JP2597564B2 - サーマルヘツド - Google Patents

サーマルヘツド

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JP2597564B2
JP2597564B2 JP62021298A JP2129887A JP2597564B2 JP 2597564 B2 JP2597564 B2 JP 2597564B2 JP 62021298 A JP62021298 A JP 62021298A JP 2129887 A JP2129887 A JP 2129887A JP 2597564 B2 JP2597564 B2 JP 2597564B2
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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

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

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、金属支持体上にイミド成分を含有する耐熱
樹脂層を形成し、この耐熱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
グコスト等の利点を生かして、ファクシミリ、ワードプ
ロセッサ用プリンタ等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、これらの機器は小形化、低価
格化が要請されており、このためサーマルヘッドにも小
型で安価なものが望まれている。
ところで従来のサーマルヘッドは、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体と、この発熱体に接続
された導電体を形成してなるものが多用されていた。し
かしながらこのようなサーマルヘッドに用いられるセラ
ミック基板は、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等の多くの工
程を必要とするため生産コストが高くなるという問題が
あった。
このため、最近、金属基板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ポリイミド樹脂層を形成
し、このポリイミド樹脂層上に多数の発熱抵抗体を形成
してなる小型で安価なサーマルヘッドが提案されている
(昭和61年度電子通信学会総合全国大会概要集(198
6),1−125および5−126)。
このように金属基板上に耐熱性に優れたポリイミド樹
脂層を形成し、この上に発熱抵抗体を形成してなるサー
マルヘッドは、従来のアルミナ基板上にグレースガラス
層を形成してなる基板を用いたサーマルヘッドと比較し
て、熱効率に優れ、しかも曲げ加工が可能で小型化し易
いという特長を有しており、今後小型で安価な高性能の
サーマルヘッドとして有望視されている。
ところがこのポリイミド樹脂層を用いたサーマルヘッ
ドでは、ポリイミド樹脂が耐熱性に極めて優れている特
長を有する半面、金属支持体および発熱抵抗体との密着
性に乏しく、このため後工程や使用中にはがれが生じ易
いという問題があった。
(発明が解決しようとする問題点) このようにポリイミド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では、ポリイミド樹脂が極
めて耐熱性に優れ、熱効率に優れ、また、曲げ加工が可
能で小型化し易いという長所を有する半面、後工程や使
用中にはがれが生じ易いという問題があった。
本発明者等は、このような欠点を解消すべく鋭意研究
をすすめたところ、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より得られた芳香族ポリイ
ミドは、耐熱性に優れ、しかも金属支持体の熱膨張率に
近い熱膨張率を有することを見出した。しかしながらこ
の芳香族ポリイミドはこのようなサーマルヘッドに適し
た特性を有する半面、金属支持体との密着性が不十分で
あるという問題がある。
本発明者等はさらにこの点を改善すべく研究をすす
め、この問題はp−フェニレンジアンミンの一部をSi基
を有するp−フェレンジアミンで置き変えることにより
大幅に改善されることを見出した。
本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、金属
基板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と金属支持体および発熱抵抗体
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、安価で高性能の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] (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、金属支持体と、この金属
支持体上に形成されたイミド成分を含有する耐熱樹脂層
と、このイミド成分を含有する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
イミド成分を含有する耐熱樹脂層が、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の反応に
より得られたポリイミド系樹脂であり、かつ少なくとも
前記イミド成分を含有する耐熱樹脂層の金属支持体側が
このポリイミド系樹脂の主鎖の一部にSi基を有するポリ
イミド系樹脂からなることを特徴としている。
本発明に使用される芳香族ポリイミド樹脂は、p−フ
ェニレンジアミンとビフェニルテトラカルボン酸二無水
物との当量混合物を有機溶剤中で開環付加反応させ、得
られたポリアミック酸溶液からなるワニスを塗布し脱水
環化させることにより得られる。
この分子構造中にSi基を導入するには、開環付加反応
時に、p−フェニレンジアミンの一部として例えば、 一般式 (式中、Rはアルキレン基のような2価の有機基、R′
はアルキル基のような1価の有機基を示す。)で表わさ
れるビスアミノジシロキサン、例えばビスアミノプロピ
ルテトラメチルジシロキサンを用いることにより得られ
る。
なおビスアミノジシロキサンのようなSi基を有するジ
アミンの配合量は全ジアミン成分中の10モル%以下とす
ることが望ましい。
さらに本発明においては、上記の開環付加反応時に得
られる芳香族ポリイミドの上記の優れた耐熱性、または
金属支持体との優れた密着性を実質的に損わない範囲
で、p−フェニレンジアミンの一部を他の芳香族ジアミ
ンに置き代えたり、ビフェニルテトラカルボン酸無水物
の一部を他の芳香族テトラカルボン酸無水物またはジカ
ルボン酸で置き代えることも可能である。
また、本発明においては芳香族ポリイミド中にシラン
カップリング剤を添加することにより金属支持体および
発熱低抗体、とりわけ発熱抵抗体との接着性をさらに向
上させることができる。
このようなシランカップリング剤としては、例えばγ
−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−
γ−アミノプロピルトリメトキシシランのようなアミノ
結合を有するシラン化合物やγ−ウレイドプロピルトリ
メトキシシランのような尿素結合を有するイラン化合物
が挙げられる。
これらのシランカップリング剤は、開環付加反応の終
了した芳香族ポリアミック酸、または主鎖にSi基を有す
る芳香族ポリアミック酸中に任意の比率でその1種また
は2種以上が添加、混合される。
なおシランカップリング剤の添加量は、耐熱樹脂層中
に0.05〜10重量%程度とすることが望ましい。
本発明のサーマルヘッドにおける耐熱樹脂層は、上記
のワニスを1種または2種以上使い分けることにより、
例えば第2図および下記するように、金属支持体、例え
ば金属基板1上に次のような積層構造で形成することが
できる。
Pi(Si)+Si:Si基が導入され、シランカップリング剤
を含むポリイミド Pi(Si):Si基が導入されたポリイミド Pi+Pi:シランカップリング剤を含むポリイミド Pi:Si基が導入されず、シランカップリング剤を含まな
いポリイミド これらの層構造は、各ワニスと塗布乾燥を繰返し行う
ことにより形成される。
(作用) 本発明のサーマルヘッドにおいては、耐熱樹脂層を、
金属支持体との密着性の良好な、分子構造中にSi基を有
する耐熱樹脂により形成しているので、金属支持体との
熱膨張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。
(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。
この実施例のサーマルヘッドは、Fe合金からなる金属
基板1上に、(I)式で表されるSi基を導入したポリア
ミック酸を有機溶剤に溶解させたポリイミドワニスと、
(II)式で表されるポリアミック酸を有機溶剤に溶解さ
せこれにシランカップリング剤を添加してなるポリイミ
ドワニスとを重ね塗りして、厚さ5〜100μm、好まし
くは10〜50μmの耐熱樹脂層2が形成され、その上にTa
−SiO2、Cr−SiO2、Ti−SiO2等からなる発熱抵抗体3が
形成されている。
(式中Xは を、nは正の数を表わす。以下同じ。) この発熱抵抗体3上には、発熱部4となる開口を形成
するごとくAl、Al−Si等からなる個別電極5および共通
電極6が形成され、少なくともこの発熱部4を被覆する
ようにSi−N−O系の酸化防止兼耐摩耗膜7が形成され
ている。
(III)式、(IV)式は、それぞれ(I)式および(I
I)式のポリアミック酸の脱水環化により形成されたポ
リイミドの分子構造である。なお環化後、シランカップ
リング剤は表面に薄い層となって存在する。
そしてこのサーマルヘッドは、個別電極5と共通電極
6との間に所定の時間間隔でパルス電圧を印加すること
により発熱部4の発熱抵抗体3が発熱し印字記録が行わ
れる。
このサーマルヘッドは、例えば次のようにして製造さ
れる。
まず、例えばCrを16重量%含有する厚さ0.3mm程度のF
e合金からなる金属基板1をレベリング後、所定の寸法
に切断し、脱脂、洗浄および乾水素雰囲気中で600℃〜8
00℃の温度で熱処理を行う。次に前述した(I)式で表
されるポリアミック酸を、N−メチルピロリド等の有機
溶剤を用いてローラーコーターやスピオンコーターを用
いて金属基板1上に所定の膜厚に塗布し、焼成炉を用い
て窒素ガス雰囲気中で、120℃30分の加熱を行い溶媒の7
0〜80%を除去し、この後この上にシランカップリング
剤を含む(II)式で示されるポリアミック酸を所定の粘
度に調整して所定の膜厚となるように塗布し、窒素ガス
雰囲気中で120℃30分間、150℃30分間、250℃30分、450
℃30分の加熱を行い成膜する。
しかる後、この耐熱樹脂層2上にスパッタリング、そ
の他公知の方法によりTa−SiO2、Cr−SiO2、Ti−SiO2
からなる発熱抵抗体3を形成し、さらにこの発熱抵抗体
3上に発熱部4となる開口が形成されるようにスパッタ
リング、その他公知の方法によりAl、Al−Si、Al−Si−
CuあるいはAu等からなる個別電極5および共通電極6を
形成して、発熱部4を被覆するようにSi−N−Oからな
る酸化防止膜兼耐摩耗膜7を、例えばスパッタリング法
等で形成する。
このサーマルヘッドの製造過程において、ポリイミド
樹脂表面の付着力および耐熱性について評価した。
第3図は引張り試験の結果から求めた金属との付着強
度および熱重量測定より求めた熱分解開始温度をビスア
ミノシロキサンの添加量の関数として示したグラフであ
り、また第4図はポリイミド膜上の発熱抵抗体の付着強
度をシランカップリング剤の添加量の関数として示した
図である。
なおこれらの図から、Si基を有するジアミンの置換量
は2〜10モル%程度の範囲が望ましく、シランカップリ
ング剤の添加量は0.05〜10重量%程度の範囲が好ましい
ことがわかる。またサーマルヘッドの発熱抵抗体は、瞬
時450℃前後、持続250〜300℃の温度で動作するが、第
4図の結果からシランカップリング剤の添加により耐熱
性が向上し、これを少くとも発熱抵抗体と接する側に使
用することにより耐熱樹脂層の耐熱寿命を伸ばすことが
できることがわかる。
なお発熱抵抗体側に、Si基を有しないポリイミド系樹
脂にシランカップリング剤を添加しないで使用する場合
には、発熱抵抗体との充分な接着強度を得るために表面
の改質を行うことが望ましい。このような表面処理は、
例えばプラズマ処理、O2を添加したAr中でのスパッタエ
ッチング処理等により実現することができる。
なお本発明では金属支持体を用いているので、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。さらに酸化防止兼耐摩耗膜
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においては、金属支持体上
に形成される耐熱樹脂として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の反応により得ら
れたポリイミド系樹脂を使用し、かつ少なくとも金属支
持体側にこのポリイミド系樹脂の主鎖の一部にSi基を有
するポリイミド系樹脂を使用したので、金属支持体およ
び発熱抵抗体との密着性が著しく向上し、また耐熱性も
向上し、これにより信頼性に優れ、安価でかつ小型化さ
れたサーマルヘッドを提供することができる。
【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拡
大して示す断面図、第2図(a)〜(f)は、それぞれ
耐熱樹脂層の少くとも金属支持体に接する部分が分子構
造中にSi基を含有する構成例を示す断面図、第3図およ
び第4図は、それぞれ付着強度と熱分解開始温度をビス
アミノシロキサンまたはシランカップリング剤の添加量
の関数として示したグラフである。 1……金属基板 2……耐熱樹脂層 3……発熱抵抗体 4……発熱部 5……個別電極 6……共通電極 7……酸化防止膜兼耐摩耗膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−179650(JP,A) 特開 昭59−5648(JP,A) 特開 昭59−179651(JP,A) 特開 昭56−167333(JP,A) 特開 昭63−62745(JP,A) 特開 昭63−189254(JP,A)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属支持体と、この金属支持体上に形成さ
    れたイミド成分を含有する耐熱樹脂層と、このイミド成
    分を含有する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、 前記イミド成分を含有する耐熱樹脂層が、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の反
    応により得られたポリイミド系樹脂であり、かつ少なく
    とも前記イミド成分を含有する耐熱樹脂層の金属支持体
    側及び発熱抵抗体側がこのポリイミド系樹脂の主鎖の一
    部にSi基を有するポリイミド系樹脂からなることを特徴
    とするサーマルヘッド。
  2. 【請求項2】金属支持体と、この金属支持体上に形成さ
    れたイミド成分を含有する耐熱樹脂層と、このイミド成
    分を含有する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、 前記イミド成分を含有する耐熱樹脂層が、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の反
    応により得られたポリイミド系樹脂であり、かつ少なく
    とも前記イミド成分を含有する耐熱樹脂層の金属支持体
    側がこのポリイミド系樹脂の主鎖の一部にSi基を有する
    ポリイミド系樹脂からなり、前記耐熱樹脂層の発熱抵抗
    体側の表面がプラズマ処理またはO2を添加したAr中での
    スパッタエッチング処理されていることを特徴とするサ
    ーマルヘッド。
  3. 【請求項3】金属支持体と、この金属支持体上に形成さ
    れたイミド成分を含有する耐熱樹脂層と、このイミド成
    分を含有する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、 前記イミド成分を含有する耐熱樹脂層が、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の反
    応により得られたポリイミド系樹脂であり、かつ少なく
    とも前記イミド成分を含有する耐熱樹脂層の金属支持体
    側がこのポリイミド系樹脂の主鎖の一部にSi基を有する
    ポリイミド系樹脂からなり、前記耐熱樹脂層の発熱抵抗
    体側にはシランカップリング剤を添加されていることを
    特徴とするサーマルヘッド。
  4. 【請求項4】前記ポリイミド系樹脂が、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の開環
    付加反応で得たポリアミック酸の脱水環化反応を経て形
    成されたものであり、かつ前記主鎖の一部にSi基を有す
    るポリイミド系樹脂が前記ビフェニルテトラカルボンと
    p−フェニレンジアミンの一部をSi基を有する特許請求
    の範囲第1項ないし第3項のいずれか1項記載のサーマ
    ルヘッド。
  5. 【請求項5】前記Si基を有するジアミンは、 一般式 (式中、Rは2価の有機基、R′は1価の有機基を示
    す。)で表されるビスアミノジシロキサンであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれ
    か1項記載のサーマルヘッド。
  6. 【請求項6】前記式中、Rはアルキレン基、R′はアル
    キル基であることを特徴とする特許請求の範囲第5項記
    載のサーマルヘッド。
  7. 【請求項7】前記耐熱樹脂層の少なくとも発熱抵抗体側
    が、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニ
    レンジアミンの開環付加反応により得たポリアミック酸
    に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1種をシランカップリン
    グ剤成分として添加したポリアミック酸の脱水環化反応
    を経て形成されたものであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項ないし第6項のいずれか1項記載のサーマ
    ルヘッド。
  8. 【請求項8】前記アミノ結合を有するシラン化合物が、
    γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル
    −γ−アミノプロピルトリメトキシシランのいずれかで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第7項記載のサー
    マルヘッド。
  9. 【請求項9】前記尿素結合を有するシラン化合物が、γ
    −ウレイドプロピルトリメトキシシランであることを特
    徴とする特許請求の範囲第7項記載のサーマルヘッド。
  10. 【請求項10】前記金属支持体を共通電極として用いる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項の
    いずれか1項記載のサーマルヘッド。
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