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JP3548571B2 - Thermal head - Google Patents
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JP3548571B2 - Thermal head - Google Patents

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Description

本発明はサーマルヘッドに関し、詳しくは耐磨耗性に優れた保護層を有するサーマルヘッドに関するものである。   The present invention relates to a thermal head, and more particularly, to a thermal head having a protective layer having excellent wear resistance.

感熱記録(サーマル)方式の画像記録装置は、装置の構成がシンプルで小型化・軽量化・低価格化に有利であり、記録音が静かで消費電力も小さいといった長所を有しており、各種のプリンタやファックスなどを始めとして様々な記録用途に幅広く使用されている。   Image recording devices of the thermal recording (thermal) type have the advantages that the device configuration is simple, advantageous for miniaturization, weight reduction, and price reduction, and that the recording sound is quiet and the power consumption is low. It is widely used for various recording applications such as printers and fax machines.

この感熱記録方式に用いられるサーマルヘッドは、例えばラインヘッドであれば、絶縁性基板上に抵抗発熱体をライン状に形成した発熱部と、各抵抗発熱体に接続された電極とを有している。そして発熱部を記録紙またはインクリボンなどの記録媒体を介した記録紙に接触させ、電極から各抵抗発熱体に記録情報を電気信号として順次入力して主走査方向の記録を行ない、それとともに記録紙を走行させて副走査方向の記録を行なうことで2次元の記録画像を得ている。   The thermal head used in this thermal recording method, for example, if it is a line head, has a heating section in which a resistance heating element is formed in a line on an insulating substrate, and electrodes connected to each resistance heating element. I have. Then, the heating section is brought into contact with the recording paper via a recording medium such as a recording paper or an ink ribbon, and the recording information is sequentially input from the electrodes to each of the resistance heating elements as electric signals to perform recording in the main scanning direction. A two-dimensional recorded image is obtained by performing recording in the sub-scanning direction while running the paper.

このようなサーマルヘッドとして、図5に示すような構造のものが従来知られている。図5はラインヘッドの例を示すもので、同図(a)は平面図であり、同図(b)および(c)はA−A要部断面図である。   As such a thermal head, one having a structure as shown in FIG. 5 is conventionally known. 5A and 5B show an example of a line head. FIG. 5A is a plan view, and FIGS. 5B and 5C are cross-sectional views of AA main parts.

図5(a)および(b)、(c)のサーマルヘッド1において、2はグレーズドセラミックからなる絶縁性基板であり、セラミック基板2a上にグレーズ層2bが形成されている。この絶縁性基板2上には、酸化ルテニウムなどから成る抵抗発熱体3と金(Au)などから成る電極4・4が、各層の成膜工程とフォトリソグラフィ工程などとを組合せて形成されている。このように抵抗発熱体3上に電極4・4を微細なパターンで形成し、各電極4・4間に選択的に電力を印加することにより、それら電極4・4間の抵抗発熱体3を微小なドット状に発熱させることができる。そしてそれらの上に、抵抗発熱体3および電極4を覆うように保護層5が形成されている。なおこれら抵抗発熱体3と電極4・4とは、上述の通り同図(b)に示すように抵抗発熱体3の上に電極4を成膜し、エッチングによって電極4に窓開け加工を施して電極4・4間の抵抗発熱体3を微小なドット状に発熱させるようにしてもよいし、同図(c)に示すようにその形成積層順序を逆にして窓開け加工を施した電極4・4上に抵抗発熱体3を成膜し、微小なドット状に発熱させるようにしてもよい。   In the thermal head 1 shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, reference numeral 2 denotes an insulating substrate made of glazed ceramic, and a glaze layer 2b is formed on the ceramic substrate 2a. On the insulating substrate 2, a resistance heating element 3 made of ruthenium oxide or the like and electrodes 4.4 made of gold (Au) or the like are formed by a combination of a film forming process of each layer and a photolithography process. . As described above, the electrodes 4.4 are formed in a fine pattern on the resistance heating element 3 and the electric power is selectively applied between the electrodes 4, 4 so that the resistance heating element 3 between the electrodes 4.4 is formed. Heat can be generated in the form of minute dots. A protective layer 5 is formed on them so as to cover the resistance heating element 3 and the electrode 4. As described above, the resistance heating element 3 and the electrodes 4 are formed by forming an electrode 4 on the resistance heating element 3 as shown in FIG. The resistance heating element 3 between the electrodes 4 may be heated in the form of minute dots by heating, or an electrode formed by opening the window by reversing the forming and stacking order as shown in FIG. The resistance heating element 3 may be formed on the layers 4 and 4 to generate heat in minute dots.

上記のような構成のサーマルヘッド1における保護層5については、耐久性を向上させるために記録紙との摺動に対する高い耐磨耗性が要求され、また記録紙との密着性および滑り性を高めて良好な画像品質を得るとともにこの層5の磨耗を低減するために、表面の高い平滑性、すなわち表面粗度が小さいことが要求される。従来そのような保護層5として、例えばスパッタリング法やCVD法などの薄膜作製技術による高硬度の層が使用されているが、これらは成膜速度が遅いため層形成に長時間を要し、また成膜装置も高価であるために多大な製造コストがかかるという問題点があった。   The protective layer 5 in the thermal head 1 having the above-described structure is required to have high abrasion resistance against sliding with the recording paper in order to improve the durability, and to improve the adhesion and the sliding property with the recording paper. In order to obtain a good image quality by increasing the wear and to reduce the abrasion of the layer 5, a high smoothness of the surface, that is, a low surface roughness is required. Conventionally, as such a protective layer 5, a layer having a high hardness by a thin film manufacturing technique such as a sputtering method or a CVD method has been used, but these require a long time for layer formation due to a low film formation rate, and There is a problem that a large production cost is required because the film forming apparatus is expensive.

これに対して低コストの保護層5として、印刷・焼成などの厚膜作製技術で形成されたガラスから成る保護層5も多用されている。この保護層5のガラス中には、ガラスの熱膨張率を小さくして抵抗発熱体に加わる熱ストレスを低減し、またこの層5の耐磨耗性を高め、さらに熱伝導性も良好なものとするために、アルミナ(Al23 )粒子などのフィラーを含有させている。 On the other hand, as the low-cost protective layer 5, a protective layer 5 made of glass formed by a thick film manufacturing technique such as printing and baking is often used. Some of the glass of the protective layer 5 have a low coefficient of thermal expansion to reduce the thermal stress applied to the resistance heating element, increase the abrasion resistance of the layer 5, and have good thermal conductivity. In order to achieve this, a filler such as alumina (Al 2 O 3 ) particles is contained.

このようなガラスからなる保護層5に関して、例えば特開昭63−216760号公報には、絶縁物基板上に熱抵抗層および電極・発熱抵抗体層・保護層を順次積層してなる厚膜型感熱記録ヘッドにおいて、保護層が発熱抵抗体層に面するアルミナフィラー含有ガラス層の下層と、そのガラス層より外表面側に形成したアルミナフィラー含有量がゼロないしは前記ガラス層中よりも少量である非晶質ガラス層の上層とを含むものが提案されている。これにより上層の表面平滑度を 0.2μm以下と小さくできるとともに、上層のガラスに磨耗・クラック・損傷などが発生した場合でも、下層のガラスで受け止めて下方に波及させることがないから発熱抵抗体に影響を及ぼすこともなくなり、従ってサーマルヘッドの信頼性の向上と長寿命化が図れるというものである。   With respect to such a protective layer 5 made of glass, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-216760 discloses a thick film type in which a heat resistance layer, an electrode, a heating resistor layer, and a protection layer are sequentially laminated on an insulating substrate. In the heat-sensitive recording head, the protective layer has a lower layer of the alumina filler-containing glass layer facing the heating resistor layer, and the content of the alumina filler formed on the outer surface side of the glass layer is zero or smaller than that in the glass layer. One including an upper layer of an amorphous glass layer has been proposed. As a result, the surface smoothness of the upper layer can be reduced to 0.2 μm or less, and even if the upper glass is worn, cracked or damaged, it will not be caught by the lower glass and will not spread downward, so it can be applied to the heating resistor. There is no influence, and therefore the reliability and the life of the thermal head can be improved.

また特開平2−292058号公報には、絶縁基板上にアンダーグレーズ層を形成し、その上に発熱抵抗体とこの発熱抵抗体に通電する電極とを形成し、この発熱抵抗体を被覆するオーバーコート層を形成してなる厚膜型サーマルヘッドにおいて、オーバーコート層を、厚膜技術を用いて形成される第1のオーバーコート層と、その層上に薄膜技術を用いて形成される第2のオーバーコート層とで構成することが提案されている。この第1のオーバーコート層はガラスペーストを印刷・焼成して形成され、その表面にサイアロン・Ta25 ・SiCなどよりなる第2のオーバーコート層がスパッタリング・真空蒸着などの薄膜技術で形成される。これによれば、第2のオーバーコート層には高硬度の材料を用いておりその表面は平滑であるので、印字品位を損なうことなく耐磨耗性を向上できるというものである。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-292058 discloses that an underglaze layer is formed on an insulating substrate, and a heating resistor and an electrode for energizing the heating resistor are formed thereon. In a thick film type thermal head having a coat layer formed thereon, an overcoat layer is formed by using a first overcoat layer formed by using a thick film technique and a second overcoat layer formed by using a thin film technique on the layer. And an overcoat layer. The first overcoat layer is formed by printing and baking a glass paste, and a second overcoat layer made of sialon, Ta 2 O 5 , SiC or the like is formed on the surface thereof by a thin film technique such as sputtering or vacuum evaporation. Is done. According to this, a high hardness material is used for the second overcoat layer, and the surface thereof is smooth, so that the abrasion resistance can be improved without deteriorating the print quality.

さらにまた特開昭61−229570号公報には、グレーズ基板と、このグレーズ基板上に設けられた発熱体部分および導電層部分と、これらの上に形成された耐磨耗ガラス層とからなるサーマルヘッドにおいて、耐磨耗ガラス層は、少なくとも 300Åの厚さの酸化シリコン・アルミナなどの酸化物薄膜を介して、発熱体部分および導電層部分上に設けることが提案されている。そして酸化物薄膜として酸化シリコンの場合はCVD法で、アルミナの場合はスパッタリングで形成し、耐磨耗ガラスにはホウ酸鉛ガラス(PbO−SiO2 −B23 )に少量のアルミナと酸化カリ(K2 O)を加えたものを印刷・焼成することが開示されている。これによりガラス層と発熱抵抗体部分との密着強度を上げることができるとともに、ガラス焼成時に発熱抵抗体部分が酸化することも防ぐことができ、さらにガラス中の不純物イオンが発熱抵抗体部分へ拡散して発熱部の抵抗値を変化させるおそれもなくなるというものである。
特開昭63−216760号公報 特開平2−292058号公報 特開昭61−229570号公報 特開平3−104657号公報
Further, JP-A-61-229570 discloses a thermal substrate comprising a glaze substrate, a heating element portion and a conductive layer portion provided on the glaze substrate, and a wear-resistant glass layer formed thereon. In the head, it has been proposed that the wear-resistant glass layer be provided on the heating element portion and the conductive layer portion through an oxide thin film such as silicon oxide / alumina having a thickness of at least 300 mm. The oxide thin film is formed by the CVD method in the case of silicon oxide, and the sputtering method in the case of alumina. The wear-resistant glass is formed of lead borate glass (PbO-SiO 2 -B 2 O 3 ) and a small amount of alumina. It is disclosed that printing and baking are performed with potassium (K 2 O) added. As a result, the adhesion strength between the glass layer and the heating resistor portion can be increased, the heating resistor portion can be prevented from being oxidized during glass firing, and impurity ions in the glass diffuse to the heating resistor portion. As a result, there is no danger of changing the resistance value of the heat generating portion.
JP-A-63-216760 JP-A-2-29258 JP-A-61-229570 JP-A-3-104657

しかしながら本発明者等がこれらの保護層について調べたところ、上記の各公報に記載された構成によっても以下のような問題点があることが判明した。   However, when the present inventors examined these protective layers, it was found that there were the following problems even with the configurations described in the above publications.

すなわち特開昭63−216760号公報および特開平2−292058号公報のように保護層を2層構造にする場合は、保護層表面の平滑性は良好にできるものの、2層の間の密着性や熱ストレスに対する耐久性を十分に確保することが難しく、保護層の作製工程が増加して材料および作製コストが増加してしまうという問題点があった。   That is, when the protective layer has a two-layer structure as disclosed in JP-A-63-216760 and JP-A-2-292058, the surface smoothness of the protective layer can be improved, but the adhesion between the two layers can be improved. It is difficult to ensure sufficient durability against heat and thermal stress, and there is a problem in that the number of steps for forming the protective layer increases and the material and manufacturing cost increase.

本発明は上記事情に鑑みて本発明者等が鋭意研究を進めた結果完成されたものであり、その目的は、フィラー含有ガラスから成る保護層を形成したサーマルヘッドにおいて、ガラス中のフィラーの分散性ならびに分布を改善して保護層表面の平滑性を確保しつつ耐磨耗性を高めることにより、長期にわたって良好な記録画像品質が得られる高信頼性のサーマルヘッドを提供することにある。   In view of the above circumstances, the present invention has been completed as a result of intensive studies by the present inventors, and an object of the present invention is to disperse fillers in glass in a thermal head having a protective layer made of filler-containing glass. An object of the present invention is to provide a high-reliability thermal head capable of obtaining good recorded image quality over a long period of time by improving abrasion resistance while improving smoothness and distribution to secure the smoothness of the protective layer surface.

本発明のさらに他の目的は、優れた耐磨耗性や安定した特性を有する低コストの保護層を形成することにより、高信頼性で安価なサーマルヘッドを提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a highly reliable and inexpensive thermal head by forming a low-cost protective layer having excellent abrasion resistance and stable characteristics.

本発明のサーマルヘッドは、絶縁性基板上に抵抗発熱体と該抵抗発熱体に電力を供給する電極とを形成すると共に前記抵抗発熱体および電極を覆うようにフィラー含有ガラスから成る保護層を形成したサーマルヘッドにおいて、前記保護層を形成するガラスの比重をフィラーの比重よりも大きく成すとともに、該フィラーの平均粒径を0.5μm以下で、フィラーの含有量を5wt%〜35wt%に設定し、保護層表面より突出するフィラーの突出量をフィラーの粒径を半分以下にし、該保護層と前記抵抗発熱体及び電極との間にガラスから成る平滑層を介在させたことを特徴とする。   In the thermal head of the present invention, a resistance heating element and an electrode for supplying power to the resistance heating element are formed on an insulating substrate, and a protective layer made of glass containing filler is formed so as to cover the resistance heating element and the electrode. In the thermal head, the specific gravity of the glass forming the protective layer is made larger than the specific gravity of the filler, the average particle diameter of the filler is set to 0.5 μm or less, and the content of the filler is set to 5 wt% to 35 wt%. The amount of the filler projecting from the surface of the protective layer is reduced to less than half the particle diameter of the filler, and a smooth layer made of glass is interposed between the protective layer and the resistance heating element and the electrode.

本発明のサーマルヘッドによれば、印刷時および焼成中のペースト状ガラス中においてフィラーが表面側により多く存在する分布状態で保護層表面の平滑性が良好となすことができ、従って、記録紙との摺動による保護層の耐磨耗性が顕著に高められる上に、保護層の表面粗度を悪化させることなく良好な記録画像品質が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the thermal head of this invention, the smoothness of the protective layer surface can be made favorable in the distribution state in which the filler is present more on the surface side in the paste glass at the time of printing and baking, and therefore, the recording paper and Abrasion resistance of the protective layer due to the sliding of, and good recording image quality can be obtained without deteriorating the surface roughness of the protective layer.

また上記保護層は印刷・焼成などの厚膜作製技術で形成されるので、薄膜作製技術による保護層に比べて短時間で容易に形成することができ、低コストで高信頼性の保護層とすることができる。   In addition, since the protective layer is formed by a thick film forming technique such as printing and baking, the protective layer can be easily formed in a shorter time than a protective layer formed by a thin film forming technique. can do.

さらに抵抗発熱体および電極と保護層との間に、ガラスからなる平滑層を介在させたことから、保護層の表面平滑性をより高いものとして印字時における記録紙の密着性を向上させることができる。   Further, since a smooth layer made of glass is interposed between the resistance heating element and the electrode and the protective layer, it is possible to improve the surface smoothness of the protective layer and improve the adhesion of the recording paper during printing. it can.

以下、本発明のサーマルヘッドを詳細に説明する。本発明のサーマルヘッドの一実施例の構成を図1に示す。図1は図5と同様のラインヘッドの例を示すもので、同図(a)は平面図であり、同図(b)はB−B要部断面図である。   Hereinafter, the thermal head of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the thermal head of the present invention. FIG. 1 shows an example of a line head similar to FIG. 5, wherein FIG. 1 (a) is a plan view and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view of a BB main part.

図1(a),(b)のサーマルヘッド6において、7はグレーズドセラミックなどからなる絶縁性基板であり、本例ではセラミック基板7a上にグレーズ層7bが形成されている。この絶縁性基板7上には、例えば酸化ルテニウムなどから成る抵抗発熱体8と金(Au)などから成る電極9・9が、各層の成膜工程とフォトリソグラフィ工程などとを組合せて、図5(b)と同様の構成で形成されている。このように抵抗発熱体8上に電極9・9を微細なパターンで形成し、各電極9・9間に選択的に電力を印加することにより、それら電極9・9間の抵抗発熱体8を微小なドット状に発熱させることができる。なおこれら抵抗発熱体8と電極9・9とは、図5(c)に示したようにその形成積層順序を逆にして形成してもよい。また抵抗発熱体8は、画素密度に応じて各々独立した発熱素子として形成してもよく、連続した抵抗発熱体層として形成してもよい。そしてそれらの上に、抵抗発熱体8および電極9・9を覆うように保護層10が形成されており、この保護層10は、酸化珪素−酸化鉛を主体としたガラス11の中にアルミナなどのフィラー12を分散させたフィラー含有ガラスから成っている。   In the thermal head 6 of FIGS. 1A and 1B, reference numeral 7 denotes an insulating substrate made of glazed ceramic or the like. In this example, a glazed layer 7b is formed on a ceramic substrate 7a. On the insulating substrate 7, a resistance heating element 8 made of, for example, ruthenium oxide and electrodes 9.9 made of gold (Au) are formed by combining a film forming process of each layer and a photolithography process, as shown in FIG. It is formed with the same configuration as (b). In this manner, the electrodes 9.9 are formed in a fine pattern on the resistance heating elements 8 and the electric power is selectively applied between the electrodes 9.9, whereby the resistance heating elements 8 between the electrodes 9.9 are formed. Heat can be generated in the form of minute dots. The resistance heating element 8 and the electrodes 9 may be formed by reversing the order of formation as shown in FIG. 5C. The resistance heating elements 8 may be formed as independent heating elements depending on the pixel density, or may be formed as a continuous resistance heating element layer. On these, a protective layer 10 is formed so as to cover the resistance heating element 8 and the electrodes 9. The protective layer 10 is made of a glass 11 mainly composed of silicon oxide-lead oxide and alumina or the like. Of filler-containing glass in which the filler 12 is dispersed.

またガラス11の比重をフィラー12の比重より大きくしたことから、図1(b)に示したように高硬度のフィラー12が保護層10の厚み方向の上半分の領域に多く含有される分布となり、特に表面付近に集中するようになる。これにより、記録紙との摺動による保護層10の耐磨耗性が顕著に高められる。   Further, since the specific gravity of the glass 11 is made larger than the specific gravity of the filler 12, the distribution becomes such that the high-hardness filler 12 is largely contained in the upper half region in the thickness direction of the protective layer 10 as shown in FIG. , Especially near the surface. Thereby, the abrasion resistance of the protective layer 10 due to sliding with the recording paper is significantly improved.

尚、前記保護層10内のフィラー12は、保護層10の厚み方向の上半分の領域に70%以上分布させておくことが好ましく、このように分布させておくことにより、印字に際して記録紙の摺接等によって発生する剪断応力を保護層10の厚み方向の下半分に位置するフィラー12の少ない部分で良好に緩和することができる。   The filler 12 in the protective layer 10 is preferably distributed 70% or more in the upper half region of the protective layer 10 in the thickness direction. The shear stress generated by sliding contact or the like can be favorably reduced by the portion of the protective layer 10 in the lower half in the thickness direction where the filler 12 is small.

本発明のサーマルヘッド6の絶縁性基体7には、上記のように例えばアルミナやムライト・SiNなどのセラミック基板7a上に、ホウケイ酸ガラスなどのグレーズ層7bが形成されたグレーズドセラミックの他にも、ホウケイ酸ガラスでできた板ガラスなどを用いることができる。   The insulating substrate 7 of the thermal head 6 according to the present invention includes, in addition to the glazed ceramic in which the glaze layer 7b such as borosilicate glass is formed on the ceramic substrate 7a such as alumina or mullite / SiN as described above. And a plate glass made of borosilicate glass.

抵抗発熱体8には、上記の酸化ルテニウム(RuO2 )の他にも窒化タンタル(TaN)や珪酸タンタル(TaSiO)・タングステン(W)・酸化クロム(CrO2 )・珪酸チタン(TiSiO)なども用いることができ、各種スパッタリング法やCVD法などの薄膜作製技術、あるいは描画/焼成などの厚膜作製技術により形成する。またその厚みは所望の発熱特性に応じて適宜設定する。この抵抗発熱体8は発熱体領域の全体に一様な層として形成してもよく、フォトリソグラフィ工程などにより独立した発熱素子の列として形成してもよい。 The resistance heating element 8 may be made of, for example, ruthenium oxide (RuO 2 ), tantalum nitride (TaN), tantalum silicate (TaSiO), tungsten (W), chromium oxide (CrO 2 ), titanium silicate (TiSiO), etc. It can be used and is formed by a thin film manufacturing technique such as various sputtering methods and CVD methods, or a thick film manufacturing technique such as drawing / firing. The thickness is appropriately set according to desired heat generation characteristics. The resistance heating element 8 may be formed as a uniform layer over the entire heating element region, or may be formed as an independent row of heating elements by a photolithography process or the like.

電極9・9には、上記の金(Au)の他にもアルミ(Al)や銅(Cu)なども用いることができ、各種スパッタリング法や真空蒸着法などの薄膜作製技術とフォトリソグラフィ工程の組合せ、あるいはスクリーン印刷・焼成などの厚膜作製技術とフォトリソグラフィ工程の組合せなどの方法により、所望の電極配線パターンに形成する。またその厚みは通常約1μm程度に設定される。   In addition to the above-mentioned gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), or the like can be used for the electrodes 9.9, and thin film manufacturing techniques such as various sputtering methods and vacuum evaporation methods and photolithography steps can be used. A desired electrode wiring pattern is formed by a method such as a combination or a combination of a thick film manufacturing technique such as screen printing and firing and a photolithography step. The thickness is usually set to about 1 μm.

保護層10を形成するガラス11には、酸化珪素−酸化鉛を主体としたガラスを用いるとよく、例えばホウケイ酸鉛(SiO2 −PbO−B23 )系ガラスやケイ酸鉛(SiO2 −PbO)系ガラスなどがある。 As the glass 11 forming the protective layer 10, a glass mainly composed of silicon oxide-lead oxide may be used. For example, lead borosilicate (SiO 2 —PbO—B 2 O 3 ) -based glass or lead silicate (SiO 2 -PbO) glass.

これらのガラス10は従来周知の厚膜作製技術を採用することによって形成される。具体的には、まず平均粒径が1μm以下で軟化温度が490 ℃のガラス粉末をビヒクルと混練してペースト状にしたものをスクリーン印刷し、これを約120 ℃の温度で30分程度乾燥した後、約400 ℃の温度で60分程度仮焼成し、最後に約500 ℃の温度で本焼成することによって形成される。尚、前記ガラス粉末の平均粒径を上述の如く1μm以下に設定しておけば、焼成の際にガラスが容易に軟化し流動し易くなるため、ガラスの表面をより平滑なものとすることができる。また前述の如く、ガラスを軟化温度よりも低い所定の温度で仮焼成することにより、ガラスペーストに比較的大きな異物が混入されている場合であっても、該異物を仮焼成の際に発生する熱風の吹きかけによって飛ばすことができ、保護層10に異物の混入による成膜欠陥が発生するのを有効に防止することができる。また更に保護層10への異物の混入をより有効に防止するには、上述した本焼成の後、1〜2分程度525 〜530 ℃の温度で加熱すれば良く、これによって保護層10内に存在する有機物等の異物を完全に燃焼させて外部に放出させることができる。   These glasses 10 are formed by employing a conventionally known thick film manufacturing technique. Specifically, first, a glass powder having an average particle diameter of 1 μm or less and a softening temperature of 490 ° C. was kneaded with a vehicle to form a paste, which was screen-printed, and dried at a temperature of about 120 ° C. for about 30 minutes. Thereafter, it is preliminarily fired at a temperature of about 400 ° C. for about 60 minutes and finally fired at a temperature of about 500 ° C. If the average particle size of the glass powder is set to 1 μm or less as described above, the glass can be easily softened and easily flowed during firing, so that the surface of the glass can be made smoother. it can. Further, as described above, by temporarily firing the glass at a predetermined temperature lower than the softening temperature, even when relatively large foreign matter is mixed in the glass paste, the foreign matter is generated during the temporary firing. It can be blown off by blowing hot air, and it is possible to effectively prevent the formation of a film formation defect due to the entry of foreign matter into the protective layer 10. Further, in order to further effectively prevent foreign matter from entering the protective layer 10, after the above-described main baking, heating may be performed at a temperature of 525 to 530 ° C. for about 1 to 2 minutes. Foreign substances such as existing organic substances can be completely burned and released to the outside.

またこの焼成の際に電極9・9材料を変質させないためには、焼成温度を電極9・9材料の融点よりも十分低くしておくことが要求される。例えば電極9・9材料にAlを用いた場合、Alの融点が 660℃であるためガラス11の焼成温度は最高でも 660℃以下でなければならず、さらに融点近くではAl膜が変色し始めて変質してしまうため、600 ℃以下であることが好ましい。このようにガラス11の焼成温度を 600℃以下にするためには、ガラスの軟化温度は 550℃以下が好ましい。また、感熱記録時に抵抗発熱体8が約 300℃に発熱するため、ガラス11の融点はそれ以上でなければならない。さらに、焼成温度が 450℃以下のガラスでは十分な耐熱性が確保できない。従って、通常は 450〜600 ℃の焼成温度のガラス11を用いるとよい。   In order to prevent the electrode 9.9 material from being deteriorated during the firing, it is necessary to set the firing temperature sufficiently lower than the melting point of the electrode 9.9 material. For example, when Al is used for the electrodes 9 and 9, the melting temperature of Al is 660 ° C., so that the firing temperature of the glass 11 must be at most 660 ° C. or less. Therefore, the temperature is preferably 600 ° C. or less. In order to reduce the firing temperature of the glass 11 to 600 ° C. or lower, the softening temperature of the glass is preferably 550 ° C. or lower. In addition, since the resistance heating element 8 generates heat to about 300 ° C. during thermal recording, the melting point of the glass 11 must be higher than that. Furthermore, glass with a sintering temperature of 450 ° C or less cannot secure sufficient heat resistance. Therefore, it is usually preferable to use the glass 11 having a firing temperature of 450 to 600 ° C.

また上記ガラス材料の中でもホウケイ酸鉛系ガラスを用いると、成分中のPbO含有比率を変えることにより保護層10に必要なガラス11の特性(熱伝導度や耐磨耗性など)を大きく変化させることなくその比重を変化させることができ、しかも焼成温度が 450〜600 ℃であるためAl電極を変質させずに印刷・焼成により容易に形成できるという点で好適である。   In addition, when a lead borosilicate glass is used among the above glass materials, the properties (thermal conductivity, abrasion resistance, etc.) of the glass 11 necessary for the protective layer 10 are greatly changed by changing the PbO content ratio in the components. Since the specific gravity can be changed without any change, and the firing temperature is 450 to 600 ° C., the Al electrode can be easily formed by printing and firing without altering the Al electrode.

このホウケイ酸鉛系ガラスにおけるPbO含有比率に対する比重の変化を、図2に線図で示す。図2において、横軸はガラス成分中のPbO含有比率(wt%)を、縦軸はそれに対するガラスの比重を表わしており、図中の特性曲線はPbO含有比率に対する比重の変化を表している。同図より、PbO含有比率を増すにつれてガラスの比重を大きくすることができ、例えばフィラー12に比重 3.9のアルミナを用いる場合であれば、PbO含有比率を45wt%以上にすれば、ガラス11の比重を 3.9以上に設定できることが分かる。ただし、PbO含有比率が90wt%以上になると、焼成しても固化しなくなるため保護層10としては使用できなくなる。またPbO含有比率を増すにつれて焼成温度・軟化点は低下する傾向があり、電極9・9にAlを用いた場合に好適な焼成温度 600℃・軟化点 550℃となるのは、PbO含有比率が約60wt%以上のときである。従って、好適なPbO含有比率は45〜90wt%であり、比重や焼結性などを考慮すると、より好適には60〜85wt%に設定することが好ましい。   FIG. 2 is a diagram showing a change in specific gravity with respect to the PbO content ratio in the lead borosilicate glass. In FIG. 2, the horizontal axis represents the PbO content ratio (wt%) in the glass component, the vertical axis represents the specific gravity of the glass relative thereto, and the characteristic curve in the figure represents the change in the specific gravity with respect to the PbO content ratio. . As can be seen from the figure, the specific gravity of the glass can be increased as the PbO content ratio is increased. For example, when alumina having a specific gravity of 3.9 is used for the filler 12, if the PbO content ratio is 45 wt% or more, the specific gravity of the glass 11 can be increased. Can be set to 3.9 or higher. However, if the PbO content is 90 wt% or more, it will not be solidified even if fired, and cannot be used as the protective layer 10. Also, the firing temperature and softening point tend to decrease as the PbO content ratio increases, and the preferable firing temperature of 600 ° C. and softening point of 550 ° C. when Al is used for the electrodes 9.9 is that the PbO content ratio is It is when about 60 wt% or more. Therefore, the preferable PbO content ratio is 45 to 90 wt%, and it is more preferably set to 60 to 85 wt% in consideration of specific gravity and sinterability.

保護層10のガラス11中に分散させるフィラー12は、上記のアルミナ(Al23 )の他にも、ダイヤモンドや石英(SiO2 )・酸化タンタル(Ta25 )などを用いることもできる。例えばフィラー12としてアルミナを用いる場合、その硬度および熱伝導率をホウケイ酸鉛系ガラスと比較すると、
ホウケイ酸鉛系ガラスのビッカース硬度:約 300kg/mm2
アルミナのビッカース硬度:約 1,500kg/mm2
ホウケイ酸鉛系ガラスの熱伝導率:約2×10-3cal/cm・秒・℃
アルミナの熱伝導率:約5×10-3cal/cm・秒・℃
である。従ってアルミナのフィラー12をガラス11に含有させることにより、硬度および熱伝導率が高められる。また15wt%のアルミナフィラー含有の有無によりホウケイ酸鉛系ガラスの熱膨張係数は、
アルミナフィラー無しガラスの熱膨張係数:約60×10-7/℃
アルミナフィラー含有ガラスの熱膨張係数:約40×10-7/℃
となり、ガラス11の熱膨張係数を小さくして抵抗発熱体8からの熱パルスによる熱ストレスを低減し、耐パルス性を高めることができる。
As the filler 12 dispersed in the glass 11 of the protective layer 10, diamond, quartz (SiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), or the like can be used in addition to the above alumina (Al 2 O 3 ). . For example, when using alumina as the filler 12, when its hardness and thermal conductivity are compared with those of lead borosilicate glass,
Vickers hardness of lead borosilicate glass: about 300 kg / mm 2
Vickers hardness of alumina: about 1,500 kg / mm 2
Thermal conductivity of lead borosilicate glass: about 2 × 10 -3 cal / cm · sec · ° C
Thermal conductivity of alumina: about 5 × 10 -3 cal / cm · sec · ° C
It is. Therefore, by including the alumina filler 12 in the glass 11, the hardness and the thermal conductivity are increased. The thermal expansion coefficient of lead borosilicate glass depends on the presence or absence of 15wt% alumina filler.
Thermal expansion coefficient of glass without alumina filler: about 60 × 10 -7 / ℃
Thermal expansion coefficient of alumina filler-containing glass: about 40 × 10 -7 / ° C
Thus, the thermal expansion coefficient of the glass 11 is reduced, the thermal stress due to the heat pulse from the resistance heating element 8 is reduced, and the pulse resistance can be improved.

フィラー12の形状は、粒状や球状・繊維状・多角形状であってよいが、本発明におけるフィラー12の平均粒径は、フィラー12を保護層10の表面付近に多く存在させた場合でも保護層10表面の平滑性を低下させないために、その平均粒径を 0.5μm程度もしくはそれ以下とするとよい。これは、保護層10の表面にフィラー12が存在する場合でもフィラー12粒子自体の半分以上が表面に突出することはなく、また保護層10の表面粗さRaはその突出量の約2分の1以下になるため、フィラー12の平均粒径が 0.5μm程度以下であれば、保護層10の表面粗さRaを約0.1μm以下にして良好な記録特性を得ることができることによる。また保護層10中のフィラー12の含有量は、5〜35wt%の範囲に設定するとよい。5wt%未満では耐磨耗性や熱伝導率の向上・熱膨張率の低減といったフィラー12含有の効果が見られず、35wt%を越えるとフィラー粒子全体をガラスが覆いきれず、保護層10がもろくなる傾向がある。   The shape of the filler 12 may be granular, spherical, fibrous, or polygonal, but the average particle size of the filler 12 in the present invention is such that even when the filler 12 is largely present near the surface of the protective layer 10, 10 In order not to decrease the smoothness of the surface, the average particle size is preferably about 0.5 μm or less. This is because even when the filler 12 is present on the surface of the protective layer 10, more than half of the filler 12 particles themselves do not protrude from the surface, and the surface roughness Ra of the protective layer 10 is about two-half of the protruding amount. When the average particle diameter of the filler 12 is about 0.5 μm or less, the surface roughness Ra of the protective layer 10 can be reduced to about 0.1 μm or less to obtain good recording characteristics. The content of the filler 12 in the protective layer 10 is preferably set in the range of 5 to 35 wt%. If the content is less than 5 wt%, the effect of containing filler 12 such as improvement of abrasion resistance, thermal conductivity, and reduction of thermal expansion coefficient cannot be seen, and if it exceeds 35 wt%, the entire filler particles cannot be covered with glass, and protective layer 10 cannot be formed. Tends to be brittle.

このようなフィラー12含有ガラス11から成る保護層10は抵抗発熱体8およびその近傍の電極9・9を覆うように形成されるが、その厚みは、記録紙との摺動に耐えるために十分な機械的強度を有していることと、抵抗発熱体8からの熱を記録紙へ良好に伝えることから、好適には約3〜14μm、より好適には7〜10μmに設定するとよい。この厚みが約3μmより薄くなると機械的強度が不足し、約14μmより厚くなると熱伝導が良好に行なわれなくなる。   The protective layer 10 made of such a filler 12-containing glass 11 is formed so as to cover the resistance heating element 8 and the electrodes 9 and 9 in the vicinity thereof, but the thickness is sufficient to withstand sliding with the recording paper. Preferably, the thickness is set to about 3 to 14 μm, more preferably 7 to 10 μm, because of having high mechanical strength and transmitting heat from the resistance heating element 8 to the recording paper. When the thickness is less than about 3 μm, the mechanical strength is insufficient, and when the thickness is more than about 14 μm, good heat conduction is not achieved.

ここで保護層10の膜厚が約7μmより小さくなると、抵抗発熱体8上の保護層10の厚みと電極9・9上の保護層10の厚みとの差が相対的に大きくなり、保護層10の膜厚の異なった部分すなわち段差部分に、抵抗発熱体8からの熱パルスによる熱ストレスが集中し、発熱部の耐パルス性が不十分になることがある。そこで本発明によれば、この耐パルス性を高めるとともに、保護層10形成時の抵抗発熱体8および電極9・9の酸化や保護層10のガラス11成分との反応などによる変質を防止し、抵抗発熱体8の抵抗値変化を低減するために、上記構成のサーマルヘッド6において、抵抗発熱体8および電極9・9と保護層10との間に、酸化物または/および窒化物からなる変質防止層を介在させたものが提供される。そのような本発明のサーマルヘッドの一実施例の構成を図3に示す。   Here, when the thickness of the protective layer 10 is smaller than about 7 μm, the difference between the thickness of the protective layer 10 on the resistance heating element 8 and the thickness of the protective layer 10 on the electrodes 9 and 9 becomes relatively large. The thermal stress due to the heat pulse from the resistance heating element 8 concentrates on a portion having a different thickness of the film 10, that is, a step portion, and the pulse resistance of the heating portion may be insufficient. Therefore, according to the present invention, this pulse resistance is enhanced, and at the same time, deterioration of the resistance heating element 8 and the electrodes 9, 9 during formation of the protective layer 10 due to oxidation or reaction with the glass 11 component of the protective layer 10 is prevented. In order to reduce the change in the resistance value of the resistance heating element 8, in the thermal head 6 having the above-described structure, the denaturation made of oxide or / and nitride is provided between the resistance heating element 8 and the electrodes 9. An intervening prevention layer is provided. FIG. 3 shows the configuration of one embodiment of such a thermal head of the present invention.

図3は図1と同様のラインヘッドの例を示すもので、同図(a)は平面図であり、同図(b)はC−C要部断面図である。なお、これらの図において図1と同様の箇所には同じ符号を付してある。   FIG. 3 shows an example of a line head similar to that of FIG. 1, wherein FIG. 3 (a) is a plan view and FIG. 3 (b) is a cross-sectional view of a CC main part. In these drawings, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図3(a),(b)のサーマルヘッド13において、セラミック基板7a上にグレーズ層7bが形成された絶縁性基板7上には、抵抗発熱体8と電極9・9が形成されている。なおこの形成順序も図5(c)に示したように逆であってもよい。それらの上には抵抗発熱体8および電極9・9を覆うように保護層10が形成されており、この保護層10はガラス11の中にフィラー12を分散させたフィラー含有ガラスから成っている。そして、抵抗発熱体8および電極9・9と保護層10との間には、酸化物または/および窒化物からなる変質防止層14を介在させている。なお、このサーマルヘッド13において、ガラス11の比重がフィラー12の比重より大きい場合、図3(b)に示したように高硬度のフィラー12が保護層10の表面付近により多く分布させることができる。   In the thermal head 13 shown in FIGS. 3A and 3B, a resistance heating element 8 and electrodes 9.9 are formed on an insulating substrate 7 in which a glaze layer 7b is formed on a ceramic substrate 7a. The order of the formation may be reversed as shown in FIG. On these, a protective layer 10 is formed so as to cover the resistance heating element 8 and the electrodes 9. The protective layer 10 is made of a filler-containing glass in which a filler 12 is dispersed in a glass 11. . Further, between the resistance heating element 8 and the electrodes 9 and the protective layer 10, an alteration preventing layer 14 made of oxide or / and nitride is interposed. In the thermal head 13, when the specific gravity of the glass 11 is larger than the specific gravity of the filler 12, the high-hardness filler 12 can be distributed more near the surface of the protective layer 10 as shown in FIG. .

本発明における変質防止層14には、酸化物または/および窒化物を用いており、例えば酸化物には酸化シリコン(SiO2 )やアルミナ(Al23 )・酸化タンタル(Ta25 )などがあり、窒化物には窒化シリコン(SiN)などがある。また酸化物と窒化物の混合物にはサイアロン(SiAlON)などがあり、これらの混合物あるいは積層物であってもよい。 An oxide or / and nitride is used for the alteration preventing layer 14 in the present invention. For example, silicon oxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) is used as the oxide. The nitride includes silicon nitride (SiN). The mixture of the oxide and the nitride includes sialon (SiAlON), and a mixture or a laminate of these may be used.

このような材料から成る変質防止層14は、特にスパッタリング法やCVD法などの薄膜作製技術により形成することで、緻密かつ高硬度で安定した特性を有し、さらに密着性に優れたものが得られる。本発明の変質防止層14の形成に好適な薄膜作製技術には、例えばRFスパッタリング法・DCスパッタリング法・反応性スパッタリング法・RFマグネトロンスパッタリング法・DCマグネトロンスパッタリング法などの各種スパッタリング法やプラズマCVD法・熱CVD法・光CVD法などの各種CVD法、イオンプレーティング法、真空蒸着法・抵抗加熱蒸着法・電子ビーム蒸着法・レーザビーム蒸着法・活性反応蒸着法などの各種蒸着法などがある。   The alteration prevention layer 14 made of such a material is formed by a thin film manufacturing technique such as a sputtering method or a CVD method, so that a layer having dense, high hardness, stable characteristics and excellent adhesion can be obtained. Can be Examples of the thin film preparation technique suitable for forming the alteration preventing layer 14 of the present invention include various sputtering methods such as RF sputtering, DC sputtering, reactive sputtering, RF magnetron sputtering, and DC magnetron sputtering, and plasma CVD.・ Various CVD methods such as thermal CVD method and optical CVD method, ion plating method, vacuum evaporation method, resistance heating evaporation method, electron beam evaporation method, laser beam evaporation method, active reaction evaporation method, etc. .

また前記変質防止層14は、上述の薄膜形成技術を採用して形成した後、300 ℃〜400 ℃の温度で120 分程度加熱することにより、変質防止層14の表面に極めて薄い酸化膜を形成して変質防止層14と保護層10との親和性を高めるとともに、保護層10の焼成時に変質防止層14が保護層10に含まれている酸素と急激な酸化反応を起こして保護層10中に気泡が発生してしまうのを有効に防止することができる。これにより保護層10を変質防止層14に強固に被着させておくことができるようになるとともに、保護層10の機械的強度を向上させることが可能となる。   Further, after forming the above-mentioned alteration preventing layer 14 by employing the above-mentioned thin film forming technique, an extremely thin oxide film is formed on the surface of the alteration preventing layer 14 by heating at a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. for about 120 minutes. In addition to increasing the affinity between the alteration preventing layer 14 and the protective layer 10, the alteration preventing layer 14 causes a rapid oxidation reaction with the oxygen contained in the protective layer 10 when the protective layer 10 is fired, and This can effectively prevent bubbles from being generated. This allows the protective layer 10 to be firmly adhered to the alteration preventing layer 14, and also allows the mechanical strength of the protective layer 10 to be improved.

また前記変質防止層14の厚みは、図4にそれらの厚みと効果との関係を示すように、変質防止層14の種類に応じて適宜設定するとよい。図4は変質防止層
14の種類に対してその厚みと変質防止効果との対応を示す線図であり、横軸はこの層14の厚みを表わし、縦軸は変質防止効果の大小を相対的に表わしている。また、図中の●は酸化物の場合を示し、○は窒化物、△は酸化物と窒化物との混合物の場合をそれぞれ示しており、それらを結ぶ曲線はそれぞれの特性曲線である。
The thickness of the alteration preventing layer 14 may be appropriately set according to the type of the alteration preventing layer 14, as shown in FIG. 4 showing the relationship between the thickness and the effect. Figure 4 shows the alteration prevention layer
FIG. 7 is a diagram showing the correspondence between the thickness and the alteration prevention effect for 14 types, in which the horizontal axis represents the thickness of the layer 14 and the vertical axis relatively represents the magnitude of the alteration prevention effect. In the figure, ● indicates the case of oxide, ○ indicates the case of nitride, and Δ indicates the case of a mixture of oxide and nitride, and the curves connecting them are the respective characteristic curves.

図4より分かるように、この層14に酸化物を用いる場合は、酸素原子を含有しているためやや厚めに設定するとよく、0.08μm以上、好適には0.15μm以上、最適には0.20μm以上とするとよい。また窒化物を用いる場合は、酸素原子を含有していないことから酸化防止効果が大きいので、0.04μm以上、好適には0.08μm以上、最適には0.15μm以上とするとよい。また酸化物と窒化物との混合物を用いる場合は、その中間の厚みである0.06μm以上、好適には0.10μm以上、最適には0.18μm以上とするとよい。そしてこれらの厚みより小さいと、耐パルス性も不十分なものとなる傾向がある。   As can be seen from FIG. 4, when an oxide is used for this layer 14, it is good to set it to be slightly thicker because it contains oxygen atoms, and to be 0.08 μm or more, preferably 0.15 μm or more, and optimally 0.20 μm or more. It is good to When a nitride is used, since it does not contain oxygen atoms, the effect of preventing oxidation is large. Therefore, the thickness is preferably 0.04 μm or more, preferably 0.08 μm or more, and most preferably 0.15 μm or more. In the case of using a mixture of an oxide and a nitride, the thickness may be 0.06 μm or more, preferably 0.10 μm or more, and more preferably 0.18 μm or more, which is an intermediate thickness. If the thickness is smaller than these, the pulse resistance tends to be insufficient.

一方、この層14の厚みが2μmを越えて厚くなると、特性的あるいは技術的には特に大きな問題点はないものの、製造コストが高くなってしまうという問題点が生じる。すなわち薄膜作製技術によって変質防止層14を形成する場合は、その成膜速度が比較的遅いので、量産への適用を考慮した場合には成膜時間を1時間以上費やすことは製造コスト増を招いて好ましくない。薄膜作製技術による酸化物例えばSiO2 の成膜速度は約 0.011μm/分なので、この層14の厚みは約0.66μm以下とするのが好ましく、窒化物例えばSiNの成膜速度は約 0.024μm/分なので約1.44μm以下とするのが好ましい。また酸化物と窒化物の混合物例えばサイアロンの場合は、約1.11μm以下とするのが好ましい。そしてこのような範囲内で、サーマルヘッド13の耐久性などの要求特性に応じて変質防止層14の厚みを適宜設定する。   On the other hand, if the thickness of the layer 14 exceeds 2 μm, there is no problem in terms of characteristics or technology, but there is a problem that the manufacturing cost is increased. That is, when the alteration preventing layer 14 is formed by the thin film manufacturing technique, the film formation rate is relatively slow. Therefore, when the application to mass production is considered, spending one hour or more in the film formation time causes an increase in manufacturing cost. Is not preferred. Since the film forming speed of an oxide such as SiO2 by a thin film forming technique is about 0.011 μm / min, the thickness of this layer 14 is preferably about 0.66 μm or less, and the film forming rate of a nitride such as SiN is about 0.024 μm / min. Therefore, the thickness is preferably about 1.44 μm or less. In the case of a mixture of an oxide and a nitride, for example, sialon, the thickness is preferably about 1.11 μm or less. Then, within such a range, the thickness of the alteration preventing layer 14 is appropriately set according to required characteristics such as durability of the thermal head 13.

以下、本発明のサーマルヘッドの具体例を示す。   Hereinafter, specific examples of the thermal head of the present invention will be described.

〔例1〕以下のようにして、図1に示した構成の本発明のサーマルヘッドを作製した。まず、表面にホウケイ酸ガラスグレーズ層7bを形成したグレーズドセラミック基板7の上にスパッタリング法により厚み約0.05μmのTaNから成る抵抗発熱体8を形成し、その上に電子ビーム蒸着法により厚み約1μmのAl層を成膜し、フォトリソグラフィ工程によって所定の電極配線パターンを有する電極9・9を形成した。 Example 1 A thermal head of the present invention having the structure shown in FIG. 1 was manufactured as follows. First, a resistive heating element 8 made of TaN having a thickness of about 0.05 μm is formed by sputtering on a glazed ceramic substrate 7 having a borosilicate glass glaze layer 7 b formed on the surface, and a thickness of about 1 μm is formed thereon by electron beam evaporation. Was formed, and electrodes 9 having a predetermined electrode wiring pattern were formed by a photolithography process.

一方、保護層10を形成するガラス11として組成割合がSiO2 :15%、PbO:70%、B23 :5%、ZnO:4%のホウケイ酸鉛系ガラス粉末を用意し、フィラー12として平均粒径が 0.5μmのアルミナ粒子を用意した。なお上記ガラス11の比重は 5.3であり、軟化点は 490℃であった。このガラス粉末に対してアルミナ粒子を15wt%混合し、ビヒクルを添加してペースト状に混練した。これをスクリーン印刷により上記の抵抗発熱体8および電極9・9上にそれらを覆うように印刷し、530 ℃で10分間焼成して厚み7μmのフィラー含有ガラスから成る保護層10を形成して、本発明のサーマルヘッドAを作製した。 On the other hand, the composition ratio as the glass 11 for forming the protective layer 10 is SiO 2: 15%, PbO: 70%, B 2 O 3: 5%, ZnO: providing a 4% lead borosilicate glass powder, the filler 12 Alumina particles having an average particle size of 0.5 μm were prepared. The glass 11 had a specific gravity of 5.3 and a softening point of 490 ° C. 15% by weight of alumina particles were mixed with this glass powder, a vehicle was added, and the mixture was kneaded into a paste. This is printed on the resistance heating element 8 and the electrodes 9 and 9 by screen printing so as to cover them, and baked at 530 ° C. for 10 minutes to form a protective layer 10 made of a 7 μm thick filler-containing glass. A thermal head A of the present invention was manufactured.

このサーマルヘッドAの保護層10中のフィラー12の分布状態について、保護層10の断面を電子顕微鏡により調べたところ、保護層10の表面に多くのフィラー12が分布し、抵抗発熱体8および電極9・9側に少なく分布していることが確認できた。また保護層10の表面粗さRaを触針表面粗度計により測定したところ、0.1 μmと良好な平滑性を有していた。   The distribution state of the filler 12 in the protective layer 10 of the thermal head A was examined by examining the cross section of the protective layer 10 with an electron microscope. As a result, many fillers 12 were distributed on the surface of the protective layer 10 and the resistance heating element 8 and the electrode It was confirmed that the distribution was small on the 9.9 side. When the surface roughness Ra of the protective layer 10 was measured with a stylus surface roughness meter, it was 0.1 μm and had good smoothness.

またこのヘッドAを用いて画像記録試験機により画像記録試験を行なって画質評価を行なったところ、印画濃度が1.1 以上で印画カスレや印画ニジミも無く、十分な記録濃度が確保され、保護層10の熱伝導性も良好な結果であった。さらに長期実印画走行寿命試験機により保護層10の耐磨耗性を評価したところ、30kmを走行して磨耗量が2μmと優れた耐磨耗性を有していることが確認できた。また30kmの実印画をすることにより抵抗発熱体8には3×107 パルスを印加したが、ドット抜けなどの発生は無く、十分な耐熱性を有することも確認された。 Further, when an image recording test was performed by an image recording tester using this head A to evaluate the image quality, the print density was 1.1 or more, there was no print blur or print bleeding, and a sufficient print density was secured. Was also a good result. Further, when the wear resistance of the protective layer 10 was evaluated using a long-term actual printing running life tester, it was confirmed that the protective layer 10 had excellent wear resistance with a wear amount of 2 μm after traveling 30 km. In addition, 3 × 10 7 pulses were applied to the resistive heating element 8 by printing 30 km. However, no missing dots were found and it was confirmed that the resistive heating element 8 had sufficient heat resistance.

〔例2〕以下のようにして、〔例1〕と同様の構造においてガラス11の比重をフィラー12の比重より軽くした、比較例のサーマルヘッドを作製した。   [Example 2] A thermal head of a comparative example was manufactured as follows, in which the specific gravity of the glass 11 was made smaller than the specific gravity of the filler 12 in the same structure as in [Example 1].

まず、〔例1〕と同様にしてグレーズドセラミック基板7上に電極9・9および抵抗発熱体8を形成した。次に、保護層10を形成するガラス11として組成割合がSiO2 :40%、PbO:20%、B23 :15%、ZnO:15%のホウケイ酸鉛系ガラス粉末を用意し、フィラー12として平均粒径が 0.5μm、比重が 3.9のアルミナ粉末を用意した。なおこのガラス11の比重は約 3.2であり、軟化点は約690℃であった。 First, electrodes 9.9 and a resistance heating element 8 were formed on a glazed ceramic substrate 7 in the same manner as in [Example 1]. Then, the protective layer 10 the composition ratio as the glass 11 for forming the can SiO 2: 40%, PbO: 20%, B 2 O 3: 15%, ZnO: providing a 15% lead borosilicate glass powder, a filler As an example 12, an alumina powder having an average particle size of 0.5 μm and a specific gravity of 3.9 was prepared. The specific gravity of this glass 11 was about 3.2, and the softening point was about 690 ° C.

上記ガラス粉末に対して上記アルミナフィラーを15wt%混合し、ビヒクルを添加してペースト状に混練した。これをスクリーン印刷により、上記の抵抗発熱体8および電極9・9上にそれらを覆うように印刷し、740 ℃で10分間焼成して厚み7μmのフィラー含有ガラスからなる保護層10を形成して、比較例のサーマルヘッドCを作製した。   15 wt% of the above alumina filler was mixed with the above glass powder, a vehicle was added, and the mixture was kneaded into a paste. This is printed on the resistance heating element 8 and the electrodes 9 and 9 so as to cover them by screen printing, and baked at 740 ° C. for 10 minutes to form a protective layer 10 made of a filler-containing glass having a thickness of 7 μm. The thermal head C of the comparative example was produced.

このサーマルヘッドCの保護層10中のフィラー12の分布状態を〔例1〕と同様にして調べたところ、フィラー12は抵抗発熱体8および電極9・9の近傍の方により多く分布していることが確認された。   When the distribution state of the filler 12 in the protective layer 10 of the thermal head C was examined in the same manner as in [Example 1], the filler 12 was more distributed near the resistance heating element 8 and the electrodes 9. It was confirmed that.

また〔例1〕と同様にして画質評価を行なったところ、初期においては印画濃度が 1.1で印画カスレや印画ニジミもなく良好であったが、長期実印画走行寿命試験においては30km走行して磨耗量が4μmと激しく磨耗した。また発熱部表面には多数の走行傷が入っており、保護層10にクラックが発生していた。さらに1ヘッド当り 1,728個の抵抗発熱体において、8個の抵抗発熱体の抵抗値が15%以上ドリフトしており、そのために印画においてドット抜けが発生した。   In addition, when the image quality was evaluated in the same manner as in [Example 1], the print density was 1.1 at the initial stage, and the print density was good without print blurring or print bleeding. The amount was severely abraded at 4 μm. In addition, a large number of running scratches were formed on the surface of the heat generating portion, and cracks occurred in the protective layer 10. Further, among the 1,728 resistance heating elements per head, the resistance values of the eight resistance heating elements drifted by 15% or more, which caused dot missing in printing.

〔例3〕本例では以下のようにして、図3に示した構成の本発明のサーマルヘッドを作製した。まず、表面にホウケイ酸鉛ガラスグレーズ層7bを形成したグレーズドセラミック基板7の上にRFスパッタリング法により厚み約0.05μmのTaSiOから成る抵抗発熱体8を成膜し、その上に厚み約1μmのAl層を成膜し、フォトリソグラフィ工程によって抵抗発熱体8および電極9・9配線パターンを形成した。次に、これら抵抗発熱体8および電極9・9の上にRFスパッタリング法により厚み 0.3μmのサイアロン(SiAlON)からなる変質防止層14を形成した。   Example 3 In this example, a thermal head of the present invention having the structure shown in FIG. 3 was manufactured as follows. First, a resistive heating element 8 made of TaSiO having a thickness of about 0.05 μm is formed on a glazed ceramic substrate 7 having a lead borosilicate glass glaze layer 7b formed on the surface thereof by RF sputtering, and an Al layer having a thickness of about 1 μm is formed thereon. A layer was formed, and a resistive heating element 8 and electrodes 9 and 9 wiring patterns were formed by a photolithography process. Next, an alteration preventing layer 14 made of sialon (SiAlON) having a thickness of 0.3 μm was formed on the resistance heating element 8 and the electrodes 9 by RF sputtering.

一方、保護層10を形成するガラス11として組成割合がSiO2 :15%、PbO:70%、B23 :5%、ZnO:4%のホウ酸鉛系ガラス粉末を用意し、フィラー12として平均粒径が 0.5μmのアルミナ粒子を用意した。なお上記ガラス11の比重は約 5.3であり、軟化点は約 490℃であった。このガラス粉末に対してアルミナ粒子を15wt%混合し、ビヒクルを添加してペースト状にした。これをスクリーン印刷により抵抗発熱体8および電極9・9ならびに変質防止層14の上にそれらを覆うように印刷し、530 ℃で10分間焼成して厚み7μmのフィラー含有ガラスから成る保護層10を形成して、本発明のサーマルヘッドDを作製した。 On the other hand, the composition ratio as the glass 11 for forming the protective layer 10 is SiO 2: 15%, PbO: 70%, B 2 O 3: 5%, ZnO: providing a 4% boric acid lead glass powder, a filler 12 Alumina particles having an average particle size of 0.5 μm were prepared. The glass 11 had a specific gravity of about 5.3 and a softening point of about 490 ° C. 15 wt% of alumina particles were mixed with this glass powder, and a vehicle was added to form a paste. This is printed on the resistance heating element 8, the electrodes 9.9, and the alteration preventing layer 14 by screen printing so as to cover them, and baked at 530 ° C. for 10 minutes to form a protective layer 10 made of a 7 μm thick filler-containing glass. Thus, the thermal head D of the present invention was manufactured.

また、変質防止層14として厚み 0.2μmの窒化ケイ素(SiN)を形成した他は上記と同様にして、本発明のサーマルヘッドEも作製した。   Also, a thermal head E of the present invention was manufactured in the same manner as above except that a 0.2 μm thick silicon nitride (SiN) was formed as the alteration preventing layer 14.

上記サーマルヘッドDおよびEの保護層10中のフィラー12の分布状態および保護層10の表面粗さRaを〔例1〕と同様に調べたところ、分布状態は保護層10表面に多くのフィラー12が分布し、抵抗発熱体8および電極9・9の近くでは少ない分布となっていることが確認でき、表面粗さRaは 0.1μmと良好な平滑性を有していた。   The distribution state of the filler 12 in the protective layer 10 and the surface roughness Ra of the protective layer 10 of the thermal heads D and E were examined in the same manner as in [Example 1]. And a small distribution near the resistance heating element 8 and the electrodes 9.9 was confirmed, and the surface roughness Ra was 0.1 μm, indicating good smoothness.

また、保護層10の焼成による抵抗発熱体8および電極9・9の変質を、電極9・9の共通電極と個別電極の間の抵抗値を測定して求めた保護層10形成前後での抵抗変化率と外観観察により評価したところ、表1に示す通りの結果であった。なお表1には比較例として、変質防止層14を形成しない他は同様にして作製したサーマルヘッドFの結果も併せて示した。   Further, the deterioration of the resistance heating element 8 and the electrodes 9.9 due to the baking of the protective layer 10 was determined by measuring the resistance value between the common electrode and the individual electrode of the electrodes 9.9, and the resistance before and after the protective layer 10 was formed. The results were as shown in Table 1 when evaluated by the rate of change and appearance observation. Table 1 also shows, as a comparative example, the results of a thermal head F manufactured in the same manner except that the deterioration preventing layer 14 was not formed.

Figure 0003548571
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表1の結果より分かるように、変質防止層14を形成した本発明のサーマルヘッドDおよびEでは抵抗値変化率がそれぞれ 3.2%および 2.5%と小さく、外観観察結果においても電極の黒変などが見られず良好な結果であった。これに対して変質防止層14を形成しなかった比較例のヘッドFにおいては、抵抗値変化率が 200〜300 %と非常に大きく、電極にも黒変が見られてかなり劣る結果であった。これらの結果より、本発明のサーマルヘッドDおよびEでは変質防止層14によって抵抗発熱体8や電極9・9の変質が抑制されていることが確認できた。   As can be seen from the results shown in Table 1, the thermal heads D and E of the present invention having the alteration preventing layer 14 had small resistance change rates of 3.2% and 2.5%, respectively. It was a good result without being seen. On the other hand, in the head F of the comparative example in which the alteration preventing layer 14 was not formed, the rate of change of the resistance value was as large as 200 to 300%, and blackening was observed in the electrodes. . From these results, it was confirmed that in the thermal heads D and E of the present invention, the alteration of the resistance heating element 8 and the electrodes 9, 9 was suppressed by the alteration preventing layer 14.

次にこれらヘッドDおよびEを用いて〔例1〕と同様に画質評価および耐磨耗性評価を行なったところ、いずれも印画濃度が 1.1以上で印画カスレ・ニジミもなく、保護層10の熱伝導性も良好であった。また耐磨耗性も30km走行して磨耗量が2μmと良好な結果であった。   Next, image quality evaluation and abrasion resistance evaluation were performed using these heads D and E in the same manner as in [Example 1]. As a result, the print density was 1.1 or more, and there was no print blur or bleeding. The conductivity was also good. In addition, the abrasion resistance was good, with the amount of wear being 2 μm after running for 30 km.

また、30kmの実印画を行なうことにより発熱体8には3×107 パルスを印加したが、ドット抜けなどは無く、十分な耐熱性を有することも確認された。 In addition, 3 × 10 7 pulses were applied to the heating element 8 by performing actual printing at 30 km. However, it was confirmed that there was no missing dot and the heat resistance was sufficient.

なお、以上の実施例ではラインヘッドを例にとって説明を行なったが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリアルヘッドにも適用できて同様の作用・効果が得られるものであることは言うまでもない。   Although the above embodiment has been described with reference to a line head as an example, the present invention is not limited to this, and it can be applied to a serial head to obtain the same operation and effect. Needless to say.

また上述した実施例のサーマルヘッドにおいて、抵抗発熱体や電極をスクリーン印刷等の厚膜作製技術によって形成する場合、これらと保護層との間にガラス等から成る平滑層を介在させておいても良く、この場合、上記実施例と同様の効果を奏することに加え、保護層の表面平滑性をより高いものとして印字時における記録紙の密着性を向上させることができる。かかる平滑層の形成は、保護層を形成するガラスペースト(収縮率:56%)よりも大きな収縮率(例えば、88%)をもったガラスペーストを用いて行われ、これを従来周知のスクリーン印刷等によって厚膜部分の上に塗布し、乾燥させた後、保護層のガラスを焼成する際に同時焼成することによって行われる。   In the thermal head of the above-described embodiment, when the resistance heating elements and the electrodes are formed by a thick film manufacturing technique such as screen printing, a smooth layer made of glass or the like may be interposed between these and the protective layer. In this case, in addition to the effects similar to those of the above-described embodiment, the surface smoothness of the protective layer can be increased to improve the adhesion of the recording paper during printing. The formation of such a smooth layer is performed using a glass paste having a shrinkage ratio (for example, 88%) larger than the glass paste (shrinkage ratio: 56%) forming the protective layer. The method is performed by, for example, applying the film on the thick film portion and drying it, and then simultaneously firing the glass of the protective layer when firing.

更に上記実施例においては、保護層内のフィラーを保護層の表面近傍に集中させるようにしたが、これに代えて、保護層内のフィラーを抵抗発熱体側から表面側に向かって漸次多くなるように分布させても構わない。   Further, in the above embodiment, the filler in the protective layer is concentrated near the surface of the protective layer, but instead, the filler in the protective layer is gradually increased from the resistance heating element side to the surface side. May be distributed.

(a)は本発明のサーマルヘッドの実施例の構成を示す平面図であり、(b)はそのB−B要部断面図である。(A) is a plan view showing a configuration of an embodiment of the thermal head of the present invention, and (b) is a cross-sectional view of a BB main part thereof. ホウケイ酸鉛系ガラスにおけるPbO含有比率に対する比重の変化を示す線図である。FIG. 3 is a diagram showing a change in specific gravity with respect to a PbO content ratio in a lead borosilicate glass. (a)は本発明のサーマルヘッドの他の実施例の構成を示す平面図であり、(b)はそのC−C要部断面図である。(A) is a plan view showing a configuration of another embodiment of the thermal head of the present invention, and (b) is a cross-sectional view of the CC main part thereof. 本発明のサーマルヘッドにおける変質防止層の厚みとその効果の関係を示す線図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of a deterioration preventing layer and its effect in the thermal head of the present invention. (a)は従来のサーマルヘッドの構成を示す平面図であり、(b)および(c)はそのA−A要部断面図である。(A) is a plan view showing a configuration of a conventional thermal head, and (b) and (c) are cross-sectional views of AA main parts thereof.

符号の説明Explanation of reference numerals

1、6、13・・・サーマルヘッド
2、7・・・・・絶縁性基板
3、8・・・・・抵抗発熱体
4、9・・・・・電極
5、10・・・・・保護層
11・・・・・・・ガラス
12・・・・・・・フィラー
14・・・・・・・変質防止層
1, 6, 13: Thermal head 2, 7, ... Insulating substrate 3, 8, ... Resistance heating element 4, 9, ... Electrode 5, 10, ... Protection layer
11 ... Glass
12 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Filler
14 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Change prevention layer

Claims (1)

絶縁性基板上に抵抗発熱体と該抵抗発熱体に電力を供給する電極とを形成すると共に前記抵抗発熱体および電極を覆うようにフィラー含有ガラスから成る保護層を形成したサーマルヘッドにおいて、
前記保護層を形成するガラスの比重をフィラーの比重よりも大きく成すとともに、該フィラーの平均粒径を0.5μm以下で、フィラーの含有量を5wt%〜35wt%に設定し、保護層表面より突出するフィラーの突出量をフィラーの粒径を半分以下にし、該保護層と前記抵抗発熱体及び電極との間にガラスから成る平滑層を介在させたことを特徴とするサーマルヘッド。
A thermal head in which a resistance heating element and an electrode for supplying power to the resistance heating element are formed on an insulating substrate and a protective layer made of filler-containing glass is formed to cover the resistance heating element and the electrode,
The specific gravity of the glass forming the protective layer is made larger than the specific gravity of the filler, the average particle size of the filler is 0.5 μm or less, and the content of the filler is set to 5 wt% to 35 wt%. A thermal head characterized in that the amount of the protruding filler is reduced to less than half the particle size of the filler, and a smooth layer made of glass is interposed between the protective layer and the resistance heating element and the electrode.
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