JP3825047B2 - サーマルヘッドにおける共通電極パターンに対する補助電極層の形成方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明はサーマルヘッドにおける共通電極パターンに対する補助電極層の形成方法に関する。
背景技術
従来、ファクシミリ等のＯＡ機器のプリンタ、券売機のプリンタ、並びにラベルプリンタ等にサーマルヘッドが広く用いられている。周知のように、サーマルヘッドは、感熱紙や熱転写インクリボン等の印字媒体に対して選択的に熱を付与して、必要な画像情報を形成するものである。
サーマルヘッドは、その発熱抵抗体（発熱ドット）、電極用導体層等の形成方法により薄膜型サーマルヘッドと厚膜型サーマルヘッドとに大きく分類される。薄膜型サーマルヘッドでは、基板若しくはガラスグレーズ層上にスパッタリング等により発熱抵抗体や電極用導体層を薄膜状に形成するものである。これに対して、厚膜型サーマルヘッドでは、少なくとも発熱抵抗体がスクリーン印刷及び焼成等の工程を介して厚膜状に形成される。
一般に、サーマルヘッドでは、列状の発熱ドットを絶縁性ヘッド基板の一方の長手縁部の近傍に設けるのが好ましい。その理由は、発熱ドット列をヘッド基板の長手縁部の近傍に配置した方が、印字媒体との干渉を避け易いばかりでなく、ヘッド基板をプラテンに対して傾斜させることにより、配置の自由度や印字品質を高めることができるからである。
しかしながら、発熱ドット列をヘッド基板の一方の長手縁部の近傍に配置すると、その分だけ共通電極パターンを形成するスペースが縮小するために、発熱に必要な十分な電流容量（電流路）を確保できなくなる。その結果、共通電極パターンにおける抵抗が問題となり、発熱ドット列の長手方向の電圧降下により発熱ドット間に発熱量のバラツキが生じて、印字品質が低下する。特に、最近普及率が高くなりつつあるカラー印刷においては、全ての発熱ドットが同時に発熱するいわゆる「ベタ状印刷」が多用されるため、大きな電流容量の確保は極めて重要である。
このような要請に応えるべく、国際特許公開ＷＯ９５／３２８６７において、本願出願人は本願添付図面の図５及び図６に示すような構成のサーマルヘッドを先に提案した（但し、上記国際出願は、その公開日が１９９５年１２月７日で、本願の優先日１９９５年６月１３日よりも後であるため、本願に対する公知文献ではない。）。以下、このサーマルヘッドについて説明する。
図５及び図６に示したサーマルヘッドは、アルミナセラミック等の絶縁材料からなるヘッド基板１１を含んでおり、このヘッド基板１１は、断面矩形であり、表面１１ａと、この表面１１ａと反対の裏面１１ｂと、第１長手縁面１１ｃと、この第１長手縁面１１ｃと反対の第２縁面１１ｄと、を有している。ヘッド基板１１の表面１１ａには、蓄熱部材としてのガラスグレーズ層１２が形成されており、このグレーズ層１２は、ヘッド基板１１の第１長手縁面１１ｃの近傍に断面湾曲状の凸状部１２ａを有している。
グレーズ層１２の表面には、薄膜状の抵抗体層１３が形成されている。この抵抗体層１３は、ヘッド基板１１の横切り方向（すなわち、ヘッド基板１１の長手縁面１１ｃ、１１ｄに直交する方向）に延びるようにスリットＳ（図６参照）により所定のピッチで分割されている。
抵抗体層１３の表面には、ヘッド基板１１の第１長手縁面１１ｃに隣接する共通電極パターン１４と、これら共通電極パターン１４から離間し且つグレーズ層１２の凸状部１２ａからヘッド基板１１の第２長手縁面１１ｄに向かって延びる個別電極１５と、が形成されている。前記スリットＳは個別電極１５を相互に電気的に分離するとともに、共通電極パターン１４の位置まで延びている。
上述したように、個別電極１５は共通電極パターン１４から離間している。従って、抵抗体層１３は、共通電極パターン１４と個別電極１５との間において露出され、その露出部がヘッド基板１１の第１長手縁面１１ｃに沿って直線状に延びる発熱ドット（発熱領域）１３ａを構成する。
抵抗体層１３の発熱領域（発熱ドット）１３ａ、共通電極パターン１４及び個別電極１５は保護層２０によって覆われている。この保護層２０は抵抗体層１３の発熱領域１３ａ、共通電極パターン１４及び個別電極１５が空気との接触により酸化されたり、印字媒体（図示せず）との接触により磨耗したりするのを防止する作用を発揮する。
そして、共通電極パターン１４は、ヘッド基板１１の第１長手縁面１１ｃの側において、アルミニウム等の金属よりなる補助電極層１６に電気接続されている。従って、共通電極パターン１４の全ての部分は補助電極層１６を介して相互に電気的に導通し、同一の電位に保持される。言い換えると、補助電極層１６は、共通電極パターン１４の全ての部分に対する共通接続部として機能する。
補助電極層１６は、ヘッド基板１１の第１長手縁面１１ｃ、裏面１１ｂ及び第２長手縁面１１ｄを覆っている。このように、補助電極層１６は大きな面積を有していることから、電流路を拡大し、サーマルヘッドの長手方向の電圧降下を実質的に解消する。従って、全発熱ドット１３ａが同時に発熱する場合（いわゆる「ベタ状印刷」する場合）にも、十分な電流を流すことができ、印字品質の低下を招来することはない。
以上の構成を有するサーマルヘッドは、例えば図７ａ〜７ｊに示す方法により製造される。
先ず、図７ａに示すように、複数のヘッド基板の大きさに対応するアルミナセラミック製マスター基板１１’を用意する。このマスター基板１１’は、後に長手分割ラインＤＬ１及び横切り分割ラインＤＬ２に沿って分割したときに、複数のヘッド基板を与えるものである。
次に、図７ｂに示すように、マスター基板１１’の表面にガラスペーストを塗布して焼成することにより、マスターグレーズ層１２’を形成する。
次に、図７ｃに示すように、所定の長手分割ラインＤＬ１に沿って、ダイシングカッター（図示せず）によりマスターグレーズ層１２’を貫通してマスター基板１１’の肉厚内に至る溝１７を形成する。これにより、マスターグレーズ層１２’は個別のグレーズ層１２に分断される。
次に、図７ｄに示すように、マスター基板１１’を約８５０℃の温度に約２０分間加熱することにより、グレーズ層１２のうち上記溝１７に隣接する凸状部１２ａを形成する。このように凸状部１２ａが形成されるのは、加熱により流動状となったガラス材料の表面張力に基づいている。
次に、図７ｅに示すように、グレーズ層１２上に反応性スパッタリングにより窒化タンタルを主成分とする抵抗体層１３を薄膜状に形成する。
次に、図７ｆに示すように、抵抗体層１３の上にスパッタリングによりアルミニウム等からなる導体層１８を形成する。
次に、図７ｇに示すように、抵抗体層１３及び導体層１８をエッチングしてスリットＳ（図６参照）を形成した後、導体層１８のみの一部をエッチングにより除去して抵抗体層１３の発熱ドット１３ａとなるべき領域を露出させる。この結果、導体層１８は共通電極パターン１４及び個別電極１５に分割される。
次に、図７ｈに示すように、ダイシングカッター（図示せず）を用いてマスター基板１１’をそれぞれの分割ラインＤＬ１、ＤＬ２に沿って切断し、個別のヘッド基板１１とする。
次に、図７ｉに示すように、各ヘッド基板１１を矢印Ｘの方向に移動させつつ、下方から導電性金属をスパッタリングして、ヘッド基板１１の第１長手縁面１１ｃ、裏面１１ｂ及び第２長手縁面１１ｄに付着させて、アルミニウム等からなる補助電極層１６を適度な膜厚で形成する。
最後に、図７ｊに示すように、共通電極パターン１４、個別電極１５及び抵抗体層１３の露出した発熱ドット１３ａの領域を覆うべく保護膜２０を形成する。
以上述べた方法では、補助電極層１６の形成を、マスター基板１１’を個別のヘッド基板１１に分割した後に行っている（図７ｈ及び図７ｉ参照）。しかしながら、このような補助電極層１６の形成方法では、次のような問題があることが分かってきた。
先ず第一に、マスター基板１１’を複数の個別のヘッド基板１１に分割した上で補助電極層１６を形成するために、複数のヘッド基板１１を個別に取り扱うための専用マガジンや専用治具を必要とするため、設備費がそれだけ高くつく。また、複数のヘッド基板１１に個別に補助電極層１６を形成する作業は生産性が低くなり、設備費のアップと相まって生産コストを高くする。
第二に、個別のヘッド基板１１ごとに補助電極層１６を形成すると、スパッタリングされる導電性金属がヘッド基板１１の表面に回り込み易くなり、共通電極パターンを越えて、抵抗体層１３の露出部分である発熱ドット１３ａにまで及ぶことがある。その結果、補助電極層１６が発熱ドット１３ａを部分的又は全体的に覆い、発熱ドット１３ａが発熱できない状態となる。
第三に、マスター基板１１’を複数の個別のヘッド基板１１に分割した上で補助電極層１６を形成する場合、個別のヘッド基板１１のための搬送装置や支持装置が直接ヘッド基板１１と接触することになるため、得られるサーマルヘッドに二次不良を生じ易い。尚、マスター基板１１’を分割する前は、マスター基板１１’の外周余白部分を利用して搬送・支持ができるため、後に分割されるヘッド基板１１が損傷を受ける可能性はずっと低い。
発明の開示
そこで、本発明の目的は、共通電極パターンに対する補助電極層の形成を複数のサーマルヘッドについて効率的且つ安価に行え、しかも共通電極パターンと補助電極層との間の電気的接続状態を容易に制御できる方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、表面に共通電極パターンを有し且つ複数のヘッド基板に対応するマスター基板を用意し、
前記マスター基板に前記共通電極パターンに沿う少なくとも１個のスリットを形成し、
前記マスター基板の裏面に補助電極層を形成して、当該補助電極層が前記スリットを介して前記共通電極パターンに電気的に導通するよう回り込むようにする、サーマルヘッドにおける共通電極パターンに対する補助電極層の形成方法であって、
前記マスター基板は、前記共通電極パターンに沿う少なくとも１個の溝を有しており、前記共通電極パターンは前記溝内に延びており、前記溝内に前記スリットを当該溝よりも幅狭に形成することにより段部を形成し、前記補助電極層が前記段部に回り込んで前記共通電極パターンに電気的に導通するようにすることを特徴とする、サーマルヘッドにおける共通電極パターンに対する補助電極層の形成方法を提供する。
前記補助電極層と共通電極パターンとの間の電気的接続状態を良好なものとするには、前記スリットの幅を好ましくは０．５ｍｍ以上、特に０．８ｍｍ以上にすれば良い。
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下に添付図面に基づき詳細に説明する実施例から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の好適な実施例に係るサーマルヘッドの要部を示す部分断面図である。
図２は、同サーマルヘッドの部分平面図である。
図３ａ〜３ｈは図１及び２に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す図である。
図４は、補助電極層を形成する際のスリット幅に対する抵抗値及び回り込み量の関係を示すグラフである。
図５は、同一出願人の先願に係るサーマルヘッドを示す断面図である。
図６は、同先願のサーマルヘッドの要部平面図である。
図７ａ〜７ｊは図５及び６に示したサーマルヘッドを製造する順次の工程を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。
図１及び図２は、本発明の製造方法により作製されたサーマルヘッドの一例を示す。このサーマルヘッドは、アルミナセラミック等の絶縁材料からなる長状のヘッド基板１を含んでおり、このヘッド基板の厚さは例えば約０．６〜０．７ｍｍ程度である。ヘッド基板１は、断面略矩形であり、表面１ａと、この表面１ａと反対の裏面１ｂと、第１長手縁面１ｃと、この第１長手縁面１ｃと反対の第２長手縁面（図示せず）と、を有している。
ヘッド基板１の表面１ａには、蓄熱部材としてのガラスグレーズ層２が例えば厚さ約１００μｍ程度に形成されている。このグレーズ層２は、ヘッド基板１の第１長手縁面１ｃの近傍において、湾曲状縁部２ａを有する。
グレーズ層２の表面には、薄膜状の抵抗体層３が形成されている。この抵抗体層３は、ヘッド基板１の横切り方向（すなわち、ヘッド基板１の第１長手縁面１ｃに直交する方向）に延びるようにスリットＳ（図２参照）により所定のピッチで個別の帯状に分割されている。
抵抗体層３の表面には、ヘッド基板１の第１長手縁面１ｃに隣接する共通電極パターン４と、これら共通電極パターン４から離間し且つグレーズ層２の湾曲状縁部２ａからヘッド基板１の第２長手縁面（図示せず）に向かって延びる個別電極５と、が形成されている。前記スリットＳは個別電極５を相互に電気的に分離するとともに、共通電極パターン４の位置まで延びている。
上述したように、個別電極５は共通電極パターン４から離間している。従って、抵抗体層３は、共通電極パターン４と個別電極５との間において露出され、その露出部がヘッド基板１の第１長手縁面１ｃに沿って直線状に延びる発熱ドット‥（発熱領域）３ａを構成する。
図示の実施例においては、ヘッド基板１の第１縁面１ｃには、段部１ｄが形成されており、抵抗体層３及び共通電極パターン４はこの段部１ｄまで延出している。そして、この段部１ｄに表面側から延出する共通電極パターン４の延出部分が、当該段部１ｄに裏面側から延出する補助電極層６に電気接続されている。この補助電極層６は、ヘッド基板１の裏面１ｂの全体を覆っており、大きな面積を有していることから、電流路を拡大し、ヘッド基板１の長手方向の電圧降下を実質的に解消する。
尚、図示はしていないが、抵抗体層３の発熱領域（発熱ドット）３ａ、共通電極パターン４及び個別電極５はＳｉＯ₂膜及び／又はＴａ₂Ｏ₅膜からなる保護層によって覆ってもよい。かかる保護層は抵抗体層３の発熱領域３ａ、共通電極パターン４及び個別電極５が空気との接触により酸化されたり、印字媒体（図示せず）との接触により磨耗したりするのを防止する作用を発揮する。
また、同じく図示はしていないが、補助電極層６は、ヘッド基板１の第１長手縁面１ｃのみならず、これとは反対の第２長手縁面（図示せず）の全体を覆うように形成してもよく、これにより、さらに電流路の拡大を図ることができる。
以上の構成を有するサーマルヘッドは、以下の方法により都合よく製造することができる。
先ず、図３ａに示すように、後に長手分割ラインＤＬ１及び横切り分割ラインＤＬ２に沿って分割したときに、複数のヘッド基板を与える大きさのアルミナセラミック製マスター基板１’を用意する。図示の例では、マスター基板１’は長手方向に各３個のヘッド基板を２列に配置した大きさに対応する。
次に、図３ｂに示すように、マスター基板１’の表面にガラスペーストを塗布して焼成することにより、マスターグレーズ層２’を形成する。
次に、図３ｃに示すように、中央の長手分割ラインＤＬ１に沿って、ダイシングカッター（図示せず）によりマスターグレーズ層２’を貫通してマスター基板１’の肉厚内に至る溝７を形成する。この結果、マスターグレーズ層２’は個別のグレーズ層２に分断される。尚、この溝７は、後に段部１ｄを構成するものである。
次に、同じく図３ｃに示すように、マスター基板１’を約８５０℃の温度に約２０分間加熱することにより、グレーズ層２の上記溝７に隣接する位置に湾曲状縁部２ａを形成する。このように湾曲状縁部２ａが形成されるのは、加熱により流動状となったガラス材料の表面張力に基づいている。
次に、図３ｄに示すように、グレーズ層２及びマスター基板１’の表面にＴａＳｉＯ₂をスパッタリングして、抵抗体層３を例えば約０．１μｍの薄膜状に形成する。この結果、抵抗体層３はマスター基板１’の溝７の内部まで延出するように形成される。尚、抵抗体層３は、窒化タンタルを主成分として反応性スパッタリングにより形成してもよい。
次に、図３ｅに示すように、抵抗体層３の上にスパッタリングにより導体層８を形成する。この導体層８も、マスター基板１’の溝７の内部まで延出する。導体層８は、典型的にはアルミニウム（Ａ・）で形成されるが、銅（Ｃｕ）や金‥（Ａｕ）で形成してもよい。
次に、図３ｆに示すように、抵抗体層３及び導体層８をエッチングしてスリットＳ（図２参照）を形成した後、導体層８のみの一部をエッチングにより除去して抵抗体層３の発熱ドット３ａとなるべき領域を露出させる。この結果、導体層８は共通電極パターン４及び個別電極５に分割される。
次に、図３ｇに示すように、スリット９を溝７に沿って形成する。但し、スリット９の幅Ｗ及び長さＬは（図３ｇ及び図３ａ参照）は、溝７のそれよりも小さい。この結果、溝７とスリット９によって段部１ｄが形成される。しかしながら、マスター基板１’は未だ単位ヘッド基板１（図１）に分断されておらず、以降の工程もマスター基板１’（すなわち、複数の単位ヘッド基板１）に対して効率よく行うことができる。スリット９の形成は、ダイシング、レーザ又はウォータジェット等を利用して行える。
尚、図３ｇに示すように、スリット９の幅Ｗを溝７のそれよりも小さくなるように切断する方法を、ステップカットという。これに対して、スリット９と溝７とを同一の幅に切断する方法を、フルカットという。本発明では、ステップカットに代えてフルカットを行ってもよい。
次に、図３ｈに示すように、マスター基板１’を矢印Ｘの方向に移動させつつ、下方から導電性金属（例えば、アルミニウム又は銅）をスパッタリングして、マスター基板１’の裏面に補助電極層６を適度な膜厚（例えば約２μ）で形成する。この際、補助電極層６はマスター基板１’のスリット９に入り込むと同時に段部１ｄに回り込み、共通電極パターン４との導通がとられる。しかも、スリット９内部における補助電極層６の膜厚及び段部１ｄへの回り込み量はスリット９の幅Ｗによって制御することができる。
最後に、図示はしていないが、抵抗体層３、共通電極パターン４及び個別電極５に対する保護層を形成した上で、マスター基板１’をそれぞれの分割ラインＤＬ１、ＤＬ２（図３ａ）に沿って切断し、個別のサーマルヘッド（図１及び図２参照）を得る。
以上の製造方法によれば、補助電極層６の形成を分割されていないマスター基板１’に対して行えばよく、複数のヘッド基板を個別に処理する必要はないので、生産効率が格段に向上し、製造コストを低減することができる。また、複数のヘッド基板を取り扱うための専用のマガジンや治具を設ける必要はなく、設備費も安くできる。さらに、マスター基板１’を搬送・支持等するにあたっては、その余白部分を利用することができるので、搬送・支持のための装置が個別のヘッド基板に直接接触して損傷を受けるなどの二次損傷を避けることも可能となる。
一方、補助電極層６と共通電極パターン４との電気的接続状態は、補助電極層６の共通電極パターン４に対する回り込み量Ｒ（図３ｈ）によって決定される。前述したように、この補助電極層６の回り込み量Ｒは、スリット９の幅Ｗによって決定される。従って、このスリット９の幅Ｗを調整することにより、補助電極層６と共通電極パターン４との電気的接続状態を制御することができる。以下、この点につき、図４を参照して説明する。
図４は、スリット９の幅Ｗを変更した場合に、補助電極層６の回り込み量Ｒ、並びに補助電極層６と共通電極パターン４との間の電気抵抗がどのように変化するかを示すグラフである。図４の横軸はスリット幅Ｗ（ｍｍ）を示している。また、図４の左側の縦軸は補助電極層６と共通電極パターン４との間の電気抵抗を自然対数（・ｎΩ）にて示しており、右側の縦軸は補助電極層６の回り込み量Ｒ（μｍ）を示している。尚、補助電極層６と共通電極パターン４との間の抵抗値は、ヘッド基板１におけるグレーズ層２の表面から０．１〜０．２ｍｍ程度の共通電極パターン４上の位置から２５０ｍｍ離れた補助電極層６上の位置までの間を測定した。
図４における曲線Ａは、スリット９をステップカットした場合における、スリット幅Ｗと補助電極層６と共通電極パターン４との間の抵抗値の関係を示す。曲線Ｂは、スリット９をフルカットした場合における、スリット幅Ｗと補助電極層６と共通電極パターン４との間の抵抗値の関係を示す。曲線Ｃは、スリット幅Ｗと回り込み量Ｒとの関係を示す。
図４から分かるように、スリット幅Ｗが０．３ｍｍ以下では、補助電極層６は共通電極パターン４に対して殆ど回り込むことができず（すなわち、回り込み量Ｒがほぼゼロで、補助電極層６は共通電極パターン４に殆ど接触又はオーバラップしない）、補助電極層６と共通電極パターン４との間の抵抗値も約１１ＭΩと非常に高くなる。また、スリット幅Ｗが０．３〜０．５ｍｍ（０．３ｍｍと０．５ｍｍは含まず）の範囲では、補助電極層６は共通電極パターン４に対して徐々に回り込むようになり、補助電極層６と共通電極パターン４との間の抵抗値は急速に低下する。さらに、スリット幅Ｗが０．５ｍｍ以上になると、共通電極パターン４に対する補助電極層６の回り込み量Ｒも２０μｍ以上となり、抵抗値が２．２Ω以下に安定する。従って、スリット幅Ｗを０．５ｍｍ以上にすれば、補助電極層６と共通電極パターン４との間の電気的接続状態が許容可能な程度に維持できることになる。特に、スリット幅Ｗを０．８ｍｍ以上にすれば、共通電極パターン４に対する補助電極層６の回り込み量Ｒも５０μｍ以上となり、両者間の良好な電気的接続状態を達成できる。
以上のように、本発明の方法では、マスター基板１’にスリット９を形成し、そのスリット幅Ｗを調整することにより共通電極パターン４に対する補助電極層６の回り込み量Ｒを制御するようにしているので、目的に合わせて補助電極層６と共通電極パターン４との間の電気抵抗を設定することが可能となる。
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。例えば、抵抗体層、共通電極パターン、個別電極及び補助電極層の成膜方法としては、スパッタリングのみならず、ＣＶＤ法等の他の手法も適用可能である。また、ヘッド基板やその他の構成要素の材料や形状等も実施例のものに限定されない。さらに、本発明の方法は、薄膜型サーマルヘッドのみならず、厚膜型サーマルヘッドの製造にも用いることができる。

Claims (3)

1. 表面に共通電極パターンを有し且つ複数のヘッド基板に対応するマスター基板を用意し、
   前記マスター基板に前記共通電極パターンに沿う少なくとも１個のスリットを形成し、
   前記マスター基板の裏面に補助電極層を形成して、当該補助電極層が前記スリットを介して前記共通電極パターンに電気的に導通するよう回り込むようにする、サーマルヘッドにおける共通電極パターンに対する補助電極層の形成方法であって、
   前記マスター基板は、前記共通電極パターンに沿う少なくとも１個の溝を有しており、前記共通電極パターンは前記溝内に延びており、前記溝内に前記スリットを当該溝よりも幅狭に形成することにより段部を形成し、前記補助電極層が前記段部に回り込んで前記共通電極パターンに電気的に導通するようにすることを特徴とする、サーマルヘッドにおける共通電極パターンに対する補助電極層の形成方法。
2. 前記スリットは０．５ｍｍ以上の幅を有している、請求項１に記載の補助電極層の形成方法。
3. 前記スリットは０．８ｍｍ以上の幅を有している、請求項２に記載の補助電極層の形成方法。

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