專利名稱：加熱電阻元件及其制造方法、熱敏頭和打印機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱電阻元件及其制造方法、熱敏頭和打印機(jī)。
背景技術(shù)：
通常，在設(shè)置于打印機(jī)熱敏頭中的加熱電阻器中，為了提高加熱 電阻器的加熱效率并降低功耗，在與加熱電阻器相對的區(qū)域中形成中 空部分，并使得該中空部分用作具有低熱傳導(dǎo)率的隔熱層，由此控制
從加熱電阻器流到隔離襯底側(cè)的熱量(例如參見JP 2007-83532A)。
作為形成中空部分的方法，采用了以下方式使硅襯底經(jīng)受蝕刻 或激光加工，并形成凹進(jìn)部分(具有大于等于lpm且小于等于100pm 的深度)，以通過在700。C或更低溫度下進(jìn)行的陽極結(jié)合(anodic bonding)將用作聚熱層的薄板玻璃(具有l(wèi)(Vm到100(mi的厚度)結(jié)合于 其上。在這種情況下，難以制造或操作具有100pm或更小厚度的薄板 玻璃，因此，將具有相對易于操作的厚度的薄板玻璃結(jié)合到硅襯底表 面上，然后通過蝕刻或拋光來去除(chipped)所結(jié)合表面相反一側(cè)的表 面，以獲得期望的厚度尺寸。。
在這種情況下，由加熱電阻器產(chǎn)生的大部分熱量受控于用作隔熱 層的中空部分以流向隔離襯底側(cè)，并有效地用作用于打印的熱量。另 一方面，未用于打印的一部分熱量從加熱電阻器經(jīng)由與該加熱電阻器 接觸的聚熱層傳遞到包含在中空部分內(nèi)的氣體，并進(jìn)一步地從包含在 中空部分內(nèi)的氣體傳遞到隔離襯底。
然而，在常規(guī)的加熱電阻器中，中空部分通過蝕刻或激光加工形 成，因此，中空部分內(nèi)表面在隔離襯底側(cè)的表面形成得極其光滑，由 此存在著中空部分的熱量難以傳遞到隔離襯底側(cè)的不利。也就是說，熱量從包含在中空部分內(nèi)的氣體傳遞到隔離襯底是在氣態(tài)分子撞著 隔離村底的情況下進(jìn)行的，但當(dāng)隔離襯底的表面光滑時，單位時間內(nèi) 氣態(tài)分子撞著隔離襯底的數(shù)目減少。為此，傳遞給氣體的熱量難以釋 放到隔離襯底側(cè)而聚集在氣體中。因此，如果長時間地進(jìn)行打印，則 中空部分成為熱源，這會產(chǎn)生打印質(zhì)量下降的問題，例如發(fā)生打印字 符沿進(jìn)紙方向連在一起的拖尾現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況提出了本發(fā)明，因此其目的在于提供加熱電阻元件 及其制造方法、熱壽丈頭和打印才幾，其中，該加熱電阻元件能夠4中制包 含在中空部分內(nèi)的氣體中的聚熱并提高打印質(zhì)量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了以下方式。
本發(fā)明提供了加熱電阻元件，包括隔離襯底；結(jié)合到隔離襯底 表面上的聚熱層；以及設(shè)置在聚熱層上的加熱電阻器，其中在隔離 襯底和聚熱層之間的結(jié)合表面的至少其中之一上，隔離襯底和聚熱層 的至少其中之一在與加熱電阻器相對的區(qū)域中設(shè)有凹進(jìn)部分，以形成 中空部分；以及該中空部分包括位于隔離襯底側(cè)上的內(nèi)表面，該內(nèi)表 面加工成具有0.2|im或更大的表面粗糙度Ra。
基于本發(fā)明，隔離襯底和聚熱層(其中凹進(jìn)部分形成在隔離襯底和 聚熱層的至少一個結(jié)合表面上)相互結(jié)合，并且形成于隔離襯底和聚熱 層之間的該中空部分形成在與加熱電阻器相對的區(qū)域中。相應(yīng)地，由 加熱電阻器所產(chǎn)生的熱量到隔離襯底的傳遞受該中空部分控制，因 此，熱量可以-波更為有效地/使用。
在這種情況下，中空部分在隔離襯底側(cè)上的內(nèi)表面加工成具有 0.2pm或更大的表面粗糙度Ra，因此，其表面面積與通過蝕刻或類似 方法所形成的凹進(jìn)部分內(nèi)表面相比得以擴(kuò)大，并且對于密封在中空部 分內(nèi)的氣態(tài)分子而言可增加撞著隔離村底的機(jī)會。結(jié)果，傳遞給氣體 的熱量可迅速地傳遞給隔離襯底以散失，因此，可防止發(fā)生在中空部分內(nèi)聚熱的不利。
在上述發(fā)明中，中空部分的深度可設(shè)定為大于等于lpim且小于等 于100|Lim。
因此，當(dāng)包含在中空部分中的氣體的厚度充分地保證為lpm或更 大時，可獲得極好的隔熱效果，并且可將加熱電阻元件的功耗抑制得 較低。此外，當(dāng)中空部分的深度設(shè)定為100nm或更小時，加熱電阻元 件的厚度可制作得較小。
此外，在上述發(fā)明中，隔離襯底和聚熱層可由無^ 威玻璃形成。
結(jié)果，即使在長時間使用之后堿離子也不會被洗脫。因此，可防 止堿離子對加熱電阻器以及位于聚熱層和隔離襯底附近的電極，或設(shè) 置在其附近的驅(qū)動器IC產(chǎn)生不利影響。
此外，無堿玻璃比Pyrex(注冊商標(biāo))玻璃更便宜，且其可加工性更 為優(yōu)異，由此加熱電阻元件可以以^f氐成本地制造。
此外，在上述發(fā)明中，在隔離襯底的結(jié)合表面和聚熱層的結(jié)合表 面處于相互附著的狀態(tài)下，隔離襯底和聚熱層可通過加熱到退火點(diǎn)至 軟化點(diǎn)的溫度范圍而相互結(jié)合。
結(jié)果，即<更是當(dāng)隔離襯底和聚熱層由相同的玻璃材料形成時隔離 襯底和聚熱層也可以容易地相互結(jié)合，并且隔離襯底和聚熱層之間的 熱膨脹系數(shù)的差異可得以消除，以抑制由于熱量而引起的翹曲(wrap) 或變形。
此外，在上述發(fā)明中，中空部分可以與外界完全地密封，并且其 內(nèi)部可充有氣體。
結(jié)果，施加給加熱電阻器的壓緊力可由充入中空部分的氣體的壓 力來支承，因此，可提供具有高耐壓能力的加熱電阻元件。
此外，在上述發(fā)明中，氣體優(yōu)選地為惰性氣體。
因此，可防止加熱電阻器退化(如氧化)，并且可提高其可靠性和 耐用性。
此外，本發(fā)明提供了包括上述任何一種加熱電阻元件的熱敏頭?；诒景l(fā)明，即便是在長時間使用之后也可防止中空部分成為熱 源的不利，并且可防止因諸如拖尾的現(xiàn)象所導(dǎo)致的打印質(zhì)量下降。 此外，本發(fā)明提供了包括上述熱敏頭的打印機(jī)。 基于本發(fā)明，可以低成本、長時間清晰而無間斷地打印。
此外，本發(fā)明提供了用于加熱電阻元件的制造方法，包括凹進(jìn) 部分形成步驟，即在隔離襯底和聚熱層之間的結(jié)合表面的至少其中之 一上形成凹進(jìn)部分；結(jié)合步驟，即Y吏得隔離襯底和聚熱層之間的結(jié)合 表面相互附著，以結(jié)合該隔離襯底和聚熱層；以及電阻器形成步驟， 即在聚熱層上的一定位置處形成加熱電阻器，該位置與凹進(jìn)部分相 對，其中，該凹進(jìn)部分形成步驟包括將凹進(jìn)部分位于隔離襯底側(cè)上的 內(nèi)表面加工成具有0.2jim或更大的表面粗糙度Ra。
基于本發(fā)明，在凹進(jìn)部分形成步驟中，凹進(jìn)部分在隔離襯底側(cè)上 的內(nèi)表面加工成具有0.2pm或更大的表面粗糙度Ra,因此，可制造一 種加熱電阻元件，其形成為使中空部分在隔離襯底側(cè)上的表面與通過 蝕刻或類似方法使中空部分(該中空部分通過使隔離襯底和聚熱層相 互結(jié)合而形成)的表面光滑地形成于隔離襯底側(cè)上的情況相比充分地 更為粗糙。結(jié)果，提高了.包含在中空部分內(nèi)的氣體的氣態(tài)分子與隔離 襯底接觸的機(jī)會，并且促進(jìn)熱量更活躍地從氣體散失到隔離襯底，結(jié) 果是即便在長時間使用之后也可防止發(fā)生中空部分成為熱源的不利。
在上述發(fā)明中，凹進(jìn)部分形成步驟可包括通過噴砂形成凹進(jìn)部 分。此外，凹進(jìn)部分形成步驟可包括通過使用模具(die)進(jìn)行高溫壓制 而形成凹進(jìn)部分。
結(jié)果，通過噴砂或高溫壓制可容易地形成在各角部處均具有1 Opm 或更大曲率半徑的凹進(jìn)部分，并且該凹進(jìn)部分與通過蝕刻或類似方法 光滑地形成凹進(jìn)部分的情況相比具有充分地更為粗糙的內(nèi)表面。相應(yīng) 地，除了上述效果之外，提高了包含在中空部分(通過封閉凹進(jìn)部分形 成)內(nèi)的氣體的氣態(tài)分子與隔離襯底之間接觸的機(jī)會，以促進(jìn)熱量更為 活躍地從氣體散失到隔離襯底，結(jié)果是可容易地制造加熱電阻元件，該加熱電阻元件即便是長時間^_用之后也免于中空部分成為熱源的 不利。
基于本發(fā)明，獲得了可抑制包含在中空部分內(nèi)的氣體中的聚熱以 提高打印質(zhì)量的效果。
在附圖中
圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱敏式打印機(jī)結(jié)構(gòu)的垂直截面
圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱敏頭的前視圖，其中，該熱 敏頭設(shè)置在圖1的熱敏式打印機(jī)中；
圖3為沿著圖2的cc-ot線所截取的垂直截面圖，示出了根據(jù)本發(fā) 明實(shí)施例的加熱電阻元件，其中加熱電阻元件設(shè)置在圖2的熱每文頭中；
圖4A為前視圖，圖4B為沿著圖4A的a-a線所截取的垂直截面 圖，以及圖4C為沿著圖4A的b-b線所截取的垂直截面圖，用于說明 圖3的加熱電阻元件的中空部分的形狀；
圖5A至圖5F為用于說明圖3的加熱電阻元件的制造方法的視
圖6A和圖6B為曲線圖，示出了對于圖3的加熱電阻元件中的中 空部分內(nèi)表面的各表面粗糙度而言的熱響應(yīng)性；
圖7為示出了在重復(fù)加熱后加熱電阻元件的溫度與中空部分內(nèi)表 面的表面粗糙度之間關(guān)系的曲線圖8為示出了圖2中熱敏頭的變型的前^L圖；以及
圖9A和圖9B為分別示出了圖3中加熱電阻元件的變型的垂直截 面圖。
具體實(shí)施例方式
基于本發(fā)明實(shí)施例的加熱電阻元件1及其制造方法、熱敏頭2和熱敏式打印機(jī)(打印機(jī))3在下面參照圖1至圖7進(jìn)行描述。
基于該實(shí)施例的加熱電阻元件1用于在圖1中所示的熱敏式打印
機(jī)3的熱敏頭2中。
熱敏式打印機(jī)3包括機(jī)體架4、水平布置的壓紙巻筒輥5、布置 成與壓紙巻筒輥5的外周邊對置的熱敏頭2、在壓紙巻筒輥5與熱敏 頭2之間進(jìn)給熱敏紙6的進(jìn)紙機(jī)構(gòu)7,以及以預(yù)定的壓緊力將熱敏頭 2壓靠在熱敏紙6上的加壓機(jī)構(gòu)8。
熱敏頭2形成如圖2的前視圖中所示的平板式形狀，且包括多個 間隔開的加熱電阻元件l。如在圖3的垂直截面圖中所示，多個加熱 電阻元件1中的各個加熱電阻元件均包括隔離襯底9、聚熱層IO、加 熱電阻器ll、以及處于層壓狀態(tài)的保護(hù)膜層12。
隔離襯底9結(jié)合在散熱板(未示出)上。
隔離襯底9和聚熱層10均由無堿玻璃(Corning 1737)形成，并通 過加熱到形成隔離襯底9和聚熱層10的材料的退火點(diǎn)(720。C)至軟化 點(diǎn)(975。C)的溫度范圍，在相互附著的狀態(tài)下相互結(jié)合。
聚熱層10形成為具有大于等于2nm且小于等于100nm的厚度。 加熱電阻器11包括以預(yù)定模式形成于聚熱層IO上的加熱電阻層 13、設(shè)置成與聚熱層IO上的加熱電阻層13接觸的單用電極14、以及 共用電才及15。
在隔離襯底9和聚熱層10的至少任意一個結(jié)合表面(本實(shí)施例中 為隔離襯底9的結(jié)合表面9a)上，凹進(jìn)部分16形成在與各加熱電阻器 ll相對的區(qū)域中。當(dāng)隔離村底9和聚熱層IO在附著的狀態(tài)下相互結(jié) 合時，凹進(jìn)部分16的開口由聚熱層IO的平坦表面所封閉，結(jié)果在位 于隔離襯底9和聚熱層IO之間與加熱電阻器ll相對的位置處提供了 密封的中空部分17。
在這種情況下，凹進(jìn)部分16可具有適當(dāng)?shù)男螤?，且其尺寸與加 熱電阻器ll相比可更大或更小，只要該尺寸接近于加熱電阻器11的 尺寸。當(dāng)乂人加熱電阻器11的一側(cè)沿層壓方向，見察凹進(jìn)部分16時，在凹 進(jìn)部分16制成為比加熱電阻器11的有效加熱面積大的情況下，加熱
電阻器11和隔離襯底9之間的隔熱性能可得以提高。另一方面，在 凹進(jìn)部分16的尺寸制成為比加熱電阻器11的有效加熱面積小的情況 下，加熱電阻元件1的機(jī)械強(qiáng)度相對于層壓方向上的壓緊力可得以提 高。
在該實(shí)施例中，凹進(jìn)部分16設(shè)置在隔離襯底9的一側(cè)，并形成 為四邊形，當(dāng)從加熱電阻器11的一側(cè)沿層壓方向觀察凹進(jìn)部分16時， 該四邊形大致具有與加熱電阻器11類似的形狀并稍大于該加熱電阻 器ll。此外，凹進(jìn)部分16的深度D設(shè)定為大于等于l(im且小于等于 100pm。換言之，在加熱電阻元件l中，中空部分17內(nèi)的氣體層厚度 充分地保證為lpm或更厚，并且通過氣體層所獲得的隔熱效果顯著。 此外，當(dāng)凹進(jìn)部分16的深度D設(shè)定為100pm或更小時，加熱電阻元 件1的厚度尺寸可被抑制得足夠小。
此外，在該實(shí)施例中，如圖4A至圖4C所示，凹進(jìn)部分16的角 部R1,R2和R3均形成為具有l(wèi)(Vm或更大曲率半徑的形狀。此外， 凹進(jìn)部分16的內(nèi)表面形成為具有0.2jam或更大的表面粗糙度Ra。圖 4A為從開口的一側(cè)看到的凹進(jìn)部分16的前視圖，圖4B和圖4C為分 別沿著圖4A的a-a線和圖4A的b-b線所截取的垂直截面圖。
注意的是，在凹進(jìn)部分16的開口尺寸W或L和各角部的曲率半 徑R1,R2或R3之間具有以下關(guān)系。也就是，10MmSRl$l/2L， 1(^m^R2^1/2W， 1。1im^R3^1/2L(在L^W時)，或10)am^R35l/2W(在 W^L時)。
接下來描述加熱電阻元件1和用于根據(jù)該實(shí)施例的熱敏頭2的制 造方法。
首先，具有預(yù)定深度的凹進(jìn)部分16形成在隔離襯底9的表面區(qū) 域中，在該區(qū)域中形成加熱電阻器ll(凹進(jìn)部分形成步驟)。
如圖5A至圖5F所示，凹進(jìn)部分16按如下方式形成。將能夠吸收氨基曱酸乙酯基材料沖擊的光阻材料18施加到形成隔離襯底9的
無堿玻璃襯底的表面上(圖5A)，并使用具有預(yù)定圖案的光掩才莫(未示 出)對光阻材料18曝光，使得待形成中空部分17的區(qū)域之外的部分 固化，移除未固化的部分以形成窗口部分19(圖5B)。在這種狀態(tài)下， 隔離襯底9對應(yīng)于窗口部分19的部分通過噴^^、處理(圖5C)而去除。 結(jié)果，可容易地形成凹進(jìn)部分16，該凹進(jìn)部分16在角部處具有l(wèi)Ojmi 或更大的曲率半徑，且包括表面粗糙度Ra為0.2)im或更大的內(nèi)表面。 角部曲率半徑和表面粗糙度可通過對掩模形狀、砂粒直徑、噴砂
壓力、砂粒數(shù)量以及噴射角度的適當(dāng)調(diào)整而調(diào)節(jié)到期望值。在表面粗 糙度Ra小于0.2|Lim的情況下，砂粒直徑要求極其地小，并且單位時 間內(nèi)的處理量(移除量)顯著地降低，這不適合于批量生產(chǎn)。在這種狀 態(tài)下，將光阻材料18從隔離襯底9的表面移除(圖5D)。注意的是， 凹進(jìn)部分16可利用模具通過高溫成型而成，以代替噴^P少處理。
然后，準(zhǔn)備用作聚熱層10的無堿玻璃襯底，并使該襯底附著到 在其內(nèi)形成凹進(jìn)部分16的隔離襯底9的結(jié)合表面9a上，以封閉該凹 進(jìn)部分16(圖5E)。在這種狀態(tài)下，將隔離4于底9和聚熱層IO加熱到 無堿玻璃的退火點(diǎn)(720°C)至軟化點(diǎn)(975 °C)的溫度范風(fēng)，由此使得隔離 襯底9和聚熱層10相互結(jié)合(結(jié)合步驟)。
之后，通過蝕刻、拋光或類似方法移除聚熱層10的表面(與結(jié)合 表面相反)，以將聚熱層10處理成具有期望的厚度尺寸(2jim至 lOOiim)(圖5F)。
然后，依序形成加熱電阻層13、單用電才及14、共用電極15和保 護(hù)膜層12(電阻器形成步驟)。注意的是，加熱電阻層13、單用電極14、 共用電極15和保護(hù)膜層12可按適當(dāng)?shù)拇涡蛐纬伞?br>
這些加熱電阻層13、單用電極14、共用電極15和保護(hù)膜層12 可利用用于常規(guī)加熱電阻元件的那些構(gòu)件的制造方法來形成。
具體而言，由加熱電阻層13的材料(如鉭基材料或石圭化物基的材 料)制成的薄膜使用薄膜成型法(如反應(yīng)濺射法、化學(xué)氣相沉積(CVD)、氣相沉積)而形成在聚熱層10上，且由加熱電阻層13的材料制成的薄 膜使用剝離法或蝕刻法進(jìn)行模制，由此形成所需形狀的加熱電阻層13。
類似地，由接線材料(如Al,Al-Si,Au，Ag,Cu或Pg)制成的薄膜通過 反應(yīng)濺射法、氣相沉積等形成于聚熱層10上，且之后，對已形成的 薄膜使用剝離法或蝕刻法進(jìn)行模制。備選地，接線材料經(jīng)過絲網(wǎng)印刷， 且隨后經(jīng)過烘焙或類似處理。相應(yīng)地，形成具有期望形狀的單用電極 14和共用電才及15。
在該實(shí)施例中，對于一個加熱電阻層13 i殳置兩個單獨(dú)的單用電 極14，并且共用電極15設(shè)置成用來遮蓋兩個單獨(dú)單用電極14的其中 之一，以便降低共用電極15的接線電阻值。
然后，在加熱電阻層13、單用電才及14、共用電極15形成之后， 由保護(hù)膜層12的材料(如Si02，Ta20s，SiA10N，Si3N4或類金剛石的碳)制 成的薄膜通過反應(yīng)濺射法、離子鍍膜法、CVD或類似方法而形成于聚 熱層10上，以形成保護(hù)膜層12。結(jié)果，制成了熱敏頭2，其包括多 個才艮據(jù)該實(shí)施例的加熱電阻元件1。
根據(jù)基于該實(shí)施例的由此形成的加熱電阻元件1和熱敏頭2，中 空部分17形成在隔離村底9和聚熱層10之間與加熱電阻器11相對 的區(qū)域中，并且形成在中空部分17內(nèi)的氣體層起到隔熱層的作用， 控制自聚熱層10到隔離襯底9的熱量流動。在該實(shí)施例中，凹進(jìn)部 分16的深度D為lpm或更大，由此可形成足夠厚的氣體層，并且獲 得顯著的隔熱效果。
此外，聚熱層IO的厚度設(shè)定為lOOjxm或更小，因此，聚熱層IO 本身的熱容量很小，且防止了由加熱電阻器11產(chǎn)生的熱量被聚熱層 10所吸收。
在這種方式下，根據(jù)基于該實(shí)施例的加熱電阻元件1和熱敏頭2， 由加熱電阻器11所產(chǎn)生的熱量可^皮有效地〗吏用，而不需將加熱電阻 器11所產(chǎn)生的熱量釋放到聚熱層10的一側(cè)。因此，加熱電阻器11的加熱效率可得以提高，以降低功耗。
此外，加熱電阻器11所產(chǎn)生的熱量難以傳遞到隔離襯底9，這有 利于整個熱敏頭2的溫度即便是在重復(fù)地使用該熱敏頭2之后也難以 升高。
此外，在根據(jù)該實(shí)施例的加熱電阻元件1中，聚熱層10和隔離 村底9由相同的玻璃材料形成，因此不存在熱膨脹系數(shù)的差異，其結(jié) 果是不會因加熱電阻器11所產(chǎn)生的熱量而造成翹曲或變形。
此外，在根據(jù)該實(shí)施例的加熱電阻元件1中，聚熱層IO和隔離 襯底9由無堿玻璃形成，因此堿離子即便是在加熱電阻元件1長時間 使用之后也不會被洗脫。因此，可防止石咸離子對位于聚熱層10和隔 離襯底9附近的加熱電阻器11、單用電極14和共用電極15,或設(shè)置 在其附近的驅(qū)動器IC產(chǎn)生不利影響。
無堿玻璃比Pyrex(注冊商標(biāo))玻璃更便宜，并且它的可加工性更為 優(yōu)異，由此可以低成本地制造加熱電阻元件1 。
此外，玻璃的熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.9W/mK,空氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)為 0.02W/mK，而硅的熱傳導(dǎo)系數(shù)為168W/mK。采用無^威玻璃襯底取代 常規(guī)的硅襯底，因此可充分地降低熱傳導(dǎo)系數(shù)，并且防止了熱量從聚 熱層10經(jīng)由隔離襯底9散失。相應(yīng)地，可進(jìn)一步地提高熱效率。
此外，在才艮據(jù)該實(shí)施例的加熱電阻元件1中，形成中空部分17 的凹進(jìn)部分16的內(nèi)表面的表面粗糙度Ra設(shè)定為0.2pm或更大，因此， 與通過蝕刻或類似方法所光滑地形成的凹進(jìn)部分內(nèi)表面相比，該內(nèi)表 面的表面面積可增加得更多。因此，可增加充入中空部分17中的氣 體分子撞著隔離襯底9的機(jī)會。
例如，圖6A和圖6B顯示了對于凹進(jìn)部分16的各個表面粗糙度 而言加熱電阻元件1的熱響應(yīng)性。在圖6A和圖6B中，曲線tl和t2 示出了當(dāng)對熱敏頭2施加預(yù)定時間段的電壓且隨后停止直至預(yù)定的時 間段時熱敏頭2的溫度變化。曲線t3和t4是假想的曲線，形成了指 示熱敏頭2在施加電壓之前的溫度的點(diǎn)，該曲線是為了便于說明根據(jù)本發(fā)明的熱敏頭2而增加的。
圖6A示出了在根據(jù)該實(shí)施例的最小表面粗糙度(Ra: 0.2jim)與根 據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的表面粗糙度(Ra: 0.02lam)對比情況下的熱響應(yīng)性曲線， 圖6B示出了在根據(jù)該實(shí)施例的最大表面粗糙度(Ra: 3)im)與根據(jù)現(xiàn)有 技術(shù)的表面粗糙度(Ra: 0.02(im)對比情況下的熱響應(yīng)性曲線。這些曲 線顯示，與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)該實(shí)施例由于長時間使用而引起的溫 度升高可被抑制得更小。
圖7顯示了如圖6A和圖6B所示在重復(fù)加熱10個脈沖后(0.025 秒后)加熱電阻元件1的溫度和中空部分17內(nèi)表面的表面粗糙度之間 的關(guān)系。
這些曲線顯示，根據(jù)基于該實(shí)施例的加熱電阻元件1,傳遞到氣 體層的熱量可迅速地傳遞到隔離襯底9以散失。
此外，在根據(jù)該實(shí)施例的加熱電阻元件1中，形成中空部分17 的凹進(jìn)部分16的角部Rl至R3形成為具有10jmi或更大曲率半徑的 圓形形狀，因此抑制了在角部R1至R3中所引起的應(yīng)力集中，從而提 高了機(jī)械強(qiáng)度。此外，借助于較高的機(jī)械強(qiáng)度，即便是當(dāng)聚熱層10 的厚度設(shè)定為2pm至lOOjim時也可以提供具有足夠機(jī)械強(qiáng)度的加熱 電阻元件l。當(dāng)聚熱層10制作得更薄時，加熱效率可進(jìn)一步提高。
相應(yīng)地，根據(jù)包括基于該實(shí)施例的熱敏頭2的熱敏式打印機(jī)3， 即便是在長時間的使用之后，加熱電阻器11所產(chǎn)生的熱量也難以聚 集在聚熱層10或中空部分17內(nèi)，結(jié)果是熱量可有效地^^使用，并且 可防止中空部分7成為熱源。結(jié)果，可防止由于諸如拖尾的現(xiàn)象而導(dǎo) 致打印質(zhì)量下降。此外，由于熱膨脹系數(shù)方面的差異而引起的翹曲或 變形不會發(fā)生在熱壽丈頭2中，因此，熱敏頭2和熱敏紙6之間的4妄觸 不會發(fā)生變化，這可防止打印質(zhì)量的下降。
此外，熱敏頭2的機(jī)械強(qiáng)度較高，因此即便是當(dāng)壓緊力長時間地 重復(fù)作用時熱敏頭2也可以保持良好的狀態(tài)。
相應(yīng)地，可得以提供均具有安全的長期可靠性和高效率的加熱電阻元件1 、熱敏頭2和熱敏式打印機(jī)3。
此外，根據(jù)用于基于該實(shí)施例的加熱電阻元件1的制造方法，由 相同的無堿玻璃制成的聚熱層10和隔離村底9通過加熱到無石威玻璃 的退火點(diǎn)至軟化點(diǎn)的溫度范圍而相互結(jié)合，因此不需要粘結(jié)劑層，并 且用于粘結(jié)劑層的材料以及粘結(jié)劑層的形成步驟也是不必要的。因 此，加熱電阻元件1可易于在短時間內(nèi)以低成本地制造。
注意的是，在根據(jù)該實(shí)施例的加熱電阻元件1中，P高離襯底9和 聚熱層10由相同的無石威玻璃形成，但并非受限于此，并且可由相同 的蘇打玻璃材料或相同的Pyrex(注冊商標(biāo))玻璃材料形成。在蘇打玻璃 材料的情況下，通過加熱到退火點(diǎn)(540。C)至軟化點(diǎn)(73(TC)之間的溫 度，以及在Pyrex(注冊商標(biāo))玻璃材料的情況下，通過加熱到退火點(diǎn)(565 。C)至軟化點(diǎn)(82(TC)之間的溫度，隔離襯底9和聚熱層IO也可以容易 地相互結(jié)合。
此外，在該實(shí)施例中，設(shè)置在隔離襯底9中的凹進(jìn)部分16由平 坦的聚熱層10封閉，由此提供了內(nèi)部充有空氣的中空部分17。然而， 與此不同的是，如圖9A所示，凹進(jìn)部分16可設(shè)置在聚熱層10中， 并且由平坦的隔離襯底9封閉以形成中空部分17。備選地，如圖9B 所示，凹進(jìn)部分16可設(shè)置在將相互結(jié)合的聚熱層10與隔離襯底9二 者之中，以形成中空部分17。
優(yōu)選的是在任何情況下，設(shè)置在聚熱層10中的中空部分17的內(nèi) 表面光滑地形成，并且設(shè)置在隔離襯底9中的中空部分17的內(nèi)表面 形成為具有0.2pm或更大的表面井且糙度Ra。結(jié)杲，抑制了自聚熱層 10到中空部分17的氣體層的熱傳遞，而促進(jìn)了自該氣體層到隔離襯 底9的熱傳遞，由此可防止中空部分17成為熱源的不利。
在聚熱層10中設(shè)置凹進(jìn)部分16的情況下，聚熱層10中最小部 分的厚度優(yōu)選為大于等于2(im且小于等于100nm。
此外，凹進(jìn)部分16可分別設(shè)置在隔離襯底9的結(jié)合表面以及聚 熱層10的結(jié)合表面上，以便相互結(jié)合并由此形成中空部分17。此外，中空部分17可充有取代空氣的惰性氣體(如N2,He或Ar)。 結(jié)果，即便是當(dāng)氣體穿過聚熱層IO到達(dá)加熱電阻器11時，也可以防 止加熱電阻器11經(jīng)受氧化或特性退化，從而可提高其可靠性和耐用 性。
此外，中空部分17可完全地密封，并且中空部分17內(nèi)的壓力可 降低到大氣壓力或更低。結(jié)果，可提高通過中空部分17所獲得的隔 熱效果。
此外，在該實(shí)施例中，中空部分17單獨(dú)地設(shè)置成與各個加熱電 阻器11相對。然而，如圖8中所示，取代上述凹進(jìn)部分16和中空部 分17,可設(shè)置共用的凹進(jìn)部分16，和共用的中空部分17，，它們都設(shè)置 成與多個加熱電阻器11相對。
權(quán)利要求
1. 一種加熱電阻元件，包括隔離襯底；結(jié)合到所述隔離襯底的表面上的聚熱層；以及設(shè)置在所述聚熱層上的加熱電阻器，其中在所述隔離襯底和所述聚熱層之間的結(jié)合表面的至少其中之一上，所述隔離襯底和所述聚熱層的至少其中之一在與所述加熱電阻器相對的區(qū)域中設(shè)有凹進(jìn)部分，以形成中空部分；以及所述中空部分包括位于所述隔離襯底側(cè)上的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面加工成具有0.2μm或更大的表面粗糙度Ra。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱電阻元件，其特征在于，所述中 空部分的深度為大于等于lpm且小于等于lOOjxm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的加熱電阻元件，其特征 在于，所述隔離襯底和所述聚熱層包括無堿玻璃。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的加熱電阻元件， 其特征在于，在所述隔離村底和所述聚熱層之間的所述結(jié)合表面處于 相互附著的狀態(tài)下，所述隔離襯底和所述聚熱層通過加熱到退火點(diǎn)至 軟化點(diǎn)的溫度范圍而相互結(jié)合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的加熱電阻元件， 其特征在于，所述中空部分與外界完全地密封，并且所述中空部分的 內(nèi)部充有氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱電阻元件，其特征在于，所述氣 體包括惰性氣體。
7. —種熱敏頭，包括根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所 述的加熱電阻元件。
8. —種打印機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱敏頭。
9. 一種用于加熱電阻元件的制造方法，包括凹進(jìn)部分形成步驟，即在隔離襯底和聚熱層之間的結(jié)合表面的至 少其中之一上形成凹進(jìn)部分；結(jié)合步驟，即使得所述隔離襯底和所述聚熱層之間的所述結(jié)合表 面相互附著，以結(jié)合所述隔離襯底和所述聚熱層；以及電阻器形成步驟，即在所述聚熱層上的一定位置處形成加熱電阻 器，所述位置與所述凹進(jìn)部分相對，其中，所述凹進(jìn)部分形成步驟包括將位于所述隔離襯底側(cè)上的所 述凹進(jìn)部分的內(nèi)表面加工成具有0.2nm或更大的表面粗糙度Ra。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于加熱電阻元件的制造方法，其特 征在于，所述凹進(jìn)部分形成步驟包括通過噴砂形成所述凹進(jìn)部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于加熱電阻元件的制造方法，其特 征在于，所述凹進(jìn)部分形成步驟包括使用模具通過高溫壓制而形成所 述凹進(jìn)部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及加熱電阻元件及其制造方法、熱敏頭和打印機(jī)。具體而言，提供了一種加熱電阻元件(1)，包括隔離襯底(9)；結(jié)合到隔離襯底(9)表面上的聚熱層(10)；以及設(shè)置在聚熱層(10)上的加熱電阻器(11)，其中在隔離襯底(9)和聚熱層(10)之間的結(jié)合表面(9a)的至少其中之一上，該隔離襯底(9)和聚熱層(10)的至少其中之一在與加熱電阻器(11)相對的區(qū)域中設(shè)有凹進(jìn)部分(16)，以形成中空部分(17)；以及中空部分(17)包括位于隔離襯底(9)一側(cè)上的內(nèi)表面，該內(nèi)表面加工成具有0.2μm或更大的表面粗糙度(Ra)。相應(yīng)地，中空部分(17)內(nèi)的氣體中的聚熱可得以抑制，以提高打印質(zhì)量。
文檔編號B41J2/335GK101417546SQ2008101750
公開日2009年4月29日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者三本木法光, 東海林法宜, 佐藤義則, 師岡利光, 頃石圭太郎 申請人:精工電子有限公司