JP2008049657A

JP2008049657A - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

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Publication number: JP2008049657A
Application number: JP2006230495A
Authority: JP
Inventors: Takumi Yamade; 琢巳山出; Masatoshi Nakanishi; 雅寿中西
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-06
Also published as: EP2058134A4; US7843475B2; EP2058134A1; US20090201356A1; WO2008026533A1

Abstract

【課題】印刷速度の高速化を図ることが可能なサーマルプリントヘッドを提供すること。
【解決手段】基板１と、グレーズ２と、電極３Ａ，３Ｂと、電極３Ａ，３Ｂとは接触していない部分が発熱部５ａとされた発熱抵抗体５と、を備えているサーマルプリントヘッドＡ１であって、電極３Ａ，３Ｂの先端部３１Ａ，３１Ｂは、グレーズ２に対して沈下した構成とされており、発熱抵抗体５の発熱部５ａとグレーズ２との間に介在しており、その硬度がグレーズ２の硬度よりも大であり、かつ発熱抵抗体５の硬度よりも小であり、その熱伝導率がグレーズ２の熱伝導率よりも大であり、かつ発熱抵抗体５の熱伝導率よりも小である絶縁膜４をさらに備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

図９は、従来のサーマルプリントヘッドの一例を示している（たとえば特許文献１参照）。同図に示されたサーマルプリントヘッドＸは、グレーズ９２が形成された基板９１上に、発熱抵抗体９３、電極９４Ａ，９４Ｂ、および保護膜９５が積層された構造とされている。発熱抵抗体９３は、サーマルプリントヘッドＸの発熱源であり、電極９４Ａ，９４Ｂに挟まれた部分が発熱部９３ａとされている。グレーズ９２は、たとえばガラスからなり、その断面形状が基板９１の厚さ方向に膨出した形状とされている。このような形状とされることにより、グレーズ９２は、保護膜９５のうち発熱部９３ａを覆う部分を印刷対象である感熱紙などに選択的に押し付ける機能を発揮する。また、グレーズ９２は、比較的熱伝導率が小さく、発熱部９３ａからの熱が基板９１へと不当に逃げてしまうことを抑制する機能を発揮する。グレーズ９２のこれらの機能は、サーマルプリントヘッドＸの印刷速度を高速化するのに適している。

しかしながら、発熱部９３ａは、電極９４Ａ，９４Ｂに挟まれており、電極９４Ａ，９４Ｂよりも基板９１の厚さ方向において印刷対象に対して後退した位置にある。このため、保護膜９５のうち発熱部９３ａを覆う部分が印刷対象に押し付けられる圧力が低くなってしまう。これは、印刷速度の高速化を妨げる要因となっていた。

また、印刷速度の高速化を図るほど、発熱部９３ａからの発熱サイクルが短くなる。発熱部９３ａは、グレーズ９２上に直接形成されているため、グレーズ９２が受ける熱の受熱サイクルも短くなる。すると、サーマルプリントヘッドＸの印刷中においては、グレーズ９２が比較的高温とされるとともに、温度上昇および温度降下を短いサイクルで繰り返すこととなる。これによってグレーズ９２に生じる熱応力が過大となり、グレーズ９２にクラックが生じる場合があった。

特開２００１−２４６７７０号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、印刷速度の高速化を図ることが可能なサーマルプリントヘッドを提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供されるサーマルプリントヘッドは、基板と、上記基板上に形成されたグレーズと、上記グレーズ上に互いに間隔をおいて設けられた複数の電極と、上記複数の電極と重なっており、上記複数の電極とは接触していない部分が発熱部とされた発熱抵抗体と、を備えているサーマルプリントヘッドであって、上記発熱抵抗体は、上記複数の電極を跨ぐように形成されており、上記各電極のうち少なくとも他方の電極と対向する部分は、上記グレーズに対して沈下した構成とされており、上記発熱抵抗体の上記発熱部の少なくとも一部と上記グレーズとの間に介在しており、その硬度が上記グレーズの硬度よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の硬度よりも小であり、その熱伝導率が上記グレーズの熱伝導率よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の熱伝導率よりも小である絶縁膜をさらに備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記複数の電極と上記グレーズとの段差を縮小することができる。また、上記絶縁膜によって、上記発熱部は、印刷対象に近づけられることとなる。したがって、上記保護膜のうち上記発熱部を覆う部分を印刷対象に押し付ける圧力を高めることが可能であり、印刷速度の高速化を図ることができる。また、上記発熱部からの熱は上記絶縁膜を介して上記グレーズへと伝達される。このため、上記グレーズが受ける熱が急激に増加または減少することを緩和することができる。これにより、上記グレーズに生じる熱応力を低減することが可能であり、上記グレーズにクラックが生じることを抑制することができる。さらに、上記絶縁膜は、上記グレーズと上記発熱抵抗体との間において、いわゆる緩衝材の機能を発揮する。これにより、上記グレーズの熱膨張または熱収縮が上記発熱抵抗体によって規制される、あるいは助長されることを緩和することが可能である。これは、上記グレーズにクラックが生じることを抑制するのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記絶縁膜は、上記複数の電極に跨っている。このような構成によれば、上記グレーズのうち上記複数の電極の間の領域を完全に覆うことが可能である。これにより、上記発熱抵抗体と上記グレーズとがまったく接しない構成とすることができる。これは、上記グレーズのクラック防止に好ましい。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記絶縁膜は、Ｔａ₂Ｏ₅またはＳｉＯ₂からなる。このような構成によれば、上記絶縁膜の強度および熱伝達係数を、上述した関係とするのに適している。

本発明の第２の側面によって提供されるサーマルプリントヘッドの製造方法は、基板上に形成されたグレーズ上に、互いに間隔をおいて複数の電極を形成する工程と、発熱抵抗体を上記複数の電極に跨がらせるようにして上記グレーズおよび上記複数の電極上に重ねて形成する工程と、を有しており、上記複数の電極を形成する工程の後、上記発熱抵抗体を形成する工程の前において、上記グレーズの少なくとも一部分を加熱して軟化させることにより、上記各電極のうち少なくとも他方の電極と対抗する部分を上記グレーズに対して沈下させる電極沈下工程を有しており、上記電極沈下工程の後、上記発熱抵抗体を形成する工程の前において、上記グレーズのうち上記複数の電極に挟まれた領域の少なくとも一部を覆う絶縁膜を形成する工程をさらに有しており、上記絶縁膜を形成する工程においては、その硬度が上記グレーズの硬度よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の硬度よりも小であり、その熱伝導率が上記グレーズの熱伝導率よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の熱伝導率よりも小である材質を用いる。このような構成によれば、上記グレーズと上記複数の電極との段差を容易に縮小することが可能である。また、上記絶縁膜により上記発熱部を印刷対象に近づけることができる。これらにより、印刷速度の高速化を図ることができる。また、上記絶縁膜によって上記グレーズの温度変動を抑制し、また、グレーズの熱膨張または熱収縮が上記発熱抵抗体によって規制あるいは助長されることを防止することが可能である。したがって、上記グレーズのクラック防止を図ることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１実施形態を示している。本実施形態のサーマルプリントヘッドＡ１は、基板１、グレーズ２、電極３Ａ，３Ｂ、絶縁膜４、発熱抵抗体５、および保護膜６を備えている。なお、図２においては、理解の便宜上、電極３Ａ，３Ｂ、絶縁膜４、および発熱抵抗体５以外の要素を省略している。

基板１は、主走査方向に延びた平面視長矩形の平板状であり、たとえばアルミナセラミック製の絶縁基板である。グレーズ２は、たとえば非晶質ガラスペーストを印刷・焼成することにより基板１上に形成されたものであり、蓄熱性を良好とする役割や、電極３Ａ，３Ｂが形成される面を平滑にする役割を果たす。このグレーズ２は、主走査方向に延びており、その断面形状が基板１の厚さ方向に膨出した凸状とされている。このような形状とされることにより、グレーズ２は、保護膜６のうち後述する発熱部５ａを覆う部分と感熱紙などの印刷対象との接触圧を高めるのに役立つ。グレーズ２は、最大厚さが５０μｍ程度とされている。

電極３Ａ，３Ｂは、たとえばレジネート金ペーストを印刷・焼成することにより形成されたものであり、基板１およびグレーズ２上に形成されている。図２に示すように、電極３Ａ，３Ｂは、副走査方向において間隔をおいて配置されており、それぞれの先端部３１Ａ，３１Ｂが互いに対向している。図１に示すように、先端部３１Ａ，３１Ｂは、グレーズ２に対して沈下している。これにより、先端部３１Ａ，３１Ｂとグレーズ２とは、面一状となっている。電極３Ａ，３Ｂは、その厚さが０．６μｍ程度とされている。

絶縁膜４は、たとえばＴａ₂Ｏ₅からなり、たとえばスパッタリングによって形成されたＴａ膜を焼成することによって形成される。絶縁膜４は、グレーズ２のうち電極３Ａ，３Ｂに挟まれた領域を覆っている。特に、本実施形態においては、絶縁膜４は、電極３Ａ，３Ｂに跨るようにして形成されている。絶縁膜４は、その厚さが０．１〜０．２μｍ程度とされている。絶縁膜４の硬度は、グレーズ２の硬度より大であり、かつ発熱抵抗体５の硬度よりも小とされている。また、絶縁膜４の熱伝導率は、グレーズ２の熱伝導率より大であり、かつ発熱抵抗体５の熱伝導率よりも小とされている。なお、絶縁膜４の材質としては、Ｔａ₂Ｏ₅のほかにＳｉＯ₂を用いてもよい。

複数の発熱抵抗体５は、電極３Ａ，３Ｂに跨がるようにして、絶縁膜４上に形成されている。発熱抵抗体５の材質は、たとえばＴａＳｉＯ₂である。発熱抵抗体５のうち電極３Ａ，３Ｂと接していない部分は、発熱部５ａとされている。電極３Ａ，３Ｂ間に通電されると、発熱部５ａが発熱する。サーマルプリントヘッドＡ１は、この熱を利用して感熱紙などの印刷対象に印刷を行う。図２に示すように、本実施形態においては、発熱抵抗体５は、その幅が絶縁膜４よりも小とされている。発熱抵抗体５は、その厚さが０．０５μｍとされている。

保護膜６は、グレーズ２、電極３Ａ，３Ｂ、絶縁膜４、および発熱抵抗体５を覆うように形成されている。保護膜６は、たとえばＳｉＣまたはＳｉＡｌＯＮなどを用いたスパッタリングにより形成されたものである。保護膜６は、電極３Ａ，３Ｂおよび発熱抵抗体５が、印刷対象に直接接触することや、化学的または電気的に侵されることから保護するためのものである。また、保護膜６は、表面を平滑なものとする役割を果たす。保護膜６は、その厚さが４．０μｍ程度とされている。

次に、サーマルプリントヘッドＡ１の製造方法について、図３〜図６を参照しつつ以下に説明する。

まず、図３に示すように、基板１を用意し、この基板１上にグレーズ２を形成する。この形成は、非晶質ガラスペーストの印刷・焼成により行う。帯状に印刷されたガラスペーストに対して焼成を施すことにより、最大厚さが５０μｍ程度であって、断面形状が基板１の厚さ方向に膨出したグレーズ２を形成することができる。

次いで、図４に示すように、基板１およびグレーズ２の図中上面に電極３Ａ，３Ｂを形成する。この形成は、レジネート金ペーストを印刷・焼成した後に、パターニングを施すことにより行う。この際、電極３Ａ，３Ｂの厚さを０．６μｍ程度としておく。

電極３Ａ，３Ｂを形成した後は、図５に示すように、電極３Ａ，３Ｂの先端部３１Ａ，３１Ｂをグレーズ２に沈下させる。この処理は、グレーズ２をたとえばそのガラス成分のガラス軟化点からガラス転移点までの範囲に加熱し、グレーズ２を軟化させることにより行う。グレーズ２が軟化すると、先端部３１Ａ，３１Ｂはその自重によりグレーズ２内に沈下することになる。この沈下量は、上記加熱の温度や時間を調整することにより制御可能であり、先端部３１Ａ，３１Ｂの表面がグレーズ２の表面と面一になった時点においてグレーズ２の軟化状態を解消させればよい。

次いで、図６に示すように、絶縁膜４を形成する。絶縁膜４を形成するには、まず、たとえばスパッタリングによって電極３Ａ，３Ｂの先端部３１Ａ，３１Ｂに跨るようにしてＴａからなる膜を形成する。このＴａ膜に対して焼成を施すことにより、Ｔａ膜を酸化する。これにより、Ｔａ₂Ｏ₅からなる絶縁膜４を形成することができる。絶縁膜４の厚さは、０．１〜０．２μｍ程度とする。なお、絶縁膜４の材質としては、Ｔａ₂Ｏ₅に代えてＳｉＯ₂を用いてもよい。

この後は、厚さが０．０５μｍ程度のたとえばＴａＳｉＯ₂からなる膜を形成した後に、この膜に対してドライエッチングをほどこすことにより絶縁膜４を覆いかつ電極３Ａ，３Ｂに跨るように発熱抵抗体５を形成する。そして、たとえばＳｉＣ、ＳｉＡｌＯＮなどを用いたスパッタリングにより、電極３Ａ，３Ｂ、および発熱抵抗体５を覆うように保護膜６を形成する。このような工程を経て、図１および図２に示すサーマルプリントヘッドＡ１が製造される。

次に、サーマルプリントヘッドＡ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、電極３Ａ，３Ｂとグレーズ２との段差を無くすことができる。また、絶縁膜４によって、発熱部５ａは、印刷対象に近づけられることとなる。したがって、保護膜６のうち発熱部５ａを覆う部分を印刷対象に押し付ける圧力を高めることが可能であり、サーマルプリントヘッドＡ１の印刷速度の高速化を図ることができる。

また、発熱部５ａからの熱は絶縁膜４を介してグレーズ２へと伝達される。このため、グレーズ２が受ける熱の増加または減少の度合いを緩和することができる。これにより、グレーズ２に生じる熱応力を低減することが可能であり、グレーズ２にクラックが生じることを抑制することができる。さらに、絶縁膜４は、グレーズ２と発熱抵抗体５との間において、機械的な緩衝材の機能を発揮する。これにより、比較的低硬度であるグレーズ２の熱膨張または熱収縮が比較的高硬度である発熱抵抗体５によって規制される、あるいは助長されることを緩和することが可能である。これは、グレーズ２にクラックが生じることを抑制するのに適している。

絶縁膜４をＴａ₂Ｏ₅によって形成すれば、絶縁膜４の硬度をグレーズ２の硬度と発熱抵抗体５の硬度との間の大きさとし、絶縁膜４の熱伝導率をグレーズ２の熱伝導率と発熱抵抗体５の熱伝導率との間の大きさとするのに都合がよい。また、本実施形態においては、グレーズ２のうち電極３Ａ，３Ｂの間の領域は、すべて絶縁膜４によって覆われている。これにより、発熱抵抗体５とグレーズ２とがまったく接しない構成とすることが可能である。これは上述したグレーズ２のクラック防止を図るのに好適である。

図７および図８は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図７は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第２実施形態を示している。本実施形態のサーマルプリントヘッドＡ２は、ダミーパターン３Ｃを備える点が上述した実施形態と異なっている。ダミーパターン３Ｃは、たとえばＡｕ製であり、副走査方向において互いに離間配置された複数の要素からなる。ダミーパターン３Ｃは、電極３Ａ，３Ｂと一括して厚膜印刷および焼成の手法により形成される。また、電極３Ａ，３Ｂと同様に、グレーズ２に対して沈下しており、グレーズ２と面一とされている。

このような実施形態によれば、発熱部５ａからの熱が比較的熱伝導率が高いダミーパターン３Ｃを介してグレーズ２側へと伝わりやすくなる。これにより、発熱部５ａから印刷対象に与えられる熱量の変動を緩和することが可能である。印刷対象であるたとえば感熱紙に与えられる熱が過大に変動すると、感熱紙が保護膜６に張りついてしまういわゆるスティッキング現象が生じやすくなる。本実施形態によれば、このようなスティッキング現象を抑制することができる。

図８は、本発明に係るサーマルプリントヘッドの第３実施形態を示している。本実施形態のサーマルプリントヘッドＡ３は、グレーズ２と電極３Ａ，３Ｂおよび絶縁膜４の位置関係が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、電極３Ａ，３Ｂの先端部３１Ａ，３１Ｂは、グレーズ２に対して沈下しているものの、その沈下量は先端部３１Ａ，３１Ｂの厚さよりも小である。これにより、先端部３１Ａ，３１Ｂとグレーズ２との間には、段差が形成されている。この段差の高さは、絶縁膜４の厚さ程度とされている。そして、絶縁膜４は、電極３Ａ，３Ｂの間に挟まれており、電極３Ａ，３Ｂには跨っていない。

このような実施形態によれば、電極３Ａ，３Ｂと絶縁膜４とにはほとんど段差が生じない。これにより、発熱抵抗体５を比較的滑らかな面に形成することが可能である。段差が少ない滑らかな面に形成するほど、発熱抵抗体５の厚さが不均一なものとして形成されることや、印刷時の圧力などによって破断することなどを回避することが可能である。

本発明に係るサーマルプリントヘッドおよびその製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るサーマルプリントヘッドおよびその製造方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１実施形態を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１実施形態を示す要部平面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１実施形態の製造方法において、基板にグレーズを形成する工程を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１実施形態の製造方法において、電極を形成する工程を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１実施形態の製造方法において、電極を沈下させる工程を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第１実施形態の製造方法において、絶縁膜を形成する工程を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第２実施形態を示す要部断面図である。本発明に係るサーマルプリントヘッドの第３実施形態を示す要部断面図である。従来のサーマルプリントヘッドの一例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２，Ａ３サーマルプリントヘッド
１基板
２グレーズ
３Ａ，３Ｂ電極
３１Ａ，３１Ｂ先端部
４絶縁膜
５発熱抵抗体
５ａ発熱部
６保護膜

Claims

基板と、
上記基板上に形成されたグレーズと、
上記グレーズ上に互いに間隔をおいて設けられた複数の電極と、
上記複数の電極と重なっており、上記複数の電極とは接触していない部分が発熱部とされた発熱抵抗体と、を備えているサーマルプリントヘッドであって、
上記発熱抵抗体は、上記複数の電極を跨ぐように形成されており、
上記各電極のうち少なくとも他方の電極と対向する部分は、上記グレーズに対して沈下した構成とされており、
上記発熱抵抗体の上記発熱部の少なくとも一部と上記グレーズとの間に介在しており、その硬度が上記グレーズの硬度よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の硬度よりも小であり、その熱伝導率が上記グレーズの熱伝導率よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の熱伝導率よりも小である絶縁膜をさらに備えていることを特徴とする、サーマルプリントヘッド。
上記絶縁膜は、上記複数の電極に跨っている、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
上記絶縁膜は、Ｔａ₂Ｏ₅またはＳｉＯ₂からなる、請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド。
基板上に形成されたグレーズ上に、互いに間隔をおいて複数の電極を形成する工程と、
発熱抵抗体を上記複数の電極に跨がらせるようにして上記グレーズおよび上記複数の電極上に重ねて形成する工程と、
を有しており、
上記複数の電極を形成する工程の後、上記発熱抵抗体を形成する工程の前において、上記グレーズの少なくとも一部分を加熱して軟化させることにより、上記各電極のうち少なくとも他方の電極と対抗する部分を上記グレーズに対して沈下させる電極沈下工程を有しており、
上記電極沈下工程の後、上記発熱抵抗体を形成する工程の前において、上記グレーズのうち上記複数の電極に挟まれた領域の少なくとも一部を覆う絶縁膜を形成する工程をさらに有しており、
上記絶縁膜を形成する工程においては、その硬度が上記グレーズの硬度よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の硬度よりも小であり、その熱伝導率が上記グレーズの熱伝導率よりも大であり、かつ上記発熱抵抗体の熱伝導率よりも小である材質を用いることを特徴とする、サーマルプリントヘッドの製造方法。