(57)【要約】【課題】良好な耐磨耗層を有する信頼性が高く高品位のサーマルヘッドを提供する。【解決手段】支持基板１１と、この支持基板１１上に形成した発熱抵抗体１２と、この発熱抵抗体１２上に形成され、発熱抵抗体１２の発熱部１２ａに電流を供給する電極１３と、発熱抵抗体１２の発熱部１２ａを被覆する保護層１４と、この保護層１４上に形成した耐磨耗層１５とを具備するサーマルヘッドにおいて、耐磨耗層１５の少なくとも表面領域はＣｒ、Ｔｉ又はこれらの合金の窒化炭化金属膜である。【選択図】図１
2007054967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基体と、この支持基体上に形成され発熱部を有する発熱抵抗体と、この発熱抵抗体上に形成され、前記発熱抵抗体の発熱部に電流を供給する電極と、前記発熱抵抗体の発熱部を被覆する保護層と、この保護層上に形成した耐磨耗層とを具備するサーマルヘッドにおいて、前記耐磨耗層の少なくとも表面領域が、クロム（Ｃｒ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくとも１つを主成分とする窒化金属で、炭素（Ｃ）が１０〜５０ａｔｍ％含まれていることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記耐磨耗層は積層構造で、前記保護層側に位置しＴｉおよびＣｒの少なくとも１つを主成分とする第１層と、この第１層の外側に位置し、ＴｉおよびＣｒの少なくとも１つの金属成分が前記第１層よりも少ない第２層とを有する請求項１記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記第１層から第２層にかけて層中の窒素と炭素の含有量が傾斜的に増加する請求項２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の発熱部を発熱させ、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は支持基板などから構成されている。支持基板はセラミックなどの絶縁基板上にグレーズ層を設けた構造をしている。そして、支持基板上に、発熱抵抗体および電極が順に設けられ、発熱抵抗体上に積層した一対の電極間の発熱抵抗体部分を発熱部とし電極を通して電流を流し、発熱部を加熱する構成になっている。また、発熱部を保護する保護層が設けられ、保護層上には、保護層の磨耗を防止する耐磨耗層が設けられている。保護層はたとえばＳｉ−Ｏ−Ｎを主成分とする膜で形成され、耐腐耗層はたとえばＳｉＣの膜で形成されている。
【０００４】
上記した構造において、記録紙などの記録媒体に印字する場合、発熱部近傍の耐磨耗層上に沿って記録媒体を移動させる。これと同時に、発熱部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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のサーマルヘッドは、保護膜上に耐磨耗層を設けず、たとえば保護層が最上位に位置する場合、記録媒体に剛性があるため、印字の際に記録媒体との接触で保護層が磨耗する。このため、発熱部近傍に位置する電極のリードエッジ部における保護層の被覆性が低下する。その結果、電極に腐食が発生したり、発熱部の抵抗値が変化したりして、サーマルヘッドの不良原因になる。そこで、従来のサーマルヘッドでは、保護層の摩滅を防止するために、たとえばスパッタリングなどで保護層上にＳｉＣなどからなる硬質膜の耐磨耗層を設けている。
【０００６】
しかし、ＳｉＣなどの耐磨耗層は、磨耗レートが保護層の半分程度で、十分な耐磨耗強度が得られていない。また、耐磨耗層をスパッタリングで形成した場合、中間層の形成が困難なため、ＳｉＣなどの耐磨耗膳と保護層との密着が悪く、耐磨耗層に浮きや剥れなどの欠陥が発生する。
【０００７】
本発明は、上記した欠点を解決し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】
本発明は、支持基板と、支持基板上に形成し発熱部を有する発熱抵抗体と、この発熱抵抗体上に形成され、前記発熱抵抗体の発熱部に電流を供給する電極と、前記発熱抵抗体の発熱部を被覆する保護層と、この保護層上に形成した耐磨耗層とを具備するサーマルヘッドにおいて、前記耐磨耗層の少なくとも表面領域が、クロム（Ｃｒ）およびチタン（Ｔｉ）の少なくとも１つを主成分とする窒化金属で、炭素（Ｃ）が１０〜５０ａｔｍ％混合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば良好な耐磨耗性を有する信頼性が高く高品位なサーマルヘッドが実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１実施形態について、ヘッド基板の一部を抜き出した図１を参照して説明する。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂ−ｂ線における断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）の一部を抜き出した拡大断面図である。支持基板１１は、たと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上に発熱抵抗体１２を形成し、発熱抵抗体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がたとえば平行に配置されている。個別電極１３ａと共通電極１３ｂ電極との間に間隔Ｇが設けられ、間隔Ｇ部分に位置する発熱抵抗体１２は発熱部１２ａとして機能する。また、少なくとも発熱部１２ａ上、たとえば発熱部１２ａおよびその近傍の電極１２上の必要部位に、酸窒化シリコンＳｉ−Ｏ−Ｎを主成分とする保護層１４が形成されている。また、保護層１４上の一部、たとえば発熱部１２ａの上方部分に耐磨耗層１５が形成されている。耐磨耗層１５はたとえばＳｉ−Ｃから形成され、さらには耐磨耗層１５の最表層は窒化炭化金属を主成分とする金属膜から形成されている。
【００１１】
耐磨耗層１５は、図１（ｃ）に示すように積層構造で形成され、たとえば保護層１４側に位置するＣｒの第１層１５１と、第１層上１５１、たとえば第１層１５１よりも保護層１４から遠い外側にＣｒＮ：Ｃの第２層１５２とから形成されている。
【００１２】
ここで、上記したサーマルヘッドの製造方法について説明する。セラミックなどの絶縁基板１１ａ上に焼結でグレーズ層１１ｂ形成し、支持基板１１を形成する。その後、支持基板１１上にスパッタリングで発熱抵抗膜を成膜し、さらに発熱抵抗膜上にスパッタリングで電極膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術によりパターニングを行い、発熱抵抗体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との間に間隔Ｇを設け、発熱抵抗体１２の間隔Ｇ部分に発熱部１２ａを形成する。
【００１３】
その後、少なくとも発熱抵抗体１２の発熱部１２ａを被覆するように、たとえば発熱部１２ａ上およびこの発熱部１２ａ近傍の電極１３上の必要部位に、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系からなる絶縁材料の保護層１４をスパッタリングで形成する。その後、保護層１４上に、たとえば積層構造の耐磨耗層１５を形成する。
【００１４】
ここで、耐磨耗層１５の形成方法について説明する。耐磨耗層１５の成膜に先だち、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。その後、Ｃｒを原料にしてホローカソードでＣｒを蒸発させて、約０．３μｍ成膜し、耐磨耗層１５の第１層１５１部分を形成する。その後、基板バイアスで電圧を印加しながら窒素ガスとアセチレンガス流量比が１：１になるように制御しながら真空チャンバー内に導入し、ＣｒＮ：Ｃ膜を約１．０μｍ成膜し、耐磨耗層１５の第２層１５２部分を形成し、合計で約１．３μｍの耐磨耗層１５を成膜する。
【００１５】
上記耐磨耗層１５は、保護層１４側に位置する第１層１５１をＣｒで成膜し、第１層１５１よりも外側の表面領域側に位置する第２層１５２をＣｒＮ：Ｃで成膜している。ＣｒＮ：Ｃ中のＮとＣの濃度は膜厚方向に表面領域側に傾斜的に高くなる。なお本発明はＣｒに代えてＴｉを用いることもできる。また、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出来る。この場合、第１層１５１は、硬度の高い窒化炭化金属の第２層１５２と保護層１４との密着性を高める中間層として機能し、例えばＴｉ（１−ｘ）Ｃｒ（ｘ）（Ｘ＝０〜１）で表される金属成分が９５ａｔｍ％以上であることが望ましい。また、第２層１５２は耐磨耗性を確保するために、ＣｒおよびＴｉの少なくとも１つを主成分とする窒化金属Ｔｉ（１−ｘ）Ｃｒ（ｘ）（Ｘ＝０〜１）Ｎで、耐磨耗層の最表面側は炭素Ｃが確実に１０〜５０ａｔｍ％混合添加されるために耐磨耗層全体の３０ａｔｍ％以上含まれることが望ましい。炭素Ｃが１０ａｔｍ％未満ではＣｒＮの硬度と大差なく、５０ａｔｍ％を超えると炭素層としての機能が顕著になり硬度が低下する。
【００１６】
たとえば、実際に作成したＣｒＮ：Ｃ膜を、ＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemica1 Ana1ysis）により定量分析すると、表面付近ではＣが約４０ａｔｍ％とされ、そして残部がＣｒとＮと不純物の酸素Ｏからなっていた。
【００１７】
次に、上記した耐磨耗層１５の特性について、図２の特性図を参照して説明する。図２の横軸はラッピングテープの走行距離（ｍ）、縦軸は磨耗量（μｍ）である。
【００１８】
ここでは、耐磨耗層の無い保護層のみの構造（サンプルＡ）、および保護層にＳｉＣの耐磨耗層を設けた従来構造（サンプルＢ）、保護層上にＣｒＮの耐磨耗層を１．３μｍ成膜した参考例構造（サンプルＣ）、保護層上にＣｒＮ：Ｃの耐磨耗層を１．３μｍ成膜した本実施形態構造（サンプルＤ）の各サンプルを用意し、各サンプルについて磨耗レートの測定結果を、それぞれ符号Ａ〜Ｄに示している。
【００１９】
磨耗レートの測定は、印字試験機に各サンプルをセットし、プラテンローラーによってラッピングテープ（＃４０００）をサーマルヘッド上に通過させ、走行前後における磨耗量を表面粗さ計で測定した。
【００２０】
図２に示すように、サンプルＤは、磨耗レートがサンプルＡの約１／４で、耐磨耗性は４倍になっている。サンプルＢは約４０００ｍで耐磨耗層が摩滅し、保護層が露出した。サンプルＤは約８０００ｍまで耐磨耗層が残り、磨耗レートはサンプルＢの１／２以下になっている。
【００２１】
因みにビッカース硬度（Ｈｖ）はサンプルＢのＳｉＣが２０００、参考例のＣｒＮが２３００に対して、ＣｒＮ：Ｃ（Ｃが３０ａｔｍ％）で約２５３０である。ＴｉＮ：Ｃ（Ｃが３０ａｔｍ％）の場合は、約２７５０である。  
上記の試験において、耐磨耗層に中間層であるＣｒの第１層のない構造（サンプルＥ）についても磨耗レートを測定した。サンプルＥは、磨耗試験中にＣｒＮ：Ｃ膜の一部が保護層との界面から剥れたため、その時点で中止した。これは、硬度の高いＣｒＮ：Ｃ膜などを保護層上に直接成膜すると、膜内に大きな応力が発生し剥れが発生しやすいと考えられる。したがって、硬度の高い耐磨耗層、たとえばＣｒＮ：Ｃ膜を設ける場合は、保護層とＣｒＮ：Ｃ腹との間の応力差を緩和するために、たとえばＣｒなどの中間層を設けることが望ましい。また、窒化炭化金属膜をたとえばＣｒＮ：Ｃで形成する場合、中間層のたとえばＣｒ膜の厚さが耐磨耗層全体の１０％以上であることが望ましい。これは、中間層の厚さが全体の１０％以下になると、保護層と窒化炭化金属の耐磨耗層との応力差を緩和できなく、結果として窒化炭化金属が剥れてしまうためである。
【００２２】
また、サンプルＡとサンプルＢは、試験中に発熱抵抗体の静電気破壊と思われる保護層の剥れが発生した。しかし、サンプルＣ，Ｄ，ＥにはサンプルA，Bのような保護層の剥れは発生しなかった。これは、耐磨耗層の表面の表面抵抗が数Ωと小さく、また耐磨耗層を共通電極に電気的に接続したため、ＣｒＮ：Ｃ膜が、発熱抵抗体などに蓄積する電荷を放出する除電層として機能したことによると考えられる。また、耐磨耗層の膜厚は３．０μｍを超えると、内部応力により自己破壊が発生する。したがって膜厚の上限値は３．０μｍが望ましい。一方、耐磨耗層に求められる最低限の耐磨耗性を維持するため下限値は０．５μｍが望ましい。また、耐磨耗層をサーマルヘッドの共通電極などに接続し、あるいは接地電極に接続すると、耐磨耗層が除電層として機能し、保護層などの静電気破壊などを防止でき、高信頼性で高品質のサーマルヘッドが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態を説明するための概略構造を示すもので（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿って切断した矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）の一部拡大断面図である。
【図２】本発明の特性を説明するための曲線図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１…支持基板
１１ａ…絶縁基板
１１ｂ…グレーズ層
１２…発熱抵抗体
１２ａ…発熱部
１３…電極
１３ａ…個別電極
１３ｂ…共通電極
１４…保護層
１５…耐磨耗層
１５１…第１層
１５２…第２層
【図１】
2007054967.tif 000003
【図２】
2007054967.tif 000004