JP5918383B2 - サーマルヘッドおよびこれを備えるサーマルプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、サーマルヘッドおよびこれを備えるサーマルプリンタに関する。

従来、ファクシミリあるいはビデオプリンタ等の印画デバイスとして、種々のサーマルヘッドが提案されている。例えば、基板と、基板上に並べて設けられた複数の発熱部と、発熱部に電気的に接続された電極と、発熱部、および電極の一部を被覆する保護層とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、保護層が、発熱部上に設けられた第１保護層と、第１保護層上に設けられ、第１保護層よりも熱伝導率の低い第２保護層とを有したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２−０６２７７５号公報

しかしなら、上記のサーマルヘッドでは、発熱部に生じた熱が、発熱部上に設けられた熱伝導率の高い第１保護層に拡散されることとなり、発熱部上に熱集中が生じる可能性がある。

本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドは、基板と、該基板上に並べて設けられた複数の発熱部と、該発熱部に電気的に接続された電極と、前記発熱部および前記電極の一部を被覆する保護層とを備えている。また、保護層は、前記発熱部上に設けられた第１保護層と、一部が該第１保護層上に設けられ、該第１保護層よりも熱伝導率の高い第２保護層とを有している。また、第２保護層は、第１保護層が設けられていない電極上にまで広がって配置されている。

本発明によれば、第１保護層の熱を、第１保護層よりも幅の大きい第２保護層により効率よく拡散することができ、発熱部上に熱集中が生じる可能性を低減することができる。

本発明のサーマルヘッドの一実施形態を示す平面図である。 図１に示すＩ−Ｉ線断面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。 （ａ）は図１に示すサーマルヘッドの一部を抜粋して示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）を発熱部の配列方向から見た断面図である。 本発明のサーマルプリンタの一実施形態の概略構成図である。 本発明のサーマルヘッドの他の実施形態を示し、（ａ）はサーマルヘッドの一部を抜粋して示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）を発熱部の配列方向から見た断面図である。 本発明のサーマルヘッドのさらに他の実施形態を示し、（ａ）はサーマルヘッドの一部を抜粋して示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）を発熱部の配列方向から見た断面図である。 サーマルヘッドのさらに他の実施形態を示す発熱部の配列方向から見た断面図である。 本発明のサーマルヘッドのさらに他の実施形態を示す発熱部の配列方向から見た断面図である。 本発明のサーマルヘッドのさらに他の実施形態を示し、（ａ）はサーマルヘッドの一部を抜粋して示す拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明のサーマルヘッドのさらに他の実施形態を示す平面図である。

＜第１の実施形態＞
以下、サーマルヘッドＸ１について図１〜４を参照して説明する。サーマルヘッドＸ１は、放熱体１と、放熱体１上に配置されたヘッド基体３と、ヘッド基体３に接続されたフレキシブルプリント配線板５（以下、ＦＰＣ５という）とを備えている。なお、図１では、ＦＰＣ５の図示を省略し、ＦＰＣ５が配置される領域を一点鎖線で示しており、図１〜３においては、保護層２５の構成を簡略化して示している。

放熱体１は、板状に形成されており、平面視して長方形状をなしている。放熱体１は、板状の台部１ａと、台部１ａから突出した突起部１ｂとを有している。放熱体１は、例えば、銅、鉄またはアルミニウム等の金属材料で形成されており、ヘッド基体３の発熱部９で発生した熱のうち、印画に寄与しない熱を放熱する機能を有している。また、台部１ａの上面には、両面テープあるいは接着剤等（不図示）によってヘッド基体３が接着されている。

ヘッド基体３は、平面視して、板状に形成されており、ヘッド基体３の基板７上にサーマルヘッドＸ１を構成する各部材が設けられている。ヘッド基体３は、外部より供給された電気信号に従い、記録媒体（不図示）に印字を行う機能を有する。

ＦＰＣ５は、ヘッド基体３と電気的に接続されており、絶縁性の樹脂層（不図示）と、樹脂層の内部にパターニングされたプリント配線（不図示）とを備えている。プリント配線は、複数設けられ、一端部が樹脂層から露出しており、他端部がコネクタ３１と電気的に接続されている。

ＦＰＣ５のプリント配線は、接合材２３を介してヘッド基体３の接続電極２１と接続されている。それにより、ヘッド基体３とＦＰＣ５とが電気的に接続されている。接合材２３は、例えば、半田材料、あるいは電気絶縁性の樹脂中に導電性粒子が混入された異方性導電フィルム（ＡＣＦ）があげられる。

サーマルヘッドＸ１は、ＦＰＣ５と放熱体１との間に、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂またはガラスエポキシ樹脂等の樹脂からなる補強板（不図示）を設けてもよい。また、ＦＰＣ５の全域にわたり補強板をＦＰＣ５に接続してもよい。補強板は、ＦＰＣ５の下面に両面テープ、あるいは接着剤等によって接着される。

なお、配線基板としてＦＰＣ５を用いた例を示したが、可撓性のあるＦＰＣ５でなく、硬質な配線基板を用いてもよい。硬質な配線基板としては、ガラスエポキシ基板、あるいはポリイミド基板等の樹脂により形成された基板を例示することができる。

以下、ヘッド基体３を構成する各部材について説明する。

基板７は、アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料、あるいは単結晶シリコン等の半導体材料等によって形成されている。

基板７の上面には、蓄熱層１３が形成されている。蓄熱層１３は、基板７の上面の全域にわたり、例えば、５０〜２００μｍの厚みで略一様に形成されている。蓄熱層１３は、熱伝導性の低いガラスで形成されており、発熱部９で発生する熱の一部を一時的に蓄積する。そのため、蓄熱層１３は、発熱部９の温度を上昇させるのに要する時間を短くすることができ、サーマルヘッドＸ１の熱応答特性を高めることができる。

蓄熱層１３は、例えば、ガラスペーストをスクリーン印刷等によって基板７の上面に塗布し、これを焼成することで形成される。

電気抵抗層１５は、蓄熱層１３の上面に、例えば２００〜１０００Åの厚みで設けられている。電気抵抗層１５上には、共通電極１７、個別電極１９および接続電極２１が設けられている。電気抵抗層１５は、共通電極１７、個別電極１９および接続電極２１と同形状にパターニングされており、共通電極１７と個別電極１９との間に電気抵抗層１５が露出した露出領域を有する。図１に示すように、電気抵抗層１５の露出領域は列状に配置されており、各露出領域が発熱部９を構成している。複数の発熱部９は、図１で簡略化して記載しているが、例えば、１００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ（dot per inch）等の密度で配置される。

電気抵抗層１５は、例えば、ＴａＮ系、ＴａＳｉＯ系、ＴａＳｉＮＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＳｉＣＯ系またはＮｂＳｉＯ系等の電気抵抗値の高い材料によって形成されている。そのため、発熱部９は、電圧が印加されるとジュール発熱によって発熱する。

図１，２に示すように、電気抵抗層１５の上面には、共通電極１７、複数の個別電極１９および複数の接続電極２１が設けられている。これらの共通電極１７、個別電極１９および接続電極２１は、導電性を有する材料で形成されており、例えば、アルミニウム、金、銀および銅のうちのいずれか一種の金属またはこれらの合金によって、０．３〜１．５μｍの厚みで形成されている。

共通電極１７は、主配線部１７ａと、２つの副配線部１７ｂと、複数のリード部１７ｃとを備えている。主配線部１７ａは、複数の発熱部９に共通に接続され、基板７の一方の長辺に沿って延びている。副配線部１７ｂは、基板７の一方および他方の短辺のそれぞれに沿って延びている。リード部１７ｃは、主配線部１７ａから各発熱部９に向かって個別に延びている。共通電極１７は、一端部が複数の発熱部９と接続され、他端部がＦＰＣ５に接続されるように構成されている。それにより、ＦＰＣ５と各発熱部９との間を電気的に接続している。

複数の個別電極１９は、一端部が発熱部９に接続され、他端部が駆動ＩＣ１１に接続されている。そのため、各発熱部９と駆動ＩＣ１１との間を電気的に接続している。また、個別電極１９は、複数の発熱部９を複数の群に分け、各群の発熱部９を、各群に対応して設けられた駆動ＩＣ１１に電気的に接続している。

複数の接続電極２１は、一端部が駆動ＩＣ１１に接続され、他端部がＦＰＣ５に接続されることにより、駆動ＩＣ１１とＦＰＣ５との間を電気的に接続している。各駆動ＩＣ１１に接続された複数の接続電極２１は、異なる機能を有する複数の配線で構成されている。

駆動ＩＣ１１は、図１に示すように、複数の発熱部９の各群に対応して配置されている。また、駆動ＩＣ１１は、個別電極１９と接続電極２１とに電気的に接続されている。駆動ＩＣ１１は、各発熱部９の通電状態を個別に制御する機能を有している。駆動ＩＣ１１としては、内部に複数のスイッチング素子を有する切替部材を用いればよい。

上記の電気抵抗層１５、共通電極１７、個別電極１９および接続電極２１は、例えば、各々を構成する材料層を蓄熱層１３上に、スパッタリング法によって順次積層した後、積層体をフォトエッチングを用いて所定のパターンに加工することにより形成される。なお、共通電極１７、個別電極１９および接続電極２１は、同じ工程によって同時に形成することができる。

図１，２に示すように、基板７の上面に形成された蓄熱層１３上には、発熱部９、共通電極１７の一部および個別電極１９の一部を被覆する保護層２５が形成されている。なお、図１では、説明の便宜上、保護層２５の形成領域を一点鎖線で示し、これらの図示を省略している。

保護層２５は、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９の被覆した領域を、大気中に含まれている水分等の付着による腐食、あるいは印画する記録媒体との接触による摩耗から保護するためのものである。

また、図１，２に示すように、蓄熱層１３上には、電気抵抗層１５、共通電極１７、個別電極１９および接続電極２１を部分的に被覆する被覆層２７が設けられている。なお、図１では、説明の便宜上、被覆層２７の形成領域を一点鎖線で示している。被覆層２７は、共通電極１７、個別電極１９および接続電極２１の被覆した領域を、大気との接触による酸化、あるいは大気中に含まれている水分等の付着による腐食から保護するためのものである。

なお、被覆層２７は、共通電極１７および個別電極１９の保護をより確実にするため、図２に示すように保護層２５の端部に重なるようにして形成されることが好ましい。被覆層２７は、例えば、エポキシ樹脂、あるいはポリイミド樹脂等の樹脂材料をスクリーン印刷法を用いて形成することができる。

被覆層２７は、駆動ＩＣ１１と接続される個別電極１９、および接続電極２１を露出させるための開口部（不図示）が形成されており、開口部から露出した個別電極１９および接続電極２１が駆動ＩＣ１１に電気的に接続されている。また、駆動ＩＣ１１は、個別電極１９および接続電極２１に接続された状態で、エポキシ樹脂、あるいはシリコーン樹脂等の樹脂からなる被覆部材２９によって被覆されることにより封止されている。

図４を用いて保護層２５について詳細に説明する。

サーマルヘッドＸ１を構成する保護層２５は、第１保護層２と、第１保護層２上に設けられ、第１保護層２よりも熱伝導率の高い第２保護層４とを有している。そして、第２保護層４の幅Ｗ_４が、発熱部９の配列方向Ｌ１（以下、配列方向Ｌ１と称する）から見て、第１保護層２の幅Ｗ_２よりも大きい。第１保護層２および第２保護層４は、配列方向Ｌ１に延びるように設けられている。

第１保護層２は、発熱部９、共通電極１７、および個別電極１９上に設けられており、共通電極１７と個別電極１９とにより発熱部９の端部に生じる段差を平坦化する機能を有する。第１保護層２は、大部分が発熱部９上に設けられており、一部が共通電極１７および個別電極１９上に設けられている。すなわち、第１保護層２の一部と、共通電極１７および個別電極１９とは重畳するように設けられている。また、第１保護層２は、発熱部９を封止する機能を有している。第１保護層２により、発熱部９を封止することで、発熱部９が酸化する可能性を低減することができる。

第１保護層２は、例えば、ホウ素系のガラス、ビスマス系のガラス、あるいはホウケイ酸ビスマス系のガラス材料を、スクリーン印刷等の厚膜形成技術により塗布して、これを焼成することにより形成されている。第１保護層２の熱伝導率は、０．８〜２Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、第１保護層２の厚みは、２〜１０μｍであることが好ましい。

第１保護層２をスクリーン印刷法等の厚膜形成技術により形成することにより、発熱部９と、共通電極１７および個別電極１９との段差に起因するステップカバレッジ不良が生じる可能性を低減することができる。そのため、第１保護層２の封止性を向上させることができる。

また、第１保護層２を構成するガラス材料は、焼成温度の比較的低い結晶化ガラス材料を用いてもよい。その場合、耐酸化性あるいは封止性を維持しつつ、サーマルヘッドＸ１の生産性を向上させることができる。

第１保護層２の重心Ｇ_２は、発熱部９上に設けられている。より詳しくは、第１保護層２の重心Ｇ_２は、発熱部９の副走査方向の中心上に設けられている。それにより、発熱部９のヒートスポットが、発熱部９の副走査方向の中心に設けられることとなる。そのため、サーマルヘッドＸ１は、副走査方向に均一な印画を行うことができ、精細な印画を行うことができる。特に１インチ／秒以下の低速な印画速度において有用な効果を示す。

なお、第１保護層２の重心Ｇ_２は、例えば、サーマルヘッドＸ１を破断して、配列方向Ｌ１に直交する面の断面写真を撮影する。そして、当該断面写真を画像処理することにより重心Ｇ_２を求めることができる。

第２保護層４は、第１保護層２上に設けられ、第１保護層２よりも熱伝導率の高い材料で形成されている。第２保護層４は、第１保護層２、共通電極１７、および個別電極１９上に設けられており、第１保護層２および共通電極１７を被覆している。そのため、配列方向Ｌ１から見て、第２保護層４の幅Ｗ_４が第１保護層２の幅Ｗ_２よりも広くなっている。

また、第２保護層４は、個別電極１９の発熱部９側の一部を覆っており、個別電極１９のその他の領域は被覆層（不図示）により被覆されている。そして、共通電極１７および個別電極１９上に設けられた第２保護層４は、共通電極１７および個別電極１９に接した状態で配置されている。なお、個別電極１９側の第２保護層４の縁を被覆層２７によって被覆することにより、サーマルヘッドＸ１の個別電極１９の形成された領域の封止性を向上させることができる。

第２保護層４は、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、あるいはＳｉＡｌＯＮ等の材料を、スパッタリング等の薄膜形成技術を用いて設けられている。第２保護層４の熱伝導率は、８〜４０Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、第２保護層４の厚みは、２〜１０μｍであることが好ましい。また、第２保護層４は、保護膜２５が形成される領域の全域にわたって形成されていることが好ましい。

第２保護層４は、スパッタリング法等の薄膜形成技術を用いて設けられているため、第２保護層４の膜質を均一なものに近づけることができる。そのため、第２保護層４の熱伝導が均一に近づくこととなる。つまり、第２保護層４は、発熱部９の余剰の熱を共通電極１７および個別電極１９にそれぞれ均一に熱伝導させることができ、サーマルヘッドＸ１の放熱性を向上させ、ドット再現性の良好な印画を得ることができる。

また、第２保護層４は、薄膜形成技術を用いて設けられているため、第２保護層４の縁は、なだらかなテーパ形状を有している。それにより、第２保護層４の縁に生じる残留応力を低減することができ、第２保護層４が剥離する可能性を低減することができる。

サーマルヘッドＸ１は、配列方向Ｌ１から見て、第２保護層４の幅Ｗ_４の幅が第１保護層２の幅Ｗ_２よりも大きい構成となっている。そのため、発熱部９で発熱され、印画に寄与しない余剰の熱を効率よく放熱することができる。すなわち、第１保護層２よりも熱伝導率が高く幅の大きい第２保護層４は、第１保護層２に熱伝導された熱を効率よく拡散することができ、発熱部９上に生じる熱集中を低減することができる。

つまり、発熱部９の上方に設けられた第２保護層４は、第１保護層２に熱伝導された熱を、共通電極１７および個別電極１９上の第２保護層４に熱伝導させ、この熱を共通電極１７および個別電極１９上の第２保護層４から共通電極１７および個別電極１９上に拡散することができる。

また、第２保護層４の一部が、共通電極１７および個別電極１９に接して設けられていることにより、発熱部９で発熱され、印画に寄与しない余剰の熱を、共通電極１７および個別電極１９に効率よく拡散させることができる。

さらにまた、第２保護層４が第１保護層２の表面全体を被覆していることから、第１保護層２の縁部２ａを第２保護層４により封止することができ、スティッキングまたは記録媒体のカスを生じにくくすることができる。また、サーマルヘッドＸ１は、第１保護層２に記録媒体が直接接しない構成となるため、第１保護層２は耐摩耗性を有する必要がなくなる。そのため、第１保護層２は封止性のみを有していれば良く、第１保護層２と第２保護層４との異なる機能により、サーマルヘッドＸ１の封止性および耐摩耗性を向上させることができる。

図４（ａ）に示すように、サーマルヘッドＸ１は、平面視して、共通電極１７および個別電極１９上に位置する第２保護層４の面積Ｓ_４（以下、単に面積Ｓ_４と称する）が、共通電極１７および個別電極１９上に位置する第１保護層２の面積Ｓ_２（以下、単に面積Ｓ_２と称する）よりも大きい。

そのため、第２保護層４と共通電極１７および個別電極１９との接触面積が、第１保護層２と共通電極１７および個別電極１９との接触面積よりも大きくなる。それにより、サーマルヘッドＸ１は、第２保護層４に熱伝導した熱を効率よく共通電極１７および個別電極１９に拡散することができる。

また、第１保護層２が厚膜形成技術を用いて形成され、第２保護層４が薄膜形成技術を用いて形成されることにより、第１保護層２の密度よりも第２保護層４の密度を高くすることができる。そのため、第２保護層４の熱伝導率を第１保護層２の熱伝導率よりも容易に高く構成することができるとともに、第２保護層４の厚みを第１保護層２と比較して薄くすることができ、サーマルヘッドＸ１の印画効率を低下させることなく、発熱部９に生じた余剰の熱の効率的な熱の拡散を行うことができる。

また、第１保護層２の厚みが第２保護層４の厚みよりも大きいことから、発熱部９と、共通電極１７および個別電極１９との段差が、保護層２５の表面に生じにくい構成となる。そのため、発熱部９と記録媒体との接触を良好なものにすることができる。それにより、保護層２５の耐環境性、耐摩耗性を改善することができるとともに、保護層２５の厚みの増加に伴う印字効率の低下を抑制することができる。

なお、第２保護層４の形成方法としてスパッタリング法を例示したが、ＣＶＤ法により第２保護層４を成膜してもよい。

さらにまた、スパッタリングターゲットにバイアス電圧を印加しないノンバイアススパッタリング法を用いてもよい。第２保護層４をノンバイアススパッタリング法により成膜することにより、第２保護層４の残留応力を小さくすることができ、第２保護層４が、第１保護層２、共通電極１７、および個別電極１９から剥離する可能性を低減することができる。特に、第１保護層２を厚膜形成技術を用いて形成し、第２保護層４をノンバイアススパッタリング法により形成することが好ましい。これにより、第１保護層２および第２保護層４の密着性を良好にすることができる。

次に、サーマルプリンタＺ１について、図５を参照しつつ説明する。

図５に示すように、本実施形態のサーマルプリンタＺ１は、上述のサーマルヘッドＸ１と、搬送機構４０と、プラテンローラ５０と、電源装置６０と、制御装置７０とを備えている。サーマルヘッドＸ１は、サーマルプリンタＺ１の筐体（不図示）に設けられた取付部材８０の取付面８０ａに取り付けられている。なお、サーマルヘッドＸ１は、発熱部９の配列方向が、後述する記録媒体Ｐの搬送方向Ｓに直交する方向である主走査方向に沿うようにして、取付部材８０に取り付けられている。

搬送機構４０は、駆動部（不図示）と、搬送ローラ４３，４５，４７，４９とを有している。搬送機構４０は、感熱紙、インクが転写される受像紙等の記録媒体Ｐを図５の矢印Ｄ方向に搬送して、サーマルヘッドＸ１の複数の発熱部９上に位置する保護層２５上に搬送するためのものである。駆動部は、搬送ローラ４３，４５，４７，４９を駆動させる機能を有しており、例えば、モータを用いることができる。搬送ローラ４３，４５，４７，４９は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂにより被覆して構成することができる。なお、図示しないが、記録媒体Ｐがインクが転写される受像紙等の場合は、記録媒体ＰとサーマルヘッドＸ１の発熱部９との間に、記録媒体Ｐとともにインクフィルムを搬送する。

プラテンローラ５０は、記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に位置する保護層２５上に押圧する機能を有する。プラテンローラ５０は、記録媒体Ｐの搬送方向Ｓに直交する方向に沿って延びるように配置され、記録媒体Ｐを発熱部９上に押圧した状態で回転可能となるように両端部が支持固定されている。プラテンローラ５０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体５０ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材５０ｂにより被覆して構成することができる。

電源装置６０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を発熱させるための電流および駆動ＩＣ１１を動作させるための電流を供給する機能を有している。制御装置７０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を選択的に発熱させるために、駆動ＩＣ１１の動作を制御する制御信号を駆動ＩＣ１１に供給する機能を有している。

サーマルプリンタＺ１は、図５に示すように、プラテンローラ５０によって記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に押圧しつつ、搬送機構４０によって記録媒体Ｐを発熱部９上に搬送しながら、電源装置６０および制御装置７０によって発熱部９を選択的に発熱させることにより、記録媒体Ｐに所定の印画を行う。なお、記録媒体Ｐが受像紙等の場合は、記録媒体Ｐとともに搬送されるインクフィルム（不図示）のインクを記録媒体Ｐに熱転写することによって、記録媒体Ｐへの印画を行う。

＜第２の実施形態＞
図６を用いてサーマルヘッドＸ２について説明する。

サーマルヘッドＸ２は、酸化防止層８と第３保護層６とをさらに備えている。酸化防止層８は、電気抵抗層１５、共通電極１７、および個別電極１９上に設けられている。第３保護層６は、第２保護層４上に設けられ、第２保護層４よりも熱伝導率が低い。第３保護層６は、配列方向Ｌ１に延びるように設けられている。その他の構成は、サーマルヘッドＸ１と同様であり説明を省略する。

酸化防止層８は、電気抵抗層１５、共通電極１７、および個別電極１９上に設けられており、第１保護層２および第２保護層４に含まれる酸素原子が、電気抵抗層１５に拡散することを抑える機能を有している。

酸化防止層８は、例えば、ＳｉＣ−ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣＮあるいはＳｉＡｌＯＮ等の材料をスパッタリング等の薄膜形成技術を用いて設けられている。酸化防止層８の厚みは、０．５〜２μｍであることが好ましい。

この場合、酸化防止層８、および第２保護層４をノンバイアススパッタリング法により形成し、第１保護層２を厚膜形成技術にて形成することが好ましい。これにより、酸化防止層８、第１保護層２、および第２保護層４の密着性が良好となり、保護層２５の長期信頼性を向上させることができる。

第３保護層６は、記録媒体（不図示）と接触するため、耐摩耗層として機能する。第３保護層６は、第２保護層４上に設けられており、平面視して、第３保護層６の幅Ｗ_６が、第２保護層４の幅Ｗ_４よりも小さい。また、平面視して、第３保護層６の幅Ｗ_６が、第１保護層２の幅Ｗ_２よりも大きい。そのため、保護層２５を構成する第１保護層２の幅Ｗ_２、第２保護層４の幅Ｗ_４、および第３保護層６の幅Ｗ_６は、Ｗ_２＜Ｗ_６＜Ｗ_４の関係にある。

また、第３保護層６は、例えば、ホウ素系のガラス、ビスマス系のガラス、あるいはホウケイ酸ビスマス系のガラス材料を、スクリーン印刷等の厚膜形成技術により塗布して、これを焼成することにより設けられている。第３保護層６の熱伝導率は、０．８〜２Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、第３保護層６の厚みは、２〜８μｍであることが好ましい。なお、耐摩耗性を向上させるために、フィラーを含有させてもよい。

サーマルヘッドＸ２は、第２保護層４上に設けられ、第２保護層６より熱伝導率の低い第３保護層６を備えている。そのため、第２保護層４よりも熱伝導率の低い第１保護層２および第３保護層６により、第２保護層４を挟持する構成となる。それにより、発熱部９の近傍に生じた余剰の熱が、熱伝導率の高い第２保護層４により、熱伝達されやすくなる。その結果、第２保護層４が、第１保護層２に熱伝導された熱を、共通電極１７および個別電極１９に放熱しやすくなり、第２保護層４により、効率よく熱を拡散することができる。

また、第１保護層２および第３保護層６を厚膜形成技術により成膜することにより、第２保護層４の上下に配置された第１保護層２および第３保護層６の外部応力に対する挙動を近づけることができる。そのため、第２保護層４に加わる応力ひずみを低減することができ、第２保護層４に剥離が生じることを低減することができる。

また、発熱部９の配列方向から見て、第３保護層６の幅Ｗ_６が、第１保護層２の幅Ｗ_２よりも大きい。それにより、第３保護層６により、第２保護層４を介して第１保護層２の縁部を被覆することができ、第１保護層２の縁部の印画時のプラテン圧による機械的応力を緩和することができ、保護層２５全体の封止性を向上させることができる。

さらにまた、発熱部９の配列方向から見て、第３保護層６の幅Ｗ_６が、第２保護層４の幅Ｗ_４よりも小さい。それにより、第３保護層６は、第２保護層４上にのみ設けられる構成となる。

ここで、共通電極１７または個別電極１９は、パターニングされて基板７または蓄熱層１３上に設けられている。共通電極１７または個別電極１９のパターンは、一定の厚みを有しており、共通電極１７または個別電極１９のパターンが形成された領域と、共通電極１７または個別電極１９のパターンが形成されていない領域とにより凹凸が生じている。

そのため、第３保護層６を基板７、蓄熱層１３、共通電極１７、または個別電極１９上にまで延在させた場合に、共通電極１７または個別電極１９のパターンの厚みにより、第３保護層６の縁部を含む表面（記録媒体と接触する面）にまで凹凸が生じる場合がある。それにより、第３保護層６と記録媒体との接触が不均一になる可能性がある。

しかしながら、第３保護層６が、表面が平らな第２保護層４上に設けられており、第３保護層６の記録媒体と接触する面に凹凸が生じる可能性を低減することができる。それゆえ、第３保護層６と記録媒体との接触状態を均一なものに近づけることができる。そのため、記録媒体に紙傷が生じたり、記録媒体のカスが付着したり、あるいは記録媒体にしわが生じる可能性を低減することができる。

第１保護層２、第２保護層４、および第３保護層６がそれぞれ酸素原子を含有していることが好ましい。そして、第１保護層２および第２保護層４の界面近傍と、第３保護層６および第２保護層４の界面近傍とに含まれる酸素原子の量が、第２保護層４中の他の領域に含まれる酸素原子の量よりも多い構成であることが好ましい。

このような構成とすることで、異種材料により形成された第１保護層２および第２保護層４の界面の密着性を高めることができる。また、異種材料により形成された第２保護層４および第３保護層６の界面の密着性を高めることができる。言い換えると、第２保護層４の厚み方向Ｌ２（以下、厚み方向Ｌ２と称する）に見たときに、第２保護層４に含まれる酸素原子の含有量が、徐々に減少したのち、第２保護層の厚み方向Ｌ２の中央部にて最も少なくなり、徐々に増加していく構成となっている。

上記構成は、例えば以下の方法により作製することができる。第２保護層４をスパッタリング法により形成する場合、試料をスパッタリングする雰囲気を酸素雰囲気とし、第２保護層４の成膜する初期および終期における酸素濃度を高くすればよい。

また、第２保護層４の第１保護層２との界面近傍の酸素原子の含有量は、６〜１２原子％であることが好ましく、第２保護層４の第３保護層６との界面近傍の酸素原子の含有量は、１７〜２６原子％であることが好ましく、第２保護層４の厚み方向Ｌ２の中央部の酸素原子の含有量は、５原子％以下であることが好ましい。

なお、第２保護層４の第１保護層２との界面近傍は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いて、構成元素のマッピングを作製し、ＥＰＭＡにより作製したマッピングにおいて、構成元素が変わる位置を界面とみなし、界面から第２保護層４側に０．４μｍの位置までの領域とみなすことができる。第２保護層４の第３保護層６との界面近傍についても同様である。そして、第２保護層４に含まれる酸素原子の含有量は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光装置）を用いて測定することができる。

また、第１保護層２の硬度Ｄ２、第２保護層４の硬度Ｄ４、および第３保護層６の硬度Ｄ６は、Ｄ４＞Ｄ２＞Ｄ６の関係であることが好ましい。これにより、サーマルヘッドＸ２の耐摩耗性、封止性、すべり性を向上させることができる。なお、各保護層２５の硬度はビッカーズ硬度である。

なお、第１保護層２、第２保護層４、および第３保護層６がそれぞれ酸素原子を含有している例を示したが他の構成であってもよい。例えば、隣接する第１保護層２および第２保護層４が酸素原子を含有しており、第２保護層４の第１保護層２との界面近傍に含まれる酸素原子の量を、第２保護層４の他の領域に含まれる酸素原子の量よりも多くしてもよい。それにより、第１保護層２と第２保護層との密着性を向上させることができる。第２保護層４および第３保護層が、酸素原子を含有する場合についても同様である。

＜第３の実施形態＞
図７を用いて第３の実施形態に係るサーマルヘッドＸ３について説明する。なお、図７（ａ）においては、保護層２５のうち第１保護層２以外は省略して示している。なお、第１保護層２は、一点鎖線にて示している。サーマルヘッドＸ３は、共通電極１０、個別電極１２、蓄熱層１３、発熱抵抗体１４、および発熱部１６の構成が、サーマルヘッドＸ１と異なっている。

蓄熱層１３は、下地部１３ａと隆起部１３ｂとを備えている。下地部１３ａは、基板７の略全面にわたって形成されており、略同一の厚みを有している。隆起部１３ｂは、発熱部９の下方に配置されており、配列方向Ｌ１に延びた帯状であり、断面形状は半円形状をなしている。

サーマルヘッドＸ３は、隆起部１３ｂを設けることにより、発熱部９上に形成された保護層２５に記録媒体を良好に押し当てることができる。隆起部１３ｂは、幅が０．６〜１．５ｍｍ、高さが５０〜１００μｍであることが好ましい。

共通電極１０は、主配線部１０ａと、リード部１０ｂとを有している。主配線部１０ａは、配列方向Ｌ１に延びるように設けられている。リード部１０ｂは、主配線部１０ａから配列方向Ｌ１と略直角に引き出され、発熱抵抗体１４に向けて配列方向Ｌ１に所定の間隔をあけて櫛歯状に設けられている。そのため、主配線部１０ａとリード部１０ｂとの接続部には段差１８が設けられている。

複数の個別電極１２は、パッド部１２ａとリード部１２ｂとを有している。パッド部１２ａは、駆動ＩＣ（不図示）と電気的に接続される部位である。リード部１２ｂは、パッド部１２ａから配列方向Ｌ１と略直角に引き出され、発熱抵抗体１４に向けて配列方向Ｌ１に所定の間隔をあけて設けられている。

そして、個別電極１２のリード部１２ｂは、共通電極１０のリード部１０ｂ同士の間に延びるように配置されている。そのため、平面視して、個別電極１２のリード部１２ｂと、共通電極１０のリード部１０ｂとが、配列方向Ｌ１に交互に配列されることとなる。共通電極１０および個別電極１２は、例えば、Ａｕ、Ａｌ、あるいはＮｉ等の材料により形成することができる。

そして、個別電極１２のリード部１２ｂと、共通電極１０のリード部１０ｂとは、隆起部１３ｂ上にまでそれぞれ引き出されており、この上に発熱抵抗体１４が設けられている。発熱抵抗体１４は、配列方向Ｌ１に延びるように設けられており、共通電極１０のリード部１０ｂと、個別電極１２のリード部１２とにまたがって形成されている。そのため、発熱抵抗体１４は、隆起部１３ｂ上に設けられている。

そして、隣接する共通電極１０のリード部１０ｂと、個別電極１２のリード部１２とが電気的に接続されており、この隣り合う共通電極１０のリード部１０ｂと、個別電極１２のリード部１２ｂとの間に配置された発熱抵抗体１４が発熱部１６として機能する。発熱抵抗体１４は、例えば、酸化ルテニウムを用いることができる。

サーマルヘッドＸ３は、発熱部１６、共通電極１０の一部、および個別電極１２の一部に第１保護層２が設けられている。第１保護層２の幅Ｗ_２は、蓄熱層１３の幅Ｗ_１３よりも小さい。また、第１保護層２の共通電極１０側の縁部２ａは、配列方向Ｌ１から見て、共通電極１０のリード部１０ａ上に配置されている。そのため、第１保護層２は、段差１８よりも発熱抵抗体１４側に設けられている。

第２保護層４は、第１保護層２、共通電極１０の一部、および個別電極１２の一部を覆うように設けられている。第２保護層４の幅Ｗ_４は、第１保護層２の幅Ｗ_２よりも広く、保護層２５の幅と同程度である。

第３保護層６は、第２保護層４を覆うように設けられている。第３保護層６の幅Ｗ_６は、第１保護層２の幅Ｗ_２よりも広く、第２保護層４の幅Ｗ_４よりも小さい。

また、第１保護層２は、発熱部１６の上方に位置する第１保護層２の厚み方向Ｌ２の厚みが、第１保護層２のその他の領域の厚み方向Ｌ２の厚みよりも厚い構成となっている。そのため、発熱部１６と第２保護層４との離間距離を短くすることができ、発熱部１６に生じた余剰の熱を第２保護層４により、効率よく拡散することができる。

さらにまた、第１保護層２の縁部２ａが、共通電極１０のリード部１０ａ上に位置しており、第１保護層２が段差１８の上方に設けられていない。そのため、保護層２５上を通過した記録媒体（不図示）は、保護層２５により上方に持ち上げられた状態で搬送され、段差１８の上方を、段差１８により対応して形成された第２保護層４の段差部に接触することなく搬送されることとなる。そのため、記録媒体により生じた記録媒体のカスが、段差１８の上方の保護層２５上に蓄積される可能性を低減することができる。

また、第２保護層４のＷ_４が、蓄熱層１３の幅Ｗ_１３よりも大きいことから、凸形状の隆起部１３ｂによる記録媒体への熱伝達の効果を低減させることなく、効果的に発熱部９に生じた余剰の熱を拡散させることができ、発熱部９の熱集中を低減することができる。

なお、第３保護層６を形成した例を示したが、第３保護層６は必ずしも形成しなくてもよい。

＜第４の実施形態＞
図８を用いて、第４の実施形態に係るサーマルヘッドＸ４を説明する。サーマルヘッドＸ４は、第１保護層２の重心Ｇ_２が、厚み方向Ｌ２に沿って発熱部９の中心を通過する仮想線Ａから、記録媒体（不図示）の搬送方向Ｌ３（以下、搬送方向Ｌ３と称する）の上流側にずれて配置される構成である。言い換えると、第１保護層２の重心Ｇ_２が、発熱部９の中心よりも個別電極１９側に配置されている。

このため、発熱部９よりも搬送方向Ｌ３の上流側に位置する部位の高さが、発熱部９よりも搬送方向Ｌ３の下流側に位置する部位の高さよりも高いこととなり、記録媒体との接触圧が大きくなる。これは、２インチ／秒以上の速い印画速度であるほど顕著になる。

また、熱伝導率の小さな第１保護層２により、発熱部９よりも搬送方向Ｌ３の上流側に位置する部位の温度が、発熱部９よりも搬送方向Ｌ３の下流側に位置する部位の温度よりも高いこととなる。それにより、記録媒体を効率よく温めることができ、サーマルヘッドＸ４の熱効率を向上させることができる。

なお、第１保護層２の重心Ｇ_２は、例えば、サーマルヘッドＸ４を破断して、配列方向Ｌ１に直交する面の断面写真を撮影する。そして、当該断面写真を画像処理することにより重心Ｇ_２を求めることができる。

＜第５の実施形態＞
図９を用いて第５の実施形態に係るサーマルヘッドＸ５について説明する。サーマルヘッドＸ５は、第１保護層２の重心Ｇ_２が、厚み方向Ｌ２に沿って発熱部９の中心を通過する仮想線Ａから、記録媒体（不図示）の搬送方向Ｌ３の下流側にずれて配置される構成である。言い換えると、第１保護層２の重心Ｇ_２が、発熱部９の中心よりも共通電極１７側に配置されている。

ここで、サーマルヘッドＸ５は、印画する記録媒体によって、記録媒体と保護層２５とのすべり性、あるいは記録媒体と保護層２５との剥離性が異なる場合がある。そのため、同じサーマルヘッドＸ５により印画を行った場合において、ある記録媒体においては、良好なすべり性および剥離性を示す。しかしながら、異なる記録媒体においては、搬送方向Ｌ３の下流側に記録媒体のカスが付着する不具合が生じる場合がある。記録媒体のカスが付着する原因として、搬送方向Ｌ３の下流側に位置する保護層２５の温度が低く、搬送方向Ｌ３の下流側において、記録媒体と保護層２５との摩擦力が増大することが考えられる。

これに対して、サーマルヘッドＸ５は、第１保護層２の重心Ｇ_２が、厚み方向Ｌ２に沿って発熱部９の重心を通過する仮想線Ａから、搬送方向Ｌ３の下流側にずれて配置されている。言い換えると、第１保護層２の重心Ｇ_２が、発熱部９の中心よりも共通電極１７側に配置されている。そのため、搬送方向Ｌ３の下流側に位置する保護層２５の温度を上昇させることができる。

それにより、記録媒体が急激に冷やされることを低減することができ、搬送方向Ｌ３の下流側に記録媒体のカスが付着する可能性、あるいはスティッキングが生じる可能性を低減することができる。

特に、熱伝導率の低い第１保護層２の重心Ｇ_２が、搬送方向Ｌ３の下流側にずれて配置されることにより、第１保護層２に蓄積された熱により、保護層２５の搬送方向Ｌ３の下流側の温度を上昇させることができる。

なお、搬送方向Ｌ３の上流側の温度を低下させるため、第２保護層４の熱伝導による熱の拡散を低下させる方法を用いてもよい。具体的には、第２保護層４の重心（不図示）を搬送方向Ｌ３の上流側に移動すればよい。

このような構成とすることで、搬送方向Ｌ３の上流側における熱を第２保護層４により、効率よく共通電極１７に拡散することができ、搬送方向Ｌ３の上流側における熱を低下させることにより、相対的に搬送方向Ｌ３の上流側の温度を上昇させることができ、搬送方向Ｌ３の上流側に記録媒体のカスが付着する可能性を低減することができる。

＜第６の実施形態＞
図１０（ａ），（ｂ）を用いて第６の実施形態に係るサーマルヘッドＸ６について説明する。サーマルヘッドＸ６は、第１保護層２の縁部２ａが、配列方向Ｌ１から見て、共通電極１７の主配線部１７ａと発熱部９との間に設けられている。また、サーマルヘッドＸ６は、主配線部１７ａとリード部１７ｃとの接続部に段差１８が設けられた構成である。そのため、第１保護層２は、段差１８よりも発熱部９側に設けられている。

第１保護層２の縁部２ａの近傍では、第１保護層２の基板７からの高さが、縁部２ａに向かうにつれて急激に低くなっており、それにより、保護層２５の基板７からの高さも低くなっている。また、第１保護層２の縁部２ａが、主配線部１７ａと発熱部９との間に配置されており、主配線部１７ａ上に第１保護層２が形成されていない。

そのため、保護層２５の表面には、主配線部１７ａ上と、発熱部９上および発熱部９に隣接する領域２０上との間に、段差１８´が生じることとなる。保護層２５の表面に段差１８´が生じるので、記録媒体Ｐと保護層２５とが一部離間した状態となる。そのため、サーマルヘッドＸ６は、保護層２５と記録媒体Ｐとが、接触し続けない構成となり、スティッキングが生じる可能性を低減することができる。

＜第７の実施形態＞
図１１を用いて第７の実施形態に係るサーマルヘッドＸ７について説明する。サーマルヘッドＸ７は共通電極１７および個別電極１９の構成がサーマルヘッドＸ６と異なっており、その他の構成は同一である。

複数の発熱部９は、一対の発熱部である第１発熱部９ａと第２発熱部９ｂとを構成している。第１発熱部９ａと第２発熱部９ｂとは共通電極１７により電気的に接続されている。第１発熱部９ａと駆動ＩＣ１１とは、個別電極１９ａにより接続されている。また、第２発熱部９ｂと駆動ＩＣ１１とは、個別電極１９ｂにより接続されている。

共通電極１７は、配列方向Ｌ１に複数設けられており、主配線部１７ａとリード部１７ｃとを有している。主配線部１７ａは、配列方向Ｌ１に長く形成されている。リード部１７ｃは、主配線部１７ａから発熱部９にそれぞれ延びるように設けられている。主配線部１７ａとリード部１７ｃとの接続部の近傍には段差１８が生じている。

個別電極１９ａは第１発熱部９ａと駆動ＩＣ１１と電気的に接続している。個別電極１９ｂは、隣り合う第１発熱部９ｂおよび第１発熱部９ａを電気的に接続している。

サーマルヘッドＸ７においても、第１保護層２の縁部２ａが、配列方向Ｌ１から見て、共通電極１７の主配線部１７ａと発熱部９との間に設けられている。そのため、保護層２５の表面には、主配線部１７ａ上と、発熱部９上および発熱部９に隣接する領域２０上との間に、段差（不図示）が生じることとなる。保護層２５の表面に段差が生じるので、記録媒体Ｐと保護層２５とが一部離間した状態となる。そのため、サーマルヘッドＸ７は、保護層２５と記録媒体Ｐとが、接触し続けない構成となり、スティッキングが生じる可能性を低減することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、第１の実施形態であるサーマルヘッドＸ１を用いたサーマルプリンタＺ１を示したが、これに限定されるものではなく、サーマルヘッドＸ２〜Ｘ７をサーマルプリンタＺ１に用いてもよい。また、複数の実施形態であるサーマルヘッドＸ１〜Ｘ７を組み合わせてもよい。

サーマルヘッドＸ１〜Ｘ７と外部との電気的な接続をＦＰＣ５を用いた例を示したがこれに限定されるものではない。例えば、サーマルヘッドＸ１〜Ｘ７にコネクタ３１を直付けしたものにおいても、同様の効果を奏することができる。また、発熱部９が基板７の端面に形成された端面ヘッドにおいても、同様の効果を奏することができる。

Ｘ１〜Ｘ７ サーマルヘッド
Ｚ１ サーマルプリンタ
１ 放熱体
２ 第１保護層
３ ヘッド基体
４ 第２保護層
５ フレキシブルプリント配線板
６ 第３保護層
７ 基板
８ 酸化防止層
９ 発熱部
１０ 共通電極
１１ 駆動ＩＣ
１２ 個別電極
１３ 蓄熱層
１４ 発熱抵抗体
１５ 電気抵抗層
１７ 共通電極
１９ 個別電極
２１ ＩＣ−ＦＰＣ接続電極
２３ 接合材
２５ 保護層
２７ 被覆層
２９ 被覆部材

Claims (16)

1. 基板と、
   該基板上に並べて設けられた複数の発熱部と、
   該発熱部に電気的に接続された電極と、
   前記発熱部、および前記電極の一部を被覆する保護層と、を備え、
   該保護層は、前記発熱部上に設けられた第１保護層と、
   一部が該第１保護層上に設けられ、該第１保護層よりも熱伝導率の高い第２保護層とを有しており、
   前記第２保護層は、前記第１保護層が設けられていない前記電極上にまで広がって配置されていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 前記第２保護層が前記第１保護層の全体を被覆している、請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 平面視して、前記電極上に位置する前記第２保護層の面積が、前記電極上に位置する前記第１保護層の面積よりも大きい、請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
4. 前記第１保護層の厚みが前記第２保護層の厚みよりも大きい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
5. 前記基板と前記発熱部との間に、該発熱部の熱を蓄熱する蓄熱層をさらに備え、
   該蓄熱層が、前記基板の厚み方向に突出した隆起部を備えており、
   前記発熱部が前記隆起部上に設けられており、
   前記発熱部の配列方向から見て、前記第２保護層の幅が前記隆起部の幅よりも大きい、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
6. 前記発熱部の配列方向から見て、前記第１保護層の幅が前記隆起部の幅よりも小さい、請求項５に記載のサーマルヘッド。
7. 前記電極が、複数の前記発熱部に共通して接続された共通電極と、複数の前記発熱部と個別に接続された個別電極とをさらに備え、
   前記共通電極は、前記発熱部の配列方向に延びる主配線部と、該主配線部と前記発熱部とを電気的に接続するためのリード部とを備え、
   前記発熱部の配列方向から見て、前記第１保護層の縁部は、前記主配線部と前記発熱部との間に配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
8. 前記発熱部の配列方向から見て、前記第１保護層の重心は、前記発熱部の中心よりも前記個別電極側に配置されている、請求項７に記載のサーマルヘッド。
9. 前記発熱部の配列方向から見て、前記第１保護層の重心は、前記発熱部の中心よりも前記共通電極側に配置されている、請求項７に記載のサーマルヘッド。
10. 前記第２保護層の一部が、前記電極に接している、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
11. 前記第２保護層上に設けられ、該第２保護層よりも熱伝導率の低い第３保護層をさらに備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
12. 前記発熱部の配列方向から見て、前記第３保護層の幅が、前記第１保護層の幅よりも大きい、請求項１１に記載のサーマルヘッド。
13. 前記発熱部の配列方向から見て、前記第３保護層の幅が、前記第２保護層の幅よりも小さい、請求項１１または１２に記載のサーマルヘッド。
14. 前記第２保護層および前記第３保護層が酸素原子を含有しており、
    前記第２保護層は、前記第３保護層との界面近傍に含まれる酸素原子の量が、前記第２保護層の他の領域に含まれる酸素原子の量に比べて多い、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
15. 前記第１保護層および前記第２保護層が酸素原子を含有しており、
    前記第２保護層は、前記第１保護層との界面近傍に含まれる酸素原子の量が、前記第２保護層の他の領域に含まれる酸素原子の量に比べて多い、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のサーマルヘッドと、
    前記発熱部上に記録媒体を搬送する搬送機構と、
    前記発熱部上に前記記録媒体を押圧するプラテンローラと、を備えることを特徴とするサーマルプリンタ。

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