JPH03297663A - サーマルヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サーマルプリンタに搭載され、印字情報に従
って通電加熱づることにより所望の印字を行なうサーマ
ルヘッドおよびその製造方法に係リ、特に、高速印字に
対応しうるサーマルヘッドおよびその製造方法に関する
。

〔従来の技術゛〕

一般に、感熱プリンタ、熱転写プリンタ等のり゛−マル
プリンタに搭載されるサーマルヘッドは、例えば、複数
の発熱抵抗体を絶縁性基板上に形成されたグレーズ層上
に直線的に整列配置し、印字情報に従って前記各発熱抵
抗体を選択的に通電加熱させて、感熱プリンタにおいて
は、感熱記録紙に発色記録させ、また、熱転写プリンタ
においては、インクリボンのインクを溶融して普通紙に
転写記録させるようになっている。

第５図は従来のこの種のサーマルヘッドの一例を示すも
のであり、アルミナ等の絶縁性基板１の上面には、蓄熱
層として機能するガラスからなるグレーズ層２が上面が
断面円弧状となるように絶縁性基板１上に部分的に積層
されており、このグレーズ層２の上面には、Ｔａ２Ｎ等
からなる複数の発熱抵抗体３が、蒸着、スパッタリング
等により全体的に積層された後にフォトリソグラフィ技
術のエツチングを行なうことにより直線状に整列して形
成されている。これらの各発熱抵抗体３の両側の上面に
は、各発熱抵抗体３に対して通電するための共通電極４
ａおよび個別電極４ｂがそれぞれ形成されている。これ
らの各電極４ａ、４ｂは、例えば、ＡＮ　、　Ｃｕ　Ｘ
Ａｕ等の軟質金属からなり、約２μｍの厚みに蒸着、ス
パッタリング等により全体的に積層された後にフォトリ
ソグラフィ技術のエツチングを行なうことにより所望の
形状のパターンに形成されている。そして、前記各発熱
抵抗体３は、前記共通電極４ａおよび個別電極４ｂ間に
、最小印字単位たる１ドツト相当分の発熱ドツト３Ａを
露出するようにして各個独立に形成され、この発熱抵抗
体３の発熱ドツト３Ａは、前記各電極４ａ、４ｂ間に電
圧を印加することにより発熱されるようになっている。

前記絶縁性基板１、グレーズ層２、各発熱抵抗体３およ
び各電極４ａ、４ｂの上面には、各発熱抵抗体３および
電極４ａ、４ｂを保護する約７〜１０μｍの膜厚の保護
層５が積層されており、この保護層５は、発熱抵抗体３
を酸化による劣化から保護するＳｉＯ２等からなるほぼ
２μ瓦の膜厚の耐酸化層６と、この耐酸化ｍ６上に積層
され感熱記録紙、インクリボン等の感熱記録部材との接
触による摩耗から各発熱抵抗体３および電極４ａ、４ｂ
を保護するＴａ２０５等からなる約５〜８μｍの膜厚の
耐摩耗層７とから構成されており、この保護層５は、前
記各電極４ａ、４ｂの端子部以外の表面のすべてを被覆
するようになっている。この保ｉｌ！層５の耐酸化層６
および耐摩に層７は、スパッタリング等の手段により順
次形成されるようになっている。

なお、実際のサーマルヘッドの製造においては、ひとつ
の絶縁性基板１上に複数個のサーマルヘッドを形成する
ようになっているため、最終工程において前記絶縁性基
板１を分割して所定数のザーマルへラドチップを得るよ
うになっている。

前述した従来のサーマルヘッドを使用する熱転写プリン
タにおいては、このサーマルヘッドをインクリボンを介
して用紙に圧接させ、所定の印字情報に基づいて所望の
ドツトに対応する個別電極４ｂに通電することにより、
その発熱抵抗体３の発熱ドツト３Ａを発熱させ、前記イ
ンクリボンのインクを前記用紙に溶融転写させることに
より、前記用紙上に所望の印字を行なうことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、サーマルヘッドは、他の方式のプリンタ
と比較して、印字における蓄熱が激しく、特に、高速印
字を行なう場合は、熱伝導率の低い材質からなり肉厚の
薄いグレーズ層２を使用して、絶縁性基板１への放熱量
を大きくしないと、グレーズ層２の蓄熱量が大きく熱応
答性が悪いため、発熱ドツト３Ａの温度制御が不能とな
って用紙上のインクの尾引きや濃度ムラを生じ、印字品
質が著しく劣化するとともに、印字に濃淡をつける階調
表現ができなくなる。

このように、グレーズ層２における蓄熱性をグレーズ層
２の肉厚だけで制御しようとすると、グレーズ層２の肉
厚を薄くするほど絶縁性基板１への熱の逃げが大きくな
って熱効率が低下し、供給電力を増大しないと、所望の
印字濃度が得られず、発熱抵抗体３の電力密度が高くな
ることによる寿命の低下、ならびに、電源容量の増大を
招来することになる。

そのため、グレーズ層２にある程度の肉厚を設け、高速
印字における発熱ドツト３Ａの温度制御を、各発熱ドツ
ト３Ａにおける個々の通電状態の実績たる熱履歴に応じ
て通電時間を変える等詳細に補正することにより、ある
程度多発熱ドツ１−３Ａの温度制御を行なうことができ
るが、このような制御を行なうと、集積回路素子容量が
増大し、著しくコストアップになるというサーマルヘッ
ドにおける根本的な欠点があった。

本発明は、前述した従来のものにおける問題点を克服し
、蓄熱量を減少させて、熱効率を低下させることなく熱
応答性を高めて高速印字に対応することができ、高速印
字をローコストで行なうことのできるサーマルヘッドお
よびその製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前述した目的を達成するため本発明に係るサーマルヘッ
ドは、絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグレー
ズ層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体に選
択的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積層して
各発熱抵抗体に発熱ドツトを形成し、これらの上方を保
ｉｎにより被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記
グレーズ層および発熱抵抗体間に熱吸収しやすい色から
なる熱抵抗層を介装したことを特徴としている。

また、前記熱抵抗層を、絶縁層により単層に形成したり
、導電層および絶縁層により複層に形成したり、あるい
は、高比抵抗のサーメットにより単層に形成したりする
ことができる。

さらに、本発明に係るサーマルヘッドの製造方法は、絶
縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグレーズ層上に
、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体に選択的に通
電する複数の電極をそれぞれ整列状に積層して各発熱抵
抗体に発熱ドツトを形成し、これらの上方を保Ｍ１Ｂに
より被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記グレー
ズ層上に、熱吸収しやすい色からなる熱抵抗層をスパッ
タリングにより形成し、この熱抵抗層上に発熱抵抗体を
形成したことを特徴としている。

〔作　用〕

前述した構成からなる本発明のサーマルヘッドによれば
、グレーズ層および発熱抵抗体間に介装された熱抵抗層
を熱伝導率の大きな材料により形成しても、この熱抵抗
層の熱吸収作用が大きいため、この熱抵抗層は見かけ上
熱伝導率の小さな材料となり、グレーズ層方向への熱の
流れを少なくすることができ、その分、印字に寄与する
熱量ならびにエネルギ密度が増大することになる。この
結果、グレーズ層における蓄熱量が減少するので、供給
電力を少なくできるし、各発熱ドツトにお【ノるエネル
ギ密度を大きくでき、しかも放熱性も良好となるので、
熱応答性を向上して高速印字を行なうことができる。

また、本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、ス
パッタリングにより特殊構成の熱抵抗層を確実に製造す
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。なお
、前述した従来のものと同一ないしは相当する構成につ
いては、図面中に同一に付して説明する。

第１図は、本発明のサーマルヘッドの実施例を示すもの
であり、アルミナなどからなる絶縁性基板１上には、上
面が断面円弧状をなし、頂部において約４０μｍの肉厚
のガラスからなるグレーズ！２が焼付けにより積層され
ている。

前記絶縁性基板１およびグレーズ層２上には、約１μｍ
の肉厚の熱抵抗層１０が積層されている。

この熱抵抗層１０は、はぼ絶縁性を有する／ＪＮｘ、５
ｉＣ−ＮＳＳｉＣ−０，ＴａＯｘ１ＴｉＯ５ＳｉＮｘ１
ＳｉＯｘ１ＣｒＯｘ等の材利により熱吸収しやすい色た
る黒色に形成することができる。

この熱抵抗層１０は、ＡＪ　ＳＳｉ　、　Ｔａ　ＳＣｒ
またはこれらの酸化物、窒化物、炭化物からなるターゲ
ット、あるいは高比抵抗のサーメットからなるターゲッ
トを用いて、Ａｒガスに適量のＮ２ガスまたは０２ガス
を添加した雰囲気中でスパッタリングを行なうことによ
り成膜される。そして、このようにしてスパッタリング
により形成される熱抵抗層１０は、Ａｒガス中のＮ　ま
たはｏ２ガスの混合比を制御することによって、導電性
黒色膜からほぼ絶縁性黒色膜および絶縁性透光膜まで連
続的に形成できる特徴を有する。

すなわち、ＡＩｌ　Ｎをターゲットとして、Ａｒガス中
に適ｍのＮ　ガスあるいは０２ガスを混合してスパッタ
リングを行なうことにより黒色の絶縁性膜からなる単層
の熱抵抗層１０を形成することができる。

前記熱抵抗ｌ１ｉ１０上には、Ｔａ−８ｉ０２等からな
る発熱抵抗体３を形成するための発熱抵抗体層が、蒸着
ならびにスパッタリング等により＠層される。また、こ
の発熱抵抗体層上には、八１、Ｃｕ　、Ａｕ等からなる
電極４を形成するための電極層が蒸着ならびにスパッタ
リング等により積層される。そして、フォトリソグラフ
ィ技術により前記電極層ならびに発熱抵抗体層を所望の
パターンにエツチングして、整列配置された複数の発熱
抵抗体３ど、各発熱抵抗体３の中央部の発熱ドラｈ　３
△の両端から一方を共通電極４ａとし、他方を個別電極
４ｂとしてそれぞれ導出された電極４とが形成される。

また、前記熱抵抗層１０、各発熱抵抗体３および各電極
４には、前記各膜を保護するための保護層５が積層され
ている。この保護層５は、前述した従来のものよりも硬
度が高く、しかも薄くできるＳｉ３Ｎ４系、例えばザイ
アロン等の単層構造とされている。

前述した構成からなる本実施例のサーマルヘッドは、グ
レーズ層２と各発熱抵抗体３の間に、黒色の熱抵抗層１
０を介装したので、この熱抵抗層１０が発熱抵抗体３の
発熱ドツト３Ａの発熱による熱エネルギの一部を吸収し
、グレーズ層２方向への熱の流れを少なくすることがで
き、その分、印字に寄与する熱聞ならびにエネルギ密度
を増大することができる。したがって、サーマルヘッド
１ ２ の発熱ドツト３Ａのピーク温度が顕著に高まり、発熱ド
ツト３Ａ上の発熱等温血積が拡大するという効果がある
。この効果は実験により確められでいる。

また、高速印字に要求される熱応答性においても、黒色
の熱抵抗層１０は約１μｍと薄いため熱容缶が小さいし
、ならびに熱伝導のよい材料たる／ＩＮ、ＳｉＣ，Ｓｉ
等により熱抵抗層１０を形成しても、この熱抵抗層１０
の見かけ上の熱伝導率は小さくなるので、ピーク温度が
著しく高まり、かつ放熱性に優れたサーマルヘッドとす
ることができる。

第２図は従来例と本実施例における発熱ドツト３Ａのピ
ーク温度の絶対値ならびに熱応答性を示すグラフであり
、本実施例の発熱ドツト３Ａは、熱抵抗層１０の存在に
よりピーク温度が従来例より約２０％高温にまで上昇す
ることが可能どされ、しかも熱応答性が優れているので
、従来のものと同様の時間内における応答が可能とされ
る。

第３図は本発明に係るサーマルヘッドの第２実施例を示
すものであり、本実施例においては、前記熱抵抗層１０
が、グレーズ層２上に積層された黒色の導電層１１と、
この導電層１１上にさらに積層された黒色の絶縁層１２
とにより形成されている。その他の構成は第１図と同様
である。

このように、熱抵抗層１０を導電層１１と絶縁層１２と
により形成するためには、まず、例えば、ＡｐＮをター
ゲットとして、単にＡｒガスだけでスパッタする。する
と、Ａｊｌ過剰・Ｎ不足という状態、すなわち、導電層
１１が形成されることになる。ところが、この導電層１
１のみを熱抵抗層１０として用いると、導電層１１への
電流の漏洩が大きすぎてしまい、この導電層１１上に発
熱抵抗体３を形成すると、発熱抵抗体３への通電が不十
分になってしまう。そこで、さらにこの導電層１１上に
、Ａｒ　十Ｎ　　ガスまたはＡｒ＋０２ガス雰囲気にお
いてスパッタリングにより連続的に成膜し、黒色の絶縁
層１２を積層して熱抵抗層１０を形成する。

前述した導電層１１および絶縁層１２の２層構造の熱抵
抗層１０は第１図の実施例における単層構造の熱抵抗層
１０と比較してさらに熱抵抗性を高めることができる（
第４図参照）。

前述したように黒色に形成された導電層１１の熱抵抗性
が著しく大きくなる理由は、黒体化しているため、熱の
吸収と放射効果が生じ、これが熱抵抗性を生んでいると
思われ、単純に熱伝導率のみでは表現できない熱抵抗の
発現があると考えられる。

本発明は、前述した各実施例に限定されるものではなく
、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、前述した各実施例においては、ＡｌＮをターゲ
ットとしたスパッタリングについて説明したが、その他
の物質をターゲットとしてスパッタリングを行なうこと
ももちろん可能である。

Ｓａｃをターゲットとしたスパッタリングの場合、Ｓｉ
Ｃは半導体なので、これに絶縁性を付与するためには、
ＡｒガスにＮ２ガスまたは０２ガスを適量添加してＳｉ
Ｎ、ＳｉＯ成分を増せばよい。このようにすれば、Ａｆ
ＪＮをターゲットとして用いる場合と同様に、単層およ
び積層構造の熱抵抗層１０を容易に形成することができ
る。

また、ＡｆＪ、Ｓｉ、Ｔａ１０ｒ等の金属ターゲットを
用いる場合も、同様に、ＡｒガスにＮ２ガスまたはｏ２
ガスを適量混合することにより、導電性膜あるいは絶縁
性膜を任意に形成でき、単層あるいは積層構造の熱抵抗
層１０の形成を容易に行なうことができる。

その他Ｔａ−８ｉ０２からなる発熱抵抗体３のような高
比抵抗のサーメットを用いる場合、絶縁性を付与するた
め０２ガス等を適」添加するか、または、絶縁竹材料の
組成比を高めればよく、さらには０２ガスを制御するこ
とによって発熱抵抗体材料との共用も考えられる。

さらにまた、前記熱抵抗層１０を黒色の導電層１１と透
光性の絶縁Ｆ４１２との多層構造とすることにより、さ
らに熱抵抗性を高められることが実験的に確められてい
る（第４図参照）。このような多層４Ｍｆｆ１の例とし
ては、ＡρＮをターゲットと５ ６ して、黒色ＡＪＩＮｘ　（導電層）／透光性／ＩＮ（絶
縁層）／黒色ＡＩＮｘ（導電層）／透光性ＡρＮ（絶縁
層）というように、導電１Ｉ１１１と絶縁層１２とを交
互に積層して全体としてほぼ１μｍ厚の導電層１０を形
成することが考えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係るサーマルヘッドは、
グレーズ層と発熱抵抗体との間に黒色のように熱吸収し
やすい色からなる熱抵抗層を介装し、この熱抵抗層は、
ガラスからなる透明なグレーズ層中への熱の流れを効果
的に低減する作用を有するものであり、この熱抵抗層の
材質が熱伝導性の高い物質であっても、熱吸収作用が大
きいため、見かけ上はグレーズ層よりも明らかに熱伝導
性の低い物質となる。しかも、熱抵抗層の膜厚は約１μ
ｍであり、従来のものと比較して約３０％の熱効率が改
善できるのでサーマルヘッドの特性上、極めて有用なも
のである。

このような熱抵抗層を介装したサーマルヘッドとするこ
とにより、グレーズ層方向への熱の流れを少なくするこ
とができ、その分、印字に寄与する熱量ならびにエネル
ギ密度が増大することになり、グレーズ層にお【ノる蓄
熱量が少なくなるので、従来のものと比較して、供給電
力を低減することができる。

また、熱抵抗層はサーマルヘッドの熱量のエネルギ密度
を高くできるばかりでなく、放熱性にも優れ、熱抵抗層
への蓄熱量が低減するので、熱応答性も高まり、高速印
字に適したものとすることができる。したがって、゛リ
ーーマルヘッドの寿命性の向上、電源のローコスト化、
発熱ドツトの温度制御集積回路素子の容量低減によるロ
ーコスト化等の有用な利点を有する。

さらに、本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、
スパッタリングにより前述した構成の熱抵抗層を有する
サーマルヘッドを確実に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサーマルヘッドの実施例を示す縦
断面図、第２図は第１図のサーマルヘッドおよび従来例
の熱応答性を示すグラフ、第３図は本発明の他の実施例
を示す縦断面図、第４図は第３図のサーマルヘッドおよ
び従来例の熱応答性を示すグラフ、第５図は従来例を示
す縦断面図である。 １・・・絶縁性基板、２・・・グレーズ層、３・・・発
熱抵抗体、３Ａ・・・発熱ドツト、４・・・電極、５・
・・保護層、１０・・・熱抵抗層、１１・・・導電層、
１２・・・絶縁層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグレーズ
   層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体に選択
   的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積層して各
   発熱抵抗体に発熱ドットを形成し、これらの上方を保護
   層により被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記グ
   レーズ層および発熱抵抗体間に熱吸収しやすい色からな
   る熱抵抗層を介装したことを特徴とするサーマルヘッド
   。 ２）前記熱抵抗層を絶縁層により単層に形成したことを
   特徴とする請求項第１項記載のサーマルヘッド。 ３）前記熱抵抗層を導電層および絶縁層により複層に形
   成したことを特徴とする請求項第１項記載のサーマルヘ
   ッド。 ４）前記熱抵抗層を高比抵抗のサーメットにより単層に
   形成したことを特徴とする請求項第１項記載のサーマル
   ヘッド。 ５）絶縁性基板上にグレーズ層を形成し、このグレーズ
   層上に、複数の発熱抵抗体ならびに各発熱抵抗体に選択
   的に通電する複数の電極をそれぞれ整列状に積層して各
   発熱抵抗体に発熱ドットを形成し、これらの上方を保護
   層により被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記グ
   レーズ層上に、熱吸収しやすい色からなる熱抵抗層をス
   パッタリングにより形成し、この熱抵抗層上に発熱抵抗
   体を形成したことを特徴とするサーマルヘッドの製造方
   法。