JP2549136B2

JP2549136B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2549136B2
Application number: JP63010067A
Authority: JP
Inventors: 勝二階堂; 勝美柳橋; 義昭大内; 忠良木下; 輝奥野山
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1987-01-31
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPS63302069A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は金属支持体上にポリイミド系樹脂層を形成
し、このポリイミド系樹脂層上に多数の発熱抵抗体を形
成してなるサーマルヘッドに関する。

（従来の技術）近年、サーマルヘッドは、少音、省保守、低ランニン
グコストなどの利点を生かして、ファクシミリ、ワード
プロセッサ用プリンタなどの各種記録装置に多用される
ようになってきている。一方、これらの機器は小型化、
低価格化、低電力化が要請されており、このためサーマ
ルヘッドにも小型で安価で、かつ高効率のものが望まれ
ている。

このようなサーマルヘッドとしては、従来、Al₂O₃純
度が90％以上のアルミナセラミック基板の上にグレーズ
ガラス層を形成し、その上に多数の発熱抵抗体と、これ
ら発熱抵抗体にそれぞれ接続された導電体を形成してな
るものが多用されていた。ここでは、グレーズガラス層
が熱の放散および蓄熱をコントロールする保温層として
の役割を担っている。

しかしながら、このグレーズガラス層を保温層として
用いたサーマルヘッドは、以下に示すような欠点を有し
ていた。

グレーズガラスは保温層としての熱応答特性に限界
があるため、効率が低い。

セラミックス基板は、その製造に際して、原料粉末
からアルカリ金属成分を除去する処理、高温焼成、高温
焼成時に生じた基板の反りをとるための仕上げの研摩な
ど、多くの工程を必要としており、さらにグレーズガラ
スについてもその原料粉末からアルカリ金属成分を除去
する必要があるため、生産コストが高い。

このような問題を解決するための方法として、たとえ
ば特開昭52−100245号公報、同56−164876号公報などに
記載されているように、サーマルヘッドの保温層とし
て、熱拡散率が小さい耐熱樹脂、たとえばポリイミド樹
脂を用いればよいことが知られている。

また、最近、芳香族ポリイミド樹脂からなる保温層を
金属薄板上に形成し、この保温層上に多数の発熱抵抗体
を形成して平型のサーマルヘッドを一旦作製し、これを
基台となる金属部材の頂部に発熱部が位置するように曲
げ加工を施すとともに接着した、小型化が可能なたて型
のサーマルヘッドも提案されている（昭和61年度電子通
信学会総合全国大会概要集（1986）,1−125および５−1
28）。

このように、たとえばポリイミド樹脂は、グレーズガ
ラスに比べて、その熱拡散率が1/3〜1/6と低いため、サ
ーマルヘッドの熱効率を大幅に向上させることができる
とともに、曲げ加工が可能であることから、小型で安価
な高性能のサーマルヘッドを構成するための保温層とし
て注目されている。

しかしながら、このような耐熱樹脂を保温層として用
いたサーマルヘッドは、まだ充分な実用化の域には達し
ておらず、長期間安定して印字動作を行えないなどの問
題を有している。

これは、瞬時400℃〜500℃、常用250℃〜350℃の熱条
件で動作するサーマルヘッドの動作条件に対して、長期
間安定して耐えられる高耐熱性と、熱の繰返し印加によ
っても接着強度の劣化を生じない、金属支持体やポリイ
ミド樹脂層上に形成される薄膜との優れた接着性とを同
時に満足する耐熱性樹脂が見出されていなかったことに
よる。耐熱温度が低ければ、当然ながら使用中に熱劣化
を起こして性能の低下を招き、また接着強度の低下は、
使用中に耐熱樹脂層の「はがれ」が生じやすくなり、と
もにサーマルヘッドの信頼性を低下させている。

たとえば、特開昭56−164876号公報の実施例中に記載
されている、トレニース（商品名）なるポリアミック酸
溶液をアルミニウム基板上に塗布し、50℃×60分、80℃
×30分、120℃×30分、250℃×60分、450℃×60分の条
件で焼成し、ポリイミド樹脂層を形成したところ、熱重
量測定法によるこのポリイミド樹脂層の熱分解開始温度
は約510℃とかなりの耐熱性を有するものの、充分な接
着強度は得られず、既にこの段階で剥がれるものが多発
し、サーマルヘッドの使用に耐えられるものではなかっ
た。さらに、比較的良好な密着性が得られたPyre−NL
（商品名、デュポン社製）なるポリイミド樹脂層が形成
されたアルミニウム基板を用いてサーマルヘッドを作製
し、印加エネルギ0.26mJ/dot、パルス幅1.7ms、パルス
周期5.0msの条件で10⁸回パルス電圧の印加動作を行い、
この後のポリイミド樹脂層表面を超音波顕微鏡で観察し
たところ、表面に凹凸が形成されており、動作中に変質
してしまったことが明らかとなった。また、熱重量測定
法により、このポリイミド樹脂層の熱分解温度を測定し
たところ、約420℃と低く、サーマヘッドの動作に耐え
られるものではなかった。

（発明が解決しようとする課題）このように従来の耐熱樹脂、たとえばポリイミド樹脂
を保温層として用いたサーマルヘッドでは、ポリイミド
樹脂の低い熱拡散率により熱効率に優れるとともに、曲
げ加工が可能で小型化しやすいという長所を有する半
面、苛酷な使用温度条件に対する耐熱性が長期間安定し
て得られず、また耐熱樹脂層と金属支持体及び耐熱樹脂
層上に形成される薄膜との接着力に欠けるなど、長期間
にわたる信頼性が得られないという課題があった。

本発明はこのような従来の課題に対処するべくなされ
たもので、金属支持体上に熱の放散および蓄熱をコント
ロールする保温層として設けた耐熱樹脂層の耐熱性をさ
らに向上させるとともに、耐熱樹脂層と金属支持体およ
び耐熱樹脂層上に形成される薄膜との密着性を向上させ
た、熱効率に優れ、曲げ加工が可能で小型化しやすく、
安価で長期間にわたって優れた信頼性が得られるサーマ
ルヘッドを提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明のサーマルヘッドは、金属支持体と、この金属
支持体上に形成された耐熱樹脂層と、この耐熱樹脂層上
に形成された多数の発熱抵抗体と、これら各発熱抵抗体
に接続された導電体とを備えてなるサーマルヘッドにお
いて、前記耐熱樹脂層はビフェニルテトラカルボン酸二
無水物と芳香族ジアミンとの開環重付加反応により得ら
れたポリアミック酸の脱水環化反応により形成された主
鎖にビフェニル構造を有する芳香族ポリイミド系樹脂層
から実質的になることを特徴としている。

本発明における芳香族ポリイミド系樹脂の前駆体とな
るポリアミック酸の一方の出発原料であるビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物は、下記の一般式で示されるも
のである。

一般式上記一般式で示されるビフェニルテトラカルボン酸二
無水物としては、たとえば3,3′,4,4′−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物、2,2′,3,3′−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物などが例示される。

また、他方の出発原料である芳香族ジアミンとして
は、ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミ
ン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニル
メタン、ジアミノジフェニルエーテルなどが例示され
る。また、これら芳香族ジアミンの置換体を使用するこ
とも可能である。この置換基としては、メチル基、エチ
ル基などの低級アルキル基などが挙げられる。具体的な
芳香族ジアミン置換体としては、2,4−ジメチル−ｐ−
フェニレンジアミン、2,4−ジメチル−ｍ−フェニレン
ジアミンテトラメチル−ｐ−フェニレンジアミンなどが
例示される。

本発明の主鎖にビフェニル構造を有する芳香族ポリイ
ミド系樹脂層は、たとえば下記の方法により形成され
る。

まず、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族
ジアミンとを開環重付加反応させてポリアミック酸を作
製し、このポリアミック酸を適当な有機溶剤に溶解させ
て任意の濃度のワニスを作製する。ビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとの使用割合は、通
常等モルとされるが、耐熱性やワニスの粘度の使用許容
範囲内で、その使用割合を変更することもできる。ま
た、使用する有機溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロ
リドン、Ｎ・Ｎ′−ジメチルアセトアミド、Ｎ・Ｎ′−
ジメチルホルムアミドなどの極性有機溶剤が適してい
る。次に、このようにして得たポリアミック酸ワニスを
金属支持体上に塗布し、焼成して脱水環化反応させるこ
とによって芳香族ポリイミド系樹脂層を形成する。

また、本発明のサーマルヘッドにおける耐熱樹脂層に
おいては、下記〜のいずれかを施すことより、さら
に耐熱樹脂層と金属支持体との密着性を向上させること
が可能となり好ましい。

芳香族ポリイミド系樹脂の分子構造中にSi基を導入
する。このSi基を導入した芳香族ポリイミド樹脂は、た
とえば前述のポリアミック酸の合成時に、芳香族ジアミ
ンの一部を任意のモル比で、望ましくは芳香族ジアミン
成分のほぼ0.05mol％〜10mol％の範囲で、Si基を有する
ジアミンに置き換えて開環重付加反応させることにより
得られるポリアミック酸を使用することにより形成する
ことができる。

上記Si基を有するジアミンとしては、たとえば一般式（式中、Ｒはエチレン基、プロピレン基などのアルキレ
ン基；トリメチレン基、テトラメチレン基などのポリメ
チレン基；フェニレン基のような２価の有機基を、Ｒ′
はメチル基、エチル基などのアルキル基のような１価の
有機基を、ｎは正の数を示す。）で表されるビスアミノ
シロキサンが例示される。このビスアミノシロキサンの
代表的なものを例示すると以下のようなものである。

芳香族ポリイミド系樹脂中にシランカップリング剤
成分としてアミノ結合を有するシラン化合物および尿素
結合を有するシラン化合物の少なくとも一方を含有させ
る。このシランカップリング剤は、たとえば前述のポリ
アミック酸ワニスに固形分のほぼ0.05重量％〜10重量％
の範囲で添加して使用することにより含有させることが
できる。

このシランカップリング剤成分として添加するアミノ
結合を有するシラン化合物としては、たとえばγ−アミ
ノプロピルトリエトキシシランやＮ−フェニル−γ−ア
ミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられ、尿素
結合を有するシラン化合物として、たとえばγ−ウレイ
ドプロピルトリメトキシシランが挙げられる。

耐熱樹脂層と金属支持体との間に、ほぼ0.05μｍ〜
１μｍの厚さを有するCrやTiなどからなる活性金属層を
介在させる。

なお、上記の芳香族ポリイミド系樹脂の分子構造中
へのSi基の導入および上記の芳香族ポリイミド系樹脂
中へのシランカップリング剤の添加は、のようにサー
マルヘッドの製造工程を増やす必要がないばかりでな
く、さらに耐熱樹脂層と耐熱樹脂層上に形成される薄膜
との密着性をも大巾に向上させることができる。

（作用）本発明のサーマルヘッドにおいて耐熱樹脂層として使
用しているビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香
族ジアミンとを用いて形成した芳香族ポリイミド系樹脂
は、主鎖にビフェニル構造を有することなどから熱分解
温度が高く、長期間安定して印字動作を行えるととも
に、加熱収縮率が小さく、かつ金属支持体との熱膨脹係
数の差も小さいため、熱収縮や熱膨張係数の差により発
生する界面応力などに起因するはがれを有効に防止する
ことができる。また、この芳香族ポリイミド系樹脂層
を、ポリアミック酸ワニスの塗布・焼成によって形成す
ることによって、イミド化と同時に金属支持体に接着さ
れるため、金属支持体に対して優れた接着力を示す。

さらに、芳香族ポリイミド系樹脂中にシランカップリ
ング剤成分を含有させるか、あるいは主鎖にSi基を導入
することによって金属支持体と、さらには芳香族ポリイ
ミド系樹脂層上に形成される薄膜との接着力がいっそう
強化され、信頼性が向上する。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例のサーマルヘッドの要部
を示す部分分解斜視図である。

同図において、符号１は、Fe−Cr合金などからなる厚
さ0.5mm程度の金属基板を示している。この金属基板１
上には、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族
ジアミンとしてｐ−フェニレンジアミンとの等モル混合
物を開環重付加反応させて得られた下記の（Ｉ−１）式
で表されるポリアミック酸を有機溶剤に溶解させたポリ
アミック酸ワニス、あるいはこのポリアミック酸の合成
時に、芳香族ジアミン成分の0.05mol％〜10mol％の範囲
を下記の（II）式で示されるビスアミノジシロキサンで
置き換えて合成した下記の（III−１）式で表される分
子構造中にSi基を導入したポリアミック酸を用いたポリ
アミック酸ワニス、あるいは（Ｉ−１）式で表されるポ
リアミック酸を用いたポリアミック酸ワニスに下記の
（IV）式で表されるγ−ウレイドプロピルトリメトキシ
シランを、ポリアミック酸ワニス中の固形分に対して0.
05重量％〜10重量％の範囲で添加分散させたもののいず
れかを塗布、焼成することにより、下記の（Ｉ−２）式
または（III−２）式でその主骨格が表される芳香族ポ
リイミド樹脂からなる厚さ５μｍ〜50μｍ、好ましくは
10μｍ〜30μｍの耐熱樹脂層２が形成されている。

この耐熱樹脂層２の上には、SiO₂、β−SiAlONなどか
らなる厚さ0.05μｍ〜１μｍ程度の下地層３が形成され
ている。この下地層３は、発熱抵抗体４層をエッチング
処理によって所定形状に形成する際などにおける、芳香
族ポリイミド樹脂の保護層となる。さらに、この下地層
３の上には、Ta−SiO₂、Ti−SiO₂などからなる厚さ0.1
μｍ程度の所定の間隔を有する多数の発熱抵抗体４が形
成されており、これら各発熱抵抗体４上に発熱部５とな
る開口を形成するごとくAl、Al−Si−Cuなどからなる厚
さ0.7μｍ〜１μｍ程度の個別電極６および共通電極７
が形成されている。そして、少なくとも発熱部５を被覆
するように、厚さ３μｍ〜５μｍ程度のSi−Ｏ−Ｎ系の
酸化防止膜兼耐摩耗膜８が形成されて、サーマルヘッド
が構成されている。

なお、式中ｌ、ｍ、ｎは正の数を表す（以下同じ）。

このサーマルヘッドによれば、各個別電極６と共通電
極７との間に所定の時間間隔でパルス電圧が印加され
て、発熱部５に相当する発熱抵抗体４が発熱し、印字記
録が行われる。

このサーマルヘッドは、たとえば次のようにして製造
される。

まず、たとえばCrを18重量％含有する厚さ0.5mm程度
のFe合金からなる金属基板にレベリング処理を施した
後、所定寸法への切断およびバリ取りを施す。次いで、
この所定寸法に加工された金属基板を有機溶剤中で脱脂
した後、50℃〜70℃程度の温度の希硫酸中への浸漬処理
を施して金属基板１を作製する。この希硫酸中への浸漬
処理は、金属基板表面に形成されている酸化物を除去す
るとともに、表面をミクロ的に荒す、活性化処理のため
に行うものである。

次に、前述したポリアミック酸ワニス、すなわち（Ｉ
−１）式でその主成分が表されるポリアミック酸ワニ
ス、あるいは（III−１）式でその主成分が表されるポ
リアミック酸ワニス、さらには（Ｉ−１）式でその主成
分が表されるポリアミック酸ワニスにシランカップリン
グ剤成分を添加したもののいずれかを、Ｎ−メチル−２
−ピロリドンなどの有機溶剤を用いて所定の粘度に調整
し、ローラーコータやスピオンコータによって上記金属
基板１上に所定の膜厚となるように塗布し、焼成炉を用
いて窒素ガス雰囲気中で、たとえば50℃×60分＋80℃×
30分＋120℃×30分＋250℃×60分＋450℃×60分の条件
で焼成して、有機溶剤を除去するとともに、脱水環化反
応を進行させてイミド化させつつ成膜して耐熱樹脂層２
を形成する。この芳香族ポリイミド樹脂層の形成の際
に、シランカップリング剤成分を添加していないポリア
ミック酸、あるいは分子構造中にSi基の導入のないポリ
アミック酸を使用する場合には、金属基板１の表面に厚
さ0.05μｍ〜１μｍ程度のCrやTiなどからなる活性金属
層を蒸着法などで形成し、その上に芳香族ポリイミド樹
脂層を形成することが望ましい。

次に、この耐熱樹脂層２上にスパッタリングやその他
公知の薄膜形成方法によりSiO₂、β−SiAlONなどからな
る下地層３およびTa−SiO₂、Ti−SiO₂などからなる発熱
抵抗体４層を順に形成する。さらに、この発熱抵抗体４
層の上に、同様な方法により個別電極６および共通電極
７となる、AlやAl−Si−Cuなどの導電体層を形成する。
次いで、これら発熱抵抗体４層と導電体層とにパターニ
ング処理を施し、所定の間隔を有する多数の発熱抵抗体
４と個別電極６および共通電極７とを形成する。このパ
ターニング処理は、まず導電体層上に所定形状の発熱抵
抗体４が形成されるようにマスキング膜を形成し、ウェ
ットエッチングやケミカルドライエッチングによって不
要部分を除去して、所定の間隔を有する多数の発熱抵抗
体４と同形状の導電体層を形成する。次に、導電体層上
に発熱部５となる部分を除いてマスキング膜を形成し、
同様な方法にて導電体層のみを除去して発熱部５を形成
すると同時に、各個別電極６と共通電極７を形成する。
この後、この発熱部５を被覆するようにSi−Ｏ−Ｎ系か
らなる酸化防止膜兼耐摩耗膜８を、たとえばスパッタリ
ング法などで形成する。

次に、このサーマルヘッドの製造工程において、本発
明に係る主鎖にビフェニル構造を有する芳香族ポリイミ
ド樹脂の付着力や耐熱性などの特性を評価した結果につ
いて述べる。

まず、この実施例のビフェニルテトラカルボン酸二無
水物と芳香族ジアミンとの開環重付加反応により得たポ
リアミック酸を主成分とするワニスを用いて、Cr蒸着膜
の形成されているFe−18重量％Cr合金基板の上に主鎖に
ビフェニル構造を有する芳香族ポリイミド樹脂層を成膜
し、窒素ガス中において、室温×30分＋450℃×30分を
１サイクルとして、これを10サイクル繰返すことにより
熱応力テストを行い、その際の芳香族ポリイミド樹脂層
のはがれの有無を調べた。また、熱重量測定法による熱
分解開始温度の測定、加熱収縮率の測定および熱膨脹係
数の測定も行った。その結果を次表に示す。なお、加熱
収縮率は400℃×30分の加熱条件で測定し、熱膨脹係数
は微小線膨脹計により昇温速度５℃／分の条件で測定し
た値である。

また、本発明との比較のため、この実施例で使用した
ｐ−フェニレンジアミンを用いて、テトラカルボン酸成
分として、それぞれピロメリット酸二無水物（比較例
１）およびベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
（比較例２）を使用して各々ポリアミック酸を合成し、
実施例と同一条件で芳香族ポリイミド樹脂層を形成し
た。次いでポリイミド樹脂層を形成した。これらについ
ても同様にしてその特性を評価した。さらに、比較例３
は特開昭56−164876号公報の実施例中に記載されている
トレニース（商品名）を使用したものであり、比較例４
はPyre−NL（商品名、デュポン社製）なる芳香族ポリイ
ミド樹脂層であり、これらについても同様に評価を行っ
た。これらの評価結果も合せて次表に示す。

前表より明らかなように、この実施例の主鎖にビフェ
ニル構造を有する芳香族ポリイミド樹脂以外は、ポリイ
ミド樹脂層のはがれが認められる。これは加熱収縮率が
大きいことや金属基板とポリイミド樹脂層との熱膨脹係
数の差により生じたものと考えられる。また、熱重量測
定より求めた熱分解開始温度もビフェニル構造を有する
芳香族ポリイミド樹脂が最も高く、サーマルヘッド用の
耐熱樹脂層として好適であることがわかる。

なお、上記実施例と同様にして、テトラカルボン酸成
分として2,2′,3,3′−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物を使用して形成した芳香族ポリイミド樹脂は、熱
分解開始温度が20℃程度低下するものの、他の特性につ
いての差は認められず、同様にサーマルヘッドの耐熱樹
脂層として有効なものであった。また、上記実施例と同
様にして、メチル基やエチル基などの置換基を有する芳
香族ジアミンを使用したものについても、非置換の芳香
族ジアミンを使用したものと特性上の差は認められず、
同様にサーマルヘッドの耐熱樹脂層として好適なもので
あった。

次に、（III−２）式で表される分子構造中にSi基を
導入した芳香族ポリイミド樹脂および（Ｉ−２）式で表
される芳香族ポリイミド樹脂中にシランカップリング剤
成分として（IV）式で表されるγ−ウレイドプロピルト
リメトキシシランを含有させた芳香族ポリイミド樹脂に
ついて、付着強度および耐熱性の評価を行った。

第２図は、芳香族ジアミン成分中の上述したビスアミ
ノジシロキサンによる置換比率と、金属基板（Cr蒸着膜
なし）、SiO₂層それぞれに対する付着強度および熱分解
開始温度との関係を示した図である。第３図は、同様に
上述したシランカップリング剤の添加量（ポリアミック
酸ワニス中の固形分に対する重量％）と、金属基板（Cr
蒸着膜なし）、SiO₂層それぞれに対する付着強度および
熱分解開始温度との関係を示した図である。なお、芳香
族ポリイミド樹脂層と金属基板との付着強度は、JIS規
格06481,5,7「引きはがし強さ」に準じて測定したもの
である。一方、芳香族ポリイミド樹脂層とSiO₂層との付
着強度は、次のようにして測定した。芳香族ポリイミド
樹脂層上に形成されたSiO₂層上に、Al1μｍ、Cr0.1μ
ｍ、Cu3μｍ、Au1μｍをマスクスパッタにより連続的に
形成し、その後これらの層に覆われていない部分のSiO₂
をケミカルドライエッチングにより除去した。この後、
Cu上に直径0.8mmのSnめっきCuワイヤをはんだ付けし、
引張試験により測定を行った。

いずれの場合も、Si成分の導入により、付着強度が大
巾に改善されていることがわかる。

サーマルヘッドの発熱抵抗体は、瞬時400℃〜500℃、
持続250℃〜350℃の温度で動作するが、第２図の結果よ
りビスアミノシロキサンによる置換比率は、ほぼ0.05mo
l％〜10mol％の範囲が望ましいことが明らかである。こ
れは、ビスアミノシロキサンによる置換比率がほぼ0.05
mol％未満では付着強度の改善効果が認められず、ほぼ1
0mol％を超えると付着強度の改善効果が飽和してしまう
のみならず、耐熱性が著しく劣化してしまうからであ
る。また、第３図の結果からは、シランカップリング剤
の添加量が、ほぼ0.05重量％〜10重量％の範囲が好まし
いことがわかる。これは、シランカップリング剤の添加
量がほぼ0.05重量％未満では付着強度の改善効果が認め
られず、ほぼ10重量％を超えると付着強度の改善効果が
飽和してしまうからである。

シランカップリング剤成分としては、前述のγ−ウレ
イドプロピルトリメトキシシランの他に、下記の（Ｖ）
式で示されるγ−アミノプロピルトリメトキシシランや
（VI）式で示されるＮ−フェニル−γ−アミノプロピル
トリメトキシシランを用いた場合についても同様な効果
が得られた。

H₂N−C₃H₆−Si（OC₂H₅）_３ ……（Ｖ）このように、芳香族ポリイミド樹脂の分子構造中にSi
基を導入したり、あるいはシランカップリング剤成分を
含有させることにより、金属基板や下地層となる無機絶
縁物との接着力がさらに向上する。したがって、信頼性
に優れたサーマルヘッドが得られる。特に、芳香族ポリ
イミド樹脂の分子構造中に特定の量でSi基を導入するこ
とにより、耐熱性をほとんど損ねることなく、大幅に接
着力が向上し、サーマルヘッドの耐熱樹脂層として好適
したものとなる。

次に、サーマルヘッドの効率について評価を行った。

まず、従来例としてSiO₂−BaO−CaO−Al₂O₃−B₂O₃−Z
nOからなるほぼ厚さ70μｍのグレーズガラス層をアルミ
ナセラミックス基板上に形成したものに、この実施例と
同様にして下地層、発熱抵抗体、電極および保護膜を形
成してサーマルヘッドを構成した。そして、このグレー
ズガラスを用いたサーマルヘッドによって印字を行い、
ある一定の発色濃度が得られた投入電力を基準として、
この実施例における上記（Ｉ−２）式で表される芳香族
ポリイミド樹脂層、または上記（III−２）式で表され
る芳香族ポリイミド樹脂層、または上記（Ｉ−２）式で
表される芳香族ポリイミド樹脂中にシランカップリング
剤成分を含有させたものをそれぞれ用いたサーマルヘッ
ドによって、同等の発色濃度を得るための投入電力を比
率として求めた。その結果を投入電力比（グレーズガラ
スを用いたサーマルヘッドによる投入電力を１とした際
の比率）と、ポリイミド樹脂層の膜厚との関係としてグ
ラフ化し、第４図に示した。

第４図からも明らかなように、耐熱樹脂層として本発
明に係る主鎖にビフェニル構造を有する芳香族ポリイミ
ド樹脂を使用した場合、グレーズガラスを使用した場合
と同等の発色濃度を得るのに、低投入電力で十分である
こと、すなわち熱効率に優れていることがわかる。ま
た、第４図の結果より、芳香族ポリイミド樹脂層の厚さ
は、ほぼ５μｍ〜50μｍの範囲が好ましいこともわか
る。芳香族ポリイミド樹脂層の厚さがほぼ５μｍ未満で
は、充分な効率向上効果が期待できず、ほぼ50μｍを超
えるとこの効果が飽和してしまうからである。

また第５図には、効率の向上に起因する基本的知見を
得るために、上記効率の測定に使用したものと同一の３
種類の芳香族ポリイミド樹脂とグレーズガラスについ
て、レーザフラッシュ法を用いて測定した厚さ方向の熱
拡散率を示す。本発明に係る主鎖にビフェニル構造を有
する芳香族ポリイミド樹脂は、熱拡散率が従来のグレー
ズガラスのほぼ1/3〜1/6と低く、これにより高効率のサ
ーマルヘッドを構成することが可能であることが明らか
である。また、分子構造中にSi基を導入した場合、若干
ではあるがさらに熱拡散率が下がり、より効率の向上が
期待できる。

さらに、この実施例におけるサーマルヘッドを使用し
て印加エネルギ0.26mJ/dot、パルス幅1.7ms、パルス周
期5.0msの条件で10⁸回パルス電圧の印加動作を行い、こ
の後の芳香族ポリイミド樹脂層表面を超音波顕微鏡で観
察したところ、変質は全く認められなかった。

なお、この実施例では、ビフェニルテトラカルボン酸
二無水物と芳香族ジアミンとの使用割合を等モルとした
が、本発明はこれに限定されるものではなく、耐熱性や
合成時の粘度の使用許容範囲内で、その混合比を±7mol
％程度の範囲で変更して用いてもよい。

また本発明では、支持体として金属部材を用いている
のでこの金属支持体を共通電極として用い、さらに生産
コストを低減させることも可能である。また、酸化防止
膜兼耐摩耗膜は必ずしも全面に設ける必要はなく、少な
くとも発熱部上に形成されていれば充分にその機能を発
揮する。

［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におい
て、耐熱樹脂層として使用しているビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとによって合成した
芳香族ポリイミド系樹脂は、主鎖中のビフェニル構造に
よって熱分解開始温度が高く、苛酷な使用温度条件に耐
えうる耐熱性を有するとともに、金属支持体との線膨脹
係数の差が小さく、優れた接着力も有している。したが
って、このような芳香族ポリイミド系樹脂を耐熱樹脂層
として使用した本発明のサーマルヘッドは、信頼性に優
れ、ポリイミド樹脂の特性を充分に生かした、熱効率に
優れ、安価で小型化の可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のサーマルヘッドの要部を示
す部分分解斜視図、第２図は本発明に係る芳香族ポリイ
ミド樹脂の形成過程における芳香族ジアミン成分のジア
ミノジシロキサンによる置換比率と、この芳香族ポリイ
ミド樹脂層と金属基板および芳香族ポリイミド樹脂層上
に形成された下地層との付着強度、およびこの芳香族ポ
リイミド樹脂の熱分解開始温度との関係を示したグラ
フ、第３図は本発明に係る芳香族ポリイミド樹脂の形成
過程におけるシランカップリング剤の添加量と、この芳
香族ポリイミド樹脂層と金属基板および芳香族ポリイミ
ド樹脂層上に形成された下地層との付着強度、およびこ
の芳香族ポリイミド樹脂の熱分解開始温度との関係を示
したグラフ、第４図は従来のグレーズガラスを保温層と
して用いたサーマルヘッドと、本発明の実施例における
サーマルヘッドとの効率の比較を示すグラフ、第５図は
本発明に係る芳香族ポリイミド樹脂とグレーズガラスの
熱拡散率を示すグラフである。１……金属基板２……耐熱樹脂層３……下地層４……発熱抵抗体５……発熱部６……個別電極７……共通電極８……酸化防止膜兼耐摩耗膜

フロントページの続き (72)発明者大内義昭神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東芝堀川町工場内 (72)発明者木下忠良神奈川県川崎市幸区堀川町72 株式会社東芝堀川町工場内 (72)発明者奥野山輝神奈川県川崎市川崎区千鳥町９―２東芝ケミカル株式会社千鳥町工場内 (56)参考文献特開昭60−32827（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−182850（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−238809（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属支持体と、この金属支持体上に形成さ
れた耐熱樹脂層と、この耐熱樹脂層上に形成された多数
の発熱抵抗体と、これら各発熱抵抗体に接続された導電
体とを備えてなるサーマルヘッドにおいて、前記耐熱樹脂層は、ビフェニルテトラカルボン酸二無水
物と芳香族ジアミンとの開環重付加反応により得られた
ポリアミック酸の脱水環化反応により形成された主鎖に
ビフェニル構造を有する芳香族ポリイミド系樹脂層から
実質的になることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】前記主鎖にビフェニル構造を有する芳香族
ポリイミド系樹脂は、前記ポリアミック酸の合成の際
に、前記芳香族ジアミンの一部をSi基を有するジアミン
で置き換えることにより、分子構造中にSi基が導入され
ていることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッ
ド。
【請求項３】前記主鎖にビフェニル構造を有する芳香族
ポリイミド系樹脂は、シランカップッリング剤成分とし
てアミノ結合を有するシラン化合物および尿素結合を有
するシラン化合物の少なくとも一方を含有していること
を特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。