(57)【要約】【課題】熱拡散層によってグレーズ層に局所的に蓄積された熱を効率的に拡散し、尾引き等の画質低下を招くことなく高速印画を可能にするとともに、ヒートサイクルに起因するバイメタル効果による反りや曲がりを回避する。【解決手段】支持基板２１上に複数の発熱抵抗体２４を配列し、発熱抵抗体２４を発熱させることによって記録用紙に印画を行うサーマルヘッド２０であって、支持基板２１と発熱抵抗体２４との間に、発熱抵抗体２４から発生した熱を拡散させる熱拡散層２７が設けられ、熱拡散層２７は、金属の多結晶構造を有する。【選択図】図２
2008012708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に複数の発熱素子を配列し、前記発熱素子を発熱させることによって記録用紙に印画を行うサーマルヘッドであって、
前記支持基板と前記発熱素子との間に、前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層が設けられ、
前記熱拡散層は、金属の多結晶構造を有する
ことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記支持基板は、アルミナセラミックからなり、
前記熱拡散層は、金属ナノ粒子の焼成体からなる
ことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記熱拡散層は、厚さが１０〜３００μｍである
ことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記熱拡散層と前記発熱素子との間に、前記発熱素子の部分を記録用紙に押圧させるとともに、前記発熱素子から発生した熱を蓄積するグレーズ層が設けられている
ことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項５】
支持基板上に複数の発熱素子を配列し、前記発熱素子を発熱させることによって記録用紙に印画を行うサーマルヘッドの製造方法であって、
前記支持基板上に、前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層を形成する熱拡散層形成工程と、
前記熱拡散層上に、前記発熱素子の部分を記録用紙に押圧させるとともに、前記発熱素子から発生した熱を蓄積するグレーズ層を形成するグレーズ層形成工程と、
前記グレーズ層上に、発熱素子を形成する発熱素子形成工程と
を含み、
前記熱拡散層形成工程は、
前記支持基板の表面に、金属ナノ粒子を含むペーストを形成する第１工程と、
前記第１工程で形成したペーストを焼成する第２工程と
を含む
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のサーマルヘッドの製造方法において、
前記ペーストは、一次粒径が１〜２００ｎｍの金属、又はその金属の酸化物、もしくはこれらの混合物からなる粒子を含み、ガラス添加量が０．５〜５重量％である
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載のサーマルヘッドの製造方法において、
前記第２工程は、前記ペースト中の金属のバルク状態での融点以下の温度で、窒素雰囲気中で焼成する
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載のサーマルヘッドの製造方法において、
前記グレーズ層形成工程は、ガラスを前記ペースト中の金属のバルク状態での融点以下の温度で焼成して前記グレーズ層とする
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持基板上に複数の発熱素子を配列し、この発熱素子を発熱させることによって記録用紙に印画を行うサーマルヘッド及びサーマルヘッドの製造方法に係るものであり、詳しくは、発熱素子から発生した熱を蓄積するグレーズ層の放熱性を向上させることができる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーマルヘッドプリンタには、印画方式として主に、昇華方式、溶融方式、感熱方式があり、プラテン上に搬送された記録用紙に対し、サーマルヘッドをインクリボンの上等から記録用紙に押圧して印画を行うようになっている。すなわち、いずれの印画方式であっても、サーマルヘッドの支持基板上には、複数の発熱抵抗体（発熱素子）が配列されており、これらの発熱抵抗体に対し、階調レベルに応じた選択的な通電を行って、その際に発生する熱エネルギーを利用して、各種の記録用紙に印画を行っている。
【０００３】
このように、サーマルヘッドは、印画の際に発熱することとなるが、発熱抵抗体から発生した熱は、その大半が記録用紙とは反対方向の支持基板側に伝達され、放熱されてしまう。そして、印画に寄与しないこのような不要な放熱を防止するため、支持基板と発熱抵抗体との間に、発熱抵抗体の熱をガラス等によって蓄積するようにしたグレーズ層が設けられている。
【０００４】
ここで従来は、グレーズ層から支持基板への不要な放熱を防止し、発熱抵抗体の熱効率を上げるべく、グレーズ層の厚さを増して蓄熱効果を向上させることが行われてきた。
しかしながら、グレーズ層による蓄熱効果があまりに大きくなると、今度は、発色時の熱応答性が損なわれ、発熱抵抗体の発熱温度が限度を超えて高くなってしまい、残存する熱により、印画が終了したにもかかわらず尾を引くような跡ができる尾引きと言われる現象等が生起されるようになる。そのため、印画品質の著しい低下や、サーマルヘッドの消耗を引き起こすこととなっていた。
【０００５】
こうした傾向は、近年の高速処理の要求に伴い、高速な印画を行うようにすると一層顕著なものとなる。すなわち、高速処理化のためには、発熱抵抗体の発熱量を大きくするとともに、発熱抵抗体の素早い冷却が必要となるが、グレーズ層の蓄熱効果が大きくなり過ぎると、発熱抵抗体の冷却のために必要な時間が長くなってしまう。そのため、印画品質を維持しつつ高速に印画を行うには、一定の限界があった。
【０００６】
そこで、グレーズ層と支持基板との間に、高い熱伝導性を有する金属等を熱拡散層として設け、この熱拡散層により、グレーズ層の発熱抵抗体が配列された近傍にのみ局所的に蓄積された熱を、本来の伝熱方向だけでなく、その伝熱方向に垂直な方向にも拡散させながら支持基板に伝えることで、発熱抵抗体を迅速に冷却できるようにした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】特開平５−５０６２７号公報
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１の技術では、熱拡散層として用いられる金属等がグレーズ層として用いられるガラス等と比べて熱膨張率が高いため、ヒートサイクルに起因するバイメタル効果により、サーマルヘッドに反りや曲がりが生じるといった問題を招来することとなる。
【０００８】
そのため、支持基板と熱拡散層とを熱伝導性の接着剤や樹脂を介して接合したり（例えば、特許文献２参照）、支持基板と熱拡散層との間に熱伝導性の良好なオイルコンパウンドを介在させたり（例えば、特許文献３参照）することにより、支持基板と熱拡散層とのバイメタル効果による反りや曲がりを回避したサーマルヘッドも知られている。
【特許文献２】特開平６−１７１１２９号公報
【特許文献３】特開平８−３００７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、上記の特許文献１の技術では、サーマルヘッドに、バイメタル効果による反りや曲がりが生じるといった問題がある。また、熱拡散層をスパッタリングによって形成しているため、数１０〜数１００μｍの厚さに成膜するには、時間がかかりすぎるという問題もある。
【００１０】
一方、上記の特許文献２及び特許文献３の技術は、支持基板と熱拡散層との間に介在させた接着剤、樹脂、又はオイルコンパウンドにより、バイメタル効果による反りや曲がりを回避できる。
しかしながら、接着剤、樹脂、又はオイルコンパウンドの介在により、その分だけ少なからず熱伝導性が低下するという問題が生じる。
【００１１】
そのため、特許文献２及び特許文献３の技術では、近年の高速処理の要求に伴い、１画素当たりの印画速度が１ｍｓ以下という高速印画を実現することが困難になってしまう。すなわち、特許文献１の技術では、サーマルヘッドの反りや曲がりが問題となり、特許文献２及び特許文献３の技術では、印画速度を高速化することが困難であるという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、熱拡散層によってグレーズ層に局所的に蓄積された熱を効率的に拡散し、発熱素子を迅速に冷却できるようにして、尾引き等の画質低下を招くことなく高速印画を可能にするとともに、ヒートサイクルに起因するバイメタル効果による反りや曲がりを回避することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、支持基板上に複数の発熱素子を配列し、前記発熱素子を発熱させることによって記録用紙に印画を行うサーマルヘッドであって、前記支持基板と前記発熱素子との間に、前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層が設けられ、前記熱拡散層は、金属の多結晶構造を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の１つである請求項５に記載の発明は、支持基板上に複数の発熱素子を配列し、前記発熱素子を発熱させることによって記録用紙に印画を行うサーマルヘッドの製造方法であって、前記支持基板上に、前記発熱素子から発生した熱を拡散させる熱拡散層を形成する熱拡散層形成工程と、前記熱拡散層上に、前記発熱素子の部分を記録用紙に押圧させるとともに、前記発熱素子から発生した熱を蓄積するグレーズ層を形成するグレーズ層形成工程と、前記グレーズ層上に、発熱素子を形成する発熱素子形成工程とを含み、前記熱拡散層形成工程は、前記支持基板の表面に、金属ナノ粒子を含むペーストを形成する第１工程と、前記第１工程で形成したペーストを焼成する第２工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
（作用）
上記の請求項１に記載の発明では、熱拡散層が金属の多結晶構造を有している。また、上記の請求項５に記載の発明では、金属ナノ粒子を含むペーストを焼成して熱拡散層を形成することにより、熱拡散層を金属の多結晶構造としている。そのため、多結晶構造によって熱膨張率の低い熱拡散層となり、グレーズ層との熱膨張率の差が小さくなる。その結果、バイメタル効果を生じることがなくなる。
【発明の効果】
【００１６】
上記の発明によれば、金属の多結晶構造の熱拡散層によってグレーズ層に局所的に蓄積された熱が効率的に拡散され、発熱素子が迅速に冷却されるので、尾引き等の画質低下を招くことなく、高速印画が可能になる。また、熱拡散層の熱膨張率が低いので、グレーズ層との熱膨張率の差によるバイメタル効果がなくなり、サーマルヘッドの反りや曲がりが回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のサーマルヘッド２０を備えるサーマルプリンタ１０を示す側面図である。
ここで、サーマルプリンタ１０は、カラー対応のものであり、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、及びＣ（シアン）の３色の固体のインクが塗られた３つのインクリボン１１を装着できるようになっている。なお、この３色のインクリボン１１に加え、Ｋ（ブラック）やラミネート層のインクリボンを装着することもできる。
【００１８】
また、サーマルヘッド２０は、昇華式のものであり、サーマルヘッド２０に配列された複数の発熱抵抗体（本発明における発熱素子に相当するもの）に通電した際に発生する熱エネルギーを利用して、インクリボン１１に塗られた固体のインクを蒸発させ、そのインクの蒸気をロール紙１２（本発明における記録用紙に相当するもの）上に蒸着させて印画を行う。
【００１９】
このようなサーマルプリンタ１０において、各色ごとに色分けされたインクリボン１１は、色変換処理された階調データに応じ、矢印のように回転するそれぞれの供給軸１３から引き出され、サーマルヘッド２０とプラテンローラ１５との間を通り、巻取り軸１４に向けて順次搬送されるようになっている。
【００２０】
一方、ロール紙１２は、サーマルプリンタ１０内の所定の場所にセットされており、必要に応じてそこから引き出され、搬送される。すなわち、引き出されたロール紙１２は、サーマルヘッド２０とプラテンローラ１５との間を通り、キャプスタンローラ１６とピンチローラ１７とによって挟持され、キャプスタンローラ１６の正逆の回転駆動によって前後に搬送される。
【００２１】
そして、サーマルプリンタ１０に印画指令が入力されると、それまで上昇していたサーマルヘッド２０（図１の点線で示す状態）が下降し、プラテンローラ１５を押圧して、サーマルヘッド２０とプラテンローラ１５との間にインクリボン１１及びロール紙１２を挟持する（実線で示す状態）。
【００２２】
この状態において階調データが入力されると、キャプスタンローラ１６とピンチローラ１７とによって順次ロール紙１２の給紙が行われるとともに、インクリボン１１が供給軸１３から引き出される。そして、サーマルヘッド２０の発熱抵抗体（図示せず）が選択的に通電駆動され、発熱抵抗体から発生した熱がインクリボン１１に伝達される。すると、インクリボン１１上の固体のインクが昇華されることとなり、ロール紙１２上に転写されて印画が行われる。なお、カラー印画の場合には、各色ごとに印画が実行されるため、色の変更ごとにキャプスタンローラ１６が逆回転し、ロール紙１２が逆送りされて印画の開始地点まで戻される。
【００２３】
このように、サーマルヘッド２０は、発熱抵抗体の熱によってインクリボン１１のインクを昇華させ、ロール紙１２に転写して印画を行うため、発熱抵抗体に熱が残存していると、印画が終了したにもかかわらず、ロール紙２１に尾を引くような跡ができる尾引きが発生し、印画品質の著しい低下を引き起こす。また、発熱抵抗体を素早く冷却できなければ、高速な印画の妨げになる。
そこで次に、尾引きを発生させることなく高速印画が可能な本実施形態のサーマルヘッド２０について詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本実施形態のサーマルヘッド２０を示す部分断面図であり、図２（ａ）は、発熱抵抗体２４の周辺部の全体を示し、図２（ｂ）は、発熱抵抗体２４の部分を拡大して示している。
図２に示すように、サーマルヘッド２０は、支持基板２１の上に、熱拡散層２７が積層され、熱拡散層２７の上には、グレーズ層２２及びスパッタ下地層２３を介して複数の発熱抵抗体２４が奥行き方向に配列されている。そして、この発熱抵抗体２４は、電極層２５からの通電によって駆動されるようになっている。また、発熱抵抗体２４及び電極層２５の表面は、保護膜２６で覆われ、保護されている。
【００２５】
ここで、支持基板２１には、放熱性の観点から、比較的熱伝導率が高いアルミナセラミックが用いられている。そして、このアルミナセラミックの支持基板２１の上に、膜厚約１０〜３００μｍの金属ナノ粒子の焼成体からなる熱拡散層２７が設けられており、この熱拡散層２７の上に、膜厚約１００μｍのガラスからなるグレーズ層２２が設けられている。すなわち、アルミナセラミックの支持基板２１の上には、ガラスによって熱を蓄積するようにしたグレーズ層２２が積層されているが、支持基板２１とグレーズ層２２との間に、熱拡散層２７が介在した状態となっている。なお、グレーズ層２２は、後述する発熱抵抗体２４を配列し、発熱抵抗体２４をロール紙２１（図１参照）に押圧させる凸状部を有しており、この凸状部の高さは、約３０μｍとなっている。
【００２６】
また、グレーズ層２２の上には、膜厚約１０μｍのスパッタ下地層２３が形成されており、このスパッタ下地層２３の上であって、グレーズ層２２の凸状部に、膜厚約０．５μｍの発熱抵抗体２４が配列されている。さらにまた、発熱抵抗体２４に通電するためのアルミ等からなる電極層２５が約１μｍの膜厚で積層されており、発熱抵抗体２４上が開口している。そして、発熱抵抗体２４及び電極層２５の上側は、保護膜２６によって覆われている。
【００２７】
図２に示すサーマルヘッド２０において、発熱抵抗体２４から発生した熱は、図２の上方に伝達され、インクリボン１１（図１参照）のインクを昇華させてロール紙２１（図１参照）に画像を形成する。同時に、発熱抵抗体２４から発生した熱が図２の下方（支持基板２１側）に伝達され、グレーズ層２２に蓄熱される。ここで、高速印画や連続印画の実行により、グレーズ層２２に蓄えられた熱量があまりに増加しすぎると、発熱抵抗体２４の冷却が不十分となって尾引き等の印画品質の低下を招くが、図２に示すサーマルヘッド２０では、熱伝導性の高い金属からなる熱拡散層２７により、発熱抵抗体２４の冷却に必要な支持基板２１に対する放熱性が維持されている。
【００２８】
このように、図２に示すサーマルヘッド２０には、アルミナセラミックの支持基板２１と発熱抵抗体２４との間に、発熱抵抗体２４をロール紙２１（図１参照）に押圧させるとともに、発熱抵抗体２４から発生した熱を蓄積するグレーズ層２２が設けられている。また、、グレーズ層２２の発熱抵抗体２４が配列された近傍にのみ局所的に蓄積された熱を拡散させながら支持基板２１に伝える熱拡散層２７も設けられている。そのため、発熱抵抗体２４が効率的に冷却されることとなる。
【００２９】
そして、熱拡散層２７は、金属の多結晶構造を有している。そのため、熱膨張時における各結晶粒の膨張は、各粒界の結晶格子配列の不連続な状態の空孔によって吸収され、熱膨張率が低くなっている。その結果、アルミナセラミックからなる支持基板２１の熱膨張率（６０×１０−７／Ｋ）や、ガラスからなるグレーズ層２２の熱膨張率（６０×１０−７／Ｋ）との差異が小さくなり、熱膨張率の差に起因するバイメタル効果によってサーマルヘッド２０に反りや曲がりが生じるという問題が発生しない。
【００３０】
この点に関してさらに詳述すると、本来、グレーズ層２２に蓄えられた熱を効率よく拡散しながら支持基板２１に伝えるためには、高い熱伝導率を有する銅等の金属を熱拡散層２７として用いるのが理想的である。
しかしながら、例えば、銅の熱膨張率は、１６．７×１０−６／Ｋであり、上記の通り、アルミナセラミックからなる支持基板２１の熱膨張率や、ガラスからなるグレーズ層２２の熱膨張率に比べて高くなっているので、各層間で、バイメタル効果による反りや曲がりを引き起こすこととなる。
【００３１】
そこで、支持基板２１上に、メッキ法を用いて銅を積層して熱拡散層２７としたり、ミクロンサイズの銅粉を高温で焼成して熱拡散層２７とする等の工夫もなされているが、支持基板２１に対して十分な接合強度が得られず、剥離してしまったり、ヒートサイクルによる反りや曲がりの問題が依然として改善されなかったりしていた。
【００３２】
一方、本実施形態のサーマルヘッド２０は、熱拡散層２７が金属ナノ粒子の焼成体からなり、金属の多結晶構造を有している。このような熱拡散層２７であると、金属ナノ粒子が熱拡散層２７中で結晶粒を保つために、支持基板２１及びグレーズ層２２との熱膨張率の差を吸収し、バイメタル効果を低減する。そのため、反りや曲がりが発生することはなく、ヒートサイクルによる破損等も発生しない。
【００３３】
したがって、本実施形態のサーマルヘッド２０は、サーマルヘッド２０の反りや曲がりを回避しつつ、グレーズ層２２に局所的に蓄積された熱を効率的に拡散させ、発熱抵抗体２４を迅速に冷却することができるので、尾引き等の画質低下を招くことなく、高速印画が可能になる。
そこで次に、このような本実施形態のサーマルヘッド２０の製造方法について詳細に説明する。
【００３４】
図３から図６は、本実施形態のサーマルヘッド２０の製造方法（実施例１）を示す断面図である。
ここで、図３は、サーマルヘッド２０の製造方法における熱拡散層形成工程を示し、図４は、グレーズ層形成工程を示し、図５は、発熱素子形成工程における第１工程から第３工程を示し、図６は、発熱素子形成工程における第４工程及び第５工程と、放熱板取付け工程とを示している。
【００３５】
本実施形態のサーマルヘッド２０（図２参照）を製造するには、最初に、図３に示す熱拡散層形成工程のように、支持基板２１の表面に、銅ナノペースト２７−１を塗布して熱拡散層２７とする。すなわち、図３（ａ）に示す前工程において、アルミナセラミックからなる支持基板２１を用意する。このアルミナセラミックは、樹脂等よりも熱伝導性が高く（熱伝導率＝３２．００Ｗ／ｍ・ｋ）、放熱性の観点から、支持基板２１として適当なものである。そして、この支持基板２１の上に、図３（ｂ）に示す第１工程のように、銅ナノペースト２７−１をスクリーン印刷法等によって約１０〜３００μｍの膜厚となるように塗布する。なお、１０μｍ未満の膜厚にすることは、一般的なスクリーン印刷法では難しく、３００μｍを越える膜厚にすると、１回の印刷で塗布することが困難になる。
【００３６】
この銅ナノペースト２７−１は、一次粒径が１〜２００ｎｍ以下の銅粒子又はその酸化物（本発明における金属ナノ粒子に相当するもの）を含み、ガラス添加量が０．５〜５重量％の銅ペースト（本発明におけるペーストに相当するもの）である。そして、図３（ｃ）に示す第２工程のように、窒素雰囲気中で約９００℃で焼成し、その後、表面を研磨材で研磨することによって熱拡散層２７を形成する。なお、窒素雰囲気中で焼成するのは、酸化しないようにするためである。また、銅の融点は本来１０８０℃であるが、金属は、微粒子にするとその表面効果に伴って融点降下が起こるので、バルクの状態よりも融点が低くなり、約９００℃での焼成が可能となっている。
【００３７】
このように、図３に示す熱拡散層形成工程により、支持基板２１の上に、熱伝導性の高い銅からなる熱拡散層２７が形成される。そして、この熱拡散層２７は、銅ナノ粒子をバルクの銅の融点未満の温度で焼成して形成した焼成体であり、単結晶構造を有さず、結晶粒が粒界を介して結合する多結晶構造を有している。そのため、熱が効果的に拡散されるだけでなく、熱膨張時にバルクの銅が呈するような挙動を伴わず、バルクの銅に比べてはるかに低い熱膨張率となっている。
【００３８】
また、銅ナノ粒子は、アルミナセラミックの支持基板２１と反応接着して強固な接合強度を有すると同時に、本来、表面の凹凸の高低差が激しいアルミナセラミックからなる支持基板２１の凹凸を埋めることができる。さらに、焼成した銅は、研磨が容易である。そのため、硬度の高い粒子の焼結体であるために研磨で平滑にすることが難しいアルミナセラミックの支持基板２１であっても、高い表面平滑性を得ることができる。
【００３９】
次に、図４に示すグレーズ層形成工程のように、銅ナノ粒子の焼成体からなる熱拡散層２７上に、グレーズ層２２を形成する。すなわち、図４（ａ）に示す第１工程において、熱拡散層２７の上に、低融点のペーストガラス２２−１をスクリーン印刷法等によって塗布する。そして、図４（ｂ）に示す第２工程のように、６００℃で焼成して膜厚約１００μｍの焼成ガラス２２−２を形成する。また、図４（ｃ）に示す第３工程において、第２工程で形成した焼成ガラス２２−２に、発熱抵抗体２４（図２参照）が配列される凸状部を形成する。具体的には、焼成ガラス２２−２に対し、フォトリソ技術によってエッチングを施し、凸状部を有するグレーズ層２２とする。なお、焼成温度が高温になるほど熱拡散層２７の銅の酸化が進むため、図４に示すグレーズ層形成工程では、低融点のペーストガラス２２−１を用い、銅のバルク状態での融点以下の低温度（６００℃）で焼成している。
【００４０】
このように、図４に示すグレーズ層形成工程により、熱拡散層２７の上に、グレーズ層２２が形成される。そして、このグレーズ層２２は、熱伝導性が低いガラス（熱伝導率＝１．００Ｗ／ｍ・ｋ）であり、断熱性の観点から、グレーズ層２２として適当なものとなっている。
【００４１】
次に、図５及び図６に示す発熱素子形成工程のように、グレーズ層２２上に、発熱抵抗体２４を形成する。すなわち、図５（ａ）に示す第１工程において、グレーズ層２２の上に、軟化点が６００℃以下のペーストガラス又はポリイミド系の樹脂を約１０μｍの膜厚で被覆してスパッタ下地層２３を形成する。また、図５（ｂ）に示す第２工程において、スパッタ下地層２３の上に、スパッタリングによって膜厚約０．５μｍの発熱抵抗体層２４ａを積層する。さらにまた、図５（ｃ）に示す第３工程において、発熱抵抗体層２４ａの上に、スパッタリングによって膜厚約１μｍのアルミ等の電極層２５を積層する。
【００４２】
続いて、図６（ａ）に示す第４工程において、グレーズ層２２の凸状部付近における電極層２５をエッチングによって開口し、その開口部の発熱抵抗体層２４ａを発熱抵抗体２４とする。そして、図６（ｂ）に示す第５工程において、発熱抵抗体２４及び電極層２５の上に、スパッタリングやプラズマＣＶＤ法等によって保護膜２６を形成し、発熱抵抗体２４及び電極層２５を磨耗、酸化、腐食等から保護する。最後に、図６（ｃ）に示す放熱板取付け工程のように、支持基板２１の下側に、熱伝導性接着剤２８によってアルミニウム等の放熱板２９を取り付け、サーマルヘッド２０とする。
【００４３】
図７から図１０は、他の実施形態のサーマルヘッド２０’の製造方法（実施例２）を示す断面図である。
ここで、図７は、グレーズ層形成工程中の下地層形成工程と、凸状層形成工程における第１工程及び第２工程とを示し、図８は、グレーズ層形成工程中の凸状層形成工程における第３工程及び第４工程を示し、図９は、発熱素子形成工程における第１工程から第３工程を示し、図１０は、発熱素子形成工程における第４工程及び第５工程と、放熱板取付け工程とを示している。なお、熱拡散層形成工程は、前述した実施例１の図３と同一となっている。
【００４４】
前述した実施例１では、図４に示すグレーズ層形成工程において、低融点のペーストガラス２２−１を焼成して焼成ガラス２２−２とし、この焼成ガラス２２−２に、発熱抵抗体２４が配列される凸状部を形成することにより、全体が単一のガラスからなるグレーズ層２２を形成している。
【００４５】
これに対し、実施例２では、図７及び図８に示すように、下地層２２ａ及び凸状層２２ｂからなるグレーズ層２２を形成している。すなわち、銅ナノ粒子の焼成体からなる熱拡散層２７の上に、非多孔質ガラスからなる膜厚約１０μｍの下地層２２ａと、複数の微細孔を有する多孔質ガラスからなる膜厚約７０μｍの凸状層２２ｂとを備えるグレーズ層２２が設けられている。
【００４６】
このようなグレーズ層２２を形成するには、最初に、図７（ａ）に示すグレーズ層形成工程中の下地層形成工程のように、熱拡散層２７の表面に、非多孔質ガラスの層を形成して下地層２２ａとする。すなわち、熱拡散層２７の上に、ガラス粉末を含む第１のペーストガラスをスクリーン印刷法等によって塗布する。そして、この第１のペーストガラスを焼成し、膜厚約１０μｍの下地層２２ａを形成する。この下地層２２ａは、非多孔質ガラスの層であり、熱拡散層２７に対して強い接合強度を有している。
【００４７】
次に、図７及び図８に示すグレーズ層形成工程中の凸状層形成工程のように、下地層２２ａの表面に、多孔質ガラスの層を形成して凸状層２２ｂとする。すなわち、図７（ｂ）に示す第１工程において、下地層２２ａ上に、上記した第１のペーストガラスよりも軟化点の低いシラス・ポーラス・ガラス（ＳｉＯ２ −Ａｌ２ Ｏ３ −Ｂ２ Ｏ３ −ＣａＯ）粉体を含む第２のペーストガラスをスクリーン印刷法等によって塗布する。そして、第１のペーストガラスの軟化点以下の温度で焼成し、未分相ホウケイ酸塩ガラス２２ｂ−１を形成する。
【００４８】
続いて、図７（ｃ）に示す第２工程において、第１工程で形成した未分相ホウケイ酸塩ガラス２２ｂ−１を６５０〜７５０℃で約２４時間熱処理し、シラス・ポーラス・ガラス（ＳｉＯ２ −Ａｌ２ Ｏ３ −Ｂ２ Ｏ３ −ＣａＯ）がホウ酸塩（ＣａＯＢ２ Ｏ３ ）相とシリカ（Ａｌ２ Ｏ３ ＳｉＯ２ ）相との２相に分離した分相ガラス２２ｂ−２を形成する。また、図８（ａ）に示す第３工程において、第２工程で形成した分相ガラス２２ｂ−２に、発熱抵抗体２４（図２参照）が配列される凸状部を形成する。すなわち、分相ガラス２２ｂ−２に対し、フォトリソ技術によってエッチングを施し、凸状部を有する凸状分相ガラス２２ｂ−３とする。
【００４９】
その後、図８（ｂ）に示す第４工程において、第３工程で形成した凸状分相ガラス２２ｂ−３を５０〜９０℃に加熱した０．５規定の塩酸等の酸に浸漬する。これにより、凸状分相ガラス２２ｂ−３からホウ酸塩（ＣａＯＢ２ Ｏ３ ）相のみが溶出し、孔径が６０ｎｍ〜２０μｍ、気孔率が約５０％のシリカ（Ａｌ２ Ｏ３ ＳｉＯ２ ）相の多孔質ガラスからなる凸状層２２ｂが形成される。この凸状層２２ｂの熱伝導率は、０．５〜０．７Ｗ／ｍ・ｋであり、ホウ酸塩相のみを溶出させた酸処理後も、下地層２２ａに対して十分な接合強度を持っている。また、シリカ相の多孔質ガラスからなる凸状層２２ｂは、未分相ホウケイ酸塩ガラス２２ｂ−１及び分相ガラス２２ｂ−２（凸状分相ガラス２２ｂ−３）よりも強い機械的強度を有している。なお、凸状層２２ｂの孔径は、図７（ｃ）に示す第２工程の熱処理時間を変化させることによって調整することができる。
【００５０】
このように、図７及び図８に示すグレーズ層形成工程（下地層形成工程及び凸状層形成工程）により、熱拡散層２７側の非多孔質ガラスからなる下地層２２ａと、下地層２２ａ上の多孔質ガラスからなる凸状層２２ｂとを備えるグレーズ層２２が形成される。すなわち、銅ナノ粒子の焼成体からなる熱拡散層２７上に多孔質ガラスの凸状層２２ｂを形成する前に、予め非多孔質ガラスの下地層２２ａを形成しておく。すると、下地層２２ａは、熱拡散層２７に対して強い接合強度を有し、凸状層２２ｂは、下地層２２ａに対して十分な接合強度を持つようになる。そのため、熱拡散層２７からグレーズ層２２が剥離することがなくなる。
【００５１】
そして、実施例１の場合と同様にして、図９及び図１０に示すように、グレーズ層２２上に、発熱抵抗体２４を形成する。すなわち、図９（ａ）に示す発熱素子形成工程の第１工程において、グレーズ層２２（凸状層２２ｂ）の上に、スパッタ下地層２３を形成する。また、図９（ｂ）に示す第２工程において、スパッタ下地層２３の上に、発熱抵抗体層２４ａを積層する。さらにまた、図９（ｃ）に示す第３工程において、発熱抵抗体層２４ａの上に、電極層２５を積層する。
【００５２】
続いて、図１０（ａ）に示す第４工程において、グレーズ層２２の凸状部付近における電極層２５をエッチングによって開口し、その開口部の発熱抵抗体層２４ａを発熱抵抗体２４とする。すると、発熱抵抗体２４は、グレーズ層２２における多孔質ガラスからなる凸状層２２ｂに配列されることとなる。そして、図１０（ｂ）に示す第５工程において、発熱抵抗体２４及び電極層２５の上に、保護膜２６を形成し、最後に、図１０（ｃ）に示す放熱板取付け工程において、熱伝導性接着剤２８によってアルミニウム等の放熱板２９を取り付け、サーマルヘッド２０’とする。
【００５３】
したがって、サーマルヘッド２０’の発熱抵抗体２４が配列された凸状層２２ｂは、熱伝導率が小さい多孔質ガラスとなっている。その結果、発熱抵抗体２４の熱が熱拡散層２７側に伝達されにくくなり、不要な放熱が防止されると同時に、発熱抵抗体２４の冷却に必要な放熱性が維持される。また、銅ナノ粒子の焼成体からなる熱拡散層２７は、バルクの銅に比べてはるかに低い熱膨張率となっている。
【００５４】
このように、本実施形態のサーマルヘッド２０（サーマルヘッド２０’）は、高い熱伝導性を有する銅の熱拡散層２７により、グレーズ層２２の発熱抵抗体２４が配列された近傍にのみ局所的に蓄積された熱を、本来の伝熱方向だけでなく、その伝熱方向に垂直な方向にも拡散させながら支持基板２１に伝え、さらに、熱伝導性接着剤２８を介してアルミニウム等の放熱板２９に伝えることができる。そのため、発熱抵抗体２４を迅速に冷却することができる。
【００５５】
また、熱拡散層２７は、銅の多結晶構造を有しており、バルクの銅に比べてはるかに低い熱膨張率となっている。そのため、アルミナセラミックの支持基板２１とガラスのグレーズ層２２との間に熱拡散層２７が介在していても、熱膨張率の差に起因するバイメタル効果によって生じる反りや曲がり等が発生せず、ヒートサイクルにも強い耐久性を有している。さらにまた、グレーズ層２２と熱拡散層２７とにより、断熱効果及び放熱効果を得ることができる。
【００５６】
また、本実施形態のサーマルヘッド２０（サーマルヘッド２０’）の製造方法によれば、銅ナノ粒子が支持基板２１の表面の凹凸を埋め、研磨によってフラット面を容易に形成できるので、その上に積層するグレーズ層２２等の面高さの寸法精度を向上させることができる。さらに、銅ナノ粒子が支持基板２１と反応接着することにより、強い接合強度を得ることができ、熱拡散層２７の剥がれが防止される結果、耐久性を高めることができる。しかも、接合強度が強く、ヒートサイクルに対する耐性が高いため、より大面積の熱拡散層２７を形成することが可能となり、より迅速な放熱が実現でき、印画品質を高めることができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）上記の実施形態では、銅ナノペーストとして、一次粒径が１〜２００ｎｍ以下の銅粒子又はその酸化物を含むものを用いたが、銅粒子とその酸化物との混合物としても良い。なお、銅に限らず、他の金属を用いることもできる。
（２）また、グレーズ層２２（凸状層２２ｂ）を多孔質ガラスとすることにより、熱伝導率を一層下げて断熱性を向上させることができるが、多孔質ガラスは、分相法の他、ゾルーゲル法等や、中空フィラー又は発泡剤等を混入することによって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本実施形態のサーマルヘッドを備えるサーマルプリンタを示す側面図である。
【図２】本実施形態のサーマルヘッドを示す部分断面図である。
【図３】本実施形態のサーマルヘッドの製造方法における熱拡散層形成工程を示す断面図である。
【図４】本実施形態のサーマルヘッドの製造方法におけるグレーズ層形成工程を示す断面図である。
【図５】本実施形態のサーマルヘッドの製造方法の発熱素子形成工程における第１工程から第３工程を示す断面図である。
【図６】本実施形態のサーマルヘッドの製造方法の発熱素子形成工程における第４工程及び第５工程と、放熱板取付け工程とを示す断面図である。
【図７】他の実施形態のサーマルヘッドの製造方法のグレーズ層形成工程中の下地層形成工程と、凸状層形成工程における第１工程及び第２工程を示す断面図である。
【図８】他の実施形態のサーマルヘッドの製造方法のグレーズ層形成工程中の凸状層形成工程における第３工程及び第４工程を示す断面図である。
【図９】他の実施形態のサーマルヘッドの製造方法の発熱素子形成工程における第１工程から第３工程を示す断面図である。
【図１０】他の実施形態のサーマルヘッドの製造方法の発熱素子形成工程における第４工程及び第５工程と、放熱板取付け工程とを示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  サーマルプリンタ
１２  ロール紙（記録用紙）
２０  サーマルヘッド
２１  支持基板
２２  グレーズ層
２４  発熱抵抗体（発熱素子）
２７  熱拡散層
【図１】
2008012708.tif 000003
【図２】
2008012708.tif 000004
【図３】
2008012708.tif 000005
【図４】
2008012708.tif 000006
【図５】
2008012708.tif 000007
【図６】
2008012708.tif 000008
【図７】
2008012708.tif 000009
【図８】
2008012708.tif 000010
【図９】
2008012708.tif 000011
【図１０】
2008012708.tif 000012