JPH0839853A - サーマルヘッド - Google Patents
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Abstract
性を有し熱応答性が良好であり、高品質および高速の印
字を実現することができる。 【構成】 高熱伝導性基板11と、この基板11の表面
に形成された蓄熱層12と、この蓄熱層12の表面に整
列状に形成された複数個の発熱素子15と、各発熱素子
15に通電を行なう共通電極14a,16aおよび個別
電極14b,16bと、これらの蓄熱層12、発熱素子
15および電極14a,14b,16a,16bを被覆
するように形成された保護層17とから構成されるサー
マルヘッドにおいて、前記蓄熱層12の表面に絶縁性の
高弾性率セラミックからなる耐応力層13を介装したも
の。
Description
り、特に、高耐熱性を有し、熱応答性の良好な高速印字
に適したサーマルヘッドに関する。
サーマルヘッドは、例えば、複数個の発熱素子を同一基
板上に直線的に配列し、所望の印字情報に従って各発熱
素子を選択的に通電加熱させて、感熱記録紙を発色させ
て印字を行うか、あるいはインクリボンを介して普通紙
にインクを転写させて印字を行うために用いられてい
る。
のであり、Al2 O3 等のセラミックからなる絶縁性基
板1上には、蓄熱層として機能するガラス等からなるグ
レーズ層2が形成されており、このグレーズ層2は、発
熱部に対応する位置の上面の断面形状が円弧状に形成さ
れている。このグレーズ層2の上面には、Ta2 N等か
らなる発熱抵抗体が蒸着法あるいはスパッタリング法等
により、グレーズ層2の表面に被着された後、エッチン
グされて、ドット数に応じた複数個の発熱素子3が直線
状に整列して形成されており、各発熱素子3上の一側に
は、各発熱素子3に接続される共通電極4が形成され、
また他側には、各発熱素子3に独立して通電を行う個別
電極5がそれぞれ接続されている。これら共通電極4お
よび個別電極5は、例えば、Al、Cuあるいは金属か
らなり、蒸着法あるいはスパッタリング法等により被着
された後、エッチングにより所望の形状にパターニング
されることにより形成されている。
よび個別電極5の表面には、前記グレーズ層2、発熱素
子3、共通電極4および個別電極5を保護するために、
ほぼ5〜10μmの膜厚の保護層6が形成されており、
この保護層6は、前記各電極4,5の端子部以外のすべ
ての表面を被覆するようにされている。また、前記保護
層6は、各発熱素子3を酸化による劣化から保護するた
めのSiO2 等からなるほぼ2μmの膜厚の耐酸化層7
と、インクリボンあるいは感熱記録紙との接触により発
生する摩耗から発熱素子3、共通電極4および個別電極
5を保護するためのTa2 O5 等からなるほぼ3〜8μ
mの膜厚の耐摩耗層8とが、この順序で積層された構成
とされており、この耐酸化層7および耐摩耗層8は、蒸
着法あるいはスパッタリング法等の手段により順次形成
されている。
ルプリンタにあっては、熱転写プリンタにおいては、こ
のサーマルヘッドをインクリボンを介して用紙に圧接さ
せた状態で、また、感熱プリンタにおいては、直接プラ
テン上に搬送される用紙に圧接させた状態で、所定の印
字信号に基づいて発熱素子3の個別電極5に選択的に通
電を行い、所望の発熱素子3を発熱させることにより、
前記インクリボンのインクを溶融して用紙上に転写させ
ることが、あるいは、感熱記録紙を発色させることによ
り所望の印字が行われるものである。
ては、低熱伝導率のグレーズ層2とAl2 O3 からなる
高熱伝導率の基板1との組合わせにより、発熱素子3で
発生するジュール熱の蓄熱効果を利用して電力効率や印
字特性のバランスをとっている。つまり、グレーズ層2
の蓄熱効果により発熱素子3の冷却の時定数は長くなる
ため、高速印字時には印字の尾引きやにじみ、余白汚れ
などの印字品質の劣化および発熱素子3の過熱によるド
ット抜けが発生する。そのため、電力効率と印字特性の
両者を勘案して、使用条件に合わせてグレーズ層2の厚
さが調整されており、通常は30〜60μm程度の厚さ
とされている。
よび高速印字が可能なプリンタというニーズの高まりに
より、印字分解能400dpi、印字スピード100c
psのサーマルプリンタが実用化されており、このサー
マルプリンタにおいては、発熱素子3の駆動周期が30
0μs以下という非常に短いパルス幅で通電の制御がな
されている。そして、今後さらなる高精細化、高速化が
進む傾向にある。
ためのサーマルプリンタにおいては、サーマルヘッドの
蓄熱がより一層激しくなることにより、印字品質が劣化
してしまうので、グレーズ層2の厚さをほぼ30μmと
薄くするとともに、熱履歴補正用LSIを用いて電気的
な手段により発熱素子3への通電時間を補正することに
より蓄熱によるサーマルヘッドの温度上昇を細かく制御
することが行われていた。
高精細化や印字速度の高速化が進んだ場合には、このよ
うな手法だけではサーマルヘッドの蓄熱の影響による印
字品質の劣化を防止するのは困難であり、このような蓄
熱の問題を根本的に解決する手法が要望されているとい
うのが実情であった。
以下という非常に短いパルス幅での通電制御において
は、所望の印字品質を得るためには、サーマルヘッドの
発熱素子3のピーク温度を高くして所定の印字エネルギ
を得る必要があるが、例えば印字時の環境温度が5℃と
いう低温の場合には、印字を行うためにサーマルヘッド
に大きなエネルギを印加する必要があり、蓄熱による影
響と相伴ってグレーズ層2および発熱素子3の耐熱温度
約700℃よりも高くなり、グレーズ層2が熱変形ある
いは溶融したり、あるいは、発熱素子3の電気抵抗値が
変化して低温環境での高速印字に使用できないという問
題点があった。
ト系の材料からなる発熱素子3は高温真空アニール処理
によりそのシート抵抗値がほぼ半減する特性を有してい
るため、実使用温度以上での高温真空アニール処理は必
須条件であるが、前述したようにグレーズ層2の耐熱温
度が低いため、この高温真空アニール処理ができないと
いう問題点を有していた。
記グレーズ層2は弾性率が低いため、例えば、前記個別
電極5の端子とFPCの接続端子とを半田で接続させる
際に半田めっきが冷却固化する際に収縮するその熱応力
に耐えきれず、グレーズ層2の一部が引き千切られ、欠
けてしまう等の問題があった。
なされたものであり、高精細化に充分対応できるととも
に、高品質および高速の印字を実現することができる、
高耐熱性を有する熱応答性の良好なサーマルヘッドを提
供することを目的とする。
に、本発明の請求項1に記載のサーマルヘッドは、高熱
伝導性基板と、この基板の表面に形成された蓄熱層と、
この蓄熱層の表面に整列状に形成された複数個の発熱素
子と、各発熱素子に通電を行なう共通電極および個別電
極と、これらの蓄熱層、発熱素子および電極を被覆する
ように形成された保護層とから構成されるサーマルヘッ
ドにおいて、前記蓄熱層の表面に絶縁性の高弾性率セラ
ミックからなる耐応力層を介装したことを特徴とする。
ヘッドは、請求項1に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記蓄熱層は、Siと遷移金属の中から選択される少な
くとも1つの元素と酸素を含む化合物からなり、柱状質
を有する黒色膜に形成されていることを特徴とする。
求項1または請求項2に記載のサーマルヘッドにおい
て、前記耐応力層はAl2 O3 、SiC、AlNの少な
くとも1つからなることを特徴とする。
面に耐応力層を形成することにより、蓄熱層は高温処理
に耐えることができ、よって、発熱素子に対する高温真
空アニール処理も可能となるので、サーマルヘッドとし
て、高い印字エネルギの供給にも耐え、高精細化に充分
対応し、高品質および高速の印字を実現することができ
るものとなる。
いて説明する。
ッドは、Siのような熱伝導率の高い材料からなる基板
11の表面の一部に、その断面形状が台形状の凸状部1
1aがエッチング等により一体に形成されており、この
凸状部11aを含めて基板11の表面上に保護層として
作用するSiと、例えば、Ta、W、Cr、Mo、T
i、Zr、Nb、Hf、V、Fe、Ni、Co、Cu、
Al、Y、La、Ce等の遷移金属の中から選択される
少なくとも1つと酸素とを含む化合物からなるほぼ15
〜35μmの薄膜の蓄熱層12が形成されている。そし
て、この蓄熱層12上に蓄熱層の耐応力破壊および耐エ
ッチング性を具備するため、高弾性率セラミックの中よ
り、例えば、Al2 O3 、AlN、SiC等からなる耐
応力層13が形成されている。前記凸状部11aの頂部
を除く耐応力層13上に高融点金属、例えば、Moから
なる下層共通電極14aおよび個別共通電極14bが形
成される。そして、前記凸状部11aの上面位置を含む
前記下層共通電極14a,下層個別電極14b上にTa
2 NあるいはTa−SiO2 等からなる複数個の発熱素
子15が形成されており、各発熱素子15上の一側には
発熱素子15に接続される上層の共通電極16aが形成
され、また、他側には上層の個別電極16bがそれぞれ
形成されている。そして、前記下層共通電極14a、下
層個別電極14b間の各発熱素子15は各上層共通電極
16a、上層個別電極16bに被覆されていない発熱部
15Aを構成している。さらに、前記蓄熱層12、発熱
素子15および各上層電極16a,16bの上面には、
略5〜10μmの膜厚の保護層17が前記各電極14
a,14b,16a,16bの端子部以外の全ての表面
を被覆するように形成されている。この保護層17は、
各発熱素子15を酸化による劣化から保護するためのS
iO2 等からなるほぼ2μmの膜厚の耐酸化層18と、
この耐酸化層18の上面に積層され、インクリボン等と
の接触により発熱素子15および各上層電極16a、1
6bを保護するためのTa2 O5 等からなるほぼ3〜8
μmの膜厚の耐摩耗層19とから構成されている。
説明する。
てSiを用いているが、Si自体の熱伝導率は約340
×10-3cal/cm.sec. ℃と、従来から基板の材料として
用いられてきたアルミナ(熱伝導率は、40×10-3ca
l/cm.sec. ℃)の約8倍であるため、発熱素子15への
通電周期が短い高速印字の場合でも基板11の放熱が充
分になり、蓄熱の印字品質に対する影響を少なくするこ
とができる。
導性の高いものであれば好適に用いることができるもの
であり、Si、AlN等を特に好適なものとして挙げる
ことができる。
材料としてSiと、Ta、W、Cr、Mo等の遷移金属
の中から選択される少なくとも1つと、酸素とを含む化
合物を用いており、このように低熱伝導性酸化物からな
る蓄熱層12の熱伝導率はガラスグレーズより小さくで
き、約2×10-3cal/cm.sec. ℃となり、たとえばSi
製の基板11の約1/200であり、良好な蓄熱性が得
られる。また、蓄熱層12の熱膨張率は約3.5×10
-6/℃と、例えばSi製の基板11の熱膨張率(約3×
10-6/℃)とほぼ同等となり、さらに蓄熱層12の硬
度はHv800kg/mm2 以下で蓄熱層12はSiOx
(0<x <2)を主成分とするため、蓄熱層12の基板
11への密着性は良好であり、安定して製造することが
できる。
金属の合金ターゲットを酸素雰囲気中、ほぼ0.8〜
1.6Paの圧力でスパッタすることにより、柱状質で
黒色膜に形成すれば、低熱伝導化するとともに、低熱容
量化もできるため、高速印字に適した、高速熱応答性を
有したサーマルヘッドとすることができる。
熱層12は、その耐熱温度を1000℃以上とすること
ができるので、発熱素子15のピーク温度が800℃程
度まで上昇したとしても、蓄熱層12は熱変形等を受け
ることがなく、したがって発熱素子15のピーク温度が
上昇しやすい低温環境においても、高速印字を行うこと
ができる。
℃と高いため、発熱素子15を形成した後、真空アニー
ル炉を用いて、800〜1000℃でアニール処理を施
すことが可能となり、この高温アニール処理により発熱
素子15に実際に印字する際の発熱ピーク温度よりも高
い温度での熱履歴を予め与えておくことにより、印字時
の熱変化による発熱素子15の電気抵抗値の変化を小さ
くすることができる。
弾性率(ほぼ3×104 kg/mm2 以上)の絶縁性セラミ
ック、例えばAl2 O3 、AlN、SiC等をほぼ0.
1〜1umの厚みに蒸着等により形成することにより、
蓄熱層12に加わる応力、例えば外部接続端子の半田め
っきの収縮時における熱応力や、このサーマルヘッドを
プリンタに搭載して印字した際の、プラテンとの圧接摩
擦による剪断応力に対して耐久性を向上することができ
る。さらに、前記耐応力層13にAl2 O3 、AlN、
SiC等を用いることによって、下層電極14や発熱素
子15を形成する際の、ドライエッチングガスCF4 +
O2 に対して耐エッチング性を有するものとなり、発熱
素子15の形成精度およびプリンタに搭載されて印字し
た際の耐久寿命を高めることができる。なお、蓄熱層1
2として、従来のように、膨張係数が小さく熱応力の低
いガラスグレーズを用いても、耐応力層13を蓄熱層1
2上に形成することによって前述の半田めっき溶融収縮
時における熱応力、印字した際の剪断応力、およびパタ
ーン形成時の耐エッチング性を向上させることができ
る。
と上層電極16との複層に構成されており、この下層電
極14および上層電極16間に発熱素子15を配置した
ことにより、高融点金属、例えばMo等からなるほぼ
0.1umの薄い下層電極14とすることができるた
め、下層電極14をエッチングで高精度にパターン形成
ができる。さらに、下層電極14に対して発熱素子15
のエッチング選択比が不必要となり、同一のエッチング
装置およびエッチングガス、例えば,CF4 +O2等を
用いて下層電極14および発熱素子15を高精度で形成
できる。
リアル方式のサーマルプリンタに搭載することにより、
実印字テストをおこなった。
なるフレーム20の長手方向に図1の実施例のサーマル
ヘッド21を搭載したキャリッジ22がシャフト23に
沿って往復動自在に設けられており、サーマルヘッド2
1をインクリボンおよび普通紙あるいは感熱記録紙を介
してプラテン24に圧接した状態でタイミングベルト2
5が駆動されることにより、キャリッジ22が往復移動
して、所望の印字が行われるものである。
内へ導入され、紙送りローラ27と小ローラ28とによ
り順次印字装置へ送られる。
り、分解能400dpiのサーマルヘッドを印字速度1
00cpsで実際の印字を行ったところ、尾引き、にじ
み、余白汚れの発生は皆無であり、極めて品質の高い印
字結果を得ることができた。
によれば、基板11の材料としてSi等の熱伝導率の高
い材料を用いるとともに蓄熱層12の材料としてSiと
遷移金属の中から選択される少なくとも1つと、酸素と
を含む化合物を用いたことにより、基板11自体の放熱
性も著しく向上するとともに、発熱素子15への通電周
期が短くなる高速印字を行っても、蓄熱の問題が発生す
ることなく、また、高分解能のサーマルヘッドとした場
合に蓄熱と放熱のバランスが最適となり、高品質の印字
を高速で行うことが可能となる。
層13を設け、しかも上下における複層の電極14,1
6間に発熱素子15を配置することにより、高品質の印
字を長寿命で行うことが可能となる。
のではなく、必要に応じて変更することができる。例え
ば、前述した実施例においては、蓄熱層12を基板11
の突起部11aの上面を含めて基板11の表面全体に形
成したものについて説明したが、蓄熱層12は突起部1
1aの上面にのみ形成するような構成としてもよいこと
はいうまでもない。また、突起部11aを形成すること
なく、直接基板11の表面上に蓄熱層12を形成するよ
うな構成のサーマルヘッドとしてもよい。
ドによれば、基板の材料としてSi等の熱伝導率の高い
材料を用いるとともに蓄熱層の材料としてSiと遷移金
属の中から選択される少なくとも1つと、酸素とを含む
化合物を用いたことにより、発熱素子への通電周期が短
くなる高速印字を行っても、蓄熱の問題が発生すること
なく、また、高分解能のサーマルヘッドとした場合に蓄
熱と放熱のバランスが最適となり、高品質の印字を高速
で行うことが可能となる。
設けることにより、蓄熱層に加わる応力、例えば外部接
続端子の半田メッキ応力や、プリンタに搭載されて印字
した際のプラテンとの圧接摩擦による剪断応力に対して
耐久性を向上することができ、高品質の印字を長寿命で
行うことが可能となる。
面図
ンタを示す斜視図
Claims (3)
- 【請求項1】 高熱伝導性基板と、この基板の表面に形
成された蓄熱層と、この蓄熱層の表面に整列状に形成さ
れた複数個の発熱素子と、各発熱素子に通電を行なう共
通電極および個別電極と、これらの蓄熱層、発熱素子お
よび電極を被覆するように形成された保護層とから構成
されるサーマルヘッドにおいて、前記蓄熱層の表面に絶
縁性の高弾性率セラミックからなる耐応力層を介装した
ことを特徴とするサーマルヘッド。 - 【請求項2】 前記蓄熱層は、Siと遷移金属の中から
選択される少なくとも1つの元素と酸素を含む化合物か
らなり、柱状質を有する黒色膜に形成されていることを
特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。 - 【請求項3】 前記耐応力層はAl2 O3 、SiC、A
lNの少なくとも1つからなることを特徴とする請求項
1または請求項2に記載のサーマルヘッド。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6178954A JP3069247B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | サーマルヘッド |
CN95108197A CN1057043C (zh) | 1994-07-29 | 1995-07-28 | 热敏打印头 |
US08/718,680 US5661513A (en) | 1994-07-29 | 1996-09-24 | Thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6178954A JP3069247B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | サーマルヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0839853A true JPH0839853A (ja) | 1996-02-13 |
JP3069247B2 JP3069247B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=16057570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6178954A Expired - Fee Related JP3069247B2 (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | サーマルヘッド |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5661513A (ja) |
JP (1) | JP3069247B2 (ja) |
CN (1) | CN1057043C (ja) |
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