(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電物質およびガラスを混合した抵抗体ペーストを焼成してなる、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体であって、
上記ガラスには、その軟化点が８２０〜８９０℃であり、かつ、上記抵抗体ペーストの焼成温度より高く、その粒径が０．１〜０．８μｍであるものが用いられていることを特徴とする、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体。
【請求項２】
基板と、上記基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成され、かつ導電物質およびガラスを混合した抵抗体ペーストを焼成してなる発熱抵抗体とを備えるサーマルプリントヘッドであって、
上記発熱抵抗体のガラスには、その軟化点が８２０〜８９０℃であり、かつ、上記抵抗体ペーストの焼成温度より高く、その粒径が０．１〜０．８μｍであるものが用いられていることを特徴とする、サーマルプリントヘッド。
【請求項３】
導電物質の粉末、ガラス粉末および溶剤を混練して抵抗体ペーストを作製する工程と、上記作製した抵抗体ペーストを膜状に印刷する工程と、上記印刷した抵抗体ペーストを焼成する工程とを有する、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体の製造方法であって、
上記抵抗体ペーストを作製する前に、上記ガラス粉末を粒径が０．１〜０．８μｍの粒子にするために粉砕する粉砕工程を有し、
上記抵抗体ペーストを焼成する工程では、上記ガラス粉末の軟化点である８２０〜８９０℃より低い温度で上記抵抗体ペーストを焼成することを特徴とする、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、感熱方式または熱転写方式によって記録媒体に記録を行うためのサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体、サーマルプリントヘッドおよびサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、サーマルプリントヘッドは、感熱紙や熱転写インクリボンなどの記録媒体に対して選択的に熱を付与して、必要な画像情報を形成するものであり、通電されることにより発熱する発熱抵抗体の形成方法により、厚膜型サーマルプリントヘッドと薄膜型サーマルプリントヘッドとに大別される。
【０００３】
ここで、従来より用いられている厚膜型サーマルプリントヘッドの構成を、図１および図２を参照して説明する。このサーマルプリントヘッドは、たとえばアルミナセラミックなどからなる基板１上に、保温層としてのグレーズ層２が形成され、グレーズ層２には、共通電極層３および個別電極層４が形成されるとともに、複数の駆動ＩＣ９が搭載されている。
【０００４】
共通電極層３は、櫛歯状に形成された櫛歯部５と、各櫛歯部５の基端同士を接続するコモンライン６とを有し、個別電極層４は、互いに隣接する櫛歯部５の間に配置されている。櫛歯部５および個別電極層４の一端部の上には、これらを跨ぐように、発熱抵抗体７が形成されており、発熱抵抗体７は保護層８に覆われている。そして、個別電極層４の他端部は、駆動ＩＣ９に金からなるワイヤ１０を介して接続されている。
【０００５】
このような構造のサーマルプリントヘッドでは、１つの個別電極層４とこの個別電極層４を挟む２つの櫛歯部５との間に通電が行われると、それら２つの櫛歯部５における発熱抵抗体７の一部分が発熱する。これにより、たとえば感熱紙に１ドット分の画像が印刷可能になる。
【０００６】
発熱抵抗体７は、たとえば酸化ルテニウムなどの導電物質と、絶縁物質としてのガラスとを含有している。従来では、発熱抵抗体７を製造するには、導電物質の微粉末と、ガラス粉末と、印刷を可能にするための樹脂と、溶剤と、必要に応じてこれらにフィラを加えたものとを混練することにより、抵抗体ペーストを作製する。次いで、この抵抗体ペーストを基板１上の所定箇所に膜状に塗布し、これを乾燥させた後に、たとえば８１０℃程度で焼成する。
【０００７】
ここで、発熱抵抗体７においてガラスを混ぜる理由は、発熱抵抗体７を基板１上に強固に接着させて所望の形状に成形するためであり、また、所定の電気抵抗値を得るためである。上記のような工程を経て製造された発熱抵抗体７は、導電物質が多数のガラス同士の隙間を埋めるようにして種々の方向に繋がった組織構造となっている。
【０００８】
ところで、使用時における発熱抵抗体７の特性を示すものとして耐電力がある。これは、発熱抵抗体に実際に通電した場合において、発熱抵抗体が許容し得る電気エネルギの大きさを示すものである。たとえば、その発熱抵抗体７の電気抵抗値が、本来の値に対して１５％以上変動するときの電気エネルギの大きさをいう。したがって、発熱抵抗体７にとっては、耐電力の値が大きいほど、電気抵抗値の変化が少なく、実用上好ましいものとなる。
【０００９】
耐電力の値は、ガラスの軟化点に依存する。すなわち、軟化点が低いガラスを用いて抵抗体ペーストを作製した場合、使用時において発熱抵抗体７にかかる電力が大きいとき、発熱抵抗体７が発生する熱によってガラス自体が溶融してしまい、熱的な破壊を引き起こす。そのため、発熱抵抗体全体の抵抗値が大きく変化し、耐電力の値は小さいものとなる。一方、軟化点が高いガラスを用いて抵抗体ペーストを作製した場合、発熱抵抗体７が発生する熱によってはガラスが容易に溶融しないため、耐電力の値を大きくすることができ、大きな電気エネルギに対しても許容し得る発熱抵抗体７を提供することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に大きな耐電力を得ようとして、軟化点の高いガラスを用いると、以下に示す問題点がある。すなわち、発熱抵抗体７を形成するときの抵抗体ペーストを焼成する焼成温度は、発熱抵抗体７の下層側に形成されるグレーズ層２によって規制される。たとえば、焼成温度が高すぎると、グレーズ層２が軟化してしまい、グレーズ層２の上面にフォトリソグラフィー法などにより形成された個別電極層４や共通電極層３の形成位置にずれが発生し、隣り合うドット間の幅が変動してしまう。そのため、正確な印字ができなくなるおそれがあり、発熱抵抗体７の形成には、抵抗体ペーストの焼成温度より低い軟化点を有するガラスを用いる必要がある。
【００１１】
また、抵抗体ペーストの焼成温度より高い軟化点を有するガラスを用いると、焼成時にガラスが軟化しにくくなって導電物質がガラスに結合しづらくなったりガラスが凝集したりして、ガラスと導電物質とが均一に分散することが困難になる。そのため、発熱抵抗体７を基板１上に強固に接着して所望の形状に形成することができなくなる。したがって、現状では、ガラスには、その軟化点が上記焼成温度に比べて同等かもしくはそれより低いもの（たとえば７９０〜８１０℃）が用いられている。
【００１２】
【発明の開示】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、抵抗体ペーストの焼成温度にかかわらず、耐電力を向上させることのできる、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体を提供することを、その課題とする。
【００１３】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１４】
本願発明の第１の側面において提供されるサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体は、導電物質およびガラスを混合した抵抗体ペーストを焼成してなる、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体であって、ガラスには、その軟化点が８２０〜８９０℃であり、かつ、抵抗体ペーストの焼成温度より高く、その粒径が０．１〜０．８μｍであるものが用いられていることを特徴とする。
【００１５】
また、本願発明の第２の側面において提供されるサーマルプリントヘッドは、基板と、上記基板上に形成された電極層と、上記電極層上に形成され、かつ導電物質およびガラスを混合した抵抗体ペーストを焼成してなる発熱抵抗体とを備えるサーマルプリントヘッドであって、発熱抵抗体のガラスには、その軟化点が８２０〜８９０℃であり、かつ、抵抗体ペーストの焼成温度より高く、その粒径が０．１〜０．８μｍであるものが用いられていることを特徴とする。
【００１６】
本願発明によれば、発熱抵抗体に含まれるガラスに、抵抗体ペーストの焼成温度より高い軟化点を有し、微小な粒径をもつ粒子を有するものを用いているので、抵抗体ペーストの焼成後、微小な粒子の周囲に導電物質が結合し、ガラス同士が凝集することがなく、ガラスと導電物質とが均一に分散して混ざり合った状態になる。そのため、ガラスの軟化点が焼成温度より高くても、発熱抵抗体を基板上に強固に接着して所望の形状に形成することができる。また、電気抵抗値の変化を少なくでき、大きな電気エネルギがかかってもそれに耐え得ることができる、耐電力が向上された発熱抵抗体７を提供することができる。
【００１７】
本願発明の第３の側面において提供されるサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体の製造方法は、導電物質の粉末、ガラス粉末および溶剤を混練して抵抗体ペーストを作製する工程と、作製した抵抗体ペーストを膜状に印刷する工程と、印刷した抵抗体ペーストを焼成する工程とを有する、サーマルプリントヘッドの発熱抵抗体の製造方法であって、抵抗体ペーストを作製する前に、ガラス粉末を粒径が０．１〜０．８μｍの粒子にするために粉砕する粉砕工程を有し、抵抗体ペーストを焼成する工程では、ガラス粉末の軟化点である８２０〜８９０℃より低い温度で抵抗体ペーストを焼成することを特徴とする。
【００１９】
本願発明に係るサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体の製造方法によれば、上記本願発明の第１の側面によって提供されるサーマルプリントヘッドの発熱抵抗体を製造することができ、本願発明の第１の側面によって得られる作用効果と同様の効果が得られる。
【００２０】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明では、従来の技術の欄で説明した図１および図２を再び参照する。
【００２２】
図１は、本願発明に係るサーマルプリントヘッドの要部平面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。このサーマルプリントヘッドは、アルミナセラミックなどの絶縁性材料からなる平板状の基板１を備え、その基板１の上面の全面に渡り、ガラスを主成分とする保温層としてのグレーズ層２が形成されている。グレーズ層２の上面には、共通電極層３および複数の個別電極層４が形成されている。
【００２３】
共通電極層３は、基板１の幅方向の他端側に向かって突出する櫛歯部５と、櫛歯部５の基端同士を接続するコモンライン６とを有しており、櫛歯部５と個別電極層４とは基板１の長手方向のほぼ全長に渡り交互に配されている。櫛歯部５および個別電極層４の上には、共通電極層３および個別電極層４によって通電されることにより発熱する発熱抵抗体７が形成されている。
【００２４】
発熱抵抗体７は、複数条の櫛歯部５と複数条の個別電極層４とによって接触しつつ、これらを跨ぐようにして基板１の長手方向に延びた直線状に設けられている。この発熱抵抗体７の成分の詳細については後述するが、この発熱抵抗体７には、導電物質とガラスとが含有されている。
【００２５】
発熱抵抗体７、櫛歯部５および個別電極層４の一部は、保護層８によって覆われている。保護層８は、発熱抵抗体７、櫛歯部５および個別電極層４を保護するためのものであり、耐摩耗性を有する材料、たとえば硬化ガラスからなる。
【００２６】
グレーズ層２の上には、基板１の幅方向他端部の位置に、複数の駆動ＩＣ９が基板１の長手方向に一列に搭載されている。駆動ＩＣ９は、印字データに応じて発熱抵抗体７への通電を制御するものであり、複数条の個別電極層４に対して設けられている。駆動ＩＣ９と各個別電極層４とは、ボンディングされた金からなるワイヤ１０を介して電気的に接続されている。
【００２７】
各個別電極層４に対応して駆動ＩＣ９に内蔵されているスイッチング素子（図示せず）がオンすると、電源の陽極（図示せず）、共通電極層３、櫛歯部５、発熱抵抗体７、個別電極層４、ワイヤ１０、駆動ＩＣ９のスイッチング素子、および電源の陰極（図示せず）からなる閉ループが形成され、個別電極層４とこの個別電極層４を挟む２つの櫛歯部５との間の発熱抵抗体７に通電され、この通電部分が発熱する。
【００２８】
次に、上記サーマルプリントヘッドの製造方法について説明する。まず、アルミナセラミックからなる基板１の上に、ガラスペーストを印刷した後、たとえば１２００℃程度で焼成し、グレーズ層２を形成する。
【００２９】
次いで、グレーズ層２の上面に、レジネート金を印刷し焼成する。その後、フォトエッチングによりレジネート金の不要部を除去することにより、個別電極層４と共通電極層３とを形成する。
【００３０】
次に、個別電極層４と櫛歯部５との上に発熱抵抗体７を形成するが、この原材料としては、たとえば、導電物質としての酸化ルテニウム（ＲｕＯ2 ）、ガラス粉末、印刷用の樹脂、および溶剤を混練した抵抗体ペーストが用いられる。
【００３１】
酸化ルテニウムには、粒径が、たとえば０．０１５〜０．０２μｍ程度の微粉末状のものを用いる。ただし、本実施形態における導電物質としては、酸化ルテニウムに代えて、ルテニウム酸塩や酸化インジウムなどが用いられてもよい。
【００３２】
ガラス粉末には、たとえばＰｂ−Ｓｉ−Ｂ−Ａｌ−Ｃａ−Ｂａ−Ｍｇ系の非結晶化ガラスを用い、ここでは、粒径がたとえば０．５〜２．０μｍ程度、平均粒径がたとえば１μｍ程度のものを用いる。このガラスの軟化点は、発熱抵抗体７の焼成時の温度（たとえば８１０℃）より高い、たとえば８６５℃である。なお、ガラスの軟化点は、ガラスの系によって異なり、ここでは、たとえば焼成温度（８１０℃）から１０〜８０℃高い、８２０〜８９０℃の軟化点を有するガラスが好適に用いられる。
【００３３】
上記酸化ルテニウムとガラスとは混合され、その際、ボールミルなどの粉砕装置によって、より微小な粒径をもつ粒子になるようガラスを粉砕する。具体的には、ガラスの粒子の平均粒径が、たとえば０．１〜０．８μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍになる位まで粉砕する。
【００３４】
そして、酸化ルテニウムとガラスとを粉砕、混合したものを上記印刷用の樹脂と混ぜ合わせ、抵抗体ペーストを作製する。ここで、樹脂としては、たとえばエチルセルロース樹脂が用いられる。また、上記溶剤としては、たとえば高沸点溶剤であるテルピネオールが用いられる。上記抵抗体ペーストには、必要に応じて酸化ジルコニウムやその他のフィラも添加される。このフィラは、最終的に得られた発熱抵抗体７の熱的安定性を高めるのに役立つ。
【００３５】
なお、上記製造方法では、ガラスを粉砕した微小な粒子を用いたが、予め粉砕されて微小な粒子となっているガラスを購入して用いても構わない。しかし、このような微小な粒径の粒子をもつガラスは、一般に高価であるので、上記したように粉砕して用いるようにすれば、製作コストを低減することができるといった利点がある。
【００３６】
発熱抵抗体７の形成は、上記した抵抗体ペーストを基板１上の所定位置に帯状に印刷した後、乾燥させ、ガラスの軟化点より低い８１０℃程度で焼成することによりなされる。この焼成により、溶剤が蒸発し、酸化ルテニウムおよびガラスが混合された状態で硬化した発熱抵抗体７が得られる。
【００３７】
このように、発熱抵抗体７に含まれるガラスに、発熱抵抗体７の焼成温度より高い軟化点を有し、かつ粉砕されて微小な粒径をもつ粒子を有するものを用いると、抵抗体ペーストの焼成後、微小な粒子の周囲に導電物質が結合し、ガラス同士が凝集することがなくなる。また、ガラスと導電物質とが均一に分散して混ざり合った状態になる。ここで、単にガラスの軟化点が焼成温度より高いものを用いれば、焼成時にガラスが軟化しにくくなって導電物質がガラスに結合しづらくなり、発熱抵抗体７を基板１上に強固に接着して所望の形状に形成することができなくなる。
【００３８】
しかしながら、本実施形態によれば、ガラスが粉砕されて微小な粒径をもつ粒子とされるので、発熱抵抗体においてガラスと導電物質とが均一に分散して存在することになり、ガラスの軟化点が焼成温度より高くても、発熱抵抗体７を基板１上に強固に接着して所望の形状に形成することができる。また、電気抵抗値の変化が少なくなり、大きな電気エネルギがかかってもそれに耐え得ることができる、耐電力が向上された発熱抵抗体７を提供することができる。したがって、サーマルプリントヘッドの高耐久性や長寿命に寄与することができる。
【００３９】
続いて、上記のように形成した発熱抵抗体７の上に、耐摩耗性物質を含有した保護膜ペーストを帯状に印刷し、４００℃程度で焼成することにより保護層８を形成する。そして、基板１の幅方向他端部の部位にてグレーズ層２上に、所定数の駆動ＩＣ９を搭載し、駆動ＩＣ９と個別電極層４とをワイヤ１０により接続する。これにより、上記した構造のサーマルプリントヘッドが得られる。
【００４０】
上記のように、発熱抵抗体７の抵抗体ペーストに、焼成温度より高い軟化点を有するガラスを粉砕して小さな粒子として用いることにより、上記耐電力が約３０％向上したことが実験で確認できた。また、表１に示すように、本実施形態による製造方法によって製造した発熱抵抗体７と、本実施形態と異なる製造方法によって製造した従来例１，２の発熱抵抗体７とについて、マイナスドリフト量および破壊点の値を求めた。
【００４１】
【表１】
0003819650.tif 000002
【００４２】
ここで、従来例１における発熱抵抗体７の製造方法は、導電物質、ガラス、および樹脂を単に混練させて抵抗体ペーストを作製し焼成する方法である。また、従来例２における発熱抵抗体７の製造方法は、導電物質およびガラスを混合し、約７００℃で熱処理した後、導電物質およびガラスを粉砕し、樹脂と混練させて抵抗体ペーストを作製し焼成する方法である。
【００４３】
また、マイナスドリフト量とは、耐電力を測定するための、いわゆるＳＳＴ（step stress test）試験における印加電力と抵抗値変化率との関係において、印加電力を変化させると、抵抗値変化率がマイナスになることがあり、このときの抵抗値変化率の最低値をいう。これは、発熱抵抗体において、導電物質およびガラスの分散が均一にされていないことにより発生するケースが多い。また、破壊点とは、実質的に耐電力のことをいい、この場合、ガラスおよび導電物質の組織構造が破壊され、抵抗値変化率がたとえば１０％を越えたときの印加電力の値をいう。
【００４４】
表１によると、マイナスドリフト量については、従来例１では−４．５％を示したが、本実施形態では−１．２％を示しマイナスドリフト量が従来例１に比べ小さかった。これにより、本実施形態では、従来例１に比べ、発熱抵抗体において導電物質およびガラスの分散がより均一にされていることがわかる。なお、従来例２では、マイナスドリフト量は０％であった。
【００４５】
破壊点については、従来例２では６Ｗであったが、本実施形態では８Ｗを示し、破壊点の値が従来例２より大きかった。これにより、本実施形態では、従来例２に比べ、耐電力が向上したことがわかった。なお、従来例１では、破壊点の値は８Ｗであった。
【００４６】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、発熱抵抗体に含まれるガラスの具体的な材質、粒径、軟化点などの値は、上記実施形態で示した値に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るサーマルプリントヘッドの要部平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  グレーズ層
３  共通電極層
４  個別電極層
７  発熱抵抗体
８  保護層
９  駆動ＩＣ
【図１】
0003819650.tif 000003
【図２】
0003819650.tif 000004