(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通電極および個別電極を含む導電部と、これらの電極の間をつなぐ抵抗部と、上記導電部および抵抗部を覆う保護層と、が基板上に形成されたサーマルプリントヘッドであって、
上記保護層は、厚膜ガラス層と、それより外層の薄膜ガラス層と、最外層としてのダイヤモンドライクカーボン膜を含む３層以上の層からなっており、かつ、
上記保護層は、最内層の硬度が最も低く、外側の層ほど硬度が高くなるようになされていることを特徴とする、サーマルプリントヘッド。
【請求項２】
上記保護層は、薄膜ガラス層と、この薄膜ガラス層と上記ダイヤモンドライクカーボン膜との間に介在する接着層と、を有しており、かつ、
上記接着層は、チタン、タングステン、または炭化ケイ素によって形成されている、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項３】
上記保護層は、厚膜ガラス層と、それより外層の薄膜ガラス層と、最外層としてのダイヤモンドライクカーボン膜との３層の層からなっており、上記ダイヤモンドライクカーボン膜には、チタン、タングステン、クロム、およびケイ素のうちの少なくとも一種が添加されている、請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
【請求項４】
共通電極および個別電極を含む導電部と、これらの電極の間をつなぐ抵抗部と、上記導電部および抵抗部を覆う保護層と、が基板上に形成され、かつ上記保護層は、厚膜ガラス層と、それより外層の薄膜ガラス層と、最外層としてのダイヤモンドライクカーボン膜を含む３層以上の層からなっているとともに、上記保護層は、最内層の硬度が最も低く、外側の層ほど硬度が高くなるようになされているサーマルプリントヘッドの製造方法であって
上記ダイヤモンドライクカーボン膜に含有させる水素量を調整することによって、上記ダイヤモンドライクカーボン膜の表面抵抗値および硬度を調整することを特徴とする、サーマルプリントヘッドの製造方法。
【請求項５】
上記ダイヤモンドライクカーボン膜は、反応性ガスを含む雰囲気中で行われる反応性スパッタによって形成され、かつ、
上記ダイヤモンドライクカーボン膜に含有させる水素量の調整は、上記雰囲気中の水素と水素酸化物のいずれか一方または双方の濃度を調整することによって行われる、請求項４に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
【請求項６】
上記ダイヤモンドライクカーボン膜は、基板にバイアス電圧を加えながら行われるバイアススパッタによって形成され、かつ、
上記ダイヤモンドライクカーボン膜に含有させる水素量の調整は、基板に印加するバイアス電圧の値を調整することによって行われる、請求項４に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、共通電極および個別電極を含む導電部と、これらの電極の間をつなぐ抵抗部と、導電部および抵抗部を覆う保護層と、が基板上に形成されたサーマルプリントヘッド、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より採用されているサーマルプリントヘッドの構成を、図３に示した厚膜型サーマルプリントヘッドを例にとって説明する。このサーマルプリントヘッド１は、セラミック製などの基板２の上面に蓄熱グレーズ層６が形成され、導体層３、発熱抵抗体５および保護層８がさらに積層形成されている。
【０００３】
導体層３は、共通電極および個別電極を有しており、レジネート金を用いた印刷・焼成ないしフォトリソ法によるエッチングにより形成されている。発熱抵抗体５は、酸化ルテニウムを含む抵抗ペーストを印刷・焼成することにより基板２の一側部に沿うようにして所定厚みに形成されている。保護層８は、たとえば厚膜形成されたガラス層８ａ、薄膜形成されたシリコン系の下地層８ｂおよび同じく薄膜形成されたサイアロン（ＳＩＡＬＯＮ）などの耐摩耗層８ｃからなる。この耐摩耗層８ｃは、発熱抵抗体５の耐摩耗性およひ耐スクラッチ性などの耐久性を向上させるなどの理由から形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
耐摩耗層８ｃは、上記したようにサイアロンなどによってたとえばその厚みが２μｍ程度に薄膜形成されている。このため、耐摩耗層８ｃのビッカース硬度は、１０００〜１２００ｋｇ／ｍ2 程度が上限となる。この程度の硬度では、耐久性が十分とはいえず、上記構成のサーマルプリントヘッドにおいて１００ｋｍを越えて印刷を続けた場合には、摩耗により保護層８の膜厚がどんどん小さくなり、最終的には発熱抵抗体５や導体層３が露出してしまうこともある。このような事態が生じたならば、印刷物に白スジや黒スジが発生してしまうといった不具合が生じる。
【０００５】
また、サーマルプリントヘッドにおいては、印字摺動時に生じる一般的な問題として次のような点が指摘されている。すなわち、下地層８ｂと耐摩耗層８ｃとの間の密着性が悪い場合には、印字摺動時に下地層８ｂから耐摩耗層８ｃが剥離してしまい、また摺動時に耐摩耗層８ｃが帯電して発熱抵抗体５が静電破壊してしまうといった課題がある。
【０００６】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、保護層における最外層（耐摩耗層）の耐久性を向上させるとともに、最外層の密着性および発熱抵抗体の静電破壊の問題を回避することをその課題としている。
【０００７】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
すなわち、本願発明の第１の側面により提供されるサーマルプリントヘッドは、共通電極および個別電極を含む導電部と、これらの電極の間をつなぐ抵抗部と、上記導電部および抵抗部を覆う保護層と、が基板上に形成されたサーマルプリントヘッドであって、上記保護層は、厚膜ガラス層と、それより外層の薄膜ガラス層と、最外層としてのダイヤモンドライクカーボン膜を含む３層以上の層からなっており、かつ、上記保護層は、最内層の硬度が最も低く、外側の層ほど硬度が高くなるようになされていることを特徴としている。
【０００９】
上記構成では、保護層の最外層がＤＬＣ膜とされているが、ＤＬＣは、ダイヤモンドと同様な炭素の四配位の結合（ＳＰ3 結合）を主とするとともに、部分的にＳＰ2 結合や水素との結合を有し、長距離秩序的には決まった結晶構造をもたないアモルファス構造となっている。このため、ＤＬＣ膜は、ダイヤモンドに類似した特性、たとえば硬度が高い（ビッカース硬度が１５００〜１００００ｋｇ／ｍ2 程度）、あるいは摩擦係数が小さい（０．１以下）といった特性を有している。したがって、ＤＬＣ膜を最外層とする保護層を形成すれば、摺動耐久性に優れるサーマルプリントヘッドを提供することができるようになる。すなわち、たとえば１００ｋｍを越えて印刷を続けた場合においても摩耗により保護層の膜厚がさほど小さくなることもなく、抵抗部や導体部が露出してしまうことのないサーマルプリントヘッドが提供され、このサーマルプリントヘッドによれば印刷物における白スジや黒スジの発生が適切に回避される。また、保護層における硬度が段階的に大きくなされて互いに接する２層の間の硬度の差が小さくなされているため、これらの層の界面において生ずる応力が緩和されている。これにより、互いに接する層間の密着性が高められており、印字摺動時におけるＤＬＣ膜の剥離を適切に回避することができる。
【００１０】
好ましい実施の形態においては、上記保護層は、下地層と、この下地層と上記ダイヤモンドライクカーボン膜との間に介在する接着層と、を有しており、かつ、上記接着層は、チタン、タングステン、または炭化ケイ素によって形成されている。
【００１１】
上記構成では、チタン、タングステン、または炭化ケイ素などを含む接着層が形成されており、この接着層はＤＬＣ膜である最外層に対して比較的に高い密着性を有する層とされている。ＤＬＣ膜は、ガラス層などに対する密着性が一般的に低いため、たとえばガラス層などとして構成された下地層上に直接ＤＬＣ膜を形成したとしてもＤＬＣ膜が剥離しやすいが、ＤＬＣ膜と下地層の間にＤＬＣ膜との密着性が比較的に高い接着層を介在させればＤＬＣ膜の密着性を高めることができる。これにより、印字摺動時におけるＤＬＣ膜の剥離を適切に回避することができる。
【００１２】
また、上記接着層をチタン、タングステン、または炭化ケイ素によって形成する代わりに、接着層を省略し、チタン、タングステン、クロム、およびケイ素のうちの少なくとも一種をＤＬＣ膜に添加し、これによって下地層とＤＬＣ膜との間の密着性を向上させてもよい。
【００１５】
本願発明の第２の側面により提供されるサーマルプリントヘッドの製造方法は、共通電極および個別電極を含む導電部と、これらの電極の間をつなぐ抵抗部と、上記導電部および抵抗部を覆う保護層と、が基板上に形成され、かつ上記保護層は、厚膜ガラス層と、それより外層の薄膜ガラス層と、最外層としてのダイヤモンドライクカーボン膜を含む３層以上の層からなっているとともに、上記保護層は、最内層の硬度が最も低く、外側の層ほど硬度が高くなるようになされているサーマルプリントヘッドの製造方法であって、上記ダイヤモンドライクカーボン薄膜に含有させる水素量を調整することによって、上記ダイヤモンドライクカーボン膜の表面抵抗値および硬度を調整することを特徴としている。
【００１６】
上述したように、ＤＬＣは、炭素のＳＰ3 結合を主とし、水素との結合を有するアモルファス構造であるが、結合する水素の量が少なければ炭素のＳＰ3 結合により近づき、ダイヤモンドの特性に近づく。すなわち、結合する水素の量が少なければ絶縁性および硬度が高くなり、逆に大きければ抵抗値および硬度が低くなるため、結合する水素の量を調整すればＤＬＣ膜の表面抵抗値や硬度を調整することができる。ＤＬＣ膜は印字対象物と接して帯電し、これによって抵抗部が静電破壊してしまうといった問題が生じかねないが、ＤＬＣ膜の表面抵抗値を所望通りに調整できれば抵抗部を静電破壊することなく静電気を除電することができる。したがって、本願発明のようにＤＬＣ膜に含有させる水素量を調整して表面抵抗値を調整することの意義は大きい。また、硬度の調整を行えれば、たとえばＤＬＣ膜と接着層との間の硬度の差を適当に調整し、これによってこれらの層の間の密着性を高めることができるようになる。
【００１７】
ＤＬＣ膜の形成は、たとえばＣＶＤ法、イオン化蒸着法、スパッタ法などによって行われる。スパッタ法としては、反応性ガスを含む雰囲気中で行われる反応性スパッタや基板にバイアス電圧を加えながら行われるバイアススパッタなどが挙げられる。反応性スパッタによってＤＬＣ膜を形成する場合には、ＤＬＣ膜に含有させる水素量の調整は、雰囲気中の水素および／または水素化合物の濃度を調整することによって行われ、バイアススパッタによる場合には基板に印加するバイアス電圧の値を調整することによって行われる。いずれにしても、スパッタ法における通常行われる操作に何ら新たな操作を付加することなくＤＬＣ膜に含まれる水素量を調整するため、ＤＬＣ膜の表面抵抗値や硬度を簡易かつ所望通りに調整することができる。
【００１８】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は本願発明に係るサーマルプリントヘッドの一例を表す要部概略平面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図であり、これらの図において従来例を説明するために参照した図面に表された部材および要素などと同等なものには同一の符号を付してある。なお、本実施形態においては、厚膜型として構成されたサーマルプリントヘッドについて説明する。
【００２１】
本願発明のサーマルプリントヘッド１は、図１に示したようにセラミック基板２の上面に蓄熱グレーズ層６が形成され、さらに導電部３としての共通電極３０および複数の個別電極３１，…が形成されている。共通電極３０は、櫛歯状の単位電極部３０ａを有しており、隣合う単位電極部３０ａ，３０ａの間に個別電極３１の一端部３１ａが位置するようにして配列形成されている。これらの各個別電極３１の他端部は、ワイヤボンディング用パッド３１ｂとされており、各パッド３１ｂはそれぞれ図示しない駆動ＩＣに出力パッドにワイヤを介して導通接続されている。なお、このような導電部３は、基板２の上面に対して、蓄熱グレーズ層６を形成した後に、共通電極３０および個別電極３１を、レジネート金を用いた印刷・焼成ないしフォトリソ法によるエッチングにより形成される。
【００２２】
そして、共通電極３０の単位電極部３０ａおよび個別電極３１の上面には、これらに共通的に導通されるようにし、一直線状に延びる発熱抵抗体５が厚膜形成されている。この発熱抵抗体５においては、隣接する単位電極部３０ａの各相互間に発熱ドット５０（図１にクロスハッチング施した部分）が区画形成されるようになっており、駆動ＩＣがこれらの発熱ドット５０を所定個数ずつ担当して駆動するように構成されている。なお、発熱抵抗体５は、たとえば酸化ルテニウムを含む抵抗体ペーストを用いた印刷・焼成により形成される。
【００２３】
さらに、上記サーマルプリントヘッド１においては、図２に示したように導電部３および発熱抵抗体５を覆うようにして保護膜８が形成されている。この保護層８は、厚膜ガラス層８０、下地層としての薄膜ガラス層８１、接着層８２、および耐摩耗層としての最外層８３の４層からなり、最外層８３に向かうほど段階的に硬度が大きくなるようになされている。
【００２４】
厚膜ガラス層８０は、ガラスペーストを用いた印刷・焼成によって、その厚みが１０μｍ程度、ビッカース硬度が５００〜６００ｋｇ／ｍ2 の厚膜に形成され、たとえば樹脂成分が約２６．５％およびガラス成分が約７３．５％とされた非晶質の鉛ガラスとされる。
【００２５】
薄膜ガラス層８１は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などの適宜の手段によってその厚みが０．６μｍ程度、ビッカース硬度が５００〜７００ｋｇ／ｍ2 の酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の薄膜として形成されている。
【００２６】
接着層８２は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などの適宜の手段によってその厚みが２．０μｍ程度、ビッカース硬度が１６００〜１８００ｋｇ／ｍ2 の炭化ケイ素（ＳｉＣ）の薄膜として形成されている。なお、接着層８１は、チタンやタングステンなどの金属によって、あるいは炭化チタン（ＴｉＣ）によって形成してもよい。
【００２７】
最外層８３は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などの適宜の手段によってその厚みが１〜３μｍ程度のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の薄膜として形成されている。このＤＬＣ膜８３は、ダイヤモンドと同様な炭素の四配位の結合（ＳＰ3 結合）を主とするとともに、部分的にＳＰ2 結合や水素との結合を有し、長距離秩序的には決まった結晶構造をもたないアモルファス構造となっており、硬度が高い（ビッカース硬度が１５００〜１００００ｋｇ／ｍ2 程度）あるいは摩擦係数が小さい（０．１以下）といったダイヤモンドに類似した特性を有しているのは上述した通りである。また、ＤＬＣ膜８３においては、結合する水素の量が少なければ絶縁性および硬度が高くなり、逆に大きければ抵抗値および硬度が低くなるため、結合する水素の量を調整すればＤＬＣ膜８３の表面抵抗値や硬度を調整することができる。
【００２８】
ＤＬＣ膜８３の形成には、スパッタ法、とくに反応性スパッタやバイアススパッタが好適に採用される。反応性スパッタは、反応性ガスを含む雰囲気中でスパッタが行われるが、雰囲気中の水素濃度ないし水素化合物濃度を調整すればＤＬＣ膜８３の水素含有量が調整される。すなわち、ＤＬＣ膜８３の表面抵抗値や硬度が調整される。一方、バイアススパッタは、基板にバイアス電圧を加えながら行われるものであり、バイアス電圧の値を調整すればＤＬＣ膜８３の水素含有量、ひいては表面抵抗値や硬度が調整される。
【００２９】
なお、本実施形態では、厚膜型として構成されたサーマルプリントヘッド１について説明したが、本願発明の技術思想は薄膜型として構成されるサーマルプリントヘッドについても適用できる。
【００３０】
また、本実施形態の保護層８３は、４層として構成されていたが、保護層を３層、あるいは５層以上として構成してもよく、本実施形態のように接着層８２を積極的に形成せずに、ＤＬＣ膜８３にチタン、タングステン、クロム、およびケイ素のうちの少なくとも一種を添加して下地層８１とＤＬＣ膜８３との密着性を高めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るサーマルプリントヘッドの一例を表す要部を拡大した概略平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】従来のサーマルプリントヘッドの一例を表す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１  サーマルプリントヘッド
２  基板
３  導電部
５  発熱抵抗体（抵抗部としての）
８  保護層
３０  共通電極
３１  個別電極
８０  厚膜ガラス層（保護層を構成する）
８１  薄膜ガラス層（保護層の下地層としての）
８２  接着層（保護層を構成する）
８３  ＤＬＣ膜（保護層の最外層としての）
【図１】
0003860348.tif 000002
【図２】
0003860348.tif 000003
【図３】
0003860348.tif 000004