(57)【要約】【課題】印字速度の高速化と消費電力の低減を両立させる。【解決手段】同一のガラス材料からなり少なくとも一方の一表面に凹部２１を有する支持基板１２および上板基板１４が凹部２１を閉塞するように積層状態に配されて構成され、凹部２１により支持基板１２と上板基板１４との間に空洞部２３を有する積層基板１３と、積層基板１３における上板基板１４の表面の空洞部２３に対向する位置に形成された発熱抵抗体１５と、発熱抵抗体１５の両端に接続され、発熱抵抗体１５に電力を供給する一対の電極部１７Ａ，１７Ｂとを備え、積層基板１３が、支持基板１２と上板基板１４との間に挟まれてこれらに積層状態に接合された金属材料からなる中間金属層２５と、中間金属層２５に接触し、支持基板１２の板厚方向に延びる表面から上板基板１４との接合部とは反対側の表面にかけて形成される金属材料からなる周囲金属層２７とを備えるサーマルヘッド１０を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一のガラス材料からなり少なくとも一方の一表面に凹部を有する支持基板および上板基板が該凹部を閉塞するように積層状態に配されて構成され、前記凹部により前記支持基板と前記上板基板との間に空洞部を有する積層基板と、
該積層基板における前記上板基板の表面の前記空洞部に対向する位置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間に挟まれてこれらに積層状態に接合された金属材料からなる中間金属層と、該中間金属層に接触し、前記支持基板の板厚方向に延びる表面から前記上板基板との接合部とは反対側の表面にかけて形成される金属材料からなる周囲金属層とを備えるサーマルヘッド。
【請求項２】
前記周囲金属層が、前記支持基板における前記接合部を除く表面の全域に形成されている請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記中間金属層が、前記接合部における前記上板基板の表面の全域に形成されている請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
前記中間金属層が、前記接合部における前記支持基板の表面の全域に形成されている請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
【請求項５】
前記凹部が、前記支持基板の一表面に形成されており、
前記前記中間金属層が、前記接合部における前記支持基板の接合面および前記凹部の内壁面に形成されている請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
【請求項６】
前記支持基板が、板厚方向に貫通して前記凹部を形成する貫通孔を有し、
前記周囲金属層が、前記貫通孔の内壁面を介して前記支持基板における前記接合部とは反対側の表面に向かって延びる請求項１から請求項５のいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項７】
前記上板基板および支持基板が、可動イオンを含むガラス材料からなり、前記中間金属層を介して互いに陽極接合により接合されている請求項１から請求項６のいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項８】
前記上板基板および支持基板が、互いに接合面に前記中間金属層を備え、該中間金属層どうしの共晶接合または拡散接合により接合されている請求項１から請求項６のいずれかに記載のサーマルヘッド。
【請求項９】
請求項１から請求項８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。
【請求項１０】
少なくとも一方の対向面に凹部を形成した平板状の支持基板と上板基板の少なくとも一方の対向面に金属材料からなる中間金属層を形成する中間金属層形成工程と、
前記支持基板と前記上板基板とを、前記中間金属層を間に挟み前記凹部の開口を閉塞して空洞部を形成するように積層状態に接合し、積層基板を形成する接合工程と、
該接合工程により前記中間金属層を挟んで前記支持基板に接合された前記上板基板の表面の、前記凹部に対向する位置に、発熱抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、
金属材料からなる周囲金属層を、前記中間金属層に接触させつつ前記支持基板の板厚方向に延びる表面から前記対向面とは反対側の表面にかけて形成する周囲金属層形成工程とを含む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、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、同一のガラス材料からなる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と電極部とが形成されており、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字することができるようになっている。
【０００３】
また、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領域に空洞部を有し、この空洞部が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熱される熱量を低減するようになっている。さらに、支持基板を熱伝導率が低いガラス材料により形成したことで、空洞部を介して支持基板側に伝熱された熱を支持基板に蓄熱にさせて、サーマルヘッドの表面全体の温度を高めるようになっている。すなわち、特許文献１に記載のサーマルヘッドは、発熱抵抗体の直下の空洞部による高い断熱性能とガラス材料からなる支持基板の蓄熱効果により、発熱抵抗体で発生した熱をより効率的に利用して、高い発熱効率を実現することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ここで感熱記録媒体に１個の印字ドットが形成されるサーマルヘッドの印加周期には、印字を行うために発熱抵抗体を加熱する加熱時間と、加熱した発熱抵抗体を冷却する非加熱時間とが存在する。加熱時間内における発熱温度の立上り時間は、サーマルヘッドの発熱部周辺の熱容量Ｃに比例する一方、非加熱時間における発熱温度の立下り時間は、サーマルヘッドの熱容量Ｃと熱伝導率Ｇによって決まりＣ／Ｇに比例する。
【０００６】
特許文献１に記載のサーマルヘッドは、空洞部により熱容量が小さくなることで、発熱抵抗体の加熱時間における応答特性は速いものの、支持基板の蓄熱効果により一度上昇した発熱抵抗体の温度が冷めにくいため、発熱抵抗体の非加熱時間における応答特性が遅く非加熱時間が長くなる。
【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、印字速度の高速化と消費電力の低減を両立させ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、同一のガラス材料からなり少なくとも一方の一表面に凹部を有する支持基板および上板基板が該凹部を閉塞するように積層状態に配されて構成され、前記凹部により前記支持基板と前記上板基板との間に空洞部を有する積層基板と、該積層基板における前記上板基板の表面の前記空洞部に対向する位置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間に挟まれてこれらに積層状態に接合された金属材料からなる中間金属層と、該中間金属層に接触し、前記支持基板の板厚方向に延びる表面から前記上板基板との接合部とは反対側の表面にかけて形成される金属材料からなる周囲金属層とを備え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、蓄熱層としての上板基板を介して支持基板側へ伝達される熱量を低減し、熱容量を小さくすることができる。これにより、発熱抵抗体で発生した熱を効率的に利用して、発熱効率の向上することができる。
【００１０】
一方、上板基板から空洞部を介して支持基板側に伝熱される熱は、熱伝導率が高い金属材料からなる中間金属層と周囲金属層を介して、支持基板における接合部とは反対側の表面（以下、積層基板の下面とする。）側に伝熱される。これにより、熱を放熱する放熱板上に積層基板の下面を固定することで、支持基板に蓄熱される熱を効率的に放熱させて、発熱抵抗体を冷却し易くすることができる。
【００１１】
したがって、空洞部による熱容量の低減により発熱抵抗体を発熱させる加熱時間における応答特性とともに、支持基板の蓄熱効果の低減により発熱抵抗体を冷却させる非加熱時間における応答特性を向上し、消費電力の低減と印字速度の高速化の両立を図ることができる。また、上板基板および支持基板をいずれも同一のガラス材料により構成することで、これらの基板間の熱膨張率差をなくし、発熱抵抗体の発熱によるソリや歪みの発生を防いで高い印字品質を維持することができる。
【００１２】
上記発明においては、前記周囲金属層が、前記支持基板における前記接合部を除く表面の全域に形成されていることとしてもよい。
このように構成することで、中間金属層から周囲金属層を介して積層基板の下面に伝熱される熱量を増大し、支持基板に蓄熱される熱の放熱効果を向上することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記中間金属層が、前記接合部における前記上板基板の表面の全域に形成されていることとしてもよい。
このように構成することで、上板基板の蓄熱効果を低減し、印字速度の高速化を向上することができる。
【００１４】
また、上記発明においては、前記中間金属層が、前記接合部における前記支持基板の表面の全域に形成されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記凹部が前記支持基板の一表面に形成されており、前記前記中間金属層が、前記接合部における前記支持基板の接合面および前記凹部の内壁面に形成されていることとしてもよい。
【００１５】
このように構成することで、支持基板の蓄熱効果を低減し、印字速度の高速化を向上することができる。また、上板基板に中間金属層をパターニングする必要がなく、作製を容易にすることができる。
【００１６】
また、上記発明においては、前記支持基板が、板厚方向に貫通して前記凹部を形成する貫通孔を有し、前記周囲金属層が、前記貫通孔の内壁面を介して前記支持基板における前記接合部とは反対側の表面に向かって延びることとしてもよい。
【００１７】
このように構成することで、支持基板に伝熱される熱が発熱抵抗体の直下に形成されている貫通孔の内壁面に形成された周囲金属層を介して放熱される。したがって、周囲金属層による放熱効率を向上し、支持基板の蓄熱効果をより低減することができる。
【００１８】
また、上記発明においては、前記上板基板および支持基板が、可動イオンを含むガラス材料からなり、前記中間金属層を介して互いに陽極接合により接合されていることとしてもよい。
【００１９】
このように構成することで、陽極接合により、上板基板と支持基板の軟化点以下の温度で接合処理される。したがって、これら上板基板および支持基板の形状精度を保ち、信頼性を向上することができる。また、陽極接合を採用することで、上板基板および支持基板のガラス材料の選択肢を広げることができる。
【００２０】
また、上記発明においては、前記上板基板および支持基板が、互いに接合面に前記中間金属層を備え、該中間金属層どうしの共晶接合または拡散接合により接合されていることとしてもよい。
【００２１】
共晶合金は、融点の異なる別々の金属・化合物どうしが両者の融点より低いある一定の温度で同時に溶融または微細に混ざり合った状態で晶出するため、中間金属層としてこの共晶をなす金属材料を用いることで、低温で接合することができる。共晶接合では、例えば、Ｓｎ−Ａｕが用いられる。一方、拡散接合では、例えば、Ａｕ−Ａｇ、Ａｕ−ＡｌまたはＡｕ−Ａｕが用いられる。
【００２２】
本発明は、上記いずれか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、印字速度の高速化と消費電力の低減を図るサーマルヘッドにより、少ない電力で高速に感熱紙に印刷することができる。したがって、バッテリーの持続時間を長期化させることができる。
【００２３】
本発明は、少なくとも一方の対向面に凹部を形成した平板状の支持基板と上板基板の少なくとも一方の対向面に金属材料からなる中間金属層を形成する中間金属層形成工程と、前記支持基板と前記上板基板とを、前記中間金属層を間に挟み前記凹部の開口を閉塞して空洞部を形成するように積層状態に接合し、積層基板を形成する接合工程と、該接合工程により前記中間金属層を挟んで前記支持基板に接合された前記上板基板の表面の、前記凹部に対向する位置に、発熱抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、金属材料からなる周囲金属層を、前記中間金属層に接触させつつ前記支持基板の板厚方向に延びる表面から前記対向面とは反対側の表面にかけて形成する周囲金属層形成工程とを含むサーマルヘッドの製造方法を提供する。
【００２４】
本発明によれば、接合工程により、上板基板と支持基板とが中間金属層を挟んで積層状態に接合されて凹部が閉塞されることで、上板基板と支持基板との間に空洞部を有する積層基板が形成される。空洞部は、上板基板側から支持基板側に伝達される熱を遮断する中空断熱層として機能する。また、抵抗体形成工程により、積層基板における空洞部に対向する位置の上板基板の表面に発熱抵抗体が形成されることで、発熱抵抗体で発生した熱量のうち、上板基板側に逃げる熱量を空洞部による断熱によって抑制し、利用可能な熱量を増加させることができる。
【００２５】
また、周囲金属層形成工程により、支持基板の板厚方向に延びる表面から上板基板との接合部とは反対側の表面にかけて、中間金属層に接触させた周囲金属層が形成されることで、上板基板から空洞部を介して支持基板側に伝熱される熱を、熱伝導率が高い金属材料からなる中間金属層と周囲金属層を介して、支持基板における接合部とは反対側の表面（以下、積層基板の下面とする。）側に伝熱させることができる。これにより、熱を放熱する放熱板上に積層基板の下面を固定することで、支持基板に蓄熱される熱を効率的に放熱させて、発熱抵抗体を冷却し易くすることができる。
【００２６】
したがって、空洞部による熱容量の低減により発熱抵抗体を発熱させる加熱時間における応答特性とともに、支持基板の蓄熱効果の低減により発熱抵抗体を冷却させる非加熱時間における応答特性を向上し、消費電力の低減と印字速度の高速化の両立を図ることができ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】
【００２７】
本発明に係るサーマルヘッドおよびプリンタによれば、印字速度の高速化と消費電力の低減を両立させることができるという効果を奏する。また、本発明に係るサーマルヘッドの製造方法によれば、そ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という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一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のサーマルプリンタに備えられている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縦断面図である。
【図４】図２のサーマルヘッドの製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】（ａ）は凹部形成工程を示し、（ｂ）は中間金属層形成行程を示し、（ｃ）は接合工程を示し、（ｄ）は抵抗体形成工程を示し、（ｅ）は電極形成工程を示し、（ｆ）は保護膜形成工程を示し、（ｇ）は周囲金属層形成工程を示す縦断面図である。
【図６】本発明の一実施形態の第１変形例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
【図７】本発明の一実施形態の第１変形例に係るサーマルヘッドの製造方法の中間金属層形成工程示す縦断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の第２変形例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の第２変形例に係るサーマルヘッドの製造方法の中間金属層形成工程示す縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の第３変形例に係る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１１】図１０のサーマルヘッドのＢ−Ｂ縦断面図である。
【図１２】図１０のサーマルヘッドの製造方法を説明するフローチャートである。
【図１３】（ａ）は凹部形成工程を示し、（ｂ）は中間金属層形成行程を示し、（ｃ）は接合工程を示し、（ｄ）は周囲金属層形成工程を示し、（ｅ）は抵抗体形成工程を示し、（ｆ）は電極形成工程を示し、（ｇ）は保護膜形成工程を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態の第４変形例に係るサーマルヘッドの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一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。
【００３０】
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。そして、感熱紙３に対して、サーマルヘッド１０の発熱部が押し付けられることにより、感熱紙３が発色して印字されるようになっている。
【００３１】
サーマルヘッド１０は、図２に示されるように、略平板状に形成されている。このサーマルヘッド１０は、ガラス材料からなる積層基板１３と、積層基板１３上に形成された複数の発熱抵抗体１５と、積層基板１３上に各発熱抵抗体１５に接して形成された電極部１７Ａ，１７Ｂと、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。
【００３２】
積層基板１３は、図３に示すように、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９に固定され、放熱板９を介して放熱することができるようになっている。この積層基板１３は、放熱板９に固定される平板状の支持基板１２と、発熱抵抗体１５が形成される平板状の上板基板１４とが積層状態に配されて構成されている。
【００３３】
支持基板１２は、例えば、パイレックスガラス（登録商標）やソーダライムガラス等の可動イオンを含む面精度のよい板状の絶縁体により構成され、３００μｍ〜１ｍｍ程度の厚さを有している。支持基板１２には、上板基板１４に対向する一表面に長手方向に沿って延び矩形状の開口部を有する凹部２１が形成されている。
【００３４】
上板基板１４は、支持基板１２と同一のガラス材料からなる板状の絶縁体により構成され、５〜１００μｍ程度の厚さを有している。この上板基板１４は、支持基板１２の凹部２１を有する一表面に対して凹部２１を閉塞するように積層状態に配されている。また、上板基板１４は、支持基板１２側とは反対側に配される一表面に発熱抵抗体１５が形成されており、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ようになっている。
【００３５】
また、積層基板１３は、支持基板１２と上板基板１４との間に挟まれてこれらに積層状態に接合される金属材料からなる中間金属層２５と、支持基板１２の周囲を覆う金属材料からなる周囲金属層２７とを備えている。中間金属層２５および周囲金属層２７には、例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属材料が用いられる。
【００３６】
中間金属層２５は、支持基板１２と上板基板１４の対向面における凹部２１を除く領域全体に形成されている。この中間金属層２５は、例えば、約１００ｎｍの厚さを有している。
周囲金属層２７は、例えば、支持基板１２の板厚方向に延びる表面（以下、支持基板１２の側面という。）の全域から上板基板１４に対向する表面とは反対側の表面（以下、支持基板１２の下面という。）の全域にかけて形成されている。また、支持基板１２の側面に配置された周囲金属層２７は、４つの側面の全てにおいて中間金属層２５に接触している。この周囲金属層２７も、例えば、約１００ｎｍの厚さを有している。
【００３７】
発熱抵抗体１５は、例えば、Ｔａ系やＴａ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の幅方向に向けて配され、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。
【００３８】
電極部１７Ａ，１７Ｂは、発熱抵抗体１５の長手方向の一端に個別に接続される複数の個別電極１７Ａと、すべての発熱抵抗体１５の長手方向の他端に共通に接続される共通電極１７Ｂとにより構成されている。電極部１７Ａ，１７Ｂには、例えば、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の配線材料が用いられる。
【００３９】
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に供給して、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における個別電極１７Ａと共通電極１７Ｂとの間の領域、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領域が発熱部１５ａとなる。
【００４０】
保護膜１９は、発熱抵抗体１５や電極部１７Ａ，１７Ｂを含む上板基板１４の一表面に形成されている。保護膜１９には、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ダイヤモンドライクカーボン等の保護膜材料が用いられる。
【００４１】
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している。この空洞部２３は、発熱抵抗体１５の発熱部１５ａにおいて発生した熱が上板基板１４側から支持基板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ようになっている。
【００４２】
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、凹部形成工程ＳＡ１、中間金属層形成工程ＳＡ２および接合工程ＳＡ３を含む断熱基板形成工程と、抵抗体形成工程ＳＡ４、電極形成工程ＳＡ５および保護膜形成工程ＳＡ６を含む薄膜形成工程と、周囲金属層形成工程ＳＡ７とを含んでいる。
【００４３】
凹部形成工程ＳＡ１は、支持基板１２と上板基板１４の少なくとも一方の対向面に凹部２１を形成するようになっている。本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、一定の厚さを有するガラス基板（支持基板１２）の一表面において、抵抗体形成工程ＳＡ４により形成される発熱抵抗体１５が対向することとなる位置に凹部２１を加工するようになっている。凹部２１は、例えば、支持基板１２の一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またはレーザ加工を施すことによって形成される。
【００４４】
支持基板１２にサンドブラストによる加工を施す場合は、支持基板１２の一表面にフォトレジスト材を被服し、このフォトレジスト材を所定パターンのフォトマスクを用いて露光した後、凹部２１を形成する領域以外の部分を固化させる。その後、支持基板１２の一表面を洗浄して固化していないフォトレジスト材を除去することで、凹部２１を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクが得られる。この状態で、支持基板１２の一表面にサンドブラストを施すことにより、所定深さの凹部２１が形成される。
【００４５】
また、支持基板１２にエッチングによる加工を施す場合は、サンドブラストによる加工と同様に、支持基板１２の一表面に、凹部２１を形成する領域にエッチング窓が形成されたエッチングマスクを形成する。そして、この状態で、支持基板１２の一表面にエッチングを施すことにより、所定深さの凹部２１が形成される。ガラス基板の場合は、フッ酸系のエッチング液等を用いたウェットエッチングを行うこととしてもよい。その他、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング等のドライエッチングを用いることとしてもよい。
【００４６】
中間金属層形成工程ＳＡ２は、支持基板１２と上板基板１４の少なくとも一方の対向面に中間金属層２５を形成するようになっている。本実施形態においては、図５(ｂ）に示すように、薄板ガラス（上板基板１４）における支持基板１２との対向面のうち、凹部２１と対向する領域以外に金属体層（中間金属層２５）を形成するようになっている。上板基板１４の面粗度は１００ｎｍ以下のものを用いることが好ましい。
【００４７】
中間金属層２５は、例えば、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）、蒸着等の薄膜形成法により、上板基板１４における支持基板１２との対向面にＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ等の酸化性金属薄膜およびそれらの積層膜が成膜され、リフトオフ法やエッチング法等により、この酸化性金属薄膜や積層膜が成形されることにより、所望の形状に形成される。
【００４８】
接合工程ＳＡ３は、図５（ｃ）に示すように、支持基板１２と上板基板１４とを、中間金属層２５を挟んで凹部２１の開口を閉塞するように積層状態に接合するようになっている。これにより、凹部２１が閉塞されることによって支持基板１２と上板基板１４との接合部に空洞部２３が形成された積層基板１３が形成される。ここで、凹部２１の深さが空洞部２３の厚さになるので、中空断熱層の厚さの制御は容易である。
【００４９】
また、接合工程ＳＡ３は、陽極接合により、支持基板１２と上板基板１４とを中間金属層２５を挟んで接合するようになっている。陽極接合は、例えば、接合対象物を３００℃から５００℃程度に加熱した状態で５００Ｖから１ｋＶの電圧を印加し接合対象物間に大きな静電引力を生じさせることにより、接合対象物の界面を化学結合させて接合対象物どうしを接合する。陽極接合による支持基板１２と上板基板１４との接合処理は、支持基板１２および上板基板１４の軟化点以下の温度で行う。したがって、支持基板１２および上板基板１４の形状精度を保つことができ、信頼性が高い。
【００５０】
ここで、１００μｍ以下の厚さの薄板ガラス（上板基板１４）は、製造やハンドリングが困難であり高価でもある。そこで、このような薄い上板基板１４を支持基板１２に直接接合する代わりに、まず、製造やハンドリングが容易な厚さを有する上板基板１４を支持基板１２に接合し、その後、エッチングや研磨等によって上板基板１４を所望の厚さに加工してもよい（薄板化工程）。このようにすることで、支持基板１２の一表面にごく薄い上板基板１４を容易かつ安価に形成することができる。
【００５１】
上板基板１４のエッチングには、上記のように凹部２１の形成に用いた各種エッチングを用いることができる。また、上板基板１４の研磨には、例えば、半導体ウェーハ等の高精度研磨に用いられるＣＭＰ(ケミカルメカニカルポリッシング）等を用いることができる。
【００５２】
次に、このようにして形成された積層基板１３における上板基板１４の一表面に、抵抗体形成工程ＳＡ４により図５（ｄ）に示すように発熱抵抗体１５を形成し、次いで、電極形成工程ＳＡ５により図５（ｅ）に示すように電極部１７Ａ，１７Ｂを形成し、そして、保護膜形成工程ＳＡ６により図５（ｆ）に示すように保護膜１９を形成する。これら発熱抵抗体１５、電極部１７Ａ，１７Ｂおよび保護膜１９は、従来のサーマルヘッドにおけるこれら部材の製造方法を用いて作製することができる。
【００５３】
具体的には、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）および蒸着等の薄膜形成法を用いて上板基板１４上に上記発熱抵抗体材料の薄膜を成膜し、フトオフ法やエッチング法等を用いてこの発熱抵抗体材料の薄膜を成形することにより、所望の形状の発熱抵抗体１５を形成するようになっている。
【００５４】
電極形成工程ＳＡ５は、抵抗体形成工程ＳＡ４と同様に、スパッタリングや蒸着法等により上板基板１４上に上記配線材料を成膜し、リフトオフ法、もしくはエッチング法を用いてこの膜を形成したり、スクリーン印刷した後に配線材料を焼成したりするなどして、所望の形状の個別電極１７Ａおよび共通電極１７Ｂを形成するようになっている。
【００５５】
保護膜形成工程ＳＡ６は、発熱抵抗体１５、電極部１７Ａ，１７Ｂが形成された後、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上に上記保護膜材料を成膜して、保護膜１９を形成するようになっている。
【００５６】
最後に、周囲金属層形成工程ＳＡ７は、図５（ｇ）に示すように、支持基板１２の側面から下面にかけて周囲金属層２７を形成するようになっている。このとき、支持基板１２の側面に配置する周囲金属層２７を中間金属層２５に接触させるようになっている。
【００５７】
周囲金属層２７は、例えば、スパッタリングやＣＶＤ（化学気相成長法）、蒸着およびめっき等の薄膜形成法により、上記Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属薄膜およびそれらの積層膜が成膜されることで形成される。周囲金属層２７としては、特に、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕのように熱伝導率が大きい金属材料が好ましい。
【００５８】
以上の各工程により、積層基板１３が支持基板１２と上板基板１４との接合部に中間金属層２５を有するとともに、支持基板１２の側面および正面が周囲金属層２７により覆われたサーマルヘッド１０が完成する。
【００５９】
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に印字するには、まず、サーマルヘッド１０の一方の個別電極１７Ａに選択的に電圧を印加する。これにより、選択された個別電極１７Ａとこれに対向する共通電極１７Ｂ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。
【００６０】
続いて、加圧機構８を作動させ、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に対して発熱抵抗体１５の発熱部１５ａを押し付けるようにすることにより、感熱紙３が発色して印字される。
【００６１】
この場合において、サーマルヘッド１０は、積層基板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、蓄熱層としての上板基板１４を介して支持基板１２側へ伝達される熱量を低減し、熱容量を小さくすることができる。これにより、発熱抵抗体１５で発生した熱を効率的に利用して、発熱効率を向上することができる。
【００６２】
一方、上板基板１４側から空洞部２３を介して支持基板１２側に伝熱される熱は、熱伝導率が高い金属材料からなる中間金属層２５と周囲金属層２７を介して、積層基板１３の下面側に伝熱される。これにより、熱を放熱する放熱板９上に積層基板１３の下面を固定することで、支持基板１２に蓄熱される熱を効率的に放熱させて、発熱抵抗体１５を冷却し易くすることができる。
【００６３】
したがって、本実施形態に係るサーマルヘッド１０およびサーマルプリンタ１００によれば、積層基板１３の空洞部２３による熱容量の低減により発熱抵抗体１５を発熱させる加熱時間における応答特性とともに、支持基板１２の蓄熱効果の低減により発熱抵抗体１５を冷却させる非加熱時間における応答特性を向上し、消費電力の低減と印字速度の高速化の両立を図ることができる。また、支持基板１２および上板基板１４をいずれも同一のガラス材料により構成することで、これらの基板間の熱膨張率差をなくし、発熱抵抗体１５の発熱によるソリや歪みの発生を防いで高い印字品質を維持することができる。
【００６４】
本実施形態は以下のように変形することができる。
本実施形態においては、周囲金属層２７が支持基板１２と上板基板１４の対向面における凹部２１を除く領域全体に形成されていることとしたが、第１変形例としては、図６に示すように、支持基板１２と上板基板１４との接合部における上板基板１４の一表面の全域に周囲金属層２７が形成されていることとしてもよい。
【００６５】
本変形例に係るサーマルヘッド１０の製造方法は、図７に示すように、中間金属層形成工程ＳＡ２において、例えば、薄板ガラス(上板基板１４）における支持基板１２との対向面の全域に金属体層（中間金属層２５）を形成することとすればよい。他の工程は図５（ａ）、図５（ｃ）〜図５（ｇ）に示す方法と同様である。
【００６６】
本変形例に係るサーマルヘッド１０によれば、中間金属層２５の高い熱伝導率により上板基板１４の蓄熱効果をより低減することができる。これにより、印字速度の高速化を向上することができる。また、上板基板１４における中間金属層２５のパターニングが不要となり、作製を容易にすることができる。
【００６７】
本変形例においては、上板基板１４に凹部が形成されていない場合を例示して説明したが、上板基板１４における支持基板１２との対向面に凹部を形成した場合も、支持基板１２との対向面の全域に中間金属層２５を形成することとすればよい。すなわち、上板基板１４の対向面において、接合面および凹部の内壁面（凹部の側面および底面）に中間金属層２５を形成することとすればよい。
【００６８】
次に、第２変形例としては、図８に示すように、支持基板１２と上板基板１４の接合部における支持基板の一表面の全域に中間金属層２５が形成されていることとしてもよい。すなわち、本変形例においては、支持基板１２の一表面における接合面と凹部２１の内壁面に中間金属層２５が形成されていることとしてもよい。
【００６９】
本変形例に係るサーマルヘッド１０の製造方法は、図９に示すように、中間金属層形成工程ＳＡ２において、例えば、支持基板１２の一表面における対向面と凹部２１の側面および底面の全域に中間金属層２５を形成することとすればよい。他の工程は図５（ａ）、図５（ｃ）〜図５（ｇ）に示す方法と同様である。
【００７０】
本変形例によれば、中間金属層２５の高い熱伝導率により支持基板１２の蓄熱効果を低減することができる。これにより、印字速度の高速化を向上することができる。また、上板基板１４に中間金属層２５をパターニングする必要がなく、作製を容易にすることができる。
【００７１】
本変形例においては、支持基板１２の一表面に凹部２１が形成されている場合を例示して説明したが、上板基板１４に凹部を形成して支持基板１２に凹部２１を形成しない場合も、支持基板１２における上板基板１４との対向面の全域に中間金属層２５を形成することとすればよい。
【００７２】
次に、本実施形態においては、周囲金属層２７が支持基板１２の側面を介して下面に向かって延びるように形成されていることとしたが、第３変形例としては、図１０および図１１に示すように、支持基板１２が板厚方向に貫通して凹部を形成する貫通孔２９を有し、周囲金属層２７が支持基板１２における貫通孔２９の内壁面２９ａを介して下面に向かって延びるように形成されていることとしてもよい。
【００７３】
具体的には、貫通孔２９は、凹部が支持基板１２の下面側にも開口するように形成されている。
周囲金属層２７は、貫通孔２９の内壁面２９ａの全域と支持基板１２の下面の全域に形成されている。また、内壁面２９ａに形成された周囲金属層２７の一端が、貫通孔２９の全周にわたり中間金属層２５に接触している。
【００７４】
本変形例に係るサーマルヘッド１０の製造方法は、図１２に示すフローチャートの通りである。すなわち、凹部形成工程ＳＡ１は、図１３（ａ）に示すように、一定の厚さを有するガラス基板（支持基板１２）の一表面における発熱抵抗体１５が形成されることとなる領域に板厚方向に貫通する貫通孔２９を加工するようになっている。
【００７５】
貫通孔２９の形成方法は、支持基板１２を板厚方向に貫通させる以外は図５（ａ）に示す凹部２１の形成方法と同様であり、支持基板１２の一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、レーザ加工を施すことによって形成される。
中間金属層形成工程ＳＡ２および接合工程ＳＡ３は、図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示す方法と同様である。
【００７６】
次に、周囲金属層形成工程ＳＢ３により、図１３（ｄ）に示すように、支持基板１２の貫通孔２９の内壁面２９ａから下面にかけて周囲金属層２７を形成するようになっている。このとき、支持基板１２の内壁面２９ａの一端に配置する周囲金属層２７を中間金属層２５に接触させるようになっている。周囲金属層２７の形成方法は、貫通孔２９の内壁面２９ａに形成すること以外は、周囲金属層形成工程ＳＡ７と同様である。
【００７７】
次いで、図１３（ｅ）〜図１３（ｇ）に示すように、図５（ｄ）〜図５（ｆ）に示す方法と同様にして、積層基板１３における上板基板１４の一表面に、抵抗体形成工程ＳＡ４により発熱抵抗体１５を形成し、電極形成工程ＳＡ５により電極部１７Ａ，１７Ｂを形成し、保護膜形成工程ＳＡ６により保護膜１９を順次形成する。
【００７８】
本変形例によれば、支持基板１２側に伝熱される熱が発熱抵抗体１５の直下に形成されている貫通孔２９の内壁面２９ａに形成された周囲金属層２７を介して支持基板１２の下面から放熱される。すなわち、中間金属層２５により支持基板１２の平面方向に伝熱されてから、支持基板１２の厚さ方向に伝熱される場合と異なり、中間金属層２５を板厚方向に伝熱された後に支持基板１２の厚さ方向に伝達される。したがって、熱流の伝熱距離が短縮されることにより、周囲金属層２７による放熱効率を向上し、支持基板１２の蓄熱効果をより低減することができる。
【００７９】
なお、複数のサーマルヘッド１０を一度に製造するバッチプロセスにおいても、支持基板１２の側面に周囲金属層２７を形成する場合は、サーマルヘッド１０ごとに分割した後に周囲金属層形成工程ＳＡ７を行わなければならなかった。これに対し、本変形例によれば、サーマルヘッド１０ごとに分割する前に、中間金属層２５および周囲金属層２７を形成することができる。したがって、量産化に適している。
【００８０】
本変形例においては、図１１に示すように、上板基板１４における支持基板１２との対向面の全域に中間金属層２５を形成する構成を例示して説明したが、上板基板１４における支持基板１２との対向面における凹部２１を除く領域全体に中間金属層２５を形成することとしてもよい。
【００８１】
次に、本実施形態においては、支持基板１２と上板基板１４とを中間金属層２５を挟んで陽極接合することとしたが、第４変形例としては、支持基板１２および上板基板１４が互いに接合面に中間金属層２５を備え、接合工程ＳＡ３が、図１４に示すように、支持基板１２と上板基板１４とを中間金属層２５どうしの共晶接合または拡散接合により接合することとしてもよい。
【００８２】
この場合、拡散接合する場合は、接合工程ＳＡ３においてＡｕ−Ａｇ、Ａｕ−ＡｌまたはＡｕ−Ａｕの接合となるように、中間金属層形成工程ＳＡ２において適切な金属材料を用いて中間金属層２５を形成することすればよい。
【００８３】
一方、共晶接合する場合は、接合工程ＳＡ３においてＳｎ−Ａｕの接合となるように、中間金属層形成工程ＳＡ２において適切な金属材料を用いて中間金属層２５を形成することすればよい。共晶合金は、融点の異なる別々の金属・化合物どうしが両者の融点より低い一定の温度で同時に溶融または微細に混ざり合った状態で晶出するため、中間金属層としてこの共晶をなす金属材料を用いることで、支持基板１２と上板基板１４とを低温（例えば、２５０℃）で接合することができる。
【００８４】
陽極接合では、支持基板１２および上板基板１４の材料として、パイレックスガラス（登録商標）やソーダライムガラス等の可動イオンを含むガラス材料を用いなければならないが、共晶接合または拡散接合を用いることで、様々な材料を選択することができる。
【００８５】
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、一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。
【００８６】
また、上記一実施形態および変形例においては、支持基板１２の下面の全域と側面の全域あるいは貫通孔２９の内壁面２９ａの全域に周囲金属層２７を形成することとしたが、周囲金属層２７は中間金属層２５に接触する一端から支持基板１２の下面に配置される他端まで繋がっていればよく、支持基板１２の下面と側面あるいは貫通孔２９の内壁面２９ａにおいて周囲金属層２７がライン状に形成されていることとしてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
８    加圧機構
１０    サーマルヘッド
１２    支持基板
１３    積層基板
１４    上板基板
１５    発熱抵抗体
１７Ａ，１７Ｂ    電極部
２３    空洞部
２５    中間金属層
２７    周囲金属層
２９    貫通孔
１００    サーマルプリンタ（プリンタ）
ＳＡ２    中間金属層形成工程
ＳＡ３    接合工程
ＳＡ４    抵抗体形成工程
ＳＡ７    周囲金属層形成工程
ＳＢ３    周囲金属層形成工程
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2013139095.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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