JPH0825668A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱抵抗体等を保護膜で長期間にわたり確実に
被覆しておくことが可能な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３及び一対
の導電層４を被着させるとともに該発熱抵抗体３及び一
対の導電層４を保護膜５で被覆して成るサーマルヘッド
において、前記保護膜５は、軟化点４５０℃以下の低軟
化点ガラスにより形成され、且つ、発熱抵抗体３及び一
対の導電層４と接する側の面近傍にビッカース硬度１０
００Ｈｖ以上の無機物粒子が２０乃至３１重量％含有さ
れている。

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４に示す如
く、アルミナセラミックス製の電気絶縁性基板１１上
に、厚さ約１５〜６０μｍのガラスから成る蓄熱層１２
を断面円弧状に被着させるとともに、該蓄熱層１２上に
窒化タンタル等から成る複数個の発熱抵抗体１３とアル
ミニウム等から成る一対の導電層１４とを順次被着さ
せ、更に前記発熱抵抗体１３及び一対の導電層１４を低
軟化点ガラス（軟化点：３５０〜４５０℃）から成る保
護膜１５で被覆した構造を有しており、前記一対の導電
層１４間に外部より入力される印字信号に基づいて所定
の電力を印加し、発熱抵抗体１３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】尚、前記保護膜１５は、発熱抵抗体１３や
一対の導電層１４等を大気中の水分等の接触による酸化
腐食や感熱紙等の摺接による摩耗から保護するためのも
のであり、低軟化点ガラスの粉末に有機溶媒、溶剤を添
加混合して得たガラスペーストを発熱抵抗体１３及び一
対の導電層１４上にスクリーン印刷法等の厚膜手法を用
いて例えば、４〜８μｍの厚みに塗布し、しかる後、こ
れを４５０〜５５０℃の温度で焼成することによって発
熱抵抗体１３及び一対の導電層１４を被覆するように被
着形成される。

【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１５が低軟化点
ガラスから成っており、該低軟化点ガラスは一般に軟質
（ビッカース硬度：２００〜３００Ｈｖ）であることか
ら、印字に際して感熱紙等を保護膜１５表面に摺接させ
ると保護膜１５が比較的短時間で摩耗されてしまい、発
熱抵抗体１３等を保護膜１５で長期間にわたり確実に被
覆しておくことができないという欠点を有している。

【０００５】そこで上記欠点を解消するために保護膜１
５を、軟質の低軟化点ガラスに代えて、硬質（ビッカー
ス硬度：６００Ｈｖ以上）の高軟化点ガラス（軟化点：
４５０〜５５０℃）で形成することが考えられる。

【０００６】しかしながら、保護膜１５を高軟化点ガラ
スで形成した場合、該高軟化点ガラスをスクリーン印刷
法等の厚膜手法によって形成する際、高軟化点ガラスを
用いて作製したガラスペーストを６００℃以上の高温で
焼成する必要があり、このため、前述した焼成時の熱に
よってアルミニウム等から成る導電層１４等が酸化され
導電性を失ったり、或いは、導電層１４が流動し、破断
を起こすという欠点が誘発される。

【０００７】

【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、発熱抵抗体及び一対の導電層を保護膜
によって長期間にわたり確実に被覆しておくことが可能
なサーマルヘッドを提供することにある。

【０００８】

【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、発熱抵抗体及び一対の導電層
を被着させるとともに該発熱抵抗体及び一対の導電層を
保護膜で被覆して成るサーマルヘッドにおいて、前記保
護膜は、軟化点４５０℃以下の低軟化点ガラスにより形
成され、且つ、発熱抵抗体及び一対の導電層と接する側
の面近傍にビッカース硬度１０００Ｈｖ以上の無機物粒
子が２０乃至３１重量％含有されていることを特徴とす
る。

【０００９】また本発明のサーマルヘッドは、前記無機
物粒子の粒径が０．３乃至０．７μｍであることを特徴
とする。

【００１０】更に本発明のサーマルヘッドは、前記無機
物粒子に、鋭角な角部が存在しないことを特徴とする。

【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、２は蓄熱
層、３は発熱抵抗体、４は一対の導電層、５は保護膜、
５ａは第１保護膜、５ｂは第２保護膜である。

【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３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、高
軟化点ガラス（例えば、酸化鉛を含有しないガラス）か
ら成る蓄熱層２が１５μｍ〜６０μｍの厚みをもって断
面円弧状に被着形成されており、該蓄熱層２は発熱抵抗
体３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】前記蓄熱層２は、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
よって帯状に印刷塗布し、次に前記ガラスペーストを約
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】更に前記蓄熱層２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３が被着配列されてお
り、該各発熱抵抗体３の両端には一対の導電層４が接続
されている。

【００１８】前記発熱抵抗体３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４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３の両端に接続される
一対の導電層４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４は発熱抵抗体３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３及び一対の導電
層４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蓄熱層２の上面に
所定パターン、所定厚み（発熱抵抗体３は０．０１μｍ
乃至０．５μｍの厚み、一対の導電層４は０．５μｍ乃
至２．０μｍの厚み）をもって被着される。

【００２１】また前記発熱抵抗体３及び一対の導電層４
は保護膜５で被覆されており、該保護膜５は発熱抵抗体
３及び一対の導電層４を大気中に含まれる水分等の接触
による酸化腐食や感熱紙等の摺接による摩耗から保護す
る作用を為す。

【００２２】前記保護膜５は更に、第１保護膜５ａと第
２保護膜５ａとを順次被着させて成る２層構造を有して
おり、前記第１保護膜５ａは、軟化点４５０℃以下の低
軟化点ガラスにより形成され、且つ、発熱抵抗体３及び
一対の導電層４と接する側の面近傍にビッカース硬度１
０００Ｈｖ以上の無機物粒子（アルミナ、ジルコニア、
炭化珪素、窒化珪素等）が２０乃至３１重量％含有され
ている。

【００２３】このため、第１保護膜５ａをスクリーン印
刷法等の厚膜手法によって形成する際、低軟化点ガラス
の粉末と無機物粒子とを用いて作製したガラスペースト
は４５０〜５５０℃程度の比較的低い温度で焼成するこ
とができ、該焼成時の熱によってアルミニウム等から成
る一対の導電層４等が酸化され導電性を失ったり、導電
層４が流動し、破断を起こしたりするのを有効に防止す
ることができる。

【００２４】また前記第１保護膜５ａは、ビッカース硬
度が１０００Ｈｖ以上の極めて硬質の無機物粒子を２０
乃至３１重量％含有しており、全体としても硬質である
ため、印字に際して感熱紙等が摺接されても殆ど摩耗さ
れることはなく、発熱抵抗体３及び一対の導電層４を第
１保護膜５ａによって長期にわたり確実に被覆しておく
ことができる。

【００２５】前記第１保護膜５ａに含有される無機物粒
子はその含有率が３１重量％を越えると、第１保護膜５
ａの表面は表面粗さＲａで３０００Å以上の粗面となり
この上に被着される第２保護膜材５ｂの表面平滑性に悪
影響を及ぼし、一方、前記無機物粒子の含有率が２０重
量％より低くなると、第１保護膜５ａを硬質になすこと
ができず、感熱紙等の摺接によって比較的短時間で摩耗
されてしまう。従って第１保護膜５ａに含有される無機
物粒子は２０〜３１重量％の範囲とする必要がある。

【００２６】ここで前記低軟化点ガラス中に含有される
無機物粒子の含有率とその硬度との関係について図２を
用いて説明する。

【００２７】同図は、所定の低軟化点ガラスを用いて作
製したガラスペースト中にアルミナ粒子（粒径：０．４
〜０．６μｍ）を種々の重量比で含有させこれを焼成し
たものについて、各焼成物のビッカース硬度をビッカー
ス硬度計を用いて測定した結果を示す。

【００２８】かかる測定結果によれば、低軟化点ガラス
中に含有されるアルミナ粒子の含有率を２０乃至３１重
量％となすことによってそのビッカース硬度を４１０〜
４３５Ｈｖの硬質なものになすことができる。従って発
熱抵抗体３及び一対の導電層４上に被着される第１保護
膜５ａは、無機物粒子の含有率を２０乃至３１重量％と
なした低軟化点ガラスで形成する必要がある。

【００２９】一方、前記第１保護膜５ａ上に被着される
第２保護膜５ｂは、ビッカース硬度が１０００Ｈｖ以上
の無機物粒子を１５重量％以下含有した低軟化点ガラス
から成っている。

【００３０】前記第２保護膜５ｂは、無機物粒子を多量
に含有した第１保護膜５ａ上に被着されて保護膜５の表
面平滑性を極めて高いものになす作用を為し、これよっ
て保護膜５の表面は表面粗さＲａで３００Å以下の極め
て平滑なものとなる。従って感熱紙等をサーマルヘッド
の使用初期段階においてもサーマルヘッドに対し極めて
良好に密着させることができ、感熱紙等に常に良好な印
字画像を形成することが可能になるとともに、サーマル
ヘッドの熱効率を向上させることができる。

【００３１】ここで低軟化点ガラス中に含有される無機
物粒子の含有率とこれを厚膜手法によって形成したもの
の表面粗さとの関係について図３を用いて説明する。

【００３２】同図は、所定の低軟化点ガラスを用いて作
製したガラスペースト中に無機物粒子としてアルミナ粒
子（粒径：０．３〜０．７μｍ）を種々の重量比で添加
したものを発熱抵抗体、一対の導電層等が形成された電
気絶縁性基板上にスクリーン印刷法によって塗布した
後、これを所定温度で焼成して形成された保護膜の表面
粗さを表面粗さ計を用いて測定した結果を示しており、
アルミナ粒子の含有率を１５重量％以下になすことによ
ってその表面粗さＲａを５００Å以下の平滑な面となす
ことができ、これにより感熱紙等をサーマルヘッドの使
用初期段階においてもサーマルヘッドに対し極めて良好
に密着させることができる。従って、印字時、感熱紙等
が摺接される第２保護膜５ｂは、無機物粒子が１５重量
％以下の割合で含有された低軟化点ガラスにより形成す
ることが好ましい。

【００３３】かかる保護膜５は、先ず発熱抵抗体３及び
一対の導電層４が被着された電気絶縁性基板１の上面
に、例えば、酸化鉛を５〜６０重量％含有する低軟化点
ガラスの粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加混合して得
たガラスペーストを作製するとともにこれに所定量のア
ルミナ粒子を添加したものをスクリーン印刷法等の厚膜
手法を採用し４〜５μｍの厚みをもって塗布した後、こ
れを１２０℃の温度で乾燥させ、次に該乾燥させたガラ
ス上に、酸化鉛を５〜６０重量％含有する低軟化点ガラ
スの粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加混合して得たガ
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
ナ粒子を添加したものをスクリーン印刷等の厚膜手法に
よって１〜２μｍの厚みに塗布し、最後にこれを約５３
０℃の温度で焼成することによって形成される。この場
合、第１保護膜５ａと第２保護膜５ｂとを一度の焼成工
程で形成することができるため、サーマルヘッドの製造
工程が簡略化されるとともにサーマルヘッドを短時間で
製作することができるようになる。

【００３４】また前記保護膜５に含有される無機物粒子
はその粒径を０．３〜０．７μｍになしておけば、保護
膜５をスクリーン印刷法等の厚膜手法によって形成する
にあたり低軟化点ガラスの粉末と所定量の無機物粒子と
を用いてガラスペーストを作製する際、ガラスペースト
中で無機物粒子が凝集するのが有効に防止され、無機物
粒子をガラスペースト中で均一に分散させることができ
るとともに、保護膜５の表面平滑性を極めて高くなし、
感熱紙等をサーマルヘッドに対し極めて良好に密着させ
ることができるようになる。従って前記無機物粒子はそ
の粒径を０．３〜０．７μｍになしておくことが好まし
い。

【００３５】更に前記無機物粒子は、鋭利な角部が存在
しないように成しておけば、保護膜５を形成する低軟化
点ガラスが感熱紙等の摺接によって摩耗され無機物粒子
が保護膜５の表面に露出しても、感熱紙等の表面が無機
物粒子によって傷つけられることはなく、常に高品質の
印字画像を形成することができる。従って保護膜５中に
含有される無機物粒子は、鋭利な角部が存在しないよう
に成しておくことが好ましい。

【００３６】かくして上述したサーマルヘッドは、一対
の導電層４間に外部より入力される印字信号に基づいて
所定の電力を印加し、発熱抵抗体３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。

【００３７】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、例えば上述した本発明の
サーマルヘッドについて、発熱抵抗体３と保護膜５との
間に窒化珪素、サイアロン等から成る拡散防止層６を例
えば３０００Åの厚みに介在させておけば、印字時、保
護膜５中に含まれる酸素が発熱抵抗体３中に拡散するの
を拡散防止層６で有効に遮断し、発熱抵抗体３の電気抵
抗値を長期にわたり一定に保ことができる極めて高信頼
性のサーマルヘッドを得ることができる。従って、発熱
抵抗体３と保護膜５との間に窒化珪素、サイアロン等か
ら成る拡散防止層６を介在させておくことが好ましい。

【００３８】また上記実施例においては、第２保護膜５
ｂを無機物粒子を含有する低軟化点ガラスで形成した
が、これに代えて、第２保護膜を、ビッカース硬度が１
０００Ｈｖ以上の無機物粒子を全く含有しない低軟化点
ガラスのみで形成しても良く、この場合も上記実施例と
同様の効果を得ることができる。

【００３９】更に上記実施例においては、保護膜を第１
保護膜及び第２保護膜の２層で構成したが、これに代え
て、保護膜を３層以上で構成したり、或いは、保護膜中
に含有される無機物粒子の含有率を、発熱抵抗体及び一
対の導電層と接する側の面近傍で２０乃至３１重量％と
し、この領域から感熱紙等が接触される表面側にむかっ
て順次小さくなるようになしても良く、この場合も上記
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、発熱
抵抗体及び一対の導電層を被覆する保護膜を、軟化点４
５０℃以下の低軟化点ガラスにより形成し、且つ、発熱
抵抗体及び一対の導電層と接する側の面近傍にビッカー
ス硬度１０００Ｈｖ以上の無機物粒子が２０乃至３１重
量％含有させたことから、保護膜を厚膜手法によって形
成する場合であっても、一対の導電層等が酸化され導電
性を失ったり、流動し、破断を起こしたりするのが有効
に防止される。

【００４１】また本発明のサーマルヘッドによれば、発
熱抵抗体及び一対の導電層を被覆する保護膜を、軟化点
４５０℃以下の低軟化点ガラスにより形成し、且つ、発
熱抵抗体及び一対の導電層と接する側の面近傍にビッカ
ース硬度１０００Ｈｖ以上の無機物粒子を２０乃至３１
重量％含有させたことから、保護膜が全体として極めて
硬質となり、印字に際して感熱紙等が摺接されても殆ど
摩耗されることがなく、発熱抵抗体及び一対の導電層を
長期間にわたり確実に被覆しておくことができる。

【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】低軟化点ガラス中に含有されるアルミナ粒子の
含有率とそのビッカース硬度との関係を示すグラフであ
る。

【図３】低軟化点ガラス中に含有されるアルミナ粒子の
含有率とこれを厚膜手法によって形成したものの表面粗
さとの関係を示すグラフである。

【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・・・蓄熱層 ３・・・発熱抵抗体 ４・・・一対の導電層 ５・・・保護膜 ５ａ・・第１保護膜 ５ｂ・・第２保護膜 ６・・・拡散防止層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性基板上に、発熱抵抗体及び一対
   の導電層を被着させるとともに該発熱抵抗体及び一対の
   導電層を保護膜で被覆して成るサーマルヘッドにおい
   て、 前記保護膜は、軟化点４５０℃以下の低軟化点ガラスに
   より形成され、且つ、発熱抵抗体及び一対の導電層と接
   する側の面近傍にビッカース硬度１０００Ｈｖ以上の無
   機物粒子が２０乃至３１重量％含有されていることを特
   徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記無機物粒子は、粒径が０．３乃至０．
   ７μｍであ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】前記無機物粒子は、鋭角な角部が存在しな
   いことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。