(57)【要約】【課題】スクリーン印刷工法にてコモン電極を形成したサーマルヘッドの抵抗不良を防止する。【解決手段】第１電極形成工程として、発熱抵抗体５２上の所望の領域に、スクリーン印刷工法によりコモン電極層６２が形成される。コモン電極層６２の材料の形状として、粒径が所定の範囲となっている金属からなる導電性ペーストが用いられる。粒径の上限として、１．４μｍ未満、好ましくは、１．０μｍ未満とする。また下限として、０．０５μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径が０．０５μｍ以上、１．４μｍ未満の金属を主成分とする導電性材料からなるペーストを用いて、スクリーン印刷工法により形成された電極層を備えていることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記導電性材料の粒径が１．０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記導電性材料の粒径が０．１μｍを超えることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
前記導電性材料が、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔの何れかの金属を主成分とすることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項５】
前記ペーストに含まれるガラス成分が、１０ｗ％以下であることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項６】
前記スクリーン印刷工法における焼成工程が、４００℃〜７００℃でなされることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項７】
前記電極層の材料である前記金属の焼成後の粒径が２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項８】
前記電極層は、コモン電極であることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれかに記載のサーマルヘッドを備えたことを特徴とする印画装置。
【請求項１０】
発熱抵抗体上に、粒径が０．０５μｍ以上、１．４μｍ未満の金属を主成分する導電性材料からなるペーストを用いて、スクリーン印刷工法によって、電極層を形成する工程を有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、サーマルヘッドに係り、特に業務用や民生用の各種プリンタ機器に搭載されるサーマルヘッド及び、そのサーマルヘッドを搭載した印画装置、およびそのサーマルヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リライトプリンタ、カードプリンタ、ビデオプリンタ、バーコードプリンタ、ラベルプリンタ、ファクシミリ、券売機など各種の印画装置の感熱記録に用いられるサーマルヘッドがある。この種のサーマルヘッドでは、所定温度まで加熱することで、メディアに印字したり、印字された情報を消去したりする。より具体的には、サーマルヘッドは、直線的に設けられた単体もしくは複数の発熱抵抗体に、選択的に電位を与えて発熱させ、得られた熱エネルギによって反応するメディアに文字や絵を印刷もしくは印刷されているものを消去する。
【０００３】
このようなサーマルヘッドの構造は、例えば、特許文献１に開示のように、基板上に形成されたグレーズ層（蓄熱層）上に、発熱抵抗体が積層形成され、さらにコモン電極やリード電極である薄膜導体が積層形成される。
【特許文献１】特開平１１−１２９５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、コモン電極やリード電極等の電極を形成する方法として、電極としての導体膜形成後フォトリソグラフィによるパターニングする方法と、導電性ペーストをスクリーン印刷し焼成する方法（スクリーン印刷工法）とがある。一般には、コストの観点でスクリーン印刷工法が望まれるが、高い熱負荷により電極層とその電極層が形成される面とに変質層が形成されることがある。この変質層によって膜剥がれが発生したりして、所望の製品品質を実現できないおそれがあった。また、焼成温度を下げると、含有する低融点ガラスが増え、比抵抗が高くなったり、電極層が厚くなったり、さらに、下地膜や上層膜との接触抵抗が大きくなってしまった。また、焼成面に生じる凹凸によって印画時に、印刷面に傷が生じてしまうことがあった。さらに、材料の収縮率が大きく、形成される電極層が剥がれてしまうこともあった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、スクリーン印刷工法によって所望の品質の電極層を有するサーマルヘッドを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る装置は、サーマルヘッドに関する。このサーマルヘッドは、粒径が０．０５μｍ以上、１．４μｍ未満の金属を主成分とする導電性材料からなるペーストを用いて、スクリーン印刷工法により形成された電極層を備えている。
また、前記導電性材料の粒径が１．０μｍ未満であってもよい。
また、前記導電性材料の粒径が０．１μｍを超えてもよい。
また、前記導電性材料が、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ａｌ、Ｐｔの何れかの金属を主成分としてもよい。
また、前記ペーストに含まれるガラス成分が、１０ｗ％以下であってもよい。
また、前記スクリーン印刷工法における焼成工程が、４００℃〜７００℃でなされてもよい。
また、前記電極層の材料である前記金属の焼成後の粒径が２．５μｍ以下であってもよい。
また、前記電極層は、コモン電極であってもよい。
本発明に係る装置は、印画装置に関する。この印画装置は、上述のサーマルヘッドを備える。
本発明に係る製造方法は、サーマルヘッドの製造方法に関する。この製造方法は、発熱抵抗体上に、粒径が０．０５μｍ以上、１．４μｍ未満の金属を主成分する導電性材料からなるペーストを用いて、スクリーン印刷工法によって、電極層を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スクリーン印刷工法によって電極層を形成した場合、電極層の金属の比表面積を増加させることで、所望の品質の電極層を有するサーマルヘッドを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本実施の形態に係るリライトプリンタ１０の概略図である。図１（ａ）は、リライトプリンタ１０の平面図であり、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ断面を模式的に示した図である。また、図２は、リライトプリンタ１０の主要部分に関する機能ブロック図である。リライトプリンタ１０は、図示のように、六面体状のケーシング１３を有しており、ケーシング１３内には、リライトメディアＭが正逆方向（図１右左方向）に搬送されるメディア搬送路１２が水平に形成されている。
【０００９】
ここで、メディア搬送路１２の一端（図１左端）は開口してメディア挿入口１１となっている。また、メディア搬送路１２の他端（図１右端）は閉じられて最深部１２ａとなっている。さらに、ケーシング１３内には、印字用サーマルヘッド７０がその発熱抵抗体７２をメディア搬送路１２に臨ませて下向きに取り付けられている。さらに、消去ヘッド５０が印字用サーマルヘッド７０の後方（図１右側）に、その発熱抵抗体５２をメディア搬送路１２に臨ませて下向きに取り付けられている。
【００１０】
さらに、印字用サーマルヘッド７０の前方（図１左側）には、一対のプラテンローラ１７，１７が、互いに所定の間隔を置いて上下２段で、軸が水平になるように配設されており、各プラテンローラ１７はメディア搬送路１２に臨む形で回動自在に支持されている。
【００１１】
また、消去ヘッド５０の後方（図１右側）には、一対のプラテンローラ１８，１８が、互いに所定の間隔を置いて上下２段で、軸が水平になるように水平に配設されており、各プラテンローラ１８はメディア搬送路１２に臨む形で回動自在に支持されている。
【００１２】
リライトプリンタ１０を用いてリライトメディアＭのデータの書換（リライト）を行う際には、一旦、リライトメディアＭのデータが全面消去され、つづいて新たなデータが書き込まれる。この処理について簡単に説明する。
【００１３】
まず、リライトメディアＭがメディア挿入口１１に挿入されると、主制御部２０はリライトメディアＭのデータの書換を指令する。
【００１４】
すると、第１センサ２１は、リライトメディアＭがメディア挿入口１１に挿入されたことを検知し、その旨の検知信号を主制御部２０に出力する。これを受けて主制御部２０は、ローラ駆動部２３に対して、プラテンローラ１７の正回転を指令する。すると、ローラ駆動部２３は、プラテンローラ１７を駆動して正方向に回転させる。
【００１５】
その結果、リライトメディアＭは、メディア搬送路１２を正方向（図１右向き）に搬送され、印字用サーマルヘッド７０および消去ヘッド５０の下側を順に通過する。そして、リライトメディアＭは、プラテンローラ１８に案内されてメディア搬送路１２の最深部１２ａに達する。
【００１６】
すると、第２センサ２２は、リライトメディアＭがメディア搬送路１２の最深部１２ａに達したことを検知し、その旨の検知信号を主制御部２０に出力する。これを受けて主制御部２０は、ローラ駆動部２３に対して、プラテンローラ１７の逆回転を指令する。すると、ローラ駆動部２３は、プラテンローラ１７を駆動して逆方向に回転させる。その結果、リライトメディアＭは、メディア搬送路１２を逆方向（図１左向き）に搬送され、消去ヘッド５０および印字用サーマルヘッド７０の下側を順に通過する。
【００１７】
ここで、主制御部２０は、ヘッド制御部２５に対して、リライトメディアＭのデータの消去動作を指令する。すると、ヘッド制御部２５は、消去ヘッド５０を駆動してリライトメディアＭのデータを全面消去する。このとき、リライトメディアＭは両端部またはその近傍が二組のプラテンローラ１７、１８で把持されて緊張しているため、リライトメディアＭのデータの消去動作は、消去ヘッド５０の発熱抵抗体５２がリライトメディアＭの近傍で発熱する形で適正になされる。
【００１８】
つづいて、ヘッド制御部２５は、印字用サーマルヘッド７０を駆動してリライトメディアＭのデータを新たに記録する。このとき、リライトメディアＭは両端部またはその近傍がプラテンローラ１７、１８で把持されて緊張しているため、リライトメディアＭの書換動作は、印字用サーマルヘッド７０の発熱抵抗体７２がリライトメディアＭの近傍で発熱する形で確実に行われる。その後、リライトメディアＭは、引き続きメディア搬送路１２を逆方向に搬送され、メディア挿入口１１から排出される。
【００１９】
これにより、リライトプリンタ１０によるリライトメディアＭの書換が終了する。なお、リライトメディアＭのデータの消去のみが指示された場合、印字用サーマルヘッド７０は駆動されず、データが消去されたリライトメディアＭは、メディア搬送路１２を逆方向に搬送され、メディア挿入口１１から排出される。
【００２０】
つづいて、本実施形態において特徴的であるサーマルヘッドについて説明する。図３（ａ）は、印刷用サーマルヘッド７０を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。ここでは、印字用サーマルヘッド７０の断面構造について説明するが、消去ヘッド５０においても同様の断面構造を有する。印字用サーマルヘッド７０は、基板５６と、その上に積層された積層部７４と、マウント５５とを備える。マウント５５と基板５６は、それらの間に介装された接続層（図示せず）により固定される。積層部７４は、基板５６側から蓄熱層５４と、発熱抵抗体７２と、コモン電極部６６及びリード導電層６４ｂとの二つの電極層と、保護層５８とを備える。
【００２１】
基板５６は、例えばアルミナなどの絶縁性を有するセラミックからなる。基板５６の上には、所望の厚さのグレーズ層と呼ばれる蓄熱層５４が、例えばガラスを軟化及び焼成させて形成される。この蓄熱層５４の上には、所望の厚さの発熱抵抗体７２が形成される。発熱抵抗体７２は、例えば、ＴａＳｉＯ２，ＮｂＳｉＯ２等いわゆるサーメット系材料の薄膜またはポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）薄膜からなる抵抗体であり、発熱抵抗体７２は、印字用サーマルヘッド７０の長さ方向に、所定の間隔で離散的に直線配列されて形成される。なお、サーマルヘッドが消去ヘッドの場合、発熱抵抗体５２は単ドットの帯状に構成される。
【００２２】
この発熱抵抗体７２上には、電力を供給するためのコモン電極部６６及びリード導電層６４ｂの二つの電極層が形成されている。
【００２３】
より具体的は、コモン電極部６６は、発熱抵抗体７２上に形成されるコモン電極層６２と、さらにコモン電極層６２を覆うように形成されるコモン導電層６４ａとによって構成されている。また、配線電極としてリード導電層６４ｂが、コモン電極部６６と電気的に分離した状態で発熱抵抗体７２上に形成されている。また、コモン導電層６４ａ及びリード導電層６４ｂは後述のように、導電層６４として一体で形成されてから分離される。コモン電極層６２やコモン導電層６４ａ、リード導電層６４ｂは、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）などの金属、またはこれらを主成分とした合金あるいはこれら金属や合金の積層体である。
【００２４】
さらに最上層には、例えばＳｉＯ２などからなる所望の厚さの保護層５８が、コモン電極部６６やリード導電層６４ｂ、発熱抵抗体７２を覆うように、成膜されている。
【００２５】
以上の構成のサーマルヘッドに関して、図４をもとに、積層部７４の形成工程を説明する。ここでは、印字用サーマルヘッド７０の積層部７４について説明する。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示すように、グレーズ層形成工程として、基板５６の上に、例えば上述のように、蓄熱層５４をガラスを軟化及び焼成させて形成する。つづいて、発熱抵抗体形成工程として、蓄熱層５４の上には、発熱抵抗体７２を、真空蒸着、ＣＶＤ（化学気相成長法）、スパッタリング等の薄膜形成技術およびフォトエッチング技術を用いて形成されたり、印刷・焼成する厚膜形成技術（スクリーン印刷工法）によって形成される。
【００２７】
そして、図４（ｂ）に示すように、第１電極形成工程として、発熱抵抗体７２上の所望の領域に、上述した材料を印刷・焼成しコモン電極層６２が形成される。なお、コモン電極層６２の材料は、粒径（粉砕粒径の平均）が所定の範囲となっている金属からなる導電性ペーストが用いられる。その粒径の所定の範囲、及び焼成温度については、後述する。
【００２８】
つづいて、図４（ｃ）に示すように、第２電極形成工程として、コモン電極層６２及び発熱抵抗体７２上の全面に、所望の厚さの導電層６４を形成する。導電層６４は、スパッタリング等の薄膜形成技術およびフォトエッチング技術により形成されてもよいし、スクリーン印刷工法により形成されてもよい。
【００２９】
さらに、図４（ｄ）に示すように、電極分離工程として、フォトリソグラフィによってパターニングし所望の領域の導電層６４を除去する。この工程によって、コモン電極部６６（コモン電極層６２，コモン導電層６４ａ）とリード導電層６４ｂが電気的に分離される。
【００３０】
コモン電極部６６とリード導電層６４ｂとに分離されると、保護層形成工程として、最上層には保護層５８が形成される。
【００３１】
つぎに、コモン電極部６６に使用される材料について説明する。上述のように、粉砕粒径が所定の範囲となっている金属からなる導電性ペーストが用いられる。この粉砕粒径の所定の範囲として、上限を１．４μｍ未満、好ましくは１μｍ以下とする。また、粉砕粒径の下限を、０．０５μｍ以上、好ましくは０．１μｍ以上とすることが好ましい。
【００３２】
図５は、導電性ペーストに含まれる金属の粒径と印刷焼成により形成されたコモン電極部６６の比抵抗の関係を示したグラフである。ここで用いた金属は、銀（Ａｇ）であり、焼成温度は５５０℃である。なお、粒径として、中位径Ｄ５０を用いた。中位径Ｄ５０は、粉体（粒体）の粒径分布において，ある粒子径より大きい個数又は質量が、全粉体のそれの５０％をしめるときの粒子径、即ち、オーバサイズ５０％の粒径を指す。
【００３３】
本図に示すように、粒径が、１．３μｍでは、比抵抗が５．６ｍΩ・ｃｍであり、１．４μｍを越えると、比抵抗の上昇の割合が、極端に大きくなる。この観点から、粒径は、１．４μｍ未満とする。又、比抵抗を５．０ｍΩ・ｃｍ以下に抑えるという観点から、粒径は、１．０μｍ未満とすることが好ましい。比抵抗を抑えることで、発熱抵抗体５２，７２以外の部分で不必要な電力消費を抑えることができる。したがって、モバイル環境で使用される装置のように、使用可能な電力容量に制限がある製品に好適である。また、発熱抵抗体５２，７２以外の部分での発熱を抑えることができるので、耐熱性の観点で、カバーなどの設計の自由度が広がる。
【００３４】
図６は、導電性ペーストに含まれる金属（銀）の粒径と焼成後の平均粒径の関係を示したグラフである。焼成後の金属粒間に存在するガラス成分を少なくする観点から、焼結後の粒径は、２．５μｍ以下とすることが好ましい。この観点から、導電性ペースト中の金属の粒径は、１．４μｍ未満とする。
【００３５】
図７は、導電性ペーストのガラス成分（ガラス組成比）と比抵抗の実験結果を示したグラフである。この実験結果が示すように、比抵抗を１０．０ｍΩ・ｃｍにするためには、ガラス成分は１０ｗ％以下にすることが好ましく、さらに、比抵抗を５．０ｍΩ・ｃｍ以下とするためには、ガラス成分は８ｗ％以下にすることがより好ましい。
【００３６】
図８は、導電性ペーストの焼成温度と比抵抗の関係を、４種類の粒径について調べた実験結果を示したグラフである。粒径が、０．１μｍ及び０．５μｍの場合、焼成温度が４００℃〜９００℃の範囲で、比抵抗が５．０ｍΩ・ｃｍ以下となる。また、粒径が１．４μｍの場合、比抵抗を５．０ｍΩ・ｃｍ以下とするには、焼成温度は５００℃以上に設定する必要がある。また、粒径が２．５μｍの場合であっても、焼成温度が７００℃であれば、比抵抗を１０．０ｍΩ・ｃｍに設定することができ、材料の選択の自由度が広がる。
【００３７】
このように、導電性ペースト中の金属の粒径を小さくすることで、焼成温度を従来の８００℃〜９００℃程度から４００℃〜７００℃に設定することができる。その結果、製造時の投入エネルギが低減される。また、電極形成の際の熱負荷が高いと、下地層（ここでは、発熱抵抗体５２，７２）等との境界に変質層が形成され、剥離の原因となるが、焼成温度を下げることで、そのような剥離及びそれに伴って生じる発熱抵抗体５２，７２の抵抗値不良を回避できる。
【００３８】
また、焼成後の粒径を小さくすると、活性面である金属の総粒子表面積が大きくなり、表面積の割合（比表面積）が上がる。また、金属粒同士の接触点が増える。その結果、比抵抗が小さくなる。比抵抗が小さいと、コモン電極部６６の厚さを薄くできる利点もある。また、電極部６６の焼成面の凹凸を小さくできる。これによって、電極部６６の上に形成される保護層５８の凹凸を小さくでき、印刷時の傷の発生を回避できる。
【００３９】
なお、導電性ペーストに含まれる金属の粒径を、０．１μｍ未満とすると、焼成時における金属粒の凝集により粒径が大きくなるといった影響が生じ、とくに、粒径を０．０５μｍ未満とすると凝集の影響が顕著となる。具体的には、コモン電極部６６の焼成の進行が遅れ、比抵抗が大きくなってしまう。したがって、導電性ペーストに含まれる金属の粒径は、０．０５μ以上、好ましくは０．１μｍ以上とする。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、スクリーン印刷工法を用いて電極層を形成した場合であっても、上述のように所望の品位のサーマルヘッドを実現できる。また、スクリーン印刷工法を利用した電極形成の際の投入エネルギを低減できる。
【００４１】
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。しかし、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、業務用や民生用の各種プリンタ機器に搭載されるサーマルヘッド及び、そのサーマルヘッドを搭載した印画装置に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係るリライトプリンタの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るリライトプリンタの主要構成を示すブロック図である。
【図３】消去ヘッドの断面構造を模式的に示した図である。
【図４】消去ヘッドの製造工程を示す図である。
【図５】導電性ペーストに含まれる金属（銀）の粒径と印刷焼成により形成されたコモン電極部の比抵抗の関係を示したグラフである。
【図６】導電性ペーストに含まれる金属（銀）の粒径と焼成後の平均粒径の関係を示したグラフである。
【図７】導電性ペーストのガラス成分（ガラス組成比）と比抵抗の実験結果を示したグラフである。
【図８】導電性ペーストの焼成温度と比抵抗の関係を、４種類の粒径について調べた実験結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０・・・リライトプリンタ（印画装置）、  ５０・・・消去ヘッド（サーマルヘッド）、  ５２・・・発熱抵抗体、  ５４・・・蓄熱層（グレーズ層）、  ５６・・・基板、  ５８・・・保護層、  ６２・・・コモン電極層、  ６４・・・導電層、  ６４ａ・・・コモン導電層、  ６４ｂ・・・リード導電層、  ６６・・・コモン電極部、  ７０・・・印字用サーマルヘッド（サーマルヘッド）、  ７２・・・発熱抵抗体
【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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