JPH0550627A - サーマルヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーマルヘツドを、低消費電力化、高速印字
可能とする。 【構成】 サーマルヘツドの絶縁基板１上に、ポリイミ
ド樹脂製の蓄熱層７を積層することにより、発熱時のジ
ユール熱を蓄積し、エネルギーの伝達効率を上げる。発
熱抵抗体２の下に金属製の放熱層１１を形成することに
より、発熱後の放熱を速めて印字を高速化する。絶縁基
板１をガラス基板で構成することにより表面を平滑に
し、感熱紙との接触が均一にして印字むらをなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感熱記録方式のフアク
シミリ装置や、サーマルプリンタ等の感熱記録装置に使
用されるサーマルヘツドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、サーマルヘツドは、フアクシミリ
やワードプロセツサ用プリンタ等の各種記録装置に多用
されてきており、これらの機器は、小型、軽量化と共に
低価格化が要請されている。

【０００３】そうした中、従来のサーマルヘツドでは、
図１３に示すように、純度が９０％以上のＡｌ_２Ｏ_３よ
りなるセラミツク基板１０１に蓄熱のためのグレーズ層
１０２を形成したグレーズドセラミツク基板を使用し、
その上に複数個の発熱抵抗体２を主走査方向に一列に配
置し、各々の発熱抵抗体２の一端と、発熱抵抗体駆動用
制御素子３とを電気的に接続せしめる個別配線電極４
と、発熱抵抗体２の他端を電気的に接続せしめる共通電
極６とを形成し、更に発熱抵抗体２、個別配線電極４お
よび共通電極６を摩耗劣化等より防ぐための保護膜９を
備えている。

【０００４】そして、上記基板の個別配線電極４に、制
御素子３を半田バンプを介して接続した後、制御素子３
の樹脂モールド１０３を行ない保護し、次にサーミス
タ、コネクタ１０７、コンデンサ等を半田付けした両面
フレキシブル回路基板１０４を圧接し、ヘツドカバー１
０５およびヒートシンク１０６をビスにより固定する組
み立て工程を行なうことにより、サーマルヘツドが完成
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１３のサ
ーマルヘツドでは、印字を行なうための発熱抵抗体への
印加エネルギーが大きいため、省エネルギー化を図るに
は、蓄熱層であるグレーズ層をより厚くする必要があ
る。しかし、グレーズ層を厚くした場合、低エネルギー
の駆動が可能となるが、グレーズ層での蓄熱量が大きく
なるため、印加パルスを止めても感熱紙が発色する、い
わゆる尾引き現象が発生する。

【０００６】印加エネルギーを低減させ、しかも尾引き
現象をなくすためには、印加パルスの周期を充分に長く
し、グレーズ層に蓄積された熱をセラミツク基板に逃せ
ばよいが、印字スピードが遅くなる問題が発生し、従来
のサーマルヘツドでは、低消費電力化と高速化を両立さ
せることができなかつた。

【０００７】また、高価なグレーズドセラミツクを基板
として用いるため、サーマルヘツドの低価格化の障害と
なつている。

【０００８】本発明は、上記に鑑み、安価で低消費電
力、高速印字可能なサーマルヘツドを提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明請求項１による課
題解決手段は、図１〜１２の如く、絶縁基板１上に複数
個の発熱抵抗体２が走査方向に配設され、各発熱抵抗体
２の一端と、発熱抵抗体駆動用制御素子３とを電気的に
接続する個別配線電極４と、各発熱抵抗体２の他端を共
通に電気的に接続する共通電極６とを備えたサーマルヘ
ツドにおいて、前記絶縁基板１はガラス基板で構成さ
れ、前記絶縁基板１上に形成された金属膜からなる放熱
層１１と、該放熱層１１を被覆するポリイミド樹脂によ
り成る蓄熱層７とが積層されたものである。

【００１０】

【作用】上記課題解決手段において、感熱紙を印字する
とき、発熱抵抗体２を発熱させる。このとき、発熱抵抗
体２に電流を流すと、発熱抵抗体２が発熱するが、その
ままの状態であれば、発熱抵抗体２の熱が拡散され、所
定の温度に到達するには、大容量の電力を必要とする。
しかし、本発明では、発熱抵抗体２の下部に蓄熱層７が
あるため、発熱抵抗体２で発生したジュール熱が蓄熱層
７で蓄積され、感熱紙に伝わる熱量が多くなる。しか
も、蓄熱層７は、従来のグレーズドセラミックに比べて
熱拡散係数の低いポリイミドを使用しているので、より
蓄熱性が高くなる。

【００１１】また、印字後は、発熱抵抗体２の下側の熱
拡散係数の高い放熱層１１から、蓄熱層７の熱を拡散す
る。これにより、従来で低消費電力化を図るために、グ
レース層を厚くした場合に発生した尾引き現象は発生せ
ず、サーマルヘツドの印字スピードを向上できる。

【００１２】さらに、基板１として安価なガラス基板を
用いているので、そりが少ないことから大面積化が容易
となり、１枚からのヘツド取り数を増加できることか
ら、サーマルヘツドのコストダウンが可能となる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るサーマルヘツ
ドの構造を示す図、図２は同じく製造工程においてガラ
ス基板の表面に金属層を形成した状態を示す図、図３は
同じく金属層をパターン化して放熱層とした状態を示す
図、図４は同じく蓄熱層を形成した状態を示す図、図５
は同じく蓄熱層上に無機物層を形成した状態を示す図、
図６は同じく無機物層上に発熱抵抗体層、個別配線電
極、共通電極等を積層した状態を示す図、図７は同じく
共通電極等をパターンニングした状態を示す図、図８は
同じくボンデイング電極側の発熱抵抗体層をパターンニ
ングした状態を示す図、図９は同じく放熱層側の発熱抵
抗体層をパターンニングした状態を示す図、図１０は同
じくドライバＩＣ搭載前の状態を示す図、図１１は同じ
く１ライン印字における書き始め位置からの距離と印字
濃度との関係を示す図、図１２は同じく印加電力と印字
濃度との関係を示す図である。なお、図１３に示した従
来技術および先行技術と同一機能部品については同一符
号を付している。

【００１４】図１において、１は熱分解開始温度３５０
℃、厚さ１ｍｍ程度の絶縁基板としてのガラス基板であ
る。ここでは、ホウケイ酸ガラスが使用されている。な
お、本実施例の製造工程での最高処理温度は、後述の如
く、４００°Ｃであるので、それ以上の耐熱性があつて
かつサーマルヘツドに必要な平坦性を満足するものであ
れば、他の種類のガラスを使用してもよい。

【００１５】ここで、絶縁基板としては、耐熱性エポキ
シ樹脂等を用いることも考えられるが、ガラス基板は、
耐熱性エポキシ樹脂に比べ、製造面において、（１）基
板価格が安い、（２）基板のそり、うねりが発生せず、
自動化ラインが容易、（３）樹脂基板の場合、基板より
ガスが放出されるため真空度が低下し成膜にばらつきが
生じることがあるが、ガラス基板では、スパツタ装置等
で真空中への放出ガスが少なく、安定した成膜が可能、
（４）基板の分割がスクライブでできるためガラスにけ
がきを施して加力すれば容易に割ることができる、等の
利点がある。また、性能面においても、（１）表面の平
滑性に優れ、感熱紙との接触が均一にでき、印字むらが
ない、（２）熱伝導率が樹脂基板の１×１０^−７ｋｃａ
ｌ／ｍｍ°Ｃに比べて２．６×１０^−７ｋｃａｌ／ｍｍ
°Ｃと良いため、放熱性に優れ、印字品質が良い、等の
利点があることから、本実施例では、樹脂基板でなくガ
ラス基板を採用している。

【００１６】このガラス基板１の表面に、Ｃｕ，Ａｌ等
の熱拡散係数の高い金属層を形成する。この金属層とガ
ラス基板１との密着性が問題となる場合は、これらの中
間にＣｒ等の接着金属層を挟んでもよい。また、金属層
としてＣｕ（図４〜１０中の１１Ａ）を用いる場合は、
Ｃｕの酸化防止や、後述するポリイミド樹脂との密着強
度を確保するため、Ｃｕ膜１１Ａの表面に無電解めつき
法によりＮｉＰ層１１Ｂを施しておく。このように、ガ
ラス基板１の表面全面に施された金属層は、フオトリソ
グラフイにより放熱層１１としてパターン形成される。

【００１７】そして、該放熱層１１の全面は、蓄熱層７
により被覆されている。該蓄熱層７は、ポリイミド樹脂
により形成されており、このポリイミド樹脂の熱拡散率
は０．１（ｍｍ^２／ｓｅｃ）であり、従来使用していた
ガラスグレーズの熱拡散率０．４５（ｍｍ^２／ｓｅｃ）
の約１／４に値し、よつて従来と比較してガラス基板１
側にロスする熱が減少して感熱紙に伝わる熱エネルギー
の割合が高くなり、省エネルギー化ができる。

【００１８】また、ポリイミド蓄熱層７上には、無機物
層８を介して主走査方向に一列に配置した複数個の発熱
抵抗体２が積層されている。

【００１９】無機物層８は、蓄熱層７より薄く形成した
ＳＩＡＬＯＮ膜より形成されている。ＳＩＡＬＯＮ膜
は、絶縁材料である上に熱拡散係数がポリイミドより約
８倍大きく、熱を２次元方向にすばやく拡散する効果を
有する。従つて、発熱抵抗体内部の温度分布を平坦化さ
せる作用を持ち、これにより印字品質の良いサーマルヘ
ツドを得ることができる。

【００２０】また、上記のように熱を二次元方向に素早
く拡散する効果により、サーマルヘツドに感熱紙等が接
触することなく印字パルスが印加されたようなカラ印字
状態となつても、印字状態で感熱紙に伝達していた熱が
発熱抵抗体２に蓄熱され、必要以上に発熱抵抗体２の温
度が上昇するのを防止でき、蓄熱層７のポリイミド樹脂
の耐熱温度を越え発熱抵抗体２が破壊されるのを防止で
きる。

【００２１】さらに、このＳＩＡＬＯＮ膜は機械的強度
に優れ、やわらかいポリイミド樹脂を蓄熱層７として用
いる本実施例のサーマルヘツドにおいて、ポリイミド蓄
熱層７の上にＳＩＡＬＯＮ膜を形成することにより、後
にＳＩＡＬＯＮ膜上に形成する発熱抵抗体２の機械的強
度を補強し、サーマルヘツドの印字時にゴミ等の異物が
感熱紙とサーマルヘツドとの間に巻き込んだときに発生
する発熱抵抗体２のクラツクによるサーマルヘツドの不
良を防止する働きをする。

【００２２】無機物層８上に施された発熱抵抗体２は、
ＴａＳｉＯ_２膜でできており、一端に発熱抵抗体駆動用
制御素子３と電気的に接続を行なう個別配線電極４と、
他端に他の発熱抵抗体２と電気的に接続を行なう共通電
極６とが配置されている。

【００２３】個別配線電極４の終端上には、制御素子３
の接続（フエイスダウンボンデイング）時に駆動制御素
子３と個別配線電極４とを半田を用いて電気的に接続す
るための、半田ぬれ性の良い金属（ＮｉＣｕ−Ａｕ）か
らなる制御素子接続（フエイスダウンボンデイング）用
電極５が形成されている。

【００２４】そして、フエイスダウンボンデイング用電
極部５を除く、発熱抵抗体２、共通電極６、個別配線電
極４およびポリイミド蓄熱層７上には、保護膜９が形成
されており、この保護膜９は、耐湿、耐酸化、耐摩耗防
止膜として機能する。

【００２５】なお、耐熱性印刷配線基板１の裏面には、
裏面金属層１０を介してヒートシンク１０６が接着され
ている。このヒートシンク１０６は、熱拡散係数の高い
金属（本実施例ではアルミ板）で形成されており、サー
マルヘツド基板の熱拡散を行なつている。

【００２６】次に、上記サーマルヘツドの製造方法を図
２〜１０に従つて説明する。

【００２７】まず、図２の如く、絶縁基板であるガラス
基板１の表面に、蒸着、スパツタ、メツキ等の方法で例
えばＣｕ層１１ＡおよびＮｉＰ層１１Ｂを形成する。

【００２８】次に、図３の如く、ガラス基板１の表面の
金属層１１Ａ，１１Ｂを所定の箇所、すなわち発熱抵抗
体２の下で主走査方向に延在するようパターン形成して
放熱層１１とするため、フオトリソグラフイによるレジ
スト膜の形成、金属膜のエツチングレジスト膜の剥離を
順次行う。

【００２９】ついで、ガラス基板１の表面全域にポリイ
ミド樹脂により蓄熱層７を形成する。これは、ロールコ
ート法もしくはスピンコート法によりポリイミド前駆体
を塗布し、熱処理によりポリイミド前駆体のイミド化硬
化を行ないポリイミド蓄熱層７を形成するものである。
この状態を図４に示す。

【００３０】そして、ポリイミド蓄熱層７上には、図５
の如く、スパツタリングにてＳＩＡＬＯＮからなる無機
物層８を形成する。

【００３１】次に、無機物層８上に、発熱抵抗体層２の
ＴａＳｉＯ_２および個別配線電極４、共通電極６および
フエイスダウンボンデイング用電極５のＡｌ層４Ａ、Ｔ
ｉ層４Ｂ、ＣｕＮｉ層５Ａ，６Ａを順次スパツタリング
により積層する。この状態を図６に示す。

【００３２】そして、共通電極６、フエイスダウンボン
デイング用電極５としてのＣｕＮｉ層５Ａ、６ＡをＨＮ
Ｏ_３系のエツチング液を用い、フオトリソグラフイによ
りパターンニングする。この状態を図７に示す。このと
き、ＣｕＮｉ層５Ａ，６Ａ下のＴｉ層４Ｂは、ＨＮＯ_３
系のエツチング液に不溶であるので、ＣｕＮｉ層５Ａ、
６Ａだけのパターン形成が可能となる。

【００３３】この工程は、共通電極６およびフエイスダ
ウンボンデイング用電極５のパターンニングを同時に行
なつているため、工程の短縮になつている。

【００３４】こうして形成したＣｕＮｉ層５Ａのパター
ン上に選択的に無電解めつきによりＡｕ層５Ｂを形成
し、フエイスダウンボンデイング用電極５の半田ぬれ性
を確保する。この状態を図８に示す。

【００３５】次に、個々の発熱抵抗体２の分離を行なう
ため、個別配線電極４のＡｌＳｉ層４Ａ、Ｔｉ層４Ｂお
よび発熱抵抗体層２のＴａＳｉＯ_２をフオトリソグラフ
イによりパターンニングする。この状態を図９に示す。

【００３６】ここで、Ｔｉ、ＴａＳｉＯ_２のエツチング
は、ＨＦ系エツチング液およびＣＦ_４とＯ_２との混合ガ
スを用いたドライエツチングにより行ない、ＡｌＳｉ層
のエツチングにはＨ_３ＰＯ_４系エツチング液を用いて行
なう。

【００３７】ついで、サーマルヘツドの副走査方向に一
列に個別配線電極４のＡｌＳｉ層４Ａ、Ｔｉ層４Ｂのパ
ターンニングをフオトリソグラフイにより行ないサーマ
ルヘツドの発熱抵抗体２を形成する。

【００３８】そして、発熱抵抗体２、個別配線電極４、
共通電極６を酸化、腐食、摩耗から保護するための保護
膜９をスパツタ、プラズマＣＶＤ法等により形成して、
サーマルヘツドの前半工程が完了する。この状態を図１
０に示す。

【００３９】次に、所定のサイズにダイシング法にてサ
ーマルヘツド基板を分割する。そして、図１のように、
分割後の基板１上に発熱抵抗体駆動用制御素子（ドライ
バーＩＣチツプ）３をフエイスダウンボンデイング法に
よりダイボンドし、フエイスダウンボンデイング電極５
とドライバーＩＣ３とを接続する。さらに、リフロー
後、エポキシ樹脂１０３によりドライバーＩＣ３をモー
ルドする。

【００４０】次に、サーミスタ、コネクタ１０７、コン
デンサ等を半田付けした両面フレキシブル回路基板１０
４とサーマルヘツド基板１とを部分的に重ね合わせ、ヘ
ツドカバー１０５とヒートシンク１０６の間に挟み、ビ
スにより固定することで、サーマル基板と両面フレキシ
ブル回路基板１０４とを接続する。

【００４１】上記工程を行なうことにより、図１に示し
た構造のサーマルヘツドが完成する。

【００４２】このように、サーマルヘツドの絶縁基板１
上に、ポリイミド樹脂製の蓄熱層７を積層しているの
で、発熱時のジユール熱を蓄積でき、エネルギーの伝達
効率を向上させ得る。

【００４３】また、発熱抵抗体２の下にポリイミドより
熱拡散係数が３桁高い銅製の放熱層１１を形成している
ので、発熱後の放熱を速めることができ、印字の高速化
を図り得る。

【００４４】さらに、絶縁基板としてガラス基板を用い
ているので、図１１の如く、樹脂基板を用いるよりも、
表面が平滑となる分、１ライン中の印字むらを軽減で
き、印字品質に優れたサーマルヘツドを提供できる。な
お、図１２の如く、省電力性では樹脂基板に比べてわず
かに劣るものの、グレーズセラミツク基板より優れた印
字濃度を示すことができる。

【００４５】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項１によると、発熱抵抗体の下部に蓄熱層を、蓄熱層
の下部に放熱層を設けることにより、低消費電力化と、
印字の高速化とが図れる。

【００４７】また、絶縁基板としてガラス基板を用いる
ため、安価で、自動化ラインが容易であり、かつ、印字
品質の良いサーマルヘツドを提供し得るといつた優れた
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係るサーマルヘツド
の構造を示す図である。

【図２】図２は同じく製造工程においてガラス基板の表
面に金属層を形成した状態を示す図である。

【図３】図３は同じく金属層をパターン化して放熱層と
した状態を示す図である。

【図４】図４は同じく蓄熱層を形成した状態を示す図で
ある。

【図５】図５は同じく蓄熱層上に無機物層を形成した状
態を示す図である。

【図６】図６は同じく無機物層上に発熱抵抗体層、個別
配線電極、共通電極等を積層した状態を示す図である。

【図７】図７は同じく共通電極等をパターンニングした
状態を示す図である。

【図８】図８は同じくボンデイング電極側の発熱抵抗体
層をパターンニングした状態を示す図である。

【図９】図９は同じく放熱層側の発熱抵抗体層をパター
ンニングした状態を示す図である。

【図１０】図１０は同じくドライバＩＣ搭載前の状態を
示す図である。

【図１１】図１１は同じく１ライン印字における書き始
め位置からの距離と印字濃度との関係を示す図である。

【図１２】図１２は同じく印加電力と印字濃度との関係
を示す図である。

【図１３】図１３は従来のサーマルヘツドの構造を示す
図である。

【符号の説明】

１ 絶縁基板 ２ 発熱抵抗体 ３ 制御素子 ４ 個別配線電極 ５ 制御素子接続用電極 ６ 共通電極 ７ 蓄熱層 １１ 放熱層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に複数個の発熱抵抗体が走査
   方向に配設され、各発熱抵抗体の一端と、発熱抵抗体駆
   動用制御素子とを電気的に接続する個別配線電極と、各
   発熱抵抗体の他端を共通に電気的に接続する共通電極と
   を備えたサーマルヘツドにおいて、前記絶縁基板はガラ
   ス基板で構成され、前記絶縁基板上に形成された金属膜
   からなる放熱層と、該放熱層を被覆するポリイミド樹脂
   により成る蓄熱層とが積層されたことを特徴とするサー
   マルヘツド。