(57)【要約】【課題】サーマルプリントヘッドの信頼性を向上する。【解決手段】本実施形態に係るサーマルプリントヘッドは、基板の上に形成されている第１蓄熱層と、第１蓄熱層の上に形成されている発熱部と、第１蓄熱層から基板にわたって形成され、発熱部に電気的に接続されている電極と、電極を覆うＣＶＤ法で形成されたバリア層と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成されている第１蓄熱層と、
前記第１蓄熱層の上に形成されている発熱部と、
前記第１蓄熱層から前記基板にわたって形成され、前記発熱部に電気的に接続されている電極と、
前記電極を覆うＣＶＤ法で形成されたバリア層と、
を備えるサーマルプリントヘッド。
【請求項２】
基板の上に形成されている第１蓄熱層と、
前記第１蓄熱層の上に形成されている発熱部と、
前記基板の上に前記第１蓄熱層と離間して形成されている第２蓄熱層と、
前記第１蓄熱層から前記第２蓄熱層にわたって形成され、前記発熱部に電気的に接続されている電極と、
前記電極を覆うＣＶＤ法で形成されたバリア層と、
を備えるサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
前記バリア層の上に、保護膜が形成されている、
請求項１または２に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項４】
前記電極と前記バリア層との間に、第２保護膜が形成されている、
請求項１から３の何れか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載のサーマルプリントヘッドと、
前記サーマルプリントヘッドが備える発熱部上に印画媒体を搬送する搬送機構と、
前記発熱部に前記印画媒体を押圧するプラテンローラと、
を備えるサーマルプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、サーマルプリントヘッド及びサーマルプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルプリントヘッドは、抵抗体を発熱させ、その熱により感熱印画媒体等に文字や図形などの画像を形成する出力用デバイスである。このサーマルプリントヘッドは、バーコードプリンタ、デジタル製版機、ビデオプリンタ、イメージャ、シールプリンタ等の記録機器に広く使用されている。
【０００３】
サーマルプリントヘッドでは、セラミック基板の上面に蓄熱層、抵抗体層、導電体層、保護膜が順に配置されている。抵抗体層、導電体層、保護膜は、蓄熱層からセラミック基板の上面にわたって配置されている。多孔性のセラミック基板の上面は、ガラスなどからなる蓄熱層の表面とは異なり、微細な凹状の穴が存在する。そのため、例えばスパッタ法で抵抗体層等を成膜すると、セラミック基板の上面に形成される層と、穴の内壁面に形成される層とが別々に成長し、セラミック基板の上面と穴の内壁面とのエッジに、層の界面やクラックが形成されることがある。
【０００４】
抵抗体層や導電体層に形成されたクラック等の面に沿って保護膜が形成されると、保護膜の表面にも亀裂等の欠損が生じる。保護膜が抵抗体層や導電体層のクラック等の隙間の内部には形成されず、クラックを塞ぐように形成された場合、保護膜が抵抗体層や導電体層から剥離したり、保護膜の表面に亀裂等の欠損が生じることがある。
【０００５】
保護膜に剥離や欠損が生じると、その部分から空気中の硫黄成分や水分等の腐食物質が侵入し、電極を形成する導電体層が腐食したり断線することがある。導電体層の腐食や断線は、導電体層の界面やクラックなどの近傍で顕著にみられる。
【０００６】
サーマルプリントヘッドで、導電体層の腐食や断線が生じると、印刷品質が低下したり、サーマルプリントヘッドの寿命が短くなるなど、サーマルプリントヘッドの信頼性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２０２９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、サーマルプリントヘッドの信頼性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドは、基板の上に形成されている第１蓄熱層と、第１蓄熱層の上に形成されている発熱部と、第１蓄熱層から基板にわたって形成され、発熱部に電気的に接続されている電極と、電極を覆うＣＶＤ法で形成されたバリア層と、を備える。
【００１０】
また、本実施形態に係るサーマルプリンタは、本実施形態に係るサーマルプリントヘッドと、前記サーマルプリントヘッドが備える発熱部上に印画媒体を搬送する搬送機構と、前記発熱部に前記印画媒体を押圧するプラテンローラと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るサーマルプリントヘッドの上面図である。
【図２】実施形態に係るヘッド基板の断面図である。
【図３】実施形態に係るヘッド基板の上面図である。
【図４】実施形態に係る回路基板の断面図である。
【図５】実施形態に係るヘッド基板と回路基板との接続について説明するための図である。
【図６】実施形態に係るサーマルプリンタの構成図である。
【図７】変形例１に係るヘッド基板の断面図である。
【図８】バリア層の効果について説明するための図である。
【図９】バリア層の効果について説明するための図である。
【図１０】バリア層の効果について説明するための図である。
【図１１】バリア層の効果について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は例示であり、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。また、図面は模式的なものであり、寸法等は現実のものとは異なる。
【００１３】
図１は、実施形態に係るサーマルプリントヘッド１００の上面図である。図１に示すように、サーマルプリントヘッド１００は、放熱板２０、ヘッド基板３０、回路基板４０を備える。ヘッド基板３０及び回路基板４０は、放熱板２０の主面上に、互いに隣接して接着剤で固定される。接着剤には、両面接着テープ、軟性のあるシリコン樹脂等の熱硬化性樹脂接着剤を使用することができる。ここで、図１に示す方向Ｘは主走査方向であり、方向Ｙは印画媒体の移動方向である副走査方向である。
【００１４】
放熱板２０は、例えば、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成された平板である。
【００１５】
ヘッド基板３０は、印画媒体に印字する機能を有する。ヘッド基板３０は、図１に示すように、主走査方向Ｘを長手方向とする部材である。ヘッド基板３０は、図２に示すように、支持基板９、グレーズ層を形成する第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂ、
抵抗体層１１、導電体層１２、バリア層１７、保護膜１３から構成されている。
【００１６】
支持基板９は、耐熱性を有する絶縁体材料からなり、例えば、アルミナ等のセラミックスにより構成されている。支持基板９は、ＳｉＮ，ＳｉＣ，石英、ＡｌＮ、あるいは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ等を含むファインセラミックスであってもよい。支持基板９は、例えば板厚が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の長方形の平板である。支持基板９は、多孔性のセラミックで構成されているので、支持基板９の上面９ａには、微細な凹状の穴が存在する。
【００１７】
第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂは、支持基板９の上面９ａに形成されている。第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂは、例えば、ＳｉＯ２からなるガラスの粉末を材料にして形成されている。第１蓄熱層１０ａは、発熱部１４付近に限定して配置されている。第２蓄熱層１０ｂは、第１蓄熱層１０ａに対してＹ軸方向に離間して形成されている。第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂの上面には、微細な凹状の穴は形成されない。
【００１８】
抵抗体層１１は、第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂの上に、第１蓄熱層１０ａから第２蓄熱層１０ｂにわたって形成されている。抵抗体層１１は、例えば、ＴａＳｉＯ，ＮｂＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＣＯ系の電気抵抗体材料で形成されている。
【００１９】
導電体層１２は、抵抗体層１１の上に積層して形成されている。導電体層１２は、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，ＡｌＣｕ合金等の金属を主材料として形成されている。導電体層１２から露出する抵抗体層１１が発熱部１４として機能する。
【００２０】
抵抗体層１１及び導電体層１２は、支持基板９の上面９ａと上面９ａに形成された凹状の穴の内壁面とのエッジ付近に、層の界面やクラックが形成されることがある。
【００２１】
バリア層１７は、第１蓄熱層１０ａから第２蓄熱層１０ｂにわたって形成されている抵抗体層１１と導電体層１２を覆っている。抵抗体層１１や導電体層１２の上面に形成された層の界面やクラック等の隙間は、バリア層１７によって埋められる。バリア層１７の上面には、層の界面やクラックが形成されることはない。バリア層１７は、例えばＳｉＯＮを材料としてＣＶＤ（chemical vapor deposition method）法で形成されている。
【００２２】
保護膜１３は、バリア層１７の上に形成されている。保護膜１３は、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣ膜等の硬質で緻密な熱伝導率の高い絶縁体材料から形成されている。保護膜１３の表面材料に少なくともＳｉと炭素が含まれていると熱伝導率が高くなるので好適である。
【００２３】
図３は、実施形態に係るヘッド基板３０の上面図である。図３に斜線で示す部分が発熱部１４である。発熱部１４は、図３に示すように、主走査方向Ｘに向かってピッチＰでアレイ状に形成されている。この発熱部１４の面積とピッチＰにより、印画媒体に印画される画素の密度（ドット／インチ）が決まる。発熱部１４の一端には個別電極１５が接続され、他端には共通電極１６が接続されている。導電体層１２が、図３に示す個別電極１５及び共通電極１６となる。個別電極１５は、幅がＧであり、ピッチがＰで配列している。なお、共通電極１６の幅を個別電極１５の幅よりも太くしてもよい。
【００２４】
図１に示される回路基板４０は、制御装置８０（図１では図示略）の制御に基づいて、ヘッド基板３０に電流を供給する機能を有する。回路基板４０は、図４に示すように、放熱板２０の主面上にヘッド基板３０と隣り合うように配置される。回路基板４０は、銅を素材とする配線が施されたエポキシ等を素材とする基板である。回路基板４０には、所定数の駆動用ＩＣ４１とコネクタ４４が実装されている。
【００２５】
駆動用ＩＣ４１は、ヘッド基板３０の発熱部１４の数に応じて実装される。駆動用ＩＣ４１は、発熱部１４に供給する電流を制御可能なスイッチング機能を有する制御素子である。具体的には、駆動用ＩＣ４１は、コネクタ４４を介して制御装置８０から受信した制御信号に基づいて、ヘッド基板３０の発熱部１４ごとに電源装置９０からの電流の供給を制御する。
【００２６】
図５は、ヘッド基板３０と回路基板４０との接続について説明するための図である。駆動用ＩＣ４１の出力側の端子は、ボンディングワイヤ４２を介してヘッド基板３０の個別電極１５及び共通電極１６に電気的に接続されている。
【００２７】
図４に示すように、駆動用ＩＣ４１及びボンディングワイヤ４２は、エポキシ系樹脂からなる封止材４３によって封止されている。封止材４３によって、ヘッド基板３０と回路基板４０とを接続するボンディングワイヤ４２及び駆動用ＩＣ４１が保護される。封止材４３で、ヘッド基板３０の個別電極１５及び共通電極１６、回路基板４０の配線部分も保護するようにしてもよい。封止材４３には、熱硬化性樹脂であるエポキシ系樹脂塗料を主に用いるが、熱硬化後にある程度の柔軟性を有するシリコン系樹脂を用いることもある。
【００２８】
ここで、ヘッド基板３０の作成方法について図２を参照しながら説明する。規定寸法の支持基板９を準備し、支持基板９の上面９ａにガラスからなる第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂを形成する。第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂは、例えば、ＳｉＯ２からなるガラスの粉末を有機溶剤で混合したガラスペーストを支持基板９上に印刷した後、焼成して第１蓄熱層１０ａ、第２蓄熱層１０ｂを形成する。
【００２９】
次に、第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂの上に、第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂにわたって、スパッタ装置等の薄膜形成装置により、抵抗体層１１及び導電体層１２を順に積層する。
【００３０】
続いて、発熱部１４を形成する部分の導電体層１２をエッチング除去する。図３に示す例では、幅Ｇ、長さＬで導電体層１２をエッチング除去している。この導電体層１２をエッチング除去した部分の抵抗体層１１が発熱部１４となる。
【００３１】
次に、個別電極１５、共通電極１６及び発熱部１４を覆うバリア層１７を形成する。バリア層１７は、例えばＳｉＯＮからなる膜をＣＶＤ法で形成する。ＣＶＤ法とは、化学反応を利用して材料を合成する方法の一つである。ＣＶＤ法には、供給する化学種や求める特性によって、様々なバリエーションがある。例えば、熱ＣＶＤ法、触媒化学気相成長法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、エピタキシャルＣＶＤ法、原始層堆積法、有機金属気相成長法などがある。化学反応の制御に熱を用いる熱ＣＶＤ法やプラズマ法などを併用することもある。
【００３２】
ＣＶＤ法の特徴としては、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法などの真空蒸着法と比較すると、凹凸のある表面でも均一の厚さで製膜できるというメリットがある。したがって、バリア層１７は、抵抗体層１１及び導電体層１２に形成された層の界面やクラック等の欠損を埋めて形成される。バリア層１７の上面には、界面やクラック等の欠損が生じることはない。
【００３３】
更に、バリア層１７を覆う保護膜１３を形成する。個別電極１５及び共通電極１６と回路基板４０とをボンディングワイヤ４２で接続するために、個別電極１５及び共通電極１６の該当箇所のバリア層１７と保護膜１３には開口部を設けておく。以上のようにしてヘッド基板３０が作成される。
【００３４】
次に、ヘッド基板３０の動作について説明する。ヘッド基板３０には、回路基板４０による制御に基づいて、個別電極１５と共通電極１６間に電流が供給される。抵抗体層１１と導電体層１２とが接触している部分では、回路基板４０から供給された電流は抵抗が低い導電体層１２を流れるので、抵抗体層１１は発熱しない。しかし、導電体層１２をエッチング除去した部分では、電流は抵抗が高い抵抗体層１１を流れるので、抵抗体層１１が発熱する。この導電体層１２がエッチング除去されている部分の抵抗体層１１が発熱部１４として機能する。
【００３５】
次に、上記で説明したサーマルプリントヘッド１００を備えるサーマルプリンタ２００について、図６を参照して説明する。図６は、サーマルプリンタ２００の模式的な構成図である。図６に示すように、サーマルプリンタ２００は、上述したサーマルプリントヘッド１００、プラテンローラ５０、搬送機構６０を備える。
【００３６】
搬送機構６０は、印画媒体７０と印画媒体７０に粘着されているインクリボン７１とを搬送媒体６１によって副走査方向Ｙに搬送する。プラテンローラ５０は、搬送媒体６１とともに印画媒体７０とインクリボン７１をヘッド基板３０の発熱部１４付近に押し付ける。回路基板４０の駆動用ＩＣ４１は、制御装置８０から制御信号を受け、印刷する画像の画素に対応する発熱部１４を発熱するように、電源装置９０から該当する発熱部１４に電流を供給する。駆動用ＩＣ４１は、搬送機構６０による印画媒体７０の移動速度に対応して、発熱部１４への通電のオン・オフを高速制御する。発熱部１４は、電流が供給されている間発熱する。プラテンローラ５０によりヘッド基板３０に押圧されたインクリボン７１のインクは、発熱している発熱部１４の上に位置する部分のインクのみが溶け、印画媒体７０に付着する。
【００３７】
インクリボン７１のインクを溶融した残余の熱は、熱容量の小さい第１蓄熱層１０ａ、支持基板９、放熱板２０を介して放熱される。第１蓄熱層１０ａは、熱容量が小さいので発熱部１４の高速な温度変化に追随して高速に温度変化する。発熱部１４への電流供給が停止した後、第１蓄熱層１０ａが高温状態を長時間維持していると、電流が供給されていない発熱部１４の周辺も高温状態が継続することになる。その結果、印画媒体７０にはボケた画像が形成されることになる。本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１００では、発熱部１４の高速な温度変化に追随して第１蓄熱層１０ａの温度も高速に変化するので、サーマルプリンタ２００は、印画媒体７０の高速移動とともに印画媒体７０に鮮明な画像を形成することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係るサーマルプリントヘッド１００は、多孔性のセラミックで形成された支持基板９の上面９ａに形成された電極を覆うＣＶＤ法で形成されたバリア層１７を有している。図８に示すように、多孔性のセラミックで形成された支持基板９の上面９ａには、微細な凹状の穴９ｆがある。そのため、例えばスパッタ法で抵抗体層１１等を成膜すると、図９に示されるように、支持基板９の上面９ａに形成される層と、穴９ｆの内壁面に形成される層とが別々に成長し、支持基板９の上面９ａと、穴９ｆの内壁面とのエッジ９ｇに、層の界面やクラック等の欠損１２ｇが形成されることがある。
【００３９】
図１０に示されるように、ＣＶＤ法で形成されるバリア層１７は、層の界面やクラック等の欠損１２ｇを埋めて成膜されるので、バリア層１７には欠損が生じない。さらに、バリア層１７の上に、保護膜１３が形成されている。バリア層１７にはエッジ１７ｇがあるので、バリア層１７の上に形成される保護膜１３には、欠損１３ｇができる場合がある。しかし、欠損１３ｇから浸透した腐食物質は、バリア層１７で遮断される。したがって、バリア層１７を形成することにより、欠損１３ｇから浸透した腐食物質によって電極を形成する導電体層が腐食したり断線することを防止することができる。これにより、サーマルプリントヘッドの信頼性を向上することができる。
【００４０】
ここで、バリア層１７が無い場合について説明する。支持基板９の上面９ａには、微細な凹状の穴９ｆがある。そのため、図９に示されるように、例えばスパッタ法で抵抗体層等を成膜すると、支持基板９の上面９ａの膜と、穴９ｆの内壁面の膜とが別々に成長し、支持基板９の上面９ａと、穴９ｆの内壁面とのエッジ９ｇに、膜の界面やクラック等の欠損１２ｇが形成されることがある。欠損１２ｇの上から例えばスパッタ法で保護膜１３を成膜すると、図１１に示すように、保護膜１３にも欠損１３ｇが形成されやすい。大気中の硫黄成分や水分が欠損１３ｇから浸透すると、電極を形成する導電体層１２が腐食し、長時間経過後に断線に至る可能性がある。
【００４１】
バリア層１７を設けることにより導電体層１２の腐食を抑制できるので、第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとを分離して配置することができる。第１蓄熱層１０ａを発熱部１４付近に限定して配置することにより、第１蓄熱層１０ａの熱容量を小さくすることができる。したがって、発熱部１４を高速にオン・オフしても、第１蓄熱層１０ａは、そのオン・オフに対応して高速に温度変化することができ、発熱部１４近傍の温度も、発熱部１４の制御速度に対応して高速に変化する。これにより、サーマルプリントヘッド１００の熱応答性を向上させることができる。
【００４２】
《変形例１》
上記の説明では、図２に示すように、支持基板９の上面９ａに、第１蓄熱層１０ａ及び第２蓄熱層１０ｂ、抵抗体層１１、導電体層１２、バリア層１７、保護膜１３を順に形成する場合について説明した。しかし、サーマルプリントヘッド１００の層構成をこれに限定する必要はない。例えば、図７に示すように、導電体層１２とバリア層１７との間に、第２保護膜１３ｂを形成してもよい。第１保護膜１３ａと第２保護膜１３ｂを設けることにより、サーマルプリントヘッド１００の耐久性をさらに向上させることができる。
【００４３】
なお、上記の説明では、第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂの上にもバリア層１７を設ける場合について説明したが、第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとの間のみにバリア層１７を設けるようにしてもよい。
【００４４】
また、上記の説明では、ヘッド基板３０が第１蓄熱層１０ａと第２蓄熱層１０ｂとを有する場合につて説明した。しかし、ヘッド基板が有する蓄熱層の数を限定する必要はない。例えば、蓄熱層が１個でもよいし、３個でもよい。蓄熱層が３個の場合、各蓄熱層以外の部分にバリア層を設けてもよいし、各蓄熱層にわたってバリア層を設けてもよい。
【００４５】
また、上記の説明では、インクリボン７１を用いて印画媒体７０に印刷する場合について説明したが、印刷方法はこれに限定する必要はない。例えば、印画媒体７０が感熱紙であってもよい。印画媒体７０が感熱紙の場合、通電により発熱している発熱部１４の上に位置する印画媒体７０の画素が感熱して着色する。
【００４６】
また、図５は、駆動用ＩＣ４１が全ての配線をスイッチングする図になっているが、図５に示した配線パターンは一例であり、これに限定する必要はない。例えば、駆動用ＩＣ４１を介さないで共通電極１６を直接コネクタ４４に接続するようにしてもよい。
【００４７】
また、図６では、印画媒体７０が連続した状態で搬送される図になっているが、印画媒体７０は分離した複数の印画媒体で構成されていてもよい。また、印画媒体７０の材質は、紙、プラスチック、フィルム、金属など様々であり、材質を限定する必要はない。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
９…支持基板
９ａ…上面
９ｆ…穴
９ｇ…エッジ
１０ａ…第１蓄熱層
１０ｂ…第２蓄熱層
１１…抵抗体層
１２…導電体層
１２ｇ…欠損
１３…保護膜
１３ａ…第１保護膜
１３ｂ…第２保護膜
１３ｇ…欠損
１４…発熱部
１５…個別電極
１６…共通電極
１７…バリア層
１７ｇ…エッジ
２０…放熱板
３０…ヘッド基板
４０…回路基板
４１…駆動用ＩＣ
４２…ボンディングワイヤ
４３…封止材
４４…コネクタ
５０…プラテンローラ
６０…搬送機構
６１…搬送媒体
７０…印画媒体
７１…インクリボン
８０…制御装置
９０…電源装置
１００…サーマルプリントヘッド
２００…サーマルプリンタ 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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