JP3797511B2

JP3797511B2 - Thermal head

Info

Publication number: JP3797511B2
Application number: JP19754897A
Authority: JP
Inventors: 真人薄田; 克人長野; 良夫斉田; 潤平林; 萩原　　淳
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: JPH1134375A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルヘッドは、インク等の補充が不要である感熱紙あるいは転写紙の利便性を活かし、低廉で簡易なプリンターに広く用いられている。これらのサーマルヘッドに用いるプリンターも、最近では高画質プリントと高速プリントが要請されている。また、熱転写方式によるカラープリンター方式や、高画質を重視する写真プリントの自動化ミニラボのインデックスプリンター等に用いるまでに微細化し、６００ｄｐｉないし１２００ｄｐｉのような高密度なサーマルヘッドも要求されてきている。
【０００３】
しかしながら、サーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体の発熱部を急速に加熱して瞬時に昇温させ、素早く放熱して滲みを起こさせないという昇温・放熱の配慮が必要になる。急速な昇温には、熱が発熱部に集中して回りに逃げず、急速な放熱には、発熱部の熱が素早く逃げるという、相反する熱応答特性が要求される。
【０００４】
すなわち、サーマルヘッドには、基本的に次のような事項が要請される。
１）軽薄短小化
２）低廉化
３）Ａ３等への大画面化
４）低消費電力化
５）高速化
６）高密度で鮮明な、いわゆる高精細な画像プリント
７）色むらのない均質な画面
８）汚れが残らないメンテナンスフリー
このようなサーマルヘッドの例として、特開平５−６４９０５号公報においては、図６に示すように、表面を平坦に形成した基体３０上に剥離のための剥離層３１を介して耐摩耗層３２、保護層３３、発熱抵抗体３４、電極３５、ポリイミド樹脂でなる蓄熱層３６を順に形成し、その後、接着剤３７により基板３８を接着し、基体３０と剥離層３１との界面で両者を剥離するサーマルヘッドの製造方法により、印字面４０を平坦に形成したものが開示されている。
【０００５】
このサーマルヘッドは、耐摩耗層３２が基体３０の平面上に形成されるので、感熱紙等の記録紙に接触する面が平滑となり、記録紙との間に空間が生じないため、熱効率が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記公報に記載のように、ポリイミド樹脂等の樹脂を蓄熱層３２に用い、かつ耐摩耗層３２の表面（印字面）を平坦に形成したサーマルヘッドには次のような問題がある。
（１）記録紙はヘッド上にローラによって強く押し付けられるが、発熱部がその周囲も含めて平面状であると、ヘッドの当接面が相対的に拡がり、ヘッドに対する押し付け圧が低下する。その結果、ローラの変形や摩耗の影響を受け易い。
（２）このような問題点を解決するため、もし、発熱部を凸状に盛り上げて形成したとすると、ローラの押し付け力が発熱部に集中する。発熱部における発熱により樹脂が高温にさらされるため、軟化し、長時間使用しているとヘッドの表面が凹んで変形する。その結果印字が不鮮明となる。
（３）印字品質を高精度化するためには、機械的変形応力に対して強靭なサーマルヘッドが必要であるが、従来技術によれば、印字効率を高めようとして発熱部を凸状にすると、機械的応力による変形を生じて寿命の長いサーマルヘッドを提供することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、長期間にわたって印字品質を損なうことがなく、保守が不要であるというサーマルヘッド本来の特徴を発揮でき、しかも画素の微細化や印字の大画面化、高速化と低消費電力化も達成できるサーマルヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明のサーマルヘッドは、発熱抵抗体の表面を覆う保護層と、発熱抵抗体に接して発熱抵抗体と共に発熱部を形成する電極とを備えたサーマルヘッドにおいて、
保護層の表面でなる印字面が凸状に盛り上がって形成され、かつ発熱部の裏面には発熱部の裏面に充填し溶融再固化されたガラスからなる補強体が設けられ、補強体が、樹脂または無機材質粉を混入した樹脂でなる支持体により覆われている
ことを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
本発明においては、前記ガラスの他、発熱部の裏面に充填し固定された棒状体（請求項２）等が用いられる。また、発熱部と補強体との間または補強体と支持体との間に蓄熱層を設ける構造（請求項３）も採用される。
【００１０】
【作用】
本発明のサーマルヘッドは、盛り上がった凸状に形成される発熱部の裏面に補強体が埋め込まれるため、印字の際のローラの押圧により発熱部が変形することがない。また、発熱部と樹脂でなる支持体との間に補強体が介在するため、樹脂の温度上昇の度合も低減でき、かつ支持体が補強体により補強されるため、ヘッドが発熱とローラ押圧により変形することが防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は本発明によるサーマルヘッドの一実施例を発熱積層部について示す断面図である。図１（Ａ）に示すように、発熱積層部は、耐摩耗層として作用する保護層１と、発熱抵抗体２と、発熱抵抗体２上に間隔をおいて重ねて設けられる共通電極３ａおよび個別電極３ｂと、支持体４と、前記電極３ａ、３ｂと発熱抵抗体２により形成される発熱部５と前記支持体４との間に介在させて支持体４からの物質の拡散を防止するバリア層８と、発熱部５の裏面において、バリア層８と支持体４との間に埋込まれてなる補強体９とからなる。
【００１２】
前記保護層１としては、ＳｉＣ系化合物、ＳｉＢ系化合物、ＳｉＮ系化合物、ＡｌＮ系化合物、ＢＮ系化合物等が用いられる。特に表面層を、摩擦係数が小さく、硬度が高く、化学的に安定なＳｉＢとし、発熱抵抗体２側の裏面層を電気抵抗が高いＳｉＯ_２とすることが、発熱抵抗体２との間の電気絶縁性を確保する意味で好ましい。この保護層１の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ等、従来より用いられている各方法を採用することができる。
【００１３】
前記発熱抵抗体２としては、Ｎｂ−ＳｉＯ_２、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ、あるいはＴｉＯ_２、ＢＮ等を用いることができる。発熱抵抗体２の成膜方法としては、ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等を用いることができる。
【００１４】
また、各発熱抵抗体２は、発熱ドット毎に形成されるようにエッチングする必要がある。このエッチング方法としては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチングを用いることが好ましいが、ウェットエッチングを用いることも可能である。また、ドライエッチングのエッチャー（反応性ガス）としては、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃｌ_２、Ｏ_２等が一般的であり、これらを混合して用いることもできる。
【００１５】
前記電極３ａ、３ｂとしては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ等の金属の一種または複数種を重ねて用いることができる。中でも、Ａｌは廉価であって、他の層との密着性を、特別の層を介在させる必要なく、容易に得ることができ、プロセスが簡単になり、さらに電気抵抗が低いので、微細パターンを得やすいという点において好ましい。また、成膜方法としては、蒸着やスパッタリング等が用いられる。
【００１６】
これらの電極３ａ、３ｂのパターンを得るためのエッチング方法としては、ドライエッチングを用いることもできるが、ウェットエッチングを用いることが好ましい。ウェットエッチングのエッチャント（エッチング溶液）としては、Ｈ_２ＳＯ_４、ＨＮＯ_３等が一般的である。特にＡｌのエッチングに際しては、Ｈ_３ＰＯ_４、Ｃ_２Ｈ_４Ｏ_２、ＨＮＯ_３を混合した混合液を用いることもある。
【００１７】
前記バリア層８にはＳｉＯ_２やＳｉＮ等を用いる。成膜方法としては、ＬＰＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等を用いることができる。エッチング方法としては、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれを用いてもよく、ウェットエッチングを行う場合は、エッチャントとしてＨＦあるいＨＦとＮＨ_４Ｆとの混合液を用いるのが一般的である。
【００１８】
前記補強体９として、ガラスを用いる。補強体９にガラスを用いる場合、ガラスとして、軟化点が４５０℃以下（より好ましくは軟化点が４００℃以下）の低融点ガラスを用いれば、電極３ａ、３ｂとして安価かつ形成容易で低抵抗のＡｌを用いた場合、電極の酸化や変質を防止することができ、電極３ａ、３ｂを用いることが可能となる。また、低融点ガラスを補強体９に用いる場合、補強体９の形成後の製造工程での加熱による補強体９の軟化を防止する意味で、補強体９に用いるガラスの軟化点が３００℃以上、さらに好ましくは３５０℃である。
【００１９】
この低融点ガラスを補強体９に用いる場合、その塗布方法としては、スクリーン印刷法やディスペンサを用い、これを３５０℃〜４００℃で焼成する。また、この鉛ガラスの組成としては、例えばＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３系あるいはＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系のものを用いることが好ましい。
【００２０】
また、補強体９として、セラミックあるいはガラスからなる棒状体をエポキシ樹脂やアクリル樹脂等により固着する構造も採用できる。
【００２１】
支持体４に用いる樹脂としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂に、アルミナ、シリカ等のセラミック粉や、金属粉等の無機質粉を分散含有させることにより、機械的強度や、熱伝導率を調整することも可能である。該支持体４はサーマルヘッドの基板とすることが可能であり、樹脂でなる支持体４を設ければ、セラミック基板やグレーズ基板を用いる場合に比較し、低廉である。必要に応じて、このサーマルヘッドをＡｌやＣｕ等のヒートシンクに接着することもできる。
【００２２】
図２は本発明のサーマルヘッドの製造方法の参考例を示す工程図である。この例においては、まず図２（Ａ）に示すように、基体７の表面に研削およびウェットエッチングにより溝７ａを形成する。なお、溝７ａの幅は７００μｍ、深さは３００μｍとした。溝形状は丸みを帯びた台形状または円弧状にする。
【００２３】
次に、図２（Ｂ）に示すように、基体７上に、溝７ａの部分を含めて保護層１を形成する。基体７としては、安価で入手が容易な０．７ｍｍ厚のホウケイ酸ガラス板（日本電気ガラス社製、商品名ＢＬＣ）を用いた。また、保護層１として、ＳｉＢ層およびＳｉＯ_２層をプラズマＣＶＤにより約４００℃の雰囲気で順に形成した。ＳｉＢ層の厚みは７μｍとし、ＳｉＯ_２層の厚みは３μｍとした。
【００２４】
保護層１を形成後、図２（Ｃ）に示すように、発熱抵抗体２となるＮｂ−ＳｉＯ_２層を、３００℃〜３５０℃の温度において、スパッタリングにより０．１μｍの厚みに形成し、ＲＩＥにより、個々の発熱抵抗体２に分離形成した。発熱抵抗体２のピッチは１６７μｍとし、発熱抵抗体２同士の間隔を１０μｍとした。なお、Ｎｂ−ＳｉＯ_２層とは、アモルファスのＳｉＯ_２層の中に金属ＮｂやＮｂの珪化物、酸化物が混在したものである。このように発熱抵抗体２を設けた後、発熱部５のＴＣＲを改善するために、４００℃程度で熱処理を行ってもよい。
【００２５】
次に図２（Ｄ）に示すように、電極３ａ、３ｂとしてのＡｌ層を１００℃の温度において蒸着により０．５μｍの厚みに形成し、Ｈ_３ＰＯ_４、Ｃ_２Ｈ_４Ｏ_２、ＨＮＯ_３を混合した混合液をエッチャントとして用い、共通電極３ａと個別電極３ｂとを、これらの一部を発熱抵抗体２上に重ねて形成した。
【００２６】
次に図２（Ｅ）に示すように、バリア層８としてのＳｉＯ_２層をＬＰＣＶＤにより０．３μｍの厚みに成膜した。そして成膜したＳｉＯ_２層を、ＨＦをエッチャントとしてエッチングすることによりバリア層８を形成した。
【００２７】
次に図２（Ｆ）に示すように、補強体９を形成するため、シリカの粒子をバインダに混合したペーストを発熱部５の裏面の凹部に沿って塗布し、１５０℃で２時間焼成することにより、粒子同士が固結された補強体９を得た。
【００２８】
次に図２（Ｇ）に示すように、ポリイミド樹脂を含むペーストの塗布と３５０℃、２時間の加熱により硬化させ、支持体４を形成した。
【００２９】
その後、基体７より下の部分をエッチングレジストにより覆い、ＨＦ液に浸漬して基体７を溶解させた。これにより、図２（Ｈ）に示すように、基体７上に形成された平滑な面の保護層１を露出させることができる。なお、該基体７の除去を行う場合、基体７の保護層１に至る前の途中の深さまで機械的研削により除去し、その後保護層１に達する深さないし全部の基体７を除去するまでＨＦ液等によるウェットエッチングを行うことにより、能率良く基体７の除去を行うことができる。
【００３０】
また、基体７の除去を図１（Ｂ）のように保護層１の発熱部５の対応部分の印字面１が露出するように行ってもよい。このように基体７を残留させると、サーマルヘッドの強度を高めることができる。
【００３１】
図３は前記補強体９を有するサーマルヘッドをローラ１０および記録紙１１と共に示す斜視図であり、発熱部５が横一列に並んだ領域の下に補強体９が細長い形状で配置される。盛り上がった発熱部５の裏面の溝状のくぼみにセラミックやガラスからなる補強体９として備えることにより、ローラ１０による押し圧が補強体９の長手方向に分散される。これにより、発熱積層部の強度を向上させることができ、砂等の硬質粒子を噛み込んだ場合においても損傷を免れることができる。また、ローラの押し圧で変形することがない。従って、鮮明なプリントができる。発熱部が昇温して樹脂が支持体４が軟化しても補強体９が補強する。
【００３２】
また、発熱部５は凸状に盛り上がって形成されているので、記録紙に発熱部が集中的に押し付けられ、無駄な押し付け圧を加える必要がなく、ローラの加圧構造を簡単にすることができる。また、発熱部５が凸状に形成されることにより、凸状部がリブの役目をしてサーマルヘッドの強度があがり、長手方向についての撓みを減少させることができる。また、図１（Ｂ）のように基体７を残留させればサーマルヘッドの強度がさらに上がる。
【００３３】
図４（Ａ）は本発明のサーマルヘッドにおける駆動ＩＣ１２の搭載構造例であり、本例においては、保護層１の裏面に形成される個別電極３ｂと接続用電極１３間に駆動ＩＣをフリップチップボンディングによって接続して樹脂でなる支持体４内に埋設することにより、印字面６の裏面に駆動ＩＣ１２を配置している。接続用電極１３は外部接続部１４に接続される。
【００３４】
このように、駆動ＩＣ１２を印字面の反対側に配しているので、印字面６と同面に駆動ＩＣを設ける従来構造のように、記録紙１１との接触防止のために印字面６と駆動ＩＣ１２との間を離す必要がなくなり、これによりサーマルヘッドの小型化が可能となる。また、駆動ＩＣ１２およびその外部接続用電極１３と記録紙１１等との接触がなくなり、電気系の断線や短絡等の不具合が発生する危険性を無くすることが可能となる。また、樹脂でなる支持体４を駆動ＩＣ９の固定に兼用できるため、部品点数、工程数が低減されるという効果が得られる。
【００３５】
また、この小型化により、１枚の集合基板から得られるサーマルヘッドの個数を増加させることができ、その結果、一度に多数分の成膜が可能となり、サーマルヘッドの製造効率の向上が達成でき、サーマルヘッドの低コスト化が可能となる。
【００３６】
また、図２の参考例においては、基体７として安価なガラス板を使用し、仮の基板上に保護層１を直接成膜し、基体７上に各層の成膜や駆動ＩＣ１２の搭載後、基体７を溶解させることにより除去したが、基体７として高価な板材を使用する場合には、基体７上にＭｇＯ等の犠牲層を成膜し、前述のように各層の成膜、駆動ＩＣの固定後、前記犠牲層をりん酸等により溶解して基体７を発熱積層部２か剥離し、基体７を再使用するようにしてもよい。
【００３７】
また、電極３ａ、３ｂ、１３は、発熱抵抗体２を形成した後に形成するのではなく、発熱抵抗体２の形成前に形成してもよい。
【００３８】
図４（Ｂ）は本発明のサーマルヘッドの他の実施例を発熱積層部について示す断面図であり、本実施例は、発熱部５の真下の部分の限定された領域に、バリア層８を介して低融点ガラスからなる部分グレーズ層としての蓄熱層１５を設けると共に、その下に前記補強体９を設けたものである。このように、補強体９に好適な材質、厚みの蓄熱層１５を組み合わせることにより、蓄熱性能を適宜なものに選択することができる。蓄熱層１５は補強体９の裏面側に設けてもよい。
【００３９】
図５（Ａ）は本発明の他の実施例を示す断面図であり、本実施例は、図５（Ｂ）に示すような棒状の補強体９を用い、これを接着剤１６により発熱部５に溝状部に固定したものである。本実施例によっても同様の効果をあげることが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１、２によれば、発熱部の裏面に補強体を埋込んだため、発熱部が凸状に盛り上がって形成されることともあいまって、サーマルヘッドの強度を向上させることができ、小型で強度の大きなるサーマルヘッドを提供できる。
【００４１】
また、ローラに押圧による印字面の変形が防止されるため、長期間にわたって印字品質を損なうことがなく、しかも印字面が盛り上がって強く押圧しても変形することなく、狭い面積で記録紙と接触するので、画素の微細化が可能となり、や印字の大画面化、高速化と低消費電力化も達成できる。
【００４２】
請求項３によれば、請求項１、２の効果に加え、さらに、蓄熱層を補強体に組み合わせることにより、製品に対応した蓄熱作用を持つサーマルヘッドが得易いという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明によるサーマルヘッドの一実施例を示す断面図、（Ｂ）は本発明のサーマルヘッドの他の実施例を示す断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｈ）は本発明のサーマルヘッドの製造工程の参考例を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１（Ａ）の実施例のサーマルヘッドの斜視図である。
【図４】（Ａ）は図１（Ａ）の実施例における駆動ＩＣの配置例を示す断面図、（Ｂ）は本発明のサーマルヘッドの他の実施例を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明によるサーマルヘッドの他の実施例を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のサーマルヘッドに用いる補強体の一例を示す斜視図である。
【図６】従来のサーマルヘッドの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：保護層、２：発熱抵抗体、３ａ：共通電極、３ｂ：個別電極、４：支持体、５：発熱部、６：印字面、７：基体、７ａ：溝、８：バリア層、９：補強体、１０：ローラ、１１：記録紙、１２：駆動ＩＣ、１３：電極、１４：外部接続部、１５：蓄熱層、１６：接着剤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal head .
[0002]
[Prior art]
Thermal heads are widely used in inexpensive and simple printers, taking advantage of the convenience of thermal paper or transfer paper that does not require refilling with ink or the like. Recently, high-quality printing and high-speed printing have also been demanded for printers used for these thermal heads. Further, there is a demand for a high-density thermal head such as 600 dpi to 1200 dpi, which is miniaturized before being used in a color printer system using a thermal transfer system, an index printer of a photo lab automation minilab that emphasizes high image quality, and the like.
[0003]
However, in the thermal head, it is necessary to consider the temperature increase and heat dissipation so that the heat generating portion of the heat generating resistor is rapidly heated to instantaneously raise the temperature and heat is quickly dissipated to prevent bleeding. For rapid temperature increase, heat concentrates on the heat generating part and does not escape around, and rapid heat dissipation requires a conflicting thermal response characteristic that heat of the heat generating part escapes quickly.
[0004]
That is, the following items are basically required for the thermal head.
1) Light, thin and small 2) Low cost 3) Large screen for A3, etc. 4) Low power consumption 5) High speed 6) High-density, clear, so-called high-definition image print 7) Uniformity without color unevenness Screen 8) Maintenance-free with no dirt remaining As an example of such a thermal head, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-64905, as shown in FIG. 6, peeling for peeling on a substrate 30 having a flat surface is provided. A wear-resistant layer 32, a protective layer 33, a heating resistor 34, an electrode 35, and a heat storage layer 36 made of polyimide resin are formed in this order via the layer 31, and then a substrate 38 is bonded with an adhesive 37 to peel off the substrate 30. A method is disclosed in which the printing surface 40 is formed flat by a method of manufacturing a thermal head in which both are peeled off at the interface with the layer 31.
[0005]
In this thermal head, since the wear-resistant layer 32 is formed on the plane of the substrate 30, the surface that contacts the recording paper such as thermal paper becomes smooth, and no space is formed between the recording paper and the thermal efficiency is improved. To do.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described in the above publication, the thermal head using a resin such as polyimide resin for the heat storage layer 32 and the surface (printing surface) of the wear-resistant layer 32 formed flat has the following problems.
(1) The recording paper is strongly pressed onto the head by a roller. However, if the heat generating portion is planar, including its periphery, the contact surface of the head is relatively expanded, and the pressing pressure against the head is reduced. As a result, it is susceptible to roller deformation and wear.
(2) In order to solve such a problem, if the heat generating portion is formed so as to be raised, the pressing force of the roller is concentrated on the heat generating portion. Since the resin is exposed to a high temperature due to the heat generated in the heat generating portion, it softens, and the surface of the head dents and deforms when used for a long time. As a result, printing becomes unclear.
(3) In order to improve the printing quality, a thermal head that is tough against mechanical deformation stress is required. However, according to the prior art, if the heat generating part is made convex to increase the printing efficiency, Further, it has been impossible to provide a thermal head having a long life due to deformation due to mechanical stress.
[0007]
In view of the above problems, the present invention can exhibit the original characteristics of a thermal head that does not impair the print quality over a long period of time and does not require maintenance, and further achieves pixel miniaturization, large print screen, and high speed. An object of the present invention is to provide a thermal head that can achieve low power consumption.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the thermal head of the present invention is a thermal head comprising a protective layer covering the surface of the heating resistor, and an electrode that is in contact with the heating resistor and forms a heating portion together with the heating resistor.
The surface of the protective layer is formed with a convexly raised printing surface, and the back surface of the heat generating portion is provided with a reinforcing body made of glass that is filled in the back surface of the heat generating portion and melted and re-solidified , and the reinforcing body is a resin. Or it is covered with the support body which consists of resin which mixed the inorganic material powder | flour (Claim 1).
[0009]
In the present invention, in addition to the glass, a rod-like body filled in and fixed to the back surface of the heat generating portion ( Claim 2 ) is used. Moreover, the structure ( Claim 3 ) which provides a heat storage layer between a heat generating part and a reinforcement body or between a reinforcement body and a support body is also employ | adopted.
[0010]
[Action]
In the thermal head of the present invention, since the reinforcing body is embedded in the back surface of the heat generating portion formed in a raised convex shape, the heat generating portion is not deformed by pressing of the roller during printing. In addition, since the reinforcing body is interposed between the heat generating portion and the support made of resin, the degree of the temperature rise of the resin can be reduced, and the support is reinforced by the reinforcing body, so that the head is heated and heated by the roller. Deformation is prevented.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is a cross-sectional view showing an embodiment of a thermal head according to the present invention with respect to a heat generation laminated portion. As shown in FIG. 1 (A), the heat-generating laminated portion includes a protective layer 1 that acts as a wear-resistant layer, a heat-generating resistor 2, a common electrode 3a that is provided on the heat-generating resistor 2 in an overlapping manner, and It is interposed between the individual electrode 3b, the support 4, the heat generating part 5 formed by the electrodes 3a, 3b and the heating resistor 2, and the support 4, thereby preventing the diffusion of substances from the support 4. The barrier layer 8 includes a reinforcing body 9 embedded between the barrier layer 8 and the support 4 on the back surface of the heat generating portion 5.
[0012]
As the protective layer 1, a SiC compound, SiB compound, SiN compound, AlN compound, BN compound, or the like is used. In particular, the surface layer is made of SiB having a small friction coefficient, high hardness, and chemically stable, and the back layer on the side of the heating resistor 2 is made of SiO ₂ having high electrical resistance. This is preferable in terms of ensuring electrical insulation. As a method of forming the protective layer 1, conventionally used methods such as plasma CVD can be employed.
[0013]
As the heating resistor 2, Nb—SiO ₂ , Ni—Cr, Ta, TiO ₂ , BN, or the like can be used. As a method for forming the heating resistor 2, LPCVD (low pressure CVD), plasma CVD, sputtering, or the like can be used.
[0014]
Each heating resistor 2 needs to be etched so as to be formed for each heating dot. As this etching method, dry etching such as RIE (reactive ion etching) is preferably used, but wet etching can also be used. Moreover, as an etcher (reactive gas) for dry etching, SF ₆ , CF ₄ , Cl ₂ , O _{2, and the} like are generally used, and these can be mixed and used.
[0015]
As the electrodes 3a and 3b, one or more kinds of metals such as Al, Cu, Au, Ta, W, and Mo can be used in an overlapping manner. Among them, Al is inexpensive, and can easily obtain adhesion with other layers without the need for a special layer, the process becomes simple, and the electric resistance is low. It is preferable in that it is easy to obtain. As a film forming method, vapor deposition, sputtering, or the like is used.
[0016]
As an etching method for obtaining the patterns of these electrodes 3a and 3b, dry etching can be used, but wet etching is preferably used. As an etchant (etching solution) for wet etching, H ₂ SO ₄ , HNO _{3 and the} like are generally used. In particular, when Al is etched, a mixed solution in which H ₃ PO ₄ , C ₂ H ₄ O ₂ , and HNO ₃ are mixed may be used.
[0017]
Using SiO _2, SiN, or the like in the barrier layer 8. As a film forming method, LPCVD, plasma CVD, sputtering, or the like can be used. As an etching method, either dry etching or wet etching may be used. When wet etching is performed, HF or a mixed solution of HF and NH ₄ F is generally used as an etchant.
[0018]
Glass is used as the reinforcing member 9 . When glass is used for the reinforcing body 9, low-melting glass having a softening point of 450 ° C. or lower (more preferably, a softening point of 400 ° C. or lower) is used as the glass. When Al is used, the electrode can be prevented from being oxidized or altered, and the electrodes 3a and 3b can be used. Moreover, when using low melting glass for the reinforcement body 9, the softening point of the glass used for the reinforcement body 9 is 300 degreeC or more in the meaning which prevents the reinforcement body 9 by the heating in the manufacturing process after formation of the reinforcement body 9. More preferably, it is 350 ° C.
[0019]
When this low melting point glass is used for the reinforcing body 9, as a coating method thereof, a screen printing method or a dispenser is used, and this is baked at 350 ° C. to 400 ° C. As the composition of the lead glass, it is preferable to use, for example, those of _PbO-B 2 _{O 3} -based or _{_PbO-B} 2 O 3 -ZnO system.
[0020]
Further, as the reinforcing body 9, a structure in which a rod-shaped body made of ceramic or glass is fixed by an epoxy resin, an acrylic resin, or the like can be employed.
[0021]
As resin used for the support body 4, heat resistant resin, such as a polyimide resin and an epoxy resin, can be used. Moreover, it is also possible to adjust mechanical strength and heat conductivity by making these resin contain ceramic powders, such as an alumina and a silica, and inorganic powders, such as a metal powder. The support 4 can be a thermal head substrate, and if the support 4 made of resin is provided, it is less expensive than using a ceramic substrate or a glaze substrate. If necessary, this thermal head can be bonded to a heat sink such as Al or Cu.
[0022]
FIG. 2 is a process diagram showing a reference example of a method for manufacturing a thermal head according to the present invention . In this example , first, as shown in FIG. 2A, a groove 7a is formed on the surface of the substrate 7 by grinding and wet etching. The width of the groove 7a was 700 μm and the depth was 300 μm. The groove shape is a rounded trapezoidal shape or an arc shape.
[0023]
Next, as shown in FIG. 2B, the protective layer 1 is formed on the substrate 7 including the groove 7a. As the substrate 7, a 0.7 mm-thick borosilicate glass plate (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., trade name BLC), which is inexpensive and easily available, was used. Further, as the protective layer 1, a SiB layer and a SiO ₂ layer were sequentially formed in an atmosphere of about 400 ° C. by plasma CVD. The thickness of the SiB layer was 7 μm, and the thickness of the SiO ₂ layer was 3 μm.
[0024]
After forming the protective layer 1, as shown in FIG. 2C, an Nb—SiO ₂ layer to be the heating resistor 2 is formed to a thickness of 0.1 μm by sputtering at a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. The individual heating resistors 2 were separated and formed by RIE. The pitch of the heating resistors 2 was 167 μm, and the spacing between the heating resistors 2 was 10 μm. The Nb—SiO ₂ layer is a mixture of metal Nb, Nb silicide, and oxide in an amorphous SiO ₂ layer. After providing the heating resistor 2 in this way, heat treatment may be performed at about 400 ° C. in order to improve the TCR of the heating portion 5.
[0025]
Next, as shown in FIG. 2D, an Al layer as electrodes 3a and 3b is formed by vapor deposition at a temperature of 100 ° C. to a thickness of 0.5 μm, and H ₃ PO ₄ , C ₂ H ₄ O ₂ , HNO ₃ was used as an etchant, and a common electrode 3a and an individual electrode 3b were formed by overlapping a part of them on the heating resistor 2.
[0026]
Next, as shown in FIG. 2E, a SiO ₂ layer as the barrier layer 8 was formed to a thickness of 0.3 μm by LPCVD. Then, the barrier layer 8 was formed by etching the formed SiO ₂ layer using HF as an etchant.
[0027]
Next, as shown in FIG. 2 (F), in order to form the reinforcing body 9, a paste in which silica particles are mixed with a binder is applied along the recesses on the back surface of the heat generating portion 5 and baked at 150 ° C. for 2 hours. Thus, a reinforcing body 9 in which the particles are consolidated is obtained.
[0028]
Next, as shown in FIG. 2G, the support 4 was formed by applying a paste containing a polyimide resin and curing it at 350 ° C. for 2 hours.
[0029]
Thereafter, the portion below the substrate 7 was covered with an etching resist and immersed in HF solution to dissolve the substrate 7. Thereby, as shown in FIG. 2 (H), the protective layer 1 having a smooth surface formed on the substrate 7 can be exposed. When the substrate 7 is removed, the substrate 7 is removed by mechanical grinding to a depth before reaching the protective layer 1 of the substrate 7, and then the substrate 7 is not deepened until reaching the protective layer 1 or until the entire substrate 7 is removed. By performing wet etching with a liquid or the like, the substrate 7 can be efficiently removed.
[0030]
Further, the substrate 7 may be removed so that the printing surface 1 corresponding to the heat generating portion 5 of the protective layer 1 is exposed as shown in FIG. If the substrate 7 is left in this way, the strength of the thermal head can be increased.
[0031]
FIG. 3 is a perspective view showing the thermal head having the reinforcing member 9 together with the roller 10 and the recording paper 11, and the reinforcing member 9 is arranged in an elongated shape under the region where the heat generating portions 5 are arranged in a horizontal row. By providing the groove-like depression on the back surface of the raised heat generating part 5 as the reinforcing body 9 made of ceramic or glass, the pressing force by the roller 10 is dispersed in the longitudinal direction of the reinforcing body 9. Thereby, the intensity | strength of a heat-generation laminated part can be improved, and even when hard particles, such as sand, are bitten, damage can be avoided. Further, it is not deformed by the pressing pressure of the roller. Therefore, a clear print can be made. The reinforcing body 9 reinforces even when the temperature of the heat generating part rises and the resin softens the support 4.
[0032]
In addition, since the heat generating portion 5 is formed so as to rise up in a convex shape, the heat generating portion is intensively pressed against the recording paper, and it is not necessary to apply useless pressing pressure, thereby simplifying the roller pressing structure. it can. Further, since the heat generating portion 5 is formed in a convex shape, the convex portion serves as a rib to increase the strength of the thermal head, and the bending in the longitudinal direction can be reduced. Further, if the substrate 7 is left as shown in FIG. 1B, the strength of the thermal head is further increased.
[0033]
FIG. 4A shows an example of a mounting structure of the driving IC 12 in the thermal head of the present invention. In this example, the driving IC is flip-chip between the individual electrode 3b formed on the back surface of the protective layer 1 and the connection electrode 13. The drive IC 12 is disposed on the back surface of the print surface 6 by being connected by bonding and embedded in the support 4 made of resin. The connection electrode 13 is connected to the external connection portion 14.
[0034]
Thus, since the driving IC 12 is arranged on the opposite side of the printing surface, the printing surface 6 and the printing surface 6 can be prevented from coming into contact with the recording paper 11 as in the conventional structure in which the driving IC is provided on the same surface as the printing surface 6. There is no need to separate the drive IC 12 from the drive IC 12, and the thermal head can be downsized. Further, there is no contact between the drive IC 12 and its external connection electrode 13 and the recording paper 11 and the like, and it is possible to eliminate the risk of occurrence of problems such as disconnection or short circuit of the electric system. In addition, since the support 4 made of resin can be used for fixing the driving IC 9, the number of parts and the number of processes can be reduced.
[0035]
In addition, this miniaturization can increase the number of thermal heads obtained from one collective substrate. As a result, a large number of films can be formed at one time, and the thermal head manufacturing efficiency can be improved. The cost of the thermal head can be reduced.
[0036]
In the reference example of FIG. 2, an inexpensive glass plate is used as the base 7, and the protective layer 1 is directly formed on a temporary substrate. After the formation of each layer on the base 7 and the mounting of the driving IC 12, The base 7 is removed by dissolving, but when an expensive plate material is used as the base 7, a sacrificial layer such as MgO is formed on the base 7, and the layers are formed as described above, and the driving IC is formed. After fixing, the sacrificial layer may be dissolved with phosphoric acid or the like to peel off the substrate 7 from the heat-generating laminated portion 2 and the substrate 7 may be reused.
[0037]
Further, the electrodes 3a, 3b, and 13 may be formed before the formation of the heating resistor 2, instead of being formed after the heating resistor 2 is formed.
[0038]
FIG. 4B is a cross-sectional view showing another embodiment of the thermal head of the present invention with respect to the heat generating laminated portion. In this embodiment, the barrier layer 8 is formed in a limited region immediately below the heat generating portion 5. In addition, a heat storage layer 15 as a partial glaze layer made of low-melting glass is provided, and the reinforcing body 9 is provided thereunder. As described above, by combining the heat storage layer 15 having a suitable material and thickness for the reinforcing body 9, the heat storage performance can be selected appropriately. The heat storage layer 15 may be provided on the back side of the reinforcing body 9.
[0039]
FIG. 5A is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, a rod-shaped reinforcing body 9 as shown in FIG. 5 is fixed to the groove-like portion. The same effect can be obtained by this embodiment.
[0040]
【The invention's effect】
According to the first and second aspects, since the reinforcing body is embedded in the back surface of the heat generating portion, the strength of the thermal head can be improved in combination with the fact that the heat generating portion is formed in a convex shape. Can provide a thermal head with high strength.
[0041]
Also, since the printing surface is prevented from being deformed by pressing the roller, the printing quality is not impaired over a long period of time, and it does not deform even if the printing surface rises and presses strongly, making contact with the recording paper in a small area. As a result, the pixels can be miniaturized, and the screen can be enlarged, the speed can be increased, and the power consumption can be reduced.
[0042]
According to the third aspect , in addition to the effects of the first and second aspects, by combining the heat storage layer with the reinforcing body, it is possible to obtain an effect that it is easy to obtain a thermal head having a heat storage action corresponding to a product.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a sectional view showing an embodiment of a thermal head according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view showing another embodiment of the thermal head of the present invention.
FIGS. 2A to 2H are diagrams showing a reference example of the manufacturing process of the thermal head of the present invention .
3A is a perspective view of the thermal head of the embodiment of FIG. 1A. FIG.
4A is a cross-sectional view showing an arrangement example of drive ICs in the embodiment of FIG. 1A, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing another embodiment of the thermal head of the present invention.
5A is a sectional view showing another embodiment of a thermal head according to the present invention, and FIG. 5B is a perspective view showing an example of a reinforcing member used in the thermal head of FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a conventional thermal head.
[Explanation of symbols]
1: protective layer, 2: heat generating resistor, 3a: common electrode, 3b: individual electrode, 4: support, 5: heat generating part, 6: printing surface, 7: substrate, 7a: groove, 8: barrier layer, 9 : Reinforcing body, 10: Roller, 11: Recording paper, 12: Drive IC, 13: Electrode, 14: External connection part, 15: Heat storage layer, 16: Adhesive

Claims

発熱抵抗体の表面を覆う保護層と、発熱抵抗体に接して発熱抵抗体と共に発熱部を形成する電極とを備えたサーマルヘッドにおいて、
保護層の表面でなる印字面が凸状に盛り上がって形成され、かつ発熱部の裏面には発熱部の裏面に充填し溶融再固化されたガラスからなる補強体が設けられ、補強体が、樹脂または無機材質粉を混入した樹脂でなる支持体により覆われている
ことを特徴とするサーマルヘッド。In a thermal head comprising a protective layer covering the surface of the heating resistor, and an electrode that is in contact with the heating resistor and forms a heating portion together with the heating resistor,
The surface of the protective layer is formed with a convexly raised printing surface, and the back surface of the heat generating portion is provided with a reinforcing body made of glass that is filled in the back surface of the heat generating portion and melted and solidified , and the reinforcing body is a resin. Alternatively, a thermal head characterized by being covered with a support made of a resin mixed with inorganic powder.

請求項１において、
前記補強体として、前記ガラスの代わりに発熱部の裏面に充填し固定された棒状体を用いた
ことを特徴とするサーマルヘッド。In claim 1,
As the reinforcing body , a rod-shaped body filled and fixed on the back surface of the heat generating portion is used instead of the glass .

請求項１または２において、
発熱部と補強体との間または補強体と支持体との間に蓄熱層を設けた
ことを特徴とするサーマルヘッド。 In claim 1 or 2 ,
A thermal head, characterized in that a heat storage layer is provided between the heat generating part and the reinforcing body or between the reinforcing body and the support.