JPH08295043A

JPH08295043A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JPH08295043A
Application number: JP10325795A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tsuchimoto; 宏志土本; Minoru Ogawa; 実小川; Tokuhito Mochizuki; 徳人望月
Original assignee: TEC CORP
Current assignee: TEC CORP
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】サーマルヘッド傾斜角やインクリボンの剥離
角度を十分に確保すると共に共通電極の電流容量を十分
に確保し、しかも、共通電極の電流容量を確保するため
に行う共通電極と金属導体層との電気的導通を良好に行
う。【構成】基板１１上に金属導体層１２とグレーズ層１
３とを積層し、グレーズ層１３の一端側をこの金属導体
層１２の端部に向けて膜厚が次第に薄くなる形状に形成
する。金属導体層１２上におけるグレーズ層１３の膜厚
が５〜１５μｍとなる位置にこれらのグレーズ層１３と
金属導体層１２とを切断すると共に基板１１の内部に至
る溝加工を施す。溝加工に伴う金属導体層１２の切断面
部に電気的に導通させて共通電極１６を形成し、基板１
１の端面部となる溝加工位置の近傍に発熱部１８を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルプリンタやフ
ァクシミリ等に利用するサーマルヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、サーマルヘッドを利用したサーマ
ルプリンタとしては、感熱紙を使用するもの、インクリ
ボンを使用して普通紙にインクを熱転写するもの、昇華
性染料を使用してインク蒸気により記録するもの等があ
る。

【０００３】現在、これらのサーマルヘッドでは、発熱
部を基板の端面部に配置した端面型サーマルヘッドを採
用したものが多くなっている。このような端面型サーマ
ルヘッドによれば、サーマルヘッドの押し付け力が発熱
部に集中するため、平面型サーマルヘッドと比較して印
字品質が向上する。特に、基板上に蓄熱層として形成す
るグレーズ層を所定の曲率を有する部分グレーズとする
ことにより、サーマルヘッドの押し付け力がより一層発
熱部に集中するようになり、印字品質がより一層向上す
る。

【０００４】また、このような部分グレーズを採用した
場合には、ストレートパスが可能になるため、普通紙の
ような柔軟性のある用紙のみでなく、折り曲げることが
できない硬いカードに対しても印字ができる。

【０００５】さらに、インクリボンを使用する場合、部
分グレーズを採用することによりリボンの剥離距離を短
くすることや剥離角度を大きくすることができ、インク
の転写が良好になると共に印字品質が向上する。

【０００６】しかし、端面型サーマルヘッドでは、発熱
部が基板の端部に位置するため、共通電極を設けるスペ
ースが狭くなり、十分な電流容量を確保しにくいという
問題がある。そして、十分な電流容量を確保できない場
合には、多ドット同時通電時に電圧降下現象が起こり、
印字濃度が低下する。

【０００７】このため、従来の端面型サーマルヘッドで
は、図９ないし図１２に示すような構造とすることによ
り、共通電極の電流容量の確保を図っている。

【０００８】まず、図９に示したサーマルヘッドは、絶
縁性基板１の端部に部分グレーズ２を形成し、さらに、
発熱抵抗体層３、個別電極４、共通電極５、保護膜６を
形成し、発熱抵抗体層３における個別電極４と共通電極
５との間に発熱部７を形成している。そして、共通電極
５を基板１の裏面へ配線することにより電流容量を確保
している。

【０００９】図１０に示したサーマルヘッドは、共通電
極５を個別電極４と同じ側へ配線することにより電流容
量を確保している。なお、２つの発熱部８ａ，８ｂで一
つのドットを形成するようにしている。

【００１０】図１１に示したサーマルヘッドは、基板１
と部分グレーズ２との間に金属導体層９を形成し、共通
電極５と金属導体層９とを電気的に導通させることによ
り電流容量を確保している。

【００１１】図１２に示したサーマルヘッドは、図１１
に示したサーマルヘッドを改良したタイプであり、特開
平２−２８６２６０号公報に開示されたものである。基
板１の端部に面取部１０を形成し、この面取部１０の表
面を利用して金属導体層９や共通電極５を形成してい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】サーマルヘッドの製作
方法は、複数個分のサーマルヘッドの基板１を一体化し
たサイズとほぼ同じサイズの基板を設け、この基板の上
に複数個分のサーマルヘッドを形成し、最後にこの基板
を各サーマルヘッド単位に分割することが一般的であ
る。しかし、図９に示したサーマルヘッドでは、基板を
各サーマルヘッド単位に分割した後に共通電極５や保護
膜６等を形成しなければならず、量産性が低下すると共
に製造コストも上昇する。

【００１３】図１０に示したサーマルヘッドでは、共通
電極５と個別電極４との配線総数が他のサーマルヘッド
に比べて１．５倍となり、構造が複雑になっている。

【００１４】図１１に示したサーマルヘッドでは、部分
グレーズ２の共通電極側端部から基板１の端部までの幅
寸法“Ｌ”が５０〜１００μｍであるため、サーマルヘ
ッド傾斜角やインクリボンの剥離角度等を大きくとるこ
とができない。

【００１５】図１２に示したサーマルヘッドでは、複数
個のサーマルヘッドを形成する一つの基板にＶ型溝を予
め形成することにより面取部１０を形成し、このＶ字溝
の傾斜面となっている面取部１０へ金属ペーストをスク
リーン印刷して焼成することにより金属導体層９を形成
するため、Ｖ型溝の角度をあまり大きくとることができ
ず、従って、サーマルヘッド傾斜角やインクリボンの剥
離角度は、図１１のサーマルヘッドと比較すれば大きく
なるが、十分に大きなものとはなっていない。

【００１６】また、各サーマルヘッドに共通することで
あるが、部分グレーズ２はペースト状のものをスクリー
ン印刷して焼成することにより形成するため、この部分
グレーズ２の端部は多少のうねりを生じ、完全な直線状
に形成することはできない。そして、この部分グレーズ
２の端部のうねりは、サーマルヘッドの押し付け力やイ
ンクリボンの剥離性等に対する均一性に悪影響を与え
る。図９，図１０に示したサーマルヘッドでは、部分グ
レーズ２を切断したり研磨したりすることにより部分グ
レーズ２のうねりを解消できるが、図１１，図１２に示
したサーマルヘッドでは、部分グレーズ２の下側に金属
導体層９を形成しているため、この金属導体層９に悪影
響を与えることなく部分グレーズ２を切断したり研磨し
たりすることはできない。

【００１７】そこで本発明は、共通電極の電流容量の確
保、サーマルヘッド傾斜角やインクリボンの剥離角度の
十分な確保を同時に達成でき、かつ、グレーズ層の端部
のうねりを無くすことにより印字品質をさらに安定させ
た端面型のサーマルヘッドを提供する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性基板上
に金属導体層とグレーズ層とを積層し、このグレーズ層
の上に発熱抵抗体層と共通電極と個別電極と保護膜とを
形成したサーマルヘッドにおいて、前記金属導体層上に
位置する前記グレーズ層の一端側をこの金属導体層の端
部に向けて膜厚が次第に薄くなる形状に形成し、前記金
属導体層上における前記グレーズ層の膜厚が５〜１５μ
ｍとなる位置で前記グレーズ層と前記金属導体層とを切
断すると共に前記基板の内部に至る溝加工を施して前記
金属導体層の切断面部を露出させ、前記金属導体層の切
断面部に電気的に導通させて前記共通電極を形成すると
共に前記基板の端面部となる溝加工位置の近傍に発熱部
を形成した。

【００１９】

【作用】本発明では、基板上に積層した金属導体層とグ
レーズ層とを切断すると共に基板の内部に至る溝加工を
施すことにより金属導体層の切断面部を露出させるた
め、この溝加工の後に共通電極の形成を行うことにより
金属導体層と共通電極との電気的な導通状態を容易に得
ることができ、共通電極の電流容量を十分に確保でき
る。そして、この溝加工の位置を基板の端面部とすると
共にこの端面部の近傍に発熱部を形成することにより、
サーマルヘッド傾斜角やインクリボンの剥離角度を十分
に大きく確保することができる。さらに、金属導体層上
に位置するグレーズ層の一端側をこの金属導体層の端部
に向けて膜厚が次第に薄くなる形状に形成し、金属導体
層上におけるグレーズ層の膜厚が５〜１５μｍとなる位
置に溝加工を施すことにより、この溝加工に伴うグレー
ズ層のチッピングや金属導体層のめくれ上がりが発生せ
ず、また、共通電極を形成した際にこの共通電極と金属
導体層との電気的な導通状態が良好になる。さらに、溝
加工を施すことによってグレーズ層の端部のうねりが無
くなり、このうねりが原因となる印字品質の低下を防止
できる。

【００２０】

【実施例】本発明の第一の実施例を製作工程を含めて図
１ないし図４に基づいて説明する。図１は完成したサー
マルヘッドを示す縦断側面図である。アルミナ等により
形成した絶縁性基板１１上の端部に導電性の良いＡｕ等
からなる金属導体層１２を形成し、この金属導体層１２
をグレーズ層である部分グレーズ１３で覆っている。さ
らに、これらの部分グレーズ１３や基板１１の上面部に
位置させて、発熱抵抗体層１４と、個別電極１５と、共
通電極１６と、保護膜１７とを形成し、発熱抵抗体層１
４における個別電極１５と共通電極１６との間の部分に
発熱部１８を形成している。

【００２１】図２及び図３は製作工程の一部を示すもの
で、まず、図２に示すように、複数個（本実施例では４
個）のサーマルヘッドの基板１１を一体化したサイズと
ほぼ同じサイズの基板１９を設け、この基板１９の上面
に４個の金属導体層１２と４個の部分グレーズ１３と２
個のボンディングパッド用グレーズ２０とを形成する。
なお、前記金属導体層１２は、基板１１の表面にＡｕ等
の導電性ペーストを印刷して焼成することにより形成す
る。また、部分グレーズ１３はその長手方向と直交する
向きの断面形状がドーム形状となるように形成し、その
膜厚を金属導体層１２の端部に向かうにつれて次第に薄
くする。そして、この基板１９を最終的に破線“Ａ”及
び後述する溝に沿って分割することにより４個のサーマ
ルヘッドを製作する。

【００２２】つぎに、基板１９上に金属導体層１２と部
分グレーズ１３とを形成した後、図２の矢印“Ｂ”で示
す位置にダイサーを用いて溝加工を行う。この溝加工
は、図３に示すように、部分グレーズ１３と金属導体層
１２とを切断すると共に溝２１が基板１９の内部に至る
ように行う。また、この溝加工は、部分グレーズ１３の
膜厚が５〜１５μｍとなる位置で行う。

【００２３】この溝加工を施すことにより、金属導体層
１２の切断面部を露出させると共に部分グレーズ１３の
長手方向に沿った端部を直線状とする。そして、この溝
加工を施した後に、部分グレーズ１３の上面や溝２１の
内部を含む基板１９の表面全体に、酸化ルテニウム等の
酸化物を含有する発熱抵抗体層１４をスパッタリング法
で１０００Åの厚さに一様に成膜する。この発熱抵抗体
層１４は、成膜終了後６５０℃で１時間焼きなましする
ことにより安定させる。

【００２４】ついで、チタンを含有する窒化物であるＴ
ｉＮ（窒化チタン）からなる最下層（層厚１０００Å）
と、珪素と銅とを含有したアルミニウム合金であるＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ（銅・珪素・アルミニウム合金）からなる
中間層（層厚３０００Å）と、アルミニウムからなる最
上層（層厚７０００Å）とを前記発熱抵抗体層１４の上
にスパッタリング法により順次成膜し、これらをフォト
リソグラフィーで所定形状にパターニングをして三層構
造の前記個別電極１５と前記共通電極１６とを形成す
る。なお、これらの個別電極１５と共通電極１６との間
に形成した前記発熱部１８は、溝２１の形成位置の近傍
に配置し、かつ、基板１１の表面に対して所定の傾斜角
（サーマルヘッド傾斜角）を得るように形成した。

【００２５】このようにして個別電極１５と共通電極１
６と発熱部１８とを形成した後、３Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２Ｓｉ
Ｏ₂ （ムライト）等からなる第１保護層とＳｉＣ（炭化
珪素）等からなる第２保護層とを順次スパッタリング法
で成膜をして二層構造の前記保護膜１７を形成し、この
保護膜１７により前記電極１５，１６や発熱部１８の全
体を被覆する。その後、前記溝２１の部分及び図２の破
線“Ａ”で示すボンディングパッド用グレーズ２０の中
央部から前記基板１９を分割して、図１に示すようなサ
ーマルヘッドを製作する。

【００２６】このような構成において、このサーマルヘ
ッドは、個別電極１５と共通電極１６との間に所定の駆
動電圧を印加して所望の発熱部１８を選択的に発熱駆動
することにより、ドットマトリクス形式の画像印刷を行
うようになっている。

【００２７】つぎに、このサーマルヘッドでは、金属導
体層１２と部分グレーズ１３とを切断して溝加工を行
い、金属導体層１２の切断面部を露出させた後に発熱抵
抗体層１４や共通電極１６を形成しており、共通電極１
６は発熱抵抗体層１４を介して金属導体層１２と対向す
る。ここで、金属導体層１２の切断面部の厚さ寸法を１
０μｍ、発熱抵抗体層１４の厚さを１０００Å、発熱部
１８の寸法をＬ×Ｌμｍとした場合、共通電極１６と金
属導体層１２との間の抵抗値は、発熱部１８の抵抗値に
対して１／１０００Ｌであり、十分に無視できる値であ
る。従って、共通電極１６と金属導体層１２とは電気的
に導通した状態となり、共通電極１６を配置するための
幅寸法（基板１１の端部から発熱部１８までの寸法）を
小さくしても、共通電極１６の電流容量を十分に確保で
きるようになる。

【００２８】また、このように発熱部１８を基板１１の
端部に位置させて設けるとことにより、この発熱部１８
の基板１１の表面に対する傾斜角（サーマルヘッド傾斜
角）を大きくすることができると共に、インクリボンを
使用する場合にはそのインクリボンの剥離角度を十分に
大きくすることができる。

【００２９】つぎに、溝２１を形成する位置（部分グレ
ーズ１３の端部から溝２１までの距離）を変えて各種の
サーマルヘッドを試作し、各サーマルヘッドにおける切
断部における部分グレーズ１３の膜厚、金属導体層１２
の切断面状態、部分グレーズ１３のチッピング状態、共
通電極１６と金属導体層１２との接続状態等を観察し
た。

【００３０】なお、この試験のために試作したサーマル
ヘッドは、アルミナ製の基板１１の厚さ寸法が１ｍｍ、
Ａｕからなる金属導体層１２の膜厚が１０μｍ、部分グ
レーズ１３の幅寸法が１ｍｍで中央の厚さ寸法が３８μ
ｍｍのものと６５μｍｍのものとの２種類で、溝２１の
形状は、幅寸法が２００μｍで基板１１の底面からの寸
法を０．５ｍｍとした。そして、これらの２種類のサー
マルヘッドにおいて、溝２１の形成位置を、部分グレー
ズ１３の端部から中央部までの間の７つに設定した。

【００３１】さらに、溝２１の形成位置を７つ設定した
各サーマルヘッドにおいて、共通電極１６と金属導体層
１２との接続状態の検査を行う場合には、図４（ａ）に
示すように、共通電極１６を一体化させずに分離した状
態で金属導体層１２に接続するようにパターニングし
た。また、製品とのしてのサーマルヘッドを製作する場
合には、図４（ｂ）に示すように、共通電極１６同士が
互いに連続するようにパターニングした。上記の試験結
果を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示した試験結果によれば、溝２１の
形成のために切断した部分グレーズ１３の膜厚が厚くな
る中央部に寄るほどチッピングが大きくなる傾向が得ら
れた。部分グレーズ１３の膜厚が約１５μｍまでの範囲
では、チッピングがほとんど発生せず、良好であった。

【００３４】金属導体層１２の切断面状態については、
溝２１の形成位置が部分グレーズ１３の極薄いところで
は、金属導体層１２が切断面からめくれ上がっている部
分が観察された。この金属導体層１２のめくれ上がった
部分は、こすり洗いや超音波洗浄を行っても落ちなかっ
た。そして、この切断面状態がめくれ上がりを生じて不
良であると、印字しているときにインクリボンがめくれ
上がりの部分と接触して擦れ、このめくれ上がりの部分
から保護膜１７が剥がれてしまい、耐久性が低下すると
いう問題が発生した。

【００３５】共通電極１６と金属導体層１２との接続状
態の評価に関しては、“○”が不良率５％未満、“△”
が不良率１０％未満、“×”が不良率１０％以上として
判定したが、チッピングの影響がそのまま反映される結
果となり、部分グレーズ１３が薄い部分に溝２１を形成
するほうが良好な結果が得られた。

【００３６】一方、部分グレーズ１３のチッピングがほ
とんどなく、金属導体層１２の切断面状態が良いサーマ
ルヘッドに関しては、濃度ムラがなく、印字品質が良
く、耐久性にも問題がなかった。従って、以上の試験結
果から、部分グレーズ１３の膜厚が５〜１５μｍの位置
で溝加工を施すことにより、印字品質が優れた耐久性の
あるサーマルヘッドが得られることが判明した。

【００３７】また、このような溝加工を施すことによ
り、部分グレーズ１３を形成する際に発生した部分グレ
ーズ１３の端部のうねりを無くして部分グレーズ１３の
端部を直線状に揃えるができる。これにより、ヘッドの
押し付け力が各発熱部１８において略均等になり、ま
た、インクリボンの剥離状態が部分的にバラツキを生ず
るということがなくなり、濃度ムラが発生しなくなると
共に印字品質が安定する。

【００３８】さらに、一枚の基板１９の上に個別電極１
５や共通電極１６及び保護膜１７等を全て形成した後に
この基板１９を所定の位置から分割することにより複数
個のサーマルヘッドを完成させているため、図９に示し
た従来例のサーマルヘッドと比較した場合、量産性をア
ップさせることができると共に製造コストを低減させる
ことができる。

【００３９】つぎに、本出願の発明者は、金属導体層１
２の膜厚を５μｍ、２０μｍ、５０μｍに変えたサーマ
ルヘッド（他の条件は上記の試作品と同じ）を試作して
上記と同様の試験を行ったところ、上記の場合と同様の
結果が得られた。

【００４０】ついで、本発明の第二の実施例を図５に基
づいて説明する。本実施例は、溝２１ａを楔型に形成し
たものであり、他の構成については図１ないし図４に示
したサーマルヘッドと同じである。このような楔型の溝
２１ａを形成したサーマルヘッドについて上述した試験
を行ったところ、同様の結果が得られた。

【００４１】ついで、本発明の第三の実施例を図６に基
づいて説明する。本実施例は、溝２１ｂのＶ字型に形成
したものであり、他の構成については図１ないし図４に
示したサーマルヘッドと同じである。このようなＶ字型
の溝２１ｂを形成したサーマルヘッドについて上述した
試験を行ったところ、同様の結果が得られた。

【００４２】ついで、本発明の第四の実施例を図７及び
図８に基づいて説明する。本実施例は、金属導体層１２
を覆うグレーズ層として平面グレーズ２２を形成したも
のである。この平面グレーズ２２は、図１ないし図４で
説明した部分グレーズ１３とボンディングパット用グレ
ーズ２０とを一体にしたものである。なお、平面グレー
ズ２２の溝２１を形成する側の端部は、上述した部分グ
レーズ１３と同様に、金属導体層１２の端部に向けて膜
厚が湾曲状態で次第に薄くなるように形成する。本実施
例のサーマルヘッドについて上述した試験を行ったとこ
ろ、同様の結果が得られた。さらに、本実施例の場合に
は、金属導体層１２の幅寸法を部分グレーズ１３を形成
したサーマルヘッドに比べて大きくすることが可能であ
り、金属導体層１２の幅寸法を大きくすることにより、
共通電極１６の電流容量の確保がより一層容易になる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、金属導体層上における
グレーズ層の膜厚が５〜１５μｍとなる位置に溝加工を
施すことにより、この溝加工に伴うグレーズ層のチッピ
ングや金属導体層のめくれ上がりを防止することがで
き、このため、共通電極と金属導体層との電気的な導通
状態を確実にして共通電極の電流容量を十分に確保する
ことができ、しかも、発熱部の位置を基板の端部に位置
させることによりサーマルヘッド傾斜角やインクリボン
の剥離角を十分に確保することができ、また、溝加工に
よりグレーズ層の端部のうねりを無くすことができるた
め、このうねりが原因となるヘッドの押し付け力やイン
クリボンの剥離性の不均一現象を防止して画像品質を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す縦断側面図であ
る。

【図２】基板上に金属導体層と部分グレーズとボンディ
ングパッド用グレーズとを積層した状態を示す平面図で
ある。

【図３】基板に溝加工を施した状態を説明する縦断側面
図である。

【図４】各種の試験を行うためのサーマルヘッドの試作
品を示すもので、（ａ）は共通電極と金属導体層との接
続状態の試験を行うためのパターニング状態を示す正面
図、（ｂ）は印字試験を行う際の共通電極側の配線状態
を示す正面図である。

【図５】本発明の第二の実施例を示す縦断側面図であ
る。

【図６】本発明の第三の実施例を示す縦断側面図であ
る。

【図７】本発明の第四の実施例を示す縦断側面図であ
る。

【図８】基板上に金属導体層と平面グレーズとを積層し
た状態を示す平面図である。

【図９】第一の従来例のサーマルヘッドを示す縦断側面
図である。

【図１０】第二の従来例のサーマルヘッドを示す平面図
である。

【図１１】第三の従来例のサーマルヘッドを示す縦断側
面図である。

【図１２】第四の従来例のサーマルヘッドを示す縦断側
面図である。

【符号の説明】

１１基板１２金属導体層１３，２２グレーズ層１４発熱抵抗体層１５個別電極１６共通電極１７保護膜１８発熱部２１，２１ａ，２１ｂ溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に金属導体層とグレーズ層
とを積層し、このグレーズ層の上に発熱抵抗体層と共通
電極と個別電極と保護膜とを形成したサーマルヘッドに
おいて、前記金属導体層上に位置する前記グレーズ層の
一端側をこの金属導体層の端部に向けて膜厚が次第に薄
くなる形状に形成し、前記金属導体層上における前記グ
レーズ層の膜厚が５〜１５μｍとなる位置で前記グレー
ズ層と前記金属導体層とを切断すると共に前記基板の内
部に至る溝加工を施して前記金属導体層の切断面部を露
出させ、前記金属導体層の切断面部に電気的に導通させ
て前記共通電極を形成すると共に前記基板の端面部とな
る溝加工位置の近傍に発熱部を形成したことを特徴とす
るサーマルヘッド。