0.635
[mm]）だけであり、基板１２の熱伝導性もよいので、電
極２２ｃ,２２ｄを介して接続されたプリンタの制御部
（不図示）などは、サーミスタ１７の抵抗値を測定する
ことによって、発熱温度を小さな遅れで正確に検出する
ことができる。

【００１８】図４はヒータ素子の製造工程の一例を示す
フローチャートである。なお、以下の説明は、１つのヒ
ータ素子を製造する場合に限定されるものではなく、例
えば、複数のヒータ素子を同時に多数製造する場合にも
適用でき、最終工程でヒータ素子ひとつひとつに分離す
ればよい。まず、図４に示す工程Ｐ１で、基板１２を所
定の大きさに形成する基板製造工程を実行して、所定製
造単位の大きさの略長方形の基板１２を製作する。この
際、スルーホール１６ｃ,１６ｄを形成する位置に孔を
穿つが、基板焼成前に金型などによって穿孔してもよい
し、基板焼成後にレーザ加工などによって穿孔してもよ
い。なお、前記単位は、任意の大きさであり、１つのヒ
ータ素子毎に作製しても、例えば、数十個同時に作製し
てもよく、それぞれの場合に即して製作すればよい。ま
た、以下に説明する各工程毎の状態図は、それぞれ単独
の１チップだけを示すが、複数チップを同時に形成する
場合においても略同様である。

【００１９】続いて、工程Ｐ２で、基板１２に穿った孔
へ銀パラジウムなどを吸入するなどによって、スルーホ
ール１６ｃ,１６ｄを形成する。続いて、スクリーン印
刷などの方法によって、工程Ｐ３で基板１２の第１面に
導体１６ａ,１６ｂを形成し、工程Ｐ４で基板１２の第
１面に発熱体１４を形成し、工程Ｐ５で発熱体１４を略
覆うように保護膜１５をオーバコートする。

【００２０】続いて、スクリーン印刷などの方法によっ
て、工程Ｐ６で基板１２の第２面に電極１６ｅ,１６ｆ
および２２ｃ,２２ｄと導体１６ａ,１６ｂおよび２２
ａ,２２ｂとを形成し、工程Ｐ７で基板１２の第２面に
サーミスタ１７を形成し、工程Ｐ８で発熱体１４を略覆
うように保護膜１８をオーバコートする。なお、同時に
複数のヒータ素子を一括製作した場合は、工程Ｐ８終了
後に、必要に応じて基板分割を行って、ヒータ素子を１
つ１つに分離成形する。

【００２１】続いて、工程Ｐ９で、シリコン接着剤２０
などによって、キャップ２１を基板１２の先端部に接着
した後、工程Ｐ１０で発熱体１４やサーミスタ１７の抵
抗値検査などを実施して、ヒータ素子が完了する。ま
た、上記説明では省略したが、厚膜を形成する工程に
は、厚膜ペーストなどを印刷後、例えば10分間850℃で
焼成する焼成工程などが含まれる。なお、工程Ｐ３とＰ
４において、導体１６ａ,１６ｂおよび発熱体１４はそ
れぞれの形成工程で焼成しなくても、発熱体１４を印刷
後に一括して焼成してもよいし、同様に、工程Ｐ６とＰ
７において、導体，電極およびサーミスタ１７はそれぞ
れの形成工程で焼成しなくても、サーミスタ１７を印刷
後に一括して焼成してもよい。

【００２２】また、上述および図においては、外部との
接続を考慮して、スルーホール１６ｃ,１６ｄを介して
発熱体１４の電極１６ｅ,１６ｆを、サーミスタ１７の
電極２２ｃ,２２ｄとともに基板１２の第２面に形成す
る例を示したが、本実施例はこれに限定されるものでは
なく、例えば、発熱体１４の電極１６ｅ,１６ｆは基板
１２の第１面に形成してもよく、この場合はスルーホー
ル１６ｃ,１６ｄが不要になるので、製造コストを低減
することができる。また、スルーホールを介してサーミ
スタ１７の電極２２ｃ,２２ｄを、基板１２の第１面に
配設することもできる。

【００２３】以上説明したように、本実施例によれば、
基板１２を挟んで略対向する位置へ発熱体１４とサーミ
スタ１７とを形成するので、発熱体１４からサーミスタ
１７までの距離は基板１２の厚みだけであり、基板１２
の熱伝導性もよいので、発熱体１４の発熱は短時間にサ
ーミスタ１７へ伝わり、発熱温度を小さな遅れで正確に
検出することができので、温度制御が容易で応答の良好
なヒータ素子を実現できる。

【００２４】また、本実施例によれば、基板１２に伝達
された熱は、キャップ２１に略覆われた部位の温度を上
昇させることになり、その結果、該熱はキャップ２１を
経て記録に利用されるので、熱を効率的に熱転写リボン
や記録紙へ伝えることができる。さらに、本実施例によ
れば、アルミなどのキャップ２１が熱転写リボンや記録
紙へ接触するので、従来のオーバコートガラス層（図８
の符号５）に比べて、対摩耗性や熱伝導性に優れている
上、従来は異物などによってオーバコートガラス層が傷
付くと、その直下の発熱体（図８の符号４）に影響が及
んだが、本実施例では、キャップ２１が傷付いても発熱
体１４に直接影響することはない。

【００２５】

【第２実施例】以下、本発明にかかる第２実施例のヒー
タ素子を説明する。なお、第２実施例において、第１実
施例と略同一の構成には、同一符号を付して、その詳細
説明を省略する。図５は第２実施例のヒータ素子の構成
例を示す正面図、図６は図５のＢ−Ｂ矢視断面図であ
る。

【００２６】同図において、２７は感温体のチップサー
ミスタで、導体２２ｃと２２ｄを短絡するようにはんだ
付けされている。すなわち、本実施例は、発熱温度をチ
ップサーミスタ２７で検出するものである。従って、図
８に示した従来例のように、基板の端面に発熱体など厚
膜を形成する必要もなく、第１実施例のように、基板の
両面に厚膜を形成する必要もないので、それらに比べて
製造が容易であり低コストのヒータ素子になる。

【００２７】図７はヒータ素子の製造工程の一例を示す
フローチャートである。なお、以下の説明は、１つのヒ
ータ素子を製造する場合に限定されるものではなく、例
えば、複数のヒータ素子を同時に多数製造する場合にも
適用でき、最終工程でヒータ素子ひとつひとつに分離す
ればよい。まず、図７に示す工程Ｐ２１で、基板１２を
所定の大きさに形成する基板製造工程を実行して、所定
製造単位の大きさの略長方形の基板１２を製作する。な
お、前記単位は、任意の大きさであり、１つのヒータ素
子毎に作製しても、例えば、数十個同時に作製してもよ
く、それぞれの場合に即して製作すればよい。また、以
下に説明する各工程毎の状態図は、それぞれ単独の１チ
ップだけを示すが、複数チップを同時に形成する場合に
おいても略同様である。

【００２８】続いて、スクリーン印刷などの方法によっ
て基板１２の表面に、工程Ｐ２２で導体および電極を形
成し、工程Ｐ２３で発熱体１４を形成し、工程Ｐ２４で
発熱体１４を略覆うように保護膜１５をオーバコートす
る。続いて、工程Ｐ２５で導体２２ａ,２２ｂへチップ
サーミスタ２７をはんだ付する。なお、同時に複数のヒ
ータ素子を一括製作した場合は、工程Ｐ２５終了後に、
必要に応じて基板分割を行って、ヒータ素子を１つ１つ
に分離成形する。

【００２９】続いて、工程Ｐ２６で、シリコン接着剤２
０などによって、キャップ２１を基板１２の先端部に接
着した後、工程Ｐ２７で発熱体１４やサーミスタ１７の
抵抗値検査などを実施して、ヒータ素子が完了する。ま
た、上記説明では省略したが、厚膜を形成する工程に
は、厚膜ペーストなどを印刷後、例えば10分間850℃で
焼成する焼成工程などが含まれる。なお、工程Ｐ２２と
Ｐ２３において、導体，電極および発熱体１４はそれぞ
れの形成工程で焼成しなくても、発熱体１４を印刷後に
一括して焼成してもよい。

【００３０】以上説明したように、本実施例によれば、
基板の端面に発熱体など厚膜を形成する必要もなく、基
板の両面に厚膜を形成する必要もないので、製造が容易
であり低コストのヒータ素子を実現することができる
上、基板１２に伝達された熱は、キャップ２１に略覆わ
れた部位の温度を上昇させることになり、その結果、該
熱はキャップ２１を経て記録に利用されるので、熱を効
率的に熱転写リボンや記録紙へ伝えることができる。

【００３１】さらに、本実施例によれば、第１実施例と
同様に、アルミなどのキャップ２１が熱転写リボンや記
録紙へ接触するので、従来のオーバコートガラス層（図
８の符号５）に比べて、対摩耗性や熱伝導性に優れてい
る上、従来は異物などによってオーバコートガラス層が
傷付くと、その直下の発熱体（図８の符号４）に影響が
及んだが、本実施例では、キャップ２１が傷付いても発
熱体１４に直接影響することはない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絶縁基板の先端部位へ固着された略コの字型の金属キャ
ップを介して、発熱体が発生した熱が伝わるようにヒー
タ素子を構成する。従って、発熱温度を検出した結果の
時間的遅れを小さくすることができ、熱を効率よく記録
に利用することができるので、例えば、温度制御が容易
で応答の良好なヒータ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例のヒータ素子の一方の
面の構成例を示す一部破断正面図である。

【図２】図１のヒータ素子の他方の面の構成例を示す一
部破断正面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】本実施例のヒータ素子の製造工程の一例を示す
フローチャートである。

【図５】本発明にかかる第２実施例のヒータ素子の構成
例を示す正面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図７】第２実施例のヒータ素子の製造工程の一例を示
すフローチャートである。

【図８】従来の端面発熱型のヒータ素子の構成を示す断
面図である。

【図９】図８のヒータ素子を用いたサーマルプリントヘ
ッドを示す斜視図である。

【図１０】第１実施例のサーミスタ用電極の形成例を示
す図である。

【図１１】第１実施例のサーミスタの形成例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１２ 基板 １４ 発熱体 １５ 保護膜 １７ サーミスタ １８ 保護膜 ２０ シリコン接着剤 ２１ キャップ ２７ チップサーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/335 H01C 7/04 H05B 3/20

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定サイズの絶縁基板に形成されたヒー
   タ素子であって、 前記絶縁基板の一方の面の端部近傍へ形成した所定サイ
   ズの発熱体と、 前記絶縁基板の他方の面において、前記絶縁基板を挟ん
   で前記発熱体に略対向する位置へ形成した所定サイズの
   感温体と、 前記発熱体と前記感温体とを略覆うように前記絶縁基板
   の先端部位へ固着された略コの字型の金属キャップとを
   備え、 前記発熱体によって発生された熱が前記金属キャップを
   介して伝わるように構成することを特徴とするヒータ素
   子。
2. 【請求項２】 前記感温体は、前記発熱体近傍の温度を
   検出することを特徴とする請求項1に記載されたヒータ
   素子。
3. 【請求項３】 所定サイズの絶縁基板の一方の面の端部
   近傍へ所定サイズの発熱体を形成し、 前記絶縁基板の他方の面において、前記絶縁基板を挟ん
   で前記発熱体に略対向する位置へ所定サイズの感温体を
   形成し、 前記発熱体と前記感温体とを略覆うように前記絶縁基板
   の先端部位へ略コの字型の金属キャップを固着すること
   を特徴とするヒータ素子の製造方法。
4. 【請求項４】 所定サイズの絶縁基板に形成されたヒー
   タ素子であって、 前記絶縁基板の一方の面の端部近傍へ形成した所定サイ
   ズの発熱体と、 前記発熱体を略覆うように前記絶縁基板の先端部へ固着
   された略コの字型の金属キャップとを備え、 前記発熱体によって発生された熱が前記金属キャップを
   介して伝わるように構成することを特徴とするヒータ素
   子。
5. 【請求項５】 所定サイズの絶縁基板の一方の面の端部
   近傍へ所定サイズの発熱体を形成し、 前記発熱体を略覆うように前記絶縁基板の先端部位へ略
   コの字型の金属キャップを固着することを特徴とするヒ
   ータ素子の製造方法。