JP2568492B2 - Thermal head - Google Patents

Thermal head

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JP2568492B2
JP2568492B2 JP60098334A JP9833485A JP2568492B2 JP 2568492 B2 JP2568492 B2 JP 2568492B2 JP 60098334 A JP60098334 A JP 60098334A JP 9833485 A JP9833485 A JP 9833485A JP 2568492 B2 JP2568492 B2 JP 2568492B2
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thermal expansion
thermal
thermal head
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昭彦 吉田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
    • B41J2/32Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/335Structure of thermal heads

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、各種プリンタやファクシミリなどに用いら
れるサーマルヘッドに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head used for various printers and facsimile machines.

従来の技術 従来のファクシミリ,プリンタ等で用いられているサ
ーマルヘッドは第4図に示すものが代表的な構成となっ
ている。第4図で、1は絶縁性セラミック基板、2は蓄
熱ガラス層、3はエッチング防止層、4は抵抗体、5は
一対の電極および導体配線、6は耐摩耗層、7は駆動用
ICである。8は冷却基板で、接着剤層9によって基板1
の裏面に接合されている。
2. Description of the Related Art A typical thermal head used in a conventional facsimile, printer, or the like has a structure shown in FIG. In FIG. 4, 1 is an insulating ceramic substrate, 2 is a heat storage glass layer, 3 is an etching prevention layer, 4 is a resistor, 5 is a pair of electrodes and conductor wiring, 6 is a wear-resistant layer, and 7 is a driving layer.
IC. Reference numeral 8 denotes a cooling substrate, and the substrate 1 is
Is bonded to the back surface.

発明が解決しようとする問題点 記録の高速化,高密度化などの要請によりサーマルヘ
ッドは、第3図のようにセラミック基板の上面にのみ蓄
熱ガラス層を設ける構成が一般的になっている。さら
に、駆動用IC7や一対の電極および導体配線5などサー
マルヘッドの他に駆動回路や配線なども基板上に搭載し
て、コンパクト化が図られている。
Problems to be Solved by the Invention Due to demands for higher recording speeds and higher densities, thermal heads are generally provided with a heat storage glass layer only on the upper surface of a ceramic substrate as shown in FIG. Further, in addition to the thermal head such as the driving IC 7 and the pair of electrodes and the conductor wiring 5, a driving circuit and wiring are also mounted on the substrate to achieve compactness.

このようにセラミック基板の片面にのみ機能部を積み
重ねた構成では、セラミック基板の上下で熱膨張が異な
り歪を生じることになる。
In such a configuration in which the functional units are stacked only on one side of the ceramic substrate, thermal expansion differs between the upper and lower sides of the ceramic substrate, causing distortion.

第5図は幅16.7mm,長さ275mm,厚さ0.65mmの極めて平
坦なセラミック基板1の上に、第4図のようなサーマル
ヘッドの機能部を設けた場合の歪の程度を表しており、
275mmの長さに対し、室温で約1.5〜2.0mmの歪を生じる
ことになる。この歪はサーマルヘッドを使用するとヘッ
ド部が400〜650℃となるため歪がさらに2〜3倍に拡大
されることになる。また、基体の厚みは昭和53年頃は1.
6〜2.5mmであったものが、最近では0.65〜1.2mmとな
り、近い将来0.4〜0.5mmになることが予測される。基体
が薄くなると熱歪はさらに拡大される傾向にある。
FIG. 5 shows the degree of distortion when a thermal head functional portion as shown in FIG. 4 is provided on an extremely flat ceramic substrate 1 having a width of 16.7 mm, a length of 275 mm and a thickness of 0.65 mm. ,
For a length of 275 mm, a strain of about 1.5-2.0 mm will occur at room temperature. When a thermal head is used, the distortion becomes 400 to 650 ° C., so that the distortion is further enlarged to 2 to 3 times. The thickness of the substrate was 1.
What was 6 to 2.5 mm has recently become 0.65 to 1.2 mm, and is expected to become 0.4 to 0.5 mm in the near future. As the substrate becomes thinner, the thermal strain tends to be further increased.

このような熱歪はエッチング防止層(厚さ500〜1000
Å)や抵抗体(厚さ1000〜5000Å)などに悪影響をおよ
ぼすので、第4図に示すような竪牢で、重量のある冷却
基板8に、特別な治具を用いて、サーマルヘッドの歪を
矯正しながら熱伝導の改良剤を含有する耐熱性接着剤を
用いた接合層9を介して固定されている。このような操
作を常温で行なうため、常温で矯正して接合されたサー
マルヘッドは、実使用時にはかえって熱膨張の逃げる余
裕がなくなり、このことがサーマルヘッドの信頼性と耐
久性に重要な悪影響を与えている。
Such a thermal strain is caused by the etching prevention layer (thickness 500 to 1000).
Å) and resistors (thickness 1000-5000 Å), etc., have a bad effect. Therefore, a special jig can be used for the rugged and heavy cooling substrate 8 as shown in FIG. And is fixed via a bonding layer 9 using a heat-resistant adhesive containing a heat conduction improving agent. Since such operations are performed at room temperature, the thermal head that has been corrected and bonded at room temperature has no room for thermal expansion to escape in actual use, which has an important adverse effect on the reliability and durability of the thermal head. Have given.

また、サーマルヘッドを冷却基板8に接合する際、前
記のように熱歪による接着困難である他に、一般に、セ
ラミック基板1の裏面の表面粗度Raは0.1〜0.5μmにラ
ッピング加工またはポリッシング加工されていて、接着
するには表面が平滑すぎるのである。
Further, when the thermal head is joined to the cooling substrate 8, in addition to the difficulty in adhesion due to the thermal strain as described above, the surface roughness Ra of the back surface of the ceramic substrate 1 is generally lapping or polishing to 0.1 to 0.5 μm. The surface is too smooth to bond.

したがって本発明では、セラミック基体の熱歪を矯正
すること及び冷却基板との接着性を改善することを目的
とする。
Therefore, an object of the present invention is to correct thermal distortion of a ceramic substrate and to improve adhesion to a cooling substrate.

問題点を解決するための手段 本発明のサーマルヘッドは、絶縁性基板と、この基板
の表面に形成した発熱抵抗体およびその電極と、前記発
熱抵抗体および電極を被覆するように形成した耐磨耗層
と、前記基板の裏面に直に被着した5〜60μmの薄膜か
らなる熱膨張調整層とを有する。
Means for Solving the Problems The thermal head of the present invention comprises an insulating substrate, a heating resistor formed on the surface of the substrate and its electrode, and a wear-resistant resistor formed so as to cover the heating resistor and the electrode. A wear layer and a thermal expansion adjusting layer composed of a thin film of 5 to 60 μm directly adhered to the back surface of the substrate.

この熱膨張調整層は、セラミック、サーメット、金属
または合金を材料とし、プラズマ溶射、真空プロセス、
または印刷と焼成により形成する。熱膨張調整層の中心
線表面粗度Raは1〜10μmが好ましい。また、熱膨張調
整層の熱膨張率は、(30〜140)×10-7cm/℃が好まし
い。
This thermal expansion adjustment layer is made of ceramic, cermet, metal or alloy, and is made by plasma spraying, vacuum process,
Alternatively, it is formed by printing and baking. The center line surface roughness Ra of the thermal expansion adjusting layer is preferably 1 to 10 μm. The coefficient of thermal expansion of the thermal expansion adjusting layer is preferably (30 to 140) × 10 −7 cm / ° C.

作用 サーマルヘッド機能部を設ける表面側と熱膨張調整層
を有する裏面の熱膨張率が整合され、セラミック基体は
室温においても熱歪のない平坦性を有し、かつ、裏面が
接着に有利な適度の表面粗度を有するため、従来のよう
な特別複雑な治具を用いることなく、信頼性の高い、耐
久性に優れたサーマルヘッドを提供することが可能とな
る。
Function The thermal expansion coefficient of the front surface side on which the thermal head function section is provided and the thermal expansion coefficient of the thermal expansion control layer are matched, and the ceramic substrate has flatness without thermal distortion even at room temperature, and the reverse surface is suitable for bonding. With such a surface roughness, a highly reliable and durable thermal head can be provided without using a specially complicated jig as in the related art.

実施例 第1図は本発明によるサーマルヘッドの構成を示す。
1は絶縁性セラミック基体、2は蓄熱ガラス層、3はエ
ッチング防止層、4は抵抗体、5は一対の電極および導
体配線、6は耐摩耗層、7は駆動用IC、8は冷却基板で
あり、これらは従来例と同様である。10はセラミック基
体1の裏面に形成した熱膨張調整層であり、基体1は熱
膨張調整層10を介して接着剤層9によって冷却基板8に
接合されている。ここで、第1図のセラミック基体上に
積層された蓄熱ガラス層2から耐摩耗層6までのサーマ
ルヘッド本体機能部をAで表す。
Embodiment FIG. 1 shows a configuration of a thermal head according to the present invention.
1 is an insulating ceramic substrate, 2 is a heat storage glass layer, 3 is an etching prevention layer, 4 is a resistor, 5 is a pair of electrodes and conductor wiring, 6 is a wear-resistant layer, 7 is a driving IC, and 8 is a cooling substrate. And these are the same as in the conventional example. Reference numeral 10 denotes a thermal expansion adjustment layer formed on the back surface of the ceramic base 1. The base 1 is joined to the cooling substrate 8 by the adhesive layer 9 via the thermal expansion adjustment layer 10. Here, the functional portion of the thermal head main body from the heat storage glass layer 2 to the wear-resistant layer 6 laminated on the ceramic substrate of FIG.

第2図a,b,cは熱膨張調整層10の形成例を示す。第3
図a,b,cはそれぞれ対応する第2図の断面図である。
2a, 2b and 2c show examples of forming the thermal expansion adjusting layer 10. FIG. Third
FIGS. A, b, and c are cross-sectional views of the corresponding FIG.

これらの図で、aは基体の裏面の全体に熱膨張調整層
を設けた例、bは基体の裏面の中央部を残して両側にの
み層10を設けたものである。cは基体の裏面の中央部に
層10を設けたものである。その他、斜線縞模様(ゼブラ
ル帯)のように設けてもよい。
In these figures, a is an example in which a thermal expansion adjusting layer is provided on the entire back surface of the base, and b is a case in which the layers 10 are provided only on both sides except for the central portion of the back surface of the base. “c” shows that the layer 10 is provided at the center of the back surface of the base. In addition, you may provide like a diagonal stripe pattern (zebral band).

次に本発明を効果的に実施するための好ましい条件を
説明する。
Next, preferable conditions for effectively implementing the present invention will be described.

熱膨張調整層を形成する物質は金属,合金,セラミッ
ク,サーメットなどがある。具体的には、Ni,Cr,Fe,Cu,
Ta,Al,Ti,Hf,Zr,Mo,Wなどの単体金属、これらの合金が
ある。
Materials forming the thermal expansion adjusting layer include metals, alloys, ceramics, and cermets. Specifically, Ni, Cr, Fe, Cu,
There are simple metals such as Ta, Al, Ti, Hf, Zr, Mo and W, and alloys thereof.

また、セラミックとしてはAl2O3,SiO2,ZrO2,TiO2
およびAl2O3・SiO2,Al2O3・TiO2のような複合酸化物,
ガラス質などがある。サーメットは、Cr,Fe,Ni,Ti,Ta,Z
r,Al,Mo,Nb,Wなどの金属およびこれらの合金を主として
用いる。また、サーメットを構成する絶縁物として酸化
物,炭化物,窒化物などのセラミックを用いる。
Further, ceramics such as Al 2 O 3 , SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2
And complex oxides such as Al 2 O 3 .SiO 2 and Al 2 O 3 .TiO 2 ,
Vitreous and the like. Cermet is Cr, Fe, Ni, Ti, Ta, Z
Metals such as r, Al, Mo, Nb, W and alloys thereof are mainly used. In addition, ceramics such as oxides, carbides, and nitrides are used as insulators constituting the cermet.

熱膨張調整層を効果的に形成するには、基体1の裏面
の表面粗度が重要である。このため基体1の裏面の表面
粗度をタリサーフ表面粗度計で1〜10μmの範囲にする
のが好ましく、特に2〜4μmの範囲がよい。
In order to effectively form the thermal expansion adjusting layer, the surface roughness of the back surface of the base 1 is important. For this reason, it is preferable that the surface roughness of the back surface of the base 1 be in the range of 1 to 10 μm, particularly in the range of 2 to 4 μm, using a Talysurf surface roughness meter.

次に、熱膨張調整層の厚みであるが、3〜60μmが好
ましく、特に、5〜30μmの範囲がよい。
Next, the thickness of the thermal expansion adjusting layer is preferably from 3 to 60 μm, and particularly preferably from 5 to 30 μm.

次に、本発明に用いる絶縁性基体であるが、アルミナ
基板,グレイズアルミナ基板,ホーロ基板などを用いる
ことができる。また、アルミナ基板の代替として、ムラ
イト基板,コージライト基板,ガラス基板を用いること
も可能である。
Next, as the insulating substrate used in the present invention, an alumina substrate, a glaze alumina substrate, a hollow substrate, or the like can be used. Further, as an alternative to the alumina substrate, a mullite substrate, a cordierite substrate, or a glass substrate can be used.

熱膨張形成層を形成する方法としては、プラズマ溶
射、真空プロセス、または印刷と焼成による方法があ
り、具体的にはプラズマ法,LPCプラズマ法,スパッタ
法,EB蒸着法,蒸着法、およびスクリーン印刷後に焼成
する方法等がある。これらのうち、プラズマ法およびLP
Cプラズマ法がスピード,コスト,量産性の観点から最
も好ましい。
Methods for forming the thermal expansion forming layer include plasma spraying, a vacuum process, and a method based on printing and baking, and specifically, a plasma method, an LPC plasma method, a sputtering method, an EB evaporation method, an evaporation method, and screen printing. There is a method of firing later. Among them, plasma method and LP
The C plasma method is most preferable from the viewpoint of speed, cost, and mass productivity.

次に具体的な実施例を述べる。 Next, specific examples will be described.

基体1として、幅16.7mm,長さ275mm,肉厚0.65mmで、
片面に厚さ80μmのグレーズ層を有するセラミック基体
を用いる。この基板のグレーズ層と反対側(裏面)に各
種の条件で熱膨張調整層を形成し、グレーズ層上にサー
マルヘッド機能部を形成した。
The base 1 is 16.7mm wide, 275mm long, 0.65mm thick,
A ceramic substrate having a glaze layer with a thickness of 80 μm on one side is used. A thermal expansion adjusting layer was formed on the opposite side (back side) of the substrate from the glaze layer under various conditions, and a thermal head function section was formed on the glaze layer.

表は、熱膨張調整層の形成条件と得られたサーマルヘ
ッドの熱歪を比較したものである。熱膨張調整層の形成
には、プラズマ溶射機とEB蒸着装置を用いた。材料はT
a,Al2O3,Al2O3・TiO2、ガラス・アルミニウムからなる
サーメット、Cr−Cu合金、などを用いた。表面粗度は研
削紙、表面研磨機を用いて調製した。熱膨張調整層のパ
ターン例は第2図に示すパターン例を用いた。
The table compares the conditions for forming the thermal expansion adjusting layer and the thermal strain of the obtained thermal head. For the formation of the thermal expansion adjusting layer, a plasma spraying machine and an EB vapor deposition apparatus were used. Material is T
a, Al 2 O 3 , Al 2 O 3 .TiO 2 , cermet made of glass and aluminum, Cr—Cu alloy, etc. were used. The surface roughness was adjusted using a grinding paper and a surface polishing machine. The pattern example of the thermal expansion adjusting layer used was the pattern example shown in FIG.

膜厚は皮膜形成時間を変化させて調整した。熱歪は、
定盤を用いて、第5図に示す歪率の高さを測定した結果
を示す。No.14〜No.16は逆に熱歪を生じたためマイナス
を記した。
The film thickness was adjusted by changing the film formation time. Thermal strain is
The result of having measured the height of the distortion factor shown in FIG. 5 using the surface plate is shown. Conversely, Nos. 14 to 16 were negative because heat distortion occurred.

また、接着性については、冷却板に接合する際に、治
具を用いてヘッドを押圧して熱歪を修正しながら接合し
なければならないNo.1(従来例)を除いて、他は特別の
治具を用いることなく容易にサーマルヘッドと冷却板と
の接合が可能であった。
Regarding the adhesive property, except for No. 1 (conventional example) where the head must be pressed with a jig to correct thermal distortion when joining to the cooling plate, the other parts are special. It was possible to easily join the thermal head and the cooling plate without using the jig.

表の結果を総合的に判断して、表面粗度は2〜4μm
程度で良く、熱膨張調整層の膜厚は5〜30μmが好まし
いことがわかる。
Judging comprehensively the results in the table, the surface roughness was 2 to 4 μm
It can be seen that the thickness of the thermal expansion adjusting layer is preferably 5 to 30 μm.

また、熱膨張調整層を形成すると熱歪率が著しく小さ
くなり、同時に、サーマルヘッドを冷却基板に接合する
ことが容易となることがみとめられる。
It is also found that the formation of the thermal expansion adjusting layer significantly reduces the thermal strain rate and, at the same time, facilitates joining the thermal head to the cooling substrate.

発明の効果 本発明によれば、セラミック基体の熱歪を解決すると
ともに、冷却基板とサーマルヘッドとの接合強度を改善
することができる。その結果セラミック基体をさらに肉
厚にすることが可能となり、また、信頼性の向上、耐久
寿命の改善も可能となる。
According to the present invention, it is possible to solve the thermal strain of the ceramic base and to improve the bonding strength between the cooling substrate and the thermal head. As a result, the thickness of the ceramic base can be further increased, and the reliability and the durability life can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明によるサーマルヘッドの構成例を示す縦
断面図、第2図はセラミック基体の裏面に形成した熱膨
張調整層のパターン例を示す平面図、第3図は同断面
図、第4図は従来のサーマルヘッドの縦断面図、第5図
はその熱歪の状態を示す横断面図である。 1……セラミック基体、2……蓄熱ガラス層、3……エ
ッチング防止層、4……抵抗体、5……導体配線、6…
…耐摩耗層、7……駆動用IC、8……冷却基板、9……
接着剤層、10……熱膨張調整層。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a thermal head according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a pattern example of a thermal expansion adjusting layer formed on the back surface of a ceramic base, FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the conventional thermal head, and FIG. 5 is a transverse sectional view showing the state of the thermal strain. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic base, 2 ... Thermal storage glass layer, 3 ... Etching prevention layer, 4 ... Resistor, 5 ... Conductor wiring, 6 ...
... Abrasion resistant layer, 7 ... Drive IC, 8 ... Cooling board, 9 ...
Adhesive layer, 10: Thermal expansion adjustment layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 善博 門真市大字門真1006番地 松下電器産業 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−25974(JP,A) 実開 昭55−83349(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Yoshihiro Watanabe, Inventor 1006 Kadoma, Kadoma Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-57-25974 (JP, A) , U)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁性基板と、この基板の表面に形成した
発熱抵抗体およびその電極と、前記発熱抵抗体および電
極を被覆するように形成した耐磨耗層と、前記基板の裏
面に直に被着した5〜60μmの薄膜からなる熱膨張調整
層とを有するサーマルヘッド。
An insulating substrate, a heating resistor and its electrode formed on the surface of the substrate, a wear-resistant layer formed so as to cover the heating resistor and the electrode, And a thermal expansion adjusting layer made of a thin film having a thickness of 5 to 60 [mu] m.
【請求項2】熱膨張調整層が、プラズマ溶射、真空プロ
セス、または印刷と焼成により形成された特許請求の範
囲第1項記載のサーマルヘッド。
2. The thermal head according to claim 1, wherein the thermal expansion adjusting layer is formed by plasma spraying, a vacuum process, or printing and baking.
JP60098334A 1985-05-09 1985-05-09 Thermal head Expired - Lifetime JP2568492B2 (en)

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