JPS62227657A

JPS62227657A - サ−マルヘツド

Info

Publication number: JPS62227657A
Application number: JP7151986A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nishino; 敦西野; Akihiko Yoshida; 昭彦吉田; Nobuyuki Yoshiike; 信幸吉池; Yoshihiro Watanabe; 善博渡辺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-10-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、サーマルプリンタに用いるサーマルプリンタ
ヘッドに関するもので、特に、小型、軽量で、熱効率に
優れ、量産性に優れたサーマルヘッドに関する。

従来の技術従来の感熱印刷用のサーマルヘッドは、ライン型とシリ
アル型に大別され、その代表的なものとしてそれぞれ、
第４図、第６図に示す。第４図は、ライン型サーマルヘ
ッドの代表的なもので、１は絶縁性セラミック基板、２
は蓄熱ガラス層、３はエツチング防止層、４は抵抗体発
熱層、６は１対のリード電極からなる導体配線、６は耐
摩耗層、７は駆動用ＸＣ，ａは放熱基板で、９は接合層
で、サーマルヘッド部と放熱基板とを接着剤で接合して
いる。１０は発熱体表面の窪んだ凹部である。

第６図は、シリアル型サーマルヘッドの代表的なもので
、１は絶縁性セラミック基板、２は熱効率などを改善す
るための山形隆起状ガラス絶縁層、５は１対のリード電
極からなる導体配線、４は抵抗体発熱層、６は耐摩耗層
からなるシリアル型サーマルヘッドの断面構成図である
。

近年、サーマルヘッドは、高速化、高効率化。

低コスト化が期待されている。ライン型では省エネルギ
ー化、軽量化、低コスト化、長寿命化が問題であり、シ
リアル型では、基板の低コスト化。

高耐熱性化、省エネルギー化、高速化等が問題となり、
この改善が期待されている。

すなわち、第４図に示されるライン型ヘッドでは、セラ
ミック絶縁基板がＡ−４型で約１０００円／台と高価で
あり、また、蓄積エネルギーを冷却させる放熱基板もコ
スト高で、しかも発熱体表面の凹部１０の構造は、発熱
エネルギーを紙へ転換する上で、余シ好ましい構造では
なく、これらの改善が必要であった。

また、第５図に示されるシリアル型のヘッドの構成は、
隆起状絶縁層１１とアルミナ絶縁基板１との熱膨張係数
の差から接合部が剥離したり、山形の隆起状絶縁層が蓄
積熱で溶解する問題があった。なお第４図と共通する構
成要素には同一番号を付した。

発明が解決しようとする問題点本発明は、サーマルヘッド構成要素を積層するに際し、
形成される表面の凹部や、構成要素の膨張係数の差から
接合部が剥離したり、隆起状絶縁層が溶解する等の問題
を解決し、印字品質と量産性に優れ、低コスト化が可能
なサーマルヘッドを提供するものである。

問題点を解決するだめの手段絶縁性基板の基材として金属板を用い、その金属板の一
部を隆起させて、その上に絶縁層、抵抗体層等を形成す
る。

作　　用サーマルヘッドの発熱面（抵抗体層面）は記録用紙に密
着するのがよいが、従来構成のサーマルヘッドでは必然
的に表面に凹部が生じ、その密着状態が余り良好ではな
かったが、本発明は、基板に山形の隆起を設けることに
よって改良をはかるとともに金属基板を基材とし、その
上に絶縁層を形成したものをサーマルヘッド基板として
いるので、極めて加工が容易である。

実施例以下実施例について述べる。

第１図は、本発明のサーマルヘッドの基本構成を示す断
面図である１、山形に隆起した部分２１を有する金属基
材２２である。山形隆起金属基材２２の全表面にはＭｇ
２Ｂ２０６．ＢａＭｇ２Ｓｉ　２０７のような低アルカ
リ性結晶化ガラスを用いた絶縁ホーロ被覆層２３を施し
、絶縁基板と放熱基板とを兼ねさせている。２６は１対
のリード電極で、２４はリード電極と山形の隆起ホーロ
絶縁層上に設けられた抵抗発熱層、２６は耐摩耗層であ
る。

第１図（１））は、第１図（ａ）の変形であり低アルカ
リ性絶縁ホーロ層２３′を山形の隆起を有する片面にの
み形成し、金属基材の片面は、ホーロ層を形成していな
い場合の実施例を示すものである。第１図に示す本発明
の基本構成を有するサーマルヘッドを２７とし、次に、
本発明のサーマルヘッド１５のプリンタの冷却基板２８
への取付方法を第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）
に示す。通常使用の場合には（ａ）のような設置方法が
好ましく、高速印字が必要な場合には第２図（ｂ）　、
　（ｃ＋）の設置方法が好ましい。（ｂ）　、　（Ｃ）
は急速冷却が可能な構成で設置できる。

第３図は本発明の実施例のサーマルヘッドの製造工程図
を示す。第３図（ａ）は、基材１にサーマルヘッド設置
用ビス穴３２を開ける。（ｂ）は、基材３１に山形状隆
起部３３を形成し、この基材の表面に、低アルカリ性絶
縁ホーロ層３４を施しくＣ）、この隆起部３３の両側に
対向電極リード３６を形成（ｄ）シ、隆起部上に抵抗層
３６　（ｅ）を形成して、この上に耐摩耗層３７を形成
（１）シて本発明のサーマルヘッドを得る。なお図面で
表わされていないが、電極６と発熱体４とを入れ換えた
構成でも本発明は同等の効果を得ることができる。

次に、本発明を効果的に実施する上で必要な要件を述べ
る。

〈金属基板〉本発明に用いる金属基材はホーロ用低炭素鋼板が好まし
く、ステンレス鋼板として５ＵＳ−４３０，３０４，４
４４等が本発明の目的に適う。基材の厚みは通常０．６
〜２，０ＩＥＩＩが好ましい。

また、本発明を効果的に実施するために必要な基材の物
性は熱膨張率９０〜１４０Ｘ１０’−”σ１゜熱伝導率
０　、　Ｉ　Ｃａ　１７ｍ　＠　Ｏ＊Ｏ１ｌ＊”Ｃ以下
の物性を有する基材が好ましい。

く絶縁ホーロ層〉低アルカリガラス７リツトを用いる。この低アルカリガ
ラスはｍ個アルカリ金属の酸化物（Ｎ　ａ　２°・Ｋ２
°、Ｌｉ２０）ｔ２２ｆｆ以下−１’、少なくてもアル
カリ土類金属の酸化物（Ｂａｄ。

ＭｇＯ、Ｃａｏ　、　Ｚ　ｎｏ　）　（Ｄ　イずれカＯ
成分ｔ”１５重量−以上含有し、金属基材の表面に形成
したホーロ層の結晶相が少なくても２Ｍ９０・Ｂ２Ｏ３
かＢ　ａｏ　−２Ｍｇ０−２　Ｓ　ｉ　０２１７）結晶
相含有ｆ　；ｂ　カ？　スで絶縁層が形成されることを
特徴としている。

この種のガラスの熱膨張％１Ｍｄｅｏ−ｓ　ｔｓ　ｏｘ
　１５’°σ１の範囲の物性を有するものである。

次に具体的な実施例を挙げて本発明の効果を詳述する。

く具体的実施例Ｉ〉金属基材として、５Ｏ３４３０の１．０／Ｉｆｆの肉厚
でＡ−４型の巾を有する基材を第１図に示すような山形
状の隆起部を形成し、基材の両面に、前記の低アルカリ
ガラスからなるホーロ層を肉厚１００μになるように形
成する。

その後、第１表に示す、種々のサーマルヘッド加工条件
で、サーマルヘッドを形成する。従来の製法と比較する
ため、従来法として、市販の肉厚約１．２ｆｆのサーマ
ルヘッド用グレーズアルミナ基板上に公知の方法で、薄
膜型サーマルヘッド１と厚膜型サーマルヘッドを形成し
た。なお、本発明の山形状隆起部を有するホーロ基板を
用いてサーマルヘッドを形成する際、薄膜型は従来公知
の方法でサーマルヘッド部を加工することか可能である
が、厚膜型の場合には隆起部がスクリーン部で突起を形
成するので、従来の公知の方法では精度の良いサーマル
ヘッドを形成することが困難であるので、従来のサーマ
ルヘッド用高精度スクリーン印刷機を変形したバット印
刷機や曲面印刷機の手法を導入して、隆起部に均一に電
極リード、抵抗層および耐摩耗層等を積ね刷の方法で、
多層形成で行ったが、従来の平面型基板と同等に高精度
に山形の隆起部にもサーマルヘッド部を加工することが
できた。

サーマルヘッドの印字評価として、印字条件として、パ
ルス巾１ｍｓで、パルス周期５　ｍ　ｓで、試験を行い
、熱応答性試験として、０．６ｗ／口・ｍｓの条件で、
通電させ、日本バーンズ社製Ｉｎ−８ｂ本赤外線顕微鏡
でドツト部の加熱状態を計測し、最高温度を第１表に表
示した。

その結果、約３０″Ｃ（約１ｏ％）最高到達温度が高く
、画質も良好で、高速印字の可能性と省エネルギー化の
可能性を得た。

また、本発明の厚膜型サーマルヘッドは、従来法の厚膜
型サーマルヘッドより約２０％（６０°Ｃ）昇温測度が
早く、厚膜型サーマルヘッドにもかかわらず、従来法の
薄膜型サーマルヘッドの特性とほぼ同等の特性を有する
ことが判明した。その結果従来、厚膜型は、確かに、低
コスト化と長寿命化が可能であるが、約２０〜３０チエ
ネルギーを要すると云う一般常識を破る厚膜型で、薄膜
型の特性を有するサーマルヘッドの開発が可能となるこ
とが容易に理解される。

さらに効果的に実施するためには絶縁ホーロ層のガラス
組成によってもサーマルヘッドの特性が大きく影響され
ることが判明し、実施例■で、この内容を詳述する。

く具体的実施例■〉低アルカリ性絶縁ホーロ被覆層は、サーマルヘッドの機
能部を形成するために、表面粗度として、Ｒａ（中心線
平均粗度）が０　、０５〜０．５　ｐｒｎが必要である
。このため低アルカリ性ガラス７リツトを電気泳動電着
法で電析して、ガラスフリットを施釉する必要がある。

また、サーマルヘッドは一種のヒータであり、局部的に
大電流を通電するだめの絶縁耐力としてｓＫＶ以上の絶
縁性を必要とする。

ところが、通常、ガラス成分中に、−価アルカリ金属成
分（Ｌｔ２０．Ｎａ２Ｏ，に２０）が増加すると増加量
にほぼ比例してガラスの絶縁性と粉末ガラスの電気泳動
電着性が劣化する。このため、第２表に示すＡからＴま
で約２０種類ガラス組成を検討した。

ガラス組成は一価アルカリ金属の酸化物（Ｌｉ２０゜Ｋ
２Ｏ，Ｎａ２ｏ）や二価アルカリ土類金属の酸化物（Ｂ
ａＯ，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｚｎ０）の添加量にょシ、ガラ
スの諸特性とサーマルヘッドの諸特性が著しく異なるこ
とが第２表に表示している。なお、第２表で、サーマル
ヘッドは第１図に示す構成で、実施例Ｉに示した薄膜型
サーマルヘッドの条件でヘッドの特性を比較した。抵抗
値のバラツキはＡ　−４型（８本／＃）の条件で、ドツ
ト抵抗値のバラツキの大ききを抵抗変化率として表わし
た。

第２表の諸特性の結果を要約すると、（１）　　ガラスの組成中で一価のアルカリ金属の酸化
物（Ｌｉ２０．Ｎａ２ｏ、に２０）は０．２〜２重量％
の範囲が好ましい。０．２重量％以下は不純物の混入の
限界で、これ以下のガラスの合成は困難で、逆にて重ｆ
ｉｔ　１以上になるとガラスフリットの電気泳動電着が
困難となシ、絶縁耐圧は急速に劣化し、抵抗値のバラツ
キも大となる（Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｌ、Ｍ。

Ｎ、Ｏ，Ｓ、Ｔ）。

（２）二価アルカリ土類金属の酸化物量（ＭｇＯ。

ＣａＯ，ＢａＯ，Ｚｎ０）の酸化物量が最底１５重ｆｃ
％以上が好ましく、特に、二価アルカリ土類金属の酸化
物の総量が６６重量％以上が好ましい。これらの関係は
一価アルカリ量と二価アルカリ量とのバランスが必要で
ある（Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｌ、Ｍ。

Ｎ、Ｏ，Ｐ、Ｑ、Ｒ）。

（３）第２表に示す低アルカリガラス組成で、−価アル
カリ量が２重！−％以下であると摺電圧は２５０〜３５
０ｖで、微量の含有水分を有するアルコール溶媒中で電
気泳動電着が可能となり、絶縁耐圧抵抗値変化率および
熱応答性などのサーマルヘッドの諸特性が優れている（
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｊ。

Ｋ、Ｓ、Ｔ）。

（４）ガラス中の一価アルカリ量が増加すると、電気泳
動電着時の摺電圧が３５０〜６５０Ｖと高圧が必要とな
り、それにつれ、絶縁耐圧が０．５　ＫＶ以下（Ｇ、Ｌ
、Ｍ、Ｎ、Ｏ，Ｒ）。

（＠　一般ホーロガラス（Ｌ、Ｍ、Ｎ）は相対的に一価
アルカリ量が多く、二価アルカリ量が少なく、電気泳動
電着に高圧を要し、ホーロ層のアワ構造構造も大きく、
サーマルヘッド用基板として、緒特性が劣っている。

（６）金属基材の表面に形成される絶縁ホーロ層の表面
粗度はタリサーフ表面粗度計で計測してＯ，ＯＳ〜０．
５μｍの範囲が好ましく、特に０．０６〜０．２μｍの
範囲が最適である。

（７）絶縁ホーロ層のガラスの熱膨張係数は第２表から
理解される如（ｓ　ｏ　ｘ　１ｏ−／”Ｃ以下のガラス
の合成は困難である。また、金属基材の熱膨張係数は６
０〜１４ｓｘ　１ｏ−’／’Ｃの範囲のものが大部分で
ある。したがって、ガラスの熱膨張係数が６０〜１４５
　Ｘ　１　ｏ−’／’Ｃの範囲内で、電気泳動電着が可
能で、表面粗度、抵抗変化率の優れる低アルカリガラス
（Ａ、Ｂ　、Ｃ、Ｄ　、Ｅ　、Ｆ　、Ｈ，Ｉ　、　Ｔ。

Ｋ、Ｐ、Ｑ、Ｓ、？）が好ましく、金属基材の選択とガ
ラスとを選択して熱膨張係数を整合させて組合せを決め
ることができる。

以上、第２表に表示の如く、ガラスの組成によっては本
発明のサーマルヘッドの構成が、優れた熱応答性を示す
。

発明の効果本発明は、山形状の隆起部を有する金属基材の表面に２
０〜２００μｍ絶縁ホーロ層を形成させたホーロ放熱基
板上に薄膜型および厚膜型サーマルヘッドを形成したサ
ーマルヘッドは抵抗値変化率、熱応答性、エネルギー効
率等を著しく改善できた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂは本発明の異なる実施例のサーマルヘッド
の要部断面構成図、第２図は本発明のサーマルヘッドの
設置構成を示す断面図、第３図は本発明の実施例のサー
マルヘッドの製造工程図、第４図は従来例の薄膜型サー
マルヘッドの断面構成図、第６図は従来例のシリアル型
サーマルヘッドの断面構成図である。２１・・・・・・隆起部分、２２・・・・・・金属基材
、２３・・・・・・絶縁ホーロ被覆層、２４・・・・・
・抵抗発熱層、２６・・・・・・リード電極、２６・・
・・・・耐摩耗層。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図ｗＥ２図２′８躊士賠１及第３図第４図第　５　図隆起戦局局

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁性基板上に形成された発熱抵抗体と、前記発
熱抵抗体の両側に形成された１対のリード電極と、前記
発熱抵抗体上および前記リード電極上を被覆するように
形成された耐摩耗層を具備し、前記絶縁性基板は一部を
山形に隆起させた金属板を基材とし、その表面に絶縁被
覆層を形成させ、かつ、前記隆起絶縁被覆層上に前記抵
抗体を形成させたことを特徴とするサーマルヘッド。
（２）金属基材の表面を被覆する前記絶縁被覆層が、少
なくともアルカリ土類金属の酸化物であるＢａＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＺｎＯの何れかの成分を１５重量％以上含
有し、１価アルカリ金属の酸化物であるＮａ＿２Ｏ、Ｋ
＿２Ｏ、Ｌｉ＿２Ｏの何れかの成分を２重量％以下を有
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサー
マルヘッド。
（３）絶縁被覆層の熱膨張係数が６０〜１５０×１０＾
−＾７℃＾−＾１であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項または第２項記載のサーマルヘッド。
（４）前記山形状の隆起絶縁性基板が放熱基板を兼ねる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または
第３項記載のサーマルヘッド。