JP4978042B2 - サーマルヘッド及び印画装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオプリンタ、バーコードプリンタ、ラベルプリンタ、カードプリンタ、ファクシミリ、券売機など各種の印画装置の感熱記録に用いられるサーマルヘッド及びそのサーマルヘッドを組み込んだ印画装置に関する。

従来のサーマルヘッドには、セラミック基板上にグレーズ層が形成され、順次発熱抵抗体層、電気導体層、下部保護層、上部保護層が積層されているものがある（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。

また、従来のサーマルヘッドには、上面に複数個の発熱抵抗体が被着された基板の下面であって、発熱抵抗体の直下領域に凹溝を設けるとともに、この凹溝内に熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・ｋ以上の良熱伝導体からなる粒子を１０重量％以上含有させた放熱コンパウンドを充填し、かつ、放熱コンパウンド中の粒子の含有量を基板の両端域に対して中央域で多くしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
特開平７−１３２６２８号公報（［００１７］、図１） 特開平９−２０１９９３号公報（請求項１，［０００６］〜［００１８］、図１）

サーマルヘッドを組み込んだ印画装置においても、他の種類のプリンタと同様、高速印画の要請が高まってきている。この種の印画装置において高速印画を行うためには、サーマルヘッドの発熱温度を短時間で印画温度まで上昇させる必要がある。しかし、上記した第１の従来例では、セラミック基板の中央域に熱がこもる傾向がある。即ち、発熱部（発熱ドット）間の温度分布にバラツキがあった。このため、印字に際して発熱抵抗体層を繰り返しジュール発熱させると、セラミック基板の両端域よりも中央域で高温となり、記録媒体全体において印画の濃度ムラが発生するおそれがあった。

この点、上記した第２の従来例では、基板中の熱は両端域よりも中央域で放熱板側に良好に伝導され、基板の温度状態はその長さ方向にわたってほぼ一定に維持されるため、発熱部（発熱ドット）間の温度分布のバラツキは緩和される。しかし、上記した第２の従来例では、発熱部（発熱ドット）及びその近傍における温度分布は、発熱部中心に狭い幅のピークを有するプロファイルとなっていることから、記録媒体に印画された印画ドットは、その中心部だけが濃く、周辺部が薄いという、印画ドット内でムラが生じており、高品質の印画を提供することができないという問題がある。一方、印画ドット全体のムラを解消するために、発熱部（発熱ドット）の発熱温度を高めると、上記温度分布のピーク温度が記録媒体の耐熱温度を超えてしまい、記録媒体が焦げるなどの所定の印画品質が得られないおそれがある。この結果、上記した第２の従来例では、上記温度分布のピーク温度を低減しつつ必要な記録濃度を得ることができなかったため、記録媒体に熱ダメージを与えることなく、より高精細で高速な印画の要請に十分に応えることができないという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような課題を解決することができるサーマルヘッド及び印画装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係るサーマルヘッドは、ベース基板上に配列された複数若しくは単一の蓄熱層と、各前記蓄熱層上に形成された複数の発熱体と、各前記蓄熱層の発熱部領域の下部に形成された良熱伝導材料からなる放熱ドットとを備えたサーマルヘッドであって、各前記蓄熱層の発熱部領域は、各前記蓄熱層の他の領域より薄く形成され、かつ中央部が最も薄く、周囲に向かうに従って厚くなっていくように形成されており、前記放熱ドットは、Ｐｔ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｔｉから選ばれた高融点金属、あるいは、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化シリコン、炭化タングステン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素から選ばれた良熱伝導絶縁物を含み、各前記蓄熱層は焼成して得られるガラスグレーズであることを特徴としている。

また、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係り、前記ベース基板は、絶縁性セラミックス基板又は表面に酸化膜が形成された単結晶シリコンからなることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明に係る印画装置は、請求項１又は２に記載のサーマルヘッドを備えることを特徴としている。

本発明によれば、請求項１記載の発明に係るサーマルヘッドは、ベース基板上に配列された複数若しくは単一の蓄熱層と、各前記蓄熱層上に形成された複数の発熱体とを備えたものであり、各前記蓄熱層の発熱部領域は、各前記蓄熱層の他の領域より薄く形成されている。従って、発熱部及びその近傍における温度分布の特性は、従来と比較して、ピーク温度が低いとともに、ピーク温度を示す領域が広く、かつ、その領域がほぼ平坦（均一）である。この結果、記録媒体に印画されたドットは、広範囲にわたってほぼ同等の濃度を示すこととなる。また、発熱部及びその近傍における温度分布の特性は、従来と比較して、ピーク温度が低いので、印画温度からの低下も速く、かつ、印画速度が高速であっても、発熱部のピーク温度が記録媒体の耐熱温度を超えることはないので、高品質のイメージを記録媒体に高速で印画することができる。即ち、高速印画の要請に十分に応えることができる。

また、本発明によれば、請求項５記載の発明に係る印画装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載のサーマルヘッドを備えている。従って、印画速度の高速化に対応しつつ、高品質のイメージを印画することができる。

実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１に係るサーマルヘッド１の構成を示す平面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態１に係るサーマルヘッド１は、例えば、感熱方式の印画装置（即ち、プリンタ）などに発熱源として搭載されるデバイスである。このサーマルヘッド１は、例えば、図２及び図３に示すように、サーマルヘッド薄膜チップ２と、このサーマルヘッド薄膜チップ２を駆動する駆動部３とを備え、サーマルヘッド薄膜チップ２が駆動部３に搭載された構成を有している。

駆動部３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などからなる放熱板４に対してプリント基板（ＰＣＢ；Print Circuit Board）５が部分的に重なるように連結されている。このプリント基板５は、一方の面（上面）に複数個のドライバＩＣ（Integrated Circuit）６が搭載され、他方の面（下面）に外部接続用のコネクタ７が取り付けられている。ドライバＩＣ６は、サーマルヘッド薄膜チップ２を駆動するためのデバイスである。ドライバＩＣ６の各端子は、サーマルヘッド薄膜チップ２の上面に形成された個別電極１５（後述）とそれぞれワイヤ８を介して接続されているとともに、プリント基板５の一方の面に形成されたプリントパターン（図示略）とワイヤ９を介して接続されている。

サーマルヘッド薄膜チップ２の上面に形成された共通電極１６の柱部１６ｂ（後述）は、プリント基板５の一方の面に形成されたプリントパターン（図示略）とワイヤ８を介して接続されている。サーマルヘッド薄膜チップ２は、例えば、シリコーン（Silicone）系の接着剤（図示略）により駆動部３を構成する放熱板４に固定されている。ここで、シリコーンとは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）からなるシロキサン結合（≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡）を骨格とし、そのシリコン（Ｓｉ）にメチル（−ＣＨ_３）を主体とする有機基が結合したポリマーをいう。

図１（ａ）は図２に示すサーマルヘッド薄膜チップ２におけるＢの部分の構成を示す平面図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。サーマルヘッド薄膜チップ２は、ベース基板１１と、グレーズ１２と、発熱体１３と、個別電極１４及び１５と、共通電極１６と、保護膜１７とから概略構成されている。なお、共通電極１６は、図１（ａ）〜（ｃ）では図示せず、図３で図示している。また、保護膜１７は、図１（ａ）及び図２では図示していない。

本実施の形態１に係るサーマルヘッド薄膜チップ２の基本仕様は、例えば、以下の通りである。即ち、サーマルヘッド薄膜チップ２全体における印字長さを示す有効印字長（図３に示す紙面に直交する方向（主走査方向）の長さ）は、約８０ｍｍ、サーマルヘッド薄膜チップ２を構成する発熱体１３の総数は、６４０ｄｏｔｓである。従って、サーマルヘッド薄膜チップ２の１ｍｍ当たりにある発熱体１３の個数を示す発熱体密度は、８ｄｏｔｓ／ｍｍ（＝６４０ｄｏｔｓ／８０ｍｍ）、隣接する発熱体１３の間隔（主走査方向の間隔）を示す発熱体ピッチは、０．１２５ｍｍ（＝８０ｍｍ／６４０ｄｏｔｓ）である。サーマルヘッド薄膜チップ２を構成する複数の発熱体１３が有する抵抗の平均値を示す平均抵抗値は、約８００Ωである。発熱部（発熱ドット）の平面サイズは、約１００μｍ×約１００μｍである。

本実施の形態１に係るサーマルヘッド薄膜チップ２では、ベース基板１１は、例えば、厚さ１ｍｍ程度の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）（アルミナ；alumina）等の絶縁性セラミックス基板や表面に酸化膜が形成された単結晶シリコンから構成されている。ベース基板１１の上面には、厚さ２５μｍ程度のグレーズ１２が帯状に形成されている。グレーズ１２は、例えば、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−ＲＯ系の無鉛、無アルカリのガラスなどの低熱伝導材料からなる。グレーズ１２に用いられるガラスのガラス転移点Ｔｇは、例えば、６５０〜７００℃程度である。

グレーズ１２において、発熱部領域１２ａには、ほぼクレータ（crater）状を呈した凹部１８が形成されており、グレーズ１２の他の厚さが均一な領域１２ｂと比較して薄く形成されている。言い換えれば、発熱部領域１２ａは、中央部が最も薄く、周囲に向かうに従って厚くなっていくように形成されている。凹部１８の中央部における厚さは、例えば、グレーズ１２の他の厚さが均一な領域１２ｂにおける厚さの約７０％程度とする。この凹部１８は、発熱体１３が発生する熱を内部で蓄熱してサーマルヘッド１の熱応答性を良好に維持する蓄熱層としての機能を有している。

上記グレーズ１２の上面には、例えば、ホウ素（Ｂ）又はリン（Ｐ）がドーピングされた厚さ約０．２μｍの多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）薄膜からなる複数の発熱体１３が主走査方向に上記発熱体ピッチで配列されて形成されている。発熱体１３は、それぞれ略矩形状を呈している。発熱体１３は、その両端に接続される個別電極１４及び１５並びに共通電極１６を介して電源電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱紙などの記録媒体に印画を形成するのに必要な所定の温度になる。

さらに、複数の発熱体１３の各上面には、グレーズ１２の発熱部領域１２ａの上面及びその近傍に対応した領域を残して、副走査方向（図１（ｂ）及び図３に示す紙面の左右方向）における両側に、それぞれ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の高導電性材料からなる個別電極１４及び１５が形成されている。個別電極１４は、発熱体１３の一端側から副走査方向に略平行に延出されており、ドライバＩＣ６に接続される接続配線として機能する。また、各個別電極１４は、所定の間隔を有する間隔領域を介して互いに分離されている。一方、個別電極１５は、発熱体１３の他端側から副走査方向に略平行に延出されているとともに、所定の間隔を有する間隔領域を介して互いに分離されている。

さらに、グレーズ１２、発熱体１３、個別電極１４及び１５により構成される発熱素子が主走査方向に所定間隔を隔てて並設されている発熱素子形成領域を囲むように、平面形状が略コ字状を呈する共通電極１６が形成されている。共通電極１６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の高導電性材料からなる。共通電極１６は、梁部１６ａの一部が各個別電極１５の上面の一部を覆うことにより、各個別電極１５と電気的に接続されている。共通電極１６は、電源電力を発熱体１３に供給する給電配線として機能する。

以上説明した発熱体１３、個別電極１４及び１５、共通電極１６の上面には、個別電極１４及び共通電極１６のワイヤ８がボンディングされる各一端を残して保護膜１７が形成されている。この保護膜１７は、発熱体１３、個別電極１４及び１５、共通電極１６が大気中の水分等によって腐食されるのを防止するとともに、記録媒体にイメージを印画する際に、その記録媒体と接触することに起因して発熱体１３や個別電極１４又は１５が磨耗や破損することを防止するためのものである。保護膜１７は、厚さが３〜１０μｍ程度である。保護膜１７は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）及びリン（Ｐ）を有する材料を含んで構成されており、具体的には、シリコン−ホウ素−リン化合物（ＳｉＢＰ）により構成されている。

次に、上記構成を有するサーマルヘッド薄膜チップ２の製造方法について説明する。
（１）ベース基板１１
ベース基板１１がアルミナセラミックスからなる場合、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３））、シリカ（二酸化シリコン（ＳｉＯ_２））、マグネシア（酸化マグネシウム（ＭｇＯ））等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状とした後、これを周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を用いてセラミックグリーンシートを作製する。次に、このセラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工した後、これを高温（例えば、約１６００℃）で焼成する。ベース基板１１を構成するアルミナの純度は、例えば、９５％程度である。

（２）グレーズ１２
まず、ガラス粉末に適当な有機溶剤・有機バインダー等を添加・混合して得られたガラスペーストを、従来周知のスクリーン印刷技術などを使用してベース基板１１の上面所定領域に塗布した後、上記フォトリソグラフィ技術を使用して所定形状に加工する。次に、これを９００℃〜１２００℃の高温で所定時間焼成する。

次に、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）等からなる液滴を、例えば、キャピラリー（毛細管）等を用いて、グレーズ１２の発熱部領域１２ａに滴下し、グレーズ１２の他の厚さが均一な領域１２ｂよりも厚さが薄くなるようにエッチングすることにより、クレータ状を呈する凹部１８を形成する。フッ化水素酸（ＨＦ）を用いる場合、その液滴の大きさ及びエッチング時間は、発熱部（発熱ドット）の形状よりもエッチングされる領域、即ち、凹部１８が小さくなるように任意に選ぶことができる。例えば、液滴の直径を発熱部の幅方向の長さに対して７０％、エッチング時間を２分間に設定した場合、凹部１８の中央部における厚さは、グレーズ１２の他の厚さが均一な領域１２ｂにおける厚さの約７０％程度となる。

（３）発熱体１３、個別電極１４及び１５、共通電極１６
発熱体１３、個別電極１４及び１５、共通電極１６も、従来周知の薄膜形成技術、例えば、スパッタリング、真空蒸着、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法、イオンプレーティング、フォトリソグラフィ（photolithography）技術、エッチング技術を順次使用して形成する。具体的には、まず、各グレーズ１２の上面に、ホウ素（Ｂ）又はリン（Ｐ）がドーピングされたポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）薄膜を形成する。次に、複数の発熱体１３の各上面に、発熱部領域１２ａの上面及びその近傍に対応した領域を残して、副走査方向（図１（ｂ）及び図３に示す紙面の左右方向）における両側に、個別電極１４及び１５をそれぞれ形成する。さらに、グレーズ１２、発熱体１３、個別電極１４及び１５により構成される発熱素子が主走査方向に所定間隔を隔てて並設されている発熱素子形成領域を囲むように、梁部１６ａと、２本の柱部１６ｂとからなり、平面形状が略コ字状を呈する共通電極１６を形成する（図２参照）。

（４）保護膜１７
保護膜１７は、シラン（ＳｉＨ_４）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）及びホスフィン（ＰＨ_３）等を原料としてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を使用して形成する。

次に、上記構成を有するサーマルヘッド１の動作について、図１〜図３を参照して説明する。本実施の形態１に係るサーマルヘッド１では、例えば、感熱方式の印画装置等の装置本体に駆動部３のコネクタ７を介して接続された状態において、画像パターン情報に基づいてドライバＩＣ６により個別電極１４及び１５、共通電極１６にパルス（図示略）が印加されると、これらの個別電極１４及び１５、共通電極１６から供給された電流に基づいて発熱体１３が発熱することにより、印画用の熱が発生する。

このとき発生した熱は、内部でグレーズ１２の凹部１８に蓄熱されるとともに、保護膜１７内を経た後、最終的に記録媒体（図示略）の印画領域まで伝導する。これにより、凹部１８、発熱体１３、個別電極１４及び１５により構成される発熱素子の温度が上昇し、印画温度に到達するので、記録媒体（図示略）の印画領域に印画される。

次に、画像パターン情報に基づいてドライバＩＣ６により個別電極１４及び１５、共通電極１６にパルス（図示略）が印加されなくなると、グレーズ１２の発熱部領域１２ａに蓄熱されていた熱は、ベース基板１１及び駆動部３を構成する放熱板４により放熱される。一方、発熱中心近傍に形成されているグレーズ１２に蓄熱されていた熱は、個別電極１４及び１５並びに共通電極１６を経て放熱される。これにより、凹部１８、発熱体１３、個別電極１４及び１５により構成される発熱素子の温度は、下降する。
以上説明した動作が順次繰り返されることにより、記録媒体（図示略）の所定のイメージが印画される。

ここで、図４に発熱部（発熱ドット）及びその近傍における温度分布の一例を示す。図４（ａ）は図１（ｂ）に示す構造に対応した温度分布の一例、図４（ｂ）は図１（ｃ）に示す構造に対応した温度分布の一例を示す図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、曲線ａはいずれも本実施の形態１に係るサーマルヘッド１の特性を示すもの、曲線ｂはいずれもグレーズ１２に凹部１８を形成しなかった場合、即ち、従来のサーマルヘッドの特性を示すものである。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、相対温度比とは、グレーズ１２に凹部１８を形成しなかった場合、即ち、従来のサーマルヘッドを構成する発熱中心のピーク温度を１に正規化した場合の相対的な温度をいう。

図４に示すように、本実施の形態１に係るサーマルヘッド１では、発熱部中心のグレーズ１２の厚さがその外周部のグレーズ１２の厚さより薄く形成されているため、温度分布の特性は、グレーズ１２に凹部１８を形成しなかった場合、即ち、従来のサーマルヘッドの温度分布の特性と比較して、ピーク温度が低いとともに、ピーク温度を示す領域が広く、かつ、その領域がほぼ平坦（均一）である。

本実施の形態１に係るサーマルヘッド１の発熱部及びその近傍における温度分布が上記特性を示すのは、以下に示す理由による。まず、発熱中心の近傍に形成されているグレーズ１２の近傍に形成されている個別電極１４及び１５並びに共通電極１６は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等から構成されている。アルミニウム（Ａｌ）の熱伝導率（０℃）は、２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、銅（Ｃｕ）の熱伝導率（０℃）は、４０３Ｗ／ｍ・Ｋである。従って、発熱中心近傍に形成されているグレーズ１２に蓄熱される熱は、個別電極１４及び１５並びに共通電極１６を経て放熱される。

一方、グレーズ１２の発熱部領域１２ａに蓄熱される熱は、ベース基板１１及び駆動部３を構成する放熱板４により放熱される。ベース基板１１を構成するアルミナセラミックスの熱伝導率（２０℃）は、１５〜４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるが、放熱板４は、熱伝導率（０℃）が２３７Ｗ／ｍ・Ｋと高いアルミニウム（Ａｌ）などから構成されている。さらに、発熱部中心に形成されているグレーズ１２の凹部１８における厚さは、グレーズ１２の他の厚さが均一な領域１２ｂにおける厚さの約７０％程度である。従って、グレーズ１２の発熱部領域１２ａにおける温度は、その近傍の領域における温度とほぼ等しくなる。この結果、記録媒体に印画されたドットは、広範囲にわたってほぼ同等の濃度を示すこととなる。

また、本実施の形態１に係るサーマルヘッド１を構成する発熱部のピーク温度は、凹部１８を形成しない場合に比べて低いので、印画温度からの低下も速い。従って、印画速度を高速にした場合であっても、発熱部（発熱ドット）のピーク温度が記録媒体の耐熱温度を超えることはないので、高品質のイメージを記録媒体に高速で印画することができる。即ち、本実施の形態１によれば、高速印画の要請に十分に応えることができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るサーマルヘッドを構成するサーマルヘッド薄膜チップの発熱部及びその近傍の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図５において、図１〜図３の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。図５に示すサーマルヘッド薄膜チップの発熱部及びその近傍が図１に示すサーマルヘッド薄膜チップ２の発熱部及びその近傍と異なる点は、グレーズ１２に換えて、グレーズ２１が新たに形成されている点と、放熱ドット２２が新たに形成されている点とである。

放熱ドット２２は、ベース基板１１上面の各発熱部（発熱ドット）の略中央に、半円弧状に盛り上がって形成されている。放熱ドット２２の平面サイズは、発熱部（発熱ドット）の平面サイズ（約１００μｍ×約１００μｍ）よりやや小さい。放熱ドット２２の直径は、例えば、発熱部（発熱ドット）の幅方向の長さ（図５（ｂ）に示す紙面に直交する方向（主走査方向）の長さ）の８０％とする。また、放熱ドット２２の中心部の厚さは、例えば、当該領域における後述するグレーズ２１の厚さを含めた全体の厚さの２０％とする。

放熱ドット２２は、例えば、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属や、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化シリコン、炭化タングステン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の絶縁物などの良熱伝導材料からなる。このうち、高融点金属それぞれの熱伝導率（０℃）は、白金（Ｐｔ）が７２Ｗ／ｍ・Ｋ、タングステン（Ｗ）が１７４Ｗ／ｍ・Ｋ、タンタル（Ｔａ）が５６Ｗ／ｍ・Ｋ、モリブデン（Ｍｏ）が１３９Ｗ／ｍ・Ｋ、チタン（Ｔｉ）が２１．９Ｗ／ｍ・Ｋである。

一方、絶縁物それぞれの熱伝導率（０℃）は、酸化アルミニウムが８２Ｗ／ｍ・Ｋ、酸化ベリリウムが２７２Ｗ／ｍ・Ｋ、炭化シリコンが２７０Ｗ／ｍ・Ｋ、炭化タングステンが１２２Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化アルミニウムが２６０Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化ホウ素が３９０Ｗ／ｍ・Ｋである。

ベース基板１１及び放熱ドット２２の上面には、厚さ２５μｍ程度のグレーズ２１が帯状に形成されている。グレーズ２１の材質は、上記グレーズ１２の材質と同じである。グレーズ２１の表面は、発熱部領域２１ａを含めて平坦となるように研磨されている。従って、グレーズ２１の発熱部領域２１ａにおける厚さは、グレーズ２１の他の厚さが均一な領域２１ｂにおける厚さと比較して薄い。発熱部領域２１ａの中央部における厚さは、例えば、グレーズ２１の他の厚さが均一な領域２１ｂにおける厚さの約８０％程度とする。

なお、上記サーマルヘッド薄膜チップの発熱部及びその近傍以外の構造は、上記した実施の形態１におけるサーマルヘッド薄膜チップ２の構造と同様である。また、本発明の実施の形態２に係るサーマルヘッドのサーマルヘッド薄膜チップ以外の構造は、上記した実施の形態１におけるサーマルヘッド１の構造と同様である。

次に、上記構成を有するサーマルヘッド薄膜チップの製造方法のうち、本発明の実施の形態２における特徴である放熱ドット２２及びグレーズ２１の製造工程について説明する。なお、ベース基板１１、発熱体１３、個別電極１４及び１５、共通電極１６、保護膜１７の製造工程については、上記した実施の形態１の場合と同様である。

（１）放熱ドット２２
白金（Ｐｔ）ペーストを、従来周知のスクリーン印刷技術などを使用してベース基板１１の上面所定領域に塗布した後、約１０００℃程度の高温で所定時間焼成する。
（２）グレーズ２１
まず、ガラス粉末に適当な有機溶剤・有機バインダー等を添加・混合して得られたガラスペーストを、従来周知のスクリーン印刷技術などを使用してベース基板１１の上面所定領域に塗布した後、上記フォトリソグラフィ技術を使用して所定形状に加工する。次に、これを９００℃〜１０００℃の高温で所定時間焼成する。次に、グレーズ２１の表面を、発熱部領域２１ａを含めて平坦となるように研磨する。

次に、上記構成を有するサーマルヘッドの動作について、図５を参照して説明する。本実施の形態２に係るサーマルヘッドでは、例えば、図３に示す感熱方式の印画装置等の装置本体に駆動部３のコネクタ７を介して接続された状態において、画像パターン情報に基づいてドライバＩＣ６により個別電極１４及び１５、共通電極１６にパルス（図示略）が印加されると、これらの個別電極１４及び１５、共通電極１６から供給された電流に基づいて発熱体１３が発熱することにより、印画用の熱が発生する。

このとき発生した熱は、内部でグレーズ１２の発熱部領域２１ａに蓄熱されるとともに、保護膜１７内を経た後、最終的に記録媒体（図示略）の印画領域まで伝導する。これにより、発熱部領域２１ａ、発熱体１３、個別電極１４及び１５により構成される発熱素子の温度が上昇し、印画温度に到達するので、記録媒体（図示略）の印画領域に印画される。

本実施の形態２では、発熱部領域２１ａ直下に良熱伝導材料からなり、半円弧状を呈する放熱ドット２２が形成されており、かつ、発熱部領域２１ａにおける厚さがグレーズ２１の他の厚さが均一な領域２１ｂにおける厚さと比較して薄く形成されている。従って、発熱部領域２１ａ及びその近傍の温度分布の特性は、ピーク温度が低いとともに、ピーク温度を示す領域が広く、かつ、その領域がほぼ平坦（均一）である。

次に、画像パターン情報に基づいてドライバＩＣ６により個別電極１４及び１５、共通電極１６にパルス（図示略）が印加されなくなると、グレーズ２１の発熱部領域２１ａに蓄熱されていた熱は、ベース基板１１及び駆動部３を構成する放熱板４により放熱される。一方、発熱中心近傍に形成されているグレーズ１２に蓄熱されていた熱は、個別電極１４及び１５並びに共通電極１６を経て放熱される。これにより、発熱部領域２１ａ、発熱体１３、個別電極１４及び１５により構成される発熱素子の温度は、下降する。
以上説明した動作が順次繰り返されることにより、記録媒体（図示略）の所定のイメージが印画される。

ここで、図６に発熱部（発熱ドット）及びその近傍における温度分布の一例を示す。図６（ａ）は図５（ｂ）に示す構造に対応した温度分布の一例、図６（ｂ）は図５（ｃ）に示す構造に対応した温度分布の一例を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、曲線ａはいずれも本実施の形態２に係るサーマルヘッドの特性を示すもの、曲線ｂはいずれもグレーズ２１の発熱部領域２１ａ直下に放熱ドット２２を形成しなかった場合、即ち、従来のサーマルヘッドの特性を示すものである。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）において、相対温度比とは、グレーズ２１の発熱部領域２１ａ直下に放熱ドット２２を形成しなかった場合、即ち、従来のサーマルヘッドを構成する発熱中心のピーク温度を１に正規化した場合の相対的な温度をいう。

図６に示すように、本実施の形態２に係るサーマルヘッドでは、発熱部中心のグレーズ２１における厚さがその外周部のグレーズ２１における厚さより薄く形成されているため、温度分布の特性は、グレーズ２１の発熱部領域２１ａ直下に放熱ドット２２を形成しなかった場合、即ち、従来のサーマルヘッドの温度分布の特性と比較して、ピーク温度が低いとともに、ピーク温度を示す領域が広く、かつ、その領域がほぼ平坦（均一）である。

本実施の形態２に係るサーマルヘッドの発熱部及びその近傍における温度分布が上記特性を示すのは、以下に示す理由による。まず、発熱中心の近傍に形成されているグレーズ２１の近傍に形成されている個別電極１４及び１５並びに共通電極１６は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等から構成されている。アルミニウム（Ａｌ）の熱伝導率（０℃）は、２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、銅（Ｃｕ）の熱伝導率（０℃）は、４０３Ｗ／ｍ・Ｋである。従って、発熱中心近傍に形成されているグレーズ２１に蓄熱される熱は、個別電極１４及び１５並びに共通電極１６を経て放熱される。

一方、グレーズ２１の発熱部領域２１ａに蓄熱される熱は、放熱ドット２２、ベース基板１１及び駆動部３を構成する放熱板４により放熱される。ベース基板１１を構成するアルミナセラミックスの熱伝導率（２０℃）は、１５〜４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるが、放熱ドット２２は、熱伝導率（０℃）が７２Ｗ／ｍ・Ｋと高い白金（Ｐｔ）などから構成されているとともに、放熱板４は、熱伝導率（０℃）が２３７Ｗ／ｍ・Ｋと高いアルミニウム（Ａｌ）などから構成されている。

さらに、発熱部中心に形成されているグレーズ２１の発熱部領域２１ａにおける厚さは、グレーズ２１の他の厚さが均一な領域２１ｂにおける厚さの約８０％程度である。従って、グレーズ２１の発熱部領域２１ａにおける温度は、その近傍の領域における温度とほぼ等しくなる。この結果、記録媒体に印画されたドットは、広範囲にわたってほぼ同等の濃度を示すこととなる。

また、本実施の形態２に係るサーマルヘッドを構成する発熱部のピーク温度は、グレーズ２１の発熱部領域２１ａ直下に放熱ドット２２を形成しない場合に比べて低いので、印画温度からの低下も速い。従って、印画速度を高速にした場合であっても、発熱部（発熱ドット）のピーク温度が記録媒体の耐熱温度を超えることはないので、高品質のイメージを記録媒体に高速に印画することができる。即ち、本実施の形態２によれば、高速印画の要請に十分に応えることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る印画装置３１の概略構成を示す概念図である。この印画装置３１は、ビデオプリンタであり、図７に示すように、略六面体状を呈するケーシング３２を有している。ケーシング３２の前面には、液晶ディスプレイ等からなる表示パネル３３、入力キー３４及び排紙口３５がそれぞれ設けられている。

また、ケーシング３２内には、感熱紙３６がロール状に巻き取られた形で収納されている。感熱紙３６の先端部は、複数本（図７では、２本）の搬送ローラ３７に支持されて排紙口３５の手前に位置決めされている。さらに、ケーシング３２内には、上述した実施の形態１に係るサーマルヘッド１又は上述した実施の形態２に係るサーマルヘッド（以下これらを総称して「サーマルヘッド３８」と称する。）が感熱紙３６の上側に位置決めされて組み込まれている。サーマルヘッド３８により感熱紙３６を加熱して発色させることにより、文字や画像などのイメージを感熱紙３６に印刷した後、この感熱紙３６を排紙口３５から排出することができる。

このように、本発明の実施の形態３によれば、上述した実施の形態１又は実施の形態２に係るサーマルヘッド３８を用いているので、本発明の実施の形態３に係る印画装置は、印画速度の高速化に対応しつつ、高品質のイメージを印画することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述した実施の形態１では、凹部１８をフッ化水素酸（ＨＦ）等からなる液滴を発熱部領域１２ａに滴下して形成する例を示したが、これに限定されず、凹部１８は、発熱部領域１２ａにレーザビーム等を照射することにより形成しても良いし、いわゆるナノインプリント技術を利用して形成しても良い。

また、上述した実施の形態２では、放熱ドット２２の形状は、半円弧状を呈する例を示したが、これに限定されず、グレーズ２１の発熱部領域２１ａの平面サイズよりも小さく、かつ、発熱部中心から外周部に向かって厚さが薄くなるような形状であれば良い。また、放熱ドット２２の形成方法は、スクリーン印刷技術に限らず、上記した従来周知の薄膜形成技術、エッチング技術を用いても良い。

また、上述した実施の形態１及び２では、グレーズ１２又は２１上に発熱体１３を長く形成する例を示したが、これに限定されず、発熱体１３は、グレーズ１２又は２１の発熱部領域１２ａ又は２１ａ上側にだけ形成しても良い。
また、上述した実施の形態１及び２では、個別電極１４及び１５がアルミニウム（Ａｌ）からなる例を示したが、これに限定されず、個別電極１４及び１５の材料として、例えば、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｔｉなど）や上記した高融点金属を用いても良い。

また、上述した実施の形態１及び２では、グレーズ１２又は２１を蓄熱層として用いる例を示したが、これに限定されず、蓄熱層は、シリコン（Ｓｉ）と遷移金属と酸素（Ｏ）の多元酸化物セラミックス層からなる無機蓄熱層やポリイミド樹脂などからなる有機蓄熱層でも良い。
また、上述した実施の形態３では、本発明をビデオプリンタ３１に適用する例を示したが、これに限定されず、本発明は、バーコードプリンタ、ラベルプリンタ、カードプリンタ、ファクシミリ、券売機などにも適用することもがきる。
また、上述した各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用することができる。

本発明の実施の形態１に係るサーマルヘッドを構成するサーマルヘッド薄膜チップの発熱部及びその近傍の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態１に係るサーマルヘッドの構成を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す発熱部及びその近傍における温度分布の一例を示す図であり、（ａ）は図１（ｂ）に示す構造に対応した温度分布の一例、（ｂ）は図１（ｃ）に示す構造に対応した温度分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るサーマルヘッドを構成するサーマルヘッド薄膜チップの発熱部及びその近傍の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図５に示す発熱部及びその近傍における温度分布の一例を示す図であり、（ａ）は図５（ｂ）に示す構造に対応した温度分布の一例、（ｂ）は図５（ｃ）に示す構造に対応した温度分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る印画装置の概略構成を示す概念図である。

符号の説明

１，３８ サーマルヘッド
２ サーマルヘッド薄膜チップ
３ 駆動部
４ 放熱板
５ プリント基板
６ ドライバＩＣ
７ コネクタ
８，９ ワイヤ
１１ ベース基板
１２，２１ グレーズ（蓄熱層）
１２ａ，２１ａ 発熱部領域
１２ｂ，２１ｂ 他の領域
１３ 発熱体
１４，１５ 個別電極
１６ 共通電極
１６ａ 梁部
１６ｂ 柱部
１７ 保護膜
１８ 凹部
２２ 放熱ドット
３１ 印画装置
３２ ケーシング
３３ 表示パネル
３４ 入力キー
３５ 排紙口
３６ 感熱紙
３７ 搬送ローラ

Claims (3)

1. ベース基板上に配列された複数若しくは単一の蓄熱層と、各前記蓄熱層上に形成された複数の発熱体と、各前記蓄熱層の発熱部領域の下部に形成された良熱伝導材料からなる放熱ドットとを備えたサーマルヘッドであって、
   各前記蓄熱層の発熱部領域は、各前記蓄熱層の他の領域より薄く形成され、かつ中央部が最も薄く、周囲に向かうに従って厚くなっていくように形成されており、前記放熱ドットは、Ｐｔ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｔｉから選ばれた高融点金属、あるいは、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化シリコン、炭化タングステン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素から選ばれた良熱伝導絶縁物を含み、各前記蓄熱層は焼成して得られるガラスグレーズであることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記ベース基板は、絶縁性セラミックス基板又は表面に酸化膜が形成された単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
3. 請求項１又は２に記載のサーマルヘッドを備えることを特徴とする印画装置。

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