JPH08207333A - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】長期にわたり良好な印字を行うことが可能なサ
ーマルヘッドを提供する。 【構成】セラミック材料から成るヘッド基板１上に、該
ヘッド基板１の周縁部まで延設されたポリイミド樹脂製
の蓄熱層２を被着させるとともに、該蓄熱層２上に、熱
緩和層３、発熱抵抗体４を順次被着して成るサーマルヘ
ッドであって、前記蓄熱層２の少なくとも端面に、シリ
コーン樹脂、もしくは、エポキシ樹脂から成る封止材９
を被着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサやフ
ァクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマ
ルヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図５（ａ）
（ｂ）に示す如く、アルミナセラミックス等のセラミッ
ク材料から成るヘッド基板１１上に、ポリイミド樹脂か
ら成る蓄熱層１２を被着させるとともに、該蓄熱層１２
上に、窒化珪素、サイアロン、炭化珪素等から成る熱緩
和層１３を被着させ、更に該熱緩和層１３上に、窒化タ
ンタル等から成る発熱抵抗体１４と、アルミニウムから
成る個別電極１５及び共通電極１６と、窒化珪素等から
成る保護膜１７とを順次被着させた構造を有しており、
前記個別電極１５及び共通電極１６間に印字信号に基づ
いて所定の電力を印加し、発熱抵抗体１４を選択的にジ
ュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等の
感熱記録媒体に伝導させ、感熱記録媒体に所定の印字画
像を形成することによってサーマルヘッドとして機能す
る。

【０００３】尚、前記熱緩和層１３は、蓄熱層１２を形
成するポリイミド樹脂が発熱抵抗体１４の発する熱等に
よって劣化するのを防止するためのものであり、また前
記保護層１７は、発熱抵抗体１４を大気中に含まれてい
る水分等の接触による腐食や感熱記録媒体の摺接による
摩耗から保護するためのものである。

【０００４】またかかる従来のサーマルヘッドは、通
常、以下の方法によって製作される。 （１）まずアルミナセラミックス製の大型基板を準備
し、該大型基板の上面に、ポリイミド樹脂となるワニス
をディスペンサ等を用いて塗布し、しかる後、前記ワニ
スに熱を印加してワニスを熱硬化させることによって大
型基板上に蓄熱層１２を形成する。

【０００５】（２）次に前記蓄熱層１２上に、窒化珪
素、サイアロン、炭化珪素等から成る熱緩和層１３を被
着させ、該熱緩和層１３上に、発熱抵抗体１４、個別電
極１５及び共通電極１６、保護膜１６を、従来周知のス
パッタリング法やフォトリソグラフィー技術等によって
それぞれ被着形成する。

【０００６】（３）次に前記大型基板にレーザー、或い
は、カッター等により外力を印加し、大型基板をその上
面に被着した蓄熱層１２及び熱緩和層１３等と共に切断
することによって上面に蓄熱層１２等を有する所定形状
のヘッド基板１１と成し、最後に前記ヘッド基板１１上
面の所定個所に駆動用ＩＣ等を搭載させることによって
製品としてのサーマルヘッドが製作される。

【０００７】尚、上述したサーマルヘッドの製作におい
て、大型基板から所定形状のヘッド基板１１を得るよう
にしているのは、最初から所定形状のヘッド基板１１を
用いてサーマルヘッドを製作した場合、ヘッド基板１１
の上面にポリイミド樹脂となるワニスをディスペンサ等
によって塗布して蓄熱層１２を形成する際、蓄熱層１２
の両端部における厚みが厚くなって蓄熱量にバラツキが
発生し、感熱記録媒体に鮮明な印字画像を形成すること
ができなくなるためであり、大型基板の上面に蓄熱層１
２を被着させ、その厚みが厚い端部領域を除去するよう
にして切断すれば、切断により得られるヘッド基板１１
上には略均一厚みの蓄熱層１２が被着されることとな
り、蓄熱層１２における蓄熱量を均一として感熱記録媒
体に鮮明な印字画像を形成することが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、大型基板を蓄熱層１２
等と共に切断して所定形状のヘッド基板１１を得た際、
蓄熱層１２の端面（切断面）が露出されること、及び、
蓄熱層１２を形成するポリイミド樹脂の吸湿性が極めて
高いこと等から、大気中の水分が蓄熱層１２の端面を介
して蓄熱層１２中に多量に吸着されると、蓄熱層１２と
熱緩和層１３、或いは、蓄熱層１２とヘッド基板１１の
接合強度が大幅に低下し、サーマルヘッドを繰り返し使
用した際、蓄熱層１２とその上下に配置された各層との
間に熱応力に起因する剥離が生じ、その結果、感熱記録
媒体に所望する印字を行うことが不可となる欠点を有し
ていた。この欠点は、サーマルヘッドを高湿の環境下で
使用する場合に特に顕著であった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は、高湿の環境下であっても長期間にわた
り良好な印字画像を形成することが可能なサーマルヘッ
ド及びその製造方法を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、セラミック材料から成るヘッド基板上に、該ヘッド
基板の周縁部まで延設されたポリイミド樹脂製の蓄熱層
を被着させるとともに、該蓄熱層上に、熱緩和層、発熱
抵抗体を順次被着して成るサーマルヘッドであって、前
記蓄熱層の少なくもとも端面に、シリコーン樹脂、もし
くは、エポキシ樹脂から成る封止材が被着されているこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明のサーマルヘッドの製造方法は、セ
ラミック材料から成る大型基板の上面に、発熱抵抗体が
設けられるポリイミド樹脂製の蓄熱層を被着させる工程
と、前記蓄熱層を熱緩和層で被覆する工程と、前記大型
基板をその上面に被着させた蓄熱層、熱緩和層と共に切
断し、上面に蓄熱層及び熱緩和層を有する所定形状のヘ
ッド基板と成す工程と、前記ヘッド基板の蓄熱層の切断
面に、シリコーン樹脂、もしくは、エポキシ樹脂から成
る封止材を被着させる工程とからなることを特徴とす
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明のサーマルヘッドの一実施例
を示す平面図、図２は図１のＡ方向から見た部分拡大平
面図、図３は図１のＸ−Ｘ線断面図であり、１はヘッド
基板、２は蓄熱層、３は熱緩和層、４は発熱抵抗体、５
は個別電極、６は共通電極、７はドライバーＩＣ、８は
保護膜、９は封止材、１０は感熱記録媒体である。

【００１４】前記ヘッド基板１はアルミナセラミックス
等の電気絶縁性材料から成り、上面で発熱抵抗体４等を
支持するとともに、サーマルヘッドの温度を感熱紙等に
良好な印字画像を形成するに必要な温度に制御する作用
を為す。

【００１５】また前記ヘッド基板１の上面には、その両
端部がヘッド基板１の周縁部まで延設されるとともに、
該延設部に切断面を有したポリイミド樹脂製の蓄熱層２
が、１５〜８０μｍの厚みをもって帯状に被着されてい
る。

【００１６】前記蓄熱層２は、低熱伝導性（熱伝導率：
０．１〜０．９Ｗ／ｍ・ｋ）を有するポリイミド樹脂に
より形成されているため、発熱抵抗体４の発する熱を適
当な温度となるように蓄積し、サーマルヘッドの熱応答
特性を良好に保つことができる。

【００１７】また前記蓄熱層２の延設部には、シリコー
ン樹脂、もしくは、エポキシ樹脂から成る封止材９が、
感熱記録媒体１０の通過領域よりも外側の位置で、少な
くとも蓄熱層２の端面（切断面）を覆うようにして被着
されている。

【００１８】更に前記蓄熱層２の上面には、窒化珪素、
サイアロン、炭化珪素、ジルコニア等から成る熱緩和層
３が１〜１０μｍの厚みをもって被着されており、該熱
緩和層３は発熱抵抗体４の発する熱を適度に拡散緩和
し、該拡散緩和した熱をポリイミド樹脂から成る蓄熱層
２に伝導させることによって蓄熱層２の軟化変形を有効
に防止する作用を為す。

【００１９】このようにヘッド基板１上の蓄熱層２は、
その上面が熱緩和層３によって被覆され、端面がシリコ
ーン樹脂、エポキシ樹脂等の低吸湿性材料から成る封止
材９によって被覆されているため、蓄熱層２は大気と完
全に遮断され、蓄熱層２を形成するポリイミド樹脂に多
量の水分が吸着されるのが有効に防止されるようになっ
ている。これにより、サーマルヘッドを高湿の環境下で
使用する場合であっても、蓄熱層２と熱緩和層３、或い
は、蓄熱層２とヘッド基板１の接合強度は常に高く維持
され、感熱記録媒体１０に長期間にわたって所望の印字
画像を形成することが可能となる。

【００２０】また一方、前記熱緩和層３の上面には、直
線状に配列された多数の発熱抵抗体４が被着され、該各
発熱抵抗体４には、個別電極５及び共通電極６が接続さ
れている。

【００２１】前記発熱抵抗体４は、例えば窒化タンタル
等から成り、それ自体が所定の電気抵抗率を有している
ため、個別電極５及び共通電極６を介して電力が印加さ
れると、ジュール発熱を起こし、印字画像を形成するに
必要な温度、例えば２５０〜４００℃の温度に発熱す
る。

【００２２】また前記発熱抵抗体４上に接続されている
個別電極５及び共通電極６はアルミニウム等の金属から
成っており、発熱抵抗体４にジュール発熱を起こさせる
ために必要な所定の電力を印加する作用を為す。

【００２３】また更に前記個別電極５及び共通電極６を
上面に有する発熱抵抗体４は、その表面が窒化珪素、炭
化珪素等の硬質無機物材料（ビッカース硬度：１２００
Ｈｖ以上）から成る保護膜８によって覆われており、該
保護膜８は発熱抵抗体４、個別電極５及び共通電極６を
感熱記録媒体１０の摺接による摩耗や大気中に含まれる
水分の接触による腐食から保護する作用を為す。尚、前
記保護膜８は、その厚みを８〜２５μｍの範囲内に設定
しておけば、印字時、保護膜８にクラックが発生するこ
とは殆ど無く、その強度が向上される。従って保護膜８
の厚みは８〜２５μｍの範囲内に設定しておくことが好
ましい。

【００２４】また前記個別電極５にはドライバーＩＣ７
が、例えば、フェイスダウンボンディング法によって半
田等のロウ材を介して接続されており、該ドライバーＩ
Ｃ７は外部より入力される印字信号等の制御信号に基づ
いて発熱抵抗体４を選択的に発熱制御する作用を為す。

【００２５】かくして上述したサーマルヘッドは、個別
電極５と共通電極６との間にドライバーＩＣ７の駆動に
伴って所定の電力を印加し、発熱抵抗体４を選択的にジ
ュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱記録媒
体１０に伝導させ、感熱記録媒体１０に所定の印字画像
を形成することによってサーマルヘッドとして機能す
る。

【００２６】次にかかるサーマルヘッドの製造方法を、
複数個のサーマルヘッドを同時に製作する場合を実施例
により説明する。

【００２７】（１）先ず、図４（ａ）に示す如く、アル
ミナセラミックス等のセラミック材料から成り、前記ヘ
ッド基板１を複数個、切り出すことが可能な大型基板１
Ａを準備する。

【００２８】前記大型基板１Ａは、アルミナ、シリカ、
マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶
剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従
来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を
採用することによってセラミックグリーンシートを形成
し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形
状に打ち抜き加工するとともに高温（約１６００℃）で
焼成することによって製作される。

【００２９】また前記大型基板１Ａには複数個のブレー
クライン１ｂが形成されており、該ブレークライン１ｂ
は大型基板１Ａを折り曲げによって所定形状のヘッド基
板１に切断する際、その切断を容易とする作用を為す。
尚、前記ブレークライン１ｂは大型基板１Ａとなるセラ
ミックグリーンシートに予めレーザー等で複数個の孔を
線状に配列させて穿設しておくことによって形成され、
該ブレークライン１ｂの深さは大型基板１Ａの厚みに対
し、約４０％となるように形成されている。

【００３０】（２）次に前記大型基板１Ａの上面に、図
４（ｂ）に示す如く、ポリイミド樹脂から成る蓄熱層２
Ａを被着させる。

【００３１】前記蓄熱層２Ａは、例えば、熱伝導率が
０．１〜０．９Ｗ／ｍ・ｋのポリイミド樹脂から成り、
該ポリイミド樹脂のワニス（液状樹脂）をディスペンサ
等を用いて大型基板１Ａの上面に帯状に塗布するととも
に、これを約３５０℃の温度で熱硬化させることによっ
て大型基板１Ａ上に約１５乃至８０μｍの厚みに被着さ
れる。

【００３２】前記大型基板１Ａの上面に被着される蓄熱
層２Ａはその熱伝導率が０．９Ｗ／ｍ・ｋ以下としてお
けば、前記蓄熱層２は発熱抵抗体４が発する熱を良好に
蓄積し、サーマルヘッドの温度を短時間で印字に必要な
所定温度に上昇させることができる。従って蓄熱層２Ａ
の熱伝導率は０．９Ｗ／ｍ・ｋ以下としておくことが好
ましい。

【００３３】（３）次に前記大型基板１Ａ上の蓄熱層２
Ａを熱緩和層３で被覆し、しかる後、図４（ｃ）に示す
如く、発熱抵抗体４、個別電極５及び共通電極６を所定
パターンに被着形成する。

【００３４】前記熱緩和層３は、従来周知のスパッタリ
ング法等を採用し、窒化珪素等を蓄熱層２Ａ上に１〜１
０μｍの厚みをもって被着させることによって形成さ
れ、また発熱抵抗体４、個別電極５及び共通電極６は、
従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー
技術を採用することによって所定厚み、所定パターンに
被着形成される。

【００３５】（４）次に前記大型基板１Ａに外力を印加
して大型基板１Ａをその上面に被着させた蓄熱層２Ａ及
び熱緩和層３と共に切断し、上面に蓄熱層２等を有する
複数個のヘッド基板１と成す。

【００３６】前記大型基板１Ａは、例えば、折り曲げ応
力によって切断する場合、所要箇所に突起を有する一対
の金属板を大型基板１Ａの上下にそれぞれ配置し、該金
属板の突起を大型基板１Ａのブレークライン１ｂが形成
されている個所に押圧し折り曲げ応力を印加することに
よってブレークライン１ｂの個所より折れて切断され、
これによって上面に蓄熱層２を被着させた複数個のヘッ
ド基板１が同時に得られる。この場合、ディスペンサを
用いて大型基板１Ａの上面に被着された蓄熱層２Ａはそ
の外周部の厚みが厚いものとなっているがこの厚みが厚
い領域は大型基板１Ａの両端に設けた切断除去部１ｄに
存在するため、得られる複数個のヘッド基板１の上面に
はほぼ均一厚みの蓄熱層２が被着されることとなり、そ
の結果、発熱抵抗体４の発する熱は蓄熱層２においてほ
ぼ均一に蓄積されサーマルヘッドの温度分布を均一とし
て感熱紙等に鮮明な印字画像を形成することが可能とな
る。

【００３７】また前記大型基板１Ａの上面に被着させた
蓄熱層２Ａの引張強さを１０ｋｇ／ｍｍ² 以下としてお
けば、大型基板１Ａに折り曲げ応力を印加して切断する
際、蓄熱層２が大きく伸びて部分的な剥離を生じてしま
うこともなく、大型基板１Ａと蓄熱層２Ａとをほぼ同時
に切断することができ、蓄熱層２を切断するための切断
手段を別途準備する必要も無い。従って大型基板１Ａの
上面に被着させた蓄熱層２Ａの引張強さを１０ｋｇ／ｍ
ｍ² 以下としておくことが好ましい。

【００３８】（５）次に前記大型基板１Ａから得た各ヘ
ッド基板１上の蓄熱層２の端面（切断面）を、シリコー
ン樹脂、もしくは、エポキシ樹脂から成る封止材９で被
覆する。

【００３９】前記封止材９としてシリコーン樹脂を用い
る場合、そのワニスには、東レ・ダウコーニング・シリ
コーン（株）製のSE9157RTV やSE4420等が用いられ、こ
れらのワニスを各ヘッド基板１上に被着された蓄熱層２
の端面、即ち、大型基板１Ａを切断してヘッド基板１と
成した際にその切断面となる個所にディスペンサを用い
て塗布し、これを１２０〜１５０℃の温度で加熱し、熱
硬化させることによって形成される。

【００４０】（６）最後に、各ヘッド基板１上の個別電
極５にドライバーＩＣ７を接続する。前記ドライバーＩ
Ｃ７は、その下面に設けた半田バンプが個別電極５と当
接するようにしてヘッド基板１上に載置し、しかる後、
これを１８０〜２３０℃の温度で加熱し半田を溶融させ
ることによって個別電極５に接続され、これによってサ
ーマルヘッドが完成する。

【００４１】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更、改良等が可能であり、例えば上述の実施例で
は大型基板からサーマルヘッドに使用される所定形状の
ヘッド基板を複数個得る方法について説明したが、両端
に切断除去部を有した１つの大型基板から所定形状のヘ
ッド基板を１個だけ得る場合にも適用可能である。

【００４２】また上記実施例においては、大型基板を切
断して所定形状のヘッド基板と成す前に発熱抵抗体を被
着形成したが、これに代えて、大型基板を切断して所定
形状のヘッド基板と成した後で各ヘッド基板上に発熱抵
抗体を被着形成しても良く、この場合も上記実施例と同
様の効果を奏する。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、蓄熱層を熱緩和層及び
封止材によって被覆したことから、蓄熱層を大気と完全
に遮断することができ、蓄熱層を形成するポリイミド樹
脂に多量の水分が吸着するのが有効に防止されるように
なる。これにより蓄熱層を、熱緩和層及びヘッド基板に
対し強固に接合さえておくことができるようになり、長
期間にわたり感熱記録媒体に良好な印字画像を形成する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す平面
図である。

【図２】図１のＡ方向から見た部分拡大平面図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の製造方法における
各工程を示す平面図である。

【図５】（ａ）は従来のサーマルヘッドの平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た部分拡大平面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・ヘッド基板 ２・・・蓄熱層 ３・・・熱緩和層 ４・・・発熱抵抗体 ５・・・個別電極 ６・・・共通電極 ７・・・ドライバーＩＣ ８・・・保護膜 ９・・・封止材 １０・・・感熱記録媒体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック材料から成るヘッド基板上に、
   該ヘッド基板の周縁部まで延設されたポリイミド樹脂製
   の蓄熱層を被着させるとともに、該蓄熱層上に、熱緩和
   層、発熱抵抗体を順次被着して成るサーマルヘッドであ
   って、 前記蓄熱層の少なくとも端面に、シリコーン樹脂、もし
   くは、エポキシ樹脂から成る封止材が被着されているこ
   とを特徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】セラミック材料から成る大型基板の上面
   に、発熱抵抗体が設けられるポリイミド樹脂製の蓄熱層
   を被着させる工程と、 前記蓄熱層を熱緩和層で被覆する工程と、 前記大型基板をその上面に被着させた蓄熱層、熱緩和層
   と共に切断し、上面に蓄熱層及び熱緩和層を有する所定
   形状のヘッド基板と成す工程と、 前記ヘッド基板の蓄熱層の切断面に、シリコーン樹脂、
   もしくは、エポキシ樹脂から成る封止材を被着させる工
   程とからなるサーマルヘッドの製造方法。