JPH07137319A

JPH07137319A - 厚膜サーマルヘッド

Info

Publication number: JPH07137319A
Application number: JP26229093A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Obata; 忍小畠
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】薄膜サーマルヘッドに比して生産性及びコス
ト面で有利な厚膜サーマルヘッドにおいて、高速印字化
及び低消費電力化を図る。【構成】基板と、該基板上に形成される蓄熱層と、該
蓄熱層上に形成される発熱層とを具備する厚膜サーマル
ヘッドにおいて、上記蓄熱層を樹脂とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚膜サーマルヘッドに
おける蓄熱層を初めて樹脂で形成することを可能とした
ものである。即ち、本発明は、蓄熱層を樹脂とした厚膜
サーマルヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ、プリンタ等に搭載される
厚膜サーマルヘッドは、一般に、図１及び図２にその断
面図及び上面図を示すように、基板１上にガラスからな
る蓄熱層（グレーズ層）２が形成され、上記グレーズ層
２上に共通電極層３及び個別電極層４が形成され、上記
グレーズ層２上に上記共通電極層３及び個別電極層４を
跨ぐように発熱層５が形成され、更にこの発熱層５上に
ガラス等の保護層６が形成されるという構成を有し、次
のようにして製造される。先ず、セラミック製の基板１
上にガラスペーストを印刷し、これを約１３００〜１５
００℃で焼成してグレーズ層２が形成され、上記グレー
ズ層２上に導体ペーストを印刷し、約８００〜９００℃
で焼成し、これをエッチングして共通電極層３及び個別
電極層４がパターン形成される。次に、酸化ルテニウム
等の金属酸化物粉末と軟化点約７００℃のガラス粉末
（ガラスフリット）とを有機溶剤でペースト状とした抵
抗ペーストを、上記グレーズ層２上に、上記共通電極層
３と個別電極層４とに跨るように帯状に印刷し、約８０
０〜８５０℃で焼成して発熱層５が形成され、更に、上
記発熱層５上にガラスペーストを印刷し、約８００〜９
００℃で焼成してガラス等の保護層６が形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来より、ファクシミ
リ、プリンタ等において、高速印字化且つ低消費電力
化、即ち印字効率の向上が技術的課題とされてきてお
り、この課題を達成すべくサーマルヘッドの改善が進め
られている。上記印字効率を向上させ得る手段の一つと
して、例えばＴＯＳＨＩＢＡＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥ
ＶＩＣＥＮＥＷＳ１９９０年１２月号Ｎｏ．２７
１〜４頁、昭和６３年電子情報通信学会秋季全国大会
要旨集Ｄ−８７等に記載されているように、サーマル
ヘッドの蓄熱層をポリイミド等の樹脂で形成することが
知られている。上記蓄熱層を耐熱性樹脂とする場合は、
ガラスを蓄熱層とする場合に比して、発熱層で発生する
熱の蓄熱及び放熱を迅速に行うことができ、結果として
印字効率を向上し得るのである。

【０００４】しかしながら、上記文献類には、サーマル
ヘッドにおける各層をスパッタリング、蒸着法等の薄膜
形成法により形成する、いわゆる薄膜サーマルヘッドを
対象として記されたものであり、印刷・焼成により発熱
層等を形成する厚膜サーマルヘッドにおいては、樹脂を
蓄熱層とすることはできなかった。即ち、蓄熱層とされ
る上記ポリイミド等の樹脂は、その熱分解される温度
（熱分解温度）が約５００〜５５０℃であり、従来のガ
ラス製の蓄熱層よりも遙かに低い温度で分解、変形する
ために、薄膜サーマルヘッドのようにスパッタリングや
蒸着法で樹脂蓄熱層上に発熱抵抗体層等を形成する場合
は、層形成時の温度が３００℃前後で行われるために、
上記樹脂蓄熱層を劣化させることがないが、一方、厚膜
サーマルヘッドの場合は、上記のように発熱層を約８０
０〜８５０℃という高温で形成するために、樹脂蓄熱層
が熱分解してしまい、樹脂蓄熱層の特性を著しく劣化さ
せてしまうのである。

【０００５】このような技術の現状において、厚膜サー
マルヘッドにおいて樹脂蓄熱層を用いようとすると、発
熱層を、樹脂蓄熱層の熱分解温度よりも低い温度である
５００℃以下の温度において形成することが必要条件と
考えられる。そこで、発熱層を形成するための抵抗ペー
スト中のガラスフリットを従来のものより低い低軟化点
のもの、例えば軟化点３００〜４００℃のものとし、発
熱層を５００℃以下の温度で焼成して形成したところ、
樹脂蓄熱層の特性は保持されるものの、サーマルヘッド
を作動させるのに必要な入力エネルギーより遙かに低い
エネルギー値において発熱層のシート抵抗値の著しい変
化が生じ、サーマルヘッドとしての耐電力特性が著しく
劣化することになるのである。

【０００６】本発明は、薄膜サーマルヘッドに比して生
産性及びコスト面で有利な厚膜サーマルヘッドにおい
て、蓄熱層に樹脂を用いることにより、高速印字化及び
低消費電力化を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、厚膜サーマルヘッド
における発熱層を、金属酸化物を含有する高軟化点ガラ
ス粒子を低軟化点ガラス及び有機溶剤を含有するペース
トに混入し、これを焼成して形成するときは、樹脂から
なる蓄熱層の特性劣化を生じさせることのない比較的低
温で形成し得、しかも発熱層の耐電力特性を低下するこ
となく、サーマルヘッドとしての発熱効率を非常に向上
し得ることを見出した。

【０００８】即ち、本発明は、次の厚膜サーマルヘッド
に係るものである。基板と、該基板上に形成される蓄熱層と、該蓄熱層
上に形成される発熱層とを具備する厚膜サーマルヘッド
において、上記蓄熱層が樹脂からなることを特徴とする
厚膜サーマルヘッド。基板と、該基板上に形成される蓄熱層と、該蓄熱層
上に形成される発熱層とを具備する厚膜サーマルヘッド
において、上記蓄熱層が、上記発熱層の形成温度より高
い熱分解温度を有する樹脂からなる上記に記載の厚膜
サーマルヘッド。発熱層が、金属酸化物を含有する高軟化点ガラス粒
子と低軟化点ガラスと有機ビヒクルとを含有するペース
ト体の焼成体である上記又はに記載の厚膜サーマル
ヘッド。金属酸化物を含有する高軟化点ガラス粒子が、金属
及び／又は金属酸化物と高軟化点ガラス粒子と有機ビヒ
クルとを含有するペースト体を焼成・粉砕して得られる
ものである上記に記載の厚膜サーマルヘッド。

【０００９】本発明における基板としては、従来よりサ
ーマルヘッドにおいて使用されるものを用いることがで
き、例えばセラミック製、ステンレス鋼製等の絶縁性及
び導電性の基板を例示でき、これらの中でも硬度が高く
且つ熱膨張率が低いセラミック製基板を好ましく使用す
ることができる。本発明において蓄熱層の形成に用いら
れる樹脂としては、厚膜プリントヘッドの実動作温度
（約３００〜５００℃）で変形、流動及び熱分解せず、
用いる基板との密着性が実動作の繰り返しにおいても良
好に確保されるものであれば特に限定されることなく使
用でき、例えばポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フ
ェノール系樹脂等の耐熱性樹脂を例示することができ
る。これら樹脂は、その一種もしくは二種以上を、上記
基板上の一部乃至全部に印刷等により塗着し、必要に応
じて加熱し、硬化させて蓄熱層とされる。

【００１０】また、本発明において発熱層は、樹脂から
なる上記蓄熱層を劣化させない温度、即ち樹脂蓄熱層を
変形、流動及び熱分解しない温度で焼成して形成可能な
ことが必要であり、焼成温度を約５００℃以下にするこ
とが好ましい。このために、本発明では、例えば金属酸
化物を含有する高軟化点ガラス粒子を、低軟化点ガラス
ペーストに混入して得られるペースト体を焼成すること
により発熱層を比較的低温で形成することができる。よ
り具体的には、図３（ａ）に示すように、金属及び／又
は金属酸化物Ａと、軟化点約５００℃以上、より好まし
くは６５０℃以上の高軟化点ガラスフリットＢと、有機
溶剤及び樹脂からなる有機ビヒクルＣとを含有する抵抗
ペーストＤを焼成して、図３（ｂ）に示すように、高軟
化点ガラスＢ’中に金属酸化物Ａ’を分散させた焼成体
を得、これを粉砕して、図３（ｃ）に示すように、ガラ
ス粒子Ｅを形成し、更に、図３（ｄ）に示すように、こ
のガラス粒子Ｅを低軟化点ガラスフリットＦとともに、
有機溶剤と樹脂からなる有機ビヒクルＣ’に混合してペ
ースト体Ｇとし、図３（ｅ）に示すように、このペース
ト体Ｇを上記蓄熱層上に印刷し、上記低軟化点ガラスフ
リットＦの焼成可能な温度で焼成することにより低軟化
点ガラスＦ’中に上記ガラス粒子Ｅが分散した発熱層Ｈ
を形成することができる。上記低軟化点ガラスフリット
は、例えば上記蓄熱層として熱分解温度５５０℃のポリ
イミド樹脂を用いた場合、その軟化点を約５００℃以
下、より好ましくは約３００〜４００℃とされることに
より、上記熱分解温度以下の温度、例えば５００℃で焼
成して発熱層を形成することができる。上記金属酸化物
と高軟化点ガラスフリットとの混合比は、所望の抵抗値
により適宜選択され得るものである。また、上記抵抗ペ
ーストＤとして、例えば従来より発熱層の形成に用いら
れる抵抗ペースト等を使用することができる。

【００１１】上記抵抗ペースト中の金属及び／又は金属
酸化物、並びに高軟化点ガラスフリットは、その粒径を
小さくして用いられるほど、得られる上記金属酸化物を
含有する高軟化点ガラス粒子中の金属酸化物の分散状態
を均一に近づけることができるので、金属及び金属酸化
物は、平均粒径約５μｍ以下とされるのが好ましく、特
に約１μｍ以下とされるのがより好ましく、上記高軟化
点ガラスフリットは平均粒径約５μｍ以下とされるのが
好ましく、より好ましくは約３μｍ以下とされる。ま
た、上記金属酸化物を含有する高軟化点ガラス粒子及び
これとともに有機ビヒクル中に分散させられる上記低軟
化点ガラスフリットもその粒径を小さくして用いられる
ほど均一な混合状態に近けることができるので、両者と
も平均粒径約６μｍ以下とされるのが好ましく、より好
ましくは、上記金属酸化物を含有する高軟化点ガラス粒
子が平均粒径約５μｍ以下、上記低軟化点ガラスフリッ
トが平均粒径約３μｍとされる。このように粒径を小さ
く調整することにより、得られる発熱層のシート抵抗値
のばらつきをより抑制して、同一の特性の発熱層を安定
して得ることができる。

【００１２】上記金属及び／又は金属酸化物としては、
例えばルテニウム、インジウム、ジルコニウム、パラジ
ウム、ロジウム、白金等の金属、及びこれら金属の酸化
物を例示でき、これらの一種もしくは二種以上を用いる
ことができる。また、上記金属及び／又は金属酸化物の
他に、アルミナ等の無機質フィラーを必要に応じて適宜
加えることで上記金属酸化物を含有する高軟化点ガラス
粒子の強度等を向上することができる。

【００１３】また、上記金属酸化物を含有する高軟化点
ガラス粒子と低軟化点ガラスフリットとをペースト状と
するために用いられる上記有機ビヒクルとしては、上記
発熱層の形成時の焼成温度において焼失するものであれ
ば特に限定することなく使用でき、例えばエチルセルロ
ース、ロジン等の樹脂を、例えばテレピネオール、ブチ
ルカルビトールアセテート、エチレングリコール等の有
機溶剤を用いて、適当な粘度の樹脂ペーストに調整し、
必要に応じて、例えば白金、金等の金属、酸化ジルコニ
ウム等の金属酸化物、アルミナ等のセラミック等の無機
フィラーを得られる発熱体の特性を著しく阻害しない範
囲で適宜添加して、使用することができる。また、上記
金属酸化物を含有する高軟化点ガラス粒子と低軟化点ガ
ラスフリットとを有機ビヒクルに混合するとき、上記低
軟化点ガラスフリットの混合比が、上記金属酸化物を含
有する高軟化点ガラス粒子に対して余りに大きくなる
と、耐電力特性が低下したり、得られる発熱層中の金属
酸化物の含有率が小さくなって該発熱層の抵抗値調整の
幅が制限されるばかりか、抵抗値が過剰に大きなものと
なってしまい、一方上記低軟化点ガラスフリットの混合
比が小さすぎると、得られる発熱層の蓄熱層に対する密
着性が低下してしまうので、上記金属酸化物を含有する
高軟化点ガラスと低軟化点ガラスフリットとの混合比と
しては、重量比で前者：後者＝約４０〜９５：６０〜５
とするのが好ましく、より好ましくは約５０〜９０：５
０〜１０とされる。

【００１４】更に、本発明において、上記のように調整
されたペースト体を用いて発熱層を形成する場合、上記
ペースト体を多層に印刷することにより上記発熱層の層
厚を大きくすることにより、サーマルヘッドにおける発
熱層としての耐電力特性を向上することができる。尚、
本発明において、上記蓄熱層上に、上記発熱層を選択的
に発熱させるために該発熱層と一部重なり接続される共
通電極層及び個別電極層が設けられるが、これら電極層
は、例えば、有機金ペースト等の有機金属ペーストを印
刷・焼成し、これをホトリソグラフィによりパターンニ
ングすることにより形成されることができ、このように
形成すれば蓄熱層である樹脂の特性及び形状を変化させ
ない温度（約３００〜５００℃以下）で行うことができ
る。

【００１５】また、本発明においては、必要に応じて、
上記発熱層の摩耗を防止するとともに、上記発熱層、蓄
熱層等の各層を保護する目的で、発熱層が形成された基
板上における少なくとも該発熱層上に保護層を形成して
もかまわない。上記保護層は、例えばＴａ₂Ｏ₅、ＳｉＡ
ｌＯＮ、ＳｉＯ₂等の絶縁物質をスパッタリングや蒸着
法により形成したり、耐熱性の樹脂を印刷・硬化した
り、低軟化点ガラスを印刷・焼成したりして設けられ得
る。このようにして保護層を設ければ、蓄熱層である樹
脂の特性及び形状を変化させない温度（約２００〜４０
０℃）で行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下実施例を示し、本発明の特徴とするとこ
ろをよ詳細に説明するが、本発明がこれら実施例に限定
されることはない。尚、以下に示す実施例は、図１及び
図２に従い説明される。（実施例１）先ず、アルミナ製の基板１０上の全面に、
熱分解温度が５５０℃のポリイミド樹脂を印刷し、熱硬
化させて層厚約２０μｍの蓄熱層２０を形成した。次
に、上記蓄熱層２０上の所定位置に有機金ペーストを印
刷し、５００℃で焼成した後、ホトリソグラフィにより
パターンニングして櫛歯状の共通電極層３０及び個別電
極層４０を形成した。

【００１７】そして、平均粒径１μｍのＲｕＯ₂５０重
量％と、平均粒径３μｍでＳｉＯ₂及びＰｂＯを主成分
とする軟化点７００℃のガラスフリット４７重量％と、
平均粒径１μｍのＺｒＯ₂３重量％とを、エチルセルロ
ース樹脂及びテレピネオールからなる有機ビヒクル中に
混入してペースト体を得、このペースト体を８５０℃で
焼成し、この焼成体を粉砕して平均粒径５μｍの酸化ル
テニウムを含有するガラス粒子を得た。次に、このガラ
ス粒子８７重量％と、平均粒径３μｍでＳｉＯ₂及びＰ
ｂＯを主成分とする軟化点３５０℃のガラスフリット１
３重量％とを上記で用いたのと同様の有機ビヒクル中に
混入しペースト体を得た。そして、このペースト体を上
記共通電極層３０及び個別電極層４０上に跨るように帯
状に印刷し、５００℃で焼成し、発熱層５０を形成し
た。

【００１８】その後、上記共通電極層３０，個別電極層
４０及び発熱層５０上にＴａ₂Ｏ₅をスパッタリングによ
り３００℃で蒸着し保護膜６０を形成し、厚膜サーマル
ヘッドを製造した。（実施例２）上記実施例１と同様にして基板上に蓄熱
層、共通電極層及び個別電極層を形成した。そして、上
記実施例１と同様にして平均粒径５μｍの酸化ルテニウ
ムを含有するガラス粒子を得た。このガラス粒子６８重
量％と、平均粒径３μｍでＳｉＯ₂及びＰｂＯを主成分
とする軟化点３５０℃のガラスフリット３２重量％とを
上記で用いたのと同様の有機ビヒクル中に混入しペース
ト体を得た。このペースト体を上記共通電極層及び個別
電極層上に跨るように帯状に印刷し、５００℃で焼成
し、発熱層を形成した。

【００１９】以下実施例１と同様にして厚膜サーマルヘ
ッドを製造した。（実施例３）上記実施例１と同様にして基板上に蓄熱
層、共通電極層及び個別電極層を形成した。そして、上
記実施例１と同様にして平均粒径５μｍの酸化ルテニウ
ムを含有するガラス粒子を得た。このガラス粒子５７重
量％と、平均粒径３μｍでＳｉＯ₂及びＰｂＯを主成分
とする軟化点３５０℃のガラスフリット４３重量％とを
上記で用いたのと同様の有機ビヒクル中に混入しペース
ト体を得た。このペースト体を上記共通電極層及び個別
電極層上に跨るように帯状に印刷し、５００℃で焼成
し、発熱層を形成した。

【００２０】以下実施例１と同様にして厚膜サーマルヘ
ッドを製造した。（比較例１）アルミナ基板上にガラスペーストを印刷
し、これを１４００℃で焼成してガラスグレーズ層を形
成し、上記ガラスグレーズ層上に導体ペーストを印刷
し、８００℃で焼成し、これをエッチングして共通電極
層及び個別電極層をパターン形成した。次に、平均粒径
１μｍのＲｕＯ₂４０重量％と、平均粒径３μｍでＳｉ
Ｏ₂及びＣａＯを主成分とする軟化点７００℃のガラス
フリット５７重量％と、平均粒径１μｍのＺｒＯ₂３重
量％とを、エチルセルロース樹脂及びテレピネオールか
らなる有機ビヒクル中に混入してペースト体を得、この
ペースト体を、上記ガラスグレーズ層上に、上記共通電
極層と個別電極層とに跨るように帯状に印刷し、８００
℃で焼成して発熱層を形成し、更に、上記発熱層上にガ
ラスペーストを印刷し、８００℃で焼成してガラスの保
護層を形成して、従来の厚膜サーマルヘッドを製造し
た。

【００２１】（比較例２）上記実施例１と同様にして基
板上に蓄熱層、共通電極層及び個別電極層を形成した。
そして、平均粒径１μｍのＲｕＯ₂４０重量％と、平均
粒径３μｍでＳｉＯ₂及びＰｂＯを主成分とする軟化点
３５０℃のガラスフリット５７重量％と、平均粒径１μ
ｍのＺｒＯ₂３重量％とを、エチルセルロース樹脂及び
テレピネオールからなる有機ビヒクル中に混入してペー
スト体を得、このペースト体を、上記蓄熱層上に、上記
共通電極層と個別電極層とに跨るように帯状に印刷し、
５００℃で焼成して発熱層を形成した。以下、実施例１
と同様にして厚膜サーマルヘッドを製造した。

【００２２】［耐電力特性及び消費電力特性］上記実施
例及び比較例で得られた厚膜サーマルヘッドを動作させ
たときの、入力エネルギーに対する発熱抵抗体層の抵抗
値の変化率を調べることにより耐電力特性を試験した。
その結果を、図４に示す。図４からも判るように、本発
明の厚膜サーマルヘッドが従来の厚膜サーマルヘッドと
同等近い耐電力特性を有することは明白である。尚、図
中、縦軸である平均抵抗値変化率が±１５％以内であれ
ば、サーマルヘッドとして実用上問題はない。

【００２３】また、本発明の厚膜サーマルヘッドと従来
の厚膜サーマルヘッドとの発熱効率を、発熱抵抗体層を
所定の温度に発熱させるのに必要な入力エネルギー量に
より比較し、消費電力特性を試験した。その結果、本発
明の厚膜サーマルヘッドは、従来の厚膜サーマルヘッド
に比して発熱効率が約５０％高く、本発明の厚膜サーマ
ルヘッドが低消費電力で動作可能なものと判った。

【００２４】以上の結果から、本発明の厚膜サーマルヘ
ッドは、その発熱層が従来の半分の入力エネルギーによ
り同等近い発熱量を得ることができるもので、実作働時
における耐電力特性は、従来のものの２倍程度となる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、厚膜サーマルヘッドに
おける蓄熱層を樹脂で形成し得るので、発熱層が発熱し
たときの蓄熱と放熱とを迅速に切り換え行うことがで
き、しかも上記発熱層を発熱させるための入力エネルギ
ーを小さくして高温に発熱させることができるから、厚
膜サーマルヘッドにおける高速印字化及び低消費電力化
を図ることができるのである。

【００２６】このように、本発明の厚膜サーマルヘッド
は、蓄熱層を樹脂とすることを初めて実現した実用性の
高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な厚膜サーマルヘッドの構造を示す要部
断面図である。

【図２】図１の上面図である。

【図３】本発明の厚膜サーマルヘッドにおける発熱層を
形成するためのペースト体の製造過程及び発熱層とされ
たときの状態を示す模式図である。

【図４】本発明の実施例の厚膜サーマルヘッドの耐電力
特性を示す入力エネルギー−抵抗値変化率を表すグラフ
である。

【符号の説明】

１０基板２０蓄熱層３０共通電極層４０個別電極層５０発熱層６０保護層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に形成される蓄熱層
と、該蓄熱層上に形成される発熱層とを具備する厚膜サ
ーマルヘッドにおいて、上記蓄熱層が樹脂からなること
を特徴とする厚膜サーマルヘッド。
【請求項２】基板と、該基板上に形成される蓄熱層
と、該蓄熱層上に形成される発熱層とを具備する厚膜サ
ーマルヘッドにおいて、上記蓄熱層が、上記発熱層の形
成温度より高い熱分解温度を有する樹脂からなる請求項
１に記載の厚膜サーマルヘッド。
【請求項３】発熱層が、金属酸化物を含有する高軟化
点ガラス粒子と低軟化点ガラスと有機ビヒクルとを含有
するペーストの焼成体である請求項１又は２に記載の厚
膜サーマルヘッド。
【請求項４】金属酸化物を含有する高軟化点ガラス粒
子が、金属及び／又は金属酸化物と高軟化点ガラス粒子
と有機ビヒクルとを含有するペーストを焼成・粉砕して
得られるものである請求項３に記載の厚膜サーマルヘッ
ド。