JP6804042B2 - Bismuth glass, composite powder material and composite powder material paste - Google Patents
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Description
本発明は、ビスマス系ガラス、複合粉末材料及び複合粉末材料ペーストに関し、具体的には、サーマルプリントヘッドの電極や抵抗体の被覆に用いるビスマス系ガラス、複合粉末材料及び複合粉末材料ペーストに関する。 The present invention relates to bismuth-based glass, composite powder material and composite powder material paste, and specifically to bismuth-based glass, composite powder material and composite powder material paste used for coating electrodes and resistors of thermal printheads.
サーマルプリンタでは、例えば、感熱紙を一方向に送りつつ加熱することにより、感熱紙に設けられた感熱層中の感熱色素を発色させて、画像を形成する。 In a thermal printer, for example, by heating the thermal paper while feeding it in one direction, the thermal dye in the thermal layer provided on the thermal paper is developed to form an image.
サーマルプリンタの印字部には、感熱紙を加熱するためのサーマルプリントヘッドと、感熱紙をそのサーマルプリントヘッドに向かって押圧しつつ一方向に送るための加圧ローラが備えられている。そして、サーマルプリントヘッドは、例えば、アルミナ等のセラミック基板上に、蓄熱層、ライン状の抵抗体層、電極層、被覆層(保護層)等が形成された積層基本構造を有する。 The printing section of the thermal printer is provided with a thermal print head for heating the thermal paper and a pressurizing roller for pushing the thermal paper toward the thermal print head and feeding it in one direction. The thermal print head has a laminated basic structure in which a heat storage layer, a line-shaped resistor layer, an electrode layer, a coating layer (protective layer), and the like are formed on a ceramic substrate such as alumina.
サーマルプリントヘッドの被覆層は、感熱紙との接触から、電極や抵抗体を保護する目的で形成される。そして、電極として、例えば、Auリード電極、Ag外部電極等が形成されており、抵抗体として、例えば、RuO2抵抗体等が形成されている。 The coating layer of the thermal printhead is formed for the purpose of protecting the electrodes and resistors from contact with thermal paper. Then, as an electrode, for example, an Au lead electrode, an Ag external electrode, or the like is formed, and as a resistor, for example, a RuO 2 resistor or the like is formed.
被覆層は、一般的に、粉末材料(ガラス粉末)の焼成により形成される。そして、その焼成温度は、電極等の特性が劣化する事態を防止するために、900℃以下に制限される。よって、上記粉末材料は、900℃以下の温度で焼成可能であることが要求される。 The coating layer is generally formed by firing a powder material (glass powder). The firing temperature is limited to 900 ° C. or lower in order to prevent the characteristics of the electrodes and the like from deteriorating. Therefore, the powder material is required to be calcinable at a temperature of 900 ° C. or lower.
また、上記粉末材料には、焼成後に電極が断線しないように、Auリード電極やAg外部電極との反応性が低いことも要求される。 Further, the powder material is also required to have low reactivity with the Au lead electrode and the Ag external electrode so that the electrode does not break after firing.
更に、サーマルプリントヘッドの被覆層は、感熱紙と繰り返し接触する。よって、上記粉末材料は、耐摩耗性や表面平滑性が高い被覆層を作製し易いことも要求される。 Further, the coating layer of the thermal print head repeatedly contacts the thermal paper. Therefore, the powder material is also required to easily form a coating layer having high wear resistance and surface smoothness.
これらの要求特性を満たす粉末材料として、従来まで、PbO−SiO2系ガラスが使用されてきた(特許文献1参照)。 Conventionally, PbO-SiO 2 glass has been used as a powder material satisfying these required characteristics (see Patent Document 1).
近年、環境保護の観点から、環境負荷物質の削減、例えばPbOの削減が推進されており、PbO−B2O3−SiO2系ガラスに代わって、各種無鉛ガラスが提案されるに到っている。例えば、特許文献2には、ビスマス系ガラスが記載されている。 In recent years, from the viewpoint of environmental protection, reduction of environmentally hazardous substances, for example, reduction of PbO has been promoted, and various lead-free glasses have been proposed in place of PbO-B 2 O 3- SiO 2 glass. There is. For example, Patent Document 2 describes bismuth-based glass.
しかしながら、特許文献2に記載のビスマス系ガラスは、Auリード電極やAg外部電極との反応性が高く、焼成後に電極が断線し易いという問題を有している。 However, the bismuth-based glass described in Patent Document 2 has a problem that it has high reactivity with an Au lead electrode and an Ag external electrode, and the electrode is easily broken after firing.
そこで、本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その技術的課題は、PbOを含まなくても、900℃以下の温度で焼成可能であると共に、Auリード電極等の電極との反応性が低く、しかも被覆層の耐摩耗性や表面平滑性の向上に寄与し得るビスマス系ガラスを創案することである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and its technical problem is that it can be fired at a temperature of 900 ° C. or lower even if it does not contain PbO, and its reactivity with an electrode such as an Au lead electrode. The idea is to create a bismuth-based glass that has a low temperature and can contribute to the improvement of abrasion resistance and surface smoothness of the coating layer.
本発明者は、種々の実験を行った結果、ビスマス系ガラス系としてSiO2−B2O3−CaO−Bi2O3系ガラスを採択すると共に、ガラス組成中のSiO2、B2O3、CaO、Bi2O3の含有割合を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明のビスマス系ガラスは、ガラス組成として、モル%で、SiO2 55〜75%、B2O3 1〜8%、CaO 5〜17%、Bi2O3 10〜23%、ZrO2 0〜6%、Al2O3 0〜8%を含有し、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が3.3より大きく、且つ4.3未満であることを特徴とする。ここで、「(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)」は、SiO2とCaOとの合量をB2O3とBi2O3との合量で割った値である。 The present inventor has conducted various experiments, with the adoption of SiO 2 -B 2 O 3 -CaO- Bi 2 O 3 based glass as bismuth-based glass-based, SiO in the glass composition 2, B 2 O 3 , CaO, and Bi 2 O 3 are strictly regulated to solve the above technical problems, and the present invention proposes them. That is, the bismuth-based glass of the present invention has a glass composition of SiO 2 55 to 75%, B 2 O 3 1 to 8%, CaO 5 to 17%, Bi 2 O 3 10 to 23%, and ZrO in terms of glass composition. It contains 20 to 6% and Al 2 O 30 to 8%, and the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) is larger than 3.3 and less than 4.3. It is characterized by that. Here, "(SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 )" is the value obtained by dividing the total amount of SiO 2 and CaO by the total amount of B 2 O 3 and Bi 2 O 3. is there.
ビスマス系ガラスは、一般的に、Auリード電極との反応性が高い。一方、本発明のビスマス系ガラスは、SiO2の含有量が55モル%以上、B2O3の含有量が8モル%以下、CaOの含有量が5モル%以上、Bi2O3の含有量が23モル%以下、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が3.3超に規制されているため、Auリード電極との反応性が抑制されている。 Bismuth-based glass generally has high reactivity with Au lead electrodes. On the other hand, the bismuth-based glass of the present invention has a SiO 2 content of 55 mol% or more, a B 2 O 3 content of 8 mol% or less, a Ca O content of 5 mol% or more, and a Bi 2 O 3 content. Since the amount is 23 mol% or less and the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) is regulated to more than 3.3, the reactivity with the Au lead electrode is suppressed.
また、ビスマス系ガラスにおいて、SiO2の含有量が多い場合に、CaOの含有量が多くなると、焼成時にアノーサイト(CaAl2Si2O8)結晶が析出して、所望の表面平滑性を確保し難くなる場合がある。そこで、本発明のビスマス系ガラスは、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)を4.1以下に規制することにより、アノーサイト結晶の析出を抑制している。 Further, in bismuth-based glass, when the content of SiO 2 is high and the content of CaO is high, anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8 ) crystals are precipitated during firing to ensure desired surface smoothness. It may be difficult to do. Therefore, in the bismuth-based glass of the present invention, the precipitation of anorthite crystals is suppressed by restricting the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) to 4.1 or less.
第二に、本発明のビスマス系ガラスは、ガラス組成として、モル%で、SiO2 60〜70%、B2O3 1〜7%、CaO 6〜15%、Bi2O3 10〜20%、ZrO2 0.1〜5%、Al2O3 0.1〜7%を含有し、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が3.3より大きく、且つ4.3未満であり、サーマルプリントヘッドの被覆に用いることが好ましい。 Secondly, the bismuth-based glass of the present invention has a glass composition of SiO 2 60 to 70%, B 2 O 3 1 to 7%, Ca O 6 to 15%, and Bi 2 O 3 10 to 20% in mol%. , ZrO 2 0.1-5%, Al 2 O 3 0.1-7%, molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) is larger than 3.3, and It is less than 4.3 and is preferably used for coating a thermal printhead.
第三に、本発明のビスマス系ガラスは、ガラス組成として、モル%で、SiO2 60〜70%、B2O3 2〜6%、CaO 6〜15%、Bi2O3 10〜20%、ZrO2 0.5〜4%、Al2O3 2〜7%を含有し、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が3.4〜4.1であり、サーマルプリントヘッドの被覆に用いることが好ましい。 Thirdly, the bismuth-based glass of the present invention has a glass composition of SiO 2 60 to 70%, B 2 O 3 2 to 6%, Ca O 6 to 15%, and Bi 2 O 3 10 to 20% in mol%. , ZrO 2 0.5-4%, Al 2 O 3 2-7%, and the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) is 3.4-4.1. , Preferably used for coating thermal printheads.
第四に、本発明のビスマス系ガラスは、ガラス組成中に、実質的にPbOを含まないことが好ましい。ここで、「実質的にPbOを含まない」とは、不純物レベルでのPbOの混入を許容するものの、積極的な導入を回避する趣旨であり、具体的にはガラス組成中のPbOの含有量が1000ppm未満(0.1モル%未満)の場合を指す。 Fourth, it is preferable that the bismuth-based glass of the present invention substantially does not contain PbO in the glass composition. Here, "substantially free of PbO" means that PbO is allowed to be mixed at the impurity level, but positive introduction is avoided. Specifically, the content of PbO in the glass composition. Refers to the case where is less than 1000 ppm (less than 0.1 mol%).
第五に、本発明の複合粉末材料は、上記のビスマス系ガラスからなるガラス粉末とアルミナ粉末とを含有する複合粉末材料であって、ガラス粉末の含有量が60〜90体積%、アルミナ粉末の含有量が10〜30体積%であることが好ましい。 Fifth, the composite powder material of the present invention is a composite powder material containing the above-mentioned glass powder made of bismuth-based glass and alumina powder, and the content of the glass powder is 60 to 90% by volume, that of the alumina powder. The content is preferably 10 to 30% by volume.
第六に、本発明の複合粉末材料は、軟化点が600〜800℃であることが好ましい。ここで、「軟化点」は、マクロ型示差熱分析計(DTA)で測定した第四の変曲点の温度を指す。 Sixth, the composite powder material of the present invention preferably has a softening point of 600 to 800 ° C. Here, the "softening point" refers to the temperature of the fourth inflection point measured by a macro differential thermal analyzer (DTA).
第七に、本発明の複合粉末材料ペーストは、複合粉末材料とビークルとを含有する粉末材料ペーストにおいて、複合粉末材料が上記の複合粉末材料であることが好ましい。 Seventh, the composite powder material paste of the present invention is a powder material paste containing a composite powder material and a vehicle, and the composite powder material is preferably the above-mentioned composite powder material.
本発明のビスマス系ガラスは、ガラス組成として、モル%で、SiO2 55〜75%、B2O3 1〜8%、CaO 5〜17%、Bi2O3 10〜23%、ZrO2 0〜6%、Al2O3 0〜8%を含有し、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が3.3より大きく、且つ4.3未満である。上記のように各成分の含有範囲を規制した理由を以下に説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表示は、モル%を意味する。 The bismuth-based glass of the present invention has a glass composition of SiO 2 55 to 75%, B 2 O 3 1 to 8%, CaO 5 to 17%, Bi 2 O 3 10 to 23%, ZrO 20 in mol%. It contains ~ 6% and Al 2 O 30 to 8%, and the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) is larger than 3.3 and less than 4.3. The reason for restricting the content range of each component as described above will be described below. In the description of the content range of each component, the% indication means mol%.
SiO2は、ガラス骨格を形成する成分であると共に、Auリード電極との反応性を抑制する成分である。SiO2の含有量は55〜75%であり、好ましくは60〜70%、より好ましくは62〜68%である。SiO2の含有量が少なくなると、Auリード電極との反応性が高くなり、電極が断線し易くなる。一方、SiO2の含有量が多くなると、軟化点が不当に上昇して、900℃以下の温度で焼成し難くなる。 SiO 2 is a component that forms a glass skeleton and is a component that suppresses reactivity with an Au lead electrode. The content of SiO 2 is 55 to 75%, preferably 60 to 70%, and more preferably 62 to 68%. When the content of SiO 2 is low, the reactivity with the Au lead electrode is high, and the electrode is easily broken. On the other hand, when the content of SiO 2 increases, the softening point rises unreasonably, making it difficult to bake at a temperature of 900 ° C. or lower.
B2O3は、ガラス骨格を形成して、ガラス化範囲を広げる成分であるが、その含有量が多くなると、Auリード電極との反応性が高くなり、電極が断線する虞がある。よって、B2O3の含有量は1〜8%であり、好ましくは1〜7%、より好ましくは1〜6%、更に好ましくは2〜5%である。 B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and widens the vitrification range, but if the content thereof is large, the reactivity with the Au lead electrode becomes high, and the electrode may be broken. Therefore, the content of B 2 O 3 is 1 to 8%, preferably 1 to 7%, more preferably 1 to 6%, and further preferably 2 to 5%.
CaOは、ガラスを安定化させる成分であると共に、Auリード電極との反応性を抑制する成分である。CaOの含有量は5〜17%であり、好ましくは6〜15%、より好ましくは8〜13%である。CaOの含有量が多くなると、アノーサイト結晶が析出し易くなり、被覆層の表面平滑性が低下し易くなる。 CaO is a component that stabilizes the glass and a component that suppresses the reactivity with the Au lead electrode. The CaO content is 5 to 17%, preferably 6 to 15%, more preferably 8 to 13%. When the CaO content is high, anorthite crystals are likely to be precipitated, and the surface smoothness of the coating layer is likely to be lowered.
Bi2O3は、軟化点を低下させる成分であるが、その含有量が多くなると、Auリード電極との反応性が高くなり、電極が断線する虞がある。Bi2O3の含有量は10〜23%であり、好ましくは10〜20%、より好ましくは12〜18%である。 Bi 2 O 3 is a component that lowers the softening point, but if the content is large, the reactivity with the Au lead electrode becomes high, and the electrode may be broken. The content of Bi 2 O 3 is 10 to 23%, preferably 10 to 20%, and more preferably 12 to 18%.
ZrO2は、耐摩耗性を高める成分である。ZrO2の含有量は0〜6%であり、好ましくは0.1〜5%、より好ましくは0.5〜4%、更に好ましくは1〜4%である。ZrO2の含有量が少なくなると、被覆層の耐摩耗性が低下し易くなる。一方、ZrO2の含有量が多くなると、軟化点が不当に上昇して、900℃以下の温度で焼成し難くなる。 ZrO 2 is a component that enhances wear resistance. The content of ZrO 2 is 0 to 6%, preferably 0.1 to 5%, more preferably 0.5 to 4%, still more preferably 1 to 4%. When the content of ZrO 2 is low, the wear resistance of the coating layer tends to be lowered. On the other hand, when the content of ZrO 2 increases, the softening point rises unreasonably, making it difficult to bake at a temperature of 900 ° C. or lower.
Al2O3は、耐摩耗性を高める成分である。Al2O3の含有量は0〜8%であり、好ましくは0.1〜7%、より好ましくは2〜7%、更に好ましくは3〜6%である。Al2O3の含有量が少なくなると、被覆層の耐摩耗性が低下し易くなる。一方、Al2O3の含有量が多くなると、アノーサイト結晶が析出し易くなり、被覆層の表面平滑性が低下し易くなる。 Al 2 O 3 is a component that enhances wear resistance. The content of Al 2 O 3 is 0 to 8%, preferably 0.1 to 7%, more preferably 2 to 7%, still more preferably 3 to 6%. When the content of Al 2 O 3 decreases, the wear resistance of the coating layer tends to decrease. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is large, anorthite crystals are likely to be precipitated, and the surface smoothness of the coating layer is likely to be lowered.
モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)は3.3より大きく、且つ4.3未満であり、好ましくは3.4〜4.1、より好ましくは3.5〜3.9である。モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が小さくなると、Auリード電極との反応性が高くなり、電極が断線し易くなる。一方、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が大きくなると、アノーサイト結晶が析出し易くなり、被覆層の表面平滑性が低下し易くなる。 The molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) is greater than 3.3 and less than 4.3, preferably 3.4 to 4.1, more preferably 3.5 to. It is 3.9. When the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) becomes small, the reactivity with the Au lead electrode becomes high, and the electrode is easily broken. On the other hand, when the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) is large, anorthite crystals are likely to be precipitated, and the surface smoothness of the coating layer is likely to be lowered.
上記成分以外にも、例えば、以下の成分を導入してもよい。 In addition to the above components, for example, the following components may be introduced.
MgO、SrO、BaO及びZnOは、軟化点を低下させる成分であり、またガラスを安定化させる成分である。MgO、SrO、BaO及びZnO含有量は、合量又は単独で0〜5%、特に0〜1%が好ましい。MgO、SrO、BaO及びZnO含有量が多くなると、焼成時に長石系結晶が析出し易くなり、被覆層の表面平滑性が低下し易くなる。 MgO, SrO, BaO and ZnO are components that lower the softening point and stabilize the glass. The MgO, SrO, BaO and ZnO contents are preferably 0 to 5% in total or alone, particularly 0 to 1%. When the contents of MgO, SrO, BaO and ZnO are high, feldspar-based crystals are likely to be precipitated during firing, and the surface smoothness of the coating layer is likely to be lowered.
上記成分以外にも、サーマルプリントヘッドの特性を大幅に損なわない限り、種々の成分を導入してもよい。例えば、軟化点を低下させるために、Cs2O、Rb2O等を合量又は単独で5%、特に1%まで導入してもよい。またガラスを安定化させるために、Y2O3、La2O3、Ta2O5、SnO2、TiO2、Nb2O5、P2O5、CuO、CeO2、V2O5等を合量又は単独で10%、特に1%まで導入してもよい。 In addition to the above components, various components may be introduced as long as the characteristics of the thermal printhead are not significantly impaired. For example, in order to lower the softening point, Cs 2 O, Rb 2 O and the like may be introduced in a combined amount or alone up to 5%, particularly 1%. In addition, in order to stabilize the glass, Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , SnO 2 , TiO 2 , Nb 2 O 5 , P 2 O 5 , CuO, CeO 2 , V 2 O 5, etc. May be introduced in a combined amount or alone up to 10%, especially up to 1%.
PbOは、軟化点を低下させる成分であるが、環境負荷物質であるため、実質的な導入を回避することが好ましい。 PbO is a component that lowers the softening point, but since it is an environmentally hazardous substance, it is preferable to substantially avoid its introduction.
本発明の複合粉末材料は、上記のビスマス系ガラスからなるガラス粉末とアルミナ粉末とを含有する複合粉末材料であって、ガラス粉末の含有量が60〜90体積%、アルミナ粉末の含有量が10〜30体積%であることが好ましい。 The composite powder material of the present invention is a composite powder material containing the above-mentioned glass powder made of bismuth-based glass and alumina powder, and has a glass powder content of 60 to 90% by volume and an alumina powder content of 10. It is preferably ~ 30% by volume.
ガラス粉末は、焼成時に融解し、被覆層を形成するための材料である。ガラス粉末は、例えば、溶融ガラスをフィルム状に成形した後、得られたガラスフィルムを粉砕、分級することにより作製することができる。 Glass powder is a material that melts during firing to form a coating layer. The glass powder can be produced, for example, by forming molten glass into a film and then crushing and classifying the obtained glass film.
ガラス粉末の含有量は、好ましくは60〜90体積%、好ましくは70〜88体積%、より好ましくは76〜85体積%である。ガラス粉末の含有量が少なくなると、緻密な被覆層を形成し難くなり、所望の表面平滑性を確保し難くなる。一方、ガラス粉末の含有量が多くなると、アルミナ粉末の含有量が相対的に少なくなるため、被覆層の耐摩耗性や熱伝導率が低下し易くなる。 The content of the glass powder is preferably 60 to 90% by volume, preferably 70 to 88% by volume, and more preferably 76 to 85% by volume. When the content of the glass powder is low, it becomes difficult to form a dense coating layer, and it becomes difficult to secure the desired surface smoothness. On the other hand, when the content of the glass powder is high, the content of the alumina powder is relatively low, so that the wear resistance and thermal conductivity of the coating layer are likely to decrease.
ガラス粉末の平均粒径D50は2.0μm以下が好ましく、最大粒径Dmaxは10μm以下が好ましい。ガラス粉末の粒度が大き過ぎると、被覆層の表面平滑性が低下し易くなり、また被覆層中に大きな泡が残存し易くなる。ここで、「平均粒径D50」とは、レーザー回折装置で測定した値を指し、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して50%である粒子径を表す。また「最大粒径Dmax」とは、レーザー回折装置で測定した値を指し、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して99%である粒子径を表す。 The average particle size D 50 of the glass powder is preferably 2.0 μm or less, and the maximum particle size D max is preferably 10 μm or less. If the particle size of the glass powder is too large, the surface smoothness of the coating layer tends to decrease, and large bubbles tend to remain in the coating layer. Here, the "average particle size D 50 " refers to a value measured by a laser diffractometer, and the integrated amount is cumulative from the smallest particle in the volume-based cumulative particle size distribution curve measured by the laser diffractometer. The particle size is 50%. Further, "maximum particle size D max " refers to a value measured by a laser diffractometer, and in a volume-based cumulative particle size distribution curve measured by a laser diffractometer, the integrated amount is accumulated from the smallest particle. Represents a particle size of 99%.
アルミナ粉末は、被覆層の耐摩耗性を高める材料であり、また被覆層の熱伝導率を高める材料である。アルミナ粉末の含有量は、好ましくは10〜30体積%、より好ましくは15〜23体積%である。アルミナ粉末の含有量が多くなると、アノーサイト結晶が析出し易くなり、被覆層の表面平滑性が低下し易くなる。また、アルミナ粉末の含有量が多くなると、ガラス粉末の割合が相対的に少なくなるため、緻密な被覆層を形成し難くなり、所望の表面平滑性を確保し難くなる。 Alumina powder is a material that enhances the wear resistance of the coating layer and also enhances the thermal conductivity of the coating layer. The content of the alumina powder is preferably 10 to 30% by volume, more preferably 15 to 23% by volume. When the content of the alumina powder is large, anorthite crystals are likely to be precipitated, and the surface smoothness of the coating layer is likely to be lowered. Further, when the content of the alumina powder is large, the ratio of the glass powder is relatively small, so that it becomes difficult to form a dense coating layer and it becomes difficult to secure the desired surface smoothness.
アルミナ粉末の平均粒径D50は2.0μm以下が好ましく、最大粒径Dmaxは10μm以下が好ましい。アルミナ粉末の粒度が大き過ぎると、被覆層の表面平滑性が低下し易くなる。 The average particle size D 50 of the alumina powder is preferably 2.0 μm or less, and the maximum particle size D max is preferably 10 μm or less. If the particle size of the alumina powder is too large, the surface smoothness of the coating layer tends to decrease.
アルミナ粉末以外に、他のセラミック粉末を0〜10体積%、特に0〜8体積%導入してもよい。他のセラミック粉末として、種々の材料が使用可能であり、例えば、被覆層の熱膨張係数や耐磨耗性等を調整するために、ジルコニア、ムライト、シリカ、コーディエライト、チタニア、酸化スズ等の内、一種又は二種以上を添加することができる。 In addition to the alumina powder, 0 to 10% by volume, particularly 0 to 8% by volume of other ceramic powder may be introduced. Various materials can be used as other ceramic powders. For example, zirconia, mullite, silica, cordierite, titanium, tin oxide, etc. can be used to adjust the coefficient of thermal expansion and abrasion resistance of the coating layer. Of these, one or more can be added.
本発明の複合粉末材料において、軟化点は、好ましくは600〜800℃、より好ましくは620〜780℃、更に好ましくは640〜760℃である。軟化点が高過ぎると、900℃以下の焼成温度で緻密な被覆層を形成し難くなり、所望の表面平滑性を確保し難くなる。一方、軟化点が低過ぎると、Auリード電極との反応性が高くなり、電極が断線し易くなる。 In the composite powder material of the present invention, the softening point is preferably 600 to 800 ° C., more preferably 620 to 780 ° C., still more preferably 640 to 760 ° C. If the softening point is too high, it becomes difficult to form a dense coating layer at a firing temperature of 900 ° C. or lower, and it becomes difficult to secure desired surface smoothness. On the other hand, if the softening point is too low, the reactivity with the Au lead electrode becomes high, and the electrode is liable to break.
本発明の複合粉末材料において、30〜300℃の温度範囲における平均熱膨張係数は、好ましくは53×10−7〜70×10−7/℃、より好ましくは55×10−7〜68×10−7/℃である。このようにすれば、焼成後にアルミナ基板の反りを防止し易くなる。ここで、「熱膨張係数」は、熱機械分析装置(TMA)により測定した値である。 In the composite powder material of the present invention, the average coefficient of thermal expansion in the temperature range of 30 to 300 ° C. is preferably 53 × 10 -7 to 70 × 10 -7 / ° C., more preferably 55 × 10 -7 to 68 × 10. -7 / ° C. By doing so, it becomes easy to prevent the alumina substrate from warping after firing. Here, the "coefficient of thermal expansion" is a value measured by a thermomechanical analyzer (TMA).
本発明の複合粉末材料ペーストは、複合粉末材料とビークルとを含有する粉末材料ペーストにおいて、複合粉末材料が上記の複合粉末材料であることが好ましい。ここで、ビークルは、複合粉末材料を分散させて、ペースト化するための材料であり、通常、熱可塑性樹脂、可塑剤、溶剤等により構成される。 The composite powder material paste of the present invention is a powder material paste containing a composite powder material and a vehicle, and the composite powder material is preferably the above-mentioned composite powder material. Here, the vehicle is a material for dispersing a composite powder material and forming a paste, and is usually composed of a thermoplastic resin, a plasticizer, a solvent, or the like.
複合粉末材料ペーストは、複合粉末材料とビークルを用意し、これらを所定の割合で混合、混練することにより作製することができる。 The composite powder material paste can be prepared by preparing a composite powder material and a vehicle, mixing and kneading them at a predetermined ratio.
熱可塑性樹脂は、乾燥後の膜強度を高める成分であり、また柔軟性を付与する成分である。複合粉末材料ペースト中の熱可塑性樹脂の含有量は0.1〜20質量%が好ましい。熱可塑性樹脂として、ポリブチルメタアクリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタアクリレート、ポリエチルメタアクリレート、エチルセルロース等が好ましく、これらの内、一種又は二種以上を用いることが好ましい。 The thermoplastic resin is a component that enhances the film strength after drying and is a component that imparts flexibility. The content of the thermoplastic resin in the composite powder material paste is preferably 0.1 to 20% by mass. As the thermoplastic resin, polybutyl methacrylate, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, ethyl cellulose and the like are preferable, and one or more of these are preferably used.
溶剤は、熱可塑性樹脂を溶解させるための成分である。複合粉末材料ペースト中の溶剤の含有量は10〜30質量%が好ましい。溶剤として、ターピネオール、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタジオールモノイソブチレート等が好ましく、これらの内、一種又は二種以上を用いることが好ましい。 The solvent is a component for dissolving the thermoplastic resin. The content of the solvent in the composite powder material paste is preferably 10 to 30% by mass. As the solvent, tarpineol, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentadiol monoisobutyrate and the like are preferable, and one or more of these are preferably used.
サーマルプリントヘッドの被覆層は、まずAuリード電極、Ag外部電極、RuO2抵抗体等が形成されたアルミナ基板上に、複合粉末材料ペーストを塗布し、所定の膜厚の塗布層を形成した後、乾燥させて、乾燥膜を得る。その後、乾燥膜を800〜900℃の温度で5〜20分間焼成することにより、被覆層(焼成膜)を形成する。なお、焼成温度が低過ぎたり、焼成時間(保持時間)が短過ぎると、乾燥膜が十分に焼結せず、被覆層の緻密性や表面平滑性が低下し易くなる。一方、焼成温度が高過ぎたり、焼成時間(保持時間)が長過ぎると、ガラス粉末とRuO2抵抗体等が反応して、抵抗体の特性が劣化し易くなったり、Auリード電極等の線幅が小さくなり、電極が断線し易くなる。 The coating layer of the thermal printhead is first formed by applying a composite powder material paste on an alumina substrate on which an Au lead electrode, an Ag external electrode, a RuO 2 resistor, etc. are formed to form a coating layer having a predetermined thickness. , Dry to obtain a dry film. Then, the dried film is fired at a temperature of 800 to 900 ° C. for 5 to 20 minutes to form a coating layer (fired film). If the firing temperature is too low or the firing time (holding time) is too short, the dried film is not sufficiently sintered, and the denseness and surface smoothness of the coating layer tend to decrease. On the other hand, if the firing temperature is too high or the firing time (holding time) is too long, the glass powder reacts with the RuO 2 resistor, etc., and the characteristics of the resistor tend to deteriorate, or the wire of the Au lead electrode, etc. The width becomes smaller and the electrodes are more likely to break.
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されない。以下の実施例は単なる例示である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples. The present invention is not limited to the following examples. The following examples are merely examples.
表1は、本発明の実施例(試料No.1〜4)及び比較例(試料No.5、6)を示している。 Table 1 shows Examples (Samples Nos. 1 to 4) and Comparative Examples (Samples Nos. 5 and 6) of the present invention.
次のようにして、各試料を調製した。まず表中に示すガラス組成になるように、原料を調合して、均一に混合した。次いで、白金ルツボに入れて1400〜1500℃で2時間溶融した後、フィルム状に成形した。 Each sample was prepared as follows. First, the raw materials were mixed so as to have the glass composition shown in the table and mixed uniformly. Then, it was placed in a platinum crucible and melted at 1400 to 1500 ° C. for 2 hours, and then formed into a film.
続いて、上記のガラスフィルムをボールミルにて粉砕した後、気流分級して平均粒径D50が2.0μm以下、最大粒径Dmaxが10μm以下となるガラス粉末を得た。得られたガラス粉末が80体積%、アルミナ粉末が20体積%になるように、両者を秤量した後、十分に混合し、複合粉末材料を得た。得られた複合粉末材料について、軟化点と熱膨張係数を評価した。なお、アルミナ粉末の平均粒径D50は2.0μm以下、最大粒径Dmaxは10μm以下であった。 Subsequently, after pulverizing the above glass film with a ball mill, airflow classification was performed to obtain a glass powder having an average particle size D 50 of 2.0 μm or less and a maximum particle size D max of 10 μm or less. The two were weighed so that the obtained glass powder was 80% by volume and the alumina powder was 20% by volume, and then sufficiently mixed to obtain a composite powder material. The softening point and the coefficient of thermal expansion of the obtained composite powder material were evaluated. The average particle size D 50 of the alumina powder was 2.0 μm or less, and the maximum particle size D max was 10 μm or less.
軟化点は、マクロ型示差熱分析計(DTA)で測定した第四の変曲点の温度である。 The softening point is the temperature of the fourth inflection point measured by a macro differential thermal analyzer (DTA).
熱膨張係数は、各複合粉末材料を加圧形成し、(軟化点+10)℃で焼成した後、直径5mm、長さ20mmに加工して、測定試料を得た上で、熱機械分析装置(TMA)により30〜300℃の温度範囲で測定した平均値である。 The coefficient of thermal expansion is determined by forming each composite powder material under pressure, firing it at (softening point +10) ° C., processing it to a diameter of 5 mm and a length of 20 mm, obtaining a measurement sample, and then using a thermomechanical analyzer (thermomechanical analyzer). It is an average value measured by TMA) in a temperature range of 30 to 300 ° C.
次に、上記複合粉末とビークル(エチルセルロースを5質量%、且つアセチルクエン酸トリブチルを3質量%含むターピネオール)を混合し、3本ロールミルにて混練して、複合粉末材料ペーストを得た。更に、電極層(Auリード電極層)と抵抗体層を有する蓄熱層付きアルミナ基板上に、複合粉末材料ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後、得られた塗布膜を乾燥し、電気炉で800℃の温度で20分間焼成し、約10μm厚の焼成膜(被覆層)を得た。得られた積層膜付きアルミナ基板について、表面平滑性とAuリード電極との反応性を評価した。 Next, the above composite powder and a vehicle (tarpineol containing 5% by mass of ethyl cellulose and 3% by mass of tributyl acetylcitrate) were mixed and kneaded with a three-roll mill to obtain a composite powder material paste. Further, a composite powder material paste is applied by a screen printing method on an alumina substrate with a heat storage layer having an electrode layer (Au lead electrode layer) and a resistor layer, and then the obtained coating film is dried and 800 in an electric furnace. It was fired at a temperature of ° C. for 20 minutes to obtain a fired film (coating layer) having a thickness of about 10 μm. The surface smoothness of the obtained alumina substrate with a laminated film and the reactivity with the Au lead electrode were evaluated.
表面平滑性は、焼成膜の表面を顕微鏡で観察して、結晶析出がある場合を「×」、結晶析出がない場合を「○」として、評価したものである。 The surface smoothness was evaluated by observing the surface of the fired film with a microscope and evaluating it as "x" when there was crystal precipitation and as "◯" when there was no crystal precipitation.
Auリード電極との反応性は、焼成前後でのAuリード電極の線幅を計測した時に、線幅の減少割合が40%以上の場合を「×」、線幅の減少割合が40%未満の場合を「○」として、評価したものである。なお、焼成前後で線幅の減少割合が小さい程、Auリード電極との反応性が低いことを意味する。 The reactivity with the Au lead electrode is "x" when the line width reduction rate is 40% or more when the line width of the Au lead electrode is measured before and after firing, and the line width reduction rate is less than 40%. The case is evaluated as "○". The smaller the reduction rate of the line width before and after firing, the lower the reactivity with the Au lead electrode.
表1から明らかなように、試料No.1〜4は、ガラス粉末のガラス組成が所定範囲に規制されているため、軟化点が低く、表面平滑性やAuリード電極との反応性の評価が良好であった。一方、試料No.5は、軟化点が低かったが、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が大き過ぎるため、表面平滑性の評価が不良であった。また、試料No.6は、軟化点が低かったが、モル比(SiO2+CaO)/(B2O3+Bi2O3)が小さ過ぎるため、Auリード電極との反応性の評価が不良であった。 As is clear from Table 1, the sample No. In Nos. 1 to 4, since the glass composition of the glass powder was regulated within a predetermined range, the softening point was low, and the surface smoothness and the reactivity with the Au lead electrode were evaluated well. On the other hand, sample No. No. 5 had a low softening point, but the evaluation of surface smoothness was poor because the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) was too large. In addition, sample No. In No. 6, the softening point was low, but the molar ratio (SiO 2 + CaO) / (B 2 O 3 + Bi 2 O 3 ) was too small, so that the evaluation of reactivity with the Au lead electrode was poor.
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