JP3683745B2 - サーマルヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサーマルヘッドに係わり、特に、共通電極を保温層上に形成し、この共通電極上に層間絶縁層を介して発熱素子を積層形成してなるサーマルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱転写プリンタ等に搭載される記録ヘッドとしての一般的なサーマルヘッドは、発熱抵抗体から成る複数個の発熱素子を基板上に１列もしくは複数列に整列配置し、記録情報に従って各発熱体素子を選択的に通電加熱させることにより、感熱記録紙に発色記録したり、あるいは、インクリボンのインクを溶融させて普通紙、ＯＨＰ用紙等の記録媒体に転写記録するなどして、各種の記録媒体に印刷記録を行うようになっている。
【０００３】
このようなサーマルヘッドの従来のものは、図１１、１２に示すように、セラミックスまたはシリコンなどからなる絶縁性を有する基板２４を有しており、図１２に示す基板２４の上面の右端部近傍には、断面略台形状に突出する凸部２４ａが形成されている。
【０００４】
また、前記基板２４の上面には保温層２５が形成され、前記凸部２４ａ上の保温層２５の上面には、Ｔａ−ＳｉＯ２などのサーメツト系からなる発熱抵抗体をスパッタリング等により被着した後に、フツ素系ガスと酸化ガスとの混合ガスによるプラズマエッチングを施して所望のパターン状に形成し、これにより、所望の分解能に対応するドットの数に応じて並列状に整列形成された複数の発熱素子２６が設けられている。
【０００５】
さらに、図１２に示す各発熱素子２６の右側には、共通電極２７が形成され、この共通電極２７は、図１１に示すように、サーマルヘッド２３の外周縁に沿うようにしてコ字状に形成されている。
そして、前記共通電極２７の左右外周縁の２つの端部に共通電極端子２７ａが形成されている。この共通電極端子２７ａの上面には、端子メッキ層２７ｂが施されている。
【０００６】
一方、図１２に示す発熱素子２６の左側上面には、各発熱素子２６に独立して通電を行う複数の個別電極２８がパターン状に形成されている。また、個別電極２８と発熱素子２６との間には、個別電極２８と発熱素子２６とを電気的に接続する個別側接続電極２９が形成されている。また、図１２に示す個別電極２８の左端部は、個別電極端子２８ａとなっており、この個別電極端子２８ａの上面には、端子メッキ層２８ｂが施されている。
【０００７】
前記共通電極２７および個別電極２８は、Ａｌ、またはＣｕなどを素材とし、スバッタリングなどにより発熱素子２６および保温層２５の上面に約２μｍ程度の厚さで被着した後、エッチングなどにより所定のパターン状に形成されており、各発熱素子２６の共通電極２７と個別電極２８とに挟まれた部位が発熱部２６ａとされている。
【０００８】
また、保温層２５、発熱素子２６、共通電極２７および個別電極２８の上面には、酸化や摩耗を防止するための保護層３０が形成されている。この保護層３０は、耐酸化性および耐摩耗性の良いサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物固溶体）等を素材とし、個別電極端子２８ａおよび共通電極端子２７ａを除いた、それ以外のすべての上面を被覆するようにして、スパッタリング等により積層されている。
【０００９】
前述したような構成を有する従来のサーマルヘッド２３においては、共通電極２７および個別電極２８の間に選択的に通電することによって発熱素子２６を選択的に発熱させ、この部位に当接するインクリボンのインクを溶融させて記録紙上に転写するか、あるいは直接感熱記録紙を発色させて所望の記録を行なっていた。
【００１０】
また、従来のサーマルヘッド２３においては、前述のごとく、基板２４の端部寄りに凸状の保温層２５を片寄らせて設け、この凸状の保温層２５上に発熱部２６ａを形成した、いわゆるリアルエッジ化が図られており、このリアルエッジ化されたサーマルヘッド２３を用いることにより、記録品質の向上を達成していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のサーマルヘッド２３においては、図１１に示すように、それぞれの発熱素子２６を基板２４の端部寄りに形成するリアルエッジ化のために、共通電極２７が基板２４の端部と発熱素子２６とに挟まれた狭いところに極端に細長く形成していたので、共通電極２７の素材として銅やアルミニウムを用いても電極抵抗値が大きくなり、共通電極２７において、いわゆる電圧降下が生じて、発熱素子２６の発熱温度にバラツキが発生する問題があった。
【００１２】
更に、発熱素子２６から共通電極端子２７ａまでの通電経路の長さが、それぞれの発熱素子２６毎に異なり、列方向の中央部付近の発熱素子２６が共通電極端子２７ａから一番遠くなっていた。そのために、列方向の中央部付近の発熱素子２６に接続される共通電極２７における電圧降下量が大きくなり、列方向の中央部付近の発熱素子２６の発熱温度が低下することがあった。
このようなサーマルヘッドに電圧降下が発生して、発熱素子２６の発熱温度が低下すると、例えば熱転写印刷等を行う場合に、印刷濃度ムラが大きくなる等の印刷品質の低下が生じるという間題点があった。
【００１３】
このような電圧降下の改善策として、共通電極２７の厚さを厚くすることにより電圧降下の量を低減することが考えられるが、共通電極２７の厚さを厚くすると、共通電極２７上に位置する保護層２５の積層が難しくなる上に、印刷時のサーマルヘッド２３とプリンタ（図示せず）側のプラテンとの圧接力が発熱部２６ａとその発熱部２６ａに隣接する共通電極２７とに集中し、共通電極２７に大きなせん断応力が加わるようになっていた。
従って、Ａｌ、あるいはＣｕから成る軟質の金属素材により形成された共通電極２７が材料疲労（金属疲労）を起こして、保護層２５が早期に剥離破壊されて共通電極２７に摩耗や腐食による断線が生じ、寿命が短いという欠点があった。
【００１４】
また、各発熱素子２６の列方向に隣接して複数個の隣接共通電極を有するいわゆる交互リードヘッドとよばれる公知のサーマルヘッドを用いることで、電圧降下を抑制して各発熱素子２６の配列位置における発熱温度の差をなくすこともできるが、この場合も、隣り合う発熱素子間に隣接共通電極が形成されているため、各発熱素子間の寸法が大きくなり、印刷した画像のドット間の寸法が大きくなり、高精細な印刷が難しくなるという欠点があった。
【００１５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、サーマルヘッドの共通電極における電圧降下を補正することができ、発熱素子を均一な温度で発熱させて印刷濃度にムラのない良好な印刷画像を得ることができるサーマルヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段として本発明のサーマルヘッドは、基板の上面に形成した保温層と、この保温層の上方に並列状に形成した一群の複数の発熱素子と、この発熱素子の一方に電気的に接続される一群の複数の個別電極とを備え、前記個別電極の下部で前記保温層の上面には、前記個別電極と同方向に並列状に形成された一群の複数の導電層を有し、前記発熱素子の他方が前記基板の端部近傍に形成した導電部を介して前記導電層と電気的に接続され、前記個別電極及び前記発熱素子と前記導電層の間に、この導電層と前記個別電極及び前記発熱素子とを絶縁する層間絶縁層を有し、一群の前記導電層が端子接続電極層に接続され、一群の前記導電層の列方向両側には、一対の共通電極端子が形成され、前記個別電極と前記共通電極とに通電することで前記発熱素子を発熱させるサーマルヘッドであって、
前記導電層は、列方向の中央部付近に位置する前記導電層より、端部側に位置する前記導電層の抵抗値が大きくなるように形成した構成とした。
【００１７】
また、前記課題を解決するための第２の手段として、前記導電層は、所定寸法の隙間部を挟んで互いに対向する一対の良導電部と、前記隙間部に形成された抵抗体とで構成され、前記隙間部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側に位置する前記導電層の抵抗値を大きくした構成とした。
【００１８】
また、前記課題を解決するための第３の手段として、前記中央部付近から前記端部側に位置するに従って前記隙間部を長くした構成とした。
【００１９】
また、前記課題を解決するための第４の手段として、前記導電層は、前記中央部付近から前記端部側に位置して一群の複数の前記良導電部から成る複数の良導電部群を有し、前記端部側に位置する前記良導電部群内の複数の前記隣り合う良導電部同士が前記抵抗体で接続されている構成とした。
【００２０】
また、前記課題を解決するための第５の手段として、前記良導電部群は、前記良導電部群内の前記隙間部の長さを等しくし、それぞれの前記良導電部群の前記隙間部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記良導電部群に従って長くした構成とした。
【００２１】
また、前記課題を解決するための第６の手段として、前記端部側に位置する導電層は、細幅部と広幅部で構成され、前記細幅部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側の前記導電層の抵抗値を大きくした構成とした。
【００２２】
また、前記課題を解決するための第７の手段として、前記細幅部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記導電層に従って長くした構成とした。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態のサーマルヘッドを図１〜図８に基づいて説明する。図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係わる概略図であり、図４〜図８はその製造方法を説明する概略図であり、図９は本発明の第２の実施の形態に係わる図であり、図１０は本発明の第３の実施の形態に係わる概略図である。なお、それぞれの図面は、説明の便宜上、実際のものと比して極端に数の少ないドット分の発熱素子を有するサーマルヘッドを例にして説明する。
【００２４】
まず、本発明の第１の実施の形態のサーマルヘッド１は、図１、２に示すように、基板４の上面に形成した保温層５と、この保温層５の上方に並列状に整列して形成した複数の発熱素子１０と、この発熱素子１０の一方と他方にそれぞれ電気的に接続される複数の個別電極１６、及び導電層６と接続する導電部１５とを備え、個別電極１６の下部で基板４の上面には、個別電極１６と電気的に絶縁する層間絶縁層９を介して個別電極１６と同方向に並列状に形成された複数の導電層６を有して概略構成されている。
【００２５】
このような概略構成のサーマルヘッド１の詳細な構成は、図２に示すように、最下部に所定の厚さの基板４が配設されている。この基板４は、図２の右側端部近傍に断面略台形状に上方に突出する凸部４ａが形成されている。
また、基板４の上面に形成された保温層５が形成されている。この保温層５は、従来と同様に、高融点ガラスを主成分として形成されている。
【００２６】
前記保温層５の上面には、複数の発熱素子１０の数に対応して並列状に整列されたパターン状の導電層６が複数形成されている。
前記導電層６は、図６に示すように、列方向である矢印Ｘ方向の端部側に位置する導電層６に、所定寸法Ａ、Ｂの隙間部６ａを挟んで互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃが形成されている。
前記隙間部６ａは、エッチング等により、導電層６の列方向の中央部付近から端部側に位置する導電層６に従って長く形成されている。即ち、隙間寸法Ａ、Ｂの関係は、Ａ＜Ｂになって形成されている。
前記一対の良導電部６ｂ、６ｃは、発熱素子１０の発熱温度によって、溶融、あるいは破損が発生しない高融点金属、例えば融点１５００℃以上のＣｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｈｆ等から成り、厚さが、例えば０．１５μｍ程度の均一な厚さで形成されている。
【００２７】
前記一対の良導電部６ｂ、６ｃに挟まれた隙間部６ａには、例えば発熱素子１０と同じ材料のＴａ−ＳｉＯ2 等から成る抵抗体７が設けられており、この抵抗体７によって、一対の良導電部６ｂ、６ｃが電気的に接続されて、列方向の端部側に位置する導電層６が構成されている。
また、列方向の中央部付近に位置する導電層６は、隙間部６ａがなく、全体が一対の良導電部６ｂ、６ｃと同じ材料で形成され、全体の長さが、隙間部６ａを有する列方向の端部側に位置する導電層６と同じ長さに形成されている。
前記列方向の中央部付近に位置する導電層６、及び端部側に位置する導電層６に形成された抵抗体７は、前記一対の良導電部６ｂ、６ｃと同じ厚さ、例えば０．１５μｍ程度に形成されて、熱応答特性への影響を小さくするようになっている。
【００２８】
即ち、列方向の端部側に位置するそれぞれの導電層６は、所定寸法の隙間部６ａを挟んで互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃと、隙間部６ａに形成された抵抗体７とで構成され、隙間部６ａの長さを異ならしめて、列方向の中央部付近の導電層６より、端部側に位置する導電層６の抵抗値を大きくしている。
そのために、発熱素子１０に通電したときに、導電層６での電圧降下（コモンドロップ）補正して、導電層６での電圧降下がなくすることができる。
本発明のサーマルヘッド１においては、導電層６での電圧降下を補正して、発熱素子１０を均一な温度で発熱させて、印刷濃度にムラのない高品質の印刷画像を得ることができる。
【００２９】
また、図２に示すように、左側の導電層６の他端縁に接続される端子接続電極層８は、保温層５上に形成され、その位置は、図８に示すように、下方寄りに位置した、外形が矩形に形成され、直線状の前方端縁８ａと後方端縁８ｂとを有し、前方端縁８ａが導電層６の他端縁に積層形成されて、導電層６と端子接続電極層８とが電気的に接続されている。
また、端子接続電極層８は、直線状の端縁８ａが、図８に示すように、層間絶縁層９を介して、複数の発熱素子１０のそれぞれの端縁１０ａに、水平方向である基板面方向で互いに向かい合って設けられている。
【００３０】
前記端子接続電極層８は、低抵抗率の金属によって形成されており、好ましくはＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ等の抵抗率１×１０−７Ωｍ以下の金属によって厚さが１．０〜３．０μｍ程度で導電層６の厚さより厚く形成されている。
このような端子接続電極層８は、図８に示す横方向の幅寸法が、基板４の図示左右両側の端面寄りの層間絶縁層９に形成された共通電極端子側接続部１２まで形成され、後述する端子接続電極１３を介して共通電極端子１４に接続されるようになっている。
【００３１】
前記導電層６、および端子接続電極層８の上面には、層間絶縁層９が形成されている。この層間絶縁層９は下方の導電層６と、上方の発熱素子１０、及び個別電極１６との絶縁性を確実に確保できるように、Ｓｉの酸化物または窒素酸化物によって、厚さが１．５μｍ程度に形成されている。
【００３２】
そして、層間絶縁層９の上面であって前記凸部４ａの上方に対応する位置には、Ｔａ−ＳｉＯ2 等からなる発熱素子１０が、図１に示すように、列方向である矢印Ｘ方向に整列されて積層形成されている。この発熱素子１０は、サーマルヘッド１の所望の分解能に対応するドットの数、及び大きさに応じて、図２に示すように、一方が導電部１５に接続され、他方が個別側接続電極１７を介して個別電極１６に、それぞれ電気的に接続されている。
【００３３】
また、導電部１５は、導電層６と同じ、または同等に材料から成り、図２に示すように、下方側が下層側の導電層６の一端縁に接続され、上方側が上層側の発熱素子１０の一方に接続され、層間絶縁層９を挟んで導電層６と発熱素子１０とが導電部１５を介して電気的に接続されている。
なお、導電部１５の図８に示す横方向の形成範囲は、列方向の両端部側の位置に形成された発熱素子１０が接続可能な寸法になっている。
【００３４】
更に、図８に示す端子接続電極層８の左右の端部側の層間絶縁層９には、端子接続電極層８に接続される後述する端子接続電極１３を形成するための角孔状の共通電極端子側接続部１２が形成されている。
この共通電極端子側接続部１２は、層間絶縁層９の上に形成された並列状の複数の個別電極１６の左右外側に設けられ、図３に示すように、共通電極端子側接続部１２の内部で端子接続電極層８上には、Ａｌ等の導電性の良好な金属からなる端子接続電極１３が形成されている。
この端子接続電極１３は、図３において層間絶縁層９の上部の左端部側に引き出され、この部分が共通電極端子１４となっている。
即ち、図１、及び図８に示すように、一群の導電層６上に層間絶縁層９を介して一群の個別電極１６が形成され、共通電極端子１４は、一群の導電層６の列方向両側に一対形成されている。
前記共通電極端子１４の上部には、導電性のメッキが施されて端子メッキ層１４ａが形成され、この端子メッキ層１４ａが後述する上方の保護層１９から露出した状態になっている。
したがって、端子接続電極１３によって、端子接続電極層８と共通電極端子１４とが電気的に接続されている。
【００３５】
また、個別電極１６は、層間絶縁層９の上面に形成され、図２に示す右側の発熱素子１０の左端部近傍から、基板４の左端部にかかる範囲に、前記導電層６と同方向に並列状に整列されて形成されている。そして、個別電極１６は、Ａｌ、Ｃｕ等の導電性の良好な金属で形成されている。
前記個別電極１６は、発熱素子１０の他方側に形成された、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の高融点金属からなる個別側接続電極１７により、発熱素子１０と電気的に接続されている。
更に、個別電極１６は、図２に示す左端部に引き出され、この左端部が個別電極端子１８となっている。この個別電極端子１８の上部には導電性のメッキが施されて、端子メッキ層１８ａが形成され、この端子メッキ層１８ａの表面が保護層１９から露出している。
【００３６】
前記発熱素子１０、個別電極１６、導電部１５、個別側接続電極１７、層間絶縁層９、端子接続電極１３、導電層６、端子接続電極層８および保温層５の上部には、これらを酸化あるいは摩耗などから保護するための保護層１９が、図２に示すように形成されている。この保護層１９は、耐酸化性および耐摩耗性の良好なサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物固溶体）またはＳｉ−Ｏ−Ｎ系化合物等から形成されて構成されている。
【００３７】
次に本発明の第１の実施の形態に係るサーマルヘッド１の製造方法について図４〜図８に基づいて説明する。
本発明のサーマルヘッド１の製造方法は、従来と同様にして一枚の大きな図示を省略した基板４上に、複数個のサーマルヘッド１を同時に形成し、その大きな基板４を所望の大きさに分割することにより複数個のサーマルヘッド１が同時に得られるようになっている。
【００３８】
このようなサーマルヘッド１の製造方法は、まず基板形成工程において、従来と同様にして平板状に形成されたシリコンをエッチングして、凸部４ａを有する基板４を形成し、ついで、保温層形成工程において、従来と同様にして基板４の上面にシリコンと遷移金属と酸素との酸化物からなる、図４に示す略一様の厚さの保温層５を形成する。
【００３９】
次に、導電層形成工程により、保温層５の上面に、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｏ、Ｗ、Ｈｆ等からなる、融点が１５００℃以上の高融点金属を０．１５μｍ程度の均一な厚さにスパックリングなどにより被着した後、エッチングにより、図５に示すような、並列状に整列された所望のパターンの複数の導電層６を形成する。
この時、列方向の端部側に位置する導電層６は、所定寸法Ａ、Ｂの隙間部６ａを挟んで互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃを形成し、隙間部６ａにスパッタリングとエッチングとによって、例えば発熱素子１０と同材料のＴａ−ＳｉＯ2 等から成る抵抗体７を形成する。また、隙間部６ａは列方向の中央部付近から端部側に位置する導電層６に従って長く形成されている。
そして、それぞれの隙間部６ａには、例えば発熱素子１０と同じ材料のＴａ−ＳｉＯ2 等から成る抵抗体７が、スパッタリング、およびエッチングとにより形成されて、互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃが接続されている。
【００４０】
次に、端子接続電極層形成工程により、図６に示すように、保温層５上、および導電層６の他端縁上に端子接続電極層８を形成する。この端子接続電極層８は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ等から成る抵抗率が１×１０-7Ωｍ以下の導電性の良好な金属をスバッタリング等で、厚さが１〜３μｍ程度の均一に被着した後、エッチングにより、図示上部の前方端縁８ａと、図示下方の後方端縁８ｂとを有する外形が矩形状に形成され、横方向の左右両端部が基板４の端部寄り近傍まで延長形成されている。
【００４１】
次に、層間絶縁層形成工程において、保温層５、導電層６および端子接続電極層８の上面を覆うように、層間絶縁層９を形成する。
この層間絶縁層９は、導電層６および端子接続電極層８の上面に、ＳｉＯ2 またはＳｉ−Ｏ−Ｎ系化合物等から成る素材を、スパックリングまたはＣＶＤなどにより１〜３μｍ程度の均一な厚さに全面成膜して形成する。
【００４２】
次に、層間絶縁層形成工程でのエッチング工程において、層間絶縁層９の上面の全面にフォトレジストをスピンナーなどで塗布してレジスト膜を形成した後、バッファードフツ酸（ＢＨＦ）等で図８に示す上部側の層間絶縁層９をエッチングして導電層６の一端縁を露出させて、共通側接続部１５ａを形成すると共に、端子接続電極層８の左右両端部側に角孔状の共通電極端子側接続部１２を形成して、端子接続電極層８の一部を露出させる。
【００４３】
次に、発熱素子形成工程において、従来と同様に、Ｔａ2 ＮまたはＴａ−ＳｉＯ2等から成る所望の発熱抵抗体をスバッタリングなどにより、０．３μｍ程度の均一な厚さで被着した後、フォトリソによるエッチングを施して分解能に対応するようにして、所望のドットの数に応じて並列状に整列配置された、所定形状の複数の発熱素子１０を層間絶縁層９上に積層形成する。
このとき、各発熱素子１０は、前記層間絶縁層９により、導電層６と絶縁された状態になっている。
【００４４】
次に、共通電極形成工程において、図８に示す上方側に導電部１５を形成する。この導電部１５は、導電層６と同様の材料をスパッタリング等により被着し、エッチング等によって発熱素子１０の一方側と、共通側接続部１５ａで露出された導電層６の一端縁側とを、電気的に接続する所望形状に形成している。
次に、個別側接続電極形成工程において、導電部１５と同材質の高融点金属をスバッタリングなどにより発熱素子１０の他方側、及びこの近傍の層間絶縁層９上に被着し、エッチング等によって発熱素子１０と、後述する個別電極形成工程で形成する個別電極１６とを電気的に接続するための所望のパターンの個別側接続電極１７を形成する。
【００４５】
次に、個別電極形成工程において並列状に整列された個別電極１６を形成する。この個別電極１６は、Ａｌ等をスバッタリングなどにより、例えば１〜３μｍ程度の厚さで層間絶縁層９上に被着し、個別側接続電極１７を介して、各発熱素子１０に接続され、発熱素子１０に独立して通電を行うことができるようになっている。
【００４６】
次に、端子接続電極形成工程において、Ａｌなどの良好な導電性を有する金属をスバッタリングなどにより、例えば１〜３μｍ程度の均一な厚さに被着した後、エッチングにより、共通電極端子側接続部１２内部において端子接続電極層８と電気的に接続された所望パターンの端子接続電極１３を形成する。
【００４７】
次に、保護層形成工程において、共通電極端子１４および個別電極端子１８を除く全面に、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物固溶体）またはＳｉ−Ｏ−Ｎ系化合物などから成る素材を、例えば５〜１０μｍ程度の略一様な厚さにスバッタリング、ＣＶＤなどにより被着することにより保護層１９が形成され、ついで、ダイシング工程により、大きな基板４を所望の位置にて分割してチップ化された複数個のサーマルヘッド１を同時に得ることにより本実施の形態のサーマルヘッド１の製造が完了する。
【００４８】
なお、共通電極端子１４および個別電極端子１８には、保護層１９を形成する際に耐熱性の粘着テープなどによるマスク層が貼り付けられ、保護層１９を形成した後に、前記マスク層を剥離することにより共通電極端子１４および個別電極端子１８が露出されるようになっている。
そして、この共通電極端子１４および個別電極端子１８の上面には、Ｎｉ−Ｓｎ系化合物などの易ハンダ付け性の端子メッキ層１４ａ、１８ａをそれぞれ施して形成している。
【００４９】
なお、本発明の実施の形態の説明では、列方向の中央部付近の導電層６に、隙間部６ａがなくて、抵抗体７のないもので説明したが、列方向の中央部付近の導電層６にも隙間部６ａを設け、この隙間部６ａに抵抗体７を形成したもの（図示せず）でも良い。
【００５０】
次に、本発明の実施形態の作用について、熱転写プリンタを例に説明すると、図示しない熱転写プリンタのキヤリッジに、前述のような構成を有する本発明の第１の実施の形態のサーマルヘッド１を搭載する。
即ち、本発明のサーマルヘッド１は、キヤリッジに装着したリボンカセットのインクリボンを記録紙上に圧接させるとともに、キヤリッジを移動させながら記録情報に基づいて発熱素子１０に選択的に通電することによって、発熱素子１０上のインクリボンのインクを記録紙上に溶融転写あるいは昇華転写して所望の画像印刷を行うようになっている。
【００５１】
更に具体的に説明すると、本発明の実施の形態のサーマルヘッド１の個別電極端子１８と共通電極端子１４には、図示しない通電用のケーブルの一端が接続されており、このケーブルの他端はプリンタ本体の図示しない通電制御部に接続されている。そして、この通電制御部から、ケーブルを介して記録情報に基づいて個別電極端子１８に、従来よりやや高電圧の電流を通電する。
これによって、まず、個別電極端子１８から、個別電極１６にそれぞれ信号が伝達され、発熱素子１０に通電されて、発熱素子１０が前記記録情報に基づいて選択的に所定温度で発熱される。
そして、発熱素子１０から、さらに電流が導電部１５を経由して、発熱素子１０の下層の導電層６にそれぞれ通電される。
【００５２】
次に、導電層６から端子接続電極層８に電流が伝わる。この際、この導電層６は発熱素子１０の直下に位置するが、０．１５μｍ程度の薄い厚さとされているため、熱応答特性への影響は小さく、また、高融点金属によって形成されているため、発熱素子１０の熱によって通電が妨げられることもない。
【００５３】
次に、端子接続電極層８から、端子接続電極１３を介して共通電極端子１４に電流が伝わり、この共通電極端子１４からサーマルヘッド１の外部のプリンタ側に電流が流れていく。
このようにして、プリンタ側の通電制御部からの命令による制御電流が、個別電極端子１８から、発熱素子１０を介して共通電極端子１４に流れることにより、発熱素子１０にジュール熱が発生して所定の温度まで発熱する。
【００５４】
前述のように、本発明のサーマルヘッド１は、並列状に形成されて列方向の中央部付近に位置する導電層６より端部側に位置する導電層６の抵抗値が大きく形成されているので、左右２箇所の共通電極端子１４から遠い位置の、列方向の中央部付近の発熱素子１０に接続される導電層６に電圧降下が発生したとしても、列方向の端部側の導電層６の抵抗値が大きく形成されているので、端部側の導電層６に通電される電圧も中央部付近の導電層６の電圧と同じ程度に電圧降下させることができ、列方向の中央部付近と端部側とに位置する導電層６に通電される電圧を、ほぼ同じに補正することができる。
そのために、発熱素子１０に均一な通電を行うことができ、従来より問題とされていた共通電極における電圧降下を抑制することができる。
【００５５】
このような本発明のサーマルヘッド１は、従来のような列方向の中央部付近の発熱素子１０の発熱温度が低下することがなく、発熱素子１０を均一な温度で発熱させることができ、例えば熱転写プリンタで印刷するときに、印刷濃度にムラのない良好な印刷画像を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の第２の実施の形態のサーマルヘッド３１は、図９に示すように、列方向の端部側に位置する、スリット状の隣り合う複数の良導電部３６ｂ、３６ｃから成る複数の良導電部群Ｅ、Ｆが形成されている。
前記列方向の中央部付近には、隙間部３６ａがなく、全てが良導電部３６ｂ、３６ｃと同じ材料で形成されたスリット状の複数の導電層３６から成る良導電部群Ｇが形成されている。
前記端部側に位置する良導電部群Ｅ、Ｆ内の隣り合う複数の良導電部３６ｂ、３６ｃ同志が抵抗体３７で接続されている。
【００５７】
また、良導電部群Ｅ、Ｆは、列方向の中央部付近から端部側に位置して複数形成され、それぞれの良導電部群Ｅ、Ｆ内の互いに対向する良導電部３６ｂ、３６ｃの隙間部３６ａの長さを等しくし、それぞれの良導電部群Ｅ、Ｆの隙間部３６ａは、列方向の中央部付近から端部側に位置する良導電部群Ｅ、Ｆに従って長く形成されている。
即ち、隙間部３６ａの寸法Ｃ、Ｄの関係は、Ｃ＜Ｂになって形成されている。そのために、寸法Ｃの隙間部３６ａを有する中央部付近の良導電部群Ｆよりも、寸法Ｄの隙間部３６ａを有する端部側の良導電部群Ｅの方が抵抗値が大きくなるようになっている。
また、本発明の第２の実施の形態の変形例として、良導電部群Ｅ、Ｆのスリット状の良導電部３６ｂ、３６ｃ、及び良導電部群Ｇのスリット状の導電層３６は、それぞれがスリット状に離間してなくて、良導電部群Ｅ、Ｆ、Ｇ毎にそれぞれが一体化されたものでも良い。
このような第２の実施の形態のサーマルヘッド３１は、それぞれの導電体３６毎に抵抗体３７を形成しなくて良いので、製造が容易になる。
【００５８】
また、本発明の第３の実施の形態のサーマルヘッド４１は、図１０に示すように、列方向の端部側に位置する導電層４６は、幅寸法の異なる細幅部４６ａと広幅部４６ｂで構成されている。
そして、導電層４６は、細幅部４６ａの長さを、寸法Ｊ、Ｋと異ならしめて、列方向の中央部付近の導電層４６より端部側の導電層４６に従って抵抗値を大きくしている。
【００５９】
このような導電層４６の細幅部４６ａは、列方向の中央部付近から端部側に位置する導電層４６に従って長く形成されている。
このようなサーマルヘッド４１は、第１、第２の実施の形態のように、導電層と異なる材料から成る抵抗体が不要になり、製造が容易である。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のサーマルヘッドは、個別電極の下部で保温層の上面には、前記個別電極と同方向に並列状に形成された複数の導電層を有し、前記個別電極と前記導電層の間に、この導電層と前記個別電極とを絶縁する層間絶縁層を有し、前記導電層は、列方向の中央部付近に位置する前記導電層より端部側に位置する前記導電層の抵抗値が大きくなるように形成し、前記導電層の一端縁を前記導電部に接続し、前記導電層の他端縁が前記保温層上に形成した端子接続電極層に接続して、発熱素子に通電を行うようにしたので、導電層での電圧降下を補正して、発熱素子への通電時の導電体に加わる電圧を一定にすることができ、発熱素子を均一な発熱をさせて印刷濃度のムラのない良好な印刷画像を得ることができるサーマルヘッドを提供できる。
【００６１】
また、列方向の端部側に位置する導電層は、所定寸法の隙間部を挟んで互いに対向する一対の良導電部と、前記隙間部に形成された抵抗体とで構成され、前記隙間部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側に位置する前記導電層の抵抗値を大きくしたので、導電層での電圧降下を補正して、列方向の中央部付近と端部側の発熱素子の発熱を均一にすることができる。
【００６２】
また、前記隙間部は、列方向の中央部付近から端部側に位置する前記導電層に従って長くし、このそれぞれの隙間部に抵抗体を形成したので、列方向の中央部付近から端部側にいくに従って、導電層の抵抗値を順番に大きくすることができ、更に確実に導電層での電圧降下を補正することができる。
【００６３】
また、前記導電層は、列方向の端部側に位置する隣り合う複数の良導電部から成る複数の良導電部群を有し、この良導電部群内の前記隣り合う複数の良導電部同志が前記抵抗体で接続されているので、隣り合う複数の良導電部をとりまとめてブロック化した良導電部群ごとに、抵抗体を形成すれば良く、製造が容易である。
【００６４】
また、前記良導電部群は、前記中央部付近から前記端部側に位置して複数形成され、前記良導電部群内の前記良導電部の前記隙間部の長さを等しくし、前記それぞれの前記良導電部群の前記隙間部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記良導電部群に従って長くしたので、導電層毎にそれぞれ抵抗体を形成することがなく、製造が容易である。
【００６５】
また、列方向の端部側に位置する導電層は、細幅部と広幅部で構成され、前記細幅部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側の前記導電層の抵抗値を大きくしたので、導電層に抵抗体を形成しなくても良く、製造が容易なサーマルヘッドを提供できる。
【００６６】
また、前記細幅部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記導電層に従って長くしたので、列方向の中央部付近から端部側にいくに従って、導電層の抵抗値を順番に大きくすることができ、更に確実に導電層での電圧降下を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る平面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】図１の３−３線に沿った断面図である。
【図４】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図５】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図６】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図７】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図８】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係わる概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係わる概略図である
【図１１】従来のサーマルヘッドを示す平面図である。
【図１２】図１１の１２−１２線に沿った断面図である。
【符号の説明】
４ 基板
４ａ 凸部
５ 保温層
６ 導電層
６ａ 隙間部
６ｂ、６ｃ 良導電部
７ 抵抗体
８ 端子接続電極層
８ａ 前方端縁
８ｂ 後方端縁
９ 層間絶縁層
１０ 発熱素子
１０ａ 端縁
１２ 共通電極端子側接続部
１３ 端子接続電極
１４ 共通電極端子
１５ 導電部
１６ 個別電極
１７ 個別側接続電極
１８ 個別電極端子
１８ａ 端子メッキ層
１９ 保護層
【発明の属する技術分野】
本発明はサーマルヘッドに係わり、特に、共通電極を保温層上に形成し、この共通電極上に層間絶縁層を介して発熱素子を積層形成してなるサーマルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱転写プリンタ等に搭載される記録ヘッドとしての一般的なサーマルヘッドは、発熱抵抗体から成る複数個の発熱素子を基板上に１列もしくは複数列に整列配置し、記録情報に従って各発熱体素子を選択的に通電加熱させることにより、感熱記録紙に発色記録したり、あるいは、インクリボンのインクを溶融させて普通紙、ＯＨＰ用紙等の記録媒体に転写記録するなどして、各種の記録媒体に印刷記録を行うようになっている。
【０００３】
このようなサーマルヘッドの従来のものは、図１１、１２に示すように、セラミックスまたはシリコンなどからなる絶縁性を有する基板２４を有しており、図１２に示す基板２４の上面の右端部近傍には、断面略台形状に突出する凸部２４ａが形成されている。
【０００４】
また、前記基板２４の上面には保温層２５が形成され、前記凸部２４ａ上の保温層２５の上面には、Ｔａ−ＳｉＯ２などのサーメツト系からなる発熱抵抗体をスパッタリング等により被着した後に、フツ素系ガスと酸化ガスとの混合ガスによるプラズマエッチングを施して所望のパターン状に形成し、これにより、所望の分解能に対応するドットの数に応じて並列状に整列形成された複数の発熱素子２６が設けられている。
【０００５】
さらに、図１２に示す各発熱素子２６の右側には、共通電極２７が形成され、この共通電極２７は、図１１に示すように、サーマルヘッド２３の外周縁に沿うようにしてコ字状に形成されている。
そして、前記共通電極２７の左右外周縁の２つの端部に共通電極端子２７ａが形成されている。この共通電極端子２７ａの上面には、端子メッキ層２７ｂが施されている。
【０００６】
一方、図１２に示す発熱素子２６の左側上面には、各発熱素子２６に独立して通電を行う複数の個別電極２８がパターン状に形成されている。また、個別電極２８と発熱素子２６との間には、個別電極２８と発熱素子２６とを電気的に接続する個別側接続電極２９が形成されている。また、図１２に示す個別電極２８の左端部は、個別電極端子２８ａとなっており、この個別電極端子２８ａの上面には、端子メッキ層２８ｂが施されている。
【０００７】
前記共通電極２７および個別電極２８は、Ａｌ、またはＣｕなどを素材とし、スバッタリングなどにより発熱素子２６および保温層２５の上面に約２μｍ程度の厚さで被着した後、エッチングなどにより所定のパターン状に形成されており、各発熱素子２６の共通電極２７と個別電極２８とに挟まれた部位が発熱部２６ａとされている。
【０００８】
また、保温層２５、発熱素子２６、共通電極２７および個別電極２８の上面には、酸化や摩耗を防止するための保護層３０が形成されている。この保護層３０は、耐酸化性および耐摩耗性の良いサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物固溶体）等を素材とし、個別電極端子２８ａおよび共通電極端子２７ａを除いた、それ以外のすべての上面を被覆するようにして、スパッタリング等により積層されている。
【０００９】
前述したような構成を有する従来のサーマルヘッド２３においては、共通電極２７および個別電極２８の間に選択的に通電することによって発熱素子２６を選択的に発熱させ、この部位に当接するインクリボンのインクを溶融させて記録紙上に転写するか、あるいは直接感熱記録紙を発色させて所望の記録を行なっていた。
【００１０】
また、従来のサーマルヘッド２３においては、前述のごとく、基板２４の端部寄りに凸状の保温層２５を片寄らせて設け、この凸状の保温層２５上に発熱部２６ａを形成した、いわゆるリアルエッジ化が図られており、このリアルエッジ化されたサーマルヘッド２３を用いることにより、記録品質の向上を達成していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のサーマルヘッド２３においては、図１１に示すように、それぞれの発熱素子２６を基板２４の端部寄りに形成するリアルエッジ化のために、共通電極２７が基板２４の端部と発熱素子２６とに挟まれた狭いところに極端に細長く形成していたので、共通電極２７の素材として銅やアルミニウムを用いても電極抵抗値が大きくなり、共通電極２７において、いわゆる電圧降下が生じて、発熱素子２６の発熱温度にバラツキが発生する問題があった。
【００１２】
更に、発熱素子２６から共通電極端子２７ａまでの通電経路の長さが、それぞれの発熱素子２６毎に異なり、列方向の中央部付近の発熱素子２６が共通電極端子２７ａから一番遠くなっていた。そのために、列方向の中央部付近の発熱素子２６に接続される共通電極２７における電圧降下量が大きくなり、列方向の中央部付近の発熱素子２６の発熱温度が低下することがあった。
このようなサーマルヘッドに電圧降下が発生して、発熱素子２６の発熱温度が低下すると、例えば熱転写印刷等を行う場合に、印刷濃度ムラが大きくなる等の印刷品質の低下が生じるという間題点があった。
【００１３】
このような電圧降下の改善策として、共通電極２７の厚さを厚くすることにより電圧降下の量を低減することが考えられるが、共通電極２７の厚さを厚くすると、共通電極２７上に位置する保護層２５の積層が難しくなる上に、印刷時のサーマルヘッド２３とプリンタ（図示せず）側のプラテンとの圧接力が発熱部２６ａとその発熱部２６ａに隣接する共通電極２７とに集中し、共通電極２７に大きなせん断応力が加わるようになっていた。
従って、Ａｌ、あるいはＣｕから成る軟質の金属素材により形成された共通電極２７が材料疲労（金属疲労）を起こして、保護層２５が早期に剥離破壊されて共通電極２７に摩耗や腐食による断線が生じ、寿命が短いという欠点があった。
【００１４】
また、各発熱素子２６の列方向に隣接して複数個の隣接共通電極を有するいわゆる交互リードヘッドとよばれる公知のサーマルヘッドを用いることで、電圧降下を抑制して各発熱素子２６の配列位置における発熱温度の差をなくすこともできるが、この場合も、隣り合う発熱素子間に隣接共通電極が形成されているため、各発熱素子間の寸法が大きくなり、印刷した画像のドット間の寸法が大きくなり、高精細な印刷が難しくなるという欠点があった。
【００１５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、サーマルヘッドの共通電極における電圧降下を補正することができ、発熱素子を均一な温度で発熱させて印刷濃度にムラのない良好な印刷画像を得ることができるサーマルヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段として本発明のサーマルヘッドは、基板の上面に形成した保温層と、この保温層の上方に並列状に形成した一群の複数の発熱素子と、この発熱素子の一方に電気的に接続される一群の複数の個別電極とを備え、前記個別電極の下部で前記保温層の上面には、前記個別電極と同方向に並列状に形成された一群の複数の導電層を有し、前記発熱素子の他方が前記基板の端部近傍に形成した導電部を介して前記導電層と電気的に接続され、前記個別電極及び前記発熱素子と前記導電層の間に、この導電層と前記個別電極及び前記発熱素子とを絶縁する層間絶縁層を有し、一群の前記導電層が端子接続電極層に接続され、一群の前記導電層の列方向両側には、一対の共通電極端子が形成され、前記個別電極と前記共通電極とに通電することで前記発熱素子を発熱させるサーマルヘッドであって、
前記導電層は、列方向の中央部付近に位置する前記導電層より、端部側に位置する前記導電層の抵抗値が大きくなるように形成した構成とした。
【００１７】
また、前記課題を解決するための第２の手段として、前記導電層は、所定寸法の隙間部を挟んで互いに対向する一対の良導電部と、前記隙間部に形成された抵抗体とで構成され、前記隙間部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側に位置する前記導電層の抵抗値を大きくした構成とした。
【００１８】
また、前記課題を解決するための第３の手段として、前記中央部付近から前記端部側に位置するに従って前記隙間部を長くした構成とした。
【００１９】
また、前記課題を解決するための第４の手段として、前記導電層は、前記中央部付近から前記端部側に位置して一群の複数の前記良導電部から成る複数の良導電部群を有し、前記端部側に位置する前記良導電部群内の複数の前記隣り合う良導電部同士が前記抵抗体で接続されている構成とした。
【００２０】
また、前記課題を解決するための第５の手段として、前記良導電部群は、前記良導電部群内の前記隙間部の長さを等しくし、それぞれの前記良導電部群の前記隙間部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記良導電部群に従って長くした構成とした。
【００２１】
また、前記課題を解決するための第６の手段として、前記端部側に位置する導電層は、細幅部と広幅部で構成され、前記細幅部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側の前記導電層の抵抗値を大きくした構成とした。
【００２２】
また、前記課題を解決するための第７の手段として、前記細幅部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記導電層に従って長くした構成とした。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態のサーマルヘッドを図１〜図８に基づいて説明する。図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係わる概略図であり、図４〜図８はその製造方法を説明する概略図であり、図９は本発明の第２の実施の形態に係わる図であり、図１０は本発明の第３の実施の形態に係わる概略図である。なお、それぞれの図面は、説明の便宜上、実際のものと比して極端に数の少ないドット分の発熱素子を有するサーマルヘッドを例にして説明する。
【００２４】
まず、本発明の第１の実施の形態のサーマルヘッド１は、図１、２に示すように、基板４の上面に形成した保温層５と、この保温層５の上方に並列状に整列して形成した複数の発熱素子１０と、この発熱素子１０の一方と他方にそれぞれ電気的に接続される複数の個別電極１６、及び導電層６と接続する導電部１５とを備え、個別電極１６の下部で基板４の上面には、個別電極１６と電気的に絶縁する層間絶縁層９を介して個別電極１６と同方向に並列状に形成された複数の導電層６を有して概略構成されている。
【００２５】
このような概略構成のサーマルヘッド１の詳細な構成は、図２に示すように、最下部に所定の厚さの基板４が配設されている。この基板４は、図２の右側端部近傍に断面略台形状に上方に突出する凸部４ａが形成されている。
また、基板４の上面に形成された保温層５が形成されている。この保温層５は、従来と同様に、高融点ガラスを主成分として形成されている。
【００２６】
前記保温層５の上面には、複数の発熱素子１０の数に対応して並列状に整列されたパターン状の導電層６が複数形成されている。
前記導電層６は、図６に示すように、列方向である矢印Ｘ方向の端部側に位置する導電層６に、所定寸法Ａ、Ｂの隙間部６ａを挟んで互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃが形成されている。
前記隙間部６ａは、エッチング等により、導電層６の列方向の中央部付近から端部側に位置する導電層６に従って長く形成されている。即ち、隙間寸法Ａ、Ｂの関係は、Ａ＜Ｂになって形成されている。
前記一対の良導電部６ｂ、６ｃは、発熱素子１０の発熱温度によって、溶融、あるいは破損が発生しない高融点金属、例えば融点１５００℃以上のＣｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｗ、Ｈｆ等から成り、厚さが、例えば０．１５μｍ程度の均一な厚さで形成されている。
【００２７】
前記一対の良導電部６ｂ、６ｃに挟まれた隙間部６ａには、例えば発熱素子１０と同じ材料のＴａ−ＳｉＯ2 等から成る抵抗体７が設けられており、この抵抗体７によって、一対の良導電部６ｂ、６ｃが電気的に接続されて、列方向の端部側に位置する導電層６が構成されている。
また、列方向の中央部付近に位置する導電層６は、隙間部６ａがなく、全体が一対の良導電部６ｂ、６ｃと同じ材料で形成され、全体の長さが、隙間部６ａを有する列方向の端部側に位置する導電層６と同じ長さに形成されている。
前記列方向の中央部付近に位置する導電層６、及び端部側に位置する導電層６に形成された抵抗体７は、前記一対の良導電部６ｂ、６ｃと同じ厚さ、例えば０．１５μｍ程度に形成されて、熱応答特性への影響を小さくするようになっている。
【００２８】
即ち、列方向の端部側に位置するそれぞれの導電層６は、所定寸法の隙間部６ａを挟んで互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃと、隙間部６ａに形成された抵抗体７とで構成され、隙間部６ａの長さを異ならしめて、列方向の中央部付近の導電層６より、端部側に位置する導電層６の抵抗値を大きくしている。
そのために、発熱素子１０に通電したときに、導電層６での電圧降下（コモンドロップ）補正して、導電層６での電圧降下がなくすることができる。
本発明のサーマルヘッド１においては、導電層６での電圧降下を補正して、発熱素子１０を均一な温度で発熱させて、印刷濃度にムラのない高品質の印刷画像を得ることができる。
【００２９】
また、図２に示すように、左側の導電層６の他端縁に接続される端子接続電極層８は、保温層５上に形成され、その位置は、図８に示すように、下方寄りに位置した、外形が矩形に形成され、直線状の前方端縁８ａと後方端縁８ｂとを有し、前方端縁８ａが導電層６の他端縁に積層形成されて、導電層６と端子接続電極層８とが電気的に接続されている。
また、端子接続電極層８は、直線状の端縁８ａが、図８に示すように、層間絶縁層９を介して、複数の発熱素子１０のそれぞれの端縁１０ａに、水平方向である基板面方向で互いに向かい合って設けられている。
【００３０】
前記端子接続電極層８は、低抵抗率の金属によって形成されており、好ましくはＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ等の抵抗率１×１０−７Ωｍ以下の金属によって厚さが１．０〜３．０μｍ程度で導電層６の厚さより厚く形成されている。
このような端子接続電極層８は、図８に示す横方向の幅寸法が、基板４の図示左右両側の端面寄りの層間絶縁層９に形成された共通電極端子側接続部１２まで形成され、後述する端子接続電極１３を介して共通電極端子１４に接続されるようになっている。
【００３１】
前記導電層６、および端子接続電極層８の上面には、層間絶縁層９が形成されている。この層間絶縁層９は下方の導電層６と、上方の発熱素子１０、及び個別電極１６との絶縁性を確実に確保できるように、Ｓｉの酸化物または窒素酸化物によって、厚さが１．５μｍ程度に形成されている。
【００３２】
そして、層間絶縁層９の上面であって前記凸部４ａの上方に対応する位置には、Ｔａ−ＳｉＯ2 等からなる発熱素子１０が、図１に示すように、列方向である矢印Ｘ方向に整列されて積層形成されている。この発熱素子１０は、サーマルヘッド１の所望の分解能に対応するドットの数、及び大きさに応じて、図２に示すように、一方が導電部１５に接続され、他方が個別側接続電極１７を介して個別電極１６に、それぞれ電気的に接続されている。
【００３３】
また、導電部１５は、導電層６と同じ、または同等に材料から成り、図２に示すように、下方側が下層側の導電層６の一端縁に接続され、上方側が上層側の発熱素子１０の一方に接続され、層間絶縁層９を挟んで導電層６と発熱素子１０とが導電部１５を介して電気的に接続されている。
なお、導電部１５の図８に示す横方向の形成範囲は、列方向の両端部側の位置に形成された発熱素子１０が接続可能な寸法になっている。
【００３４】
更に、図８に示す端子接続電極層８の左右の端部側の層間絶縁層９には、端子接続電極層８に接続される後述する端子接続電極１３を形成するための角孔状の共通電極端子側接続部１２が形成されている。
この共通電極端子側接続部１２は、層間絶縁層９の上に形成された並列状の複数の個別電極１６の左右外側に設けられ、図３に示すように、共通電極端子側接続部１２の内部で端子接続電極層８上には、Ａｌ等の導電性の良好な金属からなる端子接続電極１３が形成されている。
この端子接続電極１３は、図３において層間絶縁層９の上部の左端部側に引き出され、この部分が共通電極端子１４となっている。
即ち、図１、及び図８に示すように、一群の導電層６上に層間絶縁層９を介して一群の個別電極１６が形成され、共通電極端子１４は、一群の導電層６の列方向両側に一対形成されている。
前記共通電極端子１４の上部には、導電性のメッキが施されて端子メッキ層１４ａが形成され、この端子メッキ層１４ａが後述する上方の保護層１９から露出した状態になっている。
したがって、端子接続電極１３によって、端子接続電極層８と共通電極端子１４とが電気的に接続されている。
【００３５】
また、個別電極１６は、層間絶縁層９の上面に形成され、図２に示す右側の発熱素子１０の左端部近傍から、基板４の左端部にかかる範囲に、前記導電層６と同方向に並列状に整列されて形成されている。そして、個別電極１６は、Ａｌ、Ｃｕ等の導電性の良好な金属で形成されている。
前記個別電極１６は、発熱素子１０の他方側に形成された、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の高融点金属からなる個別側接続電極１７により、発熱素子１０と電気的に接続されている。
更に、個別電極１６は、図２に示す左端部に引き出され、この左端部が個別電極端子１８となっている。この個別電極端子１８の上部には導電性のメッキが施されて、端子メッキ層１８ａが形成され、この端子メッキ層１８ａの表面が保護層１９から露出している。
【００３６】
前記発熱素子１０、個別電極１６、導電部１５、個別側接続電極１７、層間絶縁層９、端子接続電極１３、導電層６、端子接続電極層８および保温層５の上部には、これらを酸化あるいは摩耗などから保護するための保護層１９が、図２に示すように形成されている。この保護層１９は、耐酸化性および耐摩耗性の良好なサイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物固溶体）またはＳｉ−Ｏ−Ｎ系化合物等から形成されて構成されている。
【００３７】
次に本発明の第１の実施の形態に係るサーマルヘッド１の製造方法について図４〜図８に基づいて説明する。
本発明のサーマルヘッド１の製造方法は、従来と同様にして一枚の大きな図示を省略した基板４上に、複数個のサーマルヘッド１を同時に形成し、その大きな基板４を所望の大きさに分割することにより複数個のサーマルヘッド１が同時に得られるようになっている。
【００３８】
このようなサーマルヘッド１の製造方法は、まず基板形成工程において、従来と同様にして平板状に形成されたシリコンをエッチングして、凸部４ａを有する基板４を形成し、ついで、保温層形成工程において、従来と同様にして基板４の上面にシリコンと遷移金属と酸素との酸化物からなる、図４に示す略一様の厚さの保温層５を形成する。
【００３９】
次に、導電層形成工程により、保温層５の上面に、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｏ、Ｗ、Ｈｆ等からなる、融点が１５００℃以上の高融点金属を０．１５μｍ程度の均一な厚さにスパックリングなどにより被着した後、エッチングにより、図５に示すような、並列状に整列された所望のパターンの複数の導電層６を形成する。
この時、列方向の端部側に位置する導電層６は、所定寸法Ａ、Ｂの隙間部６ａを挟んで互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃを形成し、隙間部６ａにスパッタリングとエッチングとによって、例えば発熱素子１０と同材料のＴａ−ＳｉＯ2 等から成る抵抗体７を形成する。また、隙間部６ａは列方向の中央部付近から端部側に位置する導電層６に従って長く形成されている。
そして、それぞれの隙間部６ａには、例えば発熱素子１０と同じ材料のＴａ−ＳｉＯ2 等から成る抵抗体７が、スパッタリング、およびエッチングとにより形成されて、互いに対向する一対の良導電部６ｂ、６ｃが接続されている。
【００４０】
次に、端子接続電極層形成工程により、図６に示すように、保温層５上、および導電層６の他端縁上に端子接続電極層８を形成する。この端子接続電極層８は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉ等から成る抵抗率が１×１０-7Ωｍ以下の導電性の良好な金属をスバッタリング等で、厚さが１〜３μｍ程度の均一に被着した後、エッチングにより、図示上部の前方端縁８ａと、図示下方の後方端縁８ｂとを有する外形が矩形状に形成され、横方向の左右両端部が基板４の端部寄り近傍まで延長形成されている。
【００４１】
次に、層間絶縁層形成工程において、保温層５、導電層６および端子接続電極層８の上面を覆うように、層間絶縁層９を形成する。
この層間絶縁層９は、導電層６および端子接続電極層８の上面に、ＳｉＯ2 またはＳｉ−Ｏ−Ｎ系化合物等から成る素材を、スパックリングまたはＣＶＤなどにより１〜３μｍ程度の均一な厚さに全面成膜して形成する。
【００４２】
次に、層間絶縁層形成工程でのエッチング工程において、層間絶縁層９の上面の全面にフォトレジストをスピンナーなどで塗布してレジスト膜を形成した後、バッファードフツ酸（ＢＨＦ）等で図８に示す上部側の層間絶縁層９をエッチングして導電層６の一端縁を露出させて、共通側接続部１５ａを形成すると共に、端子接続電極層８の左右両端部側に角孔状の共通電極端子側接続部１２を形成して、端子接続電極層８の一部を露出させる。
【００４３】
次に、発熱素子形成工程において、従来と同様に、Ｔａ2 ＮまたはＴａ−ＳｉＯ2等から成る所望の発熱抵抗体をスバッタリングなどにより、０．３μｍ程度の均一な厚さで被着した後、フォトリソによるエッチングを施して分解能に対応するようにして、所望のドットの数に応じて並列状に整列配置された、所定形状の複数の発熱素子１０を層間絶縁層９上に積層形成する。
このとき、各発熱素子１０は、前記層間絶縁層９により、導電層６と絶縁された状態になっている。
【００４４】
次に、共通電極形成工程において、図８に示す上方側に導電部１５を形成する。この導電部１５は、導電層６と同様の材料をスパッタリング等により被着し、エッチング等によって発熱素子１０の一方側と、共通側接続部１５ａで露出された導電層６の一端縁側とを、電気的に接続する所望形状に形成している。
次に、個別側接続電極形成工程において、導電部１５と同材質の高融点金属をスバッタリングなどにより発熱素子１０の他方側、及びこの近傍の層間絶縁層９上に被着し、エッチング等によって発熱素子１０と、後述する個別電極形成工程で形成する個別電極１６とを電気的に接続するための所望のパターンの個別側接続電極１７を形成する。
【００４５】
次に、個別電極形成工程において並列状に整列された個別電極１６を形成する。この個別電極１６は、Ａｌ等をスバッタリングなどにより、例えば１〜３μｍ程度の厚さで層間絶縁層９上に被着し、個別側接続電極１７を介して、各発熱素子１０に接続され、発熱素子１０に独立して通電を行うことができるようになっている。
【００４６】
次に、端子接続電極形成工程において、Ａｌなどの良好な導電性を有する金属をスバッタリングなどにより、例えば１〜３μｍ程度の均一な厚さに被着した後、エッチングにより、共通電極端子側接続部１２内部において端子接続電極層８と電気的に接続された所望パターンの端子接続電極１３を形成する。
【００４７】
次に、保護層形成工程において、共通電極端子１４および個別電極端子１８を除く全面に、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物固溶体）またはＳｉ−Ｏ−Ｎ系化合物などから成る素材を、例えば５〜１０μｍ程度の略一様な厚さにスバッタリング、ＣＶＤなどにより被着することにより保護層１９が形成され、ついで、ダイシング工程により、大きな基板４を所望の位置にて分割してチップ化された複数個のサーマルヘッド１を同時に得ることにより本実施の形態のサーマルヘッド１の製造が完了する。
【００４８】
なお、共通電極端子１４および個別電極端子１８には、保護層１９を形成する際に耐熱性の粘着テープなどによるマスク層が貼り付けられ、保護層１９を形成した後に、前記マスク層を剥離することにより共通電極端子１４および個別電極端子１８が露出されるようになっている。
そして、この共通電極端子１４および個別電極端子１８の上面には、Ｎｉ−Ｓｎ系化合物などの易ハンダ付け性の端子メッキ層１４ａ、１８ａをそれぞれ施して形成している。
【００４９】
なお、本発明の実施の形態の説明では、列方向の中央部付近の導電層６に、隙間部６ａがなくて、抵抗体７のないもので説明したが、列方向の中央部付近の導電層６にも隙間部６ａを設け、この隙間部６ａに抵抗体７を形成したもの（図示せず）でも良い。
【００５０】
次に、本発明の実施形態の作用について、熱転写プリンタを例に説明すると、図示しない熱転写プリンタのキヤリッジに、前述のような構成を有する本発明の第１の実施の形態のサーマルヘッド１を搭載する。
即ち、本発明のサーマルヘッド１は、キヤリッジに装着したリボンカセットのインクリボンを記録紙上に圧接させるとともに、キヤリッジを移動させながら記録情報に基づいて発熱素子１０に選択的に通電することによって、発熱素子１０上のインクリボンのインクを記録紙上に溶融転写あるいは昇華転写して所望の画像印刷を行うようになっている。
【００５１】
更に具体的に説明すると、本発明の実施の形態のサーマルヘッド１の個別電極端子１８と共通電極端子１４には、図示しない通電用のケーブルの一端が接続されており、このケーブルの他端はプリンタ本体の図示しない通電制御部に接続されている。そして、この通電制御部から、ケーブルを介して記録情報に基づいて個別電極端子１８に、従来よりやや高電圧の電流を通電する。
これによって、まず、個別電極端子１８から、個別電極１６にそれぞれ信号が伝達され、発熱素子１０に通電されて、発熱素子１０が前記記録情報に基づいて選択的に所定温度で発熱される。
そして、発熱素子１０から、さらに電流が導電部１５を経由して、発熱素子１０の下層の導電層６にそれぞれ通電される。
【００５２】
次に、導電層６から端子接続電極層８に電流が伝わる。この際、この導電層６は発熱素子１０の直下に位置するが、０．１５μｍ程度の薄い厚さとされているため、熱応答特性への影響は小さく、また、高融点金属によって形成されているため、発熱素子１０の熱によって通電が妨げられることもない。
【００５３】
次に、端子接続電極層８から、端子接続電極１３を介して共通電極端子１４に電流が伝わり、この共通電極端子１４からサーマルヘッド１の外部のプリンタ側に電流が流れていく。
このようにして、プリンタ側の通電制御部からの命令による制御電流が、個別電極端子１８から、発熱素子１０を介して共通電極端子１４に流れることにより、発熱素子１０にジュール熱が発生して所定の温度まで発熱する。
【００５４】
前述のように、本発明のサーマルヘッド１は、並列状に形成されて列方向の中央部付近に位置する導電層６より端部側に位置する導電層６の抵抗値が大きく形成されているので、左右２箇所の共通電極端子１４から遠い位置の、列方向の中央部付近の発熱素子１０に接続される導電層６に電圧降下が発生したとしても、列方向の端部側の導電層６の抵抗値が大きく形成されているので、端部側の導電層６に通電される電圧も中央部付近の導電層６の電圧と同じ程度に電圧降下させることができ、列方向の中央部付近と端部側とに位置する導電層６に通電される電圧を、ほぼ同じに補正することができる。
そのために、発熱素子１０に均一な通電を行うことができ、従来より問題とされていた共通電極における電圧降下を抑制することができる。
【００５５】
このような本発明のサーマルヘッド１は、従来のような列方向の中央部付近の発熱素子１０の発熱温度が低下することがなく、発熱素子１０を均一な温度で発熱させることができ、例えば熱転写プリンタで印刷するときに、印刷濃度にムラのない良好な印刷画像を得ることができる。
【００５６】
また、本発明の第２の実施の形態のサーマルヘッド３１は、図９に示すように、列方向の端部側に位置する、スリット状の隣り合う複数の良導電部３６ｂ、３６ｃから成る複数の良導電部群Ｅ、Ｆが形成されている。
前記列方向の中央部付近には、隙間部３６ａがなく、全てが良導電部３６ｂ、３６ｃと同じ材料で形成されたスリット状の複数の導電層３６から成る良導電部群Ｇが形成されている。
前記端部側に位置する良導電部群Ｅ、Ｆ内の隣り合う複数の良導電部３６ｂ、３６ｃ同志が抵抗体３７で接続されている。
【００５７】
また、良導電部群Ｅ、Ｆは、列方向の中央部付近から端部側に位置して複数形成され、それぞれの良導電部群Ｅ、Ｆ内の互いに対向する良導電部３６ｂ、３６ｃの隙間部３６ａの長さを等しくし、それぞれの良導電部群Ｅ、Ｆの隙間部３６ａは、列方向の中央部付近から端部側に位置する良導電部群Ｅ、Ｆに従って長く形成されている。
即ち、隙間部３６ａの寸法Ｃ、Ｄの関係は、Ｃ＜Ｂになって形成されている。そのために、寸法Ｃの隙間部３６ａを有する中央部付近の良導電部群Ｆよりも、寸法Ｄの隙間部３６ａを有する端部側の良導電部群Ｅの方が抵抗値が大きくなるようになっている。
また、本発明の第２の実施の形態の変形例として、良導電部群Ｅ、Ｆのスリット状の良導電部３６ｂ、３６ｃ、及び良導電部群Ｇのスリット状の導電層３６は、それぞれがスリット状に離間してなくて、良導電部群Ｅ、Ｆ、Ｇ毎にそれぞれが一体化されたものでも良い。
このような第２の実施の形態のサーマルヘッド３１は、それぞれの導電体３６毎に抵抗体３７を形成しなくて良いので、製造が容易になる。
【００５８】
また、本発明の第３の実施の形態のサーマルヘッド４１は、図１０に示すように、列方向の端部側に位置する導電層４６は、幅寸法の異なる細幅部４６ａと広幅部４６ｂで構成されている。
そして、導電層４６は、細幅部４６ａの長さを、寸法Ｊ、Ｋと異ならしめて、列方向の中央部付近の導電層４６より端部側の導電層４６に従って抵抗値を大きくしている。
【００５９】
このような導電層４６の細幅部４６ａは、列方向の中央部付近から端部側に位置する導電層４６に従って長く形成されている。
このようなサーマルヘッド４１は、第１、第２の実施の形態のように、導電層と異なる材料から成る抵抗体が不要になり、製造が容易である。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のサーマルヘッドは、個別電極の下部で保温層の上面には、前記個別電極と同方向に並列状に形成された複数の導電層を有し、前記個別電極と前記導電層の間に、この導電層と前記個別電極とを絶縁する層間絶縁層を有し、前記導電層は、列方向の中央部付近に位置する前記導電層より端部側に位置する前記導電層の抵抗値が大きくなるように形成し、前記導電層の一端縁を前記導電部に接続し、前記導電層の他端縁が前記保温層上に形成した端子接続電極層に接続して、発熱素子に通電を行うようにしたので、導電層での電圧降下を補正して、発熱素子への通電時の導電体に加わる電圧を一定にすることができ、発熱素子を均一な発熱をさせて印刷濃度のムラのない良好な印刷画像を得ることができるサーマルヘッドを提供できる。
【００６１】
また、列方向の端部側に位置する導電層は、所定寸法の隙間部を挟んで互いに対向する一対の良導電部と、前記隙間部に形成された抵抗体とで構成され、前記隙間部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側に位置する前記導電層の抵抗値を大きくしたので、導電層での電圧降下を補正して、列方向の中央部付近と端部側の発熱素子の発熱を均一にすることができる。
【００６２】
また、前記隙間部は、列方向の中央部付近から端部側に位置する前記導電層に従って長くし、このそれぞれの隙間部に抵抗体を形成したので、列方向の中央部付近から端部側にいくに従って、導電層の抵抗値を順番に大きくすることができ、更に確実に導電層での電圧降下を補正することができる。
【００６３】
また、前記導電層は、列方向の端部側に位置する隣り合う複数の良導電部から成る複数の良導電部群を有し、この良導電部群内の前記隣り合う複数の良導電部同志が前記抵抗体で接続されているので、隣り合う複数の良導電部をとりまとめてブロック化した良導電部群ごとに、抵抗体を形成すれば良く、製造が容易である。
【００６４】
また、前記良導電部群は、前記中央部付近から前記端部側に位置して複数形成され、前記良導電部群内の前記良導電部の前記隙間部の長さを等しくし、前記それぞれの前記良導電部群の前記隙間部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記良導電部群に従って長くしたので、導電層毎にそれぞれ抵抗体を形成することがなく、製造が容易である。
【００６５】
また、列方向の端部側に位置する導電層は、細幅部と広幅部で構成され、前記細幅部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側の前記導電層の抵抗値を大きくしたので、導電層に抵抗体を形成しなくても良く、製造が容易なサーマルヘッドを提供できる。
【００６６】
また、前記細幅部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記導電層に従って長くしたので、列方向の中央部付近から端部側にいくに従って、導電層の抵抗値を順番に大きくすることができ、更に確実に導電層での電圧降下を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る平面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】図１の３−３線に沿った断面図である。
【図４】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図５】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図６】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図７】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図８】本発明に係る製造方法を説明する概略図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係わる概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係わる概略図である
【図１１】従来のサーマルヘッドを示す平面図である。
【図１２】図１１の１２−１２線に沿った断面図である。
【符号の説明】
４ 基板
４ａ 凸部
５ 保温層
６ 導電層
６ａ 隙間部
６ｂ、６ｃ 良導電部
７ 抵抗体
８ 端子接続電極層
８ａ 前方端縁
８ｂ 後方端縁
９ 層間絶縁層
１０ 発熱素子
１０ａ 端縁
１２ 共通電極端子側接続部
１３ 端子接続電極
１４ 共通電極端子
１５ 導電部
１６ 個別電極
１７ 個別側接続電極
１８ 個別電極端子
１８ａ 端子メッキ層
１９ 保護層
Claims (7)
- 基板の上面に形成した保温層と、この保温層の上方に並列状に形成した一群の複数の発熱素子と、この発熱素子の一方に電気的に接続される一群の複数の個別電極とを備え、前記個別電極の下部で前記保温層の上面には、前記個別電極と同方向に並列状に形成された一群の複数の導電層を有し、前記発熱素子の他方が前記基板の端部近傍に形成した導電部を介して前記導電層と電気的に接続され、前記個別電極及び前記発熱素子と前記導電層の間に、この導電層と前記個別電極及び前記発熱素子とを絶縁する層間絶縁層を有し、一群の前記導電層が端子接続電極層に接続され、一群の前記導電層の列方向両側には、一対の共通電極端子が形成され、
前記個別電極と前記共通電極とに通電することで前記発熱素子を発熱させるサーマルヘッドであって、
前記導電層は、列方向の中央部付近に位置する前記導電層より、端部側に位置する前記導電層の抵抗値が大きくなるように形成したことを特徴とするサーマルヘッド。 - 前記導電層は、所定寸法の隙間部を挟んで互いに対向する一対の良導電部と、前記隙間部に形成された抵抗体とで構成され、前記隙間部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側に位置する前記導電層の抵抗値を大きくしたことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
- 前記中央部付近から前記端部側に位置するに従って前記隙間部を長くしたことを特徴とする請求項２記載のサーマルヘッド。
- 前記導電層は、前記中央部付近から前記端部側に位置して一群の複数の前記良導電部から成る複数の良導電部群を有し、前記端部側に位置する前記良導電部群内の複数の前記隣り合う良導電部同士が前記抵抗体で接続されていることを特徴とする請求項２記載のサーマルヘッド。
- 前記良導電部群は、前記良導電部群内の前記隙間部の長さを等しくし、それぞれの前記良導電部群の前記隙間部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記良導電部群に従って長くしたことを特徴とする請求項４記載のサーマルヘッド。
- 前記端部側に位置する導電層は、細幅部と広幅部で構成され、前記細幅部の長さを異ならしめて前記中央部付近より前記端部側の前記導電層の抵抗値を大きくしたことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
- 前記細幅部は、前記中央部付近から前記端部側に位置する前記導電層に従って長くしたことを特徴とする請求項６記載のサーマルヘッド。
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