JPS62294562A - サ−マルヘツド - 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】 ３、発明の詳細な説明 （技術分野） 本発明はファクシミリ、複写機、プリンタなどに使用さ
れ、感熱記録を行なうための薄膜型サーマルヘッドに関
するものである。

（従来技術） 薄膜型サーマルヘッドでは、一般に基板としてセラミッ
ク基板が用いられている。

第８図は従来のサーマルヘッドの一例を表わす。

セラミック基板２上の全面にガラス質グレーズ層４が設
けられ、その上に発熱抵抗体層６がパターン化されて形
成され、さらに発熱抵抗体層６上に電極８，１０が形成
されて発熱素子が構成されている。電極８と電極１０が
対向した部分６ａが発熱体となる。電極８は各発熱体ご
とに設けられた選択電極、電極１０は全発熱体に共通し
て設けられた共通電極である。発熱体６ａ上には記録紙
との摩擦から発熱体６ａを保護する保護膜１２が設けら
れている。

第８図のサーマルヘッドに記録紙を押しつけた状態を第
９図に示す。発熱体６ａや電極８，１０は表面の滑らか
なグレーズ層４の上に形成されている。１４はプラテン
ローラ、１６は記録紙である。このサーマルヘッドでは
発熱体６ａと記録紙１６や転写シートの接触圧力が小さ
いため、印字エネルギー効率が小さいという欠点がある
。

また、シフトレジスタを利用し、各発熱体を一括駆動す
る形式のライン型サーマルヘッドでは、各々の発熱体へ
同時に電力を供給するために、電源と各発熱体の全てと
の間を接続している共通電極ラインには大きな電流容量
が必要となる。このため、薄膜型サーマルヘッドでは発
熱体が形成された基板上での共通電極ラインは補強が行
なわれてきた。

薄膜型サーマルヘッドの共通電極補強の従来技術として
は、発熱体、電極、保護膜等の薄膜プロセス完了の後に
行なわれる（ａ）メッキによる補強と（ｂ）金属箔テー
プの張りつけによる補強が一般的であり、広く用いられ
ている。しかし、これらの技術には以下に（１）、（２
）として示す欠点があった。

（１）補強部分の高さが、発熱体が形成されているグレ
ーズ層表面よりも１０μｍ〜２００μｍ高くなるため、
発熱体近傍に補強部分を形成する際に、記録紙と補強部
分の接触が避けられず、発熱体と共通電極補強部分との
距離の短縮に限界があった。サーマルヘッド基板の低コ
スト化の手段として、基板幅の縮小が大きな効果をもた
らすが、上記問題による制約を受けていた。

平坦なグレーズ層上に、発熱体と電極が全て形成された
従来の構造のサーマルヘッドとプラテンローラによって
発熱体及びその近傍に押しつけられた記録紙との接触の
様子を第１０図に示す。１８は共通電極補強層、２０は
樹脂コート層である。

金屑のシャフトの回りにゴムが巻かれたプラテンローラ
１４は、ある圧力でサーマルヘッドに押しつけられるた
めに変形し、記録紙１６とサーマルヘッドとは、線接触
ではなくある幅をもつ長方形の面で接触している。例え
ばＧ−３規格のファクシミリでは、プラテンローラ半径
（Ｒ）１０ｍｍ〜１２ｍｍのものが使用されており、プ
ラテンローラ１４又は記録紙１６とサーマルヘッド表面
の接触幅（２Ｗ）は約４ｍｍである。そのため発熱体中
心から２ｍｍ以内で共通電極１０の補強を行なった場合
は、補強部１８の盛上りが記録紙１６と接触して、記録
紙１６に黒筋などの接触跡を残すばかりでなく、記録紙
１６による摩擦を受けて補強部分の劣化を起す虞れがあ
った。このため、共通電極１０の補強は、発熱体中心よ
り２．５ｍｍｍｍ以上九九で行なわれていた。

（２）共通電極補強方法としては厚膜導電性ペーストに
よる補強パターンの形成が、コスト及び位置精度の面で
有効であるが、充分に比抵抗が小さく、信頼性の高い厚
膜導電性ペーストの焼成には６００°Ｃ以上の高温が必
要であり、薄膜プロセスで形成されたパターンはこの温
度に耐えられず破壊を生じる。そのため厚膜ペーストで
の共通電極補強を行なうことに問題があった。

薄膜型サーマルヘッドの発熱体を凸状にすることにより
、発熱体と記録紙又は転写シートとの接触圧力が増し、
印字エネルギー効率が向上することはよく知られている
。そのようなタイプの薄膜型サーマルヘッドの例を第１
１図に示す。

セラミック基板２上に、発熱体形成部分のみにグレーズ
層２２を塗布した基板が用いられている。

なお、第８図と同様に、６は発熱抵抗体層、８゜１０は
電極、１２は保護膜である。

しかしながら、第１１図に示される従来の凸型発熱体を
形成したサーマルヘッドでは、第１２図に示されるよう
に発熱体６ａ及びその近傍の電極８を除いた薄膜パター
ンは、凹凸の激しいセラミック基板２上に直接形成され
ているため、成膜フォトリソグラフィ・プロセスにおい
て、短絡や断線が多発し、歩留りの面で問題があった。

なお、第１２図（Ａ）は凹凸を誇張して示した断面図、
同図（Ｂ）は保護膜を省略して示した平面図である。

（目的） 本発明はサーマルヘッドの発熱体を凸型に形成すること
により、発熱体から記録用感熱紙又は転写インクシート
への熱伝達効率を向上させるとともに、凸型発熱体の製
造歩留まりの悪い点を改善することのできるサーマルヘ
ッドを提供することを目的とするものである。

本発明はまた、共通電極を補強した場合においても、発
熱体近傍で補強を行なうことを可能にして基板の小形化
を可能にし、低コスト化を可能にするサーマルヘッドを
提供することを目的とするものである。

（構成） 本発明のサーマルヘッドは、ガラス質からなるグレーズ
層を発熱体配列と平行な直線で２分割されたセラミック
基板の片方の分割領域に塗布し、発熱体及び発熱体と１
対１に設けられた選択電極は前記グレーズ層上に形成し
、発熱体に駆動電力を供給する共通電極は主としてグレ
ーズ層が塗布されていないセラミック基板上に形成され
たことを特徴とするものである。

以下、実施例について具体的に説明する。

第１図は一実施例を表わす。本実施例を製造方法ととも
に説明する。

厚さ０．６３５ｍｍ　（１／４インチ）、縦・横の長さ
２７０ｍｍＸ７．５ｍｍのアルミナ系セラミック基板２
上に、厚さ約６０μｍのグレーズ層２４を厚膜印刷法で
形成する。このとき基板２の縦方向く紙面垂直方向）の
縁に沿って幅約１．５ｍｍの部分にはグレーズ層２４を
設けず、セラミック基板２を露出させておく。次にこの
基板２上に発熱抵抗体ＪＩｉ６としてＴａ：Ｎ層をリア
クティブ・スパッター法で２００人形成し、電極層とし
てＣｒを５００人、Ｃｕを７０００人積層する。

なお、発熱抵抗体層としてＴａ−５ｉＯｚ　、Ｃｒ−５
ｉＯｚなどのサーメット、又はＮｉＣｒなどの合金も使
用可能である。また、電極層としては。

ＮｉＣｒ／Ａｕの積層物、Ａｌ１又はＡＱにＳｉなどの
不純物を混入した単層膜も使用可能である。

次に、これらの電極層と発熱抵抗体層をフォトリソグラ
フィ・プロセスを用いてパターン化し、発熱体６ａとそ
れを駆動するために各々の発熱体６ａに対して独立に設
けられた選択＠極８、及び発熱体６ａに電力を供給する
ための共通電極１０を形成する。このとき発熱体６ａは
１１０μｍ×１７０μｍの大きさであり、グレーズ層２
４を塗布した部分と塗布していない部分の境界線に沿っ
たグレーズ層２４上に配列し１選択電極８はグレーズ層
２４上に、共通電極１０は主にグレーズＭ２４を塗布し
ていないセラミック基板２の露出部分上に形成する。さ
らに、その上にＳｉＮ膜をプラズマ気相成長法により２
μｍの厚さに形成して発熱体保５膜１２とし、選択電極
８の発熱体６ａと反対側の先端部のＳ　ｘ　Ｎ膜をフォ
トリソグラフィ・プロセスで除去して、その部分の選択
電極部分を露出させる。なお１発熱体保護膜１２として
は、ＳｉＣ，Ｔａ＝０５又は８１０２などのスパッター
膜を用いることもできる。また、フォトリングラフィ・
プロセスの代りに、金属マスクを用いたマスクスパッタ
ーで対処することも可能である。

次に、選択電極８の露出した部分にそれぞれの発熱体６
ａを駆動するためのドライバーＩＣをＴＡ　Ｂ　（Ｔａ
ｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）法で実装
する。

他の実装方法としてはワイヤー・ボンディングやフリッ
プチップ法なども使用可能である。

第１図はこのようにして形成されたサーマルヘッドの発
熱体部分の断面構成図である。発熱体６ａはグレーズ層
２４の端部の傾斜の肩に形成されており、この部分は凸
型の形状を有している。

発熱体６ａに記録紙とプラテンローラが押し当てられた
状態を示したのが第２図である。従来の平坦なグレーズ
層上に発熱体６ａが形成された場合（第９図参照）と較
べて、本実施例のサーマルヘッドの発熱体６ａは凸型の
形状をしているために、発熱体部分が他の部分と比較し
て選択的に記録紙１６に密着し、記録紙１６と発熱体部
分の密着圧力が大きくなる。

第１図の一実施例のサーマルヘッドと、第８図の従来の
サーマルヘッドで、実際に印字を行なった場合の印加エ
ネルギーと発色濃度の関係を示したのが第３図である。

記号Ａで示される曲線は本実施例のもの、記号Ｂで示さ
れる曲線は従来のものである。記録条件は両者に共通で
あり、主走査密度８ドツト／　ｍ　ｍ、副走査密度７．
７ドツト／　ｍ　ｍ、記録速度１０ミリ秒／ライン、記
録紙ＲＴ−１３５ＦＣ株式会社リコーの商品名）である
。

本実施例のサーマルヘッドでは、印加エネルギーの低い
状態でも、比較的高い発色濃度が得られている。

第１図に戻って、グレーズ層２４の端部の傾斜の長さく
図中のＬ）を５枚の基板について求めた。

ここで使用したグレーズ層２４は、日本特殊陶業（株）
の商品Ｇ３１を１１００℃で焼成したものである。各基
板について９ポイントの測定を行なった結果、この傾斜
長さしは約１．７±０．６ｍｍの幅であった。この結果
より凸形の発熱体６ａを形成するためには、発熱体配列
の中心位置をグレーズ層塗布部と非塗布部の境界から０
．７〜２．３ｍＩＩ＋の間に形成することが有効であり
、その範囲内では第３図に示した印字エネルギー効率の
向上が観察された。

第４図に本実施例のセラミック基板２の凹凸を誇張して
示す。同図（Ａ）は断面図、同図（Ｂ）は保護膜を省略
して示す平面図である。

セラミック基板２の凹凸は激しいが、微細パターン化が
要求される選択電極８は全て滑らかなグレーズ層２４上
に形成されているので、製造プロセスでの高歩留りを得
ることができる。

第５図に本実施例の等価回路を示す。

２６はドライバーＩＣに含まれる駆動素子であり、２８
は発熱体６ａを通電発熱させるための電源である。

サーマルヘッドの基板作成コスト削減には基板幅の縮小
が最も確実な手段であることから、共通電極補強部分と
発熱体との距離の短縮は安価なサーマルヘッドを得るた
めには有効な方法である。

第６図は本発明のサーマルヘッドに共通電極補強部分を
備えた例を表わすものである。

第１図に示されたサーマルヘッドと同様にして保護層１
２まで形成する。ただし、本実施例では共通電極１０が
設けられる部分、すなわちセラミック基板２上のグレー
ズ層が設けられていない部分の幅を狭くして約０．５ｍ
ｍとする。

次に、フォトリソグラフィ・プロセスにより、保護膜１
２のＳｉＮをエツチングし、選択電極８上のドライブＩ
Ｃ実装用のパッド及び共通７１１補強部分Ｖに窓をあけ
る。このとき、共通電極補強部分は、グレーズ層を塗布
していない基板端部０　、５　ｍ　ｍ幅の帯状部を含む
１ｍｍ幅の形で窓をあけ、この部分に２０μｍの厚さの
銅メッキ３０を形成する。銅メッキ３０の露出した表面
をカバーするためのポリイミド樹脂３２を３０μｍの厚
さに厚膜印刷する。

以上のようなプロセスでファクシミリ用Ｂ４サイズのラ
イン型サーマルヘッドを形成した場合、感熱紙ＲＴ−１
３５Ｆを使用すれば、１ミリ秒のパルス幅で０．４Ｗの
電力を１ドツトあたりに供給すれば十分印字濃度が得ら
れる。ファクシミリの場合、一般にＢ４サイズであれば
２０４８ドツトの発熱素子を４つに分割して各々を１度
に印字する方式がとられるから、共通電極が一時に供給
しなければならない電力は０．４ＷＸ５１２ドツ）−＝
２０４．８Ｗ’ｔ’あり、駆動電圧を２４Ｖ、発熱体の
抵抗値が１０００Ω／ドツトであるとすれば、共通電極
を流れる電流は］、２．３Ａに達する。

しかしながら１本実施例のように補強された共通電極で
は、駆動電流による共通電極部の消費電力は、 Ｉ”Ｒ＝ １２．３Ｘ１２．３Ｘ　（Ｃｕ比抵抗）Ｘ２７／　（０
，ｌＸ３０Ｘ１０−’）＝２３Ｗ となり、発熱体部の電力損失の約１０％に抑えることが
可能である。共通電極補強部Ｗは抵抗体６ａが形成され
たグレーズ面よりもその高さが低いため、記録紙１６と
の接触を回避又は最小限に抑えることが可能となり、発
熱体中心と共通電極補強部分との距離を１ｍｍに縮小す
ることが可能となる。

第７図に共通電極補強部分を備えた他のサーマルヘッド
の例を示す。

セラミック基板２上にグレーズ層２４を形成し、共通電
極補強層３４としてＪブ膜Ａ、ｇペーストパターン（Ｄ
ｕ　ＰｏｎＬ社の商品　６１６０　　Ａｇペースト）を
１５μｍの厚さに形成する。その後、第１図と同様に発
熱素子を形成することにより、共通電極の補強を行なっ
ている。この場合は、装置コストの安価な厚膜パターン
印刷による補強を達成すると同時に、メンキ工程のため
の保護膜の除去が不要であり、共通電極部１０上の絶縁
を保護膜１２で行なっているためにその部分への樹脂コ
ートが不要となっている。

本実施例によれば、共通電極補強手段として６００℃以
上で焼成が必要な厚膜ペーストを薄膜形サーマルヘッド
で使用することが可能になる。

（効果） 本発明ではグレーズ層によって１発熱素子が形成される
部分を盛り上げることにより、印字エネルギー効率を向
上させ、基板幅を狭くして低コスト化を実現し、また、
選択電極をグレーズ層上に、共通電極をグレーズ層の設
けられていない部分に形成することにより製造プロセス
の歩留りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
同実施例に記録紙とプラテンローラを押し当てた状態を
示す断面図、第３図は同実施例と従来例との印字エネル
ギーを比較する図、第４図（Ａ）は同実施例の断面図、
同図（Ｂ）は同実施例の平面図、第５図はサーマルヘッ
ドの等価回路を示す回路図、第６図及び第７図はそれぞ
九他の実施例を示す断面図、第８図は従来のサーマルヘ
ッドの要部を示す断面図、第９図は同従来例に記録紙と
プラテンローラを押し当てた状態を示す断面図、第１０
図は共通電極補強部分をもつ従来のサーマルヘッドに記
録紙とプラテンローラを押し当てた状態を示す断面図、
第１１図は従来の他のサーマルヘッドを示す断面図、第
１２図（Ａ）は同従来例を示す断面図、同図（Ｂ）は平
面図である。 ２・・・・・・セラミック基板、 ６・・・・・・発熱抵抗体層。 ６ａ・・・・・・発熱体、 ８・・・・・・選択電極、 １０・・・・・・共通電極、 ２４・・・・・・グレーズ層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス質からなるグレーズ層を発熱体配列と平行
   な直線で２分割されたセラミック基板の片方の分割領域
   に塗布し、発熱体及び発熱体と１対１に設けられた選択
   電極は前記グレーズ層上に形成し、発熱体に駆動電力を
   供給する共通電極は主としてグレーズ層が塗布されてい
   ないセラミック基板上に形成されたことを特徴とする薄
   膜型のサマルヘッド。
2. （２）グレーズ層塗布部と非塗布部との境界線から発熱
   体配列までの距離が０．７ｍｍ以上２．３ｍｍ以内であ
   る特許請求の範囲第１項に記載のサーマルヘッド。