(57)【要約】【課題】発熱効率および印字品質を向上させること。【解決手段】支持基板１１の上に接着層１２を介して積層された蓄熱層１３の上に、複数の発熱抵抗体１４が間隔をあけて配列されてなる発熱抵抗素子部品４であって、前記接着層１２が、前記支持基板１１の一面と前記蓄熱層１３の他面とを接合する接着剤１２ａと、この接着剤１２ａ中に混練されて、前記支持基板１１の一面と前記蓄熱層１３の他面との距離を一定に保つ複数のギャップ材１２ｂとを備え、前記接着層１２の、前記発熱抵抗体１４の発熱部に対向する領域に空洞部１９が形成されている。【選択図】図３
2010100022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板の上に接着層を介して積層された蓄熱層の上に、複数の発熱抵抗体が間隔をあけて配列されてなる発熱抵抗素子部品であって、
前記接着層が、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面とを接合する接着剤と、この接着剤中に混練されて、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面との距離を一定に保つ複数のギャップ材とを備え、
前記接着層の、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空洞部が形成されている発熱抵抗素子部品。
【請求項２】
前記ギャップ材が、同一の直径を有する球状に形成されている請求項１に記載の発熱抵抗素子部品。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発熱抵抗素子部品からなるサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタ。
【請求項４】
支持基板の上に接着層を介して積層された蓄熱層の上に、複数の発熱抵抗体が間隔をあけて配列されてなる発熱抵抗素子部品の製造方法であって、
前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面とを接合する接着剤と、この接着剤中に混練されて、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面との距離を一定に保つ複数のギャップ材とを備え、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空洞部が形成された接着層を、前記支持基板の一面上に積層し、前記蓄熱層を、前記接着層の一面上に積層した後、所定の温度と荷重を加えて前記支持基板と前記蓄熱層とを接合する発熱抵抗素子部品の製造方法。
【請求項５】
支持基板の上に接着層を介して積層された蓄熱層の上に、複数の発熱抵抗体が間隔をあけて配列されてなる発熱抵抗素子部品の製造方法であって、
前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面とを接合する接着剤と、この接着剤中に混練されて、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面との距離を一定に保つ複数のギャップ材とを備え、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空洞部が形成された接着層を、前記蓄熱層の他面上に積層し、前記支持基板を、前記接着層の他面上に積層した後、所定の温度と荷重を加えて前記支持基板と前記蓄熱層とを接合する発熱抵抗素子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型ハンディターミナルに代表される小型情報機器端末に多く搭載されるサーマルプリンタに用いられ、印画データに基づいて複数の発熱素子を選択的に駆動することによって感熱記録媒体に印画を行うための発熱抵抗素子部品（サーマルヘッド）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、サーマルプリンタは小型情報機器端末に多く用いられるようになってきている。小型情報機器端末はバッテリー駆動であるため、サーマルプリンタの省電力化が強く求められ、そのための発熱効率の高いサーマルヘッドが求められている。
発熱効率の高いサーマルヘッドとしては、例えば、特許文献１に開示された構造を有するものが知られている。
【特許文献１】実開昭６１−２０１８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたサーマルヘッドでは、発熱部（抵抗体が実際に発熱する部分であって、導体と重ならない部分）の直下に円筒状のスペーサが配置されている。そのため、発熱部で発生した熱が、グレーズ層およびセラミック基板と線接触するスペーサを介してセラミック基板の側へ逃げてしまい、発熱効率が低下してしまうといった問題点があった。
また、上記特許文献１に開示されたサーマルヘッドでは、スペーサがばらまかれた状態（すなわち、不均一に配置された状態）で介在している。そのため、セラミック基板の側への熱の拡散が不均一になり、印字品質が低下してしまうといった問題点があった。
さらに、上記特許文献１に開示されたサーマルヘッドでは、スペーサがばらまかれた状態で介在している。そのため、使用中に、グレーズ層とセラミック基板との距離が増大すると、スペーサが移動してしまうおそれがあり、経時的にスペーサがより不均一に配置された状態となって印字品質がさらに低下してしまうといった問題点もあった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、発熱効率および印字品質を向上させることができる発熱抵抗素子部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る発熱抵抗素子部品は、支持基板の上に接着層を介して積層された蓄熱層の上に、複数の発熱抵抗体が間隔をあけて配列されてなる発熱抵抗素子部品であって、前記接着層が、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面とを接合する接着剤と、この接着剤中に混練されて、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面との距離を一定に保つ複数のギャップ材とを備え、前記接着層の、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空洞部が形成されている。
【０００６】
本発明に係る発熱抵抗素子部品によれば、発熱抵抗体の発熱部によって覆われる領域（発熱部と対向する領域）の下方に、ギャップ材の全く存在しない空洞部、すなわち、蓄熱層から支持基板への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
また、接着剤中に一様に混ぜ込まれた（混練された）ギャップ材を介して、支持基板の側への放熱が行われることにより、熱の拡散が均一化されることとなるので、印字品質を向上させることができる。
【０００７】
さらに、ギャップ材は接着剤によって保持されることとなるので、使用中に、支持基板の一面と蓄熱層の他面との距離が増大したとしても、ギャップ材が移動してしまうといった不都合を回避することができ、経時的にギャップ材が不均一に配置された状態となって印字品質が低下してしまうことを防止することができる。
【０００８】
さらにまた、本発明に係る発熱抵抗素子部品によれば、接着剤中に一様に混ぜ込まれたギャップ材により、支持基板の側へ所定量の放熱が行われることとなるので、発熱抵抗素子部品の動作時に、２００℃から３００℃程度まで上昇する発熱抵抗体の温度によって、接着剤が軟化してしまうことを防止することができる。
さらにまた、仮に接着剤が軟化してしまった場合でも、ギャップ材により支持基板の一面と蓄熱層の他面との距離（間隔）、すなわち、空洞部の高さ（または深さ）が一定（例えば、１００μｍ）に維持されることとなるので、印字効率を常に最適な状態に維持することができる。
さらにまた、接着剤中に一様に混ぜ込まれたギャップ材により、発熱抵抗体の表面から加えられる押圧力が支持されることとなるので、印刷時の過大な圧力に対する機械的強度を向上させることができ、耐久性および信頼性を向上させることができる。
【０００９】
上記発熱抵抗素子部品において、前記ギャップ材が、同一の直径を有する球状に形成されているとさらに好適である。
このような発熱抵抗素子部品によれば、同一の直径を有する球状のギャップ材が支持基板の一面および蓄熱層の他面と、それぞれ点接触するので、ギャップ材を介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
【００１０】
本発明に係るサーマルプリンタは、発熱効率の高い発熱抵抗素子部品を具備している。
本発明に係るサーマルプリンタによれば、少ない電力で感熱紙に印刷することができ、バッテリーの持続時間を長期化させることができるとともに、プリンタ全体の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る発熱抵抗素子部品の製造方法は、支持基板の上に接着層を介して積層された蓄熱層の上に、複数の発熱抵抗体が間隔をあけて配列されてなる発熱抵抗素子部品の製造方法であって、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面とを接合する接着剤と、この接着剤中に混練されて、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面との距離を一定に保つ複数のギャップ材とを備え、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空洞部が形成された接着層を、前記支持基板の一面上に積層し、前記蓄熱層を、前記接着層の一面上に積層した後、所定の温度と荷重を加えて前記支持基板と前記蓄熱層とを接合する。
【００１２】
本発明に係る発熱抵抗素子部品の製造方法の他の態様は、支持基板の上に接着層を介して積層された蓄熱層の上に、複数の発熱抵抗体が間隔をあけて配列されてなる発熱抵抗素子部品の製造方法であって、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面とを接合する接着剤と、この接着剤中に混練されて、前記支持基板の一面と前記蓄熱層の他面との距離を一定に保つ複数のギャップ材とを備え、前記発熱抵抗体の発熱部に対向する領域に空洞部が形成された接着層を、前記蓄熱層の他面上に積層し、前記支持基板を、前記接着層の他面上に積層した後、所定の温度と荷重を加えて前記支持基板と前記蓄熱層とを接合する。
【００１３】
本発明に係る発熱抵抗素子部品の製造方法によれば、支持基板と蓄熱層とを接合（接着）する際に、所定の荷重を加えたとしても、同一の高さ（あるいは同一の直径）を有するギャップ材により、支持基板の一面と蓄熱層の他面との距離（間隔）が一定（例えば、１００μｍ）に維持されることとなるので、空洞部を所定の高さまたは深さ（例えば、１００μｍ）に形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発熱効率および印字品質を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る発熱抵抗素子部品の一実施形態について、図１から図１０を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る発熱抵抗素子部品（以下、「サーマルヘッド」という。）を搭載したサーマルプリンタの縦断面図、図２は本実施形態に係るサーマルヘッドの平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図、図３は図２のα−α矢視断面図、図４〜図１０は本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【００１６】
図１に示すように、サーマルプリンタ１は、本体フレーム２と、水平配置されるプラテンローラ３と、プラテンローラ３の外周面に対向配置されるサーマルヘッド４と、プラテンローラ３とサーマルヘッド４との間に感熱紙５を送り出す紙送り機構６と、サーマルヘッド４を感熱紙５に対して所定の押圧力で押し付ける加圧機構７とを備えている。
【００１７】
図２または図３に示すように、サーマルヘッド４は、支持基板（以下、「基板」という。）１１と、基板１１の一面（図３において上側の面）上に所定パターンで形成された接着層１２を介して接合された蓄熱層１３とを有している。また、蓄熱層１３の一面（図３において上側の面）上には、複数の発熱抵抗体１４が一方向に間隔をあけて形成され（配列され）ている。さらに、図３に示すように、サーマルヘッド４は、蓄熱層１３および発熱抵抗体１４の一面（図３において上側の面）を覆って磨耗や腐食から保護する保護膜１５を有している。
なお、基板１１の他面（図３において下側の面）上には、図示しない放熱板が設けられている。
【００１８】
発熱抵抗体１４は、蓄熱層１３の一面に所定パターンで形成された発熱抵抗体層１６と、発熱抵抗体層１６の一面（図３において上側の面）に所定パターンで形成された個別電極１７と、個別電極１７の一面（図３において上側の面）に所定パターンで形成された共通電極１８とを有している。
なお、発熱抵抗体１４が実際に発熱する部分（以下、「発熱部」という。）は、個別電極１７および共通電極１８と重ならない部分である。
【００１９】
図２および図３に示すように、接着層１２には、空洞部（中空断熱層）１９が形成されている。
空洞部１９は、発熱抵抗体１４の発熱部によって覆われる領域（発熱部と対向する領域）の下方に形成された空間、すなわち、基板１１の一面と、蓄熱層１３の他面（図３において下側の面）と、接着層１２の壁面（基板１１の一面および蓄熱層１３の他面と直交する面）とで形成された（密閉された）空間である。そして、この空洞部１９内の気体層は、蓄熱層１３から基板１１への熱の流入を規制する断熱層として機能する。
なお、空洞部１９の平面視における寸法は任意であって、発熱部の寸法に近ければ、本実施形態のように発熱部よりも大きくてもよく、また、発熱部よりも小さくてもよい。
【００２０】
接着層１２は、基板１１の一面と蓄熱層１３の他面とを接合する接着剤１２ａと、この接着剤１２ａ内に略均一に配設されて、接着層１２の厚さ（あるいは空洞部１９の高さまたは深さ）、すなわち、基板１１の一面と蓄熱層１３の他面との距離（間隔）を一定（例えば、１００μｍ）に保つギャップ材１２ｂとを備えている。
接着剤１２ａの材料としては、サーマルヘッド４の動作時に、２００℃から３００℃程度まで上昇する発熱抵抗体１４の温度に耐え得る高耐熱性材料、例えば、二酸化珪素や三酸化ホウ素等を主成分とするガラスペースト、あるいはポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の高分子樹脂材料が用いられる。
【００２１】
ギャップ材１２ｂは、例えば、直径１００μｍの球状の部材であり、１ｍｍ２当たり数個〜１０個程度の割合で散りばめられている。ギャップ材１２ｂの材料としては、例えば、ナイロン、アクリル、フェノール、シリコーン、ペンゾグアナミン・メラミン、ポリエチレン、セルロース、超高分子量ポリオレフィン（ＰＥ）、フッ素樹脂、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、スチレン、アクリル・スチレン系の樹脂材料や、ガラス、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の無機材料が用いられる。
【００２２】
つぎに、図４〜図１０を用いて、本実施形態に係るサーマルヘッド４の製造方法について説明する。
まず、図４に示すように、一定（３００μｍ〜１ｍｍ程度）の厚さを有する基板１１を用意し、図５に示すように、この基板１１の一面上に、複数のギャップ材１２ｂが接着剤１２ａ中において略均一に分散するように予め混練されたペースト状の接着層１２をスクリーン印刷する。
【００２３】
つづいて、図６に示すように、ペースト状の接着層１２の一面（図６において上側の面）上に一定（５μｍ〜１００μｍ程度）の厚さを有する蓄熱層１３を重ねて置き、所定の温度と荷重を一定の時間均等に加えて、基板１１と蓄熱層１３とを接合（接着）する。蓄熱層１３の材料としては、例えば、ガラス、樹脂等が用いられる。
【００２４】
そして、このようにして形成した蓄熱層１３の上に、発熱抵抗体層１６（図７参照）、個別配線１７（図８参照）、共通配線１８（図９参照）、保護膜１５（図１０参照）を順次形成する。なお、発熱抵抗体層１６、個別配線１７、および共通配線１８を形成する順序は任意である。
これら発熱抵抗体層１６、個別配線１７、共通配線１８、保護膜１５は、従来のサーマルヘッドにおけるこれら部材の製造方法を用いて作製することができる。具体的には、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）、蒸着等の薄膜形成法を用いて絶縁皮膜上にＴａ系やシリサイド系等の発熱抵抗体材料の薄膜を成膜し、この発熱抵抗体材料の薄膜をリフトオフ法やエッチング法等を用いて成形することにより所望の形状の発熱抵抗体を形成する。
【００２５】
同様に、蓄熱層１３の上に、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の配線材料をスパッタリングや蒸着法等により成膜してこの膜をリフトオフ法、もしくはエッチング法を用いて形成したり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成する等して、所望の形状の個別配線１７および共通配線１８を形成する。
このようにして発熱抵抗体層１６、個別配線１７、および共通配線１８を形成した後、蓄熱層１３の上にＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料をスパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により成膜して、保護膜１５を形成する。
【００２６】
本実施形態に係るサーマルヘッド４およびその製造方法によれば、発熱抵抗体１４の発熱部によって覆われる領域（発熱部と対向する領域）の下方に、ギャップ材１２ｂの全く存在しない空洞部１９、すなわち、蓄熱層１３から基板１１への熱の流入を規制する断熱層が形成されることとなるので、発熱効率を向上させることができる。
また、接着剤１２ａ中に一様に混ぜ込まれたギャップ材１２ｂを介して、基板１１の側への放熱が行われることにより、熱の拡散が均一化されることとなるので、印字品質を向上させることができる。
さらに、ギャップ材１２ｂは接着剤１２ａによって保持されることとなるので、使用中に、基板１１の一面と蓄熱層１３の他面との距離が増大したとしても、ギャップ材１２ｂが移動してしまうといった不都合を回避することができ、経時的にギャップ材１２ｂが不均一に配置された状態となって印字品質が低下してしまうことを防止することができる。
【００２７】
そして、本実施形態に係るサーマルヘッド４によれば、接着剤１２ａ中に一様に混ぜ込まれたギャップ材１２ｂにより、基板１１の側へ所定量の放熱が行われることとなるので、サーマルヘッド４の動作時に、２００℃から３００℃程度まで上昇する発熱抵抗体１４の温度によって、接着剤１２ａが軟化してしまうことを防止することができる。
また、仮に接着剤１２ａが軟化してしまった場合でも、ギャップ材１２ｂにより基板１１の一面と蓄熱層１３の他面との距離（間隔）、すなわち、空洞部１９の高さ（または深さ）が一定（例えば、１００μｍ）に維持されることとなるので、印字効率を常に最適な状態に維持することができる。
【００２８】
さらに、接着剤１２ａ中に一様に混ぜ込まれたギャップ材１２ｂにより、発熱抵抗体１４の表面（図３において上側の面）から加えられる押圧力が支持されることとなるので、印刷時の過大な圧力に対する機械的強度を向上させることができ、耐久性および信頼性を向上させることができる。
さらにまた、ギャップ材１２ｂは同一の直径を有する球状に形成され、ギャップ材１２ｂの表面と基板１１の一面および蓄熱層１３の他面とが、それぞれ点接触するように構成されているので、ギャップ材１２ｂを介した放熱を抑制することができて、発熱効率をさらに向上させることができる。
なお、ガラスの熱伝導率は０．９Ｗ／ｍＫ、空気の熱伝導率は０．０２Ｗ／ｍＫ、エポキシ樹脂の熱伝導率は０．２１Ｗ／ｍＫである。
【００２９】
また、本実施形態に係るサーマルヘッド４を搭載したサーマルプリンタ１によれば、発熱効率の高いサーマルヘッド４を具備しているので、少ない電力で感熱紙５に印刷することができる。したがって、バッテリーの持続時間を長期化させることが可能となる。
【００３０】
一方、本実施形態に係るサーマルヘッド４の製造方法によれば、基板１１と蓄熱層１３とを接合（接着）する際に、所定の荷重を加えたとしても、同一の高さ（あるいは同一の直径）を有するギャップ材１２ｂにより、基板１１の一面と蓄熱層１３の他面との距離（間隔）が一定（例えば、１００μｍ）に維持されることとなるので、空洞部１９を所定の高さまたは深さ（例えば、１００μｍ）に形成することができる。
【００３１】
なお、本発明に係るサーマルヘッドは、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形実施、変更実施、および組合せ実施可能である。
例えば、上述した実施形態では、空洞部１９が、発熱抵抗体１４と同じ数だけ形成されたものを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これら空洞部１９は、発熱抵抗体１４の配列方向に沿って、発熱抵抗体１４を跨ぐように形成されたもの、すなわち、一つの空洞部であってもよい。
このような空洞部が形成されたサーマルヘッドによれば、隣接して配置された空洞部同士が互いに連通状態とされ、発熱抵抗体１４で発生した熱（熱量）の、基板１１内への流出経路の一部が遮断されることとなるので、発熱抵抗体１４で発生した熱（熱量）が、基板１１内へ流出してしまうことをさらに抑制することができ、発熱抵抗体１４の発熱効率をさらに向上させることができて、消費電力の低減化をさらに図ることができる。
【００３２】
また、上述した実施形態においては、サーマルヘッド４および直接感熱発色するサーマルプリンタ１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、サーマルヘッド４以外の発熱抵抗素子部品やサーマルプリンタ１以外のプリンタ装置にも応用することができる。
例えば、発熱抵抗素子部品としては、熱によってインクを吐出するサーマル式またはバルブ式のインクジェットヘッドを始めとした用途に応用できる。また、サーマルヘッド４と略同様の構造である熱消去ヘッドや、熱定着を必要とするプリンタ等の定着ヒータ、光導波路型光部品の薄膜発熱抵抗素子等、他の膜状の発熱抵抗素子部品を保有する電子部品でも同様の効果を得ることができる。
また、プリンタとしては、昇華型または溶融型転写リボンを使用した熱転写プリンタ、印字媒体の発色と証拠が可能なリライタブルサーマルプリンタ、加熱により粘着性を呈する感熱性活性粘着剤式ラベルプリンタ等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタの縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの平面図であり、保護膜を取り除いた状態を示す図である。
【図３】図２のα−α矢視断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００３４】
４    サーマルヘッド（発熱抵抗素子部品）
１１    基板（支持基板）
１２    接着層
１２ａ  接着剤
１２ｂ  ギャップ材
１３    蓄熱層
１４    発熱抵抗体
１６    発熱抵抗体層
１７    個別電極
１８    共通電極
１９    空洞部
【図１】
2010100022.tif 000003
【図２】
2010100022.tif 000004
【図３】
2010100022.tif 000005
【図４】
2010100022.tif 000006
【図５】
2010100022.tif 000007
【図６】
2010100022.tif 000008
【図７】
2010100022.tif 000009
【図８】
2010100022.tif 000010
【図９】
2010100022.tif 000011
【図１０】
2010100022.tif 000012