JPH08174887A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱抵抗体の抵抗値変化を有効に防止し、長期
間にわたり所定の印画を形成することが可能な耐腐食性
の高いサーマルヘッドを提供する。 【構成】電気絶縁性基板１上に発熱抵抗体２を設けると
ともに、該発熱抵抗体２上に、Ｓｉ₃ Ｎ₄ から成る拡散
防止層４と焼成ガラスから成る保護膜６とを順次、被着
して成るサーマルヘッドであって、前記拡散防止層４と
保護膜６との間に、ＭｏＯ_A （０＜Ａ＜３）、ＴａＯ_B
（０＜Ｂ＜２．５）、ＴｉＯ_C （０＜Ｃ＜２）、ＴａＳ
ｉＯ_D （０＜Ｄ＜２）、ＴｉＳｉＯ_E （０＜Ｅ＜２）の
少なくとも１種から成る捕獲層５を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサやフ
ァクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマ
ルヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図２に示す如
く、アルミナセラミックス等からなる電気絶縁性基板１
１上に、窒化タンタル等からなる発熱抵抗体１２と、ア
ルミニウム等からなる一対の導電層１３と、焼成ガラス
からなる保護膜１４とを順次、被着させた構造を有して
おり、前記一対の導電層１３間に印字信号に基づいて所
定の電力を印加し、発熱抵抗体１２を選択的にジュール
発熱させるとともに、該発熱した熱をプラテンローラ等
によって押圧される感熱紙等に伝導させ、感熱紙等に所
定の印字画像を形成することによってサーマルヘッドと
して機能する。

【０００３】また前記保護膜１４は、発熱抵抗体１２や
一対の導電層１３を、感熱紙等の摺接による摩耗や大気
中に含まれる水分等の接触による酸化腐食から保護する
ためのものであり、内部にアルミナ等から成る硬質の無
機物粒子を含有した低軟化点ガラスを厚膜手法によって
被着することにより形成されていた。尚、保護膜１４を
形成するのに低軟化点ガラスを用いるのは、ガラスの焼
成温度が高すぎると、発熱抵抗体１２等が熱によって変
形する危険性があるからである。また保護膜１４を厚膜
手法によって形成するのは、発熱抵抗体１２上に位置す
る保護膜１４の表面に導電層１３の厚みに応じた段差が
形成されないようになすことにより発熱抵抗体１２の発
する熱を感熱紙等に良好に伝達させるためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、保護膜１４がガラスか
ら成っていることから、この保護膜１４をスクリーン印
刷等の厚膜手法によって形成する際や、印字時などに熱
が印加されると、保護膜１４を形成するガラス中の酸素
が発熱抵抗体１２中に拡散し、その結果、発熱抵抗体１
２が極めて短時間で酸化腐食されてしまい、感熱紙等に
所定の印字画像を形成することが不可となる欠点を有し
ている。

【０００５】そこで、上記欠点を解消するために、前記
発熱抵抗体１２と保護膜１４との間に、窒化珪素やサイ
アロン等から成る拡散防止層を介在させ、この拡散防止
層によって保護膜１４中の酸素が発熱抵抗体１２中に拡
散するのを遮断することが考えられる。

【０００６】しかしながら、発熱抵抗体１２と保護膜１
４との間に拡散防止層を介在させるだけでは、発熱抵抗
体１２の酸化腐食を有効に防止するのに十分でなかっ
た。

【０００７】即ち、拡散防止層が窒化珪素から成ってい
る場合、保護膜１４を形成するガラスの焼成温度が６０
０℃を超えたり、或いは、印字を繰り返すことによって
サーマルヘッドの温度が４００℃を超えたりすると、拡
散防止層自体が保護膜１４中の酸素によって酸化されて
緻密性が低下し、そのため、酸素の拡散を拡散防止層に
よって有効に遮断することができなくなり、拡散防止層
としての機能そのものが比較的短時間で喪失される欠点
を有していた。

【０００８】また前記拡散防止層がサイアロンから成っ
ている場合、酸素の透過を遮断する機能は優れているも
のの、該サイアロンはそれ自体、酸素を含んでいること
から、このサイアロン中の酸素が発熱抵抗体１２との界
面付近で拡散し、発熱抵抗体１２の一部を酸化腐食す
る。この場合も発熱抵抗体１２の電気抵抗値が変化し、
感熱紙等に印字画像の濃淡むら等が形成される欠点を有
していた。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたも
ので、その目的は、発熱抵抗体の抵抗値変化を有効に防
止し、長期間にわたり所定の印画を形成することが可能
な耐腐食性の高いサーマルヘッドを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、電気絶縁性基板上に発熱抵抗体を設けるとともに、
該発熱抵抗体上に、Ｓｉ₃ Ｎ₄ から成る拡散防止層と焼
成ガラスから成る保護膜とを順次、被着して成るサーマ
ルヘッドであって、前記拡散防止層と保護膜との間に、
ＭｏＯ_A （０＜Ａ＜３）、ＴａＯ_B （０＜Ｂ＜２．
５）、ＴｉＯ_C （０＜Ｃ＜２）、ＴａＳｉＯ_D （０＜Ｄ
＜２）、ＴｉＳｉＯ_E （０＜Ｅ＜２）の少なくとも１種
から成る捕獲層を介在させたことを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づい
て詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明のサーマルヘッドの一実施例
を示す断面図であり、１は電気絶縁性基板、１ａはグレ
ーズ層、２は発熱抵抗体、３は一対の導電層、４は拡散
防止層、５は捕獲層、６は保護層である。

【００１３】前記電気絶縁性基板１はアルミナセラミッ
クス等の電気絶縁性材料から成り、その上面で発熱抵抗
体２等を支持する作用を為す。

【００１４】前記電気絶縁性基板１は、アルミナ、シリ
カ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機
溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを
従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等
を採用することによってセラミックグリーンシートを形
成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定
形状に打ち抜き加工するとともに高温で焼成することに
よって製作される。

【００１５】また前記電気絶縁性基板１の上面には、ガ
ラス等から成るグレーズ層１ａが１５μｍ〜６０μｍの
厚みに被着形成されており、該グレーズ層１ａは発熱抵
抗体２の発する熱を適当な温度となるように蓄積し、サ
ーマルヘッドの熱応答特性を良好に保つ作用を為す。

【００１６】前記グレーズ層１ａは、例えば、高軟化点
ガラスの粉末に適当な有機溶剤、有機樹脂を添加混合し
て得たガラスペーストを電気絶縁性基板１の上面にスク
リーン印刷等によって印刷塗布し、しかる後、これを約
１０００℃〜１２００℃の高温で焼成することによって
電気絶縁性基板１の上面に被着形成される。

【００１７】また前記グレーズ層１ａの上面には、窒化
タンタル等から成る複数個の発熱抵抗体２が被着配列さ
れており、該各発熱抵抗体２の両端には一対の導電層３
が接続されている。

【００１８】前記発熱抵抗体２は例えば窒化タンタル等
から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有して
いるため、一対の導電層３を介して電力が印加されると
ジュール発熱を起こし、感熱紙等に印字画像を形成する
のに必要な所定温度、例えば２００℃乃至３５０℃の温
度に発熱する。

【００１９】また前記発熱抵抗体２の両端に接続される
一対の導電層３はアルミニウム等の金属材料から成って
おり、該一対の導電層３は発熱抵抗体２にジュール発熱
を起こさせるために必要な所定の電力を印加する作用を
為す。

【００２０】前記複数個の発熱抵抗体２及び一対の導電
層３は、従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグ
ラフィー技術を採用することによってグレーズ層１ａの
上面に所定パターン、所定厚み（発熱抵抗体２は０．０
１μｍ乃至０．５μｍの厚み、一対の導電層３は０．５
μｍ乃至２．０μｍの厚み）をもって被着される。

【００２１】前記発熱抵抗体２及び一対の導電層３の上
面にはまた、拡散防止層４と、捕獲層５と、保護層６と
が順次被着されており、前記発熱抵抗体２等はこれらの
層によって大気と遮断されている。

【００２２】前記拡散防止層４は、Ｓｉ₃ Ｎ₄ （窒化珪
素）から成っており、緻密な膜質を有しているため、捕
獲層５を構成する酸素が発熱抵抗体２中に拡散するのを
有効に防止することができる。

【００２３】またこの拡散防止層４はＳｉ₃ Ｎ₄ により
形成されており、酸素を一切含んでいないため、発熱抵
抗体２が拡散防止層４中の成分により酸化されることは
ない。

【００２４】尚、前記拡散防止層４は従来周知のスパッ
タリング法等の薄膜手法を採用することによって発熱抵
抗体２及び一対の導電層３の上面に０．２〜２．０μｍ
の厚みをもって被着される。

【００２５】また前記拡散防止層４上の捕獲層５は、Ｍ
ｏＯ_A （０＜Ａ＜３）、ＴａＯ_B （０＜Ｂ＜２．５）、
ＴｉＯ_C （０＜Ｃ＜２）、ＴａＳｉＯ_D （０＜Ｄ＜
２）、ＴｉＳｉＯ_E （０＜Ｅ＜２）の少なくとも１種か
ら成っており、いずれの材料も、金属原子が未結合手を
有した低級酸化物であるため、この捕獲層５を介して発
熱抵抗体２側に透過しようとする酸素は、化学的に安定
化しようとする低級酸化物によって捕獲され、捕獲層５
内で強固に取り込まれる。よって酸素が捕獲層５を介し
て発熱抵抗体２側に透過することはなく、発熱抵抗体２
の酸化腐食が有効に防止される。

【００２６】またこの捕獲層５中に含まれている酸素は
拡散防止層４側に拡散することが殆どないため、拡散防
止層４そのものが酸化され緻密性を低下することはな
く、拡散防止層４の機能は長期にわたり良好に維持され
る。

【００２７】尚、前記捕獲層５は、例えば、ＭｏＯ
_A （０＜Ａ＜３）から成っている場合、ＭｏＯ₃ から成
るスパッタリング用ターゲット材を例えば、アルゴンガ
ス雰囲気中、５ｍＴｏｒｒの圧力下でスパッタリング
し、０．１〜２．０μｍの厚みをもって被着させること
によって形成される。このようにして得られるスパッタ
膜は、ＭｏＯ₃ 中の酸素のうち、いくつかのものがＭｏ
原子とのスパッタ率の違いから欠落し分離するため、多
数の未結合手が発生する。

【００２８】また前記捕獲層５上の保護層６は厚膜手法
によって形成され、低軟化点ガラスを主成分とし、か
つ、その内部に前記低軟化点ガラスより高い硬度を有し
た無機物粒子が所定の割合で含有されている。

【００２９】前記保護層６は、発熱抵抗体２及び一対の
導電層３を感熱紙等の摺接による摩耗や大気中の水分等
の接触による腐食から保護する作用を為す。

【００３０】また前記保護層６中の無機物粒子は、アル
ミナ等の硬質の無機材料から成っており、保護層６の高
硬度となすことによってサーマルヘッドの耐摩耗性を向
上させる作用を為す。

【００３１】また更に前記無機物粒子の熱伝導率を、保
護層６の主成分である低融点ガラスと略等しいか、もし
くは、それよりも大きくなしておけば、発熱抵抗体２か
ら感熱紙等に伝導しようとする熱が無機物粒子によって
遮断されることはなく、サーマルヘッドの熱効率を向上
させることができる。従って無機物粒子の熱伝導率を、
保護層６の主成分である低融点ガラスと略等しいか、も
しくは、それよりも大きくなしておくことが好ましい。

【００３２】尚、前記保護層６は、先ず酸化鉛を５〜６
０重量％含有する低軟化点ガラス（軟化点：４５０℃〜
８８０℃）の粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加混合し
てガラスペーストを作製するとともに、これに所定量の
アルミナ粒子（粒径：約１μｍ）を添加したものを発熱
抵抗体２及び一対の導電層３が被着された電気絶縁性基
板１上にスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用し、例え
ば、約４μｍの厚みに塗布するとともに、これを約５０
０℃の温度で焼成することによって形成される。

【００３３】かくして上述したサーマルヘッドは、一対
の導電層３間に印字信号に基づいて所定の電力を印加
し、発熱抵抗体２を選択的にジュール発熱させるととも
に、該発熱した熱をプラテンローラ等によって押圧され
る感熱紙等に伝導させ、感熱紙等に所定の印字画像を形
成することによってサーマルヘッドとして機能する。

【００３４】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能であり、例えば上記実施例のサー
マルヘッドにおいて、保護層６上にビッカース硬度が１
０００ｋｇ／ｍｍ² 以上の硬質材料、例えば、窒化珪
素、炭化珪素、サイアロン等からなる耐摩耗層を例え
ば、３μｍの厚みに被着させておいても良く、この場
合、上記実施例と同様の効果を奏するのに加え、サーマ
ルヘッドの耐摩耗性がより一層向上する。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、捕獲層中に拡散してく
る酸素は捕獲層を構成する金属原子の未結合手によって
捕獲され、発熱抵抗体側に向かうことはなく、またこの
捕獲層中に含まれている酸素は拡散防止層側に拡散する
ことが殆どないので拡散防止層の緻密性を低下すること
もない。従って拡散防止層の機能は長期にわたり良好に
維持され、発熱抵抗体の抵抗値変化を有効に防止すると
ともに、長期間にわたり所定の印画を形成することが可
能な耐腐食性に優れたサーマルヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す断面
図である。

【図２】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・電気絶縁性基板 ２・・・発熱抵抗体 ３・・・一対の導電層 ４・・・拡散防止層 ５・・・捕獲層 ６・・・保護層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性基板上に発熱抵抗体を設けると
   ともに、該発熱抵抗体上に、Ｓｉ₃ Ｎ₄ から成る拡散防
   止層と焼成ガラスから成る保護膜とを順次、被着して成
   るサーマルヘッドであって、 前記拡散防止層と保護膜との間に、ＭｏＯ_A （０＜Ａ＜
   ３）、ＴａＯ_B （０＜Ｂ＜２．５）、ＴｉＯ_C （０＜Ｃ
   ＜２）、ＴａＳｉＯ_D （０＜Ｄ＜２）、ＴｉＳｉＯ
   _E （０＜Ｅ＜２）の少なくとも１種から成る捕獲層を介
   在させたことを特徴とするサーマルヘッド。