DE69934600T2

DE69934600T2 - Dickfilmthermodruckkopf und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69934600T2
Application number: DE69934600T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Rohm Co. Hayashi; Eiji Rohm Co. Yokoyama; Takumi Rohm Co. Yamade
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2019-10-16
Also published as: WO2000023282A1; JP3993325B2; EP1123807A1; DE69934600D1; KR20010080241A; US6469724B1; EP1123807B1; EP1123807A4; CN1324304A; KR100380034B1; CN1096361C; JP2000127471A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dickfilm-Thermodruckkopf. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Dickfilm-Thermodruckkopf mit einer sehr harten Glasschicht zum Schutz des Heizwiderstandes. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung derartigen Dickfilm-Thermodruckkopfes.
STAND DER TECHNIK
EP-A-0 782 152 offenbart einen Thermodruckkopf mit einem tragenden Substrat, wobei auf dem Substrat eine Glasurschicht und auf der Glasurschicht ein Heizwiderstand ausgebildet sind.
Ein Beispiel eines Dickfilm-Thermodruckkopfes etwa nach der EP-A-0 395 978 und der JP-A-2 063 845 ist in 5 dargestellt. Der wiedergegebene Thermodruckkopf umfasst ein isolierendes Substrat 51, eine zur Wärmedämmung auf dem Substrat 51 ausgebildete Glasurschicht 52 und ein auf der Glasurschicht 52 ausgebildetes Leitermuster 53. Das Leitermuster 53 umfasst eine gemeinsame Elektrode, Einzelelektroden usw. Der Thermodruckkopf umfasst weiterhin einen Heizwiderstand 54 der mit dem Leitermuster 53 elektrisch verbunden ist und eine erste Glasbeschichtung 55 zum Schutz des Heizwiderstandes 55, des Leitermusters 53 und der Glasurschicht.
Zusätzlich zu diesen vorbeschriebenen Grundelementen umfasst der Thermodruckkopf des Standes der Technik weiterhin eine zweite Glasbeschichtung 56 auf der ersten Glasbeschichtung 55. Die zweite Glasbeschichtung 56 besteht aus einem sehr widerstandsfähigem Glasmaterial. Die vorbeschriebene Anordnung wird zur Erzielung eines verlässlichen Schutzes des Heizwiderstandes 54 und der anderen Teile eingesetzt.
Bei dem Thermodruckkopf des Standes der Technik wird der Heizwiderstand 54 dadurch ausgebildet, dass zunächst eine vorbestimmte Widerstandspaste auf der Glasurschicht 52 ausgebildet und dann ausgehärtet wird. Das Material der Paste ist im Einzelnen eine Mischung aus Rutheniumoxid, einer Glasfritte und einem Lösungsmittel. Die Glasfritte hat eine mittlere Korngröße von ungefähr 5 μm.
Die erste Glasbeschichtung 55 ist beispielsweise aus einem amorphen Bleiglas gebildet, welches ungefähr 26,5% Harzmaterial und ungefähr 73,5% Glasmaterial enthält. Eine zur Bildung der Glasbeschichtung 55 dienende Glaspaste ist eine Mischung aus einer Glasfritte und einem Lösungsmittel. Die Glasfritte hat eine maximale Korngröße von ungefähr 10 μm.
Die Thermodruckköpfe des Standes der Technik mit mehreren Schichten haben bekanntermaßen ein Problem hinsichtlich des folgenden Punktes. Die mittlere Korngröße der Glasfritte in der Widerstandspaste beträgt im Einzelnen wie vorbeschieben ungefähr 5 μm. Der Heizwiderstand 54, der aus einer solchen Widerstandspaste hergestellt wird, hat eine Oberflächenrauhigkeit in Gestalt der Mittellinienrauhigkeit Ra von ungefähr 0,6 μm, was ein relativ großer Wert ist. Die maximale Korngröße der Glasfritte in der Glaspaste beträgt wie beschrieben ungefähr 10 μm. Die Glasbeschichtung 55 aus einer solchen Glaspaste hat eine Oberflächenrauhigkeit in Gestalt der Mittellinienrauhigkeit Ra von ungefähr 0,2 μm, was ein relativ großer Wert ist.
Wenn die Mittellinienrauhigkeit Ra auf der Oberfläche des Heizwiderstandes 54 einen großen Wert hat, trifft dies, wie leicht einzusehen ist, auch für die Mittellinienrauhigkeit Ra auf der Oberfläche der ersten Glasbeschichtung 55 zu (d.h. die erste Glasbeschichtung 55 hat eine minderwertige Oberflächenqualität). Wenn unter solchen Umständen die zweite Glasbeschichtung 56 einer Stoßbeanspruchung oder dergleichen ausgesetzt ist, besteht eine Möglichkeit, dass an einer bestimmten Stelle der zweiten Glasbeschichtung 56 eine Spannungskonzentration auftritt. Die zweite Glasbeschich tung 56 kann daher beispielsweise einen Riss entwickeln, oder es kann sich die zweite Glasbeschichtung 56 von der ersten Glasbeschichtung 55 abschälen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Dickfilm-Thermodruckkopfes, der zur Eliminierung und Reduzierung des vorstehend beschriebenen Problems in der Lage ist. Um dieses Ziel zu erreichen, bedient sich die Erfindung der folgenden technischen Mittel.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Thermodruckkopf ein isolierendes Substrat, einen auf dem Substrat ausgebildeten Heizwiderstand, eine auf dem Substrat ausgebildete, den Heizwiderstand überdeckende Glasbeschichtung und eine zweite Glasbeschichtung, die auf der ersten Glasbeschichtung ausgebildet ist, wobei der Heizwiderstand eine Mittellinien-Rauhigkeit von nicht mehr als 0,3 μm aufweist.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die erste Glasbeschichtung eine mittlere Mittellinienrauhigkeit von nicht mehr als 0,1 μm.
Vorzugsweise ist der Heizwiderstand aus einem Pastenmaterial gebildet, welches eine Glasfritte mit einer mittleren Korngröße von nicht mehr als 2 μm enthält.
Die erste Glasbeschichtung kann ferner aus einem Pastenmaterial gebildet sein, welches eine Glasfritte mit einer mittleren Korngröße von nicht mehr als 1,5 μm enthält.
Vorzugsweise hat die Glasfritte eine maximale Korngröße von nicht mehr 6 μm.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Thermodruckkopfes angegeben, welcher ein isolierendes Substrat, einen auf dem Substrat ausgebildeten Heizwiderstand, eine erste auf dem Substrat ausgebildete und den Heizwiderstand überdeckende Glasbeschichtung und eine auf der ersten Glasbeschichtung ausgebildete zweite Glasbeschichtung umfasst. Das Verfahren beinhaltet die Schritte der Ausbildung des Heizwiderstandes auf dem Substrat, der Ausbildung der ersten Glasbeschichtung zur Abdeckung des Heizwiderstandes durch Drucken und Aushärten und der Bildung einer zweiten Glasbeschichtung auf der ersten Glasbeschichtung durch Sputtern, wobei der Heizwiderstand aus einem Pastenmaterial gebildet wird, welches eine Glasfritte mit einer mittleren Korngröße von nicht mehr als 2 μm umfasst.
Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt der Ausbildung des Heizwiderstandes einen Schritt des Druckens und Aushärtens des Pastenmaterials zur Ausbildung des Heizwiderstandes.
Vorzugsweise wird die erste Glasbeschichtung aus einem Pastenmaterial gebildet, welches eine Glasfritte mit einer mittleren Korngröße von nicht mehr als 1,5 μm umfasst.
Vorzugsweise hat die Glasfritte eine maximale Korngröße von nicht mehr als 6 μm.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen klarer aus einem Ausführungsbeispiel hervor, welches unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht, die einen Hauptteil eines erfindungsgemäßen Dickfilm-Thermodruckkopfes zeigt.
2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II in 1.
3 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der mittleren Korngröße der in der Widerstandspaste enthaltenen Glasfritte und der mittleren Mittellinienrauhigkeit Ra auf einer Oberfläche des Heizwiderstandes.
4 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen der mittleren Mittellinienrauhigkeit Ra und der Fehlerrate durch Abschälen auf der zweiten Glasbeschichtung.
5 ist ein Schnitt durch einen Hauptteil eines Dickfilm-Thermodruckkopfes des Standes der Technik.
BESTE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
1 und 2 zeigen den Hauptteil eines Dickfilm-Thermodruckkopfes (insgesamt durch die Bezugszahl 1 bezeichnet) entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Dickfilm-Thermodruckkopf 1 umfasst ein isolierendes Substrat 2 (2) aus Keramik. Das Substrat 2 hat eine obere Fläche, die mit einer Glasurschicht 6 zwecks Wärmedämmung versehen ist. Die Glasurschicht hat eine obere Fläche, die mit einem Verdrah tungsmuster mit einer gemeinsamen Elektrode 3 und mehreren individuellen Elektroden 4 versehen ist.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die gemeinsame Elektrode 3 mehrere zahnartige Elektrodenteile 3a (nachstehend einfach als „Zähne" bezeichnet). Diese Zähne 3a sind abwechselnd mit den individuellen Elektroden 4 angeordnet, wobei jede der individuellen Elektroden 4 teilweise zwischen 2 jeweils benachbarten Zähnen 3a angeordnet ist. Jede der individuellen Elektroden 4 besitzt einen Endteil mit einer Anschlusslasche 4a. Diese Anschlusslaschen 4a sind elektrisch mit einem (nicht dargestellten) Antriebs-IC verbunden.
Wie in 1 gezeigt, ist die obere Fläche der Glasurschichten 6 mit einem geraden Heizwiderstand 5 ausgebildet, der die Zähne und die individuellen Elektroden 4 verbindet. Der Heizwiderstand 5 umfasst mehrere Regionen H (von denen nur eine in 1 dargestellt ist), die jeweils durch ein paar von einander benachbarten Zähnen 3a begrenzt sind. Jeder der Regionen H dient als Heizpunkt.
Wie in 2 gezeigt ist die obere Fläche der Glasurschicht 6 mit einer ersten Glasbeschichtung 7 ausgebildet, die die gemeinsame Elektrode 3, die individuellen Elektroden 4 und den Heizwiderstand 5 überdeckt. Die erste Glasbeschichtung 7 besitzt eine obere Fläche, die mit einer zweiten Glasbeschichtung 8 versehen ist, die eine hohe Härte besitzt und die erste Glasbeschichtung 7 überdeckt.
Nunmehr wird die Beschreibung sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Dickfilm-Thermodruckkopfes 1 der vorstehend beschriebenen Ausbildung richten.
Zunächst wird auf einer oberen Fläche eines Substrats 2 eine Glasurschicht 6 aufgetragen und angeschmolzen. So dann werden die gemeinsame Elektrode 3 und die individuellen Elektroden 4 auf der Glasurschicht 6 ausgebildet. Die Ausbildung dieser Elektroden erfolgt, indem zunächst ein vorbestimmtes Muster einer Harz/Gold-Mischung auf die Glasurschicht 6 aufgedruckt und dann ausgehärtet wird. Anschließend werden unnötige Teile des ausgehärteten Musters weggeätzt.
Wie in 1 gezeigt, wird danach ein Heizwiderstand 5 über der gemeinsamen Elektrode 3 und den individuellen Elektroden 4 ausgebildet. Die Ausbildung des Heizwiderstandes erfolgt durch Drucken und Aushärten eines Musters von Widerstandspaste auf der Glasurschicht 6.
Die Widerstandspaste zur Bildung des Heizwiderstandes ist eine Mischung aus Rutheniumoxid, einer Glasfritte und eines Lösungsmittels. Die Glasfritte hat eine mittlere Korngröße nicht größer als 2 μm. Durch die Verwendung einer Glasfritte mit einer geringen mittleren Korngröße wie vorstehend angegeben kann bei dem fertiggestellten Heizwiderstand 5 eine bemerkenswert glatte Oberfläche erreicht werden. Im Einzelnen hat der Heizwiderstand 5 eine mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra von nicht mehr als 0,3 μm. Der Heizwiderstand 5 besitzt eine maximale Dicke von ungefähr 9 μm.
Nach der Ausbildung des Heizwiderstandes 5 wird eine erste Glasbeschichtung 7 hergestellt, die die gemeinsame Elektrode 3, die individuellen Elektroden 4 und den Heizwiderstand 5 überdeckt. Die Ausbildung der ersten Glasbeschichtung geschieht durch Drucken und Anschmelzen eines Musters aus Glaspaste. Die Glaspaste ist eine Mischung aus einer Glasfritte und einem Lösungsmittel. Die Glasfritte hat eine mittlere Korngröße von nicht mehr als 1,5 μm und eine maximale Korngröße von nicht mehr als 6 μm. Die fertig gestellte Glasbeschichtung 7 hat daher eine bemerkenswert glatte Oberfläche. Im Einzelnen hat die Glasbeschichtung 7 eine Oberflächenrauhigkeit ausgedrückt als mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra von nicht mehr als 0,01 μm. Die Glasbeschichtung 7 hat eine Dicke von ungefähr 6 μm.
Nach der Ausbildung der ersten Glasbeschichtung 7 wird durch Sputtern auf einer oberen Fläche der Glasbeschichtung 7 eine zweite Glasbeschichtung 8 mit einer hohen Härte ausgebildet, die die obere Fläche der Glasbeschichtung 7 bedeckt. Die zweite Glasbeschichtung 8 hat eine Dicke von ungefähr 4 μm.
Im Allgemeinen hat die durch Sputtern erhaltene zweite Glasbeschichtung 8 Eigenspannung. Unter derartigen Umständen, wenn die Oberfläche der ersten Glasbeschichtung 7 nicht ausreichend glatt ist (siehe 5) besteht die Möglichkeit, dass, wenn die zweite Glasbeschichtung 8 einem Stoß oder dergleichen ausgesetzt wird, eine Spannungskonzentration an einer bestimmten Stelle der zweiten Glasbeschichtung 8 auftritt. Die zweite Glasbeschichtung 8 kann dann beispielsweise einen Riss entwickeln oder es kann die zweite Glasbeschichtung 8 von der ersten Glasbeschichtung 7 abblättern, was zu einem Ausfall führt.
Bei dem durch die vorliegende Erfindung gelieferten Thermodruckkopf 1 ist die Oberfläche der ersten Glasbeschichtung 7 bemerkenswert glatt. Probleme wie die vorstehend beschriebenen können daher wirksam vermieden werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten ein Experiment durch, um die Beziehung zwischen der mittleren Korngröße der Glasfritte in der Widerstandspaste und der mittleren Mittellinienrauhigkeit Ra auf der durch die Widerstandspaste gebildeten Oberfläche des Heizwiderstandes 5 aufzuklären. 3 ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis des Experiments wiedergibt. Das Diagramm zeigt, dass die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra mit der Zunahme der mittleren Korngröße der Glasfritte zunimmt.
Bei dem Thermodruckkopf des Standes der Technik beläuft sich bei einer mittleren Korngröße der Glasfritte von ungefähr 5 μm die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra auf der Oberfläche des Heizwiderstandes auf ungefähr 0,6 μm. Dies entspricht dem Punkt A in dem Diagramm. Auf der anderen Seite ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die mittlere Korngröße der Glasfritte nicht höher als 2 μm. Wie aus dem Diagramm in 3 zu ersehen ist, beläuft sich die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra auf 0,2 μm (siehe Punkt B) bei einer mittleren Korngröße von 2 μm. Wenn daher die mittlere Korngröße nicht mehr als 2 μm beträgt, kann die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra nicht mehr als 0,2 μm betragen.
Nunmehr wird auf 4 Bezug genommen. Das Diagramm in 4 zeigt die Beziehung zwischen der mittleren Mittellinienrauhigkeit Ra auf der Oberfläche des Heizwiderstandes und die Rate der durch Abblättern verursachten Fehler in der zweiten Glasbeschichtung (dieses Diagramm beruht ebenfalls auf dem durch die Erfinder durchgeführten Experiment). Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, nimmt die Abblätterrate zu, wenn die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra zunimmt. Beim Stand der Technik beträgt die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra ungefähr 0,6 μm, was zu einer μFehlerrate durch Abblättern (siehe Punkt C) von ungefähr 10% führt. Wenn im Gegensatz dazu die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra 0,2 μm beträgt, nimmt die Fehlerrate durch Abblättern auf ungefähr 1% ab (siehe Punkt D). Da bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die mittlere Mittellinienrauhigkeit Ra 0,2 μm trägt, kann die Fehlerrate durch Abblättern auf nicht mehr als 1% abgesenkt werden.
Vorstehend sind ein Dickfilm-Thermodruckkopf entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung desselben beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die Ausführungsbeispiele, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise eine Glasfritte mit einer geringen mittleren Korngröße sowohl für die Widerstandspaste zur Herstellung des Heizwiderstandes als auch für die Glaspaste zur Herstellung der ersten Glasbeschichtung eingesetzt. Alternativ ist es auch möglich, die Glasfritte geringerer mittlerer Korngröße nur bei einer der Pasten für den Widerstand und die Glasbeschichtung einzusetzen.

Claims

Thermodruckkopf mit: einem isolierenden Substrat (2); einem Wärmewiderstand (5), der auf dem Substrat (2) ausgebildet ist; einer ersten Glasbeschichtungsschicht (7), die auf dem Substrat ausgebildet ist, um den Wärmewiderstand zu bedecken; und einer zweiten Glasbeschichtungsschicht (8), die auf der ersten Glasbeschichtungsschicht (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmewiderstand (5) eine durchschnittliche Mittellinien-Rauhigkeit aufweist, die nicht größer als 0,3 Mikrometer ist.
Thermodruckkopf nach Anspruch 1, wobei die erste Glasbeschichtungsschicht (7) eine durchschnittliche Mittellinien-Rauhigkeit aufweist, die nicht größer als 0,1 Mikrometer ist.
Verfahren zum Herstellen eines Thermodruckkopfs, der ein isolierendes Substrat (2), einen Wärmewiderstand (5), der auf dem Substrat (2) ausgebildet ist, eine erste Glasbeschichtungsschicht (7), die auf dem Substrat (2) zum Bedecken des Wärmewiderstands (5) ausgebildet ist, und eine zweite Glasbeschichtungsschicht (8) umfasst, die auf der ersten Glasbeschichtungsschicht (7) ausgebildet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden des Wärmewiderstands (5) auf dem Substrat; Ausbilden der ersten Glasbeschichtungsschicht (7) auf dem Substrat (2) durch Drucken und Backen einer Glaspaste zum Abdecken des Wärmewiderstands (5); Ausbilden der zweiten Glasbeschichtungsschicht (8) auf der ersten Glasbeschichtungsschicht (7) durch Sputtern; dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmewiderstand (5) aus einem Pastenmaterial gebildet ist, das eine Glasmasse enthält, die eine durchschnittliche Körnchengröße nicht oberhalb von 2 Mikrometern aufweist, was dazu führt, dass der Wärmewiderstand (5) eine durchschnittliche Mittellinien-Rauhigkeit nicht größer als 0,3 Mikrometer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Ausbildens des Wärmewiderstands (5) einen Schritt umfasst, bei dem das Pastenmaterial zum Ausbilden des Wärmewiderstands gedruckt und gebacken wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Glasbeschichtungsschicht (7) aus einem Pastenmaterial gebildet wird, welches eine Glasmasse mit einer durchschnittlichen Körnchengröße nicht oberhalb von 1,5 Mikrometern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die im Pastenmaterial für die Bildung der ersten Glasbeschichtungsschicht (7) enthaltene Glasmasse eine maximale Körnchengröße nicht größer als 6 Mikrometer aufweist.