(57)【要約】【課題】  高記録密度化を実現しつつ、隣り合う印刷ドットの連続性を高めて印刷品質を向上可能なサーマルヘッドを得る。【解決手段】  通電により発熱する複数の発熱抵抗体を備えたサーマルヘッドにおいて、各発熱抵抗体の抵抗長方向の寸法を、抵抗幅方向の中央位置で同方向の両端位置よりも大きく規定した（Ｌ＞Ｌ’）。【選択図】  図１
2005254461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する複数の発熱抵抗体を備えたサーマルヘッドにおいて、
各発熱抵抗体は、該発熱抵抗体の通電方向に平行な抵抗長方向の寸法が、前記通電方向に直交する抵抗幅方向の両端部よりも中央部で大きい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、前記各発熱抵抗体は、その抵抗長方向の少なくとも一端部に、抵抗幅方向の中央部の突出量が最も大きい突出部を有しているサーマルヘッド。
【請求項３】
請求項２記載のサーマルヘッドにおいて、前記突出部は、前記抵抗幅方向の中央部にのみ形成されているサーマルヘッド。
【請求項４】
請求項２又は３記載のサーマルヘッドにおいて、前記突出部の平面形状は、凸円弧状、凸三角形状又は凸台形状であるサーマルヘッド。
【請求項５】
請求項３記載のサーマルヘッドにおいて、前記突出部の平面形状は、凸矩形状であるサーマルヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記各発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部にはそれぞれ電極が接続されており、この電極によって各発熱抵抗体の平面形状を規定したサーマルヘッド。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のサーマルヘッドにおいて、前記各発熱抵抗体の表面を覆う絶縁バリア層と、前記各発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部にそれぞれ接続された電極とを備え、前記絶縁バリア層によって各発熱抵抗体の平面形状を規定したサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融熱転写プリンタに搭載される高性能のサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融熱転写プリンタ用のサーマルヘッドは、通電により発熱する複数の発熱抵抗体と、これら複数の発熱抵抗体に通電するための電極層とを備え、発熱抵抗体の熱によりインクを溶融させて被印字媒体に転写させる。この溶融タイプは、発熱抵抗体の発熱温度を制御することで、印刷ドット径の大きさを可変することができる。
【０００３】
近年では、更なる高記録密度化（６００dpi〜１２００dpi程度）、小型化、高速化及び低コスト化が求められている。この高記録密度化、小型化、高速化及び低コスト化に伴い、ヘッドの大きさは変えずに又は小さくして該ヘッドに備える発熱抵抗体の数、すなわち印刷ドット数を増大できるよう、各発熱抵抗体の平面的な大きさ（発熱面積）は小さく、各発熱抵抗体の間に設けるドット間ギャップも狭くなってきている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１２６７６７号公報
【特許文献２】特開平４−２５５３６３号公報
【特許文献３】特開平４−２５５３６４号公報
【特許文献４】実開平４−４７５４３号公報のマイクロフィルム
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ドット間ギャップが狭くなり過ぎると、その狭ドット間ギャップを高精度で形成することが難しく、ドット間ギャップのばらつきによる発熱抵抗体の抵抗値ばらつきを招いたり、ゴミの付着等により、結果として歩留まりを悪化させてしまうことが懸念されている。ここで歩留まりを考慮すると、ドット間ギャップは一定以上狭くすることができず、各発熱抵抗体に対して相対的にドット間ギャップが大きくなる。発熱抵抗体では、その抵抗長方向に沿って通電したとき、該通電方向に直交する抵抗幅方向の中心部は、周縁部に比べて温度上昇が大きい。このため、印刷ドット形状は、図８に示すように、発熱抵抗体１０５の周縁部よりも中心側に寄った円形状になる。各発熱抵抗体１０５に対して相対的にドット間ギャップαが大きくなると、隣り合う印刷ドットＤが不連続になってしまい、それぞれの印刷ドット形状が独立してあらわれてしまうことが判明した。発熱抵抗体への供給電力を増大することにより印刷ドット径を大きくして連続性を確保することも考えられるが、高速印刷時には発熱抵抗体への電力供給時間に制限があって供給電力が少なくなることから、印刷ドットの不連続性が特に顕著である。
【０００６】
なお、従来の３００ｄｐｉ以下の記録密度を有するサーマルヘッドでは、各発熱抵抗体１０５の平面的な大きさ（抵抗長ｌ＝１５０μｍ、抵抗幅ｗ＝７５μｍ程度）を十分に確保することができ、各発熱抵抗体１０５に対して相対的にドット間ギャップα（１０μｍ程度）が小さいので、印刷ドットの不連続性は問題になっていない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高記録密度化を実現しつつ、隣り合う印刷ドットの連続性を高めて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】
【０００８】
本発明は、各発熱抵抗体の抵抗長方向に沿って流れる電流を該通電方向に直交する抵抗幅方向の両端部に多く分流させることにより、各発熱抵抗体のドット間ギャップ近傍の発熱割合が増大し、印刷ドット形状が抵抗幅方向に長く延びることに着目したもので、これにより印刷ドット間のつながりを改善する。
【０００９】
すなわち、本発明は、通電により発熱する複数の発熱抵抗体を備えたサーマルヘッドにおいて、各発熱抵抗体は、該発熱抵抗体の通電方向に平行な抵抗長方向の寸法が、通電方向に直交する抵抗幅方向の両端部よりも中央部で大きいことを特徴としている。
【００１０】
各発熱抵抗体は、その抵抗長方向の少なくとも一端部に、抵抗幅方向の中央部の突出量が最も大きい突出部を有していることが好ましい。突出部は、抵抗幅方向の中央部にのみ形成することも可能である。突出部を抵抗幅方向の中央部のみに形成する場合には、該突出部の両側に位置する抵抗幅方向の両端部を平坦にすることが実際的である。
【００１１】
具体的に突出部の平面形状は、凸円弧状、凸三角形状又は凸台形状とすることができる。また、突出部が抵抗幅方向の中央部にのみ形成されている場合には、突出部の平面形状を凸矩形状としてもよい。
【００１２】
各発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部にはそれぞれ電極が接続されており、この電極によって各発熱抵抗体の平面形状を規定することが好ましい。あるいは、各発熱抵抗体の表面を覆う絶縁バリア層と、各発熱抵抗体の抵抗長方向の両端部にそれぞれ接続された電極とを備え、絶縁バリア層によって各発熱抵抗体の平面形状を規定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高記録密度化を実現しつつ、隣り合う印刷ドットの連続性を高めて印刷品質を向上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】
【００１４】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態によるサーマルヘッドを示す平面図（耐磨耗保護層を形成する前の状態）及び断面図である。本サーマルヘッドは、放熱性に優れたＳｉ基板１上に、第１の絶縁層２と、蓄熱層３と、第２の絶縁層４と、通電により発熱する複数の発熱抵抗体５と、複数の発熱抵抗体５の抵抗長方向の両端部に導通する電極層７と、インクリボン等との接触から複数の発熱抵抗体５や電極層７を保護する耐磨耗保護層９とを備えている。このサーマルヘッドは、１２００ｄｐｉ以上の高記録密度を有する溶融熱転写式プリンタ用であり、各発熱抵抗体５の発する熱によりインクを溶融して被印字媒体に転写させることで印刷を行なう。図示されていないが、本サーマルヘッドには、複数の発熱抵抗体５への通電を制御するための駆動ＩＣやプリント回路基板等も備えられている。
【００１５】
Ｓｉ基板１は、不純物としてホウ素を１０17〜１０19個／ｃｍ3程度ドーピングしたｐ型Ｓｉ基板である。このＳｉ基板１の比抵抗は少なくとも２０ｍΩ・ｃｍ以下であり、不純物を含まない又は不純物の少ないＳｉ基板に比して電流を流しやすくなっている。Ｓｉ基板１の側端面（厚さ方向の周囲端面）１ｂと背面１ｃには絶縁膜１２、１３がそれぞれ形成されており、この絶縁膜１２、１３を介して、Ｓｉ基板１の電気絶縁性が十分に確保されている。絶縁膜１２、１３は、例えばＳｉＯ2、ＳｉＡｌＯＮ又はＳｉＯＮ等の絶縁材料からなるスパッタ膜、あるいはＳｉ陽極酸化による陽極酸化膜、熱酸化膜で形成されている。
【００１６】
蓄熱層３は、Ｓｉと、遷移金属の中から選択される少なくとも１つと、Ｏ2とを含む酸化化合物からなり、耐熱温度１０００℃程度という高耐熱性を有している。蓄熱層３に含まれる遷移金属は、具体的にＴａ、Ｔｉ、Ｃｒ，Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｗの中から選択される１種又は２種以上である。特にＴａ、Ｍｏ、Ｗを単体で、あるいは他の遷移金属と組合わせて用いられていることが好ましい。この蓄熱層３は、Ｓｉ基板表面１ａとの間に段差を生じさせる均一膜厚部と、Ｓｉ基板表面１ａから均一膜厚部に向けて徐々に膜厚が増大するテーパーエッジ部とを有する凸部として、Ｓｉ基板表面１ａ上の一部に形成されている。また、蓄熱層３の上下には、例えばＳｉＯ2からなる第１の絶縁層２と第２の絶縁層４がそれぞれ必要に応じて形成されており、蓄熱層３のテーパーエッジ部の上方には、第２の絶縁層４を介し、図示Ｙ方向（図２の紙面に対して直交する方向）に微小な間隔をあけて整列した複数の発熱抵抗体５が配置されている。第１の絶縁層２及び第４の絶縁層４により、Ｓｉ基板表面１ａと蓄熱層３の間の電気絶縁性、及び、蓄熱層３と複数の発熱抵抗体５の間の電気絶縁性がそれぞれ確保されている。
【００１７】
複数の発熱抵抗体５は、第２の絶縁層４の上に形成された抵抗膜５’の一部であって、通電により発熱する。各発熱抵抗体５の間には、３μｍ程度のドット間ギャップαが設けられている。ドット間ギャップαは、抵抗膜５’、絶縁バリア層６及び電極層７が存在せず、第２の絶縁層４が露出している空間（溝部）である。
【００１８】
電極層７は、抵抗膜５’の上に全面的に成膜された後に各発熱抵抗体５を露出させる開放部７ｃをあけて形成されたもので、開放部７ｃを介して、複数の発熱抵抗体５のすべてに共通接続されたコモン電極７ａと、複数の発熱抵抗体５のそれぞれに独立して接続された複数の個別電極７ｂとに分離されている。各個別電極７ｂの上には配線用Ａｌ電極が形成されており、各個別電極７ｂの幅寸法は隣接する個別電極７ｂ間に存在するドット間ギャップαにより規制されている。電極層７は、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ等の高融点金属材料により形成されており（本実施形態ではＣｒ）、数百μｓ程度のごく短い周期で大電流を与えて発熱抵抗体５をオン（通電）／オフ（非通電）する高速印刷動作にも対応可能になっている。電極層７は、Ａｌ又はＣｕで形成されていてもよく、上記高融点金属材料を含む合金材料あるいはＡｌ又はＣｕを含む合金材料で形成されていてもよい。
【００１９】
上記Ｓｉ基板表面１ａ上には、第１の絶縁層２及び蓄熱層３の存在しない露出領域１０がある。この露出領域１０上には、該露出領域１０に隣接するコモン電極７ａの端部に接して形成され、コモン電極７ａとＳｉ基板表面１ａとをオーミック接触させるコンタクト部１１が備えられている。上述したようにＳｉ基板１は、比抵抗が少なくとも２０ｍΩ・ｃｍ以下であってコモン電極７ａよりも大きな面積及び厚さを有しているため、コンタクト部１１を介してコモン電極７ａの一部として機能し、コモン電極７ａの抵抗値を大幅に低減させている。本実施形態ではコンタクト部１１がコモン電極７ａと一体に形成されているが、コモン電極７ａとは別に、コモン電極７ａの露出領域１０側の端部に接して又は覆って形成されていてもよい。このコンタクト部１１は、Ｓｉ基板１とコモン電極７ａの両方との密着性を良好にするため、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ等の高融点金属材料及びＣｕのいずれか、あるいはこれらＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ等の高融点金属材料又はＣｕを主成分とする合金材料により形成されていることが好ましい。本実施形態のコンタクト部１１はＣｒからなる。
【００２０】
上記構成のサーマルヘッドは、複数の発熱抵抗体５の平面形状に特徴を有している。以下では、図１、図３及び図４を参照し、発熱抵抗体５及び該発熱抵抗体５の発熱により形成される印刷ドット形状について、より詳細に説明する。
【００２１】
発熱抵抗体５は、抵抗長方向（図示Ｘ方向）の両端部に、抵抗幅方向（図示Ｙ方向）の中央部の突出量が最も大きい凸円弧状の突出部５ａを有しており、抵抗幅方向の中央位置での抵抗長（以下、単に「中央抵抗長」という）Ｌが、同抵抗幅方向の端位置での抵抗長（以下、単に「端抵抗長」という）Ｌ’よりも長くなっている。この発熱抵抗体５の平面形状（中央抵抗長Ｌ、端抵抗長Ｌ’、抵抗幅Ｗ）は、電極層７によって規定されている。具体的に、発熱抵抗体５の中央抵抗長Ｌは約５６μｍ、端抵抗長Ｌ’は約４５μｍ、抵抗幅Ｗは約１８μｍ程度とすることができる。例えば図８に示す従来のサーマルヘッドと比較した場合、本実施形態のドット間ギャップαは発熱抵抗体５に対して相対的に大きくなっている。ここで、コモン電極７ａ及び個別電極７ｂを介して発熱抵抗体５に通電したとき、発熱抵抗体５は図３に示すように電気抵抗とみなすことができ、通電方向に平行な抵抗長方向の寸法が長くなるほど電気抵抗値が大きくなる。したがって、発熱抵抗体５の中央抵抗長Ｌが端抵抗長Ｌ’よりも大きければ、抵抗幅方向の端部位置よりも同方向の中央位置で発熱抵抗体５の電気抵抗値が大きくなり（図３においてｒ＞ｒ’）、発熱抵抗体５の抵抗幅方向の両端部にも電流が流れやすくなる。すなわち、発熱抵抗体５の抵抗長を一定とした場合よりも発熱抵抗体５の抵抗幅方向の両端部に流れる電流量が増大し、発熱抵抗体５の抵抗幅方向の両端部の発熱割合を増大させることができる。よって、印刷ドット形状は図４に示すように印刷ドットＤの整列方向に長く延びて略長円形状となり、隣合う印刷ドットＤを滑らかに連続させることができる。これにより、高記録密度化に伴い発熱抵抗体５に対して相対的にドットギャップ領域αが大きくなっても、印刷ドットＤ間のつながりを改善でき、高品質印刷を実現可能である。
【００２２】
図５及び図６は、本発明の第２実施形態によるサーマルヘッドを示す平面図（耐磨耗保護層を形成する前の状態）及び断面図である。第２実施形態は、複数の発熱抵抗体５の表面をそれぞれ覆う絶縁バリア層６を備え、この絶縁バリア層６により各発熱抵抗体５の平面形状（中央抵抗長Ｌ、端抵抗長Ｌ’、抵抗幅Ｗ）を規定している点で、第１実施形態と異なる。電極層７の替わりに絶縁バリア層６を用いて各発熱抵抗体５の平面形状を規定する以外の構成は、第１実施形態と同一である。図５及び図６では、第１実施形態と同一機能を有する構成要素に図１及び図２と同一符号を付してある。
【００２３】
絶縁バリア層６は、耐酸化性を有する絶縁材料であって反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に適用可能な材料で形成されることが好ましく、具体的にはＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳｉＡｌＯＮ等が用いられるとよい。この絶縁バリア層６は、複数の発熱抵抗体５の表面酸化を防止する機能、及び製造工程中のエッチングダメージから複数の発熱抵抗体５を保護する機能を有する。電極層７は、抵抗膜５’及び絶縁バリア層６の上に全面的に成膜された後に絶縁バリア層６を露出させる開放部７ｃをあけて形成されている。電極層７の絶縁バリア層６側の両端部が該絶縁バリア層６の上にオーバーレイしている。
【００２４】
本第２実施形態では、絶縁バリア層６によって発熱抵抗体５の中央抵抗長Ｌが端抵抗長Ｌ’よりも長く規定されているので、第１実施形態と同様に、発熱抵抗体５の抵抗幅方向の両端部に電流が流れやすくなって該両端部での発熱量が増大し、図４に示すように印刷ドット形状が該印刷ドットの整列方向に延長して隣合う印刷ドットを滑らかに連続させることができる。これにより、高記録密度化と高品質印刷を両立可能である。また、絶縁バリア層６を用いることで、発熱抵抗体５の平面形状を複雑に規定した場合にも、印刷ドットＤ毎の抵抗値のばらつきを抑えることができる。
【００２５】
以上の各実施形態では、発熱抵抗体５が凸円弧状の突出部５ａを備えているが、発熱抵抗体５の平面形状は種々の変形が可能である。図７に発熱抵抗体５の平面形状の変形例を示す。図７（ａ）は、抵抗幅方向の中央部の突出量が最も大きい凸三角形状の突出部１５ａを有する発熱抵抗体１５を示しており、抵抗幅方向の中央位置から同方向の両端位置にかけて徐々に抵抗長方向の寸法が小さくなっている。図７（ｂ）は、抵抗幅方向の中央部の突出量が最も大きい凸台形状の突出部２５ａを有する発熱抵抗体２５を示している。この態様では、抵抗幅方向の中央部における抵抗長方向の寸法が略一定で、同抵抗幅方向の両端部よりも大きくなっている。図７（ｃ）は、抵抗長方向の両端部において、抵抗幅方向の中央部にのみ形成した凸円弧形状の突出部３５ａと、この突出部３５ａの両側、すなわち抵抗幅方向の両端部に位置する平坦部３５ｂとを有する発熱抵抗体３５を示している。図７（ｄ）は、抵抗長方向の両端部において、抵抗幅方向の中央部にのみ形成した凸三角形状の突出部４５ａと、この突出部４５ａの両側、すなわち抵抗幅方向の両端部に位置する平坦部４５ｂとを有する発熱抵抗体４５を示している。図７（ｅ）は、抵抗長方向の両端部において、抵抗幅方向の中央部にのみ形成した凸台形形状の突出部５５ａと、この突出部５５ａの両側、すなわち抵抗幅方向の両端部に位置する平坦部５５ｂとを有する発熱抵抗体５５を示している。以上の図７（ａ）〜図７（ｅ）に示すいずれの態様においても、発熱抵抗体は、中央抵抗長Ｌが端抵抗長Ｌ’よりも大きくなっている。発熱抵抗体の平面形状は、上記図示例に限らず、中央抵抗長Ｌ＞端抵抗長Ｌ’であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態によるサーマルヘッドを示す平面図ある。
【図２】同サーマルヘッドを示す断面図である。
【図３】同サーマルヘッドの発熱抵抗体を電気的に説明する模式図である。
【図４】同サーマルヘッドの発熱抵抗体の平面形状と印刷ドット形状の関係を説明する模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるサーマルヘッドを示す平面図である。
【図６】図５に示すサーマルヘッドを示す断面図である。
【図７】本発明による発熱抵抗体の平面形状の別実施例を示す平面図である。
【図８】従来のサーマルヘッドの発熱抵抗体の平面形状と印刷ドット形状の関係を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１     Ｓｉ基板
２     第１絶縁層
３     蓄熱層
５’   抵抗膜
５     発熱抵抗体
５ａ   突出部
６     絶縁バリア層
７     電極層
７ａ   コモン電極
７ｂ   個別電極
７ｃ   開放部
１０   露出領域
１１   コンタクト部
Ｄ     印刷ドット
Ｌ     中央抵抗長
Ｌ’   端抵抗長
Ｗ     抵抗幅
Ｘ     抵抗長方向、発熱抵抗体の通電方向
Ｙ     抵抗幅方向
α     ドット間ギャップ
【図１】
2005254461.tif 000003
【図２】
2005254461.tif 000004
【図３】
2005254461.tif 000005
【図４】
2005254461.tif 000006
【図５】
2005254461.tif 000007
【図６】
2005254461.tif 000008
【図７】
2005254461.tif 000009
【図８】
2005254461.tif 000010