CN102076502B - 记录头以及具有该记录头的记录装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够良好地维持作为保护层的功能的记录头、以及具有该记录头的记录装置。本发明的热敏头(10)具有基板(20)、位于该基板(20)上的发热元件(40a)、以及设置在发热元件(40a)上的保护层(60)。保护层(60)包括第一层(62)和第二层(63)。第一层(62)和第二层(63)多次交替地层叠。第二层(63)的形成材料的耐升华性高于第一层(62)的形成材料的耐升华性。

Description

记录头以及具有该记录头的记录装置
技术领域
本发明涉及具有覆盖发热元件的保护层的记录头、以及具有该记录头的记录装置。
背景技术
作为传真机、记录器等的打印机,使用热敏式打印机。该热敏式打印机具有热敏头和压纸滚筒。作为装载在该热敏式打印机中的热敏头,有的热敏头具有多个发热元件和保护层。该多个发热元件排列在基板上。该保护层位于多个发热元件上并具有保护发热元件的功能。该压纸滚筒具有将记录介质推压在位于发热元件上的保护层上的功能。作为该记录介质,例如有热敏纸等。在这种结构的热敏式打印机中,根据所期望的图像而使发热元件发热,并通过压纸滚筒将记录介质推压在位于该发热了的发热元件上的保护层上,由此将发热元件发出的热量传递给记录介质。通过重复执行该处理来进行对记录介质所期望的图像印刷。
在这样的热敏式打印机中,有时所装载的热敏头的保护层由于记录介质而磨损,从而导致作为保护层的功能下降。因此,作为保护层的形成材料,开发了使用耐磨损性高的类金刚石碳膜(以下称为“DLC膜”)的热敏头。例如,在专利文献1中公开了这样的热敏头。
但是,在专利文献1所记载的热敏头中,有时DLC膜与空气中的氧结合而升华。这样的升华有时会在例如由于热敏式打印机的运送记录介质的运送部运送异常而在记录介质的运送停止了的状态下驱动发热电阻体的情况下发生,即在成为空打(空印字)状态时发生。当如上述发生了DLC膜的升华时,有时热敏头的耐磨损性会显著地下降,从而无法良好地维持作为保护层的功能。
专利文献1:日本特开平7-132628号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是基于这样的情况而构思的,其目的在于提供一种能够良好地维持作为保护层的功能的记录头、以及具有该记录头的记录装置。
用于解决问题的手段
本发明的记录头具有基板、多个发热元件、以及保护层。所述多个发热元件位于所述基板上。所述保护层设置在所述多个发热元件上并包括第一层和第二层。这些所述第一层和所述第二层多次交替地层叠。所述第二层的形成材料的耐升华性高于所述第一层的形成材料的耐升华性。
本发明的记录装置具有本发明的记录头、以及运送记录介质的运送单元。
发明的效果
在本发明的记录头和记录装置中,能够良好地维持作为保护层的功能。
附图说明
图1是表示作为本发明的记录头的实施方式的一个例子的热敏头的简要结构的俯视图。
图2的(a)是放大了图1所示的热敏头的主要部分的俯视图,(b)是沿图2的(a)所示的IIb-IIb线截取的截面图。
图3是进一步放大了图2的(b)所示的保护层的主要部分的图。
图4是表示作为本发明的记录装置的实施方式的一个例子的热敏式打印机的简要结构的图。
图5的(a)、(b)是分别表示图3所示的保护层的变形例子的图。
图6是表示图3所示的保护层的变形例子的图。
具体实施方式
<记录头>
图1~图3所示的本例的热敏头10包括基板20、蓄热层30、电阻层40、导电层50、保护层60、以及驱动IC70。
基板20具有支承蓄热层30、电阻层40、导电层50、保护层60、驱动IC70的功能。该基板20在俯视图中构成为沿箭头方向D1、D2延伸的矩形形状。该箭头方向D1、D2是热敏头1的主扫描方向。这里,“俯视图”是指箭头方向D5、D6中的D6方向的视图。该箭头方向D5、D6是基板20的厚度方向。作为形成该基板20的材料,例如可以举出陶瓷、玻璃、硅、蓝宝石、包括环氧系树脂的绝缘树脂。在这些材料中,从印刷的高密度化的角度出发,优选玻璃、硅、蓝宝石。
蓄热层30具有暂时蓄存在电阻层40的后述的发热元件40a中产生的热量中的一部分热量的功能。即,蓄热层30承担着缩短使发热元件40a的温度上升所需要的时间并提高热敏头10的热响应特性的功能。该蓄热层30位于基板20上并构成为沿箭头方向D1、D2延伸的带状。另外,该蓄热层30的在与箭头方向D1、D2相正交的箭头方向D3、D4上的截面形状构成为近似半椭圆形状。该箭头方向D3、D4是热敏头10的副扫描方向。作为形成该蓄热层30的材料,例如可举出导热系数大于等于0.7W·m-1·K-1并小于等于1.0W·m-1·K-1的范围内的绝缘材料。这里,“绝缘”是指电流基本上不流动的程度,例如是指电阻率大于等于1.0×1012Ω·m。作为这样的绝缘材料,例如可举出玻璃。另外,在本例中设置有蓄热层30,但是也可以不设置蓄热层30。作为不设置蓄热层30的情况,例如可举出基板20由玻璃形成的情况。
电阻层40具有作为发热元件40a发挥功能的部位。该电阻层40构成为每单位长度的电阻值大于导电层50的每单位长度的电阻值。该电阻层40的一部分位于蓄热层30上。在本例中,被从导电层50施加电压的电阻层40中的、上方未形成导体层40的部位作为发热元件40a发挥功能。作为形成该电阻层40的主要材料,例如可举出TaN系材料、TaSiO系材料、TaSiNO系材料、TiSiO系材料、TiSiCO系材料、NbSiO系材料。
发热元件40a由于施加电压而发热。该发热元件40a构成为:由于来自导电层50的电压施加而产生的发热温度例如处于大于等于200℃并小于等于550℃的范围内。该发热元件40a设置有多个,并且设置在蓄热层30的上表面上。该多个发热元件40a沿箭头方向D1、D2排列。在本例中,该多个发热元件40a的排列方向成为热敏头10的主扫描方向。
导电层50具有对发热元件40a施加电压的功能。该导电层50位于电阻层40上。另外,该导电层50包括第一导电层51和第二导电层52而构成。作为形成导电层50的主要材料,例如可举出铝、金、银、铜中的任一种金属或者它们的合金。
第一导电层51分为多层而设置。各个第一导电层51的一个端部在电气性独立的状态下与多个发热元件40a的各自的一个端部连接。另外,各个第一导电层51的另一个端部与驱动IC70电连接。该第一导电层51位于发热元件40a的箭头方向D3、D4中的D4方向侧。
第二导电层52一体地设置。第二导电层52的端部与多个发热元件40a的另一个端部、以及未图示的电源电连接。该第二导电层52位于发热元件40a的箭头方向D3、D4中的D3方向侧。
在图3中表示了主要部分的本例的保护层60具有保护发热元件40a和导电层50的功能。该保护层60形成为覆盖发热元件40a和导电层50的一部分。作为形成保护层60的主要材料,例如可以举出类金刚石碳材料(DLC材料)、SiC系材料、SiN系材料、SiCN系材料、SiON系材料、SiONC系材料、SiAlON系材料、SiO2系材料、Ta2O5系材料、TaSiO系材料、TiC系材料、TiN系材料、TiO2系材料、TiB2系材料、AlC系材料、AlN系材料、Al2O3系材料、ZnO系材料、B4C系材料、BN系材料。这里,“类金刚石碳材料”是指取sp3杂化轨道的碳原子(C原子)的比例处于大于等于1原子%并小于100原子%的范围内的膜。另外,关于这里的“~系材料”,如果以SiC材料为例,则是指含有Si原子、C原子的材料,可以是具有化学计量组成的材料,也可以是具有不同组成比的材料。另外,“以~系材料为主的材料”是指主要的材料相对于整体的比率大于等于50质量%的材料,例如也可以含有添加物。
另外,该保护层60包括基底层61、多个第一层62、多个第二层63而构成。该基底层61与电阻层40以及导电层50接触。另外,第一层62和第二层63位于基底层61上,并且第一层62和第二层63交替地层叠。
基底层61介于电阻层40以及导电层50与第一层62以及第二层63之间。作为该基底层61所具有的功能,例如可以举出提高电阻层40以及导电层50与第一层62或第二层63的紧固性的功能、良好地从外部密封电阻层40和导电层50的功能、使电阻层40以及导电层50与第一层62以及第二层63绝缘的功能、减小电阻层40与导电层50之间的高低差的功能,优选的是具有上述功能中的至少一种功能。这里,“绝缘”是指电流基本上不流动的程度,例如是指电阻率大于等于1.0×1012Ω·m。本例的基底层61由SiN材料形成,由此,从外部将电阻层40和导电层50良好地密封。这里,“密封”是指为了减小外部氛围对电阻层40和导电层50的影响而进行覆盖。通过该密封,例如能够减小记录介质等中所含有的Na离子等对形成导电层50的材料的腐蚀。这里,“腐蚀”是指JIS标准Z0103:1996所规定的概念,是指“金属被包围该金属的环境物质化学性或电化学性地侵蚀、或者材质发生劣化的现象”。
第一层62和第二层63主要承担着作为滑动面发挥功能的作用。形成第一层62的材料是保护基本特性中的某一特性比形成第二层63的材料更好的材料,形成第二层63的材料是耐升华性比形成第一层62的材料更好的材料。该第二层63优选为在发热元件40a的发热温度、即550℃以下的范围内不升华的材料。这里,作为“保护基本特性”,例如可以举出耐磨损性、绝缘性、密封性。另外,“耐磨损性”是指对于磨损的耐性,该磨损例如是由于记录介质在保护层60的表面上滑动而导致的。并且,“耐升华性”是指对于升华的耐性,该升华例如是由于从发热元件40a等产生的热量而导致的加热所引起的。该第二层63中的一层露出,位于所有的第一层62的箭头D5方向侧。即,在本例中,保护层60的最表层为第二层63。作为该第一层62的厚度T1和第二层63的厚度T2,例如可以举出大于等于10nm并小于等于100nm的范围。在本例中,构成为该第二层63的厚度T2比第一层62的厚度T1厚。并且,作为该第一层62和第二层63交替地层叠的次数,例如可以举出大于等于10次并小于等于100次的范围。在本例中,为了减少第一层62的升华并提高经由保护层60的热传导性,将第一层62和第二层63交替地层叠60次。
从提高保护层60的耐磨损性的观点出发,本例的第一层62由类金刚石碳材料形成。另外,从减少第一层62的升华并提高耐磨损性的观点出发,第二层63由SiC系材料形成。并且,从提高耐磨损性的观点出发,与Si原子相比,该SiC系材料含有更多的C原子,作为含有该C原子的量,例如可以举出大于等于50原子%并小于等于90原子%的范围。另外,在本例中,从提高对于SiN系材料的紧固性的观点出发,第二层63与基底层61接触。
驱动IC70具有控制多个发热元件40a的电力供应状态的功能。该驱动IC70与第一导电层51的另一个端部电连接。通过形成为这样的结构,能够选择性地使发热元件40a发热。另外,在该驱动IC70上电连接有外部连接用部件71。
外部连接用部件71具有提供用于驱动发热元件40a的电信号的功能。作为该电信号,可以举出驱动IC70的驱动功率、控制定时的时钟信号、与印刷的图像相对应的图像信号、以及向发热元件提供的驱动功率。作为该外部连接用部件71,例如可以举出柔性电缆与连接器的组合。
热敏头10具有基板20、位于该基板20上的发热元件40a、设置在发热元件40a上的保护层60,保护层60包括第一层62和第二层63而构成,并且第一层62和第二层63交替地层叠多次,第二层63的形成材料的耐升华性高于第一层62的形成材料。因此,热敏头10即使在例如由于空打而导致一个第一层62升华了的情况下,也能够通过位于该第一层62之下的第二层63减少位于该第二层63之下的其他的第一层62的升华。因此,在热敏头10中,能够减少第一层62的升华,良好地维持作为保护层60的功能。
在热敏头10中,由于第二层63的厚度T2比第一层62的厚度T1厚,因此即使在例如由于磨损而导致第二层63的厚度变薄了的情况下,也能够良好地维持减少第一层62的升华的功能。因此,在热敏头10中,能够更好地维持作为保护层60的功能。
在热敏头10中,由于第二层63的形成材料含有与第一层62的形成材料相同的C原子,因此能够提高第一层62与第二层63的紧固性。
在热敏头10中,第二层63露出。即,由于热敏头10的一个第二层63与所有的第一层62相比设置在上部,因此能够通过第二层63减少第一层62的升华,更好地维持作为保护层60的功能。
由于热敏头10的保护层60还包括基底层61,该基底层61与第一层62以及第二层63相比密封性更高,并且该基底层61的形成材料与第一层62以及第二层63不同,且该基底层61与发热元件40a接触,因此能够将作为要求保护层60所具有的功能之一的密封性分离给基底层61,从而能够提高形成第一层62和第二层63的材料的可选择性。
在热敏头10中,由于第一层62是以类金刚石碳材料为主的膜,因此能够获得提高保护层60的耐磨损性并通过第二层63减少第一层62的升华的效果。
在热敏头10中,由于第二层63是以SiC系材料为主的膜,因此能够进一步提高耐磨损性并提高与由类金刚石碳系材料形成的第一层62的紧固性。
<记录装置>
图4所示的本例的热敏式打印机1具有热敏头10、运送机构80、以及控制机构90。
运送机构80具有在将记录介质11向箭头方向D3、D4中的D3方向运送的同时使该记录介质11与热敏头10的发热元件40a接触的功能。该运送机构80包括压纸滚筒81和运送辊82、83、84、85。
压纸滚筒81具有将记录介质11压靠在发热元件40a上的功能。该压纸滚筒81在与位于发热元件40a上的保护层60相接触的状态下以能够进行旋转的方式受到支承。该压纸滚筒81具有通过弹性构件覆盖了圆柱状的基体的外表面的结构。该基体例如由不锈钢等金属形成。该弹性构件由例如厚度尺寸处于大于等于3mm并小于等于15mm的范围内的丁二烯橡胶形成。
运送辊82、83、84、85具有运送记录介质11的功能。即,运送辊82、83、84、85承担着向热敏头10的发热元件40a与压纸滚筒81之间供应记录介质11并从热敏头10的发热元件40a与压纸滚筒81之间抽出记录介质11的功能。这些运送辊82、83、84、85例如既可以由金属制的圆柱状构件形成,例如也可以是与压纸滚筒81一样通过弹性构件覆盖了圆柱状基体的外表面的结构。
控制机构90具有向驱动IC70提供图像信号的功能。即,控制机构90承担着经由外部连接用部件71将选择性地驱动发热元件40a的图像信号提供给驱动IC70的功能。
热敏式打印机1具有热敏头10。因此,热敏式打印机1能够获得热敏头10所具有的效果。因此,通过良好地维持热敏头10的保护层60的作为保护层的功能,能够提高热敏式打印机1的耐久性。
以上说明了本发明的具体的实施方式,但是本发明不限于此,可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种变更。
在本例中,保护层60包括基底层61、第一层62、第二层63,但是不限于这样的结构。例如,如图5的(a)所示,保护层60A除了第一层62A和第二层63A之外,还可以包括第三层64A,并依次重复地层叠这三个层62A、64A、63A。另外,如图5的(b)所示,保护层60B除了第一层62B和第二层63B之外,还可以包括第三层64B,并规则地重复层叠第一层62B或第三层64B和第二层63B。另外,附图标记61A、61B分别是基底层。
在本例中,保护层60包括第一层62和第二层63而构成,但是不限于这样的结构。例如,如图6所示,保护层60C也可以在第一层62C与第二层63C之间还包括第三层64C。通过这样的结构,在第三层64C相对于第一层62C的紧固性高于相对于第二层63C的紧固性的情况下,能够提高第一层62C与第二层63C之间的紧固性,从而能够提高形成第一层62C和第二层63C的材料的可选择性。关于作为这样的第三层64C发挥功能的材料,例如可以举出Si材料。
在本例中,从提高耐磨损性的观点出发,保护层60的第一层62采用类金刚石碳系材料,但是不限于这样的材料。
在本例中,从提高耐磨损性的观点出发,保护层60的第二层63采用SiC系材料,但是不限于这样的材料。例如在第二层采用SiN系材料的情况下,能够提高耐粘附性,在采用SiON系材料或SiO2系材料的情况下,能够提高密封性,在采用TaO系材料的情况下,还能够减少由于热化学反应而导致的保护层60的熔融。
在本例中,保护层60包括基底层61而构成,但是不限于这样的结构,也可以在电阻层40和导电层50上直接形成第一层62或第二层63。
在本例中,保护层60露出,但是不限于这样的结构,也可以在保护层60的上表面上设置例如由氟系树脂形成的涂层,或者设置由导电性材料形成的防静电层。
实验例
在本实施例中,关于热敏头对升华的耐性进行了实验。具体地说,进行了以下实验:使用基底层采用SiN系材料、第一层采用DLC材料、第二层采用SiC系材料的热敏头并调查了能够减少DLC材料的升华的SiC系材料的厚度。
首先,制造了本发明的实施例的热敏头A、B、C、D以及作为比较例的热敏头E。具体地说,首先按照以下条件为热敏头A、B、C、D、E制造了通用的头基体。需要说明的是,在本实施例中,除了关于布线层的记载以外,将沿主扫描方向的长度简称为“宽度”,将沿副扫描方向的长度简称为“长度”。
<热敏头的结构>
·基底层的形成材料:SiN系材料
·第一层的形成材料:DLC材料
·第二层的形成材料:SiC系材料(在热敏头E中未设置)
·第一层和第二层的层叠次数:各1层
·第一层的厚度:2.5μm
·第一层的升华温度:约350℃
·第二层的原料成分比:Si∶C=20∶80
·第二层的厚度:A为
Figure BPA00001280030300091
B为
Figure BPA00001280030300092
C为D为
Figure BPA00001280030300094
·电阻层的材料:TaSiO材料
·发热元件的宽度:69μm
·发热元件的长度:110μm
·发热元件的电阻值:3280Ω/1dot
然后,使用所制造的热敏头A、B、C、D、E进行了应力实验。在该应力实验中,以固定的周期重复地施加固定宽度的电脉冲。在此次的应力实验中,每当施加了一万次电脉冲时就增大电压值,这样施加电脉冲直至变为规定电压。通过该电脉冲重复驱动发热元件,设置在发热元件上的保护层的温度上升。当对该热敏头施加了1V~30V的电压脉冲时,保护层的温度会逐渐上升,保护膜由于累积性的加热而会变为350℃以上的温度。
<应力实验的条件>
·电脉冲的周期:1.535msec
·电脉冲的宽度:1.134msec
·电脉冲的电压:每1万脉冲增大1V
·电脉冲的初始电压:1V
·电脉冲的最大电压:32V
然后,通过干蚀刻除去经过了应力实验的热敏头A、B、C、D的第二层。另外,使腔室内的温度为350℃以下,使得在该干蚀刻时第一层不升华。
<干蚀刻的条件>
·腔室内的气压:25Pa
·腔室内的温度:150℃
·干蚀刻的时间:A为6分钟,B为3分钟,C为3分钟,D为2分钟
最后,通过光学显微镜观察了经过干蚀刻后的热敏头A、B、C、D和经过应力实验后的热敏头E的表面。通过该表面观察,确认了DLC材料的升华。表1表示了该确认结果。
[表1]
Figure BPA00001280030300111
从表1所示的实验结果可以明确地知道:在热敏头A、B、C、D中,能够减少DLC材料的升华。即,明确了通过在DLC材料上设置厚度大于等于
Figure BPA00001280030300112
的SiC系材料,能够减少升华。

Claims (7)

1.一种记录头,其特征在于,
具有基板、位于该基板上的发热元件、以及设置在该发热元件上的保护层,
该保护层包括第一层和第二层,所述第一层和所述第二层多次交替地层叠,并且所述第二层配置于最表层,
所述第二层的形成材料的耐升华性高于所述第一层的形成材料的耐升华性,
所述第一层含有50质量%以上的sp3杂化轨道的碳原子的比例为1原子%以上并小于100原子%的类金刚石碳材料。
2.根据权利要求1所述的记录头,其特征在于,
所述第二层的厚度比所述第一层的厚度厚。
3.根据权利要求1或2所述的记录头,其特征在于,
所述保护层还包括基底层,该基底层的密封性高于所述第一层和所述第二层的密封性,并且该基底层的形成材料与所述第一层及所述第二层的形成材料不同,该基底层与所述发热元件接触。
4.根据权利要求1或2所述的记录头,其特征在于,
所述保护层具有第三层,该第三层位于所述第一层与所述第二层之间并提高了所述第一层与所述第二层之间的紧固性。
5.根据权利要求1或2所述的记录头,其特征在于,
所述第二层是含有50质量%以上的SiC系材料的膜。
6.根据权利要求1或2所述的记录头,其特征在于,
所述第二层是含有50质量%以上的Ta2O5系材料的膜。
7.一种记录装置,其特征在于,
具有权利要求1或2所述的记录头、以及运送记录介质的运送部。
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