(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に発熱抵抗体を設けるとともに該発熱抵抗体を単一の保護層で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護層はＳｉ（珪素）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｔｉ（チタン）及びＣ（炭素）により、前記発熱抵抗体はＴｉ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ系の電気抵抗材料によりそれぞれ構成され、且つ保護層中のＯ（酸素）含有率が３ｗｔ％〜３０ｗｔ％に、Ｔｉ及びＣの含有率の合算した値が３ｗｔ％〜１５ｗｔ％にそれぞれ設定されるとともに、Ｔｉ及びＣの含有率を合算した値が外表面側から発熱抵抗体に接する側に向かって漸次小さくなっていることを特徴とするサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワードプロセッサやファクシミリ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドは、アルミナセラミックス等から成る絶縁基板上にガラスグレーズ層を介して複数個の発熱抵抗体及び電極層を設け、これらの発熱抵抗体を厚み数μｍ程度の保護層によって被覆した構造を有している。かかるサーマルヘッドは、前記電極層を介して発熱抵抗体に外部電源からの電力を印加し、発熱抵抗体を印画データに基づいて個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等の記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能するものである。
【０００３】
尚、前記保護層は、記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれる水分等の接触による酸化腐食等から発熱抵抗体等を保護するためのもので、該保護層は一般に、耐磨耗性や電気絶縁性，緻密性などに優れた無機質材料、例えば、Ｓｉ（珪素）とＮ（窒素）とで構成される無機質材料により形成されていた。このＳｉ−Ｎ系無機質材料から成る保護層は、従来周知の薄膜手法、例えばＳｉ３  Ｎ４  焼結体から成るターゲット材をスパッタリングすることによって形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のサーマルヘッドにおいては、Ｓｉ−Ｎ系保護層をスパッタリング法等の薄膜手法によって成膜した場合、通常、成膜されたスパッタ膜（保護層）の内部には大きな膜応力が蓄積される。そのため、印画に際して記録媒体を保護層の表面に繰り返し摺接させると、保護層が比較的短時間で剥離してしまい、サーマルヘッドの信頼性を低下させる原因となっていた。
【０００５】
また上述した従来のサーマルヘッドにおいては、保護層が電気絶縁性の高いＳｉ−Ｎ系無機質材料により形成されていることから、印画に際して記録媒体を保護層の表面に摺接させると、該摺接部に静電気が蓄積され易く、その蓄積量が所定量に達すると保護層に絶縁破壊が生じ、保護層としての機能が喪失されるとともに該絶縁破壊に伴って発熱抵抗体等に瞬間的に大電流が流れ、発熱抵抗体が焼損する欠点もあった。
【０００６】
また一方、前記保護層上に更にＣｒ（クロム）等から成る導電層を被着させ、この導電層全体にわたって静電気の電荷を分散させることによって保護層の絶縁破壊や発熱抵抗体の焼損を防止することが提案されている。
【０００７】
しかしこのようなサーマルヘッドにおいても、先に述べた膜応力のことについては全く考慮されておらず、依然として保護層剥離の問題が解決されていないことに加え、サーマルヘッドを製造するにあたって導電層の被着工程が別途、必要となり、製造コストの上昇を招く欠点を有している。
【０００８】
しかもこの場合、保護層を形成するＳｉ−Ｎ系無機質材料と導電層を形成するＣｒ等の熱膨張係数は大きく相違していることから、その使用時、サーマルヘッドが比較的高温になると保護層及び導電層の熱膨張差に起因してこの２つの層間で大きな熱応力が発生し、導電層が保護層より比較的容易に剥離するといった欠点まで誘発される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明のサーマルヘッドは、絶縁基板上に発熱抵抗体を設けるとともに該発熱抵抗体を単一の保護層で被覆してなるサーマルヘッドにおいて、前記保護層はＳｉ（珪素）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｔｉ（チタン）及びＣ（炭素）により、前記発熱抵抗体はＴｉ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ系の電気抵抗材料によりそれぞれ構成され、且つ保護層中のＯ（酸素）含有率が３ｗｔ％〜３０ｗｔ％に、Ｔｉ及びＣの含有率の合算した値が３ｗｔ％〜１５ｗｔ％にそれぞれ設定されるとともに、Ｔｉ及びＣの含有率を合算した値が外表面側から発熱抵抗体に接する側に向かって漸次小さくなっていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のサーマルヘッドを添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一形態に係るサーマルヘッドの断面図であり、１  は絶縁基板、３  は発熱抵抗体、５  は保護層である。
【００１４】
前記絶縁基板１  はアルミナセラミックス等のセラミック材料から成り、その上面でグレーズ層２  や発熱抵抗体３  ，電極層４  ，保護層５  等を支持するための支持母材としての作用を為す。
【００１５】
前記絶縁基板１  は、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに高温で焼成することによって製作される。
【００１６】
また前記絶縁基板１  の上面にはグレーズ層２  が２０〜６０μｍの厚みに被着・形成されている。
【００１７】
前記グレーズ層２  はガラスやポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料により形成されており、発熱抵抗体３  の発する熱が適当な温度となるようにその内部で熱を蓄積及び放散し、これによってサーマルヘッドの熱応答特性を良好な状態に維持する作用を為す。
【００１８】
尚、前記グレーズ層２  は、例えばガラスによって形成する場合、ガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加混合して得たガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷法によって絶縁基板上面の全体もしくは部分的に所定の厚みでもって印刷・塗布し、しかる後、これを高温（約９００℃）で焼き付けることによって絶縁基板１の上面に被着される。
【００１９】
また前記グレーズ層２  上には複数個の発熱抵抗体３  が被着・配列されており、該各発熱抵抗体３  の両端には一対の電極層４  が接続されている。
【００２０】
前記発熱抵抗体３  は、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系やＴａ−Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系，Ｔｉ−Ｓｉ−Ｏ系，Ｔｉ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ系，Ｎｂ−Ｓｉ−Ｏ系の電気抵抗材料から成り、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているため、一対の電極層４，４  を介して外部電源からの電力が印加されるとジュール発熱を起こし、感熱紙等の記録媒体Ｐ  に印画を形成するのに必要な所定温度、例えば３００〜４００℃の温度にジュール発熱する。
【００２１】
また前記発熱抵抗体３  の両端に接続される一対の電極層４，４  はアルミニウム等の金属材料から成り、該電極層４  は発熱抵抗体３  にジュール発熱を起こさせるために必要な所定の電力を印加する作用を為す。
【００２２】
前記複数個の発熱抵抗体３  及び一対の電極４，４  は、従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラフィー技術を採用することによってグレーズ層２  の上面に所定パターン、所定厚み（発熱抵抗体３  は０．０１μｍ〜０．５μｍの厚み、一対の電極層４，４  は０．５μｍ〜２．０μｍの厚み）をもって被着される。
【００２３】
そして前記発熱抵抗体３  及び一対の電極層４，４  の上面には更に、これらを大気中に含まれている水分等の接触による腐食や記録媒体Ｐ  の摺接による磨耗等から保護するための保護層５  が例えば４〜２０μｍの厚みをもって被着される。
【００２４】
前記保護層５  は、Ｓｉ（珪素）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）、Ｔｉ（チタン）及びＣ（炭素）で構成されており、且つ保護層５  中のＯ（酸素）含有率は３ｗｔ％〜３０ｗｔ％の範囲内に設定されている。
【００２５】
前記保護層５  中に含有されているＯ（酸素）は、保護層５  の比抵抗を有効に上昇させるとともに、スパッタリング等によって成膜される保護層５  の内部応力を低減させる作用を為し、このＯ（酸素）を保護層５  中に３ｗｔ％〜３０ｗｔ％だけ含有させておくことにより、サーマルヘッドの保護層５  として適した絶縁性と緻密性とを付与することができる。これにより、保護層５  の内部応力が低減し、保護層５  の剥離が有効に防止されるようになる。
【００２６】
また前記保護層５  中に含有されているＴｉ及びＣは、保護層５  の硬度を例えばビッカース硬度Ｈｖで１５５０〜１７５０まで高めて保護層５  の耐磨耗性を向上させるとともに、スパッタリング等によって成膜される保護層５  中の内部応力を有効に低下させる作用を為し、これらＴｉ及びＣによっても保護層５  の剥離が有効に防止される。従って、サーマルヘッドの保護層５  として最適な緻密性、耐磨耗性及び信頼性を有した保護層が得られる。
【００２７】
尚、Ｔｉ（チタン）及びＣ（炭素）の含有率は、両者の合算値を３ｗｔ％〜１５ｗｔ％に設定しておくことが好ましく、この範囲内に設定しておくことにより保護層５  の比抵抗を１×１０８  Ω・ｃｍ−１〜１×１０１３Ω・ｃｍ−１の範囲に設定して適度な導電性を付与し、印画に際して記録媒体Ｐ  との摺接によって印加される静電気（の電荷）を保護層全体にわたって良好に分散させることができる。
【００２８】
またこの場合、前記保護層５  は上述の如く電荷拡散機能を兼ね備えているため、保護層５  等の上に別途、電荷拡散用の導電層等を被着させたりする必要はなく、サーマルヘッドの製造工程を簡略化して製造コストを低く抑えることができる上に、前述のような導電層等がサーマルヘッドの使用時に熱膨張係数の相違等に起因して剥離したりすることもなく、これによってもサーマルヘッドの信頼性を向上させることができる。
【００２９】
更に前記保護層５  中のＴｉ及びＣの含有率の合算値を、図２に示す如く、外表面側から発熱抵抗体３  に接する側に向かって漸次小さくなるようになしておけば、保護層５  の外表面側では電荷を拡散したり、記録媒体Ｐ  中のイオンを確実に捕獲するのに十分な導電性を与えつつ、発熱抵抗体３  に接する側では一対の電極層４，４  間の短絡等を防止するのに十分な高い電気絶縁性を与えることができ、しかもこの場合、保護層５  の膜質が厚み方向にわたって途中で大きく変化することはないことから、保護層全体の機械的強度も高く維持される。図２は、保護層５  の厚みを７μｍに設定し、Ｔｉ及びＣの含有率の合算値（縦軸）を保護層５  の上部領域（外表面から深さ２μｍまでの領域）で５０ｗｔ％〜１００ｗｔ％に、下部領域（発熱抵抗体３  に接する側より高さ２μｍまでの領域）で０ｗｔ％〜３０ｗｔ％に設定した例を示すものである。
【００３０】
かかるＳｉ−Ｏ−Ｎ−Ｔｉ−Ｃ系の保護層５  は、従来周知のスパッタリング法等の薄膜手法、具体的には、スパッタリング装置のチャンバー内に、Ｓｉ−Ｏ−Ｎターゲット材と、Ｔｉ−Ｃターゲット材と、発熱抵抗体３  及び電極層４  が被着された絶縁基板１  とをそれぞれ所定位置に配して該チャンバー内を３ｍｔｏｒｒ〜７ｍｔｏｒｒの真空状態となるまで真空引きし、しかる後、前記チャンバー内にアルゴンガスを導入しながら前述した２つのターゲット材と絶縁基板１  との間に所定の電力を印加し、ターゲット材の各構成材料をスパッタリングすることによって形成される。このとき、Ｓｉ−Ｏ−Ｎターゲット材への印加電力は例えば、３．２ｋＷとし、ＴｉＣターゲット材への印加電力は例えば、０．２ｋＷ〜１．４ｋＷの範囲内で一定に維持する。尚、アルゴンガスを導入しながらスパッタリングを行なう場合、ターゲットからスパッタされた粒子のうち、Ｏ（酸素）の量がターゲット材の組成よりも約１５％ほど減少するので、Ｓｉ−Ｏ−Ｎターゲット材にはその分を見込んで予めＯ（酸素）を多めに含有させておくことが望ましい。
【００３１】
またＴｉ及びＣの含有率を合算した値が外表面側から発熱抵抗体３  に接する側に向かって漸次小さくなしてある保護層５  は、該保護層５  を上述の薄膜手法によって形成する際、各ターゲット材に対する印加電力やアルゴンガスの導入量等を各成膜段階において適宜、調整することによって形成することができる。例えば、ＴｉＣターゲット材への印加電力を、成膜の初期段階では０．１ｋＷに設定し、成膜が進むに連れて印加電力を徐々に増加させていくとともに、成膜の最終段階では１ｋｗに設定する。
【００３２】
かくして上述したサーマルヘッドは、一対の電極層４，４  間に外部からの印画データに基づいて所定の電力を印加し、発熱抵抗体３  を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等の記録媒体Ｐ  に伝導させ、記録媒体Ｐ  に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
【００３３】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３４】
例えば上述の形態において保護層５  中にＳｉ、Ｏ、Ｎ、Ｔｉ、Ｃ以外の元素が不純物として５ｗｔ％程度含まれても構わない。
【００３５】
また上述した本発明のサーマルヘッドにおいては保護層５  をスパッタリング法により形成したが、これ以外の方法、例えば、プラズマＣＶＤ法等によって保護層を形成しても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のサーマルヘッドによれば、スパッタリング等によって成膜される保護層の内部応力を低減させて、保護層に適した絶縁性と緻密性とを付与することができる。これにより、保護層の内部応力が低減し、保護層の剥離が有効に防止されるようになる。
【００３７】
また本発明のサーマルヘッドによれば、Ｔｉ及びＣの含有率の合算値を３ｗｔ％〜１５ｗｔ％に設定することにより、保護層の耐磨耗性を向上させるとともに、スパッタリング等によって成膜される保護層中の内部応力を有効に低下させて、これによっても保護層の剥離を防止することができる。しかもこの場合、保護層には適度な導電性が付与されているため、印画時、記録媒体との摺接によって印加される静電気を保護層全体にわたって良好に分散させることができる。従ってサーマルヘッドの保護層として最適な緻密性、耐磨耗性及び信頼性を有した保護層が得られる。
【００３８】
更に本発明のサーマルヘッドによれば、保護層中のＴｉ及びＣの含有率の合算値を外表面側から発熱抵抗体に接する側に向かって漸次小さくなしておくことにより、保護層の外表面側では電荷を拡散したり、記録媒体中のイオンを確実に捕獲するのに十分な導電性を与えつつ、発熱抵抗体に接する側では一対の電極層間の短絡等を防止するのに十分な高い電気絶縁性を与えることができ、しかもこの場合、保護層の膜質が厚み方向にわたって途中で大きく変化することはないため、保護層全体の機械的強度も高く維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【図２】保護層の厚み方向にかかるＴｉ及びＣの含有率の合算値を示す線図である。
【符号の説明】
１  ・・・絶縁基板、３  ・・・発熱抵抗体、５  ・・・保護層
【図１】
0003545959.tif 000002
【図２】
0003545959.tif 000003