JP2608449B2 - サーマルプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は厚膜法によるサーマルプリンタヘッドの製造
方法、特に発熱抵抗体を支持する蓄熱層の形成方法に関
する。

［従来の技術］ 感熱記録システムは記録装置がコンパクトでメンテナ
ンスが簡便であり比較的安価であることから普通紙記録
でないにもかかわらず、近年著しく普及してきている。
その主要記録部を構成するのがサーマルヘッドまたはサ
ーマルプリンタヘッドであり、これの品質が向上したこ
とも感熱記録システムの普及に大きく貢献していると言
える。すなわち従来の感熱記録システムでは文字や低画
質画像の記録が中心であったのに対し、サーマルヘッド
の解像性、熱応答特性、温度均一性、等の改良により、
現在では８ドット/mm乃至それ以上の解像性をもってよ
り高速でより高画質の画像が得られるようになってい
る。また感熱記録方法の進歩によりテレビ、ビデオ、電
子カメラ等から得られる電気的画像信号から、カラー写
真に近い画質をもつ画像の再生も可能となってきてい
る。

一般にサーマルヘッドはその製造方法が薄膜法と厚膜
法とに大別され、それぞれが長所と短所をもち合わせて
いるが、厚膜法の方が設備コストが小さい、生産効
率が高い、大型基板が可能である、パターニング工
程が簡便である、材料ロスが少ない、等の理由で製造
しやすいとの認識が一般的である。

上記の厚膜法によるサーマルプリンタヘッドの蓄熱層
を形成する一般的方法としては、特開昭61−290,068号
および同61−74,865号などに記載されているように、
まず蓄熱層を構成する無機材料の粉体原料をペーストと
し、これを所定のパターンを備えたスクリーンマスク
を用いて基板の上に多数回の重ね印刷を行った後、所
定の温度で焼成する、という工程がとられている。

ところが、材料的な必要特性とは別に、スクリーン印
刷という一見簡便な工程による欠点が種々挙げられてい
る。すなわち、蓄熱層が持つべき特性として、サーマ
ルプリンタを行う時に各発熱抵抗体が均一な圧力で記録
紙面上に接触する必要があるため、その表面が極めて良
好な平坦性と平滑性を有すること、サーマルプリント
時の瞬時の昇温降温に耐えうる十分な耐熱性と耐久性が
要求され、しかも均一な蓄熱性と熱伝導性を持つ必要が
あるため、蓄熱層内部においてもボイドやクラックなど
の構造的欠陥がなく、しかも表面にもピンホールなどの
全くない均一でち密な構造を有すること、などが挙げら
れる。

この点、スクリーン印刷法はその印刷メカニズム上ス
クリーンのメッシュ目が残存しやすく、またスクリーン
メッシュの微細開孔部を通り抜けて印刷されるためペー
ストが気泡を抱き込みやすいとかピンホールを発生しや
すいなどの避け得ない欠点があるため、蓄熱層を形成す
るための工程としては必ずしも最適なものとは言えな
い。実際上は表面のピンホールなどの欠陥を克服し、所
定の厚さを得るためにペーストの粘度を下げて２〜５回
程度の印刷と焼成を繰返し行うという、非常に繁雑な工
程をとっているのが現状である。

［発明が解決しようとする課題］ 従って本発明の目的は、上述の厚膜法サーマルプリン
タヘッドの蓄熱層形成の方法を改良し、それのもつ前記
諸欠点を解消することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは鋭意研究の結果、基板上に蓄熱層を形成
する際に、スクリーン印刷を用いないで、蓄熱層原料ス
リップをコーティング法又はキャスティング法などによ
り一旦未焼成シートとしたものを適当なサイズにカット
し基板上に積層した後、焼成することにより、前記諸欠
点が解消されることを見出し、本発明に至った。

従って本発明は、表面に蓄熱層を有する基板と、蓄熱
層表面に配列されたドット状の発熱抵抗体群と、各発熱
抵抗体に通電するための電極群とを具備するサーマルプ
リンタヘッドの製造方法において、蓄熱層の形成方法
が、蓄熱層を構成する無機材料の粉体原料および有機結
合剤を主成分とするスリップを未焼成シートとする工
程、該未焼成シートを蓄熱層の形状に切断する工程、該
切断された未焼成シートを基板の所定の位置に積層する
工程、および、該未焼成シートを焼成する工程、を包含
することを特徴とする。

本発明により、蓄熱層の形成工程は生産性が極めて良
好となる。さらに上記未焼成シートを所定の大きさおよ
び形状による工程に前後して、必要に応じて未焼成シー
トを検査して不良部分を除去することにより、歩留りを
著しく向上することができる。

更に詳細に説明の内容を記述する。

まず蓄熱層を構成する無機材料については通常アルミ
ナ、シリカ、酸化ホウ素、酸化鉛等の中から選択した材
料から得た適切なガラス組成物を使用することができ
る。この発明に関しては、ガラス組成の熱的特性、たと
えばガラス転移点、軟化点、融点、結晶化開始点、結晶
融解点などのほかに、溶融粘度及び後述する諸特性を付
与するために種々の添加物を入れる場合がある。添加物
の代表的なものとしては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化
バリウム、酸化カリウム、酸化ナトリウム、酸化カルシ
ウム、酸化ジルコニウム、酸化カドミウム、酸化銅、酸
化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ビスマス、等があ
り、この発明の主旨に沿っていれば上述の材料に限定す
るものではない。またこれらの単独または複数種の組合
わせで用いて作製した無機材料組成物の粉末どうしを混
合して用いてもよい。

実際的にサーマルプリンタヘッドに適用するにあた
り、必要な特性としては、（１）基板との十分な接着強
度が得られること、（２）後工程で上部に形成される種
々の蒸着層もしくはスパッタリング層との十分な接着強
度を有しかつそれらの膜に対して化学的に不活性である
こと、（３）主に基板に対して熱膨脹係数がよくマッチ
ングしていること、（４）発熱抵抗体の瞬時の昇温、降
温度に耐え得る耐熱性と耐久性を有すること、（５）使
用環境によって上述の諸特性が著しく損われたりしない
こと、等が挙げられるが、特に（４）の項目を考慮する
とガラス組成としては結晶化ガラスの方が好ましい。

ガラス組成物は通常融解してクウェンチングすること
により粉末化し、更にボールミルなどのミリングを行う
ことにより微粉化して適当な粉径のガラス粉末を得る
が、その段階では結晶化ガラスでもクウェンチングして
いるためほとんど非晶質となっている。そのため、結晶
融解温度よりも低いところに非晶質状態での軟化温度が
ある。従って本発明の蓄熱層に用いる場合には非晶質状
態の軟化点が500℃以上、好ましくは600℃以上であるこ
とが、焼成時の過度の流れ出しを防ぎ、形状を損わず、
厚みを適度に保つために必要である。同時に結晶化開始
温度が非晶質状態の軟化点より著しく高くないこと、す
なわちプラス（またはマイナス）100℃以下、好ましく
プラス（又はマイナス）50℃以下の差であることが上述
の形状のコントロールに適している。通常結晶化開始
は、熱力学的平衡に基づくもので、結晶化は相対的にゆ
っくり起こる。そのため焼成時に結晶化開始温度を越え
たからといって急激にガラス組成物が結晶化してしまう
ことはまれである。

次に結晶融解温度は、焼成のピーク温度よりもやや低
く、好ましくは５℃以上低く設計することが必要であ
る。これは焼成のピーク温度に時にガラス組成物中の結
晶相がそのサイズを問わず完全に融解し、焼成のピーク
温度後の降温時に一様均一に全体を結晶化させるためで
ある。実用上の耐熱性はこの結晶融解温度によって決定
されるため、結晶融解温度は高い程好ましいことにな
る。従って、もし900℃で焼成する場合にはそれよりや
や下回るところに結晶融解温度をもつようなガラス組成
物が好ましいことになる。

次に無機材料の粉体原料をスリップ化するに際して
は、通常、有機結合剤、可塑剤、溶剤およびその他の添
加剤と共に混練してスリップを作成する。有機結合剤と
しては有機高分子結合剤が好ましい。

有機高分子結合剤としては例えばポリビニルブチラー
ル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコールなど
のビニル系ポリマー、メチルセルロース、エチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシ
エチルセルロース、などのセルロース系ポリマー、アタ
クティックポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチル
シロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、等のシリ
コーン系ポリマー、ポリスチレン、ブタジエン−スチレ
ンコポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリアミド、高
分子量ポリエーテル、エチレンオキサイドプロピレンオ
キサイドコポリマー、ポリアクリルアミド、などの種々
のポリマーの他に、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリア
ルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ア
ルキルアクリレートアルキルメタクリレートコポリマ
ー、エチルメタクリレートメチルアクリレートコポリマ
ー、エチルアクリレートメチルメタクリレートメタクリ
ル酸三元コポリマー等のアクリル系ポリマーなどが使用
できる。

当然のことながら有機高分子結合剤としてのポリマー
の性質を改善する目的で上述のポリマーのモノマー、オ
リゴマー、及び低分子量重合体を添加してもよい。

可塑剤としてはジエチルフタレート、ジブチルフタレ
ート、ブチルベンジルフタレート、ジベンジルフタレー
ト、アルキルフォスフェート、ポリアルキレングリコー
ル、ポリエチレンオキサイド、ヒドロキシエチル化アル
キルフェノール、トリクレジルフォスフェート、トリエ
チレングリコールジアセテート、ポリエステル系可塑剤
等の可塑剤が使用する高分子に合わせて１種または２種
以上の組合わせで用いられる。

溶剤としてはアセトン、キシレン、メタノール、エタ
ノール、イソプロパノール、メチルエチルケトン、1,1,
1−トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、アミル
アセテート、2,2,4−トリエチルペンタンジオール−1,3
−モノイソブチレート、トルエン、メチレンクロライ
ド、フッ化炭素系溶剤が使用する高分子に合わせて１種
または２種以上の組合わせで用いられる。

その他の添加剤としては分散剤、凝集防止剤、湿潤
剤、離型剤、消泡剤、レベリング促進剤、ピンホール防
止剤等の添加剤を目的に合わせて適宜１種又は２種以上
の組合わせで用いることができる。スリップ組成に関し
ては上述の諸材料に限定するものではない。

スリップの混練はボールミル、サンドミル、ビーズミ
ル、振動ミルなどの通常のミリング方法が適用できる。
無機粉体の粒径は平均粒径で１μｍ〜10μｍの範囲が一
般的であるが、これに限定するものではない。但し粒径
が大きいと焼結密度が上がりにくく、焼結後の表面平滑
性が悪くなり、反対に粒径が小さすぎると、粘度が高く
なりスリップの作製が困難になったり、添加する有機高
分子結合剤の量を多く必要とし、結果的に焼結不良をお
こしたり、焼結密度が上がらなかったりする。そのため
平均粒径は適切に選択する必要がある。

スリップのコーティング方法としては通常行われてい
るカーテンコート、エアナイフコート、ブレードコー
ト、エクストルージョンコート、ロールコート、等の方
法をスリップの粘度やコーティング膜厚に合わせて選択
すればよい。

コーティングにおけるベースフィルムは寸法安定性、
乾燥時の耐熱性等を考慮してポリエステルフィルムやポ
リプロピレンフィルムなどが使用可能であるがこの限り
ではない。但し、ポリエステルフィルムのように未焼成
シートに対し、ある程度以上の接着強度を示すものに対
しては、表面にシリコーン系の剥離剤などがコーティン
グされている方が、ベースフィルムの剥離工程が容易で
ある。

コーティングは必ずしもベースフィルム上に行なう必
要はなく、たとえば金属製のエンドレスベルト上にコー
ティングし、乾燥後エンドレスベルトから剥離して未焼
成シートのみを作製することもできる。しかしながら、
続いて行われる検査、加工工程等を考慮すると、ベース
フィルムで支持している方が実際的であるため、以下そ
れを前提として説明する。

未焼成シートとしての欠陥は、次のカッティング工程
に移す前または後に必要に応じて検査し、良品のみを選
別すれば歩留りの向上に寄与できる。

未焼成シートは蓄熱層の形状にカッティングされ基板
に積層される。この積層の際、適切な圧力と必要に応じ
て適度の温度をかけることができる。

細長くカッティングされた未焼成シートは、ベースフ
ィルムごと一緒に基板上に貼付される。貼付時のプレス
に関する重要なファクターとしては温度、圧力、プレス
型等が挙げられる。

プレス温度は、未焼成シート中の有機成分を十分に軟
化させ、基板に接着しやすくし、未焼成時の密度をプレ
スの段階である程度上げておくことを目的として室温よ
りも高く設定する。プレス温度は60℃〜100℃、好まし
くは70℃〜90℃程度で行うのが適当であるため、未焼成
シート中の無機材料と、有機成分主には有機高分子結合
剤および可塑剤との相互の混合比率を調整して、室温で
過度に粘着性をもたず、70℃〜90℃付近で適切な貼付接
着特性を示すように設定する必要がある。

プレス圧およびプレス時間は、適宜求める貼付接着特
性に合わせて、同時に量生産を考慮して決定すればよ
い。基板の抗折強度を考慮すると、50kg/cm²以下の押圧
が好ましいが、クッション剤の使用等で更により強い押
圧でも適用可能である。同時に蓄熱層はある程度のかま
ぼこ型の形状をしている方が好ましいため、押圧の金型
をややかまぼこ型の適した形に選び押圧することで、あ
る程度蓄熱層の焼成形状をコントロールできる。

焼成条件としては、通常厚膜ハイブリッドICの分野で
使用されている一般的な焼成炉を用いることができる。
典型的な焼成温度としては、800℃〜930℃程度の温度で
約５〜20分間保持して適切な給排気条件のもとで焼成す
るのが一般的であるが、この発明においては、無機材料
粉末の前述の熱的諸特性と焼成温度条件とが互いに密接
に関連し合って良好な蓄熱層の性能を与えるため、無機
材料粉末に応じて焼成条件を決定する方が好ましい。

本発明により、品質および耐久性の安定したサーマル
プリンタヘッドを非常に歩留りよく製造することができ
る。

［実施例］ 以下図面を引用して本発明により本発明をより具体的
に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

工程A:第１図（ａ）のように、アルミナを約96％程度含
有するアルミナ基板１の上に、金（Au）を主成分とする
導電ペーストをスクリーン印刷し、850℃で10分間焼成
することにより膜厚が約５μｍの共通電極２を得た。

工程B:酸化鉛30重量％、シリカ35重量％、アルミナ10重
量％、酸化亜鉛10重量％、酸化バリウム15重量％の組成
を有するガラス組成物で熱膨脹係数が6.2ppm/℃、ガラ
ス転移点が605℃、軟化点が665℃、核形成開始温度640
〜680℃結合化温度860℃〜900℃の諸特性を持つものを
微粉砕した後、アクリルポリマー溶液中に分散しスリッ
プとした。

工程C:第３図のように、厚さ100μｍのポリエステルフ
ィルム３の片面にシリコーン系の剥離剤層４を設けたも
のをベースフィルムとし、その剥離剤処理面に工程Ｂで
作製したスリップをブレードコーティングし、乾燥する
ことにより、ポリエステルフィルムで支持された厚さ約
100μｍの未焼成シート5aを得た。

工程D:工程Ｃで得た未焼成シート5aを、反射光および透
過光による顕微鏡観察により不良箇所のチェックをした
後、セラミックの断裁機で幅約1.0mmにポリエステルベ
ースフィルム３と共に断裁し、長さ約20cmの細長い未焼
成シート5aとポリエステルベースフィルム３との積層体
６を得た。

工程E:第１図（ｂ）のように、上述の細長い積層体６の
無欠陥のものを、工程Ａで得た電極付きの基板１の所定
の位置に、未焼成シート面と基板とが接するように微か
な張力をかけて置き、基板と積層体に対して約80℃で約
5kg/cm²の圧を約10分間かけることにより互いに接着さ
せた。

工程F:未焼成シートの上部に付着しているポリエステル
フィルム３を注意深く剥離した後、未焼成シート5aを90
0℃、10分間のピークをもつ焼成プロファイルで焼成
し、第１図（ｃ）のように基板上に表面の平滑な蓄熱層
5bを得た。

工程G:蓄熱層5bの表面の所定の位置に厚さ約0.1μｍの
窒化タンタル層をスパッタリングにより形成した後、フ
ォトレジストを用いてエッチングし、第１図（ｄ）のよ
うに発熱抵抗体薄層７をパターニング形成した。

工程H:厚さ約0.06μｍのニクロム層とさらにその上に厚
さ約1.0μｍの金層の２層を真空蒸着法で蒸着してそれ
ぞれ形成した後、フォトレジストを用いてエッチング
し、第１図（ｅ）のように個別電極層8a,8bをパターニ
ング形成した。

工程I:発熱抵抗体層７を保護する目的で厚さ約２μｍの
酸化シリコン層と厚さ約５μｍの五酸化タンタル層の２
層をスパッタリングし、第１図（ｆ）のように保護層９
を形成した。第２図はこうして形成されたサーマルプリ
ンタヘッドの略図である。ただしこの図面においては内
部構造を明らかにするために保護層９を省略してある。

以上の工程によって、解像力が８ドット/mmのサーマ
ルプリンタヘッドを得た。

［発明の効果］ 本発明により製造されたサーマルプリンタヘッドは、
従来法で製造されたサーマルプリンタヘッドに比べて、
蓄熱層の内部及び表面にボイド又は空孔の極めて少ない
構造が達成できるため蓄熱層自体の熱伝導性の均一化が
容易に達成し得ること、蓄熱層の表面平滑性及び平坦性
に極めてすぐれているため発熱抵抗体層の膜厚及び発熱
特性の均一化が容易に図れるとともに、記録紙に対する
押圧が均一となるため記録画質の向上を達成しうるこ
と、蓄熱層の形成にあたりスクリーン印刷による多層印
刷をする必要がないため大幅な工程簡略化が可能なこ
と、上述の効果が相乗的に機能して大幅な歩留まりの向
上が得られること、などの種々の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための図でサーマ
ルプリンタヘッドの断図面であり、第２図は本発明の一
実施例により製造されたサーマルプリンタヘッドの概略
図、第３図は本発明で使用する未焼成シートを説明する
ための図である。 １……基板、２……共通電極、３……ポリエステルベー
スフィルム、４……シリコーン系剥離剤層、5a……未焼
成シート、5b……蓄熱層、６……積層体、７……発熱抵
抗体層、8a、8b……個別電極層、９……保護層、10……
駆動回路部。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−272589（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−60458（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に蓄熱層を有する基板と、蓄熱層表面
   に配列されたドット状の発熱抵抗体群と、各発熱抵抗体
   に通電するための電極群とを具備するサーマルプリンタ
   ヘッドの製造方法において、蓄熱層の形成方法が、 蓄熱層を構成する無機材料の粉体原料および有機結合剤
   を主成分とするスリップを未焼成シートとする工程、 前記複数個の発熱抵抗体群が配列される方向に細長い蓄
   熱層の形状に、該未焼成シートを前記配列方向とほぼ平
   行となる方向において切断する工程、 該切断された未焼成シートを基板の所定の位置に積層す
   る工程、および、 該未焼成シートを焼成する工程、 を包含することを特徴とするサーマルプリンタヘッドの
   製造方法。