JP2009184272A - サーマルヘッド、サーマルプリンタ、及びサーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーマルヘッドの耐熱性、破壊強度、及び加工精度の向上を図るとともに、良好な熱効率及び応答性が得られるようにすることで、消費電力を減らし、かつ高速印画を可能とする。
【解決手段】突部２０ａに対向する凹状の空隙部１１ａが形成されたガラス基板１１と、ガラス基板１１上に設けられ、突部２０ａが形成されたグレーズ層２０とを備え、グレーズ層２０は、ガラス基板１１上に積層されるとともに、空隙部１１ａの天井面を形成するベース層２１と、ベース層２１上に積層され、発熱抵抗体１２が配列される耐熱層２２とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッド、サーマルプリンタ、及びサーマルヘッドの製造方法に係るものである。そして、詳しくは、サーマルヘッドの耐熱性及び破壊強度の向上を図るとともに、加工精度を向上できる技術に関するものである。

従来から、突部に発熱抵抗体（発熱素子）を配列したサーマルヘッドと、サーマルヘッドに対向するように設けられたプラテンローラとを備えるサーマルプリンタが知られている。このようなサーマルプリンタは、サーマルヘッドの突部とプラテンローラ上に搬送された印画紙（記録媒体）とを押圧させて画像を形成するようになっている。なお、突部と印画紙との押圧は、サーマルヘッドを移動させる場合と、プラテンローラを移動させる場合とがある。

ここで、サーマルプリンタには、画像形成方式として昇華方式や感熱方式等があるが、いずれの方式であっても、サーマルヘッドの発熱抵抗体に対して階調レベルに応じた選択的な通電を行い、その際に発生する熱エネルギを利用して画像を形成している。例えば、昇華方式のサーマルプリンタの場合には、インクリボンを介して印画紙にサーマルヘッドの突部を押圧し、発熱抵抗体を駆動して発熱させると、インクリボン上のインクが発熱抵抗体の熱エネルギに比例して印画紙上に昇華され、印画が行われる。

このように、サーマルヘッドは、印画のために発熱抵抗体を発熱させるものであるが、印画の際に発熱抵抗体から発生した熱は、その大半が印画紙とは反対方向に伝達され、放熱されてしまう。そのため、高速に印画しようとすれば、発熱抵抗体を直ちに高温にする必要があるが、そうすると、消費電力が大きくなるという問題がある。特に、家庭用のサーマルプリンタでは、省電力化を図りつつ印画速度を上げることが求められているので、サーマルヘッドの熱効率を改善し、消費電力を下げなければならない。

そこで、サーマルプリンタの消費電力を減らし、高品位な画像や文字を高速で印画するため、サーマルヘッドの熱効率及び応答性を向上させる技術が知られている。すなわち、発熱抵抗体を配列したガラス基板に空隙部を形成し、空隙部内の空気層により、発熱抵抗体から発生した熱がガラス基板側に放熱されにくくして熱効率を向上させるとともに、空隙部によってガラス基板の蓄熱量を少なくして応答性を向上させるようにした技術である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２４５６７５号公報

図１１は、上記の特許文献１に開示された従来のサーマルヘッド１１０を示す縦断面図である。
図１１に示すように、サーマルヘッド１１０は、縦断面が略円弧状の突部１１１ａが形成されたガラス基板１１１上に、発熱抵抗体１１２と、発熱抵抗体１１２を発熱させるための電源電極１１３ａ及び駆動電極１１３ｂと、発熱抵抗体１１２、電源電極１１３ａ、及び駆動電極１１３ｂを保護する保護膜１１４とが順次積層されたものである。そして、電源電極１１３ａと駆動電極１１３ｂとの間で発熱抵抗体１１２が露出した部分が実際に熱エネルギを発生する発熱部１１２ａとなっている。

ここで、発熱部１１２ａは、発熱部１１２ａをインクリボン及び印画紙に押圧できるように、突部１１１ａ上に設けられている。また、突部１１１ａが形成されたガラス基板１１１には、突部１１１ａと対向する凹状の空隙部１１１ｂも形成されている。そして、空隙部１１１ｂ内は、空気で満たされるようになっている。さらにまた、ガラス基板１１１の下側には、空隙部１１１ｂの開口面を塞ぐようにして放熱板１１５が接着剤１１６で接着されている。

このようなサーマルヘッド１１０は、ガラス基板１１１を構成しているガラスよりも熱伝導率が低い空気の特性により、空隙部１１１ｂの熱伝導率が低くなる。そのため、ガラス基板１１１の突部１１１ａ上に設けられた発熱部１１２ａからガラス基板１１１側への放熱が抑制されるので、突部１１１ａに押圧されたインクリボン側に伝達される熱エネルギが大きくなる。その結果、印画の際に、インクリボン上のインクをその昇華温度まで上げるために必要な消費電力が少なくなり、サーマルヘッド１１０の熱効率が向上する。

また、空隙部１１１ｂによってガラス基板１１１の突部１１１ａの厚さが薄くなり、ガラス基板１１１の蓄熱量が少なくなるため、ガラス基板１１１内に蓄熱されてしまう熱エネルギを短時間で放熱できるようになる。その結果、インクリボン上のインクを昇華させないとき（発熱部１１２ａを発熱させないとき）に、直ちに発熱部１１２ａの温度が下がるので、サーマルヘッド１１０の応答性が向上する。

しかし、図１１に示すサーマルヘッド１１０であっても、さらに消費電力を減らし、高速に印画することが求められている。そのためには、より一層の熱効率及び応答性の向上を図る必要があるだけでなく、サーマルヘッド１１０の発熱部１１２ａの直下で、高温にさらされることとなる突部１１１ａについて、耐熱性や破壊強度を改善しなければならない。また、空隙部１１１ｂの形成によってガラス基板１１１の強度が低下するので、高温にさらされる突部１１１ａの強度低下ができるだけ少なくなるように、空隙部１１１ｂの加工精度を向上させる必要もある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、サーマルヘッドの耐熱性、破壊強度、及び加工精度の向上を図るとともに、良好な熱効率及び応答性が得られるようにすることで、消費電力を減らし、かつ高速印画を可能とすることである。

本発明は、以下の解決手段により、上述の課題を解決する。
本発明の請求項１に記載の発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドであって、前記突部に対向する凹状の空隙部が形成された支持基板と、前記支持基板上に設けられ、前記突部が形成されたグレーズ層とを備え、前記グレーズ層は、前記支持基板上に積層されるとともに、前記空隙部の天井面を形成するベース層と、前記ベース層上に積層され、前記発熱素子が配列される耐熱層とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の発明は、発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタであって、前記サーマルヘッドは、前記突部に対向する凹状の空隙部が形成された支持基板と、前記支持基板上に設けられ、前記突部が形成されたグレーズ層とを備え、前記グレーズ層は、前記支持基板上に積層されるとともに、前記空隙部の天井面を形成するベース層と、前記ベース層上に積層され、前記発熱素子が配列される耐熱層とを備えることを特徴とする。

（作用）
上記の請求項１及び請求項５に記載の発明は、発熱素子が配列された突部に対向する凹状の空隙部が形成された支持基板と、支持基板上に設けられ、突部が形成されたグレーズ層とを備えている。そして、グレーズ層は、支持基板上に積層されるとともに、空隙部の天井面を形成するベース層と、ベース層上に積層され、発熱素子が配列される耐熱層とを備えている。そのため、耐熱層によってサーマルヘッドの耐熱性が向上する。また、ベース層によって空隙部の寸法精度が向上するとともに、空隙部上のグレーズ層にマイクロクラック等が発生することがないので、破壊強度が向上する。

本発明の請求項６に記載の発明は、支持基板上に、発熱素子が配列される突部が形成されたグレーズ層が設けられ、前記発熱素子が配列された前記突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドの製造方法であって、前記突部に対応する突起を有する前記支持基板上に、前記グレーズ層の下層となるベース層を形成するベース層形成工程と、前記ベース層形成工程によって形成された前記ベース層上に、前記グレーズ層の上層となり、前記発熱素子が配列される耐熱層を形成する耐熱層形成工程と、前記ベース層形成工程によって前記ベース層を形成した後に、前記突起上の前記ベース層を露出させ、前記支持基板に、前記突部と対向し前記ベース層を天井面とする凹状の空隙部を形成する空隙部形成工程とを含むことを特徴とする。

（作用）
上記の請求項６に記載の発明は、支持基板上に、発熱素子が配列される突部が形成されたグレーズ層が設けられたサーマルヘッドの製造方法であり、グレーズ層の下層となるベース層を形成するベース層形成工程と、ベース層上に、グレーズ層の上層となり、発熱素子が配列される耐熱層を形成する耐熱層形成工程と、支持基板に、突部と対向しベース層を天井面とする凹状の空隙部を形成する空隙部形成工程とを含むものである。そのため、耐熱層形成工程で形成された耐熱層によってサーマルヘッドの耐熱性が向上する。また、空隙部形成工程において、ベース層が空隙部を形成する際のバリアとなるので、空隙部の加工精度が向上するとともに、空隙部上のグレーズ層にマイクロクラック等が発生しなくなり、破壊強度が向上する。

上記の発明によれば、グレーズ層の上層の耐熱層により、サーマルヘッドの耐熱性が向上する。また、グレーズ層の下層のベース層により、支持基板の空隙部の精度（寸法精度及び加工精度）が向上するとともに、空隙部上のグレーズ層にマイクロクラック等が発生せず、破壊強度が向上する。そのため、空隙部をより大きくし、空隙部上のグレーズ層の厚さをより薄くできるようになる。その結果、大きな空隙部内の空気層により、発熱素子の熱が支持基板側に一層放熱されにくくなり、熱効率がさらに向上する。しかも、大きな空隙部と薄いグレーズ層とにより、支持基板及びグレーズ層の蓄熱量が一層少なくなり、放熱しやすくなるので、応答性がさらに向上する。したがって、従来よりも消費電力を減らすことができるだけでなく、高速印画が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態のサーマルヘッド１０を備えるサーマルプリンタ１を示す概略の側面図である。
また、図２は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の周辺部を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように、サーマルプリンタ１は、印画紙２（記録媒体）に対し、インクリボン３上のインクを昇華させて画像を形成する昇華型のものである。すなわち、サーマルヘッド１０によって発生した熱エネルギでインクリボン３上のインクを昇華させ、印画紙２上にカラー画像や文字を印画する。

このサーマルプリンタ１は、サーマルヘッド１０と、サーマルヘッド１０と対向する位置に設けられたプラテンローラ４と、インクリボン３の走行をガイドするリボンガイド５ａ，５ｂと、サーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間に押圧された印画紙２を搬送するキャプスタンローラ６と、キャプスタンローラ６と対向して従動回転するピンチローラ７と、印画後の印画紙２を排紙する排紙ローラ８と、印画紙２をサーマルヘッド１０側に向けて逆向きに搬送させる搬送ローラ９とを備えている。また、サーマルヘッド１０は、サーマルプリンタ１の筐体側の取付け部材１ａにネジで取り付けられている。

ここで、インクリボン３は、長尺の樹脂フィルムからなるものであり、図１に示すように、供給スプール３ａと巻取りスプール３ｂとの間に巻き回された状態で、インクカートリッジに収納されている。そして、樹脂フィルムの一方の面に、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、及びＣ（シアン）の３色のインクと、印画された画像や文字の保存性を向上させるためのラミネートインクとが繰り返し塗布されている。また、インクリボン３は、サーマルヘッド１０に対してインクリボン３の供給側と巻取り側とに設けられたリボンガイド５ａ，５ｂにより、サーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間にガイドされる。

このようなサーマルプリンタ１によって印画を行うには、図２に示すように、サーマルヘッド１０のヘッド部１０ａとプラテンローラ４との間で印画紙２及びインクリボン３を押圧する。そして、図１に示す巻取りスプール３ｂを回転させてインクリボン３を巻取り方向（図１の左方向）に走行させる。また、キャプスタンローラ６及び排紙ローラ８を回転させることにより、キャプスタンローラ６とピンチローラ７との間に挟み込んだ印画紙２を排紙方向（図１の矢印Ａ方向）に搬送する。この状態でサーマルヘッド１０からインクリボン３に熱エネルギを加えると、印画紙２と重なり合っているＹ（イエロ）のインクが昇華され、印画紙２上に転写される。

次に、Ｙ（イエロ）のインクが転写された印画紙２の画像形成部にＭ（マゼンタ）のインクを転写する。そのため、搬送ローラ９を回転させ、印画紙２をサーマルヘッド１０側（図１の矢印Ｂ方向）に逆送りし、印画紙２の画像形成開始端がサーマルヘッド１０に対向するようになる位置まで戻す。また、インクリボン３のＭ（マゼンタ）のインクをサーマルヘッド１０に対向させる。そして、Ｙ（イエロ）のインクを転写する際と同様に、印画紙２を排紙方向（図１の矢印Ａ方向）に搬送しながらサーマルヘッド１０からインクリボン３に熱エネルギを加え、Ｍ（マゼンタ）のインクを昇華して、印画紙２上に転写する。さらに、Ｍ（マゼンタ）のインクを転写する際と同様にして、Ｃ（シアン）のインク及びラミネートインクを印画紙２に順次転写し、カラー画像や文字を印画するとともに、画像等の保存性を向上させた後、排紙ローラ８によって排紙する。

図３は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の全体を示す斜視図である。
また、図４は、第１実施形態のサーマルヘッド１０とプラテンローラ４との間で印画紙２及びインクリボン３を押圧した状態を示す正面図である。
図３に示すように、サーマルヘッド１０は、熱エネルギを発生するヘッド部１０ａに、発生した熱の放熱部材として、放熱板４０が接着されている。すなわち、非印画時に、ヘッド部１０ａの余分な熱を放熱板４０に逃がすようになっている。なお、放熱板４０の接着剤５０（図示せず）には、熱伝導性のあるフィラ等が含有されている。

また、サーマルヘッド１０によって画像を形成するため、ヘッド部１０ａの両端には、一端がヘッド部１０ａと電気的に接続され、他端が電源と接続された電源用フレキシブル基板６１が設けられている。さらにまた、ヘッド部１０ａの両端の電源用フレキシブル基板６１の間には、一端がヘッド部１０ａと電気的に接続され、他端が制御回路と電気的に接続された駆動用フレキシブル基板６２が複数並設されている。そして、電源用フレキシブル基板６１及び駆動用フレキシブル基板６２は、ヘッド部１０ａとの間に、導電性粒子を含む絶縁樹脂材料からなるフィルム（例えば、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film ））を介在させて接続されている。

ここで、ヘッド部１０ａは、印画紙２（図４参照）の搬送方向に対して直交方向（図３の矢印Ｌ方向）に、印画紙２の幅よりも長くなっている。そのため、印画紙２の幅方向両端の余白をなくした縁なしの画像を形成することができる。
しかしながら、ヘッド部１０ａが印画紙２の幅よりも長いと、図４に示すように、ヘッド部１０ａの端部において、印画紙２、インクリボン３、及びプラテンローラ４のいずれとも接触しない非接触領域が生ずる。

この非接触領域では、ヘッド部１０ａの熱エネルギがインクリボン３等に伝達されず、非接触領域の空気層によって放熱されにくいヘッド部１０ａの空焚き部となる。そのため、ヘッド部１０ａの温度が空焚き部で局所的に上昇してしまう。特に、高速印画が要求される昨今では、消費電力を増やしてヘッド部１０ａを高温にしているので、空焚き部の温度上昇も増加傾向にある。すると、ヘッド部１０ａの耐熱温度を超えてしまい、破壊につながるおそれが生じるので、ヘッド部１０ａの耐久性及び信頼性が問題となる。なお、図４に示すような非接触領域は、ヘッド部１０ａの端部だけでなく、印画中等にヘッド部１０ａの下側に異物が混入等することによっても発生する。

そこで、ヘッド部１０ａの耐熱性を向上させることにより、ヘッド部１０ａの局所的な高温化（空焚き部の温度上昇）による破壊強度限界を改善し、耐久性及び信頼性を向上させている。また、ヘッド部１０ａから発生した熱が放熱されにくくして熱効率を向上し、ヘッド部１０ａの蓄熱量を少なくして応答性を向上させることで、省電力で高速に印画できるサーマルヘッド１０を実現している。

図５は、第１実施形態のサーマルヘッド１０を部分的に示す斜視図である。
また、図６は、第１実施形態のサーマルヘッド１０を示す縦断面図である。
図５及び図６に示すように、サーマルヘッド１０のヘッド部１０ａは、ガラス基板１１（本発明における支持基板に相当するもの）と、ガラス基板１１上に設けられたグレーズ層２０と、グレーズ層２０上に配列された発熱抵抗体１２（本発明における発熱素子に相当するもの）と、この発熱抵抗体１２を発熱させるための電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂと、発熱抵抗体１２、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂ上に設けられた保護膜３０とを備えている。そして、このヘッド部１０ａに放熱板４０が接着剤５０（図６参照）によって接着されてサーマルヘッド１０が構成されている。

ヘッド部１０ａには、発熱抵抗体１２から熱エネルギを発生させるため、電源電極１３ａに、電源用フレキシブル基板６１（図３参照）がＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。また、駆動電極１３ｂには、駆動用フレキシブル基板６２（図５参照）がＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。

ここで、ガラス基板１１は、ヘッド部１０ａの支持基板となるものであり、例えば、軟化点が５００℃程度で、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ程度のガラスで矩形状に形成されている。そして、このガラス基板１１には、凹状の空隙部１１ａが形成されている。なお、ガラス基板１１は、ガラスに代表される所定の表面性や熱特性等を有する材料から形成されたものであるが、本発明における支持基板をガラス基板１１とせず、人工水晶や人造ルビー、人造サファイヤ等の合成宝石、人造石、高密度セラミック等からなる支持基板としても良い。

グレーズ層２０は、発熱抵抗体１２が配列された突部２０ａを有している。この突部２０ａは、グレーズ層２０の幅方向の中央部であって、長さ方向（図５の矢印Ｌ方向）に、縦断面が略円弧状に形成されたものである。そのため、インクリボン３（図２参照）と対向する面が略円弧状の突部２０ａとなり、突部２０ａ上に配列された発熱抵抗体１２とインクリボン３との当たりが良くなる。その結果、発熱抵抗体１２が発生する熱エネルギをインクリボン３に効率的に伝達できる。

また、グレーズ層２０は、図６に示すように、ガラス基板１１上に積層されるとともに、空隙部１１ａの天井面を形成するベース層２１と、ベース層２１上に積層され、発熱抵抗体１２が配列される耐熱層２２とを備えている。そして、ベース層２１は、Ａｕ（金）からなり、耐熱層２２は、窒化ケイ素系材料からなっている。この窒化ケイ素系材料は、例えば、Ｓｉ（ケイ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｏ（酸素）、及びＮ（窒素）の４つの元素から構成され、Ｓｉ（ケイ素）原子の一部にＡｌ（アルミニウム）原子が置換し、Ｎ（窒素）原子の一部にＯ（酸素）が置換したＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）という化学式で表されるエンジニアリング・セラミックスが好適なものである。

発熱抵抗体１２は、熱エネルギを発生するものであり、上記のように、グレーズ層２０の突部２０ａ上に配列されている。この発熱抵抗体１２は、例えば、Ｔａ（タンタル）−ＳｉＯ_２ （二酸化ケイ素）、Ｎｂ（ニオブ）−ＳｉＯ_２ （二酸化ケイ素）等、温度が上昇すると抵抗値も上昇する材料（抵抗値の温度依存性が正特性を持った材料）からなっている。そして、電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂの間から露出した発熱抵抗体１２の部分が実際に熱エネルギを発生する発熱部１２ａとなり、突部２０ａ上に長さＬ１の矩形状に設けられている。また、発熱部１２ａは、発生する熱エネルギを分散させるため、転写させたいインクのドットサイズよりもやや大きく形成されている。

ここで、発熱抵抗体１２として、抵抗値の温度依存性が正特性の材料を使用するのは、発熱部１２ａの異常な温度上昇を自己抑制できるようにするためである。すなわち、従来から一般的に使用されている材料は、温度依存性のないものや少ないものであった。しかしながら、温度依存性が正特性であると、例えば、空炊き部（図４参照）において温度が上昇すると抵抗値も上昇するので、発熱抵抗体１２に流れる電流が減少する。そのため、発熱量も減少し、自己抑制的に空炊き部の温度上昇が抑えられることとなる。その結果、温度上昇に起因した抵抗値の永久変化や破壊限界が改善され、耐久性及び信頼性が向上する。

また、発熱抵抗体１２への通電初期は、発生した熱が周囲に吸収されてしまうので、急峻な温度上昇を実現できず、先鋭性を欠いた画質となってしまう。そして、この状況は、急峻な温度変化を要求する印画を行う場合も同様である。しかしながら、抵抗値の温度依存性が正特性の材料であれば、通電開始によって温度が上昇すると発熱抵抗体１２の抵抗値も上昇し、大きな電力が印加されるようになる。その結果、発熱量が大きくなり、温度上昇の立上り特性が改善される。

電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、電源からの電流を発熱抵抗体１２に供給するとともに、発熱抵抗体１２を駆動して、発熱部１２ａを発熱させるためのものである。この電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）等の電気伝導性の良い材料からなるもので、図５に示すように、電源電極１３ａは、すべての発熱抵抗体１２と電気的に接続された共通電極であり、駆動電極１３ｂは、発熱抵抗体１２ごとに個別に接続された個別電極となっている。

また、電源電極１３ａ（共通電極）は、グレーズ層２０の突部２０ａを挟んで、電源用フレキシブル基板６１（図３参照）が貼り合わされた側とは反対側に設けられているが、端部の両側がガラス基板１１の短辺に沿って電源用フレキシブル基板６１側に導かれ、電源用フレキシブル基板６１とＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。そのため、電源用フレキシブル基板６１を介して電源と接続され、すべての発熱抵抗体１２に電流が供給されることとなる。

さらにまた、駆動電極１３ｂ（個別電極）は、グレーズ層２０の突部２０ａを挟んで、駆動用フレキシブル基板６２（図５参照）が貼り合わされている側に設けられている。そして、発熱抵抗体１２の駆動を制御する制御回路と接続された駆動用フレキシブル基板６２とＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電気的に接続されている。そのため、制御回路によって選択された発熱抵抗体１２に所定時間だけ電流を供給することにより、その発熱抵抗体１２の発熱部１２ａが発熱し、その発熱エネルギによってインクリボン３（図２参照）のインクが昇華し、印画紙２（図２参照）に転写される温度まで上昇する。

さらに、電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂは、絶縁樹脂材料からなるＡＣＦ（異方性導電性フィルム）を介して電源用フレキシブル基板６１（図３参照）及び駆動用フレキシブル基板６２（図５参照）と接続されているので、発熱部１２ａで発生した熱が電源電極１３ａや駆動電極１３ｂを通して電源用フレキシブル基板６１や駆動用フレキシブル基板６２側に放熱されることが防止される。そのため、発熱部１２ａから発生した熱の無駄な放熱が抑えられ、熱効率が向上する。

保護膜３０は、ヘッド部１０ａの最も外側に設けられたものである。そして、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂを覆うことにより、ヘッド部１０ａとインクリボン３（図２参照）とが当接した際の摩擦等から発熱部１２ａ等を保護している。なお、保護膜３０には、摺動性や耐摩耗性を有する材料が用いられ、例えば、グレーズ層２０の耐熱層２２と同様に、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）が好適なものである。

このようなヘッド部１０ａにおいて、ガラス基板１１には、突部２０ａと対向するように空隙部１１ａが形成されている。すなわち、空隙部１１ａは、サーマルヘッド１０の長さ方向（図５の矢印Ｌ方向）に発熱抵抗体１２が配列されている突部２０ａと対向し、発熱抵抗体１２の発熱部１２ａに向かって凹状に形成されたものである。そして、図６に示すように、グレーズ層２０の下層を構成するベース層２１が空隙部１１ａの天井面となっている。そのため、空隙部１１ａの天井面にガラス基板１１がなく、ベース層２１の下面まで大きくなる。また、発熱部１２ａから発生した熱エネルギが蓄積される蓄熱部となる突部２０ａ（空隙部１１ａの上部領域）の厚さＴ１が薄くなる（グレーズ層２０の厚さＴ１分だけとなる）。

ここで、空隙部１１ａの幅Ｗ１は、サーマルヘッド１０の熱効率を向上させるため、発熱部１２ａの長さＬ１と同じか、長さＬ１よりも大きくなるように形成されている。すなわち、ガラスよりも熱伝導率が低いという空気の特性により、空隙部１１ａの幅Ｗ１を大きく、発熱部１２ａの長さＬ１以上とすれば、空隙部１１ａ内の空気量が多くなってガラス基板１１への放熱を効果的に抑制し、発熱部１２ａから発生した熱エネルギがガラス基板１１に放熱されにくくなる。その結果、インクリボン３（図２参照）側への熱エネルギを多くすることができ、サーマルヘッド１０の熱効率が向上する。

また、突部２０ａは、空隙部１１ａによってグレーズ層２０の厚さＴ１分しか厚みがなく、薄くなっているので、蓄熱量が少ない。そのため、短時間で熱エネルギを放熱できることから、発熱部１２ａを発熱させないときには、サーマルヘッド１０の温度を直ちに下げることができる。その結果、サーマルヘッド１０の応答性が向上し、画像や文字がぼやけたりするような不具合が生じることなく、省電力で高速に高品位な画像や文字を印画できるようになる。

さらにまた、グレーズ層２０では、突部２０ａの耐熱層２２が発熱部１２ａから発生した熱エネルギの蓄熱部となる。そして、この突部２０ａに蓄熱された熱エネルギにより、印画紙２（図２参照）にインクを転写する際に、省電力で直ちにインクの昇華温度まで温度を上昇させることができるようになる。その結果、サーマルヘッド１０の熱効率がより一層向上する。

このように、グレーズ層２０は、発熱部１２ａの直下の突部２０ａが蓄熱部となり、高温にさらされる。また、空焚き部（図４参照）では、グレーズ層２０の温度が局所的に上昇する。そのため、グレーズ層２０には、高い耐熱性が要求されることとなるので、グレーズ層２０の耐熱層２２を窒化ケイ素系材料（例えば、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン））としている。

ここで、耐熱層２２を構成する窒化ケイ素系材料は、耐熱性に優れ、高い硬度を有するものである。特に、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）は、高温下で高強度であり、耐摩耗性、耐熱性、耐熱衝撃性、及び熱伝導性等に優れている。そのため、従来のサーマルヘッド１１０（図１１参照）のように、ガラス基板１１１の突部１１１ａが蓄熱部となり、耐熱性がガラスの持つ特性（ガラス転移点、屈伏点、軟化点等）によって決まってしまう場合に比べ、耐熱性を大幅に向上させることができるので、高温によるグレーズ層２０の破壊強度限界が改善される。

また、グレーズ層２０の突部２０ａは、その下に空隙部１１ａが存在しており、蓄熱量を減少させる目的で、空隙部１１ａの天井面をベース層２１で形成した極力薄いもの（グレーズ層２０の厚さＴ１分だけ）となっている。そのため、突部２０ａの硬度を高くする必要があるが、グレーズ層２０の耐熱層２２を窒化ケイ素系材料（例えば、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン））とすることにより、グレーズ層２０の硬度が高くなり、薄い突部２０ａの破壊強度限界が改善される。

さらにまた、グレーズ層２０の突部２０ａは、突部２０ａの略円弧状の縦断面に沿うように、ベース層２１が空隙部１１ａの天井面で略円弧状になっている。そのため、インクリボン３（図２参照）を介して突部２０ａを印画紙２（図２参照）に押圧した際に、空隙部１１ａの両端のコーナ部に位置するグレーズ層２０の部分に応力が集中しなくなり、グレーズ層２０の物理的強度が高くなる。その結果、突部２０ａの厚さＴ１を非常に薄くできるようになる。

しかも、空隙部１１ａの両端のコーナ部においても、ガラス基板１１が略円弧状に形成されている。そのため、突部２０ａ側からガラス基板１１の空隙部１１ａに作用する圧力が分散され、ガラス基板１１の物理的強度が高くなる。したがって、空隙部１１ａの幅Ｗ１を広くしても、ガラス基板１１の変形や破損を防止できる。

さらに、グレーズ層２０の突部２０ａは、ガラス基板１１の空隙部１１ａ上で均一の厚さＴ１を有している。すなわち、グレーズ層２０のベース層２１及び耐熱層２２がそれぞれ一定の厚さとなっており、熱エネルギが蓄えられる発熱部１２ａの直下の耐熱層２２の厚さに偏在が生じない。そのため、熱的バランスが良くなり、サーマルヘッド１０の熱効率及び応答性が良好なものとなる。

図７は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の製造方法における基板形成工程及びベース層形成工程を示す断面図である。
また、図８は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の製造方法における耐熱層形成工程及び発熱部形成工程を示す断面図である。
さらにまた、図９は、第１実施形態のサーマルヘッド１０の製造方法における保護膜形成工程及び空隙部形成工程を示す断面図である。

第１実施形態のサーマルヘッド１０（図６参照）を製造するには、最初に、ガラス基板１１の原材料となるガラスを用意し、このガラスを熱プレス等することにより、図７（ａ）に示すように、突起１１ｂを有する所定の大きさのガラス基板１１を成型する（基板形成工程）。なお、突起１１ｂは、突部２０ａ（図６参照）のベースとなるものであり、縦断面が略円弧状となっている。

次に、図７（ｂ）に示すように、突起１１ｂを有するガラス基板１１上に、グレーズ層２０（図６参照）の下層となるベース層２１を形成する（ベース層形成工程）。この際、第１実施形態のサーマルヘッド１０は、ベース層２１をＡｕ（金）で形成するので、図７（ｂ）に示すベース層形成工程では、ガラス基板１１の表面に、スパッタリング等の薄膜形成技術によってＡｕ（金）膜を成膜する。

その後、図８（ａ）に示すように、ベース層２１（Ａｕ（金）膜）上に、グレーズ層２０の上層となり、発熱抵抗体１２（図６参照）が配列される耐熱層２２を形成する（耐熱層形成工程）。この際、第１実施形態のサーマルヘッド１０は、耐熱層２２を窒化ケイ素系材料（ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン））から形成しているので、図８（ａ）に示す耐熱層形成工程では、ベース層２１（Ａｕ（金）膜）の表面に、スパッタリング等によってＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）膜を成膜する。

このように、ベース層２１（Ａｕ（金）膜）に耐熱層２２（ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）膜）を積層してグレーズ層２０を形成すると、突起１１ｂ上に、グレーズ層２０の突部２０ａが形成される。そして、図８（ｂ）に示すように、発熱部１２ａを形成する（発熱部形成工程）。すなわち、最初に、発熱抵抗体１２となる抵抗体膜を形成する。この際、第１実施形態のサーマルヘッド１０は、発熱抵抗体１２を温度が上昇すると抵抗値も上昇する材料（Ｔａ（タンタル）−ＳｉＯ_２ （二酸化ケイ素））から形成しているので、図８（ｂ）に示す発熱部形成工程では、グレーズ層２０（耐熱層２２）の表面に、フォトリソグラフィ等の技術によってＴａ（タンタル）−ＳｉＯ_２ （二酸化ケイ素）の抵抗体膜をパターン形成する。

次に、発熱抵抗体１２（Ｔａ（タンタル）−ＳｉＯ_２ （二酸化ケイ素）の抵抗体膜）上に、フォトリソグラフィ等の技術で導体膜（Ａｌ（アルミニウム）等の電気伝導性の良い材料）をパターン形成し、電源電極１３ａ及び駆動電極１３ｂとする。この際、突部２０ａ上の電源電極１３ａと駆動電極１３ｂとの間から発熱抵抗体１２を露出させ、発熱部１２ａを形成する（電源電極１３ａと駆動電極１３ｂとの間で発熱抵抗体１２が露出した部分が実際に熱エネルギを発生する発熱部１２ａとなる）。なお、発熱抵抗体１２、電源電極１３ａ、及び駆動電極１３ｂが形成されていない部分では、グレーズ層２０（耐熱層２２）が露出したままとなっている。

また、図９（ａ）に示すように、発熱抵抗体１２（発熱部１２ａ）、電源電極１３ａ、駆動電極１３ｂ、及び露出したグレーズ層２０の上に、スパッタリング等によってＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）膜を成膜し、保護膜３０を形成する（保護膜形成工程）。この保護膜３０には、耐熱層２２と同じＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）を使用しているので、構成材料の削減が図られる。そして、図９（ｂ）に示すように、突部２０ａと対向する部分のガラス基板１１に凹状の空隙部１１ａを形成する（空隙部形成工程）。

ここで、空隙部形成工程は、例えば、カッタで切削する等の機械加工により、最初に、空隙部１１ａに近いおおよその凹状を形成する。その後、フッ化水素酸によるエッチング処理を行い、切削内面に付いた傷（マイクロクラック）を除去するとともに、空隙部１１ａの形状を調整し、空隙部１１ａの両端のコーナ部におけるガラス基板１１を略円弧状に形成する。また、フッ化水素酸によるエッチング処理によってグレーズ層２０の下層であるベース層２１を露出させ、ベース層２１を天井面とする最終的な空隙部１１ａとする。なお、空隙部形成工程は、ベース層形成工程の後であれば良く、発熱部形成工程等の前に行っても良い。

このように、空隙部形成工程では、フッ化水素酸によるエッチング処理を行うが、ベース層２１は、このエッチングを止めるバリアとして機能する。すなわち、フッ化水素酸のエッチングは、ベース層２１となっているＡｕ（金）膜で止まる。そのため、突部２０ａの厚さＴ１（図６参照）は、グレーズ層２０の厚さ（ベース層２１であるＡｕ（金）膜の膜厚＋耐熱層２２であるＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）膜の膜厚）で決まることとなる。

したがって、ばらつきが少なく、高精度で薄い突部２０ａを形成できるとともに、加工精度に優れ、マイクロクラック等のない空隙部１１ａを形成できる。すなわち、切削等の機械的な手法で空隙部１１ａを形成する場合と比べ、突部２０ａ及び空隙部１１ａの精度（寸法精度及び加工精度）が向上するので、突部２０ａの破壊強度限界が改善されるだけでなく、蓄熱量のばらつきが抑制され、優れた印画品質が得られるようになる。

最後に、ガラス基板１１の裏面に、空隙部１１ａの開口面を塞ぐようにして放熱板４０（図６参照）を接着することにより、図６に示す第１実施形態のサーマルヘッド１０となる。放熱板４０の接着は、放熱板４０の表面に接着剤５０（図６参照）を塗布しておき、上からガラス基板１１を押圧することによって行う。この接着剤５０は、弾性及び熱伝導性を有する材料（例えば、加熱硬化型のシリコーンゴム等）からなり、高硬度で熱伝導性を有するフィラ（例えば、粒状又は線状のＡｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）等）が含有されている。

したがって、接着剤５０が熱伝導性を有することとなり、ガラス基板１１側の熱を効率的に放熱板４０に放熱できる。また、ガラス基板１１と放熱板４０との熱膨張係数の違いによる剪断力は、接着剤５０の厚み（例えば、５０μｍ程度）によって吸収されるので、放熱板４０が剥がれることはない。

図１０は、第２実施形態のサーマルヘッド７０を示す縦断面図である。
図１０に示すように、第２実施形態のサーマルヘッド７０は、空隙部７１ａの縦断面形状が開口面に向かって広くなるようにしたものである。すなわち、第２実施形態のサーマルヘッド７０は、製造時に、ガラスを熱プレスすることにより、突部８０ａのベースとなる突起１１ｂ（図７参照）を形成するとともに、空隙部７１ａに近いおおよその凹状が形成されたガラス基板７１とする。

したがって、第２実施形態のサーマルヘッド７０では、突起１１ｂ（図７参照）と同時に、空隙部７１ａとなるおおよその凹状が熱プレス成型されるので、切削等の後加工で凹状を形成する工程が不要となる。また、この際に、凹状の開口面側を広くすることにより、熱プレス成型後の金型を離型しやすくしている。そして、ガラス基板７１上に、グレーズ層８０のベース層８１を形成する（ベース層形成工程）とともに、ベース層８１上に、耐熱層８２を形成する（耐熱層形成工程）。さらに、発熱抵抗体７２、電源電極７３ａ、駆動電極７３ｂ、及び保護膜７４を順次形成した後、フッ化水素酸によるエッチング処理によってベース層８１を露出させることにより、突部８０ａに対向し、ベース層８１を天井面とする最終的な空隙部７１ａを形成する（空隙部形成工程）。

このように、第１実施形態のサーマルヘッド１０及び第２実施形態のサーマルヘッド７０は、グレーズ層２０（グレーズ層８０）がベース層２１（ベース層８１）及び耐熱層２２（耐熱層８２）によって構成される。そして、ベース層２１（ベース層８１）が空隙部１１ａ（空隙部７１ａ）の天井面を形成している。そのため、発熱抵抗体１２（発熱抵抗体７２）が配列される突部２０ａ（突部８０ａ）を精度（寸法精度及び加工精度）良く、強度を保ちながら薄く均一にすることができ、蓄熱量のばらつきをなくすことができる。また、空隙部１１ａ（空隙部７１ａ）を大きくできるので、無駄な放熱が抑制される。その結果、熱効率及び応答性が良好であり、高品位な画像や文字を省電力で高速に印画できるようになる。

第１実施形態のサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタを示す概略の側面図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの周辺部を示す斜視図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの全体を示す斜視図である。 第１実施形態のサーマルヘッドとプラテンローラとの間で印画紙及びインクリボンを押圧した状態を示す正面図である。 第１実施形態のサーマルヘッドを部分的に示す斜視図である。 第１実施形態のサーマルヘッドを示す縦断面図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの製造方法における基板形成工程及びベース層形成工程を示す断面図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの製造方法における耐熱層形成工程及び発熱部形成工程を示す断面図である。 第１実施形態のサーマルヘッドの製造方法における保護膜形成工程及び空隙部形成工程を示す断面図である。 第２実施形態のサーマルヘッドを示す縦断面図である。 従来のサーマルヘッドを示す縦断面図である。

符号の説明

１ サーマルプリンタ
２ 印画紙（記録媒体）
１０ サーマルヘッド
１１ ガラス基板（支持基板）
１１ａ 空隙部
１２ 発熱抵抗体（発熱素子）
２０ グレーズ層
２０ａ 突部
２１ ベース層
２２ 耐熱層
７０ サーマルヘッド
７１ ガラス基板（支持基板）
７１ａ 空隙部
７２ 発熱抵抗体（発熱素子）
８０ グレーズ層
８０ａ 突部
８１ ベース層
８２ 耐熱層

Claims (7)

1. 発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドであって、
   前記突部に対向する凹状の空隙部が形成された支持基板と、
   前記支持基板上に設けられ、前記突部が形成されたグレーズ層と
   を備え、
   前記グレーズ層は、
   前記支持基板上に積層されるとともに、前記空隙部の天井面を形成するベース層と、
   前記ベース層上に積層され、前記発熱素子が配列される耐熱層と
   を備える
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
   前記支持基板は、ガラスからなり、
   前記グレーズ層の前記ベース層は、Ａｕ（金）からなり、
   前記グレーズ層の前記耐熱層は、窒化ケイ素系材料からなる
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
3. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
   前記突部は、前記空隙部上で均一の厚さとなっている
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
4. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
   前記発熱素子は、前記発熱素子の温度が上昇すると抵抗値も上昇する材料からなる
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
5. 発熱素子が配列された突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタであって、
   前記サーマルヘッドは、
   前記突部に対向する凹状の空隙部が形成された支持基板と、
   前記支持基板上に設けられ、前記突部が形成されたグレーズ層と
   を備え、
   前記グレーズ層は、
   前記支持基板上に積層されるとともに、前記空隙部の天井面を形成するベース層と、
   前記ベース層上に積層され、前記発熱素子が配列される耐熱層と
   を備える
   ことを特徴とするサーマルプリンタ。
6. 支持基板上に、発熱素子が配列される突部が形成されたグレーズ層が設けられ、前記発熱素子が配列された前記突部と記録媒体とを押圧させるとともに、前記発熱素子を駆動して発熱させることにより、記録媒体に対して画像を形成するサーマルヘッドの製造方法であって、
   前記突部に対応する突起を有する前記支持基板上に、前記グレーズ層の下層となるベース層を形成するベース層形成工程と、
   前記ベース層形成工程によって形成された前記ベース層上に、前記グレーズ層の上層となり、前記発熱素子が配列される耐熱層を形成する耐熱層形成工程と、
   前記ベース層形成工程によって前記ベース層を形成した後に、前記突起上の前記ベース層を露出させ、前記支持基板に、前記突部と対向し前記ベース層を天井面とする凹状の空隙部を形成する空隙部形成工程と
   を含む
   ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
7. 請求項６に記載のサーマルヘッドの製造方法において、
   前記ベース層形成工程は、ガラスからなる前記支持基板上に、Ａｕ（金）からなる前記ベース層を形成し、
   前記耐熱層形成工程は、前記ベース層上に、窒化ケイ素系材料からなる前記耐熱層を形成し、
   前記空隙部形成工程は、フッ化水素酸によるエッチング処理によって前記突起上の前記ベース層を露出させる
   ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。

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