JP2004195947A - Thermal head and thermal printer using it - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high performance thermal head capable of making a protective film well function for a long time and stabilizing conveyance condition of a recording medium M. <P>SOLUTION: In the thermal head wherein a plurality of heating resistors 3 are arranged on the top face of a base 1, and an electrode pattern 4 connected to the heating resistors 3 is stuck thereon, and the heating resistors 3 and the electrode pattern 4 are covered with the protective film 6, an electrically-conductive film 7 held always or temporarily at a ground voltage is stuck on the protective film 6, and a channel 7a is provided on the electrically-conductive film 7 positioned just above the arrangement of the heating resistors 3, and the surface of the protective film is exposed from the channel 7a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファクシミリやビデオプリンタ等の印画デバイスとして用いられるサーマルヘッド及びそれを用いたサーマルプリンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ファクシミリやビデオプリンタ等の印画デバイスとしてサーマルヘッドが用いられている。
【０００３】
かかる従来のサーマルヘッドは、例えば図７に示す如く、アルミナセラミックスからなる基板２１の上面に複数の発熱抵抗体２３及び該発熱抵抗体２３に接続される電極パターン２４を被着するとともに、発熱抵抗体２３及び電極パターン１３を保護膜２６で被覆した構造のものが知られており、感熱紙やインクフィルム等の記録媒体Ｍを、発熱抵抗体２３の真上に配置されるプラテンローラを用いてサーマルヘッドに対して押圧しつつ発熱抵抗体２３上に搬送しながら、多数の発熱抵抗体２３を外部からの画像データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、記録媒体Ｍを発熱抵抗体２３上の保護膜表面に摺接させ、発熱抵抗体２３の発した熱を、保護膜２６を介して記録媒体Ｍに伝導させることによって印画を形成するようになっている。
【０００４】
なお、前記保護膜２６は、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）やサイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱抵抗体２３や電極パターン２４を記録媒体Ｍの摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１７７１５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のサーマルヘッドにおいて、発熱抵抗体上に記録媒体Ｍが保護膜表面に繰り返し摺接されると、記録媒体Ｍの表面に付着した静電気の一部が保護膜２６上に蓄積され、保護膜２６と発熱抵抗体２３との間で放電を起こして保護膜２６が絶縁破壊してしまう。その結果、保護膜２６としての機能が喪失されてしまう課題を有していた。
【０００７】
そこで上記課題を解決すべく、保護膜２６上にＴａＳｉＯやＴａＳｉＮＯ等の電気抵抗材料から成る導電膜を被着させ、該導電膜をグランド電位に保持することにより、記録媒体表面に付着した静電気を導電膜を介してグランドに逃がすことが提案されている。
【０００８】
しかしながら、このような導電膜に対して記録媒体Ｍは表面が比較的粗いことから、プラテンローラからの押圧力が最も伝わり易い発熱抵抗体の直上及びその近傍において記録媒体Ｍと導電膜との摩擦力が特に大となり、それ故、かかる摩擦力によって記録媒体Ｍの一部が削れて多量の紙カスが発生し、かかる紙カスに記録媒体Ｍが引っ掛かって搬送状態が不安定となる新たな課題を誘発する。
【０００９】
本発明は、上記２つの課題を同時に解決するために案出されたものであり、その目的は保護膜を長期にわたり良好に機能させることができ、しかも記録媒体Ｍの搬送状態を安定させることが可能な高性能のサーマルヘッド並びにサーマルプリンタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、基板の上面に、複数の発熱抵抗体を配列するとともに、該発熱抵抗体に接続される電極パターンを被着し、発熱抵抗体及び電極パターンを保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護膜上にグランド電位に常時もしくは一時的に保持される導電膜を被着させるとともに、前記発熱抵抗体の配列の直上に位置する導電膜に溝を設け、該溝より保護膜表面を露出させたことを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明のサーマルヘッドは、前記溝より露出する保護膜表面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．０３μｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
更に本発明のサーマルヘッドは、前記溝内の保護膜及び溝近傍の導電膜が、発熱抵抗体上に配置されるプラテンローラに対して記録媒体を介して接していることを特徴とするものである。
【００１３】
そして本発明のサーマルプリンタは、上述したサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送するプラテンローラとを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のサーマルヘッドによれば、発熱抵抗体を被覆する保護膜上にグランド電位に常時もしくは一時的に保持される導電膜を被着させるとともに、前記発熱抵抗体の配列の直上に位置する導電膜に溝を設け、該溝より保護膜表面を露出させたことから、記録動作時、記録媒体の表面に付着した静電気を、記録媒体が摺接される導電膜を介してグランドに逃がすことができる上に、プラテンローラからのサーマルヘッドに対する押圧力が最も大きくなり易い発熱抵抗体の直上領域で、比較的表面粗さが小さい保護膜表面に記録媒体を直に摺接させ、記録媒体とサーマルヘッドとの摩擦力を効果的に低減させることができる。従って、保護膜の絶縁破壊を有効に防止して保護膜を長期にわたり機能させることができる上、記録媒体の摺接による紙カスの発生を有効に防止して記録媒体を安定的に搬送させることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの平面図、図２は図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図、図３は図２の要部拡大断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは、大略的に、基板１の上面に、発熱抵抗体３や電極パターン４、保護膜６、導電膜７、電極配線８を設けた構造を有している。
【００１６】
前記基板１は、アルミナセラミックス等の絶縁材料や、表面に酸化珪素膜あるいは窒化珪素膜が設けられた単結晶シリコン等の半導体材料により矩形状を成すように形成されており、その上面には、複数の発熱抵抗体３や電極パターン４、保護膜６、導電膜７、電極配線８等が設けられ、これらを支持する支持母材として機能する。
【００１７】
このような基板１は、アルミナセラミックスからなる場合、例えば、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媒・有機溶剤を添加・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りセラミックグリーンシートを得、しかる後、該セラミックグリーンシートを矩形状に打ち抜いた上、高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００１８】
また前記基板１の上面には、ガラス製の部分グレーズ層２が基板１の長手方向に帯状に被着され、その頂部付近には多数の複数の発熱抵抗体３が設けられる。
【００１９】
前記部分グレーズ層２は、例えば曲率半径１ｍm〜４ｍmの断面円弧状をなすように形成されており、その頂部の厚みは２０μm〜１６０μmに設定される。
【００２０】
この部分グレーズ層２は、低熱伝導性（熱伝導率：０．７Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．０Ｗ／ｍ・Ｋ）のガラスにより形成されているため、その内部で発熱抵抗体３の発する熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用、具体的には、発熱抵抗体３の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用を為す。
【００２１】
前記複数の発熱抵抗体３は、例えば６００ｄｐｉ(dot per inch)の密度で主走査方向に直線状に配列されており、各々がＴａＳｉＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＣＳｉＯ系等の電気抵抗材料から成っており、個々の発熱抵抗体３は主走査方向の幅が３５μｍ、副走査方向の幅が７０μｍに形成されている。
【００２２】
かかる複数の発熱抵抗体３は、その両端に接続される電極パターン４を介して外部からの電力が供給されるとジュール発熱を起こし、感熱紙に印画を形成するのに必要な温度、例えば１５０℃〜４００℃の温度に発熱する。
【００２３】
また、前記各発熱抵抗体３の両端に接続される電極パターン４は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属材料から成り、発熱抵抗体３の一端側に共通に接続される共通電極パターン４ａと、発熱抵抗体３の他端側に個別に接続される個別電極パターン４ｂとで構成されており、共通電極パターン４ａが所定の電位（例えば２４Ｖ）に保持された電源端子（Ｖｈ１）に、個別電極パターン４ｂがドライバーＩＣ５のスイッチング素子等を介してグランド電位（例えば０Ｖ）に保持した第１グランド端子（ＧＮＤ１）にそれぞれ接続され、ドライバーＩＣ５のスイッチング素子のオン・オフを切り換えることにより発熱抵抗体３への通電が制御される。
【００２４】
前記ドライバーＩＣ５は、各々の回路形成面（下面）に、シフトレジスタやラッチ回路，スイッチング素子，端子等の電子回路が高密度に集積されており、スイッチング素子のオン・オフの切り換えによって複数の発熱抵抗体３を選択的に発熱させる作用を為す。
【００２５】
かかるドライバーＩＣ５としては、例えば、電子回路や端子を下面に有したフリップチップ型ＩＣが用いられ、従来周知のフェースダウンボンディング、即ち、ドライバーＩＣ５の端子を対応する電極パターン４上の端子に半田接合させることによってドライバーＩＣ５が電極パターン４に電気的に接続される。
【００２６】
尚、前記複数の発熱抵抗体３及び一対の電極パターン４は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング、フォトリソグラフィー技術、エッチング技術等を採用することにより所定パターンを成すように基板１の上面に被着・形成される。
【００２７】
また前記ドライバーＩＣ５は、例えば、従来周知のチョコラルスキー法（引き上げ法）を採用することにより、単結晶シリコンからなるインゴット（塊）を形成するとともに、これをダイヤモンドカッター等を用いて板状にスライスし、しかる後、該板体の一主面に従来周知の半導体製造技術を採用することにより、シフトレジスタやラッチ回路等の電子回路を高密度に集積させることによって製作される。
【００２８】
一方、前記発熱抵抗体３及び電極パターン４上には保護膜６が被着されており、該保護膜６によって発熱抵抗体３や一対の電極パターン４が共通に被覆されている。
【００２９】
前記保護膜６は、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）や酸化珪素（ＳｉＯ₂）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、発熱抵抗体３や電極パターン４、後述する電極配線８等を記録媒体Ｍの摺接による磨耗や大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する作用を為す。
【００３０】
尚、上述した保護膜６は、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ（ChemicalVapor Deposition）法やスパッタリング等を採用し、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）や酸化珪素（ＳｉＯ₂）、サイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ）等の無機質材料を発熱抵抗体３や電極パターン４、後述する電極配線８等の上面に５μｍ〜１０μｍの厚みに被着させることにより形成される。具体的には、スパッタリングを採用して窒化珪素（Ｓｉ₃N₄）から成る保護膜６を形成する場合、スパッタリング装置のチャンバー内に、窒化珪素（Ｓｉ₃N₄）の焼結体から成るターゲット材と、発熱抵抗体３や電極パターン等を被着させた基板１をそれぞれ配置させ、チャンバー内にアルゴンガスを導入しながらターゲット材と基板１との間に所定の電力を印加し、前記ターゲット材を基板１の所定領域にスパッタリングすることにより形成される。このとき、チャンバー内の圧力は０．４Ｐａ〜０．６Ｐａに、基板温度は１５０℃〜２００℃に設定され、これによって保護膜６の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．０３μｍ以下に設定される。
【００３１】
そして、前記保護膜６上には、発熱抵抗体３の配列領域にわたって導電膜７が被着されている。
【００３２】
前記導電膜７は、ＴａＳｉＯやＴａＳｉＮＯ等のＳｉ，Ｃ，Ｔａ系の電気抵抗材料等（比抵抗５×１０^-4Ω・ｃｍ〜２×１０⁴Ω・ｃｍ）により主走査方向にわたり帯状に形成されており、また発熱抵抗体３の配列の直上領域には溝７ａが形成され、該溝７ａより保護膜６の表面が露出している。
【００３３】
このような導電膜７は、その一端が電極配線８を介してグランド電位（例えば０Ｖ）に保持される第２グランド端子（ＧＮＤ２）に接続されており、これによって導電膜７はグランド電位に常時保持された状態となっている。
【００３４】
このため、記録動作時、プラテンローラ等を用いて発熱抵抗体３上に搬送される記録媒体Ｍに多量の静電気が蓄積していたとしても、記録媒体Ｍの一部が導電膜７に接触する際に、記録媒体Ｍの表面に付着した静電気が導電膜７を介してグランドに逃がされることとなる。従って、保護膜６に多量の静電気が蓄積することはほとんどなく、保護膜６の絶縁破壊を有効に防止して保護膜６を長期にわたり良好に機能させることができる。
【００３５】
しかも、前記導電膜７には、上述した如く、発熱抵抗体３の配列の直上領域に溝７が形成されており、該溝７より保護膜表面が露出していることから、プラテンローラからのサーマルヘッドに対する押圧力が最も大きくなり易い発熱抵抗体３の直上領域で、比較的表面粗さが小さい保護膜表面（表面粗さ：算術平均粗さＲａで０．０３μｍ以下）に記録媒体Ｍを直に摺接させ、記録媒体Ｍとサーマルヘッドとの摩擦力を効果的に低減させることができる。従って、記録媒体Ｍの摺接による紙カスの発生を有効に防止して記録媒体Ｍを安定的に搬送させることが可能となる。
【００３６】
ここで、溝７ａより露出する保護膜の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．０３μｍよりも大きいと、プラテンローラのサーマルヘッドに対する押圧力が特に強い場合、記録媒体Ｍにスティッキングが生ずる場合がある。また保護膜の表面粗さは算術平均粗さＲａで０．００５μｍよりも小さくすることは困難であることから、保護膜の表面粗さは算術平均粗さＲａで０．００５μｍ〜０．０３μｍの範囲に設定しておくことが好ましい。
【００３７】
また、前記溝７ａの副走査方向の幅は、発熱抵抗体３の副走査方向の幅に対して３倍〜６倍に設定することが好ましく、前記溝７ａの副走査方向の幅が発熱抵抗体３の副走査方向の幅に対して３倍よりも小さいと、保護膜６が露出する面積が狭いため、プラテンローラのサーマルヘッドに対する押圧力が特に強い場合、記録媒体Ｍとサーマルヘッドとの摩擦力の低減効果が小さくなる傾向にあり、一方、前記溝７ａの副走査方向の幅が発熱抵抗体３の副走査方向の幅に対して６倍よりも大きいと、記録動作時、記録媒体と導電膜７とが接触しにくくなり、記録媒体の静電気を導電膜を介して逃がしにくくなることがある。従って、前記溝７ａの副走査方向の幅を、発熱抵抗体３の副走査方向の幅に対して３倍〜６倍に設定することが好ましい。
【００３８】
また本実施形態において、図４、図５に示す如く、前記溝７’ａの内側面を外側に傾斜させて溝７’ａの開口面積を記録媒体Ｍ側に近づくにつれて漸次大きくなるようにしておけば、記録媒体Ｍが保護膜表面に接触しやすくなり、記録媒体Ｍとサーマルヘッドとの摩擦力低減効果を更に高めることができる上に、溝７’ａと導電膜７’の表面とで形成される角部で記録媒体Ｍが傷つくことが有効に防止されるという利点がある。
【００３９】
しかもこの場合、溝７’ａの内側面と保護膜表面とが段差の少ない連続的な面となるため、記録媒体の摩擦による応力が溝７’ａの内側面と保護膜表面との境界部に集中することが有効に防止され、溝７’ａを起点とした導電膜７の剥離の発生をほとんど無くすことができる。
【００４０】
尚、前記溝７’ａの内側面は、垂直方向（基板１の上面と直交する方向）に対して６０°〜８５°傾斜させることが好ましく、前記溝７’ａの内側面の傾斜角度が上記範囲よりも小さいと、プラテンローラのサーマルヘッドに対する押圧力が特に強い場合に、溝７’ａと導電膜７’の表面とで形成される角部で記録媒体Ｍが傷つくことがあり、また前記溝７’ａの内側面の傾斜角度が上記範囲よりも大きいと、溝７’ａの加工が困難となる。
【００４１】
上述した導電膜７は、前記保護膜６と同様に、従来周知の薄膜形成技術、例えばＣＶＤ法やスパッタリング等を採用し、ＴａＳｉＯやＴａＳｉＮＯ等の電気抵抗材料を保護膜６の上面の所定領域に０．０２μｍ〜０．２μｍの厚みに被着させることにより形成され、しかる後、従来周知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を採用することにより導電膜７の所定領域に溝７ａが形成される。このように形成された導電膜７の表面粗さは算術平均粗さＲａで０．０５μｍ〜０．０８μｍとなる。尚、前記溝７ａの形成は、エッチング技術の他、ラッピングフィルムを導電膜の表面に対して発熱抵抗体の直上領域にわたって研磨することによっても行われる。
【００４２】
一方、前記導電膜７の一端に電極配線８は、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属材料により所定パターンに形成されており、導電膜７を第２グランド端子（ＧＮＤ２）に接続して導電膜７をグランド電位に保持する作用を為す。かかる電極配線８は、上述した電極パターン４と同様の方法により同時に形成される。
【００４３】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタは、図６に示す如く、プラテンローラ９と、搬送ローラ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとを含んで構成されている。
【００４４】
前記プラテンローラ９は、ＳＵＳ等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を３ｍｍ〜１５ｍｍ程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドＴの発熱抵抗体３上に回転可能に支持され、記録媒体Ｍを発熱抵抗体３上の保護膜表面に押圧しつつ記録媒体Ｍを副走査方向（図中の矢印方向）に搬送する。
【００４５】
かかるプラテンローラ９は、その表面が前記溝７ａ内の保護膜表面及びその近傍の導電膜表面に対して記録媒体を介して接した状態にあり、これによって記録動作時、記録媒体が保護膜表面及び導電膜に対して同時に接触されることとなり、記録媒体に付着した静電気の除去と記録媒体の紙カスの発生防止とを同時に行うことができる。
【００４６】
また前記搬送ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドＴに対し記録媒体Ｍの搬送方向上流側（ドライバーＩＣ５側）と下流側（発熱抵抗体３側）に分かれて配設され、これらの搬送ローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと前述のプラテンローラ９とで記録媒体Ｍの走行を支持している。
【００４７】
そして、これと同時に多数の発熱抵抗体３をドライバーＩＣ５の駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を保護膜６や導電膜７を介し記録媒体Ｍに伝導させることによって所定の印画が形成される。
【００４８】
尚、本発明は上述の実施形態に特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内で種々の変更・改良が可能である。
【００４９】
例えば、上述の実施形態においては、前記導電膜７を常時、グランド電位に保持するようにしたが、これに代えて、前記導電膜７を一時的にグランド電位に保持するようにしても良い。
【００５０】
また上述の実施形態において、前記導電膜７を発熱抵抗体３と同一材料により形成するようにしても良し、多層構造体にしても良く、後者の場合、最下層の比抵抗を１×１０⁷Ω・ｃｍ以上に成しておけば、導電膜の下地となる保護膜にピンホール等が多く発生していたとしても、導電膜と電極との間で電気的短絡を極めて良好に防止できる。
【００５１】
更に上述の実施形態において、前記保護膜６を２層以上の多層構造にしてもよいことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のサーマルヘッドによれば、発熱抵抗体を被覆する保護膜上にグランド電位に常時もしくは一時的に保持される導電膜を被着させるとともに、前記発熱抵抗体の配列の直上に位置する導電膜に溝を設け、該溝より保護膜表面を露出させたことから、記録動作時、記録媒体の表面に付着した静電気を、記録媒体が摺接される導電膜を介してグランドに逃がすことができる上に、プラテンローラからのサーマルヘッドに対する押圧力が最も大きくなり易い発熱抵抗体の直上領域で、比較的表面粗さが小さい保護膜表面に記録媒体を直に摺接させ、記録媒体とサーマルヘッドとの摩擦力を効果的に低減させることができる。従って、保護膜の絶縁破壊を有効に防止して保護膜を長期にわたり機能させることができる上、記録媒体の摺接による紙カスの発生を有効に防止して記録媒体を安定的に搬送させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの平面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図５】図４の要部拡大断面図である。
【図６】図１のサーマルヘッドを用いて構成されたサーマルプリンタの概略図である。
【図７】従来のサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・部分グレーズ層
３・・・発熱抵抗体
４・・・電極パターン
４ａ・・・共通電極パターン
４ｂ・・・個別電極パターン
５・・・ドライバーＩＣ
６・・・保護膜
７，７’・・・導電膜
７ａ，７’ａ・・・溝
８・・・電極配線
９・・・プラテンローラ
１０ａ,１０ｂ,１０ｃ,１０ｄ・・・搬送ローラ
ＧＮＤ１・・・第１グランド端子
ＧＮＤ２・・・第２グランド端子
Ｖｈ１・・・電源端子
Ｖｈ２・・・第２電源端子
Ｔ・・・サーマルヘッド
ＳＷ・・・スイッチング手段
Ｍ・・・記録媒体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal head used as a printing device such as a facsimile or a video printer, and a thermal printer using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a thermal head has been used as a printing device such as a facsimile or a video printer.
[0003]
In such a conventional thermal head, as shown in FIG. 7, for example, a plurality of heating resistors 23 and an electrode pattern 24 connected to the heating resistors 23 are attached on the upper surface of a substrate 21 made of alumina ceramic, A structure in which the body 23 and the electrode pattern 13 are covered with a protective film 26 is known, and a recording medium M such as thermal paper or an ink film is thermally transferred using a platen roller disposed directly above the heating resistor 23. While being conveyed onto the heating resistor 23 while being pressed against the head, a large number of heating resistors 23 are selectively and individually heated based on image data from the outside, and the recording medium M is heated by the heating resistor 23. The print is formed by bringing the heat generated by the heat generating resistor 23 into conduction with the recording medium M via the protective film 26 by slidingly contacting the upper protective film surface. It has become.
[0004]
The protective film 26 is made of an inorganic material having excellent wear resistance such as silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) or sialon (Si—Al—O—N). It functions to protect the recording medium M from abrasion due to sliding contact and corrosion from contact with moisture or the like contained in the atmosphere.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-177158 A
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional thermal head, when the recording medium M is repeatedly slid on the surface of the protective film on the heating resistor, a part of the static electricity attached to the surface of the recording medium M is accumulated on the protective film 26. In addition, a discharge occurs between the protective film 26 and the heating resistor 23, and the dielectric breakdown of the protective film 26 occurs. As a result, there is a problem that the function as the protective film 26 is lost.
[0007]
Therefore, in order to solve the above problem, a conductive film made of an electric resistance material such as TaSiO or TaSiNO is deposited on the protective film 26, and the conductive film is held at the ground potential, so that the static electricity attached to the surface of the recording medium is reduced. It has been proposed to escape to ground via a conductive film.
[0008]
However, since the surface of the recording medium M is relatively rough with respect to such a conductive film, the friction between the recording medium M and the conductive film immediately above and near the heating resistor to which the pressing force from the platen roller is most easily transmitted. The force is particularly large, and therefore, a part of the recording medium M is shaved by the frictional force to generate a large amount of paper dust, and the recording medium M is caught on the paper waste and a new problem that the conveyance state becomes unstable. Trigger.
[0009]
The present invention has been made to solve the above two problems at the same time. The purpose of the present invention is to enable the protective film to function well for a long period of time and to stabilize the transport state of the recording medium M. An object of the present invention is to provide a possible high-performance thermal head and thermal printer.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the thermal head of the present invention, a plurality of heating resistors are arranged on the upper surface of the substrate, an electrode pattern connected to the heating resistor is applied, and the heating resistor and the electrode pattern are covered with a protective film. In the thermal head, a conductive film that is always or temporarily held at the ground potential is deposited on the protective film, and a groove is formed in the conductive film located immediately above the arrangement of the heating resistors. The surface of the protective film is exposed.
[0011]
The thermal head according to the present invention is characterized in that the surface roughness of the surface of the protective film exposed from the groove is set to an arithmetic average roughness Ra of 0.03 μm or less.
[0012]
Further, the thermal head of the present invention is characterized in that the protective film in the groove and the conductive film near the groove are in contact with a platen roller disposed on the heating resistor via a recording medium. is there.
[0013]
According to another aspect of the invention, there is provided a thermal printer including the above-described thermal head and a platen roller that conveys a recording medium onto the thermal head.
[0014]
According to the thermal head of the present invention, the conductive film that is always or temporarily held at the ground potential is deposited on the protective film that covers the heating resistor, and the conductive film that is located immediately above the arrangement of the heating resistor is provided. Since a groove is formed in the film and the surface of the protective film is exposed from the groove, during recording operation, static electricity adhering to the surface of the recording medium can be released to the ground via the conductive film to which the recording medium slides. In addition to this, the recording medium is slid directly into contact with the surface of the protective film, which has a relatively small surface roughness, in the area directly above the heating resistor where the pressing force from the platen roller to the thermal head is most likely to increase. The frictional force with the head can be effectively reduced. Therefore, it is possible to effectively prevent the dielectric breakdown of the protective film and make the protective film function for a long period of time, and to effectively prevent the generation of paper waste due to the sliding contact of the recording medium and to stably transport the recording medium. Becomes possible.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view of a thermal head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of the thermal head of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. The illustrated thermal head generally has a structure in which a heating resistor 3, an electrode pattern 4, a protective film 6, a conductive film 7, and an electrode wiring 8 are provided on an upper surface of a substrate 1.
[0016]
The substrate 1 is formed in a rectangular shape by using an insulating material such as alumina ceramics or a semiconductor material such as single crystal silicon provided with a silicon oxide film or a silicon nitride film on its surface. A plurality of heating resistors 3, an electrode pattern 4, a protective film 6, a conductive film 7, an electrode wiring 8, and the like are provided, and function as a supporting base material for supporting these.
[0017]
When such a substrate 1 is made of alumina ceramics, for example, an appropriate organic solvent / organic solvent is added to and mixed with a ceramic raw material powder such as alumina / silica / magnesia to form a slurry. A ceramic green sheet is obtained by employing a doctor blade method, a calendar roll method, or the like, and thereafter, the ceramic green sheet is punched into a rectangular shape, and then fired at a high temperature (about 1600 ° C.).
[0018]
On the upper surface of the substrate 1, a partial glaze layer 2 made of glass is attached in a band shape in the longitudinal direction of the substrate 1, and a plurality of heating resistors 3 are provided near the top.
[0019]
The partial glaze layer 2 is formed so as to have an arc-shaped cross section with a radius of curvature of 1 mm to 4 mm, for example, and the thickness of the top is set to 20 μm to 160 μm.
[0020]
Since the partial glaze layer 2 is formed of glass having low thermal conductivity (thermal conductivity: 0.7 W / m · K to 1.0 W / m · K), the heat generated by the heating resistor 3 inside the partial glaze layer 2. Of the thermal head to maintain good thermal response characteristics of the thermal head, specifically, as a heat storage layer for raising the temperature of the heating resistor 3 to a predetermined temperature required for printing in a short time. Make
[0021]
The plurality of heating resistors 3 are linearly arranged in the main scanning direction at a density of, for example, 600 dpi (dot per inch), and each is made of an electric resistance material such as TaSiO, TiSiO, or TiCSiO. Each of the heating resistors 3 has a width of 35 μm in the main scanning direction and a width of 70 μm in the sub-scanning direction.
[0022]
When a plurality of heat generating resistors 3 are supplied with electric power from the outside via the electrode patterns 4 connected to both ends thereof, Joule heat is generated, and the temperature required for forming a print on the thermal paper, for example, 150 ° C. Heat is generated to a temperature of from 400C to 400C.
[0023]
The electrode patterns 4 connected to both ends of each of the heating resistors 3 are made of a metal material such as aluminum (Al) or copper (Cu), and are connected to one end of the heating resistor 3 in common. A power supply terminal (Vh1) which is composed of a pattern 4a and an individual electrode pattern 4b individually connected to the other end of the heating resistor 3, and the common electrode pattern 4a is maintained at a predetermined potential (for example, 24 V). The individual electrode pattern 4b is connected to a first ground terminal (GND1) held at a ground potential (for example, 0 V) via a switching element or the like of the driver IC 5 to switch on / off the switching element of the driver IC 5. The energization of the heating resistor 3 is controlled.
[0024]
In the driver IC 5, electronic circuits such as a shift register, a latch circuit, a switching element, and a terminal are densely integrated on each circuit forming surface (lower surface). It has the function of causing the resistor 3 to selectively generate heat.
[0025]
As the driver IC 5, for example, a flip-chip type IC having an electronic circuit and terminals on its lower surface is used, and conventionally known face-down bonding, that is, solder bonding of the terminals of the driver IC 5 to the corresponding terminals on the electrode pattern 4. By doing so, the driver IC 5 is electrically connected to the electrode pattern 4.
[0026]
The plurality of heating resistors 3 and the pair of electrode patterns 4 are formed on a substrate so as to form a predetermined pattern by employing a conventionally known thin film forming technique, specifically, sputtering, photolithography, etching, or the like. 1 is formed and adhered on the upper surface.
[0027]
Also, the driver IC 5 forms an ingot made of single-crystal silicon by adopting, for example, the conventionally-known Choralski method (pulling method), and slices the ingot into a plate shape using a diamond cutter or the like. Thereafter, by adopting a conventionally well-known semiconductor manufacturing technique on one main surface of the plate body, the plate body is manufactured by integrating electronic circuits such as shift registers and latch circuits at a high density.
[0028]
On the other hand, a protective film 6 is provided on the heating resistor 3 and the electrode pattern 4, and the heating resistor 3 and the pair of electrode patterns 4 are commonly covered with the protection film 6.
[0029]
The protective film 6 is made of an inorganic material having excellent wear resistance such as silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), silicon oxide (SiO ₂ ), sialon (Si—Al—O—N), and the heating resistor 3. And the electrode patterns 4 and the electrode wirings 8 to be described later are protected from wear due to sliding contact of the recording medium M and corrosion due to contact with moisture or the like contained in the atmosphere.
[0030]
The above-described protective film 6 employs a conventionally known thin film forming technique, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, sputtering, or the like, and is made of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ), silicon oxide (SiO ₂ ), sialon (Si— It is formed by depositing an inorganic material such as Al-ON) on the heating resistor 3, the electrode pattern 4, and the upper surface of the electrode wiring 8 described later in a thickness of 5 μm to 10 μm. Specifically, when the protective film 6 made of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) is formed by sputtering, a target made of a sintered body of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) is placed in the chamber of the sputtering apparatus. And a substrate 1 on which a heating resistor 3 and an electrode pattern are adhered, and a predetermined electric power is applied between the target material and the substrate 1 while introducing an argon gas into the chamber, thereby forming the target. It is formed by sputtering a material on a predetermined region of the substrate 1. At this time, the pressure in the chamber is set to 0.4 Pa to 0.6 Pa, and the substrate temperature is set to 150 ° C. to 200 ° C., whereby the surface roughness of the protective film 6 is reduced to an arithmetic average roughness Ra of 0.03 μm or less. Is set.
[0031]
A conductive film 7 is applied on the protective film 6 over the arrangement region of the heating resistors 3.
[0032]
The conductive film 7 is formed in a band shape in the main scanning direction by using Si, C, Ta-based electric resistance material such as TaSiO or TaSiNO (specific resistance 5 × 10 ⁻⁴ Ω · cm to 2 × 10 ⁴ Ω · cm). In addition, a groove 7a is formed in a region immediately above the arrangement of the heating resistors 3, and the surface of the protective film 6 is exposed from the groove 7a.
[0033]
One end of such a conductive film 7 is connected to a second ground terminal (GND2) which is maintained at a ground potential (for example, 0 V) via an electrode wiring 8, whereby the conductive film 7 is always kept at the ground potential. It has been held.
[0034]
For this reason, at the time of the recording operation, even if a large amount of static electricity is accumulated on the recording medium M conveyed on the heating resistor 3 using a platen roller or the like, a part of the recording medium M contacts the conductive film 7. At this time, the static electricity attached to the surface of the recording medium M is released to the ground via the conductive film 7. Therefore, a large amount of static electricity hardly accumulates on the protective film 6, and the dielectric breakdown of the protective film 6 can be effectively prevented, so that the protective film 6 can function well for a long period of time.
[0035]
Moreover, as described above, the conductive film 7 has the groove 7 formed in the region immediately above the arrangement of the heating resistors 3, and the surface of the protective film is exposed from the groove 7, so that the conductive film 7 can be moved from the platen roller. Immediately above the heating resistor 3 where the pressing force against the thermal head is the largest, the recording medium M is placed on the surface of the protective film having a relatively small surface roughness (0.03 μm or less in arithmetic average roughness Ra). Direct sliding contact can effectively reduce the frictional force between the recording medium M and the thermal head. Therefore, it is possible to effectively prevent the generation of paper waste due to the sliding contact of the recording medium M, and to stably convey the recording medium M.
[0036]
Here, if the surface roughness of the protective film exposed from the groove 7a is larger than 0.03 μm in arithmetic average roughness Ra, if the pressing force of the platen roller against the thermal head is particularly strong, the recording medium M may stick. There is. Also, since it is difficult to make the surface roughness of the protective film smaller than 0.005 μm in arithmetic average roughness Ra, the surface roughness of the protective film is 0.005 μm to 0.03 μm in arithmetic average roughness Ra. It is preferable to set the range.
[0037]
Preferably, the width of the groove 7a in the sub-scanning direction is set to be three to six times the width of the heating resistor 3 in the sub-scanning direction. If the width of the body 3 in the sub-scanning direction is smaller than three times, the area where the protective film 6 is exposed is small. Therefore, when the pressing force of the platen roller against the thermal head is particularly strong, the distance between the recording medium M and the thermal head is reduced. On the other hand, if the width of the groove 7a in the sub-scanning direction is larger than the width of the heating resistor 3 in the sub-scanning direction by 6 times, the effect of reducing the frictional force tends to decrease. And the conductive film 7 are hardly in contact with each other, and the static electricity of the recording medium may not be easily released through the conductive film. Therefore, the width of the groove 7a in the sub-scanning direction is preferably set to be three to six times the width of the heating resistor 3 in the sub-scanning direction.
[0038]
In this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the inner surface of the groove 7'a is inclined outward so that the opening area of the groove 7'a gradually increases as approaching the recording medium M side. This makes it easier for the recording medium M to come into contact with the surface of the protective film, thereby further increasing the effect of reducing the frictional force between the recording medium M and the thermal head. There is an advantage that the recording medium M is effectively prevented from being damaged at the formed corners.
[0039]
Moreover, in this case, since the inner surface of the groove 7'a and the surface of the protective film are continuous surfaces with small steps, the stress due to the friction of the recording medium is reduced by the boundary between the inner surface of the groove 7'a and the surface of the protective film. Concentration can be effectively prevented, and the occurrence of peeling of the conductive film 7 starting from the groove 7'a can be almost eliminated.
[0040]
The inner surface of the groove 7'a is preferably inclined at an angle of 60 to 85 degrees with respect to a vertical direction (a direction orthogonal to the upper surface of the substrate 1). If the thickness is smaller than the above range, when the pressing force of the platen roller against the thermal head is particularly strong, the recording medium M may be damaged at a corner formed by the groove 7′a and the surface of the conductive film 7 ′, If the inclination angle of the inner surface of the groove 7'a is larger than the above range, it becomes difficult to process the groove 7'a.
[0041]
Similar to the protective film 6, the conductive film 7 described above employs a conventionally known thin film forming technique, for example, a CVD method or sputtering, and applies an electric resistance material such as TaSiO or TaSiNO to a predetermined region on the upper surface of the protective film 6. A groove 7a is formed in a predetermined region of the conductive film 7 by applying a conventionally known photolithography technique and an etching technique, by applying the film to a thickness of 0.02 μm to 0.2 μm. The surface roughness of the conductive film 7 thus formed is 0.05 μm to 0.08 μm in arithmetic average roughness Ra. The groove 7a is formed by polishing the lapping film over the region immediately above the heating resistor with respect to the surface of the conductive film, in addition to the etching technique.
[0042]
On the other hand, at one end of the conductive film 7, an electrode wiring 8 is formed in a predetermined pattern from a metal material such as aluminum (Al) or copper (Cu), and connects the conductive film 7 to a second ground terminal (GND2). Thus, the conductive film 7 functions to keep the conductive film 7 at the ground potential. The electrode wirings 8 are simultaneously formed by the same method as the electrode pattern 4 described above.
[0043]
As shown in FIG. 6, the thermal printer incorporating the above-described thermal head includes a platen roller 9 and transport rollers 10a, 10b, 10c, and 10d.
[0044]
The platen roller 9 is a cylindrical member in which butadiene rubber or the like is wound around a shaft core made of a metal such as SUS to a thickness of about 3 mm to 15 mm, and is rotatable on the heating resistor 3 of the thermal head T. The recording medium M is transported in the sub-scanning direction (the direction of the arrow in the figure) while pressing the recording medium M against the surface of the protective film on the heating resistor 3.
[0045]
The surface of the platen roller 9 is in contact with the surface of the protective film in the groove 7a and the surface of the conductive film near the protective film via the recording medium. And the conductive film is simultaneously contacted, so that the static electricity attached to the recording medium can be removed and the paper waste of the recording medium can be prevented at the same time.
[0046]
The transport rollers 10a, 10b, 10c, and 10d have outer peripheral portions formed of metal, rubber, or the like. The transport rollers 10a, 10b, 10c, and 10d are formed of metal, rubber, or the like. The recording medium M is supported by the transport rollers 10a, 10b, 10c, and 10d and the platen roller 9 described above.
[0047]
At the same time, a large number of heating resistors 3 are selectively Joule-heated with the driving of the driver IC 5, and the heat is transferred to the recording medium M via the protective film 6 and the conductive film 7, thereby printing a predetermined image. It is formed.
[0048]
Note that the present invention is not particularly limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0049]
For example, in the above-described embodiment, the conductive film 7 is always held at the ground potential. Alternatively, the conductive film 7 may be temporarily held at the ground potential.
[0050]
In the above-described embodiment, the conductive film 7 may be formed of the same material as the heating resistor 3 or a multilayer structure. In the latter case, the specific resistance of the lowermost layer is 1 × 10 ^7. When the resistance is set to Ω · cm or more, an electrical short circuit between the conductive film and the electrode can be prevented extremely well even if many pinholes and the like occur in the protective film serving as the base of the conductive film.
[0051]
Further, in the above embodiment, it goes without saying that the protective film 6 may have a multilayer structure of two or more layers.
[0052]
【The invention's effect】
According to the thermal head of the present invention, the conductive film that is always or temporarily held at the ground potential is deposited on the protective film that covers the heating resistor, and the conductive film that is located immediately above the arrangement of the heating resistor is provided. Since a groove is formed in the film and the surface of the protective film is exposed from the groove, during recording operation, static electricity adhering to the surface of the recording medium can be released to the ground via the conductive film to which the recording medium slides. In addition to this, the recording medium is slid directly into contact with the surface of the protective film, which has a relatively small surface roughness, in the area directly above the heating resistor where the pressing force from the platen roller to the thermal head is most likely to increase. The frictional force with the head can be effectively reduced. Therefore, it is possible to effectively prevent the dielectric breakdown of the protective film and make the protective film function for a long period of time, and to effectively prevent the generation of paper waste due to the sliding contact of the recording medium and to stably transport the recording medium. Becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a thermal head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of the thermal head of FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view of a thermal head according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of FIG.
FIG. 6 is a schematic view of a thermal printer configured using the thermal head of FIG.
FIG. 7 is a sectional view of a conventional thermal head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Partial glaze layer 3 ... Heating resistor 4 ... Electrode pattern 4a ... Common electrode pattern 4b ... Individual electrode pattern 5 ... Driver IC
6 ... Protective films 7, 7 '... Conductive films 7a, 7'a ... Groove 8 ... Electrode wiring 9 ... Platen rollers 10a, 10b, 10c, 10d ... Transport rollers GND1 .. First ground terminal GND2 second ground terminal Vh1 power supply terminal Vh2 second power supply terminal T thermal head SW switching means M recording medium

Claims (4)

基板の上面に、複数の発熱抵抗体を配列するとともに、該発熱抵抗体に接続される電極パターンを被着し、発熱抵抗体及び電極パターンを保護膜で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、
前記保護膜の上面に、グランド電位に常時もしくは一時的に保持される導電膜を被着させるとともに、該導電膜のうち、少なくとも発熱抵抗体の配列の直上領域に溝を設け、該溝より保護膜表面を露出させたことを特徴とするサーマルヘッド。On a top surface of the substrate, a plurality of heating resistors are arranged, and an electrode pattern connected to the heating resistor is attached, and the heating resistor and the electrode pattern are covered with a protective film.
On the upper surface of the protective film, a conductive film that is always or temporarily held at the ground potential is deposited, and a groove is provided in at least a region immediately above the arrangement of the heating resistors in the conductive film, thereby protecting the conductive film from the groove. A thermal head having a film surface exposed. 前記溝より露出する保護膜表面の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．０３μｍ以下に設定されていることを特徴とするサーマルヘッド。A thermal head, wherein the surface roughness of the surface of the protective film exposed from the groove is set to an arithmetic average roughness Ra of 0.03 μm or less. 前記溝内の保護膜及び溝近傍の導電膜が、発熱抵抗体上に配置されるプラテンローラに対して記録媒体を介して接していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。3. The method according to claim 1, wherein the protective film in the groove and the conductive film near the groove are in contact with a platen roller disposed on the heating resistor via a recording medium. 4. Thermal head. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサーマルヘッドと、該サーマルヘッド上に記録媒体を搬送するプラテンローラとを備えたサーマルプリンタ。4. A thermal printer comprising: the thermal head according to claim 1; and a platen roller that conveys a recording medium onto the thermal head.

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