(57)【要約】【課題】  信頼性が高く高品位の耐磨耗層を有するサーマルヘッドを高歩留まりに製造できるようにする。【解決手段】  支持基板１１の絶縁基板１１ａ上にグレーズ層１１ｂ、その上にサーメット膜から成る発熱抵抗体層１２、その上に個別電極１３ａと共通電極１３ｂから成る電極１３が設けられる。そして、発熱抵抗体層１２の少なくとも発熱部１２ａ上に、Ｓｉ−Ｏ−Ｎを主成分とする保護層１４が形成される。この保護層１４上に発熱抵抗体層１２と同じようなサーメット膜から成る中間層１５が形成される。この中間層１５は、例えばＴａＳｉＯ２などが好適である。そして、保護層１４上方部に中間層１５を介して窒化金属を主成分とする金属膜から成る耐磨耗層１６が形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、この支持基板上に形成された発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層上に形成され、前記発熱抵抗体層の発熱部に電流を供給する電極と、前記発熱抵抗体層の発熱部を被覆する保護層と、この保護層上に形成された窒化金属を含む耐摩耗層とを具備するサーマルヘッドにおいて、
前記耐磨耗層と前記保護層との間にサーメット膜から成る中間層が介挿されていることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記中間層の抵抗率が１０２〜１０６ｍΩ・ｃｍの範囲にあ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】
前記中間層の膜厚が０．０５μｍ〜０．５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
前記耐磨耗層は積層構造であって、Ｔｉ(1-x) Ｃｒ(x) （Ｘ＝０〜１）から成る第１層と、この第１層の外側に位置し、ＴｉＮおよびＣｒＮの少なくとも１つの窒化金属から成る第２層とを有し、前記保護層はＳｉ−Ｏ−Ｎ系材料で形成され、前記中間層は高融点金属、ＳｉおよびＯから成る抵抗体材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
【請求項５】
前記中間層はＴａＳｉＯ２の抵抗体材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載のサーマルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像記録デバイスとして使用するサーマルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルヘッドは、ヘッド基板部に設けた発熱抵抗体を発熱させ、感熱紙や製版フィルム、印画紙、メディアなどに文字などを記録する画像記録デバイスとして使用されている。また、低騒音で、低ランニングコストなどの利点を有し、近年、ビデオプリンターやイメージャー、シールプリンターなどの出力用デバイスとしても注目されている。
【０００３】
従来のサーマルヘッドについて、その一部を抜き出した図４を参照して説明する。図４は一部拡大断面図である。セラミックなどで形成された絶縁基板２１上に、蓄熱層や平滑層として機能するグレーズ層２２が設けられている。グレーズ層２２上に、複数の発熱抵抗体を構成する発熱抵抗体層２３が設けられ、発熱抵抗体層２３上に複数の電極２４が設けられている。電極２４は、発熱抵抗体層２３上に設けられた個別電極２４ａおよび共通電極２４ｂから構成される。そして、個別電極２４ａと共通電極２４ｂとの間に所定長さの間隙が設けられ、その間隙部分の発熱抵抗体層２３が発熱部２３ａとして機能するようになっている。
【０００４】
そして、この発熱部２３ａ上に、発熱部２３ａを保護する絶縁体材料から成る保護層２５がスパッタリングなどで形成されている。保護層２５上には、例えばイオンプレーティング法等により、保護層２５の摩耗を防止する耐磨耗層２６が設けられている。保護層２５は例えばＳｉ−Ｏ−Ｎ系材料を主成分とする膜で構成され、耐磨耗層２６は例えばＴｉＮ（窒化チタン）等の窒化金属を主成分とする硬質膜で形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記した構成において、記録紙などの記録媒体に印字する場合、発熱部２３ａ近傍の耐磨耗層２６上に沿って記録媒体を移動させる。これと同時に、発熱部２３ａに電流を流して加熱させ、その熱により記録媒体への印字が行われる。
【特許文献１】特開２００６−２３１５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図４の領域Ｐ内に示すように、保護層２５の一部にピンホール２７等の膜欠陥がある場合、ピンホール２７部分で耐磨耗層２６と、電極２４を構成する個別電極２４ａあるいは共通電極２４ｂとが電気的に短絡するようになる。そして、サーマルヘッドの製造時の電気検査において、発熱抵抗体層２３の発熱部２３ａの抵抗値が見かけ上に低下したショート不良と判定される。また、例えそれがショート規格内であったとしても、ピンホール２７部分で、個別電極２４ａあるいは共通電極２４ｂに抵抗値の小さい耐磨耗層２６が接続する形になっている場合には、検査電流値を通常の動作より高くする印字検査において印画不良になる。これ等のために、上記サーマルヘッドの製造工程における歩留が低下することがあった。なお、発熱部２３ａの抵抗値は、例えば個別電極２４ａと共通電極２４ｂとの間で測定される。
【０００７】
本発明は、上記した欠点を解決し、サーマルヘッドの製造工程における歩留まりを向上させると共に、信頼性が高く高品位の耐磨耗層を有するサーマルヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明にかかるサーマルヘッドは、支持基板と、この支持基板上に形成された発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層上に形成され、前記発熱抵抗体層の発熱部に電流を供給する電極と、前記発熱抵抗体層の発熱部を被覆する保護層と、この保護層上に形成された窒化金属を含む耐摩耗層とを具備するサーマルヘッドにおいて、前記耐磨耗層と前記保護層との間にサーメット膜から成る中間層が介挿されている、という構成になっている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の構成により、サーマルヘッドの製造工程における歩留まりが向上すると共に、信頼性が高く高品位の耐磨耗層を有するサーマルヘッドが容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略される。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。ここで、図１はヘッド基板の一部を抜き出した図であり、図１（ａ）はその上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の線分Ｘ−Ｘにおける断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の一部を抜き出した断面図である。
【００１１】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、支持基板１１は、例えばセラミックなどの絶縁基板１１ａ上に、蓄熱層および平滑層として機能するグレーズ層１１ｂを設けた構造になっている。支持基板１１上にサーメット膜から成る発熱抵抗体層１２を形成し、発熱抵抗体層１２上に電極１３を設けている。電極１３は個別電極１３ａと共通電極１３ｂとの対を有し、複数対の個別電極１３ａおよび共通電極１３ｂが例えば平行に配置されている。個別電極１３ａと共通電極１３ｂとの間に間隙Ｇが設けられ、間隙Ｇ部分に位置する発熱抵抗体層１２は発熱部１２ａとして機能する。ここで、個別電極１３ａおよび共通電極１３ｂの発熱部１２ａ側の端部はリーディングエッジという。
【００１２】
そして、少なくとも発熱部１２ａ上、例えば発熱部１２ａ上およびその近傍の電極１３上の必要部位に、Ｓｉ−Ｏ−Ｎを主成分とする保護層１４が形成されている。この保護層１４は、硬質で緻密な絶縁体材料であり、発熱部１２ａ、電極１３を被覆し、大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護するパッシベーション機能を有する。
【００１３】
そして、保護層１４上の一部、例えば発熱部１２ａの上方部分に、本発明の特徴的技術事項となる中間層１５が形成されている。この中間層１５は、例えば発熱抵抗体層１２と同じ材料が使用され、例えばＴａＳｉＯ２などＴａやＳｉ、Ｏ（酸素）を含むＴａ−Ｓｉ−Ｏ系のサーメット膜が好適に使用される。なお、中間層１５は、発熱抵抗体層１２の成膜の場合と同様にして、例えばＴａとＳｉＯ２からなるターゲットを使用したスパッタリング等により形成される。この場合、ターゲットを構成するＴａとＳｉＯ２の比率やスパッタリング条件を調整して、中間層１５のおよび発熱抵抗体層１２の抵抗率が後述するように適宜設定される。
【００１４】
この中間層１５は、その他に、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｎｂ等の高融点金属、ＳｉおよびＯを主成分とする抵抗体材料であってもよい。具体的には、例えばＴａＳｉＮＯ、ＴｉＳｉＣＯ、ＮｂＳｉＯ系の抵抗体材料から形成されたサーメット膜が挙げられる。
【００１５】
そして、上記中間層１５上に耐磨耗層１６が形成されている。この耐磨耗層１６は例えばＴｉＮ等の窒化金属を主成分とする硬質の金属膜から形成されている。この耐磨耗層１６は、保護層１４が記録紙などの記録媒体との摺接により磨耗するのを防止すると共に、保護層１４が上記摺接により帯電するのを防止する帯電防止の機能を併せ有している。
【００１６】
ここで、耐磨耗層１６は、図１（ｃ）に示すように積層構造に形成され、例えば中間層１５側に位置するＴｉ、Ｃｒ等の第１層１６１と、第１層１６１上、例えば第１層１６１よりも中間層１５から遠い外側の例えばＴｉＮあるいはＣｒＮから成る第２層１６２とから構成されている。ここで、Ｔｉ、Ｃｒ等の第１層１６１は中間層１５との接着層として機能する。
【００１７】
その他に、耐磨耗層１６の窒化金属としては、高融点金属の窒化物が挙げられる。その中でも耐磨耗の高い高融点金属の窒化物であるＴａＮ（窒化タンタル）、ＷＮ（窒化タングステン）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）等が好適に使用できる。このような窒化金属を耐磨耗層１６に使用する場合であっても、上記Ｔｉ、Ｃｒから成るＴｉ(1-x) Ｃｒ(x) （Ｘ＝０〜１）を接着層として使用することができる。
【００１８】
次に、上記したサーマルヘッドの製造方法の一例について図１および図２を参照して説明する。ここで、図２はヘッド基板上における各種材料膜から成る積層構造を示す断面図である。
【００１９】
例えばＡｌ2Ｏ3（アルミナ）等のセラミックの絶縁基板１１ａ上に、膜厚が１００〜２００μｍ、例えば１００μｍのグレーズ層１１ｂを形成し、支持基板１１を形成する。ここで、グレーズ層１１ｂの形成では、ＳｉＯ２（酸化珪素）の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周知のスクリーン印刷法で塗布形成する。そして、所定の温度で焼成し所要の膜厚のガラス膜を支持基板１１表面に被着させる。なお、このグレーズ層１１ｂはその他にポリイミド樹脂等であってもよい。
【００２０】
その後、支持基板１１上にスパッタリングにより、ＴａＳｉＯ２から成り膜厚が０．０５μｍ程度の発熱抵抗体膜を成膜する。更に、発熱抵抗体膜上にスパッタリングにより例えばＡｌ（アルミニウム）から成り膜厚が０．５μｍ〜１μｍ、例えば０．５μｍの電極膜を成膜する。その後、発熱抵抗体膜および電極膜に対しフォトエングレービングプロセスによりパターニングを行い、発熱抵抗体層１２および電極１３、例えば個別電極１３ａや共通電極１３ｂなどの各パターンを形成する。このとき、個別電極１３ａと共通電極１３ｂとの間に間隙Ｇを設け、発熱抵抗体層１２の間隙Ｇ部分に発熱部１２ａを形成する。
【００２１】
その後、少なくとも発熱抵抗体層１２の発熱部１２ａを被覆するように、例えば発熱部１２ａ上およびこの発熱部１２ａ近傍のリーディングエッジを含む電極１３上の必要部位に、マスク治具（シャドウマスク）を用いたスパッタリングにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系からなり膜厚が２〜５μｍ、例えば４μｍの絶縁材料の保護層１４を選択的に形成する。ここで、保護層１４におけるＳｉ、Ｏ、Ｎの組成は種々に変えることができる。この保護層１４は、Ｏ成分を下げＮ成分を上げていくと、上述したパッシベーション機能が増大するが、熱膨張係数が大きくなりクラック等が生じ易くなる。このため、特にＳｉＯＮ（酸窒化珪素）膜が好適に使用できる。
【００２２】
そして、保護層１４上に、耐磨耗層１６の成膜エリアと同じあるいはそれより広い領域に中間層１５を形成する。この中間層１５の形成では、中間層１５の成膜に先だち、例えばシーズヒーターなどで約２００℃まで加熱しながら真空チャンバー内を１×１０−４Ｐａ程度の高真空に排気する。その後、アルゴンガスを導入し、発熱抵抗体層１２および電極１３、保護層１４などを設けたヘッド基板側に約−１００Ｖ程度の逆バイアス電位を印加し、その表面をエッチクリーニングする。
【００２３】
その後、ＴａとＳｉＯ２から成るターゲットを使用し、例えばマスク治具を用いたスパッタリングによりＴａＳｉＯ２から成るサーメット膜の中間層１５を選択的に堆積させる。この中間層１５の堆積では、Ｏ２ガスをチャンバー内に導入する反応性スパッタリングにより中間層１５の抵抗率を制御することができる。なお、上記ターゲットのＴａの組成比は成膜される中間層１５の抵抗率を考慮すると６０ｍｏｌ％以下が望ましい。
【００２４】
ここで、中間層１５の抵抗率は、保護層１４よりも導電性が高い１０２〜１０６ｍΩ・ｃｍの範囲に設定される。中間層１５の抵抗率が１０２ｍΩ・ｃｍより小さいと、保護層１４にピンホール等の膜欠陥がある場合にリーク電流が多くなり、後述するショート不良が生じ易くなる。また、中間層１５の抵抗率が１０６ｍΩ・ｃｍよりも大きいと耐磨耗層１６の帯電防止機能が低下する。
【００２５】
そして、中間層１５の膜厚は０．０５〜０．５μｍの範囲が好適である。膜厚が０．０５μｍ未満になると、サーメット膜の組成制御が難しくなり中間層１５の抵抗率の精度が低下する。また、膜厚が０．５μｍを超えてくると、その抵抗率が低下して保護層１４にピンホールが存在する場合に、電極１３のリーク電流が増大するようになる。
【００２６】
次に、Ｔｉを原料にしてホローカソードでＴｉを蒸発させて例えば０．３μｍ成膜し、耐磨耗層１６の第１層１６１部分を形成する。その後、基板バイアスを印加しながら窒素ガスを成膜チャンバー内に導入し、ＴｉＮ膜を例えば１．０μｍ成膜し、耐磨耗層１６の第２層１６２部分を形成し、合計で約１．３μｍの耐磨耗層１６を成膜する。
【００２７】
上記の耐磨耗層１６は、保護層１４側に位置する第１層１６１をＴｉで成膜し、第１層１６１よりも外側に位置する第２層１６２をＴｉＮで成膜している。しかし、Ｔｉに代えてＣｒを用いることもできる。また、上述したようにＴｉ(1-x) Ｃｒ(x) （Ｘ＝０〜１）で表されるＴｉおよびＣｒの両方の金属を用いることもできる。
【００２８】
この場合、第１層１６１は、硬度の大きい窒化金属の第２層１６２と中間層１５との密着性を高める接着層として機能するために、上記Ｔｉ(1-x) Ｃｒ(x) （Ｘ＝０〜１）で表される金属膜が望ましい。また、第２層１６２は耐磨耗性を確保するために、Ｔｉ(1-x) Ｃｒ(x) （Ｘ＝０〜１）で表される高硬度の金属成分が３０ａｔ．％以上で、残部は実質窒素を主成分とすることが望ましい。また、耐摩耗性を更に高める目的で、Ｃ（炭素）を混入させる場合がある。この場合には、上記成膜チャンバーの基板に基板バイアスを印加し、チャンバー圧力を１０−１Ｐａ台にし、窒素ガスとカーボン源として例えばアセチレンガスを流量比１：１に制御して、Ｃ（炭素）を例えば耐磨耗層１６の最表面に導入する。
【００２９】
上記した構成によれば、保護層１４上であって、第１層１６１との間に中間層１５が設けられている。ここで、保護層１４にピンホールが発生し、ピンホール部分で中間層１５と電極１３が電気的に短絡しても、中間層１５の抵抗率が耐磨耗層１６に較べて適度に高いために電極１３におけるリーク電流が抑えられる。その結果、ショート不良および印画不良が防止され、製造工程における歩留が大幅に改善される。
【００３０】
次に、上記サーマルヘッドの製造歩留まり向上の効果について、従来の技術のサーマルヘッドの場合と比較し、図３を参照して説明する。図３は、それぞれ１００個の試作品の電気検査におけるショート不良、および印字検査における印画不良の割合を示した表である。ここで、本実施形態では、中間層１５として膜厚が０．１μｍ、抵抗率が４００ｍΩ・ｃｍのＴａＳｉＯ２が形成された。その他の各種材料膜の積層構造は図２で説明したようになっている。これに対して、比較対象の従来技術のサーマルヘッドの構造は、中間層１５が形成されない以外は本実施形態と同じになっている。
【００３１】
図３に示すように、上記従来技術のサーマルヘッドでは、１００個の試作品の電気検査におけるショート不良率の平均値が１３％、印字検査における印画不良率の平均値が７％であるのに対して、本実施形態の場合には両方の不良率とも０％と皆無になり、大幅に不良率が低減することが実証された。このように、本実施形態のサーマルヘッドでは、上述したような中間層１５を保護層１４と耐磨耗層１６の間に介挿することにより、サーマルヘッドの製造工程における歩留まりが大幅に向上することが判る。
【００３２】
上記中間層１５の介挿による効果は、中間層１５がＴａＳｉＯ２以外のＮｂＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＴｉＳｉＣＯ系のサーメット膜から成る場合であっても程度の差はあれ同様に生じる。また、耐磨耗層１６の窒化金属としてＴａＮ、ＷＮ、ＭｏＮ等の高融点金属の窒化物が使用される場合であっても、中間層１５の介挿の効果は同様に生じる。
【００３３】
また、本実施形態では、中間層１５を保護層１４と耐磨耗層１６の間に介挿させることにより、図２に示したような積層構造において、耐磨耗層１６の膜剥離が安定して発生しなくなる。この効果は、保護層１４がＳｉ−Ｏ−Ｎの酸窒化珪素膜である場合に顕著である。
【００３４】
従来のように、Ｔｉ(1-x) Ｃｒ(x) （Ｘ＝０〜１）から成る耐磨耗層の第１層１６１が保護層１４表面に形成された積層構造にあっては、保護層１４と第１層１６１の間で固相反応が進行し、保護層１４に含有されたＮ（窒素）と上記ＴｉあるいはＣｒが化学結合して、ＴｉＮあるいはＣｒＮが生成されるようになる。ここで、この固相反応は３００〜４００℃温度のような低温であっても生じ、上記実施形態では説明していないが例えばサーマルヘッドに駆動ＩＣを樹脂封止する工程において起こってくる。この固相反応が進むと、第１層１６１の接着層としての機能が消失し、その上の第１層１６２を含む耐磨耗層１６の膜剥離が発生し易くなる。
【００３５】
これに対して、図２に示すように、上記中間層１５を保護層１４と耐磨耗層の第１層１６１の間に介挿させることにより、保護層１４と第１層１６１の間の上記固相反応が阻止される。中間層１５は、その膜中でのＮの拡散の抑制および捕獲する機能を有し、第１層１６１のＴｉ(1-x) Ｃｒ(x) （Ｘ＝０〜１）の窒化を防止する。このような中間層１５は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｎｂ等の高融点金属、ＳｉおよびＯ（酸素）から成る抵抗体材料で形成されていると好適になる。中間層１５中に高融点金属が存在するとそれがＮと反応しその窒化物として捕獲する。ここで、特に上述したようにＴａＳｉＯ２から成る抵抗体材料が好ましい。また、上記固相反応阻止の機能を保持する点からも、中間層１５の膜厚は０．０５μｍ以上が好ましい。
【００３６】
このようにして、積層構造に形成されるサーマルヘッドの膜剥離の耐性が大幅に向上することから、信頼性が高く高品位の耐磨耗層を有するサーマルヘッドが容易に製造できるようになる。
【００３７】
また、中間層１５は、発熱抵抗体層１２と同一材料で形成することができ、新規な材料の開発あるいは新たな製造設備の導入は必要でなく、高生産性でしかも低コストにサーマルヘッドを製造できるようになる。
【００３８】
本実施形態では、例えばサーマルヘッドの保護層１４と耐磨耗層第１６の間に、発熱抵抗体層と同じような抵抗体材料で中間層１５を形成することにより、保護層１４のピンホールのような膜欠陥に起因するショート不良および印画不良が大幅に低減する。また、信頼性が高く高品位の耐磨耗層を有するサーマルヘッドが極めて容易に製造できる。このようにして、高品位のサーマルヘッドが高生産性、低コストおよび高歩留まりに製造できるようになる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態では耐磨耗層１６が中間層１５の一部を被覆するようになっているが、耐磨耗層１６は中間層１５を全て被覆するようになっていてもよい。また、中間層１５が保護層１４の露出部全域を被覆するようになっていてもよい。
【００４１】
また、中間層１５あるいは発熱抵抗体層１２に用いられるサーメット膜は、上記実施形態で説明した以外の高融点金属とセラミックスの複合体であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ矢視断面図、（ｃ）は一部断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるサーマルヘッドの各種材料膜の積層構造を示す断面図である。
【図３】本発明の効果を説明する試作品の電気検査におけるショート不良、および印字検査における印画不良の割合を示した表である。
【図４】従来技術のサーマルヘッドを示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１…支持基板，１１ａ…絶縁基板，１１ｂ…グレーズ層，１２…発熱抵抗体層，１２ａ…発熱部，１３…電極，１３ａ…個別電極，１３ｂ…共通電極，１４…保護層，１５…中間層，１６…耐磨耗層，１６１…耐磨耗層の第１層，１６２…耐磨耗層の第２層
【図１】
2008132635.tif 000003
【図２】
2008132635.tif 000004
【図３】
2008132635.tif 000005
【図４】
2008132635.tif 000006