JP5668910B2 - サーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法に関するものである。

従来、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抵抗素子を選択的に駆動することにより感熱記録媒体に印画を行うサーマルヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のサーマルヘッドは、凹部を有する支持基板に上板基板を接合して凹部を閉塞することにより上板基板と支持基板との間に空洞部を形成し、上板基板の表面における空洞部に対向する位置に発熱抵抗体を配置している。このサーマルヘッドは、空洞部を熱伝導率が低い断熱層として機能させ、発熱抵抗体から支持基板側に伝わる熱量を低減して熱効率を向上し、消費電力の低減を図っている。

特開２００９−１１９８５０号公報

しかしながら、上板基板と支持基板との接合面に空気の閉じ込めや微粒子による接合不良部（ボイド）があると、プリンタに使用した場合に上板基板の厚さが薄いために破壊や剥離が発生し、信頼性が低下するという問題がある。また、ボイドがあると製造時の歩留り低下の原因となる。さらに、サーマルプリンタには駆動電圧の低電圧化や長時間使用のための省電力化が要求され、サーマルヘッドにおける印字効率のさらなる向上が求められている。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、耐久性および信頼性が高く製造時の歩留りが向上するとともに、印字効率の向上を図ることができるサーマルヘッド、プリンタおよび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。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、表面に開口部が形成された凹部を有する支持基板と、該支持基板の外形寸法より小さく前記開口部より若干大きい外形寸法を有し、前記支持基板の表面に積層状態に接合されて前記開口部を閉塞する上板基板と、該上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に形成される発熱抵抗体と、前記上板基板を間に挟んで互いに該上板基板と間隔を空けて配され、前記発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極とを備え、前記上板基板が、前記支持基板との接合面とは反対側に配される平坦な先端面と、前記接合面の外周から前記先端面の外周に向かって前記一対の電極の表面を超えて立ち上がる側面とを有し、前記先端面が前記一対の電極の間から前記支持基板側とは反対側に突出しているサーマル
ヘッドを提供する。

本発明によれば、発熱抵抗体が表面に形成された上板基板は蓄熱層として機能する。また、支持基板における凹部の開口部が上板基板により閉塞されることで、上板基板と支持基板との間に空洞部が形成される。この空洞部は発熱抵抗体に対向する位置に配置されているので、発熱抵抗体で発生した熱を断熱する中空断熱層として機能する。したがって、発熱抵抗体において発生した熱のうち上板基板を介して支持基板側へ伝達される熱量を低減し、発熱抵抗体の上方へと伝達され印字等に利用される熱量を増大して熱効率を向上することができる。

この場合において、上板基板の外形寸法を支持基板の外形寸法より小さく凹部の開口部より若干大きくすることで、上板基板に蓄積される熱容量を低減することができる。また、上板基板上に形成される発熱抵抗体を支持基板の表面における上板基板に覆われていない領域より積層方向に突出させ、感熱記録媒体に発熱抵抗体を積極的に接触させて接触圧力を高めることができる。これにより、印字効率を向上することができる。

また、上板基板と支持基板との接合部分の面積を低減し、上板基板と支持基板とを熱融着等により直接接合した場合であっても空気の閉じ込めや微粒子によるボイドの発生を抑制することができる。これにより、耐久性および信頼性を向上するとともに製造時の歩留りを向上することができる。

上記発明においては、前記上板基板の側面が、前記先端面の外周から前記支持基板の表面に向かって広がるように傾斜していることとしてもよい。

このように構成することで、上板基板の先端面全体でプラテンローラの荷重を受けることができ、上板基板の一部に集中荷重が発生してしまうのを防止することができる。また、上板基板の側面を外周から前記支持基板の表面に向かって広がるように傾斜させることにより、上板基板の先端面から側面に沿って発熱抵抗体を形成し易くすることができる。

また、上記発明においては、前記支持基板が、前記開口部の周囲に沿って積層方向に突出する段差部を有することとしてもよい。
このように構成することで、上板基板上に形成される発熱抵抗体と支持基板の表面における上板基板に覆われていない領域との段差を段差部の高さの分だけ大きくし、感熱記録媒体と発熱抵抗体との接触圧力をより高めることができる。また、上板基板の厚さを薄くし、断熱効果を高めて印字効率の向上を図ることができる。

本発明の参考例としての発明においては、前記発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極を備え、該一対の電極の間に位置する前記上板基板の表面に前記発熱抵抗体との積層方向に突出する凸部が形成されていることとしてもよい。

このように構成することで、一対の電極に電圧を印加すると、発熱抵抗体における電極間の領域（発熱部）が発熱する。この場合において、上板基板の凸部により発熱抵抗体の発熱部が積層方向、すなわち、支持基板の凹部から離れる方向に突出した形状となり、発熱部と電極との段差を小さくすることができる。

したがって、発熱部に感熱記録媒体を接触させた場合に、電極との段差により発熱部と感熱記録媒体との間に形成される空気層を低減し、発熱部において発生した熱を感熱記録媒体に効率的に伝達することができる。これにより、印字効率の向上を図ることができる。なお、上板基板の凸部により、発熱抵抗体の発熱部が電極より積層方向に突出していることが好ましい。このようにすることで、発熱部と感熱記録媒体との間の空気層を無くし、サーマルヘッド表面と感熱記録媒体とを密着させることができる。

また、本発明の参考例としての発明においては、前記凸部が、前記凹部に対向する領域内に形成されていることとしてもよい。
このように構成することで、上板基板における凸部が形成されていない厚さが薄い部分を空洞部に対向する領域内に配置し、上板基板に奪われてしまう熱量を低減して熱効率を向上することができる。

また、本発明の参考例としての発明においては、前記凸部が、前記凹部に対向する領域外に拡がることとしてもよい。
このように構成することで、凸部により上板基板における空洞部に対向する領域の厚さを厚くし、上板基板の強度を向上することができる。

また、上記発明においては、前記支持基板と前記上板基板との間に配置され、前記支持基板と前記上板基板とを接着する接着層を備えることとしてもよい。
このように構成することで、表面粗さが大きく安価な支持基板および上板基板を用いた場合であっても、接着層により精度よく接合するとともに空気閉じ込めによるボイドを低減することができる。また、上板基板と支持基板とを熱融着等により直接接合する場合と比較して、接合時の加熱温度を低くすることができる。なお、接着層としては、例えば、樹脂等を用いることができる。

本発明は、上記本発明のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタを提供する。

本発明によれば、耐久性および信頼性が高く熱効率に優れるサーマルヘッドにより、上板基板の破損による故障を防止し、装置の信頼性を高めることができる。また、加圧機構により押し付けられる感熱記録媒体に発熱抵抗体で発生した熱を高効率で伝熱し、感熱記録媒体への印字時の消費電力を低減することができる。これにより、バッテリーの持続時間を長期化することができる。

本発明は、表面に開口する凹部を有する平板状の支持基板に、前記支持基板の外形寸法より小さく前記凹部より大きい外形寸法を有する上板基板を前記凹部が閉塞されるように積層状態に接合する接合工程と、該接合工程により前記支持基板に接合された前記上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に発熱抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、前記上板基板における前記支持基板との接合面とは反対側の平坦な先端面を一対の電極の間から前記支持基板側とは反対側に突出させるように、前記上板基板を間に挟んで前記一対の電極を互いに前記上板基板と間隔を空けて配し、これら一対の電極を前記発熱抵抗体の両端に接続する電極形成工程とを含むサーマルヘッドの製造方法を提供する。

本発明によれば、接合工程において支持基板の外形寸法より小さく凹部より若干大きい外形寸法を有する上板基板を支持基板の表面に接合することで、蓄熱層として機能する上板基板の熱容量を低減し熱効率が高いサーマルヘッドを製造することができる。また、発熱抵抗体形成工程において上板基板上に形成する発熱抵抗体を支持基板の表面における上板基板に覆われていない領域より積層方向に突出させ、感熱記録媒体と発熱抵抗体との接触圧力を高めることができる。これにより、印字効率が高いサーマルヘッドを製造することができる。

また、熱融着等により上板基板と支持基板とを直接接合した場合であっても、支持基板の表面全域に上板基板を接合する場合と比較して、上板基板と支持基板との接合部分にボイドが発生するのを抑制し、耐久性および信頼性が高く製造時の歩留りが向上するサーマルヘッドを製造することができる。なお、接合工程においては、上板基板と支持基板とを熱融着等により直接接合してもよいし、上板基板と支持基板との間に接着層を設けて接着により接合してもよい。

本発明は、表面に開口する凹部を有する平板状の支持基板に前記凹部を閉塞するように平板状の上板基板を積層状態に接合する接合工程と、前記支持基板に接合された前記上板基板を薄板化するとともに、該上板基板における前記支持基板との接合面とは反対側に平坦な先端面を形成する薄板化工程と、前記支持基板に接合された前記上板基板における前記凹部を閉塞する閉塞部分を残し、該閉塞部分より外側を除去する成形工程と、前記薄板化工程による薄板化および前記成形工程による成形が施された前記上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に発熱抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、前記上板基板の前記先端面を一対の電極の間から前記支持基板側とは反対側に突出させるように、前記上板基板を間に挟んで前記一対の電極を互いに前記上板基板と間隔を空けて配し、これら一対の電極を前記発熱抵抗体の両端に接続する電極形成工程とを含むサーマルヘッドの製造方法を提供する。

本発明によれば、接合工程において、製造やハンドリングが容易な厚さを有する上板基板を用いることができ、薄板化工程により支持基板の表面に所望の薄さの上板基板を形成することができる。また、成形工程において、上板基板における凹部の閉塞部分より外側を除去することで、支持基板の表面の一部に積層方向に突出する上板基板が形成される。

したがって、上板基板の外形寸法を小さくし蓄熱層としての熱容量を低減するとともに、感熱記録媒体と発熱抵抗体との接触圧力を高めることができる。また、上板基板と支持基板との接合部分にボイドが発生していたとしても除去することができる。これにより、耐久性および信頼性が高く、製造時の歩留りが向上するとともに印字効率が高いサーマルヘッドを製造することができる。

上記発明においては、前記成形工程が、前記支持基板の表面における前記上板基板に覆われていない領域を所定の厚さまで除去することとしてもよい。
このように構成することで、上板基板上に形成される発熱抵抗体と支持基板の表面における上板基板に覆われていない領域との段差を大きくし、感熱記録媒体と発熱抵抗体との接触圧力を高めることができるサーマルヘッドを製造することができる。

本発明によれば、耐久性および信頼性が高く製造時の歩留りが向上するとともに、印字効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るサーマルプリンタの概略構成図である。 図１のサーマルヘッドを保護膜側から積層方向に見た平面図である。 図２のサーマルヘッドのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）は第１の実施形態の凹部形成工程を示し、（ｂ）は接合工程を示し、（ｃ）は薄板化工程を示し、（ｄ）は成形工程を示し、（ｅ）は抵抗体形成工程を示し、（ｆ）は電極部形成工程を示し、（ｇ）は保護膜形成工程を示す縦断面図である。 本発明の参考例としての発明の第１参考実施例に係るサーマルヘッドの蒲鉾型に形成された上板基板を示す断面図である。 （ａ）は本実施形態の第１の変形例に係るサーマルヘッドの成形工程を示し、（ｂ）は薄板化工程を示している。 本発明の参考例としての発明の第２参考実施例に係るサーマルヘッドを保護膜側から積層方向に見た平面図である。 図８のサーマルヘッドのＢ−Ｂ断面図である。 本発明の参考例としての発明の第３参考実施例に係るサーマルヘッドを保護膜側から積層方向に見た平面図である。 図１０のサーマルヘッドのＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は第３参考実施例の第１成形工程を示し、（ｂ）は第２成形工程を示す縦断面図である。 第３参考実施例に係るサーマルヘッドの他の形態を示した図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に対応する参考例としての発明の第４参考実施例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。 第２の変形例の成形工程を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッドの縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）は第２の実施形態の接着層形成工程を示し、（ｂ）は接合工程を示し、（ｃ）は成形工程を示し、（ｄ）は接着層除去工程を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るサーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ（プリンタ）１０は、図１に示すように、本体フレーム２と、水平配置されるプラテンローラ４と、プラテンローラ４の外周面に対向配置されるサーマルヘッド１と、プラテンローラ４とサーマルヘッド１との間に感熱紙（感熱記録媒体）３等の印刷対象物を送り出す紙送り機構６と、感熱紙３に対してサーマルヘッド１を所定の押圧力で押し付ける加圧機構８とを備えている。

プラテンローラ４には、加圧機構８の作動により、サーマルヘッド１および感熱紙３が押し付けられるようになっている。これにより、プラテンローラ４の荷重が感熱紙３を介してサーマルヘッド１に加えられるようになっている。

サーマルヘッド１は、図２および図３に示すように、基板本体１３と、基板本体１３上に設けられた複数の発熱抵抗体１５と、基板本体１３上の各発熱抵抗体１５の両端に接続された一対の電極部１７Ａ，１７Ｂと、基板本体１３の表面の一部、発熱抵抗体１５および電極部１７Ａ，１７Ｂを覆う保護膜１９とを備えている。なお、矢印Ｙは、プラテンローラ４による感熱紙３の送り方向を示している。

基板本体１３は、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の放熱板２１に固定されており、放熱板２１を介して放熱することができるようになっている。この基板本体１３は、放熱板２１に固定される平板状の支持基板１２と、支持基板１２の表面に積層状態に接合される略平板状の上板基板１４とにより構成されている。

支持基板１２は、例えば、３００μｍ〜１ｍｍ程度の厚さを有する絶縁性のガラス基板またはセラミックス基板等である。支持基板１２には、上板基板１４との接合面に開口部２３ａを有する凹部２３が形成されている。凹部２３は、支持基板１２の長手方向に沿って延びる矩形状に形成されている。

上板基板１４は、１０〜１００μｍ程度の厚さを有する略矩形状のガラス基板である。上板基板１４と支持基板１２は、互いに同じ材料からなるガラス基板かあるいは性質が近い基板を用いることが望ましい。この上板基板１４は、支持基板１２の幅寸法より小さく凹部１３の幅寸法（Ｌｃ）より若干大きい幅寸法を有し、凹部２３の開口部２３ａを閉塞するように配置されている。

具体的には、上板基板１４は、支持基板１２との接合面が開口部２３ａの幅寸法（Ｌｃ)より若干大きい幅寸法（Ｌｍ１）を有している。上板基板１４の接合面のうち開口部２３ａの幅方向の外側にはみ出る領域（接合領域）の幅寸法（Ｌｂ）は、それぞれ凹部２３の幅寸法（Ｌｃ）以下であることが望ましい。

また、上板基板１４は、支持基板１２との接合面とは反対側に平坦な先端面１４ａを有している。また、上板基板１４の側面１４ｂは、先端面１４ａの外周から支持基板１２の表面に向かって広がるように傾斜している。すなわち、上板基板１４は、先端面１４ａの幅寸法（Ｌｍ２）が接合面の幅寸法（Ｌｍ１）より小さい形状を有している。また、上板基板１４は、電極部１７Ａ，１７Ｂの高さより高く形成されている。

上板基板１４の先端面１４ａおよび両側面１４ｂには、複数の発熱抵抗体１５が幅方向に覆うように形成されている。この上板基板１４は、表面に発熱抵抗体１５が設けられることにより、発熱抵抗体１５において発生した熱の一部を蓄える蓄熱層として機能する。

発熱抵抗体１５は、支持基板１２の表面から上板基板１４の両側面１４ｂおよび先端面１４ａに沿って形成され、支持基板１２の凹部２３を幅方向に跨ぐように配置されている。また、発熱抵抗体１５は、上板基板１４の長手方向（支持基板１２の凹部２３の長手方向）に沿って所定の間隔をあけて複数配列されている。

発熱抵抗体１５には、支持基板１２の表面上に位置する両端部に電極部１７Ａ，１７Ｂがそれぞれ接続されている。この発熱抵抗体１５は、電極部１７Ａ，１７Ｂ間に位置する部分、すなわち、凹部２３のほぼ真上に位置する部分が発熱領域となる。以下、発熱抵抗体１５の発熱領域を発熱部１５ａという。

電極部１７Ａ，１７Ｂは、発熱抵抗体１５に電力を供給し発熱部１５ａを発熱させるようになっている。この電極部１７Ａ，１７Ｂは、各発熱抵抗体１５の長手方向の一端に接続される共通電極１７Ａと、各発熱抵抗体１５の他端に接続される複数の個別電極１７Ｂとにより構成されている。共通電極１７Ａは全ての発熱抵抗体１５に一体的に接続され、各個別電極１７Ｂは発熱抵抗体１５ごとに個別に接続されている。

保護膜１９は、発熱抵抗体１５および電極部１７Ａ，１７Ｂを磨耗や腐食から保護する。この保護膜１９は、上板基板１４や電極部１７Ａ，１７Ｂの段差に沿って凹凸を有する表面形状を有している。保護膜１９の表面は、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａを覆う部分（この部分が印字部分となる。）が支持基板１２の表面や電極部１７Ａ，１７Ｂを覆う他の部分より積層方向に突出した凸形状を有している。

このように構成されたサーマルヘッド１は、支持基板１２の凹部２３の開口部２３ａが上板基板１４により閉塞されることで、上板基板１４の直下、すなわち、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａの真下に空洞部２７が形成される。空洞部２７は、全ての発熱抵抗体１５に対向する連通構造を有し、発熱部１５ａにおいて発生した熱が上板基板１４から支持基板１２側へ伝達されるのを抑制する中空断熱層として機能するようになっている。

次に、このように構成されたサーマルヘッド１の製造方法について説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド１の製造方法は、基板本体１３を形成する工程および基板本体１３に発熱抵抗体１５等を形成する工程を有している。基板本体１３を形成する工程は、支持基板１２に凹部２３を形成する凹部形成工程ＳＡ１と、支持基板１２と上板基板１４とを接合する接合工程ＳＡ２と、上板基板１４を薄板化する薄板化工程ＳＡ３と、上板基板１４を成形する成形工程ＳＡ４とを含んでいる。また、発熱抵抗体１５等を形成する工程は、基板本体１３に発熱抵抗体１５を形成する抵抗体形成工程ＳＡ５と、電極部１７Ａ，１７Ｂを形成する電極部形成工程ＳＡ６と、保護膜１９を形成する保護膜形成工程ＳＡ７とを含んでいる。

以下、各工程について図４のフローチャートを参照して具体的に説明する。
まず、凹部形成工程ＳＡ１においては、図５（ａ）に示すように、平板状の支持基板１２の表面において、抵抗体形成工程ＳＡ４により形成される発熱抵抗体１５が対向することとなる位置に凹部２３を形成する。凹部２３は、例えば、支持基板１２の一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り形成する。

続いて、接合工程ＳＡ２においては、図５（ｂ）に示すように、支持基板１２の開口部２３ａを有する表面に、例えば、１００μｍ以上の厚さを有する平板状の薄板ガラス（上板基板）１４を接合する。上板基板１４により凹部２３の開口部２３ａが覆われることで支持基板１２と上板基板１４との間に空洞部２７が形成される。凹部２３の深さにより空洞部２７の厚さが決定されるので、空洞部２７による中空断熱層としての厚さを容易に制御することができる。

接合方法としては、例えば、熱融着による支持基板１２と上板基板１４との直接接合が挙げられる。例えば、室温で支持基板１２と上板基板１４を張り合わせた後、高温で熱融着する。これにより、十分な強度で接合することができる。なお、上板基板１４の変形を防ぐために軟化点以下で接合することが望ましい。

ここで、空気閉じ込めにより凹部２３周辺にボイドが発生したとしても、支持基板１２と上板基板１４との接合部分に閉じ込められた空気を凹部２３に移動させてボイドを消滅させることができる。したがって、凹部２３の開口部２３ａ周辺の接合領域におけるボイドを低減することができる。

続いて、薄板化工程ＳＡ３においては、図５（ｃ）に示すように、上板基板１４をエッチングや研磨等によって所望の薄さとなるように薄板化する。また、上板基板１４の先端面１４ａを平坦な形状にする。上板基板１４の薄板化には、凹部形成工程ＳＡ２において凹部２３の形成に採用される各種エッチングを用いることができる。また、上板基板１４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。

ここで、上板基板１４として１００μｍ以下の厚さのものは、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、接合工程ＳＡ２において当初から厚さが薄い上板基板１４を支持基板１２に接合する代わりに、製造やハンドリングが容易な厚さの上板基板１４を支持基板３に接合し、その後、薄板化工程ＳＡ３により上板基板１４を薄板化することで、支持基板１２の表面に容易かつ安価に、ごく薄い上板基板１４を形成することができる。

続いて、成形工程ＳＡ４においては、図５（ｄ）に示すように、上板基板１４における支持基板１２の開口部２３ａを閉塞する閉塞部分を残し、閉塞部分より外側を除去する。この場合において、上板基板１４の側面１４ｂを先端面１４ａの外周から支持基板１２の表面に向かって広がるように傾斜する形状に形成する。上板基板１４の成形は、例えば、上板基板１４の表面にドライエッチングまたはウェットエッチング等を施すことにより行う。

ここで、上板基板１４を支持基板１２の外形寸法より小さく凹部２３より若干大きい外形寸法にすることで、支持基板１２と上板基板１４との接合部分の面積を低減し、ボイドを減少することができる。また、支持基板１２と上板基板１４との接合領域の幅寸法（Ｌｂ）を凹部２３の幅寸法（Ｌｃ）以下にすることで、ボイドを極力減少することができる。

上記の各工程により、支持基板１２の表面の一部に、すなわち、支持基板１２の表面における空洞部２７の直上に凸形状の上板基板１４が積層状態に配置された基板本体１３が形成される。

次に、抵抗体形成工程ＳＡ５においては、図５（ｅ）に示すように、支持基板１２の表面の一部と上板基板１４の先端面１４ａおよび側面１４ｂを部分的に覆うように複数の発熱抵抗体１５を形成する。また、電極部形成工程ＳＡ６においては、図５（ｆ）に示すように、発熱抵抗体１５の両端に共通電極１７Ａおよび個別電極１７Ｂをそれぞれ接続する。そして、保護膜形成工程ＳＡ７においては、図５（ｇ）に示すように、支持基板１２の表面に配置された上板基板１４、発熱抵抗体１５および電極部１７Ａ，１７Ｂを覆うように保護膜１９を形成する。

これら抵抗体形成工程ＳＡ５、電極部形成工程ＳＡ６、および、保護膜形成工程ＳＡ７においては、従来のサーマルヘッドの製造方法と同様の方法により、それぞれ発熱抵抗体１５、電極部１７Ａ，１７Ｂおよび保護膜１９を形成することができる。

以上の各工程により、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａを覆う保護膜１９の表面の印字部分が、支持基板１２の表面や電極部１７Ａ，１７Ｂを覆う保護膜１９の他の部分の表面より積層方向に突出したサーマルヘッド１が完成する。

次に、このように製造されたサーマルヘッド１およびサーマルプリンタ１０の作用について説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ１０を用いて感熱紙３に印画するには、まず、サーマルヘッド１の個別電極１７Ｂに選択的に電圧を印加する。これにより、選択された個別電極１７Ｂとこれに対向する共通電極１７Ａとが接続されている発熱抵抗体１５に電流が流れ、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａが発熱する。

この場合において、サーマルヘッド１は、空洞部２３が中空断熱層として機能することにより、発熱部１５ａにおいて発生した熱のうち上板基板１４を介して支持基板１２側へ伝達される熱量を低減し、発熱抵抗体１５の上方へと伝達され印字等に利用される熱量を増大して熱効率の向上を図ることができる。また、上板基板１４が凹部２３の開口部２３ａより若干大きい程度の大きさなので、上板基板１４に蓄積される熱容量を低減することができる。

続いて、加圧機構８を作動し、プラテンローラ４により送り出される感熱紙３に向けてサーマルヘッド１を押し付ける。プラテンローラ４は発熱抵抗体１５の配列方向に平行な軸回りに回転し、発熱抵抗体１５の配列方向に直交するＹ方向に向かって感熱紙３を送り出す。この感熱紙３に対して、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａを覆う保護膜１９の表面の印字部分を押し付けることにより、感熱紙３が発色して印字される。

この場合において、発熱部１５ａを覆う保護膜１９の表面の印字部分が保護膜の１９の他の部分の表面より積層方向に突出した凸形状に形成されているので、保護膜１９表面の印字部分を感熱紙３に積極的に接触させて接触圧力を高めることができる。これにより、印字効率を向上することができる。

また、支持基板１２と上板基板１４との接合部分の面積が小さいので、ボイド等による欠陥が少なくサーマルヘッド１の耐久性および信頼性が高い。したがって、上板基板１４の破損による故障を防止することができ、サーマルプリンタ１０の信頼性を高めることができる。また、発熱部１５ａにおいて発生した熱を感熱紙３に高効率で伝熱することができ、印字時の消費電力を低減しバッテリーの持続時間を長期化することができる。

なお、本実施形態においては、上板基板１４が平坦な先端面１４ａを有することとしたが、本発明の参考例としての発明の第１参考実施例としては、例えば、図６に示すように、上板基板１５の接合面とは反対側の面を蒲鉾型の形状としてもよいし、または、お椀型の形状としてもよい。この場合、上板基板１４の形状と同様に、発熱抵抗体１５および保護膜１９を蒲鉾型またはお椀型の形状に形成することとすればよい。このような形状にしても熱効率を向上することができる。

また、本実施形態においては、薄板化工程ＳＡ３および成形工程ＳＡ４により上板基板１４を薄板化および成形することとしたが、これに代えて、あらかじめ所望の薄さの上板基板１４を採用したり、所望の厚さおよび形状に形成された上板基板１４を採用したりし、薄板化工程ＳＡ３や成形工程ＳＡ４を省くこととしてもよい。

なお、本実施形態は、以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、薄板化工程ＳＡ３により薄板化した上板基板１４を成形工程ＳＡ４により成形することとしたが、第１の変形例としては、薄板化工程ＳＡ３と成形工程ＳＡ４の順序を入れ替えてもよい。

具体的には、図７（ａ）に示すように、薄板化する前の上板基板１４に対して、成形工程により支持基板１２の開口部２３ａを閉塞する閉塞部分を残し、閉塞部分より外側を所定の厚さまで除去し、その後、図７（ｂ）に示すように、薄板化工程により上板基板１４をウェットエッチングで所望の薄さまで薄板化することとしてもよい。このようにすることで、成形工程において上板基板１４の厚さが加工し易い状態で成形することができる。また、ウェットエッチングにより薄板化することで、成形工程により成形された上板基板１４の凸形状をそのまま残すことができる。

また、本実施形態においては、支持基板１２の表面上に位置する発熱抵抗体１５の両端部に電極部１７Ａ，１７Ｂを接続することとしたが、本発明の参考例としての発明の第２参考実施例としては、例えば、図８および図９に示すように、上板基板１４の先端面１４ａ上に配置される発熱抵抗体１５の表面まで電極部１７Ａ，１７Ｂを延ばすこととしてもよい。この場合、発熱部１７Ａ，１７Ｂを上板基板１４の側面１４ｂに沿って配置することとすればよい。

このようにすることで、電極部１７Ａ，１７Ｂ間の幅寸法（Ｌｒ）を小さくして発熱部１５ａを凹部２３に対向する領域内に配置し、上板基板１４の先端面１４ａ上に発熱部１５ａを設けることができる。したがって、発熱部１５ａにおいて発生した熱のうち支持基板１２に直接奪われてしまう熱量を低減することができ、熱効率を向上することができる。

また、本発明の参考例としての発明の第３参考実施例としては、例えば、図１０および図１１に示すように、上板基板１４が、先端面１４ａに発熱抵抗体１５との積層方向に突出する凸部３３を有することとしてもよい。以下、上板基板１４の下層を第１の凸部３１、上板基板１４の上層を第２の凸部３３という。

この場合、第２の凸部３３は、第１の凸部３１との境界部分が先端面１４ａの幅寸法（Ｌｍ２）および電極部１７Ａ，１７Ｂ間の幅寸法（Ｌｒ)より小さい幅寸法（Ｌｍ３）を有し、先端部分がさらに小さい幅寸法（Ｌｍ４）を有することとすればよい。また、発熱抵抗体１５は第１の凸部３１および第２の凸部３３の形状に沿って形成し、電極部１７Ａ，１７Ｂを第１の凸部３１の先端面１４ａまで延ばすこととすればよい。また、保護膜１９は、第１の凸部３１および第２の凸部３３の形状に沿って凹凸を有する形状とすればよい。

このようにすることで、第２の凸部３３により発熱抵抗体１５の発熱部１５ａが積層方向、すなわち、空洞部２７から離れる方向に突出した凸形状となり、発熱部１５ａと電極部１７Ａ，１７Ｂとの段差を小さくすることができる。したがって、発熱部１５ａに感熱紙３を接触させた場合に、電極部１７Ａ，１７Ｂとの段差により発熱部１５ａと感熱紙３との間に形成される空気層を低減し、発熱部１５ａにおいて発生した熱を感熱紙３に効率的に伝達することができる。これにより、印字効率の向上を図ることができる。

なお、第２の凸部３３により、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａが電極部１７Ａ，１７Ｂより積層方向に突出していることが好ましい。このようにすることで、発熱部１５ａと感熱紙３との間の空気層を無くし、保護膜１９表面の印字部分と感熱紙３とを密着させることができる。また、第２の凸部３３を空洞部２７に対向する領域内に配置することが好ましい。このようにすることで、上板基板１４における第２の凸部３３が形成されていない部分、すなわち、第１の凸部３１のみからなる厚さが薄い部分を空洞部２７に対向する領域内に配置し、上板基板１４に奪われてしまう熱量を低減して熱効率を向上することができる。

本参考実施例に係るサーマルヘッド１の製造方法は、成形工程が、第２の凸部３３を形成する第１成形工程および第１の凸部３１を形成する第２成形工程を有することとすればよい。具体的には、第１成形工程においては、図１２（ａ）に示すように、薄板化工程ＳＡ３により薄板化された薄板ガラス（上板基板１４）の表面にドライエッチング、ウェットエッチング等を施し、空洞部２７の直上に位置する領域に第２の凸部３３を形成することとすればよい。第２の凸部３３の高さは、電極部形成工程ＳＡ６により形成される電極部１７Ａ，１７Ｂの厚さによって決定し、例えば、０．５〜３μｍとする。

また、第２成形工程においては、図１２（ｂ）に示すように、上板基板１４にドライエッチング、ウェットエッチング等を施し、凹部２３を閉塞する第１の凸部３１の閉塞部分を残し、閉塞部分より外側を除去することとすればよい。
なお、本参考実施例においては、第２の凸部３３を空洞部２７に対向する領域内に配置することとしたが、例えば、図１３に示すように、第２の凸部３３を空洞部２７に対向する領域より外側に拡がるように形成することとしてもよい。このようにすることで、第２の凸部３３により上板基板１４における空洞部２７に対向する領域の厚さを厚くし、上板基板１４の強度を向上することができる。

また、本実施形態の第２の変形例としては、例えば、支持基板１２が、開口部２３ａの周囲に沿って積層方向に突出する段差部３５を有することとしてもよい。すわなち、支持基板１２における上板基板１４との接合部分より外側の厚さを薄くすることとしてもよい。このようにすることで、上板基板１４上に形成される発熱抵抗体１５と支持基板１２の表面における上板基板１４に覆われていない領域との段差を段差部３５の高さの分だけ大きくし、発熱部１５ａと感熱紙３との接触圧力を高めることができる。また、上板基板１４の厚さをより薄くし、断熱効果を高めて印字効率の向上を図ることができる。図１４は、本変形例に対応する参考例としての発明の第４参考実施例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。

本変形例に係るサーマルヘッド１の製造方法は、図１５に示すように、成形工程ＳＡ４において、支持基板１２の凹部２３を閉塞する上板基板１４の閉塞部分より外側を除去するとともに、支持基板１２の表面における上板基板１４に覆われていない領域も部分的に除去し厚さを薄くすることとすればよい。

この場合、支持基板１２の段差部３５の側面と上板基板１４の側面１４ｂとをほぼ面一にすることが好ましい。このようにすることで、段差部３５の側面および上板基板１４の側面１４ｂに沿って発熱抵抗体１５を容易に形成することができる。また、支持基板１２および上板基板１４に同じ材質のガラス基板を採用し、接合工程において接着層を用いずに直接接合することが望ましい。このようにすることで、この構造を容易に実現することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法について説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド１０１は、図１６に示すように、支持基板１２と上板基板１４との間に配置され、支持基板１２と上板基板１４とを接着する接着層１０３を備える点で第１の実施形態と異なる。
以下、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１、サーマルプリンタ１０およびサーマルヘッドの製造方法と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

接着層１０３は、支持基板１２と上板基板１４の接合領域、すなわち、支持基板１２の開口部２３周辺に配置されている。サーマルヘッド１０１は動作時に発熱抵抗体１５の発熱部１５ａの温度が２００℃〜３００℃程度まで上昇するため、接着層１０３を構成する接着剤として発熱部１５ａの温度に耐えられる高耐熱性材料を用いることが望ましい。具体的には、接着層１０３として、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の高分子樹脂材料からなるものを用いる。

ここで、一般的に、サーマルヘッドの保護膜に使用される材料は内部応力が非常に大きい。例えば、スパッタ法で成膜されたＳｉＡｌＯＮは−５００〜−２０００ＭＰａの内部応力（圧縮応力）を有する。そのため、保護膜により上板基板には強い引っ張り応力が加わる。その結果、剛性が低い樹脂等の接着層で接合された上板基板は保護膜の応力に耐えられず、上板基板に亀裂が発生することがある。また、発生した亀裂が上板基板全体に拡大することがある。例えば、参考例として、接着層を挟んで支持基板の表面全域に上板基板が接合されて構成されるサーマルヘッドは、外力により上板基板に亀裂が発生する確率が高くなり、上板基板の大部分の領域に亀裂が拡大することがある。

本実施形態に係るサーマルヘッド１０１は、支持基板１２と上板基板１４との接合領域を支持基板１２の開口部２３ａの周囲に限定することで、上板基板１４への亀裂の発生を抑制することができる。したがって、支持基板の表面全域に上板基板を接合して構成される参考例に係るサーマルヘッドと比較して、高い信頼性および耐久性を両立することができる。
なお、本実施形態に係るサーマルヘッド１０１は、サーマルプリンタ１０に用いることができる。

次に、このように構成されたサーマルヘッド１０１の製造方法について説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド１０１の製造方法は、図１７のフローチャートに示されるように、凹部形成工程ＳＡ１と接合工程ＳＡ２との間に接着層形成工程ＳＢ１を有するとともに、成形工程ＳＡ４が終了した後に余分な接着層１０３を除去する接着層除去工程ＳＢ２とを含んでいる。以下、各工程について具体的に説明する。

接着層形成工程ＳＢ１においては、図１８（ａ）に示すように、支持基板１２と薄板ガラス（上板基板１４）との間に所定パターンの接着層１０３を形成する。例えば、支持基板１２の表面に接着剤を塗布し、スクリーン印刷もしくはフォトリソグラフィを用いたパターニングによって接着層１０３を形成する。

接合工程ＳＡ２においては、直接接合に代えて、図１８（ｂ）に示すように、支持基板１２と上板基板１４とを積層方向に接着層１０３を挟んで張り合わせて接着により接合する。
成形工程ＳＡ４においては、図１８（ｃ）に示すように、上板基板１４における閉塞部分より外側を除去する際に接着層１０３がエッチングストップ層として機能する。

次に、接着層除去工程ＳＢ２においては、図１８（ｄ）に示すように、支持基板１２の表面に露出している接着層１０３を除去する。なお、樹脂は電気的に絶縁材料であるから残してもよいが、保護膜１９による応力に弱いため、本実施形態においては余分な接着層１０３を除去する。

ここで、参考例として、支持基板と上板基板とを直接接合する場合、ボイドの発生は支持基板および上板基板の表面粗さに影響され、表面粗さが大きいほどボイド数は増加し、また、ボイドが大きくなる。ボイドの発生を防ぐには、支持基板および上板基板の表面粗さを１ｎｍ以下に抑えることが好ましい。

本実施形態に係るサーマルヘッド１０１の製造方法は、接合工程ＳＡ２において支持基板１２と上板基板１４とを樹脂等の接着層１０３を用いて接合することで、空気閉じ込めによるボイドを防ぐことができる。また、表面粗さが大きく安価な支持基板１２および上板基板１４を使用したり、接合時の加熱温度を低くしたりすることができる。

また、他の参考例として、接着層を挟んで支持基板の表面全域に上板基板が接合されて構成されるサーマルヘッドは、ダイサーやスクライバーなどによる素子分割時に上板基板の端面に多くのクラックが発生することがある。

本実施形態に係るサーマルヘッド１０１の製造方法は、成形工程ＳＡ４において、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて上板基板１４を支持基板１２の外形寸法より小さくすることにより、上板基板１４の端面にクラックが発生するのを防ぐことができる。したがって、保護膜１９の応力による上板基板１４の亀裂の発生を防止し、信頼性および耐久性が高いサーマルヘッド１０１を製造することができる。また、成形工程ＳＡ４において、接着層１０３がエッチングストップ層として機能することにより上板基板１４の厚さを容易に制御することができる。

なお、本実施形態においては、薄板化工程ＳＡ３後に成形工程ＳＡ４を行う方法を例示して説明したが、例えば、成形工程後に薄板化工程を行うこととしてもよく、その場合には薄板化工程後に接着層除去工程ＳＢ２を行うこととすればよい。

また、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては上板基板１４の接合面における凹部２３に対向する領域に接着層１０３を形成しないが、図１９に示すように、上板基板１４の接合面全域に接着層１０３を形成することとしてもよい。このようにすることで、接着層形成工程ＳＢ１において所定のパターニングを行う必要がなく、工程を簡略化することができる。なお、一般的に、樹脂材料の熱伝導率はガラス材料の１／３程度であり、樹脂からなる接着層１０３の厚さを上板基板１４の厚さの１／３以下に抑えれば、上板基板１４の接合面における凹部２３に対向する領域に接着層１０３がない場合と比較して蓄熱層の熱コンダクタンスの上昇を１０％程度に抑えることができ、断熱特性を大きく損なうことはない。

１，１０１ サーマルヘッド
３ 感熱紙（感熱記録媒体）
８ 加圧機構
１２ 支持基板
１４ 上板基板
１４ａ 先端面
１４ｂ 側面
１５ 発熱抵抗体
１７Ａ，１７Ｂ 電極部（電極）
２３ 凹部
２３ａ 開口部
３３ 第２の凸部（凸部）
３５ 段差部
１０ サーマルプリンタ（プリンタ）
ＳＡ２ 接合工程
ＳＡ３ 薄板化工程
ＳＡ４ 成形工程
ＳＡ５ 抵抗体形成工程

Claims (8)

1. 表面に開口部が形成された凹部を有する支持基板と、
   該支持基板の外形寸法より小さく前記開口部より大きい外形寸法を有し、前記支持基板の表面に積層状態に接合されて前記開口部を閉塞する上板基板と、
   該上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に形成される発熱抵抗体と、
   前記上板基板を間に挟んで互いに該上板基板と間隔を空けて配され、前記発熱抵抗体の両端に接続される一対の電極とを備え、
   前記上板基板が、前記支持基板との接合面とは反対側に配される平坦な先端面と、前記接合面の外周から前記先端面の外周に向かって前記一対の電極の表面を超えて立ち上がる側面とを有し、前記先端面が前記一対の電極の間から前記支持基板側とは反対側に突出しているサーマルヘッド。
2. 前記上板基板の側面が、前記先端面の外周から前記支持基板の表面に向かって広がるように傾斜している請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 前記支持基板が、前記開口部の周囲に沿って積層方向に突出する段差部を有する請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記支持基板と前記上板基板との間に配置され、前記支持基板と前記上板基板とを接着する接着層を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッド。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のサーマルヘッドと、
   該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタ。
6. 表面に開口する凹部を有する平板状の支持基板に、前記支持基板の外形寸法より小さく前記凹部より大きい外形寸法を有する上板基板を前記凹部が閉塞されるように積層状態に接合する接合工程と、
   該接合工程により前記支持基板に接合された前記上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に発熱抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、
   前記上板基板における前記支持基板との接合面とは反対側の平坦な先端面を一対の電極の間から前記支持基板側とは反対側に突出させるように、前記上板基板を間に挟んで前記一対の電極を互いに前記上板基板と間隔を空けて配し、これら一対の電極を前記発熱抵抗体の両端に接続する電極形成工程とを含むサーマルヘッドの製造方法。
7. 表面に開口する凹部を有する平板状の支持基板に前記凹部を閉塞するように平板状の上板基板を積層状態に接合する接合工程と、
   前記支持基板に接合された前記上板基板を薄板化するとともに、該上板基板における前記支持基板との接合面とは反対側に平坦な先端面を形成する薄板化工程と、
   前記支持基板に接合された前記上板基板における前記凹部を閉塞する閉塞部分を残し、該閉塞部分より外側を除去する成形工程と、
   前記薄板化工程による薄板化および前記成形工程による成形が施された前記上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に発熱抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、
   前記上板基板の前記先端面を一対の電極の間から前記支持基板側とは反対側に突出させるように、前記上板基板を間に挟んで前記一対の電極を互いに前記上板基板と間隔を空けて配し、これら一対の電極を前記発熱抵抗体の両端に接続する電極形成工程とを含むサーマルヘッドの製造方法。
8. 前記成形工程が、前記支持基板の表面における前記上板基板に覆われていない領域を所定の厚さまで除去する請求項７に記載のサーマルヘッドの製造方法。

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