JP3695021B2 - 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、サーマルプリンタに用いて好適なサーマルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のサーマルヘッドが適用されたサーマルプリンタの印字部の構成を示す側面図である。上記サーマルプリンタは、例えば、イエロ、マゼンダ、シアンという３色の昇華インクを組み合わせることにより、印刷用紙に対してフルカラーの印刷を行うものである。
【０００３】
図４において、１は、プラテンローラであり、図示しない駆動モータにより１ラインに相当する角度分づつ順次回転駆動される。２は、印刷用紙であり、上記プラテンローラ１により１ライン分づつ搬送される。３は、カラーインクリボンであり、その表面には、上述したイエロインク、マゼンダインクおよびシアンインクが繰り返し塗布されている。
【０００４】
これらイエロインク等は、バイアスエネルギに加えて階調エネルギが付与されることにより、昇華するという性質を有している。ここで、上記バイアスエネルギとは、イエロインク等が昇華を開始するのに必要なエネルギをいい、一方、階調エネルギとは、印刷用紙２におけるイエロインク等の発色濃度を制御するエネルギをいう。すなわち、イエロインク等の昇華率は、付与される階調エネルギに応じて決定される。
４は、１ドットに各々対応した複数の発熱抵抗体を有するサーマルヘッドであり、供給される電流により発生するエネルギをカラーインクリボン３へ付与する。このサーマルヘッド４は、いわゆるダブルライン型の構成とされている。
【０００５】
ここで、上述したサーマルヘッド４の構成について、図５および図６を参照して説明する。図５は、サーマルヘッド４の構成を示す平面図であり、図６は、図５に示すＡ−Ａ’線視断面図である。
図５において、５1は、第１のアルミナ基板である。５2は、上記第１のアルミナ基板５1に対して一定間隔をおいて対向配置された第２のアルミナ基板である。６は、第１のアルミナ基板５1と第２のアルミナ基板５2との間に介挿された金属板であり、図６に示すようにその上端部６ａが第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2の各表面５1ａ、５2ａよりわずかに突出するようにして設けられている。
【０００６】
これら第１のアルミナ基板５1、第２のアルミナ基板５2および金属板６は、メタライズ処理によって一体とされている。７1は、金属板６より同図左側の、第１のアルミナ基板５1の表面５1ａに形成された第１のガラスグレース基板である。７2は、金属板６より同図右側の、第２のアルミナ基板５2の表面５2ａに形成された第２のガラスグレース基板である。
【０００７】
図５に示す８1、８1、・・・は１ドットに各々対応して設けられた複数の第１の発熱抵抗体であり、図６に示す金属板６より同図左側の、第１のガラスグレース基板７1の表面にスパッタリングにより一定間隔をおいて各々形成されている。これら第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・は、供給される電流に応じて発生するエネルギ（ジュール熱）をカラーインクリボン３（図４参照）へ各々付与する。
【０００８】
９1、９1、・・・は、発熱抵抗体８1、８1、・・・に各々対応して設けられた複数の第１の個別電極であり、第１のアルミナ基板５1の表面に一定間隔をおいて各々形成されている。上記第１の個別電極９1の一端部は、図６に示す第１の発熱抵抗体８1の一端部８1ａと電気的に接合されている。
【０００９】
図５に示す８2、８2、・・・は、１ドットに対応して各々対応して設けられた複数の第２の発熱抵抗体であり、図６に示す金属板６より同図右側の、第２のガラスグレース基板７2の表面にスパッタリングにより一定間隔をおいて各々形成されている。
これら第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・は、供給される電流に応じて発生するエネルギ（ジュール熱）をカラーインクリボン３（図４参照）へ付与する。
【００１０】
９2、９2、・・・は、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に各々対応して設けられた複数の第２の個別電極であり、第２のアルミナ基板５2の表面に一定間隔をおいて各々形成されている。上記第２の個別電極９2の一端部は、図６に示す第２の発熱抵抗体８2の一端部８2ａと電気的に接合されている。１０は、金属板６に沿って配設された共通電極であり、図６に示すその裏面１０ａが金属板６の上端面６ｂに電気的に接合されている。
【００１１】
また、共通電極１０は、第１の発熱抵抗体８1の他端部８1ｂ、および第２の発熱抵抗体８2の他端部８2ｂと電気的に各々接合されている。すなわち、第１の発熱抵抗体８1は、一端部８1ａおよび他端部８1ｂ以外の部分が実際に抵抗体として作用する。一方、第２の発熱抵抗体８2は、一端部８2ａおよび他端部８2ｂ以外の部分が実際に抵抗体として作用する。
【００１２】
図６に示す１１は、第１の個別電極９1、第１の発熱抵抗体８1、共通電極１０等の各表面に形成された保護膜であり、図４に示すカラーインクリボン３との接触による摩耗から、第１の個別電極９1、第２の個別電極９2および共通電極１０等を保護する役目をしている。なお、図５においては、上記保護膜１１の図示が省略されている。
【００１３】
図５に示す１２1は、第１のアルミナ基板５1の表面に設けられた第１のコントロールＩＣ（Integrated Circuit）であり、第１の個別電極９1、９1、・・・に各々対応した複数の端子を有している。これら複数の端子は、第１の個別電極９1、９1、・・・の各他端部に電気的に各々接続されており、第１のコントロールＩＣ１２1は、図示しない制御部より供給される第１の印刷データに基づいて、この第１の印刷データに対応するパルス幅の第１のパルス電圧を、第１の個別電極９1、９1、・・・を介して第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・へ各々印加する。
【００１４】
１２2は、第２のアルミナ基板５2の表面に設けられた第２のコントロールＩＣであり、第２の個別電極９2、９2、・・・に各々対応した複数の電極を有している。これら複数の端子は、第２の個別電極９2、９2、・・・の各他端部に電気的に各々接続されており、第２のコントロールＩＣ１２2は、供給される第２の印刷データに基づいて、この第２の印刷データに対応するパルス幅の第２のパルス電圧を、第２の個別電極９2、９2、・・・を介して第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・へ各々印加する。
【００１５】
図７は、上述した従来のサーマルヘッドの電気的構成を示す回路図である。この図において、図５の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
図７において、共通電極１０（図５参照）は、接地されている。第１のコントロールＩＣ１２1は、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・に対して、入力される第１の印刷データＤＡＴＡ１に応じたパルス幅の第１のパルス電圧Ｖ1を印加するか、または印加しないというスイッチング制御を行う。
【００１６】
上記スイッチング制御は、図示しない制御部より入力される第１のクロック信号ＣＬＯＫ１、第１の印刷データＤＡＴＡ１、第１のラッチ信号ＬＡＴＣＨ１および第１のストローブ信号ＳＴＲＯＢ１に基づいて行われる。
１３1は、接地と第１のコントロールＩＣ１２1の入力端子（図示略）との間に介挿された第１の直流電源であり、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・へ供給される第１のパルス電圧Ｖ1の電圧源である。
【００１７】
第２のコントロールＩＣ１２2は、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に対して、入力される第２の印刷データＤＡＴＡ２に応じたパルス幅の第２のパルス電圧Ｖ2を印加するか、または印加しないというスイッチング制御を行う。
【００１８】
上記スイッチング制御は、図示しない制御部より入力される第２のクロック信号ＣＬＯＫ２、第２の印刷データＤＡＴＡ２、第２のラッチ信号ＬＡＴＣＨ２および第２のストローブ信号ＳＴＲＯＢ２に基づいて行われる。
１３2は、接地と第２のコントロールＩＣ１２2の入力端子（図示略）との間に介挿された第２の直流電源であり、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・へ供給される第２のパルス電圧Ｖ2の電圧源である。
【００１９】
上記構成において、今、サーマルヘッド４が、カラーインクリボン３および印刷用紙２を介してプラテンローラ１に圧接している状態において、カラーインクリボン３（印刷用紙２）の１ライン部分は、図５に示す第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・の直上に位置しており、また、カラーインクリボン３（印刷用紙２）の２ライン部分は、図５に示す第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・の直上に位置しているものとする。
【００２０】
上記状態において、図７に示す第１のコントロールＩＣ１２1は、第１のクロック信号ＣＬＯＫ１のタイミングで１ライン目の第１の印刷データＤＡＴＡ１を読み込んだ後、第１のラッチ信号ＬＡＴＣＨ１のタイミングで上記１ライン目の第１の印刷データＤＡＴＡ１を図示しないラッチ回路にラッチする。
【００２１】
そして、今、第１のストローブ信号ＳＴＲＯＢ１が”ハイ”になると、第１のコントロールＩＣ１２1は、上記第１のストローブ信号ＳＴＲＯＢ１のタイミングで上述したラッチ回路にラッチされている第１の印刷データＤＡＴＡ１に基づいて、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・に対して第１のパルス電圧Ｖ1を印加する。ここで、上記第１のパルス電圧Ｖ1のパルス幅は、図９に示すバイアス用パルス幅ＰB＋階調用パルス幅ＰGなる値である。上記バイアス用パルス幅ＰBは、前述したバイアスエネルギに対応した値である。一方、階調用パルス幅ＰGは、階調エネルギに対応した値であり、この階調用パルス幅ＰGの変化は、０〜２５５階調という階調度の変化に対応している。
【００２２】
これにより、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・には、ジュール熱が発生し、この結果、カラーインクリボン３（図４参照）の１ライン部分には、上記ジュール熱に応じたエネルギが付与される。これにより、カラーインクリボン３の１ライン部分のインクが昇華し、印刷用紙２の１ライン部分には、所望の発色濃度の色が発生する。
【００２３】
一方、上述した印刷用紙２の１ライン部分に対する印刷動作と並行して、図７に示す第２のコントロールＩＣ１２2は、第２のクロック信号ＣＬＯＫ２のタイミングで２ライン目の第２の印刷データＤＡＴＡ２を読み込んだ後、第２のラッチ信号ＬＡＴＣＨ２のタイミングで上記２ライン目の第２の印刷データＤＡＴＡ２を図示しないラッチ回路にラッチする。
【００２４】
そして、今、第２のストローブ信号ＳＴＲＯＢ２が”ハイ”になると、第２のコントロールＩＣ１２2は、上記第２のストローブ信号ＳＴＲＯＢ２のタイミングで上述したラッチ回路にラッチされている第２の印刷データＤＡＴＡ２に基づいて、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に対して第２のパルス電圧Ｖ2を印加する。これにより、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・には、ジュール熱が発生し、この結果、カラーインクリボン３（図４参照）の２ライン部分には、上記ジュール熱に応じたエネルギが付与される。これにより、カラーインクリボン３の２ライン部分のインクが昇華し、印刷用紙２の２ライン部分には、所望の発色濃度の色が発生する。
【００２５】
そして、上述した印刷用紙２の１および２ライン部分に対する印刷が終了すると、図４に示すプラテンローラ１が１ライン分に相当する角度分、回転駆動され、これに連動してカラーインクリボン３および印刷用紙２が１ライン分搬送される。これにより、カラーインクリボン３（印刷用紙２）の２ライン部分が図５に示す第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・の直上に位置し、またカラーインクリボン３（印刷用紙２）の３ライン部分が第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・の直上に位置する。
そして、上述した動作と同様にして、印刷用紙２の２および３ライン部分に対する印刷動作が行われる。
【００２６】
ここで、印刷用紙２の１ライン部分に対する印刷に要するライン印刷時間ｔLは、次の（１）式で表される。
ｔL＝ＰB＋ＰG ・・・・・・・・・・（１）
上記（１）式において、ＰBは図９に示すバイアス用パルス幅ＰBであり、またＰGは同図に示す階調用パルス幅ＰGである。
また、１ページの印刷用紙２に対する印刷に要するページ印刷時間ｔPは、次の（２）式で表される。
ｔP＝ｔL×Ｌ×３ ・・・・・・・・・（２）
上記（２）式において、Ｌは、印刷用紙２における総ライン数であり、「３」は、イエロ、マゼンダ、シアンという印刷に用いられる色の数である。
また、実際の実印刷時間は、上記ページ印刷時間ｔPに用紙取り込み時間、排紙時間等が加算された時間である。
以上説明した、サーマルヘッド４の駆動方法によれば、シングルラインのサーマルヘッドの駆動方法に比して、原理的に印刷時間を半分に短縮することができる。
【００２７】
また、上述したサーマルヘッド４においては、上述した駆動方法の他、サーマルヘッド４の第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・に対して、バイアス用パルス幅ＰBの第１のパルス電圧Ｖ1を印加した後、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に対して階調用パルス幅ＰGの第２のパルス電圧Ｖ2を印加するという駆動方法も適用可能である。
【００２８】
この他の駆動方法によれば、印刷時間をシングルラインのサーマルヘッドの駆動方法に比して、印刷時間を０．８３〜０．６６倍に短縮することができる。ここで、上記シングルラインのサーマルヘッドとは、図５に示す第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・のみが設けられた構成のサーマルヘッドをいう。従って、このシングルラインのサーマルヘッドでは、一度に１ライン分しか印刷することができない。
【００２９】
図８は、従来のサーマルヘッドの別の構成例を示す断面図である。この図において、図６の各部に対応する部分には、同一の符号を付けその説明を省略する。図８においては、図６に示す第１のアルミナ基板５1、第２のアルミナ基板５2および金属板６に代えて、アルミナ基板１４および金属板１５が設けられている。
【００３０】
図８に示すアルミナ基板１４には、共通電極１０に対応する部分に断面凹形状の溝部１４ａが形成されている。金属板１５は、上記アルミナ基板１４の溝部１４ａに、その上端部１５ａがアルミナ基板１４の表面１４ａよりわずかに突出するようにして嵌合されている。この金属板１５の上端面１５ｂには、共通電極１０の裏面１０ａが電気的に接合されている。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したダブルラインのサーマルヘッドにおいては、理論上、シングルラインのサーマルヘッドに比して印刷時間を短縮することができるという利点を有するものの、以下に述べる重大なる欠点により実用に供さないという問題があった。
すなわち、図６に示す第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2と、金属板６とは、材料の相違より熱膨張係数が異なる。また、サーマルヘッド４は、製造工程において約４００℃の熱処理が施され、さらに印刷時において、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・および第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・の温度は、最大６００℃に達する。
【００３２】
従って、上記高温時において、第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2と金属板６とは、各々異なる熱膨張率で膨張する。この結果、第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2と金属板６との接合面に、上述した熱膨張係数の相違に起因する熱ひずみが発生し、最悪の場合には、第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2が、金属板６から剥離する。
【００３３】
また、図６に示す共通電極１０の機械的強度が極端に弱いため、上述した剥離時においては、共通電極１０が割れてしまう。従って、最悪の場合には、共通電極１０と第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・および第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・とが断線する。
すなわち、上述した従来のサーマルヘッドは、耐熱性に欠けるという欠点があった。
本発明はこのような背景の下になされたもので、耐熱性を向上させ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。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、その中央表面に所定長さの共通電極部が、エッチング処理を経た非エッチング部分として突出形成されたステンレス材料製の基板と、前記共通電極部より一方の側の、前記基板の表面に形成された第１の絶縁体と、前記共通電極部より他方の側の、前記基板の表面に形成された第２の絶縁体と、前記第１の絶縁体の表面に形成され、かつその一端部が前記共通電極部に電気的に接合された第１の発熱抵抗体と、前記第２の絶縁体の表面に形成され、かつその一端部が前記共通電極部に電気的に接合された第２の発熱抵抗体とを具備することを特徴とする。
【００３５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、その出力端子が前記第１の発熱抵抗体の他端部に接続され、前記第１の発熱抵抗体の前記他端部と、前記共通電極部との間に、印刷データに応じたパルス幅の第１のパルス電圧を印加する第１の制御手段と、その出力端子が前記第２の発熱抵抗体の他端部に接続され、前記第２の発熱抵抗体の前記他端部と、前記共通電極部との間に、前記印刷データに応じたパルス幅の第２のパルス電圧を印加する第２の制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のサーマルヘッドにおいて、前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体は、共にガラス材料により形成されていることを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの外観構成を示す一部裁断斜視図である。図２は、図１に示すＢ−Ｂ’線視断面図である。
図１に示すサーマルヘッド２０において、２１は、例えば、０．８ｍｍ厚のステンレス基板であり、このステンレス基板２１の表面には、長尺状の共通電極部２２が突出形成されている。この共通電極部２２の高さは、５０μｍとされている。２３は、ステンレス基板２１の裏面に形成されたグレースガラスである。
【００３９】
２４1は、図２に示す共通電極部２２より同図左側のステンレス基板２１の左表面に形成された第１のグレースガラスであり、その共通電極部２２近傍の部分は、盛り上がり形成されており、盛り上がり部２４1ａとされている。２４2は、共通電極部２２より同図右側のステンレス基板２１の右表面に形成された第２のグレースガラスであり、その共通電極部２２近傍の部分は、盛り上がり形成されており、盛り上がり部２４2ａとされている。
【００４０】
２５は、発熱抵抗体であり、第１のグレースガラス２４1から共通電極部２２を介して第２のグレースガラス２４2までに亙る各表面に形成されている。この発熱抵抗体２５は、１ドットに対応して設けられており、実際には、一定間隔をおいて複数設けられている。この発熱抵抗体２５において、共通電極部２２の表面２２ａに当接する部分は、該表面２２ａと電気的に接合されている。
【００４１】
２６1は、第１のグレースガラス２４1の表面に形成された第１の個別電極であり、その一端部は、発熱抵抗体２５の一端部と電気的に接合されている。この第１の個別電極２６1の他端部は、図示しない第１のコントロールＩＣの端子に接続されている。上記第１のコントロールＩＣは、図７に示す第１のコントロールＩＣ１２1と同一の機能を有している。
【００４２】
２６2は、第２のグレースガラス２４2の表面に形成された第２の個別電極であり、その一端部は、発熱抵抗体２５の他端部と電気的に接合されている。この第２の個別電極２６2の他端部は、図示しない第２のコントロールＩＣの端子に接続されている。上記第２のコントロールＩＣは、図７に示す第２のコントロールＩＣ１２2と同一の機能を有している。
【００４３】
２７は、図１に示す共通電極部２２に沿って配設された共通電極であり、その裏面が図２に示す発熱抵抗体２５の表面に電気的に接合され、かつ接地されている。すなわち、図２に示す発熱抵抗体２５においては、第１の個別電極２６1および共通電極２７と接合していない部分が実際に発熱抵抗体として作用し、以下、この部分を第１の発熱抵抗体２５1と称する。また、発熱抵抗体２５においては、第２の個別電極２６2および共通電極２７と接合していない部分が実際に発熱抵抗体として作用し、以下、この部分を第２の発熱抵抗体２５2と称する。
【００４４】
すなわち、図１に示すサーマルヘッド２０は、複数の第１の発熱抵抗体２５1、２５1、・・・および複数の第２の発熱抵抗体２５2、２５2、・・・を有している。図２に示す２８は、第１の個別電極２６1等の表面全体を覆う保護膜である。なお、図１においては、上記保護膜２８の図示が省略されている。
なお、上述した一実施形態によるサーマルヘッド２０の動作については、前述した従来のサーマルヘッドと同様であるため、その説明を省略する。
【００４５】
次に、上述した一実施形態によるサーマルヘッド２０の製造方法について図２および図３を参照して説明する。
はじめに、図３に示すステンレス基板２１は、ｎ−プロピルブロマイドの様な有機溶剤により、脱脂洗浄された後、スクラッバーにより洗浄される。これにより、ステンレス基板２１の表面および裏面に各々付着していたゴミ等が除去される。
【００４６】
次に、ステンレス基板２１は、臭化メチルの洗浄液中に浸された後、超音波洗浄される。これにより、ステンレス基板２１の表面および裏面における微小な凹凸部に吸着していたゴミが除去される。次いで、ステンレス基板２１は、その表面および裏面の研磨処理をすべく、たとえば、ＦｅＣｌ3：５０ｇ、ＨＨｌ：５００ｍｌおよびＨ2Ｏ：１０００ｍｌの塩化第二鉄溶液に２分間、浸される。これにより、ステンレス基板２１の表面および裏面は、緩やかなエッチング作用によって研磨処理される。
【００４７】
そして、上記研磨処理が終了すると、ステンレス基板２１の表面全体には、フォトレジストがコーティングされる。そして、上記コーティング処理が終了すると、フォトリソグラフィーにより、共通電極部２２を形成すべき部分にマスクがかけられた後、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストのパターニングが行なわれる。これにより、ステンレス基板２１において、共通電極部２２を形成すべき部分にのみ、フォトレジストが残る。
【００４８】
次に、ステンレス基板２１は、Ｈ2Ｃ2Ｏ4・２Ｈ2Ｏ：２００ｇ＋Ｈ2Ｏ：２０００ｍｌのシュウ酸溶液中に浸された後、図示しない電極間隔を２０ｍｍとして、該電極間には、５Ｖの電圧が印加される。これにより、約０．６７μｍ／ｍｉｎのエッチング速度をもって、ステンレス基板２１においてマスクがかかっていない部分がエッチングされる。これにより、上記エッチングされない部分が、共通電極部２２として残る。すなわち、上記エッチング処理が進むに従って、徐々に共通電極部２２が形成される。
また、上記エッチング処理中においては、形成される共通電極部２２の高さが表面粗さ測定器により測定される。
そして、上述したエッチング処理が終了した状態において、共通電極部２２の表面が粗い場合には、共通電極部２２が砥石により研磨される。
【００４９】
次に、ステンレス基板２１が９００℃で１０分間、焼成される。これにより、ステンレス基板２１の表面には、酸化皮膜が形成される。
そして、上記焼成処理が終了すると、図３に示す共通電極部２２より同図左側の、ステンレス基板２１の左表面には、第１のガラスペースト２４1ｂが２０μｍの厚さでスクリーン印刷される。これと同様にして、共通電極部２２より同図右側の、ステンレス基板２１の右表面には、第２のガラスペースト２４2ｂが２０μｍの厚さでスクリーン印刷される。
【００５０】
ここで、上述した第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂとは、溶剤とガラスの粉末との混合物をいう。そして、上述した第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂのスクリーン印刷が終了すると、これらの各表面がレベリングにより平坦化される。
【００５１】
次に、第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂを、炉内において比較的低温の１４０℃に加熱するというプリベーキング処理が行われる。ここで、上記１４０℃は、第１のガラスペースト２４1ｂ等に含まれる溶剤を突沸することなく徐々に揮発させる温度である。
そして、上記プリベーキング処理が行われると、第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂに含まれている溶剤が徐々に揮発する。
【００５２】
そして、上述したプリベーキング処理が終了すると、ステンレス基板２１が炉外に取り出され、ステンレス基板２１（第１のガラスペースト２４1ｂ等）は、上記１４０℃から室温まで自然冷却される。
次に、ステンレス基板２１の裏面に一定の厚さでガラスペースト２３ａがスクリーン印刷された後、ガラスペースト２３ａの表面が平坦化される。
【００５３】
そして、上述した平坦化処理が終了すると、前述したように、１４０℃においてプリベーキング処理が行われる。これにより、ステンレス基板２１の裏面にスクリーン印刷されたガラスペースト２３に含まれている溶剤が、徐々に揮発する。次いで、ステンレス基板２１は、８５０℃で１０分間、焼成された後、室温になるまで自然冷却される。これにより、第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂが、各々グレースガラスとされるとともに、ガラスペースト２３ａがグレースガラス２３（図２参照）とされる。
【００５４】
次に、金属のマスクを用いて、図３に示す共通電極部２２の両側壁部および、共通電極部２２の両部のグレーズガラスの各表面に、第１の部分ガラスペースト２４1ｃおよび第２の部分ガラスペースト２４2ｃが、厚さ３０μｍで各々スクリーン印刷される。そして、上記スクリーン印刷が終了すると、第１の部分ガラスペースト２４1ｃおよび第２の部分ガラスペースト２４2ｃの表面が整えられる。
【００５５】
次に、第１の部分ガラスペースト２４1ｃおよび第２の部分ガラスペースト２４2ｃ等が、１４０℃においてプリベーキングされ、これにより第１の部分ガラスペースト２４1ｃ等に含まれている溶剤が揮発する。
【００５６】
そして、上記プリベーキング処理が終了すると、ステンレス基板２１は、９５０℃の温度とされた炉内において、１０分間の焼成処理が施される。これにより、第１の部分ガラスペースト２４1ｃとその下のガラスグレースとが一体となり、この結果、図２に示す盛り上がり部２４1ａを有する第１のグレースガラス２４1が形成される。
また、これと同時に、図３に示す第２の部分ガラスペースト２４2ｃとその下のガラスグレースとが一体となり、この結果、図２に示す盛り上がり部２４2ａを有する第２のグレースガラス２４2が形成される。
ここで、必要に応じて図３に示す共通電極部２２を含む表面Ｈが研磨される。これにより、余分なガラスグレースおよび共通電極部２２の表面の酸化膜が除去される。
【００５７】
次に、図２に示すステンレス基板２１上に形成された第１のグレースガラス２４1および第２のグレースガラス２４2の各表面、ならびに共通電極部２２の表面には、所定のシート抵抗値となるように、例えばＴａＳｉＯ2の抵抗体膜が、スパッタリングにより形成される。
次いで、この抵抗体膜には、電子ビーム蒸着法により、たとえばＮｉＣｒが０．１μｍの厚さで蒸着される。
【００５８】
次に、図２に示す発熱抵抗体２５の形状に応じて、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストのパターニングが行われる。そして、ステンレス基板２１が硝酸セリュウムアンモニウム溶液に浸されることにより、上記フォトレジストのパターンをマスクとして、上述したＮｉＣｒがエッチングされる。
そして、フォトレジストが除去され、これにより、上記ＮｉＣｒが発熱抵抗体２５の形状にパターニングされる。
【００５９】
次に、ＮｉＣｒをマスクとして、抵抗体膜がエッチングされる。これにより、上述した抵抗体膜が発熱抵抗体２５の形状にパターニングされる。
次に、発熱抵抗体２５の表面には、バインダ薄膜が０．１μｍの厚さで形成される。上記バインダ薄膜は、図２に示す発熱抵抗体２５と、第１の個別電極２６1、共通電極２７および第２の個別電極２６2との間の密着性を向上させるという役目をする。
【００６０】
次に、第１の発熱抵抗体２５1の表面には、電子ビーム蒸着法によりアルミニウム膜が蒸着される。そして、上記蒸着が終了すると、第１の個別電極２６1、第２の個別電極２６2および共通電極２７に対応する、第１の発熱抵抗体２５1の表面にフォトレジストが残るように、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストのパターニングが行われる。
【００６１】
次に、ステンレス基板２１がエッチング液（燐酸）に浸される。これにより、第１の発熱抵抗体２５1の、フォトレジストのマスク以外の部分が、エッチングされる。そして、上記フォトレジストを除去することにより、第１の個別電極２６1、第２の個別電極２６2および共通電極２７が各々形成される。
次に、第１の個別電極２６1、第１の発熱抵抗体２５1等の表面全体に、たとえばＳＩＡＬＯＮ（登録商標）が、スパッタリングにより、５μｍの厚さで形成される。これにより、保護膜２８が形成される。
【００６２】
そして、上記処理が終了すると、図２に示すサーマルヘッド２０は、５５０℃の温度で熱処理（１時間）が施される。
次に、図には示されていないが、図１に示す第１の個別電極２６1、２６1、・・・における第１のＩＣ配設領域には、絶縁膜が堆積され、この第１のＩＣ領域の絶縁膜上には、第１のコントロールＩＣ（図示略）がダイボンディングされる。そして、上記第１のコントロールＩＣの各端子と、これに対応する第１の個別電極２６1、２６1、・・・とが各々ワイヤボンディングされる。
【００６３】
一方、第２の個別電極２６2、２６2、・・・における第２のＩＣ配設領域には、絶縁膜が堆積され、この第２のＩＣ領域の絶縁膜上には、第２のコントロールＩＣ（図示略）がダイボンディングされる。そして、上記第２のコントロールＩＣの各端子と、これに対応する第２の個別電極２６2、２６2、・・・とが各々ワイヤボンディングされる。
そして、最終工程として、第１および第２のコントロールＩＣのワイヤボンド部分、および第１の個別電極２６1、２６1、・・・、第２の個別電極２６2、２６2、・・・の一部分がエポキシ樹脂により封止される。
【００６４】
以上説明したように、上述した一実施形態によるサーマルヘッドによれば、ステンレス基板２１および共通電極部２２を熱膨張率が同一の材料により形成したので、従来のサーマルヘッドに比して、熱膨張率の相違に起因する剥離等による断線の発生率を減少させることができるという効果が得られる。
すなわち、上述した一実施形態によるサーマルヘッドによれば、耐熱性を向上させることができるという効果が得られる。
【００６５】
また、発明者は、一実施形態によるサーマルヘッドの耐熱性の効果を定量的に知るために、従来のサーマルヘッドと比較した実験を行った。以下に、その実験結果を示す。
まず、この実験のサンプルとしては、次のサンプル１〜３が用いられている。
（ａ）サンプル１（図１に示す一形態によるサーマルヘッド２０）
（ｂ）サンプル２（図８に示す従来のサーマルヘッド）
（ｃ）サンプル３（前述したシングルラインのサーマルヘッド）
【００６６】
また、実験方法としては、各サンプルを（Ａ）電気炉で４００℃に昇温した後、（Ｂ）２０℃の水に浸漬した後、（Ｃ）表面割れによるパターンの断線状態を拡大鏡を用いて観察評価した後、さらに（Ｄ）上記断線がない場合、（Ａ）において温度を１０℃上昇させ（Ａ）〜（Ｃ）を繰り返し、断線が発生する電気炉内の平均温度を求める方法を用いた。以下にこの実験結果を示す。
（サンプル） （断線発生時の炉内平均温度）
・サンプル１ ８００℃
・サンプル２ ４００℃以下
・サンプル３ ４６０℃
上記実験結果から明らかなように、一実施形態によるサーマルヘッド（サンプル１）の耐熱特性が、従来のサーマルヘッド（サンプル２および３）に比して大幅に向上していることがわかる。
【００６７】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの一実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述した一実施形態によるサーマルヘッドの製造方法においては、エッチング処理によって図３に示す共通電極部２２を形成する方法について説明したが、この方法に代えて、ステンレス基板２１に対して研磨加工、ロール加工、プレス加工または引き抜き加工、もしくはこれらの加工法を組み合わせるという方法を用いてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、共通電極部が、これと同一の材質の基板に形成されているので、従来のサーマルヘッドのように熱膨張率の相違による剥離に起因する断線が発生しにくいという効果が得られる。
すなわち、本発明によれば、耐熱性を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの外観構成を示す一部裁断斜視図である。
【図２】 図１に示すＢ−Ｂ’線視断面図である。
【図３】 本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの製造方法を説明する図である。
【図４】 従来のサーマルヘッドが適用されたサーマルプリンタの印字部の構成を示す側面図である。
【図５】 従来のサーマルヘッドの外観構成を示す平面図である。
【図６】 図５に示すＡ−Ａ’線視断面図である。
【図７】 従来のサーマルヘッドの電気的構成を示す回路図である。
【図８】 従来のサーマルヘッドの別の構成例を示す断面図である。
【図９】 図４に示すカラーインクリボン３の発色濃度の特性を示す特性図である。
【符号の説明】
２０ サーマルヘッド
２１ ステンレス基板
２２ 共通電極部
２３ グレースガラス
２４1 第１のグレースガラス
２４2 第２のグレースガラス
２５1 第１の発熱抵抗体
２５2 第２の発熱抵抗体
２６1 第１の個別電極
２６2 第２の個別電極
２７ 共通電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルプリンタに用いて好適なサーマルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のサーマルヘッドが適用されたサーマルプリンタの印字部の構成を示す側面図である。上記サーマルプリンタは、例えば、イエロ、マゼンダ、シアンという３色の昇華インクを組み合わせることにより、印刷用紙に対してフルカラーの印刷を行うものである。
【０００３】
図４において、１は、プラテンローラであり、図示しない駆動モータにより１ラインに相当する角度分づつ順次回転駆動される。２は、印刷用紙であり、上記プラテンローラ１により１ライン分づつ搬送される。３は、カラーインクリボンであり、その表面には、上述したイエロインク、マゼンダインクおよびシアンインクが繰り返し塗布されている。
【０００４】
これらイエロインク等は、バイアスエネルギに加えて階調エネルギが付与されることにより、昇華するという性質を有している。ここで、上記バイアスエネルギとは、イエロインク等が昇華を開始するのに必要なエネルギをいい、一方、階調エネルギとは、印刷用紙２におけるイエロインク等の発色濃度を制御するエネルギをいう。すなわち、イエロインク等の昇華率は、付与される階調エネルギに応じて決定される。
４は、１ドットに各々対応した複数の発熱抵抗体を有するサーマルヘッドであり、供給される電流により発生するエネルギをカラーインクリボン３へ付与する。このサーマルヘッド４は、いわゆるダブルライン型の構成とされている。
【０００５】
ここで、上述したサーマルヘッド４の構成について、図５および図６を参照して説明する。図５は、サーマルヘッド４の構成を示す平面図であり、図６は、図５に示すＡ−Ａ’線視断面図である。
図５において、５1は、第１のアルミナ基板である。５2は、上記第１のアルミナ基板５1に対して一定間隔をおいて対向配置された第２のアルミナ基板である。６は、第１のアルミナ基板５1と第２のアルミナ基板５2との間に介挿された金属板であり、図６に示すようにその上端部６ａが第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2の各表面５1ａ、５2ａよりわずかに突出するようにして設けられている。
【０００６】
これら第１のアルミナ基板５1、第２のアルミナ基板５2および金属板６は、メタライズ処理によって一体とされている。７1は、金属板６より同図左側の、第１のアルミナ基板５1の表面５1ａに形成された第１のガラスグレース基板である。７2は、金属板６より同図右側の、第２のアルミナ基板５2の表面５2ａに形成された第２のガラスグレース基板である。
【０００７】
図５に示す８1、８1、・・・は１ドットに各々対応して設けられた複数の第１の発熱抵抗体であり、図６に示す金属板６より同図左側の、第１のガラスグレース基板７1の表面にスパッタリングにより一定間隔をおいて各々形成されている。これら第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・は、供給される電流に応じて発生するエネルギ（ジュール熱）をカラーインクリボン３（図４参照）へ各々付与する。
【０００８】
９1、９1、・・・は、発熱抵抗体８1、８1、・・・に各々対応して設けられた複数の第１の個別電極であり、第１のアルミナ基板５1の表面に一定間隔をおいて各々形成されている。上記第１の個別電極９1の一端部は、図６に示す第１の発熱抵抗体８1の一端部８1ａと電気的に接合されている。
【０００９】
図５に示す８2、８2、・・・は、１ドットに対応して各々対応して設けられた複数の第２の発熱抵抗体であり、図６に示す金属板６より同図右側の、第２のガラスグレース基板７2の表面にスパッタリングにより一定間隔をおいて各々形成されている。
これら第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・は、供給される電流に応じて発生するエネルギ（ジュール熱）をカラーインクリボン３（図４参照）へ付与する。
【００１０】
９2、９2、・・・は、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に各々対応して設けられた複数の第２の個別電極であり、第２のアルミナ基板５2の表面に一定間隔をおいて各々形成されている。上記第２の個別電極９2の一端部は、図６に示す第２の発熱抵抗体８2の一端部８2ａと電気的に接合されている。１０は、金属板６に沿って配設された共通電極であり、図６に示すその裏面１０ａが金属板６の上端面６ｂに電気的に接合されている。
【００１１】
また、共通電極１０は、第１の発熱抵抗体８1の他端部８1ｂ、および第２の発熱抵抗体８2の他端部８2ｂと電気的に各々接合されている。すなわち、第１の発熱抵抗体８1は、一端部８1ａおよび他端部８1ｂ以外の部分が実際に抵抗体として作用する。一方、第２の発熱抵抗体８2は、一端部８2ａおよび他端部８2ｂ以外の部分が実際に抵抗体として作用する。
【００１２】
図６に示す１１は、第１の個別電極９1、第１の発熱抵抗体８1、共通電極１０等の各表面に形成された保護膜であり、図４に示すカラーインクリボン３との接触による摩耗から、第１の個別電極９1、第２の個別電極９2および共通電極１０等を保護する役目をしている。なお、図５においては、上記保護膜１１の図示が省略されている。
【００１３】
図５に示す１２1は、第１のアルミナ基板５1の表面に設けられた第１のコントロールＩＣ（Integrated Circuit）であり、第１の個別電極９1、９1、・・・に各々対応した複数の端子を有している。これら複数の端子は、第１の個別電極９1、９1、・・・の各他端部に電気的に各々接続されており、第１のコントロールＩＣ１２1は、図示しない制御部より供給される第１の印刷データに基づいて、この第１の印刷データに対応するパルス幅の第１のパルス電圧を、第１の個別電極９1、９1、・・・を介して第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・へ各々印加する。
【００１４】
１２2は、第２のアルミナ基板５2の表面に設けられた第２のコントロールＩＣであり、第２の個別電極９2、９2、・・・に各々対応した複数の電極を有している。これら複数の端子は、第２の個別電極９2、９2、・・・の各他端部に電気的に各々接続されており、第２のコントロールＩＣ１２2は、供給される第２の印刷データに基づいて、この第２の印刷データに対応するパルス幅の第２のパルス電圧を、第２の個別電極９2、９2、・・・を介して第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・へ各々印加する。
【００１５】
図７は、上述した従来のサーマルヘッドの電気的構成を示す回路図である。この図において、図５の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。
図７において、共通電極１０（図５参照）は、接地されている。第１のコントロールＩＣ１２1は、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・に対して、入力される第１の印刷データＤＡＴＡ１に応じたパルス幅の第１のパルス電圧Ｖ1を印加するか、または印加しないというスイッチング制御を行う。
【００１６】
上記スイッチング制御は、図示しない制御部より入力される第１のクロック信号ＣＬＯＫ１、第１の印刷データＤＡＴＡ１、第１のラッチ信号ＬＡＴＣＨ１および第１のストローブ信号ＳＴＲＯＢ１に基づいて行われる。
１３1は、接地と第１のコントロールＩＣ１２1の入力端子（図示略）との間に介挿された第１の直流電源であり、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・へ供給される第１のパルス電圧Ｖ1の電圧源である。
【００１７】
第２のコントロールＩＣ１２2は、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に対して、入力される第２の印刷データＤＡＴＡ２に応じたパルス幅の第２のパルス電圧Ｖ2を印加するか、または印加しないというスイッチング制御を行う。
【００１８】
上記スイッチング制御は、図示しない制御部より入力される第２のクロック信号ＣＬＯＫ２、第２の印刷データＤＡＴＡ２、第２のラッチ信号ＬＡＴＣＨ２および第２のストローブ信号ＳＴＲＯＢ２に基づいて行われる。
１３2は、接地と第２のコントロールＩＣ１２2の入力端子（図示略）との間に介挿された第２の直流電源であり、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・へ供給される第２のパルス電圧Ｖ2の電圧源である。
【００１９】
上記構成において、今、サーマルヘッド４が、カラーインクリボン３および印刷用紙２を介してプラテンローラ１に圧接している状態において、カラーインクリボン３（印刷用紙２）の１ライン部分は、図５に示す第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・の直上に位置しており、また、カラーインクリボン３（印刷用紙２）の２ライン部分は、図５に示す第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・の直上に位置しているものとする。
【００２０】
上記状態において、図７に示す第１のコントロールＩＣ１２1は、第１のクロック信号ＣＬＯＫ１のタイミングで１ライン目の第１の印刷データＤＡＴＡ１を読み込んだ後、第１のラッチ信号ＬＡＴＣＨ１のタイミングで上記１ライン目の第１の印刷データＤＡＴＡ１を図示しないラッチ回路にラッチする。
【００２１】
そして、今、第１のストローブ信号ＳＴＲＯＢ１が”ハイ”になると、第１のコントロールＩＣ１２1は、上記第１のストローブ信号ＳＴＲＯＢ１のタイミングで上述したラッチ回路にラッチされている第１の印刷データＤＡＴＡ１に基づいて、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・に対して第１のパルス電圧Ｖ1を印加する。ここで、上記第１のパルス電圧Ｖ1のパルス幅は、図９に示すバイアス用パルス幅ＰB＋階調用パルス幅ＰGなる値である。上記バイアス用パルス幅ＰBは、前述したバイアスエネルギに対応した値である。一方、階調用パルス幅ＰGは、階調エネルギに対応した値であり、この階調用パルス幅ＰGの変化は、０〜２５５階調という階調度の変化に対応している。
【００２２】
これにより、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・には、ジュール熱が発生し、この結果、カラーインクリボン３（図４参照）の１ライン部分には、上記ジュール熱に応じたエネルギが付与される。これにより、カラーインクリボン３の１ライン部分のインクが昇華し、印刷用紙２の１ライン部分には、所望の発色濃度の色が発生する。
【００２３】
一方、上述した印刷用紙２の１ライン部分に対する印刷動作と並行して、図７に示す第２のコントロールＩＣ１２2は、第２のクロック信号ＣＬＯＫ２のタイミングで２ライン目の第２の印刷データＤＡＴＡ２を読み込んだ後、第２のラッチ信号ＬＡＴＣＨ２のタイミングで上記２ライン目の第２の印刷データＤＡＴＡ２を図示しないラッチ回路にラッチする。
【００２４】
そして、今、第２のストローブ信号ＳＴＲＯＢ２が”ハイ”になると、第２のコントロールＩＣ１２2は、上記第２のストローブ信号ＳＴＲＯＢ２のタイミングで上述したラッチ回路にラッチされている第２の印刷データＤＡＴＡ２に基づいて、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に対して第２のパルス電圧Ｖ2を印加する。これにより、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・には、ジュール熱が発生し、この結果、カラーインクリボン３（図４参照）の２ライン部分には、上記ジュール熱に応じたエネルギが付与される。これにより、カラーインクリボン３の２ライン部分のインクが昇華し、印刷用紙２の２ライン部分には、所望の発色濃度の色が発生する。
【００２５】
そして、上述した印刷用紙２の１および２ライン部分に対する印刷が終了すると、図４に示すプラテンローラ１が１ライン分に相当する角度分、回転駆動され、これに連動してカラーインクリボン３および印刷用紙２が１ライン分搬送される。これにより、カラーインクリボン３（印刷用紙２）の２ライン部分が図５に示す第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・の直上に位置し、またカラーインクリボン３（印刷用紙２）の３ライン部分が第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・の直上に位置する。
そして、上述した動作と同様にして、印刷用紙２の２および３ライン部分に対する印刷動作が行われる。
【００２６】
ここで、印刷用紙２の１ライン部分に対する印刷に要するライン印刷時間ｔLは、次の（１）式で表される。
ｔL＝ＰB＋ＰG ・・・・・・・・・・（１）
上記（１）式において、ＰBは図９に示すバイアス用パルス幅ＰBであり、またＰGは同図に示す階調用パルス幅ＰGである。
また、１ページの印刷用紙２に対する印刷に要するページ印刷時間ｔPは、次の（２）式で表される。
ｔP＝ｔL×Ｌ×３ ・・・・・・・・・（２）
上記（２）式において、Ｌは、印刷用紙２における総ライン数であり、「３」は、イエロ、マゼンダ、シアンという印刷に用いられる色の数である。
また、実際の実印刷時間は、上記ページ印刷時間ｔPに用紙取り込み時間、排紙時間等が加算された時間である。
以上説明した、サーマルヘッド４の駆動方法によれば、シングルラインのサーマルヘッドの駆動方法に比して、原理的に印刷時間を半分に短縮することができる。
【００２７】
また、上述したサーマルヘッド４においては、上述した駆動方法の他、サーマルヘッド４の第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・に対して、バイアス用パルス幅ＰBの第１のパルス電圧Ｖ1を印加した後、第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・に対して階調用パルス幅ＰGの第２のパルス電圧Ｖ2を印加するという駆動方法も適用可能である。
【００２８】
この他の駆動方法によれば、印刷時間をシングルラインのサーマルヘッドの駆動方法に比して、印刷時間を０．８３〜０．６６倍に短縮することができる。ここで、上記シングルラインのサーマルヘッドとは、図５に示す第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・のみが設けられた構成のサーマルヘッドをいう。従って、このシングルラインのサーマルヘッドでは、一度に１ライン分しか印刷することができない。
【００２９】
図８は、従来のサーマルヘッドの別の構成例を示す断面図である。この図において、図６の各部に対応する部分には、同一の符号を付けその説明を省略する。図８においては、図６に示す第１のアルミナ基板５1、第２のアルミナ基板５2および金属板６に代えて、アルミナ基板１４および金属板１５が設けられている。
【００３０】
図８に示すアルミナ基板１４には、共通電極１０に対応する部分に断面凹形状の溝部１４ａが形成されている。金属板１５は、上記アルミナ基板１４の溝部１４ａに、その上端部１５ａがアルミナ基板１４の表面１４ａよりわずかに突出するようにして嵌合されている。この金属板１５の上端面１５ｂには、共通電極１０の裏面１０ａが電気的に接合されている。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したダブルラインのサーマルヘッドにおいては、理論上、シングルラインのサーマルヘッドに比して印刷時間を短縮することができるという利点を有するものの、以下に述べる重大なる欠点により実用に供さないという問題があった。
すなわち、図６に示す第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2と、金属板６とは、材料の相違より熱膨張係数が異なる。また、サーマルヘッド４は、製造工程において約４００℃の熱処理が施され、さらに印刷時において、第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・および第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・の温度は、最大６００℃に達する。
【００３２】
従って、上記高温時において、第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2と金属板６とは、各々異なる熱膨張率で膨張する。この結果、第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2と金属板６との接合面に、上述した熱膨張係数の相違に起因する熱ひずみが発生し、最悪の場合には、第１のアルミナ基板５1および第２のアルミナ基板５2が、金属板６から剥離する。
【００３３】
また、図６に示す共通電極１０の機械的強度が極端に弱いため、上述した剥離時においては、共通電極１０が割れてしまう。従って、最悪の場合には、共通電極１０と第１の発熱抵抗体８1、８1、・・・および第２の発熱抵抗体８2、８2、・・・とが断線する。
すなわち、上述した従来のサーマルヘッドは、耐熱性に欠けるという欠点があった。
本発明はこのような背景の下になされたもので、耐熱性を向上させ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。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、その中央表面に所定長さの共通電極部が、エッチング処理を経た非エッチング部分として突出形成されたステンレス材料製の基板と、前記共通電極部より一方の側の、前記基板の表面に形成された第１の絶縁体と、前記共通電極部より他方の側の、前記基板の表面に形成された第２の絶縁体と、前記第１の絶縁体の表面に形成され、かつその一端部が前記共通電極部に電気的に接合された第１の発熱抵抗体と、前記第２の絶縁体の表面に形成され、かつその一端部が前記共通電極部に電気的に接合された第２の発熱抵抗体とを具備することを特徴とする。
【００３５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、その出力端子が前記第１の発熱抵抗体の他端部に接続され、前記第１の発熱抵抗体の前記他端部と、前記共通電極部との間に、印刷データに応じたパルス幅の第１のパルス電圧を印加する第１の制御手段と、その出力端子が前記第２の発熱抵抗体の他端部に接続され、前記第２の発熱抵抗体の前記他端部と、前記共通電極部との間に、前記印刷データに応じたパルス幅の第２のパルス電圧を印加する第２の制御手段とを具備することを特徴とする。
【００３７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のサーマルヘッドにおいて、前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体は、共にガラス材料により形成されていることを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの外観構成を示す一部裁断斜視図である。図２は、図１に示すＢ−Ｂ’線視断面図である。
図１に示すサーマルヘッド２０において、２１は、例えば、０．８ｍｍ厚のステンレス基板であり、このステンレス基板２１の表面には、長尺状の共通電極部２２が突出形成されている。この共通電極部２２の高さは、５０μｍとされている。２３は、ステンレス基板２１の裏面に形成されたグレースガラスである。
【００３９】
２４1は、図２に示す共通電極部２２より同図左側のステンレス基板２１の左表面に形成された第１のグレースガラスであり、その共通電極部２２近傍の部分は、盛り上がり形成されており、盛り上がり部２４1ａとされている。２４2は、共通電極部２２より同図右側のステンレス基板２１の右表面に形成された第２のグレースガラスであり、その共通電極部２２近傍の部分は、盛り上がり形成されており、盛り上がり部２４2ａとされている。
【００４０】
２５は、発熱抵抗体であり、第１のグレースガラス２４1から共通電極部２２を介して第２のグレースガラス２４2までに亙る各表面に形成されている。この発熱抵抗体２５は、１ドットに対応して設けられており、実際には、一定間隔をおいて複数設けられている。この発熱抵抗体２５において、共通電極部２２の表面２２ａに当接する部分は、該表面２２ａと電気的に接合されている。
【００４１】
２６1は、第１のグレースガラス２４1の表面に形成された第１の個別電極であり、その一端部は、発熱抵抗体２５の一端部と電気的に接合されている。この第１の個別電極２６1の他端部は、図示しない第１のコントロールＩＣの端子に接続されている。上記第１のコントロールＩＣは、図７に示す第１のコントロールＩＣ１２1と同一の機能を有している。
【００４２】
２６2は、第２のグレースガラス２４2の表面に形成された第２の個別電極であり、その一端部は、発熱抵抗体２５の他端部と電気的に接合されている。この第２の個別電極２６2の他端部は、図示しない第２のコントロールＩＣの端子に接続されている。上記第２のコントロールＩＣは、図７に示す第２のコントロールＩＣ１２2と同一の機能を有している。
【００４３】
２７は、図１に示す共通電極部２２に沿って配設された共通電極であり、その裏面が図２に示す発熱抵抗体２５の表面に電気的に接合され、かつ接地されている。すなわち、図２に示す発熱抵抗体２５においては、第１の個別電極２６1および共通電極２７と接合していない部分が実際に発熱抵抗体として作用し、以下、この部分を第１の発熱抵抗体２５1と称する。また、発熱抵抗体２５においては、第２の個別電極２６2および共通電極２７と接合していない部分が実際に発熱抵抗体として作用し、以下、この部分を第２の発熱抵抗体２５2と称する。
【００４４】
すなわち、図１に示すサーマルヘッド２０は、複数の第１の発熱抵抗体２５1、２５1、・・・および複数の第２の発熱抵抗体２５2、２５2、・・・を有している。図２に示す２８は、第１の個別電極２６1等の表面全体を覆う保護膜である。なお、図１においては、上記保護膜２８の図示が省略されている。
なお、上述した一実施形態によるサーマルヘッド２０の動作については、前述した従来のサーマルヘッドと同様であるため、その説明を省略する。
【００４５】
次に、上述した一実施形態によるサーマルヘッド２０の製造方法について図２および図３を参照して説明する。
はじめに、図３に示すステンレス基板２１は、ｎ−プロピルブロマイドの様な有機溶剤により、脱脂洗浄された後、スクラッバーにより洗浄される。これにより、ステンレス基板２１の表面および裏面に各々付着していたゴミ等が除去される。
【００４６】
次に、ステンレス基板２１は、臭化メチルの洗浄液中に浸された後、超音波洗浄される。これにより、ステンレス基板２１の表面および裏面における微小な凹凸部に吸着していたゴミが除去される。次いで、ステンレス基板２１は、その表面および裏面の研磨処理をすべく、たとえば、ＦｅＣｌ3：５０ｇ、ＨＨｌ：５００ｍｌおよびＨ2Ｏ：１０００ｍｌの塩化第二鉄溶液に２分間、浸される。これにより、ステンレス基板２１の表面および裏面は、緩やかなエッチング作用によって研磨処理される。
【００４７】
そして、上記研磨処理が終了すると、ステンレス基板２１の表面全体には、フォトレジストがコーティングされる。そして、上記コーティング処理が終了すると、フォトリソグラフィーにより、共通電極部２２を形成すべき部分にマスクがかけられた後、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストのパターニングが行なわれる。これにより、ステンレス基板２１において、共通電極部２２を形成すべき部分にのみ、フォトレジストが残る。
【００４８】
次に、ステンレス基板２１は、Ｈ2Ｃ2Ｏ4・２Ｈ2Ｏ：２００ｇ＋Ｈ2Ｏ：２０００ｍｌのシュウ酸溶液中に浸された後、図示しない電極間隔を２０ｍｍとして、該電極間には、５Ｖの電圧が印加される。これにより、約０．６７μｍ／ｍｉｎのエッチング速度をもって、ステンレス基板２１においてマスクがかかっていない部分がエッチングされる。これにより、上記エッチングされない部分が、共通電極部２２として残る。すなわち、上記エッチング処理が進むに従って、徐々に共通電極部２２が形成される。
また、上記エッチング処理中においては、形成される共通電極部２２の高さが表面粗さ測定器により測定される。
そして、上述したエッチング処理が終了した状態において、共通電極部２２の表面が粗い場合には、共通電極部２２が砥石により研磨される。
【００４９】
次に、ステンレス基板２１が９００℃で１０分間、焼成される。これにより、ステンレス基板２１の表面には、酸化皮膜が形成される。
そして、上記焼成処理が終了すると、図３に示す共通電極部２２より同図左側の、ステンレス基板２１の左表面には、第１のガラスペースト２４1ｂが２０μｍの厚さでスクリーン印刷される。これと同様にして、共通電極部２２より同図右側の、ステンレス基板２１の右表面には、第２のガラスペースト２４2ｂが２０μｍの厚さでスクリーン印刷される。
【００５０】
ここで、上述した第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂとは、溶剤とガラスの粉末との混合物をいう。そして、上述した第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂのスクリーン印刷が終了すると、これらの各表面がレベリングにより平坦化される。
【００５１】
次に、第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂを、炉内において比較的低温の１４０℃に加熱するというプリベーキング処理が行われる。ここで、上記１４０℃は、第１のガラスペースト２４1ｂ等に含まれる溶剤を突沸することなく徐々に揮発させる温度である。
そして、上記プリベーキング処理が行われると、第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂに含まれている溶剤が徐々に揮発する。
【００５２】
そして、上述したプリベーキング処理が終了すると、ステンレス基板２１が炉外に取り出され、ステンレス基板２１（第１のガラスペースト２４1ｂ等）は、上記１４０℃から室温まで自然冷却される。
次に、ステンレス基板２１の裏面に一定の厚さでガラスペースト２３ａがスクリーン印刷された後、ガラスペースト２３ａの表面が平坦化される。
【００５３】
そして、上述した平坦化処理が終了すると、前述したように、１４０℃においてプリベーキング処理が行われる。これにより、ステンレス基板２１の裏面にスクリーン印刷されたガラスペースト２３に含まれている溶剤が、徐々に揮発する。次いで、ステンレス基板２１は、８５０℃で１０分間、焼成された後、室温になるまで自然冷却される。これにより、第１のガラスペースト２４1ｂおよび第２のガラスペースト２４2ｂが、各々グレースガラスとされるとともに、ガラスペースト２３ａがグレースガラス２３（図２参照）とされる。
【００５４】
次に、金属のマスクを用いて、図３に示す共通電極部２２の両側壁部および、共通電極部２２の両部のグレーズガラスの各表面に、第１の部分ガラスペースト２４1ｃおよび第２の部分ガラスペースト２４2ｃが、厚さ３０μｍで各々スクリーン印刷される。そして、上記スクリーン印刷が終了すると、第１の部分ガラスペースト２４1ｃおよび第２の部分ガラスペースト２４2ｃの表面が整えられる。
【００５５】
次に、第１の部分ガラスペースト２４1ｃおよび第２の部分ガラスペースト２４2ｃ等が、１４０℃においてプリベーキングされ、これにより第１の部分ガラスペースト２４1ｃ等に含まれている溶剤が揮発する。
【００５６】
そして、上記プリベーキング処理が終了すると、ステンレス基板２１は、９５０℃の温度とされた炉内において、１０分間の焼成処理が施される。これにより、第１の部分ガラスペースト２４1ｃとその下のガラスグレースとが一体となり、この結果、図２に示す盛り上がり部２４1ａを有する第１のグレースガラス２４1が形成される。
また、これと同時に、図３に示す第２の部分ガラスペースト２４2ｃとその下のガラスグレースとが一体となり、この結果、図２に示す盛り上がり部２４2ａを有する第２のグレースガラス２４2が形成される。
ここで、必要に応じて図３に示す共通電極部２２を含む表面Ｈが研磨される。これにより、余分なガラスグレースおよび共通電極部２２の表面の酸化膜が除去される。
【００５７】
次に、図２に示すステンレス基板２１上に形成された第１のグレースガラス２４1および第２のグレースガラス２４2の各表面、ならびに共通電極部２２の表面には、所定のシート抵抗値となるように、例えばＴａＳｉＯ2の抵抗体膜が、スパッタリングにより形成される。
次いで、この抵抗体膜には、電子ビーム蒸着法により、たとえばＮｉＣｒが０．１μｍの厚さで蒸着される。
【００５８】
次に、図２に示す発熱抵抗体２５の形状に応じて、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストのパターニングが行われる。そして、ステンレス基板２１が硝酸セリュウムアンモニウム溶液に浸されることにより、上記フォトレジストのパターンをマスクとして、上述したＮｉＣｒがエッチングされる。
そして、フォトレジストが除去され、これにより、上記ＮｉＣｒが発熱抵抗体２５の形状にパターニングされる。
【００５９】
次に、ＮｉＣｒをマスクとして、抵抗体膜がエッチングされる。これにより、上述した抵抗体膜が発熱抵抗体２５の形状にパターニングされる。
次に、発熱抵抗体２５の表面には、バインダ薄膜が０．１μｍの厚さで形成される。上記バインダ薄膜は、図２に示す発熱抵抗体２５と、第１の個別電極２６1、共通電極２７および第２の個別電極２６2との間の密着性を向上させるという役目をする。
【００６０】
次に、第１の発熱抵抗体２５1の表面には、電子ビーム蒸着法によりアルミニウム膜が蒸着される。そして、上記蒸着が終了すると、第１の個別電極２６1、第２の個別電極２６2および共通電極２７に対応する、第１の発熱抵抗体２５1の表面にフォトレジストが残るように、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストのパターニングが行われる。
【００６１】
次に、ステンレス基板２１がエッチング液（燐酸）に浸される。これにより、第１の発熱抵抗体２５1の、フォトレジストのマスク以外の部分が、エッチングされる。そして、上記フォトレジストを除去することにより、第１の個別電極２６1、第２の個別電極２６2および共通電極２７が各々形成される。
次に、第１の個別電極２６1、第１の発熱抵抗体２５1等の表面全体に、たとえばＳＩＡＬＯＮ（登録商標）が、スパッタリングにより、５μｍの厚さで形成される。これにより、保護膜２８が形成される。
【００６２】
そして、上記処理が終了すると、図２に示すサーマルヘッド２０は、５５０℃の温度で熱処理（１時間）が施される。
次に、図には示されていないが、図１に示す第１の個別電極２６1、２６1、・・・における第１のＩＣ配設領域には、絶縁膜が堆積され、この第１のＩＣ領域の絶縁膜上には、第１のコントロールＩＣ（図示略）がダイボンディングされる。そして、上記第１のコントロールＩＣの各端子と、これに対応する第１の個別電極２６1、２６1、・・・とが各々ワイヤボンディングされる。
【００６３】
一方、第２の個別電極２６2、２６2、・・・における第２のＩＣ配設領域には、絶縁膜が堆積され、この第２のＩＣ領域の絶縁膜上には、第２のコントロールＩＣ（図示略）がダイボンディングされる。そして、上記第２のコントロールＩＣの各端子と、これに対応する第２の個別電極２６2、２６2、・・・とが各々ワイヤボンディングされる。
そして、最終工程として、第１および第２のコントロールＩＣのワイヤボンド部分、および第１の個別電極２６1、２６1、・・・、第２の個別電極２６2、２６2、・・・の一部分がエポキシ樹脂により封止される。
【００６４】
以上説明したように、上述した一実施形態によるサーマルヘッドによれば、ステンレス基板２１および共通電極部２２を熱膨張率が同一の材料により形成したので、従来のサーマルヘッドに比して、熱膨張率の相違に起因する剥離等による断線の発生率を減少させることができるという効果が得られる。
すなわち、上述した一実施形態によるサーマルヘッドによれば、耐熱性を向上させることができるという効果が得られる。
【００６５】
また、発明者は、一実施形態によるサーマルヘッドの耐熱性の効果を定量的に知るために、従来のサーマルヘッドと比較した実験を行った。以下に、その実験結果を示す。
まず、この実験のサンプルとしては、次のサンプル１〜３が用いられている。
（ａ）サンプル１（図１に示す一形態によるサーマルヘッド２０）
（ｂ）サンプル２（図８に示す従来のサーマルヘッド）
（ｃ）サンプル３（前述したシングルラインのサーマルヘッド）
【００６６】
また、実験方法としては、各サンプルを（Ａ）電気炉で４００℃に昇温した後、（Ｂ）２０℃の水に浸漬した後、（Ｃ）表面割れによるパターンの断線状態を拡大鏡を用いて観察評価した後、さらに（Ｄ）上記断線がない場合、（Ａ）において温度を１０℃上昇させ（Ａ）〜（Ｃ）を繰り返し、断線が発生する電気炉内の平均温度を求める方法を用いた。以下にこの実験結果を示す。
（サンプル） （断線発生時の炉内平均温度）
・サンプル１ ８００℃
・サンプル２ ４００℃以下
・サンプル３ ４６０℃
上記実験結果から明らかなように、一実施形態によるサーマルヘッド（サンプル１）の耐熱特性が、従来のサーマルヘッド（サンプル２および３）に比して大幅に向上していることがわかる。
【００６７】
以上、本発明の一実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの一実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述した一実施形態によるサーマルヘッドの製造方法においては、エッチング処理によって図３に示す共通電極部２２を形成する方法について説明したが、この方法に代えて、ステンレス基板２１に対して研磨加工、ロール加工、プレス加工または引き抜き加工、もしくはこれらの加工法を組み合わせるという方法を用いてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、共通電極部が、これと同一の材質の基板に形成されているので、従来のサーマルヘッドのように熱膨張率の相違による剥離に起因する断線が発生しにくいという効果が得られる。
すなわち、本発明によれば、耐熱性を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの外観構成を示す一部裁断斜視図である。
【図２】 図１に示すＢ−Ｂ’線視断面図である。
【図３】 本発明の一実施形態によるサーマルヘッドの製造方法を説明する図である。
【図４】 従来のサーマルヘッドが適用されたサーマルプリンタの印字部の構成を示す側面図である。
【図５】 従来のサーマルヘッドの外観構成を示す平面図である。
【図６】 図５に示すＡ−Ａ’線視断面図である。
【図７】 従来のサーマルヘッドの電気的構成を示す回路図である。
【図８】 従来のサーマルヘッドの別の構成例を示す断面図である。
【図９】 図４に示すカラーインクリボン３の発色濃度の特性を示す特性図である。
【符号の説明】
２０ サーマルヘッド
２１ ステンレス基板
２２ 共通電極部
２３ グレースガラス
２４1 第１のグレースガラス
２４2 第２のグレースガラス
２５1 第１の発熱抵抗体
２５2 第２の発熱抵抗体
２６1 第１の個別電極
２６2 第２の個別電極
２７ 共通電極
Claims (3)
- その中央表面に所定長さの共通電極部が、非エッチング部分としてエッチング処理により突出形成されたステンレス材料製の基板と、前記共通電極部より一方の側の、前記基板の表面に形成された第１の絶縁体と、前記共通電極部より他方の側の、前記基板の表面に形成された第２の絶縁体と、前記第１の絶縁体の表面に形成され、かつその一端部が前記共通電極部に電気的に接合された第１の発熱抵抗体と、前記第２の絶縁体の表面に形成され、かつその一端部が前記共通電極部に電気的に接合された第２の発熱抵抗体とを具備することを特徴とするサーマルヘッド。
- その出力端子が前記第１の発熱抵抗体の他端部に接続され、前記第１の発熱抵抗体の前記他端部と、前記共通電極部との間に、印刷データに応じたパルス幅の第１のパルス電圧を印加する第１の制御手段と、その出力端子が前記第２の発熱抵抗体の他端部に接続され、前記第２の発熱抵抗体の前記他端部と、前記共通電極部との間に、前記印刷データに応じたパルス幅の第２のパルス電圧を印加する第２の制御手段とを具備することを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
- 前記第１の絶縁体および前記第２の絶縁体は、共にガラス材料により形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のサーマルヘッド。
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