JPH0267150A - 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’Ａ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、広く背反している。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１１２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１．４　ｂ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で発生した熱か基板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
。このなめ、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　ｉ０２　＞や五酸化タンタル
（Ｔａ２ｏ５）等が使用されており、一方、保温層１２
はガ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’ｃａ　ｌ／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
品質が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らのく
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ためには、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
多孔質ガ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
等の微細加エバターンの形成（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があった。また、フォトリソグラフ
ィ技術においては現像剤としてアルカリを使用するが、
高シリカ組成の多孔質ガラスはアルカリに対して耐久性
がなく、微細加エバターンの形成を困難にする問題があ
った。

そこで、本発明は従来技術の上記したような課題を解決
するなめになされたもので、その目的とするところは、
保温層の熱伝導率が大きく、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ＺｒＯ
−３ｉＯガラスがらなることを特徴としている。また、
このサーマルヘッド用基板の製造方法は、シランアルコ
キシドとジルコニウム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。

他の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なＴｌ
Ｏ２５１０２ガラスからなることを特徴としている。こ
のサーマルヘッド用基板の製造方法は、シランアルコキ
シドとチタン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。

〔作　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せたＺｒＯ２５１０
２ガラス或いはＴｌＯ２ＳｔＯ□ガラスからなる保温層
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た
せることができる。また、機械的強度、耐薬品性にも優
れている。

また、本発明の製造方法においては、絶縁基板上にゾル
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としては例えばアルミナ（Ａ
、ｌ１２０３）基板が用いられる。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は孔径１〜１１
００ｎの空孔を一様に分布させたＺ　ｒ　ＯＳ　ｉＯ２
ガラスからなる。

この保温層２の厚さは１〜３０μｍの範囲内のある値に
設定される。尚、保温層２の材質としては孔径１〜１１
００ｎの空孔を一様に分布させたＴｉＯＳ　ｉ０２ガラ
スを用いることもできる。

上記保温層２は一様に分布された空孔を有するので熱伝
導率が小さく、保温層２の厚さを薄くしても十分な保温
性をもたせることができる。また、上記したＺｒＯ−３
ｉｎ２ガラスやＴ　ｉＯ２５１０２ガラスは耐アルカリ
性に優れた性質を有する。

次に、保温層を孔径１〜１１００ｎの空孔を−・様に分
布させたＺ　ｒ　ＯＳ　Ｉ　Ｏ２ガラスとしたサーマル
ヘッド用基板の製造方法の実施例を製法１乃至３として
示す。

［製法１］ 先ず、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
即ち０．１２モルにエタノール１８゜８ｇを加えて混合
する。この混合溶液に純水２゜１６ｇ及び塩酸（３５ｗ
ｔ％）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時間がく拌
する。この後、テトラ−イソ−プロポキシジルコニウム
（Ｚｒ　（Ｏｌ　ｓ　ｏ　　Ｃ３Ｈ７）　４　、純度９
９．９９％、高純度化学研究断裂）９．８ｇ即ち０．０
３モルを加えた後、１０時間かく拌し、塗布液としての
ゾルを調製する。

次に、アルミナ基板（Ａｊ２０３、純度９７％。

厚さ１ｍｍ、片面研磨、高純度化学研究断裂）上にスピ
ンコード法（回転数５００ｒｐｍ）で上記調製されたゾ
ルを塗布する。

次に、１分間大気中で乾燥し、その後５００℃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のＺ　ｒ　Ｏ２Ｓ　Ｉ　Ｏ２ガラス層を
形成する。

以上でサーマルヘッド用基板の！ｌ！ｉ！遣は終了する
。

このサーマルヘッド用基板を用いてサーマルヘッドを形
成する場合には、保温層２上に発熱抵抗体、その上に給
電体、その上に保護層を形成する。

ここで、発熱抵抗体としてはＴａ２Ｎをスパッタ法で形
成されたものをフォトリソグラフィー技術によりパター
ン化したものがあり、給電体としてはＮｉＣｒ−Ａｕを
蒸着法及びメツキ法により形成しフォトリソグラフィー
技術によりパターン化し、保護層は５ｉ０２をスパッタ
法により形成する。

［製法２］ 塗布液としてのゾル調製工程において、テトラ−イソ−
プロポキシジルコニウム（Ｚｒ（０−ｉｓｏ−Ｃ３Ｈ７
）　４の添加量を０．１２モルとし、これ以外について
上記製法１と同じに製造する。

［製法３］ 塗布液としてのゾル調製工程において、テトラ−イソ−
プロポキシジルコニウム（Ｚｒ（０−ｉｓ　ｏ　　Ｃ３
Ｈ７）　４の添加量を０．２８モルとし、これ以外につ
いて上記製法１と同じに製造する。

上記製法１乃至３によって得られたサーマルヘッドをそ
れぞれ実施例１乃至３とし、これらサーマルヘッドの印
加電力対印字濃度特性を調べた。

ここで、印加電力はパルス幅Ｑ、３ｍｓ、パルス周期０
．６ｍｓのパルス入力とした。

尚、比較例として、テトラ−イソ−プロポキシジルコニ
ウム（Ｚｒ　（０−ｉｓｏ−Ｃ３Ｈ７）４を無添加とし
て上記製法１乃至３と同様の製造方法によるもの（比較
例１）、及びテトラ−イソ−プロポキシジルコニウム（
Ｚｒ　（０−ｉ　ｓｏ　−Ｃ３Ｈ７）４の添加量を０．
０１３モルと極めて少なくして上記製法１乃至３と同様
の製造方法によるもの（比較例２）を製造したが、発熱
抵抗体が剥離して印字特性を調べることはできなかった
。

さらに、スパッタ法によりアルミナ基板上に厚さ１０μ
ｍのＳ　ｉ　０２膜を形成したもの（比較例３）の印加
電圧対印字濃度特性を調べた。

上記の印加電圧対印字濃度特性を第３図に示し、印字性
能を以下の表１に示す。

次に、保温層を孔径１〜１１００ｎの空孔を一様に分布
させたＴｉＯ２−８ｉＯ２ガラスとしたサーマルヘッド
用基板の製造方法の実施例を製法４乃至６として以下に
示す。

［製法４］ 先ず、テトラエトキシシラン（Ｓ　ｌ　（ＯＣ２Ｈ５）
４、純度９９．９９９％、高純度化学研究断裂）２５ｇ
即ち０．１２モルにエタノール１８゜８ｇを加えて混合
する。この混合溶液に純水２゜１６ｇ及び塩酸（３５ｗ
ｔ％）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
する。この後、テトラ−イソ−１０ボキシチタン（Ｔｉ
（０１Ｓ　ＯＣ３Ｈ７）　４．純度９９．９９９％、高
純度化学研究断裂）８．５ｇ即ち０．０３モルを加えた
後、１０時間かく拌し、塗布液としてのゾルを調製する
。

以降のゾル塗布工程、乾燥工程、焼成工程、並びにサー
マルヘッドの形成は、上記製法１と同様に製造する。

［製法５コ 塗布液としてのゾル調製工程において、テトラ−イソ−
プロポキシチタン（Ｔｉ　（０−ｉｓｏ　−Ｃ３Ｈ７）
４の添加量を０．１２モルとし、これ以外について上記
製法４と同じに製造する。

［製法６］ 塗布液としてのゾル調製工程において、テトラ−イソ−
プロポキシチタン（Ｔｉ　（０−ｉｓｏ　−Ｃ３Ｈ７）
４の添加量を０．２８モルとし、これ以外について上記
製法４と同じに製造する。

上記製法４乃至６によって得られたサーマルヘッドをそ
れぞれ実施例４乃至６とし、これらサーマルヘッドの印
加電力対印字濃度特性を調べた。

ここで、印加電力はパルス幅Ｑ、３ｍｓ、パルス周期０
．６ｍｓのパルス入力とした。

尚、比較例として、テトラ−イソ−プロポキシチタン（
Ｔｉ　（０−ｉ　５ｏ−Ｃ３Ｈ７）４を無添加として上
記製法４乃至６と同様の製造方法によるもの（比較例４
）、及びテトラ−イソ−プロポキシチタン（Ｔｉ　（０
−ｉ　５ｏ−Ｃ３Ｈ７）４の添加量を０．０１３モルと
極めて少なくして上記製法４乃至６と同様の製造方法に
よるもの（比較例５）を製造したが、発熱抵抗体が剥離
して印字特性を調べることはできなかっな。さらに、ス
パッタ法によりアルミナ基板上に厚さ１０μｍのＳｉｏ
２膜を形成した６の（比較例６）の印加電圧対印字濃度
特性を調べた。

上記の印加電圧対印字濃度特性を第４図に示し、印字性
能を以下の表２に示す。

第３図及び第４図の結果より、本発明に係るサーマルヘ
ッド用基板により構成されたサーマルヘッドは少ない印
加電力で高い印字濃度が得られ、熱効率が良好であるこ
とがわかる。また、表１及び表２の結果より、印字性能
が良好である。

また、酸化物を保温層としたので、耐熱性及び耐アルカ
リ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
、熱伝導率が小さく、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
化物を保温層とじたので、耐熱性及び耐アルカリ性に漱
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、印字品質の艮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の構成を示す要部断面図
、 第３図及び第４図は本実施例により構成されたのサーマ
ルヘッドの印加電力対印字濃度特性を示すグラフである
。 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 １′７７−ｐｏｉ−ｈ　　（”／ａｏｔ）ゴ’ｆ−？＋
レヘ−／Ｙ、ＰＩｆｒ７）ｐ４ｉ　ｆｐｌ　壕、ｔ、ｉ
ｊ　ノ亡Ｅ第３ｒｉＡ Ａト２ｇ＝川めづ；７１し△〜゛ｌＹ“）ηノト才のし
第 因 第 ■

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Ｚｒ
   Ｏ＿２−ＳｉＯ＿２ガラスからなることを特徴とするサ
   ーマルヘッド用基板。 ２、シランアルコキシドとジルコニウムルアルコキシド
   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。 ３、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Ｔｉ
   Ｏ＿２−ＳｉＯ＿２ガラスからなることを特徴とするサ
   ーマルヘッド用基板。 ４、シランアルコキシドとチタン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。