(57)【要約】【課題】  製造時における基板の反りやハンドリングの問題を簡単に解消でき、さらには、基板設計の自由度も大きく、省電力化を実効することのできるサーマルヘッドを提供すること。【解決手段】  発熱素子が形成された断熱機能層２、断熱機能層２の下層に配設された放熱機能層３、および放熱機能層３の下層に配設された蓄熱機能層４からなる三層構造とし、特に、前記断熱機能層３および蓄熱機能層４は、高温焼成により形成した同一材料からなるガラス層５とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子が形成された断熱機能層、前記断熱機能層の下層に配設された放熱機能層、および前記放熱機能層の下層に配設された蓄熱機能層からなる三層構造を備えたことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記断熱機能層および蓄熱機能層は高温焼成により形成された同一材料からなるガラス層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】
前記ガラス層は熱拡散率０．２〜０．４（ｍｍ２／ｓｅｃ）の範囲の物性値であること特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低熱拡散率ガラス層を用いたサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図３に示すような、アルミナセラミック等からなるセラミック基板の上面に蓄熱層としてのガラス層が形成された二層構造のサーマルヘッド、あるいは、図４に示すような、ガラス層単層からなるサーマルヘッドが利用されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５０７１２号公報
【特許文献２】特開平０２−２００４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記二層構造のサーマルヘッドにおけるガラス層は、セラミック基板の上面にペースト状のグレーズ材を印刷し、高温焼成することで形成される。ところが、セラミック基板の材料とガラス層のグレーズ材との熱膨張係数に差があるため、高温焼成後のガラス基板に反りが発生したり、積層界面にクラックが発生する等の問題が発生していた。よって、この反り等の問題に対処すべく、ガラス層やセラミック基板の厚みや、基板の縦横の寸法比、面積比など、そのスペックを調整することで対処することとしていたが、その調整もなかなか困難であった。
【０００５】
また、ガラス層単層の構成のサーマルヘッドは、良好な印字特性を得るためには０．５ｍｍ厚以下が臨まれるが、この薄さのサーマルヘッドは製造工程における取扱時に割れが生じやすくなり、ハンドリングが難かしいという欠点があった。この問題を解決するべく、ガラス層の厚みを増やすことも検討されるが、それではサーマルヘッドの蓄熱過多による、いわゆる尾引きといわれるインクの筋等の印刷特性の劣化という別の問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、前述したような課題を解決するためになされたもので、製造時における基板の反りやハンドリングの問題を簡単に解消でき、さらには、基板設計の自由度も大きく、省電力化を実効することのできるサーマルヘッド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】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明に関するサーマルヘッドは、発熱素子が形成された断熱機能層、前記断熱機能層の下層に配設された放熱機能層、および前記放熱機能層の下層に配設された蓄熱機能層からなる三層構造を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成を備えたサーマルヘッドにおいては、放熱機能層の下層に蓄熱機能層を形成することで、断熱機能層に形成された発熱素子から離間した、熱時定数の長いところでの省電力設計が容易となる。
【０００９】
また、本発明のサーマルヘッドは、前記断熱機能層および蓄熱機能層は高温焼成により形成された同一材料からなるガラス層であることを特徴とする。
【００１０】
このような構成を備えたサーマルヘッドにおいては、放熱機能層の上下層に同じ材料のガラス層を形成することで、熱応力変形、すなわち、基板の反りの緩和を実効することができる。また、中間に配置される放熱機能層についても、熱制御容易な材料選定が可能となり、さらには、三層構造によりサーマルヘッドとしての総厚も増やせ、製造工程時におけるハンドリングも容易となる。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明のサーマルヘッドは、製造時における基板の反りやハンドリングの問題を簡単に解消でき、さらには、基板設計の自由度も大きく、省電力化を実効することができるといった優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本実施形態のサーマルヘッドの要部構成を示す断面図である。
【００１３】
本実施形態のサーマルヘッドは、発熱素子が形成された断熱機能層、前記断熱機能層の下層に配設された放熱機能層、および前記放熱機能層の下層に配設された蓄熱機能層からなる三層構造とされている。
【００１４】
前記断熱機能層および蓄熱機能層は、公知の高温焼成法により形成された同一のグレーズ材からなるガラス層であり、前記放熱機能層はセラミック層とされている。
【００１５】
前記断熱機能層としてのガラス層上面には、発熱素子、電極パターン、保護膜などが形成されている。
【００１６】
そして、断熱機能層の下層の放熱機能層においては、前記断熱機能層に形成された発熱素子で発生した熱を図示しないヒートシンク等を介して適切に放熱し、また、前記放熱機能層の下層の蓄熱機能層においては、発熱素子で発生した熱を蓄熱する。
【００１７】
本実施形態において、前記断熱機能層および蓄熱機能層を構成するガラス層として、低熱拡散率（0.2〜0.4mm2／sec）ガラスを用いる。ガラス層は前述したように層厚が薄いと製造工程において割れやすく、ハンドリングが困難であり、層厚が厚いと蓄熱過多により、印刷結果にドット潰れが発生したり、いわゆる尾引きといわれる現象が発生し易くなる。よって、その層厚は、例えば、図２に示すように、サーマルヘッド（１ドット）に１パルスが印加された際に、断熱、放熱の後、次のパルスが通電されるまでの間には、蓄熱機能層において適温に蓄熱可能となるように調整することが肝要である。
【００１８】
なお、図２には、セラミック基板の上面に蓄熱層としてのグレーズガラス層が形成された従来の二層構造のサーマルヘッド（図３参照）の温度変化（図中Ａに示すグラフ）、低熱拡散率のガラス層の膜厚が厚く、単層構造とされたサーマルヘッド（図４参照）の温度変化（図中Ｂに示すグラフ）、および、本実施形態の構成を備えた三層構造のサーマルヘッドの温度変化（図中Ｃに示すグラフ）を示している。
【００１９】
この図に示すように、図中Ａに示すグラフのサーマルヘッドは、グレーズガラス層の熱拡散率が大きいので、他の２つのサーマルヘッドに比べて発熱体の温度が、印刷に供するための温度となるまでに時間（立上り時間）を要する。つまり、通電（１パルスの印加）直後の熱応答性が劣る（断熱機能域参照）。また、放熱機能層（セラミック層）が熱を逃がすため、蓄熱過多になることは防止可能であるが、逆に、蓄熱効果も無い（蓄熱機能域参照）ことが解る。逆に、図中Ｂに示すグラフのサーマルヘッドは、低熱拡散率のガラス層単層であるため、１パルスが印加されると、発熱体の温度は瞬時に高くなるが、放熱効果が少なく、結果として蓄熱過多となるため（蓄熱機能域参照）、次の通電（１パルスの印加）により、発熱素子は必要以上に過熱してしまい、印画にドットの潰れやいわゆる尾引きが発生することが懸念される。よって、サーマルヘッドが図中Ｃのグラフのような熱応答性のバランスを示すように、ガラス層の膜厚を調整する。これに対し、図中Ｃのグラフのサーマルヘッドは、１パルスの印加によって発熱対の温度を瞬時に高くすることができ（断熱機能域参照）、放熱しすぎず、適切な蓄熱効果を得ることにより（放熱機能域・蓄熱機能域参照）、次に投入される駆動電圧を下げてエネルギーを削減することが可能となる。
【００２０】
このように、本実施形態のサーマルヘッドにおいては、前記発熱素子から離間し、熱時定数の長いところにおいて蓄熱することで、発熱素子に通電する駆動電圧を下げることが可能となり、省電力化を実現することができる。
【００２１】
また、放熱機能層の上下層に同じ材料のガラス層を形成することで、熱応力変形、すなわち、基板の反りの緩和を実効することができる。なお、放熱機能層の上下に形成される断熱機能層および蓄熱機能層の層厚は同厚に限らず、発熱させるエネルギーによってそれぞれの層厚をコントロールするものとする。これにより、サーマルヘッドの設計自由度を増やすことができる。
【００２２】
また、中間に配置される放熱機能層についても、熱制御容易な材料選定が可能となる。つまり、前記放熱機能層を構成する材料としてはセラミック材料に限らず、例えば、シリコン等の半金属材料やアルミニウム等の金属材料を用いることも可能である。
【００２３】
そして、ガラス層のみからなる構成ではなく、セラミック層からなる放熱機能層を介在させることで、製造工程時におけるハンドリングも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態におけるサーマルヘッドの要部構成を示す断面図
【図２】本発明の実施形態におけるサーマルヘッドの熱応答性を従来のサーマルヘッドとの比較において説明するためのイメージ図
【図３】一従来例のサーマルヘッドの要部構成を示す断面図
【図４】別の従来例のサーマルヘッドの要部構成を示す断面図
【符号の説明】
【００２５】
１  サーマルヘッド
２  断熱機能層
３  放熱機能層
４  蓄熱機能層
５  ガラス層
６  セラミック層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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