(57)【要約】【課題】  電極抵抗を増大させることなくヘッド小型化を実現でき、印刷品質を向上可能なサーマルヘッドを得る。【解決手段】  列状に配置された、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、隣り合う一対の発熱抵抗体を導通接続する複数のコンタクト導体と、各コンタクト導体を介して一対の発熱抵抗体を通電する複数の個別電極とコモン電極と、複数の発熱抵抗体の配列方向に延びて複数のコモン電極に共通に接続し、同配列方向の両端から給電されるコモンラインとを有する折り返し構造のサーマルヘッドにおいて、上記コモンラインが、コンタクト導体、複数の個別電極及び複数のコモン電極を含む電気配線部よりも厚く形成されている。【選択図】  図１
2006095943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列状に配置された、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、隣り合う一対の発熱抵抗体を導通接続する複数のコンタクト導体と、各コンタクト導体を介して一対の発熱抵抗体を通電する複数の個別電極とコモン電極と、前記複数の発熱抵抗体の配列方向に延びて前記複数のコモン電極に共通に接続し、同配列方向の両端から給電されるコモンラインとを有する折り返し構造のサーマルヘッドにおいて、
前記コモンラインが、前記コンタクト導体、前記複数の個別電極及び前記複数のコモン電極を含む電気配線部よりも厚く形成されていることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のサーマルヘッドにおいて、前記電気配線部の厚さは０．５μｍ以下であり、前記コモンラインの厚さは１μｍ以上であるサーマルヘッド。
【請求項３】
請求項１または２記載のサーマルヘッドにおいて、前記複数の個別電極の上には、前記電気配線部よりも厚く形成されたボンディングパッドが設けられているサーマルヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記電気配線部及び前記コモンラインは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうち１以上含む金属薄体により形成されているサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば熱転写型プリンタに搭載されるサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルヘッドは、放熱性に優れた基板上に、例えばガラス等の高断熱材料からなる蓄熱層と、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、全発熱抵抗体に共通に導通接続したコモン電極と、各発熱抵抗体に個別に導通接続した複数の個別電極とを備え、コモン電極及び個別電極を介して発熱させた発熱抵抗体をインクリボンまたは印刷媒体（感熱紙）に圧接することで印刷動作する。従来のサーマルヘッドには、印刷品質を向上させるため、基板自体を凸形状とするあるいは平坦な基板上に蓄熱層で凸形状を形成する等して、印刷時に印刷媒体に対して接触応力を加えるようにした凸型基板タイプが多用されている。またコモン電極と個別電極は、一般的には発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部にそれぞれ接続されて該抵抗長方向に一直線状に配置されるが、基板サイズを小さく且つ発熱抵抗体を基板の端に配置できるように、コモン電極を折り返す構造も提案されている。
【０００３】
図４は、従来の折り返し構造によるサーマルヘッドを示す（ａ）断面図、（ｂ）平面図（保護層を除く）である。折り返し構造では、コ字状の折り返し導体１１０により互いの一端部が接続された２つの発熱抵抗体１０５ａ、１０５ｂから１つの印刷ドット部Ｄが構成され、一方の発熱抵抗体１０５ａの他端部に個別電極１０７が、他方の発熱抵抗体１０５ｂの他端部にコモン電極１０８がそれぞれ接続している。各コモン電極１０８は、印刷ドット部Ｄの配列方向に平行な方向に長く延びるコモンライン１０９に接続されており、コモンライン１０９の長手方向の両端から給電される。図４に示されるサーマルヘッドは、例えば以下の工程により形成することができる。
【０００４】
先ず、部分凸形状の蓄熱層１０３を備えた基板１０２を準備する。次に、蓄熱層１０３上に抵抗体層１０４とＡｌ導体層Ｃを全面的に形成した後、Ａｌ導体層Ｃ及び抵抗体層１０４の一部を除去し、形成すべき折り返し導体、個別電極、コモン電極及びコモンラインの概略形状でＡｌ導体層Ｃ及び抵抗体層１０４を残す。Ａｌ導体層Ｃは、電極抵抗を低減するため（ヘッド小型化による電極抵抗の増大を抑制するため）、１μｍ程度の厚さで形成する。続いて、蓄熱層３の凸形状上に位置するＡｌ導体Ｃを除去し、抵抗体層１０４の表面を一部露出させる開放部αを形成する。抵抗体層１０４の表面露出領域がそれぞれ発熱抵抗体１０５となる。この開放部αを介してＡｌ導体層Ｃは、隣り合う一対の発熱抵抗体１０５（１０５ａ、１０５ｂ）の一端側を導通接続するコ字状の折り返し導体１１０と、同一対の発熱抵抗体１０５ａ、１０５ｂの他端側に同一方向で接続された個別電極１０７及びコモン電極１０８とに分離される。コモン電極１０８とコモンライン１０９は一体に形成される。開放部αを形成したら、折り返し導体１１０、個別電極１０７、コモン電極１０８及びコモンライン１０９を覆う耐磨耗保護層１１１を形成する。Ａｌ導体層Ｃが１μｍ程度と厚いため、開放部αの両端、つまり発熱抵抗体１０５と折り返し導体１１０、個別電極１０７及びコモン電極１０８との各境界には段差が生じ、この段差は耐磨耗保護層１１１の表面にも段差部１１１ａとしてあらわれる。発熱抵抗体１０５の近傍に段差が存在していると印刷媒体と発熱抵抗体１０５の接触効率が悪くなるので、耐磨耗保護層１１１の段差部１１１ａを研磨加工し、印刷媒体との接触面を滑らかに形成する。以上により、図４のサーマルヘッドが得られる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５６６９号公報
【特許文献２】特開平８−８０６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来構造では、折り返し導体１１０（Ａｌ導体層Ｃ）と該折り返し導体１１０で囲まれた領域に露出している蓄熱層１０３との間、つまり折り返し導体１１０の窪み領域に、深さ１μｍ以上のポケットβが生じている。耐磨耗保護層１１１には、このポケットβに対応するポケット凹部が形成されている。このため、印刷媒体との圧接面を滑らかにしようとして耐磨耗保護層１１１の段差部１１１ａを研磨したときの研磨くずが耐磨耗保護層１１１のポケット凹部に入り込んだり、同ポケット凹部に印刷媒体やインクリボン背面のゴミが引っ掛かったり等して、印刷時に印画キズが発生してしまうことが判明した。
【０００７】
印画キズの発生を回避するためには、耐磨耗保護層１１１の段差部１１１ａを研磨する際にポケット凹部を同時に削って除去することが考えられる。しかしながら、耐磨耗保護層１１１の段差部１１１ａは蓄熱層１０３の凸形状上に位置するため、ポケット凹部を削ることは難しく、完全になくすことはできない。
【０００８】
また、折り返し導体１１０を構成するＡｌ導体層Ｃを薄くすれば耐磨耗性保護層１１１のポケット凹部を浅くできるが、Ａｌ導体層Ｃを薄くすると、電極抵抗が増大してしまう。近年ではヘッド小型化が促進されていて電極面積が縮小されているため、電極抵抗は大幅に増大し、ヘッドの印刷品質を悪化させる。特に、コモンライン１０９の両端から給電される折り返し構造では、図５に示すように、コモンライン１０９の両端では電圧降下量が少なく、中央部に近づくにつれて電圧降下量が大きくなり、各発熱抵抗体１０５を流れる電流量がばらついてしまう。電流量のばらつきは、各発熱抵抗体１０５の発熱量に比例し、結果として印刷濃度ムラを引き起こす。このようなコモンドロップを低減するにはコモンラインの面積を増大させてコモン抵抗を小さくすればよいが、ヘッド小型化を実現しようとするとコモンラインの面積を広く確保できず、逆に、コモンラインの面積を増大させるとヘッドが大型化してしまう。各発熱抵抗体の発熱量を均一にしようとするなら、導電路の電気抵抗値を調整したり、複雑な印加エネルギー制御を制御したりしなければならない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電極抵抗を増大させることなくヘッド小型化を実現でき、印刷品質を向上可能なサーマルヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、保護層に形成される凹部が約１μｍ程度と深いために研磨くずが溜まりやすいことを認識し、該凹部を生じさせないように電気配線部を薄く形成しつつ、コモン抵抗を低減するためにコモンラインを厚く形成することに着眼したものである。
【００１１】
すなわち、本発明は、列状に配置された、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、隣り合う一対の発熱抵抗体を導通接続する複数のコンタクト導体と、各コンタクト導体を介して一対の発熱抵抗体を通電する複数の個別電極とコモン電極と、複数の発熱抵抗体の配列方向に延びて複数のコモン電極に共通に接続し、同配列方向の両端から給電されるコモンラインとを有する折り返し構造のサーマルヘッドにおいて、上記コモンラインが、コンタクト導体、複数の個別電極及び複数のコモン電極を含む電気配線部よりも厚く形成されていることを特徴としている。
【００１２】
具体的に、電気配線部の厚さは０．５μｍ以下であり、コモンラインの厚さは１μｍ以上であることが好ましい。電気配線部の厚さが０．５μｍ以下であれば、発熱抵抗体と個別電極、コモン電極及びコンタクト導体との間に生じる段差も０．５μｍ以下に抑えられるので、耐磨耗保護層の表面に凹部が転写形成されずに済む。これにより、耐磨耗保護層表面に研磨くずは溜まりにくくなり、研磨くずによる印画キズを防止可能である。一方、コモンラインの厚さが１μｍ以上であれば、ヘッド小型化によりコモンラインの面積が縮小されてもコモン抵抗の増大を抑えることができ、濃度ムラのない良好な印刷品質が得られる。
【００１３】
複数の個別電極の上には、配線部よりも厚く形成されたボンディングパッドを設けることができる。ボンディングパッドの厚さは、コモンラインと同様、１μｍ以上であることが好ましい。このボンディングパッドを備えることにより、ワイヤーボンディングの信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００１４】
電気配線部及びコモンラインは、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌの１以上含む金属薄体により形成することができる。同様に、ボンディングパッドもＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌの１以上含む金属薄体により形成可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電極抵抗を増大させることなくヘッド小型化を実現でき、印画キズを防止可能なサーマルヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜図３は、本発明の一実施形態によるサーマルヘッド１を示している。サーマルヘッド１は、Ｓｉやセラミック材料、金属材料等からなる放熱性に優れた基板２上に例えばガラス等の断熱材料からなる蓄熱層３を有し、この蓄熱層３の上に、図１の左右方向に微小間隔をあけて一列に配置された複数の発熱抵抗体４を備えている。各発熱抵抗体４は、Ｔａ2Ｎ又はＴａ−ＳｉＯ2等のサーメット材料を用いて蓄熱層３の上に全面的に形成された抵抗体層４’の一部であり、該表面が絶縁バリア層５により覆われている。絶縁バリア層５は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ等の絶縁材料により形成されていて、各発熱抵抗体４の平面的な大きさ（長さ寸法Ｌ、幅寸法Ｗ）を規定している。隣接する発熱抵抗体４の間には、放熱性基板２が露出するギャップ領域γが存在している。本実施形態では、隣接する一対の発熱抵抗体４（４ａ、４ｂ）により１つの印刷ドット部Ｄが形成され、複数の印刷ドット部Ｄは、発熱抵抗体４の通電方向と直交する方向（図１の左右方向）に列状に配置されている。
【００１７】
隣接する各一対の発熱抵抗体４ａ、４ｂは、互いの抵抗長方向の一端部が平面コ字形状のコンタクト導体６により接続されており、図２に示すように一方の発熱抵抗体４ａの抵抗長方向の他端部には個別電極７が接続され、図３に示すように他方の発熱抵抗体４ｂの他端部にはコモン電極８が接続されている。この個別電極７とコモン電極８は、印刷ドット部Ｄに対して同一方向で接続され、印刷ドット部Ｄ（発熱抵抗体４）の配列方向に特定の規則性を持って整列されている。各個別電極７及びコモン電極８の間にはギャップ領域γが存在し、このギャップ領域γにより個別電極７及びコモン電極８の幅寸法は、発熱抵抗体４の幅寸法Ｗと略同一に規定されている。
【００１８】
個別電極７は、各印刷ドット部Ｄ毎に設けられていて、各発熱抵抗体４ａの通電方向（図１の上下方向）に長く延びて形成されている。個別電極７には、発熱抵抗体４ａ側とは反対側の端部に、ワイヤーボンディング用のボンディングパッド部Ｐが設けられている。各個別電極７は、ボンディングパッド部Ｐを介して駆動ユニット２０に接続されている。駆動ユニット２０は、各個別電極７にワイヤーボンディングした複数のボンディングパッド、該ボンディングパッドを介して対応する個別電極７への通電／非通電を切り替える複数のスイッチング素子（駆動ＩＣ）及び複数の外部接続端子等を有している。なお、図１はサーマルヘッド１の構造を簡略的に示したものであり、個別電極７のボンディングパッド部Ｐと駆動ユニット２０のボンディングパッドを結ぶワイヤー１１は、実際には、約５０μｍ程度と非常に微小間隔で設けられている。
【００１９】
コモン電極８は、隣接する２つの印刷ドット部Ｄ毎に設けられていて、該２つの印刷ドット部Ｄに設けられた個別電極７の間にそれぞれ配置されている。このコモン電極８は、隣接する２つの発熱抵抗体４ｂに接続したコ字形状部と、該コ字形状部から発熱抵抗体４ｂの抵抗長方向に平行な方向に長く延びる直線部とを有する略Ｙ字形をなしている。各コモン電極８は、発熱抵抗体４ｂ側とは反対側の端部でコモンライン９に接続されている。コモンライン９は、複数の印刷ドット部Ｄの配列方向に延びて複数のコモン電極８に共通に接続され、その長手方向（図１の左右方向）の両端に設けた一対の給電点９ａから給電される。一対の給電点９ａは放熱性基板２外の電源２１にそれぞれ接続されている。コモンライン９からの電力は、各コモン電極８を介して全ての印刷ドット部Ｄに供給される。本実施形態の導体６、個別電極７及びコモン電極８は、各発熱抵抗体４側の端部が絶縁バリア層５上にオーバーレイして形成されている。
【００２０】
上記絶縁バリア層５、導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９の上には、例えばＳｉＡｌＯＮやＴａ2Ｏ5等の耐摩耗性材料からなる耐磨耗保護層１０が形成されている。耐磨耗保護層１０は、ヘッド動作時に生じる摩擦から絶縁バリア層５及びコンタクト導体６や個別電極７、コモン電極８等の導体層を保護する。この耐磨耗保護層１０の厚さは一定のため、耐磨耗保護層１０の表面には基板表面の凹凸形状が転写されている。なお、図１では耐磨耗保護層１０は図示省略されている。
【００２１】
上記構成のサーマルヘッド１において、コンタクト導体６、個別電極７及びのコモン電極８を含む電気配線部は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうち１以上含む第１の金属薄体Ｅ１により、０．５μｍ以下の厚さｄ１で形成されている。したがって、これらコンタクト導体６、個別電極７及びコモン電極８と絶縁バリア層５との間にそれぞれ生じる段差の深さも０．５μｍ以下に抑えられ、耐磨耗保護層１０に転写形成される凹部の深さは無視できるほど浅い。これにより、耐磨耗保護層１０の表面に研磨くずは溜まりにくくなり、研磨くずによる印画キズを防止可能である。コンタクト導体６、個別電極７及びコモン電極８は、絶縁バリア層５上にオーバーレイして形成されており、一対の発熱抵抗体４ａ、４ｂを確実に導通接続している。
【００２２】
一方、コモンライン９は、上記第１の金属薄体Ｅ１の上に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうち１以上含む第２の金属薄体Ｅ２を積層した２層構造をなし、コンタクト導体６、個別電極７及びのコモン電極８を含む電気配線部よりも厚く形成されている。具体的にコモンライン９の厚さｄ２は１μｍ以上である。コモンライン９の厚さが１μｍ以上であれば、コモンライン９の電気抵抗を低く抑えることができ、コモンライン９における電圧降下（コモンドロップ）が低減して印刷濃度ムラを軽減できる。本実施形態では、個別電極７のボンディングパッド部Ｐもコモンライン９と同様に、上記第１の金属薄体Ｅ１の上に第２の金属薄体Ｅ２を積層した２層構造をなし、コンタクト導体６、個別電極７及びのコモン電極８を含む電気配線部よりも厚く、１μｍ以上の厚さｄ２で形成されている。ボンディングパッド部Ｐの厚さが１μｍ以上であれば、十分なボンディング強度が得られるため、ボンディング性が向上する。図１では、２層構造をなすコモンライン９とボンディングパッド部Ｐを、同一のハッチングを付して示してある。
【００２３】
次に、上記コモンライン９及びボンディングパッド部Ｐの形成方法について説明する。先ず、蓄熱層３上に形成された抵抗体層４’と絶縁バリア層５の上に全面的に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうち１以上含む第１の金属薄体Ｅ１を、０．５μｍ以下の厚さｄ１でスパッタ成膜する。次に、第１の金属薄体Ｅ１の一部を例えばエッチングにより除去し、絶縁バリア層５の表面を露出させると共に、該絶縁バリア層５に覆われている複数の発熱抵抗体４の端部に接続する複数のコンタクト導体６、複数の個別電極７及び複数のコモン電極８を形成し、さらに、複数のコモン電極８と一体に形成されたコモンライン９の第１層を形成する。続いて、上記絶縁バリア層５、コンタクト導体６、個別電極７、コモン電極８及びコモンライン９の上に全面的に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうち１以上含む第２の金属薄体Ｅ２を、第１の金属薄体Ｅ１との合計膜厚が１μｍ以上となる厚さで、スパッタ成膜する。そして、第２の金属薄体Ｅ２の一部を例えばエッチングにより除去し、コモンライン９の第１層及び各個別電極７の端部の上にのみ、第２の金属薄体Ｅ２を残す。この第２の金属薄体Ｅ２により、コモンライン９の第２層及び個別電極７のボンディングパッド部Ｐの第２層が形成される。これにより、１μｍ以上の厚さｄ２を有するコモンライン９及びボンディングパッド部Ｐが得られる。
【００２４】
以上のように本実施形態では、第１の金属薄体Ｅ１によりコンタクト導体６、個別電極７及びのコモン電極８を含む電気配線部を形成し、第１の金属薄体Ｅ１及び第２の金属薄体Ｅ２によりコモンライン９及びボンディングパッド部Ｐを形成することにより、上記電気配線部とコモンライン９及びボンディングパッド部Ｐとで厚さを異ならせ、電気配線部では０．５μｍ以下の厚さｄ１を、コモンライン９及びボンディングパッド部Ｐでは１μｍ以上の厚さｄ２を確保している。これにより、印字品質の向上（印画キズなし、濃度ムラなし）とヘッド小型化の両方を実現可能である。
【００２５】
本実施形態では、コモンライン９及び個別電極７のボンディングパッド部Ｐを構成する第１層と第２層を両方ともスパッタ成膜及びエッチング（パターニング）により形成しているが、上記第１層及び第２層の一方を印刷により形成て他方をスパッタ成膜及びエッチングにより形成してもよい。具体的に例えば、第１層を形成すべきコモンライン９及び個別電極７のボンディングパッド部Ｐの面積と同等若しくは若干大きめに形成した後、この第１層上に、形成すべきコモンライン９及び個別電極７のボンディングパッド部Ｐの面積と同等若しくは若干小さめの面積で第２層をスパッタ成膜及びエッチングにより形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のサーマルヘッド（耐磨耗保護層除く）を示す平面図ある。
【図２】同サーマルヘッドの個別電極側を示す断面図である。
【図３】同サーマルヘッドのコモン電極側を示す断面図である。
【図４】従来の折り返し構造によるサーマルヘッドを示す（ａ）断面図、（ｂ）平面図（保護層除く）である。
【図５】コモンドロップを説明するグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１   サーマルヘッド
２   基板（放熱性基板）
３   蓄熱層
４   発熱抵抗体
４’ 抵抗体層
５   絶縁バリア層
６   コンタクト導体
７   個別電極
８   コモン電極
９   コモンライン
１０   耐磨耗保護層
１１   ワイヤー
２０   駆動ユニット
２１   電源
Ｄ     印刷ドット部
Ｅ１   第１の金属薄体
Ｅ２   第２の金属薄体
Ｐ     ボンディングパッド
α     開放部
β     ポケット
【図１】
2006095943.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006095943.tif 000006
【図５】
2006095943.tif 000007