JP2549135B2

JP2549135B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2549135B2
Application number: JP63010066A
Authority: JP
Inventors: 勝二階堂; 勝美柳橋; 義昭大内; 輝奥野山
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1987-01-31
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPS63302068A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、金属支持体上にポリイミド系樹脂層を形成
し、このポリイミド系樹脂層上に多数の発熱抵抗体を形
成してなるサーマルヘッドに関する。

（従来の技術）近年、サーマルヘッドは、少音、省保守、低ランニン
グコストなどの利点を生かして、ファクシミリ、ワード
プロセッサ用プリンタなどの各種記録装置に多用される
ようになってきている。一方、これらの機器は小型化、
低価格化、低電力化が要請されており、このためサーマ
ルヘッドにも小型で安価で、かつ高効率のものが望まれ
ている。

このようなサーマルヘッドとしては、従来、Al₂O₃純
度が90％以上のアルミナセラミック基板の上にグレーズ
ガラス層を形成し、その上に多数の発熱抵抗体と、これ
ら発熱抵抗体にそれぞれ接続された導電体を形成してな
るものが多用されていた。ここでは、グレーズガラス層
が熱の放散および蓄熱をコントロールする保温層として
の役割を担っている。

しかしながら、このグレーズガラス層を保温層として
用いたサーマルヘッドは、以下に示すような欠点を有し
ていた。

グレーズガラスは保温層としての熱応答特性に限界
があるため、効率が低い。

セラミックス基板は、その製造に際して、原料粉末
からアルカリ金属成分を除去する処理、高温焼成、高温
焼成時に生じた基板の反りをとるための仕上げの研摩な
ど、多くの工程を必要としており、さらにグレーズガラ
スについてもその原料粉末からアルカリ金属成分を除去
する必要があるため、生産コストが高い。

このような問題を解決するための方法として、たとえ
ば特開昭52−100245号公報、同56−164876号公報などに
記載されているように、サーマルヘッドの保温層とし
て、熱拡散率が小さい耐熱樹脂、たとえばポリイミド樹
脂を用いればよいことが知られている。

また、最近、芳香族ポリイミド樹脂からなる保温層を
金属薄板上に形成し、この保温層上に多数の発熱抵抗体
を形成して平型のサーマルヘッドを一旦作製し、これを
基台となる金属部材の頂部に発熱部が位置するように曲
げ加工を施すとともに接着した、小型化が可能なたて型
のサーマルヘッドも提案されている（昭和61年度電子通
信学会総合全国大会概要集（1986）,1−125および５−1
28）。

このように、たとえばポリイミド樹脂は、グレーズガ
ラスに比べて、その熱拡散率が1/3〜1/6と低いため、サ
ーマルヘッドの熱効率を大幅に向上させることができる
とともに、曲げ加工が可能であることから、小型で安価
な高性能のサーマルヘッドを構成するための保温層とし
て注目されている。

しかしながら、このような耐熱樹脂を保温層として用
いたサーマルヘッドは、まだ充分な実用化の域には達し
ておらず、長期間安定して印字動作を行えないなどの問
題を有している。

これは、瞬時400℃〜500℃、常用250℃〜350℃の熱条
件で動作するサーマルヘッドの動作条件に対して、長期
間安定して耐えられる高耐熱性と、熱の繰返し印加によ
っても接着強度の劣化を生じない、金属支持体やポリイ
ミド樹脂層上に形成される薄膜との優れた接着性とを同
時に満足する耐熱樹脂が見出されていなかったことによ
る。耐熱温度が低ければ、当然ながら使用中に熱劣化を
起こして性能の低下を招き、また接着強度の低下は、使
用中に耐熱樹脂層の「はがれ」が生じやすくなり、とも
にサーマルヘッドの信頼性を低下させている。

たとえば、特開昭56−164876号公報の実施例中に記載
されている、トレニース（商品名）なるポリアミック酸
溶液をアルミニウム基板上に塗布し、50℃×60分、80℃
×30分、120℃×30分、250℃×60分、450℃×60分の条
件で焼成し、ポリイミド樹脂層を形成したところ、熱重
量測定法によるこのポリイミド樹脂層の熱分解開始温度
は約510℃とかなりの耐熱性を有するものの、充分な接
着強度は得られず、既にこの段階で剥がれるものが多発
し、サーマルヘッドの使用に耐えられるものではなかっ
た。さらに、比較的良好な密着性が得られたPyre−NL
（商品名、デュポン社製）なるポリイミド樹脂層が形成
されたアルミニウム基板を用いてサーマルヘッドを作製
し、印加エネルギ0.26mJ/dot、パルス幅1.7ms、パルス
周期5.0msの条件で10⁸回パルス電圧の印加動作を行い、
この後のポリイミド樹脂層表面を超音波顕微鏡で観察し
たところ、表面に凹凸が形成されており、動作中に変質
してしまったことが明らかとなった。また、熱重量測定
法により、このポリイミド樹脂層の熱分解温度を測定し
たところ、約420℃と低く、サーマルヘッドの動作に耐
えられるものではなかった。

（発明が解決しようとする課題）このように従来の耐熱樹脂、たとえばポリイミド樹脂
を保温層として用いたサーマルヘッドでは、ポリイミド
樹脂の低い熱拡散率により熱効率に優れるとともに、曲
げ加工が可能で小型化しやすいという長所を有する半
面、苛酷な使用温度条件に対する耐熱性が長期間安定し
て得られず、また耐熱樹脂層と金属支持体及び耐熱樹脂
層上に形成された薄膜との接着力に欠けるなど、長期間
にわたる信頼性が得られないという課題があった。

本発明はこのような従来の課題に対処するべくなされ
たもので、金属支持体上に熱の放散および蓄熱をコント
ロールする保温層として設けた耐熱樹脂層の耐熱性をさ
らに向上させるとともに、耐熱樹脂層と金属支持体およ
び耐熱樹脂層上に形成される薄膜との密着性を向上させ
た、熱効率に優れ、曲げ加工が可能で小型化しやすく、
安価で長期間にわたって優れた信頼性が得られるサーマ
ルヘッドを提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のサーマルヘッドは、金属支持体と、この金属
支持体上に形成された耐熱樹脂層と、この耐熱樹脂層上
に形成された多数の発熱抵抗体と、これら各発熱抵抗体
に接続された導電体とを備えてなるサーマルヘッドにお
いて、前記耐熱樹脂層はビフェニルテトラカルボン酸二
無水物とｐ−フェニレンジアミンとの開環重付加反応に
より得られたポリアミック酸の脱水環化反応により形成
された芳香族ポリイミド樹脂層から実質的になることを
特徴としている。

本発明における芳香族ポリイミド樹脂の前駆体となる
ポリアミック酸の一方の出発原料であるビフェニルテト
ラカルボン酸二無水物は、下記の一般式で示されるもの
である。

一般式上記一般式で示されるビフェニルテトラカルボン酸二
無水物としては、たとえば3,3′,4,4′−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物、2,2′,3,3′−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物などが例示される。

また、他方の出発原料であるｐ−フェニレンジアミン
は、その置換体を使用することも可能であり、具体的な
置換基としては、メチル基、エチル基などの低級アルキ
ル基などが挙げられる。具体的なｐ−フェニレンジアミ
ン置換体としては、2,4−ジメチル−ｐ−フェニレンジ
アミン、テトラメチル、−ｐ−フェニレンジアミンなど
が例示される。

本発明の芳香族ポリイミド樹脂層は、たとえば下記の
方法により形成される。

まず、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フ
ェニレンジアミンとを開環重付加反応させてポリアミッ
ク酸を作製し、このポリアミック酸を適当な有機溶剤に
溶解させて任意の濃度のワニスを作製する。ビフェニル
テトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンと
の使用割合は、通常等モルとされるが、耐熱性やワニス
の粘度の使用許容範囲内で、その使用割合を変更するこ
ともできる。また、使用する有機溶剤としては、Ｎ−メ
チル−２−ピロリドン、Ｎ・Ｎ′−ジメチルアセトアミ
ド、Ｎ・Ｎ′−ジメチルホルムアミドなどの極性有機溶
剤が適している。次に、このようにして得たポリアミッ
ク酸ワニスを金属支持体上に塗布し、焼成して脱水環化
反応させることによって芳香族ポリイミド樹脂層を形成
する。

また、本発明のサーマルヘッドにおける耐熱性樹脂層
においては、下記〜のいずれかを施すことより、さ
らに耐熱樹脂層と金属支持体との密着性を向上させるこ
とが可能となり好ましい。

芳香族ポリイミド樹脂の分子構造中にSi基を導入す
る。このSi基を導入した芳香族ポリイミド樹脂は、たと
えば前述のポリアミック酸の合成時に、ｐ−フェニレン
ジアミンの一部を任意のモル比で、望ましくはｐ−フェ
ニレンジアミン成分のほぼ0.05mol％〜10mol％の範囲
で、Si基を有するジアミンに置き換えて開環重付加反応
させることにより得られるポリアミック酸を使用するこ
とにより形成することができる。

上記Si基を有するジアミンとしては、たとえば一般式（式中、Ｒはエチレン基、プロピレン基などのアルキレ
ン基；トリメチレン基、テトラメチレン基などのポリメ
チレン基；フェニレン基のような２価の有機基を、Ｒ′
はメチル基、エチル基などのアルキル基のような１価の
有機基を、ｎは正の数を示す。）で表されるビスアミノ
シロキサンが例示される。このビスアミノシロキサンの
代表的なものを例示すると以下のようなものである。

芳香族ポリイミド樹脂中にシランカップリング剤成
分としてアミノ結合を有するシラン化合物および尿素結
合を有するシラン化合物の少なくとも一方を含有させ
る。このシランカップリング剤は、たとえば前述のポリ
アミック酸ワニスに固形分のほぼ0.05重量％〜10重量％
の範囲で添加して使用することにより含有させることが
できる。

このシランカップリング剤成分として添加するアミノ
結合を有するシラン化合物としては、たとえばγ−アミ
ノプロピルトリエトキシシランやＮ−フェニル−γ−ア
ミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられ、尿素
結合を有するシラン化合物として、たとえばγ−ウレイ
ドプロピルトリメトキシシランが挙げられる。

耐熱樹脂層と金属支持体との間に、ほぼ0.05μｍ〜
１μｍの厚さを有するCrやTiなどからなる活性金属層を
介在させる。

なお、上記の芳香族ポリイミド樹脂の分子構造中へ
のSi基の導入および上記の芳香族ポリイミド樹脂中へ
のシランカップリング剤の添加は、のようにサーマル
ヘッドの製造工程を増やす必要がないばかりでなく、さ
らに耐熱樹脂層と耐熱樹脂層上に形成される薄膜との密
着性をも大巾に向上させることができる。

（作用）本発明のサーマルヘッドにおいて耐熱樹脂層として使
用しているビフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−
フェニレンジアミンとを用いて形成した芳香族ポリイミ
ド樹脂は、主鎖にビフェニル構造を有することなどから
熱分解温度が高く、長期間安定して印字動作を行えると
ともに、金属支持体との熱膨脹係数の差が小さく、この
熱膨脹係数の差により発生する界面応力に起因するはが
れを有効に防止することができる。また、この芳香族ポ
リイミド樹脂層を、ポリアミック酸ワニスの塗布・焼成
によって形成することによって、イミド化と同時に金属
支持体に接着されるため、金属支持体に対して優れた接
着力を示す。

さらに、芳香族ポリイミド樹脂中にシランカップリン
グ剤成分を含有させるか、あるいは主鎖にSi基を導入す
ることによって金属支持体と、さらには芳香族ポリイミ
ド樹脂層上に形成される薄膜との接着力がいっそう強化
され、信頼性が向上する。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例のサーマルヘッドの要部
を示す部分分解斜視図である。

同図において、符号１は、Fe−Cr合金などからなる厚
さ0.5mm程度の金属基板を示している。この金属基板１
上には、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フ
ェニレンジアミンとの等モル混合物を開環重付加反応さ
せて得られた下記の（Ｉ−１）式で表されるポリアミッ
ク酸を有機溶剤に溶解させたポリアミック酸ワニス、あ
るいはこのポリアミック酸の合成時に、ｐ−フェニレン
ジアミン成分の0.05mol％〜10mol％の範囲を下記の（I
I）式で示されるビスアミノジシロキサンで置き換えて
合成した下記の（III−１）式で表される分子構造中にS
i基を導入したポリアミック酸を用いたポリアミック酸
ワニス、あるいは（Ｉ−１）式で表されるポリアミック
酸を用いたポリアミック酸ワニスに下記の（IV）式で表
されるγ−ウレイドプロピルトリメトキシシランを、ポ
リアミック酸ワニス中の固形分に対して0.05重量％〜10
重量％の範囲で添加分散させたもののいずれかを塗布、
焼成することにより、下記の（Ｉ−２）式または（III
−２）式でその主骨格が表される芳香族ポリイミド樹脂
からなる厚さ５μｍ〜50μｍ、好ましくは10μｍ〜30μ
ｍの耐熱樹脂層２が形成されている。

この耐熱樹脂層２の上には、SiO₂、β−SiAlONなどか
らなる厚さ0.05μｍ〜１μｍ程度の下地層３が形成され
ている。この下地層３は、発熱抵抗体４層をエッチング
処理によって所定形状に形成する際などにおける、芳香
族ポリイミド樹脂の保護層となる。さらに、この下地層
３の上には、Ta−SiO₂、Ti−SiO₂などからなる厚さ0.1
μｍ程度の所定の間隔を有する多数の発熱抵抗体４が形
成されており、これら各発熱抵抗体４上に発熱部５とな
る開口を形成するごとくAl、Al−Si−Cuなどからなる厚
さ0.7μｍ〜１μｍ程度の個別電極６および共通電極７
が形成されている。そして、少なくとも発熱部５を被覆
するように、厚さ３μｍ〜５μｍ程度のSi−Ｏ−Ｎ系の
酸化防止膜兼耐摩耗膜８が形成されて、サーマルヘッド
が構成されている。

なお、式中ｌ、ｍ、ｎは正の数を表す（以下同じ）。

このサーマルヘッドによれば、各個別電極６と共通電
極７との間に所定の時間間隔でパルス電圧が印加され
て、発熱部５に相当する発熱抵抗体４が発熱し、印字記
録が行われる。

このサーマルヘッドは、たとえば次のようにして製造
される。

まず、たとえばCrを18重量％含有する厚さ0.5mm程度
のFe合金からなる金属基板にレベリング処理を施した
後、所定寸法への切断およびバリ取りを施す。次いで、
この所定寸法に加工された金属基板を有機溶剤中で脱脂
した後、50℃〜70℃程度の温度の希硫酸中への浸漬処理
を施して金属基板１を作製する。この希硫酸中への浸漬
処理は、金属基板表面に形成されている酸化物を除去す
るとともに、表面をミクロ的に荒す、活性化処理のため
に行うものである。

次に、前述したポリアミック酸ワニス、すなわち（Ｉ
−１）式でその主成分が表されるポリアミック酸ワニ
ス、あるいは（III−１）式でその主成分が表されるポ
リアミック酸ワニス、さらには（Ｉ−１）式でその主成
分が表されるポリアミック酸ワニスにシランカップリン
グ剤成分を添加したもののいずれかを、Ｎ−メチル−２
−ピロリドンなどの有機溶剤を用いて所定の粘度に調整
し、ローラーコータやスピオンコータによって上記金属
基板１上に所定の膜厚となるように塗布し、焼成炉を用
いて窒素ガス雰囲気中で、たとえば50℃×60分＋80℃×
30分＋120℃×30分＋250℃×60分＋450℃×60分の条件
で焼成して、有機溶剤を除去するとともに、脱水環化反
応を進行させてイミド化させつつ成膜して耐熱樹脂層２
を形成する。この芳香族ポリイミド樹脂層の形成の際
に、シランカップリング剤成分を添加していないポリア
ミック酸、あるいは分子構造中にSi基の導入のないポリ
アミック酸を使用する場合には、金属基板１の表面に厚
さ0.05μｍ〜１μｍ程度のCrやTiなどからなる活性金属
層を蒸着法などで形成し、その上に芳香族ポリイミド樹
脂層を形成することが望ましい。

次に、この耐熱樹脂層２上にスパッタリングやその他
公知の薄膜形成方法によりSiO₂、β−SiAlONなどからな
る下地層３およびTa−SiO₂、Ti−SiO₂などからなる発熱
抵抗体４層を順に形成する。さらに、この発熱抵抗体４
層の上に、同様な方法により個別電極６および共通電極
７となる、AlやAl−Si−Cuなどの導電体層を形成する。
次いで、これら発熱抵抗体４層と導電体層とにパターニ
ング処理を施し、所定の間隔を有する多数の発熱抵抗体
４と個別電極６および共通電極７とを形成する。このパ
ターニング処理は、まず導電体層上に所定形状の発熱抵
抗体４が形成されるようにマスキング膜を形成し、ウェ
ットエッチングやケミカルドライエッチングによって不
要部分を除去して、所定の間隔を有する多数の発熱抵抗
体４と同形状の導電体層を形成する。次に、導電体層上
に発熱部５となる部分を除いてマスキング膜を形成し、
同様な方法にて導電体層のみを除去して発熱部５を形成
すると同時に、各個別電極６と共通電極７を形成する。
この後、この発熱部５を被覆するようにSi−Ｏ−Ｎ系か
らなる酸化防止膜兼耐摩耗膜８を、たとえばスパッタリ
ング法などで形成する。

次に、このサーマルヘッドの製造工程において、本発
明に係る芳香族ポリイミド樹脂の付着力や耐熱性などの
特性を評価した結果について述べる。

まず、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸無
水物とｐ−フェニレンジアミンとの開環重付加反応によ
り得たポリアミック酸を主成分とするワニスを用いて、
Cr蒸着膜の形成されているFe−18重量％Cr合金基板の上
に芳香族ポリイミド樹脂層を成膜し、窒素ガス中におい
て、室温×30分＋450℃×30分を１サイクルとして、こ
れを10サイクル繰返すことにより熱応力テストを行い、
その際の芳香族ポリイミド樹脂層のはがれの有無を調べ
た。また、熱重量測定法による熱分解開始温度の測定、
加熱収縮率の測定および熱膨脹係数の測定も行った。そ
の結果を次表に示す。なお、加熱収縮率は400℃×30分
の加熱条件で測定し、熱膨脹係数は微小線膨脹計により
昇温速度５℃／分の条件で測定した値である。

また、本発明との比較のため、この実施例で使用した
ｐ−フェニレンジアミンを用いて、テトラカルボン酸成
分として、それぞれピロメリット酸二無水物（比較例
１）およびベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
（比較例２）を使用して各々ポリアミック酸を合成し、
実施例と同一条件で芳香族ポリイミド樹脂層を形成し
た。また、上記実施例におけるｐ−フェニレンジアミン
の代りに、芳香族ジアミン成分として夫々ジアミノジェ
ニルエーテル（比較例３）、ｍ−フェニレンジアミン
（比較例４）、ジアミノジフェニルスルホン（比較例
５）およびジアミノジフェニルメタン（比較例６）を使
用し、各々同様にしてポリアミック酸を合成し、次いで
同一条件で芳香族ポリイミド樹脂層を形成した。これら
についても同様にしてその特性を評価した。さらに、比
較例７は特開昭56−164876号公報の実施例中に記載され
ているトレニースを使用したものであり、比較例８はPy
re−NL（商品名、デュポン社製）なる芳香族ポリイミド
樹脂層であり、これらについても同様に評価を行った。
これらの評価結果も合せて次表に示す。

前表より明らかなように、ビフェニルテトラカルボン
酸とｐ−フェニレンジアミンとの組合せによって合成し
た芳香族ポリイミド樹脂は、金属基板との熱膨脹係数の
差が最も小さく、これによりこの熱膨脹係数の差により
生じると考えられる「はがれ」が有効に防止できる。ま
た、熱重量測定より求めた熱分解開始温度もこの芳香族
ポリイミド樹脂が最も高く、サーマルヘッド用の耐熱樹
脂層として好適であることがわかる。なお、この熱分解
開始温度の向上は、この実施例の芳香族ポリイミド樹脂
の立体構造が直鎖状となり、熱に対する抵抗が大きくな
るためと考えられる。

なお、上記実施例と同様にして、テトラカルボン酸成
分として2,2′,3,3′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物を使用して形成した芳香族ポリイミド樹脂は、熱
分解開始温度が20℃程度低下するものの、他の特性につ
いての差は認められず、同様にサーマルヘッドの耐熱樹
脂層として有効なものであった。また、上記実施例と同
様にして、メチル基やエチル基などの置換基を有するｐ
−フェニレンジアミンを使用したものについても、非置
換のｐ−フェニレンジアミンを使用したものと特性上の
差は認められず、同様にサーマルヘッドの耐熱樹脂層と
して好適なものであった。

次に、（III−２）式で表される分子構造中にSi基を
導入した芳香族ポリイミド樹脂および（Ｉ−２）式で表
される芳香族ポリイミド樹脂中にシランカップリング剤
成分として（IV）式で表されるγ−ウレイドプロピルト
リメトキシシランを含有させた芳香族ポリイミド樹脂に
ついて、付着強度および耐熱性の評価を行った。

第２図は、ｐ−フェニレンジアミン成分に対する上述
したビスアミノジシロキサンの置換比率と、金属基板
（Cr蒸着膜なし）、SiO₂層それぞれに対する付着強度お
よび熱分解開始温度との関係を示した図である。第３図
は、同様に上述したシランカップリング剤の添加量（ポ
リアミック酸ワニス中の固形分に対する重量％）と、金
属基板（Cr蒸着膜なし）、SiO₂層それぞれに対する付着
強度および熱分解開始温度との関係を示した図である。
なお、芳香族ポリイミド樹脂層と金属基板との付着強度
は、JIS規格06481,5,7「引きはがし強さ」に準じて測定
したものである。一方、芳香族ポリイミド樹脂層とSiO₂
層との付着強度は、次のようにして測定した。芳香族ポ
リイミド樹脂層上に形成されたSiO₂層上に、Al1μｍ、C
r0.1μｍ、Cu3μｍ、Au1μｍをマスクスパッタにより連
続的に形成し、その後これらの層に覆われていない部分
のSiO₂をケミカルドライエッチングにより除去した。こ
の後、Cu上に直径0.8mmのSnめっきCuワイヤをはんだ付
けし、引張試験により測定を行った。

いずれの場合も、Si成分の導入により、付着強度が大
巾に改善されていることがわかる。

サーマルヘッドの発熱抵抗体は、瞬時400℃〜500℃、
持続250℃〜350℃の温度で動作するが、第２図の結果よ
りビスアミノシロキサンによる置換比率は、ほぼ0.05mo
l％〜10mol％の範囲が望ましいことが明らかである。こ
れは、ビスアミノシロキサンによる置換比率がほぼ0.05
mol％未満では付着強度の改善効果が認められず、ほぼ1
0mol％を超えると付着強度の改善効果が飽和してしまう
のみならず、耐熱性が著しく劣化してしまうからであ
る。また、第３図の結果からは、シランカップリング剤
の添加量が、ほぼ0.05重量％〜10重量％の範囲が好まし
いことがわかる。これは、シランカップリング剤の添加
量がほぼ0.05重量％未満では付着強度の改善効果が認め
られず、ほぼ10重量％を超えると付着強度の改善効果が
飽和してしまうからである。

シランカップリング剤成分としては、前述のγ−ウレ
イドプロピルトリメトキシシランの他に、下記の（Ｖ）
式で示されるγ−アミノプロピルトリメトキシシランや
（VI）式で示されるＮ−フェニル−γ−アミノプロピル
トリメトキシシランを用いた場合についても同様な効果
が得られた。

H₂N−C₃H₆−Si（OC₂H₅）_３ ……（Ｖ）このように、芳香族ポリイミド樹脂の分子構造中にSi
基を導入したり、あるいはシランカップリング剤成分を
含有させることにより、金属基板や下地層となる無機絶
縁物との接着力がさらに向上する。したがって、信頼性
に優れたサーマルヘッドが得られる。特に、芳香族ポリ
イミド樹脂の分子構造中に特定の量でSi基を導入するこ
とにより、耐熱性をほとんど損ねることなく、大幅に接
着力が向上し、サーマルヘッドの耐熱樹脂層として好適
したものとなる。

次に、サーマルヘッドの効率について評価を行った。

まず、従来例としてSiO₂−BaO−CaO−Al₂O₃−B₂O₃−Z
nOからなるほぼ厚さ70μｍのグレーズガラス層をアルミ
ナセラミックス基板上に形成したものに、この実施例と
同様にして下地層、発熱抵抗体、電極および保護膜を形
成してサーマルヘッドを構成した。そして、このグレー
ズガラスを用いたサーマルヘッドによって印字を行い、
ある一定の発色濃度が得られた投入電力を基準として、
この実施例における上記（Ｉ−２）式で表される芳香族
ポリイミド樹脂層、または上記（III−２）式で表され
る芳香族ポリイミド樹脂層、または上記（Ｉ−２）式で
表される芳香族ポリイミド樹脂中にシランカップリング
剤成分を含有させたものをそれぞれ用いたサーマルヘッ
ドによって、同等の発色濃度を得るための投入電力を比
率として求めた。その結果を投入電力比（グレーズガラ
スを用いたサーマルヘッドによる投入電力を１とした際
の比率）と、ポリイミド樹脂層の膜厚との関係としてグ
ラフ化し、第４図に示した。

第４図からも明らかなように、耐熱樹脂層として本発
明に係る芳香族ポリイミド樹脂を使用した場合、グレー
ズガラスを使用した場合と同等の発色濃度を得るのに、
低投入電力で十分であること、すなわち熱効率に優れて
いることがわかる。また、第４図の結果より、芳香族ポ
リイミド樹脂層の厚さは、ほぼ５μｍ〜50μｍの範囲が
好ましいこともわかる。ポリイミド樹脂層の厚さがほぼ
５μｍ未満では、充分な効率向上効果が期待できず、ほ
ぼ50μｍを超えるとこの効果が飽和してしまうからであ
る。

また第５図には、効率の向上に起因する基本的知見を
得るために、上記効率の測定に使用したものと同一の３
種類の芳香族ポリイミド樹脂とグレーズガラスについ
て、レーザフラッシュ法を用いて測定した厚さ方向の熱
拡散率を示す。本発明に係る芳香族ポリイミド樹脂は、
熱拡散率が従来のグレーズガラスのほぼ1/3〜1/6と低
く、これにより高効率のサーマルヘッドを構成すること
が可能であることが明らかである。また、分子構造中に
Si基を導入した場合、若干ではあるがさらに熱拡散率が
下がり、より効率の向上が期待できる。

さらに、この実施例におけるサーマルヘッドを使用し
て印加エネルギ0.26mJ/dot、パルス幅1.7ms、パルス周
期5.0msの条件で10⁸回パルス電圧の印加動作を行い、こ
の後の芳香族ポリイミド樹脂層表面を超音波顕微鏡で観
察したところ、変質は全く認められなかった。

なお、この実施例では、ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物とｐ−フェニレンジアミンとの使用割合を等モ
ルとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
耐熱性や合成時の粘度の使用許容範囲内で、その混合比
を±7mol％程度の範囲で変更して用いてもよい。

また本発明では、支持体として金属部材を用いている
のでこの金属支持体を共通電極として用い、さらに生産
コストを低減させることも可能である。また、酸化防止
膜兼耐摩耗膜は必ずしも全面に設ける必要はなく、少な
くとも発熱部上に形成されていれば充分にその機能を発
揮する。

［発明の効果］以上説明したように本発明のサーマルヘッドにおい
て、耐熱樹脂層として使用しているビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンとによって
合成した芳香族ポリイミド樹脂は、熱分解開始温度が高
く、苛酷な使用温度条件に耐えうる耐熱性を有するとと
もに、金属支持体との線膨脹係数の差が小さく、優れた
接着力も有している。したがって、このような芳香族ポ
リイミド樹脂を耐熱樹脂層として使用した本発明のサー
マルヘッドは、信頼性に優れ、ポリイミド樹脂の特性を
充分に生かした、熱効率に優れ、安価で小型化の可能な
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のサーマルヘッドの要部を示
す部分分解斜視図、第２図は本発明に係る芳香族ポリイ
ミド樹脂の形成過程におけるｐ−フェニレンジアミン成
分のジアミノジシロキサンによる置換比率と、この芳香
族ポリイミド樹脂層と金属基板および芳香族ポリイミド
樹脂層上に形成された下地層との付着強度、およびこの
芳香族ポリイミド樹脂の熱分解開始温度との関係を示し
たグラフ、第３図は本発明に係る芳香族ポリイミド樹脂
の形成過程におけるシランカップリング剤の添加量と、
この芳香族ポリイミド樹脂層と金属基板および芳香族ポ
リイミド樹脂層上に形成された下地層との付着強度、お
よびこの芳香族ポリイミド樹脂の熱分解開始温度との関
係を示したグラフ、第４図は従来のグレーズガラスを保
温層として用いたサーマルヘッドと、本発明の実施例に
おけるサーマルヘッドとの効率の比較を示すグラフ、第
５図は本発明に係る芳香族ポリイミド樹脂とグレーズガ
ラスの熱拡散率を示すグラフである。１……金属基板２……耐熱樹脂層３……下地層４……発熱抵抗体５……発熱部６……個別電極７……共通電極８……酸化防止膜兼耐摩耗膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大内義昭神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東芝堀川町工場内 (72)発明者奥野山輝神奈川県川崎市川崎区千鳥町９―２東芝ケミカル株式会社千鳥町工場内 (56)参考文献特開昭56−164876（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−28432（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−111182（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属支持体と、この金属支持体上に形成さ
れた耐熱樹脂層と、この耐熱樹脂層上に形成された多数
の発熱抵抗体と、これら各発熱抵抗体に接続された導電
体とを備えてなるサーマルヘッドにおいて、前記耐熱樹脂層は、ビフェニルテトラカルボン酸二無水
物とｐ−フェニレンジアミンとの開環重付加反応により
得られたポリアミック酸の脱水環化反応により形成され
た芳香族ポリイミド樹脂層から実質的になることを特徴
とするサーマルヘッド。
【請求項２】前記ポリアミック酸は、ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンとの開環
重付加反応時に、前記ｐ−フェニレンジアミンの一部を
Si基を有するジアミンで置き換えることにより合成され
てなることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッ
ド。
【請求項３】前記ポリアミック酸には、シランカップッ
リング剤成分としてアミノ結合を有するシラン化合物お
よび尿素結合を有するシラン化合物の少なくとも一方が
添加されていることを特徴とする請求項１記載のサーマ
ルヘッド。