JPH0667632B2

JPH0667632B2 - サ−マルヘツド

Info

Publication number: JPH0667632B2
Application number: JP17565387A
Authority: JP
Inventors: 陽三小林; 徳人望月; 真一水島
Original assignee: 東京電気株式会社
Priority date: 1987-07-14
Filing date: 1987-07-14
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS6418650A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、多数の発熱部を選択的に発熱させて印字を行
なうサーマルヘツドに関する。

従来の技術従来のサーマルヘツドの一例を第２図に示す。このサー
マルヘツド１は、アルミナ基板２上にガラスグレーズ層
３と発熱抵抗層４とが順次積層形成され、さらに電極層
５と保護層６とが順次積層形成されてなる。電極層５は
アルミニウム（以下、Alという）よりなる。また、保護
層６としては、次に示す構造のものが良く用いられてい
る。すなわち、 SiO₂とTa₂O₅とを積層した薄膜 Si₃N₄による単層薄膜 SiCによる単層薄膜 Al₂O₃による単層薄膜等の構造のものである。しかして、第２図に示すのはサ
ーマルヘツドの１ドツト分の断面形状であり、実際には
電極層５が所定のパターンにエツチングされることによ
り、このような積層構造が多数のドツト分だけ連続的に
形成されている。

なお、第２図には、実際にサーマルヘツド１を使用する
場合の一例として、このサーマルヘツド１が記録紙７を
介してプラテン８に当接している状態を示す。

このような構造のものは、記録紙７として感熱紙または
熱転写紙を用い、ドツトを形成すべき部分の発熱抵抗層
４を発熱させる。発熱抵抗層４の発熱は電極層５に通電
することにより行なう。これにより、記録紙７には発熱
した発熱抵抗層４に接触する部分にドヅトが形成され
る。そこで、プラテン８を回転させることにより記録紙
７とサーマルヘツド１とを相対的に移動させ、その過程
において選択的にドツトを形成すれば、記録紙７に印字
がなされる。

発明が解決しようとする問題点近年、サーマルヘツド１を用いた印字装置においては、
高密度化やカラー印字化、多重印字や階調印字の表現
等、高性能化が進んでいる。これらのいずれの印字にお
いても、印字速度を高速化する必要がある。このため、
保護層６と記録紙７との間の摩擦が増大する。同時に、
高速印字を行なう場合、１ドツトを形成するために与え
られる時間的な余裕は当然に少なくなる。したがつて、
短時間で鮮明なドツトを形成するためには、発熱抵抗層
４に与える印加電圧をより強くする必要がある。このた
め、サーマルヘツド１が高温化する。

また、サーマルヘツド１により印字を行なう対象たる記
録紙７は、常に理想的なものが使用されるとは限らな
い。ユーザー側の諸般の事情により、発色感度の悪いも
のや平滑度の低いもの、厚紙に発色剤が塗布された感熱
紙等の特殊なものが用いられることもある。そこで、こ
のような特殊な記録紙７に対しても、印字むらや印字か
すれ等がない高品質な印字を行なうためには、通常の二
倍程度の押圧力をもつてサーマルヘツド１をプラテン８
に押圧させる必要がある。このため、保護層６と記録氏
７との間の摩擦が増大する。同時に、電極層５の切目部
分において保護層６にクラツクが生じ易い。

したがつて、保護層６として用いられるものは、高速度
印字及びプラテン８に対する強い押圧力に対応し、初期
の性能を維持できるものでなければならない。しかしな
がら、保護層６として例示した前述の〜の構造のも
のは、そのような高速度印字や特殊な記録紙に対応した
印字を行なつた場合に生ずる各種の状況に完全に対処す
ることができないという欠点を有する。以下、〜の
構造のものにつき、それらの欠点を個別的に説明する。

のSiO₂／Ta₂O₅の積層薄膜は、硬度が低く、耐摩耗性
に劣るという欠点を有する。したがつて、高速度印字に
も特殊な記録紙に対応した印字にも不向きである。

のSi₃N₄単層薄膜は、電極層５の切目部分でクラツク
が生じ易いという欠点を有する。これは、電極層５とし
て通常用いられるAlは柔らかなため、硬度の高いSi₃N₄
による保護層６ではその内部応力が強くなるからであ
る。したがつて、プラテン８に強く当接させる必要があ
る特殊な記録紙に対応した印字に不向きである。

のSiCの単層薄膜は、化学的に不安定であり、記録紙
７の発色剤と反応し易く、その結果として異常摩耗を起
すという欠点を有する。このような悪癖は、サーマルヘ
ツド１が高温になればより顕著に発現する。また、耐ク
ラツク性に劣るという欠点も有する。したがつて、高速
度印字にも特殊な記録紙に対応した印字にも不向きであ
る。

のAl₂O₃の単層薄膜は、耐湿性に劣るという欠点を有
する。しかも、サーマルヘツド１が高温になれば益々耐
湿性が悪くなる。そこで、電極層５として通常用いられ
るAlは、記録紙７に含まれる水分の蒸発やイオンにより
侵され、いわゆる電界腐食を生じ易い。このように電界
腐食が生ずると、電極層５の抵抗値が上昇して印字時に
ドツト抜けを誘発してしまう。したがつて、高速度印字
に不向きである。

問題点を解決するための手段本発明は、基板上において最上層に形成される保護層
を、Al₂O₃を主成分とするAl₂O₃とSiO₂との混合物により
形成した。

作用このような保護層は、耐摩耗性、耐クラツク性、化学安
定性及び耐湿性等に関し、いずれも所定の性能を発揮す
る。したがつて、高速度印字を行つたとしても、摩耗が
少なく、高温化による不都合も無視できる程少ない。ま
た、特殊な記録紙に対応するためにプラテンへの圧接力
を強めたとしても、摩耗が少ないのは勿論、電極層の切
目部分におけるクラツクの発生も防止することができ
る。

実施例本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。本実施
例は、サーマルヘツド10における１ドツト分に対応する
膜構成を示すものである。すなわち、Al₂O₃よりなる基
板11が設けられ、この基板11上にはガラスグレーズ層12
が形成されている。さらに、発熱抵抗層13、電極層14及
び保護層15が順次積層形成されている。

前記発熱抵抗層13は、BaRuO₃をRFスパツタリング法によ
り成膜した1000Åの薄膜である。

前記電極層14は、アルミニウム（以下、Alという）をDC
スパツタリング法により成膜した１μｍの薄膜である。
この電極層14は、フオトエツチング等の微細加工技術に
より所定の形状に形成され、その除去部分における発熱
抵抗層13は発熱抵抗体16とされている。この発熱抵抗体
16は、サーマルヘツド10全体としてはアレイ状に多数個
配列され、１ドツト分の大きさは100μｍ×120μｍで1m
m²当り８ドツト分形成されている。

前記保護層15は、Al₂O₃とSiO₂との混合物をRFスパツタ
リング法や電子ビーム蒸着法等により成膜した５μｍの
薄膜である。その混合比は、Al₂O₃が65モル％、SiO₂が3
5モル％である。

このような構成において、サーマルヘツド10による印字
動作は従来の一例として説明したものと同一であり、そ
の説明は省略する。一方、本実施例における保護層15
は、耐摩耗性，耐クラツク性、化学安定性及び耐湿性に
つき、いずれの性能も所定の基準を上回る。したがつ
て、不都合なく高速度印字や特殊記録紙に対応した印字
を行うことができる。以下、実測値を基に、これを実証
する。

まず、耐摩耗性を調べるために、ビツカース硬度を測定
した。比較のため、従来の技術の項でも説明した以下の
構造の保護層も同時に測定した。

SiO₂とTa₂O₅とを積層した薄膜 Si₃N₄による単層薄膜 SiCによる単層薄膜 Al₂O₃による単層薄膜なお、これらの保護層は、本実施例における保護層15と
条件を同じにするため、すべて５μｍの薄膜とした。し
かして、実験の結果、表１に示すような測定値が得られ
た。表１より明らかなように、Al₂O₃とSiO₂との混合物である保護層15は、他のも
のとの比較においては特に高硬度であるとはいえない
が、ビツカース硬度が500〜700km／mm²であるSiO₂／Ta₂
O₅の積層薄膜による保護層よりも硬度に優る。ここで、
高速度印字や特殊な記録紙に対応した印字を行う場合、
ビツカース硬度が500〜700km／mm²程度では直ぐに摩耗
してしまい現実の使用に耐えられないが、ビツカース硬
度が1000〜1200km／mm²であれば一応の耐摩耗性が得ら
れる。したがつて、本実施例の保護層15でも高速度印字
等に対応した耐摩耗性は充分に確保されているといえ
る。

ついで、耐湿性を調べるために、プレツシヤークツカー
試験を行つた。試験対象は、前述のビツカース硬度を測
定したもの全部である。試験条件は、120℃、２気圧で4
8時間放置した。その結果、のAl₂O₃の単層薄膜による
保護層のみ、薬品に侵されたようなしま模様やしみが発
生し、その他のものには異常が生じなかつた。したがつ
て、Al₂O₃よりなる保護層のみが耐湿性に劣つているこ
とが確かめられた。

さらに、サーマルヘツド10を実際に印字装置に装着して
実験してみた。比較のため、上記〜の構造の保護層
を有するものも同一条件下で実験した。実験は、特殊な
記録紙に対応した高速度印字という条件下で行つた。具
体的には、図示しない記録紙として、厚紙に白色剤や発
色剤が塗布された発色感度の低い特殊紙を用いた。そこ
で、図示しないプラテンに対するサーマルヘツド10の押
圧力は、900〜1000g／cm²と通常の二倍程度にした。ま
た、印加エネルギーを50mJ／secとし、記録紙の送り速
度は75mm／secと高速度化した。以下、保護層15及び他
の四種の保護層についての実験結果を示す。

まず、のSiO₂／Ta₂O₅の積層薄膜による保護層は、約3
km走行させた時点で表面に大きな傷が無数にできた。こ
れは、記録紙中に含まれる硬質粒子や空気中のごみ等の
異物がプラテとの圧接部に巻き込まれたためと推定され
る。その後、約18km走行させた時点で傷が発熱抵抗層12
にまで達し、印字不良となつた。したがつて、ビツカー
ス硬度の測定値とも符号し、このような保護層が耐摩耗
性に劣ることが実証された。

ついで、のSi₃N₄の単層薄膜による保護層は、約3km走
行後に発熱抵抗体16の中央部に保護層膜の膨れが生じ、
約5km走行後には当該部分が欠落して印字不良となつ
た。電極層14の切目部分にクラツクが生じたためと思わ
れる。

ついで、はSiCの単層薄膜による保護層は、約3km走行
後にクラツクが発生し、発熱抵抗層13が傷ついて印字不
良となつた。

ついで、のAl₂O₃の単層薄膜による保護層は、約10km
走行した時点で電極層14の抵抗値が数％上昇し、さらに
16km走行した時点では電極層14の抵抗値は数十％上昇し
てドツト抜けを起した。これは、電極層14に電界腐食が
生じたためであり、プレツシヤークツカー試験の試験結
果とも符合し、このような保護層が耐湿性に劣ることが
実証された。

しかして、本実施例における保護層15に関しては、30km
走行させた後もクラツクや膜の膨れ等がなく、電極層14
の抵抗値変化も初期状態から１％程度と安定していた。
これにより、ビツカース硬度測定で確かめられたように
一応の硬度を有し、プレツシヤークツカー試験で確かめ
られたように耐湿性に問題がないことが裏付けられた。
また、耐クラツク性や化学安定性にも優れていることが
実証された。

一方、電極層14として用いたAlは、従来から一般に用い
られている安価なものであり、柔軟性が高いために保護
層15内の内部応力を高め易く、クラツク発生の一因であ
るとされていた。ところが、実験によつても、このよう
な電極層14を用いたとしても保護層15にはクラツクが生
じないことが確かめられた。

なお、保護層15におけるSiO₂の混合比に関しては、60モ
ル％以上になると硬度が低下して耐摩耗性に劣り、５モ
ル％以下になると耐クラツク性や化学安定性に劣ること
が実験により確かめられた。したがつて、実施にあたつ
ては、SiO₂の混合比が20モル％〜45モル％のAl₂O₃を主
成分とした保護層15を形成することが望ましい。

発明の効果本発明は、基板上の積層構造のうち最上部の保護層をAl
₂O₃を主成分とするAl₂O₃とSiO₂との混合物により形成し
たので、耐摩耗性、耐クラツク性、耐湿性及び化学安定
性に優れた保護層が得られ、したがつて、高速度印字や
特殊な記録紙に対応した印字が可能となり、印字の高密
度化やカラー化、多重印字や階調印字の実現に供し、記
録紙に関しては発色感度の悪いものや平滑度の低いもの
等の特殊なものに対する印字を可能にし、印字可能性の
拡大に寄与する等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す１ドツト分の縦断側面
図、第２図は従来の一例を示す１ドツト分の縦断側面図
である。 11……基板、13……発熱抵抗層、14……電極層、15……
保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−90050（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−25976（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−46656（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性を有する基板上に発熱抵抗層と所定
のパターンの電極層と保護層とを順次積層形成してなる
サーマルヘツドにおいて、前記保護層をAl₂O₃を主成分
とするAl₂O₃とSiO₂との混合物により形成したことを特
徴とするサーマルヘツド。
【請求項２】電極層をアルミニウムまたはアルミニウム
を主成分とした合金により形成した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ツド。