JP5366088B2 - サーマルヘッドおよびプリンタ - Google Patents
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Description
本発明の第1の態様は、表面に凹部を有する支持基板と、該支持基板の表面に積層状態に接合された上板基板と、該上板基板の表面の前記凹部に対応する位置に設けられた発熱抵抗体とを備え、前記上板基板の裏面の少なくとも前記凹部に対向する領域の中心線平均粗さが5nm未満であるサーマルヘッドである。
クラックは深くなるほど、クラック先端に発生する応力が大きくなり、クラックが進行する。そこで、上板基板の裏面の少なくとも凹部に対向する領域、すなわち引張応力がかかる領域において、機械研磨等による切削痕の平均深さを0.1μm未満とすることで、クラックの進行を抑制することができる。
上板基板の裏面の少なくとも凹部に対向する領域に対して、HF水溶液やHF混合液によるウェットエッチングを施すことによって、研磨工程で形成された切削痕を小さくし、クラックの深さが浅くすることができる。これにより、上板基板の裏面のクラックの進行を抑制することができ、上板基板の強度を向上させることができる。
異方性エッチングの例としては、反応性イオンビームエッチングその他のイオンビームエッチング、プラズマエッチング、スパッタエッチング、光エッチング、ガスクラスターイオンビーム法等のドライエッチングがある。
上板基板の裏面の少なくとも凹部に対向する領域に対して、ウェットエッチングにより5μm以上除去することで、上板基板の裏面のマイクロクラックを除去することができ、上板基板の強度を向上させることができる。
フュージョン法やダウンドロー法によれば、未研磨の状態で表面粗さの十分に小さなガラスを製造することができる。したがって、これら製造方法によって製造されたガラスを上板基板に使用することで、支持基板との接合面として、製造されたままの火造り面を使用しても十分な強度を確保することができ、ウェットエッチングや機械研磨等によって上板基板の裏面を平坦化処理する必要を排除することができる。
フュージョン法やダウンドロー法などで製造されたガラスを上板基板に使用し、上板基板の表面に対して機械研磨等を行うことで、平行度の高い上板基板とすることができる。これにより、厚さバラツキの少ない上板基板を形成することができるため、基板全体に配置された全てのサーマルヘッドの発熱効率を均一化することができ、歩留まりを向上することができる。
クラックは加熱処理により、クラック表面のSiのダングリングボンドが再結合し、元の状態にもどることがある。この現象をクラック・ヒーリング効果という。クラック・ヒーリング効果は水分が多い状態では、OH基がクラック表面にターミネートされている。その状態で加熱処理を行った場合、空洞部に水分が閉じ込められ、クラック表面のSiダングリングがOH基と結合したままとなり、元の状態にもどることが困難になる。
このようなプリンタによれば、上記のサーマルヘッドを備えているため、上板基板の強度を確保しつつ、上板基板を薄くしてサーマルヘッドの熱効率を向上することができ、印刷に必要なエネルギー量を低減することができる。これにより、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。
以下、本発明の第1の実施形態に係るサーマルヘッド1およびサーマルプリンタ10について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド1は、例えば図1に示すようなサーマルプリンタ10に用いられており、印刷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紙12等の印刷対象物に印刷を行うものである。
放熱板は、例えば、アルミ等の金属、樹脂、セラミックスまたはガラス等からなる板状部材であり、サーマルヘッド1の固定および放熱を目的とするものである。
サーマルヘッド1は、図3に示すように、矩形状の支持基板3と、支持基板3の表面に接合された上板基板5と、上板基板5上に設けられた複数の発熱抵抗体7と、発熱抵抗体7に接続された電極部8と、発熱抵抗体7および電極部8を覆い、これらを磨耗や腐食から保護する保護膜9とを有している。
本実施形態に係るサーマルヘッド1の製造方法は、図4(a)から図4(h)に示すように、薄板加工前の上板基板5を機械研磨する前処理工程と、支持基板3に凹部2を形成する空洞部形成工程と、上板基板5に平滑化処理を施す平滑化工程と、支持基板3の表面と上板基板5の裏面とを接合する接合工程と、支持基板3に接合された上板基板5を薄板加工する薄板工程と、上板基板5の表面に発熱抵抗体7を形成する抵抗体形成工程と、発熱抵抗体7の上に電極部8を形成する電極形成工程と、電極部8の上に保護膜9を形成する保護膜形成工程とを備えている。以下、上記の各工程について具体的に説明する。
支持基板3と上板基板5とを接合することで、支持基板3に形成された凹部2が上板基板5によって覆われ、支持基板3と上板基板5との間に空洞部4が形成される。
具体的には、抵抗体形成工程では、図4(f)に示すように、スパッタリングやCVD(化学気相成長法)、または、蒸着等の薄膜形成法を用いて上板基板5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する。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7が形成される。
従来のサーマルヘッド100の製造方法は、図8(a)から図8(g)に示すように、薄板加工前の上板基板5を機械研磨する前処理工程と、支持基板3に凹部2を形成する空洞部形成工程と、支持基板3と上板基板5とを接合する接合工程と、支持基板3に接合された上板基板5を薄板加工する薄板工程と、上板基板5の表面に発熱抵抗体7を形成する抵抗体形成工程と、発熱抵抗体7の上に電極部8を形成する電極形成工程と、電極部8の上に保護膜9を形成する保護膜形成工程とを備えている。
図9(b)に示すように、上板基板5の空洞部4上に荷重が加えられると、上板基板5の空洞部4に対向する部分は、図9(a)に示される無荷重の状態に対して、下側に沈み込むように変形する。これにより、図9(b)の矢印50に示すように、上板基板5の下端面(裏面)、特に荷重のかかる中心位置において大きな引張応力が発生する。引張応力は上板基板5の変形量に比例するため、荷重が同じ場合、上板基板5の厚さが薄いほど応力は大きくなる。したがって、高い熱効率を得るために数十μm以下の厚さに加工された上板基板5は、荷重のかかる中心位置、すなわち引張応力がかかる部分を基点として破壊しやすいという問題がある。
以下に、本発明の第2の実施形態に係るサーマルヘッド20について説明する。なお、以降では、前述の実施形態に係るサーマルヘッド1と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
以下に、本発明の第3の実施形態に係るサーマルヘッド30について説明する。なお、以降では、前述の各実施形態に係るサーマルヘッド1,20と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
例えば、第1の実施形態において、平滑化処理工程における上板基板5の平滑化処理は、上板基板5の下端面(裏面)全体に行う必要はなく、凹部2に対向する領域にのみ施すこととしてもよい。
2 凹部
3 支持基板
4 空洞部
5 上板基板
5a 第二研磨面
5b 平滑面
7 発熱抵抗体
8 電極部
9 保護膜
10 サーマルプリンタ(プリンタ)
Claims (9)
- 表面に凹部を有する支持基板と、
該支持基板の表面に積層状態に接合された上板基板と、
該上板基板の表面の前記凹部に対応する位置に設けられた発熱抵抗体とを備え、
前記上板基板の裏面の少なくとも前記凹部に対向する領域の中心線平均粗さが5nm未満であるサーマルヘッド。 - 前記上板基板の裏面の少なくとも前記凹部に対向する領域に形成された傷の平均深さが0.1μm未満である請求項1に記載のサーマルヘッド。
- 前記上板基板の裏面の少なくとも前記凹部に対向する領域に、HF溶液によるウェットエッチングが施された請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッド。
- 前記上板基板の裏面の少なくとも前記凹部に対向する領域に、異方性エッチングにより表層が除去された請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッド。
- 前記上板基板の裏面の少なくとも前記凹部に対向する領域が、ウェットエッチングにより5μm以上除去されている請求項3または請求項4に記載のサーマルヘッド。
- 前記上板基板が、フュージョン法またはダウンフロー等によって製造されたガラス素板であり、
前記支持基板の表面に接合される前記上板基板の裏面が、製造されたままの火造り面である請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッド。 - 前記上板基板の平行度を向上するために、前記上板基板の表面に機械研磨が施された請求項6に記載のサーマルヘッド。
- 前記支持基板と前記上板基板とが乾燥状態で接合され、この接合された接合基板が、200℃以上軟化点以下で熱処理が施された請求項1から請求項7のいずれかに記載のサーマルヘッド。
- 請求項1から請求項8のいずれかに記載のサーマルヘッドを備えるプリンタ。
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