JPH08127142A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱抵抗体を保護膜によって長期間にわたり良
好に被覆しておくことができ、かつ、感熱紙等に常に鮮
明な印字画像を形成することが可能な高信頼性のサーマ
ルヘッドを提供する。 【構成】電気絶縁性基板１上に発熱抵抗体２を設けると
ともに、該発熱抵抗体２をガラスからなる保護層４によ
って被覆してなるサーマルヘッドであって、前記保護層
４中に、複数個の平板状結晶５を、その面方向Ａが保護
層表面と略平行となるように混在させる。これにより、
保護層４に大きな外力が印加されても、保護層４中の応
力は平板状結晶５の面方向に拡散され、保護層４にクラ
ックが発生するのを有効に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサやフ
ァクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマ
ルヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機
構として組み込まれるサーマルヘッドは、図２（ａ）
（ｂ）に示す如く、アルミナセラミックス等からなる電
気絶縁性基板１１上に、窒化タンタル等からなる発熱抵
抗体１２と、アルミニウム等からなる一対の導電層１３
と、ガラスや窒化珪素等からなる保護層１４とを順次被
着させた構造を有しており、前記一対の導電層１３間に
印字信号に基づいて所定の電力を印加し、発熱抵抗体１
２を選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した
熱をプラテンローラ等によって押圧される感熱紙等に伝
導させ、感熱紙等に所定の印字画像を形成することによ
ってサーマルヘッドとして機能する。

【０００３】尚、前記保護層１４は、発熱抵抗体１２や
一対の導電層１３を、感熱紙等の摺接による摩耗や大気
中に含まれる水分等の接触による酸化腐食から保護する
ためのものである。

【０００４】またかかるサーマルヘッドの保護層１４
は、通常、以下のようにして被着形成される。

【０００５】前記保護膜１４を厚膜手法によって形成す
る場合は、まず低軟化点ガラスを用いて作製したガラス
ペースト中にアルミナ等からなる硬質（ビッカース硬
度：１８Ｈｖ）の無機物粒子１４ａ（粒径：０．３〜
１．０μｍ）を添加混合するとともに、これをスクリー
ン印刷法によって発熱抵抗体１２が被着されたアルミナ
セラミックス製の電気絶縁性基板１１上に印刷塗布し、
しかる後、所定温度で焼成することによって図２（ａ）
に示すような保護層１４が形成される。このとき、保護
層１４を形成するのに低軟化点ガラスを用いるのは、ガ
ラスの焼成温度が高すぎると、発熱抵抗体１２等が熱に
よって変形する危険性があるからであり、また低軟化点
ガラス中に硬質の無機物粒子１４ａを含有させておくの
は、一般に軟質の低軟化点ガラスからなる保護層１４の
耐摩耗性を高くなすためである。

【０００６】一方、前記保護膜１４を薄膜手法によって
形成する場合は、発熱抵抗体１２が被着されたアルミナ
セラミックス製の電気絶縁性基板１１上に窒化珪素等の
硬質無機材料を従来周知のスパッタリング法によって所
定の厚みに被着させることによって図２（ｂ）に示すよ
うな保護層１４が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のサーマルヘッドにおいては、印字時、サーマルヘッ
ドと感熱紙等との間に異物を噛み込む等して保護層１４
に外力が印加された際、保護層１４に大きな応力が局部
的に発生することから、保護層１４内にクラック等が容
易に形成され、その結果、発熱抵抗体１２や一対の導電
層１３を保護層１４で良好に保護することが不可とな
り、発熱抵抗体１２等が早期に腐食されるという欠点を
有している。

【０００８】また図２（ａ）に示す従来のサーマルヘッ
ドにおいては、保護層１４の表面に無機物粒子１４ａの
形状に応じた凸部１４ｂが多数形成されることから、印
字時、特に印字の初期段階において感熱紙等との密着性
が悪くなり、感熱紙等に鮮明な印字画像を形成すること
ができないという欠点を有している。

【０００９】更に図２（ｂ）に示す従来のサーマルヘッ
ドにおいては、保護層１４をスパッタリング法等によっ
て形成すると、発熱抵抗体１２と導電層１３との間に導
電層１３の厚み分に相当する段差が存在することに起因
して、保護層１４の表面に窪みが形成される。このた
め、印字に際して感熱紙等の密着性が悪く、この場合
も、感熱紙等に鮮明な印字画像を形成することができな
い。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、上記欠点に鑑み案出されたも
ので、その目的は、発熱抵抗体を保護膜によって長期間
にわたり良好に被覆しておくことができ、かつ、感熱紙
等に常に鮮明な印字画像を形成することが可能な高信頼
性のサーマルヘッドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、電気絶縁性基板上に発熱抵抗体を設けるとともに、
該発熱抵抗体をガラスからなる保護層で被覆したサーマ
ルヘッドであって、前記保護層中に、複数個の平板状結
晶及び／又は棒状結晶を、その面方向もしくは長さ方向
が保護層表面と略平行となるように混在せしめたことを
特徴とする。

【００１２】また本発明のサーマルヘッドは、前記平板
状結晶もしくは棒状結晶の熱伝導率が、保護層を形成す
るガラスの熱伝導率と略等しいか、もしくは、それより
も大きいことを特徴とする。

【００１３】更に本発明のサーマルヘッドは、前記平板
状結晶がマイカからなることを特徴とする。

【００１４】また更に本発明のサーマルヘッドは、前記
棒状結晶が、炭化珪素ウィスカー、アルミナウィスカ
ー、石英ガラス繊維、炭素繊維のうち、少なくとも１種
からなることを特徴とする。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に基づい
て詳細に説明する。

【００１６】図１（ａ）は本発明のサーマルヘッドの一
実施例を示す断面図、（ｂ）は保護層中に混在される平
板状結晶の斜視図であり、１は電気絶縁性基板、１ａは
グレーズ層、２は発熱抵抗体、３は一対の導電層、４は
保護層、４ａは第１保護層、４ｂは第２保護層、４ｃは
第３保護層、５は平板状結晶である。

【００１７】前記電気絶縁性基板１はアルミナセラミッ
クス等の電気絶縁性材料から成り、その上面で発熱抵抗
体２等を支持する作用を為す。

【００１８】前記電気絶縁性基板１は、アルミナ、シリ
カ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機
溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを
従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等
を採用することによってセラミックグリーンシートを形
成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定
形状に打ち抜き加工するとともに高温で焼成することに
よって製作される。

【００１９】また前記電気絶縁性基板１の上面には、ガ
ラス等から成るグレーズ層１ａが１５μｍ〜６０μｍの
厚みに被着形成されており、該グレーズ層１ａは発熱抵
抗体２の発する熱を適当な温度となるように蓄積し、サ
ーマルヘッドの熱応答特性を良好に保つ作用を為す。

【００２０】前記グレーズ層１ａは、例えば、高軟化点
ガラスの粉末に適当な有機溶剤、有機樹脂を添加混合し
て得たガラスペーストを電気絶縁性基板１の上面にスク
リーン印刷等によって印刷塗布し、しかる後、これを約
１０００℃〜１２００℃の高温で焼成することによって
電気絶縁性基板１の上面に被着形成される。

【００２１】更に前記グレーズ層１ａの上面には、窒化
タンタル等から成る複数個の発熱抵抗体２が被着配列さ
れており、該各発熱抵抗体２の両端には一対の導電層３
が接続されている。

【００２２】前記発熱抵抗体２は例えば窒化タンタル等
から成っており、それ自体が所定の電気抵抗率を有して
いるため、一対の導電層３を介して電力が印加されると
ジュール発熱を起こし、感熱紙等に印字画像を形成する
のに必要な所定温度、例えば２００℃乃至３５０℃の温
度に発熱する。

【００２３】また前記発熱抵抗体２の両端に接続される
一対の導電層３はアルミニウム等の金属材料から成って
おり、該一対の導電層３は発熱抵抗体２にジュール発熱
を起こさせるために必要な所定の電力を印加する作用を
為す。

【００２４】前記複数個の発熱抵抗体２及び一対の導電
層３は、従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグ
ラフィー技術を採用することによってグレーズ層１ａの
上面に所定パターン、所定厚み（発熱抵抗体２は０．０
１μｍ乃至０．５μｍの厚み、一対の導電層３は０．５
μｍ乃至２．０μｍの厚み）をもって被着される。

【００２５】また前記発熱抵抗体２及び一対の導電層３
の上面には、３層構造の保護層４が被着されており、該
保護層４は、第１保護層４ａ〜第３保護層４ｃを発熱抵
抗体２及び一対の導電層３上に順次被着させた構造とな
っている。

【００２６】前記発熱抵抗体２及び一対の導電層３上に
直に被着される第１保護層４ａは、窒化珪素等からなっ
ており、例えば、０．２〜２μｍの厚みをもって形成さ
れる。

【００２７】前記第１保護層４ａは、後述する第２保護
層４ｂ中に含まれる酸素が発熱抵抗体２に拡散しようと
するのを遮断することにより、発熱抵抗体２の酸化腐食
を有効に防止し、発熱抵抗体２の電気抵抗値を長期にわ
たり一定に保つ作用を為す。また前記第１保護層４ａ上
に被着される第２保護層４ｂは、複数個の平板状結晶
５、具体的には、数μｍ〜十数μｍ角で厚み０．１〜１
μｍ程度の大きさをもったマイカ（雲母：熱伝導率
１．８×１０^-3cal/cm・ｓec・deg ）等を複数個、低軟
化点ガラス（熱伝導率 約１．２×１０^-3cal/cm・ｓec
・deg ）中に２０〜４０重量％の割合で含有させて成
り、該平板状結晶５の面方向Ａが保護層４の表面と略平
行となるように混在されている。

【００２８】前記第２保護層４ｂは、感熱紙等とサーマ
ルヘッドとの間に異物が噛み込む等して保護層４に外力
が印加された際、保護層４の表面と略平行となる平板状
結晶５が保護層４中の応力をその面方向に拡散し、保護
層４に大きな応力が集中するのを有効に防止する作用を
為す。これにより保護層４内にクラックが発生すること
は殆どなくなり、発熱抵抗体２や一対の導電層３を保護
層４によって長期にわたり良好に保護することが可能と
なる。

【００２９】尚、前記平板状結晶５の熱伝導率を、第２
保護層４ｂを形成するガラスの熱伝導率と略等しいか、
もしくは、それよりも大きくなしておけば、発熱抵抗体
２から感熱紙等に伝導しようとする熱が平板状結晶５に
よって遮断されることはなく、感熱紙等に良好に印字画
像を形成することができる。従って平板状結晶５の熱伝
導率を、第２保護層４ｂを形成するガラスの熱伝導率と
略等しいか、もしくは、それよりも大きくなしておくこ
とが好ましい。

【００３０】また更に前記第２保護層４ｂ上に被着され
る第３保護層４ｃは、ビッカース硬度が１０００ｋｇ／
ｍｍ² 以上の硬質材料、例えば、窒化珪素、炭化珪素、
サイアロン等からなっており、例えば、３μｍの厚みを
もって形成される。

【００３１】前記第３保護層４ｃは、印字時における保
護層４の耐摩耗性を向上させる作用、具体的には、厚み
３μｍの窒化珪素で形成する場合、第３保護層４ｃがな
い場合に比し、走行寿命を１０〜２０ｋｍ程度延ばすこ
とができる。

【００３２】かかる保護層４は以下の方法によって形成
される。

【００３３】先ず発熱抵抗体２及び一対の導電層３が被
着された電気絶縁性基板１の上面に、従来周知のスパッ
タリング法等の薄膜手法によって窒化珪素を０．２〜２
μｍの厚みに被着させ第１保護層４ａを形成する。

【００３４】次に酸化鉛を５〜６０重量％含有する低軟
化点ガラスの粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加混合し
てガラスペーストを作製するとともに、これに所定量、
所定形状のマイカ５を添加したものを前記第１保護層４
ａ上にスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用し３〜８μ
ｍの厚みをもって塗布し、しかる後、これを約５００℃
の温度で焼成し第２保護層４ｂを形成する。尚、ガラス
ペーストを塗布した際にガラスペースト中のマイカ５が
該ペーストの表面と略平行に配向していなくても、ガラ
スペーストの粘度は焼成時に著しく低下し、該ペースト
の表面張力によって表面と略平行となる。この結果、第
２保護層４ｂの表面は平坦になり、印字の初期段階にお
いてもサーマルヘッドと感熱紙等との密着性が向上させ
るとともに、感熱紙等に鮮明な印字画像を形成すること
が可能となる。

【００３５】最後に前記第２保護層４ｂ上に、窒化珪素
をスパッタリング法等の薄膜手法によって１〜４μｍの
厚みに被着させ第３保護層を形成し、これによって保護
層４が形成される。

【００３６】かくして上述したサーマルヘッドは、一対
の導電層３間に印字信号に基づいて所定の電力を印加
し、発熱抵抗体２を選択的にジュール発熱させるととも
に、該発熱した熱をプラテンローラ等によって押圧され
る感熱紙等に伝導させ、感熱紙等に所定の印字画像を形
成することによってサーマルヘッドとして機能する。

【００３７】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能であり、例えば上記実施例におい
ては、第２保護層中に複数個の平板状結晶を混在させた
が、これに代えて、直径が１μｍ以下で長さが数μｍ〜
数十μｍの棒状結晶、具体的には、炭化珪素ウィスカ
ー、アルミナウィスカー、石英ガラス繊維、炭素繊維等
を複数個、その長さ方向が保護層表面と略平行となるよ
うに１０〜４０体積％の含有率で混在させたものや、或
いは、平板状結晶と前記棒状結晶とを両方とも混在させ
たものでも良く、この場合も、保護層の表面と略平行と
なる棒状結晶が保護層中の応力をその長さ方向に拡散す
るため、保護層に大きな応力が集中するのが有効に防止
され、上記実施例と同様の効果を奏する。

【００３８】またこの場合も、前記棒状結晶の熱伝導率
を、保護層を形成するガラスの熱伝導率と略等しいか、
或いは、それよりも大きくなしておけば、発熱抵抗体か
ら感熱紙等に伝導しようとする熱が棒状結晶によって遮
断されることはなく、感熱紙等に良好に印字画像を形成
することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、感熱
紙等とサーマルヘッドとの間に異物が噛み込む等して保
護層に外力が印加された際、保護層の表面と略平行とな
る平板状結晶や棒状結晶が保護層中の応力をその面方向
に拡散し、保護層に大きな応力が集中するのを有効に防
止する。これにより保護層内にクラックが発生すること
は殆どなくなり、発熱抵抗体や一対の導電層を保護層に
よって長期にわたり良好に保護することが可能となる。

【００４０】また本発明のサーマルヘッドにおいては、
保護層を厚膜手法によって形成する際、保護層中の平板
状結晶や棒状結晶がペーストの表面張力によって表面と
略平行に配向され、保護層の表面を平坦になすことがで
きる。これによりサーマルヘッドと感熱紙等との密着性
を常に良好として感熱紙等に鮮明な印字画像を形成する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のサーマルヘッドの一実施例を
示す断面図、（ｂ）は平板状結晶の斜視図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は従来のサーマルヘッドを示す断
面図である。

【符号の説明】

１・・・電気絶縁性基板 ２・・・発熱抵抗体 ３・・・一対の導電層 ４・・・保護層 ４ａ・・第１保護層 ４ｂ・・第２保護層 ４ｃ・・第３保護層 ５・・・平板状結晶

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性基板上に発熱抵抗体を設けると
   ともに、該発熱抵抗体をガラスからなる保護層で被覆し
   たサーマルヘッドであって、 前記保護層中に、複数個の平板状結晶及び／又は棒状結
   晶を、その面方向もしくは長さ方向が保護層表面と略平
   行となるように混在せしめたことを特徴とするサーマル
   ヘッド。
2. 【請求項２】前記平板状結晶もしくは棒状結晶の熱伝導
   率が、保護層を形成するガラスの熱伝導率と略等しい
   か、もしくは、それよりも大きいことを特徴とする請求
   項１に記載のサーマルヘッド。
3. 【請求項３】前記平板状結晶がマイカで形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
4. 【請求項４】前記棒状結晶は、炭化珪素ウィスカー、ア
   ルミナウィスカー、石英ガラス繊維、炭素繊維のうち、
   少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１に記
   載のサーマルヘッド。