JPS62248665A - サ−マルヘツドおよびその製造法 - Google Patents

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、サーマルヘッドおよびその製造法に関するも
のであり、さらに具体的には、サーマルヘッドの電極２
発熱抵抗体を保護するための酸化防止層、耐摩耗層、お
よびその形成方法に関するものである。

従来の技術 サーマルヘッドには構成上からの分類で厚膜型。

薄膜型、およびその併用型の３種類が存在する０第６図
は厚膜型であり、アルミナセラミック基板４ｏ上のガラ
スグレーズ層４１、電極層４２、発熱抵抗体層４３、耐
摩耗層４４から構成される。

電極層４２はガラスフリットと金との混合ペースト、発
熱抵抗体層４３は、ガラスフリットと酸化ルテニウムと
の混合ペースト、耐摩耗層４４はＳｔ○２フリットなど
のペースト印刷、乾燥、焼成のいわゆる厚膜プロセスに
よって形成され各層の厚さは０．５ｐｍ〜１０μｍであ
り第６図は薄膜型であり、アルミナセラミック基板５１
上のガラスグレーズ層５２、発熱抵抗体層６３、電極層
６４、酸化防止層５５、耐摩耗層５６から基本的に構成
される。

発熱抵抗体層５３はＴａｘｉ、ＴａＮなど、電極層６４
はＣｕ、Ｃｒ、Ａｕなど、酸化防止層６６は５１０２な
ど、耐摩耗層６６はＳｉＣなどがスパッタリング。

蒸着などの薄膜プロセスによって形成され厚さは数１ｏ
Ｏｏオングストロームである。

厚膜、薄膜併用型は、例えば、電極を厚膜プロセスで抵
抗体を薄膜プロセスで形成するなど、抵抗値ばらつき、
製造の簡易性を考慮して、両者の長所を生かして製造す
るものである。

なお、基板としては上記のアルミナ基板の他に、ホーロ
基板を用いたものも考案されている。

上に述べた耐摩耗層４４．５６は発熱抵抗体層４３．５
３．電極層４２．５４が印字時の印字用紙との摺動によ
って摩耗劣化することを防ぐための保護膜である。薄膜
型の場合、上述のようにスパッタリング法により形成さ
れたＳｉＣ，ＴｉＣなどの高硬度膜が用いられているが
、これらの膜でもサーマルヘッドの実使用（紙走行３０
ｋｍ以上）を考慮すると、厚さが３〜ｅμｍ必要になり
、スパッタリング法では膜形成に３〜６時間の長時間を
要し、製造上の問題となる。また膜形成時の基板加熱な
どからも長時間のスパッタリングは下地発熱抵抗体層に
及ぼす悪影響が大である〇厚膜型の場合、上述のように
Ｓｉｏ２．Ｂ２Ｏ３を主成分とするガラス粉末をテルペ
ノールなどと混合したペーストを発熱体上に印刷し乾燥
、焼成する。ただし、現在までに開発されているものは
、焼成温度が７００〜１０００℃の範囲であり、高温に
よる下地発熱体の抵抗値変化、さらには劣化が生じるこ
とがある。

これらの問題点以外に、両者に共通した問題点として、
膜のピンホールの影響が考えられる。スパッタリングに
より形成されたＳｉＣ膜や、厚膜印刷焼成法によるガラ
ス膜は多少のピンホールを有し、第７図に示すように例
えば空気中の水分６１を介してピンホール６２を通じて
銅電極層６３のｄ部に腐食が生じることがある。これに
は、紙ドラム６４のアース電位と、電極６３電位との差
が寄与していると考えられる。なお第７図において６６
は基板、６６は発熱抵抗体、６７はＳｉＣ層、６８はヒ
ータドライブ直流電源である◇発明が解決しようとする
問題点 従来の厚膜型、薄膜型や併用型においては、耐摩耗層形
成のために長時間を要し、かつ膜形成のために基板が高
温になり、下地抵抗に悪影響を及ぼしたり、熱処理のた
めに下地発熱抵抗体の抵抗値が変化する。また、形成膜
にピンホールが形成されたりする。

問題点を解決するための手段 本発明は、セラミック、ホーロなどの絶縁基板と、この
基板上の対向電極層５発熱抵抗体層と、これらの層の上
の、金属アルコキシド溶液もしくは、添加物を加えた金
属アルコキシド溶液を出発原料として作られた絶縁性金
属酸化物層もしくはこれと窒化物、炭化物、複合層とか
ら構成されるサーマルヘッドである。

さらに本発明は、セラミック、ボー口などの絶縁基板上
に対向電極９発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体上に
、塗布、浸漬、スピンのいずれかの方法により金属アル
コキシド溶液もしくは添加物を加えた金属アルコキシド
溶液を担持し、加水分解させ、加熱して金属酸化物層も
しくはこれと窒化物、炭化物、複合層とすることを特徴
とするサーマルヘッドの製造方法である。上記添加物と
は、Ｓｔ、Ｔｉ、ＡＡ’のいずれかの窒化物、炭化物の
いずれかである。

作　　用 本発明によれば、金属アルコキシド溶液の、塗布、浸漬
、スピン法などにより、電極、抵抗体上にこの液を担持
し、加水分解、およびひきつづき６ｏ○℃以下の低温で
の熱分解により任意の厚さく１００人〜数μｍ）の金属
酸化物層が得られる〇この層は非常に緻密でピンホール
もほとんど無く、絶縁耐圧も大である。

さらに、金属アルコキシド溶液にＳｉＣ粉末など高硬度
材料粉末を添加することにより、加水分解、加熱により
得られる膜は、より高硬度、薄く。

緻密になる。

このように、高硬度、薄く、緻密な膜が容易な操作で、
しかも６ｏｏ℃以下の低温プロセスで得られることから
、本発明の金属酸化物層、金属酸化物−窒化物複合層は
、サーマルヘッドの耐摩耗層、酸化防止層として優れた
特性を有する。

実施例 本発明の具体的実施例を示す前に、金属アルコキシドお
よびその加水分解、加熱による膜合成反応に若干言及す
る。

第１図は、金属アルコキシド（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）
からのガラス膜（ＳｉＯ□）の生成のフロー図である。

Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４　をエタノールに溶かした溶液と
する。これからバルク状のガラスを得ようとする時は、
これに水もしくは水と塩酸のアルコール溶液をゆっくり
攪拌しながら添加し、均一なゲルをつくる。これを６０
０〜９００℃の温度で加熱することによりＳ　１０２ガ
ラス片を得ることができる。

一方基板上をＳｉＯ２膜でコーティングする時は、基板
をアルコキシド溶液に浸漬したり、基板表面にアルコキ
シド溶液を塗布する方法を用いる。この時、アルコキシ
ド溶液に八）と同じように予め水分を加えておく方法も
あるが、アルコキシド溶液単体にディップして、これを
空気中にさらして付着したアルコキシドを空中水分で加
水分解させ、１００〜５ｏｏｔ：の低温で加熱すれば膜
は基板上に容易に形成する。ディッピング、スピニング
。

加水分解、焼成による形成膜厚は、アルコキシド液の粘
度にもよるが０．０１〜１μであり、さらに厚い膜を要
する場合は、上記の操作を繰り返せば良い。

いずれの場合も、水が加水分解のだめの必須成分であり
、これに続く重縮合反応により均一で薄く緻密な膜が得
られる。

またＳｔ、Ｔｉ、Ａｌなどの窒化物、炭化物の粉末を予
めＳｔ（ＯＣ２Ｈ５）４のエタノール溶液に加え、良く
攪拌し、これに基板を浸漬乾燥、焼成すると、例えば第
２図に示すよりな５ｉ０２ガラスのマトリクス１中に高
硬度のＳｉＣ粉末２が分散されたガラス膜３が基板４上
に得られ、高硬度のガラス膜が容易に得られ、本発明の
大きな特徴になる。

第１表に、本発明で用いる金属アルコラードの代表的な
性質を掲げる。

（シ・表　１−１石　［相］　） 次に本発明の具体的な実施例を示す。

〔実施例１〕 厚さ０．５　ｔｅａのアルミナ基板（９９，９％純度）
２１０表面に厚さ５０μｍのグレーズ層２２を施こす。

この上にスパッタリング法によりＴａＳｉの抵抗体層（
３０００人）２３、さらにＡｕ電極層（ｓｏｏｏ人）２
４を形成し、フォトリングラフ法、エツチング法により
第３図に示すようにパタニングを行なう。

この上にマスクスピン塗布法によＶ）　Ｓ　ｔ　（ＱＣ
２Ｈ５）４２５９をＣ２Ｈ６０Ｈ３ｏＩＩ／に溶かした
液をスピンオンしく　１０００　ｒｐｍ　、　１０秒、
Ｂｅｅ）引続き室温にてＯ，Ｓ時間放置し、１５０℃で
Ｏ，Ｓ時間乾燥する。さらに２００℃で０．５　　時間
焼成し、Ｓ　Ｉ　０２層２６を形成する。

〔実施例２〕 実施例１のＳ　ｉＯ２層の上にさらに１μｍのＳｉＣ膜
をスパッタリング法により形成する。

〔実施例３〕 実施例１の層２４を形成後エツチングし、５ｔ（ｏｃ２
Ｈ５）４２　ｔｓ　ｙ　、　Ｃ２Ｈ５０Ｈ３ｏｓｔｔ　
ｓｔｃ粉末（直径１〜２μｍ）２５Ｆの混合液をマスク
あるいはスピン塗布しく　１１０００ｒｐ、２０秒、１
０ｃｃ）、引続き室温放置、１５０℃乾燥、２５０℃焼
成しＳｉｏ２・ＳｉＣ混合層を形成する◇ 〔実施例４〕 実施例１の層２４の上にスパッタ法によりＳ　１０２膜
（３０００人）を形成し、さらに実施例３の方法で３１
０２・ＳｉＣ混合層を形成する。

〔実施例６〕 第４図に示すように、厚さ０．５　ｍの鋼板３６の両面
にＳｉｏ２・Ｂ２Ｏ２を主成分とするホーロ層（厚さ１
００μｍ）３１を形成し、この片面にガラスフリットと
金粉の混合ペーストの印刷、焼成、エツチング、ひきつ
づきＲｕ　Ｏ２−ガラスフリットペーストの印刷、焼成
により第４図に示す厚膜型ヘッドをつくる。３２は金電
極、３３は抵抗体。ひきつづき、Ｔｉ　（０−ｉｃ、Ｈ
７）４５０　ｆｒ　をｉ　−Ｃ３Ｈ７０Ｈ１００耐に溶
かし、これにＴｉＮ　　粉末（直径１〜２μｍ）６０り
を加えた液をスピン塗布する。室温乾燥（０，５時間）
、１ｓｏ℃乾燥（０，５時間）。

６００℃焼成（０，５時間）してＴ　１０２・ＴｉＮ複
合層３４を形成する。得られた各種サーマルヘッドの特
性、特徴を第２表に示す。

（シ″人　−ト、　　４　　　　ｈ　　）〔比較例１〕 実施例１における層２４（第３図）形成後、スパッタリ
ング法によりＳ　ｉＯ２（３０００人）、５ｉＣ（６μ
ｍ）を形成する。基板温度は５００℃、成膜時間は５ｌ
ｏ２１時間、ＳｉＣは６ｈｒ。

〔比較例２〕 実施例５における層３３（第４図）形成後、５１０２・
Ｂ２ｏ３系ガラスフリットを主体とするインクを層３３
の上に印刷焼成（８９０℃１ｈｒ）する。

なお、本発明においては、サーマルヘッドの保護層とし
てのガラス層について述べたが、固定抵抗、薄膜素子な
どの耐温湿度層として本発明層を用いることも有効であ
る。

発明の効果 以上記載のように、本発明によれば高硬度、緻密、薄い
保護膜が低温プロセスで短時間に得られ、これをサーマ
ルヘッドの保護層として用いることは抵抗変化率、耐摩
耗性の点から非常に有効である。特に薄膜サーマルヘッ
ドでＴｉ−８ｉのような非酸化物系の抵抗体を用いる時
、本発明のＳｉＯ２・ＳＬＣのような酸化物窒化物複合
膜は、これ一層だけで酸化防止膜と、耐摩耗層を兼ねて
おり、その作用効果は非常に犬である。また厚膜方式の
従来のものはＳＯＯ〜９００℃の焼成温度を保護層形成
のために要していたが、本発明では５００℃以下での形
成が可能であり、保護膜形成時に下地素子に与える影響
を極力抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造におけるガラス膜合成
のフロー図、第２図は本発明の一実施例のサーマルヘッ
ドにおいて、酸化物ガラスマトリクス中に金属窒化物の
分散した膜の状態を示す模式図、第３図および第４図は
本発明実施例を示す図、第６図および第６図は従来例の
厚膜型および薄膜型のサーマルヘッドの構成を示す図、
第７図は耐摩耗層のピンホールを通しての電極腐食の機
構を説明するための模式図である。 ２１・・・・・・基板、２２・・・・・・グレーズ層、
２３・・・・・・抵抗体層、２４・・・・・・電極層、
２５・・・・・・Ｓ　１０２層。 第１図 第２図 第４図 Ｉ 第５図 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に形成した対向電極層および発熱抵抗
   体層を形成し、これらの層上の、金属アルコキシド溶液
   単体、または金属アルコキシド溶液に添加物を加えた溶
   液を出発原料として得られた絶縁性酸化物層もしくはこ
   れと炭化物、窒化物の複合層とから構成されたサーマル
   ヘッド。
2. （２）添加物が、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌのいずれかの窒化物
   、炭化物いずれかであ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. （３）絶縁性金属酸化物層がＳｉＯ＿２などの酸化防止
   層と、この層の上のマイクロビッカース硬度が５００以
   上の層とから成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。
4. （４）絶縁性金属酸化物層の上にさらに蒸着、スパッタ
   、印刷、焼成などの方法によって形成されたマイクロビ
   ッカース硬度が６００以上の層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。
5. （５）絶縁基板上に対向電極および発熱抵抗体を順次形
   成し、この発熱抵抗体上に金属アルコキシド溶液または
   添加物を加えた金属アルコキシド溶液を担持し、加水分
   解させ、加熱して金属酸化物層もしくは、これと炭化物
   の複合層とすることを特徴とするサーマルヘッドの製造
   法。