JPH04110165A - サーマルヘッドおよびその製造方法 - 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、ファクシミリ、プリンター等、各種情報処理
装置の印刷出力手段として使用される感熱記録装置にお
けるサーマルヘッドとその製造方法に関する。

［従来の技術］ この種のサーマルヘッドは、絶縁基板の上に複数個の発
熱体を配列し、これら発熱体に電流を供給する電極を備
え、該電極を通して上記発熱体を選択的に発熱させるこ
とで、感熱記録紙に直接、あるいはインクドナーシート
を介した普通紙などの記録媒体上に文字あるいは図形を
記録するものである。

第７図は従来のサーマルヘッドの構造の一例を説明する
部分破断した平面図、第８図は第７図のＡ−Ａ断面図で
ある。なお、第７図において、Ｘはこのサーマルヘッド
を熱転写記録装置に組み込んだときの主走査方向を、ま
たＹは副走査方向を示す。

第７図、第８図において、ｌはセラミック基板、２はガ
ラス薄層、３はセラミック基板１とガラス薄層２からな
る絶縁基板、４は発熱抵抗体（以下、単に発熱体という
）、５ａは共通電極、５ｂは個別電極、６は絶縁物から
なる絶縁保護層である。

発熱体４は、絶縁基板３を構成するガラス薄層２上に、
複数の個別発熱部を構成するよう分離形成され、その配
列方向を主走査方向Ｘとしている。

ガラス薄層２を覆って、上記発熱体４のＹ方向一端部に
、上記複数の発熱体に対して共通に接続した共通電極５
ａが形成されている。

同様に、上記発熱体４のＹ方向他端部には、各発熱体４
のそれぞれに各別に接続した個別電極５ｂが形成されて
いる。

共通電極５ａと個別電極５ｂとで挟持された発熱体４の
露出部分４ａが、主として発熱部を形成する。

上記の共通電極５ａと個別電極５ｂ、および発熱体４の
露出部分４ａとを覆って、ガラス、セラミックス等の絶
縁物からなる絶縁保護層５が形成されている。

この絶縁保護層６は、上記露出部分４ａの酸化を防止す
ると共に、サーマルヘッドに接触する記録媒体による該
サーマルヘッドの摩耗を低減する機能を有し、表面平滑
性を良好にしている。

実際の記録に際しては、この絶縁保護層６上に感熱記録
紙、またはインクドナーフィルムを介した普通紙などの
記録媒体を押し付け、文字または図形（以下、文字とい
い、その記録を印字という）のデータに従って選択され
た個別電極に電流を流し、選択された個々の発熱体を記
録単位（以下、ドツトという）とする。

上記電流の通電によって発熱体４が発熱し、この熱が絶
縁保護層６を通して記録媒体に達し、記録媒体である、
感熱記録紙の発色材の発色により、またはインクドナー
フィルムのインクの溶融転写により、印字が行われる。

ところで、前記したように、記録媒体に接触し、記録媒
体に対して発熱体４から熱を伝達する表面材である上記
絶縁保護層６は、二酸化珪素（ＳｉＯ□）や五酸化タン
タル（Ｔａｚ　Ｏ５）等のガラス系材料を主流とする絶
縁物が用いられている。

この絶縁物としては、主としてガラス系材料が用いられ
ているが、このガラス系材料を含めて、サーマルヘッド
の保護層としての絶縁物は、もともと熱伝導性が低いこ
とに加え、記録媒体の接触による磨耗からサーマルヘッ
ドを保護するためにある程度の厚みをもって成層する必
要があることから、発熱体４と記録媒体との間に最低で
も該保護層の厚み分の距離が形成される。

そのため、記録媒体における熱分布の面積は発熱体４の
サイズ（面積）よりも小さくなる。

これにより、ドツト間の間隙が大きくなって、つながり
の悪い印字結果をもたらす。

すなわち、一般に、発熱体の発熱分布は、該発熱体の中
央部で最大で、この中央部から周辺部に向かって漸減す
る特性を持つため、発熱体からの距離が大きくなるに従
い、記録媒体に達する有効加熱量（感熱記録紙ではその
発色材を発色させるのに必要な熱、インクドナーフィル
ムを用いるものではインクを溶融させるのに必要な熱）
は少なくなる。

この問題を解決するために、特公昭５４−２４３００号
公報に開示されたように、互いに分離して形成した発熱
体に対して、該発熱体を覆う保護層の上層で発熱体対応
で、各発熱体毎に金属薄層を設けたものがある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の技術においては、印字されるドツトサイズを
大きくするためには発熱体に流す電流を多くする必要が
あり、発熱体の熱劣化をもたらすと共に、記録装置の消
費電力が大きくなるという問題がある。

また、上記公報に開示のサーマルヘッドでは、発熱体上
方に形成した金属薄層が該発熱体からの熱を記録媒体に
中継することで、特に電流を増やすことなく所望の岐路
ドツトサイズとすることができる。

しかし、金属薄層に記録媒体が直接接触する構造である
ため、たとえ該金属薄層を耐磨耗性のよい金属材料を用
いて形成したとしても、その薄層自体が蒸着またはメツ
キで形成されるものであるため、磨耗や損傷を受は易く
、サーマルヘッドの寿命を短縮するという問題がある。

本発明の目的は、上記従来技術の諸問題を解消し、発熱
体からの熱を効率良く記録媒体に伝達して低消費電力で
、かつ、印字ドツトサイズの縮小をなくし、寿命の長い
サーマルヘッドとその製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、絶縁基板（３）
上に、互いに分離して配列された複数の発熱体（４）と
、これら発熱体（４）を被覆して積層された絶縁保護膜
とからなるサーマルヘッドにおいて、 前記絶縁保護膜は、積層された第１の絶縁保護層（６ａ
）と第２の絶縁保護層（６ｂ）とで構成された二層構造
からなり、 前記二層構造を構成する第１の絶縁保護層（６ａ）と第
２の絶縁保護層（６ｂ）との間に、前記発熱体の配列に
従ってその上方に延在させた帯状の金属層（７）を設け
たことを特徴とする。

上記金属層（７）は、金、銀、白金、ニッケル。

モリブデン、タングステン等の高い熱伝導性を持つ金属
の何れか、またはこれらの少なくとも２種の合金で形成
するのを好適とする。

また、このサーマルヘッドを製造するために、絶縁基板
（３）上に、互いに分離して配列された複数の発熱体（
４）と、これら発熱体に電流を供給する電極（５ａ、　
　５　ｂ）とを形成する工程と、前記発熱体（４）と電
極（５ａ、５ｂ）とを覆って、第１の絶縁保護層（６ａ
）を形成する工程と、 前記第１の絶縁保護層（６ａ）を覆って金属有機物のペ
ーストを塗布し、これを焼成することにより、金属被膜
層を形成する工程と、 前記金属被膜層をフォトリソグラフィー技法によるパタ
ーニングによって該発熱体（４）の配列に従った帯状の
金属層（７）を形成する工程と、前記帯状の金属層と前
記第１の絶縁保護層を覆って第２の絶縁保護層を形成す
る工程と、を採用したことを特徴とする。

［作用］ 発熱体（４）と記録媒体との間に、熱伝導性の高い金属
層（７）を介在させたことにより、発熱体（４）から発
生した熱は、この金属層（７）に中継されて、第１の絶
縁保護層（６ａ）と第２の絶縁保護層（６ｂ）を通して
記録媒体方向に伝達される。

上記金属層（７）を、発熱体（４）の配列方向に連続さ
せた帯状としたことで、ドツト対応で個別に形成された
発熱体（４）間の熱分布に連続性が得られ、発熱体（４
）の配列方向の印字ドツトの繋がりが良好となる。

記録媒体に達する熱の分布は、上記金属層の面積でほぼ
決まる。

従って、上記帯状の金属層（７）の、発熱体（４）の配
列方向と直交する方向のサイズは、所望のドツトサイズ
により選定される。

また、このサイズを上記発熱体（４）の同方向サイズに
等しいが、大きくしたことで発熱体（４）の発熱分布に
起因するドツトサイズの減少を回避できる。

また、上記金属層を、金属有機物の熱分解によって形成
する方法を採用したことによって、絶縁保護層との接合
特性が良好となり、製造設備を簡略化できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明によるサーマルヘッドの第１実施例の構
造を説明する部分破断した上面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ断面図である。

第１図、第２図において、１はセラミック基板、２はガ
ラス薄層、３はセラミック基板１とガラス薄層２からな
る絶縁基板、４は発熱抵抗体（以下、単に発熱体という
）、５ａは共通電極、５ｂは個別電極、６ａは第１の絶
縁保護層、６ｂは第２の絶縁保護層、７は金属層である
。

また、各部分の相互構成は、第１の絶縁保護層６ａ、第
２の絶縁保護層６ｂおよび金属層７０部分を除いて、前
記第７図、第８図における説明と同様なので省略する。

絶縁基板３は、セラミック基板１上に、５０〜６０μｍ
程度の厚さを有するガラス薄層２を形成してなる。

この絶縁基板３のガラス薄層２上に、印字ドツトに対応
する個別の発熱体４が設けられる。

発熱体４には、加熱電流を供給するための共通電極５ａ
と個別電極５ｂが設けられている。

共通電極５ａは、発熱体４の配列方向であるＸ方向（記
録装置における主走査方向）において、複数の個別の発
熱体４に対して共通に接続されている。

一方、個別電極５ｂは、各発熱体４にそれぞれ独立して
設けられている。

発熱体４と共通電極５ａ、個別電極５ｂとを覆って、第
１の絶縁保護層６ａが設けられている。

この第１の絶縁保護層６ａの上に、発熱体４の上方に位
置して、Ｘ方向に延びる帯状の金属層７が設けられてい
る。

そして、上記帯状の金属層７と第１の絶縁保護層６ａを
覆って、厚さ３〜５μｍの第２の絶縁保護層６ｂが被着
されている。

第１図と第２図に示した実施例では、上記金属層７は、
その幅Ｗ、が発熱体４の幅より狭（形成しであるが、二
〇幅Ｗ１は印字させたいドツトの大きさにより選定する
。

例えば、上記したように、第１の絶縁保護層６ａの厚さ
を１〜２μｍ、第２の絶縁保護層６ｂの厚さを３〜５μ
ｍとしたとき、１ｍｍあたり８ドツトの密度とする場合
には、Ｗｌは１５０μｍ程度とするのが望ましい。

第３図は前記第１実施例のサーマルヘッドの熱分布を説
明する模式図であって、８は記録媒体、９ａは本実施例
の熱分布曲線、９ｂは対比のために示す従来技術の熱分
布曲線、９ｃは熱移動を示す矢印、第２図と同一符号は
同一部分に対応する。

同図において、サーマルヘッドはその第２の絶縁保護層
６ｂに記録媒体８が接触し、押圧された状態で、個別電
極５ｂから共通電極５ａに通電させる。

この通電により、個別電極５ｂと共通電極５ａの間に接
続された発熱体４が加熱される。

発熱体゛４から発生した熱は、金属層７が無い場合は図
示の曲ｉ９ｂに示したような分布となる。

そのため、記録媒体８での記録ドツトは発熱体４のサイ
ズよりもかなり小さくなってしまう。

一方、金属層７があると、発熱体４からの熱は矢印９ｃ
で示したように、熱伝導性の良好な金属層７に移動して
、この金属層７を加熱し、加熱された金属層７を熱源と
した図示９ａにしめしたような熱分布となる。

これにより、記録媒体８に記録されるドツトのサイズは
、はぼ金属層７のサイズのものとなる。

第４図は本発明によるサーマルヘッドの第２実施例の構
造を説明する前記第１図のＡ−Ａ断面に相当する断面図
である。

同図においては、帯状の金属層７の幅Ｗ２を発熱体４の
同方向におけるサイズより大としたものである。

第５図は前記第２実施例のサーマルヘッドの熱分布を説
明する模式図であって、第３図と同一符号は同一部分に
対応する。

同図において、発熱体４から発生した熱は、金属層７が
ない場合には上記第３図の場合と同様の分布となるが、
金属層７があるために、矢印９ｃに示したように、熱伝
導性の良好な金属層７に移動して、この金属層７を加熱
し、加熱された金属層７を熱源とした図示９ａにしめし
たような熱分布となる。

金属層７のサイズは発熱体４のサイズより大きいため、
記録媒体８での記録ドツトのサイズは大き（なる。

高密度記録のためには、発熱体４のサイズを小さくする
ことが行われるが、発熱体間の間隔を小さくすることに
は限界があるが、以上説明した各実施例かられかるよう
に、本発明によれば、発熱体４のサイズに係わらず、金
属層７にサイズによって、記録ドツトのサイズをコント
ロールでき、高密度記録のために発熱体サイズを小さく
したものにおいても、該発熱体の配列方向（Ｘ方向）に
おける記録ドツトの繋がりが得られ、鮮明な記録を得る
ことができる。

次に、上記説明したサーマルヘッドの製造方法を説明す
る。

第６図は本発明によるサーマルヘッドの製造方法の一例
を説明する概略工程図であって、前記第１図に示した実
施例のサーマルヘッドを製造するものに関する。

なお、同図は、成層工程を模式的に図示している。

同図において、セラミック基′Ｆｉ１の上に５０〜６０
μｍ程度の厚さを有するガラス層２を設けた絶縁基板３
を用意する。・・・・　（ａ）この絶縁基板３の上に、
例えばＩ　ｒ　／　Ｓ　ｉ　／　Ｂｉの混合金属有機物
溶液４ａを塗布し、これを乾燥焼成した後、フォトレジ
ストを塗布、乾燥し、マスク露光、現像処理し、これを
さらに、フン酸／硝酸混合水溶液をエッチャントとして
フォトエツチング処理を施し、発熱体４を分離形成する
。

・・・　（ｂ） 発熱体４を分離形成したガラス層２上に、金の金属有機
物ペーストを塗布、乾燥、焼成した後、上記と同様に、
フォトレジストを塗布、乾燥し、マスク露光、現像処理
し、これをさらに、ヨウソ／ヨウ化カリウム混合液をエ
ッチャントとしてフォトエツチング処理し、共通電極５
ａと個別電極５ｂを形成する。・・・・　（Ｃ） 次に、発熱体４と共通電極５ａ、個別電極５ｂの上面に
、ガラスペーストを塗布、乾燥、焼成して、厚さが約１
〜２μｍの第１の絶縁保護層６ａを形成する。・・・・
（ｄ） 第１の絶縁保護層６ａの上に、前記共通電極５ａと個別
電極５ｂを形成の形成に用いた金属有機物のペーストを
塗布、乾燥、焼成して金属膜層７ａを形成する。・・・
・（ｅ） この金属膜層７ａにフォトレジストを塗布、乾燥し、マ
スク露光、現像処理して、これをさらに、ヨウソ／ヨウ
化カリウム混合液をエッチャントとしてフォトエツチン
グ処理して金の金属層７を形成する。このとき、金属層
７は、発熱体の上方に、発熱体４の配列方向に従って延
在する一本の帯止に形成する。・・・・　（ｆ） そして、この金属層の幅は印字させたいドツトの大きさ
に応じて決定し、マスク露光時のフォトマスクのパター
ンの大きさでコントロールする。

例えば、前記したように、８ドツト／　ｍ　ｍの印字密
度では、上記幅は１５０μｍ程度とする。

最後に、この金属層７の上面を覆ってガラスペーストを
塗布し、乾燥、焼成して、厚さ３〜５μｍ程度の第２の
絶縁保護層６ｂを形成する。・・・（ｇ） 本発明における上記金属層７を形成するための金属は、
実施例で用いた金に限らず、銀、白金ニッケル、モリブ
デンなどの一種または二種の、あるいはそれ以上の合金
を用いることができる。

上記の金属は、ガラス系材料の２００倍近い熱伝導性を
示すものである。

なお、熱伝導性が高く、ガラス系の絶縁保護層と化学的
、物理的になじみ、安定は物質であれば金属に限らない
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発熱体のサイズ
にかかわらず、金属層のサイズによって印字ドツトの大
きさを設定できる。

例えば、１６ドツｌ−／　ｍ　ｍといった高密度印字用
のために発熱体のサイズを小さくした場合、発熱体の間
隔は製造上で制限があり、その結果、発熱体の幅が狭く
なって印字ドツトのつながりが悪くなる。

しかし、本発明によれば、発熱体上方にその配列方向に
連続する金属層によって、記録媒体からみたときの熱源
サイズを大きくできるので、ドツト間のつながりが良好
となって、印字品質を向上できる。

また、金属層を介して記録媒体を加熱するものであるた
め、発熱体の局所的な高温部分（ヒートスポット）の発
生を低減でき、サーマルヘッドの寿命を長くする効果も
ある。

さらに、本発明の構成により、従来と同様の印加電力で
大サイズのドントを得ることが可能な低消費電力による
高能率印字を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーマルヘッドの第１実施例の構
造を説明する部分破断した上面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ断面図、第３図は前記第１実施例のサーマルヘッド
の熱分布を説明する模式図、第４図は本発明によるサー
マルヘッドの第２実施例の構造を説明する前記第１図の
Ａ−Ａ断面に相当する断面図、第５図は前記第２実施例
のサーマルヘッドの熱分布を説明する模式図、第６図は
本発明によるサーマルヘッドの製造方法の一例を説明す
る概略工程図、第７図は従来のサーマルヘッドの構造の
一例を説明する部分破断した平面図、第８図は第１図の
Ａ−Ａ断面図である。 １・・・・セラミンク基板、２・・・・ガラス薄層、３
・・・・絶縁基板、４・・・・発熱抵抗体、５ａ・・・
・共通電極、５ｂ・・・・個別電極、６ａ・・・・第１
の絶縁保護層、６ｂ・・・・第２の絶縁保護層、７・・
・・金属層。 出願人　冨士ゼロックス株式会社 代理人　　小　野　寺　　洋　二（外２名）第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 り一 第８図 １ラ　Ｎ 。゛・１、＼ ７　）、＼ ＼　　＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ 平成２年１１月３０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板上に、互いに分離して配列された複数の発
   熱体と、これら発熱体を被覆して積層された絶縁保護膜
   とからなるサーマルヘッドにおいて、前記絶縁保護膜は
   、積層された第１の絶縁保護層と第２の絶縁保護層とで
   構成された二層構造からなり、 前記二層構造を構成する第１の絶縁保護層と第２の絶縁
   保護層との間に、前記発熱体の配列に従ってその上方に
   延在させた帯状の金属層を設けたことを特徴とするサー
   マルヘッド。 ２、絶縁基板上に、互いに分離して配列された複数の発
   熱体と、これら発熱体に電流を供給する電極とを形成す
   る工程と、 前記発熱体と電極とを覆って、第１の絶縁保護層を形成
   する工程と、 前記第１の絶縁保護層（６ａ）を覆って金属有機物のペ
   ーストを塗布し、これを焼成することにより、金属膜層
   を形成する工程と、 前記金属被膜層をフォトリソグラフィー技法によるパタ
   ーニングによって前記発熱体の配列に従った帯状の金属
   層を形成する工程と、 前記帯状の金属層と前記第１の絶縁保護層を覆って第２
   の絶縁保護層を形成する工程と、 からなる、サーマルヘッドの製造方法。