JP3462076B2 - サーマルヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はビデオプリンタやフ
ァクシミリ，ワードプロセッサ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対して感熱記録を行う
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，図５に示す如く、矩形状を成すセラミ
ック基板１１の上面に、一方の長辺に沿って複数個の発
熱抵抗体１３を直線状に配列するとともに、他方の長辺
に沿って帯状の穴部１１ａを形成し、この穴部１１ａ内
に前記発熱抵抗体１３への通電を制御するためのドライ
バーＩＣ１４を埋設した構造のものが知られている。

【０００４】かかるサーマルヘッドによれば、ドライバ
ーＩＣ１４をセラミック基板１１の穴部１１ａ内に埋設
させたことでサーマルヘッドの表面から上方に大きく突
出するものをなくしていることから、プラスチックカー
ドのような硬質の記録媒体Ｐに感熱記録を行う場合であ
っても記録媒体Ｐをフラットな形状のまま発熱抵抗体１
３上まで搬送することができ、記録媒体Ｐのストレート
パスを可能としている。

【０００５】尚、前記発熱抵抗体１３の両端には発熱抵
抗体１３に電力を印加するための共通電極１５及び個別
電極１６が接続されており、個別電極１６の一端をドラ
イバーＩＣ１４の出力端子１４ａ上まで延在させておく
ことにより個別電極１６とドライバーＩＣ１４の出力端
子１４ａとを電気的に接続させるようにしている。

【０００６】また前記穴部１１ａとドライバーＩＣ１４
との間にはエポキシ樹脂等の接着剤１７が充填されてお
り、この接着剤１７によってドライバーＩＣ１４を穴部
１１ａ内の所定位置に固定するとともに、セラミック基
板１１とドライバーＩＣ１４との間隙を接着剤１７で埋
め、これらの上面にわたって前記個別電極１６を連続的
に形成することができるようにしている。

【０００７】

【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、セラミック基板１１の
他方の長辺に沿って設けられている穴部１１ａ内に、ド
ライバーＩＣ１４の固定のために、セラミック基板１１
を形成するアルミナセラミックス（熱膨張係数：7.8×1
0^-6／℃）よりも大きな熱膨張係数をもった接着剤１７
（エポキシ樹脂の熱膨張係数： 1.5×10^-5／℃）が充填
されている。このため、サーマルヘッドの使用に伴いセ
ラミック基板１１の温度が例えば50℃〜70℃の温度に上
昇した際、前述したアルミナセラミックスとエポキシ樹
脂の熱膨張係数の相違から、セラミック基板１１が他方
の長辺側で突出するように弓なりに湾曲し、これに伴っ
て発熱抵抗体１３の配列（以下、発熱抵抗体列と略記す
る）も同様に湾曲する。このように変形したサーマルヘ
ッドを用いて記録媒体Ｐに印画を行うと、画像には発熱
抵抗体列の湾曲形状に応じた歪みが生じ、良好な印画が
得られなくなる欠点を有していた。

【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、矩形状
を成すセラミック基板の上面で、該基板の長さ方向に沿
って多数の発熱抵抗体を直線状に配列した発熱抵抗体列
を被着させるとともに該発熱抵抗体列の両側に、発熱抵
抗体列からの距離が略等しくなるように一対の帯状穴部
を形成し、前記一方の穴部内に各発熱抵抗体を選択的に
ジュール発熱させるドライバＩＣを配置させるとともに
接着剤を介して固定し、前記他方の穴部内に前記接着剤
の85％〜115％の熱膨張係数を有する金属体を埋設させ
るとともに該金属体を各発熱抵抗体に共通電極の一部と
して接続したことを特徴とする。また本発明のサーマル
ヘッドは、前記セラミック基板と発熱抵抗体との間にグ
レーズ層が介在されており、且つ、前記グレーズ層の頂
部とドライバーＩＣ、金属体の上面とを略等しい高さに
設定したことを特徴とする。更に本発明のサーマルヘッ
ドは、前記ドライバーＩＣ及び金属体の上面、セラミッ
ク基板の上面、穴部の接着材の上面を略同一平面に配置
するとともに、前記発熱抵抗体の一端側に接続される薄
膜導体層を前記金属体の上面まで、発熱抵抗体の他端側
に接続される個別電極を前記ドライバーＩＣの上面ま
で、それぞれ連続的に形成したことを特徴とする。

【０００９】

【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かかるサー
マルヘッドの平面図、図２は図１のサーマルヘッドのＸ
−Ｘ線断面図であり、１はセラミック基板、１ａ，１ｂ
は穴部、３は発熱抵抗体、４はドライバーＩＣ、５は共
通電極、５ｂは金属体、６は個別電極、７は接着剤であ
る。

【００１０】前記セラミック基板１は、アルミナセラミ
ックス等のセラミック材料によって矩形状に形成されて
おり、その上面で後述するグレーズ層２や発熱抵抗体
３，共通電極５，個別電極６等を支持するための支持母
材としての作用を為す。

【００１１】このセラミック基板１は、例えばアルミナ
セラミックスから成る場合、Ａｌ₂Ｏ₃ ，ＳｉＯ₂ ，Ｍ
ｇＯ等のセラミック材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を施して高温（約
1600℃）で焼成することによって例えば、0.5 〜1.5mm
の厚みをもって製作され、 6.9×10^-6／℃〜 8.0×10^-6
／℃の熱膨張係数を有したものとなる。

【００１２】また前記セラミック基板１の上面には、断
面山状のグレーズ層２がセラミック基板１の長さ方向に
わたって帯状に形成され、更に該グレーズ層２の頂部付
近には多数の発熱抵抗体３が一列に並んで被着・形成さ
れる。

【００１３】前記グレーズ層２はガラス等の低熱伝導性
材料（熱伝導率： 2.0×10^-3cal/cm・sec ・℃）から成
り、その頂部付近に被着される多数の発熱抵抗体３を上
方に突出させて記録媒体に対する発熱抵抗体３の押圧力
（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及び放散し、
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。

【００１４】前記グレーズ層２は、例えばガラスから成
る場合、所定のガラス粉末に適当な有機溶剤、有機溶媒
を添加・混合して得たガラスペーストを従来周知のスク
リーン印刷法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セラミ
ック基板１の上面に20〜 100μｍの厚みに被着・形成さ
れる。

【００１５】また前記グレーズ層２上の多数の発熱抵抗
体３は、グレーズ層２の長さ方向にわたって一定のピッ
チで直線状に配列されており、例えば、Ａ４サイズ， 3
00ｄｐｉのサーマルヘッドを構成する場合、69.7μｍ×
110μｍの発熱抵抗体３が2560個、84.7μｍのピッチで
直線状に配列されることとなる。

【００１６】前記発熱抵抗体３は、その各々がＴａＳｉ
ＯやＴｉＳｉＯ，ＴａＮ等の電気抵抗材料により形成さ
れているため、その両端に接続される共通電極５及び個
別電極６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、記録媒体に印画を形成するのに必
要な温度、例えば150 〜250 ℃の温度に発熱する。

【００１７】また前記発熱抵抗体３の両端には、共通電
極５と個別電極６とが電気的に接続される。

【００１８】前記共通電極５及び個別電極６は、発熱抵
抗体３への給電用電極として機能するもので、個別電極
６の一端を後述するドライバーＩＣ４の出力端子４ａを
介して接地し、且つ共通電極５を所定電位（例えば、24
Ｖ）に保持しておくことにより各発熱抵抗体３にドライ
バーＩＣ４のスイッチング動作に伴って所定の電力を印
加するようになっている。

【００１９】尚、前記共通電極５は発熱抵抗体３に直接
接続される薄膜導体層５ａと厚み 0.1〜 0.5ｍｍ程度の
棒状の金属体５ｂとで構成されており、この両者を互い
に接続させておくことにより、導電抵抗の比較的大きな
薄膜導体層５ａを電気抵抗の小さな金属体５ｂで電気的
に補強し、多くの発熱抵抗体３を一度に通電する際に共
通電極５で大きな電圧降下が発生するのを有効に防止す
るようになしている。

【００２０】これらの発熱抵抗体３や共通電極５の薄膜
導体層５ａ，個別電極６等はアルミニウムや銅，或いは
これらの合金等によって 0.5μｍ〜 2.0μｍの厚みに形
成され、例えば、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を採用することによって前記グレ
ーズ層２上からセラミック基板１の上面にかけて所定パ
ターンに被着・形成される。

【００２１】またこのようなセラミック基板１の上面に
は、発熱抵抗体列３Ａの両側で且つ発熱抵抗体列３Ａか
ら等距離の位置に発熱抵抗体列３Ａと平行な帯状の一対
の穴部１ａ，１ｂが形成される。

【００２２】より具体的には、前記穴部１ａ，１ｂは、
それぞれの中心位置から発熱抵抗体３の中心位置までの
距離Ｄ₁ ，Ｄ₂ が±２ｍｍの範囲内となるように、発熱
抵抗体列３Ａからそれぞれ 0.5ｍｍ〜 2.0ｍｍだけ離れ
た位置に発熱抵抗体列３Ａとほぼ平行に配設され、これ
らのうち一方の穴部１ａはセラミック基板１を貫通する
ように、また他方の穴部１ｂはセラミック基板１の厚み
の約３分の２に相当する深さでもって形成され、両者は
ほぼ等しい幅（± 0.1ｍｍ）に設定される。

【００２３】そしてこの２つの穴部のうち一方の穴部１
ａには各発熱抵抗体３を選択的にジュール発熱させるド
ライバＩＣ４が複数個、埋設された上、エポキシ樹脂等
の接着剤７を介して穴部１ａ内の所定位置に固定され、
また他方の穴部１ｂには前記接着剤７の85％〜 115％の
熱膨張係数を有する金属体５ｂが埋設された上、ロウ材
等の接着剤８を介して穴部１ａ内の所定位置に固定され
る。ここで前記金属体５ｂは、例えば接着剤７が熱膨張
係数 1.5×10^-5／℃のエポキシ樹脂から成る場合、銅や
ニッケル，鉄，或いは、これらの金属の合金等によって
形成される。

【００２４】前記穴部１ａ，１ｂは、その内部に金属体
５ｂやドライバーＩＣ４等を埋設させておくことによっ
て、これらがサーマルヘッドの表面から上方に大きく突
出しないようになす作用を為し、これによってプラスチ
ックカードのような硬質の記録媒体に感熱記録を行う場
合であっても記録媒体をフラットな形状のまま発熱抵抗
体列３Ａ上まで搬送させるストレートパスを可能にして
いる。

【００２５】またこの場合、前記穴部１ａ，１ｂは発熱
抵抗体列３Ａの両側に発熱抵抗体列３Ａと平行に配置さ
れており、一方の穴部１ａにはドライバＩＣ４と接着材
７が、他方の穴部１ｂには接着剤７の85％〜 115％の熱
膨張係数を有する金属体５ｂがそれぞれ埋設されている
ことから、サーマルヘッドの使用に伴いセラミック基板
１の温度が例えば50℃〜70℃の温度に上昇しても、熱膨
張係数の相違に起因するセラミック基板１の湾曲が有効
に防止される。

【００２６】即ち、セラミック基板１の穴部１ｂに埋設
される金属体５ｂは、セラミック基板１を形成するアル
ミナセラミックスよりも大きな熱膨張係数をもった銅
（熱膨張係数：16.7×10^-6／℃）等から成り、これらは
セラミック基板１の温度が上昇したとき、穴部１ａに充
填される接着剤７と同様に、セラミック基板１よりも大
きく熱膨張しようとする。このため、セラミック基板１
には発熱抵抗体列３Ａの両側で熱膨張差に起因する応力
がほぼ等しく作用することとなり、このような応力が従
来例で示した図５のサーマルヘッドの如くセラミック基
板１の片方の長辺側にのみ偏って印加されることはな
い。従って、発熱抵抗体列３Ａの両側で発生するセラミ
ック基板１の応力を互いに相殺してセラミック基板１を
矩形状に維持することができ、歪みの無い良好な画像の
形成が可能となる。

【００２７】またこの場合、前記穴部１ｂに埋設される
金属体５ｂは共通電極５の一部として各発熱抵抗体３に
電気的に接続されていることから、この金属体５ｂによ
って共通電極全体の導電抵抗を十分に低減させることが
できる。従って、共通電極５における電圧降下の発生を
有効に防止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。

【００２８】更にこの場合、前記穴部１ａ，１ｂに埋設
されるドライバーＩＣ４や金属体５ｂの上面の高さを前
述したグレーズ層２の頂部とほぼ等しい高さ（±10μ
ｍ）に設定しておけば、これらの上面に記録媒体が当た
るようになるため、プラスチックカードのような硬質の
記録媒体に感熱記録を行う場合に、発熱抵抗体列３Ａ上
に搬送される記録媒体を発熱抵抗体列３Ａの前後で良好
に支持することができ、記録媒体を常に安定的に走行さ
せることが可能となる。従って穴部１ａ，１ｂに埋設さ
れる金属体５ｂやドライバーＩＣ４の上面の高さはグレ
ーズ層２の頂部とほぼ等しい高さになしておくことが好
ましい。

【００２９】尚、前記穴部１ａ，１ｂは、レーザー加工
やブラスト加工，或いは、セラミック基板１を製作する
際にセラミックグリーンシートに所定の金型を押しつけ
て窪みや貫通穴を形成しておくことによりセラミック基
板上面の所定箇所に形成される。

【００３０】また前記穴部１ａ，１ｂに埋設したドライ
バーＩＣ４や金属体５ｂと、個別電極６，薄膜導体層５
ａとの電気的接続は、穴部１ａ，１ｂ内にドライバーＩ
Ｃ４や金属体５ｂを配置させておいたセラミック基板１
上に、発熱抵抗体３や共通電極５の薄膜導体層５ａ，個
別電極６等を前述のスパッタリング法やフォトリソグラ
フィー技術等によって形成する際、個別電極６及び薄膜
導体層５ａの一部を穴部１ａ，１ｂ内のドライバーＩＣ
４の出力端子４ａや金属体５ｂ上まで延在させ、該延在
部を出力端子４ａや金属体５ｂの表面に被着させておく
ことことにより行われる。

【００３１】このとき、ドライバーＩＣ４や金属体５ｂ
の固定に使用される接着剤７，８でドライバーＩＣ４や
金属体５ｂと穴部１ａ，１ｂとの間隙を完全に埋めるよ
うになしておけば、個別電極６や薄膜導体層５ａをセラ
ミック基板１の上面からドライバーＩＣ４や金属体５ｂ
の上面にかけて被着させる際、これらを良好な連続膜と
して形成することができ、サーマルヘッドの製造歩留り
が向上される。

【００３２】尚、前記接着剤７としては、エポキシ樹脂
の他に、ポリイミド樹脂，ポリエーテルアミド等の樹脂
材料にアルミナやジルコニウム等のフィラーを50〜80重
量％の範囲で添加・混合させたものなどが好適に使用さ
れる。

【００３３】そして更に、このようなサーマルヘッドの
表面、具体的には発熱抵抗体３やドライバーＩＣ４，共
通電極５，個別電極６等の表面には窒化珪素等から成る
保護膜９が従来周知のスパッタリング等によって１〜10
μｍの厚みに被着され、この保護膜９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等を保護するようにして
いる。

【００３４】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表面に沿って（ドライ
バーＩＣ４上を経て発熱抵抗体３上に）搬送しながら、
ドライバーＩＣ４の駆動に伴い共通電極５及び個別電極
６間に外部からの画像データに基づいて所定の電力を印
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、該発熱した熱によって記録媒体に印画を形
成することによりサーマルヘッドとして機能する。

【００３５】尚、本発明は上述の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。

【００３６】例えば、穴部１ａ，１ｂの角部に曲率半径
0.05〜0.2 mm程度のＲ面を設けておけば、穴部近傍のセ
ラミック基板１にかかる応力を良好に分散させて穴部近
傍にクラックが入るのを有効に防止することができる。
従って穴部１ａ，１ｂの角部には曲率半径0.05〜0.2 mm
程度のＲ面を設けておくことが好ましい。

【００３７】また上述の形態において穴部１ｂを貫通穴
として形成しても良く、その場合も上述の形態と全く同
様の効果を奏する。

【００３８】更に上述の形態においては金属体５ｂを穴
部１ｂ内に固定するための接着剤８としてロウ材を使用
したが、これに代えて接着剤８としてドライバーＩＣ４
の固定に使用した接着剤７と同じ樹脂系の接着剤等を使
用しても構わない。

【００３９】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、矩形
状を成すセラミック基板の上面で、該基板の長さ方向に
沿って多数の発熱抵抗体を直線状に配列した発熱抵抗体
列を被着させるとともに該発熱抵抗体列の両側に、発熱
抵抗体列からの距離が略等しくなるように一対の帯状穴
部を形成し、一方の穴部内に各発熱抵抗体を選択的にジ
ュール発熱させるドライバＩＣを配置させるとともに接
着剤を介して固定し、他方の穴部内に前記接着剤の85％
〜 115％の熱膨張係数を有する金属体を埋設させたこと
から、サーマルヘッドの使用に伴ってセラミック基板の
温度が上昇したとき、前記金属体は他方の穴部に充填さ
れる接着剤と同様に、セラミック基板よりも大きな熱膨
張係数で膨張しようとする。このため、セラミック基板
には発熱抵抗体列の両側で熱膨張差に起因する応力がほ
ぼ等しく作用することとなり、セラミック基板は所定の
矩形状に維持される。これにより、歪みの無い良好な画
像の形成が可能となる。

【００４０】また本発明のサーマルヘッドにおいては、
前記金属体を共通電極の一部として各発熱抵抗体に接続
したことから、この金属体によって共通電極全体の導電
抵抗を十分に低減させることができ、共通電極における
電圧降下の発生を有効に防止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。更に本発明のサーマ
ルヘッドにおいては、前記セラミック基板と発熱抵抗体
との間にグレーズ層を介在するとともに、該グレーズ層
の頂部とドライバーＩＣ、金属体の上面とを略等しい高
さに設定することにより、プラスチックカードのような
硬質の記録媒体に感熱記録を行う場合に、発熱抵抗体列
上に搬送される記録媒体を発熱抵抗体列の前後で良好に
支持することができ、記録媒体を常に安定的に走行させ
ることが可能となる。また更に本発明のサーマルヘッド
においては、前記ドライバーＩＣ及び金属体の上面、セ
ラミック基板の上面、穴部の接着材の上面を略同一平面
に配置することにより、前記発熱抵抗体の一端側に接続
される薄膜導体層を前記金属体の上面まで、発熱抵抗体
の他端側に接続される個別電極を前記ドライバーＩＣの
上面まで、それぞれ連続的に形成することができ、サー
マルヘッドの製造歩留りを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態にかか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Ｘ−Ｘ線断面図であ
る。

【図３】本発明のサーマルヘッドを模式的に示す平面図
である。

【図４】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【図５】従来のサーマルヘッドを模式的に示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・・・・セラミック基板 １ａ，１ｂ・・穴部 ３・・・・・・発熱抵抗体 ３Ａ・・・・・発熱抵抗体列 ４・・・・・・ドライバーＩＣ ５・・・・・・共通電極 ５ｂ・・・・・金属体 ６・・・・・・個別電極 ７・・・・・・接着剤

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】矩形状を成すセラミック基板の上面で、該
   基板の長さ方向に沿って多数の発熱抵抗体を直線状に配
   列した発熱抵抗体列を被着させるとともに該発熱抵抗体
   列の両側に、発熱抵抗体列からの距離が略等しくなるよ
   うに一対の帯状穴部を形成し、 前記一方の穴部内に各発熱抵抗体を選択的にジュール発
   熱させるドライバＩＣを配置させるとともに接着剤を介
   して固定し、 前記他方の穴部内に前記接着剤の85％〜 115％の熱膨張
   係数を有する金属体を埋設させるとともに該金属体を各
   発熱抵抗体に共通電極の一部として接続したことを特徴
   とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記セラミック基板と発熱抵抗体との間に
   グレーズ層が介在されており、且つ、前記グレーズ層の
   頂部とドライバーＩＣ、金属体の上面とを略等しい高さ
   に設定したことを特徴とする請求項１に記載のサーマル
   ヘッド。
3. 【請求項３】前記ドライバーＩＣ及び金属体の上面、セ
   ラミック基板の上面、穴部の接着材の上面を略同一平面
   に配置するとともに、前記発熱抵抗体の一端側に接続さ
   れる薄膜導体層を前記金属体の上面まで、発熱抵抗体の
   他端側に接続される個別電極を前記ドライバーＩＣの上
   面まで、それぞれ連続的に形成したことを特徴とする請
   求項１に記載のサーマルヘッド。