JPS5968270A - サ−マルヘツド用発熱抵抗体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサーマルヘッド用発熱抵抗体の製造法に関する
。

従来のサーマルヘッドは、プリンターの方式により２つ
のタイプに大別される。第１のタイプはシリアルタイプ
と呼ばれるもので、発熱体ドツト数が７〜３２ドツトと
少なく、シかも各ドツトは印字される用紙の縦方向（つ
まり、用紙の列方向）に−列に形成されている。そして
印字する際には、各ドツトは先ず用紙の横方向（つまり
、用紙の行方向）にスキャンニングして１行目を印字し
、次に元の位置に戻って２行目を印字する。このタイプ
のヘッドは、小型で発熱体ドツトの数も少ないので、ヘ
ッドを製造することが容易であるという特徴を有してい
る。しかしこの第１のタイプは一度に印字できるドツト
数が少ないために印字に時間がかかり、高速化には不向
きである。

そのため高速化を目指して、いわゆるラインプリント方
式が開発され、最近では玉流になっている。第２のタイ
プのサーマルヘッドはこの方式に使用されるもので、ド
ツト状の発熱体は用紙の横方向（つまり、用紙の行方向
）に−列に用紙の行の長さにはソ匹敵する長さだけ形成
されている。

この第２のタイプはジインヘッドタイプと呼ばれており
、例えばＡ４判（２１０ｖｎＸ　２９６ｍ）用のヘッド
では、ヘッドの長さ＋−ｉ約２１０調必要である。

従・て、仮に解像度を８ドツト／麿とすると、−ライン
の全ドツト数ｌは２１０　Ｘ　８　＝　１６８０個必要
になる。しかしながら、このように大型のラインヘッド
に必要な多数のドツトの電気抵抗を一定値に揃えること
は、従来の製造法では非常に離しい。

もし、各ドツトの抵抗を一定に揃えないと、印字に濃度
むらが生じ、非常に見苦しいプリントが出来上がる。感
熱プリントの原理は、発熱抵抗体に所定の電力を供給し
てジュール熱を発生させ、その熱を例えば感熱発色紙に
伝えて化学的又は物理的変化を肪発させ、それにより発
熱抵抗体に対応するドツトを可視像化するものである。

そして、発熱体への注入電力を制御する方法として゛ｄ
１従来電圧制御法と電流制御法が提案されているが、そ
の制御の容易さから電圧を可変する方法又は電圧を一定
にして通電パルス巾（時間）を制御する方法が実用化さ
れている。この場合、発熱体の抵抗値をＲとし電流をＩ
電圧をＶとすれば、発熱体に供給される電力エネルギー
ＱはＱ＝ｉｖ＝Ｍ２で表わされる。従・て、各発熱体の
抵抗値Ｒが仮にそれぞれ異なっていると、外部から一定
電圧を印加しても発熱量は異なることになり、その結果
、印字に濃度むらが生じる訳である。

特に最近では階調表現を必要とするタイプの画像プリン
ターが要求されており、この様なタイプの場合には、−
ライン内の全発熱体は、特に抵抗値が揃っていることが
必要になる。

しかし、既述した如く、従来の大型のラインヘッドの製
造法では、多数のドツト状発熱抵抗体の抵抗値を揃える
ことは非常に難しい。これまで大型のラインヘッドの製
造方法としては、スクリーン印刷による厚膜手法と真空
蒸着、スパッタリング等による薄膜手法とがある。しか
し、厚膜手法では、そのパターン精度が不良のため現在
でも抵抗値のバラツキは一ラインの中で±２０〜３０％
程存在する。また比較的加工精度が良く細かいドツトが
可能な薄膜手法でも、例えば膜厚のムラ等によ−・て抵
抗値のバラツキは±７係程度存在する。

また薄膜手法ではラインが大型化するほど、膜厚のムラ
は大きくなる。しかるに上述の如き抵抗値のバラツキが
あると、より大型で、より階調表現の優れたプリンター
を得ることはできない。

従って、本発明の目的は大型のサーマルヘッドであって
もドツト状発熱抵抗体の抵抗値のバラツキがないか又は
非常に少ないサーマルヘッド用発熱抵抗体を製造するこ
とにある。

本発明者は最初製造工程の改良を検討したが、不可能に
近い困難さに遭遇し、結局抵抗値のバラツキを後工程で
補正して揃える方法に着目した。

これまで発熱体の抵抗値を後工程で補正する方法として
は、レーザーを用いて発熱体の一部を除去する、いわゆ
るレーザートリミングが知られている。しかし、この方
法には次のような欠点がある。

それは発熱体ドツトの面積及び形状が変化してしまうこ
とであり、画質の低下は否定できない。また、装置も大
がかりで高価であり、更にドツトの細かさに合わせてレ
ーザー光を極微少に収束しなければならないが、この収
束にも難しい技術が要求される。

ところで発熱抵抗体の材料としては熱衝撃に強く、温度
係数が小さく、高温で安定で、また量産性もよいことか
ら望化タンタル（ＴａＮやＴξＮ）やＴａ−８ｉサーメ
ツト、Ｔａ−８ｉ０２サーメツトが使用されている。本
発明者はこれらの材料の大部分が陽極化成法により酸化
が可能で、その結果生成する酸化物が電気絶縁体であり
、結局酸化の程度により発熱抵抗体の電気抵抗値を（増
加させる方向で）自由に修正可能であり、しかも酸化物
の生成が陽極化成の際に′Ｉ！解液に接触するドツトの
表面から深さ方向に向って進み、ドツトの実質的な発熱
面積を変化させないことを見出し、この知見に基すき本
発明を成すに至りた。即ち、本発明は多数のドツト状発
熱抵抗体と各ドツトに導通した一対のリード電極とから
構成されるサーマルヘッド用発熱抵抗体の製造法に於い
て、各ドツト状発熱抵抗体をそれぞれに深さ方向に陽極
化成して電気抵抗を所定値まで増大させ、それにより全
ドツトの電気抵抗を一定範囲内に揃えることを特徴とす
る前記製造法を提供する。

以下、図面を引用して実施例により本発明を具体的に説
明する。

実施例Ｉ ドツト状発熱抵抗体（１）と一対のリード電極（２ａ）
（２ｂ）とから構成されたサーマルヘッド用発熱抵抗体
の断面図であり、同（Ｂ）はその平面図である。

発熱抵抗体（１）の形状は、いわゆるドツトではなく、
Ｍ２図（断面図）に示すように電極（２ａ）　、　（２
ｂ）の下面全体に延びた帯状でもよい。この場合にも現
実に発熱する部分は一対の電極（２ａ）と（２ｂ）で挾
まれた部分、言い換えれば電極の積層されていない部分
であり、ドツト状の発熱抵抗体と言える。

（Ｓ）はグレーズドアルミナ基板である。

発熱抵抗体（１）の陽極化成しようとするドツトの上を
除いて、第３図に示すように電極（２ａ）　、　（２ｂ
）をレジスト（３）で被覆する。次に露出した発熱体１
１）の上に第４図に示すように弱酸を含む電解質ペース
ト（４）をのせる。こうしておいて、電解質ペースト（
４）に陽極電極（例えば白金又はタンタル金属）を接触
させ、他方一対の電極（２ａ）　、　（２１））の少く
とも一方に陰極電極を接触させ、両極に直流電圧を印加
する。そうすると、電解質ペースト（４）に接触してい
る発熱体（１）は次第に酸化されて表面より深さ方向に
向って酸化物を生成する。このような酸化方法は一般に
陽極化成法と呼ばれる。酸化物の厚さは印加電圧にはソ
比例する。一対の電極（２ａ）　−（２ｂ）間で抵抗値
をモニターしなから化成のだめの印加電圧を徐々に高め
、抵抗値が所定値（最も抵抗値の高いドツトのそれか又
はそれより高い値）に達したところで、化成を終了させ
る。

陽極化成による酸化の速度は、印加電圧の昇圧速度に比
例するので適当な昇圧速度を選ぶ。

こうしてドツトを変えて次々と陽極化成すれば全ドツト
の抵抗値を所定値に揃えることができる。

最後に電解質ペースト（４）及びレジスト（３）を除去
すると、第５図（断面図）Ｋ示すように表面に酸化物層
　（１ａ）を有する発熱体（１）が得られる。この酸化
物（１ａ）は化学式ＴａＮｚ０νで表わされ、これは電
気絶縁体であり、また非常に薄いので、発熱した熱の伝
導には差し支えない。この後、常法に従って、発熱体の
上に酸化防止層や耐摩耗層を積層する。

本発明５り方法により製造されたサーマルヘッド用発熱
抵抗体では、ドツト間の抵抗値のバラツキは±０，０１
％にまで低下させることが可能である。

電解質ペースト（４）は１０えばカルボキシメチルセル
ロース、エチレングリコール、リン酸ＩＪ［水からなり
、そのリン酸の含有率が０．１〜１重量％のものである
。

実施例２ 巾５０１１ＩＩ１１全長２４０圏のグレーズドアルミナ
４＆上に、高周波スパッタリングによって厚さ０，１ｆ
ｉｒｎのＴａ２Ｎ　薄膜を形成し、このＴａ２Ｎ薄膜を
有効記録中２１６１１１１１１、ドツト密度８ドツト／
１、全発熱体ドツト数１７２８　　ドツトとなるように
７オトリソ技術でパターニングする。Ｔａ２Ｎの　エツ
チングはプラズマ中でのドライエツチングで、その後、
３００℃５時間の大気中熱処理を行なう。次にＮｉ−Ｃ
ｒを５０制その土に金を１μｍ蒸着し、フォトリソ技術
及び湿式エツチングにより一対のリード電極パターン（
第１図（Ｂ）と同様のものＪを形成する。この場合、発
熱抵抗体は、既に公知のダイオードマトリックスを用い
たドライブ方式を採用したいため、一端から隣合った３
２個のドツト′ＩＣ１グループとして全体で５４グルー
プに分け、ｌグループ内では一対のリード電極の一方例
えば（２ａ）側を共通電極として１つの導線に連結し、
残りの電極（２ｂ）側はグループ間で比較して同じ位置
（例えば左端からｎ番目）にあるもの同士を１つの導線
に連結する。こうすると、外部への電極の引出しが少な
くて済み、それでいて各ドツトそれぞれへの電力の供給
をコントロールできる。

そこで全１７２８　ドツトの抵抗値を測定したところ、
平均値は１２０Ωでバラツキは±１０％程度であつだ。

そしてドツトの位置とその抵抗値との関係は第６図のよ
うであった。この抵抗値のバラツキの原因は、主として
スパッタリングによるＴｈ２Ｎ薄膜製作時の膜厚の不均
一さにあるものと推定さＩ″Ｌる。

ところが先に述べた隣合った３２ドツトからなる１グル
ープ内では、抵抗値のバラツキは、最も大きいグループ
でも±０．５％程度であ−だ。そこで１グループ内の発
熱体ドツトは同時に抵抗補正することを府想し、露出し
だ発熱体ドツトの部分を除いて全面にレジストパターン
を形成する。そして露出した全１７２８　　ドツトの土
全体に一塊の電解質ペーストを乗せ、ペーストにＴａ又
はｐｔの針状電極を接触させる。この様子を第７図（断
面図）に示す。図中、（Ｓ）は基板、（１）は’ｌ’ａ
２Ｎ　％　（２ａｔ）及び（２ｂｌ）はＮｌ　−Ｃｒ　
、　　（２ａ２）及び（２勺は金、（３）はレジスト、
（４）は電解質ベース）、（５）は針状電極である。こ
うしておいて針状電極（５）に化成電源の陰極を接続し
、他方そのグループの共通電極で連結された（２ａ）側
に陽極を接続する。

化成トリミングの手順として１は、全ドツトの抵抗値を
測定したときに各グループの通常は平均抵抗値を予め求
めておき、その値でそのグループの抵抗値全代表させ、
全グループの中で手記代表抵抗値の最大の値をトリミン
グ目標値と定める。そして陽極化成を開始し、各グルー
プの代表抵抗値を時分割でモニターしながら、その値が
トリミング目標値に達するまで化成を続ける。つまり、
これはあくまで−例であるが、ここでは抵抗値のモニタ
ーと化成電圧の印加は適当な時間巾を持たせた時分割駆
動とする。両者のタイミングの関係を第８図に示す。第
８図に示されるように化成の休止時間中に抵抗測定を行
なうが、化成電圧のパルス巾と抵抗測定のパルス巾とは
任意でよい。ところで化成電圧ｔ４時間と共に上昇させ
、それにより酸化物の生成を増大させなければならない
。酸化物の生成に伴なって発熱体の抵抗は上昇するが、
時間の経過に伴なう化成電圧の上昇とモニターしている
抵抗値との関係を第９図に示す。モニターして因る抵抗
値が目標値に達したところで化成電源はＯＦＦされろ。

以上の手法で各グループの抵抗値をグループごとに次々
とトリミングする。但し、既に目標値に等しい代表抵抗
値を有するグループは除外されるのはもちろんである。

この結果、各グループ内３２ドツト間では当初の抵抗値
のバラツキ±０．５％以内を示すが、グループの各代表
抵抗値は揃うので、全ドツト１７２８個の抵抗値のバラ
ツキも±０，５％以内となる。ドツトの位置とトリミン
グ前後の抵抗値との関係を第１０図に示す。ただし、第
１０図は一例として一部のグループのみを示しである。

以上の実施例２に説明したように、本発明はまた多数の
ドツト状発熱体を複数のグループに区分し、１グループ
内のドツトは同時に陽極化成し、それにより全ドツトの
抵抗値を所定範囲内に揃えることを特徴とするサーマル
ヘッド用発熱抵抗体の製造法を提供する。

以上のとおり、本発明によれば、大型のラインヘッドで
も発熱抵抗体の抵抗値が非常に揃ったサーマルヘッド用
発熱抵抗体の製造が可能になる。

そのほかトリミング速度が速い、処理能力が大きい、微
少部分のトリミングも容易である。設備が安価に済むな
どの利点も得られる。

従って、本発明により製造されたサーマルヘッドを使用
すれば、印字品質特に印字濃度が均一なプリント画像が
得られる。また近年その需要が見込まれる多階調を再現
できるプリンターしいて（はカラープリンターにも応用
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーマルヘッド用発熱抵抗体の一例を説明する
もので、図（４）は断面図、図（Ｂ）は平面図である。 第２図はサーマルヘッド用発熱抵抗体の他の例の断面図
である。 第３図及び第４図は、実施例１に従って！！遺される途
中のサーマルヘッド用発熱抵抗体の断面図でおる。 第５図は実施例１に従って製造されたサーマルヘッド用
発熱抵抗体の断面図である。 第６図は一般のサーマルヘッド用発熱抵抗イ木のドツト
の位置と抵抗Ｒとの関係を示すグラフであＡｏ ・俗７図は実施例２に従って製造される途中のサーマル
ヘッド用発熱抵抗体の断面図である。 第８図はタイミングチャート図である。 第９図はモニター抵抗値及び化成電圧と、化成時間との
関係を示すグラフである。 第１Ｏ図Ｉ−１：実施例２に従・て型造されたサーマル
ヘッド用発熱抵抗体・Ｄドツトの位置（一部のみ示す）
と抵抗値との関係を示すグラフである。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｓ・・・・・・−・・　グレーズド・アルミナ基板■・
・・・・・・・・発熱抵抗体 ２ａ　、　２ｂ　　・・・・・・・・・一対のり〜ド電
極出願人　　日本光学工業株式会社 代理人　　渡　　辺　　隆　　男 オ（図 矛」図 矛４図 矛５図 オフ図 ゝ＼、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　多数のドツト状発熱抵抗体と各ドツトに導通した
   一対のリード電極とから構成されるサーマルヘッド用発
   熱抵抗体の製造法に於いて、各ドツト状発熱抵抗体をそ
   れぞれに陽極化成して電気抵抗を所定値まで増大させ、
   それにより全ドツトの電気抵抗を前記所定値に揃えるこ
   とを特徴とする前記製造法。 ２、前記発熱抵抗体が窒化タンタル（Ｔａ２Ｎ　）又は
   タンタル系サーメットからなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の製造法。 ３、多数のドツト状発熱抵抗体を複数のグループに区分
   し、グループ内のドツトは同時に陽極化成し、それによ
   り全ドツトの電気抵抗を所定範囲内に揃えることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の製造法。