JP3440000B2

JP3440000B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP3440000B2
Application number: JP24535298A
Authority: JP
Inventors: 善男下赤; 利昭道廣
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: JP2000071499A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はワードプロセッサや
ファクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサー
マルヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラスチックカードのような曲げ
ることが困難な硬質の記録媒体に感熱記録を行うため
に、記録媒体と接するサーマルヘッドの表面を出来るだ
け平坦になす試みがなされている。

【０００３】このような従来のサーマルヘッドとして
は、例えば図４に示すように、上面に発熱抵抗体１３及
び導電層１４を有するアルミナ基板１１に穴部１１ａを
設けるとともに該穴部１１ａ内に発熱抵抗体１３の発熱
を制御するためのドライバーＩＣ１５を埋設させたもの
を金属製の放熱板１７上に載置させた構造のものが知ら
れている。

【０００４】かかるサーマルヘッドは、記録媒体をサー
マルヘッドの上面に沿って発熱抵抗体１３上に搬送しな
がらドライバーＩＣ１５の駆動に伴い発熱抵抗体１３に
導電層１４を介して電源電力を印加し、発熱抵抗体１３
を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱
した熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画
が形成されるようになっており、この場合、ドライバー
ＩＣ１５をアルミナ基板１１の穴部１１ａ内に埋設した
ことでサーマルヘッドの表面には上方に大きく突出する
ものが存在しなくなっていることから、プラスチックカ
ードのような曲げることが困難な硬質の記録媒体に印画
を行う場合であっても記録媒体を略フラットな形状のま
ま発熱抵抗体１３上に搬送すること、即ち記録媒体のス
トレートパスが可能となっている。

【０００５】尚、上述した従来のサーマルヘッドにおい
てはアルミナ基板１１の穴部壁面とドライバーＩＣ側面
との間に樹脂材１６が充填されており、この樹脂材１６
によってドライバーＩＣ１５を穴部１１ａ内の所定位置
に接着固定するとともに、該樹脂材１６の上面をアルミ
ナ基板１１やドライバーＩＣ１５の上面と面一になし導
電層１４の一端をドライバーＩＣ１５上まで延在し得る
ようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、ドライバーＩＣ１５を
固定するための樹脂材１６としてエポキシ樹脂が使用さ
れており、その熱膨張係数は１１５×１０^-6１／℃とア
ルミナ基板１１の熱膨張係数（７．８×１０^-6１／℃）
に比し極めて大きい。このため、印画動作時、発熱抵抗
体１３の発する熱によってサーマルヘッドが高温になる
と樹脂材１６が大きく熱膨張を起こし、その結果、樹脂
材１６に亀裂が入り、その上に被着されている導電層１
４が断線するという欠点を有している。

【０００７】また前記樹脂材１６として使用されるエポ
キシ樹脂は、その熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍ・Ｋとアル
ミナ基板１１の熱伝導率（２５Ｗ／ｍ・Ｋ）等に比し極
めて小さいことから、印画動作時等にアルミナ基板１１
における熱の拡散を樹脂材１６が遮断してしまい、アル
ミナ基板１１の温度分布を不均一になすことがある。そ
のため、発熱抵抗体１３の表面温度もアルミナ基板１１
の温度分布の影響を受けて不均一なものとなり、特に全
ての発熱抵抗体１３を同時に発熱させた場合等に、前述
の温度ばらつきに起因した印画の濃度むらが誘発される
欠点を有している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明のサーマルヘッドは、発熱抵
抗体及び導電層を有するアルミナ基板に穴部を設け、該
穴部内に上面に端子電極を有したドライバーＩＣを埋設
するとともに、該ドライバーＩＣ側面と前記穴部壁面と
の間にエポキシ樹脂を充填し、更に前記導電層の一端を
端子電極上まで延在させることにより導電層と端子電極
とを電気的に接続したサーマルヘッドであって、前記エ
ポキシ樹脂は、その上部領域にシリカフィラーが６０〜
９０重量％、下部領域にアルミナフィラーが６０〜９０
重量％含有されていることを特徴とするものである。

【０００９】また本発明のサーマルヘッドは、前記エポ
キシ樹脂は、上部領域と下部領域との間にシリカフィラ
ー及びアルミナフィラーを合計で６０〜９０重量％含有
する中間領域を有していることを特徴とするものであ
る。

【００１０】更に本発明のサーマルヘッドは、前記シリ
カフィラーの平均粒径が１０〜５０μｍであり、且つ各
々のシリカフィラーが熱処理にて略球状に成してあるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の一形態に係るサーマ
ルヘッドの平面図、図２は図１のサーマルヘッドの断面
図、図３は図２のＡ部拡大図であり、１はアルミナ基
板、１ａは穴部、３は発熱抵抗体、４ａ〜４ｃは導電
層、５はドライバーＩＣ、６は樹脂材である。

【００１２】前記アルミナ基板１は例えば純度９５．０
〜９９．８％のアルミナセラミックスにより０．５〜
１．５ｍｍの厚みをもって矩形状をなすように形成さ
れ、その上面中央部には長手方向にわたって帯状の穴部
１ａが設けられる。

【００１３】前記アルミナ基板１はその上面で後述する
発熱抵抗体３や導電層４ａ〜４ｃ等を支持するとともに
前記穴部１ａに後述するドライバーＩＣ５を埋設させて
ドライバーＩＣ５の上面がサーマルヘッドの上面より大
きく突出しないようになす作用を為し、これによって記
録媒体のストレートパスを可能にしている。

【００１４】尚、前記アルミナ基板１は、アルミナ、シ
リカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状に成すとともにこれ
を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法
等を採用することによってセラミックグリーンシートを
形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所
定形状に打ち抜き加工するとともに、これを高温で焼成
することによって製作され、その後、得られたアルミナ
基板１の上面に所定強度のレーザーを照射し、その一部
を溶融・飛散させるか、或いはアルミナ基板１の一部を
切断することにより所定の穴部１ａが形成される。

【００１５】また、このようなアルミナ基板１の上面に
は、断面山状の部分グレーズ層２と、複数の発熱抵抗体
３と、所定パターンの導電層４ａ〜４ｃとが夫々、被着
される。

【００１６】前記部分グレーズ層２はガラス等の低熱伝
導性材料から成り、その頂部付近に被着される複数の発
熱抵抗体３を上方に突出させて記録媒体等に対する押圧
力（印圧）を有効に高めるとともに、これら発熱抵抗体
３の発する熱を適当な温度となるように蓄積してサーマ
ルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用を為す。

【００１７】また前記発熱抵抗体３は部分グレーズ層２
の頂部付近に被着配列されており、その各々がＴａＳｉ
Ｏ系抵抗材料、ＴｉＳｉＯ系抵抗材料、ＴａＮ系抵抗材
料などの電気抵抗材料により形成されているため、後述
する導電層４ａ，４ｂを介して外部電源からの電力が印
加されるとジュール発熱を起こし、印画を形成するのに
必要な所定の温度、例えば１５０〜２５０℃の温度に発
熱する作用を為す。

【００１８】また前記導電層４ａ〜４ｃは、発熱抵抗体
３の一端に共通接続される共通電極としての導電層４ａ
と、発熱抵抗体３の他端とドライバーＩＣ５の端子電極
５ａとを接続する個別電極としての導電層４ｂと、ドラ
イバーＩＣ５に印画信号等を供給する制御信号線として
の導電層４ｃとから成り、前記導電層４ａ，４ｂは前述
の発熱抵抗体３に外部からの電力を印加する作用を、ま
た導電層４ｃは外部からの印画信号等をドライバーＩＣ
５に供給する作用を為す。

【００１９】尚、前記部分グレーズ層２は、所定のガラ
ス粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得たガラ
スペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって帯状
に印刷塗布し、これを約１０００〜１２００℃の温度で
焼き付けることによってアルミナ基板１の上面に帯状に
被着形成され、前記発熱抵抗体３及び導電層４ａ〜４ｃ
は、従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフ
ィー技術等の薄膜手法を採用することによって所定厚
み、所定パターンに被着形成される。

【００２０】またこのようなアルミナ基板１上の発熱抵
抗体３や導電層４ａ〜４ｃは窒化珪素等から成る保護膜
７によって被覆され、この保護膜７によって記録媒体の
摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触に
よる腐食等から発熱抵抗体３や導電層４ａ〜４ｃ等を保
護するようにしている。

【００２１】そして前記アルミナ基板１に設けた穴部１
ａの内部には、アルミナ基板１と略等しい厚み（±６０
０μｍ以内）をもった複数のドライバーＩＣ５が一列に
並んで埋設される。

【００２２】前記ドライバーＩＣ５は、その上面に導電
層４ｂ，４ｃに電気的に接続される複数の端子電極５ａ
とスイッチングトランジスタ等の電気回路が夫々形成さ
れているため、導電層４ｃ等を介して外部からの印画信
号等が供給されると、該信号に基づき、導電層４ａ，４
ｂ等を介して発熱抵抗体３に印加される電力のオン・オ
フを制御するようになっている。

【００２３】またこの場合、ドライバーＩＣ５の厚みは
アルミナ基板１と略等しくなっているため、その下面を
後述する放熱板９に良好に面当接させることができ、こ
れによってアルミナ基板１中の熱を該基板１の下面のみ
ならずドライバーＩＣ５の下面からも放熱板９に伝導さ
せることができる。

【００２４】尚、前記導電層４ｂ，４ｃと端子電極５ａ
との電気的接続は、導電層４ｂ，４ｃを前述の薄膜手法
によってアルミナ基板１の上面に形成する際、その一端
をドライバーＩＣ上面の端子電極５ａ上まで延在させて
おくことにより行なわれる。

【００２５】そして、このようなドライバーＩＣ５の側
面と前述したアルミナ基板１の穴部壁面との間には樹脂
材６が充填される。

【００２６】前記樹脂材６はエポキシ樹脂により形成さ
れており、該樹脂材６はドライバーＩＣ５を穴部１ａ内
の所定位置に接着固定することに加え、該樹脂材６の上
面をアルミナ基板１及びドライバーＩＣ５の上面と等し
い高さになしておくことで、導電層４ｂ，４ｃをアルミ
ナ基板上面からドライバーＩＣ上面にかけて良好な連続
膜として形成し易くする作用を為す。

【００２７】そしてこのような樹脂材６は、その上部領
域（上面から深さ５０〜３００μｍまでの領域）にシリ
カ（ＳｉＯ₂）フィラー７が６０〜９０重量％、下部領
域（上面からの深さが３５０μｍ以上の領域）にアルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）フィラー８が６０〜９０重量％含有さ
れている。

【００２８】前記シリカフィラー７はその含有率を６０
〜９０重量％の範囲内に設定することにより、樹脂材上
部の熱膨張係数を１５×１０^-6〜２０×１０^-6１／℃と
してアルミナ基板１を形成するアルミナセラミックスや
ドライバーＩＣ５を形成するシリコン（Ｓｉ）の熱膨張
係数に近づける作用を為す。これにより、印画動作時、
発熱抵抗体３の発する熱によってサーマルヘッドが高温
になっても樹脂材６だけが大きく熱膨張を起こすことは
なく、樹脂材６を亀裂の無い良好な状態に維持すること
ができる。従って、その上に被着される導電層４ｂ，４
ｃ等も断線の無い良好な状態に維持されるようになり、
これによりサーマルヘッドを長期にわたって良好に機能
させることが可能となる。

【００２９】このようなシリカフィラー７としては平均
粒径が１０〜５０μｍで、且つ各々が熱処理にて略球状
に成してあるものが好ましく、そのようなシリカフィラ
ー７を使用することにより、樹脂材上面にシリカフィラ
ー７の一部が露出している場合であっても、その上の導
電層４ｂ，４ｃを傷付けることはなく、これらを前述の
薄膜手法等によって良好な連続膜として形成することが
できる。このシリカフィラー７の熱処理は、例えばシリ
カ焼結体をボールミル等によって粒径１０〜５０μｍ程
度に粉砕したものを空中に浮遊させた状態で溶融させる
とともに該浮遊状態中に冷却することによって行なわ
れ、これによって個々のフィラーの外形を略球状になす
ことができる。

【００３０】尚、前記シリカフィラー７の含有率が６０
重量％よりも小さいと樹脂材上部の熱膨張係数をアルミ
ナ基板１等に対して十分に近づけることができず、また
９０重量％よりも大きいと樹脂材６の上部領域を形成す
るのに使用される前駆体の粘度が極めて高くなり、この
前駆体をドライバーＩＣ５の側面とアルミナ基板１の穴
部壁面との間に充填させる際、前駆体の流動性が著しく
低下することにより作業性が悪くなり、またそのような
工程を経て形成した樹脂材６の上部領域には多数の気泡
が残存するなど製造上の不具合を生じる。従って樹脂材
６の上部領域に含有させるシリカフィラー７の含有率は
６０〜９０重量％の範囲内に設定しておく必要がある。

【００３１】一方、前記樹脂材６の下部領域に含有され
るアルミナフィラー８はその含有率を６０〜９０重量％
の範囲内に設定することにより、樹脂材下部の熱伝導率
を９．３〜１５．０Ｗ／ｍ・Ｋとしてアルミナ基板１を
形成するアルミナセラミックスの熱伝導率に近づける作
用を為す。これにより、印画動作時等にアルミナ基板１
における熱の拡散が樹脂材６によって妨げられることは
少なくなり、アルミナ基板１の温度分布を略均一になす
ことができる。従って、全ての発熱抵抗体３を同時に発
熱させたとしても、これらの表面温度を略等しくなすこ
とができ、これによって濃度むらの無い良好な印画を形
成することが可能となる。

【００３２】尚、前記アルミナフィラー８の含有率が６
０重量％よりも小さいと樹脂材下部の熱伝導率をアルミ
ナ基板１に対して十分に近づけることができず、また９
０重量％よりも大きいと樹脂材６の上部領域を形成する
ために使用される前駆体の粘度が極めて高くなり、この
前駆体をドライバーＩＣ５の側面とアルミナ基板１の穴
部壁面との間に充填させる際、前駆体の流動性が著しく
低下することにより作業性が悪くなり、またそのような
工程を経て形成した樹脂材６の下部領域には多数の気泡
が残存するなど製造上の不具合を生じる。従って樹脂材
６の下部領域に含有させるアルミナフィラー８の含有率
も６０〜９０重量％の範囲内に設定しておく必要があ
る。

【００３３】このような樹脂材６は、まず、液状に成し
たエポキシ樹脂の前駆体に平均粒径３〜５μｍのアルミ
ナフィラーと平均粒径３０〜５０μｍのアルミナフィラ
ーを３：１の比率で合計６０〜９０重量％となるように
添加混合し、これをディスペンサ等を用いてアルミナ基
板１の穴部壁面とドライバーＩＣ５の側面との間に所定
のの深さまで流し込み、しかる後、これを約１５０℃の
温度で熱硬化させることによって樹脂材６の下部領域を
形成し、次に先に使用したエポキシ樹脂と同じ組成の前
駆体に平均粒径３〜５μｍのシリカフィラーと平均粒径
３０〜５０μｍのシリカフィラーを３：１の比率で合計
６０〜９０重量％となるように添加混合し、これを先に
形成した下部領域の上にディスペンサ等を用いて流し込
んだ上、同様に約１５０℃の温度で熱硬化させることに
よって樹脂材６の上部領域が形成され、これによって上
部領域にシリカフィラー７が６０〜９０重量％、下部領
域にアルミナフィラー８が６０〜９０重量％含有された
樹脂材６が形成されることとなる。

【００３４】このとき、アルミナ基板１の穴部壁面とド
ライバーＩＣ５の側面との間を２００〜６００μｍに保
っておけば、樹脂材６の前駆体を充填するにあたり、穴
部壁面とＩＣ側面との間に気泡が発生しにくく、また縮
重合の際の収縮に伴う位置ずれの発生が低減される。従
ってアルミナ基板１の穴部壁面とドライバーＩＣ５の側
面との間は２００〜６００μｍに保っておくことが好ま
しい。

【００３５】そして、前述したアルミナ基板１は穴部１
ａ内のドライバーＩＣ５と共に金属製の放熱板９上に載
置固定される。

【００３６】前記放熱板９はアルミニウムやＳＵＳ等の
金属から成り、アルミナ基板１中の熱を伝導吸収するこ
とによってアルミナ基板１の温度が過度に高温となるの
を有効に防止し、これによってアルミナ基板１を常に良
好な温度状態に維持するようになっている。

【００３７】尚、前記放熱板９は例えば、アルミニウム
から成る場合、アルミニウムのインゴット（塊）を従来
周知の金属加工法を採用し、所定形状になすことによっ
て製作される。

【００３８】かくして上述した本発明のサーマルヘッド
は、記録媒体をサーマルヘッドの上面に沿って搬送しな
がら、ドライバーＩＣ５の駆動に伴い導電層４ａ，４ｂ
を介して発熱抵抗体３に電源電力を印加し、発熱抵抗体
３を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発
熱した熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印
画が形成される。

【００３９】尚、本発明は上述の実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々の変更、改良等が可能である。

【００４０】例えば上述の形態では樹脂材６をシリカフ
ィラーが６０〜９０重量％含有された上部領域とアルミ
ナフィラーが６０〜９０重量％含有された下部領域の２
つの領域のみで形成したが、この２つの領域の間に更に
シリカフィラー及びアルミナフィラーを合計で６０〜９
０重量％含有する中間領域を設けても良い。この場合、
エポキシ樹脂の熱膨張係数は上部領域から下部領域にか
けて連続的に変化することになるため、サーマルヘッド
が高温となってもエポキシ樹脂自身の熱応力を低く抑え
ることができる利点がある。かかる中間層は、アルミナ
フィラーが含有されたエポキシ樹脂の前駆体とシリカフ
ィラーが含有されたエポキシ樹脂の前駆体をドライバー
ＩＣ側面と穴部壁面との間に順次充填し、これを一定時
間放置することによって両者の境界付近でシリカフィラ
ーとアルミナフィラーを拡散させ、しかる後、前記前駆
体に熱を印加せしめ、これらを一括的に重合させること
により形成することができる。

【００４１】また上述の形態において樹脂材６の上面の
表面粗さを中心線平均粗さＲａで2,000 〜40,000Åの範
囲内に設定しておけば、表面の細かい凹凸で塵が効率良
く捕獲されるため、このような塵によって印画品質が低
下するのを有効に防止することができる。従って樹脂材
６の上面の表面粗さを中心線平均粗さＲａで2,000 〜4
0,000Åの範囲内に設定しておくことが好ましい。

【００４２】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、アル
ミナ基板の穴部壁面とドライバーＩＣ側面との間に充填
されるエポキシ樹脂の上部領域にシリカフィラーを６０
〜９０重量％含有させておくことにより、エポキシ樹脂
の上部の熱膨張係数をアルミナ基板やドライバーＩＣの
熱膨張係数に近づけることができ、これによってエポキ
シ樹脂を亀裂の無い良好な状態に維持して導電層等の断
線を有効に防止することができる。

【００４３】また本発明のサーマルヘッドによれば、前
記エポキシ樹脂の下部領域にシリカフィラーを６０〜９
０重量％含有させておくことにより、エポキシ樹脂の下
部の熱伝導率をアルミナ基板に近づけることができ、こ
れによってアルミナ基板における熱の拡散がエポキシ樹
脂によって妨げられることは少なくなり、アルミナ基板
の温度分布を略均一になして濃度むらの無い良好な印画
を形成することが可能となる。

【００４４】更に本発明のサーマルヘッドによれば、前
記エポキシ樹脂の上部領域に含有されるシリカフィラー
の平均粒径を１０〜５０μｍとした上、これらを熱処理
にて略球状に成しておくことにより、エポキシ樹脂の上
面にシリカフィラーの一部が露出する場合であっても、
その上の導電層を傷付けることはなく、これらを薄膜手
法等によって良好な連続膜として形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態に係るサーマルヘッドの平面図
である。

【図２】図１のサーマルヘッドの断面図である。

【図３】図２のＡ部拡大図である。

【図４】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・アルミナ基板、１ａ・・・・・穴部、３・
・・・・発熱抵抗体、４ｂ，４ｃ・・・・・導電層、５
・・・・・ドライバーＩＣ、６・・・・・樹脂材（エポ
キシ樹脂）、７・・・・・シリカフィラー、８・・・・
・アルミナフィラー、９・・・・・放熱板

───────────────────────────────────────────────────── 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 B41J 2/345

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体及び導電層を有するアルミナ基
板に穴部を設け、該穴部内に上面に端子電極を有したド
ライバーＩＣを埋設するとともに、該ドライバーＩＣ側
面と前記穴部壁面との間にエポキシ樹脂を充填し、更に
前記導電層の一端を端子電極上まで延在させることによ
り導電層と端子電極とを電気的に接続したサーマルヘッ
ドであって、前記エポキシ樹脂は、その上部領域にシリカフィラーが
６０〜９０重量％、下部領域にアルミナフィラーが６０
〜９０重量％含有されていることを特徴とするサーマル
ヘッド。
【請求項２】前記エポキシ樹脂は、上部領域と下部領域
との間にシリカフィラー及びアルミナフィラーを合計で
６０〜９０重量％含有する中間領域を有していることを
特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】前記シリカフィラーの平均粒径が１０〜５
０μｍであり、且つ各々のシリカフィラーが熱処理にて
略球状に成してあることを特徴とする請求項１に記載の
サーマルヘッド。