JPH08267807A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】長期間にわたり良好に機能させることが可能
で、且つ、導電層を正確にパターニングすることが可能
なサーマルヘッドを提供する。 【構成】セラミック基板１上面の所定領域にホウ珪酸ガ
ラスから成る蓄熱層２を、その他の領域にアルコキシド
ガラスから成る平坦化層３をそれぞれ被着させるととも
に、前記蓄熱層２上に複数個の発熱素子４を、前記蓄熱
層２上から平坦化層３上にかけて前記複数個の発熱素子
４の各々に接続される複数個の導電層５をそれぞれ形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワードプロセッサやファ
クシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマル
ヘッドの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図３に示す如
く、アルミナセラミックス等から成るセラミック基板１
１の上面所定領域に、ホウ珪酸ガラスから成る断面円弧
状の蓄熱層１２を20〜70μｍの厚みをもって被着させる
とともに、該蓄熱層１２上にTaSiO 等の抵抗材料から成
る複数個の発熱素子（厚み：200 〜1000Å）１３とAl等
から成る一対の導電層（厚み：１〜２μｍ）１４とを、
該導電層１４の一端がセラミック基板１１の上面まで延
在されるようにして順次被着させた構造を有しており、
前記一対の導電層１４間に外部からの印字信号に基づい
て所定の電力を印加し、発熱素子１３を選択的にジュー
ル発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等の記録
媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印字画像を形成する
ことによってサーマルヘッドとして機能する。

【０００３】尚、前記セラミック基板１１は、アルミナ
等のセラミック原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加
混合して泥漿状に成すとともにこれをドクターブレード
法やカレンダーロール法等によってセラミックグリーン
シートと成し、しかる後、このセラミックグリーンシー
トを所定形状に打ち抜き、高温で焼成することによって
製作されており、このようにして製作されたセラミック
基板１１の表面は中心線平均粗さＲａで１〜２μｍの粗
面になる。

【０００４】また前記蓄熱層１２は、発熱素子１３の記
録媒体に対する印圧を高くなすとともに、所定の蓄熱特
性および熱応答特性を得ることができるように、その外
形を断面円弧状もしくは台形状（厚み：20〜70μｍ）に
成してあり、所定ガラスペーストをスクリーン印刷等に
よって帯状に塗布し、これを高温で焼成することによっ
てセラミック基板１１の上面所定領域に被着形成され
る。

【０００５】更に前記発熱素子１３及び導電層１４は従
来周知の薄膜形成技術を採用することによって所定厚
み、所定パターンに被着形成され、具体的には、TaSiO
、Alを従来周知のスパッタリング法によって蓄熱層１
２が設けられているセラミック基板１１上に所定の厚み
をもって順次被着させ、しかる後、前記TaSiO 、Al等の
上にフォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いた露
光、現像、エッチング等の各工程を経ることにより所定
パターンに加工される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、セラミック基板１１の
表面粗度が中心線平均粗さＲａで１〜２μｍと比較的大
きいため、このような表面をもったセラミック基板１１
上に厚みの極めて薄い導電層１４等をフォトリソグラフ
ィー技術等によって直に被着形成した場合、セラミック
基板１１の表面に塗布されるフォトレジストの厚みが不
均一になることに起因して導電層１４を所定のパターン
に加工することが困難になる。特に導電層１４の配線密
度を12本/mm 程度の高密度になす場合には、導電層１４
に短絡や断線が多数発生し、製造歩留りが極端に低下す
る欠点を有している。

【０００７】そこで上記欠点を解消するために、蓄熱層
１２及び導電層１４が被着されるセラミック基板１１の
上面全体にアルコキシドガラスを塗布、焼成して平坦層
を被着しておくことが提案されている。

【０００８】しかしながら、蓄熱層１２及び導電層１４
が被着されるセラミック基板１１の上面全体にアルコキ
シドガラスを塗布、焼成して平坦層を被着した場合、ア
ルコキシドガラスから成る平坦層の熱膨張係数が5.5 ×
10^-7１／℃と小さく、セラミック基板１１を形成するア
ルミナセラミックスの熱膨張係数（６〜８×10^-6１／
℃）と大きく相違することから、印字に際して発熱素子
１３をジュール発熱させた際、その直下に位置する平坦
層とセラミック基板１１との間に大きな熱応力が発生
し、記録媒体の摺接等によって蓄熱層１２等に外力が印
加されると、蓄熱層１２と平坦層との間で剥離が発生
し、サーマルヘッドとしての機能が喪失されてしまう欠
点があった。

【０００９】また前記平坦層を、蓄熱層１２が被着され
ているセラミック基板１１上に、蓄熱層１２を覆うよう
にして全面に被着させることも考えられるが、蓄熱層１
２を形成するホウ珪酸ガラスの熱膨張係数（６〜８×10
^-6１／℃）も上述した平坦層の熱膨張係数と大きく相違
しており、印字に際して発熱素子１３をジュール発熱さ
せた際、その直下に位置する平坦層と蓄熱層１２との間
に大きな熱応力が発生し、記録媒体の摺接等によって蓄
熱層１２等に外力が印加されると、蓄熱層１２と平坦層
との間で剥離が発生し、サーマルヘッドとしての機能が
比較的短時間で喪失されてしまう欠点があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、長期間にわたり良好に機能させること
が可能で、且つ、導電層を正確にパターニングすること
が可能なサーマルヘッドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、セラミック基板上面の所定領域にホウ珪酸ガラスか
ら成る蓄熱層を、その他の領域にアルコキシドガラスか
ら成る平坦化層をそれぞれ被着させるとともに、前記蓄
熱層上に複数個の発熱素子を、前記蓄熱層上から平坦化
層上にかけて前記複数個の発熱素子の各々に接続される
複数個の導電層をそれぞれ形成したことを特徴とする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明のサーマルヘッドの一実
施例を示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であ
り、１はセラミック基板、２は蓄熱層、３は平坦化層、
４は発熱素子、５は一対の導電層、６は保護層である。

【００１３】前記セラミック基板１はアルミナ等の電気
絶縁性材料から成り、アルミナ、シリカ、マグネシア等
のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加
混合して泥漿状に成すとともにこれを従来周知のドクタ
ーブレード法やカレンダーロール法等を採用することに
よってセラミックグリーンシートを形成し、しかる後、
前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加
工するとともに高温で焼成することによって製作され
る。尚、このようにして製作されるセラミック基板１の
表面には２〜３μｍ程度の突起が多数形成されており、
その表面粗度は中心線平均粗さＲａで約１〜２μｍの粗
面になる。

【００１４】また前記セラミック基板１の上面所定領域
には、該セラミック基板１を形成するアルミナセラミッ
クス等とほぼ同等の熱膨張率を有したホウ珪酸ガラス製
の蓄熱層２が直に被着されている。

【００１５】前記蓄熱層２は、その上に被着される発熱
素子４の印圧を高めて発熱素子４の発する熱が記録媒体
に効率良く伝導されるようになすとともに、発熱素子４
の直下領域において発熱素子４の発する熱を適当な温度
となるように蓄積しサーマルヘッドの熱応答特性を良好
に保つ作用を為す。

【００１６】尚、前記蓄熱層２は、ホウ珪酸ガラスの粉
末（粒径３〜５μｍ）に適当な有機溶媒、溶剤を添加混
合して所定のガラスペーストを作製し、これをスクリー
ン印刷等の厚膜手法によってセラミック基板１１の上面
所定領域に20〜70μｍの厚みをもって直に塗布するとと
もに、これを高温（温度：900 〜1200℃）で焼き付ける
ことによって所定形状に被着される。

【００１７】このとき、蓄熱層２は熱膨張率がほぼ等し
いセラミック基板１上に直に被着されており、蓄熱層２
とセラミック基板１とは極めて強固に接合されるため、
発熱素子４をジュール発熱させて印字を行う際、記録媒
体の摺接等によって蓄熱層２に外力が印加されても、蓄
熱層２がセラミック基板１より剥離することはなく、サ
ーマルヘッドを長期にわたり良好に機能させることがで
きる。

【００１８】また前記セラミック基板１の上面のうち、
蓄熱層２が形成されていない領域には、アルコキシドガ
ラス溶液を塗布、焼成して成るSiO ₂ 製の平坦化層３が
中心線平均粗さＲａで0.8 μｍ以下の平坦面となるよう
に約２μｍの厚みをもって被着されている。

【００１９】前記平坦化層３は多数の突起が形成されて
いるセラミック基板１の表面を平坦化することから、後
述する導電層５等をフォトリソグラフィー技術によって
パターニングする際、セラミック基板１上に塗布される
フォトレジストの厚みは略均一となり、その結果、導電
層５等に短絡や断線が発生するのが有効に防止されて正
確にパターニングすることができる。

【００２０】また前記平坦化層３は、その表面粗度を中
心線平均粗さＲａで0.2 μｍ以上になしておくことによ
り、その上に形成される導電層５等をアンカー効果によ
って強固に被着させておくことができる。従って平坦化
層３の表面粗度を中心線平均粗さＲａで0.2 μｍ以上に
なしておくことが好ましい。

【００２１】尚、前記平坦化層３は以下の方法によって
セラミック基板１の上面に形成される。

【００２２】例えば、アルコキシドガラス溶液として所
定波長の紫外線に対して感光性を有する材料を用いる場
合、先ず、感光性アルコキシドガラス溶液を蓄熱層２を
有したセラミック基板１の上面全体にスピンナー、ロー
ルコーター等を用いて約２μｍの厚みをもって蓄熱層２
を覆うように塗布し、これを乾燥させた後、セラミック
基板１上に塗布したアルコキシドガラス溶液の所定領域
をフォトマスクで覆い、所定波長の紫外線を照射する。
次にセラミック基板１をイソプロピルアルコール等の溶
剤中に浸漬することによって紫外線が照射されなかった
アルコキシドガラス溶液をエッチング除去し、しかる
後、これを300 〜500 ℃の温度で加熱重合することによ
って形成される。

【００２３】このとき、アルコキシドガラス溶液を用い
て平坦化層３を形成するのは、蓄熱層２と同様のホウ珪
酸ガラスから成るガラスペーストを用いた場合、ガラス
ペースト中に混在するガラスフィラーの粒径が３〜５μ
ｍとセラミック基板１表面の凹凸に比し大きいために２
μｍ程度の薄い層を形成するのが極めて困難となるから
である。

【００２４】また前記蓄熱層２の上面には、直線状に配
列された複数個の発熱素子４が直に被着されている。

【００２５】前記発熱素子４は、例えば、TaSiO 、TiSi
O 、TiCSiO、TaN 等から成っており、それ自体が所定の
電気抵抗率を有しているため、後述する一対の導電層５
を介して所定の電力が印加されるとジュール発熱を起こ
し、記録媒体に印字画像を形成するのに必要な所定の温
度、例えば200 ℃乃至350 ℃の温度に発熱する。

【００２６】前記発熱素子４を形成するTaSiO 、TiSiO
、TiCSiO、TaN 等は、これらと密着性の良いホウ珪酸
ガラス製の蓄熱層２上に直に被着されているため、印字
に際して発熱素子４をジュール発熱させる際、該発熱素
子４に記録媒体の摺接等によって外力が印加されても、
発熱素子４が蓄熱層２より剥離することはなく、発熱素
子４を蓄熱層２に対し強固に被着させておくことができ
る。これにより、サーマルヘッドを長期間にわたり良好
に機能させることが可能となる。

【００２７】また前記各発熱素子４には、Al等から成る
一対の導電層５が接続されている。前記一対の導電層５
は、発熱素子４が配置されている蓄熱層２上から平坦化
層３上にかけて被着形成されており、発熱素子４にジュ
ール発熱を起こさせるために必要な所定の電力を印加す
る作用を為す。

【００２８】前記発熱素子４及び一対の導電層５は従来
周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術
を採用することによって蓄熱層２上に所定パターン、所
定厚み（発熱素子４は200 〜1000Åの厚み、一対の導電
層５は1.0 〜2.0 μｍの厚み）に被着される。具体的に
は、TaSiO 、Alをスパッタリング法によって蓄熱層２が
設けられているセラミック基板１上に所定の厚みをもっ
て順次被着させ、しかる後、前記TaSiO 、Al等の上にフ
ォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いた露光、現
像、エッチング等の各工程を経ることにより所定パター
ンに加工される。

【００２９】尚、前記発熱素子４や一対の導電層５上に
は、SiN ₄ 等から成る保護層６が被着されており、該保
護層６によって発熱素子４等が大気中に含まれる水分等
の接触により酸化腐食されたり、或いは記録媒体の摺接
により摩耗されたりするのを有効に防止している。

【００３０】かくして本発明のサーマルヘッドは、一対
の導電層５間に印字信号に基づき所定の電力を印加し、
発熱素子４を選択的にジュール発熱させるとともに、該
発熱した熱を記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印
字画像を形成することによってサーマルヘッドとして機
能する。

【００３１】尚、本発明は上述した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において
種々の変更、改良等が可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、蓄熱
層及びセラミック基板、発熱素子及び蓄熱層がそれぞれ
強固に接合されるため、印字に際して発熱素子をジュー
ル発熱させた際、記録媒体の摺接等によって外力が印加
されても、蓄熱層及びセラミック基板間、発熱素子及び
蓄熱層間に剥離が発生することはなく、長期間にわたり
良好に機能させることができるとともに、導電層をフォ
トリソグラフィー技術等によって正確にパターニングす
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す平面
図である。

【図２】図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図３】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・セラミック基板 ２・・・蓄熱層 ３・・・平坦化層 ４・・・発熱素子 ５・・・導電層 ６・・・保護層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック基板上面の所定領域にホウ珪酸
   ガラスから成る蓄熱層を、その他の領域にアルコキシド
   ガラスから成る平坦化層をそれぞれ被着させるととも
   に、前記蓄熱層上に複数個の発熱素子を、前記蓄熱層上
   から平坦化層上にかけて前記複数個の発熱素子の各々に
   接続される複数個の導電層をそれぞれ形成したことを特
   徴とするサーマルヘッド。