特開 2024-8739 サーマルヘッド及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008739

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】サーマルヘッド及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/335 20060101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

B41J2/335 101C

B41J2/335 101H

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110860

(22)【出願日】2022-07-09

(71)【出願人】

【識別番号】000113322

【氏名又は名称】東芝ホクト電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000235

【氏名又は名称】弁理士法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北澤 祐介

(72)【発明者】

【氏名】宮越 勇汰

【テーマコード（参考）】

2C065

【Ｆターム（参考）】

2C065GA01

2C065GB01

2C065JC06

2C065JC11

2C065JC13

2C065JH05

2C065JH10

2C065JH12

(57)【要約】

【課題】サーマルヘッドプリンタ等に備えられるサーマルヘッドにおいて、品質の向上及び耐久性向上を図ることを目的とする。
【解決手段】基体（１２）と、基体（１２）の主面（１２ａ）に形成された蓄熱層（１３）と、蓄熱層（１３）の上を覆うように主面（１２ａ）に形成された発熱抵抗体層（１４）と、発熱抵抗体層（１４）上に形成され、発熱抵抗体層（１４）に電流を供給する個別電極（１６ａ）及び共通電極（１６ｂ）を有する電極層（１６）と、少なくとも発熱抵抗体層（１４）及び電極層（１６）を被覆するように形成された保護被覆層（１７）と、を備えたサーマルヘッド（１０）において、基体（１２）はセラミックで形成されると共に、基体（１２）の主面（１２ａ）が物理エッチングにより処理された処理面となっている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体と、
前記基体の主面に形成された蓄熱層と、
前記蓄熱層の上を覆うように前記主面に形成された発熱抵抗体層と、
前記発熱抵抗体層上に形成され、前記発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層と、
少なくとも前記発熱抵抗体層及び前記電極層を被覆するように形成された保護被覆層と、を備え、
前記基体は、該基体の前記主面が物理エッチングにより処理された処理面であるサーマルヘッド。

【請求項2】

前記基体の前記主面の表面粗さを示すＲａ値が、前記電極層の厚さの２／３以下である、請求項１に記載のサーマルヘッド。

【請求項3】

前記基体はセラミックで形成される、請求項１または２に記載のサーマルヘッド。

【請求項4】

基体をエッチングして平坦化処理を施す工程と、
前記平坦化された基体上に蓄熱層を形成する工程と、
前記蓄熱層を覆うように前記基体上に発熱抵抗体層を形成する工程と、
前記発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層を、前記発熱抵抗体層上に形成する工程と、
少なくとも前記発熱抵抗体層及び前記電極層を被覆する保護被覆層を形成する工程と、を含むサーマルヘッドの製造方法。

【請求項5】

前記平坦化処理の工程では、前記基体の表面粗さを示すＲａ値が、前記電極層の厚さの２／３以下となるように平坦化する、請求項４に記載のサーマルヘッドの製造方法。

【請求項6】

前記基体はセラミックで形成される、請求項４または５に記載のサーマルヘッドの製造方法。

【請求項7】

基体と、
前記基体上に形成された薄ガラス層と、
前記薄ガラス層上に形成された蓄熱層と、
前記蓄熱層の上を覆うように形成された発熱抵抗体層と、
前記発熱抵抗体層上に形成され、前記発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層と、
少なくとも前記発熱抵抗体層及び前記電極層を被覆するように形成された保護被覆層と、を備えたサーマルヘッド。

【請求項8】

前記薄ガラス層は厚さが０．１０μｍ以上０．７０μｍ以下である、請求項７に記載のサーマルヘッド。

【請求項9】

前記基体はセラミックで形成される、請求項７または８に記載のサーマルヘッド。

【請求項10】

基体上に薄ガラス層を形成する工程と、
薄ガラス層上に蓄熱層を形成する工程と、
前記蓄熱層を覆うように前記基体上に発熱抵抗体層を形成する工程と、
前記発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層を、前記発熱抵抗体層上に形成する工程と、
少なくとも前記発熱抵抗体層及び前記電極層を被覆する保護被覆層を形成する工程と、
を含むサーマルヘッドの製造方法。

【請求項11】

前記薄ガラス層は印刷法により０．１０μｍ以上０．７０μｍ以下の厚さに形成される、請求項１０に記載のサーマルヘッドの製造方法。

【請求項12】

前記基体はセラミックで形成される、請求項１０または１１に記載の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】

本発明の実施形態は、サーマルヘッド及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

サーマルヘッドは、プリンタや製版機等において感熱式記録装置を構成する主要なデバイスとして用いられる。このデバイスは、例えば、レシートの出力、列車内での切符の出力、ガスの検針結果の出力等で見かけるミニプリンター、あるいはプリクラ等の写真出力、画像出力のキーコンポーネントとして用いられる。

【0003】

一般的に、この種のサーマルヘッドでは、感熱紙等の記録媒体が搬送される方向（副走査方向）に対して直交する方向（主走査方向）に、発熱抵抗体層の発熱部が並列配置され、発熱部の近傍に、それら発熱部を駆動する複数の駆動ＩＣが配置される。発熱部と駆動ＩＣは、例えば、配線基板に設けられる回路パターンによって電気的に接続される。駆動ＩＣを用いて電極及び発熱抵抗体層の発熱部に電気を供給することにより、発熱部を発熱させ、各種メディアに記録される。

【0004】

サーマルヘッドの構成の一つとして、アルミナ等のセラミック製の基体上に、グレーズ層を形成したものを支持基体としたものがある。ここで、発熱抵抗体層、アルミニウム等の電極層をスパッタ法や印刷法等の形成法によって積層形成した後、写真食刻法を通すことによって複数の対となる発熱抵抗体層の発熱部と電極を一線上に形成する。そして、発熱抵抗体層および電極の必要部位のみに保護被覆層をスパッタ法等の薄膜形成法やペーストを利用した厚膜印刷法で形成する。

【0005】

サーマルヘッドは発熱抵抗体層の発熱部からの発熱を利用するデバイスであるので、発熱抵抗体層の下の蓄熱層の影響を大きく受ける。蓄熱層の役割は、発熱した発熱抵抗体層の発熱部の熱を利用し、効率良く次の印画点への発熱を促すことである。しかしながら、逆に熱が下がらない場合には、印画においては尾引き、にじみ等、前の印画点の発熱を次の印画点まで持ち込んでしまう。したがって、適度な蓄熱と急峻な熱低下という、相反する要求を同時満たす必要がある。

【0006】

そのため、蓄熱層についてはサーマルヘッドの用途別に様々な開発が行われている。主に、グレーズ構造には、基体上の主面全体にグレーズ層を配置する全面グレーズ構造と、発熱抵抗体層直下や平坦性を要求される部位のみにグレーズ層を配置する部分グレーズ構造とがあり、用途に応じてこれらの構造が用いられる。さらに、まず全面にグレーズ層を配置し、さらに発熱抵抗体層直下だけに部分的にグレーズ層を配置するグレーズ構造等が用いられる場合もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０―１７３１２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、部分グレーズ構造では、電極を配置するセラミック等の基体表面の凹凸によって、その上に形成される電極が下面形状の影響を直接的に受ける。従って、電極に欠陥が入りやすいことや、電極を保護するための保護被覆層を形成した場合には、その微小な隆起を被覆しきれず保護被覆に粒界ができ、その粒界を介して腐食性物質が侵入し、電極が破壊するという問題があった。

【0009】

本発明は上述の事情によりなされたもので、サーマルヘッドの基体の主面上に形成される電極層及び発熱抵抗体層等の破壊あるいは腐食を防ぎ、耐久性及び品質を高く維持することができるサーマルヘッド及びその製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、一実施形態に係るサーマルヘッドは、基体と、基体の主面に形成された蓄熱層と、蓄熱層の上を覆うように主面に形成された発熱抵抗体層と、発熱抵抗体層上に形成され、発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層と、少なくとも発熱抵抗体層及び電極層を被覆するように形成された保護被覆層と、を備える。基体は、該基体の主面が物理エッチングにより処理された処理面である。

【0011】

また、一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法は、基体をエッチングして平坦化処理を施す工程と、平坦化された基体上に蓄熱層を形成する工程と、蓄熱層を覆うように基体上に発熱抵抗体層を形成する工程と、を含む。さらに、該方法は、発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層を、発熱抵抗体層上に形成する工程と、少なくとも発熱抵抗体層及び前記電極層を被覆する保護被覆層を形成する工程と、を含む。

【0012】

また、一実施形態に係るサーマルヘッドは、基体と、基体上に形成された薄ガラス層と、薄ガラス層上に形成された蓄熱層と、蓄熱層の上を覆うように形成された発熱抵抗体層と、を備える。さらに、サーマルヘッドは、発熱抵抗体層上に形成され、発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層と、少なくとも発熱抵抗体層及び電極層を被覆するように形成された保護被覆層と、を備える。

【0013】

さらに、一実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法は、基体上に薄ガラス層を形成する工程と、薄ガラス層上に蓄熱層を形成する工程と、蓄熱層を覆うように基体上に発熱抵抗体層を形成する工程と、を含む。さらに、該方法は、発熱抵抗体層に電流を供給する個別電極及び共通電極を有する電極層を、発熱抵抗体層上に形成する工程と、少なくとも発熱抵抗体層及び電極層を被覆する保護被覆層を形成する工程と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係るサーマルヘッドを備えたサーマルヘッドプリンタの印刷部分の縦断面略図である。

【図2】図１のサーマルヘッドの拡大図（図３のＩＩ－ＩＩ断面拡大図）である。

【図3】図２のサーマルヘッドの一部を切除して示す部分平面図である。

【図4】図２のサーマルヘッドの発熱部近傍の拡大縦断面図である。

【図5】図１のサーマルヘッドの製造方法を示すフロー図である。

【図6】図１のサーマルヘッドの製造過程状態を時系列で示す概略断面図である。

【図7】ドライエッチング時間と基体の表面粗さとの関係を示すグラフである。

【図8】図７で示したドライエッチング時間と基体の表面粗さとの関係を示す表である。

【図9】電極層の厚みと基体の表面粗さＲａ値との比率を変化させた場合における通電試験の結果を示す表である。

【図10】電極層の厚みと基体の表面粗さＲａ値との比率を変化させて製造したサーマルヘッドに対し、高温高湿雰囲気（温度６０℃、湿度９０％）において時間経過に伴う腐食の発生率を示す表である。

【図11】第２の実施形態に係るサーマルヘッドの発熱部近傍の拡大縦断面図である。

【図12】図１１のサーマルヘッドの製造方法を示すフロー図である。

【図13】図１１のサーマルヘッドの製造過程状態を時系列で示す概略断面図である。

【図14】薄ガラス層の厚みの変化に対するその表面粗さＲａ値の変化を示す表である。

【図15】薄ガラス層の厚みを変化させて製造したサーマルヘッドに対し、通電試験の結果を示す表である。

【図16】薄ガラス層の厚みを変化させて製造したサーマルヘッドに対し、高温高湿雰囲気（温度６０℃、湿度９０％）において時間経過に伴う腐食の発生率を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は例示であり、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。また、図面は模式的なものであり、寸法等は現実のものとは異なる。
図１～図１１は第１の実施形態を示し、これらの図面に基づいて第１の実施形態に係るサーマルヘッド及びその製造方法を説明する。

【0016】

図１は、サーマルヘッド１０を備えたサーマルヘッドプリンタ１の印刷部分の縦断面略図であり、矢印Ｙは感熱紙５等の用紙搬送方向を示す。図１において、サーマルヘッドプリンタ１の用紙出口１ａ近傍に、プラテンローラ３及びサーマルヘッド１０が略上下に対向配置される。プラテンローラ３は円柱形をしており、用紙搬送方向Ｙと直交する方向に延びる回転軸３ａを中心に矢印Ｒ方向に回転する。サーマルヘッド１０は、用紙搬送方向Ｙの搬送下流側の端部に多数の発熱部１５を有する。サーマルヘッド１０はばね（図示せず）等の付勢手段により、用紙搬送方向Ｙの搬送下流側の端部がプラテンローラ３側に付勢される。これにより、発熱部１５がプラテンローラ３の外周面に押し付けられる。感熱紙５は、給紙部（図示せず）からプラテンローラ３の外周面と発熱部１５との間に供給され、通電により発熱している発熱部１５の上に位置する印画媒体である感熱紙の画素が感熱して着色する。
なお、本発明では、印画媒体が感熱紙である場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、インクリボン等を用いて印画媒体に印刷するように構成されてもよい。

【0017】

図２はサーマルヘッド１０の拡大縦断面図である。図２において、サーマルヘッド１０は、放熱板１１と、該放熱板１１の上に接着剤で固着された絶縁性の基体１２と、基体１２の主面１２ａの用紙搬送方向Ｙの搬送下流側の端部付近に形成された蓄熱層（部分グレーズ層）１３とを備えて構成される。さらに、サーマルヘッド１０は、発熱抵抗体層１４と、発熱抵抗体層１４の上面に形成された個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂからなる電極層１６と、電極層１６の上面を覆うように形成された保護被覆層１７とを備えて構成される。ここで、該発熱抵抗体層１４は、蓄熱層１３の上面を覆うと共に基体１２の主面１２ａに亘って形成される。また、発熱抵抗体層１４のうち、蓄熱層１３の頂部及びその近傍を覆う部分が上述の発熱部１５となる。なお、基体１２の「主面１２ａ」とは、表面のうち、積層物等が実装される面（処理面）のことを言う。

【0018】

個別電極１６ａは、発熱部１５に対して用紙搬送方向Ｙの搬送上流側に位置すると共に、用紙搬送方向Ｙの搬送上流側へと延びている。共通電極１６ｂは、発熱部１５に対して用紙搬送方向Ｙの搬送下流側に位置する。さらに、サーマルヘッド１０は、放熱板１１の用紙搬送方向Ｙの搬送上流側の部分に形成された段差面１１ｂに固着された回路基板１８と、回路基板１８の用紙搬送方向Ｙの下流側の部分に設けられた駆動ＩＣ２０とが実装される。さらに、サーマルヘッド１０は、回路基板１８上に形成された配線パターン２１と、回路基板１８の用紙搬送方向Ｙの搬送上流側の端部に設けられたコネクタ２３とが実装される。

【0019】

駆動ＩＣ２０は、ボンディングワイヤ３１により個別電極１６ａに電気的に接続されると共に、別のボンディングワイヤ３２により配線パターン２１に電気的に接続される。駆動ＩＣ２０及び両ボンディングワイヤ３１，３２は封止樹脂２４により封止され、外部から保護される。

【0020】

図３は一部の部材を切除して示すサーマルヘッド１０の平面図である。図３において、用紙搬送方向Ｙと直交する矢印Ｘ方向は、サーマルヘッド１０の主走査方向と一致し、用紙搬送方向Ｙは副走査方向と一致する。図３において、基体１２は主走査方向Ｘに長く延びる長方形状に形成される。多数の発熱部１５及び個別電極１６ａは主走査方向Ｘに所定間隔で配設され、各個別電極１６ａはボンディングワイヤ３１を介して駆動ＩＣ２０に電気的に接続される。共通電極１６ｂは主走査方向Ｘに所定間隔で形成された多数の枝部分を有する櫛形に形成され、各枝部分が各個別電極１６ａに対し副走査方向Ｙに間隔ｄで対向配置される。

【0021】

図４はサーマルヘッド１０の発熱部１５及びその近傍の拡大縦断面図である。図４において、放熱板１１は、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で形成された平板である。基体１２は、アルミナ等のセラミックにより形成され、耐熱性のある接着剤によって放熱板１１の上面に接着される。基体１２の上端の主面１２ａは、薬液を使用しないドライエッチング等による物理エッチング処理が施される処理面である。本実施形態では、電極層１６の厚みが０．７５μｍの場合、主面１２ａの表面粗さＲａ値が０．７０μｍ以下となるように物理エッチング処理される。すなわち、電極層１６の厚みの１４／１５の表面粗さとなるように形成される。好ましくは、電極層１６の厚みが０．７５μｍの場合、主面１２ａの表面粗さＲａ値が０．５０μｍ以下となるように物理エッチング処理される。すなわち、電極層１６の厚みの２／３の表面粗さとなるように形成される。

【0022】

基体１２の主面１２ａに形成された蓄熱層１３は、いわゆる部分グレーズ層でありガラス（ＳｉＯ_２）を主成分とする断熱層である。たとえば、ガラス粉末を含むペースト状のグレーズ材１３ｐ（図６（ｃ）参照）を焼成することにより形成される。

【0023】

発熱抵抗体層１４は、例えばＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＮｂＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ系の発熱抵抗材料を含むサーメット膜であり、スパッタリング法を用いて蓄熱層１３の上面に積層形成されると共に、蓄熱層１３以外の領域では主面１２ａ上に直接的に形成される。

【0024】

個別電極１６ａと共通電極１６ｂとは、低い山形の蓄熱層１３及び発熱抵抗体層１４の頂上部において、上述のように用紙搬送方向Ｙに所定間隔ｄでそれぞれ対向配置される。ここで、発熱抵抗体層１４の間隔ｄに対応する部分が発熱部１５を構成し、個別電極１６ａと共通電極１６ｂとの間に電圧を印加した時に、間隔ｄに対応する領域の発熱部１５に電流が通って（通電し）、発熱部１５が発熱する。

【0025】

［第１の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法］
図５及び図６により、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１０の製造方法において、基体（基板）１２の主面１２ａ上に積層構造物を形成する工程及びその前工程を簡単に説明する。

【0026】

図５は、基体１２の主面１２ａ上に積層構造物を順次形成する工程及びその前工程を示すフロー図である。図５に示すように、ステップＳ１では、主面１２ａを含む基体１２の表面に薬液を用いないドライエッチング処理を施し、基体１２の表面粗さＲａ値が、０．７０μｍ以下（電極層１６の厚みの１４／１５以下）となるように形成し、次のステップＳ２へと進む。好ましくは電極層１６の厚みの２／３以下（０．５０μｍ以下）となるように形成する。

【0027】

ステップＳ２は蓄熱層（部分グレーズ層）１３の形成工程である。ステップＳ２では、基体１２の主面１２ａに、ガラスを主成分とするペースト状のグレーズ材１３ｐ（後述する図６（ｃ）参照）を堆積して焼成する。これにより、低い山形の蓄熱層１３が形成され、次のステップＳ３へと進む。

【0028】

ステップＳ３は発熱抵抗体層１４の形成工程である。ステップＳ３では、例えばＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴｉＳｉＣＯ系の抵抗体材料をスパッタリング法により蓄熱層１３の上面及び蓄熱層１３以外の領域の主面１２ａの上面に積層形成し、次のステップＳ４へと進む。

【0029】

ステップＳ４は電極層１６の形成工程である。ステップＳ４では、たとえば上述の発熱抵抗体層１４上にスパッタリング法を用いて電極層を形成する。次に、該電極層をフォトリソグラフィ技術等により個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂをパターニングする。これにより、蓄熱層１３及び主面１２ａに発熱抵抗体層１４と共に電極層１６が形成され、次のステップＳ５へと進む。

【0030】

ステップＳ５は保護被覆層１７の形成工程である。ステップＳ５では、発熱抵抗体層１４及び電極層１６の上面に保護被覆層用のガラスペーストをスクリーン印刷等で添着させる。そして、このガラスペーストを焼成させることにより該ガラスペーストを固める。

【0031】

図６は、基体１２の主面１２ａのドライエッチング時の状態や、蓄熱層１３の形成時の状態を時系列で示す断面略図である。図６（ａ）は主面１２ａの表面粗さＲａ値が０．８０又はそれ以上の状態のときのドライエッチング処理前の基体１２を図示している。図６（ｂ）はドライエッチング処理中の基体１２を図示し、イオンＥが主面１２ａに衝突することにより平坦化が進行し、主面１２ａの表面粗さＲａ値が図６（ａ）の時よりも平坦となった状態を示している。図６（ｃ）は主面１２ａの表面粗さＲａ値が０．７０μｍ以下又は０．５０μｍ以下の状態となった基体１２を図示し、その上に直方体形状又は立方体形状の蓄熱層１３用のガラスを主成分とするペースト状のグレーズ材１３ｐを堆積した状態を示している。図６（ｄ）は図６（ｃ）で形成されたグレーズ材１３ｐを１２００℃で焼成することにより、直方体形状又は立方体形状のグレーズ材１３ｐが丸い山形の形状となり蓄熱層（部分グレーズ層）１３が形成される状態を示している。図６（ｅ）は発熱抵抗体層１４，個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂからなる電極層１６，及び保護被覆層１７を順に積層した状態を示している。

【0032】

［実施例，比較例及び評価試験］
図７～図１０は、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１０の実施例及びそれに対する各種品質試験の評価を示す。実施例としてドライエッチング処理された複数の基体１２を作成し、それらとドライエッチング処理していない従来の基体１２とを準備し、通電試験のＮＧ並びに時間経過に伴う腐食発生の状況を比較検討した。

【0033】

（実施例１）
種々の表面粗さＲａ値を有する実施例１のサーマルヘッド１０を以下のように作成した。

【0034】

個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂの厚みを０．７５μｍとし、基体１２となるアルミナ等セラミック基板をドライエッチング装置（たとえばサムコ社ＲＩＥ－１０）に設置した。次に、反応ガスＣＦ４雰囲気×３ｋｗのパワーとし、ドライエッチング装置内でのプラズマ印加時間をそれぞれ変更することによって、基体１２の表面粗さＲａ値が０．２０μｍ，０．３０μｍ，０．５０μｍ，０．６０μｍ，０．７０μｍとなる５種類の基体１２を準備した。併せて、従来例としてドライエッチング処理を施していない基体１２を準備した。

【0035】

図７及び図８は、ドライエッチング時間に対する基体１２の表面粗さＲａ値の変化を示すグラフ及び表である。図７及び図８において、ドライエッチング処理前の表面粗さＲａ値が０．８０μｍの基体１２をドライエッチング処理した場合、ドライエッチング時間が長くなるに従い表面粗さＲａ値が小さくなることを示す。すなわち、ドライエッチング時間が１０分の場合はＲａ値＝０．７２μｍまで低下し、ドライエッチング時間が２０分の場合はＲａ値＝０．７０μｍまで低下する。また、ドライエッチング時間が３０分の場合はＲａ値＝０．６７μｍまで低下し、ドライエッチング時間が４０分の場合はＲａ値＝０．６６μｍまで低下する。さらに、ドライエッチング時間が５０分の場合はＲａ値＝０．６０μｍまで低下し、ドライエッチング時間が６０分の場合はＲａ値＝０．５３μｍまで低下する。またさらに、ドライエッチング時間が７０分の場合はＲａ値＝０．５０μｍまで低下し、ドライエッチング時間が８０分の場合はＲａ値＝０．４４μｍまで低下する。またさらに、ドライエッチング時間が９０分の場合はＲａ値＝０．３０μｍまで低下し、ドライエッチング時間が１００分の場合はＲａ値＝０．２０μｍまで低下する。

【0036】

図９は電極層の厚みと基体の表面粗さＲａ値との比率を変化させた場合における通電試験の結果を示す表である。また、図１０は電極層の厚みと基体の表面粗さＲａ値との比率を変化させて製造したサーマルヘッドに対し、高温高湿雰囲気（温度６０℃、湿度９０％）において時間経過に伴う腐食の発生率を示す表である。すなわち、図９では通電試験のＮＧの割合が示され、図１０では高温高湿雰囲気下の保存（放置）経過時間による腐食発生の割合が示されている。

【0037】

図７及び図８に示された表面粗さＲａ値とドライエッチング時間の関係性を利用して、所望の表面粗さＲａ値の基体１２を作成した。具体的には、表面粗さ０．８０の基体１２にかけるドライエッチング時間を変更することにより、所望の表面粗さＲａ値を有する基体１２を作成する。ここで、所望の表面粗さＲａ値が、０．２０μｍ，０．３０μｍ，０．５０μｍ，０．６０μｍ，０．７０μｍの５種類の基体１２を作成した。さらに、表面粗さＲａ値が０．８０μｍの従来例とした基体１２を追加して図９及び図１０に示す各比較実験を行った。

【0038】

なお、図９に示すように、個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂは厚さ０．７５μｍであるので、電極厚みとＲａ値とのレート比は次のような値となる。すなわち、Ｒａ値が０．２０μｍの場合は４／１５（０．２６７）となる。Ｒａ値が０．３０μｍの場合は２／５（０．４００）となる。Ｒａ値が０．５０μｍの場合は２／３（０．６６７）となる。Ｒａ値が０．６０μｍの場合は４／５（０．８００）となる。Ｒａ値が０．７０μｍの場合は１４／１５（０．９３３）となる。ここで、従来例としてのＲａ値が０．８０μｍの場合は１６／１５（１．０６７）となる。

【0039】

なお、本実施形態では、基体表面上の平坦性を向上させる（凹凸解消）手段としてドライエッチング装置（上述のＲＩＥ）を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本実施形態と同様のエッチングレートが得られるのであれば、成膜装置の逆スパッタなどのドライエッチングなどの手段を用いてよいし、エッチングガスについても本実施形態と同様の効果が得られるのであれば、ガスの種類についても本実施形態に記載したガス以外のガスを用いてもよい。

【0040】

上述したような５つの異なる条件で作成した５種類の基体１２並びに従来品である基体１２を用いて、主面１２ａに蓄熱層１３となるスペースト状のグレーズ材１３ｐを図６（ｃ）のように配置した。ここで、グレーズ材１３ｐは、その後形成される発熱抵抗体層１４の発熱部１５の直下となるように位置される。また、グレーズ材１３ｐの凸部の高さは焼成後４０μｍの高さとなるように、スクリーン印刷法で形成し、１２００℃以上の焼成を経て、図６（ｄ）に示すように蓄熱層（部分グレーズ層）１３として配置された基体１２を作成した。

【0041】

その後、蓄熱層１３を形成した基体１２を用いて、図６（ｅ）に示すように発熱抵抗体層１４を形成する。次に、発熱抵抗体層１４上に０．７５μｍの厚さとなるように調整された電極層１６を形成する。次に、写真食刻法（フォトエングレービング）で基体１２の主面１２ａに個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂの櫛部分と発熱抵抗体層１４の発熱部１５が複数並ぶパターンを作成した。

【0042】

なお、本実施形態では、サーマルヘッド１０は、発熱部１５の列（印字長）の長さが１０５ｍｍであり、その間に１２４８個の発熱部１５が並ぶ３００ｄｐｉのパターンとなるように構成された。その後、発熱抵抗体層１４を含む一部個別電極１６ａ，共通電極１６ｂが露出する以外の部分を保護被覆層１７で被覆した。

【0043】

その後、放熱板１１上で発熱部１５等のパターンが形成された基体１２と回路基板１８とを実装（合体）させる。次に、発熱抵抗体層１４をそれぞれ操作するための駆動ＩＣ２０を配置した。次に、駆動ＩＣ２０と個別電極１６ａとをボンディングワイヤ３１で結線すると共に、駆動ＩＣ２０と回路基板１８とをボンディングワイヤ３２で結線した。さらに、ボンディングワイヤ３１，３２と駆動ＩＣ２０を封止樹脂２４で封止し、コネクタ２３等の部品をつけて５種類の基体１２を使用したサーマルヘッド１０が製造された。

【0044】

製造された５種類のサーマルヘッド１０及び従来品であるサーマルヘッド１０の品質評価を実施した。詳細には、電極パターンの正当性及び欠陥性を確認するための通電試験（図９の表）と、腐食進行を検証するための温度６０℃、湿度９０％雰囲気の高温高湿炉での保存試験（図１０の表）を実施した。

【0045】

具体的には、電極パターンの正当性及び欠陥を確認するための通電試験では従来品を含む全６種類の基体１２をそれぞれ１０本毎に試験して評価した。結果として、図９に示すように、グレーズ層がない部位の基体１２の主面１２ａのＲａ値が所定の値となるようにドライエッチング処理された基体１２では、いずれも全数において通電異常は見られなかった。すなわち、各１０個のうち、いずれにも通電ＮＧは生じなかった。なお、所定の値は、０．７０μｍ（電極厚の１４／１５），０．６０μｍ（電極厚の４／５），０．５０μｍ（電極厚の２／３），０．３０μｍ（電極厚の２／５），及び０．２０μｍ（電極厚の４／１５）の値である。一方、ドライエッチング処理を施していないＲａ値が０．８０の従来品では、１０個のうち３個の断線が確認された。

【0046】

次に、高温高湿試験では、温度６０℃、湿度９０％雰囲気下に各製品を投入し、１００時間毎に腐食発生の有無を確認した。

【0047】

結果として、図１０に示すように、ドライエッチング処理済の基体１２を用いたサーマルヘッド１０では、Ｒａ値が０．２０μｍ，０．３０μｍ，０．５０μｍ，０．６０μｍ，０．７０μｍのいずれの基体１２を備えたサーマルヘッド１０においても、５００時間完了までは、腐食等欠陥からのダメージが見られなかった。

【0048】

一方、Ｒａ値０．８０μｍの基体１２を使用した従来品では、保護被覆層１７による被覆が不十分な箇所から腐食性物質の侵入による腐食が、２００時間の時点で２個確認された。これは、主面１２ａの凹凸を拾って成長した個別電極１６ａ，共通電極１６ｂの表面の凹凸や、該凹凸上に形成された保護被覆層１７が個別電極１６ａ，共通電極１６ｂの凸凹部が反映されたことによるものだと考えられる。

【0049】

この結果から、グレーズ層が配置されていない基体１２の主面１２ａのドライエッチング効果を確認することができた。

【0050】

（実施例２）
実施例１に引き続き、基体１２の主面１２ａのドライエッチング処理が特性に影響があるかどうかについて、実施例１の高温高湿試験を１０００時間まで継続し、腐食の進行をさらに確認した。

【0051】

その結果、基体１２の主面１２ａのＲａ値が、０．２０μｍ，０．３０μｍ及び０．５０μｍまでの基体１２では腐食の発生が見られなかった。しかしながら、Ｒａ値が０．６０μｍの基体１２では８００時間経過時の検査で１０個のうち、１個の腐食が確認された。さらに、Ｒａ値が０．７０μｍの基体１２では、６００時間経過時の検査において、１０個のうち、２個の腐食が確認された。本試験で採用した電極厚みが０．７５μｍであることを勘案すると、電極層１６の下層にある基体１２のグレーズ層が配置されていない部位の表面粗さＲａ値は、電極厚みに対して、Ｒａ値を２／３以下とすることにより、保護被覆層１７や発熱抵抗体層１４等の欠陥をさらに抑制できることを確認した。

【0052】

［第１の実施形態の作用及び効果］
以上説明したように本実施形態によれば、基体１２の主面１２ａをドライエッチング等の物理エッチング処理により平坦化するので、基体１２の主面１２ａの表面粗さを改善し、基体１２の主面１２ａの凸凹部を低減でき平坦化することができる。これにより、厳しい条件での長期の使用に対し、サーマルヘッド１０の電極層及び発熱抵抗体層等の破壊あるいは腐食を防ぎ、サーマルヘッドの耐久性及び品質を向上させることができる。

【0053】

また、基体１２の主面１２ａの凹凸に起因して、形成される個別電極１６ａ，共通電極１６ｂの欠陥や、保護被覆層１７に形成される粒界に対しても、基体１２の主面１２ａの表面粗さＲａ値を電極厚みの２／３以下までエッチング処理をすることにより、製品欠陥等をさらに低減することができる。

【0054】

また、ケミカルエッチングでは基体１２の主面１２ａから薬液の浸食が懸念される。これに対して、主面１２ａをドライエッチング等の物理エッチングで加工するので、主面１２ａの突起に集中してイオン衝撃を与えてエッチングことができ、薬液が浸食することなしに表面突起を平坦化することができる。

【0055】

また、基体１２の表面粗さＲａ値を電極厚みの２／３以下とするので、平坦性をさらに向上させることができ、より信頼性の高い製品を供給することが可能となる。

【0056】

［第２の実施形態］
図１１～図１６は第２の実施形態を示しており、これらの図面に基づいて第２の実施形態に係るサーマルヘッド１０及びその製造方法を説明する。上述した第１の上述実施形態と比較すると、エッチング処理を用いて基体１２の平坦化処理を行う代わりに、基体１２上に薄ガラス層５０を堆積して平坦化処理を行うことが相違する。

【0057】

基体１２の主面１２ａに形成される薄ガラス層５０に関連する構成以外は、第１の実施形態に係るサーマルヘッド１０及びその製造方法と同じであるので、同じ部品等には同じ番号を付している。

【0058】

図１１は第２の実施形態に係るサーマルヘッド１０の発熱部近傍の拡大縦断面図である。図１１において、基体１２は、アルミナ等のセラミックにより形成され、耐熱性のある接着剤によって放熱板１１の上面に接着される。基体１２の上端の主面１２ａには、蓄熱層１３を形成する前に、印刷法により厚さが０．１０μｍ以上０．７０μｍ以下の薄ガラス層５０が形成される。

【0059】

厚さが０．１０μｍ以上０．７０μｍ以下の薄ガラス層５０の上面５０ａに蓄熱層１３が形成される。この蓄熱層１３は、部分グレーズ層であって、ガラス（ＳｉＯ_２）を主成分とする断熱層であり、ガラス粉末を含むペースト状のグレーズ材１３ｐを焼成することにより形成される。

【0060】

発熱抵抗体層１４は、例えばＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴｉＳｉＣＯ系の抵抗材料を含むサーメット膜であり、スパッタリング法を用いて蓄熱層１３の上面に積層形成されると共に、蓄熱層１３以外の領域では薄ガラス層５０の上面５０ａに形成される。発熱抵抗体層１４をパターニングすることで、発熱抵抗体層１４を構成する回路パターンが形成される。

【0061】

個別電極１６ａと共通電極１６ｂとは、低い山形の蓄熱層１３及び発熱抵抗体層１４の頂上部において、上述のように用紙搬送方向Ｙに所定間隔ｄでそれぞれ対向配置される。ここで、発熱抵抗体層１４の間隔ｄに対応する部分が発熱部１５を構成し、個別電極１６ａと共通電極１６ｂとの間に電圧を印加した時に、間隔ｄに対応する領域の発熱部１５に電流が通って（通電し）、発熱部１５が発熱する。

【0062】

［第２の実施形態に係るサーマルヘッドの製造方法］
図１２及び図１３により、第２の実施形態に係るサーマルヘッド１０の製造方法において、基体１２上に積層構造物を形成する工程及びその前工程を簡単に説明する。図１２は図１１のサーマルヘッド１０の製造方法を示すフロー図である。ここで、基体１２上に積層構造物を順次形成する工程及びその前工程を示す。

【0063】

図１２のステップＳ１では、まず、後述する蓄熱層１３を形成する前に、印刷法により、基体１２の主面１２ａに、厚さが０．１０μｍ以上０．７０μｍ以下の薄ガラス層５０を形成する。そして、次のステップＳ２へと進む。

【0064】

ステップＳ２は蓄熱層１３の形成工程である。ステップＳ２では、厚さが０．１０μｍ以上０．７０μｍ以下の薄ガラス層５０の上面５０ａに、ガラスを主成分とするペースト状のグレーズ材１３ｐ（図１３（ｃ）参照）を堆積し、焼成することにより、低い山形の蓄熱層１３を形成し、次のステップＳ３へと進む。

【0065】

ステップＳ３は発熱抵抗体層１４の形成工程である。ステップＳ３では、例えばＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴｉＳｉＣＯ系の抵抗体材料をスパッタリング法により蓄熱層１３の上面及び蓄熱層１３以外の領域の薄ガラス層５０の上面５０ａに積層形成し、次のステップＳ４へと進む。

【0066】

ステップＳ４は電極層１６の形成工程である。ステップＳ４では、たとえば上述の発熱抵抗体層１４上にスパッタリング法を用いて電極層を形成する。次に、該電極層をフォトリソグラフィ技術等により個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂをパターニングする。これにより、蓄熱層１３及び主面１２ａに発熱抵抗体層１４と共に電極層１６を形成し、次のステップＳ５へと進む。

【0067】

ステップＳ５は保護被覆層１７の形成工程である。ステップＳ５では、発熱抵抗体層１４及び電極層１６の上面に保護被覆層用のガラスペーストをスクリーン印刷等で添着させる。そして、このガラスペーストを焼成させることにより該ガラスペーストを固める。

【0068】

図１３は図１１のサーマルヘッド１０の製造過程状態を時系列で示す概略断面図である。ここで、基体１２の主面１２ａに薄ガラス層５０を形成する工程や、蓄熱層１３の形成工程を時系列で示している。図１３（ａ）は主面１２ａの表面粗さＲａ値が０．８０又はそれ以上の状態のときの薄ガラス層５０を堆積する前の基体１２を図示している。図１３（ｂ）は薄ガラス層５０を堆積した状態の基体１２を図示している。ここでは、薄ガラス層５０の上面５０ａの表面粗さＲａ値が、薄ガラス層形成前の基体１２の主面１２ａよりも平坦となった状態が示されている。図１３（ｃ）は薄ガラス層５０の上面５０ａの上に直方体形状又は立方体形状の蓄熱層１３用のガラスを主成分とするペースト状のグレーズ材１３ｐを堆積した状態を図示している。図１３（ｄ）は図１３（ｃ）で形成されたグレーズ材１３ｐを１２００℃で焼成することにより、直方体形状又は立方体形状のグレーズ材１３ｐが丸い山形の形状となり蓄熱層（部分グレーズ層）１３が形成される状態を示している。図１３（ｅ）は発熱抵抗体層１４，個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂからなる電極層１６，及び保護被覆層１７を順に積層した状態を示している。

【0069】

［実施例，比較例及び各種評価試験］
図１４～図１６は、第２の実施形態に係るサーマルヘッド１０の実施例及びそれによる各種品質の評価を示す。実施例として薄ガラス層を堆積した複数の基体１２を作成し、それらと薄ガラス層を堆積していない従来の基体１２とを準備し、通電試験のＮＧ並びに時間経過に伴う腐食発生の状況を比較検討した。

【0070】

図１４は薄ガラス層の厚みの変化に対するその表面粗さＲａ値の変化を示す表である。図１５は薄ガラス層の厚みを変化させて製造したサーマルヘッドに対し、通電試験の結果を示す表である。図１６は薄ガラス層の厚みを変化させて製造したサーマルヘッドに対し、高温高湿雰囲気（温度６０℃、湿度９０％）において時間経過に伴う腐食の発生率を示す表である。

【0071】

（実施例）
種々の表面粗さＲａ値を有するサーマルヘッド１０を以下のように作成した。

【0072】

まず、基体１２となるアルミナ等セラミック基板上に、粘度１６０ｋｃｐｓのガラスペーストをスクリーン印刷した。

【0073】

その後、スクリーンと基体１２の間に０．１ｍｍ前後のスペーサを挟み、厚みの調整を実施した基体１２を１２００℃の焼成炉で焼成した。製造された基体１２の薄ガラス層５０は、図１４に示すように、平均値でそれぞれ０．１１μｍ，０．３４μｍ，０．６２μｍ，０．７０μｍの４種類の製品となった。本実施形態では、薄ガラス層５０の形成において、粘度１６０ｋｃｐｓのガラスペーストを用いて形成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、薄ガラス層５０が所望の厚みが得られるのであれば、ガラスペーストの粘度や焼成温度は適宜変更してもよい。

【0074】

また、図１４に示すように、それぞれの平坦性を示す表面粗さＲａ値は、０．２０μｍ，０．２３μｍ，０．３１μｍ，０．５０μｍとなり、従来例の基体１２のＲａ値＝０．８０μｍに対して優位な平坦性を得ることが確認された。

【0075】

次に、基体１２の主面１２ａに形成した薄ガラス層５０の上面５０ａに、蓄熱層１３となるガラスを主成分とするペースト状の粘度１９０ｋｃｐｓを有するグレーズ材１３ｐをスクリーン印刷法で配置した。蓄熱層１３用のグレーズ材１３ｐは、その後形成される発熱抵抗体層１４の発熱部１５の直下となるように位置し、かつ、グレーズ材１３ｐの凸部の高さは焼成後４０μｍの高さとなるように調整される。

【0076】

その後、焼成炉で１２００℃の高温で焼成し、部分的なグレーズ材１３ｐが蓄熱層１３として配置された基体を作成した。

【0077】

次に、蓄熱層１３を形成した基体１２を用いて、発熱抵抗体層１４を形成し、発熱抵抗体層１４上に０．７５μｍ厚となるよう調整された個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂを形成する。さらに、写真食刻法（フォトエングレービング）を用いて基体１２の主面１２ａの薄ガラス層５０の上面５０ａに、一対の個別電極１６ａ，共通電極１６ｂと発熱抵抗体層１４の発熱部１５が複数並ぶパターンを作成した。

【0078】

本実施形態では、サーマルヘッド１０は、発熱部１５の列（印字長）の長さが１６０ｍｍであり、その間に１８９２個の発熱部１５が並ぶ３００ｄｐｉのパターンとなるように構成された。その後、発熱抵抗体層１４を含む一部個別電極１６ａ，共通電極１６ｂが露出する以外の部分を保護被覆層１７で被覆した。

【0079】

その後、発熱抵抗体層１４を含む、一部個別電極１６ａ等を露出する以外の部分を、保護被覆層１７で被覆した。

【0080】

その後、放熱板１１（図２参照）上で、基体１２と回路基板１８を合体させ、基体１２上の発熱抵抗体層１４をそれぞれ操作するための駆動ＩＣ２０を配置する。次に、ボンディングワイヤ３１で個別電極１６ａと駆動ＩＣ２０とを結合し、また、駆動ＩＣ２０と回路基板１８の配線パターン２１とをボンディングワイヤ３２で結束する。最後に、駆動ＩＣ２０及びボンディングワイヤ３１，３２を封止樹脂２４で封止し、コネクタ２３等の部品をつけてサーマルヘッド１０が製造された。

【0081】

図１５に示すように、上述した製造方法により製造されたサーマルヘッド１０は、薄ガラス層５０の厚みが、０．１１μｍ，０．３４μｍ，０．６２μｍ，０．７０μｍのいずれの場合でも、その上に配置された個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂには電極パターンに欠陥は見られなかった。

【0082】

次に、上述した効果を検証するため、通電試験と高温高湿試験とを実施した。通電試験では、図１５に示すように、本実施形態に係る４種類の製品だけでなく、従来の基体（未処理品）１２についても、通電での電極断線は見られなかった。

【0083】

また、第２の実施形態に係る製造方法に従って形成した１０個のサーマルヘッド１０と、比較対象となる１０個の従来品を用いて、温度６０℃、湿度９０％雰囲気の高温高湿炉で５００時間の保存試験を実施した。

【0084】

図１６に示すように、５００時間経過での結果は、従来品１０個のうち２個の腐食発生があったのに対し、第２の実施形態に係る基体１２を使用したサーマルヘッド１０では、それらの厚みが０．１１μｍ，０．３４μｍ，０．６２μｍ，０．７０μｍのいずれの製品においても腐食した製品は確認されなかった。

【0085】

［第２の実施形態の作用及び効果］
以上説明したように本実施形態によれば、サーマルヘッド１０の基体１２において、個別電極１６ａ及び共通電極１６ｂを配置するアルミナ等のセラミック製の基体１２の主面１２ａ上に０．１０μｍ以上０．７０μｍ以下の厚さを有する薄ガラス層５０を印刷法で形成することができる。この構成により、基体１２の主面１２ａの凸凹部を低減でき平坦化することができる。これにより、厳しい条件での長期の使用に対し、サーマルヘッド１０の電極層及び発熱抵抗体層等の破壊あるいは腐食を防ぎ、サーマルヘッド１０の耐久性及び品質を向上させることができる。

【0086】

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、前記各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0087】

１ サーマルヘッドプリンタ
５ 感熱紙
１０ サーマルヘッド
１２ 基体
１２ａ 主面
１３ 蓄熱層
１３ｐ ペースト状のグレーズ材
１４ 発熱抵抗体層
１５ 発熱部
１６ 電極層
１６ａ 個別電極
１６ｂ 共通電極
１７ 保護被覆層
２０ 駆動ＩＣ
５０ 薄ガラス層
５０ａ 薄ガラス層の上面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】