JPH0483651A - 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、感熱記録装置に用いられるサーマルヘッドお
よびその製造方法に関する。

［従来の技術］ ファクシミリ装置、プリンターその他の各種情報処理端
末の出力装置として、感熱記録装置が広く用いられてい
る。

この種の感熱記録装置は、感熱記録媒体を加熱して発色
させる方式のものと、記録媒体との間に間挿したインク
リボン等のインクドナーフィルムを加熱して記録媒体に
インクを転写する方式のものとがある。

いずれの方式の感熱記録装置においても、上記加熱源と
して、いわゆるサーマルヘッドが用いられる。

サーマルヘッドは、絶縁材料からなる支持基板上に配列
された複数の個別電極と、個別電極の先端部に対応して
配置された共通電極、個別電極と共通電極とを橋絡する
ごとく形成された発熱抵抗体、および発熱抵抗体表面を
保護すると共に記録媒体の摺動を円滑にし、記録媒体と
の接触を均一に保つための保護基板（保護層）とから基
本的に構成される。

そして、このサーマルへメトは、文字または図形のパタ
ーン情報に従って個別電極を選択し、これに電流を印加
することにより、選択された個別電極と共通電極の間に
ある発熱抵抗体にジュール熱を発生させ、記録媒体に対
して所望の記録を行うものである。

第９図は従来技術によるサーマルヘッドの構造を説明す
る断面図であって、１は支持基板であるセラミック基板
、２はガラス層、３はセラミック基板１とガラス層２と
からなるヘッド基板、４は発熱抵抗体からなる発熱抵抗
層、５ａは共通電極、５ｂは個別電極、６は保護層（保
護基板）である。

同図において、ヘッド基板３は、厚さが約１ｍｍのセラ
ミック基板１の一方の面に、厚さ５０〜６０μｍ程度の
薄いガラス層２を設けてなる。

このヘッド基板３の上記ガラス層２の上に、発熱抵抗層
４を有し、この発熱層４の両端にそれぞれ電極５ａ、５
ｂを設け、最上部全面にガラス材などからなる絶縁物の
基板からなる保護層６の被覆を備えている。

このような構造のヘッドをヘッド基板３上に複数個並設
してサーマルヘッドを形成する。

上記の構造を有するサーマルヘッドにおいては、発熱抵
抗層４で発生した熱は、電極５ａ、５ｂ、保護層６、ヘ
ッド基板３を伝って分散す°る。

特に、ガラス層２を通してセラミック基板１側に逃げる
熱が多く、保護層６から記録媒体に伝達される熱は、発
熱量の約３割程度であり、熱の利用効率は良くない。

セラミック基板１に逃げる熱を少なくするために、例え
ば特開昭５２−１００２４５号公報に開示されているよ
うに、ガラスＮ２に代えて熱伝導率の小さいエポキシ樹
脂や、ポリイミド樹脂を用いたものも提案されている。

なお、この種の従来技術を開示したものとしては、上記
特許公報の外、Ｊ、　Ｙａｍａｚａｋ　ｉ　　他”Ａ　
ＬｏｗＰｏｗｅｒ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｈｅａｄ　Ｒｅａ
ｌｉｚｉｎｇ　Ｈｉｇｈ　（ｌｕａｌｉｔｙ　Ｐｒｉｎ
ｔｉｎｇ”　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　４ｔｈ　ＥＣＣ
，ｐｐＺ６４−２７０（１９７８）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、発熱抵抗層から発生した熱
を、記録のために効率よく利用することが出来ないとい
う問題があった。

このような低効率のサーマルヘッドを用いて記録媒体に
充分な熱を与えるためには、供給する電流量を大きくし
なければならない。

しかし、電流量を多くすると、消費電力の増大、あるい
は発熱抵抗層の熱劣化をもたらし、その寿命を短縮させ
てしまうと共に、サーマルヘッド自体の蓄熱作用で記録
濃度ムラなどの発生が起こる。

また、記録媒体と対接する保護層もガラス材としている
ために、発熱抵抗層からの熱が効率よく記録媒体側に伝
達されないという問題もあった。

本発明の目的は、上記従来技術の諸問題点を解消し、熱
効率を向上させ、かつ記録品質を改善したサーマルヘッ
ド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、支持基板と、記
録媒体に対接する保護基板と、支持基板と保護基板との
間に設置した発熱抵抗層、およびこの発熱抵抗層に電流
を供給するための電極とを少なくとも具備するサーマル
ヘッドにおいて、支持基板と発熱抵抗層の発熱部との間
に空気層を介在させたことを特徴とし、このサーマルヘ
ッドを、保護基板の一方の面に、少なくとも、発熱抵抗
層とこの発熱抵抗層に電流を供給するための電極層とを
積層して形成する工程と、 保護基板に形成した発熱抵抗層の発熱部において、保護
基板と支持基板の少なくとも一方に対して、該支持基板
と該発熱抵抗層の発熱部の間に空間を付与するための工
程と、 支持基板の一方の面に、保護基板に形成した電極層と接
続するための電極パッドを形成する工程と、 上記支持基板と上記保護基板とを、該支持基板に形成し
た電極パッドに該保護基板に形成した電極層を圧接し、
上記発熱抵抗層の発熱部と支持基板との間に空気層を介
在させて一体化する工程と、を採用することにより製造
することを特徴とする。

［作用］ 支持基板と発熱抵抗層の発熱部間に介在させた空気層は
、その熱伝動率が従来のガラス層（熱伝導率：　０．０
０３９　Ｊ／ｃｍ　−Ｓ　　−ｄｅｇ）、エポキシ樹脂
（同０．００２　Ｊ／　ｃｍ　・Ｓ−ｄｅｇ）、ポリイ
ミド樹脂（同０．００１８　Ｊ／ｃｍ　−Ｓ　　−ｄｅ
ｇ）に比べて略１桁あるいはそれ以上小さく、セラミッ
ク基板側に逃げる熱は殆ど抑制される。

そのため、発熱抵抗層から発生した熱の殆どを保護基板
側に指向させることができる。

また、支持基板側のと保護基板側とを、それぞれ別個に
作成し、その何れか一方に対して、他方との間に空間を
形成するための形状を付与し、両者を接合したときに、
保護基板の発熱抵抗層の発熱部と支持基板との間に空気
層を介在させる製造方法を採用したことで、製造工程を
簡略化して信頬性の高いサーマルヘッドを得ることがで
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
面図であって、１はアルミナ材などからなるセラミック
の基板（支持基板）、４は発熱抵抗層、５ａは共通電極
、５ｂは個別電極、５ｃ、５ｄはそれぞれ共通電極５ａ
と個別電極５ｂに給電するための電極パッド、７はホー
ロー材からなる保護基板、８は耐酸化層、９は空気層で
ある。

なお、第１図中、Ｘはこのサーマルヘッドを記録装置に
設置したときの主走査方向を、またＹは副走査方向を示
す。

本実施例によるサーマルヘッドは、後述する製造方法で
詳しく説明するように、電極バンド５ｃ。

５ｄを形成した支持基板であるセラミンク基板と、発熱
抵抗Ｎ４と共通電極５ａ、５ｂおよび耐酸化層８を積層
形成した保護基板７とを、それぞれ別個に作成し、特に
保護基板７側の発熱抵抗層４の発熱部が支持基板１側に
凹となるように、この発熱部を中心とする中央部分を凹
面加工するものである。

これにより、支持基板１と保護基板７とを、保護基板７
の凹面が支持基板１側に対抗するように突き合わせて一
体化するときに、両者間の上記発熱部と支持基板１間に
空気層９を介在させる空間を形成させるようにしている
。

また、発熱抵抗層４は、個別電極５ｂ上に、そのＸ方向
の幅で個別に形成され、隣接する発熱抵抗層とは独立し
ている。

しかし、発熱抵抗層４は、図示した形状に限るものでは
な、く、Ｘ方向に連続形成したものにも本発明を適用で
きる。

サーマルヘッドを構成する各層の形成は、既知の厚膜形
成技術でも、また薄膜形成技術を用いても良（、形成さ
れた層は薄膜状となっている。

この様な構造において、個別電極５ｂ−共通電極５ａ間
に電流を流すことによって、発熱抵抗層４の上記両電極
間に橋絡する部分を中心とした部分（発熱部）から、ジ
ュール熱が発生ずる。

この熱は、空気層９が介在することで支持基板側には殆
ど伝達されず、保護基板７を通して大部分が記録媒体側
に伝達される。

保護基板７は、従来と同様のガラス材料であっても、従
来技術と比較して格段に高い熱利用効果が得られるが、
これを熱伝導率の高いホーロー材で構成したことにより
、さらに高い熱利用効果が得られる。

第３図は第１図、第２図に示したサーマルヘッドの製造
方法の説明図である。

同図において、まず、ホーロー材からなる厚さ約５０〜
１００μｍの保護基板４の一方の面に、例えばエルゲン
ハード社のメタルレジネート（商品名）の下記の番号の
各溶液を混合した金属有機物抵抗体材料を塗布する。

Ａ−１１２３（Ｉｒ有機物材料） ＃２８−ＦＣ（Ｓｉ有機物材料） ＃８３６５　　（Ｂｉ有機物材料） すなわち、上記各溶液を、保護基板７上に塗布し、焼成
後の原子数比が、Ｉｒ：Ｓｉ：Ｂｉ＝１＝１：１になる
ような割合で混合し、さらに、α−ターピネール、ブチ
ルカルピトールアセテート等の溶剤を使用して、粘度を
５０００〜３００００　ＣＰＳに富周整する。

この混合物を１００〜４００メツシユのステンレススク
リーンによって上記保護基板７上に印刷塗布する。

これを１２０″Ｃで乾燥し、赤外線焼成炉において８０
０　’Ｃ〜９００°Ｃ２１０分間焼成することで、発熱
抵抗層４の素膜を形成させる・・・・同図（ａ）参照。

発熱抵抗層４の膜厚は、例えば０．１〜０．５μｍであ
り、シート抵抗値は膜厚０．２μｍに換算して１５０Ω
／口程度である。

発熱抵抗層４は、前記したように、サーマルヘッドの主
走査方向Ｘ（図の紙面に垂直な方向）に複数の電極対に
ついて連続して配置しても、また各電極対ごとに独立し
た形で配置してもよいが、ここでは前者の配置を採るも
のとして説明する。

このようにして形成した発熱抵抗層４に対して、例えば
、ノリタケ株式会社製のメクロオーガニツク金ペースト
Ｄ２７をベタ印刷し、約６００　”Ｃで焼成して金膜を
形成する。

この金膜に対し、既知の、マスク露光、現像およびエツ
チング液（例えば、ヨウ素−ヨウ化カリウム溶液）を用
いたエツチングを施すフォトリソグラフィ技法を応用し
たパターニング技術で共通電極５ａと個別電極５ｂを形
成する・・・・同図（ｂ）参照。

次に、発熱抵抗層４の発熱部に相当する露出部分に、耐
酸化層８をパターンニング技術で形成する。

この耐酸化層８の材料としては、ガラス材、エポキシ樹
脂、あるいはポリイミド樹脂などを用いる・・・・同図
（Ｃ）参照。

耐酸化層８を形成した保護基板７の中央部を、プレスな
どの機械加工手段により、支持基板１側に凹となるよう
に湾曲させる。この湾曲は、発熱抵抗層４の発熱部が凹
の中央になるようにする・・・・同図（ｄ）参照。

一方、アルミナ材等からなる支持基板１の一方の面上に
、共通電極５ａと個別電極５ｂとそれぞれ接合して外部
からの給電端子となる電極パッド５ｃ　　５ｄを上記と
同様のパターンニング技術で形成する この電極パッド５ｃ、５ｄと、上記共通電極５ａ２個別
電極５ｂの各接合対応部表面に半田メツキを施しておく
。

電極パッド５ｃ、５ｄを形成した支持基板１に対して、
発熱抵抗層４．共通電極５ａ、個別電極５ｂおよび耐酸
化層８を形成した前記保護基板７を、共通電極５ａ、個
別電極５ｂと、電極パッド５ｃ、５ｄとがそれぞれ対向
して接するように合わせ、熱圧着により各電極とパッド
に施した半田を接合し、両者を固定する・・・・同図（
ｅ）参照。

この状態で、発熱抵抗層の発熱部と支持基板１との間に
、空気層９が介在する構造となる。

最後に、保護基板７の記録媒体側にある発熱抵抗層４の
凹部の背面（凸部）に位置する保護基板７の部分を、発
熱抵抗層４の発熱部近傍が５〜１０μｍ程度となるよう
に研磨する・・・・同図（ｆ）参照。

以上の工程により、第１図、第２図に示したサーマルヘ
ッドが得られる。

このサーマルヘッドによれば、上記したように、発熱抵
抗層４０発熱が支持基板ｌ側に伝わり難いという効果に
加え、保護基板７が発熱部対応部分で凸状となっている
ために、ガラス保護層を一部分に形成した既知の、所謂
部分グレーズ形式のサーマルヘッドと同等の、図示しな
いプラテンローラとの当接圧を高める効果がある。

第４図は本発明によるサーマルヘッドの第２実施例を説
明する部分破断した上面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断
面図であって、１０は支持基板１に形成した溝、第１図
、第２図と同一符号は同一部分に対応する。

この実施例では、前記実施例と同様に、セラミックの支
持基板１に、主走査方向Ｘに延びる溝１０を形成し、こ
の溝に対向させて発熱抵抗層４の発熱部を位置させたも
のである。

なお、この溝１０は、各個別電極に対応する発熱抵抗層
４ごとに凹とすることもできる。

この実施例によれば、保護基板７に曲げに（いセラミッ
ク材、あるいは厚手のホーロー材を用いることができ、
前記第１実施例のように、発熱抵抗層４．共通電極５ａ
、５ｂおよび耐酸化層８を積層形成した保護基板７を曲
げる工程を無くすことで、製造工程を簡略化でき、また
、曲げ工程がないために、発熱抵抗層４など、保護基板
側７の構成層に歪みを与えることがない。

この形式のサーマルヘッドの製造方法は、第３図の（ｄ
）の工程を省略し、同（ｅ）の工程で用意する支持基板
１に替えて、溝１０を形成した支持基板１を用いる点を
除いて同一工程を採ることができる。

第６図は本発明によるサーマルヘッドの第３実施例を説
明する部分破断した上面図、第７図は第６図のＡ−Ａ断
面図であって、１１は支持基板１に中央部が窪んだガラ
ス材からなる部分グレーズ層、前記各実施例と同一符号
は同一部分に対応する。

この実施例によるサーマルヘッドは、特に昇華型熱転写
記録装置などの高い押圧力を必要とする記録装置のサー
マルヘッドとして適した構造である。

同図において、ガラス材またはホーロー材等の絶縁材か
らなる保護基板７と、この保ｉ！基板７の一方の面に発
熱抵抗層４．共通電極５ａ、個別電極５ｂおよび耐酸化
層８を積層し、支持基板１側が凹となるように曲げ構造
とした点、およびその加工工程は、前記第１実施例と同
様であるが、支持基板１側は、前記各実施例と異なる構
造を有する。

すなわち、この第３実施例では、セラミックなどの絶縁
材からなる支持基板１の主走査方向（Ｘ方向）に沿う中
央部、すなわち発熱抵抗層４の発熱部と対向する部分に
、該Ｘ方向の凹部を持ち、この凹部の延在方向両側に凸
堤部１１ａ、ｌｌｂを持つガラス材からなる部分グレー
ズ１１を備えている。

第７図に示されたように、このような構成の支持基板１
側に、発熱抵抗層４．共通電極５ａ、個別電極５ｂおよ
び耐酸化層８を積層し、支持基板１側が凹となるように
曲げ構造とした保護基板７を固定する際に、発熱抵抗層
４の凹部斜壁をこの部分グレーズ１１の凸堤部１１ａ、
ｌｌｂで受けて支持する構造としている。

したがって、発熱抵抗層４を積層した保護基板を支持基
板１側に凹とし、支持基板１との間に空気層を介在させ
たことによって生じるプラテンローラからの圧接力に対
する機械的脆弱性を、上記部分グレーズ１１の凸堤部１
１ａ、ｌｌｂで発熱抵抗層４を支える構造でカバーし、
高い押圧力に耐えることができるため、プラテンローラ
との間に高い押圧力を必要とする昇華型熱転写記録装置
のサーマルヘッドとして用いることができる。

この形式のサーマルヘッドは、従来技術によって構成可
能な支持基板以外、前記第１実施例の製造工程と同様の
工程で製造できる。

以上、本発明の典型的な実施例を説明したが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。

すなわち、第１実施例では、ホーロー材からなる保護基
板に発熱抵抗層や各電極層を積層した後に、その全体を
凹状に曲げる方法を採っているが、これに替えて、予め
所定の凹状に曲げた保護基板に上記発熱抵抗層や各電極
層を積層成膜する方法でもよい。

また、保護基板の材料としては、ホーロー材。

ガラス材に限るものではなく、熱伝導率が大きい材料で
あれば、例えばステンレススチール（ＳＯ８）材のよう
なものを用いることもできる。

そして、曲げ加工等の加工が困難な材料を用いる場合に
は、第２実施例の構造を採用すればよい。

さらに、発熱抵抗層４、各電極５ａ、５ｂ、耐酸化層８
、電極パッド５ｃ、５ｄなどの構成層を形成する成膜法
も、上記したメタロ・オーガニック・デポジション法に
限定されるものではなく、既知の厚膜成形技術、あるい
は薄膜成形技術を採用できる。

支持基板の材料も、セラミック材に限らず、既知の絶縁
材を用いることができ、保護基板に用いる材料の熱膨張
係数と同一または返信の熱膨張係数をもつ材料であれば
よい。

第８図は本発明によるサーマルヘッドを用いた感熱記録
装置の概略構成図である。

同図において、１００は本発明によるサーマルヘッド、
１０１は感熱記録装置のヘッド基台、１０２はヘッド駆
動回路、１０３は記録媒体のガイドプレート、１０４は
記録媒体である感熱紙、１０５はプラテンローラである
。

同図において、サーマルヘッド１００はヘッド基台１０
１の上に固定され、その上方に位置するプラテンローラ
１０５に対抗して、両者間に記録媒体１０４を挟持する
。

なお、転写形式の感熱記録装置の場合は、記録媒体とし
て普通紙を感熱紙１０４に替え、この普通紙とサーマル
ヘッド１００との間にインクドナーフィルム１０６を間
挿する。

サーマルヘッド１００は、ヘッド駆動回路１０２により
選択された個別電極に電流供給を受け、記録媒体１０４
に文字、あるいは図形のパターンを形成する。

ヘッド駆動回Ｂ１０２は、図示しない信号処理手段から
記録信号を供給される。

本発明ニよるサーマルヘッドは、上記第８図に示した形
式の記録装置に限らず、種々の形式の感熱記録装置に適
用できるものであることは言うまでもない。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、発熱抵抗層と支
持基板との間に、従来のガラス層やポリイミドなどの樹
脂層よりも小さい熱伝導率をもつ空気層を介在させたこ
とで、発熱抵抗層から発生した熱の殆どを支持基板に伝
えることなく記録媒体側に伝達でき、消費電力を低減し
、支持基板側の温度上昇による記録品質の低下を回避す
ることができる。

また、発熱抵抗層を形成する基板をそのままサーマルヘ
ッドの保護基板として用いることで、従来技術のサーマ
ルヘッド製造方法における保護層の形成工程を不要とし
て、工程を簡略化できる。

そして、この保護基板を絶縁性の耐磨耗材とすることで
、記録媒体との摺動による磨耗を低減して長寿命化でき
、プラテンローラの圧接力に対して高い耐抗性を付与で
きるため、信転性を格段に向上させることができる等、
前記従来技術の欠点を解消し、優れた機能のサーマルヘ
ッドを提供することができる。

さらに、発熱抵抗層を支える部分グレーズ層を設けたも
のでは、プラテンローラの押圧力に対して充分に対抗で
きる高圧接触型感熱記録装置用のサーマルヘッドとして
、高い信軌性を提供できるものである。

【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図は第１図、第２図に示したサーマルヘッド
の製造方法の説明図、第４図は本発明によるサーマルヘ
ッドの第２実施例を説明する部分破断した上面図、第５
図は第４図のＡ−Ａ断面図、第６図は本発明によるサー
マルヘッドの第３実施例を説明する部分破断した上面図
、第７図は第６図のＡ−Ａ断面図、第８図は本発明によ
るサーマルヘッドを用いた感熱記録装置の概略構成図、
第９図は従来技術によるサーマルヘッドの構造を説明す
る断面図である。 １　・ ５　ａ　・ ５ｃ。 基板、 ・支持基板、４・・・ ・共通電極、５ｂ・・ ・・・・電極パッド、 ・・・耐酸化層、９・ ・発熱抵抗層、 ・・個別電極、 ７・・・・保護 ・・・空気層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、支持基板と、記録媒体に対接する保護基板と、支持
   基板と保護基板との間に設置した発熱抵抗層、およびこ
   の発熱抵抗層に電流を供給するための電極とを少なくと
   も具備するサーマルヘッドにおいて、 支持基板と発熱抵抗層の発熱部との間に空気層を介在さ
   せたことを特徴とするサーマルヘッド。 ２、支持基板と、記録媒体に対接する保護基板と、支持
   基板と保護基板との間に設置した発熱抵抗層、およびこ
   の発熱抵抗層に電流を供給するための電極とを少なくと
   も具備するサーマルヘッドの製造方法において、 保護基板の一方の面に、少なくとも、発熱抵抗層とこの
   発熱抵抗層に電流を供給するための電極層とを積層して
   形成する工程と、 保護基板に形成した発熱抵抗層の発熱部において、保護
   基板と支持基板の少なくとも一方に対して、該支持基板
   と該発熱抵抗層の発熱部の間に空間を付与するための工
   程と、 支持基板の一方の面に、保護基板に形成した電極層と接
   続するための電極パッドを形成する工程と、 上記支持基板と上記保護基板とを、該支持基板に形成し
   た電極パッドに該保護基板に形成した電極層を圧接し、
   上記発熱抵抗層の発熱部と支持基板との間に空気層を介
   在させて一体化する工程とからなるサーマルヘッドの製
   造方法。