JPH02147253A - サーマルヘッド - 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 本発明はファクシミリ、フルカラープリンタ、ワードプ
ロセッサなどの印字装置に用いるサーマルヘッドに関す
るものであり、特に印字品質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 熱転写、感熱印字方式プリンタなどの印字装置に用いら
れるサーマルヘッドは従来衣の二つの種類のものがある
。第一のものは、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように、
グレーズアルミナ基板３１の上に蒸着もしくはスパッタ
リングのような真空薄膜形成プロセスにより得たＴａ−
５１などよりなる発熱抵抗体層３３、　　　旧、Ｃｒな
どよりなる電極層３２ａ、３２ｂ、　ＳＩＣなどよりな
る耐摩耗層３４をホトリソエツチング法をもちいてパタ
ーン形成したもので、いわゆる薄膜型サーマルヘッドと
呼ばれるものである。第二のものは、第４図（ａ）、（
ｂ）に示すように、グレーズアルミナ基板４１の上に、
電極層４２ａ、４２ｂ１　　発熱抵抗体層４３、耐摩耗
層４４をそれぞれペーストの印刷焼成により形成するも
ので、いわゆる原模型サーマルヘッドと呼ばれるもので
ある。

発明が解決しようとする課題 上に述べた二つの種類のサーマルヘッドはそれぞれ長所
と短所を有する。すなわち、薄膜型サーマルヘッドは発
熱抵抗体層の形状（面積、厚さなど）が各ドツト間で均
一であり、その熱容量が均一であることから印字の時の
紙への熱の伝達が均一に行われる。また各ドツト間の抵
抗値もあるレベルまでは均一なものが得られ、総合的に
見て印字品質の優れたサーマルヘッドである。また発熱
抵抗体層の厚さが薄＜　１０００〜５０００．４である
ことから熱容量が小さく、パルス印加ＯＮ　、ＯＦＦ時
の発熱抵抗体層温度の立ち上がり、立ち下がり時定数は
優れたものになり印字発熱効率も高い。しかしながら従
来の薄膜型サーマルヘッドではドツト間の抵抗値のばら
つきは±５％以下にすることは難しく、さらに優れた印
字品質を望むことは困難である。

また薄膜プロセスのため、設備コスト、バッチ生産など
生産性、低コスト化の点から解決するべき問題点が多い
。

一方、厚膜型サーマルヘッドは印刷焼成法を用いること
から設備コストが低いこと、連続生産が容易なことなど
利点が多いが、発熱抵抗体層が酸化ルテニウム粉末など
の金属酸化物粉末とガラスフリットとの混合物から成る
ペーストを印刷焼成して形成したものであることから発
熱抵抗体層中の金属酸化物の均一分散が得られ難く、各
ドツト間の抵抗値ばらつきを少なくすることが困難であ
る。厚膜型サーマルヘッドでは過負荷トリミング法によ
ってこの抵抗値ばらつきを±１％以下にすることが可能
である。しかしながら一つのドツトの中のミクロな電流
パスに注目するとトリミングの不均一性などが要改善点
として残されている。これらの短所は、厚膜型サーマル
ヘッドの発熱抵抗体層の大きな熱容量に起因するところ
大であり、発熱印字の時の時定数が大きい、印字熱効率
が悪い、印字品質が悪いなどの結果に至っている。

以上の問題点を克服するものとして、発明者らは先に金
属もしくは類金属を含む有機化合物の分解反応生成物よ
りなる厚さ１．０μｍ以下の発熱抵抗体層を用いたサー
マルヘッドを提供した（特願昭６３−１８４３５１１ｉ
号）。該サーマルヘッドは印字熱効率において大きく改
良されたが、印字品質は若干薄膜型サーマルヘッドより
劣るものであった。

本発明は印字時定数、熱効率および印字品質の改善を目
的とするもので印刷焼成法によるサーマルヘッドの改善
に関するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のサーマルへ、ドは
、基板上に前記基板の特定領域を覆う発熱抵抗体層と、
前記発熱抵抗体層に通電するための電極層と、前記発熱
抵抗体層の全部および電極層の一部を覆う耐摩耗層とを
設け、前記発熱抵抗体層が金属もしくは類金属を含む有
機化合物の分解反応生成物よりなり、かつ前記耐摩耗層
が５５０℃以下の軟化点をイアする低軟化点ガラスの焼
成膜よりなるものである。

作用 本発明のサーマルヘッドは、発熱抵抗体層を金属もしく
は類金属を含む有機化合物の分解反応生成物により構成
することにより、発熱抵抗体層の膜厚が薄くなり、発熱
抵抗体層の熱容量を小さくすることが可能となると共に
、発熱抵抗体層の各成分の均一分散が得易くなるため、
発熱印字の時定数、印字熱効率、印字品質などを改善す
ることができる。また、耐摩耗層を５５０℃以下の軟化
点を有する低軟化点ガラスの焼成膜により構成すること
により、耐摩耗層形成時における発熱抵抗体層成分と耐
摩耗層成分との相互拡散を抑制できるため、発熱抵抗体
層の抵抗値のばらつき及び印字濃度のばらつきを小さく
することができる。

実施例 以下に図面に従って本発明の実施例を示す。

実施例１ 第１図に示す様に、厚さ０．８＋ｕｅのグレーズアルミ
ナ基板ＩＩの上に金を含む有機化合物のペーストの印刷
焼成及びホトリソエツチングによって電極層１２を形成
する。このうえに印刷焼成法によってライン状の発熱抵
抗体層（膜厚数千Ａ）１３を形成した。印刷に用いた発
熱抵抗体ペーストは、ルテニ。

ラムの脂肪酸エステル（炭素数７、液体）、鉛の脂肪酸
エステル、硼素の脂肪酸エステル、シリコンの脂肪酸エ
ステル、エチルセルロース及びテルピネオールよりなる
混合組成ペーストである。次に　ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系低
軟化点ガラス（軟化点４５０℃以下）ペーストの印刷焼
成により耐摩耗層（Ｍ厚約５μｍ）１４を形成して、サ
ーマルヘッドを作成゛した。

実施例２ 実施例１において、発熱抵抗体層を形成後、アルミナ及
び酸化ジルコニウムの粉末（平均粒径はいずれも０．５
ｕｍ）を分散したＰｂＯ−Ｂ２Ｏｓ系低軟化点ガラスペ
ーストの印刷焼成により耐摩耗層（膜厚約４μｍ）を形
成し、他は同様にしてサーマルヘッドを作成した。

実施例３ 実施例１において、ルテニウムの脂肪酸エステルの代わ
りにルテニウムの多環式有機化合物を用いた発熱抵抗体
ペーストを印刷焼成し、他は同様にしてサーマルヘッド
を作成した。

実施例４ 実施例１において、ルテニウムの脂肪酸エステルの半分
を実施例３で用いたルテニウムの多環式有機化合物と置
換した発熱抵抗体ペーストを印刷焼成し、他は同様にし
てサーマルヘッドを作成し実施例５ ルテニウムの液体状脂肪酸エステル（炭素数７）、ルテ
ニウムの固体状脂肪酸エステル（炭素数２０）、鉛のア
ルコラード、シリコンのアルコラード、硼素のアルコラ
ード、エチルセルロース及びテルピネオールよりなる発
熱抵抗体ペーストを印刷焼成して発熱抵抗体層とし、他
は実施例１と同様にしてサーマルヘッドを作成した。

比較例１ 発熱抵抗体ペーストとして酸化ルテニウム粉末と硼珪酸
ガラスフリットとエチルセルロースとターピネオールと
の混合組成ペーストを用い、他の構成および材料は実施
例１と同様にしてサーマルヘッドを作成した。

比較例２ 耐摩耗層として硼珪酸鉛系ガラスペーストを印刷焼成し
たものを使用し、他は実施例１と同様に゛してサーマル
ヘッドを作成した。

比較例３ 実施例１に用いたのと同じグレーズアルミナ基板上に、
旧よりなる電極層、Ｔａ−５１合金よりなる発熱抵抗体
層及びＳＩＣよりなる耐摩耗層とを各々蒸着法により形
成してサーマルヘッドを作成する。

第１表に本発明の実施例及び比較例のサーマルヘッドの
特性を示す。表中の抵抗値ばらつきは各ドツト抵抗値の
標準偏差を平均抵抗値で割った値を示す。印字濃度ばら
つきは、サーマルヘッド形成後の各ドツトのそれぞれの
発熱部の抵抗値を通電過負荷トリミング法（発熱抵抗体
層の自己発生ジュール熱により抵抗値を調整する方法）
を用いてトリミングすることにより、発熱部の抵抗値を
±鳳％以内にそろえた後、０．４Ｗ／ｄｏｔ　、　１／
４ｄｕｔｙ　、　ＩＧ＋ａｓ／ｃｙｃｌｅの駆動条件で
感熱紙に印字し、各ドツトの発色点の濃度をマイクロ濃
度計で測定した結果を示す。また、時定数は赤外線顕微
鏡により求めた発熱部の温度プロファイルから算出した
。

（以下余白） 第１表 第１表に示すごとく、実施例１〜５に示したサーマルヘ
ッドは、従来の様なガラスフリットをバインダとして用
いたサーマルヘッド（比較例１）より非常に薄い発熱抵
抗体層を得ることができるため（膜厚１μｍ以下）、発
熱抵抗体層の熱容量を小さくすることができ、かつ発熱
抵抗体層の分解反応生成物の均一分散が得られ易いため
、抵抗値ばらつき、印字濃度ばらつきが小さく、時定数
も速くなる。

なお、実施例１〜４において発熱抵抗体ペーストに用い
た鉛の脂肪酸エステル、硼素の脂肪酸エステル、シリコ
ンの脂肪酸エステルは、これらのうちの１種類または２
種類のみを用いても同様な結果が得られた。また、実施
例５において発熱抵抗体ペーストに用いた鉛のアルコラ
ード、硼素のアルコラード、シリコンのアルコラードに
ついても同様に、これらのうちの１種類または２種類の
みを用いても同様な結果が得られた。

第２図に実施例１におけるサーマルヘッドの耐摩耗層の
焼成温度と印字濃度ばらつきの関係を示す。この図より
、耐摩耗層として、焼成温度が５５０°Ｃ以下の低軟化
点ガラスの焼成膜を用いることにより、比較例２に示し
た従来の硼珪酸鉛系ガラスの焼成膜（焼成温度６００〜
８００°Ｃ）を用いたサーマルヘッドより印字濃度ばら
つきを小さくすることができることが明らかとなった。

これは、耐摩耗層として焼成温度が５５０″Ｃ以下の低
軟化点ガラスの焼成膜を用いることにより、耐摩耗層の
焼成温度を低くすることができるため、発熱抵抗体層成
分と耐摩耗層成分の相互拡散を抑制したことによるもの
と思われる。特にＰ　ｂ　Ｏ−Ｂ２Ｏｓ系低軟化点ガラ
スは軟化点が特に低いため良い結果を与える。

さらに、耐摩耗層としてアルミナ及び酸化ジルコニウム
のセラミック粉末を分散してなる低軟化点ガラスの焼成
膜を用いたサーマルヘッド（実施例２）は実施例１のサ
ーマルヘッドがもつ特徴を損ねることなく耐摩耗性を向
上させることができた。前記セラミック粉末としては、
耐摩耗性に優れたものが良く、特にアルミナ、酸化ジル
コニウム、炭化珪素、窒化珪素、炭化チタンを単独もし
くは２Ｍ類以上を混合して使用すると有効であった。

また、金属もしくは類金属を含む有機化合物として、白
金族金属、金、銀、ニッケル、クロム、シリコン、ゲル
マニウム、タンタル、アルミニウム、ジルコニウム、チ
タン、硼素、ビスマス、バナジウム、鉛よりなる群から
選ばれた少な（とも１種類以上の金属もしくは類金属を
含むを様化合物であれば前記実施例と同様の効果が得ら
れた。

なお、上記の金属もしくは類金属を含む有機化合物は、
単独もしくは２種類以上の混合物のいずれでも使用し得
る。

さらに、金属もしくは類金属を含むを様化合物としては
炭素数が２０までの脂肪酸塩、脂肪酸のエステル、アル
コラード、メルカプチド、環状カルボン酸塩などの多環
式有機金属化合物、その他のレジネート、ロジネートの
（１１体もしくは２種類以上の混合物であれば良いこと
が分かった。

発明の効果 以上記載のように、本発明によればガラスフリットをバ
インダに用いないためにその厚さの非常に薄い発熱抵抗
体層を得ることができる。このため発熱抵抗体層の熱容
量が小さくなり薄膜プロセスによるものと同等になるた
め、印字の時のＯＮ、ＯＦＦ時定数、印字品質いずれの
点でも優れた特性を有するサーマルヘッドが低コストで
連続的に生産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるサーマルヘッドの代表
的な構成を示す断面図、第２図は本発明の実施例のサー
マルヘッドにおける耐摩耗層の焼成温度と印字濃度ばら
つきとの関係を示す特性曲線図、第３図（ａ）、（ｂ）
及び第４図（ａ）、（ｂ）は従来のサーマルヘッドの代
表的な構成を示す平面図及び断面図である。 １１．３１．４１・・・ブレースアルミナ基板、１２．
３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂ＊　ｅ　ｅ電極）！！
、　　１３，３３，４３・・拳発熱抵抗体層、１４，３
４，４４・・・耐摩耗層。 代理人の氏名　弁理士　栗野重孝　はか１８餠Ｒ粍層の
虎広温贋 （”Ｃ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に前記基板の特定領域を覆う発熱抵抗体層
   と、前記発熱抵抗体層に通電するための電極層と、前記
   発熱抵抗体層の全部および電極層の一部を覆う耐摩耗層
   とを設け、前記発熱抵抗体層が金属もしくは類金属を含
   む有機化合物の分解反応生成物よりなり、かつ前記耐摩
   耗層が５５０℃以下の軟化点を有する低軟化点ガラスの
   焼成膜よりなるサーマルヘッド。
2. （２）耐摩耗層がＰｂＯ−Ｂ＿２Ｏ＿３系低軟化点ガラ
   スの焼成膜よりなる請求項１に記載のサーマルヘッド。
3. （３）耐摩耗層がアルミナ、酸化ジルコニウム、炭化珪
   素、窒化珪素、炭化チタンよりなる群から選ばれた少な
   くとも１種類以上のセラミック粉末を分散した低軟化点
   ガラスの焼成膜よりなる請求項１もしくは２に記載のサ
   ーマルヘッド。
4. （４）金属もしくは類金属を含む有機化合物が白金族金
   属、金、銀、ニッケル、クロム、シリコン、ゲルマニウ
   ム、タンタル、アルミニウム、ジルコニウム、チタン、
   硼素、ビスマス、バナジウム、鉛よりなる群から選ばれ
   た少なくとも１種類以上の金属もしくは類金属を含む有
   機化合物である請求項１から３のいずれか一項に記載の
   サーマルヘッド。
5. （５）金属もしくは類金属を含む有機化合物が炭素数が
   ２０までの脂肪酸塩、脂肪酸のエステル、アルコラード
   、メルカプチド、多環式有機金属化合物、その他のレジ
   ネート、ロジネートの単体もしくはいずれかの混合物で
   ある請求項１から４のいずれか一項に記載のサーマルヘ
   ッド。