(57)【要約】【課題】長期にわたり品質の高い印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に発熱抵抗体３及び一対の電極層４を被着させるとともに、これら発熱抵抗体３及び電極層４上に下層保護膜５及び上層保護膜６を設けたサーマルヘッドにおいて、前記下層保護膜５は、最外層に配されるノンバイアススパッタ膜５ｃと、該ノンバイアススパッタ膜５ｃの下地となるバイアススパッタ膜５ｂとを少なくとも有し、該バイアススパッタ膜５ｂの厚みをノンバイアススパッタ膜５ｃの厚みの０．１１倍〜０．１８倍に設定するとともに、前記上層保護膜６の形成に先立って、前記下層保護膜５のノンバイアススパッタ膜表面にラッピング処理を施し、ノンバイアススパッタ膜表面より段差を除去してサーマルヘッドを製造する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に発熱抵抗体及び一対の電極層を被着させるとともに、これら発熱抵抗体及び電極層上に、少なくともバイアススパッタ膜及びその上に被着されるノンバイアススパッタ膜を有する下層保護膜と、上層保護膜とを順次積層してなるサーマルヘッドにおいて、
前記下層保護膜のバイアススパッタ膜の厚みをノンバイアススパッタ膜の厚みの０．１１倍〜０．１８倍に設定するとともに、
前記上層保護膜の形成に先立って、前記下層保護膜のノンバイアススパッタ膜表面にラッピング処理を施し、ノンバイアススパッタ膜表面より段差を除去したことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記下層保護膜がバイアススパッタ膜の下地としてノンバイアススパッタ膜を有していることを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッドの製造方法。
【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の製造方法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一対の電極層を設け、これら発熱抵抗体及び電極層を保護膜によって被覆した構造を有しており、かかるサーマルヘッドは、外部からの画像データに基づいて一対の電極層間の発熱抵抗体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ようになっている。
【０００３】
尚、前記保護膜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腐食から発熱抵抗体等を保護するためのものであり、大略的に、ＳｉＯＮ系の下層保護膜と、ＳｉＣ系の上層保護膜とから成る構造を有しており、これらは従来周知の薄膜形成技術、具体的には、スパッタリング法やＣＶＤ法等により形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００１−１９１５７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のサーマルヘッドにおいては、一対の電極層の端部と発熱抵抗体の上面との間に角部が形成されることから、該角部近傍に位置する下層保護膜に大きな応力が内在される。また下層保護膜の表面には前記角部に応じた段差部が形成されることから、該段差部近傍に位置する上層保護膜に大きな応力が内在される。更に、上層保護膜の表面にも段差部が形成される。
【０００６】
このため、保護膜の表面に記録媒体を摺接させつつ印画を行うと、摺接圧によって下層保護膜や上層保護膜にクラックが発生したり、上層保護膜や下層保護膜が容易に剥離し、発熱抵抗体や電極層が大気中の水分等との接触による腐食を発生するおそれがある。
【０００７】
また上層保護膜の表面に形成された段差部によって記録媒体が削り取られ、紙カス等が多量に発生し、発熱抵抗体からの熱を記録媒体に良好に伝導させることが困難となる課題があった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み案出されたものであり、その目的は長期にわたり品質の高い印画を形成することが可能な高性能のサーマルヘッドの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドの製造方法は、基板上に発熱抵抗体及び一対の電極層を被着させるとともに、これら発熱抵抗体及び電極層上に、少なくともバイアススパッタ膜及びその上に被着されるノンバイアススパッタ膜を有する下層保護膜と、上層保護膜とを順次積層してなるサーマルヘッドにおいて、前記下層保護膜のバイアススパッタ膜の厚みをノンバイアススパッタ膜の厚みの０．１１倍〜０．１８倍に設定するとともに、前記上層保護膜の形成に先立って、前記下層保護膜のノンバイアススパッタ膜表面にラッピング処理を施し、ノンバイアススパッタ膜表面より段差を除去したことを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、前記下層保護膜がバイアススパッタ膜の下地としてノンバイアススパッタ膜を有していることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、基板上に発熱抵抗体及び一対の電極層を被着させるとともに、これら発熱抵抗体及び電極層上に、少なくともバイアススパッタ膜及びその上に被着されるノンバイアススパッタ膜を有する下層保護膜と、上層保護膜とを順次積層してなるサーマルヘッドにおいて、前記下層保護膜のバイアススパッタ膜の厚みをノンバイアススパッタ膜の厚みの０．１１倍〜０．１８倍に設定するとともに、前記上層保護膜の形成に先立って、前記下層保護膜のノンバイアススパッタ膜表面にラッピング処理を施し、ノンバイアススパッタ膜表面より段差を除去したことから、下層保護膜上に被着される上層保護膜の表面を滑らかな平面状もしくは曲面状に成すことができる。従って、記録動作時、上層保護膜の表面に対して摺接される記録媒体が削り取られて多量の紙カスが発生することはなく、発熱抵抗体からの熱を良好に伝導させることができ、その結果、サーマルヘッド並びにサーマルプリンタの熱効率を向上させるとともに印画品質を向上させることができる。
【００１２】
しかも本発明によれば、下層保護膜のバイアススパッタ膜の厚みを、ラッピング処理されるノンバイアススパッタ膜の厚みの０．１１倍〜０．１８倍に設定したことから、ノンバイアススパッタ膜の表面をラッピング処理する際の押圧力によってバイアススパッタ膜が発熱抵抗体や電極層より剥離したり、あるいは、バイアススパッタ膜がノンバイアススパッタ膜より剥離したりすることを有効に防止することができ、サーマルヘッドの歩留り向上に供することができる。
【００１３】
また本発明によれば、前記下層保護膜の最下層としてノンバイアススパッタ膜とすることにより、発熱抵抗体や一対の電極層との境界部における下層保護膜に内在する応力が比較的小さくなり、発熱抵抗体や一対の電極層に対する密着性が高くなる。従って、サーマルヘッドの使用時等に下層保護膜が下地より剥離するといった不具合が有効に防止され、下層保護膜を長期にわたり機能させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のサーマルヘッドの一実施形態を示す断面図であり、１は基板、３は発熱抵抗体、５は下層保護膜、６は上層保護膜である。
【００１５】
前記基板１はアルミナセラミックスやガラス等の電気絶縁性材料やシリコン等の半導体材料など、種々の材料から成り、その上面でグレーズ層２や発熱抵抗体３，電極層４，下層保護膜５、上層保護膜６等を支持するための支持母材として機能する。
【００１６】
尚、前記基板１は、アルミナセラミックスから成る場合、まずアルミナ、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いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００１７】
また前記基板１の上面には、その一辺に沿って帯状を成すグレーズ層２が２０μｍ〜６０μｍの厚みに部分的に被着・形成されている。
【００１８】
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、その内部で発熱抵抗体４の発する熱の一部を蓄積してサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用、具体的には、発熱抵抗体４の温度を短時間で印画に必要な所定の温度まで上昇させる蓄熱層としての作用を為す。
【００１９】
尚、前記グレーズ層２は、例えばガラスからなる場合、ガラス粉末に適当な有機溶剤を添加・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ヘッド基板１の上面に帯状に印刷・塗布し、これを高温で焼き付けることによって形成される。
【００２０】
また前記グレーズ層２の頂部には、複数個の発熱抵抗体３が例えば３００ｄｐｉ（ｄｏｔ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）の密度で直線状に主走査方向に被着・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４，４が電気的に接続されている。
【００２１】
前記発熱抵抗体３は、ＴａＳｉＯやＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ，ＴｉＳｉＮｉ等の電気抵抗材料により形成された抵抗薄膜から成り、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を介して電源電力が印加されると、ジュール発熱を起こし、記録媒体に印画を形成するのに必要な所定温度、例えば２５０℃〜４００℃の温度となる。
【００２２】
また一方、前記発熱抵抗体３の両端に接続されている一対の電極層４，４はアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属から成り、前記発熱抵抗体３にジュール発熱を起こさせるのに必要な所定の電力を印加する作用を為す。
【００２３】
尚、前記複数個の発熱抵抗体３及び一対の電極層４，４は、従来周知の薄膜手法、具体的にはスパッタリング法やフォトリソグラフィー技術，エッチング技術等を採用し、例えばＴａＳｉＯ及びＡｌをグレーズ層２の上面に所定厚み（発熱抵抗体３を構成する抵抗薄膜の厚み０．０２μｍ〜０．０８μｍ、電極層４の厚み０．８μｍ〜１．０μｍ）、所定パターンに被着させることにより形成される。
【００２４】
そして前記発熱抵抗体３及び一対の電極層４，４の上面には上層保護膜５及び下層保護膜６が順次被着されている。
【００２５】
前記下層保護膜５は発熱抵抗体３や一対の電極層４，４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の摺接による磨耗から保護するためのものであり、例えばＳｉＯＮ系やＳｉＮ系、ＳｉＯ系の無機質材料により６．７μｍ〜７．８μｍ（ラッピング処理前８．５μｍ〜９．５μｍ）の厚みに形成され、発熱抵抗体３や一対の電極層４を被覆するようにして形成されている。
【００２６】
かかる下層保護膜５は、ノンバイアススパッタ膜５ａ、バイアススパッタ膜５ｂ、ノンバイアススパッタ膜５ｃを順次積層した３層構造を有しており、中間層であるバイアススパッタ膜５ｂの厚みは最外層のノンバイアススパッタ膜５ｃの厚みの０．２倍〜０．４倍（ラッピング処理前０．１１倍〜０．１８倍）に設定されている。
【００２７】
尚、前記下層保護膜５は、その内部に珪素を３５原子％〜６５原子％、酸素を１０原子％〜４０原子％、窒素を１５原子％〜４０原子％含んだものが好適に使用され、特に酸素を１０原子％〜４０原子％の範囲に設定し、且つ、ノンバイアススパッタ膜５ａ、バイアススパッタ膜５ｂ、ノンバイアススパッタ膜５ｃの酸素含有率の差を１０原子％の範囲内に設定することにより、これらのスパッタ膜５ａ，５ｂ，５ｃ間の圧縮応力差が小さくなるため、これらの密着強度を高くすることができる上に、成膜レートを高く成してサーマルヘッドの生産性向上に供することもできる。
【００２８】
一方、前記上層保護膜６は、ＳｉＣ系やＳｉＮ系、ＳｉＯＮ系等の耐磨耗性に優れた無機質材料から成り、該上層保護膜６で発熱抵抗体３及び一対の電極層４を被覆しておくことにより、発熱抵抗体３及び一対の電極層４を記録媒体の摺接による磨耗から保護している。
【００２９】
かくして上述したサーマルヘッドは、一対の電極層間４−４に外部からの画像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。
【００３０】
次に、上述したサーマルヘッドの上層保護膜５及び下層保護膜６の形成方法について図２を用いて詳細に説明する。
【００３１】
（１）まず、グレーズ層２、発熱抵抗体３、一対の電極層４を有した基板１を準備する（図２（ａ））。
【００３２】
（２）次に、前記発熱抵抗体３及び一対の電極層４上に下層保護膜５を被着させる（図２（ｂ））。
【００３３】
前記下層保護膜５は、従来周知のスパッタリングとバイアススパッタリングとを組み合わせて形成される。
【００３４】
すなわち、まず、発熱抵抗体３及び一対の電極層４を被着させた基板１とＳｉＯＮターゲットを高周波マグネトロンスパッタリング装置内のカソード電極及びアノード電極にそれぞれ配置し、次に、前記スパッタリング装置を真空引きするとともに、該装置内にＡｒ（アルゴン）ガスを所定量ずつ導入しながら前記カソード電極−アノード電極間に１．５ｋＷ〜５．０ｋＷのノンバイアス電力を印加することによって発熱抵抗体３や一対の電極層４，４上にノンバイアススパッタ膜５ａを４．８μｍ〜５．２μｍの厚みに被着させ、続いて上記カソード電極−アノード電極間に前述のノンバイアス電力よりも小さな１．０ｋＷ〜４．０ｋＷのバイアス電力を印加してバイアススパッタ膜５ｂを０．４μｍ〜０．６μｍの厚みに被着させ、最後に上記カソード電極−アノード電極間に前述のバイアス電力よりも大きな１．５ｋＷ〜５．０ｋＷのノンバイアス電力を印加してノンバイアススパッタ膜５ｃを３．３μｍ〜３．７μｍの厚みに被着させ、これによって上述した下層保護膜５が８．５μｍ〜９．５μｍの厚みに形成される。尚、前記バイアススパッタ膜を形成する際のノンバイアス電力をノンバイアススパッタ膜を形成する際のバイアス電力よりも小さく設定するのは、バイアススパッタ膜の成膜レートを速めてサーマルヘッドの生産性を向上させるためである。
【００３５】
ここで、下層保護膜５上には、発熱抵抗体３と一対の電極層４とで形成される角部の形状に応じた段差部５ａが形成される。
【００３６】
（３）次に、前記下層保護膜５上にラッピング処理を施すことにより段差部を除去する（図２（ｃ））。
【００３７】
前記ラッピング処理は、例えば、ポリエステル等からなるベースフィルム上に平均粒径０．５μｍ〜５μｍのＳｉＣ粒子が多数被着された構成を有するラッピングフィルム７を下層保護膜５のノンバイアススパッタ膜５ｃの表面に押し当てた状態でこれをサーマルヘッド上に配されるプラテンローラを用いて副走査方向（主走査方向と直交する方向）に摺接させることにより、下層保護膜５上の段差部を除去する。
【００３８】
このとき、前記下層保護膜５は、最下層としてノンバイアススパッタ膜５ａを有していることから、発熱抵抗体３や一対の電極層４との境界部における応力は比較的小さく、発熱抵抗体３や一対の電極層４に対する密着性が高くなっている。従って、サーマルヘッドの使用時等に下層保護膜５が下地より剥離するといった不具合が有効に防止され、下層保護膜５を長期にわたり機能させることができる。
【００３９】
また下層保護膜５の中間層であるバイアススパッタ膜５ｂの厚みが最外層のノンバイアススパッタ膜５ａの厚みの０．１１倍〜０．１８倍に設定されているため、ラッピング処理による摺接圧が大きくなったとしても、該摺接圧によってノンバイアススパッタ膜５ｃがバイアススパッタ膜５ｂより剥離したり、バイアススパッタ膜５ｂがノンバイアススパッタ膜５ａより剥離したりすることはなく、サーマルヘッドの歩留り向上に供することができる。
【００４０】
ここで、下層保護膜５の中間層であるバイアススパッタ膜５ｂの厚みが最外層のノンバイアススパッタ膜５ｃの厚みの０．１１倍よりも小さいと、バイアススパッタ膜５ｂのステップカバレッジが悪くなって、その上に被着されるバイアススパッタ膜５ｃの密着強度が低くなる傾向にあり、一方、下層保護膜５の中間層であるバイアススパッタ膜５ｂの厚みがノンバイアススパッタ膜５ｃの厚みの０．１８倍よりも大きいと、バイアススパッタ膜５ｂの圧縮応力が大きくなりすぎて、ノンバイアススパッタ膜５ｃがバイアススパッタ膜５ｂより剥離し易くなる傾向にある。従って、下層保護膜５の中間層であるバイアススパッタ膜５ｂの厚みが最外層のノンバイアススパッタ膜５ａの厚みに対して０．１１倍〜０．１８倍となるように設定することが重要である。
【００４１】
また上記ラッピング処理を施す際、ラッピングフィルム７を同じ箇所で副走査方向に摺接するのではなく、下層保護膜５に対して主走査方向に移動させ、しかる後、ラッピングフィルム７を下層保護膜５に対して副走査方向に摺接させ、再び、下層保護膜５に対して主走査方向に移動させるという作業を複数回行うと、ラッピングフィルム７の表面状態が領域によって異なる場合、あるいはラッピングフィルム７を移動させるプラテンローラの平坦性が領域毎に異なる場合であっても、下層保護膜５（ノンバイアススパッタ膜５ｃ）の表面の削れ方に大きな差がでることを有効に防止することができる。従って、ラッピングフィルム７を常に同じ箇所で副走査方向に摺接するのではなく、ラッピングフィルム７を主走査方向に移動させ、しかる後、ラッピングフィルム７を副走査方向に摺接させる作業を複数回行うことが好ましい。
【００４２】
尚、ラッピング処理後のノンバイアススパッタ膜５ｃの厚みは１．５μｍ〜２．０μｍとなり、バイアススパッタ膜の厚みはノンバイアススパッタ膜の厚みの０．２倍〜０．４倍となる。
【００４３】
（４）最後に、下層保護膜５上に上層保護膜６を被着させる（図２（ｄ））。
【００４４】
前記上層保護膜６は、従来周知の薄膜形成技術、具体的には、従来周知のスパッタリング、ＣＶＤ法等を採用することにより、２．５μｍ〜３．５μｍの厚みに形成される。
【００４５】
このとき、工程（３）において下層保護膜５上の段差部を除去したことから、下層保護膜５上に被着される上層保護膜６の表面を滑らかな平面状もしくは曲面状に成すことができる。従って、記録動作時、上層保護膜６の表面に対して摺接される記録媒体が削り取られて多量の紙カスが発生することはなく、発熱抵抗体３からの熱を良好に伝導させることができ、その結果、サーマルヘッド並びにサーマルプリンタの熱効率を向上させるとともに印画品質を向上させることができる。
【００４６】
尚、前記上層保護膜６は、ＳｉＣ系の無機質材料から成る場合、ＳｉＣ系の無機質材料は脆い傾向にあるため、バイアススパッタ法により上層保護膜６を形成すると、バイアススパッタ膜の内部応力が大きいことに起因して、前記上層保護膜６自体が非常に脆くなり、耐磨耗性を高く維持することが難しくなるおそれがある。従って、上層保護膜６は、ＳｉＣ系の無機質材料から成る場合、従来周知のノンバイアススパッタ法により形成することが好ましい。
【００４７】
本発明は上述の実施形態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。
【００４８】
例えば上述の実施形態では、グレーズ層２を基板１の上面に部分的に形成するようにしたが、これに代えて図２に示す如く、全体にわたってほぼ一定の厚みに形成するようにしても構わない。
【００４９】
また上述の実施形態において、上層保護膜６の表面をラッピング処理しても良く、この場合、上層保護膜の表面をより平滑化し、記録媒体のスティッキング等を有効に防止することができるという利点もある。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、下層保護膜上に被着される上層保護膜の表面を滑らかな平面状もしくは曲面状に成すことができ、記録動作時、上層保護膜の表面に対して摺接される記録媒体が削り取られて多量の紙カスが発生することはなく、発熱抵抗体からの熱を良好に伝導させることができる。その結果、サーマルヘッド並びにサーマルプリンタの熱効率を向上させるとともに印画品質を向上させることができる。
【００５１】
しかも本発明によれば、ノンバイアススパッタ膜の表面をラッピング処理する際の押圧力によってバイアススパッタ膜が発熱抵抗体や電極層より剥離したり、あるいは、バイアススパッタ膜がノンバイアススパッタ膜より剥離したりすることを有効に防止することができ、サーマルヘッドの歩留り向上に供することができる。
【００５２】
また本発明によれば、前記下層保護膜の最下層としてノンバイアススパッタ膜とすることにより、発熱抵抗体や一対の電極層との境界部における下層保護膜に内在する応力が比較的小さくなり、発熱抵抗体や一対の電極層に対する密着性が高くなる。従って、サーマルヘッドの使用時等に下層保護膜が下地より剥離するといった不具合が有効に防止され、下層保護膜を長期にわたり機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製作されたサーマルヘッドの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための各工程の断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・グレーズ層
３・・・発熱抵抗体
４・・・電極層
５・・・下層保護膜
５ａ・・・ノンバイアススパッタ膜
５ｂ・・・バイアススパッタ膜
５ｃ・・・ノンバイアススパッタ膜
６・・・上層保護膜
７・・・ラッピングフィルム
【図１】
2004291513.tif 000003
【図２】
2004291513.tif 000004