JP5266519B2 - 発熱抵抗素子部品およびサーマルプリンタ、並びに発熱抵抗素子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、小型ハンディターミナルに代表される小型情報機器端末に多く搭載されるサーマルプリンタに用いられ、印画データに基づいて複数の発熱素子を選択的に駆動することによって感熱記録媒体に印画を行うための発熱抵抗素子部品（サーマルヘッド）に関するものである。
近年、サーマルプリンタは小型情報機器端末に多く用いられるようになってきている。小型情報機器端末はバッテリー駆動であるため、サーマルプリンタの省電力化が強く求められ、そのための発熱効率の高い発熱抵抗素子部品が求められている。
発熱抵抗素子部品の高効率化においては、発熱抵抗体の下層に空洞部を形成させる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱抵抗体上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱抵抗体下方の支持基板に伝達される下方伝達熱量よりも大きくなるので、印字時に必要とされるエネルギー効率が良好となる。
特開２００７−８３５３２号公報
発熱抵抗素子部品の高効率化においては、発熱抵抗体の下層に空洞部を形成させる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱抵抗体上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱抵抗体下方の支持基板に伝達される下方伝達熱量よりも大きくなるので、印字時に必要とされるエネルギー効率が良好となる。
しかしながら、上記特許文献１に開示された発熱抵抗素子部品では、機械的強度の観点から、支持基板の表面側に配置される蓄熱層（絶縁被膜）の厚みをある程度確保する必要があり、発熱抵抗素子部品の厚み（高さ方向の寸法）を減少させるのには限界があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、絶縁被膜の板厚を低減させることができる発熱抵抗素子部品およびサーマルプリンタを提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る発熱抵抗素子部品は、支持基板と、該支持基板の表面側に配置され、エッチング処理により薄板化された絶縁被膜と、該絶縁被膜の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線と、前記絶縁被膜の上に成膜され、これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆する保護膜とを備え、前記支持基板の表面で、かつ、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に凹部が設けられ、前記絶縁被膜を前記支持基板の上に重ね合わせたときに、前記絶縁被膜の少なくとも前記凹部と対向する領域に、フェムト秒レーザの照射による異質相が形成されているとともに、該絶縁被膜における前記発熱抵抗体が配列された一表面の前記異質相と対向する領域に、エッチレートの差による凹凸が形成されており、前記保護膜が、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応して形成された凹凸を表面に有する。
本発明に係る発熱抵抗素子部品は、支持基板と、該支持基板の表面側に配置され、エッチング処理により薄板化された絶縁被膜と、該絶縁被膜の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線と、前記絶縁被膜の上に成膜され、これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆する保護膜とを備え、前記支持基板の表面で、かつ、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に凹部が設けられ、前記絶縁被膜を前記支持基板の上に重ね合わせたときに、前記絶縁被膜の少なくとも前記凹部と対向する領域に、フェムト秒レーザの照射による異質相が形成されているとともに、該絶縁被膜における前記発熱抵抗体が配列された一表面の前記異質相と対向する領域に、エッチレートの差による凹凸が形成されており、前記保護膜が、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応して形成された凹凸を表面に有する。
本発明に係る発熱抵抗素子部品は、支持基板と、該支持基板の表面側に配置され、エッチング処理により薄板化された絶縁被膜と、該絶縁被膜の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線と、前記絶縁被膜の上に成膜され、これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆する保護膜とを備え、前記支持基板と対向する前記絶縁被膜の裏面で、かつ、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に凹部が設けられ、前記絶縁被膜の少なくとも前記凹部に対応する領域に、フェムト秒レーザの照射による異質相が形成されているとともに、該絶縁被膜における前記発熱抵抗体が配列された一表面の前記異質相と対向する領域に、エッチレートの差による凹凸が形成されており、前記保護膜が、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応して形成された凹凸を表面に有する。
本発明に係る発熱抵抗素子部品によれば、例えば、サーマルプリンタにセットされて加圧機構により所定の押圧力で感熱紙に押し付けられたきに曲げ応力が加わる領域（すなわち、絶縁被膜の各凹部と対向する領域）に、機械的強度を向上させる異質相が形成されているので、絶縁被膜の板厚を従来よりも低減させる（例えば、１０μｍよりも薄くする）ことができる。
また、絶縁被膜の上に形成された（積層された）保護膜の表面にも凹凸が形成される（及ぶ）こととなるので、保護膜の表面粗さを大きくすることができ、感熱紙への押し付け力（押圧力）を局所的に高くすることができて、熱伝達効率を向上させることができる。
さらに、保護膜の表面に形成された凹凸により、感熱紙との接触面積が低減されることとなるので、スティッキング現象（印字の際に溶融した発色剤や顕色剤の一部が、通電遮断時に固着してサーマルヘッドに貼り付き、搬送不良となる現象）を防止する（低減させる）ことができる。
また、絶縁被膜の上に形成された（積層された）保護膜の表面にも凹凸が形成される（及ぶ）こととなるので、保護膜の表面粗さを大きくすることができ、感熱紙への押し付け力（押圧力）を局所的に高くすることができて、熱伝達効率を向上させることができる。
さらに、保護膜の表面に形成された凹凸により、感熱紙との接触面積が低減されることとなるので、スティッキング現象（印字の際に溶融した発色剤や顕色剤の一部が、通電遮断時に固着してサーマルヘッドに貼り付き、搬送不良となる現象）を防止する（低減させる）ことができる。
上記発熱抵抗素子部品において、前記凹部が、前記複数の発熱抵抗体に共通して設けられているとさらに好適である。
このような発熱抵抗素子部品によれば、隣接して配置された凹部同士が互いに連通状態とされ、発熱抵抗体で発生した熱（熱量）の、支持基板内への流出経路の一部が遮断されることとなるので、発熱抵抗体で発生した熱（熱量）が、支持基板内へ流出してしまうことをさらに抑制することができ、発熱抵抗体の発熱効率をさらに向上させることができて、消費電力の低減化をさらに図ることができる。
本発明に係るサーマルプリンタは、発熱抵抗体の発熱効率を向上して消費電力の低減化を図ることができる発熱抵抗素子部品を具備しているので、少ない電力で感熱紙に印刷することができ、バッテリーの持続時間を長期化させることができるとともに、プリンタ全体の信頼性を向上させることができる。
本発明に係る発熱抵抗素子部品の製造方法は、支持基板の表面に、空洞部を形成する凹部を加工する段階と、前記支持基板の上に重ね合わせたときに、絶縁被膜の少なくとも前記凹部と対向する領域に、フェムト秒レーザを照射することにより異質相を形成する段階と、前記支持基板の上に前記絶縁被膜を重ね合わせて、これら支持基板と絶縁被膜とを接合する段階と、前記支持基板に接合された前記絶縁被膜をエッチング処理し、該絶縁被膜を薄板化しつつその一表面の前記異質相に対向する領域にエッチレートの差による凹凸を形成する段階と、薄板化された前記絶縁被膜の上に、間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線とを形成する段階と、これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆し、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応する凹凸が表面に形成されるように、該絶縁被膜の上に保護膜と成膜する段階とを含む。
本発明に係る発熱抵抗素子部品の製造方法は、絶縁被膜の裏面に、空洞部を形成する凹部を加工する段階と、前記絶縁被膜の少なくとも前記凹部に対応する領域に、フェムト秒レーザを照射することにより異質相を形成する段階と、支持基板の上に前記絶縁被膜を重ね合わせて、これら支持基板と絶縁被膜とを接合する段階と、前記支持基板に接合された前記絶縁被膜をエッチング処理し、該絶縁被膜を薄板化しつつその一表面の前記異質相に対向する領域にエッチレートの差による凹凸を形成する段階と、薄板化された前記絶縁被膜の上に、間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線とを形成する段階と、これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆し、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応する凹凸が表面に形成されるように、該絶縁被膜の上に保護膜と成膜する段階とを含む。
本発明に係る発熱抵抗素子部品の製造方法によれば、例えば、サーマルプリンタにセットされて加圧機構により所定の押圧力で感熱紙に押し付けられたきに曲げ応力が加わる領域（すなわち、絶縁被膜の各凹部と対向する領域）に、機械的強度を向上させる異質相が形成されているので、絶縁被膜の板厚を従来よりも低減させる（例えば、１０μｍよりも薄くする）ことができて、発熱抵抗素子部品全体の板厚（高さ方向の寸法）を低減させることができる。
また、絶縁被膜の上に形成された（積層された）保護膜の表面にも凹凸が形成される（及ぶ）こととなるので、保護膜の表面粗さを大きくすることができ、感熱紙への押し付け力（押圧力）を局所的に高くすることができて、熱伝達効率を向上させることができる。
さらに、保護膜の表面に形成された凹凸により、感熱紙との接触面積が低減されることとなるので、スティッキング現象（印字の際に溶融した発色剤や顕色剤の一部が、通電遮断時に固着してサーマルヘッドに貼り付き、搬送不良となる現象）を防止する（低減させる）ことができる。
また、絶縁被膜の上に形成された（積層された）保護膜の表面にも凹凸が形成される（及ぶ）こととなるので、保護膜の表面粗さを大きくすることができ、感熱紙への押し付け力（押圧力）を局所的に高くすることができて、熱伝達効率を向上させることができる。
さらに、保護膜の表面に形成された凹凸により、感熱紙との接触面積が低減されることとなるので、スティッキング現象（印字の際に溶融した発色剤や顕色剤の一部が、通電遮断時に固着してサーマルヘッドに貼り付き、搬送不良となる現象）を防止する（低減させる）ことができる。
本発明によれば、絶縁被膜の板厚を低減させることができるという効果を奏する。
以下、本発明に係る発熱抵抗素子部品の第１実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は図２と同様の図であって、本実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
図１は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は図２と同様の図であって、本実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
本実施形態に係る発熱抵抗素子部品１は、サーマルプリンタに用いられるサーマルヘッド（以下、「サーマルヘッド」という。）である。
図２に示すように、サーマルヘッド１は、支持基板（以下、「基板」という。）２と、基板２の上に形成されたアンダーコート（絶縁被膜）３とを備えている。また、図１および図２に示すように、アンダーコート３の上には複数の発熱抵抗体４が一方向に間隔をあけて形成され（配列され）、発熱抵抗体４には配線５が接続されている。配線５は、発熱抵抗体４の配列方向に直交する方向（以下、「印刷対象物送り方向」という。）の一端に接続される共通配線５ａと、他端に接続される個別配線５ｂとから構成されている。さらに、図２に示すように、サーマルヘッド１は、発熱抵抗体４および配線５の上面を被覆する保護膜６を備えている。
なお、発熱抵抗体４が実際に発熱する部分（以下、「発熱部」という。）は、配線５と重ならない部分である。
図２に示すように、サーマルヘッド１は、支持基板（以下、「基板」という。）２と、基板２の上に形成されたアンダーコート（絶縁被膜）３とを備えている。また、図１および図２に示すように、アンダーコート３の上には複数の発熱抵抗体４が一方向に間隔をあけて形成され（配列され）、発熱抵抗体４には配線５が接続されている。配線５は、発熱抵抗体４の配列方向に直交する方向（以下、「印刷対象物送り方向」という。）の一端に接続される共通配線５ａと、他端に接続される個別配線５ｂとから構成されている。さらに、図２に示すように、サーマルヘッド１は、発熱抵抗体４および配線５の上面を被覆する保護膜６を備えている。
なお、発熱抵抗体４が実際に発熱する部分（以下、「発熱部」という。）は、配線５と重ならない部分である。
図２に示すように、基板２の表面（図２において上側の面）には、空洞部（中空断熱層）７を形成する凹部８が形成されている。
凹部８は発熱抵抗体４毎に空洞部（中空断熱層）７を形成するように設けられており、凹部８と凹部８との間はドット間隔壁９で隔てられている（仕切られている）。そして、凹部８の底面（基板２の表面に平行な面）および壁面（基板２の表面と直交する面）と、アンダーコート３の裏面（図２において下側の面）とで形成される（密閉される）空間は、それぞれ空洞部７を構成している。
また、基板２の表面に、複数の凹部８が形成されることにより、凹部８と凹部８との間に位置するドット間隔壁９の表面（図２において上側の面）全体がアンダーコート３の裏面と接触することとなる。すなわち、凹部８と凹部８とは、ドット間隔壁９によって区画される（仕切られる）こととなる。
凹部８は発熱抵抗体４毎に空洞部（中空断熱層）７を形成するように設けられており、凹部８と凹部８との間はドット間隔壁９で隔てられている（仕切られている）。そして、凹部８の底面（基板２の表面に平行な面）および壁面（基板２の表面と直交する面）と、アンダーコート３の裏面（図２において下側の面）とで形成される（密閉される）空間は、それぞれ空洞部７を構成している。
また、基板２の表面に、複数の凹部８が形成されることにより、凹部８と凹部８との間に位置するドット間隔壁９の表面（図２において上側の面）全体がアンダーコート３の裏面と接触することとなる。すなわち、凹部８と凹部８とは、ドット間隔壁９によって区画される（仕切られる）こととなる。
次に、図３（Ａ）から図３（Ｃ）を用いて、本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法について説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、一定の厚さを有するアンダーコート３の表面（図３（Ａ）における上面）からフェムト秒レーザ（１×１０６Ｗ〜１×１０８Ｗ、１×１０−１４sec〜１×１０−１２secの集光した高強度、超極短パルスレーザ）を照射して、アンダーコート３の表面側で、かつ、アンダーコート３を基板２の上に重ね合わせたときに各凹部８と対向する領域（およびその周辺領域）に、異質相（母材（ここではアンダーコート３）と物性の異なる相）１０を形成させる。
なお、本実施形態では、照射ピッチを０．５μｍ〜２０μｍとし、かつ、アンダーコート３の表面から深さ１μｍ〜３０μｍのところに異質相１０が形成されるようにフェムト秒レーザを調整した。
まず、図３（Ａ）に示すように、一定の厚さを有するアンダーコート３の表面（図３（Ａ）における上面）からフェムト秒レーザ（１×１０６Ｗ〜１×１０８Ｗ、１×１０−１４sec〜１×１０−１２secの集光した高強度、超極短パルスレーザ）を照射して、アンダーコート３の表面側で、かつ、アンダーコート３を基板２の上に重ね合わせたときに各凹部８と対向する領域（およびその周辺領域）に、異質相（母材（ここではアンダーコート３）と物性の異なる相）１０を形成させる。
なお、本実施形態では、照射ピッチを０．５μｍ〜２０μｍとし、かつ、アンダーコート３の表面から深さ１μｍ〜３０μｍのところに異質相１０が形成されるようにフェムト秒レーザを調整した。
つづいて、一定の厚さを有する基板２の表面の、発熱抵抗体４が形成される領域毎に、空洞部７を形成する凹部８を加工する。基板２の材料としては、例えば、ガラス基板、単結晶シリコン基板等が用いられる。また、基板２の厚みは、３００μｍ〜１ｍｍ程度である。
凹部８は、例えば、基板２の表面に、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工等を施すことによって形成される。
凹部８は、例えば、基板２の表面に、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工等を施すことによって形成される。
なお、基板２にサンドブラストによる加工を施す場合には、基板２の表面にフォトレジスト材を被覆し、このフォトレジスト材を所定パターンのフォトマスクを用いて露光して、凹部８を形成する領域以外の部分を固化させる。その後、現像により固化していないフォトレジスト材を除去することで、凹部８を形成する領域にフォトレジスト窓を得る。この状態で、基板２の表面にサンドブラストを施すことで、所定深さの凹部８を得る。
エッチングによる加工を施す場合には、同様に、基板２の表面に凹部８を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを形成し、この状態で、基板２の表面にエッチングを施すことで、所定深さの凹部８を得る。このエッチング処理には、単結晶シリコンの場合、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、ＫＯＨ溶液、フッ酸と硝酸の混合液によるエッチング液等によるウェットエッチングが、また、ガラス基板の場合、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングが行われる。そのほか、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング等のドライエッチングが用いられる。
エッチングによる加工を施す場合には、同様に、基板２の表面に凹部８を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを形成し、この状態で、基板２の表面にエッチングを施すことで、所定深さの凹部８を得る。このエッチング処理には、単結晶シリコンの場合、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、ＫＯＨ溶液、フッ酸と硝酸の混合液によるエッチング液等によるウェットエッチングが、また、ガラス基板の場合、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングが行われる。そのほか、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング等のドライエッチングが用いられる。
次に、図３（Ｂ）に示すように、基板２の表面からフォトレジスト材を全て除去した後、この基板２の表面に、アンダーコート３の表面が接するようにして（アンダーコート３の表面を重ね合わせるようにして）接合する（接合工程）。このように基板２の表面にアンダーコート３を形成した状態では、基板２とアンダーコート３との間に、空洞部７が形成される。ここで、凹部８の深さが、空洞部７の深さ（すなわち、中空断熱層７の厚み）となるので、中空断熱層７の厚みの制御は容易である。アンダーコート３の材料としては、例えば、ガラス、樹脂等が用いられる。
また、ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３とを接合する場合は、接着層を用いない熱融着で接合する。ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３との接合処理は、ガラスからなる基板２および薄板ガラスからなるアンダーコート３の徐冷点以上で、かつ、軟化点以下の温度で行われる。そのため、基板２およびアンダーコート３の形状精度を保つことができ、信頼性が高い。
ここで、薄板ガラスとして１０μｍ程度の厚みのものは、製造やハンドリングが困難であり、また高価である。そこで、このような薄い薄板ガラスを直接基板２に接合する代わりに、製造やハンドリングが容易な厚みをもった薄板ガラスを基板２に接合した後に、この薄板ガラスをエッチングや研磨等によって所望の厚みとなるように加工してもよい。この場合には、基板２の一面に容易、かつ、安価にごく薄いアンダーコート３を形成することができる。
また、ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３とを接合する場合は、接着層を用いない熱融着で接合する。ガラスからなる基板２と薄板ガラスからなるアンダーコート３との接合処理は、ガラスからなる基板２および薄板ガラスからなるアンダーコート３の徐冷点以上で、かつ、軟化点以下の温度で行われる。そのため、基板２およびアンダーコート３の形状精度を保つことができ、信頼性が高い。
ここで、薄板ガラスとして１０μｍ程度の厚みのものは、製造やハンドリングが困難であり、また高価である。そこで、このような薄い薄板ガラスを直接基板２に接合する代わりに、製造やハンドリングが容易な厚みをもった薄板ガラスを基板２に接合した後に、この薄板ガラスをエッチングや研磨等によって所望の厚みとなるように加工してもよい。この場合には、基板２の一面に容易、かつ、安価にごく薄いアンダーコート３を形成することができる。
つづいて、アンダーコート３として残したい厚みとなるまで、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングを行う。すると、エッチレートの差により、図３（Ｃ）に示すように、異質相１０の形成された表面側の領域に断面視鋸歯形（または断面視波形）の凹凸１１が形成される。
次に、このようにして形成したアンダーコート３の上に、発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、共通配線５ａ、保護膜６を順次形成して、図１に示すサーマルヘッド１を得る。なお、発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成する順序は任意である。
これら発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、共通配線５ａ、保護膜６は、従来のサーマルヘッドにおけるこれら部材の製造方法を用いて作製することができる。具体的には、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）、蒸着等の薄膜形成法を用いて絶縁被膜上にＴａ系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料の薄膜を成膜し、この発熱抵抗体材料の薄膜をリフトオフ法やエッチング法等を用いて成形することにより所望の形状の発熱抵抗体を形成する。
同様に、アンダーコート３の上に、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜してこの膜をリフトオフ法、もしくはエッチング法を用いて形成したり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成する等して、所望の形状の個別配線５ｂおよび共通配線５ａを形成する。
このようにして発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成した後、アンダーコート３の上にＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜して、保護膜６を形成する。
これら発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、共通配線５ａ、保護膜６は、従来のサーマルヘッドにおけるこれら部材の製造方法を用いて作製することができる。具体的には、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）、蒸着等の薄膜形成法を用いて絶縁被膜上にＴａ系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料の薄膜を成膜し、この発熱抵抗体材料の薄膜をリフトオフ法やエッチング法等を用いて成形することにより所望の形状の発熱抵抗体を形成する。
同様に、アンダーコート３の上に、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜してこの膜をリフトオフ法、もしくはエッチング法を用いて形成したり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成する等して、所望の形状の個別配線５ｂおよび共通配線５ａを形成する。
このようにして発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成した後、アンダーコート３の上にＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜して、保護膜６を形成する。
このようにして製造された本実施形態に係るサーマルヘッド１によれば、加圧機構６４（図５参照）により所定の押圧力で感熱紙６３（図５参照）に押し付けられたきに曲げ応力が加わる領域（すなわち、アンダーコート３の各凹部８と対向する領域（およびその周辺領域））に、機械的強度を向上させる異質相１０が形成されているので、アンダーコート３の板厚を従来よりも低減させる（例えば、１０μｍよりも薄くする）ことができる。
また、図２に示すように、アンダーコート３の上に形成された（積層された）保護膜６の表面にも凹凸１１が形成される（及ぶ）こととなるので、保護膜６の表面粗さを大きくすることができ、感熱紙６３への押し付け力（押圧力）を局所的に高くすることができて、熱伝達効率を向上させることができる。
さらに、保護膜６の表面に形成された凹凸１１により、感熱紙６３との接触面積が低減されることとなるので、スティッキング現象（印字の際に溶融した発色剤や顕色剤の一部が、通電遮断時に固着してサーマルヘッド１に貼り付き、搬送不良となる現象）を防止する（低減させる）ことができる。
また、図２に示すように、アンダーコート３の上に形成された（積層された）保護膜６の表面にも凹凸１１が形成される（及ぶ）こととなるので、保護膜６の表面粗さを大きくすることができ、感熱紙６３への押し付け力（押圧力）を局所的に高くすることができて、熱伝達効率を向上させることができる。
さらに、保護膜６の表面に形成された凹凸１１により、感熱紙６３との接触面積が低減されることとなるので、スティッキング現象（印字の際に溶融した発色剤や顕色剤の一部が、通電遮断時に固着してサーマルヘッド１に貼り付き、搬送不良となる現象）を防止する（低減させる）ことができる。
本発明に係るサーマルヘッドの第２実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る発熱抵抗素子部品であるサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図であり、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）と同様の図である。
本実施形態に係るサーマルヘッドは、アンダーコート３の側に凹部８が形成され、基板２の側には凹部８が形成されていないという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
本実施形態に係るサーマルヘッドは、アンダーコート３の側に凹部８が形成され、基板２の側には凹部８が形成されていないという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
次に、図４（Ａ）から図４（Ｃ）を用いて、本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法について説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、一定の厚さを有するアンダーコート３の表面（図４（Ａ）における上面）の、発熱抵抗体４が形成される領域毎に、空洞部７を形成する凹部８を加工する。
つづいて、アンダーコート３の表面からフェムト秒レーザ（１×１０６Ｗ〜１×１０８Ｗ、１×１０−１４sec〜１×１０−１２secの集光した高強度、超極短パルスレーザ）を照射して、アンダーコート３の表面側で、かつ、各凹部８に対応する領域（およびその周辺領域）に、異質相（母材（ここではアンダーコート３）と物性の異なる相）１０を形成させる。
なお、本実施形態では、照射ピッチを０．５μｍ〜２０μｍとし、かつ、アンダーコート３の表面から深さ１μｍ〜３０μｍのところに異質相１０が形成されるようにフェムト秒レーザを調整した。
まず、図４（Ａ）に示すように、一定の厚さを有するアンダーコート３の表面（図４（Ａ）における上面）の、発熱抵抗体４が形成される領域毎に、空洞部７を形成する凹部８を加工する。
つづいて、アンダーコート３の表面からフェムト秒レーザ（１×１０６Ｗ〜１×１０８Ｗ、１×１０−１４sec〜１×１０−１２secの集光した高強度、超極短パルスレーザ）を照射して、アンダーコート３の表面側で、かつ、各凹部８に対応する領域（およびその周辺領域）に、異質相（母材（ここではアンダーコート３）と物性の異なる相）１０を形成させる。
なお、本実施形態では、照射ピッチを０．５μｍ〜２０μｍとし、かつ、アンダーコート３の表面から深さ１μｍ〜３０μｍのところに異質相１０が形成されるようにフェムト秒レーザを調整した。
次に、図４（Ｂ）に示すように、基板２の表面に、アンダーコート３の表面が接するようにして（アンダーコート３の表面を重ね合わせるようにして）接合する（接合工程）。このように基板２の表面にアンダーコート３を形成した状態では、基板２とアンダーコート３との間に、空洞部７が形成される。ここで、凹部８の深さが、空洞部７の深さ（すなわち、中空断熱層７の厚み）となるので、中空断熱層７の厚みの制御は容易である。アンダーコート３の材料としては、例えば、ガラス、樹脂等が用いられる。
つづいて、アンダーコート３として残したい厚みとなるまで、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングを行う。すると、エッチレートの差により、図４（Ｃ）に示すように、異質相１０の形成された表面側の領域に断面視鋸歯形（または断面視波形）の凹凸１１が形成される。
次に、このようにして形成したアンダーコート３の上に、発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、共通配線５ａ、保護膜６を順次形成して、図１に示すサーマルヘッド１を得る。なお、発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成する順序は任意である。
このようにして発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成した後、アンダーコート３の上にＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜して、保護膜６を形成する。
このようにして発熱抵抗体４、個別配線５ｂ、および共通配線５ａを形成した後、アンダーコート３の上にＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜して、保護膜６を形成する。
このようにして製造された本実施形態に係るサーマルヘッドの作用効果は、第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
なお、本発明に係るサーマルヘッドは、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形実施、変更実施、および組合せ実施可能である。
例えば、上述した第１実施形態では、アンダーコート３の表面からフェムト秒レーザを照射して、アンダーコート３の表面側に異質相１０を形成させたが、アンダーコート３の表面からフェムト秒レーザを照射して、アンダーコート３の裏面側（図３（Ａ）における下面）に異質相１０を形成させてもよい。
これにより、基板２の上にアンダーコート３を重ね合わせる際、アンダーコート３の天地をひっくり返す（表面と裏面とをひっくり返す）工程をなくすことができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
例えば、上述した第１実施形態では、アンダーコート３の表面からフェムト秒レーザを照射して、アンダーコート３の表面側に異質相１０を形成させたが、アンダーコート３の表面からフェムト秒レーザを照射して、アンダーコート３の裏面側（図３（Ａ）における下面）に異質相１０を形成させてもよい。
これにより、基板２の上にアンダーコート３を重ね合わせる際、アンダーコート３の天地をひっくり返す（表面と裏面とをひっくり返す）工程をなくすことができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、第２実施形態のところで説明した凹部８を、フェムト秒レーザを照射することにより加工されるようにするとさらに好適である。
これにより、凹部８を加工する工程と、異質相１０を加工する工程とで、加工装置の統一化を図ることができて、製造工程に要する作業時間を短縮することができる。
これにより、凹部８を加工する工程と、異質相１０を加工する工程とで、加工装置の統一化を図ることができて、製造工程に要する作業時間を短縮することができる。
さらに、上述した実施形態では、凹部８が、発熱抵抗体４と同じ数だけ形成されたものを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら凹部８は、発熱抵抗体４の配列方向に沿って、発熱抵抗体４を跨ぐように形成されたもの、すなわち、一つの凹部であってもよい。
このような凹部が形成されたサーマルヘッドによれば、隣接して配置された凹部同士が互いに連通状態とされ、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）の、基板２内への流出経路の一部が遮断されることとなるので、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）が、基板２内へ流出してしまうことをさらに抑制することができ、発熱抵抗体４の発熱効率をさらに向上させることができて、消費電力の低減化をさらに図ることができる。
このような凹部が形成されたサーマルヘッドによれば、隣接して配置された凹部同士が互いに連通状態とされ、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）の、基板２内への流出経路の一部が遮断されることとなるので、発熱抵抗体４で発生した熱（熱量）が、基板２内へ流出してしまうことをさらに抑制することができ、発熱抵抗体４の発熱効率をさらに向上させることができて、消費電力の低減化をさらに図ることができる。
次に、本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタ６０について、図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ６０は、本体フレーム６１に、水平配置されるプラテンローラ６２と、プラテンローラ６２に感熱紙６３を挟んで押し付けられる上記実施形態に係るサーマルヘッド（例えば、第１実施形態のところで説明したサーマルヘッド１）とを備えている。サーマルヘッド１は、プラテンローラ６２の長手方向に配列された複数の発熱抵抗体４を有し、加圧機構６４により所定の押圧力で感熱紙６３に押し付けられるようになっている。図中、符号６５は紙送り駆動モータである。
本実施形態に係るサーマルプリンタ６０は、本体フレーム６１に、水平配置されるプラテンローラ６２と、プラテンローラ６２に感熱紙６３を挟んで押し付けられる上記実施形態に係るサーマルヘッド（例えば、第１実施形態のところで説明したサーマルヘッド１）とを備えている。サーマルヘッド１は、プラテンローラ６２の長手方向に配列された複数の発熱抵抗体４を有し、加圧機構６４により所定の押圧力で感熱紙６３に押し付けられるようになっている。図中、符号６５は紙送り駆動モータである。
本実施形態に係るサーマルプリンタ６０によれば、サーマルヘッド１の発熱効率が高く、少ない電力で感熱紙６３に印刷することができる。したがって、バッテリーの持続時間を長期化させることが可能となる。
なお、上記各実施形態においては、サーマルヘッドおよび直接感熱発色するサーマルプリンタ６０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、サーマルヘッド以外の発熱抵抗素子部品やサーマルプリンタ６０以外のプリンタ装置にも応用することができる。
例えば、発熱抵抗素子部品としては、熱によってインクを吐出するサーマル式またはバルブ式のインクジェットヘッドを始めとした用途に応用できる。また、サーマルヘッドとほぼ同様の構造である熱消去ヘッドや、熱定着を必要とするプリンタ等の定着ヒータ、光導波路型光部品の薄膜発熱抵抗素子等、他の膜状の発熱抵抗素子部品を保有する電子部品でも同様の効果を得ることができる。
また、プリンタとしては、昇華型または溶融型転写リボンを使用した熱転写プリンタ、印字媒体の発色と証拠が可能なリライタブルサーマルプリンタ、加熱により粘着性を呈する感熱性活性粘着剤式ラベルプリンタ等に適用できる。
１ サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
２ 基板（支持基板）
３ アンダーコート（絶縁被膜）
４ 発熱抵抗体
５ａ 共通配線
５ｂ 個別配線
８ 凹部
１０ 異質相
６０ サーマルプリンタ
２ 基板（支持基板）
３ アンダーコート（絶縁被膜）
４ 発熱抵抗体
５ａ 共通配線
５ｂ 個別配線
８ 凹部
１０ 異質相
６０ サーマルプリンタ
Claims (6)
- 支持基板と、該支持基板の表面側に配置され、エッチング処理により薄板化された絶縁被膜と、該絶縁被膜の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線と、前記絶縁被膜の上に成膜され、これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆する保護膜とを備え、
前記支持基板の表面で、かつ、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に凹部が設けられ、
前記絶縁被膜を前記支持基板の上に重ね合わせたときに、前記絶縁被膜の少なくとも前記凹部と対向する領域に、フェムト秒レーザの照射による異質相が形成されているとともに、該絶縁被膜における前記発熱抵抗体が配列された一表面の前記異質相と対向する領域に、エッチレートの差による凹凸が形成されており、
前記保護膜が、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応して形成された凹凸を表面に有する発熱抵抗素子部品。 - 支持基板と、該支持基板の表面側に配置され、エッチング処理により薄板化された絶縁被膜と、該絶縁被膜の上に間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線と、前記絶縁被膜の上に成膜され、これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆する保護膜とを備え、
前記支持基板と対向する前記絶縁被膜の裏面で、かつ、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に凹部が設けられ、
前記絶縁被膜の少なくとも前記凹部に対応する領域に、フェムト秒レーザの照射による異質相が形成されているとともに、該絶縁被膜における前記発熱抵抗体が配列された一表面の前記異質相と対向する領域に、エッチレートの差による凹凸が形成されており、
前記保護膜が、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応して形成された凹凸を表面に有する発熱抵抗素子部品。 - 前記凹部が、前記複数の発熱抵抗体に共通して設けられている請求項１または２に記載の発熱抵抗素子部品。
- 請求項１から３のいずれか一項に記載の発熱抵抗素子部品からなるサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタ。
- 支持基板の表面に、空洞部を形成する凹部を加工する段階と、
前記支持基板の上に重ね合わせたときに、絶縁被膜の少なくとも前記凹部と対向する領域に、フェムト秒レーザを照射することにより異質相を形成する段階と、
前記支持基板の上に前記絶縁被膜を重ね合わせて、これら支持基板と絶縁被膜とを接合する段階と、
前記支持基板に接合された前記絶縁被膜をエッチング処理し、該絶縁被膜を薄板化しつつその一表面の前記異質相に対向する領域にエッチレートの差による凹凸を形成する段階と、
薄板化された前記絶縁被膜の上に、間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線とを形成する段階と、
これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆し、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応する凹凸が表面に形成されるように、該絶縁被膜の上に保護膜と成膜する段階とを含む発熱抵抗素子部品の製造方法。 - 絶縁被膜の裏面に、空洞部を形成する凹部を加工する段階と、
前記絶縁被膜の少なくとも前記凹部に対応する領域に、フェムト秒レーザを照射することにより異質相を形成する段階と、
支持基板の上に前記絶縁被膜を重ね合わせて、これら支持基板と絶縁被膜とを接合する段階と、
前記支持基板に接合された前記絶縁被膜をエッチング処理し、該絶縁被膜を薄板化しつつその一表面の前記異質相に対向する領域にエッチレートの差による凹凸を形成する段階と、
薄板化された前記絶縁被膜の上に、間隔をあけて配列された複数の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の一端に接続される共通配線と、前記発熱抵抗体の他端に接続される個別配線とを形成する段階と、
これら発熱抵抗体、共通配線および個別配線を被覆し、前記絶縁被膜の前記凹凸に対応する凹凸が表面に形成されるように、該絶縁被膜の上に保護膜と成膜する段階とを含む発熱抵抗素子部品の製造方法。
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