(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の支持基板および上板基板を積層状態に接合してなる積層基板と、
前記上板基板の表面に形成された発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極部とを備え、
前記積層基板が、前記支持基板と前記上板基板との接合部における前記発熱抵抗体に対向する領域に空洞部を有し、
前記一対の電極部の両方が、前記空洞部に対向する領域内に他の領域より厚さが薄い薄肉部を有し、
該薄肉部が、段階的に厚さが薄くなる２段以上の段付き形状を有し、前記空洞部に対向する領域の外側まで広がっているサーマルヘッド。
【請求項２】
平板状の支持基板および上板基板を積層状態に接合してなる積層基板と、
前記上板基板の表面に形成された発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極部とを備え、
前記積層基板が、前記支持基板と前記上板基板との接合部における前記発熱抵抗体に対向する領域に空洞部を有し、
前記一対の電極部の両方が、前記空洞部に対向する領域内に他の領域より厚さが薄い薄肉部を有し、
該薄肉部が、先端に向かって徐々に厚さが薄くなるように傾斜した形状を有し、前記空洞部に対向する領域の外側まで広がっているサーマルヘッド。
【請求項３】
平板状の支持基板および上板基板を積層状態に接合してなる積層基板と、
前記上板基板の表面に形成された矩形状の発熱抵抗体と、
該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極部とを備え、
前記積層基板が、前記支持基板と前記上板基板との接合部における前記発熱抵抗体に対向する領域に空洞部を有し、
前記電極部の少なくとも一方が、前記空洞部に対向する領域から他の領域にかけて略一定の厚さを有し、かつ、前記空洞部に対向する領域内に前記他の領域より熱伝導率が低くかつ前記発熱抵抗体より電気抵抗値が低い材質からなる低熱伝導率部を有するサーマルヘッド。
【請求項４】
前記低熱伝導率部が、前記空洞部に対向する領域の外側まで広がる請求項３に記載のサーマルヘッド。
【請求項５】
前記一対の電極部の両方が前記低熱伝導率部を有する請求項３または請求項４に記載のサーマルヘッド。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のサーマルヘッドと、
該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、サーマルプリンタに用いられるサーマルヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のサーマルヘッドは、支持基板と上板基板との積層基板上に複数の発熱抵抗体が形成されており、発熱抵抗体に接続された一対の電極部に電力を供給することにより、発熱抵抗体を発熱させて感熱記録媒体等に印画することができるようになっている。
【０００３】
このサーマルヘッドは、支持基板と上板基板との接合部分における発熱抵抗体に対向する位置に空洞部が形成されている。この空洞部が熱伝導率の低い断熱層として機能することにより、発熱抵抗体から上板基板を介して支持基板側に伝わる熱量を低減し、熱効率を向上させて消費電力の低減を図ることとしている。
【０００４】
また、一般的なサーマルヘッドの電極部は、外部電源より供給される電力を発熱抵抗体に十分に供給するため、外部入力端子から発熱抵抗体までの電気抵抗を考慮して設計される。発熱抵抗体の電気抵抗値に対する電極部の電気抵抗値の比率が大きくなると、外部入力端子から発熱抵抗体までの電気抵抗の電圧降下による電力ロスが大きくなる。そのため、電極部の電気抵抗値を小さくする必要がある。電極部の電気抵抗値は、電極部の厚さを厚くすることで小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１９８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発熱抵抗体において発生した熱は、電極部を介して上板基板の平面方向へも拡散する。また、電極部の厚さを厚くすると電極部の熱伝導率が向上する。そのため、従来のサーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体から電極部を介して上板基板の平面方向へ熱が逃げることにより、空洞部による高い断熱性能を活かしきれていないという問題があった。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、発熱抵抗体から電極部を介する上板基板の平面方向への熱の拡散を抑制し、印字効率の向上を図ることができるサーマルヘッド、プリンタを提供することを目的とする。また、このようなサーマルヘッドを簡易に製造することができる製造方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、平板状の支持基板および上板基板を積層状態に接合してなる積層基板と、前記上板基板の表面に形成された発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極部とを備え、前記積層基板が、前記支持基板と前記上板基板との接合部における前記発熱抵抗体に対向する領域に空洞部を有し、前記一対の電極部の両方が、前記空洞部に対向する領域内に他の領域より厚さが薄い薄肉部を有し、該薄肉部が、段階的に厚さが薄くなる２段以上の段付き形状を有し、前記空洞部に対向する領域の外側まで広がっているサーマルヘッドを提供する。
【０００９】
本発明によれば、発熱抵抗体の直下に配置された上板基板は、熱を蓄積する蓄熱層として機能する。また、発熱抵抗体に対向する領域に形成された空洞部は、熱を断熱する中空断熱層として機能する。この空洞部により、発熱抵抗体において発生した熱のうち、上板基板を介して支持基板側へ伝達される熱量を低減することができる。
【００１０】
この場合において、発熱抵抗体において発生した熱は、電極部を介して上板基板の平面方向へも拡散する。本発明に係るサーマルヘッドは、空洞部上に配置される少なくとも一方の電極部の薄肉部において、電極部の他の領域よりも熱伝導率が低くなる。したがって、発熱抵抗体からの熱を空洞部に対向する領域より外側に伝わり難くすることができる。これにより、空洞部により支持基板側への伝熱を抑制された熱に対して、電極部を介する上板基板の平面方向への拡散を抑制し、支持基板側とは反対側に伝熱させて印字効率の向上を図ることができる。
【００１１】
上記発明においては、前記薄肉部が、前記空洞部に対向する領域の外側まで広がっている。
このように構成することで、電極部における熱伝導率の低い領域が空洞部に対向する領域の外側まで広がるので、電極部を介する発熱抵抗体から上板基板の平面方向への熱の拡散をより低減することができる。したがって、空洞部による高い断熱性能を十分に活かすことができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記一対の電極部の両方が前記薄肉部を有する。
このように構成することで、いずれの電極部においても発熱抵抗体からの熱が空洞部に対向する領域より外側に伝わり難くなる。したがって、電極部を介する上板基板の平面方向への熱の拡散をより効果的に抑制することができる。
本発明は、平板状の支持基板および上板基板を積層状態に接合してなる積層基板と、前記上板基板の表面に形成された発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極部とを備え、前記積層基板が、前記支持基板と前記上板基板との接合部における前記発熱抵抗体に対向する領域に空洞部を有し、前記一対の電極部の両方が、前記空洞部に対向する領域内に他の領域より厚さが薄い薄肉部を有し、該薄肉部が、先端に向かって徐々に厚さが薄くなるように傾斜した形状を有し、前記空洞部に対向する領域の外側まで広がっているサーマルヘッドを提供する。
【００１３】
本発明は、平板状の支持基板および上板基板を積層状態に接合してなる積層基板と、前記上板基板の表面に形成された矩形状の発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の両端に接続され、該発熱抵抗体に電力を供給する一対の電極部とを備え、前記積層基板が、前記支持基板と前記上板基板との接合部における前記発熱抵抗体に対向する領域に空洞部を有し、前記電極部の少なくとも一方が、前記空洞部に対向する領域から他の領域にかけて略一定の厚さを有し、かつ、前記空洞部に対向する領域内に前記他の領域より熱伝導率が低くかつ前記発熱抵抗体より電気抵抗値が低い材質からなる低熱伝導率部を有するサーマルヘッドを提供する。
【００１４】
本発明によれば、空洞部上に配置される少なくとも一方の電極部の低熱伝導率部は、発熱抵抗体より電気抵抗値が低いので、発熱抵抗体に電力を十分に供給することができる。また、低熱伝導率部において電極部の他の領域よりも熱伝導率が低くなるので、発熱抵抗体からの熱を空洞部に対向する領域より外側に伝わり難くすることができる。したがって、空洞部により支持基板側への伝熱を抑制された熱に対して、電極部を介する上板基板の平面方向への拡散を抑制し、支持基板側とは反対側に伝熱させて印字効率の向上を図ることができる。
【００１５】
また、上記発明においては、前記低熱伝導率部が、前記空洞部に対向する領域の外側まで広がることとしてもよい。
電極部における熱伝導率の低い領域を空洞部に対向する領域の外側まで広げることで、電極部を介する発熱抵抗体から上板基板の平面方向への熱の拡散をより低減し、空洞部による高い断熱性能を十分に活かすことができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記一対の電極部の両方が前記低熱伝導率部を有することとしてもよい。
このように構成することで、いずれの電極部においても発熱抵抗体からの熱を空洞部に対向する領域より外側に伝わり難くし、電極部を介する上板基板の平面方向への熱の拡散をより効果的に抑制することができる。
【００１７】
本発明は、上記本発明のサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの前記発熱抵抗体に感熱記録媒体を押し付けながら送り出す加圧機構とを備えるプリンタを提供する。
本発明によれば、熱効率に優れるサーマルヘッドにより、加圧機構によって押し付けられる感熱記録媒体に対して発熱抵抗体において発生した熱を高効率で伝熱させることができる。これにより、感熱記録媒体への印字時の消費電力を低減し、バッテリーの持続時間を長期化することができる。
【００１８】
本発明の参考例としての発明は、表面に開口する凹部を有する平板状の支持基板に対して、前記凹部を閉塞するように平板状の上板基板を積層状態に接合する接合工程と、該接合工程により前記支持基板に接合された前記上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成工程と、該発熱抵抗体形成工程により前記発熱抵抗体が形成された前記上板基板上に、前記発熱抵抗体の両端に接続する一対の電極部を形成する電極部形成工程とを含み、該電極部形成工程が、前記電極部を構成する第１層を形成する第１形成工程と、該第１形成工程により形成された前記第１層の表面および前記空洞部に対向する領域内の前記発熱抵抗体の表面に、前記電極部を構成する第２層をほぼ均等な厚さで形成する第２形成工程とを含み、該第２形成工程が、前記第２層を前記空洞部に対向する領域の外側まで広がるように形成するサーマルヘッドの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明によれば、接合工程により、支持基板の凹部が上板基板によって閉塞されることで、支持基板と上板基板との接合部に空洞部が形成される。この空洞部は、発熱抵抗体において発生する熱を断熱する中空断熱層として機能する。したがって、発熱抵抗体から支持基板側へ伝熱される熱量を低減することができる。
【００２０】
また、第１形成工程により形成された第１層の表面と空洞部に対向する領域内の発熱抵抗体の表面に、第２形成工程によりほぼ均等な厚さの第２層を形成するだけで、空洞部に対向する領域内に他の領域より第１層の分だけ厚さが薄い薄肉部が配置される電極部を形成することができる。
【００２１】
電極部の薄肉部は電極部の他の領域よりも熱伝導率が低くなるので、発熱抵抗体からの熱が空洞部に対向する領域より外側に伝わり難くなる。したがって、空洞部により支持基板側への伝熱を抑制された熱に対して、電極部を介する上板基板の平面方向への拡散を抑制し、印字効率が向上するサーマルヘッドを簡易に製造することができる。
【００２２】
本発明の参考例としての発明は、一表面に開口する凹部を有する平板状の支持基板に対して、前記凹部を閉塞するように平板状の上板基板を積層状態に接合する接合工程と、該接合工程により前記支持基板に接合された前記上板基板の表面における前記凹部に対向する位置に発熱抵抗体を形成する発熱抵抗体形成工程と、該発熱抵抗体形成工程により前記発熱抵抗体が形成された前記上板基板上に、前記発熱抵抗体の両端に接続する一対の電極部を形成する電極部形成工程とを含み、該電極部形成工程が、厚肉の前記電極部を形成する第１形成工程と、該電極部第１形成工程により形成された前記厚肉の電極部における前記空洞部に対向する領域内に、他の領域より厚さが薄い薄肉部を形成する第２形成工程とを含み、該第２形成工程が、前記薄肉部を前記空洞部に対向する領域の外側まで広がるように形成するサーマルヘッドの製造方法を提供する。
【００２３】
本発明によれば、第１形成工程により形成された厚肉の電極部の厚さを第２形成工程により部分的に薄くするだけで、空洞部に対向する領域内の熱伝導率が他の領域の熱伝導率より低い電極部を形成することができる。また、電極部の薄肉部により、発熱抵抗体から上板基板の平面方向への熱の拡散を抑制し、印字効率が向上するサーマルヘッドを簡易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、発熱抵抗体から電極部を介する上板基板の平面方向への熱の拡散を抑制し、印字効率の向上を図ることができるという効果を奏する。また、印字効率が向上するサーマルヘッドを簡易に製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の参考例としての発明の一参考実施形態に係るサーマルプリンタの概略構成図である。
【図２】図１のサーマルヘッドを保護膜側から積層方向に見た平面図である。
【図３】図２のサーマルヘッドのＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の参考例としての発明の一参考実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）は一参考実施形態の凹部形成工程を示し、（ｂ）は接合工程を示し、（ｃ）は薄板化工程を示し、（ｄ）は発熱抵抗体形成工程を示し、（ｅ）は第１形成工程を示し、（ｆ）は第２形成工程を示し、（ｇ）は保護膜形成工程を示す縦断面図である。
【図６】一参考実施形態の変形例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
【図７】一参考実施形態の他の変形例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の変形例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
【図１０】（ａ）は一参考実施形態の変形例に係るサーマルヘッドの製造方法の第１形成工程を示し、（ｂ）はその第２形成工程を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るサーマルの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔一参考実施形態〕
以下、本発明の参考例としての発明の一参考実施形態に係るサーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ（プリンタ）１００は、図１に示すように、本体フレーム２と、水平配置されるプラテンローラ４と、プラテンローラ４の外周面に対向配置されるサーマルヘッド１０と、プラテンローラ４とサーマルヘッド１０との間に感熱紙（感熱記録媒体）３等の印刷対象物を送り出す紙送り機構６と、感熱紙３に対してサーマルヘッド１０を所定の押圧力で押し付ける加圧機構８とを備えている。
【００２７】
プラテンローラ４には、加圧機構８の作動により、感熱紙３およびサーマルヘッド１０が押し付けられるようになっている。これにより、プラテンローラ４の荷重が感熱紙３を介してサーマルヘッド１０に加えられるようになっている。
【００２８】
サーマルヘッド１０は、図２および図３に示すように、基板本体（積層基板）１３と、基板本体１３上に形成された複数の発熱抵抗体１５と、各発熱抵抗体１５の両端に接続される一対の電極部１７Ａ，１７Ｂと、基板本体１３上の発熱抵抗体１５および電極部１７Ａ，１７Ｂを覆い、これらを磨耗や腐食から保護する保護膜１９とを備えている。矢印Ｙは、プラテンローラ４による感熱紙３の送り方向を示している。
【００２９】
基板本体１３は、アルミ等の金属、樹脂、セラミックスまたはガラス等からなる板状部材の放熱板（図示略）に固定されており、放熱板を介して放熱することができるようになっている。この基板本体１３は、放熱板に固定される平板状の支持基板１２と、支持基板１２の表面に積層状態に接合される平板状の上板基板１４とにより構成されている。
【００３０】
支持基板１２は、例えば、３００μｍ〜１ｍｍ程度の厚さを有する矩形状のガラス基板またはセラミックス基板である。支持基板１２には、上板基板１４との接合面に矩形状に開口する凹部２１が形成されている。凹部２１は、支持基板１２の長手方向に沿って延び、例えば、５０〜５００μｍの幅寸法を有している。
【００３１】
上板基板１４は、例えば、５〜１００μｍ程度の厚さを有する矩形状のガラス基板である。この上板基板１４は、支持基板１２の表面に凹部２１を閉塞するように積層されている。上板基板１４は、支持基板１２と同じ材料からなる絶縁性のガラス基板か、あるいは、性質が近い基板を用いることが望ましい。この上板基板１４は、表面に発熱抵抗体１５が設けられることにより、発熱抵抗体１５において発生した熱の一部を蓄える蓄熱層として機能する。
【００３２】
発熱抵抗体１５は、例えば、Ｔａ系やシリサイド系等の材料からなり、矩形状に形成されている。また、発熱抵抗体１５は、長手方向の長さが支持基板１２の凹部２１の幅寸法より大きい寸法を有している。各発熱抵抗体１５は、長手方向を上板基板１４の幅方向に向けて、上板基板１４の長手方向（支持基板１２の凹部２１の長手方向）に沿って所定の間隔をあけて配列されている。すなわち、各発熱抵抗体１５は、それぞれ支持基板１２の凹部２１を幅方向に跨ぐように配置されている。
【００３３】
電極部１７Ａ，１７Ｂは、全ての発熱抵抗体１５の長手方向の一端に接続される一体型の電極１７Ａと、各発熱抵抗体１５の他端に個別に接続される複数の電極１７Ｂとにより構成されている。また、電極部１７Ａ，１７Ｂは、発熱抵抗体１５の表面に重ねられるようにして接続されている。電極部１７Ａ，１７Ｂの材料としては、例えば、アルミニウムが用いられる。
【００３４】
これらの電極部１７Ａ，１７Ｂは、外部電源（図示略）からの電力を発熱抵抗体１５に供給し、発熱抵抗体１５を発熱させることができるようになっている。発熱抵抗体１５における電極１７Ａと電極１７Ｂとの間に位置する部分、すなわち、発熱抵抗体１５における支持基板１２の凹部２１のほぼ真上に位置する部分が発熱領域となる。以下、発熱抵抗体１５の発熱領域を発熱部１５ａという。また、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａを覆う保護膜１９の表面が感熱紙３に対する印字部分、すなわち、ヘッド部分１９ａとなる。
【００３５】
また、一対の電極部１７Ａ，１７Ｂは、発熱部１５ａにおける発熱抵抗体１５の長手方向に延びる長さ（ヒータ長）Ｌｒが、隣接する発熱抵抗体１５どうしの中心位置間の距離（ドット間距離あるいはドットピッチ）Ｗｄより短くなるように配置することが望ましい。
【００３６】
また、各電極部１７Ａ，１７Ｂは、発熱抵抗体１５の表面上に配置される接続部分に、他の領域（以下、厚肉部１６という。）より厚さが薄い薄肉部１８を有している。すなわち、電極部１７Ａ，１７Ｂは、上板基板１４上に配置される部分と発熱抵抗体１５上に配置される接続部分の一部が厚肉に形成され、発熱抵抗体１５上の接続部分の残りが薄肉に形成されている。
【００３７】
厚肉部１６は、例えば、１〜３μｍの膜厚ｔｅ１を有している。厚肉部１６の膜厚ｔｅ１は、電気抵抗値を十分に確保することができる程度、例えば、発熱抵抗体１５の電気抵抗値に対して１／１０以下程度にすることが望ましい。
【００３８】
薄肉部１８は、発熱抵抗体１５上における凹部２１に対向する領域の内側から外側にわたって配置されている。薄肉部１８の膜厚ｔｅ２は、例えば、厚肉部１６の膜厚ｔｅ１および熱伝導率（Ａｌの熱伝導率は約２００Ｗ／（ｍ・℃））と、上板基板１４の厚さおよび熱伝導率（一般的なガラスの熱伝導率は約１Ｗ／（ｍ・℃））とを考慮して設計される。
【００３９】
薄肉部１８の膜厚ｔｅ２を厚肉部１６の膜厚ｔｅ１より小さくすることにより、電極部１７Ａ，１７Ｂの熱伝導率が部分的に小さくなり、断熱効率が向上する。しかしながら、薄肉部１８の膜厚ｔｅ２が小さすぎると（例えば、薄肉部１８の膜厚ｔｅ２＜１０ｎｍ）、電極部１７Ａ，１７Ｂの電気抵抗値が部分的に大きくなるため、薄肉部１８での電力ロスが断熱効率の向上分を超えてしまう。また、薄肉部１８の膜厚ｔｅ２は、スパッタ等で薄膜として得られる厚さであることも考慮する必要がある。そこで、薄肉部１８の膜厚ｔｅ２は、例えば、５０〜３００ｎｍ程度とすることが望ましい。
【００４０】
また、各薄肉部１８における発熱抵抗体１５の長手方向に延びる長さＬｅを長くすることにより、電極部１７Ａ，１７Ｂの熱伝導率が部分的に小さくなり、断熱効率が向上する。しかしながら、薄肉部１８の長さＬｅが長すぎると、電極部１７Ａ，１７Ｂの電気抵抗値が部分的に大きくなるため、薄肉部１８での電力ロスが断熱効率の向上分を超えてしまう。したがって、各薄肉部１８の電気抵抗値が、発熱部１５ａの電気抵抗値の１／１０以下となるように、薄肉部１８の長さＬｅを決定することが望ましい。
【００４１】
また、薄肉部１８は、プラテンローラ４とヘッド部分１９ａとが感熱紙３を挟んで接触する範囲の幅（ニップ幅）内に配置されていることが望ましい。ニップ幅はプラテンローラ４の直径や材質によって変化するが、一般的には、図３に示すように、ニップ幅は発熱抵抗体１５の長手方向の長さＬと一致すると考えられる。例えば、一対の電極１７Ａの薄肉部１８から電極１７Ｂの薄肉部１８までの幅寸法（Ｌｒ＋２Ｌｅ）は、約２ｍｍ以内（発熱部１５ａの中心位置から約１ｍｍ以内）とする。また、発熱抵抗体１５上の厚肉部１６もニップ幅内に配置する。
【００４２】
このような形状の電極部１７Ａ，１７Ｂは、発熱抵抗体１５上に厚肉部１６の一部と薄肉部１８の全体が配置される二段構造となっている。電極部１７Ａ，１７Ｂにおける発熱抵抗体１５と上板基板１４との段差部分に配置される領域を厚肉（厚肉部１６）にすることで、段差による電極部１７Ａ，１７Ｂの断切れおよび異常な電気抵抗値の上昇を防ぎ、断熱効率の向上およびサーマルヘッド１０の信頼性の向上を図ることができる。
【００４３】
このように構成されたサーマルヘッド１０は、支持基板１２の凹部２１の開口が上板基板１４により閉塞されることで、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａの真下に空洞部２３が形成される。空洞部２３は、全ての発熱抵抗体１５に対向する連通構造を有する。また、空洞部２３は、発熱部１５ａにおいて発生した熱が上板基板１４から支持基板１２側へ伝達されるのを抑制する中空断熱層として機能する。
【００４４】
次に、このように構成されたサーマルヘッド１０の製造方法について、図４のフローチャートを用いて説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド１０の製造方法は、基板本体１３を形成する工程と、基板本体１３に発熱抵抗体１５、電極部１７Ａ，１７Ｂおよび保護膜１９を形成する工程とを有している。
【００４５】
基板本体１３を形成する工程は、支持基板１２の表面に凹部２１を形成する凹部形成工程ＳＡ１と、支持基板１２と上板基板１４とを接合する接合工程ＳＡ２と、上板基板１４を薄板化する薄板化工程ＳＡ３とを含んでいる。また、発熱抵抗体１５等を形成する工程は、基板本体１３に発熱抵抗体１５を形成する発熱抵抗体形成工程ＳＡ４と、電極部１７Ａ，１７Ｂを形成する電極部形成工程ＳＡ５と、保護膜１９を形成する保護膜形成工程ＳＡ６とを含んでいる。
【００４６】
以下、各工程について具体的に説明する。
まず、凹部形成工程ＳＡ１は、図５（ａ）に示すように、支持基板１２の表面において発熱抵抗体１５が対向することとなる位置に凹部２１を形成する。凹部２１は、例えば、支持基板１２の表面にサンドブラスト、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザー加工等を施すことにより形成される。
【００４７】
続いて、接合工程ＳＡ２は、図５（ｂ）に示すように、凹部２１が形成された支持基板１２の表面に、例えば、１００μｍ以上の厚さを有する薄板ガラス（上板基板）１５を積層状態に接合する。上板基板１４により凹部２１の開口が覆われることで、支持基板１２と上板基板１４との間に空洞部２３が形成される。凹部２１の深さにより空洞部２３の厚さが決定されるので、空洞部２３による中空断熱層としての厚さを容易に制御することができる。
【００４８】
支持基板１２と上板基板１４との接合方法としては、例えば、熱融着による直接接合が挙げられる。室温で支持基板１２と上板基板１４を張り合わせた後、高温で熱融着する。これにより、十分な強度で接合することができる。上板基板１４の変形を防ぐために、軟化点以下で接合することが望ましい。
【００４９】
続いて、薄板化工程ＳＡ３は、図５（ｃ）に示すように、エッチングや研磨等により、所望の薄さとなるように上板基板１４を薄板化する。上板基板１４として１００μｍ以下の厚さのものは、製造やハンドリングが困難であり、また、高価である。そこで、厚さが薄い上板基板１４を支持基板１２に接合するのではなく、製造やハンドリングが容易な厚さの上板基板１４を支持基板１２に接合する。その後に上板基板１４を薄板化することで、支持基板１２の表面に容易かつ安価にごく薄い上板基板１４が形成することができる。これにより、基板本体１３が形成される。
【００５０】
次に、発熱抵抗体形成工程ＳＡ４は、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）または蒸着等の薄膜形成法により、図５（ｄ）に示すように、基板本体１３の上板基板１４上に発熱抵抗体材料の薄膜を成膜する。そして、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により成形する。
【００５１】
電極部形成工程ＳＡ５は、図５（ｅ）に示すように、電極部１７Ａ，１７Ｂの厚肉部１６の下層（以下、第１層１６ａという。）を形成する第１形成工程ＳＡ５−１と、図５（ｆ）に示すように、第１形成工程ＳＡ５−１により第１層１６ａが形成された上から第２層１８ａを形成する第２形成工程ＳＡ５−２とを含んでいる。
【００５２】
第１形成工程ＳＡ５−１は、発熱抵抗体１５の長手方向の両端部から上板基板１４にかけて、空洞部２３に対向する領域より外側に第１層１６ａを形成する。第１層１６ａは、スパッタリングや蒸着法等によりＡｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＰｔ等の配線材料を成膜し、この膜をリフトオフ法やエッチング法を用いたり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成したりすることにより、所望の形状に形成される。
【００５３】
続いて、第２形成工程ＳＡ５−２は、発熱抵抗体１５の表面における空洞部２３に対向する領域の内側から第１層１６ａ上にかけて、ほぼ均等な厚さで第２層１８ａを形成する。第２層１８ａは、スパッタリングや蒸着法等により第１層１６ａと同じ材料を成膜し、この膜をリフトオフ法やエッチング法を用いたり、配線材料をスクリーン印刷した後に焼成したりすることにより、所望のパターンに形成される。第１層１６ａの表面と発熱抵抗体１５の表面とにそれぞれ均等な厚さの第２層１８ａを形成することで、厚肉部１６と、厚肉部１６より第１層１６ａの分だけ厚さが薄い薄肉部１８とを有する段付き形状の電極部１７Ａ，１７Ｂを形成することができる。
【００５４】
続いて、保護膜形成工程ＳＡ６は、図５（ｇ）に示すように、上板基板１４上に形成された発熱抵抗体１５および電極部１７Ａ，１７Ｂを覆うように保護膜１９を形成する。保護膜１９は、スパッタリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ法等により、上板基板１４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成膜することにより形成される。
【００５５】
以上の各工程により、基板本体１３が支持基板１２と上板基板１４との接合部に空洞部２３を有し、電極部１７Ａ，１７Ｂが発熱抵抗体１５上の空洞部２３に対向する領域内に薄肉部１８を有するサーマルヘッド１０が完成する。
【００５６】
次に、このように製造されたサーマルヘッド１０およびサーマルプリンタ１００の作用について説明する。
本実施形態に係るサーマルプリンタ１００を用いて感熱紙３に印画するには、まず、サーマルヘッド１０の一方の電極１７Ｂに選択的に電圧を印加する。これにより、選択された電極１７Ｂとこれに対向する電極１７Ａとが接続されている発熱抵抗体１５に電流が流れ、発熱部１５ａが発熱する。
【００５７】
続いて、加圧機構８を作動し、プラテンローラ４により送り出される感熱紙３に向けてサーマルヘッド１０を押し付ける。プラテンローラ４は発熱抵抗体１５の配列方向に平行な軸回りに回転し、発熱抵抗体１５の配列方向に直交するＹ方向に向かって感熱紙３を送り出す。この感熱紙３に対して、ヘッド部分１９ａを押し付けることにより、感熱紙３が発色して印字される。
【００５８】
この場合において、サーマルヘッド１０は、基板本体１３の空洞部２３が中空断熱層として機能することにより、発熱部１５ａにおいて発生した熱のうち、上板基板１４を介して支持基板１２側へ伝達される熱量を低減することができる。ここで、発熱抵抗体１５において発生した熱は、電極部１７Ａ，１７Ｂを介して上板基板１４の平面方向へも拡散する。そのため、電極部１７Ａ，１７Ｂの薄肉部１８の長さＬｅが発熱効率に影響するパラメータとなる。
【００５９】
本実施形態に係るサーマルヘッド１０は、発熱抵抗体１５の表面における空洞部２３に対向する領域の内側から外側にわたり薄肉部１８を配置することで、電極部１７Ａ，１７Ｂにおける熱伝導率の低い領域が空洞部２３に対向する領域の内側から外側まで広がる。これにより、発熱抵抗体１５からの熱を空洞部２３に対向する領域より外側に伝わり難くし、上板基板１４の平面方向への熱の拡散を低減することができる。さらに、空洞部２３による高い断熱性能を十分に活かすことができる。
【００６０】
また、上板基板１４における空洞部２３に対向する領域より外側では、支持基板１２側（基板本体１３の厚さ方向）への熱流が大きい。そのため、上板基板１４における空洞部２３に対向する領域より内側と比較して、電極部１７Ａ，１７Ｂを介する上板基板１４の平面方向への熱の拡散の影響が少ない。各薄肉部１８の電気抵抗値が発熱部１５ａの電気抵抗値の１／１０以下となるように、薄肉部１８の長さＬｅを調整することで、発熱抵抗体１５に供給する電力の大部分を発熱部１５ａの発熱に有効に使うことができ、印字効率を向上することができる。
【００６１】
また、いずれの電極部１７Ａ，１７Ｂにおいても発熱抵抗体１５からの熱が空洞部２３に対向する領域より外側に伝わり難くなることで、電極部１７Ａ，１７Ｂを介する上板基板１４の平面方向への熱の拡散をより効果的に抑制することができる。また、薄肉部１８により発熱抵抗体１５と電極部１７Ａ，１７Ｂとの段差が小さくなることで、保護膜１９表面と感熱紙３との間に形成される段差によるエアーギャツプも小さくすることができる。これにより、感熱紙３への伝熱効率を向上することができる。
【００６２】
ここで、印字方式には、１ドットライン分の印字を１ステップで行なう１ステップ印字方式と、１ドットライン分の印字を複数のステップに分けて行う多ステップ印字方式がある。１ステップ印字方式の場合、発熱抵抗体における発熱部のヒータ長Ｌｒはドット間距離（ドットピッチ）Ｗｄと同じ長さか、それ以上の長さに設計される。また、多ステップ印字方式の場合、発熱部のヒータ長Ｌｒはドット間距離Ｗｄ未満となるように設計される。
【００６３】
また、多ステップ印字方式で採用されるサーマルヘッドは発熱部のヒータ長Ｌｒが短いため、発熱部の直下に位置する上板基板の実効的な体積が小さくなり、上板基板の実効的な熱容量Ｃが縮小する。１パルス分の温度上昇分ΔＴと熱容量ＣはΔＴ∝１／Ｃの関係にあるため、多ステップ印字方式では、大きな温度上昇分ΔＴを得ることができる。また、発熱部の応答速度は、熱容量Ｃと発熱部から支持基板への熱伝導率Ｇで決定される時定数τ＝Ｃ×Ｇに対して、反比例（τ∝１／τ）の関係にある。したがって、多ステップ印字方式では、熱容量Ｃが小さくなることにより、応答速度が速くなるメリットがある。
【００６４】
しかしながら、発熱部の長さＬｒを短くすることにより、基板本体の空洞部全体の面積に対する電極部が覆う面積の比率が大きくなると、電極部を介する上板基板の平面方向への熱の逃げが大きくなり、熱伝導率Ｇが大きくなる。そのため、電極部に薄肉部を形成せずに多ステップ印字方式を行う場合は、空洞部による断熱効果を有効に使うことができない。また、入力したエネルギーを発熱部に蓄えておく性能（蓄熱性能）は、時定数τに反比例することから、電極部に薄肉部を形成せずに多ステップ印字方式を行う場合は、蓄熱効果が低下する。その結果、多ステップ印字方式で採用される発熱部のヒータ長Ｌｒが短いサーマルヘッドでは、高い発熱効果を得ることができないといった問題があった。
【００６５】
本実施形態に係るサーマルヘッド１０は、発熱部１５ａのヒータ長Ｌｒを短くしても、薄肉部１８により、電極部１７Ａ，１７Ｂを介する上板基板１４の平面方向への熱の拡散を抑制し、熱伝導率Ｇの増大を抑えることができる。したがって、発熱部１５ａのヒータ長Ｌｒをドット間距離（ドットピッチ）Ｗｄより短くすることで（Ｌｃ＜２Ｌｅ＋Ｌｒ、Ｌｒ＜Ｗｄ）、発熱部１５ａのヒータ長Ｌｒが短いサーマルヘッド１０が本来持つ上板基板１４の実効的な熱容量の縮小というメリットを効果的に活かすことができる。これにより、高い発熱効率と速い応答速度の両立を図ることができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係るサーマルヘッド１０によれば、空洞部２３上に配置される電極部１７Ａ，１７Ｂの厚さを部分的に薄くして熱伝導率を小さくすることにより、電極部１７Ａ，１７Ｂを介する上板基板１４の平面方向への熱の拡散を抑制することができる。これにより、発熱部１５ａにおいて発生した熱を効率的にヘッド部分１９ａに伝熱させ、印字効率を向上することができる。
【００６７】
また、本実施形態に係るサーマルプリンタ１００によれば、このようなサーマルヘッド１０を備えることで、感熱記録媒体への印字時の消費電力を低減し、バッテリーの持続時間を長期化することができる。また、本実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法によれば、このようなサーマルヘッド１を簡易に製造することができる。
【００６８】
本実施形態においては、各電極部１７Ａ，１７Ｂの薄肉部１８が発熱抵抗体１５上における空洞部２３に対向する領域の内側から外側にかけて配置されていることとしたが、例えば、図６に示すように、電極部１７Ａ，１７Ｂが、発熱抵抗体１５上における空洞部２３に対向する領域の内側のみに薄肉部１８を有することとしてもよい。また、例えば、図７に示すように、電極部１７Ａ，１７Ｂのいずれか一方にのみ薄肉部１８を形成し、他方は厚肉部１６のみからなることとしてもよい。
【００６９】
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係るサーマルヘッドおよびプリンタとしては、電極部１７Ａ，１７Ｂが、空洞部２３に対向する領域内に薄肉部１８を有すればよく、例えば、図８に示すように、電極部１７Ａ，１７Ｂが厚肉部１６側から段階的に厚さが薄くなる３段以上の段付き形状を有することとしてもよい。また、第１の実施形態の変形例としては、図９に示すように、電極部１７Ａ，１７Ｂの接続部分が先端に向かって徐々に厚さが薄くなるように傾斜した形状の薄肉部１８を形成することとしてもよい。
【００７０】
図６〜図９に示されるように薄肉部１８の形状を変形した場合にも、第１の実施形態と同様に、発熱部１５ａにおいて発生した熱に対し、電極部１７Ａ，１７Ｂにおける空洞部２３上の熱伝導率を低減し、上板基板１４の平面方向への拡散を抑制することができる。
【００７１】
また、１００μｍ以上の厚さを有する上板基板１４を用いることとしたが、これに代えて、接合工程ＳＡ２において、空洞部２３が形成された支持基板１２の表面に当初から厚さ５μｍ〜１００μｍの薄板ガラス（上板基板１４）を積層状態に接合することとしてもよい。このようにすることで、薄板化工程ＳＡ３を省き、時間短縮を図ることができる。
【００７２】
また、一参考実施形態は、以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、電極部形成工程ＳＡ５の第１形成工程ＳＡ５−１が第１層１６ａを形成し、第２形成工程ＳＡ５−２が第２層１８ａを形成することとしたが、これに代えて、図１０（ａ）に示すように、第１形成工程ＳＡ５−１により全体的に厚肉部１６と同じ１〜３μｍ程度のほぼ均等な厚さを有する厚肉の仮電極部１６ｂを形成してもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、第２形成工程ＳＡ５−２により仮電極部１６ｂにおける空洞部２３に対向する領域内に薄肉部１８を形成することとしてもよい。
【００７３】
この場合、本変形例に係る第１形成工程ＳＡ５−１は、上記第１層１６ａを形成する方法と同じ方法で、ほぼ均等な厚さの電極パターンの仮電極部１６ｂを形成することとすればよい。また、第２形成工程ＳＡ５−２は、例えば、エッチング法により、仮電極部１６ｂにおける空洞部２３上の一部を薄くすることとすればよい。
【００７４】
このようにすることで、空洞部２３に対向する領域内の熱伝導率が他の領域の熱伝導率より低い電極部１７Ａ，１７Ｂを簡易に形成することができる。また、薄肉部１８により、発熱抵抗体１５から上板基板１４の平面方向への熱の拡散が抑制され、印字効率が向上するサーマルヘッド１０を製造することができる。
【００７５】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るサーマルヘッド、プリンタおよびサーマルヘッドの製造方法について説明する。
本実施形態に係るサーマルヘッド１１０は、図１１に示すように、電極部１１７Ａ，１１７Ｂが、空洞部２３に対向する領域内に他の領域より熱伝導率が低くかつ発熱抵抗体１５より電気抵抗値が低い材質からなる低熱伝導率部１１８を備える点で第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１０、サーマルプリンタ１００およびサーマルヘッドの製造方法と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
電極部１１７Ａ，１１７Ｂは、全体にわたり略均一な膜厚を有している。電極部１１７Ａ，１１７Ｂは、上板基板１４上に配置される部分と発熱抵抗体１５上に配置される接続部分の一部がＡｌ（熱伝導率２２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗２６．６ｎΩ・ｍ）を材料として形成され（以下、「通常電極部１１６」という。）、発熱抵抗体１５上の接続部分の残りが低熱伝導率部１１８となっている。
【００７７】
低熱伝導率部１１８は、例えば、Ｐｄ（熱伝導率７１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗１０３ｎΩ・ｍ）、Ｐｔ（熱伝導率７１．４Ｗ/（ｍ・Ｋ）、電気抵抗１０６ｎΩ・ｍ）、Ｍｏ（熱伝導率１４７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗５７．８ｎΩ・ｍ）、Ｎｂ（熱伝導率５２．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗１４６ｎΩ・ｍ）、Ｔａ（熱伝導率５４．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗１３６ｎΩ・ｍ）、Ｔｉ（熱伝導率１７．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗４２０Ω・ｍ）、Ｖ（熱伝導率３１．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗２４８Ω・ｍ）、Ｚｒ（熱伝導率２２．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、電気抵抗４２０ｎΩ・ｍ）等を材料として形成される。
【００７８】
また、低熱伝導率部１１８は、発熱抵抗体１５上の空洞部２３に対向する領域の内側から外側にかけて配置されている。また、低熱伝導率部１１８における発熱抵抗体１５の長さＬｅは、各低熱伝導率部１１８の電気抵抗値が、発熱部１５ａの電気抵抗値の１／１０以下となるように決定されることが望ましい。さらに、一対の電極部１１７Ａ，１１７Ｂは、発熱抵抗体１５のヒータ長Ｌｒが、隣接する発熱抵抗体１５どうしの中心位置間の距離（ドット間距離あるいはドットピッチ）Ｗｄより短くなるように配置することが望ましい。このようにすることで、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１０と同様の効果を奏する。一般的に、熱伝導率が小さな材料は、電気抵抗率が大きい。そのため、低熱伝導率部１１８の長さＬｅは、発熱効率に影響するパラメータとなる。
【００７９】
本実施形態に係るサーマルヘッド１１０は、空洞部２３上に配置される各電極部１１７Ａ，１１７Ｂの低熱伝導率部１１８の電気抵抗値が発熱抵抗体１５の電気抵抗値より低いので、発熱抵抗体１５に電力を十分に供給することができる。また、低熱伝導率部１１８において通常電極部１１６よりも熱伝導率が低くなるので、発熱抵抗体１５からの熱を空洞部２３に対向する領域より外側に伝わり難くすることができる。
【００８０】
したがって、空洞部２３により支持基板１２側への伝熱を抑制された熱に対して、電極部１１７Ａ，１１７Ｂを介する上板基板１４の平面方向への拡散を抑制することができる。これにより、発熱部１５ａにおいて発生した熱をヘッド部分１９ａに伝熱させて印字効率を向上し、消費電力の低減を図ることができる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の一実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１１０    サーマルヘッド
３    感熱紙（感熱記録媒体）
８    加圧機構
１２    支持基板
１３    基板本体（積層基板）
１４    上板基板
１５    発熱抵抗体
１７Ａ，１７Ｂ，１１７Ａ、１１７Ｂ    電極（電極部）
１８    薄肉部
２１    凹部
２３    空洞部
１００    サーマルプリンタ（プリンタ）
１１８    低熱伝導率部
ＳＡ２    接合工程
ＳＡ３    薄板化工程
ＳＡ４    発熱抵抗体形成工程
ＳＡ５    電極部形成工程
ＳＡ５−１    第１形成工程
ＳＡ５−２    第２形成工程
【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】
0005672479.tif 000008
【図８】
0005672479.tif 000009
【図９】
0005672479.tif 000010
【図１０】
0005672479.tif 000011
【図１１】
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