JP3652831B2 - 発熱装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、サーマルプリントヘッドなどに用いられる発熱装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルプリントヘッドに用いられる発熱装置においては、一般に、所望の熱特性を得るための蓄熱層として、ガラスグレーズ層が用いられていた。
【０００３】
このガラスグレーズ層は、熱伝導率が比較的大きく、また比熱も比較的大きいので、低消費電力化および印字品質の向上に限界があり、印字速度を高速化する妨げともなっていた。
【０００４】
そこで、蓄熱層として、ガラスグレーズ層２よりも熱伝導率および比熱が小さいポリイミド樹脂を用いた発熱装置が提案されている。
【０００５】
このような従来の発熱装置は、図３８に示すように、金属板あるいはセラミックからなる基板５１上に、ポリイミド樹脂からなる蓄熱層５２を全面に形成し、その上に厚さ０．１μｍ〜０．６μｍ程度の金属薄膜をスパッタリングあるいは蒸着により形成して抵抗層５３とし、その上に厚さ０．０５μｍ〜０．１μｍ程度の金属薄膜をスパッタリングあるいは蒸着により形成し、それをフォトエッチングによりパターン形成して電極層５４とし、その上に耐摩耗性を有する薄膜を形成して保護層５５としていた。
【０００６】
しかしながら、このような従来の発熱装置では、ガラスグレーズよりも軟らかいポリイミド樹脂からなる蓄熱層５２の上に、非常に薄い金属薄膜からなる抵抗層５３および電極層５４を形成していたので、蓄熱層５２と抵抗層５３および電極層５４との熱膨張率の差に起因する熱応力により抵抗層５３や電極層５４の断線が頻発することから、印刷時の高温に耐え得るポリイミド樹脂が製品化されているにも係わらず、未だ実用化には至っていない。
【０００７】
【発明の開示】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、蓄熱層としてポリイミド樹脂を用いたものでありながら、抵抗層や電極層の断線を良好に防止できる発熱装置、およびその製造方法を提供することを、その課題とする。
【０００８】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本願発明の第１の側面によれば、通電されることにより発熱する抵抗層と、この抵抗層に通電するための電極層と、前記抵抗層により発生された熱を蓄熱する蓄熱層と、前記抵抗層を覆う保護層とを、基板上に備えた発熱装置であって、前記蓄熱層をポリイミド樹脂により構成し、前記抵抗層および前記電極層を厚膜により構成するとともに、前記抵抗層および前記保護層は、ポリイミド系の樹脂を主成分とすることを特徴とする、発熱装置が提供される。
【００１０】
このようにすれば、抵抗層および電極層を厚膜により構成したので、薄膜と比較して非常に丈夫であることから、蓄熱層としてポリイミド樹脂を用いたものでありながら、抵抗層や電極層の断線を良好に防止できる。また、抵抗層および保護層が、ポリイミド系の樹脂を主成分としているので、可撓性があり、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による抵抗層や保護層の損傷を一層良好に防止できる。
【００１１】
この発熱装置は、サーマルプリントヘッドに限らず、たとえば温度を非常に高い精度で制御する必要のある恒温槽用のヒータなどにも用いることができる。
【００１２】
好ましい実施の形態によれば、蓄熱層は、抵抗層の下側付近にのみ配置されている。
【００１３】
このようにすれば、高価なポリイミド樹脂の使用量を削減でき、製造コストを低減できる。しかも、駆動ＩＣなどとの接続のためのワイヤのボンディング位置において、電極層の下側に蓄熱層としてのポリイミド樹脂が存在せず、電極層の下側に基板あるいはガラスグレーズ層を直接存在させることができ、これら基板あるいはガラスグレーズ層は蓄熱層としてのポリイミド樹脂と比較して硬いので、良好にワイヤボンディングを行え、信頼性が向上する。
【００１８】
他の好ましい実施の形態によれば、基板上に抵抗層の下側付近を除いてガラスグレーズ層を備え、蓄熱層を、基板上のガラスグレーズ層が設けられていない抵抗層の下側付近に、ガラスグレーズ層と密着させて形成した。
【００１９】
このようにすれば、製造時に、ガラスグレーズ層により形成された溝状の谷部にポリイミド樹脂の粘液を塗布して焼き付けることにより蓄熱層を形成できることから、厚い蓄熱層を容易に形成できる。
【００２０】
他の好ましい実施の形態によれば、蓄熱層の基板からの突出高さを、ガラスグレーズ層の基板からの突出高さ以上にした。
【００２１】
このようにすれば、印字圧力が増大し、蓄熱層上の抵抗層を、保護層を介して記録紙に良好に押圧できる。
【００２２】
他の好ましい実施の形態によれば、蓄熱層の基板からの突出高さを、ガラスグレーズ層の基板からの突出高さよりも１０μｍ〜２０μｍ高くした。
【００２３】
このようにすれば、印字圧力が適度に増大し、蓄熱層上の抵抗層を、保護層を介して記録紙に適切に押圧できる。
【００２４】
本願発明の第２の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、電極層を形成するに際して、蓄熱層の形成前に、蓄熱層の形成予定位置を除く部分に高温用金を印刷し、その高温用金をポリイミド樹脂の劣化点よりも高い温度で焼成して、蓄熱層の形成後に、蓄熱層上に低温用金を印刷し、その端部を高温用金に重ね合わせた状態で、その低温用金をポリイミド樹脂の劣化点よりも低い温度で焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００２５】
このようにすれば、蓄熱層の形成後に電極層の全部を形成する場合のように、電極層全体を低温用金により構成する必要がなく、製造コストを低減できるとともに、良好にワイヤボンディングでき、さらには電極層を低抵抗にできる。
【００２６】
すなわち、ポリイミド樹脂の劣化点よりも低温で焼成可能な低温用金は、ポリイミド樹脂の劣化点よりも高温で焼成する必要のある高温用金よりも、高価で、ワイヤボンディングを行い難く、シート抵抗が高く、さらには密着力が弱い。
【００２７】
なお、劣化点とは、ポリイミド樹脂に変形、流動、あるいは熱分解が生じ始める温度をいう。また、高温用金とは、たとえば一般に使用されているレジネート金のように、摂氏８００度程度の高温で焼成する必要がある金であり、低温用金とは、摂氏３００度程度で焼成可能な金である。この低温用金のペーストは、粒径８０オングストローム程度の微細な金粒子を溶剤に分散させたものである。
【００２８】
本願発明の第３の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、抵抗層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００２９】
このようにすれば、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することにより抵抗層を形成するので、抵抗層が可撓性を有し、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層と抵抗層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による抵抗層の断線を一層良好に防止できる。
【００３０】
抵抗物質としては、たとえばカーボンブラックを用いることができる。
【００３１】
本願発明の第４の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層と、抵抗層を覆う保護層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、保護層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００３２】
このようにすれば、ポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することにより保護層を形成するので、保護層が可撓性を有し、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層と保護層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による保護層の損傷を一層良好に防止できる。
【００３３】
耐摩耗性物質としては、たとえば酸化アルミニウム(Al2O3) 、二酸化珪素(SiO2)、炭化珪素(SiC) 、あるいは窒化アルミニウム(AlN) などを用いることができる。
【００３４】
本願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。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００３６】
図１は、本願発明に係る発熱装置を備えたサーマルプリントヘッドの要部の平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図であって、平板状の基板１上には、ガラスグレーズ層２と蓄熱層３とが形成されている。蓄熱層３は、基板１の幅方向一端部寄りに、長さ方向ほぼ全長にわたって形成されており、その他の部分にはガラスグレーズ層２が全面に形成されている。蓄熱層３の上面はガラスグレーズ層２の上面よりも突出している。ガラスグレーズ層２および蓄熱層３上には、共通電極４および多数の個別電極５が形成されている。共通電極４は、基板１の幅方向他端側へ突出する多数の櫛歯部４ａを有しており、これら櫛歯部４ａと個別電極５とは基板１の長さ方向に交互に位置している。蓄熱層３上には、基板１の長さ方向ほぼ全長にわたって抵抗層６が形成されており、各櫛歯部４ａと各個別電極５との対向部分の一部は蓄熱層３と抵抗層６との間に挟み込まれている。抵抗層６は保護層７により覆われており、この保護層７は、基板１の幅方向一端から中央よりも他端側にわたって、基板１の長さ方向全長に形成されている。ガラスグレーズ層２上には、基板１の幅方向他端部の位置に、複数の駆動ＩＣ８が一列にボンディングされており、駆動ＩＣ８の出力端子と各個別電極５とはワイヤボンディングされたワイヤ９を介して接続されている。
【００３７】
基板１は、セラミック製である。ガラスグレーズ層２は、厚さが２０μｍ〜３０μｍ程度である。蓄熱層３は、たとえば商品名ユーピレックス（宇部興産株式会社製）のように、通常のポリイミド樹脂と比較して、耐熱性、硬度、および他の物体との密着性が高いポリイミド樹脂からなり、幅は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であって、ガラスグレーズ層２よりも１０μｍ〜２０μｍ程度上方へ突出している。共通電極４および個別電極５は、金製の厚膜からなり、厚さは０．６μｍ程度である。抵抗層６は、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質としてのカーボン粉との混合物を焼成した厚膜からなり、厚さは２μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは５μｍ〜１０μｍ程度である。保護層７は、ポリイミド系の樹脂と酸化アルミニウム(Al2O3) 、二酸化珪素(SiO2)、炭化珪素(SiC) 、あるいは窒化アルミニウム(AlN) などの耐摩耗性物質との混合物を焼成した厚膜からなり、厚さは２μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは５μｍ〜１０μｍ程度である。駆動ＩＣ８は、印字データに応じて抵抗層６への通電を制御するものであって、各個別電極５に対応して駆動ＩＣ８に内蔵されているスイッチング素子がオンすると、電源の陽極、共通電極４、共通電極４の櫛歯部４ａ、抵抗層６、個別電極５、ワイヤ９、駆動ＩＣ８のスイッチング素子、および電源の陰極からなる閉ループが形成され、個別電極５とその両側の櫛歯部４ａとの間の抵抗層６に通電される。
【００３８】
このようなサーマルプリントヘッドによれば、蓄熱層３の厚さが３０μｍの場合、従来のガラスグレーズからなる蓄熱層を設けたサーマルプリントヘッドと比較して、消費電力を半分以下にできることが、実験により確認された。
【００３９】
このサーマルプリントヘッドの製造に際しては、図３に示すようなアルミナを９６パーセント含むセラミック製の基板１上に、図４に示すように、ガラスを印刷し、摂氏１２００度程度で焼成することによりガラスグレーズ層２を形成する。このとき、ガラスグレーズ層２に、幅０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の溝状の谷部２ａを長さ方向全長にわたって形成しておく。そして図５に示すように、ガラスグレーズ層２上に高温金１１を印刷し、摂氏８００度程度で焼成する。そして図６に示すように、基板１上にガラスグレーズ層２により形成された溝状の谷部２ａに、ポリイミド樹脂の粘液をスクリーン印刷などの方法で塗布し、摂氏４００度程度で焼き付けることにより蓄熱層３を形成する。ポリイミド樹脂の粘液は、たとえばビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）と芳香族ジアミンとを溶剤中で縮合させたものであって、溶剤分が多いので、ガラスグレーズ層２よりも１０〜２０μｍ程度突出するように厚く形成するためには、塗布と乾燥とを繰り返す必要がある。
【００４０】
そして図７に示すように、蓄熱層３上に低温金１２を印刷し、摂氏４００度〜５００度程度で焼成する。このとき、低温金１２の幅方向両端部が高温金１１上に重なるように印刷することにより、高温金１１と低温金１２とが互いに接続されるようにする。そして図８に示すように、ホトエッチングにより高温金１１および低温金１２の不要部を除去することにより共通電極４および個別電極５を形成する。そして図９および図１０に示すように、蓄熱層３上に、ポリイミド系の樹脂とカーボン粉などの抵抗物質との混合物からなる抵抗ペーストを帯状に印刷し、摂氏４００度程度で焼成することにより抵抗層６を形成する。この抵抗ペーストとしては、たとえば蓄熱層３を形成したのと同じポリイミド樹脂の粘液とカーボンブラックとを混合したものを用いることができる。カーボンブラックを、固形成分中５０重量パーセントにすれば、単位長当たり２９０Ω／ｍ2 の抵抗率になり、カーボンブラックを、固形成分中４３重量パーセントにすれば、４３０Ω／ｍ2 の抵抗率になる。そして図１１に示すように、抵抗層６上にポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質との混合物からなる保護膜ペーストを帯状に印刷し、摂氏４００度程度で焼成することにより保護層７を形成する。この保護膜ペーストとしては、たとえば蓄熱層３を形成したのと同じポリイミド樹脂の粘液と二酸化珪素(SiO2)粉末とを混合したものを用いることができる。この後、基板１の幅方向他端部位置にてガラスグレーズ層２上に所定数の駆動ＩＣ８をボンディングし、駆動ＩＣ８の出力端子と個別電極５とをワイヤ９により接続することにより、図１および図２に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４１】
上記実施形態では、高温金１１と低温金１２とによって共通電極４および個別電極５を形成したが、低温金のみによって個別電極５を形成することもできる。すなわち、図１２のような基板１上に、図１３のようにガラスグレーズ層２を形成し、図１４のようにガラスグレーズ層２の谷部２ａに蓄熱層３を形成し、図１５のようにガラスグレーズ層２および蓄熱層３上に低温金１３を印刷し、摂氏４００度〜５００度程度で焼成する。そして図１６のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４およ個別電極５を形成し、図１７および図１８のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図１９のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図１および図２に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４２】
また上記実施形態では、ガラスグレーズ層２に谷部２ａを形成したが、谷部を有しないガラスグレーズ層を用いることもできる。すなわち、図２０のように基板１上に全面にわたってガラスグレーズ層１４を形成し、図２１のようにガラスグレーズ層１４上に蓄熱層３を形成し、図２２のようにガラスグレーズ層１４および蓄熱層３上に低温金１３を形成し、図２３のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４および個別電極５を形成し、図２４および図２５のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図２６のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図２７および図２８に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４３】
また上記実施形態では、ガラスグレーズ層２あるいはガラスグレーズ層１４を用いたが、これらを用いなくてもよい。すなわち、図２９のような基板１上に、図３０のように蓄熱層３を形成し、図３１のように基板１および蓄熱層３上に低温金１３を形成し、図３２のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４およ個別電極５を形成し、図３３および図３４のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図３５のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図３６および図３７に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４４】
もちろん、谷部を有しないガラスグレーズ層１４を用いる場合、あるいはガラスグレーズ層を用いない場合であっても、低温金１３の代わりに高温金および低温金を用いることができる。すなわち、ガラスグレーズ層１４を用いる場合、図２０に示すようにガラスグレーズ層１４を形成した後に、その上に蓄熱層３の形成予定位置を除いて高温金を形成し、図２１に示すように蓄熱層３を形成した後に、その上に低温金を形成すればよいのである。また、ガラスグレーズ層を用いない場合、図２９に示すような基板１上に蓄熱層３の形成予定位置を除いて高温金を形成し、図３０に示すように蓄熱層３を形成した後に、その上に低温金を形成すればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る発熱装置を備えたサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図４】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図５】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図６】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図７】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図８】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図９】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１０】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１１】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１２】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１３】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１４】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１５】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１６】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１７】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１８】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１９】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図２０】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２１】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２２】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２３】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２４】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２５】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２６】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２７】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図２８】図２７におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図２９】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３０】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３１】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３２】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３３】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３４】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３５】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３６】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図３７】図３６におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図３８】従来の発熱装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ガラスグレーズ層
２ａ 谷部
３ 蓄熱層
４ 共通電極
４ａ 櫛歯部
５ 個別電極
６ 抵抗層
７ 保護層
８ 駆動ＩＣ
９ ワイヤ
１１ 高温金
１２ 低温金
１３ 低温金
１４ ガラスグレーズ層
【発明の属する技術分野】
本願発明は、サーマルプリントヘッドなどに用いられる発熱装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルプリントヘッドに用いられる発熱装置においては、一般に、所望の熱特性を得るための蓄熱層として、ガラスグレーズ層が用いられていた。
【０００３】
このガラスグレーズ層は、熱伝導率が比較的大きく、また比熱も比較的大きいので、低消費電力化および印字品質の向上に限界があり、印字速度を高速化する妨げともなっていた。
【０００４】
そこで、蓄熱層として、ガラスグレーズ層２よりも熱伝導率および比熱が小さいポリイミド樹脂を用いた発熱装置が提案されている。
【０００５】
このような従来の発熱装置は、図３８に示すように、金属板あるいはセラミックからなる基板５１上に、ポリイミド樹脂からなる蓄熱層５２を全面に形成し、その上に厚さ０．１μｍ〜０．６μｍ程度の金属薄膜をスパッタリングあるいは蒸着により形成して抵抗層５３とし、その上に厚さ０．０５μｍ〜０．１μｍ程度の金属薄膜をスパッタリングあるいは蒸着により形成し、それをフォトエッチングによりパターン形成して電極層５４とし、その上に耐摩耗性を有する薄膜を形成して保護層５５としていた。
【０００６】
しかしながら、このような従来の発熱装置では、ガラスグレーズよりも軟らかいポリイミド樹脂からなる蓄熱層５２の上に、非常に薄い金属薄膜からなる抵抗層５３および電極層５４を形成していたので、蓄熱層５２と抵抗層５３および電極層５４との熱膨張率の差に起因する熱応力により抵抗層５３や電極層５４の断線が頻発することから、印刷時の高温に耐え得るポリイミド樹脂が製品化されているにも係わらず、未だ実用化には至っていない。
【０００７】
【発明の開示】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、蓄熱層としてポリイミド樹脂を用いたものでありながら、抵抗層や電極層の断線を良好に防止できる発熱装置、およびその製造方法を提供することを、その課題とする。
【０００８】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本願発明の第１の側面によれば、通電されることにより発熱する抵抗層と、この抵抗層に通電するための電極層と、前記抵抗層により発生された熱を蓄熱する蓄熱層と、前記抵抗層を覆う保護層とを、基板上に備えた発熱装置であって、前記蓄熱層をポリイミド樹脂により構成し、前記抵抗層および前記電極層を厚膜により構成するとともに、前記抵抗層および前記保護層は、ポリイミド系の樹脂を主成分とすることを特徴とする、発熱装置が提供される。
【００１０】
このようにすれば、抵抗層および電極層を厚膜により構成したので、薄膜と比較して非常に丈夫であることから、蓄熱層としてポリイミド樹脂を用いたものでありながら、抵抗層や電極層の断線を良好に防止できる。また、抵抗層および保護層が、ポリイミド系の樹脂を主成分としているので、可撓性があり、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による抵抗層や保護層の損傷を一層良好に防止できる。
【００１１】
この発熱装置は、サーマルプリントヘッドに限らず、たとえば温度を非常に高い精度で制御する必要のある恒温槽用のヒータなどにも用いることができる。
【００１２】
好ましい実施の形態によれば、蓄熱層は、抵抗層の下側付近にのみ配置されている。
【００１３】
このようにすれば、高価なポリイミド樹脂の使用量を削減でき、製造コストを低減できる。しかも、駆動ＩＣなどとの接続のためのワイヤのボンディング位置において、電極層の下側に蓄熱層としてのポリイミド樹脂が存在せず、電極層の下側に基板あるいはガラスグレーズ層を直接存在させることができ、これら基板あるいはガラスグレーズ層は蓄熱層としてのポリイミド樹脂と比較して硬いので、良好にワイヤボンディングを行え、信頼性が向上する。
【００１８】
他の好ましい実施の形態によれば、基板上に抵抗層の下側付近を除いてガラスグレーズ層を備え、蓄熱層を、基板上のガラスグレーズ層が設けられていない抵抗層の下側付近に、ガラスグレーズ層と密着させて形成した。
【００１９】
このようにすれば、製造時に、ガラスグレーズ層により形成された溝状の谷部にポリイミド樹脂の粘液を塗布して焼き付けることにより蓄熱層を形成できることから、厚い蓄熱層を容易に形成できる。
【００２０】
他の好ましい実施の形態によれば、蓄熱層の基板からの突出高さを、ガラスグレーズ層の基板からの突出高さ以上にした。
【００２１】
このようにすれば、印字圧力が増大し、蓄熱層上の抵抗層を、保護層を介して記録紙に良好に押圧できる。
【００２２】
他の好ましい実施の形態によれば、蓄熱層の基板からの突出高さを、ガラスグレーズ層の基板からの突出高さよりも１０μｍ〜２０μｍ高くした。
【００２３】
このようにすれば、印字圧力が適度に増大し、蓄熱層上の抵抗層を、保護層を介して記録紙に適切に押圧できる。
【００２４】
本願発明の第２の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、電極層を形成するに際して、蓄熱層の形成前に、蓄熱層の形成予定位置を除く部分に高温用金を印刷し、その高温用金をポリイミド樹脂の劣化点よりも高い温度で焼成して、蓄熱層の形成後に、蓄熱層上に低温用金を印刷し、その端部を高温用金に重ね合わせた状態で、その低温用金をポリイミド樹脂の劣化点よりも低い温度で焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００２５】
このようにすれば、蓄熱層の形成後に電極層の全部を形成する場合のように、電極層全体を低温用金により構成する必要がなく、製造コストを低減できるとともに、良好にワイヤボンディングでき、さらには電極層を低抵抗にできる。
【００２６】
すなわち、ポリイミド樹脂の劣化点よりも低温で焼成可能な低温用金は、ポリイミド樹脂の劣化点よりも高温で焼成する必要のある高温用金よりも、高価で、ワイヤボンディングを行い難く、シート抵抗が高く、さらには密着力が弱い。
【００２７】
なお、劣化点とは、ポリイミド樹脂に変形、流動、あるいは熱分解が生じ始める温度をいう。また、高温用金とは、たとえば一般に使用されているレジネート金のように、摂氏８００度程度の高温で焼成する必要がある金であり、低温用金とは、摂氏３００度程度で焼成可能な金である。この低温用金のペーストは、粒径８０オングストローム程度の微細な金粒子を溶剤に分散させたものである。
【００２８】
本願発明の第３の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、抵抗層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００２９】
このようにすれば、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することにより抵抗層を形成するので、抵抗層が可撓性を有し、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層と抵抗層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による抵抗層の断線を一層良好に防止できる。
【００３０】
抵抗物質としては、たとえばカーボンブラックを用いることができる。
【００３１】
本願発明の第４の側面によれば、通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層と、抵抗層を覆う保護層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、保護層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法が提供される。
【００３２】
このようにすれば、ポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することにより保護層を形成するので、保護層が可撓性を有し、しかもポリイミド樹脂からなる蓄熱層と保護層との熱膨張率の差が小さいことから、熱応力による保護層の損傷を一層良好に防止できる。
【００３３】
耐摩耗性物質としては、たとえば酸化アルミニウム(Al2O3) 、二酸化珪素(SiO2)、炭化珪素(SiC) 、あるいは窒化アルミニウム(AlN) などを用いることができる。
【００３４】
本願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。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００３６】
図１は、本願発明に係る発熱装置を備えたサーマルプリントヘッドの要部の平面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図であって、平板状の基板１上には、ガラスグレーズ層２と蓄熱層３とが形成されている。蓄熱層３は、基板１の幅方向一端部寄りに、長さ方向ほぼ全長にわたって形成されており、その他の部分にはガラスグレーズ層２が全面に形成されている。蓄熱層３の上面はガラスグレーズ層２の上面よりも突出している。ガラスグレーズ層２および蓄熱層３上には、共通電極４および多数の個別電極５が形成されている。共通電極４は、基板１の幅方向他端側へ突出する多数の櫛歯部４ａを有しており、これら櫛歯部４ａと個別電極５とは基板１の長さ方向に交互に位置している。蓄熱層３上には、基板１の長さ方向ほぼ全長にわたって抵抗層６が形成されており、各櫛歯部４ａと各個別電極５との対向部分の一部は蓄熱層３と抵抗層６との間に挟み込まれている。抵抗層６は保護層７により覆われており、この保護層７は、基板１の幅方向一端から中央よりも他端側にわたって、基板１の長さ方向全長に形成されている。ガラスグレーズ層２上には、基板１の幅方向他端部の位置に、複数の駆動ＩＣ８が一列にボンディングされており、駆動ＩＣ８の出力端子と各個別電極５とはワイヤボンディングされたワイヤ９を介して接続されている。
【００３７】
基板１は、セラミック製である。ガラスグレーズ層２は、厚さが２０μｍ〜３０μｍ程度である。蓄熱層３は、たとえば商品名ユーピレックス（宇部興産株式会社製）のように、通常のポリイミド樹脂と比較して、耐熱性、硬度、および他の物体との密着性が高いポリイミド樹脂からなり、幅は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であって、ガラスグレーズ層２よりも１０μｍ〜２０μｍ程度上方へ突出している。共通電極４および個別電極５は、金製の厚膜からなり、厚さは０．６μｍ程度である。抵抗層６は、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質としてのカーボン粉との混合物を焼成した厚膜からなり、厚さは２μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは５μｍ〜１０μｍ程度である。保護層７は、ポリイミド系の樹脂と酸化アルミニウム(Al2O3) 、二酸化珪素(SiO2)、炭化珪素(SiC) 、あるいは窒化アルミニウム(AlN) などの耐摩耗性物質との混合物を焼成した厚膜からなり、厚さは２μｍ〜１０μｍ程度、好ましくは５μｍ〜１０μｍ程度である。駆動ＩＣ８は、印字データに応じて抵抗層６への通電を制御するものであって、各個別電極５に対応して駆動ＩＣ８に内蔵されているスイッチング素子がオンすると、電源の陽極、共通電極４、共通電極４の櫛歯部４ａ、抵抗層６、個別電極５、ワイヤ９、駆動ＩＣ８のスイッチング素子、および電源の陰極からなる閉ループが形成され、個別電極５とその両側の櫛歯部４ａとの間の抵抗層６に通電される。
【００３８】
このようなサーマルプリントヘッドによれば、蓄熱層３の厚さが３０μｍの場合、従来のガラスグレーズからなる蓄熱層を設けたサーマルプリントヘッドと比較して、消費電力を半分以下にできることが、実験により確認された。
【００３９】
このサーマルプリントヘッドの製造に際しては、図３に示すようなアルミナを９６パーセント含むセラミック製の基板１上に、図４に示すように、ガラスを印刷し、摂氏１２００度程度で焼成することによりガラスグレーズ層２を形成する。このとき、ガラスグレーズ層２に、幅０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の溝状の谷部２ａを長さ方向全長にわたって形成しておく。そして図５に示すように、ガラスグレーズ層２上に高温金１１を印刷し、摂氏８００度程度で焼成する。そして図６に示すように、基板１上にガラスグレーズ層２により形成された溝状の谷部２ａに、ポリイミド樹脂の粘液をスクリーン印刷などの方法で塗布し、摂氏４００度程度で焼き付けることにより蓄熱層３を形成する。ポリイミド樹脂の粘液は、たとえばビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）と芳香族ジアミンとを溶剤中で縮合させたものであって、溶剤分が多いので、ガラスグレーズ層２よりも１０〜２０μｍ程度突出するように厚く形成するためには、塗布と乾燥とを繰り返す必要がある。
【００４０】
そして図７に示すように、蓄熱層３上に低温金１２を印刷し、摂氏４００度〜５００度程度で焼成する。このとき、低温金１２の幅方向両端部が高温金１１上に重なるように印刷することにより、高温金１１と低温金１２とが互いに接続されるようにする。そして図８に示すように、ホトエッチングにより高温金１１および低温金１２の不要部を除去することにより共通電極４および個別電極５を形成する。そして図９および図１０に示すように、蓄熱層３上に、ポリイミド系の樹脂とカーボン粉などの抵抗物質との混合物からなる抵抗ペーストを帯状に印刷し、摂氏４００度程度で焼成することにより抵抗層６を形成する。この抵抗ペーストとしては、たとえば蓄熱層３を形成したのと同じポリイミド樹脂の粘液とカーボンブラックとを混合したものを用いることができる。カーボンブラックを、固形成分中５０重量パーセントにすれば、単位長当たり２９０Ω／ｍ2 の抵抗率になり、カーボンブラックを、固形成分中４３重量パーセントにすれば、４３０Ω／ｍ2 の抵抗率になる。そして図１１に示すように、抵抗層６上にポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質との混合物からなる保護膜ペーストを帯状に印刷し、摂氏４００度程度で焼成することにより保護層７を形成する。この保護膜ペーストとしては、たとえば蓄熱層３を形成したのと同じポリイミド樹脂の粘液と二酸化珪素(SiO2)粉末とを混合したものを用いることができる。この後、基板１の幅方向他端部位置にてガラスグレーズ層２上に所定数の駆動ＩＣ８をボンディングし、駆動ＩＣ８の出力端子と個別電極５とをワイヤ９により接続することにより、図１および図２に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４１】
上記実施形態では、高温金１１と低温金１２とによって共通電極４および個別電極５を形成したが、低温金のみによって個別電極５を形成することもできる。すなわち、図１２のような基板１上に、図１３のようにガラスグレーズ層２を形成し、図１４のようにガラスグレーズ層２の谷部２ａに蓄熱層３を形成し、図１５のようにガラスグレーズ層２および蓄熱層３上に低温金１３を印刷し、摂氏４００度〜５００度程度で焼成する。そして図１６のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４およ個別電極５を形成し、図１７および図１８のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図１９のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図１および図２に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４２】
また上記実施形態では、ガラスグレーズ層２に谷部２ａを形成したが、谷部を有しないガラスグレーズ層を用いることもできる。すなわち、図２０のように基板１上に全面にわたってガラスグレーズ層１４を形成し、図２１のようにガラスグレーズ層１４上に蓄熱層３を形成し、図２２のようにガラスグレーズ層１４および蓄熱層３上に低温金１３を形成し、図２３のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４および個別電極５を形成し、図２４および図２５のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図２６のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図２７および図２８に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４３】
また上記実施形態では、ガラスグレーズ層２あるいはガラスグレーズ層１４を用いたが、これらを用いなくてもよい。すなわち、図２９のような基板１上に、図３０のように蓄熱層３を形成し、図３１のように基板１および蓄熱層３上に低温金１３を形成し、図３２のようにホトエッチングにより低温金１３の不要部を除去することにより共通電極４およ個別電極５を形成し、図３３および図３４のように蓄熱層３上に抵抗層６を形成し、図３５のように抵抗層６上に保護層７を形成して、駆動ＩＣ８およびワイヤ９をボンディングすることにより、図３６および図３７に示すようなサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４４】
もちろん、谷部を有しないガラスグレーズ層１４を用いる場合、あるいはガラスグレーズ層を用いない場合であっても、低温金１３の代わりに高温金および低温金を用いることができる。すなわち、ガラスグレーズ層１４を用いる場合、図２０に示すようにガラスグレーズ層１４を形成した後に、その上に蓄熱層３の形成予定位置を除いて高温金を形成し、図２１に示すように蓄熱層３を形成した後に、その上に低温金を形成すればよいのである。また、ガラスグレーズ層を用いない場合、図２９に示すような基板１上に蓄熱層３の形成予定位置を除いて高温金を形成し、図３０に示すように蓄熱層３を形成した後に、その上に低温金を形成すればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る発熱装置を備えたサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図４】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図５】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図６】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図７】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図８】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図９】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１０】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１１】図１に示すサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図１２】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１３】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１４】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１５】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１６】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１７】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１８】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図１９】図１に示すサーマルプリントヘッドの別の実施形態による製造工程の説明図である。
【図２０】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２１】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２２】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２３】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２４】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２５】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２６】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図２７】別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図２８】図２７におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図２９】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３０】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３１】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３２】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３３】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３４】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３５】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの製造工程の説明図である。
【図３６】さらに別の実施形態におけるサーマルプリントヘッドの要部の平面図である。
【図３７】図３６におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図３８】従来の発熱装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ ガラスグレーズ層
２ａ 谷部
３ 蓄熱層
４ 共通電極
４ａ 櫛歯部
５ 個別電極
６ 抵抗層
７ 保護層
８ 駆動ＩＣ
９ ワイヤ
１１ 高温金
１２ 低温金
１３ 低温金
１４ ガラスグレーズ層
Claims (8)
- 通電されることにより発熱する抵抗層と、この抵抗層に通電するための電極層と、前記抵抗層により発生された熱を蓄熱する蓄熱層と、前記抵抗層を覆う保護層とを、基板上に備えた発熱装置であって、
前記蓄熱層をポリイミド樹脂により構成し、
前記抵抗層および前記電極層を厚膜により構成するとともに、
前記抵抗層および前記保護層は、ポリイミド系の樹脂を主成分とすることを特徴とする、発熱装置。 - 前記蓄熱層は、前記抵抗層の下側付近にのみ配置されている、請求項１に記載の発熱装置。
- 前記基板上に前記抵抗層の下側付近を除いてガラスグレーズ層を備え、
前記蓄熱層を、前記基板上の前記ガラスグレーズ層が設けられていない前記抵抗層の下側付近に、前記ガラスグレーズ層と密着させて形成した、請求項１または２に記載の発熱装置。 - 前記蓄熱層の前記基板からの突出高さを、前記ガラスグレーズ層の前記基板からの突出高さ以上にした、請求項３に記載の発熱装置。
- 前記蓄熱層の前記基板からの突出高さを、前記ガラスグレーズ層の前記基板からの突出高さよりも１０μｍ〜２０μｍ高くした、請求項３に記載の発熱装置。
- 通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、前記抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを、基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、
前記電極層を形成するに際して、前記蓄熱層の形成前に、前記蓄熱層の形成予定位置を除く部分に摂氏８００度以上で焼成可能な高温用金を印刷し、その高温用金を前記ポリイミド樹脂の劣化点よりも高い温度で焼成して、前記蓄熱層の形成後に、前記蓄熱層上に摂氏３００度以上で焼成可能な低温用金を印刷し、その端部を前記高温用金に重ね合わせた状態で、その低温用金を前記ポリイミド樹脂の劣化点よりも低い温度で焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法。 - 通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、前記抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層とを基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、
前記抵抗層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と抵抗物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法。 - 通電されることにより発熱する厚膜からなる抵抗層と、この抵抗層に通電するための厚膜からなる電極層と、前記抵抗層により発生された熱を蓄熱するポリイミド樹脂からなる蓄熱層と、前記抵抗層を覆う保護層とを基板上に備えた発熱装置を製造するための発熱装置の製造方法であって、
前記保護層を形成するに際して、ポリイミド系の樹脂と耐摩耗性物質とを混合した材料を２μｍ〜１０μｍの厚さで印刷し、それを焼成することを特徴とする、発熱装置の製造方法。
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