JP4969600B2 - Thermal print head - Google Patents
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Description
本発明は、サーマルプリンタ等の印刷装置に用いられるサーマルプリントヘッドに係り、特にプリンタ等の画像形成における動作の高速化およびその低コスト化、並びに良好な中間調記録を容易にするサーマルプリントヘッドに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal print head used in a printing apparatus such as a thermal printer, and more particularly to a thermal print head that facilitates high-speed and low-cost operation in image formation of a printer or the like and good halftone recording. .
サーマルプリントヘッドは、その発熱部の発熱を利用して、例えばインクリボンの熱転写式あるいは感熱記録式により文字などから成る画像等を形成する出力用デバイスである。そして、バーコードプリンタや計量機、デジタル製版機、ビデオプリンター、イメージャー、シールプリンター等の各記録機器に広く利用されている。一般的に、サーマルプリントヘッドは、上記発熱部を設けた抵抗体基板部および駆動ICを搭載した駆動回路基板部などを、放熱基板の一主面上に配置した構造になっている。 The thermal print head is an output device that uses the heat generated by the heat generating portion to form an image made up of characters or the like by, for example, an ink ribbon thermal transfer method or a thermal recording method. It is widely used in recording devices such as barcode printers, weighing machines, digital plate-making machines, video printers, imagers, and seal printers. Generally, a thermal print head has a structure in which a resistor substrate portion provided with the heat generating portion and a drive circuit substrate portion mounted with a drive IC are arranged on one main surface of a heat dissipation substrate.
ここで、従来のサーマルプリントヘッドの一例について図12および図13を参照して説明する。図12はその一部を抜き出した一部切截上面図であり、図13は図12におけるZ5−Z5矢視の記録媒体が搬送される方向(副走査方向)における断面図である。従来のサーマルプリントヘッドは、上記副走査方向に直交する方向(主走査方向)に沿い所要の長さに延在し、多数の発熱部がその主走査方向に1列に配列された構造になっている。 Here, an example of a conventional thermal print head will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a top view of a partially cut out part thereof, and FIG. 13 is a cross-sectional view in the direction (sub-scanning direction) in which the recording medium is viewed in the direction of arrows Z 5 -Z 5 in FIG. A conventional thermal print head has a structure that extends to a required length along a direction (main scanning direction) orthogonal to the sub-scanning direction, and a large number of heat generating portions are arranged in a line in the main scanning direction. ing.
図12,13に示すように、サーマルプリントヘッドでは、例えば放熱基板101の主面上に抵抗体基板部102Aおよび駆動回路基板部102Bが隣接して設けられる。そして、抵抗体基板部102Aでは、放熱基板101の主面上に支持基板103が貼着され、支持基板103上に保温層となるグレーズ層104がヘッドの主走査方向に延在して一体に設けられている。
As shown in FIGS. 12 and 13, in the thermal print head, for example, a resistor substrate portion 102 </ b> A and a drive circuit substrate portion 102 </ b> B are provided adjacent to each other on the main surface of the
そして、グレーズ層104表面を被覆して発熱抵抗体105が形成され、この発熱抵抗体105上に、共通電極106aおよび個別電極106bが間隙Gを挟んで対向して配置されている。ここで、共通電極106aおよび個別電極106bからなる一対の電極106が発熱抵抗体105に重層して電気接続する。そして、これ等の間隙Gで露出する発熱抵抗体が発熱部107となる
Then, the
図に示されるように、発熱部107の通電用電極である一対の電極106と上記発熱部107が1つの発熱素子となり、サーマルプリントヘッドの主走査方向に所要ピッチ(dpi:ドット/インチ)の発熱素子アレイとして1列に形成されている。更に、後述するボンディングワイヤー接続のために第1の電極106bの縁端部が露出され全体が保護層108により被覆されている。
As shown in the figure, the pair of electrodes 106 which are energization electrodes of the
一方、駆動回路基板部102Bは、放熱基板101に貼着した駆動回路基板109等から構成され、その基板表面に回路パターン(不図示)等が形成され、また駆動IC110等が搭載されている。そして、抵抗体基板部102Aの上記通電用電極と駆動回路基板部102Bの駆動IC110との間、および、駆動IC110と駆動回路基板部102Bの回路パターンとの間などがボンディングワイヤーWで電気的に接続されている。そして、これ等のボンディングワイヤーWおよび駆動IC110は、例えばエポキシ樹脂から成る封止材111によって気密封止されている。
On the other hand, the drive
上記サーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成では、感熱記録紙や熱転写インクリボン等(不図示)が、発熱部107領域上の保護層108といわゆるプラテンローラとの間で挟圧され、副走査方向に所定の速度でステップ搬送される。そして、矩形のパルス電圧が通電されて発熱した発熱部107によって、インクリボンあるいは感熱紙等が加熱され、その熱により印画あるいはオーバーコート処理等がなされる。このようなサーマルプリンタの動作において、発熱部107の発する熱はグレーズ層104により適度な蓄熱と放熱とを受ける。また、上記保護層108は間断なく感熱紙等の摺接を受ける。
In image formation on a recording medium using the thermal print head, a thermal recording paper, a thermal transfer ink ribbon, or the like (not shown) is sandwiched between a
なお、上記したような構成のサーマルプリントヘッドは特許文献1などに記載されている。 A thermal print head having the above-described configuration is described in Patent Document 1 and the like.
通常、サーマルプリンタの印画動作では、一の発熱素子による印画がなされると、その発熱によりその発熱部および周辺のグレーズ層104の温度が上昇して蓄熱される。そして、一の発熱素子の印画に引き続く次の印画において、当該発熱部あるいは近傍発熱部の放熱が不充分のままだと、印画点の切れが劣化し、副走査方向での画質にじみが顕在化して視認されるようになる。このため、サーマルプリンタ動作の高速化にあっては、グレーズ層104の特に高い熱履歴制御が必須になる。例えば、1列上の各発熱素子がステップ搬送前にどれくらい発熱したかの熱履歴をもとにしてステップ搬送後の印画動作を高精度に制御することが求められる。そして、上記駆動IC110を含めてその駆動回路や制御回路を高性能化することが求められ、その高コスト化が避けられない。
Normally, in the printing operation of a thermal printer, when printing is performed by one heat generating element, the heat generation causes the temperature of the heat generating portion and the surrounding
また、サーマルプリンタ動作の高速化では、感熱記録紙や熱転写インクリボン等の副走査方向への高速のステップ搬送のために、印画における搬送ムラが生じ易くなる。そこで、搬送用のステップモータ等の大容量化および高性能化が必須になり、その制御機構および電源等の大型化が必要になる。このため、サーマルプリンタの低コスト化、小型軽量化等が難しくなってくる。 Further, when the speed of the thermal printer is increased, uneven conveyance in printing tends to occur due to high-speed step conveyance in the sub-scanning direction such as thermal recording paper and thermal transfer ink ribbon. Therefore, it is essential to increase the capacity and performance of the transport step motor and the like, and it is necessary to increase the size of the control mechanism and power supply. For this reason, it is difficult to reduce the cost, size and weight of the thermal printer.
また、上記ステップ搬送において保護層108は感熱紙等の摺接を間断なく受ける。このため、上記サーマルプリンタ動作の高速化にあっては、プラテンローラとの間で挟圧されている発熱部上の保護層が摩耗し易くなり、サーマルプリントヘッドの寿命が短くなる。
Further, in the step conveyance, the
しかも、例えばファクシミリ装置、あるいはプリント倶楽部(商品名)や業務プリント(キオスク端末等)のようなカラー写真印刷用の装置においては、画像形成の階調あるいは色調の制御も追及されている。 In addition, for example, in a facsimile apparatus or an apparatus for printing a color photograph such as a print club (trade name) or business print (such as a kiosk terminal), control of gradation or tone of image formation is also pursued.
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、画像形成の高速化に伴って生じる上記問題点を簡便に解決し、サーマルプリンタ等の印刷装置の画像形成における動作の高速化およびその低コスト化が容易であり、しかも1ドットで階調表現が可能で良好な中間調画像が記録できるサーマルプリントヘッドを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and simply solves the above-described problems caused by the speeding up of image formation, speeding up the operation of the printing apparatus such as a thermal printer, and reducing the speed thereof. It is an object of the present invention to provide a thermal print head that can be easily reduced in cost, can express gradation with one dot, and can record a good halftone image.
上記目的を達成するために、本発明にかかるサーマルプリントヘッドでは、支持基板と、該支持基板の表面に形成された絶縁体から成る保温層と、該保温層上に形成された発熱抵抗体から成る複数の発熱部と、該発熱部に通電し、前記発熱抵抗体に電気接続し一領域を画成する第1の電極と前記一領域の中央部分に位置するところで前記発熱抵抗体に電気接続する第2の電極とからなる一対の電極と、前記発熱部および一対の電極上に形成された保護層とを備え、記録媒体に対して印刷処理あるいは印刷処理後のオーバーコート処理を施す印刷装置に用いられるサーマルプリントヘッドにおいて、前記第1の電極が前記保温層の表面に配設された電極層と該電極層の所定の箇所に突設された環状部とからなり該環状部が前記電極層を被覆する第1の絶縁体層を貫通し、該第1の絶縁体層上において該第1の絶縁体層と同一の面を形成し、前記発熱抵抗体が前記第1の絶縁体層の面上に成膜され、前記第1の電極の前記環状部が前記発熱抵抗体の下面側に電気的に接続して前記一領域を画成して前記発熱部をなすようにされ、前記第2の電極は柱状部を有しその柱状部が前記発熱抵抗体を被覆する第2の絶縁体層を貫通し前記発熱抵抗体の上面側の前記発熱部の中央部分に電気接続して、前記第2の絶縁体層の表面に配設されており、前記発熱部は前記保温層上に二次元配列されている構成になっている。
In order to achieve the above object, a thermal print head according to the present invention includes a support substrate, a heat insulating layer formed of an insulator formed on the surface of the support substrate, and a heating resistor formed on the heat insulating layer. A plurality of heat generating portions, a first electrode that energizes the heat generating portions and is electrically connected to the heat generating resistor to define a region, and is electrically connected to the heat generating resistor at a central portion of the one region. Printing apparatus comprising a pair of electrodes composed of a second electrode and a protective layer formed on the heat generating portion and the pair of electrodes, and performing a printing process or an overcoat process after the printing process on a recording medium in thermal print heads for use in, the annular portion consists projecting from the annular portion in a predetermined position of the first electrode layer electrodes is disposed on the surface of the insulation layer between the electrode layer is the covering the electrode layer Through the first insulating layer, the first insulator layer and the same plane to form the first insulating layer, the heating resistor formed on a surface of the first insulator layer The annular portion of the first electrode is electrically connected to the lower surface side of the heating resistor to define the one region to form the heating portion, and the second electrode is The second insulating portion has a columnar portion, and the columnar portion penetrates the second insulator layer covering the heating resistor and is electrically connected to a central portion of the heating portion on the upper surface side of the heating resistor. It is arranged on the surface of the body layer, and the heat generating part is arranged in a two-dimensional array on the heat insulating layer.
本発明の構成により、サーマルプリンタ等の印刷装置の画像形成における動作の高速化およびその低コスト化が容易になる。しかも、1ドット毎で階調表現ができて良好な中間調画像が記録できる。 With the configuration of the present invention, it is easy to increase the operation speed and reduce the cost of image formation of a printing apparatus such as a thermal printer. Moreover, gradation can be expressed for each dot, and a good halftone image can be recorded.
以下に本発明の好適な実施形態のいくつかについて図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は一部省略される。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドについて図1を参照して説明する。ここで、図1は本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部の一例を示す図であり、(a)は一部上面図、(b)はそのZ1−Z1矢視の拡大断面図である。
Several preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, parts that are the same or similar to each other are denoted by common reference numerals, and a duplicate description is partially omitted. However, the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones.
(First embodiment)
A thermal print head according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a view showing an example of a resistor substrate portion of the thermal print head according to the present embodiment, where (a) is a partial top view, and (b) is an enlarged view of the Z 1 -Z 1 arrow. It is sectional drawing.
図1に示すように、従来技術で説明したのと同様に放熱基板の主面上に、セラミックス等の耐熱性および熱伝導性のよい支持基板11が貼着され、その上面に保温層であるグレーズ層12が設けられている。そして、このグレーズ層12表面に被着して共通電極13が形成されている。ここで、共通電極13は、図1(a)の破線に示すように所定幅の一層の電極層を有し、サーマルプリントヘッドの主走査方向であるX方向に延在して配設されている。
As shown in FIG. 1, a
そして、共通電極13の電極層を被覆するように形成した第1層間絶縁層14上に平面円形状の例えばサーメット材から成る発熱抵抗体15が配置され、柱状例えば円柱の共通電極端部13aが、上記電極層の所定の箇所から第1層間絶縁層14および発熱抵抗体15を貫通するように突設されている。この共通電極端部13aを通して発熱抵抗体15の中心部が共通電極13に電気接続される。また、個別電極16が第1層間絶縁層14上に配設され、例えば円環状の個別電極端部16aが発熱抵抗体15の周縁の端面に電気接続している。そして、共通電極端部13a縁辺および個別電極端部16a縁辺を通電用電極のエッジとして上記発熱抵抗体15が発熱部になっている。
A
上述した発熱部となる発熱抵抗体15と、その通電用の一対の電極である共通電極13および個別電極16とが1つの発熱素子を構成する。この発熱素子では、発熱抵抗体15において例えば共通電極端部13aの接する発熱抵抗体15を貫通孔の側壁側から個別電極端部16aの接する発熱抵抗体15の周縁の端面側に通電されて発熱が生じる。なお、この実施形態においては、個別電極16が上記一対の電極の第1の電極であり、共通電極13がその第2の電極である。
The
そして、このような発熱素子がサーマルプリントヘッドの主走査方向のX方向に所要のdpiで配列され、第1列発熱素子アレイが形成されている。更に、このような発熱素子アレイが複数にサーマルプリントヘッドの副走査方向のY方向に所定の間隔で並設されている。このようにして、各発熱素子の発熱部が主走査方向にライン状に複数列に配列されるようになる。図1(a)ではY方向の前方から順に第1列〜第4列の発熱素子アレイが4列に形成される場合が示されているが、その発熱素子アレイの列数および列間隔はサーマルプリンタの動作速度、グレーズ層12の蓄熱・放熱特性等に合わせて適宜に設定される。また、この発熱素子アレイの配列は列間でX方向に少しずれるようになっていても構わない。
Such heating elements are arranged at a required dpi in the X direction of the main scanning direction of the thermal print head to form a first column heating element array. Further, a plurality of such heating element arrays are arranged in parallel at a predetermined interval in the Y direction in the sub-scanning direction of the thermal print head. In this way, the heat generating portions of the heat generating elements are arranged in a plurality of rows in a line in the main scanning direction. FIG. 1 (a) shows a case where the first to fourth heating element arrays are formed in four rows in order from the front in the Y direction. It is appropriately set according to the operation speed of the printer, the heat storage / heat radiation characteristics of the
そして、従来技術で説明したのと同様にボンディングワイヤー接続のために個別電極16の電極リード端部である個別電極パッド部16bが露出され全体が保護層17により被覆されている。図1(a)では図示しないが、個別電極パッド部16bは駆動IC18との間でワイヤーボンディングされる。
In the same manner as described in the prior art, the individual
上記サーマルプリントヘッドにおいて、支持基板11は耐熱性を有する絶縁体材から成る基板であり、アルミナセラミックスの他に、Si(シリコン)、石英、SiC(炭化珪素)等により構成される。グレーズ層12は、発熱抵抗体15の発する熱の適度な蓄熱および熱放散の作用を有し、表面平滑性のある絶縁体材料から成る絶縁体膜である。このようなグレーズ層12としては、例えばSiO2膜(シリコン酸化膜)、SiON膜(シリコン酸窒化膜)あるいはSiN膜(シリコン窒化膜)が挙げられる。
In the thermal print head, the
発熱抵抗体15は、例えばTaSiO、TaSiNO、NbSiO、TiSiCO系の電気抵抗体材であるサーメット膜あるいは半導体膜等から成る。そして、共通電極13および個別電極16は低抵抗になるほど好ましく、例えば、Al(アルミニウム)、Cu(銅)あるいはAlCu合金等の金属を主成分にして構成される。そして、共通電極端部13aは共通電極13と同じ金属材料により構成されていてもよい。
The
あるいは、共通電極端部13aは、その他に例えばMo(モリブデン)、W(タングステン)、Ti(チタン)、Cr(クロム)、Ta(タンタル)、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)等の高融点金属あるいはそれ等の高融点金属シリサイド、更には高融点金属の導電性窒化物により構成されてもよい。このような金属材料であれば、共通電極端部13aがその通電時の電流集中により高温になる場合でも充分に対応できる。また、酸化物も導電性を有するルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)等も好適に使用できる。このような金属材料であると、サーマルプリントヘッドの製造工程において共通電極端部13aの酸化が生じても、発熱抵抗体15との電気接続が保証される。
Alternatively, the common
そして、第1層間絶縁層14は、例えば化学気相成長(CVD)法、スパッタリング法等で成膜するSiO2膜、SiON膜、SiN膜等の絶縁体材から成る。ここで、第1層間絶縁層14は、グレーズ層12と同じ絶縁体材により構成されていてもよい。
The first
また、保護層17は、SiO2膜、SiN膜、SiON膜あるいはSiC膜等の硬質で緻密な熱伝導性のある絶縁体材から成る。ここで、保護層17の最表面に少なくともSiと炭素(C)が含まれていると熱伝導性が高くなり好適である。この保護層17は、複数列に配置された発熱素子アレイを被覆し記録媒体の圧接あるいは摺接による磨耗、並びに大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する機能を有する。
Further, the
上述したサーマルプリントヘッドでは、グレーズ層12の全体が平坦になったいわゆるFG(Flat Glaze)構造の場合について説明している。このグレーズ層12は、その一部がパーシャルエッチングで形成され盛上がり部を有するいわゆるPEG構造になっていてもよい。あるいは、逆にその平坦部がサーマルプリントヘッドの主走査方向に帯状に盛り上って形成されたPG構造になっていてもよい。
In the above-described thermal print head, the case of a so-called FG (Flat Glaze) structure in which the
また、上記サーマルプリントヘッドにおいて、共通電極端部13aあるいは個別電極端部16aが発熱抵抗体15の上面でも電気接続するような構造に形成されていてもよい。そして、共通電極13は、その柱状の端部13aの何処かが発熱抵抗体15の中心位置に接するように電気接続していればよい。これは下記の他の実施形態においても同様である。
In the thermal print head, the common
次に、第1の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの製造方法の一例について図2および図3を参照して説明する。図2はサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部を切り出したところの主要な製造工程別断面図であり、図3は図2に続くサーマルプリントヘッドの製造工程を示す製造工程別断面図である。 Next, an example of a method for manufacturing the thermal print head according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view of the main manufacturing process when the resistor substrate portion of the thermal print head is cut out, and FIG. 3 is a cross-sectional view by manufacturing process showing the manufacturing process of the thermal print head following FIG.
先ず、アルミナからなり副走査方向の幅が数mm程度、板厚が0.5mm〜1mmの細長の支持基板11を用意する。そして、図2(a)に示すように、支持基板11上にSiO2のガラス粉末に適当な有機溶剤、溶剤を添加・混合して得たガラスペーストを塗布形成し適度な温度での焼成を施して例えば膜厚が50〜200μm程度のグレーズ層12を形成する。
First, an
そして、グレーズ層12表面上に、例えばシャドウマスクを用いたスパッタリング法により膜厚が0.1μm〜1μm程度のAl膜、AlCu合金膜等の電極膜を成膜し一層の電極層となる共通電極13を形成する。引き続いてスパッタリング法により共通電極13を被覆して例えば膜厚が0.5μm〜2μm程度のSiO2膜を成膜し第1層間絶縁層14を形成する。
Then, an electrode film such as an Al film or an AlCu alloy film having a film thickness of about 0.1 μm to 1 μm is formed on the surface of the
次に、第1層間絶縁層14上に公知のフォトリソグラフィ技術により開口パターン19を有するレジストマスク20を形成する。そして、このレジストマスク20を用いたエッチングにより第1層間絶縁層14に例えば口径が2μm〜20μm程度の第1開口21を形成する。その後に、図2(b)に示すように、上記レジストマスク20を化学薬液等により除去する。ここで、上述したようなフォトリソグラフィとエッチング(以下、フォトエングレービングプロセスという)により形成される第1開口21は、その間口が円形、多角形等の適宜な形状をもつ構造に形成するとよい。
Next, a resist
次に、図2(c)に示すように、スパッタリング法により第1開口21を埋め込むように全面に例えば共通電極13と同じAl膜、AlCu合金膜等の金属膜22を堆積させる。引き続いて、第1層間絶縁層14を研磨ストッパーとして化学的機械研磨(CMP)法により第1層間絶縁層14上の金属膜22を研磨除去する。このようにして、図2(d)に示すように、第1開口21内に金属膜22が埋設されて共通電極13に電気接続し、径寸法が2μm〜20μm程度の共通電極端部13aが形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, a
次に、図3(a)に示すように、第1層間絶縁層14および共通電極端部13a上に、例えばスパッタリング法により膜厚が0.1μm〜1.0μm程度のサーメット材から成る抵抗体膜23を成膜する。そして、図3(b)に示すようにフォトエングレービングプロセスにより上記抵抗体膜23をパターニングして、中心部に貫通孔24を有し直径が例えば20μm〜150μm程度の平面円形状の発熱抵抗体15を形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, a resistor made of a cermet material having a film thickness of about 0.1 μm to 1.0 μm on the first
次に、図2(c)および図2(d)で説明したのと同様なCMP法を併用して、スパッタリング法により貫通孔24および発熱抵抗体15間に埋め込むように全面に例えば共通電極13と同じAl膜、AlCu合金膜等の金属膜25を形成する。ここで、発熱抵抗体15の表面は電極膜の残存が無いように処理される。そして、フォトエングレービングプロセスにより上記金属膜25をパターニングする。このようにして、図3(d)に示した熱抵抗体15の周縁の端面に電気接続する環状の個別電極端部16aをもつ個別電極16が図1(a)で説明したように第1層間絶縁層14上に配設される。なお、貫通孔24に埋め込まれた金属膜25は上述した共通電極端部13aを上方に延長させる。
Next, a CMP method similar to that described in FIGS. 2C and 2D is used in combination, and the
その後は、図1で説明した保護層17をスパッタリング法により形成する。ここで、保護層17は、例えば膜厚が2μm〜10μm程度に堆積される。以上のようにして、図1で説明したような本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部が容易に作製される。
Thereafter, the
上述したサーマルプリントヘッドの他の製造方法として、例えば、図2(a)に示した状態において第1開口21内を充填しレジストマスク20上に被着する電極膜22を成膜する。ここで、レジストマスク21の側壁を被覆しない成膜方法がとられる。このような成膜方法として、垂直方向の指向性スパッタである例えばコリメートスパッタリング法、ロングスロースパッタリング法を用いるとよい。このような成膜後に、レジストマスク20を化学薬液中で除去することによりレジストマスク20上の電極膜22も一緒に除去する。このようにして、いわゆるリフトオフ法により共通電極端部13aを第1開口21内に形成するようにしてもよい。また、図3(c)で説明したような金属膜25も、上述したのと同様なリフトオフ法により容易に形成することができる。
As another manufacturing method of the thermal print head described above, for example, an
上述したリフトオフ法を用いた共通電極端部13aの形成は、Al系の金属膜に較べて硬度が高い高融点金属あるいはそれ等の高融点金属シリサイド、更には高融点金属の導電性窒化物を用いる場合に好適である。
The formation of the common
上記実施形態のサーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成では、サーマルプリントヘッド表面に記録媒体が当接した状態にされ、二次元配列されている複数の発熱素子にそれぞれ所要のパルス電圧が印加される。そして、このサーマルプリントヘッドは所要数の発熱部が同時に発熱して画像形成がなされる。 In image formation on a recording medium using the thermal print head of the above embodiment, the recording medium is brought into contact with the surface of the thermal print head, and a required pulse voltage is applied to each of a plurality of two-dimensionally arranged heating elements. Applied. In this thermal print head, the required number of heat generating portions simultaneously generate heat to form an image.
この同時の印画動作を行う場合には、この同時印画動作の後に一定の放熱時間がとられる。これは、多数の発熱した発熱部およびグレーズ層12の充分な放熱を確保するためである。その後、例えばプラテンローラからのサーマルプリントヘッドのヘッドアップにより、プラテンローラとの挟圧による当接状態が解かれる。そして、記録媒体等が副走査方向の複数列の発熱素子アレイ分に相当した所定距離だけ搬送される。このようにして、印画あるいはオーバーコート処理の画像形成と搬送とが繰り返される。この場合、記録媒体の搬送時に一定の放熱時間が必要となるが、上記同時印画動作をとるために全体の印画動作は高速化される。
When performing this simultaneous printing operation, a certain heat radiation time is taken after this simultaneous printing operation. This is to ensure sufficient heat dissipation of the heat generating portions and the
あるいは、上記サーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成では、感熱記録紙や熱転写インクリボン等が、ヘッドの主走査方向に複数列に配列されている発熱部上の保護層17とプラテンローラとの間で挟圧される。そして、この狭圧された状態で副走査方向の例えば第1列発熱素子アレイの1列上の所要の発熱部が発熱し印画をした後に、次の例えば第2列発熱素子アレイが印画する。このようにして、副走査方向の第1列発熱素子アレイから第4列発熱素子アレイが順次に印画していく。ここで、複数列の発熱素子アレイの印画する順番は適宜に決めることができる。
Alternatively, in the image formation on the recording medium using the thermal print head, the thermal recording paper, the thermal transfer ink ribbon, etc. are arranged in a plurality of rows in the main scanning direction of the head and the
そして、副走査方向の全列発熱素子アレイにおいての印画動作が行われた後に、例えばサーマルプリントヘッドのヘッドアップにより、上記プラテンローラとの挟圧状態が解かれ、あるいは、その押圧力が弱められる。そして、記録媒体等が副走査方向の複数列の発熱素子アレイ分に相当した所定距離だけ搬送される。このようにして、印画あるいはオーバーコート処理の画像形成と搬送とが繰り返される。 Then, after the printing operation is performed in the all-row heating element array in the sub-scanning direction, the clamping state with the platen roller is released or the pressing force is reduced, for example, by head-up of the thermal print head. . Then, the recording medium or the like is conveyed by a predetermined distance corresponding to a plurality of rows of heating element arrays in the sub-scanning direction. In this way, image formation and conveyance of printing or overcoat processing are repeated.
次に、本実施形態のサーマルプリントヘッドを用いた画像形成における階調表現について図4を参照して説明する。図4は本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの1つの発熱素子の階調表現の説明に供する概念図である。ここで、発熱素子の発熱部に通電する一対の電極の第1の電極と、その第2の電極との間に電圧を印加したときの発熱部中の電流分布を示している。同図で矢印が電流密度iベクトルとなる。但し、この図は、個別電極端部16aが円環状であり、その中心部に平面円形状の共通電極端部13aが配置された例の場合について示してある。
Next, gradation expression in image formation using the thermal print head of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining gradation expression of one heating element of the thermal print head according to the embodiment of the present invention. Here, the current distribution in the heat generating portion when a voltage is applied between the first electrode of the pair of electrodes energized in the heat generating portion of the heat generating element and the second electrode is shown. In the figure, the arrow is the current density i vector. However, this figure shows an example in which the individual
本発明にかかるサーマルプリントヘッドでは、その発熱素子の特有な構造により発熱部の電流分布に偏りが生じるようになっている。例えば第1の実施形態で説明したような発熱素子の印画では、図4に示すように共通電極端部13aから個別電極端部16aに向かって放射状に電流が流れる。このために、その電流密度は、共通電極端部13aの近傍が大きく、それから離れ個別電極端部16aに近づくに従い小さくなるような偏った電流分布になる。
In the thermal print head according to the present invention, the current distribution in the heat generating portion is biased due to the unique structure of the heat generating element. For example, in the printing of the heating element as described in the first embodiment, a current flows radially from the common
以下、上記電流分布の偏りについて一般的な説明をする。ここで、発熱抵抗体15の抵抗値は発熱により変化しないと仮定する。また、発熱抵抗体15は薄膜であり、その厚さを無視して二次元とみなす。
Hereinafter, a general description of the bias of the current distribution will be given. Here, it is assumed that the resistance value of the
上記仮定のもとに、共通電極端部13aと個別電極端部16aに一定電圧が印加された状態を考えると、発熱部内の電流分布は定常電流場となる。定常電流場では磁束密度の時間変化に基づく電界は生じない。また、電荷の時間的変化もない。そこで、電荷保存の法則より電流密度iは(1)式を満たす。
Considering a state in which a constant voltage is applied to the common
divi=0 (1)
また、オームの法則より導電率σ、電界Eとすると(2)式が成り立つ。
i=σE (2)
そして、(1)式および(2)式から(3)式が成立する。また、磁束密度の時間変化に基づく電界は生じないとしたことから、電界Eは発熱部内に分布する電位をφとして(4)式で表される。
divE=0 (3)
E=−gradφ (4)
そして、(4)式を(3)式に代入して(5)式の二階変微分方程式が得られる。
∂2φ/∂x2+∂2φ/∂y2=0 (5)
divi = 0 (1)
Further, when the conductivity σ and the electric field E are set according to Ohm's law, the equation (2) is established.
i = σE (2)
And (3) Formula is materialized from (1) Formula and (2) Formula. In addition, since an electric field based on a change in magnetic flux density with time is not generated, the electric field E is expressed by the equation (4) where φ is a potential distributed in the heat generating portion.
divE = 0 (3)
E = -gradφ (4)
Then, by substituting equation (4) into equation (3), a second-order variable differential equation of equation (5) is obtained.
∂ 2 φ / ∂x 2 + ∂ 2 φ / ∂y 2 = 0 (5)
そして、(5)式を境界要素法を用いて数値解析することにより発熱部内に分布する電位φが得られる。また、この電位φと(4)式を用いた数値計算から発熱部内の電界分布が得られ、更に(2)式を用いた数値計算から発熱部内の電流分布が算出できる。 Then, by numerically analyzing the equation (5) using the boundary element method, the potential φ distributed in the heat generating portion can be obtained. Further, the electric field distribution in the heat generating portion can be obtained from the numerical calculation using the potential φ and the equation (4), and the current distribution in the heat generating portion can be calculated from the numerical calculation using the equation (2).
なお、上記発熱部内の電流により発生するエネルギー密度Enとすると、エネルギー密度Enは(6)式で表される。
En=i・E=σE2 (6)
そして、このエネルギー密度Enが発熱部のある点での発熱エネルギーとなる。
If the energy density En generated by the current in the heat generating part is assumed, the energy density En is expressed by the equation (6).
En = i · E = σE 2 (6)
This energy density En is the heat generation energy at the point where the heat generation portion is present.
上記一般的な説明から、本発明のサーマルプリントヘッドでは、発熱部の中央部分に配置される第2の電極の端部側において電流密度が高い電流分布になることが判る。そして、発熱部のある点での発熱エネルギーも同様に第2の電極の端部側で高くなる。しかし、この発熱エネルギーにより生成される発熱量は、その一部が第2の電極を通した熱伝導および発熱部表面からの熱輻射等により失われる。更に、上記発熱部内では熱拡散が生じ、その発熱量は、発熱部内において第2の電極の端部側から第1の電極の端部側へと時間経過と共に拡がるようになる。このために、例えば印加電圧が矩形のパルス電圧である場合、所要の発熱量を有する発熱範囲は、そのパルス幅(印加時間)の増加に伴い例えば図4中の発熱部のAで示す範囲からBで示す範囲、更にはCで示す範囲へと広がる。 From the above general description, it can be seen that in the thermal print head of the present invention, the current distribution has a high current density on the end portion side of the second electrode disposed in the central portion of the heat generating portion. Similarly, the heat generation energy at a point where the heat generating portion is present also increases on the end portion side of the second electrode. However, a part of the heat generated by the heat generation energy is lost due to heat conduction through the second electrode, heat radiation from the surface of the heat generating portion, and the like. Further, thermal diffusion occurs in the heat generating portion, and the amount of heat generated increases from the end of the second electrode to the end of the first electrode with time in the heat generating portion. For this reason, for example, when the applied voltage is a rectangular pulse voltage, the heat generation range having a required heat generation amount is, for example, from the range indicated by A of the heat generating portion in FIG. 4 as the pulse width (application time) increases. It extends to the range indicated by B and further to the range indicated by C.
ところで、インクリボンのインクを記録媒体に溶融/昇華転写してドットを形成するには、一定量以上の所要の発熱量が必要となる。従って、パルス幅が小さく全発熱エネルギーが小さい場合には、発熱部において例えば図4中にAで示す範囲の発熱によってドットが形成され、パルス幅が長くなるに従い、同図にB、Cで示す範囲の発熱でドットが形成される。このように、本発明のサーマルプリントヘッドでは、例えば上記パルス幅を変えることにより、1つの発熱素子の発熱部でドットの面積の異なる印画が容易にできる。ここで、ドットの面積が大きくなれば視覚上では濃度が上昇する。これにより、1ドット単位で階調を表すことが可能になる。同様にして、例えば記録媒体が感熱紙のような感熱記録式の場合でも、画像形成において1ドット毎の階調表現ができる。 By the way, in order to form dots by melting / sublimating and transferring the ink of the ink ribbon to the recording medium, a required amount of heat generation of a certain amount or more is required. Accordingly, when the pulse width is small and the total heat generation energy is small, dots are formed in the heat generating portion by heat generation in the range indicated by A in FIG. 4 for example, and as the pulse width becomes longer, B and C are shown in the same figure. Dots are formed by heat generation in the range. As described above, in the thermal print head of the present invention, for example, by changing the pulse width, it is possible to easily perform printing with different dot areas in the heat generating portion of one heat generating element. Here, if the dot area increases, the density increases visually. As a result, gradation can be expressed in units of one dot. Similarly, even when the recording medium is a thermal recording type such as thermal paper, gradation expression for each dot can be performed in image formation.
なお、上述した方法では、1つの発熱素子の発熱部への通電の時間変化によってドットの面積を変化させているが、例えば印加する電圧のレベルを変化させるなどの他の方法によって上記面積変化をさせることも可能である。実際には、矩形のパルス電圧の立上がりおよび立下りの過渡時間において発熱部の電流に時間変化があり、上述したような数値解析の結果と少しズレが生じる。しかし、ほぼ上記数値解析によりドットの面積が自在に設定でき階調表現が調節できる。 In the above-described method, the area of the dots is changed by changing the energization time of the heating portion of one heating element. However, the area change can be performed by other methods such as changing the level of the applied voltage. It is also possible to make it. Actually, there is a temporal change in the current of the heat generating part during the transition time of the rise and fall of the rectangular pulse voltage, and there is a slight deviation from the result of the numerical analysis as described above. However, the area of the dots can be set freely by the above numerical analysis, and the gradation expression can be adjusted.
また、上述した画像形成は、上記一対の電極の第1の電極と第2の電極の間に印加する電圧の極性が逆になり、例えば個別電極端部16aから共通電極端部13aに向かって電流が流れる場合でも全く同様にできる。この場合でも、その電流密度は、共通電極端部13aの近傍が大きく、それから離れ個別電極端部16aに近づくに従い小さくなるような偏った電流分布になる。
In the image formation described above, the polarity of the voltage applied between the first electrode and the second electrode of the pair of electrodes is reversed, for example, from the
このようにして、本発明のサーマルプリントヘッドを用いた上記1ドット毎の階調表現により良好な中間調記録の制御が容易になる。特に、第1の実施形態等のように発熱部に通電する第1の電極の端部が円環状であり、第2の電極の端部がその中心部に位置する場合には、図4に示したようにドットの面積は同心円状に変化でき極めて高画質の中間調記録ができる。 In this way, favorable halftone recording control is facilitated by the gradation expression for each dot using the thermal print head of the present invention. In particular, when the end portion of the first electrode energizing the heat generating portion is annular as in the first embodiment, and the end portion of the second electrode is located at the center thereof, FIG. As shown, the area of the dots can be changed concentrically, and halftone recording with extremely high image quality can be performed.
また、本実施形態のサーマルプリントヘッドでは、各発熱素子の発熱部を取り囲んでいる第1の電極の端部がその熱伝導による放熱を通してグレーズ層の蓄熱を抑制する。このために、隣接する発熱素子の発熱部間の発熱エネルギーの影響が小さくなり、それぞれの上述したドットの面積制御が容易になる。 Further, in the thermal print head of the present embodiment, the end portion of the first electrode that surrounds the heat generating portion of each heat generating element suppresses the heat accumulation of the glaze layer through heat dissipation by the heat conduction. For this reason, the influence of the heat generation energy between the heat generating parts of adjacent heat generating elements is reduced, and the area control of each dot described above becomes easy.
第1の実施形態では、サーマルプリントヘッドの主走査方向に1列に配列される発熱素子アレイが副走査方向に複数列に並設され、それ等の発熱部は主走査方向にライン状に複数列に配列されるようになる。そして、このサーマルプリントヘッドの複数列の発熱素子アレイが順番に印画動作する。このような印画動作であると、印画動作した一の列の発熱素子アレイの発熱部は、他の列の発熱素子アレイの印画動作の間に放熱が充分にできるようになる。あるいは、全列発熱素子アレイが同時に印画動作しその後に一定の放熱時間が設けられる場合でも、全発熱素子アレイの発熱部の放熱が充分にできるようになる。このようにして、従来技術で説明したところの熱履歴制御が全く不要になり、従来技術で求められていた駆動回路や制御回路の高性能化は必要でなくなる。 In the first embodiment, the heating element arrays arranged in one row in the main scanning direction of the thermal print head are arranged in a plurality of rows in the sub-scanning direction, and a plurality of these heating portions are arranged in a line in the main scanning direction. Will be arranged in columns. Then, a plurality of rows of heating element arrays of the thermal print head are sequentially printed. With such a printing operation, the heat generating portion of the heating element array in one column that has performed the printing operation can sufficiently dissipate heat during the printing operation of the heating element array in the other column. Alternatively, even when all the rows of heat generating element arrays perform the printing operation at the same time and a certain heat radiating time is provided thereafter, it is possible to sufficiently radiate heat from the heat generating portions of the all heat generating element arrays. In this way, the thermal history control as described in the prior art is completely unnecessary, and the high performance of the drive circuit and control circuit required in the prior art is not necessary.
また、上記発熱素子の共通電極13はグレーズ層12上に電極層を有しており、印画動作後の放熱を上記電極層により効率的に行える構造になっている。このため、サーマルプリンタ動作の高速化において、その印画動作とともにグレーズ層12が徐々に蓄熱を受け時間的に昇温していく現象が簡便に抑制できるようになる。
Further, the
また、上記実施形態では、記録媒体等の搬送は、副走査方向の複数列の発熱素子アレイの印画動作後に、サーマルプリントヘッドのプラテンローラとの挟圧状態を解いて、あるいはその押圧力を弱めて行うことができるようになる。そして、従来技術で生じ易かった印画における搬送ムラがなくなり、搬送用のステップモータ等の大容量化および高性能化が不要になる。このため、従来技術で求められていたサーマルプリンタの制御機構および電源等の大型化が必要でなくなる。同時に、従来技術のようなステップ搬送における感熱紙等の摺接によるサーマルプリントヘッドの発熱部上の保護層の摩耗が低減し、サーマルプリントヘッドの長寿命化が可能になる。 In the above embodiment, the recording medium or the like is transported after the printing operation of the plurality of heating element arrays in the sub-scanning direction is released or the pressing force is reduced with the platen roller of the thermal print head. Can be done. In addition, there is no conveyance unevenness in the print that was likely to occur in the prior art, and it is not necessary to increase the capacity and performance of the conveyance step motor or the like. For this reason, it is not necessary to increase the size of the control mechanism and power source of the thermal printer, which is required in the prior art. At the same time, the wear of the protective layer on the heat generating portion of the thermal print head due to the sliding contact of thermal paper or the like in the step conveyance as in the prior art is reduced, and the life of the thermal print head can be extended.
このようにして、本実施形態のサーマルプリントヘッドにより、サーマルプリンタの高速化、低コスト化、小型軽量化、および、画像形成における1ドット毎での階調表現による良好な中間調記録が可能になる。 In this way, the thermal print head of the present embodiment enables high-speed printing, low cost, small size and light weight of the thermal printer, and good halftone recording by gradation expression for each dot in image formation. Become.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドについて図5を参照して説明する。ここで、図5は本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部の一例を示す図であり、(a)は一部上面図、(b)はそのZ2−Z2矢視の拡大断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a thermal print head according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a view showing an example of the resistor substrate portion of the thermal print head according to the present embodiment, where (a) is a partial top view, and (b) is an enlarged view of the Z 2 -Z 2 arrow. It is sectional drawing.
図5に示すように、第1の実施形態で説明したのと同様にして、支持基板11上にグレーズ層12が設けられ、このグレーズ層12表面に被着して第1の電極である共通電極13が一層の電極層として形成されている。そして、共通電極13上に第1層間絶縁層14を介して例えば平面円形状の発熱抵抗体15が配置され、この発熱抵抗体15の中心部においてその下面側に電気接続する共通電極端部13aが上記電極層の所定箇所に突設されている。また、個別電極16が第1層間絶縁層14上に配設され、例えば円環状の個別電極端部16aが発熱抵抗体15の外周部においてその上面側に電気接続している。第1の実施形態と同様に上記平面円形状の発熱抵抗体15が発熱部になる。
As shown in FIG. 5, the
そして、上述した発熱抵抗体15と、その通電用電極である上述した共通電極13および個別電極16とが1つの発熱素子を構成する。この発熱素子では、第1の実施形態の構造の場合と異なり、例えば共通電極端部13aの接する発熱抵抗体15の中心部の下面側から個別電極端部16aの接する発熱抵抗体15の外周部の上面側に通電されて発熱が生じる。
The
そして、第1の実施形態で説明したのと同様に、上記発熱素子がサーマルプリントヘッドのX方向に配列されて発熱素子アレイになり、このような発熱素子アレイが複数列にサーマルプリントヘッドのY方向に所定の間隔で並設される。このようにして、各発熱素子の発熱部が例えば主走査方向にライン状に複数列に配列される。図5(a)ではY方向前方から順に第1列〜第4列の発熱素子アレイが4列に形成される場合が示されているが、その発熱素子アレイの二次元配列における列数および列間隔はサーマルプリンタの動作速度、グレーズ層12の蓄熱・放熱特性等に合わせて適宜に設定される。
As described in the first embodiment, the heating elements are arranged in the X direction of the thermal print head to form a heating element array. Such a heating element array is arranged in a plurality of rows in the Y of the thermal print head. They are arranged in parallel in the direction at a predetermined interval. In this way, the heat generating portions of the respective heat generating elements are arranged in a plurality of rows, for example, in a line shape in the main scanning direction. FIG. 5A shows a case where the first to fourth heating element arrays are formed in four rows in order from the front in the Y direction. The number of columns and columns in the two-dimensional array of the heating element arrays are shown. The interval is appropriately set according to the operating speed of the thermal printer, the heat storage / heat dissipation characteristics of the
そして、第1の実施形態で説明したように、ボンディングワイヤー接続のために個別電極16の電極リード端部である個別電極パッド部16bが露出され全体が保護層17により被覆される。
Then, as described in the first embodiment, the individual
第2の実施形態のサーマルプリントヘッドにおいて、支持基板11、グレーズ層12、共通電極13、共通電極端部13a、第1層間絶縁層14、発熱抵抗体15、個別電極16および保護層17は、第1の実施形態で説明したのと同様な材料により構成される。
In the thermal print head of the second embodiment, the
また、上記サーマルプリントヘッドにおいて、個別電極端部16aが発熱抵抗体15の外周部の上面および周縁の端面に電気接続するような構造に形成されていてもよい。
Further, in the thermal print head, the individual
次に、第2の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの製造方法の一例について図2および図6を参照して説明する。図6はサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部を切り出したところの主要な製造工程別断面図であり、図2に続くサーマルプリントヘッドの製造工程を示す製造工程別断面図である。 Next, an example of the manufacturing method of the thermal print head concerning 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. 2 and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view by main manufacturing process when the resistor substrate portion of the thermal print head is cut out, and is a cross-sectional view by manufacturing process showing the manufacturing process of the thermal print head following FIG.
第1の実施形態で説明したのと同様に図2(d)に示した構造にして、共通電極13に電気接続した共通電極端部13aを第1層間絶縁層14の所定箇所に形成する。その後に、図6(a)に示すように、第1層間絶縁層14および共通電極端部13aを被覆すように例えばスパッタリング法により抵抗体膜23と金属膜26を積層して成膜する。ここで、抵抗体膜23は例えば膜厚が0.05μm程度のサーメット材から成り、金属膜26は例えば膜厚が0.5μm程度のAl膜、AlCu合金膜等から成る。そして、フォトエングレービングプロセスにより上記金属膜26および抵抗体膜23をパターニングする。
The common
このようにして、図6(b)に示すように、重層した構造の発熱抵抗体15と個別電極16が形成される。ここで、発熱抵抗体15は、共通電極端部13aを中心部とし直径が例えば50μm〜150μm程度の平面円形状の領域を有する。また、この発熱抵抗体15は、個別電極16のパターンと同じになることから、その個別電極16の電極リード配線部および個別電極パッド部16bの下部に重層し配設されるようになる。
In this way, as shown in FIG. 6B, the
次に、図6(c)に示すようにフォトエングレービングプロセスにより発熱抵抗体15の平面円形状の領域にある個別電極16をパターニングして、その外周部に個別電極端部16aを形成する。ここで露出する発熱抵抗体15の表面は金属膜の残存が無いように処理される。このようにして、発熱抵抗体15の発熱部は、個別電極端部16aが発熱抵抗体15の平面円形状の領域の外周部の上面側で接続し、その中心部の下面側で共通電極端部13aが接続する構造に形成される。
Next, as shown in FIG. 6C, the
その後は、第1の実施形態の場合と同じようにして保護層17をスパッタリング法により形成する。以上のようにして、図5で説明したような本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部が容易に作製される。
Thereafter, the
なお、第2の実施形態のサーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成は、第1の実施形態で説明したのと同様になされる。また、上述したサーマルプリントヘッドでは、第1の実施形態で説明したように、グレーズ層12はFG構造、PEG構造あるいはPG構造になっている。そして、1つの発熱素子は2ビット構造のものであっても構わない。
Note that image formation on a recording medium using the thermal print head of the second embodiment is performed in the same manner as described in the first embodiment. In the above-described thermal print head, as described in the first embodiment, the
第2の実施形態では、第1の実施形態で説明したのと同様な作用効果が奏され、画像形成における高画質化が保持されサーマルプリンタの高速化、低コスト化、小型軽量化が可能になる。また、第2の実施形態では、第1の実施形態の場合に較べてサーマルプリントヘッドの製造工程が簡便になりしかも工程数が減少する。このため、サーマルプリントヘッドの製造歩留まりが向上し製造コストの低減が容易になる。 In the second embodiment, the same effects as those described in the first embodiment are achieved, and high image quality in image formation is maintained, and the thermal printer can be increased in speed, cost, size, and weight. Become. Further, in the second embodiment, the manufacturing process of the thermal print head is simplified and the number of processes is reduced as compared with the case of the first embodiment. For this reason, the manufacturing yield of the thermal print head is improved and the manufacturing cost can be easily reduced.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドについて図7を参照して説明する。ここで、図7は本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部の一例を示す図であり、(a)は一部上面図、(b)はそのZ3−Z3矢視の拡大断面図である。
(Third embodiment)
Next, a thermal print head according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7 is a view showing an example of the resistor substrate portion of the thermal print head according to the present embodiment, where (a) is a partial top view, and (b) is an enlarged view of the Z 3 -Z 3 arrow. It is sectional drawing.
図7に示すように、第1の実施形態で説明したのと同様にして、支持基板11上にグレーズ層12が設けられ、このグレーズ層12表面に被着して第1の電極である共通電極13が一層の電極層を有して形成されている。そして、この電極層上に第1層間絶縁層14と一層の発熱抵抗体15が積層し、第1層間絶縁層14を貫通する共通電極端部13aが上記電極層から例えば円環状に突設して形成され発熱抵抗体15の下面側に電気接続している。
As shown in FIG. 7, the
そして、発熱抵抗体15上に第2層間絶縁層27が形成され、上記円環状の共通電極端部13aの中央部に位置する箇所の第2層間絶縁層27に個別電極端部16aが貫設されて、発熱抵抗体15の上面側に電気接続する。また、この個別電極端部16aと一体の電極リード配線部が第2層間絶縁層27上に配設されて個別電極16を構成し、その端部が個別電極パッド部16bになっている。このようにして、上記円環状の共通電極端部13aにより画成された発熱抵抗体15の一領域が1つの発熱部になる。
Then, a second
そして、上記発熱部と、その通電用電極となる上記円環状の共通電極端部13aをもつ共通電極13および個別電極端部16aをもつ個別電極16とが1つの発熱素子を構成する。この発熱素子では、第2の実施形態の構造の場合と異なり、例えば一層の発熱抵抗体15の下面側で円環状に接する共通電極端部13aからこの円環の中心部に位置する発熱抵抗体15の上面側で接する個別電極端部16aに通電されて発熱が生じる。なお、この第3の実施形態においては、共通電極13が通電用電極の第1の電極であり、個別電極16がその第2の電極である。
The heat generating portion, the
そして、第1の実施形態で説明したのと同様に、上述した発熱素子がサーマルプリントヘッドのX方向に配列されて発熱素子アレイになり、このような発熱素子アレイが複数列にサーマルプリントヘッドのY方向に所定の間隔で並設される。このようにして、各発熱素子の発熱部が二次元配列され、例えば主走査方向にライン状に複数列に配列される。また、第1の実施形態で説明したように、ボンディングワイヤー接続のために個別電極16の電極リード端部である個別電極パッド部16bが露出され全体が保護層17により被覆される。
As described in the first embodiment, the heating elements described above are arranged in the X direction of the thermal print head to form a heating element array. Such a heating element array is arranged in a plurality of rows of the thermal print head. They are arranged in parallel in the Y direction at a predetermined interval. In this way, the heat generating portions of the heat generating elements are two-dimensionally arranged, for example, arranged in a plurality of rows in a line in the main scanning direction. Further, as described in the first embodiment, the individual
上記第3の実施形態のサーマルプリントヘッドにおいて、支持基板11、グレーズ層12、共通電極13、共通電極端部13a、第1層間絶縁層14、発熱抵抗体15、個別電極16および保護層17は、第1の実施形態で説明したのと同様な材料により構成される。そして、第2層間絶縁層27は第1層間絶縁層14と同様な絶縁体材により構成される。
In the thermal print head of the third embodiment, the
次に、第3の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの製造方法の一例について図8を参照して説明する。図8はサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部を切り出したところの主要な製造工程別断面図である。 Next, an example of a method for manufacturing a thermal print head according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of each main manufacturing process when the resistor substrate portion of the thermal print head is cut out.
第2の実施形態で説明したのと同様に共通電極13に電気接続した円環状の共通電極端部13aを第1層間絶縁層14の所定箇所に突設させる。そして、図8(a)に示すように、第1層間絶縁層14および共通電極端部13aを被覆すように例えばスパッタリング法により発熱抵抗体15と第2層間絶縁層27を積層して成膜する。ここで、サーマルプリントヘッドのX方向に所定幅をもつ一層の発熱抵抗体15は、例えば膜厚0.05μm程度のサーメット材がシャドウマスクを通してスパッタリング成膜される。また、第2層間絶縁層27は例えば膜厚0.5μm〜2μm程度のSiO2膜である。
In the same manner as described in the second embodiment, an annular common
次に、図8(b)に示すように第2層間絶縁層27の所定箇所に発熱抵抗体15の上面に達する例えば口径が5μm〜20μm程度の第2開口28をフォトエングレービングプロセスにより設ける。ここで、上記所定箇所は円環状の共通電極端部13aの中心部に位置する。そして、第2層間絶縁層27上を被覆し第2開口28を埋める例えば膜厚が0.5μm程度のAl膜、AlCu合金膜等から成る金属膜を成膜する。その後、図8(c)に示すように、上記金属膜を公知のフォトエングレービングプロセスによりパターニングして個別電極端部16aをもつ個別電極16を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a
このようにして、発熱抵抗体15の発熱部は、円環状の共通電極端部13aが一層の発熱抵抗体15の下面側に接続し、個別電極端部16aが上記円環状の中心部に位置する発熱抵抗体15の上面側で接続する構造に形成される。その後は、第1の実施形態の場合と同じようにして保護層17をスパッタリング法により形成する。以上のようにして、図7で説明したような本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部が容易に作製される。
In this way, in the heat generating portion of the
なお、第3の実施形態のサーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成は、第1の実施形態で説明したのと同様になされる。また、上述したサーマルプリントヘッドでは、第1の実施形態で説明したように、グレーズ層12はFG構造、PEG構造あるいはPG構造になっている。そして、1つの発熱素子は2ビット構造のものであっても構わない。
Note that image formation on a recording medium using the thermal print head of the third embodiment is performed in the same manner as described in the first embodiment. In the above-described thermal print head, as described in the first embodiment, the
第3の実施形態では、第1の実施形態で説明したのと同様な作用効果が奏され、画像形成における高画質化が保持されサーマルプリンタの高速化、低コスト化、小型軽量化が可能になる。また、第3の実施形態では、フォトエングレービングプロセスを用いた発熱抵抗体15のパターニング工程が削減できることから、第2の実施形態の場合に較べてサーマルプリントヘッドの製造工程が更に簡便化される。そして、サーマルプリントヘッドの製造歩留まりが向上し製造コストの低減が更に容易になる。
In the third embodiment, the same effects as those described in the first embodiment can be obtained, and high image quality can be maintained in image formation, and the thermal printer can be increased in speed, cost, size, and weight. Become. Further, in the third embodiment, since the patterning process of the
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドについて図9を参照して説明する。ここで、図9は本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部の一例を示す図であり、(a)は一部上面図、(b)はそのZ4−Z4矢視の拡大断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a thermal print head according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 9 is a view showing an example of the resistor substrate portion of the thermal print head according to the present embodiment, (a) is a partial top view, and (b) is an enlarged view of the Z 4 -Z 4 arrow. It is sectional drawing.
図9に示すように、第1の実施形態で説明したのと同様にして、支持基板11上にグレーズ層12が設けられている。そして、このグレーズ層12表面に第3層間絶縁層29が形成され、この第3層間絶縁層29に埋め込まれるようにして個別電極端部16aが形成されている。ここで、個別電極端部16aは、同様に第3層間絶縁層29に埋め込まれ電極リード配線部を含む個別電極16となり、その他方の端部が個別電極パッド部16bになっている。
As shown in FIG. 9, the
そして、上記個別電極端部16aは、第3層間絶縁層29上に形成された第4層間絶縁層30に柱状に貫設されて、第4層間絶縁層30の表面に被着した一層の発熱抵抗体15の下面側に電気接続している。そして、電極開口31を有する共通電極13が発熱抵抗体15の上面側に電気接続して配設されている。ここで、電極開口31は平面形状が例えば円形であり、その中心部が個別電極端部16aに位置する。このようにして、上記電極開口31で露出するように画成された発熱抵抗体15の領域が1つの発熱部になる。
The individual
そして、上記発熱部と、その通電用電極となる電極開口31を有する共通電極13および個別電極端部16aをもつ個別電極16とが1つの発熱素子を構成する。この発熱素子では、例えば一層の発熱抵抗体15の上面側で接する共通電極13から電極開口31の中心部に位置する発熱抵抗体15の下面側で接する個別電極端部16aに通電されて発熱が生じることになる。この第4の実施形態においては、共通電極13が通電用電極の第1の電極であり、個別電極16がその第2の電極である。
The heat generating portion, the
そして、第1の実施形態で説明したのと同様に、上述した発熱素子がサーマルプリントヘッドのX方向に配列されて発熱素子アレイになり、このような発熱素子アレイが複数列にサーマルプリントヘッドのY方向に所定の間隔で並設される。このようにして、各発熱素子の発熱部が二次元配列され、例えば主走査方向にライン状に複数列に配列される。また、第1の実施形態で説明したように、ボンディングワイヤー接続のために個別電極16の電極リード端部である個別電極パッド部16bが露出され全体が保護層17により被覆される。
As described in the first embodiment, the heating elements described above are arranged in the X direction of the thermal print head to form a heating element array. Such a heating element array is arranged in a plurality of rows of the thermal print head. They are arranged in parallel in the Y direction at a predetermined interval. In this way, the heat generating portions of the heat generating elements are two-dimensionally arranged, for example, arranged in a plurality of rows in a line in the main scanning direction. Further, as described in the first embodiment, the individual
上記第4の実施形態のサーマルプリントヘッドにおいて、支持基板11、グレーズ層12、共通電極13、共通電極端部13a、第1層間絶縁層14、発熱抵抗体15、個別電極16および保護層17は、第1の実施形態で説明したのと同様な材料により構成される。そして、第3層間絶縁層29および第4層間絶縁層30は、第1層間絶縁層14と同様な絶縁体材で構成される。
In the thermal print head of the fourth embodiment, the
次に、第4の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの製造方法の一例について図10を参照して説明する。図10はサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部を切り出したところの主要な製造工程別断面図である。 Next, an example of a method for manufacturing a thermal print head according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing main manufacturing steps when the resistor substrate portion of the thermal print head is cut out.
図10(a)に示すように、グレーズ層12表面に例えばスパッタリング法により膜厚が0.5μm程度の第3層間絶縁層29を成膜する。そして、フォトエングレービングプロセスにより第3層間絶縁層29に個別電極16のパターンをもつ溝を形成し、この溝にAlあるいはAlCu合金を充填させる。この金属の充填は第1の実施形態において図2(c)および図2(d)で説明したのと同様な方法により容易にできる。このようにして、個別電極端部16a、配線部、個別電極パッド部16bを有する個別電極16がグレーズ層12上に配設される。
As shown in FIG. 10A, a third
次に、図10(b)に示すように、例えばシャドウマスクを用いたスパッタリング法により膜厚0.5μm程度の第4層間絶縁層30を第3層間絶縁層29および個別電極16上に成膜し、個別電極端部16aに達する第3開口32を形成する。そして、図10(c)に示すように、再度、図2(c)および図2(d)で説明したのと同様な方法により第3開口32にAlあるいはAlCu合金を充填して、個別電極端部16aが第4層間絶縁層30を貫通し表面に露出するようにする。
Next, as shown in FIG. 10B, a fourth
次に、図10(c)に示すように、第4層間絶縁層30および個別電極端部16aを被覆すように、例えばシャドウマスクを用いたスパッタリング法により膜厚が0.05μm程度のサーメット材を成膜し発熱抵抗体15を形成する。更に、この発熱抵抗体15上に例えば膜厚が0.5μm程度のAl膜、AlCu合金膜からなる金属膜を成膜する。そして、フォトエングレービングプロセスによりこの金属膜をパターニングして、図10(d)に示すように電極開口31を有する共通電極13を形成する。ここで、電極開口31は、その中心部が個別電極端部16aにほぼ位置し、その直径が例えば50μm〜150μm程度の円形に形成される。このようにして、一層の発熱抵抗体15の上面側で共通電極13が電気接続し、その電極開口31の中心部に位置する発熱抵抗体15の下面側で個別電極端部16aが電気接続する構造の発熱部が形成される。
Next, as shown in FIG. 10C, a cermet material having a film thickness of about 0.05 μm is formed by sputtering using, for example, a shadow mask so as to cover the fourth
その後は、第1の実施形態の場合と同じようにして保護層17をスパッタリング法により形成する。以上のようにして、図9で説明したような本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの抵抗体基板部が容易に作製される。
Thereafter, the
第4の実施形態のサーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成は、第1の実施形態で説明したのと同様になされる。また、上述したサーマルプリントヘッドでは、第1の実施形態で説明したように、グレーズ層12はFG構造、PEG構造あるいはPG構造になっている。そして、1つの発熱素子は2ビット構造のものであっても構わない。
Image formation on a recording medium using the thermal print head of the fourth embodiment is performed in the same manner as described in the first embodiment. In the above-described thermal print head, as described in the first embodiment, the
第4の実施形態では、第3の実施形態で説明したのと同様な作用効果が奏され、画像形成における高画質化が保持されサーマルプリンタの高速化、低コスト化、小型軽量化が可能になる。 In the fourth embodiment, the same effects as those described in the third embodiment can be obtained, and high image quality can be maintained in image formation, and the thermal printer can be increased in speed, cost, size, and weight. Become.
次に、本実施形態のいくつかの変形例について説明する。第1〜第3の実施形態における第1の電極は、その端部13aあるいは16aが円環状になる場合について説明している。ここで、この電極端部には種々の変形例が可能ある。第1および第2の実施形態における個別電極端部16aあるいは第3の実施形態における共通電極端部13aは、その円環状に換えて、例えば図11(a)に示すような正六角形の環状にすることができる。その他に正四角形、正五角形、正八角形等の正多角形の環状にしても構わない。また、第3の実施形態における共通電極端部13aの場合には、その円環状に換えて、例えば図11(b)に示すような稠密配置のハニカム構造にすることができる。ハニカム構造の正六角形を正四角形、正五角形、正八角形等の正多角形の構造にしても構わない。
Next, some modifications of the present embodiment will be described. The first electrode in the first to third embodiments describes a case where the
そして、第4の実施形態における共通電極13の電極開口31の平面円形状に換えて、図11(c)に示すような正六角形等の正多角形にすることができる。あるいは、この場合、図11(b)のようなハニカム構造、あるいはハニカム構造の正六角形を正四角形、正五角形、正八角形等の正多角形にした構造であってもよい。
Then, instead of the planar circular shape of the
また、第1〜第4の実施形態で説明した第2の電極の電極端部13a、16aが層間絶縁層の所定箇所に柱状に貫設される場合において、円柱に換えて多角柱にすることができる。 In addition, when the electrode ends 13a and 16a of the second electrode described in the first to fourth embodiments are provided in a columnar shape at predetermined positions of the interlayer insulating layer, a polygonal column is used instead of the column. Can do.
また、上記柱状の電極端部13a、16aとなる場合、発熱素子の発熱部に電気接続する先端領域において、適度な抵抗値を有する抵抗体あるいは熱伝導率の小さな導電体が形成されるようになっていてもよい。このような抵抗体等の介装により、上記端部の熱伝導による発熱量の放散が適度に抑制され調節できる。
Further, when the columnar
また、第1〜第4の上記実施形態においては、各発熱素子にそれぞれに1つの個別電極16が配設されて個別電極パッド16bが取り出されている。しかし、画像形成の高精細化が進み発熱素子が微細化してくると、上記の個別電極16の全ての配設ができなくなる。この場合には、サーマルプリントヘッドのY方向の発熱素子間で個別電極16を削減して共有化し配設するようにしてもよい。但し、このような個別電極16の共有化においては、逆に上記共有化に対応した複数列の発熱素子アレイ間で共通電極13を互いに分離するように形成する必要が生じる。
In the first to fourth embodiments, one
また、上記実施形態の発熱素子あるいは発熱部の説明では、共通電極端部13aを含む共通電極13と個別電極端部16aを含む個別電極16とは、発熱抵抗体15をそれ等の間に挟んだ多層構造になるように形成されている。ここで、その他に種々の構造の変形例が可能である。例えば、第2の実施形態における個別電極端部16aあるいは第4の実施形態における共通電極13は、発熱抵抗体15の下層に位置するような多層構造に形成することができる。あるいは、第4の実施形態における個別電極16および個別電極端部16aは、発熱抵抗体15の上層に位置するようにも形成することができる。
In the description of the heat generating element or the heat generating portion of the above embodiment, the
いずれにしても、上記サーマルプリントヘッドにおいて、その発熱部に通電する一対の電極のうちの第1の電極が発熱抵抗体15に電気接続して一領域を画成して発熱部をなす。そして、上記一対の電極のうちの第2の電極が上記発熱部の中央部分に位置するところで発熱抵抗体15に電気接続する構造になる。ここで、発熱部の中央部分は第1の電極により画成される一領域の内側にある。そして、例えば実施形態で説明したように第1の電極により画成される一領域が円形、正多角形になる場合、あるいは楕円形等の場合には、第2の電極は上記一領域の幾何学的図形の中心位置に少なくとも接する形態になる。
In any case, in the thermal print head, the first electrode of the pair of electrodes energized to the heat generating portion is electrically connected to the
また、上記画成される一領域が閉曲線で囲われた一般的図形となる場合には、その中央部分は例えばその幾何学的な図形の重心部分に関係する。そして、この場合、第2の電極は、上記一領域の幾何学的図形の重心位置に少なくとも接する形態になる。 Further, when the defined area is a general graphic surrounded by a closed curve, the central portion is related to, for example, the center of gravity of the geometric graphic. In this case, the second electrode is at least in contact with the barycentric position of the geometric figure in the one region.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments do not limit the present invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.
11…支持基板,12…グレーズ層,13…共通電極,13a…共通電極端部,14…第1層間絶縁層,15…発熱抵抗体,16…個別電極,16a…個別電極端部,16b…個別電極パッド部,17…保護層,18…駆動IC,19…開口パターン,20…レジストマスク,21…第1開口,22,25,26…金属膜,27…第2層間絶縁層,28…第2開口,29…第3層間絶縁層,30…第4層間絶縁層,31…電極開口,32…第3開口
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の電極が前記保温層の表面に配設された電極層と該電極層の所定の箇所に突設された環状部とからなり該環状部が前記電極層を被覆する第1の絶縁体層を貫通し、該第1の絶縁体層上において該第1の絶縁体層と同一の面を形成し、
前記発熱抵抗体が前記第1の絶縁体層の面上に成膜され、前記第1の電極の前記環状部が前記発熱抵抗体の下面側に電気的に接続して前記一領域を画成して前記発熱部をなすようにされ、
前記第2の電極は柱状部を有しその柱状部が前記発熱抵抗体を被覆する第2の絶縁体層を貫通し前記発熱抵抗体の上面側の前記発熱部の中央部分に電気接続して、前記第2の絶縁体層の表面に配設されており、
前記発熱部は前記保温層上に二次元配列されていることを特徴とするサーマルプリントヘッド。 A support substrate; a heat insulating layer made of an insulator formed on the surface of the support substrate; a plurality of heat generating parts made of a heat generating resistor formed on the heat insulating layer; A pair of electrodes comprising a first electrode that is electrically connected to the body and defines a region and a second electrode that is electrically connected to the heating resistor at a central portion of the region; In a thermal print head used in a printing apparatus that includes a protective layer formed on the pair of electrodes and performs a printing process or an overcoat process after the printing process on a recording medium,
First that the annular part consists of a projecting from the annular portion at a predetermined position of the first electrode layer electrodes is disposed on the surface of the insulation layer between the electrode layer covers the electrode layer the insulating layer through, to form the first insulator layer and the same plane in the first insulator layer,
The heating resistor is formed on the surface of the first insulator layer, and the annular portion of the first electrode is electrically connected to the lower surface side of the heating resistor to define the one region. To form the heating part,
The second electrode has a columnar portion, and the columnar portion passes through a second insulator layer covering the heating resistor and is electrically connected to a central portion of the heating portion on the upper surface side of the heating resistor. , Disposed on the surface of the second insulator layer,
The thermal print head, wherein the heat generating portion is two-dimensionally arranged on the heat retaining layer.
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