JPH08183195A - サーマルヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】感熱紙等に常に鮮明な印字画像を形成すること
が可能な耐腐食性の高いサーマルヘッド及びその製造方
法を提供することにある。 【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をガラスから成る保護層４で被
覆して成るサーマルヘッドであって、前記保護層４中
に、ガラスより硬質の絶縁材５ａで被覆された強磁性体
５を含有させる。これにより、保護層４を厚膜手法によ
って形成する際、強磁性体５を磁力によって発熱抵抗体
２側に引き寄せ、強磁性体５を保護層４の下部領域に集
中して分布させることができる。従って、保護層４の表
面に強磁性体５の一部が露出したりすることはなく、こ
れによってサーマルヘッドと感熱紙等との密着性が向上
する。

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
ルヘッド及びその製造方法に関する。

【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４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、ガラスから
なる保護層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】また前記保護層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、軟質の低軟化点ガラスを主成分とす
る保護層１４の耐摩耗性を高くなすためにアルミナ等か
ら成る硬質の無機物粒子１４ａを含有させていた。

【０００４】かかるサーマルヘッドの保護層１４は、通
常、以下のようにして形成されている。

【０００５】（１）まず低軟化点ガラスを用いて作製し
た所定のガラスペースト中に、アルミナ等からなる硬質
（ビッカース硬度：約１８００Ｈｖ）の無機材料を粒径
１μｍ程度まで細かく砕いたものを添加混合し、これを
スクリーン印刷法等の厚膜手法によって発熱抵抗体１２
が被着された電気絶縁性基板１１上に印刷塗布する。

【０００６】（２）次に前記ガラスペーストを約５００
℃の温度で所定時間、焼成し、これによって無機物粒子
１４ａが混在されたガラス製の保護層１４が形成され
る。

【０００７】尚、前記保護層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くなりす
ぎると、発熱抵抗体１２等が熱によって破損してしまう
のを防止するためである。

【０００８】

【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の製造方法においては、保護層１４
を形成するにあたり、ガラスペースト中に含有されてい
るアルミナの比重がガラスと近く、このアルミナ粒子が
ガラスペーストの全体にわたりほぼ均一に分散されてい
ること、及び、アルミナ粒子の粒径が約１μｍと比較的
大きいこと等から、保護層１４を厚膜手法によって形成
すると、無機物粒子１４ａの一部が表面に露出したり、
あるいは、無機物粒子１４ａが表面付近に存在すること
によって保護層１４の表面に無機物粒子１４ａの形状に
応じた多数の凸部が形成される。このため、印字の所期
段階において、サーマルヘッドと感熱紙等との密着性が
悪く、感熱紙等に鮮明な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。

【０００９】またサーマルヘッドの保護層１４に上述の
ような凸部が形成されていると、印字時、感熱紙等の摺
接による応力が前記凸部に集中し、その結果、保護層１
４に凸部を起点としたクラックが形成され、保護層１４
の耐腐食性が低下する欠点が誘発される。

【００１０】

【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、感熱紙等に常に鮮明な印字画像を形
成することが可能な耐腐食性の高いサーマルヘッド及び
その製造方法を提供することにある。

【００１１】

【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、
該発熱抵抗体をガラスから成る保護層で被覆して成るサ
ーマルヘッドであって、前記保護層中に、ガラスより硬
質の絶縁材で被覆された強磁性体を含有させることを特
徴とする。

【００１２】また本発明のサーマルヘッドは、前記強磁
性体は、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも１種
よりなっていることを特徴とする。

【００１３】更に本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、電気絶縁性基板上に発熱抵抗体を設けるとともに、
該発熱抵抗体をガラスからなる保護層で被覆して成るサ
ーマルヘッドであって、前記保護層は、（１）ガラスペ
ースト中にガラスより硬質の絶縁材で被覆された強磁性
体を混入させるとともに、該ガラスペーストを発熱抵抗
体が設けられた電気絶縁性基板上に塗布する工程と、
（２）前記ガラスペーストに熱を印加するとともに前記
強磁性体を磁力によって電気絶縁性基板側に引き寄せる
工程と、（３）前記強磁性体を電気絶縁性基板側に引き
寄せた状態でガラスを焼成する工程とにより形成される
ことを特徴とする。

【００１４】

【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。

【００１５】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は保護
層、５は強磁性体、５ａは絶縁材である。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】前記発熱抵抗体２及び一対の導電層３の上
面にはまた、低軟化点ガラスを主成分とする保護層４が
約４μｍの厚みをもって被着されており、この保護層４
によって発熱抵抗体２等と大気とを遮断している。

【００２５】前記保護層４は発熱抵抗体２や一対の導電
層３を大気中の水分等の接触による腐食や感熱紙等の摺
接による摩耗から保護する作用を為し、その内部には、
鉄、ニッケル、コバルト等から成る粒径約１μｍの強磁
性体５が約６０体積％の割合で含有されている。

【００２６】前記強磁性体５は、発熱抵抗体２及び導電
層３の近傍、即ち、保護層４の下部領域に集中して分布
されており、図２に示す如く、保護層４を形成する低軟
化点ガラスよりも高い硬度を有した絶縁材５ａにより被
覆されている。

【００２７】前記絶縁材５ａは、保護層４の主成分であ
る低軟化点ガラス（ビッカース硬度：２００〜４００Ｈ
ｖ）よりも高い硬度を有しているため、保護層４全体の
硬度を高くなしてサーマルヘッドの耐摩耗性を向上させ
ることができる。

【００２８】前記絶縁材５ａとしては、例えば、アルミ
ナ（１８００Ｈｖ）、シリカ（７００Ｈｖ）や前記強磁
性体５の酸化物（酸化鉄等）が用いられ、これらは電気
絶縁性であることから、発熱抵抗体２や導電層３の近傍
に集中して分布する強磁性体５が隣接する発熱抵抗体２
等に接触してもこれらの間に短絡等が発生することはな
い。

【００２９】また前記強磁性体５は磁場が印加される
と、磁束Ｂの向きと反対側の方向に磁力が作用するた
め、保護層４を厚膜手法によって形成する際、ガラスペ
ーストに熱を印加して低軟化点ガラスを軟化させた状態
で所定の磁場を印加すると、強磁性体５は磁力によって
磁束Ｂの向きと反対の方向に引き寄せられ、この状態で
低軟化点ガラスを焼成することによって強磁性体５が発
熱抵抗体２及び導電層３の近傍に集中して分布する保護
層４を形成することができる。

【００３０】前記保護層４上にはまた、ビッカース硬度
が１０００ｋｇ／ｍｍ² 以上の硬質材料、例えば、窒化
珪素、炭化珪素、サイアロン等から成る耐摩耗層６が約
３μｍの厚みに被着されており、該耐摩耗層６は、感熱
紙等の摺接による摩耗に対する耐摩耗性を向上する作用
を為す。

【００３１】尚、前記耐摩耗層６は、例えば、窒化珪素
を、従来周知のスパッタリング法等を採用することによ
って保護層４上に被着される。この場合、耐摩耗層６が
被着される保護層４の表面は平坦であるため、耐摩耗層
６の表面も感熱紙等との密着性に優れた平坦なものにな
る。

【００３２】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。

【００３３】次に前述した保護層４の形成方法について
図３を用いて説明する。

【００３４】（１）先ず複数個の強磁性体５と、ガラス
ペーストとを準備する。

【００３５】前記強磁性体５は、例えば、鉄から成る径
０．５μｍの強磁性体５をアルミニウムアルコキシド溶
液中に浸漬して強磁性体５の表面にアルミニウムアルコ
キシドを付着させた後、これを引き上げて４００℃〜６
００℃の温度で脱水反応させ強磁性体５の表面にアルミ
ナから成る粒径約０．５μｍの絶縁材５ａを被着させる
ことによって形成され、前記ガラスペーストは酸化鉛を
５〜６０重量％含有する低軟化点ガラス（軟化点：４５
０℃〜６００℃）の粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加
混合することによって作製される。尚、強磁性体５の表
面に被着させる絶縁材５ａの膜厚は、アルミニウムアル
コキシド溶液の粘度を変えることによって調整される。

【００３６】（２）次に図３（ａ）に示す如く、前記強
磁性体５をガラスペースト４’中に添加し、これを発熱
抵抗体２及び一対の導電層３が設けられた電気絶縁性基
板１上に塗布する。

【００３７】前記強磁性体５が添加されたガラスペース
ト４’は、従来周知のスクリーン印刷等の厚膜手法を採
用することによって電気絶縁性基板１上面の所定領域に
強磁性体５の粒径よりも十分大きな厚み、例えば、約４
μｍの厚みをもって印刷塗布される。

【００３８】（３）次に図３（ｂ）に示す如く、前記ガ
ラスペースト４’に熱を印加して低軟化点ガラスを軟化
させるとともに前記強磁性体５に磁場を印加して磁力に
よって強磁性体５を電気絶縁性基板１側に引き寄せる。

【００３９】前記熱の印加は、ガラスペーストが塗布さ
れた電気絶縁性基板１を低軟化点ガラスの軟化点よりも
高く且つ強磁性体５のキュリー温度（鉄：７６９℃、コ
バルト：１１２７℃）よりも低い温度、例えば約５００
℃の温度に加熱することによって行われ、前記磁場の印
加は、前記ガラスペーストが塗布された電気絶縁性基板
１の下方に所定の磁石を配置し、磁束Ｂ（磁束密度：５
０〜１００Ｔ程度）が電気絶縁性基板１の下から上に突
き抜けるようになしておくことによって行われる。この
とき、ガラスペースト中の強磁性体５は、ガラスペース
トを塗布した際にペーストの表面に存在していても、低
軟化点ガラスが軟化した後、磁力によって発熱抵抗体２
側に引き寄せられるため、発熱抵抗体２等の近傍、即
ち、保護層４の下部領域に集中して分布するようにな
る。

【００４０】（４）最後に前記強磁性体５を電気絶縁性
基板１側に引き寄せた状態で低軟化点ガラスを焼成す
る。

【００４１】前記低軟化点ガラスは、前述した熱の印加
に引き続いて、強磁性体５のキュリー温度よりも低い温
度、例えば、約５００℃の温度で０．５時間、加熱焼成
することによって行われ、これによって保護層４が形成
される。

【００４２】この場合、強磁性体５は発熱抵抗体２の近
傍に引き寄せられ、保護層４の下部領域に集中して分布
しているため、保護層４の表面に強磁性体５の一部が露
出したり、或いは、保護層４の表面に強磁性体５の形状
に応じた凸部が多数形成されたりすることはなく、これ
によってサーマルヘッドと感熱紙等との密着性を向上さ
せることができる。したがって感熱紙等に鮮明な印字画
像を形成することが可能となる。

【００４３】また保護層４の表面に上述のような凸部は
形成されなくなることから、印字時、感熱紙等の摺接に
よる応力は保護層４表面の感熱紙等が摺接する部位全体
に分散され、応力が一箇所に集中することはなくなる。
この結果、保護層４にクラックが形成されるのが有効に
防止され、保護層４の耐腐食性を長期にわたり良好に維
持することができる。

【００４４】尚、前記強磁性体５はその熱伝導率を、保
護層４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強磁性体５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。従って強磁性体５の熱伝導率を、
保護層４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。

【００４５】また前記強磁性体５を５０体積％乃至８０
体積％の割合で保護層４中に含有させておけば、強磁性
体５の粒径が１μｍを超える大きなものであっても保護
層４の表面を平坦になし感熱紙等の密着性を極めて高く
保つことができるとともに、ポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）等をベースとする硬質の記録媒体に印字を
行う場合であっても保護層４が破壊されるのを有効に防
止することができる。したがって強磁性体５を５０体積
％乃至８０体積％の割合で保護層４中に含有させておく
ことが好ましい。

【００４６】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、例えば上記実施例におい
て、発熱抵抗体２及び一対の導電層３と保護層４との間
に、窒化珪素等から成る酸化防止層７を０．２〜２μｍ
の厚みに介在させておけば、保護層４中に含まれる酸素
が発熱抵抗体２に拡散しようとするのを酸化防止層７で
遮断し、発熱抵抗体２の酸化腐食を有効に防止すること
ができる。したがって発熱抵抗体２及び一対の導電層３
と保護層４との間に、窒化珪素等から成る酸化防止層７
を０．２〜２μｍの厚みに介在させておくことが好まし
い。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、保護層を厚膜手法によ
って形成する際、ガラスペースト中に混入される強磁性
体はガラスペーストを塗布した際にペーストの表面に存
在していても、低軟化点ガラスが焼成時の熱によって軟
化した際に磁力によって発熱抵抗体側に引き寄せられる
ため、保護層の下部領域に集中して分布するようにな
る。このため、保護層の表面に強磁性体の一部が露出し
たり、或いは、保護層の表面に強磁性体の形状に応じた
凸部が多数形成されたりすることはなく、これによって
サーマルヘッドと感熱紙等との密着性を向上させること
ができる。したがって感熱紙等に鮮明な印字画像を形成
することが可能となる。

【００４８】また本発明によれば、保護層の表面に上述
のような凸部は形成されなくなることから、印字時、感
熱紙等の摺接による応力は保護層４表面の感熱紙等が摺
接する部位全体に分散され、応力が一箇所に集中するこ
とはなくなる。この結果、保護層にクラックが形成され
るのが有効に防止され、保護層の耐腐食性を長期にわた
り良好に維持することができる。

【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】保護層４中に混入される強磁性体５の断面図で
ある。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の製法を説明するた
めの断面図である。

【図４】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・・・保護層 ５・・・強磁性体 ５ａ・・絶縁材 ６・・・耐摩耗層 ７・・・酸化防止層

Claims (3)

【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、該発熱抵抗体をガラスから成る保護層で被覆し
   て成るサーマルヘッドであって、 前記保護層中に、ガラスより硬質の絶縁材で被覆された
   強磁性体を含有させることを特徴とするサーマルヘッ
   ド。
2. 【請求項２】前記強磁性体は、鉄、コバルト、ニッケル
   のうち少なくとも１種よりなっていることを特徴とする
   請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. 【請求項３】電気絶縁性基板上に発熱抵抗体を設けると
   ともに、該発熱抵抗体をガラスからなる保護層で被覆し
   て成るサーマルヘッドであって、 前記保護層は、（１）ガラスペースト中にガラスより硬
   質の絶縁材で被覆された強磁性体を混入させるととも
   に、該ガラスペーストを発熱抵抗体が設けられた電気絶
   縁性基板上に塗布する工程と、（２）前記ガラスペース
   トに熱を印加するとともに前記強磁性体を磁力によって
   電気絶縁性基板側に引き寄せる工程と、（３）前記強磁
   性体を電気絶縁性基板側に引き寄せた状態でガラスを焼
   成する工程とにより形成されることを特徴とするサーマ
   ルヘッドの製造方法。