JPH02238959A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、１ノ−マルプリンタに用いられるサーマルヘ
ッドに係り、特に、薄膜型のすーマルヘッドにおける熱
効率の改良にＩＩｌずる。

（従来の技術） サーマルプリンタに搭載するザーマルヘッドは、例えば
複，数の発熱素子をなす発熱抵抗体層を絶縁性基板上に
直線的に整列配置し、情報に従ってこの各発熱素子に選
択的に通電して加熱させて、感熱プリンタにより感熱記
録紙に発色記録させるか、あるいは熱転写プリンタによ
りインクリボンのインクを溶融して普通紙に転写記録す
るために用いられる。

第３図は、従来のこの種のサーマルヘッドの一般構造を
示すものである。

第３図において、セラミックなどの絶８材料からなる絶
縁性基板１上には、蓄熱層として機能するガラスからな
る平板状のグレーズ層２がＩｆｆされている。このグレ
ーズ１２上には、Ｔａ２Ｎなどからなる発熱抵抗体居３
が、蒸着、スパッタリングなどにより積層され、この発
熱抵抗休ｌｌ３をエッチングすることにより複数の発熱
素子３Ａが直線状に配置・形成されている。各発熱県子
３Ａの上には、さらに各発熱素子３Ａに対して給電づる
ための電極４が形成されている。この電極４は、例えば
ＡｆＪ，ＣＬＩ　，　Ａｕなどからなるもので、蒸着、
スパッタリングによって所望形状のパターンに形成され
、各発熱素子３Ａの両側にそれぞれ一方が個別電Ｉｉ４
Ａとして、また他方が共通電極４Ｂとしてそれぞれ導出
されている。そして、対をなす個別Ｔ１極４Ａおよび共
通電極４Ｂ間において、１ドット相当分の発熱領域を形
づくられた各個独立した発熱抵抗体ｌｌ！ｌ３は、対を
なす両電極４Ａ．４Ｂ間に電圧を印加することによって
発熱されるようになっている。

前述した各発熱素子３Ａおよび各電極４上には、これら
の発熱素子３Ａおよび電極４を保ａ　ｔるほぼ７〜１０
μｍの膜厚の保設Ｍ５が形成されている。この保，？！
［５は、各発熱素子３Ａを酸化による劣化から保護する
ＳｉＯ２などからなるぼぼ２μｍの膜厚の耐酸化１ｒｉ
６と、この耐酸化ＪＦｆ６上に積層され、インクリボン
などとの接触による摩耗から各発熱累子３Ａおよび各電
極４を保護するＴａ２０５などからなるほぼ５〜８μ１
ｒＬの膜厚の耐摩耗層７とから形成されており、この保
護層５は端子部以外のサーマルヘッドの表面のすべてを
覆うようになっている。この保１１！５のサーマルヘッ
ド６および耐摩耗ｆｆ７は、スパッタリングなどの手段
によって順次形成され、その俵、＠終工程において絶縁
性基板１を分割して所望のり−マルへッドチップを得る
ようになっている。

〔発明が解決しようとする［） このようにサーマルヘッドは従来からの種々の工夫によ
って、耐久性を向上し、プリンタとしての地位を築いて
きた。しかしながら、このサーマルヘッドを使用するサ
ーマルプリンタは他の印字方式のプリンタと比べて、高
速印字性において劣っているほか、表面の粒子が粗く、
表面の凹凸の大きな用紙であるラフベーバーに対する印
字品質が劣っている。この高速印字性およびラフペーパ
一対応ができない最大の理由は、サーマルヘッドの耐久
性を保持した状態においてエネルギ密度を十分にとるこ
とができないためである。

すなわち、サーマルヘッドの耐久性を保持するためには
前記保２！層５を強化しなければならず、この結果、保
護層５の熱伝導性が不十分になり、従来のサーマルヘッ
ドにおいては、保護層５として熱伝導率の低いＳｉＯ　
　やＴ　ａ　２　０　ｓを７〜１０μｍと厚い躾厚に形
成していたため、感熱記録紙やインクリボンといった感
熱記録媒体（図示せず》に対する熱ごの供給速度が十分
に上昇せず、このため近年における印字の＾ｖ！！度化
ならびに高速化において、特に、保護層５の哉善が要望
されている。

従来の保ｉ１１！５を単に薄くすることによって感熱記
録媒体に対する熱石の供給速度は上背し、明らかに改善
されるが、Ｓｉ　Ｏ　　ＳＴａ２０５はともにビッカー
ス硬度が低く耐摩耗性の点でプリンタにおける耐久性基
準を仝《満足できない市大な欠点が生じるため、実用的
にはＳ　＋　０　２が２μｍ１Ｔａ２０５が５〜８μｍ
といった膜厚にせざるをえず、要求に合わない。また、
電極４に用いる金属導体は、ＡＮ　，Ｃｕ　，Ａｕとい
ったいずれも軟質な金属であるため、印字に際して１ノ
ーマルヘツ下の圧接圧を高くすると、軟質金属の保護層
５の亀裂が早期に発生しＴくる傾向が強く、特に、いわ
ゆるラフベーバーに対応するためサーマルヘツドをプラ
テンに対して傾斜状に圧接し、絶縁性基板１の端部に各
発熱素子３Ａが近接した位置をとるいわゆるリアルエッ
ジ化したサーマルヘッドの故障は主にこれによるもので
ある。

前述したように、一般に多く用いられている保護層５に
Ｔａ　　Ｏ　　があるが、このＴ８２０５は硬度がマイ
クロビッｈ−ス硬度で約５０００／一と小さく、５〜８
μｍｇ）ａ厚が必要となるため、熱伝導が悪いものとな
る。また、このＴａ２０５は；酸素ガスの拡散性を有す
るため、発熱素子３Ａの酸化防止股として中間にＳｉ０
２を扶持しているが、このＳｉ０２は特に熱伝導率が悪
いため、熱伝聯率が低下する。この結果、サーマルヘッ
ドの耐久性を損なわない範囲でのエネルギ密度を上げる
ことが本質的にできず、保護層５の要求特性を満足する
ことができなかった。

本発明は、前述した従来のものにおける問題点を克服し
、高速印字性が良好でしかもいゆわるラフペーパーであ
っても良質の印字ができるようにしたサーマルヘッドを
提供することを目的とする。

〔課題を解決ずるための手段〕

前述した目的を達成するため請求項第１項のサーマルヘ
ッドは、絶縁性基板上にグレーズ層を積層し、このグレ
ーズ層上に複数の細長い接続電極を相互に聞隔を隔てて
平行に配設し、各接続電極に個別電極および共通電極を
交互に接続し、各接＆？！ｆ極の中央部ならびに各１対
の接ｆ［極の中央部間に位置するグレーズ層を除く各電
極およびグレーズ層上に絶縁層を１ａｌ！！ｌシ、前記
露出している接Ｍ電極の中央部およびグレーズ層ならび
に前記絶Ｒ層上に発熱抵抗体層を８％層したことを特徴
としている。

また、請求項第２項のサーマルヘッドは、請求項第１１
２のものにおいて、前記各接続電極は′Ｂ融点金属によ
り形成され、また前記個別電極および共通電極は良電気
導体により形成されており、各接続電極が前記各個別電
極および共通電極の下方に配設されていることを特徴と
している。

さらに、請求項第３項のサーマルヘッドは、請求項第１
項または第２項のものにおいて、？ｔｉ記露出している
接続電極の中央部およびグレーズ層を直接被覆している
範囲の発熱抵抗体層が複数の発熱素子とざれていること
を特徴としている。

さらにまた、請求項第４項のリーマルヘッドは、請求項
第１項ないし第３項のいずれか１項記載のものにおいて
、前記発熱抵抗体層は、＾硬度ならびに耐酸化性を有し
ており、ほぼ３μｍ以上の膜厚に形成されていることを
特徴としている。

〔作　用〕

前述した構成の本発明のす一マルヘッドによれば、個別
電極および共通電極と交互に接続された複数の細長い接
続電極を平行に配置することにより、各接続電極上に積
層される発熱抵抗体層の材質どして、エッチング加工性
と無関係に耐酸化性ならびに耐摩耗性に優れた抵抗材料
を選択することができ、この結果、従来のように熱伝導
性の悪い保護層を介することなく、発熱抵抗体層を形成
してなる各発熱素子を直接インクリボン、感熱紙といっ
た感熱記録媒体に接触させて印字させることが可能とな
る。したがって、熱昌の供給速度が著しく＾まるため、
感熱記録媒体に対して、所望の＾いエネルギを付与する
ことができ、印字の八速化をはかることができるし、ま
た、ラフペーパーであっても良質の印字を行なうことが
でぎる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。

第１図および第２図は本発明に係る９−マルヘッドの実
施例を示すものであり、アルミナなどの絶縁性基板から
なる絶縁性゛基板１１上にはガラスを焼成した数１０μ
ｍの膜厚からなる平板状のグレーズ層１２が積［１され
ている。このグレーズ層１２上には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ，
Ｍｏ，ｒａなどの＾融点金属を蒸着１ることによりほぼ
０．５μｍ以下の膜厚の下部電極層が積層される。この
下部電極層が、フォトリソグラフィ技術によりいわゆる
櫛の歯状にエッチングされ、グレーズ層１２上には複数
の細長い接ｖｔ′Ｉａ極１３Ａ．１３Ｂが相互に囚隔を
隔てて平行に形成される。これらの接続ｆｆｉｌｉｌ３
Ａ．１３Ｂは、第２図に示すように、交互に形成されて
おり、このうち各接続電極１３Ａは、前記絶縁性基板１
１の左側に延在するのに対し、各接続電極１３Ｂはｉｙ
ｉ記絶縁性基板１１の右側に延在し、後述する発熱素子
１６Ａの形成範囲において相互に垂複配置されている。

前記グレーズＦｍ１２および各接続電極１３Ａ．１３Ｂ
上には、Ａ１などの電気伝導性の良好な材質からなりほ
ぼ１〜２μｍの膜厚の上部電ｉ層１４が積層される。そ
して、この上部電極！！１４がフォトリソグラフイ技術
によりエッチングざれ、前記前記発熱素子１６Ａの形成
範囲の一側に、前記各接続電極１３Ａと接続される複数
の個別電極１４Ａが形成されるとともに、前記発熱素子
１６Ａの形成範囲の他側に、萌記各接続電極１３Ｂと接
続される単一の共通電極１４Ｂが形成される。

なお、前記発熱素子１６Ａの形成範囲には、各個別電極
１４Ａおよび共通電極１４Ｂを形成せず、各接続電極１
３Ａ，１３Ｂおよびグレーズ層１２が露出されている。

前記グレーズ１１１２、各Ｍ統電極１３Ａ，１３Ｂ，個
別電極１４Ａおよび共通電極１４Ｂ上には、各個別電極
１４Ａおよび共通電？４１　１　４　Ｂの端子部〈図示
せず》を除いて全面を被覆するように絶縁ＦＩ４１５が
蒸着や塗布によりほぼ２〜３μＩｎの模厚に積層される
。この絶縁層１５としては、Ｓ＋　０　　，Ｓ＋　　Ｎ
　　，Ｔａ２ｏ．などからなる無機質絶縁層でもよいし
、あるいはポリイミドなどからなる有ｌｌ質絶Ｉ！層で
もよい。そして、前記発熱素子１６Ａの形成ｔ！囲たる
各接統電極１３Ａ，１３Ｂの中央部およびグレーズ層１
２を所望の幅Ａ（第１図》で露出させるようにフォトリ
ソグラフィ技術によりストライプ状にドライエッチング
またはウエットエッチングする。

前記各接続Ｗｉ極１３Ａ．１３Ｂの中央部、グレーズ層
１２および絶縁ＸＩ１５上には、耐酸化性ならびに耐摩
耗性に優れた材質からなる発熱抵抗体層１６がほぼ全面
にスパッタリングなどによりほぼ３μｍ以上の膜厚に蒸
着されている。

この発熱抵抗体層１６の材料としては、ＳｉＣ、ＴｉＣ
、８４Ｃ．ＴａＣなとの炭化物、Ｔｉ　８２、Ｚｒ８２
などのホウ化物、Ｔｉ　Ｎ１Ｓｉ　３Ｎ４、ＢＮ，Ｚｒ
　Ｎなどの窒化物、ＡＩ２０３などの酸化物などの単独
または混合物、あるいはこれらの物質と高融点金属との
サーメットなどが好ましい。

このようにしてサーマルヘッドの露出している部位のほ
ぼ全面に発熱抵抗体層１６を積層すると、８　｝Ｂ　Ｍ
　ｍ極１　３Ａ．　１　３ＢオＪ：ヒクＬ／−スＸｉｌ
　２上に直接８Ｉ１１！された発熱抵抗体ｆｆ１６は、
各個別電極１４Ａと接続された各接ＲＭ極１３Ａ１およ
び共通電極１４Ｂと接続された各接続電極１３Ｂの問を
それぞれ独立した発熱素子１６Ａに形成されている。

前述した構成からなる本実施例のサーマルヘッドは、各
接続電極１３Ａ．１３Ｂをそれぞれ細長く平行に配置す
るとともに、各電極１３Ａ．１３Ｂ．１４Ａ．１４Ｂを
絶Ｒ層１５により被覆し、各接続電極１３Ａ．１３Ｂの
中央部上の絶縁層１５を任意の幅Ａでスｌ・ライブ状に
ドライエッチングなどにより除去して各接続電極１３Ａ
．１３８の中央部を露出してから、発熱抵抗体ＩＰ！１
６をスパッタリングなどにより蒸着して積Ｗ４ｖるので
、発熱抵抗体Ｊｌ！１１６を形成するだけで、それぞれ
各発熱素子１６Ａが形成されることになり、各発熱素子
１６Ａを形成するために、従来のようにフォトリソグラ
フィ技術による分割エッチングなどのパターニングが不
要となり、■ツヂングに制約のあるｉ１％硬度でかつ耐
酸化性材料を任意に使用することができる。この結果、
ほぼ３μｍ以上の膜厚に耐酸化性ならびに耐摩耗性に優
れた材料を積膚することにより、十分な摩耗寿命を有す
る発熱抵抗体居１６が得られる。

また、本実施例においては、各発熱素子１６Ａの抵抗値
を制御するために、絶縁Ｉｌｇｌ１５により一方向《第
２図の左右方向》の幅寸法を決定するとともに、各接続
電極１３Ａ．１３Ｂの間隔により′他方向（第２図の上
下方向）の幅寸法を決定しており、発熱抵抗体層１６は
単に蒸着するだけで各発熱素子１６Ａの縦横方内の寸沫
が決定し、あとは蒸着のＩｌｌ厚を制御するだけとなる
ので、高精度な抵抗値が実現できるという利点がある。

さらに、サーマルヘッドの表面のほぼ各全面にｌａＨ＋
，．た発熱抵抗体層１６は、それ自身が耐摩耗性に優れ
ているので、サーマルヘッドの保ｆｆｌＪＩとしての機
能を合わせて持つことになり、サーマルヘッドの耐久性
を向上することができる。

なお、本実施例のサーマルヘッドは、図示しない端子郡
にはんだ付番ノを容易に行なうことができる金属をめっ
きする前に、空気中において５００℃上に加熱して焼き
なましを行ないサーマルヘッドに熱履歴をあらかじめ与
えておくことにより、各発熱系子１６Ａの抵抗値の耐熱
性を安定にすることができ、サーマルヘッドの耐久ｉｆ
命のばらつきを低減することができる。

また、本実施例のように発熱抵抗体肘１６を厚い膜厚に
した場合、表面に酸化膜が形成されると、酸化が一般に
進行しなくなるので、多少の酸化性を有する材料であっ
て発熱抵抗体Ｉ１１６に使用可能であり、抵抗値の調整
幅を広く持たけることができる。

前述した実施例によれば、各発熱素子１６Ａが露出して
おり、しかも各発熱素子１６Ａが直接感熱記録媒体に直
接接触するので、高速印字性が得られるし、また、ラフ
ベーバーに対しても良質の印字を行なうことができる。

本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、
必要に応じて種々の変更が可能である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、＾速印字性を達成
できるとともに、表面の凹凸の大きないわゆるラフペー
パーに対しても良、質の印字を行なうことができるとい
う優れた効果を奏する。

４“．ＦＡ面のｒａｌＩな説明 第１図および第２図は本発明に係るサーマルヘッドの実
施例を示すものであり、第１図は第２１ｉｉ１のＩ−Ｉ
！ｉｔによるｌＩｌｉ面図、第２図は第１図の発熱抵抗
体層を一部省略した平面図、第３図は従来のサーマルヘ
ッドの断面図である。

１１・・・絶縁性基板、１２・・・グレーズ層、１３Ａ
．１３Ｂ・・・接ｖｃ電極、１４Ａ・・・個別電極、１
４Ｂ・・・共通電極、１５・・・絶１ｔＪｉＪ）．１６
・・・発熱抵抗体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）絶縁性基板上にグレーズ層を積層し、このグレーズ
   層上に複数の細長い接続電極を相互に間隔を隔てて平行
   に配設し、各接続電極に個別電極および共通電極を交互
   に接続し、各接続電極の中央部ならびに各１対の接続電
   極の中央部間に位置するグレーズ層を除く各電極および
   グレーズ層上に絶縁層を積層し、前記露出している接続
   電極の中央部およびグレーズ層ならびに前記絶縁層上に
   発熱抵抗体層を積層したことを特徴とするサーマルヘッ
   ド。 ２）前記各接続電極は高融点金属により形成され、また
   前記個別電極および共通電極は良電気導体により形成さ
   れており、各接続電極が前記各個別電極および共通電極
   の下方に配設されていることを特徴とする請求項第１項
   記載のサーマルヘッド。 ３）前記露出している接続電極の中央部およびグレーズ
   層を直接被覆している範囲の発熱抵抗体層が複数の発熱
   素子とされていることを特徴とする請求項第１項または
   第２項記載のサーマルヘッド。 ４）前記発熱抵抗体層は、高硬度ならびに耐酸化性を有
   しており、約３μｍ以上の膜厚に形成されていることを
   特徴とする請求項第１項ないし第３項のいずれか１項記
   載のサーマルヘッド。