JPS63124501A - サ−マルヘツド用厚膜抵抗体材料，サ−マルヘツド用厚膜抵抗体，並びにサ−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〕 本発明はサーマルヘッド用厚膜抵抗体材料、これを焼成
したサーマルヘッド用抵抗体、並びにこの抵抗体材料を
基板上に塗布・焼成して得たサーマルヘッドに係り、特
に、高画質対応の感熱記録に好適なサーマルヘッド用厚
膜抵抗体材料、サーマルヘッド用厚膜抵抗体、並びにサ
ーマルヘッドに関する。

〔従来の技術〕

従来の厚膜感熱記録ヘッドを構成する厚膜抵抗体材料は
、例えば、特公昭５６−１３６２９号公報に記載のよう
に、厚膜抵抗体の含有成分やその含有率を規定して耐電
力特性の向上と稼動中での抵抗値の安定性を図った。ま
た、特開昭５０−６７４８６号公報に記載のように、抵
抗体ペーストを高温で熱処理し、抵抗値の選択性の向上
を図っている。

いうなれば、従来より厚膜感熱ヘッドは低価格化および
抵抗体の信頼性という点のみに着目しており、高画質化
に対応できる低抵抗値ばらつきの実現ということには着
目していなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、厚膜感熱ヘッドの抵抗値のばらつきを
低減し、出力画像を高品質にするという点での配慮がな
されておらず、通常、最大最小幅±２０％程度、分散値
で７％程度の抵抗値ばらつきを有しており、これが原因
で発色ムラが生ずるので画像対象としては不適当であっ
た。

本発明の目的は、抵抗値のばらつきを低減し感熱記録に
際しての高画質化に寄与し得るサーマルヘッド用厚膜抵
抗体材料、サーマルヘッド用厚膜抵抗体、並びにサーマ
ルヘッドを提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、従来材料に対して成分配合比を特に変える
ことを要せず、抵抗値制御に深く関与する酸化ルテニウ
ム微粒子のガラスフリット中への均一分散に際して該微
粒子の粒径をより細かくして大きさのばらつきを抑える
ことにより達成される。

すなわち本発明のサーマルヘッド用厚膜抵抗体材料は、
少なくとも酸化ルテニウム微粒子、ガラス微粒子、並び
にこれらを分散し焼成にて消失する如き分散材の混合組
成物であって、いわゆるペースト状を呈する。そしてこ
こに配合される酸化ルテニウムの粒子に本発明の特徴が
あり、その粒子は比表面積にして１０ｒｒｆ／ｇ以上４
０ｍ２／ｇ以下であり、粒度分布の上限は１μｍである
。

尚、上記酸化ルテニウムに加え他の導電性微粉体の添加
や酸化物充填物の添加は差し支えない。

酸化物充填物の例としては酸化ジルコニウム、酸化チタ
ン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ナトリウム、酸
化カルシウム等が挙げられる。また他の導電性物質とし
ては白金族元素の単体または酸化物等が挙げられる。こ
れらは主に耐電力特性向上の為の添加剤で、添加量は極
く微量で良く。

粒径は１μｍ程度が好ましい。

本発明は均一分散系を達成するならばサーマルヘッドの
仕様により種々の抵抗膜組成を選択できるから、特に成
分配合量については限定されない。

但し酸化ルテニウムに関しては１０〜３０重量％が好ま
しい。

ペースト作成に当たり使用する分散材（分散媒）はレジ
ン、溶剤等で１例えばエチルセルロースやブチルカルピ
トールアセテートであり、添加量は１０〜３０重量％が
望ましい。

本発明に使用するガラスはガラスフリットとして高融点
のものであれば特に限定されないが、特に挙げれば硼珪
酸系ガラス、硼珪酸鉛系ガラス。

珪酸−鉛系ガラス或いは結晶化ガラス等である。

ガラス微粉の粒径は１μｍ程度が好ましい、ガラスは酸
化ルテニウム粒子のネットワーク構成のベースとなる。

上記ペーストを焼成したものが本発明に係るサーマルヘ
ッド用厚膜抵抗体である。従って上記溶剤等は消失して
いることになる。また酸化ルテニウム微粒子は粒子同士
が結合して成長し、グレインを形成するものもあるがガ
ラス中には酸化ルテニウムのほぼ均一なネットワークを
形成することになる。

またこのペーストを厚膜印刷技術（例えばスクリーン印
刷）によって絶縁性基板上に塗布し、抵抗層を形成し、
この抵抗体に導体を接続して配設し、必要に応じて被覆
ガラスを施し焼成したものが本発明のサーマルヘッドで
ある１本発明に係るサーマルヘッドの最適構成は、基板
上にグレーズを施し、電極を配設し、該電極を覆うよう
に上記抵抗ペーストを塗布積層しその上に保護膜を設け
たものである。基板はアルミナ、グレーズ及び保護膜は
ガラス、電極は金が好ましい。

〔作用〕

サーマルヘッド用厚膜抵抗体材料は上述のように酸化ル
テニウム微粒子、ガラス微粒子及び溶剤やレジンの混合
物であり、これを焼成すると、溶剤等分散媒成分が蒸発
消失して酸化ルテニウム粒子のネットワークが溶融ガラ
ス内に形成される。

この際、酸化ルテニウム微粒子の粒度、比表面積が微細
に揃えられていればガラスフリット内での酸化ルテニウ
ム粒子間の相互距離や分布状態等の均一化も図れ、即ち
上記ネットワークの均一化が図れて抵抗値のばらつきも
抑えられることが本発明者によって初めて見出されたの
である。酸化ルテニウムはガラスフリット内におけるネ
ットワーク↓こより、その導電性によって電流のパスを
形成することになる。

尚１本発明の目的達成の為の酸化リテニウムの粒度、比
表面積の条件は以上の通りであるが、これらは以下の定
義に従う。

粒度；光透過方式（ストークスの沈降速度式とランバー
ト・ベールの法則を利用した方法）で測定し求めた粒度
分布の５０％累積重量％における粒度のこと、平均では
なく、上限値である。尚以下の実施例にて用いた装置は
ミクロン・フォート・サイザー＜５ＫＮ−１０００＞に
よる。

比表面積；粉体にガスを吸着させ単分子層を形成させて
、そのガス量より求めた比表面積のこと。

Ｂ、Ｅ、Ｔ理論に基づくもので、微粉体１ｇ当たりの面
積を意味する。

尚、粒度と比表面積との間には次の関係がある。

粒度（μｍ）＝６／（比表面積（イ／　ｇ　）　Ｘ粒子
密度（ｇｌｏｅ））従ってこの要係式によれば酸化ルテ
ニウム微粒子に関する限り理論的には１粒度１μｍの粒
体のみの比表面積は１．２ｍ２／ｇであり、０．１μｍ
のみであるなら１２ｒｙｒ／ｇとなる。そして一般的に
は粒径が小さくなると表面積が大きくなる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例につき図面に従って説明する。

第１図は本発明の実施例に係るサーマルヘッドの断面図
であり第２図は同じサーマルヘッドの平面図である。

本実施例においてはアルミナ基板１上にグレープ層３が
施され、その上に電極２がコモン側（＋側）から３本、
ドライバー側（−側）から２本が交互に延びて配置され
ている。＠極２は全装であり、クレーズ層３はガラス製
である。サーマルヘッド用厚膜抵抗体１は電極２の中央
部を第２図に示すように帯状に覆う如くグレーズＭ３上
に積層されている。この帯状領域が発熱領域６となり単
位画素を構成する。更にこのサーマルヘッド用厚膜抵抗
体１の表面をガラスによる保護膜５が覆っている。従っ
てサーマルヘッド用厚膜抵抗体１や電極２は第２図に示
す通り、ガラスによる保護膜５を透して見える。

本実施例におけるグレーズ層３の厚さは８０μｍであり
、電極２の厚さは０．６〜３μｍであり、電極２の幅は
２０μｍである。更にサーマルヘッド用厚膜抵抗体１の
厚さは５μｍ、ピッチは８２．５μｍ９幅は３００μｍ
であり、画素数は５１２である。また保護膜５の厚さは
７．５μｍである。

このサーマルヘッド用厚膜抵抗体１を形成する為の焼成
前のペーストは、導電粒子である酸化ルテニウム微粒子
とガラス微粒子を溶剤及びレジンに混ぜて作っており、
基板印刷後（焼成前）はおよそ第３図に示すような断面
構造となっている。

これを高温で焼成することにより、溶剤成分が蒸発して
第４図に示すような酸化ルテニウム微粒子のネットワー
クが溶融ガラス内に形成されることになりこれにて所定
の抵抗値が与えられることになる。

この抵抗値は酸化ルテニウム微粒子が一定条件を満たす
粒径である場合に比較的均一なネットワークが溶融ガラ
ス内に形成されることになる。その結果抵抗値のバラツ
キがほとんど無くなることから発色濃度ムラも抑制され
ることになる。尚このことは本発明者の究明したもので
あり、抵抗値と微視的な発色濃度の関係を第５図に示す
。

第２図中縦軸のＤは発色濃度を示し、Ｒは抵抗値を示し
、横軸は抵抗体の試料番号を示す、フルカラーのプリン
タは通常定電圧駆動である為１発熱量（Ｖ”／Ｒ）は抵
抗値Ｒの値によって変化する。

具体的にはＲが大きいところで発熱量が下がり、発色濃
度が下がるので、その結果発色状態に濃淡のムラができ
ることになるのである。

第６図に、従来より厚膜サーマルヘッドに用いられてい
る抵抗材料の酸化ルテニウム微粒子の粒度分布の一例を
示す、この分布図から明らかなように、酸化ルテニウム
微粒子の粒度は０．１μｍから１０μｍにわたって広範
囲に分布している。

更に微視的な観察を行うと、比較的粒度のそろっている
０、１μｍ前後の超微粒子と１μｍ以上の大型の粒子が
混在することが明らとなっており、この傾向は第６図か
らもうかがえる。すなわち。

酸化ルテニウム微粒子の累積重量割合は１μｍを前後し
て、急激に変化しており、酸化ルテニウム微粒子の１μ
ｍ以上のものを除去すると大部分の粗大粒子が除去でき
ることがわかる。

上記の事項の実現には酸化ルテニウム微粒子の分級が課
題となる１分級は遠心分離機等と原理を同じくする遠心
法や、液中での沈降速度の差によって分級する沈降法な
どが考えられる。このようにして分級した例を第７図に
示す、（ｂ）は分級前の分布であり、（ａ）は１μｍ以
上を除去した分級例であり、（Ｃ）は逆に微細粒子を除
去した分配側である。（ｂ）のものは結局１μｍ以上の
ものも含んでいる混在型であり、（ａ）は本発明用の分
級クラスである０図によれば１μｍ以上除去後に重量比
率が上がっているが、これは粒径分布の測定誤差による
。尚、（ｃ）の“除去”はいわゆる完全除去とまでは言
えず９０％程度でありその範囲で誤差がある。

一般に分級選択した酸化ルテニウム微粒子を用いると、
従来に比べ、同じ重量比では抵抗値が低下する。これは
細かい酸化ルテニウム微粒子を用いると酸化ルテニウム
のガラス中でのネットワークが密になり抵抗値が下がる
からである。この為、所定の抵抗値におさめる為に、重
量比を小さくすることが望ましい、一方、ガラスフリッ
トは分級したものの方が分散し易い為、有利であるが、
焼成によって溶融するから影響度合は顕著ではない。

但し、抵抗値の調整や抵抗温度係数（Ｔ、Ｃ，Ｒ，）の
設定には影響を有するので、適性に合せて選択すること
が望ましい。

これらの分級選択した酸化ルテニウム微粒子を用いて試
作した抵抗体ペーストを焼成した後の抵抗値ばらつきの
傾向を第８図に示す、焼成条件は粒径別、同一条件とし
て焼成温度は８５０℃である。また第８図の縦軸は、５
００ドツトの抵抗値の分散を示している。抵抗値のばら
つきとは、全ドツトの最大値と最小値との和を平均値で
割った値である０本図から、１μｍ以下の領域を（Ｉ）
。

１〜３μｍ分級領域を（ｕ）、３〜１０μｍ分級領域を
（ｍ）、１０μｍ以上の領域を（■）とすると、（１）
より（Ｉｔ）へ移行する領域での抵抗値のばらつきが急
増していることがわかる。こうして本発明者は１μｍ以
上の粗大粒子を除外することで、抵抗値ばらつきを極め
て小さくすることができることを究明した。

また１本発明者はサーマルヘッド用厚膜抵抗体において
重要な特性の一つである耐電力特性についても、酸化ル
テニウム微粒子の比表面積が１０ｒｄ／ｇ〜４０ｍ２／
ｇの範囲では従来の抵抗体材料を用いた場合よりも優れ
ていることを見出した。

ここでより具体的な実施例について述べる。

０．０５μｍ程度の粒子径をもち、比表面積２００ｒｄ
／ｇの一次粒子をもつ酸化ルテニウムを用い、３００℃
、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃。

８００℃で熱処理後１μｍ以上を除去する分級を行い、
比表面積が４，７．１０，２０，４０゜１００ｍ２／ｇ
の６点の酸化ルテニウム微粒子を準備した。この各々の
酸化ルテニウム微粒子を用い、抵抗体ペーストを試作し
、実ヘッド基板にスクリーン印刷し、１２０℃、１０分
乾燥後、８７０℃で焼成した。第９図に試作したサーマ
ルヘッドの抵抗値ばらつきの結果を示す、上記のように
、１μｍ以上を除去した酸化ルテニウム微粒子を用いた
ことにより、従来品よりも抵抗値ばらつきが比表面積に
よらず小さくなっていることがわかる。

尚、図中の破線は分級していない酸化ルテニウムを用い
たもの即ち従来品レベルを示す。

第１０図には、同様にステップ・ストレス・テスト（Ｓ
ＳＴ）における耐破断電力を調べた結果を示す、ＳＳＴ
とは、抵抗体にステップ状に高電圧を加えて、その都度
抵抗値の変化を測定する試験のことで、第１０図の試験
においては抵抗値変化がある上限を越えたところで破壊
したものと判断している。第１０図は縦軸に耐破断電力
比をとっており、これは従来の抵抗体ペーストの耐破断
電力を１としそれに比べてどれ描面上しているかを示し
ている。酸化ルテニウム微粒子の比表面積が１０〜４０
ｍ２／ｇであれば耐破断電力比１５％を越えることにな
り相当効果がある。

すなわち、比表面積が大きいところ、換言すれば微細な
粒子下では一般に抵抗値が下るため、所定の値に確保す
る為に粒子の量を減らす必要がある。その結果、導電ネ
ットワークのパスが細くなり、Ｓ、ＳＴ特性が下がる。

また比表面積が小さくなり、すなわち粗くなると、導電
ネットワークの均一性が損なわれる為、ＳＳＴ特性が同
様に劣化する傾向にある。尚、図中の破線は第７図と同
様従来レベルである。

更に本実施例品によるサーマルヘッドの信頼性をＳＳＴ
特性に着目して従来品と比較すれば第１１図の通りであ
る０曲線（ａ）は従来の厚膜抵抗体材料のＳＳＴ特性で
あり、曲線（ｂ）は本実施例品の場合である。この場合
、ＳＳＴ中での抵抗値変動は非常に少なく、更に破断電
力値も上昇している。これらの特性が薄膜ヘッドの場合
よりも優れていることは言うまでもない。

また本実施例品によればサーマルヘッドの熱効率向上の
為の間接的な役割をになうことができる。

第１２図は抵抗体膜厚と熱効率に関する特性図である。

抵抗体の膜厚が増加すると１発熱に関与しない抵抗体中
の無効部分の割合が増加し、熱効率上好ましくない、従
って、抵抗体膜厚は電極の薄層化とともに薄くなりつつ
あるので最近の傾向である。このような場合、従来の１
μｍ以上の粒径を有する粗大な酸化ルテニウム微粒子を
含む抵抗体では、膜厚との関係から、偏在が起り易く、
抵抗値のばらつきの原因となっていた。この点１μｍ以
上の粒径の酸化ルテニウム粒子を除去し作成した厚膜抵
抗体では、ばらつきを小さくおさえるとともに、抵抗体
の薄層化にも対応でき、その結果として、高熱効率化を
実現できる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り本発明によれば、サーマルヘッド用厚
膜抵抗体の抵抗値ばらつきの減少によって、サーマルヘ
ッドによる感熱転写の際に発色ムラを抑制可能であるの
で、高画質品を得ることができるという効果がある。従
って特に最近盛んに着目されているハードコピーのカラ
ー化に対応することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサーマルヘッドの実施例断面図、第２
図は同実施例の平面図、第３図は基板に印刷した後の抵
抗体ペースト断面模式図、第４図は抵抗体ペーストを焼
成した熱の断面模式図、第５図は抵抗値のばらつきと濃
度ムラとの関係を示す特性図、第６図は分級前の酸化ル
テニウムの粒子径分布図、第７図は分級後の酸化ルテニ
ウムの粒度分布図、第８図は分級レベルによる抵抗値ば
らつきを示す特性図、第９図は分級した酸化ルテニウム
微粒子の比表面積と抵抗値ばらつきとの関係を示す特性
図、第１０図は分級した酸化ルテニウム微粒子の比表面
積と耐電力との関係を示す特性図、第１１図はステップ
・ストレス・テストの結果を示す特性図、第１２図は抵
抗体膜厚変化に伴う発熱領域変化を説明する特性図であ
る。 １・・・サーマルヘッド用厚膜抵抗体、２・・・電極、
３・・・グレーズ層、４・・・アルミナ基板、５・・・
保護膜、６・・・発熱領域、７・・・酸化ルテニウム微
粒子、８・・・ガラス微粒子、９・・・溶剤層、１０・
・・ガラスフリッ躬　３　図 ３グＬ−ス漫　　　　　　Ｚ全尋領ヘ　り滲斧ｊ贋第　
４　凹 溺　５　凹 葛ψし本番号　Ｎ 」ら　　乙　　　図 第　　７　図 酸化ルテニウへ指久絞子２子　　　　（Ｐ□ンＭ　８　
図 躬　９Ｉ！ｌ （号ｐ 葛／θ図 酸イヒルテニウム蜘（醍チνこ表面＃　（４）易　／／
　凹 第　７２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも酸化ルテニウム微粒子、ガラス微粒子、
   並びにこれらを分散し焼成にて消失する分散材を混合し
   てなるサーマルヘッド用厚膜抵抗体材料において、前記
   酸化ルテニウム粒子は比表面積の範囲を１０乃至４０ｍ
   ＾２／ｇとしかつその粒度分布の上限を１μｍとしたこ
   とを特徴とするサーマルヘッド用厚膜抵抗体材料。 ２、特許請求の範囲第１項記載において、前記酸化ルテ
   ニウムの他に酸化物充填物を混合したことを特徴とする
   サーマルヘッド用厚膜抵抗体材料。 ３、特許請求の範囲第２項記載において、前記酸化物充
   填物が酸化ジルコニウムであることを特徴とするサーマ
   ルヘッド用厚膜抵抗体材料。 ４、特許請求の範囲第１項記載において、前記分散材が
   レジン、溶剤から選ばれることを特徴とするサーマルヘ
   ッド用厚膜抵抗体材料。 ５、ガラス中に少なくとも酸化ルテニウムが分散されて
   いるサーマルヘッド用厚膜抵抗体において、前記酸化ル
   テニウムとして比表面積が１０乃至４０ｍ＾２／ｇ、粒
   度は１μｍ以下の粒子を用いたことを特徴とするサーマ
   ルヘッド用厚膜抵抗体。 ６、基板上にグレーズ層、電極、抵抗層、保護層を順次
   積層して成るサーマルヘッドにおいて。 前記抵抗層は少なくとも酸化ルテニウム微粒子、ガラス
   微粒子並びにこれらの分散材の混合焼成物であつて、該
   酸化ルテニウム微粒子は比表面積の範囲が１０乃至４０
   ｍ＾２／ｇ、粒度分布上限が１μｍであることを特徴と
   するサーマルヘッド。