JP5273786B2 - Thermal head, printer, and thermal head manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermal head, a printer, and a method for manufacturing a thermal head.
従来、小型ハンディターミナルに代表される小型情報機器端末に多く搭載されるサーマルプリンタに用いられ、印画データに基づいて複数の発熱素子を選択的に駆動することによって感熱記録媒体に印画を行うためのサーマルヘッドが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, it is used in thermal printers that are often mounted on small information equipment terminals represented by small handy terminals, and for performing printing on a thermal recording medium by selectively driving a plurality of heating elements based on printing data. A thermal head is known (see, for example, Patent Document 1).
サーマルヘッドの高効率化においては、発熱抵抗体の発熱部の下層に断熱層を形成する方法がある。発熱部の下層に断熱層を形成することにより、発熱抵抗体で発生した熱量のうち、発熱部上方の耐摩耗層に伝達される上方伝達熱量の方が発熱部下方の蓄熱層に伝達される下方伝達熱量よりも大きくなるので、印字時に必要とされるエネルギー効率が良好となる。特許文献1に記載のサーマルヘッドは、発熱抵抗体の発熱部の下方の層に空洞部が設けられており、この空洞部を中空断熱層として機能させることで、下方電熱量より上方電熱量を大きくしエネルギー効率の向上を図っている。 In order to increase the efficiency of the thermal head, there is a method in which a heat insulating layer is formed under the heating portion of the heating resistor. By forming a heat insulating layer under the heat generating part, the amount of heat transmitted to the wear-resistant layer above the heat generating part out of the amount of heat generated by the heat generating resistor is transferred to the heat storage layer below the heat generating part. Since it becomes larger than the downward heat transfer amount, the energy efficiency required at the time of printing becomes good. In the thermal head described in Patent Document 1, a cavity is provided in a layer below the heat generating part of the heating resistor, and by making this cavity function as a hollow heat insulating layer, the amount of electric heat above the amount of electric heat below is reduced. Enlarging the energy efficiency.
また、サーマルヘッドを搭載するプリンタにおいては、プラテンローラにより、所定の押圧力で感熱紙が発熱部上方の耐摩耗層表面のヘッド部分に押し付けられるようになっている。そのため、サーマルヘッドは、上述したように印字品質を向上させる発熱効率が求められるとともに、プラテンローラによる押圧力に耐える強度が求められている。 Further, in a printer equipped with a thermal head, the thermal paper is pressed against the head portion on the surface of the wear-resistant layer above the heat generating portion with a predetermined pressing force by a platen roller. Therefore, the thermal head is required to have a heat generation efficiency that improves the printing quality as described above, and to have a strength that can withstand the pressing force of the platen roller.
しかしながら、従来のサーマルヘッドでは、基板の断熱性能を高くするために空洞部を大きくして発熱抵抗体と空洞部との間の蓄熱層の厚さを薄くすると、発熱抵抗体に外部荷重が加わった場合に蓄熱層に過大なたわみが生じる。そして、たわみによる引っ張り応力がガラスの破壊応力以上になると、蓄熱層が破損するという不都合がある。また、プラテンローラの押圧力により、蓄熱層に大きなたわみが生じると、感熱紙と前記ヘッド部分との接触状態が悪くなって接触圧力が低下し、感熱紙に熱が伝わりにくくなるという問題がある。 However, in the conventional thermal head, if the cavity is enlarged to reduce the thickness of the heat storage layer between the heating resistor and the cavity in order to increase the heat insulation performance of the substrate, an external load is applied to the heating resistor. In this case, excessive deflection occurs in the heat storage layer. And when the tensile stress by bending becomes more than the fracture stress of glass, there exists a problem that a thermal storage layer will be damaged. In addition, when a large deflection occurs in the heat storage layer due to the pressing force of the platen roller, there is a problem that the contact state between the thermal paper and the head portion is deteriorated, the contact pressure is lowered, and heat is not easily transmitted to the thermal paper. .
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱効率の向上と外部荷重に対する強度の向上とを実現させたサーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermal head, a printer, and a method for manufacturing a thermal head that achieves improvement in heat generation efficiency and improvement in strength against an external load. .
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、表面に凹部を有する基板と、該基板の前記表面に接合された蓄熱層と、該蓄熱層上の前記基板の前記凹部に対向する領域に設けられた複数の発熱抵抗体とを備え、前記凹部が、前記複数の発熱抵抗体が対向する大きさを有し、前記凹部により前記基板と前記蓄熱層との間に形成された空洞部の内部に、前記発熱抵抗体が所定以上の荷重によって加圧されたときに前記蓄熱層に接触して該蓄熱層のたわみを制限するたわみ制限部が設けられているサーマルヘッドを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention includes a substrate having a recess on a surface, a heat storage layer bonded to the surface of the substrate, and a plurality of heating resistors provided in a region facing the recess of the substrate on the heat storage layer. The recess has a size such that the plurality of heating resistors face each other, and the heating resistor is not less than a predetermined amount inside a hollow portion formed between the substrate and the heat storage layer by the recess. There is provided a thermal head provided with a deflection limiting portion that comes into contact with the heat storage layer when pressed by the load of the heat storage layer and limits the deflection of the heat storage layer.
本発明によれば、空洞部が中空断熱層として機能し、発熱抵抗体で発生した熱が蓄熱層を介して基板へ伝わるのを抑制することができる。これにより、発熱抵抗体の上方へと伝導されて印字等に利用される熱量が大きくなり、発熱効率の向上を図ることができる。
また、発熱抵抗体に過度の荷重が作用した場合には、たわみ制限部が蓄熱層に接触することにより蓄熱層のたわみを制限する。これにより、蓄熱層の破損を防ぐことができる。
According to the present invention, the cavity functions as a hollow heat insulating layer, and it is possible to suppress the heat generated in the heating resistor from being transmitted to the substrate through the heat storage layer. As a result, the amount of heat that is conducted to the upper side of the heating resistor and used for printing or the like increases, and the heat generation efficiency can be improved.
In addition, when an excessive load is applied to the heating resistor, the deflection limiting portion limits the deflection of the heat storage layer by contacting the heat storage layer. Thereby, damage to the heat storage layer can be prevented.
上記発明においては、前記たわみ制限部が、前記空洞部の底面から前記蓄熱層に向かって突出する形状に形成され、該蓄熱層との間に該蓄熱層が弾性変形の範囲内で接触可能な範囲内の隙間を有することとしてもよい。 In the above invention, the deflection limiting portion is formed in a shape protruding from the bottom surface of the hollow portion toward the heat storage layer, and the heat storage layer can contact the heat storage layer within a range of elastic deformation. It is good also as having the clearance gap within the range.
このように構成することで、蓄熱層にたわみが生じた場合に、蓄熱層がたわみ制御部に接触し蓄熱層の変形を弾性変形の範囲内にとどめることができる。また、たわみ制御部が、常時は蓄熱層との間に隙間を有することで、高い断熱性能を維持することができる。なお、たわみ制御部は、柱状に突出する形状であってもよいし、壁状に突出する形状であってもよい。 By comprising in this way, when a deflection | deviation arises in a thermal storage layer, a thermal storage layer can contact a deflection | deviation control part, and can suppress the deformation | transformation of a thermal storage layer within the range of elastic deformation. Moreover, a high heat insulation performance can be maintained because a deflection | deviation control part always has a clearance gap between heat storage layers. The deflection control unit may have a columnar shape or a wall shape.
また、上記発明においては、前記たわみ制御部と前記蓄熱層との間の前記隙間が約0.1μm以上約1μm以下であり、前記凹部の開口を塞ぐ前記蓄熱層の厚さが約10μm以下であることとしてもよい。 In the above aspect, wherein the gap between the deflection control unit the heat storage layer is less than about 0.1 [mu] m or more to about 1 [mu] m, or less thickness of about 10μm of the heat storage layer for closing the opening of the recess It is good also as being.
また、上記発明においては、前記基板の前記表面における前記凹部の周縁が該凹部の内方に向かって前記蓄熱層から漸次離れる方向に湾曲する曲面形状を有していることとしてもよい。
このように構成することで、凹部の開口を塞ぐ蓄熱層に外部荷重がかかってたわみが生じた場合に、基板表面の凹部周辺において蓄熱層にかかる応力集中を緩和することができる。
Moreover, in the said invention, it is good also as having the curved surface shape which the periphery of the said recessed part in the said surface of the said board | curve curves in the direction which leaves | separates gradually from the said thermal storage layer toward the inner side of this recessed part.
By configuring in this way, when an external load is applied to the heat storage layer that closes the opening of the recess and bending occurs, stress concentration applied to the heat storage layer in the vicinity of the recess on the substrate surface can be reduced.
本発明は、上記本発明のサーマルヘッドと、概サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に印刷対象物を押し付ける加圧機構とを備えるプリンタを提供する。 The present invention provides a printer comprising the thermal head of the present invention and a pressurizing mechanism that presses an object to be printed against the heating resistor of the general thermal head.
本発明によれば、サーマルヘッドの発熱効率が高く、印刷物への印字時の消費電力を低減させることができる。また、たわみ制御部により、加圧機構の押圧力による蓄熱層のたわみを制限することで、蓄熱層の破損を防ぐとともに発熱抵抗体を印刷対象物に確実に接触させて熱を伝えることができる。したがって、少ない電力で印字品質に優れた印刷を行うことができる。 According to the present invention, the heat generation efficiency of the thermal head is high, and the power consumption during printing on printed matter can be reduced. Further, by limiting the deflection of the heat storage layer due to the pressing force of the pressurizing mechanism by the deflection control unit, it is possible to prevent the heat storage layer from being damaged and to reliably bring the heating resistor into contact with the printing object and to transmit heat. . Therefore, it is possible to perform printing with excellent print quality with less power.
本発明は、基板の表面に、底面に突出部を有し、複数の発熱抵抗体を対向させる大きさの凹部を形成する凹部形成工程と、該凹部形成工程により前記凹部が形成された前記基板の表面に蓄熱層を熱融着する接合工程と、前記蓄熱層上に前記凹部に対向して複数の発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成工程とを備え、前記接合工程が、前記熱融着時に前記凹部内のガスの膨張と前記基板および前記蓄熱層の軟化とを利用して、前記突出部と前記蓄熱層との間に隙間を形成するサーマルヘッドの製造方法を提供する。 The present invention, the substrate on the surface of the substrate, have a protrusion on the bottom surface, a concave portion forming step of forming a recess sized to face the plurality of heating resistors of, the said recess by the concave portion forming step is formed And a heat generating resistor forming step of forming a plurality of heat generating resistors on the heat storage layer so as to oppose the concave portions, and the bonding step includes the heat melting layer. There is provided a method for manufacturing a thermal head in which a gap is formed between the protruding portion and the heat storage layer by utilizing expansion of gas in the recess and softening of the substrate and the heat storage layer during wearing.
本発明によれば、接合工程において、凹部形成工程により形成された基板の凹部が蓄熱層によって覆われることで、基板と蓄熱層との間に空洞部が形成される。この空洞部は中空断熱層として機能し、発熱抵抗体の発熱部で発生した熱が蓄熱層を介して基板へ伝わるのを抑制するので、エネルギー効率の高いサーマルヘッドを製造することができる。また、凹部の深さにより空洞部の厚さが決定されるので、中空断熱層の厚さを容易に制御することができる。 According to the present invention, in the bonding step, the concave portion of the substrate formed by the concave portion forming step is covered with the heat storage layer, so that a cavity is formed between the substrate and the heat storage layer. This hollow portion functions as a hollow heat insulating layer and suppresses heat generated in the heat generating portion of the heat generating resistor from being transmitted to the substrate through the heat storage layer, so that a thermal head with high energy efficiency can be manufactured. Moreover, since the thickness of the cavity is determined by the depth of the recess, the thickness of the hollow heat insulating layer can be easily controlled.
また、接合工程において、基板と蓄熱層との熱融着時に突出部と蓄熱層との間に隙間を形成することで、隙間を形成するための特別な工程を省くことができる。したがって、作製工程数を減らし、サーマルヘッドの製造を簡略化することができる。 Further, in the joining step, a special step for forming the gap can be omitted by forming the gap between the protruding portion and the heat storage layer at the time of thermal fusion between the substrate and the heat storage layer. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced and the manufacture of the thermal head can be simplified.
上記発明においては、前記接合工程が、前記蓄熱層の弾性変形の範囲内で前記蓄熱層が前記突出部に接触するように前記隙間を形成することとしてもよい。
このように構成することで、蓄熱層の破損を防止するサーマルヘッドを製造することができる。
In the said invention, the said joining process is good also as forming the said clearance gap so that the said thermal storage layer may contact the said protrusion part within the range of the elastic deformation of the said thermal storage layer.
By comprising in this way, the thermal head which prevents the damage of a thermal storage layer can be manufactured.
また、上記発明においては、前記接合工程が、前記基板の前記表面における前記凹部の周辺を該凹部の内方に向かって前記蓄熱層から漸次離れる方向に湾曲する曲面形状を形成することとしてもよい。 In the invention described above, the bonding step may form a curved shape that curves around the recess on the surface of the substrate in a direction gradually away from the heat storage layer toward the inside of the recess. .
このように構成することで、凹部の開口を塞ぐ蓄熱層に外部荷重がかかりたわみが生じても、基板表面の凹部周辺において蓄熱層にかかる応力集中が緩和されるサーマルヘッドを製造することができる。 With this configuration, it is possible to manufacture a thermal head in which stress concentration applied to the heat storage layer is reduced in the vicinity of the recess on the surface of the substrate even when the heat storage layer that closes the opening of the recess is bent due to an external load. .
本発明によれば、発熱効率の向上と外部荷重に対する強度の向上とを実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that improvement in heat generation efficiency and improvement in strength against an external load can be realized.
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係るプリンタ10およびサーマルヘッド1について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ10は、図1に示すように、本体フレーム11と、水平配置されるプラテンローラ13と、プラテンローラ13の外周面に対向配置されるサーマルヘッド1と、サーマルヘッド1を支持している放熱板15と(図3参照)、プラテンローラ13とサーマルヘッド1との間に感熱紙12等の印刷対象物を送り出す紙送り機構17と、サーマルヘッド1を感熱紙12に対して所定の押圧力で押し付ける加圧機構19とを備えている。
[First Embodiment]
Hereinafter, a
As shown in FIG. 1, the
プラテンローラ13は、加圧機構19の作動により、サーマルヘッド1および感熱紙12が押し付けられるようになっている。これにより、プラテンローラ13の荷重が感熱紙12を介してサーマルヘッド1に加えられるようになっている。
放熱板15は、例えば、アルミ等の金属、樹脂、セラミックスまたはガラス等からなる板状部材であり、サーマルヘッド1の固定および放熱を目的とするものである。
The
The
サーマルヘッド1は、図2(a)に示すように板状をなしており、図2(b)および図3(図2(a)のB−B矢視断面図)に示すように、放熱板15に固定されている矩形状の支持基板(基板)3と、支持基板3の表面に接合された蓄熱層5と、蓄熱層5上に設けられた複数の発熱抵抗体7と、発熱抵抗体7に接続された電極部8A,8Bと、発熱抵抗体7および電極部8A,8Bを覆い磨耗や腐食から保護する保護膜9とを有している。なお、図2(a)において、矢印Yは、紙送り機構17による感熱紙12の送り方向を示している。
The thermal head 1 has a plate shape as shown in FIG. 2A, and as shown in FIG. 2B and FIG. 3 (cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2A), heat dissipation. A rectangular support substrate (substrate) 3 fixed to the
支持基板3は、例えば、300μm〜1mm程度の厚さを有するガラス基板やシリコン基板等の絶縁性の基板である。支持基板3の蓄熱層5側の表面には、長手方向に延びる矩形状の凹部2が形成されている。なお、凹部2の深さを符号Dとする。
凹部2には、図4(図2(a)のC−C矢視断面図)に示すように、底面の略中央付近に開口部に向かって突出する柱状の突出部(制限部)2Aが設けられている。突出部2Aの先端は略平坦な形状に形成されている。
The
As shown in FIG. 4 (cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 2A), the
蓄熱層5は、厚さ5〜50μm程度の薄板ガラスによって構成されている。厚さ約10μm以下がより好ましい。この蓄熱層5と支持基板3とは陽極接合によって接合されている。
The
支持基板3と蓄熱層5との間には、支持基板3の凹部2が蓄熱層5によって覆われることにより空洞部(以下、空洞部を「中空断熱層」という。)4が形成されている。中空断熱層4は、蓄熱層5から支持基板3への熱の流入を抑制する断熱層として機能するものであり、全ての発熱抵抗体7に対向する連通構造を有している。空洞部を断熱層として機能させることで、発熱抵抗体7で発生した熱が蓄熱層5を介して支持基板3へ伝わるのを抑制することができる。これにより、発熱抵抗体7の上方へと伝導されて印字等に利用される熱量が大きくなり、発熱効率の向上が図られるようになっている。
Between the
この中空断熱層4の内部には、突出部2Aの先端と蓄熱層5との間に隙間Gが空けられている。隙間Gは、蓄熱層5が弾性変形の範囲内で突出部2Aの先端に接触可能な範囲内の大きさであり、例えば、約0.1μm以上約1μm以下が好ましい。これにより、図5に示すように、プラテンローラ13の押圧力等により、発熱抵抗体7が所定以上の荷重によって加圧されたときに、蓄熱層5が破損することなく突出部2Aに接触して支持されるようになっている。
Inside the hollow
発熱抵抗体7は、蓄熱層5の上端面において、それぞれ凹部2を幅方向に跨ぐように設けられ、凹部2の長手方向に所定の間隔をあけて配列されている。すなわち、各発熱抵抗体7は、蓄熱層5を挟んで中空断熱層4に対向して設けられ、中空断熱層4上に位置するように配置されている。
The
電極部8A,8Bは、発熱抵抗体7を発熱させるためのものであり、各発熱抵抗体7の配列方向に直交する方向の一端に接続される共通電極8Aと、各発熱抵抗体7の他端に接続される個別電極8Bとから構成されている。共通電極8Aは、全ての発熱抵抗体7に一体的に接続されている。
The
個別電極8Bに選択的に電圧を印加すると、選択された個別電極8Bとこれに対向する共通電極8Aとが接続されている発熱抵抗体7に電流が流れて発熱抵抗体7が発熱するようになっている。この状態で、加圧機構19の作動により、発熱抵抗体7の発熱部分を覆う保護膜9の表面部分(印字部分)に感熱紙12を押し付けることで、感熱紙12が発色して印字されるようになっている。
When a voltage is selectively applied to the
なお、各発熱抵抗体7のうち実際に発熱する部分(以下、発熱部分を「発熱部7A」という。)は、発熱抵抗体7に電極部8A,8Bが重なっていない部分、すなわち、発熱抵抗体7のうち共通電極8Aの接続面と個別電極8Bの接続面との間の領域であって、中空断熱層4のほぼ真上に位置する部分である。
Note that the portion of each
以下、このように構成されたサーマルヘッド1の製造方法A(以下、単に「製造方法A」という。)について説明する。
まず、図6(a)に示すように、支持基板3の表面において、発熱抵抗体7を形成する領域に対向するように、凹部2と凹部2の底面から開口部に向かって突出する突出部2Aとを形成する。
Hereinafter, a manufacturing method A (hereinafter simply referred to as “manufacturing method A”) of the thermal head 1 configured as described above will be described.
First, as shown in FIG. 6A, the
凹部2は、例えば、支持基板3の一面に、サンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工等を施すことによって形成する。
支持基板3にサンドブラストによる加工を施す場合には、支持基板3の一面にフォトレジスト材を被服し、フォトレジスト材を所定パターンのフォトマスクを用いて露光して、凹部2を形成する領域以外の部分を固化させる。
The
When the
その後、支持基板3の一面を洗浄して固化していないフォトレジスト材を除去することで、凹部2を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスク(図示略)が得られる。この状態で、支持基板3の一面にサンドブラストを施し、深さDの凹部2を形成する(凹部形成工程)。凹部2の深さDは、例えば、10μm以上で、支持基板3の厚さの半分以下とするのが好ましい。
Thereafter, one surface of the
また、ドライエッチングやウェットエッチング等のエッチングによる加工を施す場合には、上記サンドブラストによる加工と同様に、支持基板3の表面に凹部2を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを形成し、この状態で、支持基板3の一面にエッチングを施すことで、深さDの凹部2を形成する。
When processing by etching such as dry etching or wet etching is performed, an etching mask in which an etching window is formed in a region where the
このエッチング処理には、例えば、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングのほか、リアクティブイオンエッチング(RIE)やプラズマエッチング等のドライエッチングが用いられる。なお、参考例として、基板が単結晶シリコンの場合には、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液、KOH溶液、または、フッ酸と硝酸の混合液等のエッチング液等によるウェットエッチングが行われる。 For this etching process, for example, dry etching such as reactive ion etching (RIE) or plasma etching is used in addition to wet etching using a hydrofluoric acid-based etching solution or the like. As a reference example, when the substrate is single crystal silicon, wet etching is performed using an etching solution such as a tetramethylammonium hydroxide solution, a KOH solution, or a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid.
次に、支持基板3の一面からエッチングマスクを全て除去した後、図6(b)に示すように、突出部2Aの高さを低くする(隙間形成工程)。加工法としては、例えば、研磨などが用いられる。
Next, after all of the etching mask is removed from one surface of the
続いて、図6(c)のように、凹部形成工程により凹部2が形成された支持基板3の一面に、厚さ5μm〜100μmの薄板ガラスを接合して蓄熱層5を形成する(接合工程)。支持基板3と薄板ガラスとは接着剤により接着する。なお、接着層を用いずに、熱融着による直接接合により接合することとしてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, a
支持基板3の表面が蓄熱層5によって覆われることで、すなわち、凹部2の開口部が薄板ガラスによって覆われることで、支持基板3と蓄熱層5との間に空洞部(中空断熱層)4が形成される。凹部2の深さDにより空洞部の厚さが決定されるので、中空断熱層4の厚さを容易に制御することができる。
また、中空断熱層4の内部には、突出部2Aと蓄熱層5との間に隙間Gが形成される。
When the surface of the
In addition, a gap G is formed between the
ここで、薄板ガラスとして100μm以下の厚さのものは、製造やハンドリングが困難であり、また、高価である。そこで、当初から薄い薄板ガラスを直接支持基板3に接合する代わりに、製造やハンドリングが容易な厚さの薄板ガラスを支持基板3に接合し(図6(c)参照)、その後、図6(d)に示すように、この薄板ガラスをエッチングや研磨等によって所望の厚さとなるように加工を追加してもよい(薄板化工程)。このようにすることで、支持基板3の一面に容易かつ安価にごく薄い蓄熱層5を形成することができる。
Here, the thin glass having a thickness of 100 μm or less is difficult to manufacture and handle, and is expensive. Therefore, instead of directly bonding the thin glass sheet directly to the
なお、薄板ガラスのエッチングには、上記のように凹部2の形成に採用される各種エッチングを用いることができる。また、薄板ガラスの研磨には、例えば、半導体ウェーハ等の高精度研磨に用いられるCMP(ケミカルメカニカルポリッシング)等を用いることができる。
In addition, various etching employ | adopted for formation of the recessed
次に、図7(a)〜図7(c)に示すように、蓄熱層5上に発熱抵抗体7、共通電極8A、個別電極8B、および、保護膜9を順次形成する(発熱抵抗体形成工程等)。これら発熱抵抗体7、共通電極8A、個別電極8B、および、保護膜9は、従来のサーマルヘッドにおける公知の製造方法を用いて作製することができる。
Next, as shown in FIGS. 7A to 7C, the
具体的には、発熱抵抗体形成工程においては、スパッタリングやCVD(化学気相成長法)、または、蒸着等の薄膜形成法を用いて蓄熱層5上にTa系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料の薄膜を成膜する。発熱抵抗体材料の薄膜をリフトオフ法やエッチング法等を用いて成形することにより、所望の形状の発熱抵抗体7が形成される。
Specifically, in the heating resistor forming step, a Ta-based or silicide-based heating resistor is formed on the
続いて、発熱抵抗体形成工程と同様に、蓄熱層5上にAl、Al−Si、Au、Ag、Cu、Pt等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜する。そして、この膜をリフトオフ法やエッチング法を用いて形成したり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成したりするなどして、所望の形状の共通電極8Aおよび個別電極8Bを形成する。なお、発熱抵抗体7、共通電極8A、および、個別電極8Bを形成する順序は任意である。
Subsequently, a wiring material such as Al, Al—Si, Au, Ag, Cu, and Pt is formed on the
発熱抵抗体7および電極部8A,8Bにおけるリフトオフもしくはエッチングのためのレジスト材のパターニングでは、フォトマスクを用いて、フォトレジスト材をパターンニングする。
In patterning the resist material for lift-off or etching in the
発熱抵抗体7、共通電極8Aおよび個別電極8Bを形成した後、蓄熱層5上にSiO2、Ta2O5、SiAlON、Si3N4、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、CVD法等により成膜して、保護膜9を形成する。これにより、図1に示されるサーマルヘッド1が製造される。
After forming the
次に、本実施形態に係るサーマルプリンタ10におけるサーマルヘッド1に作用するプラテンローラ13の荷重と外部荷重に対する蓄熱層5の強度との関係について説明する。
感熱紙12と接触する発熱抵抗体7上の保護膜9の表面(図示略、以下「ヘッド面」という。)には、プラテンローラ13の押圧力により、ほぼ一様な面荷重が加わる。この面荷重によって中空断熱層4上の蓄熱層5にたわみが生じる。蓄熱層5のたわみ量(沈み込む変位)は、保護膜9側から見て、中空断熱層4の中央付近で最大となる。
Next, the relationship between the load of the
A substantially uniform surface load is applied to the surface of the protective film 9 (not shown, hereinafter referred to as “head surface”) on the
また、上記ヘッド面には、微小な粒子による点荷重が加わることがある。点荷重が中空断熱層4の中央付近の一箇所に集中すると、蓄熱層5のたわみはさらに大きくなり、この部分の蓄熱層5表面の引っ張り応力が非常に大きくなる。
Further, a point load due to fine particles may be applied to the head surface. When the point load is concentrated at one place near the center of the hollow
通常の印字状態では、プラテンローラ13によりヘッド面に加わる荷重は面荷重であり、発熱抵抗体7を支える蓄熱層5のたわみ量は比較的小さい。したがって、蓄熱層5に多少のたわみが生じたとしても、隙間Gが空けられていることで蓄熱層5と突出部2Aが接触せず、サーマルヘッド1は高い断熱性能を維持することができる。
In a normal printing state, the load applied to the head surface by the
しかしながら、ヘッド面に大きな荷重、特に点荷重が加わった場合には、蓄熱層5に比較的大きなたわみが生じる。このような場合、蓄熱層5は弾性変形の範囲内で突出部2Aに接触する。これにより、蓄熱層5が弾性変形の範囲を超えて変形しないように、すなわち、引っ張り応力がガラスの破壊応力を越えないように蓄熱層5のたわみを制限し、蓄熱層5の破損を防ぐことができる。
However, when a large load, particularly a point load, is applied to the head surface, a relatively large deflection occurs in the
以上説明したように、本実施形態に係るプリンタ10およびサーマルヘッド1によれば、中空断熱層5のたわみを制限する突出部2Aによって外部荷重に対する蓄熱層5の強度を大きくすることで、蓄熱層5の厚さを薄くすることが出来き、発熱効率の向上を図ることができる。さらに、突出部2Aと蓄熱層5との隙間Gを1μm以下にすることで、外部荷重に対する蓄熱層5の強度を格段に大きくすることができる。したがって、10μm以下の厚さの蓄熱層5でも十分な強度を得ることができる。これにより、発熱効率の向上と外部荷重に対する強度の向上とを実現することができる。
As described above, according to the
また、突出部2Aを柱形状にすることで、蓄熱層5と突出部2Aとが接触したときの接触面積を比較的小さくし、発熱効率の低下を抑えることができる。
また、サーマルヘッド1の発熱効率が高いので、感熱紙12への印字時の消費電力を低減させることができる。また、また、ヘッド面が極端な凹形状になることもなく、感熱紙12とヘッド面との当りを良くすることができる。したがって、少ない電力で印字品質に優れた印刷を行うことができる。
Moreover, by making the
Moreover, since the heat generation efficiency of the thermal head 1 is high, power consumption during printing on the
なお、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、中空断熱層4の内部に1本の柱形状の突出部2Aを設けることとしたが、第1の変形例に係るサーマルヘッド101は、図8(a),(b)に示すように、複数の突出部102Aを各発熱部7A間にそれぞれ配置することとしてもよい。
Note that the present embodiment can be modified as follows.
For example, in the present embodiment, one
広範囲にわたって配置した複数の突出部102Aによって蓄熱層5のたわみを制限することで、外部荷重に対する蓄熱層5の強度を向上させることができる。また、突出部102Aを各発熱部7A間に配置することで、不均等に配置した場合と比較して各発熱部7Aの発熱効率の均一化および中空断熱層4の断熱性能の均一化を図ることができる。
By restricting the deflection of the
また、第2の変形例に係るサーマルヘッド201は、図9(a)〜図11に示すように、凹部2を長手方向の略中間付近で分割するように、底面から開口部に向かって壁状に突出する突出部202Aを備えることとしてもよい。このようにすることで、柱形状の突出部2Aと比較して蓄熱層5との接触面積を大きくし、より安定的に蓄熱層5のたわみを制限することが可能となる。なお、突出部202Aは、蓄熱層5との間の隙間Gを除いて中空断熱層4を幅方向に閉塞するように形成することとすればよい。
Further, as shown in FIGS. 9A to 11, the
〔第2の実施形態〕
以下、本発明の第2の実施形態に係るサーマルヘッド301について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド301は、図12(a)〜図14に示すように、支持基板3の表面における凹部2の周縁(以下、「周縁部302B」という。)が、角が取れてなだらかな湾曲形状となっている点で第1の実施形態と異なる。
以下、本実施形態の説明において、第1の実施形態に係るサーマルヘッド1と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a
In the
Hereinafter, in the description of the present embodiment, portions having the same configuration as those of the thermal head 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
凹部2の周縁部302Bは、支持基板3の表面から凹部2の内方に向かって、蓄熱層5から漸次離れる方向に湾曲する曲面形状に形成されている。例えば、図15に示すように、蓄熱層5にたわみが生じて突出部2Aと接触した状態で、蓄熱層5と周縁部302Bとの間に僅かに隙間が形成されるようになっている。
The
以下、このように構成されたサーマルヘッド301の製造方法B(以下、単に「製造方法B」という。)について図16(a)〜図16(d)を参照して説明する。
凹部形成工程の後(図16(a)参照)、図16(b)に示すように、隙間形成工程により突出部2Aの高さを低くするとともに、凹部2の周縁の角を取り、なだらかに湾曲する曲面形状の周縁部302Bを形成する(周縁部形成工程)。曲面加工方法としては、琢磨やウエットエッグなどを用いることができる。なお、凹部形成工程、接合工程および薄板化工程については上記製造方法Aと同様であるので説明を省略する。
Hereinafter, a manufacturing method B (hereinafter simply referred to as “manufacturing method B”) of the
After the recess forming step (see FIG. 16A), as shown in FIG. 16B, the height of the projecting
また、周縁部302Bの幅Eおよびその曲率半径Rは、外部荷重により蓄熱層5にたわみが生じて突出部2Aと接触した場合に、蓄熱層5が周縁部302Bには完全に面接触しないように設定することとすればよい。例えば、周縁部302Bの幅Eは凹部2の本来のエッジから約1〜10μmとし、曲率半径RはR≧Eとするのが好ましい。
Further, the width E and the radius of curvature R of the
以上説明したように、本実施形態に係るサーマルヘッド301によれば、蓄熱層5に外部荷重が加わってたわみが生じた場合に、凹部2の周縁部302B付近において蓄熱層5にかかる応力集中を緩和することができる。これにより、外部荷重に対する蓄熱層5の強度をより高めることができ、蓄熱層5の破損を効果的に防ぐことができる。なお、周縁部302Bの形状は、曲率を有する斜面に限られず、平坦な斜面であってもよい。
As described above, according to the
次に、上記製造方法Aおよび上記製造方法Bとは別のサーマルヘッド1,101,201,301の製造方法Cについて、図17(a)〜図17(d)を参照して説明する。
製造方法Cは、上記の隙間形成工程および接合工程に代えて、仮接合工程および本接合工程(接合工程)を備える点で、製造方法A,Bと異なる。以下、製造方法A,Bと共通する工程については詳細な説明を省略する。
Next, a manufacturing method C for the
The manufacturing method C is different from the manufacturing methods A and B in that it includes a temporary joining step and a main joining step (joining step) instead of the gap forming step and the joining step. Hereinafter, detailed description of steps common to the manufacturing methods A and B will be omitted.
まず、図17(a)に示すように、凹部形成工程により支持基板3に凹部2を形成する。次に、支持基板3の表面を洗浄後、図17(b)に示すように、支持基板3の一面に厚さ5μm〜100μmの薄板ガラスを、室温にて接着層を用いずに直接張り合わせる(仮接合工程)。なお、支持基板3は、蓄熱層5を形成する薄板ガラスと同じ材質の基板か、または、性質が近いガラス基板を用いるのが好ましい。
First, as shown in FIG. 17A, the
続いて、図17(c)に示すように、加熱処理により薄板ガラスと支持基板3(ガラス基板)とを融着させ、支持基板3の表面に蓄熱層5を接合する(本接合工程)。加熱処理は、薄板ガラスと支持基板3のガラス転移点以上かつ軟化点以下の温度で行う。軟化点以下で行うことで、蓄熱層5および支持基板3の形状精度を保つことができる。
Subsequently, as shown in FIG. 17C, the thin glass and the supporting substrate 3 (glass substrate) are fused by heat treatment, and the
本接合工程においては、中空断熱層4が形成されるとともに、空洞部に閉じ込められたガスの膨張と薄板ガラスおよび支持基板3の軟化によって突出部2Aの高さが下がる。これにより、突出部2Aと蓄熱層5との間に隙間Gを形成することができる。また、隙間Gが形成されるとともに、支持基板3の凹部2の周縁の角が取れてなだらかに湾曲する曲面形状となる。これにより、周縁部302Bを形成することができる。なお、本製造方法によれば、突出部2Aの先端部は蓄熱層5側に突出する曲面形状となる。続いて、図17(d)に示すように、薄板化工程を行うこととしてもよい。
In the main joining step, the hollow
以上説明したように、仮接合工程および本接合工程において、支持基板3と蓄熱層5とを熱融着する際に突出部2Aと蓄熱層5との間に隙間Gを形成することで、隙間Gを形成すための別途の工程を省くことができる。したがって、作製工程数を減らしサーマルヘッド1,101,201,301の製造を簡略化することができる。
なお、サーマルヘッド201においても、図18(a)〜図20に示すように、製造方法Cにより、壁形状の突出部202Aと凹部2の周縁部302Bとを簡易な工程により形成することができる。
As described above, in the temporary bonding step and the main bonding step, the gap G is formed between the protruding
Also in the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
1,101,201,301 サーマルヘッド
2 凹部
2A,202A,302A 突出部(たわみ制御部)
3 支持基板(基板)
4 中空断熱層(空洞部)
5 蓄熱層
7 発熱抵抗体
10 サーマルプリンタ(プリンタ)
1, 101, 201, 301
3 Support substrate (substrate)
4 Hollow heat insulation layer (cavity)
5
Claims (8)
該基板の前記表面に接合された蓄熱層と、
該蓄熱層上の前記基板の前記凹部に対向する領域に設けられた複数の発熱抵抗体とを備え、
前記凹部が、前記複数の発熱抵抗体が対向する大きさを有し、
前記凹部により前記基板と前記蓄熱層との間に形成された空洞部の内部に、前記発熱抵抗体が所定以上の荷重によって加圧されたときに前記蓄熱層に接触して該蓄熱層のたわみを制限するたわみ制限部が設けられているサーマルヘッド。 A substrate having a recess on the surface;
A heat storage layer bonded to the surface of the substrate;
A plurality of heating resistors provided in a region facing the recess of the substrate on the heat storage layer;
The recess has a size such that the plurality of heating resistors face each other;
Deflection of the heat storage layer in contact with the heat storage layer when the heating resistor is pressurized with a load of a predetermined value or more inside a hollow portion formed between the substrate and the heat storage layer by the recess. Thermal head with a deflection limiting part that limits
該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に印刷対象物を押し付ける加圧機構と
を備えるプリンタ。 The thermal head according to any one of claims 1 to 4,
A printer comprising: a pressurizing mechanism that presses an object to be printed against the heating resistor of the thermal head.
該凹部形成工程により前記凹部が形成された前記基板の表面に蓄熱層を熱融着する接合工程と、
前記蓄熱層上に前記凹部に対向して複数の発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成工程と
を備え、
前記接合工程が、前記熱融着時に前記凹部内のガスの膨張と前記基板および前記蓄熱層の軟化とを利用して、前記突出部と前記蓄熱層との間に隙間を形成するサーマルヘッドの製造方法。 On the surface of the substrate, have a protrusion on the bottom surface, a concave portion forming step of forming a recess sized to oppose the plurality of heating resistors,
A bonding step in which a heat storage layer is thermally fused to the surface of the substrate on which the recess has been formed by the recess forming step;
A heating resistor forming step of forming a plurality of heating resistors facing the recesses on the heat storage layer;
In the thermal head in which the joining step forms a gap between the protruding portion and the heat storage layer using expansion of gas in the recess and softening of the substrate and the heat storage layer at the time of the heat fusion. Production method.
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