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特開2024-9481サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの製造方法
(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】P2024009481
(43)【公開日】2024-01-23
(54)【発明の名称】サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの製造方法
(51)【国際特許分類】
B41J 2/335 20060101AFI20240116BHJP
B41J 2/34 20060101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
B41J2/335 101D
B41J2/335 101C
B41J2/335 101J
B41J2/335 101H
B41J2/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022111035
(22)【出願日】2022-07-11
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】仲谷 吾郎
【テーマコード（参考）】
2C065
【Ｆターム（参考）】
2C065GA01
2C065GB01
2C065JC02
2C065JC06
2C065JC10
2C065JC11
2C065JC14
2C065JD05
2C065JD09
2C065JD11
2C065JD16
2C065JH05
2C065JH10
2C065JH14
(57)【要約】
【課題】消費電力を抑えつつ、印字品質を向上させることが可能なサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】サーマルプリントヘッド１Ａは、基板１と、基板１に支持され、主走査方向ｘに配列された複数の発熱部４１を有する抵抗体層４と、基板１に支持され、複数の発熱部４１への通電経路を構成する配線層３と、基板１と抵抗体層４との間にある絶縁層１９と、を備える。基板１は、絶縁層１９が形成された主面と、主面から突出して主走査方向ｘに延びる凸部１３と、凸部１３の頂部１３０を覆うグレーズ層１５と、を有する。凸部１３は、頂部１３０と、頂部１３０に対して副走査方向ｙに繋がり、主面に対して傾斜した傾斜部１３１とを有する。グレーズ層１５は、主面を平面視した場合に複数の発熱部４１と重なる位置に空洞部１４を有する。
【選択図】図６
【解決手段】サーマルプリントヘッド１Ａは、基板１と、基板１に支持され、主走査方向ｘに配列された複数の発熱部４１を有する抵抗体層４と、基板１に支持され、複数の発熱部４１への通電経路を構成する配線層３と、基板１と抵抗体層４との間にある絶縁層１９と、を備える。基板１は、絶縁層１９が形成された主面と、主面から突出して主走査方向ｘに延びる凸部１３と、凸部１３の頂部１３０を覆うグレーズ層１５と、を有する。凸部１３は、頂部１３０と、頂部１３０に対して副走査方向ｙに繋がり、主面に対して傾斜した傾斜部１３１とを有する。グレーズ層１５は、主面を平面視した場合に複数の発熱部４１と重なる位置に空洞部１４を有する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板に支持され、主走査方向に配列された複数の発熱部を有する抵抗体層と、
前記基板に支持され、前記複数の発熱部への通電経路を構成する配線層と、
前記基板と前記抵抗体層との間にある絶縁層と、を備え、
前記基板は、
前記絶縁層が形成された主面と、前記主面から突出して主走査方向に延びる凸部と、
前記凸部の頂部を覆うグレーズ層と、を有し、
前記凸部は、前記頂部と、前記頂部に対して副走査方向に繋がり、前記主面に対して傾斜した傾斜部とを有し、
前記グレーズ層は、前記主面を平面視した場合に前記複数の発熱部と重なる位置に空洞部を有する、サーマルプリントヘッド。
前記基板に支持され、主走査方向に配列された複数の発熱部を有する抵抗体層と、
前記基板に支持され、前記複数の発熱部への通電経路を構成する配線層と、
前記基板と前記抵抗体層との間にある絶縁層と、を備え、
前記基板は、
前記絶縁層が形成された主面と、前記主面から突出して主走査方向に延びる凸部と、
前記凸部の頂部を覆うグレーズ層と、を有し、
前記凸部は、前記頂部と、前記頂部に対して副走査方向に繋がり、前記主面に対して傾斜した傾斜部とを有し、
前記グレーズ層は、前記主面を平面視した場合に前記複数の発熱部と重なる位置に空洞部を有する、サーマルプリントヘッド。
【請求項2】
前記基板は、単結晶半導体からなる、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項3】
前記基板は、Ｓｉからなる、請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項4】
前記発熱部は、前記頂部と前記傾斜部との境界を跨いで、前記頂部の副走査方向における少なくとも一部と前記傾斜部の副走査方向における少なくとも一部とに形成されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項5】
前記凸部は、前記頂部を挟んで副走査方向両側に位置する一対の前記傾斜部を有する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項6】
前記空洞部の副走査方向における大きさは、前記凸部の前記頂部の副走査方向における大きさよりも小さい、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項7】
単結晶半導体からなる基板材料に、主面から突出して主走査方向に延びる凸部を形成する工程と、
前記凸部の頂部にレジストを主走査方向に塗布する工程と、
前記レジストを塗布した前記凸部の前記頂部を覆うようにグレーズを主走査方向に塗布する工程と、
前記頂部に塗布した前記レジストおよび前記グレーズを焼成し、前記レジストを除去して前記グレーズを焼成したグレーズ層に空洞部を形成する工程と、を含む、サーマルプリントヘッドの製造方法。
前記凸部の頂部にレジストを主走査方向に塗布する工程と、
前記レジストを塗布した前記凸部の前記頂部を覆うようにグレーズを主走査方向に塗布する工程と、
前記頂部に塗布した前記レジストおよび前記グレーズを焼成し、前記レジストを除去して前記グレーズを焼成したグレーズ層に空洞部を形成する工程と、を含む、サーマルプリントヘッドの製造方法。
【請求項8】
単結晶半導体からなる基板材料に、主面から突出して主走査方向に延びる凸部を形成する工程と、
前記凸部を覆う酸化膜を形成する工程と、
前記凸部の頂部を覆う前記酸化膜をエッチングして、前記頂部を覆う前記酸化膜に凹部を主走査方向に沿って形成し、および前記凹部の壁部に前記凹部の内部と外部とを連通する溝を少なくとも１つ形成する工程と、
前記凹部を埋める中間部材を塗布する工程と、
前記中間部材を塗布した前記凹部を覆うようにグレーズを主走査方向に塗布する工程と、
前記グレーズを焼成してグレーズ層を形成する工程と、
前記溝を介して前記中間部材をエッチングで除去して、前記グレーズ層に空洞部を形成する工程と、を含む、サーマルプリントヘッドの製造方法。
前記凸部を覆う酸化膜を形成する工程と、
前記凸部の頂部を覆う前記酸化膜をエッチングして、前記頂部を覆う前記酸化膜に凹部を主走査方向に沿って形成し、および前記凹部の壁部に前記凹部の内部と外部とを連通する溝を少なくとも１つ形成する工程と、
前記凹部を埋める中間部材を塗布する工程と、
前記中間部材を塗布した前記凹部を覆うようにグレーズを主走査方向に塗布する工程と、
前記グレーズを焼成してグレーズ層を形成する工程と、
前記溝を介して前記中間部材をエッチングで除去して、前記グレーズ層に空洞部を形成する工程と、を含む、サーマルプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、基板上に形成された抵抗体に通電して発熱させることで、感熱記録紙などの印刷媒体に印字することができるサーマルプリントヘッドが提供されている。特許文献１には、従来のサーマルプリントヘッドの一例が開示されている。特許文献１に開示されたサーマルプリントヘッドは、配線層および抵抗体層が形成された第１基板と、ドライバＩＣが搭載された第２基板とを備える。抵抗体層は、主走査方向に配列された複数の発熱部を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７－６５０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
サーマルプリントヘッドで印刷媒体に印字するとき、抵抗体層の発熱部が、通電により発熱する。発熱部の熱が印刷媒体に伝達されることにより印刷媒体が発色し、印刷がなされる。そのため、通電により抵抗体層で生じた熱が発熱部から逃げると、発熱部の熱が十分に印刷媒体に伝達されず、印字品質が低下することになる。逆に、印字品質を低下させないため、発熱部から逃げる熱を考慮して抵抗体層に通電する電力を多くすることも可能であるが、消費電力が多くなる。
【0005】
本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、消費電力を抑えつつ、印字品質を向上させることが可能なサーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、基板と、基板に支持され、主走査方向に配列された複数の発熱部を有する抵抗体層と、基板に支持され、複数の発熱部への通電経路を構成する配線層と、基板と抵抗体層との間にある絶縁層と、を備える。基板は、絶縁層が形成された主面と、主面から突出して主走査方向に延びる凸部と、凸部の頂部を覆うグレーズ層と、を有する。凸部は、頂部と、頂部に対して副走査方向に繋がり、主面に対して傾斜した傾斜部とを有し、グレーズ層は、主面を平面視した場合に複数の発熱部と重なる位置に空洞部を有する。
【発明の効果】
【0007】
本開示に係るサーマルプリントヘッドによれば、グレーズ層が、主面を平面視した場合に複数の発熱部と重なる位置に空洞部を有することで発熱部から熱を逃げ難くし、消費電力を抑えつつ、印字品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドを示す平面図である。
【図2】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドを示す要部平面図である。
【図3】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大平面図である。
【図5】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドを示す要部断面図である。
【図6】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。
【図7】シミュレーションを行うサーマルプリントヘッドの概略を示す断面図である。
【図8】空洞部の高さとサーマルプリントヘッドのエネルギー比率との関係を示すグラフである。
【図9】空洞部の幅とサーマルプリントヘッドのエネルギー比率との関係を示すグラフである。
【図10】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図11】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図12】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図13】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図14】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部平面図である。
【図15】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図16】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図17】実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図18】実施の形態２に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図19】実施の形態２に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図20】実施の形態２に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部平面図である。
【図21】実施の形態２に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図22】実施の形態２に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図23】実施の形態２に係るサーマルプリントヘッドの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0010】
［実施の形態１］
（サーマルプリントヘッドの構造）
図１～図６では、本開示の実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドを示している。実施の形態１のサーマルプリントヘッドＡ１は、第１基板１、絶縁層１９、保護層２、配線層３、抵抗体層４、第２基板５、ドライバＩＣ７および放熱部材８を備えている。サーマルプリントヘッドＡ１は、プラテンローラ９１との間に挟まれて搬送される印刷媒体（図示略）に印刷を施すプリンタに組み込まれるものである。このような印刷媒体としては、たとえばバーコードシートやレシートを作成するための感熱紙が挙げられる。
（サーマルプリントヘッドの構造）
図１～図６では、本開示の実施の形態１に係るサーマルプリントヘッドを示している。実施の形態１のサーマルプリントヘッドＡ１は、第１基板１、絶縁層１９、保護層２、配線層３、抵抗体層４、第２基板５、ドライバＩＣ７および放熱部材８を備えている。サーマルプリントヘッドＡ１は、プラテンローラ９１との間に挟まれて搬送される印刷媒体（図示略）に印刷を施すプリンタに組み込まれるものである。このような印刷媒体としては、たとえばバーコードシートやレシートを作成するための感熱紙が挙げられる。
【0011】
図１は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す平面図である。図２は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す要部平面図である。図３は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す要部拡大平面図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す要部断面図である。図６は、サーマルプリントヘッドＡ１を示す要部拡大断面図である。図１～図３においては、理解の便宜上、保護層２を省略している。図１および図２においては、理解の便宜上、後述の保護樹脂７８を省略している。図２においては、理解の便宜上、後述のワイヤ６１を省略している。図１～図３においては、副走査方向ｙの図中下側が上流側であり、図中上側が下流側である。図４～図６においては、副走査方向ｙの図中右側が上流側であり、図中左側が下流側である。
【0012】
第１基板１は、配線層３および抵抗体層４を支持するものであり、本開示の基板に相当する。第１基板１は、主走査方向ｘを長手方向とし、副走査方向ｙを幅方向とする細長矩形状である。以降の説明においては、第１基板１の厚さ方向を厚さ方向ｚとして説明する。第１基板１の大きさは特に限定されないが、一例を挙げると、第１基板１の厚さは、たとえば３００μｍ以上１０００μｍ以下であり、たとえば７２５μｍである。また、第１基板１の主走査方向ｘ寸法は、たとえば２５ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であり、副走査方向ｙ寸法は、たとえば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。
【0013】
実施の形態１においては、第１基板１は、単結晶半導体からなり、たとえばＳｉによって形成されている。図４および図５に示すように、第１基板１は、第１主面１１および第１裏面１２を有する。第１主面１１および第１裏面１２は、厚さ方向ｚにおいて互いに反対側を向いている。配線層３および抵抗体層４は、第１主面１１の側に設けられる。第１主面１１は、本開示の主面に相当する。
【0014】
第１基板１は、凸部１３を有する。凸部１３は、第１主面１１から厚さ方向ｚに突出しており、主走査方向ｘに長く延びている。図示された例においては、凸部１３は、第１基板１の副走査方向ｙ下流側寄りに形成されている。また、凸部１３は、第１基板１の一部であることから、単結晶半導体であるＳｉからなる。
【0015】
実施の形態１においては、凸部１３は、頂部１３０、一対の傾斜部１３１を有する。頂部１３０は、凸部１３のうち第１主面１１からの距離が最も大きい部分である。実施の形態１においては、頂部１３０は、第１主面１１と平行な平面からなる。頂部１３０は、厚さ方向ｚ視において主走査方向ｘ方向に長く延びる細長矩形状の面である。
【0016】
一対の傾斜部１３１は、頂部１３０の副走査方向ｙ両側に繋がっている。一対の傾斜部１３１は、各々が第１主面１１に対して角度αだけ傾斜している。傾斜部１３１は、厚さ方向ｚ視において主走査方向ｘ方向に長く延びる細長矩形状の平面である。なお、凸部１３は、一対の傾斜部１３１に繋がり、頂部１３０の主走査方向ｘ両端に隣接する傾斜部（図示略）を有していてもよい。実施の形態１においては、一対の傾斜部１３１は、第１主面１１に繋がっている。
【0017】
実施の形態１においては、第１主面１１が（１００）面である。後述の製造方法例によれば、傾斜部１３１が第１主面１１となす角度αは、約５４．８度である。凸部１３の厚さ方向ｚ寸法は、たとえば、１００μｍ以上３００μｍ以下である。
【0018】
第１基板１は、頂部１３０にグレーズ層１５を有する。グレーズ層１５は、頂部１３０に所定の厚さで形成される非晶質ガラスの層である。グレーズ層１５は、主走査方向ｘに長く延びており、すべての複数の発熱部４１とｚ方向視において重なる。
【0019】
グレーズ層１５は、厚さ方向ｚ視（第１主面１１を平面視）した場合に複数の発熱部４１と重なる位置に空洞部１４を有する。実施の形態１においては、空洞部１４は、主走査方向ｘに長く延びている。
【0020】
空洞部１４およびグレーズ層１５の各部の大きさは何ら限定されない。一例を挙げると、空洞部１４の厚さ方向ｚ寸法は、３μｍ以上１０μｍ以下であり、副走査方向ｙ寸法は、１０μｍ以上３０μｍ以下である。グレーズ層１５の副走査方向ｙ寸法は、空洞部１４の副走査方向ｙ寸法より大きい寸法で、頂部１３０の副走査方向ｙ寸法以下である。
【0021】
図５および図６に示すように、絶縁層１９は、第１主面１１、凸部１３およびグレーズ層１５を覆っており、第１基板１の第１主面１１側をより確実に絶縁するためのものである。絶縁層１９は、絶縁性材料からなり、たとえばＳｉＯ2やＳｉＮまたはＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）からなり、実施の形態１においては、ＴＥＯＳが採用されている。絶縁層１９の厚さは特に限定されず、その一例を挙げるとたとえば１５μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以下である。
【0022】
抵抗体層４は、第１基板１に支持されており、実施の形態１においては、絶縁層１９を介して第１基板１に支持されている。抵抗体層４は、複数の発熱部４１を有している。複数の発熱部４１は、各々に選択的に通電されることにより、印刷媒体を局所的に加熱するものである。複数の発熱部４１は、主走査方向ｘに沿って配置されており、主走査方向ｘにおいて互いに離間している。発熱部４１の形状は特に限定されず、実施の形態１においては、厚さ方向ｚ視において副走査方向ｙを長手方向とする長矩形状である。抵抗体層４は、たとえばＴａＮからなる。抵抗体層４の厚さは特に限定されず、たとえば０．０２μｍ以上０．１μｍ以下であり、好ましくは０．０５μｍ以上０．０７μｍ以下ある。
【0023】
図３および図６に示すように、実施の形態１においては、発熱部４１は、頂部４１０、一対の傾斜部４１１を有する。頂部４１０は、発熱部４１のうちグレーズ層１５を形成した頂部１３０の副走査方向ｙにおける少なくとも一部に形成された部分である。傾斜部４１１は、発熱部４１のうち凸部１３の傾斜部１３１の副走査方向ｙにおける少なくとも一部に形成された部分である。なお、実施の形態１においては、第１基板１と抵抗体層４との間に絶縁層１９が介在しているが、上述したとおり絶縁層１９は十分に薄い層である。このため、発熱部４１が、厚さ方向ｚ視もしくは頂部１３０のグレーズ層１５および傾斜部１３１のそれぞれの法線方向視において重なるように形成されている場合、頂部１３０のグレーズ層１５および傾斜部１３１に形成されていると説明し、以下も同様である。
【0024】
実施の形態１においては、頂部４１０は、グレーズ層１５を形成した頂部１３０の副走査方向ｙ全長にわたって形成されている。また、発熱部４１は、頂部１３０と一対の傾斜部１３１との境界を跨いでいる。また、一対の傾斜部４１１は、一対の傾斜部１３１の副走査方向ｙの一部に形成されている。
【0025】
実施の形態１においては、空洞部１４の副走査方向ｙ寸法は、発熱部４１の副走査方向ｙ寸法よりも小さい。また、空洞部１４の副走査方向ｙ寸法は、凸部１３の頂部１３０の副走査方向ｙ寸法よりも小さい。また、空洞部１４は、副走査方向ｙ視において凸部１３の頂部１３０と重なる。また、空洞部１４は、厚さ方向ｚにおいてグレーズ層１５の表面よりも頂部１３０側に位置している。
【0026】
配線層３は、複数の発熱部４１に通電するための通電経路を構成するためのものである。配線層３は、第１基板１に支持されており、実施の形態１においては、図５および図６に示すように、抵抗体層４上に積層されている。配線層３は、抵抗体層４よりも低抵抗な金属材料からなり、たとえばＣｕからなる。また、配線層３は、Ｃｕからなる層と、当該層と抵抗体層４との間に介在するＴｉからなる１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さの層とを有する構成であってもよい。配線層３の厚さは特に限定されず、たとえば０．３μｍ以上２．０μｍ以下である。
【0027】
図１～図３、図５および図６に示すように、実施の形態１においては、配線層３は、複数の個別電極３１および共通電極３２を有する。図３および図６に示すように、抵抗体層４のうち、複数の個別電極３１と共通電極３２との間において配線層３から露出した部分が、複数の発熱部４１となっている。
【0028】
図３および図６に示すように、複数の個別電極３１は、各々が概ね副走査方向ｙ方向に延びる帯状であり、複数の発熱部４１に対して副走査方向ｙ上流側に配置されている。実施の形態１においては、個別電極３１の副走査方向ｙ下流側端は、凸部１３の副走査方向ｙ上流側の傾斜部１３１に重なる位置に配置されている。図２および図５に示すように、個別電極３１は、個別パッド３１１を有する。個別パッド３１１は、ドライバＩＣ７と導通させるためのワイヤ６１が接続される部分である。
【0029】
図２、図３、図５および図６に示すように、共通電極３２は、連結部３２３と複数の帯状部３２４とを有する。複数の帯状部３２４は、複数の発熱部４１に対して副走査方向ｙ下流側に配置されている。複数の帯状部３２４の副走査方向ｙ上流側端は、複数の個別電極３１の副走査方向ｙ下流側端と、発熱部４１を挟んで対向している。帯状部３２４の副走査方向ｙ上流側端は、凸部１３の副走査方向ｙ下流側の傾斜部１３１に重なる位置に配置されている。連結部３２３は、複数の帯状部３２４の副走査方向ｙ下流側に位置し、複数の帯状部３２４が繋がっている。連結部３２３は、主走査方向ｘに延びており、帯状部３２４の主走査方向ｘ方向寸法よりも副走査方向ｙ寸法が大きい、比較的幅広の部分である。図１に示すように、連結部３２３は、複数の発熱部４１の副走査方向ｙ下流側から、主走査方向ｘ両側を迂回して、副走査方向ｙ上流側へと延びている。
【0030】
実施の形態１においては、複数の帯状部３２４の副走査方向ｙ下流側部分と連結部３２３とが、第１基板１の第１主面１１に形成されている。
【0031】
保護層２は、配線層３および抵抗体層４を覆っている。保護層２は、絶縁性の材料からなり、配線層３および抵抗体層４を保護している。保護層２の材質は、たとえばＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ等であり、これらの単層もしくは複数層によって構成される。保護層２の厚さは特に限定されず、たとえば１．０μｍ以上１０μｍ以下である。
【0032】
図５に示すように、実施の形態１においては、保護層２は、パッド用開口２１を有する。パッド用開口２１は、保護層２を厚さ方向ｚに貫通している。複数のパッド用開口２１は、個別電極３１の複数の個別パッド３１１を露出させている。
【0033】
第２基板５は、図１および図４に示すように、第１基板１に対して副走査方向ｙ上流側に配置されている。第２基板５は、たとえばＰＣＢ基板であり、ドライバＩＣ７や後述のコネクタ５９が搭載される。第２基板５の形状等は特に限定されず、実施の形態１においては、主走査方向ｘを長手方向とする長矩形状である。第２基板５は、第２主面５１および第２裏面５２を有する。第２主面５１は、第１基板１の第１主面１１と同じ側を向く面であり、第２裏面５２は、第１基板１の第１裏面１２と同じ側を向く面である。実施の形態１においては、第２主面５１は、第１主面１１よりも厚さ方向ｚ図中下方に位置している。
【0034】
ドライバＩＣ７は、第２基板５の第２主面５１に搭載されており、複数の発熱部４１に個別に通電させるためのものである。実施の形態１においては、ドライバＩＣ７は、複数のワイヤ６１によって複数の個別電極３１に接続されている。ドライバＩＣ７の通電制御は、第２基板５を介してサーマルプリントヘッドＡ１外から入力される指令信号に従う。ドライバＩＣ７は、複数のワイヤ６２によって第２基板５の配線層（図示略）に接続されている。実施の形態１においては、複数の発熱部４１の個数に応じて、複数のドライバＩＣ７が設けられている。
【0035】
ドライバＩＣ７、複数のワイヤ６１および複数のワイヤ６２は、保護樹脂７８に覆われている。保護樹脂７８は、たとえば絶縁性樹脂からなりたとえば黒色である。保護樹脂７８は、第１基板１と第２基板５とに跨るように形成されている。
【0036】
コネクタ５９は、サーマルプリントヘッドＡ１をプリンタ（図示略）に接続するために用いられる。コネクタ５９は、第２基板５に取付けられており、第２基板５の配線層（図示略）に接続されている。
【0037】
放熱部材８は、第１基板１および第２基板５を支持しており、複数の発熱部４１によって生じた熱の一部を、第１基板１を介して外部へと放熱するためのものである。放熱部材８は、たとえばアルミ等の金属からなるブロック状の部材である。実施の形態１においては、放熱部材８は、第１支持面８１および第２支持面８２を有する。第１支持面８１および第２支持面８２は、各々が厚さ方向ｚ上側を向いており、副走査方向ｙに並んで配置されている。第１支持面８１には、第１基板１の第１裏面１２が接合されている。第２支持面８２には、第２基板５の第２裏面５２が接合されている。
【0038】
（空洞部とエネルギー比率との関係）
グレーズ層１５は、第１主面１１を平面視した場合に複数の発熱部４１と重なる位置に空洞部１４を有すると説明した。グレーズ層１５に空洞部１４を設けることで、発熱部４１で発熱した熱を逃げ難くすることができ、サーマルプリントヘッドＡ１は、発熱部４１の熱を十分に印刷媒体に伝達でき印字品質が向上する。また、発熱部４１の熱を効率よく印字に利用できるため、消費電力を抑えることができる。特に、電池で駆動するサーマルプリントヘッドＡ１では低消費電力が望まれる。ここで、空洞部１４の大きさとエネルギー比率との関係についてシミュレーションを行い説明する。
グレーズ層１５は、第１主面１１を平面視した場合に複数の発熱部４１と重なる位置に空洞部１４を有すると説明した。グレーズ層１５に空洞部１４を設けることで、発熱部４１で発熱した熱を逃げ難くすることができ、サーマルプリントヘッドＡ１は、発熱部４１の熱を十分に印刷媒体に伝達でき印字品質が向上する。また、発熱部４１の熱を効率よく印字に利用できるため、消費電力を抑えることができる。特に、電池で駆動するサーマルプリントヘッドＡ１では低消費電力が望まれる。ここで、空洞部１４の大きさとエネルギー比率との関係についてシミュレーションを行い説明する。
【0039】
図７は、シミュレーションを行うサーマルプリントヘッドの概略を示す断面図である。Ｓｉの第１基板１に非晶質ガラスのグレーズ層１５を積層し、さらにＴＥＯＳの絶縁層１９、Ｃｕの配線層３、ＳｉＮの保護層２、ＳｉＣの保護層２の順で積層されている。配線層３が設けられている層にＴａＮの抵抗体層４が設け、配線層３と抵抗体層４との間にＴｉ層４ａが設けられている。抵抗体層４が発熱部４１を構成し、発熱部４１直下に高さＨ、幅Ｗの空洞部１４を設け、発熱部４１の発熱状況をシミュレーションしている。
【0040】
図８は、空洞部１４の高さＨとサーマルプリントヘッドのエネルギー比率との関係を示すグラフである。図８では、横軸を空洞部１４の高さＨ、縦軸をエネルギー比率としている。ここで、エネルギー比率とは、空洞部１４を設けない場合と同じ発熱量となるように調整したエネルギー量の割合を示している。例えば、エネルギー比率が０．８であれば、空洞部１４を設けない場合のサーマルプリントヘッドに必要なエネルギー量に対して、８０％のエネルギー量で同じ発熱量が得られることを示している。図８のグラフでは、空洞部１４を設けた場合、空洞部１４の高さＨが５μｍ、１０μｍ、１５μｍと変化させた場合でもエネルギー比率が約０．８とほぼ変化していない。
【0041】
一方、図９は、空洞部１４の幅Ｗとサーマルプリントヘッドのエネルギー比率との関係を示すグラフである。図９では、横軸を空洞部１４の幅Ｗ、縦軸をエネルギー比率としている。図９のグラフでは、空洞部１４の幅Ｗが１００μｍ、１４０μｍ、１８０μｍと長くなるに従い、エネルギー比率が低下していることが分かる。つまり、空洞部１４の幅Ｗ（副走査方向ｙ）を長くすることで、発熱部４１からの熱が第１基板１へ逃げ難くなりエネルギー比率が改善できる。そのため、空洞部１４は、幅Ｗを長くすることが好ましいが、図６に示すように空洞部１４を凸部１３の頂部に設けたグレーズ層１５に形成するので、幅Ｗを凸部１３の頂部の副走査方向における大きさよりも小さくなる。
【0042】
【0043】
まず、図１０に示すように、基板材料１Ａを用意する。基板材料１Ａは、単結晶半導体からなり、たとえばＳｉウエハである。基板材料１Ａの厚さは特に限定されず、本実施形態においては、たとえば３００μｍ以上１０００μｍ以下であり、たとえば７２５μｍである。基板材料１Ａは、互いに反対側を向く主面１１Ａおよび裏面１２Ａを有する。主面１１Ａは、（１００）面である。
【0044】
次に、図１１に示すように、凸部形成工程を行う。主面１１Ａを所定のマスク層で覆った後に、たとえばＫＯＨを用いた異方性エッチングを行う。このマスク層は、発熱部４１を形成する位置と重なるように設けられる。これにより、図１１に示すように、基板材料１Ａが、第１主面１１に凸部１３が形成された第１基板１に加工される。凸部１３は、第１主面１１から突出しており、主走査方向ｘに長く延びている。凸部１３は、頂部１３０および一対の傾斜部１３１を有する。頂部１３０は、第１主面１１と平行は面であり、実施の形態１においては、（１００）面である。一対の傾斜部１３１は、頂部１３０の副走査方向ｙ両側に位置しており、頂部１３０と第１主面１１との間に介在している。傾斜部１３１は、頂部１３０および第１主面１１に対して傾斜した平面である。実施の形態１においては、傾斜部１３１と第１主面１１とがなす角度は、約５４．８度である。
【0045】
次いで、図１２に示すように、凸部１３の頂部１３０にレジスト１６を塗布する。レジスト１６は、凸部１３の頂部１３０に、主走査方向ｘに沿って塗布される。レジスト１６は、ポジレジスト材料であり、たとえばフェノール系のレジストやノボラック系のレジストである。
【0046】
さらに、図１３に示すように、レジスト１６を塗布した凸部１３の頂部１３０を覆うグレーズ層１５を形成する。グレーズ層１５は、凸部１３の頂部１３０に、主走査方向ｘに沿って非晶質ガラスの材料をディスペンサーで塗布することで形成される。図１４は、第１基板１に設けた凸部１３の平面図である。図１４には、厚さ方向ｚ視において主走査方向ｘ方向に長く延びる細長矩形状の頂部１３０が図示されており、当該頂部１３０の一方端から他方端までレジスト１６が塗布されている。グレーズ層１５は、頂部１３０の一方端から他方端まで塗布されておらず、頂部１３０の一方端および他端にはレジスト１６がと露出している部分がある。
【0047】
次に、凸部１３の頂部１３０に塗布したグレーズ層１５を焼成し硬化させる。グレーズ層１５を焼成すると同時にレジスト１６も焼成されるので、レジスト１６は除去されグレーズ層１５に空洞部１４が形成される。
【0048】
次いで、図１６に示すように、絶縁層１９を形成する。絶縁層１９の形成は、たとえばＣＶＤを用いて第１基板１の第１主面１１にＴＥＯＳを堆積させることによって行う。
【0049】
次いで、抵抗体膜４Ａを形成する。抵抗体膜４Ａの形成は、たとえば、スパッタリングによって絶縁層１９上にＴａＮの薄膜を形成することによって行う。
【0050】
次いで、抵抗体膜４Ａを覆う導電膜３Ａを形成する。導電膜３Ａの形成は、たとえばめっきやスパッタリング等によってＣｕからなる層を形成することによって行う。また、Ｃｕ層を形成する前に、Ｔｉ層を形成してもよい。
【0051】
次いで、図１７に示すように、導電膜３Ａの選択的なエッチングと抵抗体膜４Ａの選択的なエッチングとを施すことにより、配線層３および抵抗体層４が得られる。配線層３は、上述の複数の個別電極３１と共通電極３２とを有する。抵抗体層４は、複数の発熱部４１を有する。
【0052】
次いで、図６に示すように、配線層３および抵抗体層４上に保護層２を形成する。保護層２の形成は、たとえばＣＶＤを用いて絶縁層１９、配線層３および抵抗体層４上にＳｉＮおよびＳｉＣを堆積させることにより実行される。また、図５に示すように、保護層２をエッチング等によって部分的に除去することによりパッド用開口２１を形成する。この後は、図４に示すように、第１支持面８１への第１基板１および第２基板５の取付け、ドライバＩＣ７の第２基板５への搭載、複数のワイヤ６１および複数のワイヤ６２のボンディング、保護樹脂７８の形成等を経ることにより、上述のサーマルプリントヘッドＡ１が得られる。
【0053】
実施の形態１によれば、凸部１３の頂部１３０を覆うグレーズ層１５に空洞部１４が形成されている。空洞部１４は、厚さ方向ｚ視において発熱部４１と重なる。これにより、抵抗体層４に通電されることにより複数の発熱部４１が発熱した際に、第１基板１を介して第１裏面１２側に逃げる熱の量を抑制することが可能である。これにより、より多くの熱を印刷用紙に伝えることが可能である。したがって、サーマルプリントヘッドＡ１によれば、印刷の印字のエネルギー効率と印字品質とを向上させることができる。
【0054】
第１基板１がＳｉからなる場合、第１基板１の熱伝導率は比較的高い。このため、発熱部４１からの熱が第１基板１を伝って第１裏面１２へと過度に逃げることを、空洞部１４を設けることで回避することが可能である。一方、厚さ方向ｚ視において発熱部４１から明らかに退避した領域においては、空洞部１４を設けていないので不要な熱を第１裏面１２側等へと速やかに伝熱することができる。
【0055】
また、第１基板１の凸部１３は、頂部１３０および傾斜部１３１を有している。発熱部４１は、頂部１３０に形成された頂部４１０と傾斜部１３１に形成された傾斜部４１１とを有しており、頂部１３０と傾斜部１３１との境界を跨いで形成されている。このため、図４に示すように、サーマルプリントヘッドＡ１にプラテンローラ９１が押し当てられると、プラテンローラ９１の弾性変形により、プラテンローラ９１が頂部４１０および傾斜部４１１のいずれか一方または双方に接する。図４に示すように、プラテンローラ９１の中心９１０が副走査方向ｙにおいて凸部１３の中心と一致する構成の場合、プラテンローラ９１は、頂部４１０と強い圧力で接する。一方、プラテンローラ９１の中心９１０が凸部１３の中心に対して副走査方向ｙに意図せずずれてしまうと、プラテンローラ９１と頂部４１０との圧力が低下する。しかしながら、実施の形態１においては、発熱部４１が傾斜部４１１を有するため、プラテンローラ９１がずれた場合には、プラテンローラ９１が傾斜部４１１に対して接する割合が大きくなり、依然として発熱部４１に適切に押し当てられる。したがって、サーマルプリントヘッドＡ１によれば、プラテンローラ９１が意図せずにずれた場合や、あるいはプラテンローラ９１の直径が異なる場合等であっても、印字品質の低下を抑制することが可能であり、印字品質を向上させることができる。
【0056】
また、実施の形態１においては、頂部４１０が頂部１３０の副走査方向ｙ全長にわたって形成されており、頂部４１０の副走査方向ｙ両側に一対の傾斜部４１１が設けられている。このため、プラテンローラ９１のずれが、副走査方向ｙの上流側および下流側のいずれに生じても、印字品質の低下を抑制することができる。また、一対の傾斜部４１１は、傾斜部１３１の副走査方向ｙの一部に形成されている。これは、プラテンローラ９１が意図せずずれた場合の印字品質の低下を抑制するのに好ましい。
【0057】
空洞部１４が頂部１３０と厚さ方向ｚ視において重なり、副走査方向ｙ寸法が頂部１３０よりも小さい構成により、発熱部４１のうちプラテンローラ９１に強く押し当てられる部位から熱が過度に逃げることを抑制することができる。これは、印字品質の低下を抑制するのに好ましい。また、空洞部１４をグレーズ層１５に形成することで、空洞部を凸部１３の内部に形成する場合に比べて、低コストで製造することができる。
【0058】
［実施の形態２］
実施の形態１では、レジスト１６を塗布した凸部１３の頂部１３０を覆うグレーズ層１５を形成し、グレーズ層１５およびレジスト１６を焼成してレジスト１６を除去することで、グレーズ層１５に空洞部１４を形成する製造方法を説明した。しかし、グレーズ層に空洞部を形成する製造方法は、これに限定されず他の製造方法であってもよい。以下に、グレーズ層に空洞部を形成する別の製造方法の一例について、図１８～図２３を参照しつつ説明する。なお、図１８～図２３において、実施の形態１で説明した構成と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
実施の形態１では、レジスト１６を塗布した凸部１３の頂部１３０を覆うグレーズ層１５を形成し、グレーズ層１５およびレジスト１６を焼成してレジスト１６を除去することで、グレーズ層１５に空洞部１４を形成する製造方法を説明した。しかし、グレーズ層に空洞部を形成する製造方法は、これに限定されず他の製造方法であってもよい。以下に、グレーズ層に空洞部を形成する別の製造方法の一例について、図１８～図２３を参照しつつ説明する。なお、図１８～図２３において、実施の形態１で説明した構成と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【0059】
図１８に示すように、第１主面１１の所定の位置に凸部１３が形成した後、絶縁層１９を形成する。絶縁層１９の形成は、たとえばＣＶＤを用いて第１基板１の第１主面１１にＴＥＯＳを堆積させることによって行う。なお、凸部１３の頂部１３０に形成される絶縁層１９を他の部分より厚く形成しておく。
【0060】
次に、図１９に示すように、他の部分より厚く形成した絶縁層１９ａをエッチングして、凹部１９ｃを形成する。凹部１９ｃは、主走査方向ｘに沿って、凸部１３の頂部１３０に形成されている。図２０は、凸部１３の頂部１３０の要部平面図である。頂部１３０に形成された凹部１９ｃには、周囲を囲む壁部１９ｂを有している。壁部１９ｂには、凹部１９ｃの内部と外部とを連通する複数の溝部１９ｄが設けてある。凹部１９ｃの底面と溝部１９ｄの底面とは、同じ高さになっている。
【0061】
次に、図２１に示すように、凹部１９ｃを埋めるようにＡｇペースト１６Ａを凸部１３の頂部１３０にスクリーン印刷する。凹部１９ｃを埋める材料は、Ａｇペースト１６Ａに限られず、エッチングで除去することができる中間部材であれば何れの材料であってもよい。
【0062】
さらに、図２２に示すように、Ａｇペースト１６Ａを塗布した凸部１３の頂部１３０を覆うグレーズ層１５Ａを形成する。グレーズ層１５Ａは、凸部１３の頂部１３０に、主走査方向ｘに沿って非晶質ガラスの材料をディスペンサーで塗布することで形成される。凸部１３の頂部１３０に塗布したグレーズ層１５Ａを焼成し硬化させる。なお、グレーズ層１５Ａを焼成しても、Ａｇペースト１６Ａは除去されない。
【0063】
そこで、図２３に示すように、Ａｇペースト１６Ａをエッチングして除去する。凹部１９ｃを囲む４辺の壁部１９ｂすべてに複数の溝部１９ｄが設けられているのは、エッチング液が凹部１９ｃの内側に入りやすくするためである。なお、Ａｇペースト１６Ａをエッチングして除去することができれば、壁部１９ｂに設ける溝部１９ｄは少なくとも１つであってもよい。
【0064】
Ａｇペースト１６Ａがエッチングにより除去されるとグレーズ層１５Ａの下側に空洞部１４Ａが形成される。空洞部１４Ａは、絶縁層１９とグレーズ層１５Ａとの間に形成される。空洞部１４Ａが形成された第１基板１の第１主面１１は、さらに抵抗体膜４Ａ、導電膜３Ａ、保護層２が積層され、実施の形態１で説明した製造方法を経ることでサーマルプリントヘッドＡ１となる。
【0065】
（まとめ）
（１）本開示に係るサーマルプリントヘッドは、基板と、基板に支持され、主走査方向に配列された複数の発熱部を有する抵抗体層と、基板に支持され、複数の発熱部への通電経路を構成する配線層と、基板と抵抗体層との間にある絶縁層と、を備える。基板は、絶縁層が形成された主面と、主面から突出して主走査方向に延びる凸部と、凸部の頂部を覆うグレーズ層と、を有する。凸部は、頂部と、頂部に対して副走査方向に繋がり、主面に対して傾斜した傾斜部とを有し、グレーズ層は、主面を平面視した場合に複数の発熱部と重なる位置に空洞部を有する。
（１）本開示に係るサーマルプリントヘッドは、基板と、基板に支持され、主走査方向に配列された複数の発熱部を有する抵抗体層と、基板に支持され、複数の発熱部への通電経路を構成する配線層と、基板と抵抗体層との間にある絶縁層と、を備える。基板は、絶縁層が形成された主面と、主面から突出して主走査方向に延びる凸部と、凸部の頂部を覆うグレーズ層と、を有する。凸部は、頂部と、頂部に対して副走査方向に繋がり、主面に対して傾斜した傾斜部とを有し、グレーズ層は、主面を平面視した場合に複数の発熱部と重なる位置に空洞部を有する。
【0066】
本開示に係るサーマルプリントヘッドによれば、グレーズ層が、主面を平面視した場合に複数の発熱部と重なる位置に空洞部を有することで発熱部から熱を逃げ難くし、消費電力を抑えつつ、印字品質を向上させることが可能となる。
【0067】
（２）（１）に記載のサーマルプリントヘッドであって、基板は、単結晶半導体からなる。
【0068】
（３）（２）に記載のサーマルプリントヘッドであって、基板は、Ｓｉからなる。
【0069】
（４）（１）～（３）のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッドであって、発熱部は、頂部と傾斜部との境界を跨いで、頂部の副走査方向における少なくとも一部と傾斜部の副走査方向における少なくとも一部とに形成されている。これにより、頂部に対して印刷媒体がずれても印字が可能となる。
【0070】
（５）（１）～（４）のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッドであって、凸部は、頂部を挟んで副走査方向両側に位置する一対の傾斜部を有する。
【0071】
（６）（１）～（５）のいずれか１項に記載のサーマルプリントヘッドであって、空洞部の副走査方向における大きさは、凸部の頂部の副走査方向における大きさよりも小さい。これにより、グレーズ層の中に空洞部を形成することができる。
【0072】
（７）本開示に係るサーマルプリントヘッドの製造方法は、単結晶半導体からなる基板材料に、主面から突出して主走査方向に延びる凸部を形成する工程と、凸部の頂部にレジストを主走査方向に塗布する工程と、レジストを塗布した凸部の頂部を覆うようにグレーズを主走査方向に塗布する工程と、頂部に塗布したレジストおよびグレーズを焼成し、レジストを除去してグレーズを焼成したグレーズ層に空洞部を形成する工程と、を含む。
【0073】
本開示に係るサーマルプリントヘッドの製造方法によれば、グレーズ層に空洞部を低コストで形成することが可能となる。
【0074】
（８）本開示に係るサーマルプリントヘッドの製造方法は、単結晶半導体からなる基板材料に、主面から突出して主走査方向に延びる凸部を形成する工程と、凸部を覆う酸化膜を形成する工程と、凸部の頂部を覆う酸化膜をエッチングして、頂部を覆う酸化膜に凹部を主走査方向に沿って形成し、および凹部の壁部に凹部の内部と外部とを連通する溝を少なくとも１つ形成する工程と、凹部を埋める中間部材を塗布する工程と、間部材を塗布した凹部を覆うようにグレーズを主走査方向に塗布する工程と、グレーズを焼成してグレーズ層を形成する工程と、溝を介して間部材をエッチングで除去して、グレーズ層に空洞部を形成する工程と、を含む。
【0075】
本開示に係るサーマルプリントヘッドの製造方法によれば、グレーズ層に空洞部を低コストで形成することが可能となる。
【0076】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0077】
１ 第１基板、１Ａ 基板材料、２ 保護層、３ 配線層、３Ａ 導電膜、４ 抵抗体層、４Ａ 抵抗体膜、５ 第２基板、８ 放熱部材、１１ 第１主面、１２ 第１裏面、１３，１３Ａ 凸部、１４，１４Ａ 空洞部、１５，１５Ａ グレーズ層、１６ レジスト、１６Ａ Ａｇペースト、１９，１９ａ 絶縁層、１９ｂ 壁部、１９ｃ 凹部、１９ｄ 溝部、２１ パッド用開口、３１ 個別電極、３２ 共通電極、４１ 発熱部、５１ 第２主面、５２ 第２裏面、５９ コネクタ、６１，６２ ワイヤ、７８ 保護樹脂、８１ 第１支持面、８２ 第２支持面、９１ プラテンローラ、１３０，１３０Ａ，４１０ 頂部、１３１，１３１Ａ，４１１ 傾斜部、３１１ 個別パッド、３２３ 連結部、３２４ 帯状部、Ａ１ サーマルプリントヘッド。
【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】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】