JPS62105646A

JPS62105646A - サ−マルヘツド

Info

Publication number: JPS62105646A
Application number: JP60246810A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 勝彦村上; Norio Yamamura; 山村　則夫
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-11-02
Filing date: 1985-11-02
Publication date: 1987-05-16

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】（発明の技術分野）本発明はサーマルヘッドに関し、特にその発熱体の下地
層の改良に関するものである。

（発明の背景）第１６図を参照するに、一般にサーマルヘッドは、熱伝
導率の比較的大きいアルミナセラミック等の絶縁性基板
１と、その表面の一部あるいは全面に積層されたガラス
グレーズ層（下地層）３と、そのガラスグレーズ層３の
表面に配設されたドツト状発熱体５と、不図示の一対の
電極とを有して成る。なお、図中、７は発熱体５の保護
膜を示す、また、基板１の裏面には、アルミナセラミッ
クの熱伝導率よりも更に大きい、例えばアルミニウム性
の放熱板（不図示）も設けられている。

ところで、サーマルヘッドに記録紙を押し付けて発熱体
５を発熱させることにより記録を行なった場合、記録紙
に形成される画素（画素の集まりで文字や図柄が構成さ
れる）は、それを形成したドツト状発熱体の面形状より
大きいことがしばしば見られる。

この現象は「にじみ」と称され、記録速度を上げようと
して通電電流を大きくすれば益々目立ってくる。

（発明の目的）従って、本発明の目的は、印字画素の「にじみ」を防止
または抑制したサーマルヘッドを提供することにある。

（発明の概要）本発明者らは、まず「にじみ」の原因について鋭意研究
した。

第１６図に於いてガラスグレーズ層３は、°発熱体５で
生じた熱が基板１の方に逃げるのを防止して温度を上昇
させるために設けられたものであるが、熱の逃げを完全
に防止できるものではなく、グレーズ層中で水平方向（
面方向）にも逃げる。

そして水平方向に逃げた熱は、上に接する保護膜７に伝
わり、この影響で保護膜７は相当は高温になり、しばし
ば記録可能温度を越える。そのため、例えば第１７図の
符号３ａで示す領域に「にじみ」が出ることが判明した
。

そこで、グレーズ層３は熱の逃げを完全に防止すること
は理論上不可能であることと、高速記録を達成するには
印字終了後は発熱体５が速やかに降温する必要があり、
従って、グレーズ層３も適当に熱を逃がした方がよいこ
とから、本発明者らは、下地層としてグレーズ層に代え
て垂直方向に比べ水平方向の熱伝導率の小さい下地層を
使用すれば、下地層の水平方向への熱の逃げが抑制され
、その結果、下地層から保護膜７へ水平方向に上がって
行く熱の影響が防止されることを見い出し、本発明を成
すに至った。

即ち、本発明は、水平方向の熱熱伝導率が垂直方向のそ
れに比べて低い下地層の上にドツト状発熱体を形成して
なるサーマルヘッドを提供する。

このように熱伝導率に異方性のある材料は、現在のとこ
ろ垂直方向に孔のあいた多孔質薄膜が容易に入手できる
ものである。この多孔質薄膜を使用するにあたり、その
上に直接発熱体や電極を形成する際に不都合がある場合
には、多孔質薄膜の上に極く薄く無孔質薄膜を形成し、
その上に発熱体その他を形成してもよい、更に将来適当
な材料が開発されれば、基板と下地層を兼用させて同一
の材料で済むかもしれない。その場合には基板と下地層
をどこかで区別することは困難になろう。

（実施例）一第１の実施例− 第１図および第３図（ａ）、（ｂ）は本発明サーマルヘ
ッドの第１の実施例を示し、第１図はその縦断面図、第
３図（ａ）はその■−■線断面図、第３図（ｂ）はその
平面図である。以下では第１図と同様な箇所には同一の
符号を付すものとする。

第１図および第３図（ａ）　、　（ｂ）を参照するに、
アルミナセラミックから成る基板１上には、第２図に示
すようなアルミニウムの多孔質陽極酸化膜１１が基板ｌ
の長手方向に沿って８１層され、その上に酸化膜１１と
直交して所定の間隔で発熱体５が積層され、更に酸化膜
１１上で発熱体５が所定の面積だけ露出されるように一
対の電極１２ａ。

１２ｂが第３図（ｂ）に示すように発熱体５に接続され
、これにより発熱体５に通電するようになっている。電
極１２ａ、１２ｂは不図示の電源に接続され、不図示の
駆動回路を介して所望の発熱体が通電され発熱するよう
になっている。

発熱体５の下地層としての多孔質陽極酸化膜１１には、
第２図に示すように、発熱体５の表面に対して垂直方向
に直径３００〜５００λ程度の孔１１０が１ｃｍ’あた
り１０　　個程度あけられている。なお、第１図中、７
は発熱体５の保護膜であり、例えば、Ｓｉｆ％薄膜によ
る耐酸化保護層と、Ｔａ１０５等の薄膜による耐摩耗保
護膜層とから成る。第３図（ｂ）では保護膜７は省略し
ている。

このように構成された本実施例のサーマルヘッドの製造
プロセスについて、第３図（ａ）、（ｂ）オヨび第４図
（ａ）、（ｂ）〜第７図を参照して以下順に説明する。

（ａ）　　第４図（ａ）および（ｂ）に示すように、ア
ルミナセラミック基板ｌの表面に蒸着マスクを使用して
厚さ４０層讃のアルミニウム薄膜２１をスパッタリング
によって形成した。アルミニウム薄膜２１は、発熱体５
の下地層となる幅３■層の下地層部２１０と、後工程の
陽極酸化処理の際の電源端子部２１１とから成る。

（ｂ）　　第５図に示すように、５％シュウ酸から成る
電解質溶液２３中に、下地層部２１０だけが液に触れ端
子部２１１が液に触れないように基板全体を浸漬した。

このとき、下地層２１０と端子部２１１とを接続する部
分が液に触れないようにポリイミドテープ２２で保護し
た。溶液２３中には電極２５も浸漬し、アルミニウム薄
膜２ｔの端子部分２１１が陽極、電極２５が陰極となる
ように各電極に電源２７を接続する。液温を２Ｑ”０に
保持しつつ、アルミニウム薄膜の下地層部２１０におけ
る電流密度が４５ｍＡ／ｃｒｒｔ′になるように定電流
を流し、５０分間陽極酸化を行ない下地層部２１０を全
部酸化した。これにより、第６図に示すように下地層と
してアルミニウムの多孔質陽極酸化薄膜１１を得た。

（ｃ）　　第７図に示すように多孔質陽極酸化薄膜１１
の上にスパッタリングにより窒化タンタルＴａ２　Ｎの
薄膜を形成し、フォトリソ・エツチングにより第３図（
ｂ）に示すように例えば８ドツ）／ＩＩ■の密度でバタ
ーニングして発熱体５を形成した。

（ｄ）　その上にニクロム合金ＮｉＣｒと金Ａｕの二層
を真空蒸着し、その後フォトリソ・エツチングにより、
第３図（ｂ）に示すようにパターニングして一対の電極
１２ａ、１２ｂを形成した。

（ｅ）　　発熱体５を中心として発熱体５と電極１２ａ
、１２ｂの表面に、保護膜７として厚さ２ＪＬｍの酸化
シリコン５ｉ０２と五酸化タンタルＴａ１Ｏｓを蒸着マ
スクを用いてスパッタリングで形成した。

このようにして第１図、第３図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに構成されたサーマルヘッドでは、発熱体５の下地層
１１が多孔質アルミナ薄膜から構成されるので、次ぎの
ような利点がある。

すなわち、空気の熱伝導率はアルミナの約１７１０３で
あり、発熱体５の表面に対して垂直方向にあけられた孔
１１０内の空気の存在により、垂直方向の熱伝導率が大
きく水平方向の熱伝導率がそれに比べて小さい発熱体下
地層１１を得ることができる。換言すると、熱伝導率異
方性を有する下地層１１を得ることができる。従って、
孔１１０内の低熱伝導率の空気の存在により、発熱体５
から下地層１１に拡散される熱が水平方向に伝熱される
のが妨げられるので、発熱エネルギにより下地層１１に
蓄熱されたとしても発熱体５の下方に垂直方向に向けて
のみ蓄熱され印字ドツト周囲のにじみがなくなり印字品
質が向上する。

また、アルミナ多孔質薄膜１１の熱伝導率は、比較的熱
伝導率の高いアルミナにあけられた孔１１０の個数、す
なわち、アルミナ多孔質薄膜中の孔１１．０内に存在す
る空気の体積に依存するが、前述したように、空気の熱
伝導率はアルミナの約１７１０”でありほぼ断熱と考え
てよく、下地層１１は、放熱作用を持つアルミナと断熱
作用を持つ空気とが混在した層である。そこで、断熱作
用を持つ空気を適度な割合で分布させれば、アルミナ自
体を下地層とした場合よりも全体として小さい適度な熱
伝導率を持つ下地層が得られる。その結果、所望の昇温
特性を得るために必要な電力は、アルミナ自体を下地層
とした場合に比べて小さくてすみ、低消費電力で高速記
録できるサーマルヘッドを提供できる。

更に、下地層１１を構成するアルミナ部分は熱伝導率が
大きく、また空気部分では蓄熱作用がないため、発熱終
了時にはアルミナ部分を伝熱してアルミナセラミック基
板１に熱が速やかに拡散するため降温特性も向上され、
これによっても記録速度の高速化を図ることができる。

更にまた。従来のブレース層はガラスペーストを印刷焼
成して形成しておりその製法上厚さにむらがあり、感熱
紙やインクシート、ヒでのヘッド接触圧力が一様でなく
、そのため各ドツトに同一の電力を投入しても印字濃度
にむらがあったが、本実施例における下地層１１は陽極
酸化処理により得られ厚さにむらがなく、感熱紙やイン
クシート上でのヘッド接触圧力が一様となり、従来のよ
うな印字濃度のむらは生じない。

一第２の実施例− アルミナセラミック基板１に代え金属製の基板３１を用
いて上述したと同様のサーマルヘッドを得ることができ
る。この場合、製造プロセスがやや異なるのでその点に
ついて第８図〜第１０図を参照して説明する。

（ａ）　　金属製基板３１の表面に、マスクを用いて、
スパッタリング等により下地層を構成する厚さ４０ＪＬ
ｍのアルミニウム（ＡＭ）薄膜を第８図に斜線で示すよ
うに形成した。

（ｂ）　　フォトレジスト材３３を基板全面に塗布した
後、フォトリソグラフィによって第９図に斜線で示すよ
うにパターニングしてアルミニウム薄１Ｉ５Ｉ２１だけ
が露出するようにした。基板の裏面および側面もフォト
レジストまたはポリイミドテープ等で保護した。

（Ｃ）　　第１０図に示すように、上述したと同様に５
％シュウ酸から成る電解質溶液２３中にアルミニウム薄
膜２１の全部が触れるように基板全体を浸漬した。溶液
２３中に浸漬され元電極２５を陰極、金属製基板３１が
陽極となるように電源２７を接続し、第１の実施例と同
一条件でアルミニウム薄膜２１を陽極酸化してアルミナ
多孔質陽極酸化薄膜１１を得た。

（ｄ）　　第１の実施例で説明した製造プロセス（ａ）
〜（ｅ）と同様にして、酸化薄膜１１の上に発熱体５．
電極１２ａ、１２ｂおよび保護膜７を順次に積層してサ
ーマルへラドを形成した。

本実施例でも上述した第１の実施例と同一の効果が得ら
れるのに加えて、金属製基板３１はアルミナセラミック
基板１よりも熱伝導率が大きく熱蓄積が少ないので、大
型電源を使用すれば超高速記録が可能となる。また、低
価格の金属材料を用いて基板を構成すれば、アルミナセ
ラミック基板を用いたサーマルヘッドよりも廉価なサー
マルヘッドが得られる。

一第３の実施例一本実施例は基板４１をアルミニウムで形成したものであ
り、その他の構成については第１の実施例と同様である
ので、製造プロセスについてのみ第１１図〜第１５図を
用いて説明する。

（ａ）　　まず、アルミニウム基板４１の表面を電解研
摩した。

（ｂ）　　アルミニウム基板４１の表面にフォトレジス
ト材３３を塗布した後に、第１１図に示すようにフォト
リングラフィにより下地層を形成すべき部分４１０だけ
を露出させた。

（Ｃ）　　アルミニウム基板４１の裏面および側面を、
電源端子部４１１を除いてすべてフォトレジストまたは
、ポリイミドテープ等で保護した。

（ｄ）　　第１および第２の実施例と同様に、アルミニ
ウム基板４１上の露出部分４１０が完全に５％シュウ酸
電解質溶液２３に触れるように基板４１を溶液中に浸漬
し、同様に溶液２３中に浸漬された電極２５が陰極、ア
ルミニウム基板４１が陽極となるように各電極４１．２
５を電源２７に接続し、上述したのと同一の条件で１２
０分間陽極酸化を行った。その結果、第１３図に示すよ
うに厚さ約１５０ｇｍのアルミナ多孔質陽極酸化薄膜１
１が形成された。この酸化薄膜１１はアルミニウム基板
４１から約５０ＪＬｍ突出して形成された。

（ｅ）　　基板全体を剥離液に浸漬してフォトレジスト
材３３を剥離するとともにポリイミドテープ等もすべて
剥離した。

（ｆ）　　第１の実施例で説明した製造プロセス（Ｃ）
と同様にして、第１４図に示すように窒化タンタルＴａ
２Ｎからなる発熱体５を形成して所定の密度でパターニ
ングした。

（ｇ）　　更に、第１の実施例で説明した製造プロセス
（ｄ）、（ｅ）と同様にして、一対の電極１２ａ、１２
ｂおよび保護膜７を順次に積層して、第１５図に示す構
成のサーマルヘッドを得た。

本実施例では第１の実施例と同様な効果が得られるのに
加えて、基板４１自体がアルミニウム酸であり、従来か
ら基板の底面に設けているアルミニウム酸の放熱板を基
板と一体に構成できる。

また、高価なアルミナセラミックから成る基板を用いて
なくてすみサーマルヘッドの原価低減に寄与できる。

なお、陽極酸化に供される溶液としては、シュウ醜の他
に、硫酸、クロム醜、リン酸等を用いることができる。

また、孔１１０の径を大きくして断熱効果を上げるため
、陽極酸化後に硫酸等で孔１１０の内壁を溶解してもよ
い。

また、孔１１０に断熱材を充填したり、孔１１０を貫通
孔にしてもよい。

（発明の効果）本発明によれば、水平方向の熱伝導率が垂直方向の熱伝
導率より低い下地層の上に発熱体を配設したので、発熱
体から下地層に伝熱される熱は垂直方向にのみ拡散し、
横方向へ拡散せず、従って、たとえ下地層に蓄熱された
としても記録ドツトのにじみが防止される。

また、第１〜第３の実施例のようにアルミナ多孔質薄膜
を下地層とすれば、アルミナ自体の熱伝導率よりも全体
として低い熱伝導率の下地層が得られ、所望の昇温特性
が比較的低電力で得られ、高速印字に伴う消費電力の増
加が防止できる。また、このような多孔質薄膜における
孔には空気が存在するのでその部分では蓄熱がなく、発
熱後に熱エネルギはアルミナ部分を伝わって下方向に速
やかに拡散され、降温特性も向上される。

なお、発熱体への投入電力を一定とすれば、このような
降温特性の向上により低下する昇温特性は投入電力を大
きくすれば解消されるが、本発明のように発熱体から下
地層に伝達される熱を下地層中では垂直方向にのみ拡散
することにより、投入電力を大きくした場合に生じやす
い記録ドツトのにじみが防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１〜第３の実施例の構成を示す縦断
面図、第２図は第１図に示した多孔質薄膜の斜視図、第
３図（ａ）は第１図のｍ−ｍ線断面図、第３図（ｂ）は
その平面図、第４図（ａ）、（ｂ）〜第７図は第１の実
施例の製造プロセスを説明する図、第８図〜第１Ｏ図は
第２の実施例の製造プロセスを説明する図、第１１図〜
第１５図は第３の実施例の製造プロセスを説明する図、
第１６図は従来のサーマルヘッドの一例を示す縦断面図
、第１７図はその平面図である。１：アルミナセラミック基板３：グレーズ暦　　　　　５：発熱体７：保護膜　　　　　　１１：多孔質薄膜１２ａ、１２
ｂ：電極２１ニアルミニウム薄膜　２３：電解質溶液２５：電極
　　　　　　　２７：電源３１：金属製基板３３：フォトレジスト材４１ニアルミニウム基板　１１０：孔出　願　人　　日本光学工業株式会社代理人弁理士　　永　井　冬　紀第１３図、り第１４図第１５図

Claims

【特許請求の範囲】１）基板上に設けられたドット状発熱体と、その発熱体
に通電するための一対の電極とを有するサーマルヘッド
において、水平方向の熱伝導率が垂直方向の熱伝導率よりも低い下
地層を前記基板上に設け、その下地層の上に前記発熱体
を設けたことを特徴とするサーマルヘッド。２）特許請求の範囲第１項に記載のサーマルヘッドにお
いて、前記下地層は垂直方向に孔のあいた多孔質薄膜で
あることを特徴とするサーマルヘッド。