JPS598232B2 - サ−マルヘツド用厚膜材料及びサ−マルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感熱記録法に使用されるサーマルヘッド用厚膜
材料及びサーマルヘッドに関するものである。

近年、現像、定着の必要のない記録法の一つとして、信
頼性が高く、無保守に近いこと、無騒音など、一般家庭
に入りうる条件を備えた感熱記録法が注目されている。

ところで、感熱記録法における主構成要素はサーマルヘ
ッドで、とくに該ヘッドの抵抗発熱体の性能が感熱記録
の良否を左右する。

この抵抗発熱体の形態としては、厚膜印刷による厚膜型
、蒸着、スパッタリングによる薄膜型、或いは半導体の
ＰＮ接合面の発熱を利用した半導体型が知られているが
、とくに量産性、ヘッドの大型化については厚膜型が有
利であると考えられている。また、この抵抗発熱体の形
状は要求される記録のパターンによつてセギユメントパ
ターンとドットパターンがあるが、記録パターンを電子
的に選択できるドットパターンが一般的になりつつある
。しかして、上述した厚膜型の抵抗発熱体を有するサー
マルヘッドについて、以下に詳しく述べる。

一般厚膜回路の抵抗体と感熱記録のサーマルヘッドの抵
抗体との作成技術は基本的には同じであるが、その役割
と要求される性能については全く異つている。すなわち
、前者の抵抗体の役割は回路の抵抗成分として機能する
ことにある。このため、前者の抵抗体はその抵抗値の変
化を経時的にも、温度変化にも０．１％以内にすること
が要求され、しかも回路の特性を劣化させる原因となる
電流ノイズなどの諸ノイズの問題についても神経をくば
る必要がある。したがつてこの抵抗材料の改良は上述し
た点に留意してなされてきた。これに対し、後者の抵抗
体の役割は抵抗体と接触する感熱記録紙を十分な濃度で
発色させるための発熱体として機能することにある。こ
のため、後者の抵抗体は十分な発熱量が得られ、かつ３
００℃以上の連続する熱衝撃に対して安定であることが
要求される。感熱記録紙を十分に発色させる発熱量が得
られれば、抵抗体の抵抗値の多少の変化は許容される。
また、前者（一般厚膜回路）の抵抗体の経験する熱的雰
囲気は高くても６０℃以下であり、かつその温度変化は
極めて穏やかである。

これに対し、後者（サーマルヘツド）の抵抗体は５ｍｓ
以内で常温より３００℃以上になり、かつ１ｍｓ以内で
常温にもどるというような極めて厳しい熱サイクルを経
験する。以上述べたように、一般厚膜回路の抵抗体とサ
ーマルヘツドの抵抗体とにおける機能および使用目的の
違いにより、要求される性能も自ずと異なることになり
、したがつて、そのサーマルヘツドの抵抗材料は次のよ
うな諸性能が要望される。

（１）サーマルヘツドの抵抗体は発熱体として使用する
ため、その抵抗体材料は大きな電力（５０Ｗ／７！Ｌｄ
以上、一般厚膜回路のそれは数１００ｍＷ／Ｍｄ）が入
れられ、かつ熱的安定性が極めて高いこと。（２）サー
マルヘツドの抵抗体材料は５０Ｗ／Ｍｄ以上の負荷入力
状態における経時的な抵抗値変化が１０％以内に納まる
こと。

（３）サーマルヘツドの抵抗体の製造にあたつては、極
めて微小な形態（たとえば０．１ｍｄ以下）の抵抗体を
多数（たとえばＢ５サイズ、５本／７１Ｌ１Ｌをドツト
パターンで造ると８３２ドツト必要）抵抗値をそろえて
造らなければならず、１ドツトでも異常な抵抗体がある
と、ヘツドそのものが不良となるため、製造歩留りが悪
くなる。

その結果抵抗体を同じ抵抗値にそろえるにあたつて、製
造条件の面からの検討もさることながら、抵抗体材料自
体の改良が要求される。厚膜抵抗用ペーストは導電性物
質である金属または金属酸化物の微粉末とガラスフリツ
トに樹脂、希釈剤を併用してペースト状にしたものであ
る。

現在、一般に使用されているＲｎＯ２を導電性物質とし
た厚膜抵抗用ペーストは焼成条条を厳密に調整しなくて
も焼成後の抵抗体における抵抗値の再現性が比較的良く
得られる利点を有する。しかし、得られた抵抗体は大き
な電力（５０Ｗ／ＭｌＬ以上）を入れると、その抵抗体
が破壊され、その結果感熱記録に要求される充分な発熱
量が得られず感熱記録紙を十分な濃度で発色できない欠
点があつた。これに対し本発明者等は種々研究を重ねた
結果、酸化ルテニウム、ガラスフリツトの他に酸化ジル
コニウム等高融点の酸化物を添加し、かつ該酸化ルテニ
ウムとガラスフリツトとの配合割合、およびこれら混合
物に対する酸化物の添加割合を限定することにより、大
きな電力（５０Ｗ／Ｍｄ以上）の負荷入力に耐え、かつ
その電力を入れた状態における経時的な抵抗値変化率が
１０％以内と極めて小さく、しかも耐摩耗性に優れ、も
つて感熱記録紙を充分な濃度で発色でき、耐用寿命が長
く、その他局部的な異常抵抗値の発生の少ない抵抗体を
形成できるサーマルヘツド用厚膜材料を見い出した。こ
の場合、一方の酸化ルテニウムとガラスフリツトとの配
合割合、或いは上記混合物に対する上記酸化物の添加割
合のみを限定しても、上述した優れた効果を発揮できず
、上記配合割合と添加割合を同時に限定することにより
始じめて上述した種々の優れた効果を発現できるもので
ある。以下、本発明を詳細に説明する。本発明のサーマ
ルヘツド用厚膜材料は酸化ルテニウムと、ガラスフリツ
トとを含み、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化珪素
、酸化アルミニウム、酸化トリウム及び酸化カルシウム
から選ばれる一種または２種以上の高融点の酸化物とを
、主成分とし、上記酸化ルテニウム２８．５〜６０重量
六上記ガラスフリツト７１．５〜４０重量？の混合物１
００重量部に上記酸化物を１〜４０重量部添加してなる
ものである。

本発明に使用するガラスフリツトは高融点のものであれ
ばなんでもよいが、とくに硼珪酸系ガラス、硼珪酸鉛系
ガラス、珪酸一鉛系ガラス、或いは結晶化ガラスを用い
ることが望ましい。

また、本発明に使用する高融点の酸化物としては上述し
た種々のものであるが、とくにその中で酸化ジルコニウ
ム、酸化チタン、酸化珪素を用いることが好ましい。

この場合形成されたサーマルヘツドの耐摩耗性を向上す
る日的から、この酸化物とともに酸化アルミニウムを併
用してもよい。さらに、本発明において酸化ルテニウム
とガラスフリツトとの配合割合を上述した範囲に限定し
た理由は、その酸化ルテニウムの配合量を２８．５重量
？未満にすると、得られた厚膜材料から形成されたサー
マルヘツドの抵抗体が５０Ｗ／Ｍ２ｌ以上の負荷入力に
耐えず実用性に乏しく、一方その配合量が６０重量？を
越えると、他の成分であるガラスフリツトが少なくなり
過ぎ得られた厚膜材料から形成された抵抗体に亀裂が発
生して物性低下を招来するからである。また、上記混合
物（酸化ルテニウム．とガラスフリツト）１００重量部
に対する高融点の酸化物の添加割合を上述した範囲に限
定した理由は、その上記酸化物の添加量を１重量部未満
にすると、５０Ｗ／Ｍｄ以上の負荷入力に耐えるが、そ
の入力状態における経時的な抵抗値変化が１０％以内の
厚膜材料が得られず、一方のその添加量が４０重量部を
越えると、得られた厚膜材料から形成されたサーマルヘ
ツドの抵抗体表面に外観異常を起こし、感熱記録紙との
接触が阻害され、その結果画像精度の低下および画像濃
度の不均一化を招来するからである。なお、上述した主
成分からなる厚膜材料よりサーマルヘツドを製造するに
は、たとえば次のような方法により行なえばよい。

酸化ルテニウム、ガラスフリツトおよび酸化物からなる
厚膜材料に樹脂と希釈溶剤を添加、混合して抵抗ペース
トを調合し、この抵抗ペーストを通常の厚膜印刷技術に
よつて絶縁性基板上に抵抗体を形成し、この抵抗体に導
体を接続して配設し、必要に応じて被覆ガラスを施し、
焼成せしめて感熱記録用サーマルヘツドを造る。次に、
本発明の実施例を説明する。

実施例 粒径５０μ以下の酸化ルテニウムと粒径５０μ以下のガ
ラスフリツト（硼珪酸系ガラス）と酸化ジルコニウムと
の組成割合が下記表に示す如く種種異なる厚膜材料を用
意した。

尚、酸化ルテニウムの粒径は５μ以下が最も良い。

次いで上記各組成割合の厚膜材料にエチルセルロースと
ブチルカルビトールアセテートを所定量添加し、均一に
混合して抵抗ペーストを調合し、これら抵抗ペーストを
使用してＢ５サイズのアルミナ基板上に厚膜印刷技術に
よつて５本／Ｍｍで８３２のドツトパターンの抵抗体を
形成した後、８７０℃の温度下で焼成せしめて種々の感
熱記録用のサーマルヘツドを得た。

しかして、上記各サーマルヘツドに、負荷が５０Ｗ／Ｍ
ｄになるように調整された電圧のパルスを１０８回印加
した後その抵抗体の経時的な抵抗値変化率を調べた。

その結果の一部を図に示した。なお、図中の実線１は表
中の例１の厚膜材料からなるサーマルヘツドの抵抗値変
化率曲線、実線２は例３の厚膜材料からなるサーマルヘ
ツドの抵抗値変化率曲線、実線３は例９の厚膜材料から
なるサーマルヘツドの抵抗値変化率曲線、実線４は例１
０の厚膜材料からなるサーマルヘツドの抵抗値変化率曲
線、実線５は例１１の厚膜材料からなるサーマルヘツド
の抵抗値変化率曲線、実線６は例７の厚膜材料からなる
サーマルヘツドの抵抗値変化率曲線である。図から明ら
かな如く、厚膜材料として酸化ルテニウム（Ｂ）とガラ
スフリツト（３）との配合割合が（１０２８．４〜６０
重量？、（Ｇ７ｌ．４〜４０重量？の範囲外のものから
なるサーマルヘツド（図中の実線１，２参照）は酸化ジ
ルコニウムの添加の有無にかかわらず、５０Ｗ／Ｍｄの
電圧を印加するといずれも瞬時に破壊された。

これに対し、酸化ルテニウム（１０とガラスフリツト（
３）との配合割合が上述した範囲にある厚膜材料からな
るサーマルヘツド（（図中の実線３，４，５，６参照）
は５０Ｗ／ＭｌＬの負荷入力に耐える。しかし、酸化ル
テニウムとガラスフリツトの配合割合が上述した範囲に
あつても、酸化ジルコニウムが無添加の厚膜材料からな
るサーマルヘツド（図中の実線３参照）は５０Ｗ／Ｍｄ
の負荷入力のパルスを連続的に印加すると、１０６回で
経時的な抵抗値変化が１５％となり、さらにそのパルス
回数を１０８にすると抵抗値変化が１７％程度になり到
底実用に供し得ない。これに対し、酸化ルテニウムとガ
ラスフリツトとの配合割合が上述した範囲にあり、しか
も酸化ジルコニウム１〜４０％添加した厚膜材料からな
るサーマルヘツド（図中の実線４，５，６参照）は５０
ｗ／Ｍ７ｉ．の負荷入力の状態でパルスを１０８回連続
的に印加しても経時的な抵抗値変化が１０％以内に納ま
ることがわかる。なお、酸化ルテニウムの配合量が６０
重量？を越えた厚膜材料（表中の例１３〜例１６）から
なるサーマルヘツドはその抵抗体の表面に亀裂が発生し
、５０Ｗ／Ｍｄの負荷入力に到底耐えるものではなかつ
た。

また酸化ジルコニウムの添加量が４０重量？を越えた厚
膜材料（表中の例４、例８、例１２、例１６）からなる
サーマルヘツドはその抵抗体表面が凸凹状となつて外観
異常を起こし、実用性の乏しいものであつた。次に、上
表中の例６、例７、例１０、例１１の厚膜材料からなる
サーマルヘツドに感熱記録紙を一定圧力下で接触させて
記録を行なつたところ、その記録紙が充分な濃度で発色
し、鮮明な画像が得られた。なお、高融点の酸化物とし
て酸化ジルコニウムとは別の酸化チタン、酸化珪素、酸
化アルミニウム、酸化トリウム、酸化カルシウムを用い
た場合でも前記実施例と同様な効果が得られた。

以上詳述した如く、本発明は５０Ｗ／Ｍ７７ｌ以上の大
きな電力の負荷入力に耐え、かつその電力を入れた状態
における経時的変化が１０％以内と極めて小さく、しか
も耐摩耗性に優れ、もつて感熱記録紙を充分な濃度で発
色でき、耐用寿命が長く、その他局部的な異常抵抗値の
発生の少なく、実用性の高いサーマルヘツドの抵抗体を
形成できるサーマルヘツド用厚膜材料を提供できるもの
である。

また、本発明のサーマルヘツドは、熱応答性が良く記録
時間が短かく、一様な画像が得られ、更に長寿命となる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は酸化ルテニウムとガラスフリツトの配合割合および
酸化ジルコニウムの添加割合と、経時的な抵抗値変化と
、の関係を示す線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２８．６〜６０重量％の酸化ルテニウムと７１．４
   〜４０重量％のガラスフリットとの混合物１００重量部
   と、酸化ジルコニウム、酸化珪素、酸化アルミニウム、
   酸化トリウム及び酸化カルシウムから選ばれた１種また
   は２種以上の高融点の酸化物１〜４０重量部とから構成
   されるサーマルヘッド用厚膜材料。 ２ ２８．６〜６０重量％の酸化ルテニウムと７１．４
   〜４０重量％のガラスフリットとの混合物１００重量部
   と、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化ア
   ルミニウム、酸化トリウム及び酸化カルシウムから選ば
   れた１種または２種以上の高融点の酸化物１〜４０重量
   部とから構成される厚膜材料を発熱抵抗体とするサーマ
   ルヘッド。