JP2007261118A - サーマルヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】単一ヒータを有するサーマルヘッドおいて、そのコンパクト化と発熱温度の均一性を向上させる。
【解決手段】サーマルヘッド10では、支持基板11上にグレーズ層12が形成され、グレーズ層12上に、下層電極13、発熱抵抗体層14および上層電極15が積層構造になった単一ヒータが形成される。そして、この積層構造の単一ヒータを被覆する保護膜16が形成される。この積層構造の単一ヒータは、略下層電極13と上層電極15のオーバーラップ領域に介在する発熱抵抗体層14を発熱部17とし、その発熱抵抗層14を膜厚方向に流れる電流のジュール熱で発熱する。下層電極13および上層電極15は配線板18の回路配線にボンディングワイヤーWにより電気接続され、封止材19によって封止される。上記配線板18と支持基板11は放熱板20上に載置される。
【選択図】図2
【解決手段】サーマルヘッド10では、支持基板11上にグレーズ層12が形成され、グレーズ層12上に、下層電極13、発熱抵抗体層14および上層電極15が積層構造になった単一ヒータが形成される。そして、この積層構造の単一ヒータを被覆する保護膜16が形成される。この積層構造の単一ヒータは、略下層電極13と上層電極15のオーバーラップ領域に介在する発熱抵抗体層14を発熱部17とし、その発熱抵抗層14を膜厚方向に流れる電流のジュール熱で発熱する。下層電極13および上層電極15は配線板18の回路配線にボンディングワイヤーWにより電気接続され、封止材19によって封止される。上記配線板18と支持基板11は放熱板20上に載置される。
【選択図】図2
Description
本発明は、例えばリライタブル感熱記録媒体の可視像の消去、画像の光沢層の形成等に有効に使用できるサーマルヘッドおよびその製造方法に関する。
現在、ICカード、磁気カードのようなカード類あるいは記録用紙などのシート類として画像の書き込みおよび消去可能なリライタブル感熱記録媒体が用いられるようになっている。
上記リライタブル感熱記録媒体は、可逆的な感熱特性を有する材料により構成され、例えば100℃〜200℃の温度領域で短時間(例えば0.001sec程度)加熱することにより発色する。そして、その発色の温度よりも低い70℃〜110℃の温度領域で長時間(例えば0.1sec程度)加熱するとその色が消えるという可逆的な特性を有する。ここで、このような感熱特性は発色剤等に依って異なってくるが、いずれにしても、可視像の記録と消去を多数回にわたり繰り返すことが可能になり、省資源やリサイクルに適した記録媒体としてその用途が広がっている。
そこで、このリライタブル感熱記録媒体の可視像を消去するための消去手段としては単一ヒータから構成されたサーマルヘッドが提案されている。この単一ヒータを有するサーマルヘッドの一例について図9を参照して説明する(例えば、特許文献1参照)。ここで、図9(a)はサーマルヘッドの単一ヒータ部分を示す上面図であり、図9(b)は図9(a)のY−Y矢視の拡大横断面図である。図9に示すように、絶縁基板101上にグレーズ層102が形成され、このグレーズ層102上に発熱抵抗体層103が形成されている。
そして、上記発熱抵抗体層103上に、一対の電極104a、104bが間隙Gを挟んで対向して配置されている。ここで、上記一対の電極104a、104bは、発熱抵抗体層103に重層して形成され電気接続している。このようにして、上記間隙Gに露出する発熱抵抗体層103がサーマルヘッドの主走査方向にライン状あるいは帯状(以下、ライン状という)に形成された発熱部105となる。また、この一対の電極104a、104bは外部接続端子106a、106bにそれぞれに接続している。そして、この外部接続端子の一部を除き全体が保護膜107により被覆される。このようにして、上記発熱抵抗体層103の発熱部105、一対の電極104a、104bを有する単一ヒータがサーマルヘッドに形成されている。
ここで、上記絶縁基板101は例えばアルミナセラミックスのような耐熱、絶縁体材料から成る。グレーズ層102はガラスやポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成り、発熱部105の発する熱を蓄積あるいは放散する作用を為す。上記発熱抵抗体層103はTaSiO等の電気抵抗体材料から成る。そして一対の電極104a,104bはAl(アルミニウム)やCu(銅)等の低抵抗の金属材料から成る。上記外部接続端子106a、106bは、フレキシブル配線板(不図示)と接続部材を介して接続され電源電力が供給される領域になる。ここで、これ等の外部接続端子は一対の電極104a、104bの上面にNi(ニッケル)やAu(金)等の半田濡れ性の良好な金属材料が被着したものになっている。
そして、上記保護膜107 はSi3N4(窒化珪素)やSiC(炭化珪素)等の硬質で緻密な無機質材料から成り、この保護膜107で一対の電極104a、104b、発熱部105を被覆しておくことにより、一対の電極104a、104b、発熱部105あるいは発熱抵抗体層103をリライタブル感熱記録媒体の摺接による磨耗、並びに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ようになっている。
上記サーマルヘッドを用いたリライタブル感熱記録媒体の可視像の消去では、画像の形成された例えばICカードあるいは記録用紙が、サーマルヘッドの保護膜107と例えばプラテンローラとの間で挟圧され、副走査方向に所定の速度で搬送される。この搬送において、上記リライタブル感熱記録媒体は、発熱部105により加熱され、画像の消去に必要な所要の温度にされる。ここで、この加熱温度は、発熱部105に印加する予め設定された電源の電力および上記走査の速度により決まる。
特開2000−340346号公報
しかしながら、従来のサーマルヘッドでは、発熱抵抗体層103の発熱部105および一対の電極104a、104bが平面上で並列配置された、いわゆる平面構造の単一ヒータとなっている。このために、サーマルヘッドはその副走査方向の寸法の縮小化が難しいという問題があった。そして、このサーマルヘッドとの間で記録媒体を狭圧するプラテンローラの小型化に限界があった。これは、特に、同一のサーマルヘッドに画像形成用の発熱部を多数個に配列した発熱素子群に並行して、上記単一ヒータを併設しようとする場合に大きな問題となってくる。
また、上記サーマルヘッドでは、ライン状の発熱部105における発熱温度分布の均一性を向上させるのが難しいという問題があった。これは、平面上で対向する電極104a、104bに通電パルスを印加し発熱させる構造では、電極が低抵抗であってもその電流パスにおける電圧降下の影響は不可避だからである。この電極中の電圧降下のために、発熱部105における間隙G間にかかる通電パルスの電圧が主走査方向の位置で異なってくる。このため、発熱部105のジュール熱による発熱量は主走査方向で不可避的に分布する。これによる発熱温度分布の不均一性は、記録媒体の寸法が例えばA3用紙サイズのように増大化するに従ってより顕在化する。
また、上述したサーマルヘッドにおける問題は、例えばカラープリンタ、フォトプリンタ等における画像の光沢層の形成すなわちオーバーコート層形成(画像ラミネーション)あるいは高精細な画像の定着においても同様に起こってくる。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、記録媒体に形成した画像の消去あるいは画像のラミネーション等に用いられる単一ヒータを含んで構成されるサーマルヘッドおいて、そのコンパクト化と発熱温度の均一性向上が容易になるサーマルヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明にかかるサーマルヘッドは、支持基板と、前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料から成る保温層と、前記保温層上に形成した第1の電極と、前記第1の電極の所定の領域を被覆する発熱抵抗体層と、前記発熱抵抗体層を介して前記第1の電極上に積層する第2の電極と、前記第1の電極、前記発熱抵抗体層および前記第2の電極を被覆する絶縁体材料から成る保護層とを有し、前記第1の電極と前記第2の電極のオーバーラップする領域に介在する前記発熱抵抗体層を抵抗体発熱部とし、前記第1の電極および前記第2の電極をその通電用電極とする積層構造の単一ヒータが形成されている構成になっている。
そして、本発明にかかるサーマルヘッドの製造方法は、セラミックス製の支持基板上にグレーズ層を形成する工程と、前記グレーズ層上に導電体材料膜を成膜し加工して第1の電極を形成する工程と、前記第1の電極の所要の領域を被覆するように、成膜マスキングにより選択的に発熱抵抗体層を成膜する工程と、前記発熱抵抗体層を介して前記第1の電極に積層する第2の電極を、成膜マスキングにより選択的に成膜する工程と、前記第1の電極、前記発熱抵抗体層および第2の電極を被覆する絶縁体材料から成る保護層を形成する工程と、を有し、前記第1の電極と前記第2の電極のオーバーラップする領域に介在する前記発熱抵抗体層を抵抗体発熱部とし、前記第1の電極および前記第2の電極をその通電用電極とする積層構造の単一ヒータを形成する構成になっている。
あるいは、本発明にかかるサーマルヘッドの製造方法は、セラミックス製の支持基板上にグレーズ層を形成する工程と、前記グレーズ層上に第1の導電体材料膜を成膜し加工して第1の電極を形成する工程と、前記第1の電極の所要の領域を被覆するように、成膜マスキングにより選択的に発熱抵抗体層を成膜する工程と、前記発熱抵抗体層を介して前記第1の電極に積層する第2の導電体材料膜を成膜する工程と、第2の導電体材料膜および前記発熱抵抗体層の一部を帯状の同一パターンにエッチング加工し第2の電極を形成する工程と、前記第1の電極、前記発熱抵抗体層および第2の電極を被覆する絶縁体材料から成る保護層を形成する工程と、を有し、前記第1の電極と前記第2の電極のオーバーラップする領域に介在する前記発熱抵抗体層を抵抗体発熱部とし、前記第1の電極および前記第2の電極をその通電用電極とする積層構造の単一ヒータを形成する構成になっている。
本発明における発熱抵抗体の膜厚方向に通電する構成により、記録媒体に形成した画像の消去あるいは画像のラミネーション等に用いられる単一ヒータを含んで構成されるサーマルヘッドおいて、そのコンパクト化と発熱温度の均一性が容易に向上する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略される。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。ここで、図1は好適な一態様のサーマルヘッドを示す表面の一部を切り欠いた上面図である。図2は図1のX−X矢視の拡大横断面図である。
図1,2に示すように、サーマルヘッド10では、例えばアルミナ等のセラミックスから成る支持基板11の表面に保温層であるグレーズ層12が形成されている。このグレーズ層12上に第1の電極である下層電極13が配設され、この下層電極13の所定の領域に重層して発熱抵抗体層14が形成されている。そして、この発熱抵抗体層14上に積層して第2の電極である上層電極15が形成されている。ここで、上層電極15はサーマルヘッドの主走査方向に略一定幅でライン状に配設されている。更に、後述するボンディングワイヤー接続のために下層電極13の一部と上層電極15の一部が露出されて、上記下層電極13、上層電極15および発熱抵抗体層14を被覆する絶縁体材料から成る保護層16が形成されている。
上記構造において、下層電極13と上層電極15のオーバーラップする領域により上下に挟まれた発熱抵抗体層14の領域が発熱部17となる。ここで、通電パルスの電圧により上層電極15と下層電極13間に流れる電流は発熱抵抗体層14の膜厚の方向である。そして、発熱抵抗層14の抵抗値が極めて高いことから、上記電流は、略上層電極15と下層電極13のオーバーラップ領域に介在する発熱抵抗体層14を膜厚方向に流れる。ここで、通電パルスの周波数にも依存するが、上記電圧は電極の縁端部に印加され易くいわゆるフリンジ効果が生じて、実効的な上記オーバーラップ領域は上記縁端部に沿い少し広がる。
このように、上記電流によりジュール熱が発生する発熱部17は、サーマルヘッドの主走査方向に略一定幅でライン状に配設された上層電極15において、図1に示した発熱部電極15aにほぼ一致する。そして、このジュール熱は極めて高い熱伝導率を有する上層電極15を全体的に拡散し、上記発熱部電極15aが一様な発熱温度になる。
このようにして、上記発熱抵抗体層14の発熱部17、下層電極13および上層電極15が積層構造となった単一ヒータがサーマルヘッド10に形成される。
そして、サーマルヘッド10では、上記主要構成の他に配線板18が備えられており、下層配線13の上記露出部がボンディングワイヤーWにより、配線板18の回路配線に電気接続されている。同様に、上層配線15の上記露出部も配線板18の別の回路配線にボンディングワイヤーWを介して電気接続している。そして、これ等のボンディングワイヤーWおよび保護層16の一部は、例えばモールド樹脂から成る封止材19によって気密封止されている。ここで、上記配線板18および支持基板11は、例えば放熱板20上に載置される構成になっていると好適である。ここで、図1では図を明確にする目的で封止材19は省略されている。
上記サーマルヘッド10において、支持基板11は、通常、耐熱性を有する絶縁体材料から成る絶縁基板であり、アルミナセラミックスの他に、シリコン、石英、炭化珪素等のセラミックスにより構成されてもよい。
そして、上記グレーズ層12は、発熱部17から発する熱を蓄積し保温する作用を有し、表面平滑性のある絶縁体材料であればよい。例えば酸化珪素から成るガラス膜、あるいはポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料から成る。
上記発熱抵抗体層14は、高融点金属とセラミックスの複合体であるサーメット膜から成る。例えばTaSiO、NbSiO、TaSiNO、TiSiCO系の電気抵抗体材料が好適である。ここで、発熱部17が略上層電極15下の発熱抵抗体層14の膜厚部分となることから、この発熱抵抗体層14の抵抗率は、上述した従来の発熱抵抗体層103の場合の例えば102倍〜103倍になる。但し、この抵抗率は後述するが発熱抵抗体層14の膜厚も考慮して設定される。
下層電極13および上層電極15は低抵抗になるほど好ましい。しかも、上層電極15は上述したように熱伝導率が高いほど好適になる。これに対して、下層電極13は熱伝導率が低いほうが好ましい。これは、発熱部17で生じるジュール熱が下層電極13を通って放散しないようにするためである。更に、下層電極13は表面平滑性のある導電体材料が好ましい。これは、その表面に積層される発熱抵抗体層14の膜質および組成の均一性を向上させる上で極めて重要である。
そこで、上層電極15は、Al、CuあるいはAlCu合金等の導電体材料を主材料に構成される。一方、下層電極13は、Hf(ハフニウム)、Mo(モリブデン)、Ni(ニッケル)、Ru(ルテニウム)、Ta(タンタル)、Ti(チタン)、W(タングステン)等の高融点金属を主材料に構成されると好適である。あるいは、これ等の合金であってもよい。ここで、下層電極13および上層電極15は、それぞれ複数の導電体材料が積層したものであってもよい。なお、下層電極13は上層電極15と同様にAl、CuあるいはAlCu合金等の導電体材料を主材料に構成されても構わない。
そして、保護層16は、従来の技術の場合と同様に、Si3N4、SiON(酸窒化珪素)やSiC等の硬質で緻密な絶縁体材料から成る。この保護層16は、下層電極13、発熱抵抗体層14、上層電極15を被覆しリライタブル感熱記録媒体の摺接による磨耗、並びに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。
次に、上記サーマルヘッド10の製造方法の一例について図3を参照して説明する。ここで、図3は上記積層構造の単一ヒータの概略的な製造工程別平面図である。先ず、Al2O3(アルミナ)セラミックスからなる細長の支持基板11の表面に、例えばSiO2(酸化珪素)のガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加・混合して得たガラスペーストを周知のスクリーン印刷法で塗布形成する。そして、所定の温度で焼成し所要の膜厚のガラス膜から成るグレーズ層12を支持基板11表面に被着させる(図3(a))。
このグレーズ層12はその他にポリイミド樹脂等であってもよい。しかし、グレーズ層12の材質および膜厚は、発熱部17で生じる熱の蓄積を決める要素であり、可視像の消去における温度制御に大きく関係してくる。このために、この材質あるいは膜厚はリライタブル感熱記録媒体の温度特性にあわせて適切に設定される。
次に、スパッタ法によりグレーズ層12上に膜厚が0.5μm程度の所要膜厚に例えばRu膜を成膜し、フォトエングレービングプロセスによりこのRu膜を所要の形状にパターニングする。このようにして、下層電極13をグレーズ層12上に形成する(図3(a))。上記下層電極13は、成膜用マスクをスパッタリングのマスキングに用いたRuターゲットのスパッタリングによりRu膜を下層電極13パターンに成膜し形成してもよい。
次に、グレーズ層12上に、同様な成膜用マスクを用いたスパッタ法により膜厚が0.1μm〜1μmのTaSiO2膜を選択的に成膜し、下層電極13の所要の領域に重層したパターンの発熱抵抗体層14を形成する(図3(b))。ここで、後述する上層電極15が配設される下層電極13の上部は発熱抵抗体層14が被覆されるようにする必要がある。ここで、TaSiO2膜の膜厚は、膜のピンホールあるいはウィークスポットが生じないように設定される。なお、膜のピンホールあるいはウィークスポットの防止のためにその膜厚が厚くなる場合には、TaSiO2膜の成膜においてSiリッチにしてその抵抗率を下げるように調整する必要がある。
引き続いて、同様な成膜用マスクを用いたスパッタ法により膜厚が例えば0.5程度のAl膜を選択的に成膜し、上記下層電極13の所要の領域を被覆した発熱抵抗体層14上において、主走査方向にライン状に延在した発熱部電極15aを有する上層電極15を形成する(図3(c))。この帯状の発熱部電極15aは、支持基板11の主走査方向における縁端で曲折し取り出し部電極15bとなる。
その後は、同様な成膜用マスクを用いたスパッタ法により、図1,2に示したように保護層16を成膜する。ここで、保護層16は、例えば膜厚が2μm〜5μm程度のSi3N4膜、SiON膜、SiC膜等から成る。この成膜では、上述したように下層電極13および上層電極15の露出部が形成され、ボンディングワイヤーWがボンディングできる領域が確保される。ここで、上記保護層16の成膜は、PVD(Physical Vapor Deposition)であるスパッタ法に比べてステップカバレッジが良好になるCVD(Chemical Vapor Deposition)法により行うと好適である。
このようにした後は、図1,2で説明した構造になるように、上記支持基板11および配線板18を例えばアルミ板等から成る放熱板20上に接着剤を介して載置し固着させる。そして、下層電極13および上層電極15の露出部と配線板18の回路配線との間を例えばAl線あるいはAu線から成るボンディングワイヤーWで接続する。更に、周知の実装技術により、上記下層電極13および上層電極15の露出部とボンディングワイヤーWを封止材19により気密封止する。ここで、配線板18はフレキシブル配線板であってもよいし回路配線板であってもよい。このようにして、回路/配線を備えたサーマルヘッド10が出来上がる。
ここで、本実施形態の特徴である積層構造の単一ヒータにおいて、その製造方法は種々のものが考えられる。そこで、別の例について図4を参照して説明をする。図4は積層構造の単一ヒータの別の製造方法を示す概略的な製造工程別平面図である。
先ず、図3で説明したのと同様に支持基板11の表面にグレーズ層12を被着させる。そして、高融点金属ターゲットのスパッタ法によりグレーズ層12上に膜厚が0.5μm〜1μm程度のTa(タンタル)膜を成膜し、フォトエングレービングプロセスにより上記Ta膜を所要の形状にパターニングする。このようにして、下層電極13をグレーズ層12上に形成する(図4(a))。
次に、グレーズ層12上に、成膜用マスクを用いたスパッタ法により膜厚が0.1μm〜1μmのTaSiO2膜を選択的に成膜し、下層電極13の全体を被覆する発熱抵抗体層14aを形成する(図4b))。
引き続いて、スパッタ法により膜厚が0.5〜1μmのAl膜を全面に成膜し発熱抵抗体層14aを被覆する。そして、フォトエングレービングプロセスにより、上記Al膜と発熱抵抗体層14aとを同一のエッチングマスクによりエッチング加工してパターニングする。そして、上記発熱部電極15aおよび取り出し部電極15bを有する上層電極15を形成する。このような加工により、発熱部電極15aが重層する発熱抵抗体層14の領域は発熱部電極15aに対して自己整合に全く同一パターンに形成される(図4(c))。
その後、例えば膜厚が2μm〜5μm程度のSi3N4膜、SiON膜、SiC膜等から成る保護層16を成膜する。そして、上述したのと全く同様に、支持基板11および配線板18を例えばアルミ板等から成る放熱板20上に接着剤を介して載置し固着させる。そして、必要な部位をボンディングワイヤーWで接続し、封止材19により気密封止する。
更に、本実施形態のサーマルヘッドの一変形例について図5,6を参照して説明する。ここで、図5は上記サーマルヘッド10の一変形例を示す表面の一部を切り欠いた上面図である。図6は図5のY−Y矢視の拡大横断面図である。
図5,6に示すように、サーマルヘッド10aでは、サーマルヘッド10の場合と同様に支持基板11の表面にグレーズ層12が形成される。そして、このグレーズ層12上に帯状の下層電極13が配設され、この下層電極13を被覆するように発熱抵抗体層14が形成される。そして、この発熱抵抗体層14上に積層する帯状の上層電極15が形成される。
上記構造において、略同一パターンの帯状に形成された下層電極13と上層電極15のオーバーラップ領域は帯状であり、これ等の電極のオーバーラップする領域に上下に挟まれた発熱抵抗体層14から成る発熱部17は帯状になる。このように、サーマルヘッド10の場合と異なり、下層電極13の占有面積が必要限度に縮小されることから、発熱部17で発熱した熱の下層電極13を介した拡散による熱放散が最小限に抑えられる。このために、発熱における上述したところの通電パルスの電力は、サーマルヘッド10の場合よりも効率的に記録媒体の加熱に用いることができる。
そして、サーマルヘッド10の場合と同様に、ボンディングワイヤー接続のために下層電極13の一部と上層電極15の一部が露出されて、上記下層電極13、上層電極15および発熱抵抗体層14を被覆する絶縁体材料から成る保護層16が形成される。
このようにして、上記発熱抵抗体層14の発熱部17、下層電極13および上層電極15が積層構造になる単一ヒータがサーマルヘッド10aに形成される。
このサーマルヘッド10aにおいても、サーマルヘッド10で説明したように下層配線13および上層配線15の上記露出部がボンディングワイヤーWにより配線板18のそれぞれの回路配線に電気接続される。そして、これ等のボンディングワイヤーWおよび保護層16の一部は封止材19によって気密封止される。また、上記配線板18および支持基板11は放熱板20上に載置される。ここで、図5では図を明確にする目的で封止材19は省略されている。
次に、上述した本実施形態のサーマルヘッドの動作について説明する。
上記サーマルヘッド(10,10a)は例えばサーマルプリンタ等に取り付けられ、その制御装置から上述した通電パルス例えば方形波形の電圧パルスが配線板18を介して積層構造の単一ヒータの下層電極13および上層電極15に印加される。この通電パルスの印加により発熱部17の発熱抵抗体層14をその膜厚方向に電流が流れてジュール熱が発生する。そして、この熱は、上層電極15により主走査方向に帯状に均一化され保護層16を通り、その表面に圧接されている記録媒体を加熱する。
例えば、上記サーマルヘッドを用いたリライタブル感熱記録媒体の可視像の消去では、画像の形成された例えばICカードあるいは記録用紙が、サーマルヘッドの保護層17と例えばプラテンローラとの間で挟圧され、副走査方向に所定の速度で搬送される。この搬送において、上記リライタブル感熱記録媒体は、上記主走査方向に帯状に均一化された発熱により加熱され、画像の消去に必要な所要時間のあいだ所要温度にされる。ここで、この加熱温度は、上述した記録媒体の感熱温度に合わせて設定され、所要時間のあいだ上記加熱温度になるような通電パルスが上記下層電極13と上層電極15に印加されることになる。
また、上記サーマルヘッドを用いた記録媒体の画像ラミネーションでは、例えばインクリボンから熱融着により画像が転写形成された印画紙が、サーマルヘッドの保護層17と例えばプラテンローラで摺接され、副走査方向に所定の速度で搬送される。ここで、記録媒体は、上記主走査方向に帯状に均一化された発熱により加熱され、画像ラミネーションに必要な時間のあいだ所要温度にされる。ここで、上記加熱温度になるように通電パルスが上記下層電極13と上層電極15に印加されることになる。また、画像の定着の場合も画像ラミネーションと同様になされる。
ここで、本実施形態の積層構造の単一ヒータは、サーマルヘッドの表面上において凸状に出っ張るようになる。このために、上述した記録媒体は、プラテンローラにより、保護層16を介して単一ヒータに容易に強く圧接される。このために、上記画像消去および画像ラミネーション等は極めて簡便にでき、しかも高品位性および高信頼性を有するようになる。
次に、本実施形態の積層構造の単一ヒータを有するサーマルヘッドの発熱温度の均一性について、図7を参照し従来の平面構造の単一ヒータの場合と比較して説明する。図7は横軸に単一ヒータの位置をとり、縦軸にその位置での発熱温度を示している。ここで、比較に用いた平面構造の単一ヒータは図8に示したような平面構造になっている。比較例(A)は、第1の電極201A、第2の電極202Aおよび斜線で示した発熱部203Aから成る単一ヒータであり、比較例(B)は、第1の電極201B、第2の電極202Bおよび斜線で示した発熱部203Bから成る単一ヒータである。ここで、第1の電極201(A、B)および第2の電極202(A、B)は本実施形態の上層電極15と同じAlで形成し、発熱部203(A、B)は本実施形態の発熱抵抗体層14と同じ抵抗体材料にした。
図7は、比較例(A、B)の場合、第1の電極201(A、B)を接地電位にし、第2の電極202(A、B)を正電位にして発熱させた単一ヒータの温度分布である。本実施形態の場合は、変形例の場合も含めて下層電極13を接地電位に上層電極15を正電位にして発熱させている。本実施形態のサーマルヘッド10その変形例10aの場合とも図7の実線に示すような発熱温度の分布を有する。これに対して、比較例(A)の場合は、単一ヒータの主走査方向の両端近傍で温度が高くなりその中間領域で温度が低くなる温度分布を呈する。そして、比較例(B)では、正電位になる第2の電極202B側領域で発熱温度のピーク位置があり、そのピーク位置を過ぎ第1の電極201B側に向かって発熱温度は単調減少する。
いずれにしても、本実施形態のサーマルヘッドの積層構造の単一ヒータでは、その電極パターンに余り関係することなく発熱温度の均一性が大幅に向上することが判る。これは、上述したように、発熱部17で生じたジュール熱がその上部の上層電極15により瞬時に熱拡散し発熱温度の均一化が起こることに依っている。
上述したように、本実施形態では、積層構造の単一ヒータをサーマルヘッドに形成することにより、発熱温度の均一性が大幅に向上する。それに加えて、その単一ヒータがサーマルヘッド表面で凸状に出っ張る構造になることから、記録媒体の画像消去および画像ラミネーション等は極めて簡便にしかも高品位性および高信頼性を保ってできるようになる。このような効果は、特にサーマルヘッドの長尺化において顕著に現れてくる。
また、単一ヒータにおいてその電極パターンが同じようになる、図9に示した従来の場合と図5,6に示した本実施形態の一変形例の場合とを比較して明らかなように、単一ヒータの占める面積は本実施形態の方が大幅に低減する。このために、本実施形態の積層構造の単一ヒータを備えたサーマルヘッドは、そのコンパクト化が極めて容易になる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
例えば、下層電極13および上層電極15のパターン形状は種々のものが可能であり、その発熱抵抗体層14を介したオーバーラップ領域の形状も上記実施形態で説明した積層構造の単一ヒータと異なるものであってもよい。ここで、上記下層電極13と上層電極15の間の一部において、絶縁体材料から成る絶縁膜が介在し、上記電極間の電気絶縁が確保される構造になっていてもよい。
また、本実施形態で説明した積層構造の単一ヒータは、1つのサーマルヘッド表面に複数個に並列され配置されてもよい。また、同一のサーマルヘッドに、画像形成用の発熱部を多数個に配列した発熱素子群と積層構造の単一ヒータが併設されていてもよい。
また、上述した制御装置からサーマルヘッドの発熱部に供給される通電パルスは、方形波形の他に、正弦波形、のこぎり波形等、時間的に変化する波形であってもよい。更に、上記パルス状の電圧に限定されるものではなく、所定の時間に一定の電圧が印加されるようなものであっても構わない。但し、一定電圧が長い時間にわたり印加されるような電力の供給であると、サーマルヘッドの消費電力が増大し実用的でなくなることから、印加時間に限度がある。
10,10a…サーマルヘッド,11…支持基板,12…グレーズ層,13…下層電極,14…発熱抵抗体層,15…上層電極,15a…発熱部電極,15b…取り出し部電極,16…保護層,17…発熱部,18…配線板,19…封止材,20…放熱板,W…ボンディングワイヤー
Claims (8)
- 支持基板と、
前記支持基板の表面に形成した絶縁体材料から成る保温層と、
前記保温層上に形成した第1の電極と、
前記第1の電極の所定の領域を被覆する発熱抵抗体層と、
前記発熱抵抗体層を介して前記第1の電極上に積層する第2の電極と、
前記第1の電極、前記発熱抵抗体層および前記第2の電極を被覆する絶縁体材料から成る保護層と、
を有し、
前記第1の電極と前記第2の電極のオーバーラップする領域に介在する前記発熱抵抗体層を抵抗体発熱部とし、前記第1の電極および前記第2の電極をその通電用電極とする積層構造の単一ヒータが形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。 - 前記第2の電極および前記抵抗体発熱部が帯状のパターンを有することを特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。
- 前記抵抗体発熱部は、前記第1の電極の帯状のパターンに自己整合に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のサーマルヘッド。
- 前記第2の電極の熱伝導率が前記第1の電極の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項1,2又は3に記載のサーマルヘッド。
- 前記第1の電極が高融点金属を主成分とする導電体材料から成ることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
- 前記第2の電極がアルミニウムを主成分とする導電体材料から成ることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
- セラミックス製の支持基板上にグレーズ層を形成する工程と、
前記グレーズ層上に導電体材料膜を成膜し加工して第1の電極を形成する工程と、
前記第1の電極の所要の領域を被覆するように、成膜マスキングにより選択的に発熱抵抗体層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層を介して前記第1の電極に積層する第2の電極を、成膜マスキングにより選択的に成膜する工程と、
前記第1の電極、前記発熱抵抗体層および第2の電極を被覆する絶縁体材料から成る保護層を形成する工程と、
を有し、
前記第1の電極と前記第2の電極のオーバーラップする領域に介在する前記発熱抵抗体層を抵抗体発熱部とし、前記第1の電極および前記第2の電極をその通電用電極とする積層構造の単一ヒータを形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。 - セラミックス製の支持基板上にグレーズ層を形成する工程と、
前記グレーズ層上に第1の導電体材料膜を成膜し加工して第1の電極を形成する工程と、
前記第1の電極の所要の領域を被覆するように、成膜マスキングにより選択的に発熱抵抗体層を成膜する工程と、
前記発熱抵抗体層を介して前記第1の電極に積層する第2の導電体材料膜を成膜する工程と、
第2の導電体材料膜および前記発熱抵抗体層の一部を帯状の同一パターンにエッチング加工し第2の電極を形成する工程と、
前記第1の電極、前記発熱抵抗体層および第2の電極を被覆する絶縁体材料から成る保護層を形成する工程と、
を有し、
前記第1の電極と前記第2の電極のオーバーラップする領域に介在する前記発熱抵抗体層を抵抗体発熱部とし、前記第1の電極および前記第2の電極をその通電用電極とする積層構造の単一ヒータを形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006089972A JP2007261118A (ja) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | サーマルヘッドおよびその製造方法 |
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JP2006089972A JP2007261118A (ja) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | サーマルヘッドおよびその製造方法 |
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JP2007261118A true JP2007261118A (ja) | 2007-10-11 |
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JP2006089972A Withdrawn JP2007261118A (ja) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | サーマルヘッドおよびその製造方法 |
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JP (1) | JP2007261118A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014069375A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Toshiba Hokuto Electronics Corp | サーマルプリントヘッドおよびそれを用いたサーマルプリンタ |
-
2006
- 2006-03-29 JP JP2006089972A patent/JP2007261118A/ja not_active Withdrawn
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