JPH0267149A - サーマルヘッド用基板及びその製造方法 - 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、感熱式印字装置等に使用されるサーマルヘッ
ドに好適なサーマルヘッド用基板及びその製造方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来より、ノンインパクト方式の感熱式印字装置は印字
音が小さい等の利点を有し、広く普及している。この感
熱式印字装置においては印字部にサーマルヘッドが使用
されているが、近年このサーマルヘッドの特性の向上、
特に低消費電力化及び印字の高速化が望まれている。こ
のような特性はサーマルヘッドを構成する基板の熱特性
により大きく左右されるため基板の熱特性の改善が種々
提案されている。

第２図は保温層を有する従来のサーマルヘッドの要部を
示す断面図である。同図において、１１は絶縁性の基板
、１２は基板１１上に形成された保温層であり、以上で
サーマルヘッド用基板を構成している。そして、この保
温層１２上に発熱抵抗体１３、導電体１４ａ及び１４ｂ
、保護層１５が順に形成されており、発熱抵抗体１３の
導電体１４ａと１４ｂの間の部分Ａが発熱部となる。

一般に、上記保温層１２は断熱材としての機能を有し、
発熱抵抗体１３で発生した熱が基板１１に必要以上に逃
げないようにして、熱量の効率的利用を図る働きをする
。このため、保温層１２の熱伝導率は発熱抵抗体１３を
挾んで反対に位置する保護層１５の熱伝導率より小さい
材質とすることが望ましい。従来は、保護層１５の材料
として二酸化けい素（Ｓ　１０２　）や五酸化タンタル
（Ｔａ２０５）等が使用されており、一方、保温層１２
はカラスで構成されており、これらの熱伝導率はほぼ等
しくいずれも３×１０〜９Ｘ１０’ｃａｌ／ｃｍ　−ｓ
　・℃程度であった。そこで、従来のサーマルヘッド用
基板にあっては、保温層１２を厚く形成することによっ
て、保護層１５より大きな断熱性を持たせて、必要以上
の放熱がなされないように構成していた。

ところが、保温層１２を厚く形成した場合には、発熱抵
抗体１３の通電をオフにした後の発熱部Ａの放熱が速や
かになされなくなる。このため、印字繰返し周期が速い
場合には、発熱部Ａの温度が十分低下しないうちに次の
印字が開始され、発熱部Ａの温度が上昇し過ぎて、印字
品質か低下する問題が生じる。

そこで、サーマルヘッドの保温層の熱伝導率を小さくす
るため保温層に多数の孔を有するガラスを用いたもの（
特開昭６２−１５５４号）等が提案されている。これら
保温層は熱伝導率が小さく保温性に優れ、また薄型に形
成することにより良好な熱応答性を持たせることを可能
としたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、多孔質ガラス層を製造するなめには、焼
成に際して設定する温度を、例えば設定温度の±２〜３
℃の範囲内に維持しなければならず、このような温度制
御は技術的に高度で、且つ困難であるという問題があっ
た。

また、焼成温度の条件が適当に設定されないことにより
、ガラス粉内部より発生する気泡の孔径が大きくばらつ
くため、サーマルヘッドの熱応答性にもばらつきが生じ
る問題があった。

さらに、気泡の孔径が大きすぎるときには、保温層の機
械的強度が弱くなる問題があった。

さらにまた、気泡の孔径が大きずぎるときには、気泡が
多孔質カラス層の表面に露出して、表面が凹凸状になり
、このため、保温層上に形成される発熱抵抗体や導電体
等の微細前エバターンの形成（例えば、フォトリングラ
フィ技術を用いる）が困難になり、また印字品質に悪影
響を与える等の問題か。δつな。

そこで、本発明は従来技術の上記したような課題を解決
するためになされたもので、その目的とするところは、
保温Ｊ−の熱伝導率が小さく、機械的強度が強く、さら
にサーマルヘッドを構成した際に良好な印字品質を得る
ことができるサーマルヘッド用基板及びその製造方法を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るサーマルヘッド用基板は、絶縁基板と、上
記絶縁基板上に形成された保温層とを有し、上記保温層
が孔径１〜１１００ｎの空孔を一様に分布させた酸化物
からなることを特徴とじている。

また、本発明に係るサーマルヘッド用基板の製造方法は
、金属アルコキシドよりゾルを調製する工程と、絶縁基
板上に上記ゾルを塗布する工程と、これを乾燥する工程
と、これを焼成する工程とを有することを特徴としてい
る。

〔伴　用〕

本発明のサーマルヘッド用基板は、絶縁基板上に孔径１
〜１１００ｎの空孔を一様に分布さぜな酸化物からなる
保温層を有する。この保温層は空孔を有するので熱伝導
率が小さく、その分保温層を薄くしても十分大きな保温
性をもなせることができる。

本発明の製造方法においては、絶縁基板上に金属アルコ
キシドより調製されたゾルを塗布し、これを乾燥してゲ
ルとし、これを焼成している。焼成においては有機物や
溶媒が気化するので、この部分に空孔が形成される。従
って、調製されたゾルの合成条件や焼成条件により空孔
径や空孔率が決定される。また、ゾルを塗布、乾燥して
ゲルとし、これを焼成する方法〈ゾル−ゲル法と呼ばれ
る）は、ゾルの持つ組成の均一性を利用するもので、空
孔を均一に分布させることができ、保温層の厚さも均一
にできる。

〔実施例〕

以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るサーマルヘッド用基板の一実施例
の要部を示す断面図である。同図において、１は絶縁基
板であり、この絶縁基板１としては八ツニウム（Ｈｆ）
基板又はアルミナ＜ＡＪ＋２０３）基板等か用いられる
。２は絶縁基板１上に形成された保温層であり、この保
温層２は空孔径１〜１１００ｎの空孔を一様に分布させ
た酸化物（例えば、後述の製法１乃至４により製造され
る。

）からなる。この酸化物としては、Ｂｅｄ、ＭｇＯ，Ａ
Ｊ　　Ｏ、Ｃｒ２Ｏ３，５１０２、ＴｉＯ２、Ｔ　ａ２
０ｓ　、ＺｒＯ２等が適している。また、実用上は保温
層の厚さは１〜３０μｍの範囲内のある値に設定される
。

この保温層は空孔を有するので熱伝導率か小さく、その
分保温層を薄くしても十分大きな保温性をもたせること
ができる。

次に、本発明に係るサーマルヘッド用基板の製造方法の
実施例を製法１乃至４として以下に示す。

［製法１］ Ｈｆ基板上に空孔を一様に分布させた保温層としての５
ｉ０２層を形成する場合について説明する。

先ず、金属アルコキシドとしてのテトラエトキシシラン
（Ｓ　ｉ　（ＯＣ２Ｈ５）　４　、純度９９．９９９％
、高純度化学研究断裂）２５ｇにエタノール１８．８ｇ
を加えて混合する。この混合溶液に純水２１．６ｇ及び
塩酸（３５ｗｔ％）０．３ｇをエタノールに溶かした溶
液を加えて混合し、さらにグリセリン３ｇを加えた後、
１時間かく拌してゾルを調整する。

次に、Ｈｆ基板（純度９７％、厚さ５０μｍ。

高純度化学研究断裂）上にスピンコード法（回転数５０
０ｒｐｍ）で上記調整されたゾルを塗布する。

次に、１分間大気中で乾燥し、その後５００°Ｃで１０
分間加熱処理（焼成）する。

以上の、塗布、乾燥、焼成工程を繰り返してＨｆ基板上
に厚さ１０μｍ　ｃｒ）Ｓ　ｔ　Ｏ２膜を形成する。

［製法２］ Ｈｆ基板上に空孔を一様に分布させたＴ　ｉＯ２層を形
成する場合について説明する。

先ず、金属アルコキシドとしてのテトラ−１ｓＯ−プロ
ポキシチタン（Ｔ　ｉ　（０−ｉ　ｓ　ｏ−Ｃ３Ｈ７）
４、純度９９．９９９％、高純度化学研究所り３４ｇに
イソプロパツール１９．０ｇを加えて混合する。この混
合溶液に純水２１．６ｇをイソプロパツール１９．０ｇ
に溶かした溶液を少量ずつ加え混合し、さらにグリセリ
ン３ｇを加えた後、１時間かく拌してゾルを調整する。

次に、上記製法１と同様に、Ｈｆ基板上にスピンコード
法でゾルを塗布し、乾燥し、焼成する工程を繰り返して
、Ｈｆ基板上に厚さ１０μｍのＴｉ０２ＷＡを形成する
。

［製法３］ アルミナ（Ａ！Ｊ２０３）基板上に空孔を一様に分布さ
せたＺ　ｒ　Ｏ２層を形成する場合について説明する。

先ず、金属アルコキシドとしてのテトラ−１ｓＯ−プロ
ポキシジルコニウム（Ｚｒ（０−ｉｓ。

−Ｃ３Ｈ７）４、純度９９．９９％、高純度化学研究断
裂）３９ｇにイン１０パノール１９．０ｇを加えて混合
する。この混合溶液に純水２１．６ｇをイソプロパツー
ル１９．０ｇに溶かした溶液を少量ずつ加え混合し、さ
らにグリセリン３ｇを加えた後、１時間かく拌してゾル
を調製する。

次に、上記製法１と同様に、アルミナ基板上にスピンコ
ード法でゾルを塗布し、乾燥し、焼成する工程を繰り返
して、アルミナ基板上に厚さ１０μｍのＺ　ｒ　Ｏ２膜
を形成する。

Ｕ製法４］ アルミナ（Ａｊ　２ｏ３）基板上に空孔を一様に分布さ
せたＭｇ０Ｍを形成する場合について説明する。

先ず、金属アルコキシドとしてのジー１ｓｏ−プロポキ
シマグネシウム（Ｍｇ　（０−ｆ　ｓ　ｏ−Ｃ３Ｈ７）
２、純度９９．９％、高純度化学研究所ｆｆ）１７ｇに
イソプロパツール１９．０ｇを加えて混合する。この混
合７ＢＡに純水２１．６ｇをイソプロパツール１９．０
ｇに溶かした溶液を少、量ずつ加え混合し、さらにグリ
セリン３ｇを加えた後、１時間かく拌してゾルを調製す
る。

次に、上記製法３と同様に、アルミナ基板上にスピンコ
ード法でゾルを塗布し、乾燥し、焼成する工程を繰り返
して、アルミナ基板上に厚さ１０μｍのＭｇＯ膜を形成
する。

以上の製法１乃至４で得られた保温層について、熱伝導
率、表面粗度、及び口径分布を測定しな結果を第３図に
示す。尚、本発明によらない保温層としてＨｆ基板上に
スパッタリング法により厚さ１０μｍのＳ　ｌ　０２層
を形成したもの（比較例１）、及びＨｆ基板上にスパッ
タリング法により厚さ１０μｍのＴ　Ｉ　Ｏ２層を形成
したもの（比較例２）の特性も測定した。ここでは、熱
伝導率は光交流熱測定装置により測定し、表面粗度は触
針法により測定した。また、空孔の孔径分布はＴＥＭ　
（透過型電子顕微鏡）により測定し、その時の撮影条件
は、サンプリング法をフィルムレグリカ法とし、シャド
ーイングをＰｔ−Ｃ３５°に、直接倍率をＸ５０，００
０に設定した。

第３図に示す測定結果より、本発明に係るサーマルヘッ
ド用基板は、比較例に比べて熱伝導率が１桁程度低く少
なくともＩ　Ｘ　１０　’Ｃａｔ／ＣＩ・Ｓ・°Ｃ以下
となることがわかる。尚、保温層の空孔率は１０％以上
とするのが熱伝導率を小さくする上で好ましい。また、
表面粗度は、±０．１μｍ以下であり良好な印字品質を
得るために十分な平滑性を有している。

以上のように、本発明の構成によると、熱伝導率が小さ
く保温性に優れた性質を有するので、保温層を薄型化し
ても十分な保温性を持たせることができる。よって、十
分な保温性を持たせて、熱効率の向上を図りつつ、保温
層の薄型化によって保温層上に形成される発熱体の放熱
速度を速くする（熱応答性を速くする）ことができ、印
字速度の高速化が可能になる。

また、酸化物を保温層としたので、耐熱性及び耐薬品性
に優れた性質を有する。

さらに、本発明に係る製造方法においては、ゾル−ゲル
法を使用しているので、ゾルの持つ組成の均一性により
空孔分布の均一な焼結体が形成され、また焼結体の厚さ
を均一にできる。そして、従来のように、ガラス粉内部
より気泡を発生させた場合と異なり、蓄熱層表面に凹凸
が形成されることはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のサーマルヘッド用基板は
、熱伝導率が低く、保温層を薄型化しても十分な保温性
を持たせることができる。よって、熱効率の向上を図り
つつ、発熱体の放熱速度を速くすることができ、低消費
電力化及び印字速度の高速化が可能になる。また、酸化
物を保温層としたので、耐熱性及び耐薬品性に優れた性
質を有する。

さらに、本発明に係る製造方法においては、空孔分布の
均一な保温層が形成でき、ガラス粉内部より気泡を発生
させた場合のように、蓄熱層表面に凹凸が形成されるこ
とはなく、印字品質の良好なサーマルヘッドを形成する
ことができる。また、焼成工程における温度の設定、膜
厚の制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサーマルヘッド用基板の一実施例
を示す断面図、 第２図は従来のサーマルヘッド用基板を用いて形成され
たサーマルヘッドの構成を示す要部断面図、 第３図は本実施例のサーマルヘッド用基板の特性を表と
して示す図である。 １・・・絶縁基板、　　２・・・保温層。 特許出願人　　沖電気工業株式会社 代理人　弁理士　　前　１）　実

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板と、 上記絶縁基板上に形成された保温層とを有し、上記保温
   層が孔径１〜１００ｎｍの空孔を一様に分布させた酸化
   物からなることを特徴とするサーマルヘッド用基板。 ２、金属アルコキシドよりゾルを調製する工程と、 絶縁基板上に上記ゾルを塗布する工程と、 これを乾燥する工程と、 これを焼成する工程と を有することを特徴とするサーマルヘッド用基板の製造
   方法。