JP3476938B2 - サーマルヘッド - Google Patents

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３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１
１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１２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】また前記保護層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
ためのものであり、軟質の低軟化点ガラス（ビッカース
硬度：約１８０〜４５０Ｈｖ）を主成分とする保護層１
４の耐摩耗性を高くなすためにアルミナ等から成る硬質
の無機物粒子１４ａ（ビッカース硬度：約１８００Ｈ
ｖ）を含有させていた。かかる保護層１４は、通常、以
下のようにして形成されている。 【０００４】まず、低軟化点ガラスを用いて作製した所
定のガラスペースト中に、アルミナ等からなる硬質の無
機材料を粒径が１μｍ前後となるまで細かく砕いたもの
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保護層１４が形成され
る。尚、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る。 【０００５】 【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、保護層１４中に含有さ
れる無機物粒子１４ａ（アルミナ）の比重が約３．９８
であり、低軟化点ガラスの比重（４．０〜４．５）に近
い値であること、及び該アルミナ粒子の粒径が１μｍ程
度と比較的大きいこと等から、保護層１４を厚膜手法に
よって形成すると、無機物粒子１４ａの一部が露出し、
保護層１４の表面に無機物粒子１４ａの形状に応じた多
数の大きな凸部が形成される。このため、感熱紙等を摺
接させて印字を行った際、サーマルヘッドと感熱紙等と
の密着性が悪く、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。 【０００６】また保護層１４の表面に上述のような大き
な凸部が形成されていると、印字時、感熱紙等の摺接に
よる応力が前記大きな凸部に集中し、その結果、保護層
１４に大きな凸部を起点としたクラックが形成され、保
護層１４の耐腐食性が低下する欠点が誘発される。 【０００７】 【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、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耐腐食性の高いサーマルヘッドを提
供することにある。 【０００８】 【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及び該発熱抵抗体に
接続される一対の導電層を設けるとともに、該発熱抵抗
体を、ガラスと、該ガラスよりも大きな比重で、且つ高
い硬度を有したタングステンカーバイドからなる無機物
粒子とを含む保護層で被覆したサーマルヘッドであっ
て、前記発熱抵抗体及び導電層の近傍に前記無機物粒子
を集中的に分布させるとともに、これら無機物粒子と発
熱抵抗体及び一対の導電層との間に窒化珪素層を介在さ
せたことを特徴とするものである。 【０００９】 【００１０】 【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。 【００１１】図１は本発明のサーマルヘッドの一実施例
を示す断面図であり、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はガラス、４ｂは無機物粒子である。 【００１２】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。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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。 【００１６】また前記グレーズ層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。 【００１７】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。 【００１８】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。 【００１９】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。 【００２０】前記発熱抵抗体２及び一対の導電層３の上
面にはまた、保護層４が約４μｍの厚みに被着されてお
り、発熱抵抗体２等はこの保護層４によって大気と遮断
されている。 【００２１】前記保護層４は低軟化点ガラス４ａと、該
低軟化点ガラス４ａより大きな比重で、かつ、高い硬度
を有した無機物粒子４ｂとで形成されており、該無機物
粒子４ｂは粒径約１μｍ程度で、保護層４全体に対して
約６０体積％の割合で含有されている。 【００２２】前記無機物粒子４ｂは、例えば、低軟化点
ガラス４ａの比重が４．０で、硬度が３４０Ｈｖ（ビッ
カース硬度）のとき、６．０以上の大きな比重で、且
つ、１，０００Ｈｖ以上の高い硬度をもった無機材料、
具体的には、タングステンカーバイド（比重：１５．
８、ビッカース硬度：２，０００Ｈｖ）が使用される。 【００２３】前記保護層４を、低軟化点ガラス４ａと、
該低軟化点ガラス４ａより大きな比重で、かつ、高い硬
度を有した無機物粒子４ｂとで形成したことから、保護
層４を厚膜手法によって形成する際、無機物粒子４ｂは
ガラスペーストの焼成時に外部より印加される熱によっ
て軟化した低軟化点ガラス４ａ中で自重によって下方に
沈み、発熱抵抗体２や導電層３の近傍に集中的に分布す
る。このため、保護層４の表面に無機物粒子４ｂの一部
が露出したり、或いは、保護層４の表面に無機物粒子４
ｂの形状に応じた大きな凸部が多数形成されたりするこ
とはなく、これによってサーマルヘッドと感熱紙等との
密着性を向上させることができる。したがって感熱紙等
に鮮明な印字画像を形成することが可能となる。 【００２４】また保護層４の表面に上述のような大きな
凸部は形成されなくなることから、印字時、感熱紙等の
摺接による応力は保護層４表面の感熱紙等が摺接する部
位の全体に分散され、応力が一箇所に集中することはな
くなる。この結果、保護層４にクラックが形成されるこ
とは有効に防止され、保護層４の耐腐食性を長期にわた
り良好に維持することができる。 【００２５】尚、前記無機物粒子４ｂの熱伝導率を、保
護層４の主成分である低融点ガラス４ａ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無機物粒子４ｂ
によって遮断されることはなく、サーマルヘッドの熱効
率を向上させることができる。従って無機物粒子４ｂの
熱伝導率を、保護層４の主成分である低融点ガラス４ａ
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。 【００２６】また前記無機物粒子４ｂを３０体積％乃至
７０体積％の割合で保護層４中に含有させておけば、無
機物粒子の粒径が１ｍｍを超えるような大きなものであ
っても保護層４の表面を平坦になし感熱紙等の密着性を
極めて高く保つことができるとともに、カード等のよう
な硬質の記録媒体に対して印字を行う場合であっても保
護層４が破壊されるのを有効に防止することができる。
したがって無機物粒子４ｂを３０体積％乃至７０体積％
の割合で保護層４中に含有させておくことが好ましい。 【００２７】かかる保護層４は、以下の方法によって形
成される。 【００２８】先ず酸化鉛を５〜６０重量％含有する低軟
化点ガラス（軟化点：４５０℃〜８８０℃）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、これに所定量の無機物粒子４ｂ（タン
グステンカーバイド）を添加したものを発熱抵抗体２及
び一対の導電層３が被着された電気絶縁性基板１上にス
クリーン印刷法等の厚膜手法を採用し、無機物粒子４ｂ
の粒径よりも十分厚く、例えば、約４μｍの厚みをもっ
て塗布する。 【００２９】次にこれを約５００℃の温度で０．５時
間、焼成することによって保護層４が形成される。尚、
このとき、ガラスペースト中の無機物粒子４ｂは、ガラ
スペーストを塗布した際にペーストの表面に存在してい
ても、低軟化点ガラスが焼成時の熱によって軟化した際
に自重によって沈降し、発熱抵抗体２や一対の導電層３
の近傍、即ち、保護層４の下部領域に集中して分布する
ようになる。 【００３０】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。 【００３１】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、例えば上記実施例のサー
マルヘッドにおいて、図２に示す如く、保護層４上にビ
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る耐
摩耗層６を例えば、３μｍの厚みに被着させておいても
良い。このようになしておけば、上記実施例と同様の効
果を奏するのに加え、印字時、発熱抵抗体２が繰り返し
発する熱によってサーマルヘッドが極めて高温になって
も、耐摩耗層６が発熱抵抗体２、導電層３及び保護層４
の変形を有効に防止するため、サーマルヘッドの信頼性
がより一層向上される。よって保護層４上にビッカース
硬度が１０００ｋｇ／ｍｍ² 以上の硬質材料からなる耐
摩耗層６を被着させておくことが好ましい。 【００３２】また上記実施例のサーマルヘッドにおい
て、前記発熱抵抗体２及び一対の導電層３と保護層４と
の間に、窒化珪素等から成る酸化防止層７を０．２〜２
μｍの厚みに介在させておけば、上記実施例と同様の効
果を奏するのに加え、保護層４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酸化防止層７で遮断
し、発熱抵抗体２の酸化腐食を有効に防止することがで
きる。したがって発熱抵抗体２及び一対の導電層３と保
護層４との間に、窒化珪素等から成る酸化防止層７を
０．２〜２μｍの厚みに介在させておくことが好まし
い。 【００３３】 【発明の効果】本発明のサーマルヘッドによれば、保護
層を、ガラスと、該ガラスより大きな比重で、かつ、高
い硬度を有した無機物粒子とで形成したことから、保護
層を厚膜手法によって形成する際、無機物粒子はガラス
ペーストの焼成時に外部より印加される熱によって軟化
した低軟化点ガラス中で自重によって下方に沈み、発熱
抵抗体や導電層の近傍に集中的に分布する。このため、
保護層の表面に無機物粒子の一部が露出したり、或い
は、保護層の表面に無機物粒子の形状に応じた大きな凸
部が多数形成されたりすることはなく、これによってサ
ーマルヘッドと感熱紙等との密着性を向上させることが
できる。したがっ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。 【００３４】また本発明のサーマルヘッドによれば、保
護層の表面に多数の大きな凸部が形成されなくなること
から、印字時、感熱紙等の摺接による応力は保護層表面
の感熱紙等が摺接する部位全体に分散されることとな
り、応力が一箇所に集中することはない。この結果、保
護層にクラックが形成されるのが有効に防止され、保護
層の耐腐食性を長期にわたり良好に維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施例を示す断面
図である。 【図２】本発明のサーマルヘッドの他の実施例を示す断
面図である。 【図３】従来のサーマルヘッドの断面図である。 【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・・・ガラス ４ｂ・・・無機物粒子 ６・・・耐摩耗層 ７・・・酸化防止層

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】電気絶縁性基板上に発熱抵抗体及び該発熱
   抵抗体に接続される一対の導電層を設けるとともに、該
   発熱抵抗体を、ガラスと、該ガラスよりも大きな比重
   で、且つ高い硬度を有したタングステンカーバイドから
   なる無機物粒子とを含む保護層で被覆したサーマルヘッ
   ドであって、前記発熱抵抗体及び導電層の近傍に前記無
   機物粒子を集中的に分布させるとともに、これら無機物
   粒子と発熱抵抗体及び一対の導電層との間に窒化珪素層
   を介在させたことを特徴とするサーマルヘッド。