JPH0250848A - 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〕 本発明はサーマルプリンタに用いられるサーマルヘッド
に係り、特に薄膜型のサーマルヘッドにおける熱効率の
改良に関する。

〔従来の技術〕

サーマルプリンタに搭載する１ノーマルヘツドは、例え
ば複数個の発熱抵抗体層を同一基板上に直線的に整列配
置し、情報に従ってこの発熱抵抗体層を通電加熱させて
、感熱記録紙に発色記録させるか、あるいはインクリボ
ンを介して普通紙に転写記録するために用いられる。

第４図は、従来のこの種の勺−マルヘッドの一般構造を
示すものである。

第４図において、セラミック基板等の絶縁性基板１上に
は、蓄熱層として機能するガラスからなるグレーズ層２
が形成されており、このグレーズ層２は、その発熱抵抗
体形成予定領域に上面の断面が円弧状のものとして形成
されている。このグレーズ層２の頂面部には、さらに断
面等脚台形状をなす凸部２Ａが加工して設けられており
、この凸部２Ａの上には、王、２Ｎ等からなる発熱抵抗
体層３が、蒸着、スパッタリングなどで被着された後、
エツチングにより複数個直線状に配置・形成されている
。この発熱抵抗体層３の土には、さらにこの発熱抵抗体
層３に対して給電覆るための給電体層４が形成されてい
る。この給電体層４は、例えばＡｆＪ、ＣＵ　、ＡＵ等
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、各発熱抵抗体層３の両側にそ
れぞれ一方が共通給電体層４Ａとして、また他方が信号
給電体層４Ｂとしてそれぞれ導出されている。そして、
対をなす共通給電体層４Ａおよび信号給電体層４Ｂ間に
おいて、１ドラ１〜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層３は、対をなす両給電体層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。

前述した発熱抵抗体層３おＪ：び給電体層４上には、こ
れらの発熱抵抗体層３および給電体層４を保護するほぼ
７〜１０μｍの膜厚の保護層５が形成されている。この
保護層５は、発熱抵抗体層３を酸化による劣化から保護
するＳｉＯ２などからなるほぼ２μ雇厚の耐酸化層６と
、この酸化層６上に積層され、インクリボン等との接触
による摩耗から発熱抵抗体層３および給電体層４を保護
するＴ８２０５等からなるほぼ５〜８μｍ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
外のヘッド面のすべてを覆うようになっている。この保
護層５の耐酸化層６および耐摩耗層７は、スパッタリン
グ等の手段によって順次形成され、その後、最終工程に
おいて絶縁性基板１を分割して所望のザーマルヘッドヂ
ップを得るようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

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ザ
ーマルプリンタは他の印字方式のプリンタと比べて、表
面の粒子が悪く、表面の凹凸の大きな用紙であるラフペ
ーパーに対する印字品質が決定的に劣っているため、現
在、マイナーな地位に甘んじている。このラフペーパー
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保護層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るため
であり、従来のサーマルヘッドにおいては、保護層５と
して熱伝導率の低イｓ、ｏ　　や王、２０５を７〜１０
μｍと厚い膜厚に形成しているため、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
量の供給スピードが十分に上昇せず、このため近年にお
ける印字の高密度化、高速化において、特に、保護層５
の改善が要望されている。従来の保護層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量の供給スピー
ドは上昇し、明らかに改善されるが、ＳｉＯ２、Ｔ８２
０５はともにビッカース硬度が低く耐摩耗性の点でプリ
ンタにおける耐久基準を全く満足できない重大な欠点が
生じるため、実用的にはＳｉＯ２が２μｍ１Ｔａ２０５
が５〜８μ瓦といった膜厚にせざるをえず、要求に合わ
ない。また、給電体層４に用いる金属導体は、ＡｆＩ　
、　Ｃ１、Ａｌ１といったいずれも軟質な金属であるた
め、印字に際してサーマルヘッドの圧接圧を高くすると
、軟質金属上の保護層５の亀裂が早期に発生してくる傾
向が強く、特にラフペーパーに対応するためサーマルヘ
ッドをプラテンに対して傾斜状に圧接し、絶縁性基板１
の端部が発熱抵抗体層３に近接した位置をとるいわゆる
リアルエツ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
ＴＯがあるが、このＴａ２０５は硬度がマイクロビッカ
ース硬度で約５００／（ｇ／−と小さく、５〜８μｍの
厚みが必要となるため、熱伝導が悪いものとなる。また
、この王、２０５は、酸素ガスの拡散性を有するため、
発熱抵抗体層３の酸化防止膜として中間にＳｉＯ２を挟
持しているが、この８１０２は特に熱伝導率が然いため
、熱伝導率が低下する。このため、エネルギ密度を上げ
ることが本質的にできず、保護層５の要求特性を満足し
えないものであった。

本発明は、前述した従来のものにおける問題点を克服し
、保護層の膜厚を薄く形成してもプリンタとしての耐久
基準を満足でき、かつ、用紙がラフペーパーであっても
良質の印字かできるようにした４ノーマルヘツドを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

前述した目的を達成するため本発明のサーマルヘッドは
、絶縁性基板上に、断面ほぼ台形状の凸部の形成された
グレーズ層を設（プ、このグレーズ層の凸部上に、発熱
抵抗体層を配置覆るとともに、前記グレーズ層上に、発
熱抵抗体層に給電する共通給電体層おにび信号給電体層
からなる給電体層を配置し、これらの発熱抵抗体層、給
電体層およびグレーズ層の上方を保護層により被覆して
なるサーマルヘッドにおいて、前記共通給電体層おＪζ
び信号給電体層を前記発熱抵抗体層から同一方向に導出
するとともに、前記保護層をビッカース硬度が１００（
ｌぴ／−以上の月利を２〜３μ辺の膜厚に形成して構成
したことを特徴としている。

〔作　用〕

前述した構成の本発明のサーマルヘッドによれば、共通
給電体層および信号給電体層を発熱抵抗体層から同一方
向に導出しているので、感熱記録媒体を圧接する部位に
軟かい金属からなる給電体層を位置さゼないようにでき
、したがって、サマルヘッドを強い圧接圧で感熱媒体に
圧接しても、この圧接部位の保護層の下方には軟かい給
電体層がないので、ビッカース硬度が大きいことも相俟
って薄い肉厚の保護層を亀裂などを生じさゼないで使用
でき、この結果、簿い肉厚の保護層として感熱記録媒体
に所望の熱エネルギを付与して、良好な印字を行なうこ
とができる。

〔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、同図における符号１１は絶縁性基板を示して
おり、この絶縁性基板１１はアルミナ等により形成され
ている。この絶縁性基板１１上には、最高位がほぼ５０
μｍ厚のグレーズ層１２が部分的に焼刊【プされており
、このグレーズ層１２上の発熱抵抗体層１３の形成予定
領域には、写真製版技術によりほぼ１０μｍの高さの断
面等脚台形状の凸部１２Ａが形成されている。

このようなグレーズ層１２上に、Ｔ８２Ｎ等からなる発
熱抵抗体層１３およびＡｌ１等からなる給電体層１４が
スパッタリングおよび写真製版技術により所望のパター
ンに形成されている。この給電体層１４の形成に際し、
共通給電体層１４Ａは、従来のものと異なり、発熱抵抗
体層１３から信号給電体層４Ｂと同一方向に導出される
ようになっており、このため発熱抵抗体層１３は第２図
に示すように口字状の折返しパターンとされている。

第２図においては、隣位の４個の発熱抵抗体層１３．１
３・・・が１組とされている。すなわち、同形の長方形
状の複数の発熱抵抗体層１３が、それぞれグレーズ層１
２の凸部１２Ａ上から凸部１２Ａの両傾斜面１２Ｂ、１
２Ｃにか【プて整列状に形成されており、一端から４個
ずつの発熱抵抗体層１３ａ、１３ｂ、１３Ｃ，１３ｄが
それぞれ１組とされている。このうち１組の発熱抵抗体
層１３における両端の発熱抵抗体層１３ａ、１３ｄには
、それぞれ第１図において左方向に延在する信号給電体
層１４Ｂ、１４Ｂが接続されており、また、中央の発熱
抵抗体層１３ｂ、１３ｃには、端部の幅を広くされ給電
体層１４Ｂと同方向に延在する１本の共通給電体層１４
Ａが接続されている。さらに、隣位の１対の発熱抵抗体
層１３ａと１３ｂおよび発熱抵抗体層１３ｃと１３６は
、自由端部同士をそれぞれ折返し電極１８．１８により
接続されている。この折返し電極１８は、Ｗ、Ｔａ　。

Ｃｒ　、、Ｍｏ　、Ｔｉ等の高融点金属を０．５μｍ以
下の膜厚に形成したものである。

このような構成により一方の信号給電体層１４Ｂを導通
状態にすると、共通給電体）Ｍｌ　４Ａからの電流が発
熱抵抗体層１３ｂ（１３ｃ）がら折返し電極１８および
発熱抵抗体層１３ａ　（１３ｄ）を介して一方の信号給
電体層１４．８に流れ、発熱抵抗体層１３ａ、１３ｂま
たは発熱抵抗体層１３ｃ、１３ｄが加熱される。したが
って、両信号給電体層１４Ｂを導通状態にすることによ
り４個のすべての発熱抵抗体層１３８〜１３ｄが加熱さ
れる。

ところで、第２図の実施例においては、１対の発熱抵抗
体ＩＷ１３ａと１３ｂ、発熱抵抗体層１３Ｃと１３６を
それぞれ折返し電極１８により接続して共通給電体層１
４Ａと信号給電体層１４Ｂとを接続するように構成され
ていたが、第３図に示すように、口字状の大きな面積の
発熱抵抗体層１３により第２図の１対の発熱抵抗体層１
３゜１３と折返し電極１８とを兼ねるようにして共通給
電体層１４Ａおよび信号給電体層１４１３を第１図にＪ
３いて左方向に導出するようにしてもよい。

前記グレーズ層１２、発熱抵抗体層１３、給電体層１４
上に形成されこれらを保護するだめの保護層５は、５１
３Ｎ４やＳｉＣを主成分とする耐酸化性ならびに耐摩耗
性にすぐれたしかも安価なものを単層としたものであり
、これらのうちザイアロン等をスパッタリング等で中層
形成するのが容易である。そして、これらの硬質膜の内
部応力による耐久クラック性の問題は成膜条件の操作に
より実用的なものにすることができる。

つぎに、前述した構成からなる本実施例の作用について
説明する。

本実施例における保護層５はＳ、窒化物または炭化物を
単層で２〜３μｍの厚みと従来のものに比べて極めて薄
いものとしているが、プリンタに搭載して印字する際、
サーマルヘッドは、グレーズ層１２の凸部１２Ａ上の発
熱抵抗体層１３から絶縁性基板１１の一端間の給電体層
１４の存在しない硬質部においてインクリボンＲおよび
用紙Ｐとプラテン１９に対する圧接圧を受けるようプラ
テン１９に対してサーマルヘッドを角変θ°傾けて大き
な圧接圧により印字することにより軟質金属からなる給
電体層１４上へのダメージを軽減して耐久性を延ばしつ
つ高密度でかつ高速の印字を行なうことができる。した
がって、用紙Ｐがラフペーパーであっても良質の印字を
行なうことができる。一方、保護層５における伝熱なら
びに放熱は、膜厚ができるたけ薄い方がよいが、プリン
タとしての信頼性から２μ而以下は故障率が高くなるの
で、本実施例における２〜３μｍ程度が最適である。さ
らに、サーマルヘッドの故障は保護層５の硬度がほぼ１
０００Ｋｇ／７以上になってくると保護層１５の中純摩
耗より下地の条件によって決まってくるが、本実施例に
おいては、インクリボンＲに圧接する部位の保護層１５
の下方には直接給電体層１４がないためダメージが生じ
るおそれがない。

なお、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、保護層を極限に近
い厚みに薄くしても、耐久性を保持しながら、エネルギ
密度を十分に高めることができ、かつ感熱記録媒体への
熱伝導が高められるので、サーマルヘッドの熱応答性も
改善され、不要な蓄熱も減少し、高密度でかつ高速の印
字を行なえ、ラフベーパーに対する印字性が顕著に改善
できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサーマルヘッドの実施例を示す断
面図、第２図および第３図はそれぞれ第１図の実施例に
適用される給電体層の実施例を示す平面図、第４図は従
来のサーマルヘッドを示す断面図である。 １１・・・絶縁性基板、１′２・・・グレーズ層、１２
Ａ。 １２Ｂ・・・凸部、１３・・・発熱抵抗体層、１４・・
・給電体層、１４Ａ・・・共通給電体層、１４Ｂ・・・
信号給電体層、１９・・・プラテン、Ｐ・・・用紙、Ｒ
・・・インクリボン。 朱／図 Δ 摩、２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性基板上に、断面ほぼ台形状の凸部の形成されたグ
   レーズ層を設け、このグレーズ層の凸部上に、発熱抵抗
   体層を配置するとともに、前記グレーズ層上に、発熱抵
   抗体層に給電する共通給電体層および信号給電体層から
   なる給電体層を配置し、これらの発熱抵抗体層、給電体
   層およびグレーズ層の上方を保護層により被覆してなる
   サーマルヘッドにおいて、前記共通給電体層および信号
   給電体層を前記発熱抵抗体層から同一方向に導出すると
   ともに、前記保護層をビッカース硬度が１０００Ｋｇ／
   ｍｍ＾２以上の材料を２〜３μｍの膜厚に形成して構成
   したことを特徴とするサーマルヘッド。