JPH05301363A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各発熱抵抗体のジュール発熱を均一として、濃
度むらの無い鮮明な印字画像を形成することが可能なサ
ーマルヘッドを提供する。 【構成】電気絶縁性基板１の上面に発熱抵抗体３及び一
対の導電層４を被着させるとともに該導電層４上にニッ
ケルめっき層６ａおよび金めっき層６ｂを順次被着させ
たサーマルヘッドであって、前記導電層４は、薄膜形成
技術により形成されるアルミニウム層４ａと、ニッケル
層４ｂの２層構造を有している。これにより、導電層４
を形成した際、或いは導電層４表面にニッケルめっき層
等６ａを被着させる際等においてアルミニウム層４ａ表
面に酸化物膜が形成されることは一切無く、発熱抵抗体
３に印加される電力を均一で大きなものとして、感熱紙
等に濃度むらの無い鮮明な印字画像を形成することが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサやフ
ァクシミリ等のプリンタ機構に組み込まれるサーマルヘ
ッドの改良に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機構
に組み込まれるサーマルヘッドは、図２に示す如く、表
面にガラス等から成る蓄熱層１２が被着された電気絶縁
性基板１１の上面にＴａＳｉＯ₂ 等から成る発熱抵抗体
１３および一対のアルミニウム導電層１４を真空蒸着法
やスパッタリング法、イオンプレーティング法等の薄膜
形成技術によって順次被着させるとともに前記一対のア
ルミニウム導電層１４の一方に駆動用ＩＣ１７を接続さ
せた構造を有しており、前記駆動用ＩＣ１７の駆動に伴
って一対のアルミニウム導電層１４間に所定の電力を印
加し、発熱抵抗体１３を外部電気信号に対応させて選択
的にジュール発熱させるとともに該発熱した熱を感熱紙
等に伝導させ、感熱紙等に印字画像を形成することによ
ってサーマルヘッドとして機能する。

【０００３】尚、前記サーマルヘッドにおいては、駆動
用ＩＣ１７のアルミニウム導電層１４への電気的接続が
駆動用ＩＣ１７の電極をアルミニウム導電層１４に半田
接合させることによって行われており、アルミニウム導
電層１４の表面には半田との接合性を向上させるため
に、通常、ニッケルめっき層１６ａ及び金めっき層１６
ｂが従来周知のめっき法により順次被着されている。

【０００４】また前記発熱抵抗体１３やアルミニウム導
電層１４の一部表面には窒化珪素等から成る保護層１５
が被着されており、該保護層１５は感熱紙等に含まれる
塩素イオン等の接触による腐食や感熱紙等の摺動による
摩耗から発熱抵抗体１３やアルミニウム導電層１４を保
護する作用を為している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、アルミニウム導電層１
４が極めて酸化され易く、大気中の酸素と反応したり、
アルミニウム導電層１４の半田接合性を向上させるため
にニッケルめっき層１６ａを無電解めっき法によって被
着させる際、活性化液中の硝酸等と反応したりして表面
に酸化物膜が容易に形成されてしまい、これがアルミニ
ウム導電層１４と駆動用ＩＣ１７との間の電気抵抗を大
きくし、駆動用ＩＣ１７を介して発熱抵抗体１３に印加
される電力を少なくするとともにバラツキを発生させ、
その結果、発熱抵抗体１３のジュール発熱が不均一なも
のと成って印字画像に濃度むら等の画像欠陥を発生する
という欠点を有していた。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、各発熱抵抗体のジュール発熱
を均一として、濃度むらの無い鮮明な印字画像を形成す
ることが可能なサーマルヘッドを提供することにある。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明のサーマルヘッ
ドは、電気絶縁性基板の上面に発熱抵抗体及び一対の導
電層を被着させるとともに該導電層上にニッケルめっき
層および金めっき層を順次被着させたサーマルヘッドで
あって、前記導電層は、薄膜形成技術により形成される
アルミニウム層と、ニッケル層の２層構造を有している
ことを特徴とする。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を添付した図面に基づいて説明
する。

【０００９】図１は本発明の一実施例を示す断面図であ
り、１は電気絶縁性基板、３は発熱抵抗体、４ａはアル
ミニウム層、４ｂはニッケル層、７は駆動用ＩＣであ
る。

【００１０】前記電気絶縁性基板１はアルミナセラミッ
クス等の電気絶縁性材料から成り、例えばアルミナ、シ
リカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれ
を従来周知のドクターブレード法を採用することによっ
てセラミックグリーンシートを形成し、しかる後、前記
セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工を
施すとともに高温（約１６００℃）で焼成することによ
って製作される。

【００１１】また前記電気絶縁性基板１の上面には蓄熱
層２が被着されており、該蓄熱層２は発熱抵抗体３の発
する熱を蓄積及び放散することによってサーマルヘッド
の熱応答特性を良好に保つ作用を為す。

【００１２】前記蓄熱層２は、例えばガラス等から成
り、該ガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤等を添加混合
して得たガラスペーストを電気絶縁性基板１の上面に従
来周知のスクリーン印刷法等を採用することによって印
刷塗布するとともに、これを高温で焼き付けることによ
って電気絶縁性基板１の上面に例えば５０μｍの厚みに
被着される。

【００１３】前記蓄熱層２の上面にはまた例えばＴａＳ
ｉＯ₂ 等から成る発熱抵抗体３が被着されており、該発
熱抵抗体３はそれ自体が所定の電気抵抗を有しているた
め、後述する一対の導電層４間に所定の電力が印加され
るとジュール発熱を起こし、印字に必要な温度、例えば
３００〜４００℃の温度に発熱する。

【００１４】前記発熱抵抗体３はＴａＳｉＯ₂ 等を蓄熱
層２上に従来周知のスパッタリング法等により被着する
とともにフォトリソグラフィー技術を採用し、所定パタ
ーンに加工することによって蓄熱層２の上面に被着され
る。

【００１５】また前記発熱抵抗体３の上面には、間に一
定の間隔をもった一対の導電層４が被着されており、該
一対の導電層４は発熱抵抗体３にジュール発熱を起こさ
せるために必要な所定の電力を印加する作用を為す。

【００１６】前記一対の導電層４は厚みが例えば０．５
〜２．０μｍのアルミニウム層４ａと、０．０５〜０．
４μｍのニッケル層４ｂの２層構造を有しており、該ア
ルミニウム層４ａは導電層４の導電抵抗を下げ発熱抵抗
体３に電力を効率良く印加させる作用を為し、またニッ
ケル層４ｂはアルミニウム層４ａの表面を保護し、アル
ミニウム層４ａ表面に酸化物膜が形成されるのを有効に
防止する作用を為す。

【００１７】尚、前記アルミニウム層４ａとニッケル層
４ｂとから成る導電層４は発熱抵抗体３を被着させた電
気絶縁性基板１を真空圧に保持された成膜装置内に収容
し、電気絶縁性基板１表面にアルミニウムとニッケルを
順次真空蒸着法やスパッタリング法等により成膜させる
とともに該膜をフォトリソグラフィー技術を採用し、所
定パターンに加工することによって電気絶縁性基板１上
に一端が発熱抵抗体３と電気的に接続されるようにして
被着される。この場合、アルミニウム層４ａ及びニッケ
ル層４ｂは真空圧に保持された成膜装置内で電気絶縁性
基板１表面に被着されるため被着時にアルミニウム層４
ａが酸素と反応して酸化物膜を形成することは無く、ま
た成膜装置から出した後も表面にニッケル層４ｂが被着
されているため、大気中に含まれる酸素とアルミニウム
層４ａとが反応して酸化物膜を形成することは無い。従
って、導電層４上に後述する駆動用ＩＣ７を半田によっ
て接合させた際、該導電層４と駆動用ＩＣ７との間の電
気抵抗は小さくなるとともに駆動用ＩＣ７を介し発熱抵
抗体３に印加される電力は均一で大きなものと成り、感
熱紙等に濃度むらの無い鮮明な印字画像を形成すること
が可能となる。

【００１８】また前記導電層４を形成するニッケル層４
ｂはその厚みが０．０３μｍ未満であるとアルミニウム
層４ｂの表面を完全に保護することができず、アルミニ
ウム層４ａ表面に酸化物膜が形成される危険性がある。
従って、前記導電層４を形成するニッケル層４ｂはその
厚みを０．０３μｍ以上としておくことが好ましい。更
に前記導電層４はそれを構成するアルミニウム層４ａと
ニッケル層４ｂの間に、タングステンやタンタル等によ
り形成される拡散防止層を０．０５μｍ以上の厚みに介
在させておけば、該拡散防止層がサーマルヘッドを作動
させた際の熱によってアルミニウム層４ａとニッケル層
４ｂの間に発生する相互拡散を有効に防止して導電層４
の導電抵抗を常に低く維持することができる。そのた
め、導電層４における電力の消費を極小として、小電源
で感熱紙等により良好な印字画像を形成には、前記導電
層４はそれを構成するアルミニウム層４ａとニッケル層
４ｂの間に、タングステンやタンタル等から成る拡散防
止層を０．０３μｍ以上の厚みに、好適には０．０５〜
０．１μｍの厚みに介在させておくことが好ましい。

【００１９】前記導電層４はまた、少なくとも後述する
駆動用ＩＣ７が搭載される表面にニッケルめっき層６ａ
とニッケルめっき層６ｂが順次被着されている。

【００２０】前記ニッケルめっき層６ａは駆動用ＩＣ７
の電極等を一対の導電層４に半田を介し接合させる際、
半田と一対の導電層４との接合強度を向上させて駆動用
ＩＣ７の電極を一対の導電層４に強固に接合させる作用
を為し、従来周知の無電界メッキ法等を採用することに
よって一対の導電層４の表面に例えば２．５μｍの厚み
に被着される。この場合、導電層４の表面にはニッケル
層４ｂが存在するため、ニッケルめっき層６ａを同一材
料から成る導電層４上に強固に被着させることができ
る。また同時に導電層４のアルミニウム層４ａ表面がニ
ッケル層４ｂで被覆されているため、ニッケルめっき槽
６ａを被着させる際、アルミニウム層４ａ表面に酸化物
膜が形成されることは無く、これによっても導電層４上
に後述する駆動用ＩＣ７を半田を介して接合させた際、
両者間の電気抵抗を小さくなすことができる。

【００２１】また前記金めっき層６ｂは、ニッケルめっ
き層６ａ表面が製造プロセス中に酸化されることを有効
に防止する作用を為し、従来周知の無電界メッキ法等を
採用することによってニッケルめっき層６ｂの表面に例
えば５００Åの厚みに被着される。

【００２２】更に前記電気絶縁性基板１の上面に被着さ
せた一対の導電層４には駆動用ＩＣ７が半田等のロウ材
を介して接合されており、該駆動用ＩＣ７は発熱抵抗体
３を外部電気信号に対応させて選択的にジュール発熱さ
せる作用を為す。

【００２３】また前記発熱抵抗体３や一対の導電層４の
一部表面には保護層５が被着されており、該保護層５は
感熱紙等に含まれる塩素イオン等の接触による腐食や感
熱紙等の摺動による摩耗から発熱抵抗体３や一対の導電
層４を保護する作用を為す。

【００２４】尚、前記保護層５は例えば窒化珪素等から
成り、従来周知のスパッタリング法等を採用することに
よって発熱抵抗体３や一対の導電層４の上面に２〜１０
μｍの厚みに被着される。

【００２５】かくして、上述した本発明のサーマルヘッ
ドは、駆動用ＩＣ７の駆動に伴って一対の導電層４間に
外部電気信号に対応させた所定の電力を印加し、発熱抵
抗体３を外部電気信号に対応させて選択的にジュール発
熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等に伝導さ
せ、感熱紙等に印字画像を形成することによってサーマ
ルヘッドとして機能する。

【００２６】次に本実施例の作用効果を実験例に基づい
て説明する。

【００２７】（実験例）先ず、図１に示す如く、電気絶
縁性基板の表面に厚さ０．６μｍのアルミニウム層と、
厚さ０．０８μｍのニッケル層から成る導電層を薄膜形
成技術により被着し、次に前記導電層表面に厚さ２．０
μｍのニッケルめっき層と厚さ０．０５μｍの金めっき
層を無電解めっき法により順次被着させ、最後にこの導
電層に駆動用ＩＣの電極を半田を介し接合させてサーマ
ルヘッド試料を得る。

【００２８】また同時に従来品として上述したサーマル
ヘッド試料のうち導電層を厚さ０．６μｍのアルミニウ
ム層のみとしたものを比較試料として準備する。

【００２９】そして次に前記各サーマルヘッド試料の導
電層表面と駆動用ＩＣの電極との間に電気抵抗測定器を
セットし、導電層と駆動用ＩＣ間の電気抵抗を調べた。
その結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】かかる実験によれば、導電層と駆動用ＩＣ
の間の抵抗値が従来のサーマルヘッドでは導電層表面に
酸化物膜が形成されることに起因し、２．１１Ωと大き
な値であるのに対し、本発明のサーマルヘッドではアル
ミニウム層の表面に酸化物膜の形成が皆無であることか
ら、０．２９Ωと小さく、従来のサーマルヘッドの抵抗
値の１／７以下となっている。

【００３２】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種
々の変更、改良等は何ら差し支えない。

【００３３】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、導電
層を薄膜形成技術により形成されるアルミニウム層とニ
ッケル層の２層構造としたことから、導電層を形成した
際、或いは導電層表面にニッケルめっき層等を被着させ
る際等においてアルミニウム層表面に酸化物膜が形成さ
れることは一切無く、その結果、導電層上に駆動用ＩＣ
を半田によって接合させた場合、導電層と駆動用ＩＣと
の間の電気抵抗は小さくなり、駆動用ＩＣを介して発熱
抵抗体に印加される電力を均一で大きなものとして、感
熱紙等に濃度むらの無い鮮明な印字画像を形成すること
が可能となる。

【００３４】また本発明のサーマルヘッドによれば、導
電層を構成するアルミニウム層とニッケル層の間に、タ
ングステンやタンタル等により形成される拡散防止層を
介在させておけば、該拡散防止層がサーマルヘッドを作
動させた際の熱によってアルミニウム層とニッケル層の
間に発生する相互拡散を有効に防止して導電層の導電抵
抗を常に低く維持し、導電層における電力の消費を極小
として、小電源で感熱紙等により良好な印字画像を形成
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの断面図である。

【図２】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・電気絶縁性基板 ２・・・蓄熱層 ３・・・発熱抵抗体 ４・・・導電層 ４ａ・・アルミニウム層 ４ｂ・・ニッケル層 ５・・・保護層 ６ａ・・ニッケルめっき層 ６ｂ・・金めっき層 ７・・・駆動用ＩＣ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性基板の上面に発熱抵抗体及び一
   対の導電層を被着させるとともに該導電層上にニッケル
   めっき層および金めっき層を順次被着させたサーマルヘ
   ッドであって、 前記導電層は、薄膜形成技術により形成されるアルミニ
   ウム層と、ニッケル層の２層構造を有していることを特
   徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記導電層を形成するアルミニウム層とニ
   ッケル層の間に、拡散防止層を介在させたことを特徴と
   する請求項１に記載のサーマルヘッド。