JP3757499B2 - 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】
カラープリンタに用いられる一列に発熱抵抗体が形成されたシングルラインのサーマルヘッドの構造を、図６および図７を参照して説明する。図６は、発熱抵抗体が一列に形成されているシングルラインのサーマルヘッドの外観図である。図７は図６のサーマルヘッドのＡ−Ａ’線視断面図である。これらの図において、１０１はアルミナ基板であり、この基板の上面にサーマルヘッドの各部品が形成され、下面にヒートシンク１０２が接着されている。ヒートシンク１０２はサーマルヘッドの動作において、各部で発生した熱を空気中に効率的に放射させる。
【０００３】
１０３は発熱抵抗体であり、共通電極１０４と個別リード電極１０５との間の通電状態において熱エネルギーを発生するものである。共通電極１０４は発熱抵抗体１０３、１０３、・・・の全てに共通の電極であり、発熱抵抗体１０３、１０３、・・・のコンタクト部１０６に共通に接続されている。個別リード電極１０５は、発熱抵抗体１０３、１０３、・・・のおのおののコンタクト部１０７に接続され、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１０８の端子１０９、１０９、・・・にそれぞれに配線されている。
【０００４】
１１０はグレースであり、アルミナ基板１０１の上面に反紡錘形状に形成され、印字処理時の余熱として発熱抵抗体１０３の発生した熱エネルギーを蓄えるものである。１１１は接続用フレキシブルプリント板であり、図示されていないプリンタ本体のコントローラと接続する配線が形成されているものである。１１２は保護膜であり、印字における紙との接触による磨耗から発熱抵抗体１０３および電極１０４、１０５を保護する。
【０００５】
次に、図６の上述したサーマルヘッドの製造方法を説明する。まず、アルミナ基板１０１の表面上のゴミを除去するため、アルミナ基板１０１の洗浄が行われる。洗浄後、スパッタリング装置により、アルミナ基板１０１の上面に所定のシート抵抗となるように、発熱抵抗体１０３の薄膜材料をスパッタリングにより形成させる。そして、スパッタリングまたは蒸着法により、発熱抵抗体１０３の薄膜材料の上面に電極材料（たとえばアルミニウム）を形成させる。
【０００６】
次に、上記アルミニウム上にフォトレジストをコーティングされ、フォトリソグラフィーにより共通電極１０４および個別リード電極１０５のレジストパターンが作成される。このレジストパターンをマスクとして、アルミニウムをエッチングし、共通電極１０４および個別リード電極１０５を形成する。そして、レジストが全て除去され、発熱抵抗体１０３の薄膜材料、共通電極１０４および個別リード電極１０５上に新たにレジストがコーティングされる。
【０００７】
次に、印字ドットごとの発熱抵抗体１０３を形成するレジストパターンが、フォトリソグラフィーにより形成される。そして、発熱抵抗体１０３の薄膜材料がエッチングにより各ドット毎の発熱抵抗体１０３に分離される。次に、電極形成用のマスクを用い、スパッタリングにより、グレース１１０上部に保護膜１１２が形成される。そして、熱処理により発熱抵抗体の抵抗値の安定化、および発熱抵抗体と電極材料との密着の安定化が行われる。
【０００８】
次に、共通電極１０４上のＩＣ領域に絶縁膜を堆積させ、このＩＣ領域上にＩＣ１０８がダイボンディングされる。そして、ＩＣ１０８の端子１０９と個別リード電極１０５とがワイヤボンディングにより接続され、ＩＣ１０８、ワイヤボンド部分および個別リード電極１０５の一部分が樹脂により封止される。上述してきた製造工程により、シングルラインのサーマルヘッドが製造される。
【０００９】
また、第２の従来例として図８および図９で示されたサーマルヘッド（特願昭６２−２１７６２７）がある。図８は、複数の発熱抵抗体が並列に２列で配設されたダブルヘッドラインのサーマルヘッドの平面図である。図９はＢ−Ｂ’線視断面図である。この図から、アルミナ基板２００上において、グレーズガラス基板２０１とグレーズガラス基板２０２とは、金属板２０３を挟んで繋ぎ合わされ構成されているものである。金属板２０３は共通電極であり、他の共通電極２０４と接続されている。
【００１０】
２０５は、発熱抵抗体であり、個別リード電極２０６に対しコンタクト領域２０７を介し、また、共通電極２０４に対しコンタクト領域２０８を介して、それぞれ接続されている。２０９は、発熱抵抗体であり、個別リード電極２１０に対しコンタクト領域２１１を介し、また、共通電極２０４に対しコンタクト領域２１２を介して、それぞれ接続されている。２１３は保護膜であり、印字される用紙との接触による摩耗から発熱抵抗体２０５および２０９を保護する。
【００１１】
また、第３の従来例として図１０で示される断面図のダブルラインのサーマルヘッドがある。この図において、グレーズガラス基板３０１は、アルミナ基盤３０２上に接着され、配線用溝３０３が形成されている。共通電極３０４は、配線用溝３０３内にバルク金属を埋め込むことで形成されている。３０５は他の共通電極であり、共通電極３０４と接合している。
【００１２】
３０６は発熱抵抗体であり、個別リード電極３０７に対しコンタクト領域３０８を介し、また、共通電極３０５に対しコンタクト領域３０９を介して、それぞれ接続されている。３１０は発熱抵抗体であり、個別リード電極３１１に対しコンタクト領域３１２を介し、また、共通電極３０５に対しコンタクト領域３１３を介して、それぞれ接続されている。３１４は保護膜であり、印字される用紙との接触による摩耗から発熱抵抗体３０６および３１０を保護する。
【００１３】
次に、図６のサーマルヘッドの動作を図１１を参照して説明する。図１１はサーマルヘッドの等価回路を示している。この図において４０１は電源であり、サーマルヘッドの駆動電力を供給する。１０３は発熱抵抗体であり、１０４は共通電極である。１０５は個別リード電極であり、１０８はコントロールＩＣである。
【００１４】
まず、図示していないプリンタ本体から送られてくる一定周期のクロック信号ＣＬＫに同期して、各発熱抵抗体１０３に対応したデータ信号ＤＡＴＡがコントロールＩＣ１０８に入力され、ラッチ信号ＬＡＴＣＨの、たとえば「立ち上がり」でデータ信号ＤＡＴＡの情報が、コントロールＩＣ１０８内部の記憶部に記憶される。この記憶された情報に基づき、たとえばストローブ信号ＳＴＢが「１」のとき、発熱抵抗体１０３は、通電されて熱エネルギーを発生する。ここで、プリント時に、次ラインの印字情報がデータ信号ＤＡＴＡにより、クロック信号ＣＬＫに同期してプリンタ本体から転送されてくる。
【００１５】
また、昇華型熱転写プリンタのプリント動作を図１２を用いて説明する。図１２はサーマルヘッドを用いた昇華型熱転写プリンタの概念図である。サーマルヘッド５０１は、プラテン５０２と組み合わされてプリンタに装着されている。カラーリボン５０３と用紙５０４は、これらサーマルヘッド５０１とプラテン５０２とに挟まれ、サーマルヘッド５０１の発熱抵抗体５０５の通電により発生する熱エネルギーで、カラーリボン５０３の染料が拡散し、昇華することで用紙５０４に対しプリント動作が行われる。
【００１６】
次に用紙５０４へのプリント処理について図１１、１２および１３を参照し、詳細に説明する。図１３は、発熱抵抗体１０３に対する通電のストローブ信号ＳＴＢのパルス幅と染料濃度との関係を示した図である。ここで、パルス幅ＰBは、発熱抵抗体１０３に通電する時間幅を示し、この通電による発熱エネルギーが、バイアスエネルギーＥBであり、このエネルギーを加えてもカラーリボンからのインクの転写は起らない。
【００１７】
しかし、少しでもこれを越えるエネルギ一を加えるとカラーリボンからの染料の転写が起こる。ここで、パルス幅ＰGは、発熱抵抗体１０３に通電する時間幅を示し、この通電による発熱エネルギーが階調エネルギーＥGであり、最高階調（２５５階調）の最大エネルギーはＥB＋ＥGである。
【００１８】
すなわち、０〜２５５の階調に対応するエネルギーは、ＥB〜ＥB＋ＥGとなっている。これらのエネルギーは、発熱抵抗体１０３が通電するパルス長に比例している。ＥBとＥGとに対応するパルス幅をそれぞれＰBとＰGとにすれば、これらエネルギーの発熱に必要なパルス幅は、ＰB〜ＰB＋ＰGのあいだのものが必要となる。１ラインの印字に必要なプリント時間ｔLは、以下の（１）式で求まる。
ｔL ＝ ＰB ＋ ＰG ・・・・（１）
【００１９】
そして、１ページのプリント時間ｔPは、以下の（２）式で求まる。
ｔP ＝ ｔL × Ｌ × ３ ・・・・（２）
（２）式で、「Ｌ」は１ページの行数であり、「３」はカラー印刷時のイエロー、マジェンダおよびシアンの３色印字するための数である。しかし、実際のプリント時間は、これ以外に用紙取り込みや、排紙に要する時間とが加算されたものとなる。
【００２０】
サーマルヘッドの各発熱抵抗体１０３の発熱エネルギーＥは（３）式で表せる。
Ｅ ＝ （Ｖ2 ／ Ｒ） × ｔ ・・・・（３）
ここで、Ｖは発熱抵抗体１０３に印可する印可電圧値であり、Ｒは発熱抵抗体１０３の抵抗値であり、ｔは発熱抵抗体１０３に通電する時間、すなわち１ラインのプリント時間ｔLである。一定濃度を得るためには、発熱抵抗体１０３の発熱エネルギーが一定である必要がある。
【００２１】
この一定の条件下で、ｔLを小さくするためには、印可電圧値Ｖを大きくするか、抵抗値Ｒを小さくするかのどちらかを選択する必要があり、この場合次の問題が生じる。印可電圧値Ｖは図１１に示される電源の電圧であり、コントロールＩＣ１０８に印加される。このコントロールＩＣは、通常ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）で作成されており、現在の半導体技術では、耐圧として２０数ボルトが限界である。現状は、ほぼこの許容電圧内の上限で使用しており、これ以上の電源電圧の昇圧は困難である。一方、発熱抵抗体１０３の抵抗値Ｒを小さくすることは容易である。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、発熱抵抗体の抵抗値Ｒを小さくすると、プリンタ装置の大型化という新たな問題が生じる。（３）式を書き直して、（４）式とする。
Ｅ ＝ （Ｖ × ｉ） × ｔ ・・・・（４）
ここで、「ｉ」は発熱抵抗体１０３に流れる電流値である。すなわち、ｉ＝Ｖ／Ｒである。印可電圧値Ｖを一定のまま抵抗値Ｒを小さくすると、電流値ｉは増加する。
【００２３】
そのため、電源の電流容量を増加させるため、電源本体のサイズが大きくなり、プリンタ装置本体も大型化してしまう。小型／軽量化の観点からは、発熱抵抗体の抵抗値Ｒを大きくする方向に向かってきている。このため、現状のサーマルヘッドにおいて、プリント時間ｔLの短縮化は不可能となっている。
【００２４】
一方、図８のダブルラインサーマルヘッドを用いれば２ラインを同時にプリントできるため、原理的にはプリント時間を半分に短縮できる。しかしながら、図８、９および１０に示されるサーマルヘッドは、バルク金属を用いた共通電極とアルミナ基板との熱膨張率が異なるため、双方の接合界面においてお互いに剥離が起こる。特に、アルミナ基板とバルク金属の剥離により、共通電極上に形成された薄膜の電極に熱応力が掛かり、薄膜の機械的強度が非常に弱いため、薄膜が損傷を受けてしまうので、実用化が困難な欠点があった。
【００２５】
また、実用化が可能としても、ダブルラインサーマルヘッドにおける一方の発熱抵抗体をあらかじめ加熱させるプレヒートに用いる用途の場合、プレヒートの用いる発熱抵抗体は、各印字ドット単位に対応した階調制御の必要はない。そのため、高速印字のためにプレヒート用の発熱抵抗体を持つサーマルヘッドの代用として、ダブルラインサーマルヘッドを用いることは、ダブルラインサーマルヘッドの製造コストが高いため無駄が大きくなる問題があった。
本発明はこのような背景の下になされたもので、製造コストが安く、高速印字が可能なサーマルヘッドを提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、印刷データに基づいて発熱抵抗体に駆動電流を供給することにより発熱させてドット印刷を行うサーマルヘッドにおいて、基板と、この基板の表面を覆って設けられ、表面の一部が盛り上げられた絶縁層と、この絶縁層の盛り上げ箇所の表面に形成された発熱抵抗体のパターンとを具備し、前記基板は金属であり、該基板表面を突出形成して、基板と一体に形成された突起部とし、前記基板の表面から突出した前記突起部が前記絶縁層の盛り上げ箇所を貫通して絶縁層の表面から露出することにより、前記発熱抵抗体のパターンに接続され、この接続箇所を中心として前記発熱抵抗体のパターンを第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とに分割していることを特徴とする。
【００２７】
請求項２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、印刷用紙の送り方向に対して、前記第２の発熱抵抗体の発生する熱エネルギを第１の発熱抵抗体の発生する熱エネルギに加えてプリント動作を行うため、第２の発熱抵抗体が第１の発熱抵抗体より前に配設されたことを特徴とする。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッドにおいて、前記第２の発熱抵抗体の通電制御部が、トランジスタであることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３いずれかに記載のサーマルヘッドにおいて、前記突起部が前記基板の表面に垂直に突出形成されたことを特徴とする。
【００２９】
【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構成を示すブロック図である。この図において、１はヒートシンクであり、サーマルヘッドの各部で発生した熱を空気中に効率的に放射する。２はステンレス基板であり、基板平面上に長尺状に共通電極３が形成されている。共通電極３は、発熱抵抗体４、４、・・・および発熱抵抗体５、５、・・・に共通に接続されている。
【００３０】
発熱抵抗体４は、カラーリボンのインクを用紙に転写する熱エネルギーを発生する。発熱抵抗体５は、カラーリボンのインクを用紙に転写する熱エネルギーを発生する。６は接続用フレキシブルプリント基板であり、図示されていないプリンタ本体のコントローラと接続する配線が形成されている。
【００３１】
７は一括電極であり、発熱抵抗体５に対して通電のための電圧を一括印可するトランジスタに接続する。８、８、・・・・は個別リード電極であり、図には示されていないが、発熱抵抗体４にそれぞれ通電のための電圧を印可する、コントロールＩＣに接続されている。９はグレーズガラスであり、グレース１０および１１を有している。１２は共通電極である。
【００３２】
また、図２は図１に示されるサーマルヘッドのＣ−Ｃ’線視断面図である。この図において、３０は裏面グレーズガラスであり、ステンレス基板２が反らない様に塗布／焼成されている。３１はコンタクト領域であり、個別リード電極８、８、・・・と発熱抵抗体４、４、・・・とをそれぞれ接続する。
【００３３】
３２はコンタクト領域であり、発熱抵抗体４、４、・・・および５、５、・・・と共通電極３とを接続する。３３はコンタクト領域であり、発熱抵抗体５、５、・・・と一括電極７とを接続する。３４は保護膜であり、印字時における用紙との接触による磨耗から発熱抵抗体４、４、・・・および５、５、・・・を保護する。
【００３４】
次に、図２および図３を参照し、図１のサーマルヘッドの製造プロセスを説明する。図３は、サーマルヘッドのＣ−Ｃ’線視断面図であり、製造プロセスの過程を示すものである。ここで用いるグレーズガラスの製造方法は、「特公平７−１２０６８」に準じている。まず、たとえば０．８ｍｍの厚さのステンレス基板２が、ｎ−プロピルブロマイドの様な有機溶剤により、脱脂洗浄される。
【００３５】
次に、ステンレス基板２表面上のゴミを除去するため、ステンレス基板２は、スクラッバーにより洗浄される。そして、ステンレス基板２における表面の凹凸に吸着しているゴミを除去するため、ステンレス基板２は、臭化メチルの洗浄液中において、超音波洗浄により表面洗浄される。次に、ステンレス基板２表面の表面研磨処理のため、たとえば、ＦｅＣｌ3：５０ｇ、ＨＣｌ：５００ｍｌおよびＨ2Ｏ：１０００ｍｌの塩化第二鉄溶液により、ステンレス基板２表面は、２分間の緩やかなエッチングによる研磨処理が行われる。
【００３６】
次に、サーマルヘッドを構成する、ステンレス基板２の表面にフォトレジストをコーティングする。そして、共通電極３の形成部だけ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、コーティングされたフォトレジストのパターニングが行なわれる。この残ったフォトレジストのパターンをマスクとして、Ｈ2Ｃ2Ｏ4・２Ｈ2Ｏ：２００ｇ＋Ｈ2Ｏ：２０００ｍｌのシュウ酸溶液中において、電極間隔を２０ｍｍとし、電極間に５Ｖの電圧を印可して、約０．６７μｍ／ｍｉｎのエッチング速度により、ステンレス基板２表面がエッチングされ、共通電極３が形成される。
【００３７】
このエッチングにより、突出形成される共通電極３の高さは、表面粗さ測定器により監視される。また、上記の説明では、ステンレス基板２の共通電極３の形成が、エッチング溶液によるエッチングで行われたが、たとえば他の手法として、研磨加工、切削加工、ロール加工、プレス加工、引き抜き加工およびこれらの方法の組み合わされた加工法を用いても形成することができる。
【００３８】
次に、ステンレス基板２が９００℃で１０分間焼成され、ステンレス基板２表面に酸化皮膜が形成される。次に、図３に示す様に溶剤でガラスの粉末を溶きペースト状のガラス形成材料であるガラスペーストがステンレスで作成されたメッシュ板を用いたスクリーンで印刷され、８５０℃で焼成されることで各グレーズガラスとなる。まず、ガラスペースト４１が、共通電極３の領域以外のステンレス基板２の表面に一様にスクリーン印刷される。このガラスペースト４１の厚さは、２０μｍとされる。そして、印刷されたガラスペースト４１を含め、ステンレス基板２の表面が平坦化される。
【００３９】
ここで、ガラスペースト４１が１４０℃において、あらかじめガラスペーストに含まれる溶剤が突沸せずに揮発する温度で加熱されるプリベーキングが行われ、ガラスペースト４１に含まれる溶剤が、徐々に揮発させられる。次に、ステンレス基板２の温度が室温まで低下後、ステンレス基板２の下面にガラスペーストが均一にスクリーン印刷される。そして、このガラスペーストが平坦化された後、１４０℃において、プリベーキングされ、ステンレス基板２の下面のガラスペーストに含まれる溶剤が、徐々に揮発させられる。
【００４０】
次に、炉の温度が８５０℃とされ、ステンレス基板２が炉中で加熱され、ステンレス基板２表面のガラスペースト４１およびステンレス基板下面のガラスペーストの燒成を行い、ステンレス基板２が室温になるまで自然冷却される。ここでガラスペースト４１は、グレーズガラス９となり、ステンレス基板２の下面のガラスペーストは、裏面グレースガラス３０となる。そして、金属のマスクを用い、共通電極３の両側壁部およびグレーズガラス９表面にガラスペースト４２が、厚さ３０μｍでスクリーン印刷される。
【００４１】
次に、ステンレス基板２の表面が平坦化され、共通電極の両側のグレースガラス４１が、１４０℃においてプリベーキングされ、ガラスペースト４２に含まれる溶剤が揮発される。そして、炉の温度が８５０℃とされ、ステンレス基板２が加熱され、共通電極３の両側のガラスペースト４２が燒成され、それぞれグレース１０および１１が形成される。ここで、必要に応じて共通電極３およびグレーズガラス１１、１６表面が砥粒およびバフ研磨により研磨される。
【００４２】
次に、ステンレス基板２上に形成された各膜上に、たとえばＴａＳｉＯ2の抵抗体がスパッタリングにより形成される。そして、この抵抗体の上部にマスクとして、たとえばＮｉＣｒが電子ビーム蒸着により０．１μｍの厚さで形成される。次に、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状にフォトレジストのパターンが残るように、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。
【００４３】
次に、このフォトレジストのパターンをマスクとして、硝酸セリュウムアンモニウム溶液により、ＮｉＣｒがエッチングされる。そして、フォトレジストを除去することで、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状にＮｉＣｒがパターニングされる。そして、今度は、ＮｉＣｒをマスクとして、抵抗体膜をエッチングすることにより、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状に、抵抗体膜がパターニングされる。
【００４４】
次に、アルミニウムの電極形成が密着良く行えるように、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分と、アルミニウムの電極７、８、１２とのあいだに、アルミニウムを材料とした、コンタクト領域３１、３２、３３の表面部分に対する蒸着されるアルミニウムの密着性を向上させるバインダー薄膜が、０．１μｍの厚さで形成される。そして、電極材料としてのアルミニウム膜が電子ビーム蒸着により形成される。次に、コンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状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。
【００４５】
次に、このフォトレジストのパターンをマスクとして、燐酸により、アルミニウム膜およびバインダー薄膜が除去される。そして、フォトレジストを除去することにより、アルミニウムの電極７、８、１２が形成される。次に、保護膜、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。そして、５５０℃で１時間の熱処理により、ＳＩＡＬＯＮがアニーリングされる。
【００４６】
次に、図には示されていないが、共通電極７上のＩＣ配設領域に絶縁膜を形成させ、このＩＣ領域の絶縁膜上にコントロールＩＣがダイボンディングされる。そして、コントロールＩＣの端子と個別リード電極８とがワイヤボンディングにより接続され、コントロールＩＣ、ワイヤボンド部分および個別リード電極８の一部分がエポキシ樹脂により封止される。
【００４７】
次に、図１のサーマルヘッドの動作を図４を参照して説明する。図４はサーマルヘッドの等価回路を示している。この図において、５０はコントロールＩＣであり、電源５１から供給される電圧により、発熱抵抗体４をおのおの駆動するものである。５２は駆動用トランジスタであり、電源５３により供給される電圧により、発熱抵抗体５をおのおの駆動するものである。５４は接地点であり、発熱抵抗体４および５の共通電極１２が接続されているものである。
【００４８】
まず、図示していないプリンタ本体から送られてくる一定周期のクロック信号ＣＬＫに同期して、各発熱抵抗体４に対応したデータ信号ＤＡＴＡがコントロールＩＣ５０に入力され、ラッチ信号ＬＡＴＣＨの、たとえば「立ち上がり」でデータ信号ＤＡＴＡの情報が、コントロールＩＣ５０内部の記憶部に記憶される。この記憶された情報に基づき、たとえばストローブ信号ＳＴＢが「１」のとき、発熱抵抗体４は、通電されて熱エネルギーを発生する。
【００４９】
また、発熱抵抗体４の通電と同時に、全ての発熱抵抗体５、５、・・・がプリンタ本体の制御信号ＯＮ／ＯＦＦが「１」となることにより、駆動用トランジスタ５２がオン状態となり、発熱抵抗体５直下のグレース１０が加熱され、熱エネルギーが蓄積されることになる。すなわち、図１３におけるバイアスパルスのパルス幅ＰBで発熱する熱エネルギーに相当する熱エネルギーを、グレース１０が蓄熱することになる。このグレース１０に蓄熱された熱エネルギーが、次のラインをプリントするときの熱エネルギーの一部ＥBとなるため、バイアスパルスのパルス幅ＰBの時間分だけプリント時間が短縮されることになる。
【００５０】
図４の等価回路の実際の動作を図４、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は、発熱抵抗体４を駆動する電圧値Ｖ1のストローブ信号ＳＴＢのパルス幅を示すタイミングチャートである。また、図５（ｂ）は、発熱抵抗体５を駆動する電圧値Ｖ2のオン／オフ信号ＯＮ／ＯＦＦのパルス幅を示すタイミングチャートである。１ラインをプリントする周期は、それぞれ時刻ｔ0〜ｔ2までと、ｔ2〜ｔ5までと、ｔ5〜ｔ7までとで示される時間幅である。
【００５１】
発熱抵抗体５を駆動する電圧値Ｖ2のパルス幅は、常に一定であり、熱エネルギーＥBを発生する通電時間となっている。すなわち、時刻ｔ1〜ｔ2で通電され、発熱抵抗体５の発生した熱エネルギーが、グレース１０に蓄えられ、時刻ｔ2〜ｔ5における発熱抵抗体４の、たとえば時刻ｔ2〜ｔ4のパルス幅の発生する１９０諧調の発色濃度の熱エネルギーに加えられ、プリント動作が行われる。
【００５２】
また、時刻ｔ3〜ｔ5で通電され、発熱抵抗体５の発生した熱エネルギーが、グレース１０に蓄えられ、時刻ｔ5〜ｔ7における発熱抵抗体４の、たとえば時刻ｔ5〜ｔ6のパルス幅の発生する６４諧調の発色濃度の熱エネルギーに加えられ、プリント動作が行われる。すなわち、発熱抵抗体５で発生する熱エネルギーは、染料が拡散転写するしきい値のエネルギーであり、発熱抵抗体４で発生するエネルギーは、発色濃度の諧調を決定するものとなる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、印刷データに基づいて発熱抵抗体に駆動電流を供給することにより発熱させてドット印刷を行うサーマルヘッドにおいて、基板と、この基板の表面を覆って設けられ、表面の一部が盛り上げられた絶縁層と、この絶縁層の盛り上げ箇所の表面に形成された発熱抵抗体のパターンとを具備し、前記基板は、前記基板の表面から突出して前記絶縁層の盛り上げ箇所を貫通して絶縁層の表面から露出することにより、前記発熱抵抗体のパターンに接続され、この接続箇所を中心として前記発熱抵抗体のパターンを第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とに分割する共通電極を有するため、第２の発熱抵抗体の発熱エネルギーを、プリント時に第１の発熱抵抗体の発熱エネルギーに加えてプリント動作を行うので、各発熱抵抗体の通電パルスを短くでき、プリント時間の短縮が可能となる効果がある。
【００５４】
また、本発明によれば、請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記第１の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部が蓄熱性材料により構成されたため、次ラインのプリント時まで第１の発熱抵抗体の発熱エネルギーを蓄えることができるので、第１の発熱抵抗体の発生した発熱エネルギーを効率的に使用できる効果がある。
さらに、本発明によれば、請求項１または請求項２記載のサーマルヘッドにおいて、前記第２の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部が蓄熱性材料により構成されたため、第２の発熱抵抗体の発生した発熱エネルギーを次ラインのプリント時に、効率的に使用できる効果がある。
加えて、発明によれば、請求項１ないし請求項３いずれかに記載のサーマルヘッドにおいて、印刷用紙の送り方向に対して、前記第２の発熱抵抗体が第１の発熱抵抗体より前に配設されたため、前記第２の発熱抵抗体の発生した熱エネルギーが、印刷用紙とインクリボンとを、インクリボンの染料が拡散される直前の温度まで加熱することにより、第２の発熱抵抗体の発熱エネルギーを、プリント時に第１の発熱抵抗体の発熱エネルギーに加えてプリント動作が行えるので、第１の発熱抵抗体への通電パルスが短くなり、プリント時間の短縮が可能となる効果がある。
【００５５】
また、本発明によれば、請求項３記載のサーマルヘッドにおいて、前記第２の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部の厚さが、前記絶縁膜の他の領域に比較して厚く形成されたため、第２の発熱抵抗体の発生する熱エネルギーがより多く蓄えられ、第１の発熱抵抗体の発生する熱エネルギーに加えられるので、次ラインのプリントにおける第１の発熱抵抗体への通電パルス幅を短くできる効果がある。
さらに、本発明によれば、請求項１ないし請求項７いずれかに記載のサーマルヘッドにおいて、前記第１の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部の体積が、前記第２発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部の体積に比較して、小さく形成されたため、第２の発熱抵抗体の発生する熱エネルギーがより多く蓄えられ、次ラインのプリントにおける、第１の絶縁部の蓄積する熱エネルギーの量に影響されず、精度の高いバイアスエネルギーとしての熱エネルギーを供給できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるプレヒート機能の付いたサーマルヘッドの斜視図である。
【図２】 本発明の一実施形態による図１のサーマルヘッドのＣ−Ｃ’線視断面図である。
【図３】 本発明の一実施形態による図１のサーマルヘッドの製造段階におけるＣ−Ｃ’線視断面図である。
【図４】 本発明の一実施形態によるプレヒート機能の付いたサーマルヘッドの等価回路を示す図である。
【図５】 本発明の一実施形態によるプレヒート機能の付いたサーマルヘッドの動作を示すタイミングチャートである。
【図６】 第１の従来例のサーマルヘッドの斜視図である。
【図７】 第１の従来例のサーマルヘッドの図６におけるＡ−Ａ’線視断面図である。
【図８】 第２の従来例のダブルヘッドラインサーマルヘッドの平面図である。
【図９】 第２の従来例のダブルヘッドラインサーマルヘッドの図８におけるＢ−Ｂ’線視断面図である。
【図１０】 第３の従来例のダブルヘッドラインサーマルヘッドの発熱抵抗体の領域の断面図である。
【図１１】 第１の従来例のサーマルヘッドの等価回路である。
【図１２】 サーマルヘッドを用いた昇華型熱転写プリンタの概念図である。
【図１３】 発熱抵抗体に電流を流す通電のパルス幅と、発色濃度との関係を示した図である。
【符号の説明】
１ ヒートシンク
２ ステンレス基板
３ 共通電極
４、５ 発熱抵抗体
６ 接続用フレキシブルプリント板
７ 一括電極
８ 個別リード電極
９ グレーズガラス
１０、１１ グレース
１２ 共通電極
３０ 裏面グレーズガラス
３１、３２、３３ コンタクト領域
３４ 保護膜
４１、４２ ガラスペースト
【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】
カラープリンタに用いられる一列に発熱抵抗体が形成されたシングルラインのサーマルヘッドの構造を、図６および図７を参照して説明する。図６は、発熱抵抗体が一列に形成されているシングルラインのサーマルヘッドの外観図である。図７は図６のサーマルヘッドのＡ−Ａ’線視断面図である。これらの図において、１０１はアルミナ基板であり、この基板の上面にサーマルヘッドの各部品が形成され、下面にヒートシンク１０２が接着されている。ヒートシンク１０２はサーマルヘッドの動作において、各部で発生した熱を空気中に効率的に放射させる。
【０００３】
１０３は発熱抵抗体であり、共通電極１０４と個別リード電極１０５との間の通電状態において熱エネルギーを発生するものである。共通電極１０４は発熱抵抗体１０３、１０３、・・・の全てに共通の電極であり、発熱抵抗体１０３、１０３、・・・のコンタクト部１０６に共通に接続されている。個別リード電極１０５は、発熱抵抗体１０３、１０３、・・・のおのおののコンタクト部１０７に接続され、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１０８の端子１０９、１０９、・・・にそれぞれに配線されている。
【０００４】
１１０はグレースであり、アルミナ基板１０１の上面に反紡錘形状に形成され、印字処理時の余熱として発熱抵抗体１０３の発生した熱エネルギーを蓄えるものである。１１１は接続用フレキシブルプリント板であり、図示されていないプリンタ本体のコントローラと接続する配線が形成されているものである。１１２は保護膜であり、印字における紙との接触による磨耗から発熱抵抗体１０３および電極１０４、１０５を保護する。
【０００５】
次に、図６の上述したサーマルヘッドの製造方法を説明する。まず、アルミナ基板１０１の表面上のゴミを除去するため、アルミナ基板１０１の洗浄が行われる。洗浄後、スパッタリング装置により、アルミナ基板１０１の上面に所定のシート抵抗となるように、発熱抵抗体１０３の薄膜材料をスパッタリングにより形成させる。そして、スパッタリングまたは蒸着法により、発熱抵抗体１０３の薄膜材料の上面に電極材料（たとえばアルミニウム）を形成させる。
【０００６】
次に、上記アルミニウム上にフォトレジストをコーティングされ、フォトリソグラフィーにより共通電極１０４および個別リード電極１０５のレジストパターンが作成される。このレジストパターンをマスクとして、アルミニウムをエッチングし、共通電極１０４および個別リード電極１０５を形成する。そして、レジストが全て除去され、発熱抵抗体１０３の薄膜材料、共通電極１０４および個別リード電極１０５上に新たにレジストがコーティングされる。
【０００７】
次に、印字ドットごとの発熱抵抗体１０３を形成するレジストパターンが、フォトリソグラフィーにより形成される。そして、発熱抵抗体１０３の薄膜材料がエッチングにより各ドット毎の発熱抵抗体１０３に分離される。次に、電極形成用のマスクを用い、スパッタリングにより、グレース１１０上部に保護膜１１２が形成される。そして、熱処理により発熱抵抗体の抵抗値の安定化、および発熱抵抗体と電極材料との密着の安定化が行われる。
【０００８】
次に、共通電極１０４上のＩＣ領域に絶縁膜を堆積させ、このＩＣ領域上にＩＣ１０８がダイボンディングされる。そして、ＩＣ１０８の端子１０９と個別リード電極１０５とがワイヤボンディングにより接続され、ＩＣ１０８、ワイヤボンド部分および個別リード電極１０５の一部分が樹脂により封止される。上述してきた製造工程により、シングルラインのサーマルヘッドが製造される。
【０００９】
また、第２の従来例として図８および図９で示されたサーマルヘッド（特願昭６２−２１７６２７）がある。図８は、複数の発熱抵抗体が並列に２列で配設されたダブルヘッドラインのサーマルヘッドの平面図である。図９はＢ−Ｂ’線視断面図である。この図から、アルミナ基板２００上において、グレーズガラス基板２０１とグレーズガラス基板２０２とは、金属板２０３を挟んで繋ぎ合わされ構成されているものである。金属板２０３は共通電極であり、他の共通電極２０４と接続されている。
【００１０】
２０５は、発熱抵抗体であり、個別リード電極２０６に対しコンタクト領域２０７を介し、また、共通電極２０４に対しコンタクト領域２０８を介して、それぞれ接続されている。２０９は、発熱抵抗体であり、個別リード電極２１０に対しコンタクト領域２１１を介し、また、共通電極２０４に対しコンタクト領域２１２を介して、それぞれ接続されている。２１３は保護膜であり、印字される用紙との接触による摩耗から発熱抵抗体２０５および２０９を保護する。
【００１１】
また、第３の従来例として図１０で示される断面図のダブルラインのサーマルヘッドがある。この図において、グレーズガラス基板３０１は、アルミナ基盤３０２上に接着され、配線用溝３０３が形成されている。共通電極３０４は、配線用溝３０３内にバルク金属を埋め込むことで形成されている。３０５は他の共通電極であり、共通電極３０４と接合している。
【００１２】
３０６は発熱抵抗体であり、個別リード電極３０７に対しコンタクト領域３０８を介し、また、共通電極３０５に対しコンタクト領域３０９を介して、それぞれ接続されている。３１０は発熱抵抗体であり、個別リード電極３１１に対しコンタクト領域３１２を介し、また、共通電極３０５に対しコンタクト領域３１３を介して、それぞれ接続されている。３１４は保護膜であり、印字される用紙との接触による摩耗から発熱抵抗体３０６および３１０を保護する。
【００１３】
次に、図６のサーマルヘッドの動作を図１１を参照して説明する。図１１はサーマルヘッドの等価回路を示している。この図において４０１は電源であり、サーマルヘッドの駆動電力を供給する。１０３は発熱抵抗体であり、１０４は共通電極である。１０５は個別リード電極であり、１０８はコントロールＩＣである。
【００１４】
まず、図示していないプリンタ本体から送られてくる一定周期のクロック信号ＣＬＫに同期して、各発熱抵抗体１０３に対応したデータ信号ＤＡＴＡがコントロールＩＣ１０８に入力され、ラッチ信号ＬＡＴＣＨの、たとえば「立ち上がり」でデータ信号ＤＡＴＡの情報が、コントロールＩＣ１０８内部の記憶部に記憶される。この記憶された情報に基づき、たとえばストローブ信号ＳＴＢが「１」のとき、発熱抵抗体１０３は、通電されて熱エネルギーを発生する。ここで、プリント時に、次ラインの印字情報がデータ信号ＤＡＴＡにより、クロック信号ＣＬＫに同期してプリンタ本体から転送されてくる。
【００１５】
また、昇華型熱転写プリンタのプリント動作を図１２を用いて説明する。図１２はサーマルヘッドを用いた昇華型熱転写プリンタの概念図である。サーマルヘッド５０１は、プラテン５０２と組み合わされてプリンタに装着されている。カラーリボン５０３と用紙５０４は、これらサーマルヘッド５０１とプラテン５０２とに挟まれ、サーマルヘッド５０１の発熱抵抗体５０５の通電により発生する熱エネルギーで、カラーリボン５０３の染料が拡散し、昇華することで用紙５０４に対しプリント動作が行われる。
【００１６】
次に用紙５０４へのプリント処理について図１１、１２および１３を参照し、詳細に説明する。図１３は、発熱抵抗体１０３に対する通電のストローブ信号ＳＴＢのパルス幅と染料濃度との関係を示した図である。ここで、パルス幅ＰBは、発熱抵抗体１０３に通電する時間幅を示し、この通電による発熱エネルギーが、バイアスエネルギーＥBであり、このエネルギーを加えてもカラーリボンからのインクの転写は起らない。
【００１７】
しかし、少しでもこれを越えるエネルギ一を加えるとカラーリボンからの染料の転写が起こる。ここで、パルス幅ＰGは、発熱抵抗体１０３に通電する時間幅を示し、この通電による発熱エネルギーが階調エネルギーＥGであり、最高階調（２５５階調）の最大エネルギーはＥB＋ＥGである。
【００１８】
すなわち、０〜２５５の階調に対応するエネルギーは、ＥB〜ＥB＋ＥGとなっている。これらのエネルギーは、発熱抵抗体１０３が通電するパルス長に比例している。ＥBとＥGとに対応するパルス幅をそれぞれＰBとＰGとにすれば、これらエネルギーの発熱に必要なパルス幅は、ＰB〜ＰB＋ＰGのあいだのものが必要となる。１ラインの印字に必要なプリント時間ｔLは、以下の（１）式で求まる。
ｔL ＝ ＰB ＋ ＰG ・・・・（１）
【００１９】
そして、１ページのプリント時間ｔPは、以下の（２）式で求まる。
ｔP ＝ ｔL × Ｌ × ３ ・・・・（２）
（２）式で、「Ｌ」は１ページの行数であり、「３」はカラー印刷時のイエロー、マジェンダおよびシアンの３色印字するための数である。しかし、実際のプリント時間は、これ以外に用紙取り込みや、排紙に要する時間とが加算されたものとなる。
【００２０】
サーマルヘッドの各発熱抵抗体１０３の発熱エネルギーＥは（３）式で表せる。
Ｅ ＝ （Ｖ2 ／ Ｒ） × ｔ ・・・・（３）
ここで、Ｖは発熱抵抗体１０３に印可する印可電圧値であり、Ｒは発熱抵抗体１０３の抵抗値であり、ｔは発熱抵抗体１０３に通電する時間、すなわち１ラインのプリント時間ｔLである。一定濃度を得るためには、発熱抵抗体１０３の発熱エネルギーが一定である必要がある。
【００２１】
この一定の条件下で、ｔLを小さくするためには、印可電圧値Ｖを大きくするか、抵抗値Ｒを小さくするかのどちらかを選択する必要があり、この場合次の問題が生じる。印可電圧値Ｖは図１１に示される電源の電圧であり、コントロールＩＣ１０８に印加される。このコントロールＩＣは、通常ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）で作成されており、現在の半導体技術では、耐圧として２０数ボルトが限界である。現状は、ほぼこの許容電圧内の上限で使用しており、これ以上の電源電圧の昇圧は困難である。一方、発熱抵抗体１０３の抵抗値Ｒを小さくすることは容易である。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、発熱抵抗体の抵抗値Ｒを小さくすると、プリンタ装置の大型化という新たな問題が生じる。（３）式を書き直して、（４）式とする。
Ｅ ＝ （Ｖ × ｉ） × ｔ ・・・・（４）
ここで、「ｉ」は発熱抵抗体１０３に流れる電流値である。すなわち、ｉ＝Ｖ／Ｒである。印可電圧値Ｖを一定のまま抵抗値Ｒを小さくすると、電流値ｉは増加する。
【００２３】
そのため、電源の電流容量を増加させるため、電源本体のサイズが大きくなり、プリンタ装置本体も大型化してしまう。小型／軽量化の観点からは、発熱抵抗体の抵抗値Ｒを大きくする方向に向かってきている。このため、現状のサーマルヘッドにおいて、プリント時間ｔLの短縮化は不可能となっている。
【００２４】
一方、図８のダブルラインサーマルヘッドを用いれば２ラインを同時にプリントできるため、原理的にはプリント時間を半分に短縮できる。しかしながら、図８、９および１０に示されるサーマルヘッドは、バルク金属を用いた共通電極とアルミナ基板との熱膨張率が異なるため、双方の接合界面においてお互いに剥離が起こる。特に、アルミナ基板とバルク金属の剥離により、共通電極上に形成された薄膜の電極に熱応力が掛かり、薄膜の機械的強度が非常に弱いため、薄膜が損傷を受けてしまうので、実用化が困難な欠点があった。
【００２５】
また、実用化が可能としても、ダブルラインサーマルヘッドにおける一方の発熱抵抗体をあらかじめ加熱させるプレヒートに用いる用途の場合、プレヒートの用いる発熱抵抗体は、各印字ドット単位に対応した階調制御の必要はない。そのため、高速印字のためにプレヒート用の発熱抵抗体を持つサーマルヘッドの代用として、ダブルラインサーマルヘッドを用いることは、ダブルラインサーマルヘッドの製造コストが高いため無駄が大きくなる問題があった。
本発明はこのような背景の下になされたもので、製造コストが安く、高速印字が可能なサーマルヘッドを提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、印刷データに基づいて発熱抵抗体に駆動電流を供給することにより発熱させてドット印刷を行うサーマルヘッドにおいて、基板と、この基板の表面を覆って設けられ、表面の一部が盛り上げられた絶縁層と、この絶縁層の盛り上げ箇所の表面に形成された発熱抵抗体のパターンとを具備し、前記基板は金属であり、該基板表面を突出形成して、基板と一体に形成された突起部とし、前記基板の表面から突出した前記突起部が前記絶縁層の盛り上げ箇所を貫通して絶縁層の表面から露出することにより、前記発熱抵抗体のパターンに接続され、この接続箇所を中心として前記発熱抵抗体のパターンを第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とに分割していることを特徴とする。
【００２７】
請求項２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、印刷用紙の送り方向に対して、前記第２の発熱抵抗体の発生する熱エネルギを第１の発熱抵抗体の発生する熱エネルギに加えてプリント動作を行うため、第２の発熱抵抗体が第１の発熱抵抗体より前に配設されたことを特徴とする。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッドにおいて、前記第２の発熱抵抗体の通電制御部が、トランジスタであることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３いずれかに記載のサーマルヘッドにおいて、前記突起部が前記基板の表面に垂直に突出形成されたことを特徴とする。
【００２９】
【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構成を示すブロック図である。この図において、１はヒートシンクであり、サーマルヘッドの各部で発生した熱を空気中に効率的に放射する。２はステンレス基板であり、基板平面上に長尺状に共通電極３が形成されている。共通電極３は、発熱抵抗体４、４、・・・および発熱抵抗体５、５、・・・に共通に接続されている。
【００３０】
発熱抵抗体４は、カラーリボンのインクを用紙に転写する熱エネルギーを発生する。発熱抵抗体５は、カラーリボンのインクを用紙に転写する熱エネルギーを発生する。６は接続用フレキシブルプリント基板であり、図示されていないプリンタ本体のコントローラと接続する配線が形成されている。
【００３１】
７は一括電極であり、発熱抵抗体５に対して通電のための電圧を一括印可するトランジスタに接続する。８、８、・・・・は個別リード電極であり、図には示されていないが、発熱抵抗体４にそれぞれ通電のための電圧を印可する、コントロールＩＣに接続されている。９はグレーズガラスであり、グレース１０および１１を有している。１２は共通電極である。
【００３２】
また、図２は図１に示されるサーマルヘッドのＣ−Ｃ’線視断面図である。この図において、３０は裏面グレーズガラスであり、ステンレス基板２が反らない様に塗布／焼成されている。３１はコンタクト領域であり、個別リード電極８、８、・・・と発熱抵抗体４、４、・・・とをそれぞれ接続する。
【００３３】
３２はコンタクト領域であり、発熱抵抗体４、４、・・・および５、５、・・・と共通電極３とを接続する。３３はコンタクト領域であり、発熱抵抗体５、５、・・・と一括電極７とを接続する。３４は保護膜であり、印字時における用紙との接触による磨耗から発熱抵抗体４、４、・・・および５、５、・・・を保護する。
【００３４】
次に、図２および図３を参照し、図１のサーマルヘッドの製造プロセスを説明する。図３は、サーマルヘッドのＣ−Ｃ’線視断面図であり、製造プロセスの過程を示すものである。ここで用いるグレーズガラスの製造方法は、「特公平７−１２０６８」に準じている。まず、たとえば０．８ｍｍの厚さのステンレス基板２が、ｎ−プロピルブロマイドの様な有機溶剤により、脱脂洗浄される。
【００３５】
次に、ステンレス基板２表面上のゴミを除去するため、ステンレス基板２は、スクラッバーにより洗浄される。そして、ステンレス基板２における表面の凹凸に吸着しているゴミを除去するため、ステンレス基板２は、臭化メチルの洗浄液中において、超音波洗浄により表面洗浄される。次に、ステンレス基板２表面の表面研磨処理のため、たとえば、ＦｅＣｌ3：５０ｇ、ＨＣｌ：５００ｍｌおよびＨ2Ｏ：１０００ｍｌの塩化第二鉄溶液により、ステンレス基板２表面は、２分間の緩やかなエッチングによる研磨処理が行われる。
【００３６】
次に、サーマルヘッドを構成する、ステンレス基板２の表面にフォトレジストをコーティングする。そして、共通電極３の形成部だけ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、コーティングされたフォトレジストのパターニングが行なわれる。この残ったフォトレジストのパターンをマスクとして、Ｈ2Ｃ2Ｏ4・２Ｈ2Ｏ：２００ｇ＋Ｈ2Ｏ：２０００ｍｌのシュウ酸溶液中において、電極間隔を２０ｍｍとし、電極間に５Ｖの電圧を印可して、約０．６７μｍ／ｍｉｎのエッチング速度により、ステンレス基板２表面がエッチングされ、共通電極３が形成される。
【００３７】
このエッチングにより、突出形成される共通電極３の高さは、表面粗さ測定器により監視される。また、上記の説明では、ステンレス基板２の共通電極３の形成が、エッチング溶液によるエッチングで行われたが、たとえば他の手法として、研磨加工、切削加工、ロール加工、プレス加工、引き抜き加工およびこれらの方法の組み合わされた加工法を用いても形成することができる。
【００３８】
次に、ステンレス基板２が９００℃で１０分間焼成され、ステンレス基板２表面に酸化皮膜が形成される。次に、図３に示す様に溶剤でガラスの粉末を溶きペースト状のガラス形成材料であるガラスペーストがステンレスで作成されたメッシュ板を用いたスクリーンで印刷され、８５０℃で焼成されることで各グレーズガラスとなる。まず、ガラスペースト４１が、共通電極３の領域以外のステンレス基板２の表面に一様にスクリーン印刷される。このガラスペースト４１の厚さは、２０μｍとされる。そして、印刷されたガラスペースト４１を含め、ステンレス基板２の表面が平坦化される。
【００３９】
ここで、ガラスペースト４１が１４０℃において、あらかじめガラスペーストに含まれる溶剤が突沸せずに揮発する温度で加熱されるプリベーキングが行われ、ガラスペースト４１に含まれる溶剤が、徐々に揮発させられる。次に、ステンレス基板２の温度が室温まで低下後、ステンレス基板２の下面にガラスペーストが均一にスクリーン印刷される。そして、このガラスペーストが平坦化された後、１４０℃において、プリベーキングされ、ステンレス基板２の下面のガラスペーストに含まれる溶剤が、徐々に揮発させられる。
【００４０】
次に、炉の温度が８５０℃とされ、ステンレス基板２が炉中で加熱され、ステンレス基板２表面のガラスペースト４１およびステンレス基板下面のガラスペーストの燒成を行い、ステンレス基板２が室温になるまで自然冷却される。ここでガラスペースト４１は、グレーズガラス９となり、ステンレス基板２の下面のガラスペーストは、裏面グレースガラス３０となる。そして、金属のマスクを用い、共通電極３の両側壁部およびグレーズガラス９表面にガラスペースト４２が、厚さ３０μｍでスクリーン印刷される。
【００４１】
次に、ステンレス基板２の表面が平坦化され、共通電極の両側のグレースガラス４１が、１４０℃においてプリベーキングされ、ガラスペースト４２に含まれる溶剤が揮発される。そして、炉の温度が８５０℃とされ、ステンレス基板２が加熱され、共通電極３の両側のガラスペースト４２が燒成され、それぞれグレース１０および１１が形成される。ここで、必要に応じて共通電極３およびグレーズガラス１１、１６表面が砥粒およびバフ研磨により研磨される。
【００４２】
次に、ステンレス基板２上に形成された各膜上に、たとえばＴａＳｉＯ2の抵抗体がスパッタリングにより形成される。そして、この抵抗体の上部にマスクとして、たとえばＮｉＣｒが電子ビーム蒸着により０．１μｍの厚さで形成される。次に、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状にフォトレジストのパターンが残るように、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。
【００４３】
次に、このフォトレジストのパターンをマスクとして、硝酸セリュウムアンモニウム溶液により、ＮｉＣｒがエッチングされる。そして、フォトレジストを除去することで、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状にＮｉＣｒがパターニングされる。そして、今度は、ＮｉＣｒをマスクとして、抵抗体膜をエッチングすることにより、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状に、抵抗体膜がパターニングされる。
【００４４】
次に、アルミニウムの電極形成が密着良く行えるように、発熱抵抗体４、５およびコンタクト領域３１、３２、３３の部分と、アルミニウムの電極７、８、１２とのあいだに、アルミニウムを材料とした、コンタクト領域３１、３２、３３の表面部分に対する蒸着されるアルミニウムの密着性を向上させるバインダー薄膜が、０．１μｍの厚さで形成される。そして、電極材料としてのアルミニウム膜が電子ビーム蒸着により形成される。次に、コンタクト領域３１、３２、３３の部分の形状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。
【００４５】
次に、このフォトレジストのパターンをマスクとして、燐酸により、アルミニウム膜およびバインダー薄膜が除去される。そして、フォトレジストを除去することにより、アルミニウムの電極７、８、１２が形成される。次に、保護膜、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。そして、５５０℃で１時間の熱処理により、ＳＩＡＬＯＮがアニーリングされる。
【００４６】
次に、図には示されていないが、共通電極７上のＩＣ配設領域に絶縁膜を形成させ、このＩＣ領域の絶縁膜上にコントロールＩＣがダイボンディングされる。そして、コントロールＩＣの端子と個別リード電極８とがワイヤボンディングにより接続され、コントロールＩＣ、ワイヤボンド部分および個別リード電極８の一部分がエポキシ樹脂により封止される。
【００４７】
次に、図１のサーマルヘッドの動作を図４を参照して説明する。図４はサーマルヘッドの等価回路を示している。この図において、５０はコントロールＩＣであり、電源５１から供給される電圧により、発熱抵抗体４をおのおの駆動するものである。５２は駆動用トランジスタであり、電源５３により供給される電圧により、発熱抵抗体５をおのおの駆動するものである。５４は接地点であり、発熱抵抗体４および５の共通電極１２が接続されているものである。
【００４８】
まず、図示していないプリンタ本体から送られてくる一定周期のクロック信号ＣＬＫに同期して、各発熱抵抗体４に対応したデータ信号ＤＡＴＡがコントロールＩＣ５０に入力され、ラッチ信号ＬＡＴＣＨの、たとえば「立ち上がり」でデータ信号ＤＡＴＡの情報が、コントロールＩＣ５０内部の記憶部に記憶される。この記憶された情報に基づき、たとえばストローブ信号ＳＴＢが「１」のとき、発熱抵抗体４は、通電されて熱エネルギーを発生する。
【００４９】
また、発熱抵抗体４の通電と同時に、全ての発熱抵抗体５、５、・・・がプリンタ本体の制御信号ＯＮ／ＯＦＦが「１」となることにより、駆動用トランジスタ５２がオン状態となり、発熱抵抗体５直下のグレース１０が加熱され、熱エネルギーが蓄積されることになる。すなわち、図１３におけるバイアスパルスのパルス幅ＰBで発熱する熱エネルギーに相当する熱エネルギーを、グレース１０が蓄熱することになる。このグレース１０に蓄熱された熱エネルギーが、次のラインをプリントするときの熱エネルギーの一部ＥBとなるため、バイアスパルスのパルス幅ＰBの時間分だけプリント時間が短縮されることになる。
【００５０】
図４の等価回路の実際の動作を図４、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は、発熱抵抗体４を駆動する電圧値Ｖ1のストローブ信号ＳＴＢのパルス幅を示すタイミングチャートである。また、図５（ｂ）は、発熱抵抗体５を駆動する電圧値Ｖ2のオン／オフ信号ＯＮ／ＯＦＦのパルス幅を示すタイミングチャートである。１ラインをプリントする周期は、それぞれ時刻ｔ0〜ｔ2までと、ｔ2〜ｔ5までと、ｔ5〜ｔ7までとで示される時間幅である。
【００５１】
発熱抵抗体５を駆動する電圧値Ｖ2のパルス幅は、常に一定であり、熱エネルギーＥBを発生する通電時間となっている。すなわち、時刻ｔ1〜ｔ2で通電され、発熱抵抗体５の発生した熱エネルギーが、グレース１０に蓄えられ、時刻ｔ2〜ｔ5における発熱抵抗体４の、たとえば時刻ｔ2〜ｔ4のパルス幅の発生する１９０諧調の発色濃度の熱エネルギーに加えられ、プリント動作が行われる。
【００５２】
また、時刻ｔ3〜ｔ5で通電され、発熱抵抗体５の発生した熱エネルギーが、グレース１０に蓄えられ、時刻ｔ5〜ｔ7における発熱抵抗体４の、たとえば時刻ｔ5〜ｔ6のパルス幅の発生する６４諧調の発色濃度の熱エネルギーに加えられ、プリント動作が行われる。すなわち、発熱抵抗体５で発生する熱エネルギーは、染料が拡散転写するしきい値のエネルギーであり、発熱抵抗体４で発生するエネルギーは、発色濃度の諧調を決定するものとなる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、印刷データに基づいて発熱抵抗体に駆動電流を供給することにより発熱させてドット印刷を行うサーマルヘッドにおいて、基板と、この基板の表面を覆って設けられ、表面の一部が盛り上げられた絶縁層と、この絶縁層の盛り上げ箇所の表面に形成された発熱抵抗体のパターンとを具備し、前記基板は、前記基板の表面から突出して前記絶縁層の盛り上げ箇所を貫通して絶縁層の表面から露出することにより、前記発熱抵抗体のパターンに接続され、この接続箇所を中心として前記発熱抵抗体のパターンを第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とに分割する共通電極を有するため、第２の発熱抵抗体の発熱エネルギーを、プリント時に第１の発熱抵抗体の発熱エネルギーに加えてプリント動作を行うので、各発熱抵抗体の通電パルスを短くでき、プリント時間の短縮が可能となる効果がある。
【００５４】
また、本発明によれば、請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記第１の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部が蓄熱性材料により構成されたため、次ラインのプリント時まで第１の発熱抵抗体の発熱エネルギーを蓄えることができるので、第１の発熱抵抗体の発生した発熱エネルギーを効率的に使用できる効果がある。
さらに、本発明によれば、請求項１または請求項２記載のサーマルヘッドにおいて、前記第２の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部が蓄熱性材料により構成されたため、第２の発熱抵抗体の発生した発熱エネルギーを次ラインのプリント時に、効率的に使用できる効果がある。
加えて、発明によれば、請求項１ないし請求項３いずれかに記載のサーマルヘッドにおいて、印刷用紙の送り方向に対して、前記第２の発熱抵抗体が第１の発熱抵抗体より前に配設されたため、前記第２の発熱抵抗体の発生した熱エネルギーが、印刷用紙とインクリボンとを、インクリボンの染料が拡散される直前の温度まで加熱することにより、第２の発熱抵抗体の発熱エネルギーを、プリント時に第１の発熱抵抗体の発熱エネルギーに加えてプリント動作が行えるので、第１の発熱抵抗体への通電パルスが短くなり、プリント時間の短縮が可能となる効果がある。
【００５５】
また、本発明によれば、請求項３記載のサーマルヘッドにおいて、前記第２の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部の厚さが、前記絶縁膜の他の領域に比較して厚く形成されたため、第２の発熱抵抗体の発生する熱エネルギーがより多く蓄えられ、第１の発熱抵抗体の発生する熱エネルギーに加えられるので、次ラインのプリントにおける第１の発熱抵抗体への通電パルス幅を短くできる効果がある。
さらに、本発明によれば、請求項１ないし請求項７いずれかに記載のサーマルヘッドにおいて、前記第１の発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部の体積が、前記第２発熱抵抗体と共通電極とに囲まれた前記絶縁層の盛り上がり部の体積に比較して、小さく形成されたため、第２の発熱抵抗体の発生する熱エネルギーがより多く蓄えられ、次ラインのプリントにおける、第１の絶縁部の蓄積する熱エネルギーの量に影響されず、精度の高いバイアスエネルギーとしての熱エネルギーを供給できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるプレヒート機能の付いたサーマルヘッドの斜視図である。
【図２】 本発明の一実施形態による図１のサーマルヘッドのＣ−Ｃ’線視断面図である。
【図３】 本発明の一実施形態による図１のサーマルヘッドの製造段階におけるＣ−Ｃ’線視断面図である。
【図４】 本発明の一実施形態によるプレヒート機能の付いたサーマルヘッドの等価回路を示す図である。
【図５】 本発明の一実施形態によるプレヒート機能の付いたサーマルヘッドの動作を示すタイミングチャートである。
【図６】 第１の従来例のサーマルヘッドの斜視図である。
【図７】 第１の従来例のサーマルヘッドの図６におけるＡ−Ａ’線視断面図である。
【図８】 第２の従来例のダブルヘッドラインサーマルヘッドの平面図である。
【図９】 第２の従来例のダブルヘッドラインサーマルヘッドの図８におけるＢ−Ｂ’線視断面図である。
【図１０】 第３の従来例のダブルヘッドラインサーマルヘッドの発熱抵抗体の領域の断面図である。
【図１１】 第１の従来例のサーマルヘッドの等価回路である。
【図１２】 サーマルヘッドを用いた昇華型熱転写プリンタの概念図である。
【図１３】 発熱抵抗体に電流を流す通電のパルス幅と、発色濃度との関係を示した図である。
【符号の説明】
１ ヒートシンク
２ ステンレス基板
３ 共通電極
４、５ 発熱抵抗体
６ 接続用フレキシブルプリント板
７ 一括電極
８ 個別リード電極
９ グレーズガラス
１０、１１ グレース
１２ 共通電極
３０ 裏面グレーズガラス
３１、３２、３３ コンタクト領域
３４ 保護膜
４１、４２ ガラスペースト
Claims (4)
- 印刷データに基づいて発熱抵抗体に駆動電流を供給することにより発熱させてドット印刷を行うサーマルヘッドにおいて、
基板と、
この基板の表面を覆って設けられ、表面の一部が盛り上げられた絶縁層と、
この絶縁層の盛り上げ箇所の表面に形成された発熱抵抗体のパターンとを具備し、
前記基板は金属であり、該基板表面を突出形成して、基板と一体に形成された突起部とし、前記基板の表面から突出した前記突起部が前記絶縁層の盛り上げ箇所を貫通して絶縁層の表面から露出することにより、前記発熱抵抗体のパターンに接続され、この接続箇所を中心として前記発熱抵抗体のパターンを第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とに分割していることを特徴とするサーマルヘッド。 - 印刷用紙の送り方向に対して、前記第２の発熱抵抗体が印刷用紙の送り方向に対し、前記第２の発熱抵抗体の発生する熱エネルギを第１の発熱抵抗体の発生する熱エネルギに加えてプリント動作を行うため、第１の発熱抵抗体の前に配設された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２の発熱抵抗体の通電制御部が、トランジスタであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
- 前記突起部が前記基板の表面に垂直に突出形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載のサーマルヘッド。
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