(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基体と、前記支持基体上に形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に接続された電極層と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆する保護層と、前記保護層上に形成された少なくとも２層の帯電防止層とを具備し、
前記少なくとも２層の帯電防止層は、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層を有することを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
前記少なくとも２層の帯電防止層は３Ａから７Ａ属から選択された金属元素と珪素と酸素からなる層であることを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
前記金属元素はＴａあるいはＮｂであることを特徴とする請求項２記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
基板の一主面上に発熱抵抗体を形成する工程と、前記発熱抵抗体上に電極層を形成する工程と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆するように保護層を形成する工程と、前記保護層上に酸素供給量を変更することにより、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層との少なくとも２層の帯電防止層を形成する工程とを具備することを特徴とする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】
本発明はサーマルヘッドおよびその製造方法に係わり、特に、複数の帯電防止層を備えたサーマルヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルヘッドは、低騒音、低メンテナンスコストおよび低ランニングコスト等の利点があることから、ファクシミリ、ビデオプリンタあるいは製版機等の各種ＯＡ機器の記録用デバイスとして重要な位置を占めている。
【０００３】
サーマルヘッドは基板上に配置された発熱抵抗体を発熱させることにより、感熱紙や製版フィルム印画紙などの記録媒体に記録を行うものである。近年は特にビデオプリンター用途において大いに注目されている。
【０００４】
ビデオプリンター用途のサーマルヘッドは従来のサーマルヘッドと同様に、アルミナ等セラミック基板上に、任意で保温層としてグレーズ層を形成し、さらに発熱抵抗体層、アルミニウム等の電極となる導電層をスパッタ法等の薄膜形成法によって積層形成した後、フォトエングレービングプロセスにより複数の一対となる発熱抵抗体と個別電極を一線上に形成し、更に発熱抵抗体層および電極の必要部位のみに保護膜をスパッタ法等の薄膜形成法で形成することにより製造されている。
【０００５】
特にビデオプリンター用途において特殊フィルムを記録媒体とする場合には、保護層形成後、帯電防止を目的とする帯電防止層を設けている。これは特殊フィルムの摺接により絶縁性を有する保護膜上で静電気の帯電を防止するためであり、この層を被覆しないと、保護膜の静電破壊に至ることもある。
【０００６】
しかしながら帯電防止層を形成する際、保護層にピンホール等の膜欠陥がある場合、帯電防止層（膜）が保護膜欠陥を介して、電極、抵抗体と接触し、電気的短絡を起こしてしまう危険がある。
【０００７】
そのため、現在は保護膜側でピンホールの少ない材料の選択やピンホールとなる膜中異物を除去し、その後保護層を形成する複数回の成膜といった対策を施した後、帯電防止層を形成している。
【０００８】
このような従来のサーマルヘッドについて図４を参照して具体的に説明する。
【０００９】
支持基体１上にグレーズ層２そして発熱抵抗体層３が形成されている。発熱抵抗体層３はＴａＳｉＯやＮｂＳｉＯ等で形成され、アレイ状に配列された多数の抵抗体を構成している。また、発熱抵抗体層３上には電極層４が形成されている。電極層４は共通電極や個別電極を構成し、印画する際に、発熱抵抗体層２３で構成された多数の抵抗体の中から所定の抵抗体を選択し、選択された抵抗体に電流を供給し発熱させる構成になっている。なお、電極から電流が供給されると、抵抗体は電極層４で挟まれた領域が発熱部分３ａとなって発熱する。２層に形成した保護層５、５’は、ＳｉＯＮなどの電気絶縁性材料で形成され、発熱抵抗体層３の少なくとも発熱部分３ａを被覆している。
【００１０】
図４のサーマルヘッドの作動時には、ポリエチレンテレフタレートにインクが塗布されたインクシート９および受像紙１０がプラテンローラ１１に巻き付けられ、サーマルヘッドを構成する発熱抵抗体層３の発熱部３ａに押し付けられた形で矢印Ｘ方向に回転する。このとき、発熱部３ａの熱によって受像紙１０上に印画される。
【００１１】
インクシート９や保護層５、５’はいずれも電気絶縁性の材料で構成されており、両者は互いに接触して擦れ合う。このため、接触部分に静電気が発生する。発生した静電気は保護層５、５’を帯電させ、電極層４や発熱抵抗体層３に異符号の電荷を誘起したり、保護層５、５’内部に高電界を発生する。このとき、保護層５、５’内部の電界が高くなると、保護層の絶縁耐圧を超えることがあり、保護層５、５’に絶縁破壊が起こる。この結果、保護層が機能を消失し、サーマルヘッドの破壊につながる。
【００１２】
保護層に、ＳｉＯＮを用いると、図５に示すようにショート等の欠陥が多く、製造歩留まりが悪い。またＳｉＯＮに代えてＳｉＯ2 を用いると製品寿命が短くなる。さらに、図４に示したような２層構造の保護層をＳｉＯＮで形成すると、図６に示すように、貫通する欠陥は少なくなるが工程が増えてしまうという問題があった。また、保護層の上に形成される帯電防止層は通常ＴａＳｉＯからなるがこれはＳｉＯＮと密着性に劣るため帯電防止層が印画する紙との摺接により剥がれ落ちてしまう可能性がある。
【００１３】
上記の通り、現在、ピンホール対策として保護膜材料を変更、積層工程を２回に分け、貫通穴除去等を行ってはいるものの異物低減についてはスパッタ方式に限界があり、また、積層工程とすることで工数増、タクトタイムの延長、装置の占有面積の増加といった問題があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を解決すべくなされたものであり、簡便に製造することのできる高信頼性・高品位性のサーマルヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、支持基体と、前記支持基体上に形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に接続された電極層と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆する保護層と、前記保護層上に形成された少なくとも２層の帯電防止層とを具備し、前記少なくとも２層の帯電防止層は、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層を有することを特徴としている。少なくとも２層の帯電防止層は３Ａから７Ａ属から選択された金属元素と珪素と酸素からなる層である。金属元素はＴａあるいはＮｂであるのが好ましい。また、絶縁性帯電防止層の表面抵抗値は１×１０４Ω以上であり、導電性帯電防止層の表面抵抗値は１×１０４Ω未満である。
【００１６】
すなわち、本発明に係るサーマルヘッドは、基板の一主面上に配置された発熱抵抗体と、発熱抵抗体に電流を供給すべき個別電極および共通電極に配置された電極と、少なくとも抵抗体露出部を被覆するように保護被覆層と、その上に形成された帯電防止を目的とする複数の層とを具備し、その帯電防止層はサーマルヘッド最表層に１×１０4 Ω未満の導電性層を形成することで、フィルム等の摺接による帯電を抑制し、保護膜接触層として１×１０4 Ω以上の絶縁性層を有するよう形成したことで導電性層と電極との短絡を防ぐことを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、帯電防止を目的とする層の保護膜接触に絶縁性を保持する層を設けることでピンホール、膜欠陥等の保護膜貫通穴を介しての電極、抵抗体と帯電防止層との電気的短絡を抑制することが可能となる。
【００１８】
保護膜が貫通し、絶縁性帯電防止層と発熱抵抗体との接触を想定した場合、絶縁性帯電防止層の表面抵抗値を発熱抵抗体と同レベルの１０3 Ω台とすると発熱抵抗体との絶縁性を確保することが出来なくなるため、絶縁性帯電防止層の抵抗値は発熱抵抗体の抵抗値の１０倍以上として、絶縁性を確保する必要がある。従って絶縁性帯電防止層の抵抗値としては１×１０4 Ω以上でなければならず、好ましくは１×１０5 Ω以上、より好ましくは１×１０6 Ω以上である。
【００１９】
また、サーマルヘッド最表層となる導電性帯電防止層を１×１０4 Ω未満の抵抗値で形成することでフィルム摺接により発生する保護膜静電破壊を抑えることが可能となる。この場合、当然のことながら表面抵抗値が高くなると、絶縁性が強まり、フィルム摺接による静電気が帯電される傾向となる。最表層である導電性帯電防止層が１×１０4 Ω以上の抵抗値となると、静電破壊の発生を防ぐことが不可能となる。従って、最表層の導電性帯電防止層の表面抵抗値は１×１０4 Ω未満、好ましくは１×１０3 Ω未満である。
【００２０】
特に、最上層の導電性帯電防止層を３Ａ〜７Ａ属の金属元素と珪素と酸素からなる材料で形成することで、必要十分の導電性が得られ、その膜厚を０．３〜２．０μｍとすることで十分な耐摩耗性を得ることが可能であり、かつ、金属元素を一般的なＴａやＮｂからなる代表的なサーメットとすることで発熱抵抗体の成膜工程との共用化も図ることができる。尚、導電性帯電防止層の厚さは、好ましくは０．３〜１．０μｍ、より好ましくは０．５〜１．０μｍとする。
【００２１】
また、絶縁性帯電防止層を０．２μｍ以上の厚さとすることで十分な耐摩耗性を得ることができる。絶縁性帯電防止層の厚さは、好ましくは０．２〜１．０μｍ、より好ましくは０．５〜１．０μｍとする。
【００２２】
通常、サーマルヘッドの個別抵抗値は、８×１０2 〜５×１０3 Ω程度に設定されている。こうしたサーマルヘッドに帯電防止層を形成する際、帯電防止層の抵抗値がその個別抵抗値と同程度の値であると、保護膜の欠陥を介して電極部／抵抗体と接触したときに、発熱させるべき抵抗体の電力が供給されず、帯電防止層に電気的短絡が生じるという問題に対処すべく本発明はなされている。
【００２３】
従って、本発明のサーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体の抵抗値に対し、供給すべき電力が短絡しない表面抵抗値をもつ帯電防止層を絶縁性と定義する。また、導電性の帯電防止層とは個別抵抗値と同程度もしくはそれ以下の表面抵抗値を有するものと定義する。
【００２４】
本発明のサーマルヘッドに用いる支持基体としては、通常、アルミナセラミックス等の基板が使用されるが、特に限定されるものではない。
【００２５】
また、支持基体上に形成される発熱抵抗体としては、ニッケル、クロム、タンタル等の安定性の高い金属材料の窒化物や、Ｔａ−ＳｉΟ2 、Νｂ−ＳｉＯ2 、Ｔｉ−ＳｉＯ2 等の各種サーメット材料を適宜用いることができる。
【００２６】
さらに、発熱抵抗体に接続される電極としては、一般的に用いられているＡｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ等が用いられるが、特に限定はされない。
【００２７】
また、アルミナ基体と発熱抵抗体層との間に、表面円滑性と蓄熱性の向上を主目的とするグレーズガラス層を設けた場合には、グレーズガラス層として、例えば、二酸化珪素あるいは二酸化珪素にカルシウム、バリウム、アルミニウム、ストロンチウム等が混合したものが使用されるが、特に限定されるものではない。ただし、サーマルプリントヘッドの抵抗値の上昇を防止することから、グレーズガラス層のガラス転移点は、６７０℃以上であることが望ましい。また、グレーズガラス層の膜厚は、通常、３０〜７０μｍ程度に形成される。
【００２８】
さらに、発熱抵抗体の少なくとも発熱部分を被覆するように形成される保護層は通常、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系の保護層であり、通常の構成成分である窒化珪素および二酸化珪素からなる粉体の焼結体をターゲットとしたスパッタ法によって形成される。
【００２９】
本発明のサーマルヘッドの製造方法は、基板の一主面上に発熱抵抗体を形成する工程と、前記発熱抵抗体上に電極層を形成する工程と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆するように保護層を形成する工程と、前記保護層上に酸素供給量を変更することにより、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層との少なくとも２層の帯電防止層を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【００３０】
本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、成膜時の反応ガス切り替えで帯電防止層の積層構成を形成するため、従来のピンホール対策およびピンホールを介しての帯電防止層との短絡を防ぐため実施していた保護膜の積層形成、保護膜の異物除去法等の工程が不要となる。よって、工程、タクトタイムを大幅に低減することが可能となる。
【００３１】
また、帯電防止層を成型する際に、その成膜工程で酸素の導入量を規定することで容易に絶縁性および／または導電性の複数の層が形成可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
図１を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００３３】
アルミナ基板１上の所定部位に保温層としてグレーズ層２を形成したグレーズアルミナ基板を支持基体とし、発熱抵抗体層３としてＴａ−ＳｉＯ膜、電極層４としてＡｌを順次、スパッタ法等の薄膜形成方法にて形成した。
【００３４】
さらにその基板にフォトエングレービングプロセスを行って一対の抵抗体と電極が同一パターンで複数並ぶよう形成した。
【００３５】
その後、少なくとも発熱抵抗体露出部を保護被覆するようにＳｉＯＮからなる保護層５をＳｉ3 −Ｎ4 とＳｉＯ2 を混合した焼結体を着膜源とし形成した。この時、保護膜５はスパッタ法を用いて単層で５μｍの厚さに形成した。
【００３６】
単層で膜を形成する場合、膜に取り込まれる膜中異物やそれを原因としたピンホール、段差被覆性の欠如による膜欠陥が発生しやすくなり、今回の基板においても両者が確認された。
【００３７】
その後、保護層５上に、絶縁性帯電防止層６および導電性帯電防止層７を形成した。これら帯電防止層の材料としては発熱抵抗体３と同一の着膜源であるＴａ−ＳｉＯを用いた。
【００３８】
徳田製作所ＣＦ−１６ＰＳを用いて、保護膜５と接触する下層の絶縁性帯電防止層６については成膜雰囲気を不活性ガスＡｒを２５０sccm、反応ガスとして酸素を２０sccm導入し、０．３μｍの厚さに形成した。その後、上層の帯電防止層７としてＡｒのみの雰囲気で０．２μｍとなるよう連続して成膜形成しサーマルヘッド表面に当たるよう調整した。
【００３９】
この時の下層の帯電防止層６を表面抵抗測定器により単層測定したところ、２×１０4 Ωと十分な絶縁性を示した。
【００４０】
また、本来の帯電防止を目的としたサーマルヘッド最表層となる上層の導電性帯電防止層７をメガオーム計で測定したところ、５×１０3 〜１×１０4 Ωと十分な導電性を示した。
【００４１】
このようにして作製されたサーマルヘッドにおいては下層の絶縁性帯電防止層６を設けることで、電気的短絡が発生することなく、サーマルヘッド最表層に導電性帯電防止層７を形成することが可能となり、保護膜静電破壊も発生しない。また、成膜時の反応ガスの切り替えにより、絶縁性と導電性の帯電防止層を容易に形成することが可能となった。
【００４２】
こうすることで、従来ピンホール対策として実施していた異物除去工程や、保護膜工程の２分化（積層）、異物レス保護膜材料の検討が不要となり、工数やタクトタイムの大幅な低減可能、材料費の削減が可能となった。
【００４３】
また、帯電防止層の着膜源としてＮｂ−ＳｉＯを用いた場合も同様の効果を得ることができた。
【００４４】
［実施例２］
次に、図２を参照して本発明の変形実施形態を説明する。
【００４５】
アルミナ基板１上の所定部位に保温層としてグレーズ層２を形成したグレーズアルミナ基板を支持基体とし、発熱抵抗体層３としてＴａ−ＳｉＯ膜、電極層４としてＡｌを順次、スパッタ法等の薄膜形成方法にて形成した。
【００４６】
さらにその基板にフォトエングレービングプロセスを行って一対の抵抗体と電極が同一パターンで複数並ぶよう形成した。
【００４７】
その後、少なくとも抵抗体露出部を保護被覆するようＳｉＯＮからなる保護層５をＳｉ3 −Ｎ4 とＳｉＯ2 を混合した焼結体を着膜源として形成した。
【００４８】
この時、保護膜５はスパッタ法を用いて保護層として、十分硬度を確保できるよう単層で３μｍの厚さに形成した。
【００４９】
その後、保護層５上に、絶縁性帯電防止層６、帯電防止中間層８、導電性帯電防止層７を反応ガス流量を変化させながら形成した。このように保護膜５と接触する層を絶縁性とし、最上層を導電性としさえすれば、その間に一層以上、好ましくは２〜３層形成されていてもよい。
【００５０】
帯電防止層の形成には発熱抵抗体３と同一の着膜源であるＴａ−ＳｉＯを用いた。
【００５１】
ここで図３に示すように、反応性ガス流量と膜特性（表面抵抗値）の関係を確認した。
【００５２】
本変形実施形態で使用した装置（徳田製ＣＦＳ１６ＰＣ）においては反応ガスであるＯ2 を１０sccm以上導入することで表面抵抗値１×１０4 Ω以上を示した。ただし、これは装置に、所望の表面抵抗値が得られるような量の反応ガスが導入されるよう調整することが必要である。
【００５３】
保護膜５と接触する下層の絶縁性帯電防止層６については成膜雰囲気を不活性ガスＡｒを２５０sccm、反応ガスとして酸素を２０sccm導入し、０．２μｍの厚さに形成した。その後、順次反応ガス導入量を抑えて、傾斜を持たせる形で層を積層し、最終的にサーマルヘッド最表層はＡｒのみの雰囲気で０．２μｍとなるよう連続して成膜形成した。
【００５４】
こうして作製したサーマルヘッドにおいて先の実施形態と同様の効果を確認することができた。
【００５５】
本発明の実施例１および２において作製したサーマルヘッドおよび従来のサーマルヘッド（図４）を解像度が１５０ｄｐｉの昇華型熱転写方式のビデオプリンターに組み込み、実機試験を行ったところ、従来のサーマルヘッドでは５０枚で静電破壊が起きたが、本発明のサーマルヘッドでは実用的な寿命とされる５０００枚を超えても何等問題が生じなかった。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、帯電防止層を反応ガスの切り替えによって所望の絶縁層もしくは導電層の形成を容易に行うことができるため、帯電防止層を形成する際、ピンホール等膜欠陥を介しての電極と帯電防止層との接触による電気的短絡を防ぐため必須であった保護膜の２層化、異物除去工程、ターゲットから飛散する微少異物の対策が不要となり、歩留まりよく、寿命の長いサーマルヘッドを得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るサーマルヘッドの拡大断面図。
【図２】本発明の変形実施形態に係るサーマルヘッドの拡大断面図。
【図３】本発明のサーマルヘッドの製造における酸素導入量と生成される保護膜の表面抵抗値の関係を示すグラフ。
【図４】従来のサーマルヘッドの拡大断面図。
【図５】従来のサーマルヘッドの拡大断面図。
【図６】従来のサーマルヘッドの拡大断面図。
【符号の説明】
１…アルミナ基板
２…グレーズ層
３…発熱抵抗体層
４…電極層
５、５’…保護層
６…絶縁性帯電防止層
７…導電性帯電防止層
８…帯電防止中間層
９…インクシート
１０…受像紙
１１…プラテンローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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