(57)【要約】【課題】  熱応答性能の向上したサーマルヘッドおよびこれを備えるサーマルプリンタを提供する。【解決手段】  サーマルヘッドＸ１は、基板７と、基板７上に設けられた電極と、電極に接続された発熱部９と、発熱部９に設けられた保護層２５とを備え、保護層２５は、発熱部９に設けられた炭窒化珪素を含む第１の層２５Ａと、第１の層２５Ａに設けられた酸化珪素を含む第２の層２５Ｂとを有することにより、熱応答特性が向上したサーマルヘッドＸ１とすることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に設けられた電極と、
該電極に接続された発熱部と、
該発熱部に設けられた保護層と、を備え、
該保護層は、前記発熱部に設けられた炭窒化珪素を含む第１の層と、該第１の層に設けられた酸化珪素を含む第２の層とを有することを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記保護層は、前記第２の層に設けられた炭化珪素、窒化珪素、炭窒化珪素、または五酸化タンタルを含む第３の層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記第２の層が炭化珪素をさらに含んでなることを特徴とする請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
前記第２の層が、前記第１の層に設けられた密着層と、該密着層に設けられた緻密層とを含み、
該緻密層に含有された炭化珪素の含有率が、前記密着層に含有された炭化珪素の含有率よりも多いことを特徴とする請求項３に記載のサーマルヘッド。
【請求項５】
前記密着層に含有された炭素の含有率が、前記第１の層に含有された炭素の含有率よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載のサーマルヘッド。
【請求項６】
前記密着層の残留応力が、前記緻密層の残留応力よりも小さいことを特徴とする請求項４または５に記載のサーマルヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のサーマルヘッドと、前記保護層上に記録媒体を搬送する搬送機構と、前記保護層上に前記記録媒体を押圧するプラテンローラとを備えることを特徴とするサーマルプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマルヘッドおよびこれを備えるサーマルプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ファクシミリあるいはビデオプリンタ等の印画デバイスとして、種々のサーマルヘッドが提案されている。例えば、特許文献１に記載のサーマルヘッドは、基板と、基板上に設けられた電極と、電極に接続された発熱部と、発熱部に設けられた保護層とを備えている。このサーマルヘッドでは、保護層を酸化珪素及び／又は窒化珪素を含む無機質材料からなる第１の層と、ペルヒドロポリシラザンの焼結体からなる第２の層と、窒化珪素及び／又は炭化珪素を含む無機質材料からなる第３の層とで構成することが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のサーマルヘッドにおいては、第１の層の熱伝導性が低く、サーマルヘッドの熱応答特性が低い可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドは、基板と、基板上に設けられた電極と、電極に接続された発熱部と、発熱部の上面に設けられた保護層とを備えている。また、保護層は、発熱部の上面に設けられた炭窒化珪素を含む第１の層と、第１の層に設けられた酸化珪素を含む第２の層とを有している。【０００６】
本発明の一実施形態に係るサーマルプリンタは、上述したサーマルヘッドと、保護層上に記録媒体を搬送する搬送機構と、保護層上に記録媒体を押圧するプラテンローラとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、熱応答特性の向上したサーマルヘッドおよびこれを備えるサーマルプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のサーマルヘッドの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のサーマルヘッドのＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】図２に示す領域Ｐの拡大図である。
【図４】本発明のサーマルプリンタの一実施形態の概略構成を示す図である。
【図５】図２に示す領域Ｐにおいて、本発明のサーマルヘッドの他の実施形態の拡大図である。
【図６】残留応力の測定方法を説明する説明図である。
【図７】図２に示す領域Ｐにおいて、本発明のサーマルヘッドのさらに他の実施形態の拡大図である。
【図８】図２に示す領域Ｐにおいて、図７に示すサーマルヘッドの変形例を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明のサーマルヘッドの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１，２に示すように、本実施形態のサーマルヘッドＸ１は、放熱体１と、放熱体１上に配置されたヘッド基体３と、ヘッド基体３に接続されたフレキシブルプリント配線板５（以下、ＦＰＣ５という）とを備えている。なお、図１では、ＦＰＣ５の図示を省略し、ＦＰＣ５が配置される領域を一点鎖線で示す。
【００１０】
放熱体１は、板状に形成されており、平面視して長方形状をなしている。放熱体１は、例えば、銅またはアルミニウム等の金属材料で形成されている。また、ヘッド基体３の発熱部９で発生した熱のうち、印画に寄与しない熱の一部を放熱する機能を有している。放熱体１の上面には、図示しないが両面テープあるいは接着剤が設けられており、これにより放熱体１とヘッド基体３とが接着されている。
【００１１】
ヘッド基体３は、平面視して長方形状の基板７と、基板７上に設けられ、基板７の長手方向に沿って配列された複数の発熱部９と、発熱部９の配列方向に沿って基板７上に並べて配置された複数の駆動ＩＣ１１とを備えている。
【００１２】
基板７は、アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料あるいは単結晶シリコン等の半導体材料によって形成されている。
【００１３】
基板７の上面には、蓄熱層１３が形成されている。蓄熱層１３は、基板７の上面全体に形成された下地部１３ａと、複数の発熱部９の配列方向に沿って帯状に延び、断面が略半楕円形状の隆起部１３ｂとを有している。隆起部１３ｂは、印画する記録媒体を、発熱部９上に形成された後述する保護層２５に良好に押し当てるように機能する。
【００１４】
また、蓄熱層１３は、例えば、熱伝導性の低いガラスで形成されており、発熱部９で発生する熱の一部を一時的に蓄積することで、発熱部９の温度を上昇させるのに要する時間を短くし、サーマルヘッドＸ１の熱応答特性を高めるように機能する。蓄熱層１３は、例えば、ガラス粉末に適当な有機溶剤を混合して得た所定のガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって基板７の上面に塗布し、これを焼成することで形成される。
【００１５】
図２に示すように、蓄熱層１３の上面には、電気抵抗層１５が設けられている。電気抵抗層１５は、蓄熱層１３と、後述する共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１との間に介在している。図１に示すように、平面視して、これらの共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１と同形状の領域（以下、介在領域という）と、共通電極１７と個別電極１９との間から露出した、図示例では２４箇所の複数の領域（以下、露出領域という）とを有している。なお、図１では、この電気抵抗層１５の介在領域は、共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１で隠れている。
【００１６】
電気抵抗層１５の各露出領域は、上記の発熱部９を形成している。そして、複数の発熱部９が、図１に示すように、蓄熱層１３の隆起部１３ｂ上に列状に配置されている。複数の発熱部９は、説明の便宜上、図１で簡略化して記載しているが、例えば、６００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ等の密度で配置される。
【００１７】
電気抵抗層１５は、例えば、ＴａＮ系、ＴａＳｉＯ系、ＴａＳｉＮＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＳｉＣＯ系またはＮｂＳｉＯ系等の電気抵抗の比較的高い材料によって形成されている。そのため、後述する共通電極１７と個別電極１９との間に電圧が印加され、発熱部９に電流が供給されたときに、ジュール熱によって発熱部９が発熱する。
【００１８】
図１，２に示すように、電気抵抗層１５の上面、より詳細には上記の介在領域の上面に、共通電極１７、複数の個別電極１９および複数のＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１が設けられている。これらの共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、導電性を有する材料で形成されており、例えば、アルミニウム、金、銀および銅のうちのいずれか一種の金属またはこれらの合金によって形成されている。
【００１９】
共通電極１７は、複数の発熱部９とＦＰＣ５とを接続するためのものである。図１に示すように、共通電極１７は、主配線部１７ａと、副配線部１７ｂと、リード部１７ｃとを有している。主配線部１７ａは、基板７の左側の長辺である一方の長辺に沿って延びている。副配線部１７ｂは、基板７の一方および他方の短辺のそれぞれに沿って延びており、一端部が主配線部１７ａに接続されている。リード部１７ｃは、主配線部１７ａから各発熱部９に向かって個別に延びており、先端部が各発熱部９にそれぞれ接続されている。そして、共通電極１７は、副配線部１７ｂの右側の他端部がＦＰＣ５に接続されることにより、ＦＰＣ５と各発熱部９との間を電気的に接続している。
【００２０】
複数の個別電極１９は、各発熱部９と駆動ＩＣ１１とを接続するためのものである。図１，２に示すように、各個別電極１９は、一端部が発熱部９に接続され、他端部が駆動ＩＣ１１の配置領域に配置されるように、各発熱部９から駆動ＩＣ１１の配置領域に向かって個別に帯状に延びている。そして、各個別電極１９の他端部が駆動ＩＣ１１に接続されることにより、各発熱部９と駆動ＩＣ１１との間が電気的に接続されている。より詳細には、個別電極１９は、複数の発熱部９を複数の群に分け、各群の発熱部９を、各群に対応して設けられた駆動ＩＣ１１に電気的に接続している。
【００２１】
なお、本実施形態では、上記のように共通電極１７のリード部１７ｃと個別電極１９とが発熱部９に接続されており、リード部１７ｃと個別電極１９とが対向して配置されている。このようにして、電気抵抗体である発熱部９に接続される電極配線が対になって形成されている。
【００２２】
複数のＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、駆動ＩＣ１１とＦＰＣ５とを接続するためのものである。図１，２に示すように、各ＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、一端部が駆動ＩＣ１１の配置領域に配置されている。また、他端部が基板７の右側の長辺である他方の長辺の近傍に配置されるように帯状に延びている。そして、複数のＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、一端部が駆動ＩＣ１１に接続され、他端部がＦＰＣ５に接続されている。それにより、駆動ＩＣ１１とＦＰＣ５とを電気的に接続している。
【００２３】
より詳細には、各駆動ＩＣ１１に接続された複数のＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、異なる機能を有する複数の配線で構成されている。複数のＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、例えば、ＩＣ電源配線（不図示）と、グランド電極配線（不図示）と、ＩＣ制御配線とにより形成されている。ＩＣ電源配線は、駆動ＩＣ１１を動作させるための電源電流を供給する機能を有している。グランド電極配線は、駆動ＩＣ１１および駆動ＩＣ１１に接続された個別電極１９を、例えば０Ｖ〜１Ｖのグランド電位に保持する機能を有している。ＩＣ制御配線は、後述する駆動ＩＣ１１内のスイッチング素子のオン・オフ状態を制御するように駆動ＩＣ１１を動作させるための電気信号を供給する機能を有している。
【００２４】
駆動ＩＣ１１は、図１，２に示すように、複数の発熱部９の各群に対応して配置されているとともに、個別電極１９の他端部と、ＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１の一端部とに接続されている。駆動ＩＣ１１は、各発熱部９の通電状態を制御するためのものであり、内部に複数のスイッチング素子を有しており、各スイッチング素子がオン状態のときに通電状態となり、各スイッチング素子がオフ状態のときに不通電状態となる公知のものを用いることができる。
【００２５】
各駆動ＩＣ１１は、図示していないが、各駆動ＩＣ１１に接続された各個別電極１９に対応するように、内部に複数のスイッチング素子が設けられている。そして、図２に示すように、各駆動ＩＣ１１は、各スイッチング素子に接続された一方の接続端子１１ａ（以下、第１接続端子１１ａという）が個別電極１９に接続されている。各スイッチング素子に接続されている他方の接続端子１１ｂ（以下、第２接続端子１１ｂ）がＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１のグランド電極配線に接続されている。これにより、駆動ＩＣ１１の各スイッチング素子がオン状態のときに、各スイッチング素子に接続された個別電極１９とＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１のグランド電極配線とが電気的に接続される。
【００２６】
上記の電気抵抗層１５、共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、例えば、各々を構成する材料層を蓄熱層１３上に、例えばスパッタリング法等の従来周知の薄膜成形技術によって順次積層した後、積層体を従来周知のフォトエッチング等を用いて所定のパターンに加工することにより形成される。なお、共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１は、同じ工程によって同時に形成することもできる。
【００２７】
図１，２に示すように、基板７の上面に形成された蓄熱層１３上には、発熱部９、共通電極１７の一部および個別電極１９の一部を被覆する保護層２５が形成されている。なお、図１では、説明の便宜上、保護層２５の形成領域を一点鎖線で示し、これらの図示を省略している。保護層２５は、蓄熱層１３の上面の左側の領域を覆うように設けられている。より具体的には、発熱部９、共通電極１７の主配線部１７ａ、副配線部１７ｂの左側の領域である一部の領域、リード部１７ｃ、および個別電極１９の左側の領域である一部の領域上に、保護層２５が形成されている。
【００２８】
保護層２５は、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９の被覆した領域を、大気中に含まれている水分またはほこりの付着による腐食、あるいは印画する記録媒体との接触による摩耗から保護するためのものである。保護層２５は、図３に示すように、発熱部９の上面、共通電極１７の上面および個別電極１９の上面に形成された第１の層２５Ａと、第１の層２５Ａの上面に形成された第２の層２５Ｂと、第２の層２５Ｂの上面に形成された第３の層２５Ｃとを備えている。保護層２５は、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９上に直接形成されている。
【００２９】
以下、保護層２５を構成する各層について、図３を用いて説明する。
【００３０】
第１の層２５Ａは、炭窒化珪素（ＳｉＣＮ）で形成されており、電気絶縁層である。なお、ＳｉＣＮの比抵抗は、１×１０９〜１×１０１２Ω・ｃｍである。第１の層２５Ａの厚さは、例えば、０．０５〜０．５μｍとされている。第１の層２５Ａを形成するＳｉＣＮは、非化学量論的組成を有するものも含んでいる。そして、第１の層２５Ａは、発熱部９の上面、共通電極１７の上面および個別電極１９の上面上に直接形成されている。
【００３１】
上述したＳｉＣＮは、熱伝導率が０．０５〜０．１５Ｗ／ｍ・Ｋと高く、それにより、発熱部１３で発熱した熱を効率よく伝熱することができる。そのため、熱応答特性の向上したサーマルヘッドＸ１とすることができる。それにより、サーマルヘッドＸ１のドット再現性を高めることができ、印字ムラの少ないサーマルヘッドＸ１とすることができる。
【００３２】
また、ＳｉＣＮは、熱膨張係数が、サーマルヘッドＸ１の印字する温度域において、熱膨張係数が１０．０×１０−６／℃である。そのため、後述する第２の層２５Ｂを形成する酸化珪素（ＳｉＯ２）の熱膨張係数８．０×１０−６／℃に近づけることができる。それにより、第１の層２５Ａと第２の層２５Ｂとの密着性を高めることができ、剥離の生じにくい保護層２５とすることができる。また、第１の層２５Ａと第２の層２５Ｂの熱膨張係数が近いことから、印画時のようにサーマルヘッドＸ１が高熱になった場合においても、第１の層２５Ａと第２の層２５Ｂとの剥離を抑えることができる。
【００３３】
第１の層２５Ａは、図３に示すように共通電極１７および個別電極１９の双方に接触しているが、上記のように電気絶縁性を有していることにより、共通電極１７と個別電極１９との間の電気的な短絡を防止するとともに、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９を被覆して保護している。また、第１の層２５ＡはＳｉＣＮで形成されており、第１の層２５Ａ自体には酸素原子が含まれていないため、第１の層２５Ａを形成するＳｉＣＮによって発熱部９、共通電極１７および個別電極１９の酸化が誘起されることがない構成になっている。
【００３４】
また、ＳｉＣＮからなる第１の層２５Ａは、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９と、第１の層２５Ａ上に形成されるＳｉＯ２を含む第２の層２５Ｂとの間に介在している。そのため、第２の層２５Ｂを形成するＳｉＯ２に含まれる酸素が、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９に拡散するのを、第１の層２５Ａによって抑制することができ、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９の酸化を抑制することができる。
【００３５】
そのため、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９の電気抵抗が、酸化に起因して変化するのを抑制することができ、発熱部９の発熱温度が所定の温度からずれるのを抑制することができる。
【００３６】
第２の層２５ＢはＳｉＯ２で形成されており、第１の層２５Ａ上に形成されている。第２の層２５Ｂの厚さは、１．０μｍ〜５．５μｍとされている。なお、第２の層２５Ｂを形成するＳｉＯ２は、非化学量論的組成を有するものも含む。そして、第２の層２５Ｂは、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９が外気に曝されないように封止する機能を有している。そして、第２の層２５Ｂは、第１の層２５Ａの上面に直接設けられている。
【００３７】
第３の層２５Ｃは、第２の層２５Ｂ上に設けられており、炭化珪素（ＳｉＣ）で形成されている。ＳｉＣはビッカース硬さで、１８００Ｈｖ〜２２００Ｈｖ程度の硬度を有している。そのため、第３の層２５ＣをＳｉＣで形成することにより、第３の層２５Ｃを耐摩耗層とすることができる。そして、第３の層２５Ｃは、第２の層２５Ｂの上面に直接設けられている。
【００３８】
また、ＳｉＣは、比抵抗が１×１０８Ω・ｃｍであり、導電性を有しているため、第３の層２５ＣをこのＳｉＣで形成することにより、第３の層２５Ｃに発生する静電気を外部に放電することができ、第３の層２５Ｃが静電気により破壊される可能性を低減することができる。
【００３９】
第３の層２５Ｃは、後述するようにノンバイアススパッタリング法によって形成されている。第３の層２５Ｃの厚さは、例えば、１μｍ〜６μｍとされている。なお、第３の層２５Ｃを形成するＳｉＣは、化学式ではＳｉ３Ｃ４と表すことができ、非化学量論的組成を有するものも含む。また、炭素が多く含有されているＳｉＣ（以下、Ｃ−ＳｉＣと称する場合がある）により第３の層２５Ｃを形成してもよい。その場合においても、導電性をさらに向上させることができ、第３の層２５Ｃに発生する静電気をさらに放電することができる。
【００４０】
第１の層２５ＡをＳｉＣＮにより形成し、第２の層２５ＢをＳｉＯ２により形成し、第３の層をＳｉＣにより形成することが好ましい。各層をこのような組成とすることにより、保護層２５を形成する際に、保護層２５を構成する各層をそれぞれノンバイアススパッタリング法により形成する場合に、スパッタリングのターゲットをＳｉＣとして、Ａｒ＋Ｎのガスを用いて第１の層２５Ａを形成することで、第３の層２５Ｃを形成するためのスパッタリングのターゲットのＳｉＣと兼用することができる。
【００４１】
それにより、例えば、２つのスパッタリングのターゲットを１つのバッチの内部に収納し、使用することができる構成のスパッタリング装置を用いて保護層２５を形成する場合、スパッタリングのターゲットとしてＳｉＣおよびＳｉＯ２を用いることで、第１の層２５Ａ、第２の層２５Ｂおよび第３の層２５Ｃを連続的に形成することができ、バッチを変更することなく保護層２５を形成することができる。そのため、生産性を向上させることができる。また、１つのバッチで保護層２５を生成することができ、バッチの入れ替えを行なう必要がないため、保護層２５に不純物が含まれることを抑えることができる。
【００４２】
上記の第１の層２５Ａ、第２の層２５Ｂおよび第３の層２５Ｃを有する保護層２５は、例えば、次のようにして形成することができる。
【００４３】
まず、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９上に、ノンバイアススパッタリング法により第１の層２５Ａを形成する。具体的には、ＳｉＣＮをスパッタリングのターゲットとして、Ａｒガスを用いてノンバイアススパッタリング法によりＳｉＣＮの第１の層２５Ａを形成する。
【００４４】
また、Ａｒ＋Ｎ２のガスを用いてノンバイアススパッタリング法により第１の層２５Ａを形成してもよい。具体的には、ＳｉＣをスパッタリングのターゲットとして、Ａｒに対してＮのモル比が１０〜８０モル％となるようにＮ２ガスを混入させて、ノンバイアススパッタリング法によりＳｉＣＮの第１の層２５Ａを形成してもよい。
【００４５】
次に、第１の層２５Ａ上に、第２の層２５Ｂをノンバイアススパッタリング法により形成する。具体的には、ＳｉＯ２をスパッタリングのターゲットとして、Ａｒガスを用いてノンバイアススパッタリング法によりＳｉＯ２の第２の層２５Ｂを形成する。
【００４６】
次に、第２の層２５Ｂ上に第３の層２５Ｃをノンバイアススパッタリング法により形成する。具体的には、ＳｉＣをスパッタリングのターゲットとして、Ａｒガスを用いてノンバイアススパッタリング法によりＳｉＣの第３の層２５Ｃを形成する。
【００４７】
なお、第１の層２５ＡをＣ−ＳｉＣＮにより形成する場合には、Ｃ−ＳｉＣＮのスパッタリングのターゲットを容易して、Ａｒガスを用いてノンバイアススパッタリングを行ないＣ−ＳｉＣＮの第１の層２５Ａを形成することができる。また、スパッタリングのターゲットをＣ−ＳｉＣを用いて、Ａｒ＋Ｎ２のガスを用いてノンバイアススパッタリング法によりＣ−ＳｉＣＮの第１の層２５Ａを形成してもよい。
【００４８】
同様に、第３の層２５ＣをＣ−ＳｉＣにより形成する場合には、スパッタリングのターゲットをＣ−ＳｉＣを用いて、Ａｒガスを用いてノンバイアススパッタリング法により、Ｃ−ＳｉＣの第１の層２５Ａを形成することができる。
【００４９】
なお、第１の層２５Ａを形成する際に、Ａｒ＋Ｎ２のガスを用いて発熱部９を窒化させてもよい。例えば、発熱部９をＴａＳｉＯ系材料により形成し、Ａｒ＋Ｎ２のガスを用いて発熱部９を窒化させることにより、一部の発熱部９をＴａＳｉＮＯ系材料としてもよい。
【００５０】
以上のようにして、第１の層２５Ａ、第２の層２５Ｂおよび第３の層２５Ｃを有する保護層２５を形成することができる。なお、各層を形成する際に行うスパッタリング法は、例えば、公知の高周波スパッタリング法等を適宜用いることができる。
【００５１】
図１，２に示すように、基板７の上面に形成された蓄熱層１３上には、共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１を部分的に被覆する被覆層２７が設けられている。なお、図１では、説明の便宜上、被覆層２７の形成領域を一点鎖線で示し、これらの図示を省略している。被覆層２７は、蓄熱層１３の上面の保護層２５よりも右側の領域を部分的に覆うように設けられている。被覆層２７は、共通電極１７、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１の被覆した領域を、大気との接触による酸化、あるいは大気中に含まれている水分等の付着による腐食から保護するためのものである。なお、被覆層２７は、共通電極１７および個別電極１９の保護をより確実にするため、図２に示すように保護層２５の端部に重なるようにして形成されている。被覆層２７は、例えば、エポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂の樹脂材料で形成することができる。また、被覆層２７は、例えば、スクリーン印刷法等の厚膜成形技術を用いて形成することができる。
【００５２】
なお、図１，２に示すように、後述するＦＰＣ５を接続する共通電極１７の副配線部１７ｂおよびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１の端部は、被覆層２７から露出しており、後述するようにＦＰＣ５が接続されるようになっている。
【００５３】
また、被覆層２７には、駆動ＩＣ１１を接続する個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１の端部を露出させるための開口部２７ａが形成されており、開口部２７ａを介してこれらの配線が駆動ＩＣ１１に接続されている。また、駆動ＩＣ１１は、個別電極１９およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１に接続された状態で、駆動ＩＣ１１自体の保護、および駆動ＩＣ１１とこれらの配線との接続部の保護のため、エポキシ樹脂あるいはシリコン樹脂の樹脂からなる被覆部材２９によって被覆されることで封止されている。
【００５４】
ＦＰＣ５は、図１，２に示すように、基板７の長手方向に沿って延びており、上記のように共通電極１７の副配線部１７ｂおよび各ＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１に接続されている。ＦＰＣ５は、絶縁性の樹脂層の内部に複数のプリント配線が配線された周知のものであり、各プリント配線がコネクタ３１を介して図示しない外部の電源装置および制御装置等に電気的に接続されるようになっている。このようなプリント配線は、一般に、例えば、銅箔等の金属箔、薄膜成形技術によって形成された導電性薄膜、または厚膜印刷技術によって形成された導電性厚膜によって形成されている。また、金属箔や導電性薄膜等によって形成されるプリント配線は、例えば、これらをフォトエッチング等により部分的にエッチングすることによってパターニングされている。
【００５５】
より詳細には、図２，３に示すように、ＦＰＣ５は、絶縁性の樹脂層５ａの内部に形成された各プリント配線５ｂがヘッド基体３側の端部で露出し、導電性接合材料、例えば、半田材料、または電気絶縁性の樹脂中に導電性粒子が混入された異方性導電材料（ＡＣＦ）等からなる接合材３２（図２参照）によって、共通電極１７の副配線部１７ｂの端部および各ＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１の端部に接続されている。
【００５６】
そして、ＦＰＣ５の各プリント配線５ｂがコネクタ３１を介して図示しない外部の電源装置および制御装置等に電気的に接続されると、共通電極１７は、例えば２０〜２４Ｖの正電位に保持された電源装置のプラス側端子に電気的に接続されている。個別電極１９は、駆動ＩＣ１１およびＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１のグランド電極配線を介して、０〜１Ｖのグランド電位に保持された電源装置のマイナス側端子に電気的に接続されている。そのため、駆動ＩＣ１１のスイッチング素子がオン状態のとき、発熱部９に電流が供給され、発熱部９が発熱する。
【００５７】
また、同様に、ＦＰＣ５の各プリント配線５ｂがコネクタ３１を介して図示しない外部の電源装置および制御装置等に電気的に接続されると、ＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１の上記のＩＣ電源配線は、共通電極１７と同様、正電位に保持された電源装置のプラス側端子に電気的に接続される。これにより、駆動ＩＣ１１が接続されたＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１のＩＣ電源配線とグランド電極配線との電位差によって、駆動ＩＣ１１に駆動ＩＣ１１を動作させるための電流が供給される。また、ＩＣ−ＦＰＣ接続電極２１の上記のＩＣ制御配線は、駆動ＩＣ１１の制御を行う外部の制御装置に電気的に接続される。これにより、制御装置から送信された電気信号が駆動ＩＣ１１に供給されるようになっている。電気信号によって、駆動ＩＣ１１内の各スイッチング素子のオン・オフ状態を制御するように駆動ＩＣ１１を動作させることで、各発熱部９を選択的に発熱させることができる。
【００５８】
ＦＰＣ５と放熱体１との間には、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂またはガラスエポキシ樹脂等の樹脂からなる補強板３３が設けられている。図示していないが、補強板３３は、ＦＰＣ５の下面に両面テープや接着剤等によって接着されることにより、ＦＰＣ５を補強するように機能している。また、補強板３３が放熱体１の上面に両面テープや接着剤等によって接着されることにより、ＦＰＣ５が放熱体１上に固定されている。
【００５９】
次に、本発明のサーマルプリンタの一実施形態について、図４を参照しつつ説明する。図４は、本実施形態のサーマルプリンタＺの概略構成図である。
【００６０】
図４に示すように、本実施形態のサーマルプリンタＺは、上述のサーマルヘッドＸ１、搬送機構４０、プラテンローラ５０、電源装置６０および制御装置７０を備えている。サーマルヘッドＸ１は、サーマルプリンタＺの筐体に設けられた取付部材８０の取付面８０ａに取り付けられている。なお、このサーマルヘッドＸ１は、発熱部９の配列方向が、後述する記録媒体Ｐの搬送方向Ｓに直交する方向である主走査方向、言い換えると図４の紙面に直交する方向に沿うようにして、取付部材８０に取り付けられている。
【００６１】
搬送機構４０は、感熱紙、インクが転写される受像紙等の記録媒体Ｐを図４の矢印方向に搬送して、サーマルヘッドＸ１の複数の発熱部９上、より詳細には、保護層２５上に搬送するためのものであり、搬送ローラ４３，４５，４７，４９を有している。搬送ローラ４３，４５，４７，４９は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂにより被覆して構成することができる。なお、図示しないが、記録媒体Ｐがインクが転写される受像紙等の場合は、記録媒体ＰとサーマルヘッドＸ１の発熱部９との間に、記録媒体Ｐとともにインクフィルムを搬送するようになっている。
【００６２】
プラテンローラ５０は、記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に押圧するためのものであり、記録媒体Ｐの搬送方向に直交する方向に沿って延びるように配置され、記録媒体Ｐを発熱部９上に押圧した状態で回転可能となるように両端部が支持されている。プラテンローラ５０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体５０ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材５０ｂにより被覆して構成することができる。
【００６３】
電源装置６０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を発熱させるための電流および駆動ＩＣ１１を動作させるための電流を供給するためのものである。制御装置７０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を選択的に発熱させるために、駆動ＩＣ１１の動作を制御する制御信号を駆動ＩＣ１１に供給するためのものである。
【００６４】
本実施形態のサーマルプリンタＺは、図４に示すように、プラテンローラ５０によって記録媒体をサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に押圧しつつ、搬送機構４０によって記録媒体Ｐを発熱部９上に搬送しながら、電源装置６０および制御装置７０によって発熱部９を選択的に発熱させることで、記録媒体Ｐに所定の印画を行うことができる。なお、記録媒体Ｐが受像紙等の場合は、記録媒体Ｐとともに搬送されるインクフィルムのインクを記録媒体Ｐに熱転写することによって、記録媒体Ｐへの印画を行うことができる。
【００６５】
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係るサーマルヘッドＸ２について図５を用いて説明する。
【００６６】
図５に示すサーマルヘッドＸ２は、保護層２５が、第１の層２５Ａと、第１の層２５Ａ上に設けられており、密着層２５Ｂ１と、緻密層２５Ｂ２とからなる第２の層２５Ｂと、緻密層２５Ｂ２上に設けられた第３の層２５Ｃにより形成されており、その他の構成は、サーマルヘッドＸ１と同様である。なお、同一の部材には同一の符号を付し、以下同様とする。
【００６７】
第２の層２５Ｂは、ＳｉＣおよびＳｉＯ２で形成されており、第１の層２５Ａ上に形成された密着層２５Ｂ１と、密着層２５Ｂ１上に形成された緻密層２５Ｂ２とによって形成されている。このように、第２の層２５ＢがＳｉＣおよびＳｉＯ２で形成されていることから、第１の層２５Ａを形成するＳｉＣＮとの密着性を高めることができ、第１の層２５Ａと第２の層２５Ｂとの接合強度を向上させることができる。また、第３の層２５ＣをＳｉＣにより形成した場合、第３の層２５Ｃを形成するＳｉＣとの密着性を高めることができ、第３の層２５Ｃと第２の層２５Ｂとの接合強度を向上させることができる。
【００６８】
密着層２５Ｂ１は、ＳｉＣを１．１〜２．１モル％含有することが好ましい。これにより、ＳｉＯ２により封止性を確保するとともに、密着層２５Ｂ１の熱伝導率を向上させることができ、熱応答性の向上したサーマルヘッドＸ２とすることができる。
【００６９】
緻密層２５Ｂ２は、ＳｉＣを５．９〜１１．２モル％含有することが好ましい。これにより、ＳｉＯ２により封止性を確保するとともに、緻密層２５Ｂ２の熱伝導率を向上させることができ、熱応答性の向上したサーマルヘッドＸ２とすることができる。
【００７０】
また、緻密層２５Ｂ２に含有されるＳｉＣの含有率が、密着層２５Ｂ１に含有されるＳｉＣの含有率よりも多いことから、第３の層２５Ｃ１と緻密層２５Ｂ２との密着性を向上させることができる。
【００７１】
さらに、発熱部９からの距離が遠い緻密層２５Ｂ２の熱伝導率を、発熱部９からの距離が近い密着層２５Ｂ１の熱伝導率よりも高くすることができ、記録媒体（不図示）と接触する保護層２５の表面に発熱部９の熱を正確に伝熱することができ、画質を向上させることができる。
【００７２】
また、サーマルヘッドＸ２は、密着層２５Ｂ１に含有された炭素の含有率が、第１の層２５Ａに含有された炭素の含有率よりも少ない構成となっている。そのため、密着層２５Ｂ１に含有された炭素の含有率は、第１の層２５Ａおよび緻密層２５Ｂ２よりも少ない構成となる。
【００７３】
それにより、保護層２５は、第１の層２５Ａと緻密層２５Ｂ２との間に熱伝導率の低い密着層２５Ｂ１が設けられることとなる。そのため、密着層２５Ｂ１が、発熱部９からの熱を一時的に蓄熱する蓄熱部としての機能を有することとなる。
【００７４】
密着層２５Ｂ１は、後述するように、ノンバイアススパッタリング法により形成されている。密着層２５Ｂ１の厚さは、例えば、０．５μｍ〜２．５μｍとされている。緻密層２５Ｂ２は、後述するように、バイアススパッタリング法により形成されている。緻密層２５Ｂ２の厚さは、例えば、０．５μｍ〜３μｍとされている。
【００７５】
このように、密着層２５Ｂ１がノンバイアススパッタリング法によって形成され、緻密層２５Ｂ２がバイアススパッタリング法によって形成されていることにより、密着層２５Ｂ１の残留応力が、緻密層２５Ｂ２の残留応力よりも小さくなる。また、緻密層２５Ｂ２を形成するＳｉＯ２が、密着層２５Ｂ１を形成するＳｉＯ２よりも緻密になっている。
【００７６】
つまり、緻密層２５Ｂ２は、バイアススパッタリング法に形成されていることにより、ノンバイアススパッタリング法に形成される密着層Ｂ１に生じる残留応力の２〜５倍の残留応力が生じることとなり、緻密層２５Ｂ２を緻密にすることができる。
【００７７】
なお、第２の層２５Ｂの密着層２５Ａおよび緻密層２５Ｂの残留応力は、短冊基板の曲がりの変位より測定することができる。図５に示すように、短冊型の基板の片面に、スパッタリングにより薄膜を成膜して、変形した基板の断面を円弧とみなし、変位δを測定することにより、残留応力を測定することができる。
【００７８】
具体的には、基板のヤング率をＥ、基板のポアソン比をν、基板の長さをＬ、基板の厚さをｂ、薄膜の厚さをｄ、基板の変位をδとしたときに、残留応力σは、Ｅ×ｂ２×３−１×（１−ν）−１×Ｌ−２×ｄ−１×δの計算式により求めることができる。また、残留応力は、Ｘ線回折法やニュートン環法により求めることもできる。
【００７９】
なお、本発明におけるノンバイアススパッタリング法とは、スパッタリングを行う際に、成膜する基板側にバイアス電圧を印加する公知のバイアススパッタリング法に対し、成膜する基板側にバイアス電圧を印加しない公知のスパッタリング法のことをいう。
【００８０】
第２の実施形態であるサーマルヘッドの保護層２５の形成方法について説明する。まず、ノンバイアススパッタリング法により第１の層２５Ａを形成する。具体的には、ＳｉＣＮをスパッタリングのターゲットとして、ノンバイアススパッタリング法によりＳｉＣＮからなる第１の層２５Ａを形成する。
【００８１】
次に、第１の層２５Ａ上に、第２の層２５Ｂを構成する密着層２５Ｂ１と緻密層２５Ｂ２とを、ノンバイアススパッタリング法とバイアススパッタリング法とにより順次形成する。具体的には、まず、ＳｉＯ２をスパッタリングのターゲットとして、基板７側にバイアス電圧を印加せずにノンバイアススパッタリング法によりＳｉＯ２からなる密着層２５Ｂ１を形成する。続いて、同じくＳｉＯ２をスパッタリングのターゲットとして、基板７側にバイアス電圧を印加しつつバイアススパッタリング法によりＳｉＯ２からなる緻密層２５Ｂ２を形成する。そして、第２の層２５Ｂを構成する緻密層２５Ｂ２上に、スパッタリング法により第３の層２５Ｃを形成する。具体的には、ＳｉＣをスパッタリングのターゲットとして、ノンバイアススパッタリング法によりＳｉＣからなる第３の層２５Ｃを形成して保護層２５を形成することができる。
【００８２】
このように、ＳｉＯ２およびＳＩＣを含有する第２の層２５Ｂが、ノンバイアススパッタリング法により第１の層２５Ａ上に形成された密着層２５Ｂ１と、バイアススパッタリング法によりこの密着層２５Ｂ１上に形成された緻密層２５Ｂ２とによって形成されている。そのため、第２の層２５Ｂが第１の層２５Ａ上から剥離するのを抑制することができるとともに、この第２の層２５Ｂによる封止性を向上させることができる。
【００８３】
つまり、第２の実施形態のサーマルヘッドＸ１では、密着層２５Ｂ１がノンバイアススパッタリング法によって形成され、緻密層２５Ｂ２がバイアススパッタリング法によって形成されていることにより、密着層２５Ｂ１の残留応力が、緻密層２５Ｂ２の残留応力よりも小さくなっている。そのため、例えば、第１の層２５Ａ上に直接、バイアススパッタリング法によって緻密層２５Ｂ２を形成した場合、言い換えると、例えば、第１の層２５Ａ上の密着層２５Ｂ１がバイアススパッタリング法によって形成されている場合に比べて、第１の層２５Ａ上からの第２の層２５Ｂの剥離を抑制することができる。
【００８４】
また、上記のように密着層２５Ｂ１がノンバイアススパッタリング法によって形成され、緻密層２５Ｂ２がバイアススパッタリング法によって形成されていることにより、緻密層２５Ｂ２を形成するＳｉＯ２が、密着層２５Ｂ１を形成するＳｉＯ２よりも緻密になっている。そのため、例えば、密着層２５Ｂ１上に緻密層２５Ｂ２を形成しない場合、言い換えると、例えば、密着層２５Ｂ１上の緻密層２５Ｂ２がノンバイアススパッタリング法によって形成されている場合に比べて、第２の層２５Ｂによる封止性を向上させることができる。これにより、大気中に含まれている水分等が第２の層２５Ｂ内に侵入するのを抑制することができ、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９にこの水分等が付着することに起因する腐食の発生を抑制することができる。
【００８５】
なお、密着層２５Ｂ１および緻密層２５Ｂ２のＳｉＣの含有率は、例えば、ＳｉＣのスパッタリングターゲットに印加するＲＦ電圧値を変化させることにより調整することができる。その他一般に知られている方法によって密着層２５Ｂ１および緻密層２５Ｂ２のＳｉＣの含有率を調整してもよい。
【００８６】
上記で比較のため例示した場合のように、第１の層２５Ａ上に直接、バイアススパッタリング法により薄膜層を形成した場合は、第１の層２５Ａの表面が削られる。これにより、特に、第１の層２５Ａでは、共通電極１７および個別電極１９の端部を覆う領域（以下、配線端部被覆領域という）の厚さが薄くなり易い。また、第１の層２５Ａ上の密着層２５Ｂ１およびこの密着層２５Ｂ１上の緻密層２５Ｂ２の双方をバイアススパッタリング法により形成した場合は、密着層２５Ｂ１および緻密層２５Ｂ２における配線端部被覆領域の厚さが薄くなり易い。
【００８７】
これに対し、第２の実施形態に係るサーマルヘッドＸ２では、第１の層２５Ａ上の密着層２５Ｂ１をノンバイアススパッタリング法によって形成しているため、第１の層２５Ａの表面が削られることがなく、第１の層２５Ａにおける配線端部被覆領域の厚さが薄くなり難い。また、密着層２５Ｂ１における配線端部被覆領域も薄くなり難い。そのため、第１の層２５Ａおよび密着層２５Ｂ１における配線端部被覆領域の厚さを厚くすることができ、絶縁層２５Ａおよび密着層２５Ｂ１による封止性を向上させることができる。なお、本実施形態では、第３の層２５Ｃが導電性を有しているため、このように第１の層２５Ａの厚さを確保することにより、第３の層２５Ｃから静電気が共通電極１７および個別電極１９へリークすることも抑制することができる。
【００８８】
なお、第２の実施形態に係るサーマルヘッドＸ２においては、密着層２５Ｂ１をノンバイアススパッタリング法により形成し、緻密層２５Ｂ２をバイアススパッタリング法により形成する例を示したが、これに限定されるものではない。密着層２５Ｂ１および緻密層２５Ｂ２の双方をノンバイアススパッタリング法により形成してもよい。
【００８９】
＜第３の実施形態＞
図７，８を用いて第３の実施形態に係るサーマルヘッドＸ３について説明する。
【００９０】
サーマルヘッドＸ３は、図７に示すように、蓄熱層１３上に共通電極１７および個別電極１９を形成し、共通電極１７および個別電極１９が形成された蓄熱層１３上に電気抵抗層１５が形成されている。この場合、共通電極１７と個別電極１９との間に位置する電気抵抗層１５の領域によって発熱部９が形成されている。このような構成とすることで、記録媒体（不図示）と接触する保護層２５の表面に段差が生じる可能性を低減することができ、サーマルヘッドＸ３と、記録媒体との接触具合を向上させることができる。
【００９１】
図８に示すサーマルヘッドＸ３´は、サーマルヘッドＸ３の変形例であり、第３の層２５Ｃが、下層２５Ｃ１と、下層２５Ｃ１の上に設けられた中層２５Ｃ２と、中層２５Ｃ２の上に設けられた上層２５Ｃ３とにより形成されている。
【００９２】
下層２５Ｃ１はＳｉＯＮにより形成されている。中層２５Ｃ２はＳｉＣにより形成されている。上層２５Ｃ３はＳｉＯＮにより形成されている。このような構成とすることで、第３の層２５Ｃのすべり性を向上させることができ、記録媒体（不図示）とのスティッキングが生じる可能性を低減することができる。
【００９３】
下層２５Ｃ１は、中層２５Ｃ２と緻密層２５Ｂ２との密着性を向上させる機能を有している。下層２５Ｃ１を設けることで、中層２５Ｃ２と緻密層２５Ｂ２との密着性が向上し、中層２５Ｃ２と緻密層２５Ｂ２との接合強度を高くすることができる。
【００９４】
中層２５Ｃ２は、記録媒体との接触により保護層２５が、摩耗することを低減する耐摩耗層として機能する。中層２５Ｃ２を設けることで、耐摩耗性の向上した保護層２５とすることができる。
【００９５】
上層２５Ｃ３は、記録媒体のすべり性を向上させる機能を有する。記録媒体と接触する保護層２５の最表層に、上層２５Ｃ３を設けることで記録媒体のすべり性を向上させることができ、記録媒体とのスティッキングが生じる可能性を低減することができる。
【００９６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００９７】
上記実施形態のサーマルヘッドＸ１では、第３の層２５ＣがＳｉＣによって形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、化学式がＳｉ３Ｎ４で表される窒化珪素（ＳｉＮ）または五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等によって形成されていてもよい。なお、この第３の層２５Ｃを形成するＳｉＮまたはＴａ２Ｏ５は、非化学量論的組成を有するものも含む。このようにＳｉＮによって第３の層２５Ｃを形成する場合は、例えば、ＳｉＮをスパッタリングのターゲットとしてノンバイアススパッタリング法により形成すればよい。また、Ｔａ２Ｏ５によって第３の層２５Ｃを形成する場合は、例えば、Ｔａ２Ｏ５をスパッタリングのターゲットとしてノンバイアススパッタリング法により形成すればよい。
【００９８】
また、図１〜３に示すサーマルヘッドＸ１では、蓄熱層１３に隆起部１３ｂが形成され、隆起部１３ｂ上に電気抵抗層１５が形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、蓄熱層１３に隆起部１３ｂを形成せず、電気抵抗層１５の発熱部９を、蓄熱層１３の下地部１３ｂ上に配置してもよい。または、蓄熱層１３を形成せず、基板７上に電気抵抗層１５を配置してもよい。
【００９９】
また、発熱部９を基板７の平坦面上に設けた例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、基板７の側面に発熱部９を設けてもよい。具体的には、基板７の一方の主面と他方の主面とを接続する側面上に発熱部９を設けてもよい。その場合においても、熱応答性の向上したサーマルヘッドとすることができる。
【０１００】
さらにまた、ヘッド基体３に接続された外部配線基板の例示をＦＰＣとしたが、これに限定されるものではない。例えば、有機樹脂を硬化したリジッド基板を用いてもよい。
【０１０１】
なお、サーマルヘッドＸ１〜Ｘ３においては、第２の層２５Ｂ上に第３の層２５Ｃを設けた例を示したが、これに限定されるものではない。保護層２５が、第１の層２５Ａおよび第２の層２５Ｂのみにより構成された場合においても、第１の層２５ＡがＳｉＣＮを含有することから、熱応答特性の向上したサーマルヘッドＸ１とすることができる。
【符号の説明】
【０１０２】
Ｘ１〜Ｘ３  サーマルヘッド
Ｚ  サーマルプリンタ
１  放熱体
３  ヘッド基体
５  フレキシブルプリント配線板
７  基板
９  発熱部
１１  駆動ＩＣ
１７  共通電極
１７ａ  主配線部
１７ｂ  副配線部
１７ｃ  リード部
１９  個別電極
２１  ＩＣ−ＦＰＣ接続電極
２５  保護層
２５Ａ  第１の層
２５Ｂ  第２の層
２５Ｂ１  密着層
２５Ｂ２  緻密層
２５Ｃ  第３の層
２５Ｃ１  下層
２５Ｃ２  中層
２５Ｃ３  上層
２７  被覆層
【図１】
2012157641.tif 000003
【図２】
2012157641.tif 000004
【図３】
2012157641.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012157641.tif 000010
【国際調査報告】
2012157641.tif 000011
2012157641.tif 000012
2012157641.tif 000013
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