JP5311335B2 - サーマルヘッドの製造方法 - 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サーマルヘッドとその製造方法、及びサーマルプリンタ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サーマルヘッドが求められている。
発熱効率の高いサーマルヘッドとしては、例えば、特許文献1に開示された構造を有するものが知られている。
特開2007−83532号公報
しかしながら、上記特許文献1の図3に開示されたサーマルヘッドは、基板(支持基板)と蓄熱層とが陽極接合によって接合されている。そのため、基板として熱膨張係数が3.3×10−6/℃の単結晶シリコン基板を用い、蓄熱層として安価で加工性は良いが、熱膨張係数が8.6×10−6/℃のソーダガラスを用いた場合には、サーマルヘッドの動作時に、200℃から300℃程度まで上昇する発熱抵抗体の温度によって基板と蓄熱層との間に熱膨張差が発生し、サーマルヘッドに反りや歪みが発生して、感熱紙との当たりが悪くなり、印字品質が低下してしまうおそれがあった。
また、基板として熱膨張係数が3.3×10−6/℃の単結晶シリコン基板を用い、蓄熱層として高価で加工性は悪いが、熱膨張係数が3.2×10−6/℃のパイレックスガラスを用いた場合には、サーマルヘッドに反りや歪みは発生しなくなるが、製造コストが高騰化し、製造工程が煩雑化してしまうといった問題点があった。
一方、上記特許文献1の図4に開示されたサーマルヘッドは、基板と蓄熱層とが接着剤層(接着層)を介して接合されているとともに、接着剤層により空洞部が形成されている。しかしながら、空洞部により発熱効率を向上させるには、空洞部の深さ(高さ)を50μm以上とすることが好ましく、接着剤層だけで高さ50μm以上の空洞部を形成することは困難であった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、発熱効率および印字品質を向上させることができるサーマルヘッドの製造方法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。
本発明の参考例としての発明に係るサーマルヘッドは、支持基板の表面に弾性材料からなる接着層を介して積層された蓄熱層の上に、複数の発熱抵抗体が間隔をあけて配列され、前記支持基板と前記蓄熱層との間の前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空洞部が形成され、該空洞部が、前記支持基板の表面に設けられた凹部と、該凹部を閉塞し、前記空洞部に表面を露出させた前記蓄熱層とにより構成されている。
本発明に係るサーマルヘッドによれば、動作時に、200℃から300℃程度まで上昇する発熱抵抗体の温度によって支持基板と蓄熱層との間に発生する熱膨張差が、弾性材料からなる接着層の弾性変形により吸収され、動作時における反りや歪みがなくなる(あるいは低減することとなる)ので、印字品質を常に最適な状態に維持することができる。
また、支持基板の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、発熱抵抗体の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さ(高さ)を有する空洞部、すなわち、蓄熱層から支持基板への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
上記サーマルヘッドにおいて、前記凹部を形成する壁面および底面が、前記空洞部に露出しているとさらに好適である。
このようなサーマルヘッドによれば、凹部の壁面および底面に、接着層が積層(形成)されていない、すなわち、凹部が形成された支持基板の一面上で、凹部が形成されている領域以外の領域に接着層が積層(形成)されることとなるので、接着層を介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
上記サーマルヘッドにおいて、前記支持基板の一面に、前記凹部の壁面に沿って堰が形成されており、この堰の外側に、前記接着層が配置されているとさらに好適である。
このようなサーマルヘッドによれば、堰の高さと同じ厚さを有する接着層が均一(一様)に形成されていることとなるので、接着層の厚さがバラツク(異なる)ことによって生じていた熱効率の不均一(バラツキ)をなくすことができ、印字品質をさらに向上させることができる。
また、支持基板の一面から蓄熱層の他面に向かって突出する堰の先端面により、発熱抵抗体の表面から加えられる押圧力が支持されることとなるので、印刷時の過大な圧力に対する機械的強度を向上させることができ、耐久性および信頼性を向上させることができる。
本発明の参考例としての発明に係るサーマルプリンタは、発熱効率の高いサーマルヘッドを具備している。
本発明に係るサーマルプリンタによれば、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。
本発明に係るサーマルヘッドの製造方法は、支持基板の表面に凹部を形成し、該凹部の形成された前記支持基板の表面に、平坦なシート状に形成された弾性材料からなる接着層素材を積層し、該接着層素材を熱または外力によって前記支持基板の表面形状に沿わせるように変形させることにより、前記凹部を形成する壁面および底面を露出させずに覆うように前記支持基板表面に接着層を積層し、該接着層を挟んで前記支持基板の表面に蓄熱層を積層状態に接合し、該蓄熱層の表面の前記凹部に対向する領域に、複数の発熱抵抗体を間隔をあけて形成する。
本発明に係るサーマルヘッドの製造方法によれば、支持基板の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、発熱抵抗体の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さ(高さ)を有する空洞部、すなわち、蓄熱層から支持基板への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
上記サーマルヘッドの製造方法において、前記接着層を積層するステップが、平坦なシート状に形成された接着層素材を前記支持基板表面に積層した後に、熱または外力によって、前記凹部が形成された前記支持基板の表面形状に沿わせるように前記接着層素材を変形させる
このようなサーマルヘッドの製造方法によれば、容易に製造することができる平坦なシート状に形成された接着層素材を使用することができるので、製造コストを低減させることができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
本発明の参考例としての発明では、上記サーマルヘッドの製造方法において、前記接着層を積層するステップが、前記凹部が形成された前記支持基板の表面の、前記凹部を除く領域に積層するとさらに好適である。
このようなサーマルヘッドの製造方法によれば、凹部の壁面および底面に、接着層が積層(形成)されていない、すなわち、凹部が形成された支持基板の一面上で、凹部が形成されている領域以外の領域に接着層が積層(形成)されることとなるので、接着層を介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
本発明の参考例としての発明に係るサーマルヘッドの製造方法は、支持基板の表面に、凹部と、該凹部を取り囲む堰とを形成し、前記凹部および前記堰の形成された前記支持基板の表面の前記堰の外側の領域に、弾性材料からなる接着層を積層し、該接着層を挟んで前記支持基板の表面に蓄熱層を積層状態に接合し、該蓄熱層の表面の前記凹部に対向する領域に、複数の発熱抵抗体を間隔をあけて形成する。
本発明の参考例としての発明に係るサーマルヘッドの製造方法は、支持基板の表面に、凹部と、該凹部を取り囲む堰とを形成し、前記凹部および前記堰が形成された前記支持基板の表面に蓄熱層を積層し、該蓄熱層と前記支持基板との間に前記堰によって形成された隙間に、弾性材料からなる接着層素材を注入した後、前記支持基板と前記蓄熱層とを接合する。
本発明に係るこれらサーマルヘッドの製造方法によれば、堰の先端面と蓄熱層の他面との間から空洞部内に流れ込もうとする接着層が堰で堰き止められて、堰の先端面と蓄熱層の他面との間、凹部の壁面や底面への接着層の付着が防止されることとなるので、接着層を介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
また、支持基板の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、発熱抵抗体の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さ(高さ)を有する空洞部、すなわち、蓄熱層から支持基板への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
本発明によれば、発熱効率および印字品質を向上させることができるという効果を奏する。
以下、本発明に係るサーマルヘッドの一実施形態について、図1から図10を参照しながら説明する。
図1は本発明に係るサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタの縦断面図、図2は本実施形態に係るサーマルヘッドの平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図、図3は図2のα−α矢視断面図、図4〜図10は本実施形態に係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に示すように、サーマルプリンタ1は、本体フレーム2と、水平配置されるプラテンローラ3と、プラテンローラ3の外周面に対向配置されるサーマルヘッド4と、プラテンローラ3とサーマルヘッド4との間に感熱紙5を送り出す紙送り機構6と、サーマルヘッド4を感熱紙5に対して所定の押圧力で押し付ける加圧機構7とを備えている。
図2または図3に示すように、サーマルヘッド4は、支持基板(以下、「基板」という。)11と、基板11の一面(図3において上側の面)上に所定パターンで形成された弾性材料からなる接着層(または弾性材料もしくは応力緩和層)12を介して接合された蓄熱層13とを有している。また、蓄熱層13の一面(図3において上側の面)上には、複数の発熱抵抗体14が一方向に間隔をあけて配列され(形成され)ている。さらに、図3に示すように、サーマルヘッド4は、蓄熱層13および発熱抵抗体14の一面(図3において上側の面)を覆って磨耗や腐食から保護する保護膜15を有している。
なお、基板11の他面(図3において下側の面)上には、図示しない放熱板が設けられている。
発熱抵抗体14は、蓄熱層13の一面に所定パターンで形成された発熱抵抗体層16と、発熱抵抗体層16の一面(図3において上側の面)に所定パターンで形成された個別電極17と、個別電極17の一面(図3において上側の面)に所定パターンで形成された共通電極18とを有している。
なお、発熱抵抗体14が実際に発熱する部分(以下、「発熱部」という。)は、個別電極17および共通電極18と重ならない部分である。
図2および図3に示すように、基板11の表面(図3において上側の面)には、空洞部(中空断熱層)19を形成する凹部20が形成されている。
凹部20は、発熱抵抗体14毎に空洞部19を形成するように設けられており、凹部20と凹部20との間はドット間隔壁21(図2参照)で隔てられている(仕切られている)。また、基板11の表面に、複数の凹部20が形成されることにより、凹部20と凹部20との間に位置するドット間隔壁21の表面全体が接着層12を介して蓄熱層13の裏面と接触することとなる。
空洞部19は、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に形成された空間、すなわち、蓄熱層13の他面(図3において下側の面)と、接着層12の壁面(基板11の一面および蓄熱層13の他面と直交する面)および底面(基板11の一面および蓄熱層13の他面に平行な面)とで形成された(密閉された)空間である。そして、この空洞部19内の空間層は、蓄熱層13から基板11への熱の流入を規制する断熱層として機能する。
なお、空洞部19の平面視における寸法は任意であって、発熱部の寸法に近ければ、本実施形態のように発熱部よりも大きくてもよく、また、発熱部よりも小さくてもよい。
接着層12は、基板11の一面と蓄熱層13の他面とを接合するとともに、基板11と蓄熱層13との間に発生する熱膨張差(熱伸び差)を吸収するものである。
接着層12の材料としては、サーマルヘッド4の動作時に、200℃から300℃程度まで上昇する発熱抵抗体14の温度に耐え得る高耐熱性材料、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の有機樹脂材料が用いられる。
つぎに、図4〜図10を用いて、本実施形態に係るサーマルヘッド4の製造方法について説明する。
まず、図4に示すように、一定(300μm〜1mm程度)の厚さを有する基板11の表面の、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域に、空洞部19を形成する凹部20を加工する。基板11の材料としては、例えば、熱膨張係数が8.6×10−6/℃のソーダガラス、熱膨張係数が3.2×10−6/℃のパイレックスガラス、熱膨張係数が3.8×10−6/℃の無アルカリガラス等のガラス基板、熱膨張係数が3.3×10−6/℃の単結晶シリコン基板、熱膨張係数が7.2×10−6/℃のセラミックス基板(アルミナ基板)等が用いられる。
凹部20は、例えば、基板11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11にサンドブラストによる加工を施す場合には、基板11の表面にフォトレジスト材を被服し、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20を形成する領域以外の部分を固化させる。その後、基板11の表面を洗浄して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20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得る。この状態で、基板11の表面にサンドブラストを施すことで、所定深さの凹部20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11の表面に凹部20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11の表面にエッチングを施すことで、所定深さの凹部20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。
つぎに、基板11の表面からエッチングマスクを全て除去した後、図5に示すように、この基板11の一面上全体にペースト状の接着層12を積層(形成)する。
つづいて、図6に示すように、ペースト状の接着層12の一面(図6において上側の面)上に一定(10μm〜100μm程度)の厚さを有する蓄熱層13を重ねて置き、所定の温度と荷重を一定の時間均等に加えて、基板11と蓄熱層13とを接合(接着)する。蓄熱層13の材料としては、例えば、熱膨張係数が8.6×10−6/℃のソーダガラス、熱膨張係数が3.2×10−6/℃のパイレックスガラス、熱膨張係数が3.8×10−6/℃の無アルカリガラス等のガラス基板が用いられる。
ここで、厚さ10μm〜100μm程度の薄いガラス基板からなる蓄熱層13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、このような薄いガラス基板からなる蓄熱層13を直接基板11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ガラス基板からなる蓄熱層13を基板11に接合した後に、この蓄熱層13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11の一面に容易、かつ、安価にごく薄い蓄熱層13を形成することができる。
ガラス基板からなる蓄熱層13のエッチングには、上述したように、凹部20の形成に用いた各種エッチングを用いることができる。また、ガラス基板からなる蓄熱層13の研磨には、例えば、半導体ウェーハ等の高精度研磨に用いられるCMP(ケミカルメカニカルポリッシング)等を用いることができる。
そして、このようにして形成した蓄熱層13の上に、発熱抵抗体層16(図7参照)、個別電極17(図8参照)、共通電極18(図9参照)、保護膜15(図10参照)を順次形成する。なお、発熱抵抗体層16、個別電極17、および共通電極18を形成する順序は任意である。
これら発熱抵抗体層16、個別電極17、共通電極18、保護膜15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蓄熱層13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層16を形成する。
同様に、蓄熱層13の上に、Al、Al−Si、Au、Ag、Cu、Pt等の電極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、電極材料をスクリーン印刷した後に焼成する等して、所望の形状の個別電極17および共通電極18を形成する。
このようにして発熱抵抗体層16、個別電極17、および共通電極18を形成した後、蓄熱層13の上にSiO、Ta、SiAlON、Si、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15を形成する。
本実施形態に係るサーマルヘッド4によれば、サーマルヘッド4の動作時に、200℃から300℃程度まで上昇する発熱抵抗体14の温度によって基板11と蓄熱層13との間に発生する熱膨張差が、弾性材料からなる接着層12の弾性変形により吸収され、動作時におけるサーマルヘッド4の反りや歪みがなくなる(あるいは低減することとなる)ので、印字品質を常に最適な状態に維持することができる。
また、基板11の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層13の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さ(高さ)を有する空洞部19、すなわち、蓄熱層13から基板11への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
また、本実施形態に係るサーマルヘッド4を搭載したサーマルプリンタ1によれば、発熱効率の高いサーマルヘッド4を具備しているので、少ない電力で感熱紙5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。
一方、本実施形態に係るサーマルヘッド4の製造方法によれば、基板11の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層13の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さを有する空洞部19、すなわち、蓄熱層13から基板11への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
なお、基板11の一面上全体にペースト状の接着層12を積層するには、例えば、図11〜図16に示すような方法を採用することができる。
図11に示す方法は、図11(a)に示すように、凹部20が形成された基板11(図4参照)の一面上に一定(10μm〜100μm程度)の厚さを有するシート状の接着層12を重ねて(被せて)置き、図示しない柔らかいローラ、棒、型等を用いて凹部20内に接着層12を押し込んで、基板11の一面上全体を接着層12で覆うようにしたものである。
このように製造すると、容易に製造することができる平坦なシート状に形成された接着層素材を使用することができるので、製造コストを低減させることができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
なお、接着層12は加熱すると押し込みやすくなる。
図12に示す方法は、図12(a)に示すように、凹部20が形成された基板11(図4参照)の一面上に一定の厚さを有するシート状の接着層12が重ねて(被せて)置かれたものを、真空装置25の内部に設けられた台座26の上に置き、真空ポンプ(図示せず)により真空装置25の内部を真空状態にして、図12(b)に示すように、プレス機27で接着層12の一面(図12において上側の面)を押圧し、図12(c)に示すように、真空装置25の内部を大気圧状態に戻すことにより基板11の一面上全体を接着層12で覆うようにしたものである。
図13に示す方法は、スプレー31で霧状にされた接着層素材を、凹部20が形成された基板11(図4参照)の一面に向けて塗布し、基板11の一面上全体を接着層12で覆うようにしたものである。
図14に示す方法は、図14(a)に示すように、凹部20が形成された基板11(図4参照)を、容器36内に収容された液状の接着層素材にディッピングし(漬け)、引き上げて、図14(b)に示すように、基板11の表面全体を接着層12で覆うようにしたものである。
図15に示す方法は、液状の接着層素材を、凹部20が形成された基板11(図4参照)の一面上全体に刷毛41で塗布し、基板11の一面上全体を接着層12で覆うようにしたものである。
図16に示す方法は、液状の接着層12を、凹部20が形成された基板11(図4参照)の一面上で、凹部20が形成されている領域以外の領域に刷毛41(図15参照)等で図15に示す方法よりも厚めに塗布した後、プレス機46等で接着層12の一面(図16において上側の面)を押圧して、図16(b)に示すように、基板11の一面上全体を接着層12で覆うようにしたものである。
本発明の参考例としての発明に係るサーマルヘッドの第1参考実施形態について、図17を用いて説明する。図17は本実施形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、図3と同様の図である。
図17に示すように、本実施形態に係るサーマルヘッド51は、凹部20の壁面(基板11の一面および蓄熱層13の他面と直交する面)20aおよび底面(基板11の一面および蓄熱層13の他面に平行な面)20bに、接着層12が積層(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一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51によれば、凹部20の壁面20aおよび底面20bに、接着層12が積層(形成)されていない、すなわち、凹部20が形成された基板11の一面上で、凹部20が形成されている領域以外の領域に接着層12が積層(形成)されることとなるので、接着層12を介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
なお、ガラスの熱伝導率は0.9W/mK、空気の熱伝導率は0.02W/mK、エポキシ樹脂の熱伝導率は0.21W/mKである。
また、サーマルヘッド51の動作時に、200℃から300℃程度まで上昇する発熱抵抗体14の温度によって基板11と蓄熱層13との間に発生する熱膨張差が、弾性材料からなる接着層12の弾性変形により吸収され、動作時におけるサーマルヘッド51の反りや歪みがなくなる(あるいは低減することとなる)ので、印字品質を常に最適な状態に維持することができる。
さらに、基板11の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層13の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらにまた、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さ(高さ)を有する空洞部19、すなわち、蓄熱層13から基板11への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
また、本実施形態に係るサーマルヘッド51を搭載したサーマルプリンタ1によれば、発熱効率の高いサーマルヘッド51を具備しているので、少ない電力で感熱紙5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。
一方、本実施形態に係るサーマルヘッド51の製造方法によれば、凹部20の壁面20aおよび底面20bに、接着層12が積層(形成)されていない、すなわち、凹部20が形成された基板11の一面上で、凹部20が形成されている領域以外の領域に接着層12が積層(形成)されることとなるので、接着層12を介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
また、基板11の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層13の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さを有する空洞部19、すなわち、蓄熱層13から基板11への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
なお、凹部20が形成された基板11の一面上で、凹部20が形成されている領域以外の領域に接着層12を積層するには、例えば、図18,図19に示すような方法を採用することができる。
図18に示す方法は、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)が、予め機械加工、レーザー加工、抜き加工等によりくり抜かれた一定(10μm〜100μm程度)の厚さを有するシート状の接着層12(図18参照)を、凹部20が形成された基板11(図4参照)の一面上に位置合わせしながら重ねて(被せて)置き、凹部20が形成された基板11の一面上で、凹部20が形成されている領域以外の領域を接着層12で覆うようにしたものである。
図19に示す方法は、液状の接着層素材を、凹部20が形成された基板11(図4参照)の一面上にロールコーター55で塗布し、凹部20が形成された基板11の一面上で、凹部20が形成されている領域以外の領域を接着層12で覆うようにしたものである。
本発明の参考例としての発明に係るサーマルヘッドの第2参考実施形態について、図20を用いて説明する。図20は本実施形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、図3と同様の図である。
図20に示すように、本実施形態に係るサーマルヘッド61は、凹部20の壁面20aに沿って、すなわち、凹部20の平面視における輪郭に沿って堰62が形成されているという点で上述した第2参考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2参考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61によれば、堰62の高さと同じ厚さを有する接着層12が均一(一様)に形成されていることとなるので、接着層12の厚さがバラツク(異なる)ことによって生じていた熱効率の不均一(バラツキ)をなくすことができ、印字品質をさらに向上させることができる。
また、基板11の一面から蓄熱層13の他面に向かって突出する堰62の先端面62aにより、発熱抵抗体14の表面(図20において上側の面)から加えられる押圧力が支持されることとなるので、印刷時の過大な圧力に対する機械的強度を向上させることができ、耐久性および信頼性を向上させることができる。
なお、本実施形態では、堰62の先端面62aと蓄熱層13の他面との間に接着層12は介在しておらず、基板11は蓄熱層13に対して、あるいは蓄熱層13は基板11に対して熱伸びできる(移動できる)ようになっている。
本実施形態に係るサーマルヘッド61によれば、サーマルヘッド61の動作時に、200℃から300℃程度まで上昇する発熱抵抗体14の温度によって基板11と蓄熱層13との間に発生する熱膨張差が、弾性材料からなる接着層12の弾性変形により吸収され、動作時におけるサーマルヘッド61の反りや歪みがなくなる(あるいは低減することとなる)ので、印字品質を常に最適な状態に維持することができる。
また、基板11の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層13の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さ(高さ)を有する空洞部19、すなわち、蓄熱層13から基板11への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
また、本実施形態に係るサーマルヘッド61を搭載したサーマルプリンタ1によれば、発熱効率の高いサーマルヘッド61を具備しているので、少ない電力で感熱紙5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。
一方、本実施形態に係るサーマルヘッド61の製造方法によれば、堰62の先端面62aと蓄熱層13の他面との間から空洞部19内に流れ込もうとする接着層12が堰62で堰き止められて、堰62の先端面62aと蓄熱層13の他面との間、凹部20の壁面20aや底面20bへの接着層12の付着が防止されることとなるので、接着層12を介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
また、基板11の材料として単結晶シリコン基板を採用した場合でも、蓄熱層13の材料として安価で加工性の良いソーダガラスを採用することができるので、製造コストの低減化を図ることができて、製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、発熱抵抗体14の発熱部と対向する領域(発熱部によって覆われる領域)の下方に、発熱効率を向上させるのに十分な深さ(高さ)を有する空洞部19、すなわち、蓄熱層13から基板11への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
なお、凹部20が形成された基板11の一面上で、凹部20および堰62が形成されている領域以外の領域に接着層12を積層するには、例えば、図21〜図23に示すような方法を採用することができる。
図21に示す方法は、凹部20および堰62に対応する領域(発熱部と対向する領域)が、予め機械加工、レーザー加工、抜き加工等によりくり抜かれた一定(10μm〜100μm程度)の厚さを有するシート状の接着層12(図21参照)を、凹部20および堰62が形成された基板11(図20参照)の一面上に位置合わせしながら重ねて(被せて)置き、凹部20および堰62が形成された基板11の一面上で、凹部20および堰62が形成されている領域以外の領域を接着層12で覆うようにしたものである。
図22および図23に示す方法は、蓄熱層13の他面が堰62の先端面62aと当接するように蓄熱層13を基板11の上に重ねて置き(図22参照)、液状の接着層12を、注入器65等を用いて、凹部20および堰62が形成されている領域以外の領域で、堰62の先端面62aと蓄熱層13の他面との間に形成された空間(隙間)S内に注入し、凹部20および堰62が形成された基板11の一面上で、凹部20および堰62が形成されている領域以外の領域を接着層12で覆うようにしたものである。
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、上述した実施形態では、空洞部19が、発熱抵抗体14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、これら空洞部19は、発熱抵抗体14の配列方向に沿って、発熱抵抗体14を跨ぐように形成されたもの、すなわち、一つの空洞部であってもよい。
このような空洞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空洞部同士が互いに連通状態とされ、発熱抵抗体14で発生した熱(熱量)の、基板11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14で発生した熱(熱量)が、基板11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14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。
また、上述した第2参考実施形態では、堰62の先端面62aと蓄熱層13の他面との間に接着層12が介在していないものについて説明したが、図24に示すように、堰62の先端面62aと蓄熱層13の他面との間に接着層12が介在するように構成および製造してもよい。
さらに、上述した実施形態においては、サーマルヘッド4および直接感熱発色するサーマルプリンタ1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4以外の発熱抵抗素子部品やサーマルプリンタ1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4と略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。
本発明に係るサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタの縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図である。 図2のα−α矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の一実施形態に係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。 本発明の参考例としての発明の第1参考実施形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、図3と同様の図である。 本発明の参考例としての発明の第1参考実施形態に係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。 本発明の参考例としての発明の第1参考実施形態に係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。 本発明の参考例としての発明の第2参考実施形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、図3と同様の図である。 本発明の参考例としての発明の第2参考実施形態に係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。 本発明の参考例としての発明の第2参考実施形態に係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。 本発明の参考例としての発明の第2参考実施形態に係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。 本発明の参考例としての発明の他の参考実施形態に係るサーマルヘッドの要部断面図である。
符号の説明
1 サーマルプリンタ
4 サーマルヘッド
11 基板(支持基板)
12 接着層
13 蓄熱層
14 発熱抵抗体
19 空洞部
20 凹部
51 サーマルヘッド
61 サーマルヘッド
62 堰
S 空間(隙間)

Claims (1)

  1. 支持基板の表面に凹部を形成し、
    該凹部の形成された前記支持基板の表面に、平坦なシート状に形成された弾性材料からなる接着層素材を積層し、該接着層素材を熱または外力によって前記支持基板の表面形状に沿わせるように変形させることにより、前記凹部を形成する壁面および底面を露出させずに覆うように前記支持基板表面に接着層を積層し、
    該接着層を挟んで前記支持基板の表面に蓄熱層を積層状態に接合し、
    該蓄熱層の表面の前記凹部に対向する領域に、複数の発熱抵抗体を間隔をあけて形成するサーマルヘッドの製造方法。
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