JPS6237902A - サ−マルヘツド - 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、サーマルプリンタに用いるサーマルプリント
ヘッドに関するものであり、小型、軽量で熱効率の優れ
たサーマルヘッドに関するものである。

従来の技術 従来のサーマルヘッドは、構成材料の点から薄膜方式、
厚膜方式に分離され、スキャン方式はライン型とシリア
ル型とに分類される。第５図は薄膜方式の基本構成を示
すものである。すなわち、ガラスグレーズ層４ｏを有す
るアルミナセラミック基板４１の土にＴａ−３ｔのよう
な発熱抵抗層４２？：設け、この発熱抵抗層４２上に導
電電極４３゜４４を設ける。さらに耐酸化層４６．耐摩
耗層４６を設け、発熱抵抗層、以下すべての層は、スパ
ッタリング、蒸着、などの方法で得られた薄膜である。

一方厚膜方式の代表的なサーマルヘッド構成断面図を第
６図に示す。すなわち、薄膜方式の場合と同様、アルミ
ナセラミック基板５０の」二のガラスグレーズ層６１と
、この層の上にスクリーン印刷、焼成によって形成され
たＲ、ｕ○２などから成る抵抗発熱層６２、同じく印刷
、焼成によって形成された導電電極６３．５４、さらに
厚膜技術により形成された耐酸化層５５．耐摩耗層５６
とから基本的に構成される。なお、厚膜、薄膜併用によ
って構成されたサーマルヘッドも考案されている〇 一般的に薄膜方式のものは高速印字に適す反面、製造に
要する設備が高価になる。また厚膜方式のものは、製造
設備コストが比較的低く、大型のものも容易につくるこ
とが可能である反面、発熱層などの熱容量、厚さなどの
関係で高速印字が困難になる。

このようなサーマルヘッドの有する最大の開発ポイント
は、発熱層への入力パワーがどれだけ発熱に用いられこ
の熱がどれだけ紙に伝わって明瞭で高濃度な印字がイ４
４られたかということである。

具体的には、既述の発熱抵抗体４２，６２（／Ｃリード
電極４３，４４，５３．５４を通じてパルス通電すると
、抵抗体が発熱するが、１％速印字のためには、速かに
抵抗体が発熱する必要かあり、このために熱絶縁性りガ
ラスグレーズ層４０．５１が、設けられてパルスオン時
の熱の立ち土がり特性を良くしている。ところが、パル
ス通電’ｆｒ：　ｑ＋　＋Ｉ−した時、発熱抵抗層４２
．５２の温度は速かに降下し室温に戻らねば、いわゆる
尾引現象が起こり、印字のコントラストが悪くなってし
１う。このため基板の熱の伝導性の良いアルミナを通じ
て速かに放熱するべく、蓄熱グレーズ層の厚さは助い方
が好寸しい。従来のサーマルヘッドでは、このようなパ
ルスオン、オフ時の温度の立上り、立下り速度を最適に
するために、上記の蓄熱性ガラスブレ５７、−１ 一ズ層の厚さを制御することによっている。第７図は、
ガラスグレーズ層の厚さと抵抗層の温度立」こり、立下
り特性との関係を示すものであるが、ガラスグレーズ層
の厚さが３０〜１００　ｔｉｍで最適の印字特性を示し
ている。

ヒータ材料としてはＴａ−３ｔ　、ＴａＮ、ＮｉＣｒ、
ＲｕＯ２なと、１０１〜１０−６Ω・ｍ　の比抵抗のも
のが厚さ数１００人〜数μｍの範囲の膜として用いられ
ており、その膜抵抗値は数１０〜数１００Ω／抵抗エレ
メントである。

丑た抵抗エレメント１ケ当たり０．１〜１Ｗのエネルギ
ー全入力するため、ひとつのサーマルヘッドで数１０ｏ
Ｗから１Ｗの発熱をする。これをより効率的に放散する
ために、　　　　−アルミニウムブロック製の放熱板　
を既述のアルミナ基板　に接着剤　を用いて接合してい
る。

発明が解決しようとする問題点 このように従来のサーマルヘッドは材料、膜厚なと、種
々のものがあるが、基本的には絶縁基板上の発熱抵抗層
および電極および放熱板がその構６・・　７ 成要素になっており、ガラスグレーズ層が素子のエネル
ギー特性を大きく支配している。

以上のことから、ヘッドの熱効率（すなわち入力エネル
ギーと印字濃度との比率）、高速印字性。

重量、大きさ、などが従来のサーマルヘッドの改善課題
として考えられる。そこで本発明は、高熱効率で印字品
質に優れ、小型で軽量のサーマルヘッドを得ようとする
ものである。

問題点を解決するための手段 本発明は基体の」−に形成された炭素を主成分とする膜
と、この膜を介した相対向する電極とから基本的に構成
されるサーマルヘッドである。

作　　用 本発明によれば、結晶型、膜厚９発熱部面積などにより
適当な抵抗直に制御された炭素膜を用いることで、パル
スオンオフサイクルに対して発熱体抵抗変化の少ない優
れたサーマルヘッドを得ることができる。また炭素膜は
熱伝導性が高いため、発熱体の温度分布が均一になり、
基板にグノーズアルミナ、ホーロ基板など蓄熱性の優れ
た材料を用いることによりパルスオン時の抵抗体温度立
上がりが速くなる。寸だパルスオフ時は、炭素膜自身の
熱伝導性、熱放散性により温度降下速度が速い０ 実施例 次に本発明の実施例について説明する。

〔実施例１〕 第１図に示すように、表面に３０μｍ　Ｊ＝さのガラス
グレーズ層１を有するアルミナ基板２の上に、第１図で
示すようにｄ］２０ｏ／１〃を厚さ２００ｏへの炭素膜
（非晶質）３をスパッタリングにより形成する。ｔ’ｌ
ｉ’］　電極４．６全スパツタリングにより形成し、制
酸化層の５１０２６　、劇摩耗層の５ｉＣＴを形成する
。

〔実施１り１２　〕 実ＭＧ　ｒｌＪ　１の炭素膜’１１０００°ＣＮ２中１
ｏ時間処理に黒鉛化する。他の構成は実施例１と同じ。

〔実施例３〕 実施例１において電極４，５を耐摩耗性金属、例えばメ
ネルメタルのような月利により形成し、実施例１の耐摩
耗層７′！、たは耐摩耗層７耐酸化層６を省く。

〔実施例４〕 実施例１と同じアルミナグレーズ基板１ｏの表面に第２
図に示すように、まず銅電極１１．１２をスパッタリン
グ法により形成する。次にスパッタリングにより炭素膜
１３（Ｊ早さ２０００人、中２００μｍ）を形成する。

さらにこの上に耐酸化層１４゜耐摩耗層１６を形成する
。

〔実施例５〕 実施例１と同じ構成のものをガラスグレーズアルミナ基
板の代わりに、第３図に示すように厚さｉ　ｍｍの鉄板
２ｏと、この上の厚さ５０μｍのホーロ層２１とから成
るホーロ基板を用いて試作する。

Ｕ実施例６コ 実施例１と同じ構成のものを高絶縁性ガラス状炭素、ま
たはガラス状炭素の表面に、ＳｉＯ２，Ｔａ２Ｏ，。

ＴａＮ　などの電気絶縁性の層を有する基板をガラスグ
レーズアルミナ基板の代わりに用いて試作する。

９　へ−７ 〔実施例７〕 実施例１と同じ構成のザーマルヘソドにおいて、炭素膜
３をグラファイト、無定形炭素、などのプラズマ溶射ま
たはアーク弓射によ多形成する。この時、溶射は、減圧
雰囲気（４００Ｔｏｒｒ　）、もしくはＮ２　、　Ａ　
ｒなどの不活性ガス雰囲気で行ない炭素膜全形成する。

〔実施例８〕 グレーズアルミナ基板３０の表面に、予め塩酸とフルフ
リルアルコールとを反応させて得たポリフルフリルアル
コール（粘度１ｏａｐ）ｋ塗布３１し、基板を鉛直にし
て余剰のポリマーを除去し、塗布膜厚を制御する（この
時点で巾２５０μｍ、膜厚２０００人）。次にこの基板
を電気炉に入れ、窒素雰囲気中で２００°Ｃまで１５分
で昇温し、以降６００°Ｃまで２０°Ｃ／時間の速度で
昇温し、６ｏｏ′ｃで１０時間保持する。降温は４０’
ｃ／時間で行なう。得ら扛たガラス状炭素膜３２（巾２
００　Ｉｔｒｎ。

）４さ１０００人）の」二にモネルメタル３４を形成す
る。

１０、、。

以上の実施例で得られたサーマルヘッドの特性一覧を従
来例（第６図で示したもの）の特性に比較して表に示す
。

実施例には示さなかったが炭素膜形成法として熱分解，
気相成長析出、蒸着などの方法を用いても良く、基板に
ガラスグレーズ金属，ダイアモンド基板，サファイア基
板などを用いても同じ効果が得られる。

また、炭素膜の抵抗は、その形成方法によって１０−４
〜１ｏ２Ω・鋸　の範囲で制御可能であり、その抵抗値
に応じて、第８図（ａｔ　、　（ｂ）に示すような電極
構造にすれば良い。第８図中６０は基板、６１は炭素膜
、６２．６３は電極、６４は耐酸化層、６６は耐摩耗層
、７０．了１はＴ　ａＮ　、　Ｓ　１０２　、　Ｔ　ａ
　２０５などの電気絶縁層である。

発明の効果 本発明によれば、パルス印加時の温度立上り、パルス消
去時の温度降下速度が速く、高速印字に、適したサーマ
ルヘッドが得られ、エネルギー効率も優れたものＫなる
。丑た炭素膜形成法として塗布、炭化法を用いることが
でき量産化にも適している。炭素膜が熱的、電気的、化
学的に安定であることから、パルス印加サイクルに対し
て長期間安定な抵抗特性を示し、高い印字品質が長寿命
で得ら扛る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図はそれぞれ本１３、、
。 第５図、第６図は従来例におけるサーマルヘッドの断正
面図、第７図はサーマルヘッドのガラスグレーズ層の厚
さと発熱層温度立上り速度との相関を示す特性図、第８
図は本発明の他の実施例におけるサーマルヘッドの断正
面図である。 １・・・・・・ガラスグレーズ層、２・・・・・・アル
ミナ基板、３・・・・・・炭素膜、４，５・・・・・・
銅電極、６・・・・・・耐酸化層、７・・・・・・耐摩
耗層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＠歇４Ｌｉ 第２図 第３図 第４図 １電鮭入 第７図 第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体の上に形成された炭素を主成分とする膜と、
   この膜に電気的に接続された一対の電極とから構成され
   たサーマルヘッド。
2. （２）炭素を主成分とする膜が、ガラス状炭素、非晶質
   炭素、黒鉛、再結晶黒鉛、熱分解炭素、のいずれかであ
   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）炭素を主成分とする膜が、蒸着、スパッタリング
   、溶射、熱分解、気相成長析出、塗布炭化、などの方法
   で得られたもの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。
4. （４）炭素を主成分とする膜が、基体の表面に塗布され
   た、ポリフルフソルアルコールや、フェノールフォルム
   アルデヒド樹脂などの炭素膜形成前駆体を炭化焼成する
   ことにより得られたもの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。
5. （５）基体が、セラミックもしくはこれにガラスグレー
   ズを施したもの、ホーロ基板、金属にガラスグレーズを
   施したもの、ガラス状炭素、ダイアモンド基板、サファ
   イア基板の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。