JPH04305466A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルヘッドおよび
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は典型的な従来例のサーマルヘッド
１の斜視図であり、図１０は図９の切断面線Ｘ１０−Ｘ
１０から見た断面図である。サーマルヘッド１は、たと
えばアルミナ系セラミックスなどの電気絶縁性と耐熱性
とを有する材料から成る板厚ｔ１（例として０．５ｍｍ
〜１．０ｍｍ）の平板状の絶縁基板２を備え、絶縁基板
２上にはスクリーン印刷などの厚膜技術により、蓄熱層
３がサーマルヘッド１の長手方向（図１０の紙面と垂直
方向）に沿って帯状に、かつ頂部に突起３ａ（高さｄ１
）とともに形成される。また同様な厚膜技術により、た
とえばアルミニウムなどから成る厚膜共通電極４が耐熱
性基板２の周縁部に形成される。

【０００３】これらの上にたとえばスパッタリングや蒸
着などの薄膜技術により、抵抗体層５がほぼ全面に亘っ
て形成される。発熱抵抗体層５上に予め定める複数の領
域に透孔を有して前記薄膜技術により薄膜電極層が形成
される。透孔に望む抵抗体層５の各突部５ａがサーマル
ヘッド１の発熱素子９として構成される。前記薄膜電極
層において、各発熱素子９の共通する一方側は全て共通
に接続された薄膜共通電極６として構成される。各発熱
素子９の他方側の薄膜電極層は、発熱素子９毎に区分さ
れた個別電極８を構成する。薄膜電極層上には、たとえ
ば五酸化タンタルなどの材料から成る保護膜７が形成さ
れる。

【０００４】絶縁基板２は、たとえばアルミニウム合金
などの軽合金材料から板厚ｔ２（例として５ｍｍ〜１０
ｍｍ）形成される放熱板１２上に乗載される。

【０００５】図１１はサーマルヘッド１の製造工程を説
明する断面図である。図１０（１）に示すように、絶縁
基板２上に前記材料からなる蓄熱層３を形成し、前記発
熱素子９の形成領域Ｒ１をフォトレジストなどの合成樹
脂材料からなる保護層Ａ１で被覆する。このとき蓄熱層
３は全体に亘って均一な組成から形成される。このよう
な蓄熱層３にエッチングを施すと、図１１（２）から図
１１（３）に示すように、蓄熱層３に対し厚み方向にエ
ッチングが進行し、前記突部３ａが高さｄ１（例えば１
μｍ以上）に形成される。このとき蓄熱層３に対するエ
ッチングは、蓄熱層３の厚み方向に限らず広がり方向に
も進行し、したがって図１１（２）〜図１１（４）に示
すように突部３ａの幅Ｌ１が小さくなくとともに、その
側面３ｂが蓄熱層３に対してほぼ垂直方向に切り立つ状
態になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例にお
いて、蓄熱層３を構成する材料がその全体に亘って完全
に均一なエッチングレートを有しておらず、ばらつきを
有しているため、形成される突部３ａの前記高さｄ１に
ばらつきを生じ、感熱記録時に感熱記録紙などとの圧接
力にばらつきを生じ濃度むらを生じることになる。また
、図１１（４）の状態の蓄熱層３に対して、図１０に示
されるように抵抗体層５や保護膜７が形成されるが、感
熱記録紙Ｐと保護膜７の突起７ａが圧接して相互に摺動
するとき、感熱記録紙Ｐから保護膜７への応力は保護膜
７の突起７ａの角隅部７ｂ，７ｃに集中することになり
、保護膜７が剥離しやすいという課題を有している。

【０００７】他の従来例として、図１２に示すように絶
縁基板２上に帯状に第１蓄熱層３ｃを形成し、この状態
の絶縁基板２の全体を被覆して第２蓄熱層３ｄを形成す
る技術が知られている。このような技術であっても、前
記第１蓄熱層３ｃを製造するには、前述と同様な処理が
行われており、したがって前記第１の従来例に関して述
べた問題と同様な問題が生じるという課題がある。

【０００８】本発明の目的は、上述の技術的課題を解消
し、印画品質と信頼性とを格段に向上することができる
サーマルヘッドとその製造方法とを提供することである
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基板上に
帯状の蓄熱層を形成するとともに該蓄熱層上に複数個の
発熱素子を直線状に配列して成るサーマルヘッドにおい
て、前記蓄熱層は発熱素子の形成領域に横断面が台形状
を成す突起を有し、かつ該突起の両側に発熱素子に接続
される電極が突起よりも低く形成されていることを特徴
とするサーマルヘッドである。

【００１０】また本発明は、下記工程Ａ〜工程Ｃを含む
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法である。

【００１１】Ａ）絶縁基板上に次第にエッチングレート
が大きくなるように蓄熱層を形成する。

【００１２】Ｂ）前記蓄熱層の発熱素子形成領域に耐エ
ッチング性を有する被覆層を形成する。

【００１３】Ｃ）蓄熱層をエッチングし、発熱素子の形
成領域に横断面が台形状を成す突起を形成する。

【００１４】

【作用】本発明に従えば、絶縁基板上に次第にエッチン
グレートが増大するように蓄熱層を形成する。この蓄熱
層の発熱素子の形成領域を被覆して、耐エッチング性を
有する被覆層を形成し、その後、蓄熱層をエッチングす
る。蓄熱層の前記エッチングレートの分布により、前記
被覆層の下部の蓄熱層は、その横断面が絶縁基板側に向
かうに従い幅広となる台形状を成す突起に形成される。 この蓄熱層の該突起の両側に発熱素子に接続される電極
が、該突起よりも低く形成されサーマルヘッドが構成さ
れる。

【００１５】蓄熱層を上記のように台形状を成す突起に
形成することができるので、その上に形成される保護膜
に感熱記録紙などの記録媒体が圧接されて摺動する場合
、摩擦に基づく応力は、突起の台形状部分のほぼ全面に
作用することになり、特定部位に応力が集中して保護膜
が剥離しやすくなる事態が防止される。これにより、サ
ーマルヘッドの信頼性が向上する。また蓄熱層の前記突
起の高さは、蓄熱層の層厚によって決定される。したが
って蓄熱層を薄膜技術により形成すれば、蓄熱層の前記
発熱素子毎の突起の高さを高精度に制御することができ
、印画品質を向上することができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例に従うサーマルヘッ
ド１１の断面図であり、図２はサーマルヘッド１１の全
体の断面図であり、図３はサーマルヘッド１１の全体の
平面図である。サーマルヘッド１１は、たとえばアルミ
ナ系セラミックスなどの電気絶縁性と耐熱性とを有する
材料から成る板厚ｔ３（例として０．５ｍｍ〜１．０ｍ
ｍ）の平板状の絶縁基板１２を備え、絶縁基板１２上に
はスクリーン印刷などの厚膜技術により、第１蓄熱層１
３ａが形成される。第１蓄熱層１３ａは酸化シリコンＳ
ｉＯ２　を主成分とするガラスを膜厚ｔ５（例として８
０μｍ程度）に形成する。第１蓄熱層１３ａの上に形成
される第２蓄熱層１３ｂは酸化シリコンＳｉＯ２　を主
成分とするターゲットを用いるスパッタリング法などの
薄膜技術で、後述するように膜厚ｔ６（例として０．３
μｍ）に形成し、その頂部には、高さｄ２（例として１
．０μｍ）の台形状の突部２３が後述するように形成さ
れる。これらは、サーマルヘッド１１の長手方向（第３
図の紙面と垂直方向）に沿って一直線状に形成される。 また厚膜技術により、たとえばアルミニウムなどから成
る厚膜共通電極１４が耐熱性基板１２の周縁部に形成さ
れる。

【００１７】これらの上にたとえばスパッタリングや蒸
着などの薄膜技術により、抵抗体層１５がほぼ全面に亘
って形成される。抵抗体層１５上に予め定める複数の領
域に透孔を有して前記薄膜技術により薄膜電極層１６が
形成される。透孔に望む抵抗体層１５の各領域が、サー
マルヘッド１１の発熱素子１７として構成される。前記
薄膜電極層１６において、各発熱素子１７の共通する一
方側は全て共通に接続された薄膜共通電極１８として構
成され、厚膜共通電極１４と共に共通電極１９を構成す
る。各発熱素子１７の他方側の薄膜電極層１６は、発熱
素子１７毎に区分された個別電極２０を構成する。薄膜
電極層１６上には、たとえばチッ化ケイ素などの材料か
ら成る耐摩耗層２１が形成される。

【００１８】耐熱性基板１２は、たとえばアルミニウム
合金などの軽合金材料から板厚ｔ４（例として５ｍｍ〜
１０ｍｍ）に形成される放熱板２２上に乗載される。前
記個別電極２０は、予め定める数毎に区分され、各区分
毎に複数の駆動回路素子３０にそれぞれ接続される。駆
動回路素子３０は、各個別電極２０を選択的にたとえば
接地電位と導通し、これにより発熱素子１７が選択的に
通電発熱され、感熱印画が行われる。この駆動回路素子
３０には、制御ライン３１が接続され、前記厚膜共通電
極１４は電源回路素子３２に接続される。この電源回路
素子３２には、電源ライン３３をそれぞれ介して、前記
複数の駆動回路素子３０が接続される。前記制御ライン
３１は、可撓性配線基板３６に接続され、また前記厚膜
共通電極１４や電源ライン３３の一部分、および電源回
路素子３２は、可撓性配線基板３６上に配置されていて
もよい。

【００１９】また放熱板２２と可撓性配線基板３６との
間には耐熱性を有する補強板３７が介在され、この補強
板３７は放熱板２２との間では、粘着剤２８で固定され
る。

【００２０】本実施例では、第２蓄熱層１３ｂに形成さ
れる発熱素子１７毎の突起２３の形状を、その頂部から
第１蓄熱層１３ａにかけて幅広となる台形状に形成し、
かつ同一高さに形成しようとするものである。本件発明
者は下記のような知見に基づいて、この課題を解決した
。すなわち、前記第２蓄熱層１３ｂは、窒化シリコンＳ
ｉ３Ｎ４をスパッタリング法などの薄膜技術を用いて絶
縁基板１２上に形成される。このときスパッタリング工
程中における雰囲気ガスの酸素含有量（ｖｏｌ％）と、
得られた第２蓄熱層１３ｂのエッチングレート（Å／秒
）とは、図４のラインＬ２に示すように正の相関関係を
有することが確認されている。したがって前記突起２３
を比較的緩やかな斜面を有する台形状に形成するには、
第２蓄熱層１３ｂにおいて第１蓄熱層１３ａから遠ざか
るに従い、エッチングレートが大きくなるように形成す
れば良い。このような、第２蓄熱層１３ｂにおけるエッ
チングレートの分布を、たとえば図５に示すラインＬ３
であるように選ぶ。このようなエッチングレートの分布
を実現するには、図６のラインＬ４に示されるように、
第２蓄熱層１３ｂの膜厚すなわち成膜時間と酸素濃度と
の関係を定めれば良い。

【００２１】図７は本発明の一実施例の製造工程を説明
する工程図であり、図８はこの製造工程を説明する断面
図である。工程ａ１では、図８（１）に示されるように
絶縁基板１２上に第１蓄熱層１３ａを形成する。第２蓄
熱層１３ｂを形成するには、前述したようにスパッタリ
ング法などの薄膜技術を用い、工程ａ２で窒化シリコン
Ｓｉ３Ｎ４を主成分をするターゲットに成膜開始から膜
厚たとえば０．３μｍまでは１００％アルゴンＡｒガス
を用いて第１段のスパッタリングを行う。次に、工程ａ
３では膜厚０．３〜０．６μｍ程度までは１０％酸素ガ
スを混入させた前記アルゴンＡｒガスを用いて第２段の
スパッタリングを行い、工程ａ４では膜厚０．６〜１．
３μｍ程度までは、２０％の酸素ガスを混入させたアル
ゴンＡｒガスを用いてスパッタリング処理を中途で停止
することなく成膜する。

【００２２】工程ａ５では、各蓄熱層１３ａ，１３ｂに
おける前記発熱素子１７が形成される形成領域２４を被
覆して、たとえばフォトレジストなどの材料からなる被
覆層２５を形成する。工程ａ６では図８（２）以降に示
されるように、第２蓄熱層１３ｂをエッチングする。こ
のときのエッチング液はたとえばフッ酸またはフッショ
ウ酸を主成分とする酸が用いられる。図８（１）の状態
からエッチングを開始し、図８（２）および図８（３）
に示される状態に次第にエッチングが進行する。すなわ
ち、第２蓄熱層１３ｂの前述したようなエッチングレー
トの分布により、第２蓄熱層１３ｂにおいて、被覆層２
５に近いほど速くエッチングされ、第１蓄熱層１３ａに
近いほど遅くエッチングされる。したがって第２蓄熱層
１３ｂの突起２３の側部２６は、第１蓄熱層１３ａに近
付くほど幅広となる緩やかな傾斜面に形成される。この
後、図８（４）に示されるように、被覆層２５を除去す
ることにより前記高さｄ２の突起２３が形成される。

【００２３】この後、図１に示されるように、共通電極
１８、個別電極２０および保護膜２１を形成してサーマ
ルヘッド１１が構成される。

【００２４】このような製造工程で製造され、図１の構
成を有するサーマルヘッド１１において、感熱記録紙２
７における記録濃度を定める保護膜２１と感熱記録紙２
７との圧接力を規定する突起２３の高さｄ２を、第２蓄
熱層１３ｂを前記薄膜技術で形成することにより、極め
て高精度で制御することができる。すなわち、蓄熱層を
エッチングするときのエッチングレートが５００〜１０
００Å／秒である場合、窒化シリコンＳｉ３Ｎ４をスパ
ッタリングするときの成膜速度は１〜１０Å／秒である
ことが知られている。すなわち本実施例は、第２蓄熱層
１３ｂの膜厚を高精度に制御することができる。これに
より、感熱記録紙２７への濃度むらを防止できる。

【００２５】一方、前述したように突起２３の側部２６
は比較的緩やかな傾斜面に形成されるので、保護膜２１
と感熱記録紙２７とが相互に圧接して摺動する場合であ
っても感熱記録紙２７との摺動に基づいて発生する応力
は、いわば突起２３の全体に亘って作用を及ぼし、従来
技術のように保護膜２１の所定の一隅部にのみ、前記応
力が集中する事態を防止することができ、前記応力の集
中による保護膜２１の剥離を防止することができる。こ
れにより、サーマルヘッド１１の信頼性を格段に向上で
きる。

【００２６】本発明には、第１蓄熱層１３ａおよび第２
蓄熱層１３ｂを前記薄膜技術で一体的に形成する例が含
まれる。また、第１蓄熱層１３ａおよび／または第２蓄
熱層１３ｂを酸化シリコンＳｉＯ２　など、他の材料か
ら形成する例が含まれる。その他、本発明は、前記実施
例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で種々の変更例および改善例を含むものである。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明に従えば、絶縁基板
上に次第にエッチングレートが増大するように蓄熱層を
形成する。この蓄熱層の発熱素子の形成領域を被覆して
、耐エッチング性を有する被覆層を形成し、その後、蓄
熱層をエッチングする。蓄熱層の前記エッチングレート
の分布により、前記被覆層の下部の蓄熱層は、その横断
面が絶縁基板側に向かうに従い幅広となる台形状を成す
突起に形成される。この蓄熱層の該突起の両側に発熱素
子に接続される電極が、該突起よりも低く形成されサー
マルヘッドが構成される。

【００２８】蓄熱層を上記のように台形状を成す突起に
形成することができるので、その上に形成される保護膜
に感熱記録紙などの記録媒体が圧接されて摺動する場合
、摩擦に基づく応力は、突起の台形状部分のほぼ全面に
作用することになり、特定部位に応力が集中して保護膜
が剥離しやすくなる事態が防止される。これにより、サ
ーマルヘッドの信頼性が向上する。また蓄熱層の前記突
起の高さは、蓄熱層の層厚によって決定される。したが
って蓄熱層を薄膜技術により形成すれば、蓄熱層の前記
発熱素子毎の突起の高さを高精度に制御することができ
、印画品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のサーマルヘッド１１の断面
図である。

【図２】サーマルヘッド１１の全体の断面図である。

【図３】サーマルヘッド１１の全体の平面図である。

【図４】スパッタリング時の酸素濃度とエッチングレー
トとの関係を示すグラフである。

【図５】膜厚に関するエッチングレートの分布を示すグ
ラフである。

【図６】膜厚と酸素濃度との関係を示すグラフである。

【図７】本発明の一実施例の製造工程を説明する工程図
である。

【図８】本実施例の製造工程を説明する断面図である。

【図９】従来例のサーマルヘッド１の斜視図である。

【図１０】サーマルヘッド１の断面図である。

【図１１】サーマルヘッド１の製造工程を説明する断面
図である。

【図１２】他の従来例の断面図である。

【符号の説明】

１１　　サーマルヘッド １２　　絶縁基板 １３ｂ　　第２蓄熱層 １７　　発熱素子 ２２　　放熱板 ２３　　突起 ２６　　側部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁基板上に帯状の蓄熱層を形成する
   とともに該蓄熱層上に複数個の発熱素子を直線状に配列
   して成るサーマルヘッドにおいて、前記蓄熱層は発熱素
   子の形成領域に横断面が台形状を成す突起を有し、かつ
   該突起の両側に発熱素子に接続される電極が突起よりも
   低く形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】　　下記工程Ａ〜工程Ｃを含むことを特徴
   とするサーマルヘッドの製造方法。 Ａ）絶縁基板上に次第にエッチングレートが大きくなる
   ように蓄熱層を形成する。 Ｂ）前記蓄熱層の発熱素子形成領域に耐エッチング性を
   有する被覆層を形成する。 Ｃ）蓄熱層をエッチングし、発熱素子の形成領域に横断
   面が台形状を成す突起を形成する。