JP2001113738A

JP2001113738A - 厚膜式サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2001113738A
Application number: JP2000214657A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Imai; 良一今井; Junichi Terauchi; 淳一寺内
Original assignee: Riso Kagaku Corp
Current assignee: Riso Kagaku Corp
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2001-04-24
Also published as: US6525755B1; EP1075957A3; EP1075957A2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極への通電に伴う発熱抵抗体の発熱部分を
表面側とし、マスターの穿孔加熱までの熱拡散を抑制
し、穿孔径を小さくすると共に熱応答性を向上して穿孔
特性を改善した、低コスト化が可能な厚膜式サーマルヘ
ッドを得る。【解決手段】表面に線状溝部11が形成され、該溝部と
接触する部分に熱導伝性を有する基板10と、線状溝部11
に埋設された発熱抵抗体14と、基板10の表面に発熱抵抗
体14と接触して発熱抵抗体14の延在方向に設けられた複
数の電極と15，16を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、孔版印刷機等にお
けるマスター（原紙）の穿孔製版に使用する厚膜式サー
マルヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種記録装置の画像形成に使用されてい
るサーマルヘッドには、薄膜形成技術による薄膜式サー
マルヘッドと、これによらない厚膜式サーマルヘッドと
がある。このようなサーマルヘッドを利用して孔版印刷
用の感熱マスターの穿孔製版を行うについては、穿孔と
穿孔間に離間部が形成されることが印刷品質を高める上
で要求されている。

【０００３】従来より、感熱紙印字あるいはリボン転写
印字方式に厚膜サーマルヘッドが用いられている。この
サーマルヘッドは、セラミック等の絶縁体の基板上に形
成された通電電極の上面に発熱抵抗体が積層形成されて
いる。そして、発熱抵抗体の底面にある前記電極に通電
され、この通電エネルギーに応じて抵抗体が底部から発
熱し、記録媒体と接触する表面部分に向かって熱が伝播
する。このサーマルヘッドによれば、個々の発熱部分
（発熱素子）よりも広い範囲で連続した画像が形成され
る。

【０００４】上記厚膜サーマルヘッドを孔版印刷の製版
に用いた場合、前述のように発熱抵抗体の底より発熱が
起こり、上部の表面まで熱が伝わる間に熱が発散し、広
範囲に熱が伝播するため、表面での発熱領域が大きくな
って、穿孔径の肥大化を引き起こすと共に、熱が伝播す
る時間的な遅延により表面温度は所定の時間が経たない
と穿孔に必要な温度に達せず、応答性の低下を招く問題
がある。

【０００５】また、孔版印刷機においては、マスターの
穿孔からインクが通過して用紙に転写した際に、インク
が滲み、マスターの穿孔径より印刷ドット径が大きくな
る特性を有することから、インクが滲んでしまう分、穿
孔の大きさを小さく形成する必要がある。この点から
も、マスターの穿孔を独立して行う必要があり、前述の
ような発熱抵抗体を底部から発熱させる方式のサーマル
ヘッドは、マスターの穿孔製版用としては不向きであっ
た。

【０００６】特に、ライン状のサーマルヘッドで、その
主走査方向（マスターの幅方向）においては電極の配設
間隔の調整で穿孔径を小さくすることが可能であるが、
副走査方向（マスターの走行方向）においては発熱抵抗
体の幅を狭く形成することの困難性と熱拡散との影響に
よって、穿孔径を小さくすることが難しい問題を有して
いる。

【０００７】つまり、図１４に示すように、基板ａ上に
配設された電極ｂ上に発熱抵抗体ｄをシルクスクリーン
印刷法により塗設する際、鎖線で示すように塗布直後の
抵抗体ペーストｃは細幅に盛り上がるように形成されて
も、塗布直後から副走査方向に流れて広がると共に高さ
が低くなり、時間が経過して実際に形成される発熱抵抗
体ｄは底面積が大きくなり、発熱幅が広くなる。この現
象は、塗布された抵抗体ペーストｃが流動状態であるた
めと、広がりを規制する部材がないために生起し、前記
発熱抵抗体ｄの幅を狭くすることが難しい原因の一つで
ある。

【０００８】例えば、特開昭６３−１６５１５３号公報
には、サーマルヘッドの発熱領域を個々の抵抗体より広
く拡散させ、連続した画像を形成する目的で、セラミッ
クなどの絶縁性基板の上に、蓄熱を行うための層を設
け、この蓄熱層に設けられた溝に発熱抵抗体を埋設し、
その上に電極を配設する構造が提案されている。しかし
感熱孔版の製版に用いた場合、発熱した熱が、蓄熱層に
こもってしまい、その熱が徐々に広がり、全体的に熱が
溜まってしまい、小さい領域で熱を発生させることがで
きず、穿孔径の連結、肥大化等の不具合が生起する恐れ
がある。また、蓄熱層を有することで放熱速度（熱応答
速度）が遅くなり、マスターを穿孔させようとすると、
穿孔と穿孔との間の離間部ができず、連続穿孔が行わ
れ、孔版印刷用の製版には適していないものである。

【０００９】また、厚膜式サーマルヘッドとして、基板
上の電極の上に突起状に発熱抵抗体が形成されたものが
知られている。しかし、この突起状の発熱抵抗体を有す
る構造では、孔版印刷用のマスターを移動させつつ穿孔
製版を行うと、マスターに使われている樹脂が穿孔を行
うごとに、「紙かす」や「樹脂かす」となって発熱抵抗
体の突起部に溜まり、製版を阻害する問題があった。ま
た、紙粉が突起部の前面に溜まり、この紙粉がマスター
の密着を阻害して穿孔不良を起こすことがあった。この
点から突起部を有さないサーマルヘッド構造が望まれ
る。

【００１０】上記点から従来より、孔版印刷機の感熱マ
スターを穿孔製版させるについては、薄膜式サーマルヘ
ッドが用いられている。つまり、薄膜式サーマルヘッド
では発熱抵抗体が薄膜であることで発熱エリアが小さく
穿孔が小径にできる特性を有している。しかしながら、
薄膜式サーマルヘッドは、製造コストが高くなる。これ
は薄膜式サーマルヘッドの製造が半導体製造技術を用
い、スパッタリング装置、真空蒸着装置などの高価な半
導体製造装置を必要とし、高度な作業が要求されるため
である。また、サーマルヘッドを構成する素材自体も高
価となり、さらに、半導体製造装置はＩＣなどの集積回
路用であって、大判（Ａ２版以上）用の長いサーマルヘ
ッドを一度に製造することができず、小さく製造された
複数のサーマルヘッドを組み合わせる必要があり、これ
では継ぎ目部分の発熱不良により印刷に白スジが発生す
る恐れがある。

【００１１】一方、前記厚膜式サーマルヘッドの製造は
スクリーン印刷技術等が利用でき、大判用のものも容易
に製造可能であり、低コスト化が図れる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のサ
ーマルヘッドでは、薄膜式サーマルヘッドは穿孔特性に
優れるがコスト面及び大判のものが得られにくい問題を
有し、一方、厚膜式サーマルヘッドはコスト面及び大判
のものが得られる点で有利であるが穿孔特性で劣る問題
を有するものである。

【００１３】すなわち、前記の厚膜式サーマルヘッドの
構造では、前述のように発熱抵抗体の底部から発熱して
その熱が発熱抵抗体の上部に伝播する途中で熱が発散し
てしまい、発熱領域を小さくすることができず、孔版印
刷機が要求するような特性でマスターの独立穿孔を行う
ことが難しかった。

【００１４】そこで本発明は上記点に鑑みてなされたも
のであり、穿孔特性を改善し得た厚膜式サーマルヘッド
を提供せんとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明による厚膜式サーマルヘッドは、表面に線状溝部が形
成され、該線状溝部と接触する部分に熱導伝性を有する
基板と、前記線状溝部に埋設された発熱抵抗体と、前記
基板の表面に、前記発熱抵抗体と接触して該発熱抵抗体
の延在方向に設けられた複数の電極と、を有することを
特徴とするものである。

【００１６】また、前記前記電極が、交互に設けられた
第１の電極と第２の電極からなり、各第１の電極と第２
の電極との間に通電させることにより前記発熱抵抗体を
発熱させるものが好適である。

【００１７】さらに、前記基板が、酸化アルミニウム焼
成体によるセラミック基板であるものが好ましい。

【００１８】また、前記基板が複数層からなり、前記発
熱抵抗体と接触する少なくとも一つの層が熱導伝性を有
するもので構成してもよい。その際、前記基板が、セラ
ミック層上にガラス層を積層してなるもので構成し得
る。

【００１９】前記基板上に設ける線状溝部の断面形状
は、矩形状もしくはＵ字状もしくはＶ字状もしくは台形
状になし得る。その際、前記基板上に設ける線状溝部の
形成手段として、回転砥石もしくは工業用レーザーなど
の加工機を用いて溝を形成することが可能である。

【００２０】

【発明の効果】上記のような本発明によれば、孔版印刷
機のサーマルヘッドにてマスターに穿孔製版を行うとき
に、発熱抵抗体を接触する部分に熱導伝性を有する基板
上の線状溝部に埋め込み、この発熱抵抗体に対してマス
ターに密着する表面側に電極を設け、発熱抵抗体の発熱
部分をマスター側としたことにより、熱伝播距離を短く
して発熱領域が拡散せずこの発熱領域の拡大化を抑える
ことができ、厚膜式であってもマスターの穿孔を副走査
方向に対しても小さくすることが可能となり、穿孔製版
の特性を高めて印刷用紙に印刷したときのドット印字径
が小さくなり印刷品質の向上が図れると共に、半導体製
造装置によらずに製造可能でその製造コストが低減で
き、大判サイズ用のサーマルヘッドの製造も白スジの発
生を伴うことなく容易に行える。

【００２１】また、発熱抵抗体の側面、底面などが線状
溝部内面に接してマスターの加熱に寄与しない熱を積極
的に基板の熱導伝性を有する部分に放熱させ、マスター
への発熱領域が小さくなるだけでなく熱応答特性を向上
させて、高速動作をも可能にしている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。図１は一つの実施の形
態のサーマルヘッドを示す要部平面図、図２及び図３は
図１のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。

【００２３】厚膜式サーマルヘッド１は、酸化アルミニ
ウム焼成体等の電気的絶縁性と熱導伝性を有するセラミ
ック基板による基板１０の表面に、断面矩形状の線状溝
部１１が設けられ、この線状溝部１１の中に電導性の発
熱抵抗体１４が埋設されている。この発熱抵抗体１４上
に、板状の第１の電極１５と第２の電極１６とが交互に
発熱抵抗体１４の延びる方向と直交する方向に延びて設
けられている。第１の電極１５と第２の電極１６は、そ
れぞれ先端部が前記発熱抵抗体１４に接触され、基部は
互いに異なる方向に延びるように前記基板１０の表面に
積層形成される。上記発熱抵抗体１４の上方と第１の電
極１５及び第２の電極１６の中央側部分の上部を覆っ
て、ガラス等による表面が平坦な耐摩耗膜１７（保護
層）が被覆されている。この耐摩耗膜１７がマスターと
の接触面となる。

【００２４】前記基板１０上に設ける線状溝部１１の形
成手段としては、回転砥石等の研削機もしくは工業用レ
ーザーなどの加工機が用いられる。

【００２５】なお、上記第１の電極１５及び第２の電極
１６には、制御回路（ドライバーＩＣ）とワイヤーボン
ディングがなされ通電が行われる。

【００２６】上記通電に伴い、図３に示すように、各電
極１５，１６間の発熱抵抗体１４の上部が発熱し、この
発熱Ｔが上部の耐摩耗膜１７を表面側に伝播し（密点部
分が発熱温度が高い）、その表面から図示しないマスタ
ーに作用して穿孔製版を行う。前記第１及び第２の電極
１５，１６で隔てられた各発熱部分が穿孔単位（発熱素
子）となる。また、図２及び図３に示すように、前記発
熱抵抗体１４の発熱は、該発熱抵抗体１４の側面及び下
面から線状溝部１１の内面を経て基板１０側に矢印で示
すように伝播して放熱される。

【００２７】図１に示すように、前記発熱抵抗体１４の
延びる方向が主走査方向Ｘでマスターの幅方向に相当
し、これと直交する方向が副走査方向Ｙでマスターの走
行方向に相当する。

【００２８】図４及び図５は基板１０に形成される線状
溝部の断面形状が異なる他の実施の形態のサーマルヘッ
ド２，３を示し、図４が断面形状がＵ字状の線状溝部１
２であり、図５が断面形状がＶ字状の線状溝部１３の場
合である。この溝形状としてはその他に台形状などに形
成してもよい。これらの場合に、その線状溝部１２，１
３内には前記と同様に発熱抵抗体１４が埋め込まれ、基
板１０の表面部分において発熱抵抗体１４に接触する第
１の電極１５と第２の電極１６が、前記と同様に交互に
異なる方向に延びて形成され、表面部に耐摩耗膜１７が
被覆されている。通電時の発熱態様は同様であるが、溝
形状すなわち発熱抵抗体１４の断面形状の相違に対応し
て矢印で示す基板１０への放熱特性が若干異なる。

【００２９】さらに、図６は熱導伝性を有する基板の構
成が異なる他の実施の形態のサーマルヘッド４を示す。
前記図２の基板１０はセラミック基板による単層構造で
あったが、本実施の形態の基板２０は、これを酸化アル
ミニウム焼成体等の熱導伝性を有するセラミック層２１
とガラス層２２との複数層構造としている。上面側のガ
ラス層２２に線状溝部１１が形成され、この線状溝部１
１に同様に発熱抵抗体１４が埋め込まれ、第１及び第２
の電極１５，１６が設置され、耐摩耗膜１７が被覆され
てなる。発熱抵抗体１４の発熱は、線状溝部１１の内面
を経て熱導伝性を有するガラス層２２からセラミック層
２１に矢印で示すように伝播して放熱される。

【００３０】図７は基板の構成が異なる他の実施の形態
のサーマルヘッド５を示す。本実施の形態の基板２３
は、電気絶縁性を有するセラミック焼成体などのセラミ
ック板等によるベース層２４と、酸化アルミニウム焼成
体等の熱導伝性を有するセラミック層等による薄層２５
との複数層構造としている。上面側の熱導伝性の薄層２
５に底面がベース層２４となる深さに線状溝部１１が形
成され、この線状溝部１１に同様に発熱抵抗体１４が埋
め込まれ、第１及び第２の電極１５，１６が設置され、
耐摩耗膜１７が被覆されてなる。発熱抵抗体１４の発熱
は、主に線状溝部１１の側面を経て熱導伝性を有する薄
層２５に矢印で示すように伝播して放熱される。

【００３１】図８は基板の構成が異なるさらに他の実施
の形態のサーマルヘッド６を示す。本実施の形態の基板
２６は、酸化アルミニウム焼成体等の熱導伝性を有する
セラミック板等によるベース層２７と、電気絶縁性を有
するセラミック焼成体などのセラミック層等による薄層
２８との複数層構造としている。上面側の薄層２８に底
面がベース層２７となる深さに線状溝部１１が形成さ
れ、この線状溝部１１に同様に発熱抵抗体１４が埋め込
まれ、第１及び第２の電極１５，１６が設置され、耐摩
耗膜１７が被覆されてなる。発熱抵抗体１４の発熱は、
主に線状溝部１１の底面を経て熱導伝性を有するベース
層２７に矢印で示すように伝播して放熱される。

【００３２】ここで、前記図１〜図３に示したサーマル
ヘッド１の製造過程を、図９〜図１３に基づいて順に説
明する。基本的工程は、基板１０に細い線状溝部１１を
作り、該線状溝部１１に発熱抵抗体１４を埋め込んだ後
に、基板１０表面に金属膜を形成し、これをフォトエッ
チングにより電極１５，１６の形状に設け、最後に耐摩
耗膜１７を被覆するものである。

【００３３】まず、図９において、所定の厚みを有する
酸化アルミニウム（アルミナ）焼成体による基板１０を
用意し、その表面に線状溝部１１を形成する。線状溝部
１１の形成方法としては、例えば、回転砥石３０を有す
る研削機を用い、その回転砥石３０の研削部分の形状を
溝断面形状に合わせて設け、前記基板１０上を所定の幅
及び深さで研削してなる。形成する線状溝部１１の幅
は、２０〜５０μｍとすることで、４００ｄｐｉの解像
度のサーマルヘッド１を構成することができる。線状溝
部１１の深さは、２０〜８０μｍ程度とするとよい。他
の断面形状の線状溝部１２，１３においてもほぼ同様で
ある。

【００３４】また、他の研削機としては、半導体ウエハ
ーなどを切断する極薄ダイアモンド回転カッター（例え
ば、ディスコ社製ＮＢＣシリーズの回転ブレード）を用
いてもよく、機械的な加工だけではなく、ヤグ（ＹＡ
Ｇ）レーザーなどの工業用レーザーを用いて、細い線状
溝部１１を作ってもよいし、化学的処理としてエッチン
グ処理で形成してもよい。また、基板１０を酸化アルミ
ニウムの粉末焼成で成形する場合には、型で線状溝部１
１を付けた後に焼き固めてもよい。

【００３５】次に、図１０に示すように、前記線状溝部
１１に発熱抵抗体１４となるペースト状素材３１をスキ
ージ３２を用いて充填させるスキージングにより埋め込
む。次にペースト状素材３１を固形化するために加熱し
て焼き固め、発熱抵抗体１４を形成する。ここで発熱抵
抗体１４の材料としては、ペースト状の酸化ルテニウム
を用いるのが好適であるが、その他、炭素系導電性ペー
スト材を使用してもよい。このとき上記酸化ルテニウム
等と前記基板１０の酸化アルミニウムとは、結合力（相
性）及び膨張係数が適合するものを使用して、熱による
亀裂（クラック）が発生しないものを選別する。

【００３６】次に図１１に示すように、基板１０上の発
熱抵抗体１４の上面を含む全面に、電極の素材となるペ
ースト状の金もしくはその他の金属による金属膜３３を
シルク印刷法によって塗設する。続いて上記ペースト状
の金属膜３３を加熱して固定させる。

【００３７】次に上記電極用の金属膜３３上にフォトレ
ジストを塗布した後、電極１５，１６の形成パターンの
露光を行い現像する。つまり、電極１５，１６となる部
分のフォトレジストを残して、その他の部分のフォトレ
ジストは現像除去し、前記金属膜３３を露出させる。そ
の後、エッチング処理を行い、フォトレジストで覆われ
ていない部分の金属膜３３を除去し、図１２に示すよう
に、所定のパターンで第１の電極１５及び第２の電極１
６を形成する。

【００３８】次に図１３に示すように、第１の電極１５
及び第２の電極１６の端部を除いて、発熱抵抗体１４及
び電極１５，１６の上にガラス組成の塗布液を塗設し、
その後加熱して耐摩耗膜１７（保護膜）を形成して、サ
ーマルヘッド１を得る。

【００３９】上記の工程の後に、ドライバーＩＣの実装
取り付けやワイヤーボンディングの工程を経て、各電極
１５，１６に配線され、孔版印刷機の製版部に組み込め
るサーマルヘッド１が製造される。

【００４０】なお、前記図６に示す基板２０としてセラ
ミック層２１とガラス層２２との２層構成としたもので
は、ガラス層２２に細い線状溝部１１を形成して発熱抵
抗体１４を埋め込むことで、比較的硬度が低いガラス層
２２に対する線状溝部１１の加工性が容易となる。

【００４１】上記のような各実施の形態によれば、発熱
抵抗体１４を基板１０，２０，２３，２６の熱導伝性を
有する部分に接触する線状溝部１１〜１３に埋め込み、
その表面側に第１の電極１５及び第２の電極１６を配設
し、その表面側に耐摩耗膜１７を形成したことで、電極
１５，１６による通電に対応した発熱抵抗体１４の発熱
は、耐摩耗膜１７側の表面部分で発生し、マスターへの
伝達経路が短く熱応答性に優れると共に拡散程度が小さ
く、マスターに小さな穿孔を行うことができ、解像度を
高めることができる。しかも、サーマルヘッド１の製造
は半導体製造技術によらない厚膜製造技術によって行
え、大判用のサーマルヘッドについても容易に低コスト
に製造することができる。

【００４２】特に、発熱抵抗体１４は側面、底面などが
熱導伝性の良好な基板１０、ガラス層２２、薄層２５又
はベース層２７に接していることで、この発熱抵抗体１
４の側面、底面などから熱を随時放熱しているために、
熱が蓄積して発熱領域が広くなる現象を防止している。

【００４３】また、基板１０，２０，２３，２６に細い
線状溝部１１〜１３を形成し、これに発熱抵抗体１４を
埋め込んだことで発熱抵抗体１４の幅を細くすることが
でき、副走査方向の穿孔径に影響する発熱領域が細く狭
くなり、副走査方向についても穿孔を小さくすることが
できた。また、上記厚膜式サーマルヘッド１〜４は発熱
部分の表面が平坦で突起部が少ないために、マスターの
穿孔製版に伴う「樹脂カス」によってマスターと発熱部
分とが密着できずに製版が阻害される現象を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態によるサーマルヘッ
ドを示す要部平面図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図

【図４】線状溝部の断面形状の他の実施の形態を示すサ
ーマルヘッドの断面図

【図５】線状溝部の断面形状のさらに他の実施の形態を
示すサーマルヘッドの断面図

【図６】基板の他の実施の形態を示すサーマルヘッドの
断面図

【図７】基板のさらに他の実施の形態を示すサーマルヘ
ッドの断面図

【図８】基板のさらに他の実施の形態を示すサーマルヘ
ッドの断面図

【図９】サーマルヘッドの第１の製造工程を示す斜視図

【図１０】サーマルヘッドの第２の製造工程を示す斜視
図

【図１１】サーマルヘッドの第３の製造工程を示す斜視
図

【図１２】サーマルヘッドの第４の製造工程を示す斜視
図

【図１３】サーマルヘッドの第５の製造工程を示す斜視
図

【図１４】従来のサーマルヘッドにおける発熱抵抗体の
形成を示す断面図

【符号の説明】

１〜６厚膜式サーマルヘッド 10,20,23,26 基板 11〜13 線状溝部 14 発熱抵抗体 15 第１の電極 16 第２の電極 17 耐摩耗膜 21 セラミック層 22 ガラス層 24,27 ベース層 25,28 薄層Ｔ発熱Ｘ主走査方向Ｙ副走査方向 30 回転砥石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に線状溝部が形成され、該線状溝部
と接触する部分に熱導伝性を有する基板と、前記線状溝部に埋設された発熱抵抗体と、前記基板の表面に、前記発熱抵抗体と接触して該発熱抵
抗体の延在方向に設けられた複数の電極と、を有することを特徴とする厚膜式サーマルヘッド。
【請求項２】前記電極が、交互に設けられた第１の電
極と第２の電極からなり、各第１の電極と第２の電極と
の間に通電させることにより前記発熱抵抗体を発熱させ
ることを特徴とする請求項１に記載の厚膜式サーマルヘ
ッド。
【請求項３】前記基板が、酸化アルミニウム焼成体に
よるセラミック基板であることを特徴とする請求項１に
記載の厚膜式サーマルヘッド。
【請求項４】前記基板が、複数層からなり、前記発熱
抵抗体と接触する少なくとも一つの層が熱導伝性を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の厚膜式サーマルヘ
ッド。
【請求項５】前記基板が、セラミック層上にガラス層
を積層してなることを特徴とする請求項４に記載の厚膜
式サーマルヘッド。