JP3819921B2

JP3819921B2 - サーマルヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3819921B2
Application number: JP2004176489A
Authority: JP
Inventors: 照久佐古
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006001018A

Description

本発明は、サーマルプリンタの構成部品として用いられるサーマルヘッドおよびその製造方法に関する。

サーマルヘッドの従来例として、図６に示すものがある（たとえば、特許文献１を参照）。図示されたサーマルヘッドＢは、絶縁性の基板９１上に、ガラスなどからなるグレーズ層９２が形成され、電極９３、発熱抵抗体９５および保護層９６がさらに積層形成されている。保護層９６は、発熱抵抗体９５と電極９３を覆うようにガラスを印刷・焼成することにより形成された絶縁層９６Ａと、この絶縁層９６Ａを覆うように金属酸化物などの導電成分を添加したガラスを印刷・焼成することにより形成された導電層９６Ｂとの２層構造で構成されたものである。発熱抵抗体９５に対向する位置には、プラテンローラＰが設けられている。

上記従来のサーマルヘッドＢを用いて印字処理を行なう際には、印字媒体の一例である感熱記録紙ＳをプラテンローラＰによって保護層９６に押圧した状態で、感熱記録紙Ｓを副走査方向に移動させつつ、発熱抵抗体９５において発熱した熱が保護層９６を通じて感熱記録紙Ｓに伝達して発色することにより、印字がなされる。このように感熱記録紙Ｓを保護層９６に押圧したまま移動させると、保護層と感熱記録紙との接触摩擦により静電気が発生する。サーマルヘッドＢにおいては、保護層９６の上層側が導電層９６Ｂであるため、静電気は帯電することなく効率よく逃がされる。したがって、導電層９６Ｂを具備しないタイプのサーマルヘッドと比較すると、保護層に帯電した静電気の放電に起因して発熱抵抗体が破壊し、発熱不能になるといった不具合は回避される。

しかしながら、上記従来のサーマルヘッドＢにおいては、導電層９６Ｂを形成する際に絶縁層９６Ａが軟化し、導電層９６Ｂの導電成分が下層側の絶縁層９６Ａ内に拡散する場合がある。このような導電成分の拡散が起こると、導電成分の周囲に存在していた気泡も絶縁層９６Ａ内に拡散し、発熱抵抗体９５の封止性が低下する。その結果、発熱抵抗体９５の劣化が促進し、ひいてはサーマルヘッドＢの寿命が短くなるという不具合が生じていた。

特開２００１−４７６５２号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、保護層として下層と導電性を有する上層とを備えたサーマルヘッドにおいて、上層から下層への導電成分の拡散に起因する封止性の低下を抑制し、長寿命化を図ることが可能なサーマルヘッドおよびその製造方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供されるサーマルヘッドは、基板上に、発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に通電を行なうための電極と、上記発熱抵抗体を少なくとも覆うように形成された保護層とを有し、上記保護層は、ガラスペーストを印刷・焼成することにより形成された下層と上層とからなるとともに、上記上層は導電成分を含むことにより導電性を有するサーマルヘッドであって、上記上層の厚みは、０．５μｍ〜４μｍとされており、上記下層の厚みは、２μｍ〜１３μｍであるとともに上記上層の厚みの３倍以上とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、下層の厚みが上層の厚みと比較すると十分に大きくされているため、導電成分の拡散に起因する封止性の低下を抑制することができる。具体的には、上層を形成するための焼成温度、上層や下層を形成するガラスの軟化点などの保護層の形成条件によって、導電成分が下層に拡散する度合いは異なる。一方、上層が下層から剥離するのを防止するために、上層と下層の密着性を確保することが求められる。このため、上層を形成する際に、下層あるいは上層の少なくとも一方は十分に軟化している必要がある。ここで、下層が軟化する場合には、上層に含まれる導電成分は下層に拡散しやすくなる。このように導電成分が下層に拡散しても、本発明によれば、下層の厚みが上層の厚みの３倍以上と十分に大きくされているため、導電成分の拡散は下層の上部の領域に留まり、下層の上部を除いた大半の領域には導電成分が拡散することはない。したがって、発熱抵抗体の絶縁保護という下層による本来の機能が適切に維持され、サーマルヘッドの長寿命化を図ることができる。

本発明においてはまた、上記下層の厚みは、２μｍ〜１３μｍである。このような構成によれば、サーマルヘッドの耐久性を確保しつつ、高速印字にも対応が可能となる。すなわち、下層の厚みが余りにも小さいと、摩耗によって発熱抵抗体が露出しやすくなり、耐久性が低下してしまう一方、下層の厚みが余りにも大きいと、発熱抵抗体の熱応答性が悪くなり、印字速度は低下し、あるいは適切に印字されなくなることから、下層の厚みは２μｍ〜１３μｍとするのが好ましい。このような範囲に下層の厚みが設定されると、適度な耐久性を備えるとともに、印字の高速化を図ることができる。

本発明の第２の側面によって提供されるサーマルヘッドの製造方法は、基板上に、発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に通電を行うための電極と、上記発熱抵抗体を少なくとも覆うように形成された２層構造の保護層とを有するサーマルヘッドの製造方法であって、ガラスペーストを印刷・焼成することにより上記保護層のうちの下層を形成する工程と、導電成分を添加した導電性ガラスペーストを印刷・焼成することにより上記保護層のうちの上層を形成する工程と、を含んでおり、上記上層を形成するための焼成温度は、上記下層を形成するためのガラスの軟化点よりも低い温度であることを特徴としている。

このような製造方法によれば、上層を形成する際に、下層はその殆どが軟化しないため、上層に含まれる導電成分が下層内に拡散することを効率よく抑制することができる。そのため、発熱抵抗体の封止性の低下を効果的に抑制することができる。したがって、発熱抵抗体の絶縁保護といった下層による本来の機能が適切に維持され、サーマルヘッドの長寿命化を図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点については、以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係るサーマルヘッドの一例を示している。本実施形態のサーマルヘッドＡは、基板１、グレーズ層２、共通電極３、複数の個別電極４、発熱抵抗体５、および保護層６を備えている。なお、図１においては保護層６の記載を省略している。

基板１は、絶縁性を有しており、たとえばアルミナセラミック製である。グレーズ層２は、蓄熱層としての役割および共通電極３や個別電極４などが形成される表面を滑らかにしてその接着力を高める役割などを果たす部分であり、基板１の表面の略全体にわたって形成されている。

共通電極３は、櫛歯状に突出する複数の延出部３ａを有している。複数の個別電極４は、隣接する延出部３ａどうしの間にその一端部が入り込むように配列して設けられている。各個別電極４の他端部は、ボンディング用パッド４ａとされており、これらの各ボンディング用パッド４ａはそれぞれ、図外の駆動ＩＣの出力パッドに対して導通状態とされている。

発熱抵抗体５は、複数の延出部３ａと複数の個別電極４とを一連に跨ぐようにして基板１の一定方向に延びた一定幅の帯状に設けられている。図外の駆動ＩＣによって個別電極４に選択的に通電がなされると、発熱抵抗体５のうち互いに隣接する延出部３ａによって挟まれた領域５０（たとえば同図のクロスハッチングで示した部分）が発熱して１つの発熱ドットを形成するように構成されている。

保護層６は、共通電極３、個別電極４および発熱抵抗体５の表面を覆うように設けられ、下層６Ａと、導電性を有する上層６Ｂとによって構成された２層構造である。下層の厚みｔ１は、上層の厚みｔ２の３倍以上とされている。これらの具体的な数値の一例を挙げると、厚みｔ１は７μｍ、厚みｔ２は２μｍである。

次に、本発明に係るサーマルヘッドの製造方法の一例を説明する。

まず、グレーズ層２、共通電極３、個別電極４および発熱抵抗体５が積層形成された基板１を準備する。グレーズ層２の形成は、ガラスペーストを印刷・焼成することにより行なう。共通電極３および個別電極４の形成は、たとえばレジネート金ペーストを印刷・焼成し、フォトリソ法によるエッチングにより不用部分を除去することにより行なう。発熱抵抗体５の形成は、たとえば酸化ルテニウムペーストを印刷・焼成することにより行なう。図３は、基板１上にグレーズ層２、共通電極３、個別電極４および発熱抵抗体５が形成された状態を示す要部断面図である。

次いで、図４に示すように、共通電極３、個別電極４および発熱抵抗体５を覆うように下層６Ａを形成する。下層６Ａは、ＳｉＯ₂、ＰｂＯを主成分とする非晶質ガラスのペーストを印刷・焼成することによって形成される。上記非晶質ガラスの軟化点は、たとえば７４５℃である。下層６Ａを形成するための焼成温度（以下、「下層の焼成温度」という）は、たとえば８００℃である。下層の焼成温度（８００℃）は、上記非晶質ガラスの軟化点（７４５℃）よりも５５℃高い温度であるため、焼成時には上記非晶質ガラスの粘度が小さくなり、その流動性が十分に大きくなる。その結果、上記非晶質ガラスに内在していた気泡は消失し、封止性に優れた下層６Ａが形成される。

次いで、図５に示すように、下層６Ａ上に上層６Ｂを形成する。上層６Ｂは、ＰｂＯ、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂を主成分とする非晶質ガラスに、たとえば酸化ルテニウムなどの導電成分を添加した導電性ガラスペーストを印刷・焼成することによって形成される。上層６Ｂを形成する非晶質ガラスの軟化点は、たとえば５９０℃である。上層６Ｂを形成するための焼成温度（以下、「上層の焼成温度」という）は、たとえば６８０℃である。上層の焼成温度（６８０℃）は、下層６Ａを形成する非晶質ガラスの軟化点（７４５℃）よりも６５℃低い温度である。このため、上層６Ｂの焼成時に下層６Ａはその殆どが軟化することなく、上層６Ｂに含まれる導電成分が下層６Ａ内に拡散することが効率よく抑制される。そのため、発熱抵抗体５の封止性の低下を効果的に抑制することができる。したがって、発熱抵抗体５の絶縁保護といった下層６Ａによる本来の機能が適切に維持され、サーマルヘッドＡの長寿命化を図ることができる。また、上層の焼成温度は、上層６Ｂを形成する非晶質ガラスの軟化点（５９０℃）よりも９０℃高い温度であるため、上層６Ｂの焼成時には上層６Ｂが十分に軟化して下層６Ａとの密着性が向上する。

本実施形態のサーマルヘッドＡにおいては、下層の厚みｔ１は上層の厚みｔ２の３倍以上と十分に大きくされている。このため、上層６Ｂを形成する際に導電成分が下層６Ａに拡散しても、発熱抵抗体５の封止性には殆ど影響することがない。具体的には、上述した製造方法とは異なり上層の焼成温度が下層６Ａを形成するガラスの軟化点よりも高い場合には、上層６Ｂの焼成時に下層６Ａが軟化して流動性が大きくなる。そうすると、上層６Ｂに含まれる導電成分は、上層６Ｂと下層６Ａとの境界を越えて下層６Ａ内に拡散する場合がある。このような場合でも、下層の厚みｔ１が上層の厚みｔ２と比較して十分に大きくされているため、導電成分の拡散は下層６Ａ内の上部に留まり、下層６Ａ内の上部を除く大半の領域には導電成分が拡散することはない。したがって、発熱抵抗体５の絶縁保護という下層６Ａによる本来の機能が適切に維持され、サーマルヘッドＡの長寿命化を図ることができる。

また、上層６Ｂの形成のために焼成を行なうに際し、上述した製造方法と同様に上層の焼成温度が下層６Ａを形成するガラスの軟化点よりも低い場合には、上述したように導電成分の下層６Ａへの拡散は効率よく抑制される。その結果、発熱抵抗体５の封止性の低下をより効果的に抑制することが可能となるため、サーマルヘッドＡの長寿命化を図るのには、より好適である。

ところで、下層の厚みｔ１が余りにも小さいと、印字媒体に対する発熱抵抗体５の熱応答性が良くなり、高速印字が可能となるものの、摩耗によって発熱抵抗体が露出しやすくなり、耐久性が低下してしまう。一方、下層の厚みｔ１が余りにも大きいと、耐久性は向上するものの、発熱抵抗体５の熱応答性が悪くなり、印字速度を低下せざるを得なくなるか、あるいは適切に印字がなされなくなる。このことから、下層の厚みｔ１は、好ましくは２μｍ〜１３μｍとされている。このような範囲に下層の厚みｔ１が設定されると、適度な耐久性を備えるとともに、印字の高速化を図ることができる。

上層６Ｂについては、導電成分を含んでいるため、印字処理の際に発生した静電気が帯電することなく効率よく逃がされる。また、上層６Ｂは導電成分を含むことから、機械的強度に優れており、導電成分を含まない場合と比較すると耐摩耗性に優れている。ここで、上層６Ｂの厚みｔ２が余りにも小さいと、所定の耐摩耗性を得ることできなくなるとともに、下層６Ａとの密着性が悪くなり、上層６Ｂの剥離や欠けが生じやすくなる。このことから、上層の厚みｔ２は、好ましくは０．５μｍ〜４μｍとされている。このような範囲に上層の厚みｔ２が設定されると、耐摩耗性および下層６Ａとの密着性が適切に確保される。

なお、上層６Ｂについて、導電成分としてたとえば粒径０．００１〜１μｍの酸化ルテニウムの粒子を導電性ガラスペーストに対する重量％比率で０．３〜３０ｗｔ％添加した場合、上層６Ｂの焼成の際に、導電成分によってガラス成分の流動が抑制される。このため、導電成分の周囲には気泡跡が生じ、これが空隙部となる。その結果、上層６Ｂは多孔質状に形成される。このように上層６Ｂが多孔質状であると、上層の表面は凹凸状となるため、印字処理の際には、上層６Ｂと印字媒体との境界に多くの隙間が生じ、これらの密着が抑制される。したがって、印字媒体の送りがスムーズに行なわれ、好適である。なお、上層６Ｂを形成するガラスとして結晶化ガラスを用いると、上層６Ｂがより均一な多孔質状となり、より好適である。

本発明は、上記した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るサーマルヘッドの各部の具体的な構成は、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々に設計変更自在である。

たとえば、下層および上層の厚みは、上記実施形態に示した範囲でなくてもよく、下層の厚みが上層の厚みの３倍以上であれば、適宜変更が可能である。グレーズ層の形態は、上記実施形態において示した平面状の形態のほか、隆起した部分を有する形態であってもよい。また、薄膜型や厚膜型といったサーマルヘッドの種類も問うものではない。

本発明に係るサーマルヘッドの一例を示す要部概略平面図である。図１のII −II断面図である。本発明に係るサーマルヘッドを製造する方法の一例を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルヘッドを製造する方法の一例を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルヘッドを製造する方法の一例を示す要部断面図である。従来のサーマルヘッドを示す要部断面図である。

符号の説明

Ａサーマルヘッド
１基板
３共通電極
４個別電極
５発熱抵抗体
６保護層
６Ａ下層
６Ｂ上層
ｔ１下層の厚み
ｔ２上層の厚み

Claims

基板上に、発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に通電を行なうための電極と、上記発熱抵抗体を少なくとも覆うように形成された保護層とを有し、上記保護層は、ガラスペーストを印刷・焼成することにより形成された下層と上層とからなるとともに、上記上層は導電成分を含むことにより導電性を有するサーマルヘッドであって、
上記上層の厚みは、０．５μｍ〜４μｍとされており、
上記下層の厚みは、２μｍ〜１３μｍであるとともに上記上層の厚みの３倍以上とされていることを特徴とする、サーマルヘッド。
基板上に、発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に通電を行うための電極と、上記発熱抵抗体を少なくとも覆うように形成された２層構造の保護層とを有するサーマルヘッドの製造方法であって、
ガラスペーストを印刷・焼成することにより上記保護層のうちの下層を形成する工程と、
導電成分を添加した導電性ガラスペーストを印刷・焼成することにより上記保護層のうちの上層を形成する工程と、を含んでおり、
上記上層を形成するための焼成温度は、上記下層を形成するためのガラスの軟化点よりも低い温度であることを特徴とする、サーマルヘッドの製造方法。