JPS63197665A - サ−マルヘツド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、感熱式プリンター、熱転写式プリンター等に
用いられるサーマルヘッドおよびその製造方法に関する
。

「従来の技術」 第１０図は、従来のサーマルヘッドを示すものである。

このサーマルヘッドは、アルミナ等からなる絶縁性基板
１の表面に部分的にほぼ半球状のガラスグレーズ層２が
形成され、その上に酸化タンタルなどからなるアンダー
コート層（図示せず）を介してタンタル・窒素の二成分
系の材料やタンタル・タングステン・窒素の三成分系の
材料等からなる抵抗発熱体層４と、アルミニウムなどか
らなるなるもので、保護層６は、二酸化珪素などからな
る酸化防止層７および酸化タンタル等からなる耐摩耗層
８によって形成されている。また、給電用導体層５は、
個別電極５ａと共通電極５ｂから形成されており、これ
ら個別電極５ａと共通電極５ｂとに挟まれた部分の抵抗
発熱体層４は発熱部分４ａとなっている。そして、この
発熱部分４ａが存在する位置はこのサーマルヘッドの発
熱ドツト部Ａとなっている。

このサーマルヘッドでは、給電用導体層５に通電すると
、個別電極５ａと共通電極５ｂとの間の発熱部分４ａが
発熱し、この熱が発熱ドツト部Ａから感熱紙等に発色の
ための熱エネルギーとして供給される。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、このような従来のサーマルヘッドにあっては
次のような問題があった。

（Ｉ）　　抵抗発熱体層４の発熱部分４ａの部分上では
給電用導体層５が個別電極５ａと共通電極５ｂとに断絶
しているため、給電用導体層５の厚さにほぼ相当する凹
所９が発熱ドツト部Ａに形成されてしまい、その結果、
発熱ドツト部分Ａと感熱紙等との間に間隙が生じて感熱
紙等に対する熱伝達効率が低下する。

（ＩＩ）　　また、上記従来のサーマルヘッドにあって
は、酸化タンタルや二酸化珪素をスパッタ法で被覆する
三とにより保護層６が形成されていたので、保護層６に
ピンホールが発生するのを防ぐことができず、このピン
ホールを通して抵抗発熱体層４の酸化が進行し易いため
、サーマルヘッドの耐環境性を十分向上できない問題が
あった。

（Ｉ［ｒ）　　さらに、上記従来のサーマルヘッドはス
パッタ法で保護層６が形成されており１、サーマルヘッ
ドを使用した際の発熱ドツト部Ａの温度よりも低い温度
で保護層６が形成されるため、耐熱性が十分でなく、サ
ーマルヘッドの使用に伴い経時的に保護層６に変化が起
こり、サーマルヘッドの寿命を十分長くできない開運か
あった。

上記のサーマルヘッドの他に、発熱ドツト部Ａのみに耐
摩耗層を形成し発熱ドツト部を突出させて、上記（１）
の問題に対処したサーマルヘッドが提案されている。と
ころが係るサーマルヘッドは、フォトレジストを用いた
りフトオフ法によって耐摩耗層を部分的に形成しようと
するものであったので、複雑な製造工程を必要とし、製
造コストが高騰する問題があった。またフォトレジスト
を用いることにより成膜温度が制限される結果、耐摩耗
層の強度を十分高めることができなかった。また、リフ
トオフ法によると発熱ドツト部Ａに形成する耐摩耗性層
の厚さが最大１μ山程度に制限されるため、発熱ドツト
部Ａの凹所９の深さを補うには不十分であった。

一方、耐摩耗性を向上するために、全面にダイヤモンド
製の保護層６が形成されたサーマルヘッドが提案されて
いるが、従来このようなサーマルヘッドを製造するには
、全体を約８００℃以上の高温に加熱する必要があった
ので、ガラスグレーズを使用することができず、特に第
１Ｏ図に示したようなガラスグレーズ層２によってドツ
ト部分を突出させた構造のサーマルヘッドは製造できな
い問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱伝達効率
が良く、耐環境性、耐摩耗性に優れ、長寿命で製造コス
トの低いサーマルヘッド、特に突出型のサーマルヘッド
を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 第１の発明のサーマルヘッドは、抵抗発熱体層の発熱部
分上に化学気相析出法による生成物で形成されたドツト
部保護層を設けることにより上記問題点の解決を図った
ものである。

ドツト部保護層は抵抗発熱体層に接して設けられても良
いが、他の層を介して設けられても良い。

また、ここで化学気相析出法とは、反応ガスを励起しそ
の結果生ずる化学反応を利用して各種の膜を得る方法で
、反応ガスの励起源としては熱、電子線、高周波プラズ
マ、マイクロ波プラズマ、紫外線などが利用できる。

このようなサーマルヘッドにあっては、発熱部分上に形
成されたドツト部保護層によって、発熱ドツト部の凹所
か埋められているので、サーマルヘッドの発熱ドツト部
が感熱紙等に、より接近し得ることとなり、サーマルヘ
ッドから感熱紙等への熱伝達効率が向上される。

ドツト部保護層によって、発熱ドツト部を周囲の部分よ
りも突出せしめた場合には、サーマルヘッドの発熱ドツ
ト部が感熱紙等に密着し得るので、サーマルヘッドの熱
伝達効率がさらに向上される。

化学気相析出法で生成される物質としては、二酸化珪素
、窒化珪素あるいは酸化アルミニウム、炭化チタン、炭
化珪素、窒化ホウ素など多種類のものを挙げることがで
きるが、ドツト部保護層を形成する生成物としては中で
もダイヤモンドあるいはダイヤモンド状カーボンが適し
ている。

ダイヤモンドあるいはダイヤモンド状カーボンは、硬質
でかつ熱伝導性が良いので、これらによって形成された
ドツト部保護層は、硬質でかつ抵抗発熱体層から発する
熱を良く導くものとなる。その結果、発熱ドツト部は耐
摩耗性に優れ、かつ発熱応答性の速いものとなる。

このサーマルヘッドのドツト部保護層は、１層で形成さ
れても良いが、複数の層で構成することもできる。この
場合、最外層をダイヤモンドあるいはダイヤモンド状カ
ーボンによって形成することが望ましい。

第２の発明のサーマルヘッドの製造方法は、上記第１発
明のサーマルヘッドを製造するための方法であって、抵
抗発熱体層に電流を流して発熱せしめながら、化学気相
析出法により発熱部分上にドツト部保護層を形成せしめ
る方法である。

電流を流すと抵抗発熱体Ｍ９４の所定の部分のみが発熱
する。この状態で化学気相析出法を実施すると当該発熱
部分で原料ガスが分解反応し、当該発熱部分にドツト部
保護層が形成される。

抵抗発熱体層には連続して電流を流しても良いが、断続
的に電流を流して抵抗発熱体層を断続的に発熱させるこ
とによっても、ドツト部保護層を形成することができる
。

このドツト部保護層は、ダイヤモンドあるいはダイヤモ
ンド状カーボンによって形成されることが望ましく、こ
のようなダイヤモンドあるいはダイヤモンド状カーボン
からなるドツト部保護層は、原料ガスにメタン等の炭化
水素と水素との混合ガス等を用いることに°よって形成
できる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する
。なお、第１Ｏ図に示した従来例のサーマルヘッドと同
一構成部分には同一符号を付して説明を簡略化する。

（実施例１） 第１図は第１発明のサーマルヘッドの第一実施例を示す
もので、図中符号ＩＯはドツト部保護層である。

このドツト部保護層１０は抵抗発熱体層４の発熱部分４
ａ上に、保護層６を介して設けられている。

このドツト部保護層１０は厚さ２μ刺こ形成されており
、このドツト部保護層１０によって発熱ドツト部Ａは、
その周囲の部分よりも突出せしめられている。このドツ
ト部保護層１０はダイヤモンドによって形成されている
。

絶縁性基板」ないし耐摩耗層８は、第１０図に示した従
来例のサーマルヘッドと同様に構成されているので、そ
れらを形成する材料とそれらの厚さ等を第１表に示して
説明を簡略化する。

なお、保護層６の耐摩耗層８は必要に応じて設けられる
もので、不要であれば設けなくとも良い。

上記ドツト部保護層１０は、給電用導体層５をなす個別
電極５ａと共通電極５ｂとの間の部分（すなわち抵抗発
熱体層４の発熱部分４ａ　）において、保護層８表面に
形成された凹所９内に充填されるように形成されている
。

次に、このサーマルヘッドの製造方法を説明する。

まず、周知の手段で、絶縁性基板ｌ上にガラスグレーズ
層２、抵抗発熱体層４および給電用導体層５を順次形成
した。

ついで、このものを高周波プラズマ発生装置を備えた化
学気相析出装置（Ｐ−ＣＶＤ装置）に収容してピンホー
ルのない酸化防止層７および耐摩耗層８を形成し、第２
図に示す状態とした。

ついで、このものの給電用導体層５に通電して、抵抗発
熱体層４の発熱部分４ａを発熱させた。１ドツト当たり
２．ＯＷの電力を供給したところ、発熱部分４ａ上の保
護層６表面は７００〜８５０℃程度に加熱された。

この状態で電子線衝撃化学気相析出装置内に、原料ガス
としてメタンと水素の混合ガス（メタン濃度０．５〜２
　％）を圧力４０Ｔ　Ｏｒｒ％流１５〜５０ＳＣＣＭで
供給した。そして、化学気相析出装置内に、電子線発生
装置から密度１５ｆｆｌＡ　／　ｃｒａ″の電子線を注
入して、原料ガスを励起して基板１上で反応させた。そ
の結果、２〜５人／秒の速度でダイヤモンドが成膜され
てドツト部保護層ＩＯが形成され、第１図に示したサー
マルヘッドが得られた。

（実施例２） 第３図は、第１発明のサーマルヘッドの第二実施例を示
すものである。

この例のサーマルヘッドにあっては、ドツト部保護層Ｉ
Ｏが第１のドツト部保護層１１と第２のドツト部保護層
１２によって構成されている。まず、第１のドツト部保
護層１１は、給電用導体層５０個別電極５ａと共通電極
５ｂとの間に形成されている。この第１のドツト部保護
層１１は、抵抗発熱体層４上１−　古　泣暑ルＩ↓　八
　ｉ　ザ　）−ハ　　　マ　＾　愉　１　＾　【？【　
　館！口　進層１１によって個別電極５ａ、共通電極５
ｂ間に形成された凹所が埋められている。この第１のド
ツト部保護層１１は、化学気相析出法による生成物であ
るところの酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム等に
よって形成されている。

給電用導体層５及び第１のドツト部保護層１１は、窒化
珪素からなる酸化防止層７によって覆われており、酸化
防止層７の表面には、第２のドツト部保護層１２が第１
のドツト部保護層ｌｌ上に位置して設けられている。こ
の第２のドツト部保護層Ｌ２はダイヤモンドによって形
成されている。

次にこのサーマルヘッドの製造方法を説明する。

まず周知の手段で、絶縁性基板ｌにガラスグレーズ層２
、抵抗発熱体層４および給電用導体層５を形成し、第４
図に示す状態とした。ついで、このものを化学気相析出
装置に収容し、給電用導体層５に通電して抵抗発熱体層
４の発熱部分４ａを発熱させながら、第１のドツト部保
護層１１を形成し、第５図に示す状態とした。第１のド
ツト部保護層１１を二酸化珪素によって形成する場合、
原料ガスには水素化珪素と酸素の混合ガスあるいは塩化
珪素と酸素との混合ガス等が用いられる。また第１のド
ツト部保護層１１を窒化珪素によって形成する場合には
反応ガスに水素化珪素とアンモニアとの混合ガスあるい
は塩化珪素とアンモニアとの混合ガス等が用いられる。

また酸化アルミニウムによって形成する場合には、塩化
アルミニウムと酸素等が用いられる。

この後、給電用導体層５への通電を中断して、化学気相
析出装置内に水素化珪素とアンモニアとの混合ガスを原
料ガスとして供給して窒化珪素からなる酸化防止層７を
全面に形成して、第６図に示す状態とした。原料ガスへ
の活性エネルギーの供給は、高周波プラズマを用いて行
った。

この後、再び給電用導体層５に通電して抵抗発熱体層４
の発熱部分４ａを発熱させながら、化学気相析出装置内
にメタンと水素の混合ガスを供給すると共に電子線発生
装置から電子線を注入で混合ガスを励起し、基板１上で
反応させたところ、ダイヤモンドからなる第２のドツト
部保護層１２が形成され、第３図に示したサーマルヘッ
ドか得られた。

（実施例３） 第７図は、第１発明のサーマルヘッドの第三実施例を示
すものである。

この例のサーマルヘッドにあっては、給電用導体層５が
、下層５１と上層５２の２層によって形成されている。

下層５１は、化学気相析出法による生成物（例えば、ダ
イヤモンド状カーボン等）が析出し易くかつ導電性を有
する材料、例えばモリブデン、クロム、タンタル、タン
グステン等によって形成されている。また、上層５２は
、導電性の良いアルミニウム等によって形成されている
。給電用導体層５の下層５１は、ガラスグレーズ層２に
よっ形成されている突出部の中央部近くから設けられて
おり、上層５２は、突出部の端部付近から設けられてい
る。このサーマルヘッドにあっては、給電用導体層５に
通電すると電気は主に導電性の良い上層５２を伝導し、
上層５２の途絶えた部分からは下層５１を伝わって抵抗
発熱体Ｍ４の発熱部分４ａを発熱させる。

このサーマルヘッドのドツト部保護層１０は、給電用導
体層５の下層５１によって形成される凹所１４（第８図
参照）に設けられており、ダイヤモンドあるいはダイヤ
モンド状カーボンによって形成されている。

また、このサーマルヘッドの表面は、全体が窒化珪素か
らなる酸化防止層７によって覆われている。

次に、このサーマルヘッドの製造方法を説明する。

酸化アルミニウム製の絶縁性基板ｌ上に、周知の手段に
よってガラスグレーズ層２、抵抗発熱体層４及び給電用
導体層５を設け、第８図に示した状態とした。

ついで、これを化学気相析出装置に収容し、給電用導体
層５に通電して抵抗発熱体層４の発熱部分４ａを発熱さ
せる。この状態で化学気相析出装置にメタンと水素との
混合ガスを供給すると、凹所１４にダイヤモンドあるい
はダイヤモンド状カーボンからなるドツト部保護層１０
が形成される。このサーマルヘッドは給電用導体層５の
下層５１が、化学気相析出法による生成物が析出し易い
材料により形成されているので、下層５１の端面、すな
わち凹所１４の側壁部分からもダイヤモンドが速やかに
析出し、第９図に示す状態となる。

この後、給電用導体層への通電を中止した状態で、化学
気相析出装置内に酸化防止層７を形成する原料ガスを導
入したところ、酸化防止層７が形成され、第７図に示す
サーマルヘッドが製造された。

「発明の効果」 以上説明したように本発明のサーマルヘッドは、抵抗発
熱体層の発熱部分上に化学気相析出法による生成物から
なるドツト部保護層が設けられているので、感熱紙等に
より接近し得る発熱ドツト部を形成することができる。

従って、本発明のサーマルヘッドは、感熱紙等に対する
熱伝達効率が優れたものとなる。

また本発明のサーマルヘッドにあっては、高硬度で耐食
性に優れた緻密な膜を形成できる化学気相析出法により
生成される材料でドツト部保護層が形成されているので
、ドツト部保護層は耐摩耗性、耐食性に優れ、かつピン
ホールが無く耐熱性にも優れた膜となり、抵抗発熱体層
の発熱部分を確実に保護し得るものとなる。

従って、本発明のサーマルヘッドは、耐環境性、耐摩耗
性に優れ、かつ経時的劣化が少なく長寿命で信頼性の高
いものとなる。

また、第２発明のサーマルヘッドの製造方法は、第１発
明のサーマルヘッドを製造するのに好適な方法である。

この製造方法によれば、ドツト部保護層を抵抗発熱体の
発熱部分にのみ形成することができるうえ、当該発熱部
分のみを加熱してドツト部保護層を形成するので、サー
マ、ルヘッドを全体としては低い温度に維持しておくこ
とができ、ガラスグレーズ層の変形等のトラブルを防止
して、ダイヤモンド等からなるドツト部保護層を所定部
分に形成することができる。従って、この製造方法によ
れば、ドツト部がダイヤモンド等からなるドツト部保護
層によって保護された突出型サーマルヘッドを製造する
ことができる。

また、本発明の製造方法によれば、マスクを施さなくと
も所定の部分、即ち発熱部分にドツト部保護層を形成す
ることができるので、簡略な工程でドツト部保護層を設
けることができ、サーマルヘッドの製造コストの低減を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明のサーマルヘッドの第一実施例の要部
を示す断面図、第２図は第一実施例のサーマルヘッドの
製造方法を説明するための断面図、第３図は第１発明の
サーマルヘッドの第二実施例の要部を示す断面図、第４
図ないし第６図は第二実施例のサーマルヘッドの製造方
法を説明するための断面図、第７図は第一発明のサーマ
ルヘッドの第三実施例の要部を示す断面図、第８図およ
び第９図は第三実施例のサーマルヘッドの製造方法を説
明するための断面図、第１０図は従来のサーマルヘッド
の要部を示す断面図である。 ４・・・抵抗発熱体層、４ａ・・・発熱部分、１０・・
・ドツト部保護層、１１・・・第１のドツト部保護層、
１２・・・第２のドツト部保護層、Ａ・・・発熱ドツト
部。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）抵抗発熱体層に電流を流して発熱させるサーマル
   ヘッドにおいて、 前記抵抗発熱体層の発熱部分上に化学気相 析出法による生成物からなるドット部保護層を設けたこ
   とを特徴とするサーマルヘッド。
2. （２）ドット部保護層の設けられた部分がその周囲の部
   分よりも突出せしめられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のサーマルヘッド。
3. （３）ドット部保護層がダイヤモンドあるいはダイヤモ
   ンド状カーボンからなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のサーマルヘッド。
4. （４）ドット部保護層が複数の層によって形成されたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーマルヘ
   ッド。
5. （５）ドット部保護層が複数の層によって形成され、そ
   の最外層がダイヤモンドあるいはダイヤモンド状カーボ
   ンによって形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載のサーマルヘッド。
6. （６）抵抗発熱体層に電流を流して発熱せしめるサーマ
   ルヘッドを製造するに際して、 抵抗発熱体層に電流を流して発熱せしめな がら、化学気相析出法により発熱部分上にドット部保護
   層を形成せしめることを特徴とするサーマルヘッドの製
   造方法。
7. （７）抵抗発熱体層に断続的に電流を流して発熱させな
   がら化学気相析出法により発熱部分上にドット部保護層
   を形成することを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
   のサーマルヘッドの製造方法。
8. （８）形成されるドット部保護層が、ダイヤモンドある
   いはダイヤモンド状カーボンであることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項記載のサーマルヘッドの製造方法。
9. （９）原料ガスに炭化水素と水素との混合ガスを用いた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載のサーマル
   ヘッドの製造方法。
10. （１０）前記炭化水素が、メタンであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第９項記載のサーマルヘッドの製造方
    法。