JP2000272152A

JP2000272152A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2000272152A
Application number: JP11082025A
Authority: JP
Inventors: Atsuhira Nonoshita; 敦平埜下
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: US6256053B1; JP3989120B2

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性保護膜の下層に形成される絶縁性保護膜
のピンホールに起因する異常電流の流れをなくし、長期
に渡って高い信頼性を発揮できるサーマルヘッドを提供
する。【解決手段】発熱素子を保護する保護膜として、絶縁性
保護膜と、前記絶縁性保護膜よりも上層に形成される導
電性保護膜とを有し、前記導電性保護膜は、少なくとも
アンダーグレーズ蓄熱層に対応する領域は覆い、かつ、
アングレーズ蓄熱層に対応する領域以外は、マイナス側
の電極層およびプラス側の電極層の少なくとも一方を覆
わないことにより前記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種のプリンタ、
プロッタ、ファックス、レコーダ等に記録手段として用
いられる、感熱記録を行うサーマルヘッドの技術分野に
属する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断画像の記録に、フィルム等を
支持体として感熱記録層を形成してなる感熱材料を用い
た感熱記録が利用されている。また、感熱記録は、湿式
の現像処理が不要であり、取り扱いが簡単である等の利
点を有することから、近年では、超音波診断のような小
型の画像記録のみならず、ＣＴ診断、ＭＲＩ診断、Ｘ線
診断等の大型かつ高画質な画像が要求される用途におい
て、医療診断のための画像記録への利用も検討されてい
る。

【０００３】周知のように、感熱記録は、感熱材料を加
熱して画像を記録する、発熱抵抗体と電極とを有する発
熱素子が一方向（主走査方向）に配列されてなるグレー
ズを有するサーマルヘッドを用い、グレーズを感熱材料
に若干押圧した状態で、両者を前記主走査方向と直交す
る副走査方向に相対的に移動しつつ、ＭＲＩやＣＴ等の
画像データ供給源から供給された記録画像の画像データ
に応じて、グレーズの各画素の発熱素子にエネルギーを
印加して発熱させることにより、感熱材料の感熱記録層
を加熱して発色させて画像記録を行う。

【０００４】このサーマルヘッドのグレーズには、発熱
素子等を保護するため、その表面に保護膜が形成されて
いる。従って、感熱記録時に感熱材料と接触するのは、
この保護膜で、発熱体は、この保護膜を介して感熱材料
を加熱し、これにより感熱記録が行われる。保護膜の材
料には、通常、耐摩耗性を有するセラミック等が用いら
れているが、保護膜の表面は、感熱記録時には加熱され
た状態で感熱材料と慴接するため、記録を重ねるにした
がって摩耗し、劣化する。

【０００５】この摩耗が進行すると、感熱画像に濃度ム
ラが生じたり、保護膜としての強度が保てなくなるた
め、発熱体等を保護する機能が損なわれ、最終的には、
画像記録ができなくなる状態に陥る（ヘッド切れ）。特
に、前述の医療用途のように、高品質で、かつ高画質な
多階調画像が要求される用途においては、高品質化およ
び高画質化を計るために、ポリエステルフィルム等の高
剛性の支持体を使用する感熱フィルムを用い、さらに、
記録温度（印加エネルギー）や、感熱材料へのサーマル
ヘッドの押圧力を高く設定する方向にある。そのため、
通常の感熱記録に比して、サーマルヘッドの保護膜にか
かる力や熱が大きく、摩耗や腐食（腐食による摩耗）が
進行し易くなっている。

【０００６】このようなサーマルヘッドの保護膜の摩耗
を防止し、耐久性を向上する方法として、保護膜の性能
を向上する技術が数多く検討されており、中でも特に、
耐摩耗性や耐蝕性に優れた保護膜として、炭素を主成分
とする保護膜（以下、カーボン保護膜とする）が知られ
ている。例えば、特公昭６１−５３９５５号公報には、
保護膜として、ビッカーズ硬度が４５００kg/mm²以上の
カーボン保護膜を形成することにより、優れた耐摩耗性
と共に、保護膜を十分に薄くして優れた応答性も実現し
たサーマルヘッドが開示されている。また、特開平７−
１３２６２８号公報には、下層のシリコン系のセラミッ
クス保護層と、その上層のダイヤモンドライクカーボン
層との２層構造の保護膜を有することにより、保護膜の
摩耗および破壊を大幅に低減し、高画質記録が長期に渡
って可能なサーマルヘッドが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】サーマルヘッドの発熱
素子は、図３に示されるように、通常、基板１００上に
形成されるアンダーグレーズ蓄熱層１０２（以下、蓄熱
層１０２とする）と、蓄熱層１０２を覆って形成される
発熱抵抗体１０４と、基板１００や蓄熱層１０２等を覆
って形成されるプラス電極層１０６およびマイナス電極
層１０８とを有して構成される。保護膜は、このような
発熱素子を覆って形成され、前述の２層構成の保護膜を
有する例であれば、発熱素子を覆ってセラミック保護膜
１１０が形成され、その上にカーボン保護膜１１２が形
成される。

【０００８】基板１００は、例えば、アルミナ等の材料
で構成されるが、基板１００は、通常、細かな凹凸を有
しており、電極層の基板１００上の領域は、この凹凸を
反映してしまう。このような電極層等の上に形成される
セラミック保護膜１１０やカーボン保護膜１１２は、通
常、スパッタリングやＣＶＤ(Chemical Vapor Depositi
on) 等の成膜方法で形成されるが、これらの保護膜に
は、前記電極層の凹凸に起因するピンホール１１４やク
ラックが形成されてしまうことが多々ある。

【０００９】カーボン保護膜１１２は、高い導電性を有
する。そのため、セラミック保護膜１１０にピンホール
１１４等があると、サーマルヘッドの駆動電流が、導電
性の低い発熱抵抗体１０４を通過する経路ではなく、図
中点線で示されるように、セラミック保護膜１１０のプ
ラス電極層１０６側のピンホール１１４ａからカーボン
保護膜１１２に流れ、カーボン保護膜１１２をつたっ
て、セラミック保護膜１１０のマイナス電極層１０８側
のピンホール１１４ｂからマイナス電極層１０８に流れ
てしまう。

【００１０】ピンホール１１４は小さな孔である。その
ため、このような現象が起こると、電極層の一部に電荷
が集中して、大きなエネルギが掛かかり、電極層が破壊
されてしまうことがあり、場合によっては、数ドット分
の電極層（発熱素子）破壊され、ヘッド切れとなる。ま
た、電極層が破壊されなくても、発熱抵抗体１０４を通
過しない過剰な電流が流れることになり、その結果、サ
ーマルヘッド駆動用のＩＣ等の各種の素子が破壊されて
しまう場合もある。

【００１１】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決することにあり、カーボン保護膜等の導電性の保護
膜を有するサーマルヘッドであって、導電性保護膜の下
層に形成される絶縁性保護膜のピンホールに起因する異
常電流の流れをなくし、長期に渡って高い信頼性を発揮
し、これにより、長期に渡って高画質の感熱記録を安定
して行うことができるサーマルヘッドを提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、発熱素子を保護する保護膜として、絶縁
性保護膜と、前記絶縁性保護膜よりも上層に形成される
導電性保護膜とを有し、前記導電性保護膜は、少なくと
もアンダーグレーズ蓄熱層に対応する領域は覆い、か
つ、アングレーズ蓄熱層に対応する領域以外は、マイナ
ス側の電極層およびプラス側の電極層の少なくとも一方
を覆わないことを特徴とするサーマルヘッドを提供する
ことにある。

【００１３】また、前記絶縁性保護膜がセラミックスを
主成分とするものであり、前記導電性保護膜が炭素を主
成分とするものであり、あるいはさらに、前記絶縁性保
護膜と導電性保護膜の間に、中間層を有するのが好まし
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のサーマルヘッドに
ついて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に
説明する。

【００１５】図１に、本発明にかかるサーマルヘッドの
概略断面図を示す。図示例のサーマルヘッド１０（１０
ａ、１０ｂおよび１０ｃ）は、例えば、最大Ｂ４サイズ
までの画像記録が可能な、約３００ｄｐｉの記録（画
素）密度の感熱記録を行うもので、保護膜に特徴を有す
る以外は、感熱材料への感熱記録を行う発熱素子が一方
向（主走査方向図１において紙面と垂直方向）に配列
されて形成された公知の構成を有するものである。な
お、本発明のサーマルヘッド１０の幅（主走査方向）、
解像度（記録密度）、記録階調等には特に限定は無い
が、幅は５cm〜５０cm、解像度は６dot/mm（約１５０ｄ
ｐｉ）以上、記録階調は２５６階調以上であるのが好ま
しい。

【００１６】図１に示されるように、サーマルヘッド１
０（そのグレーズ）は、基板１２の上（図示例におい
て、サーマルヘッド１０は、上から感熱材料に押圧され
るので、図１中では下となる）に形成されるアンダーグ
レーズ蓄熱層１４（以下、蓄熱層１４とする）と、蓄熱
層１４を覆って形成される発熱（抵抗）体１６と、図中
左側に形成されるプラス(Common)電極層１８と、マイナ
ス(Ground)電極層２０と、その上に形成される、発熱体
１６や電極層等からなる発熱素子を護するための保護膜
とを有して構成される。図示例のサーマルヘッド１０の
保護膜は、発熱素子を全体的に覆って形成される絶縁性
保護膜としての下層保護膜２２と、その上に形成される
導電性保護膜である炭素を主成分とする保護膜、すなわ
ちカーボン保護膜２４とからなる２層構成を有する。

【００１７】本発明のサーマルヘッド１０は、保護膜以
外は、基本的に公知のサーマルヘッドと同様の構成を有
する。従って、それ以外の層構成や各層の材料には特に
限定はなく、公知のものが各種利用可能である。具体的
には、基板１２としては耐熱ガラスやアルミナ、シリ
カ、マグネシアなどのセラミックス等の電気絶縁性材料
が、蓄熱層１４としては耐熱ガラスやポリイミド樹脂等
の耐熱性樹脂等が、発熱体１６としてはニクロム（Ni-C
r)、タンタル、窒化タンタル等の発熱抵抗体が、プラス
電極層１８およびマイナス電極層２０としては、アルミ
ニウム、銅等の導電性材料が、各種利用可能である。

【００１８】なお、発熱素子（グレーズ）には、真空蒸
着、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 、スパッタリ
ング等のいわゆる薄膜形成技術およびフォトエッチング
法を用いて形成される薄膜型発熱素子と、スクリーン印
刷などの印刷ならびに焼成によるいわゆる厚膜形成技術
を用いて形成される厚膜型発熱素子とが知られている
が、本発明に用いられるサーマルヘッド１０は、いずれ
の方法で形成されたものであってもよい。また、図示例
においては、発熱体１６は蓄熱層１４の全面を覆って形
成されるが、本発明はこれに限定はされず、感熱材料と
の接触領域のみに発熱体を形成してもよい。

【００１９】本発明のサーマルヘッド１０に形成される
下層保護膜２２としては、絶縁性で、かつサーマルヘッ
ドの保護膜となりうる耐熱性、耐蝕性および耐摩耗性を
有する材料であれば、公知の材料が各種利用可能であ
り、好ましくは、各種のセラミックス材料が例示され
る。具体的には、窒化珪素(Si₃N₄) 、炭化珪素(SiC) 、
酸化タンタル(Ta₂O₅) 、酸化アルミニウム(Al₂O₃) 、サ
イアロン(SiAlON)、酸化珪素(SiO₂)、窒化アルミニウム
(AlN) 、窒化ホウ素(BN)、酸化セレン(SeO) 、窒化チタ
ン(TiN) 、炭化チタン(TiC) 、炭窒化チタン(TiCN)、窒
化クロム(CrN) 、およびこれらの混合物等が例示され
る。中でも特に、成膜の容易性や製造コスト、機械的摩
耗や化学的摩耗に対する耐摩耗性等の点で、窒化物、炭
化物が好ましく、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等が
好適に利用される。また、下層保護膜２２には、物性調
整のため、金属等の微量の添加物が含まれてもよい。

【００２０】下層保護膜２２の形成方法には特に限定は
なく、前述の厚膜形成技術や薄膜形成技術等を用いて、
スパッタリング、特にマグネトロンスパッタリングや、
ＣＶＤ、特にプラズマＣＶＤ等の、公知のセラミックス
膜（層）の成膜方法で形成すればよいが、中でもＣＶＤ
が好適に利用される。周知のように、ＣＶＤは、反応室
中に導入した気体原料に、熱や光等のエネルギを加え、
種々の化学反応を誘起させて、基板上に物質を堆積被覆
して成膜する技術であるが、下層保護膜２２をＣＶＤで
形成することにより、非常に緻密で、しかもクラック等
の欠損部がない下層保護膜２２を形成することができ、
その結果、より耐久性に優れ、かつ画質的にも有利なサ
ーマルヘッドを作成することができる。

【００２１】下層保護膜２２は多層構成でもよい。下層
保護膜２２を多層構成とする際には、異なる材料を用い
て多層構成としてもよく、あるいは、同じ材料で密度等
の異なる層を有する多層構成であってもよく、あるい
は、その両者を有するものであってもよい。

【００２２】本発明のサーマルヘッド１０においては、
このような下層保護膜２２の上にカーボン保護膜２４が
形成されるが、必要に応じて、下層保護膜２２の上に中
間層（中間層保護膜）を形成し、その上にカーボン保護
膜２４を有する、３層以上の構成の保護膜としてもよ
い。前述のように、下層保護膜２２とカーボン保護膜２
４とを有することにより、長寿命なサーマルヘッドを実
現できるが、さらに中間層を有することにより、下層保
護膜２２とカーボン保護膜２４の密着性、衝撃吸収性等
を向上し、より耐久性や長期信頼性に優れた、より長寿
命のサーマルヘッドを実現できる。

【００２３】サーマルヘッド１０に形成される中間層と
しては、周期表４Ａ族（４族＝チタン族）の金属、同５
Ａ族（５族＝バナジウム族）の金属、同６Ａ族（６族＝
クロム族）の金属、Ｓｉ（珪素）およびＧｅ（ゲルマニ
ウム）からなる群より選択される少なくとも１種を主成
分とするのが、上層であるカーボン保護膜２４および下
層である下層保護膜２２との密着性、ひいてはカーボン
保護膜２４の耐久性の点から好ましい。具体的には、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ
（モリブデン）およびこれらの混合物等が好適に例示さ
れる。中でも特に、カーボンとの結合性等の点で、Ｓ
ｉ、Ｍｏが好ましく、最も好ましくはＳｉである。

【００２４】中間層の形成方法には特に限定はなく、前
述の厚膜形成技術や薄膜形成技術等を用いて、中間層の
形成材料に応じた公知の成膜方法で形成すればよく、ま
た、中間層も複数層であってもよい。なお、本発明のサ
ーマルヘッドが中間層を有する場合に、中間層が導電性
である際には、中間層も、後述するカーボン保護膜２４
と同様に、下層保護膜２２の、少なくとも蓄熱層１４の
上は覆うと共に、蓄熱層１４の上以外の領域では、プラ
ス電極層１８およびマイナス電極層２０の少なくとも一
方の上は、覆わないように形成するのが好ましい。

【００２５】前述のように、本発明のサーマルヘッド１
０は、下層保護膜２２の上に、導電性保護膜である、炭
素を主成分とするカーボン保護膜２４が形成される。本
発明において、炭素を主成分とするカーボン保護膜２４
とは、５０ａｔｍ％超の炭素を含有するカーボン膜で、
好ましくは炭素および不可避的不純物からなるカーボン
膜のことである。本発明のサーマルヘッドにおいて、カ
ーボン保護膜２４を形成する炭素以外の添加成分として
は、水素、窒素、フッ素、Ｓｉ、およびＴｉ等が好適に
例示される。添加成分が水素、窒素およびフッ素である
場合には、カーボン保護膜２４中のこれらの含有量が５
０ａｔｍ％未満であるのが好ましく、添加成分がＳｉお
よびＴｉである場合には、カーボン保護膜２４中のこれ
らの含有量が２０ａｔｍ％以下であるのが好ましい。

【００２６】なお、本発明においては、下層保護膜２２
の上に形成され導電性保護膜は、カーボン保護膜２４に
限定はされず、導電性で、かつ、サーマルヘッドの保護
膜として十分な機械的強度および耐熱性を有するもので
あれば、各種の硬質膜が利用可能である。具体的には、
窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）等からな
る保護膜が例示される。

【００２７】本発明においては、カーボン保護膜２４
（絶縁性保護膜の上に形成される導電性保護膜）は、下
層保護膜２２の、少なくとも蓄熱層１４の上は覆うと共
に、蓄熱層１４の上以外の領域では、プラス電極層１８
およびマイナス電極層２０の少なくとも一方の上は、覆
わないように形成される。

【００２８】このようなカーボン保護膜２４は、上記規
定を満たすものであれば、以下に示すような、各種の形
態が利用可能である。図１（Ａ）に示されるサーマルヘ
ッド１０ａは、下層保護膜２２上の蓄熱層１６が形成さ
れた領域のみにカーボン保護膜２４ａを形成した例であ
る。図１（Ｂ）に示されるサーマルヘッド１０ｂは、上
記サーマルヘッド１０ａで蓄熱層１６が形成された領域
に加え、プラス電極層１８上の下層保護膜２２も覆うカ
ーボン保護膜２４ｂを形成した例である。さらに、図１
（Ｃ）に示されるサーマルヘッド１０ｃは、上記サーマ
ルヘッド１０ａで蓄熱層１６が形成された領域に加え、
マイナス電極層２０上の下層保護膜２２も覆うカーボン
保護膜２４ｃを形成した例である。

【００２９】すなわち、本発明のサーマルヘッド１０
は、蓄熱層１６が形成された領域を超えて基板１２上に
プラス電極層１８とマイナス電極層２０が直接形成され
た領域をつなくごとなく、下層保護膜２２の上にカーボ
ン保護膜２４を形成することにより、下層保護膜２２に
ピンホールが形成されても、プラス電極層１８上のピン
ホールとマイナス電極層２０上のピンホールとがカーボ
ン保護膜２４で接続されることがない。従って、本発明
のサーマルヘッド１０は、前述のプラス電極層１８側の
下層保護膜２２のピンホールからカーボン保護膜２４に
至り、カーボン保護膜２４を通過して、マイナス電極層
２０側の下層保護膜２２のピンホールからマイナス電極
層２０に流れる、異常電流の発生を防止して、これに起
因する電極層の破壊や駆動ＩＣ等の各種の素子への悪影
響をなくし、長期にわたって高い信頼性有するサーマル
ヘッドを実現することができる。

【００３０】なお、蓄熱層１６上の下層保護膜２２にも
ピンホールが形成される場合があるが、通常のサーマル
ヘッドでは、蓄熱層１６の表面は基板１２に比してはる
かに平滑であり、蓄熱層１６上の下層保護膜２２に形成
されるピンホールは、サーマルヘッドの駆動電流が流れ
ることができないほど微細なものであるので、問題はな
い。

【００３１】カーボン保護膜２４の硬度には特に限定は
なく、サーマルヘッドの保護膜として十分な硬度を有す
ればよいが、例えば、ビッカーズ硬度で３０００kg/mm²
〜５０００kg/mm²程度が好適に例示される。また、この
硬度は、カーボン保護膜２４の厚さ方向に対して、一定
でも異なるものであってもよく、厚さ方向に硬度が異な
る場合には、硬度の変化は連続的でも段階的でもよい。

【００３２】本発明のサーマルヘッド１０において、下
層保護膜２２およびカーボン保護膜２４の厚さには特に
限定はないが、耐摩耗性と熱伝導性（すなわち記録感
度）とのバランスを好適に取ることができる等の点で、
下層保護膜２２の厚さは０．５μｍ〜５０μｍ、特に、
２μｍ〜２０μｍが好ましく、カーボン保護膜２４の厚
さは、０．１μｍ〜５μｍ、特に、１μｍ〜３μｍが好
ましい。また、中間層を有する場合には、下層保護膜２
２の厚さは０．２μｍ〜２０μｍ、特に２μｍ〜１５μ
ｍが好ましく、中間層の厚さは０．０５μｍ〜１μｍ、
特に０．１μｍ〜１μｍが好ましく、カーボン保護膜２
４の厚さは、０．５μｍ〜５μｍ、特に１μｍ〜３μｍ
が好ましい。中間層がカーボン保護膜２４に対して厚す
ぎると、中間層の割れ、剥離が生じる場合があり、逆
に、中間層が薄すぎると、中間層としての機能を十分に
発揮できなくなってしまう。これに対し、中間層および
カーボン保護膜２４の厚さを上記範囲内とすることによ
り、中間層の有する下層への密着力および衝撃吸収力、
カーボン保護膜２４の有する耐久性等の機能を、安定し
て、バランス良く実現できる。

【００３３】カーボン保護膜２４を形成した後、その表
面に潤滑剤やワックスを塗布し、あるいはさらに、ヒー
タ等を用いた加熱やサーマルヘッドの駆動によって焼き
付けてもよい。この際においては、カーボン保護膜２４
を酸素エッチングした後に、潤滑剤等の塗布および焼き
付けを行ってもよい。潤滑剤やワックスには特に限定は
なく、各種のものが利用可能であるが、例えば、感熱材
料に含有される潤滑剤や、耐熱性を有するコーティング
剤、好ましくは滑性に優れるコーティング剤が各種利用
可能である。

【００３４】カーボン保護膜２４（２４ａ、２４ｂ、２
４ｃ）の成膜方法には特に限定はなく、目的とするカー
ボン保護膜２４の組成に応じた、公知の成膜方法がすべ
て利用可能であるが、好ましい方法として、カーボン保
護膜２４を形成しない領域をマスキングして、スパッタ
リング、特にマグネトロンスパッタリングや、ＣＶＤ、
特にプラズマＣＶＤでカーボン保護膜を成膜する方法が
好適に例示される。

【００３５】カーボン保護膜２４は、５０℃〜４００℃
程度、特に、サーマルヘッド１０の使用温度に加熱しな
がら形成してもよい。これにより、カーボン保護膜２４
と中間層ひいては下層保護膜２２との密着性をさらに向
上でき、ヒートショックや感熱記録中の異物混入による
機械的衝撃による割れや剥離、ならびに高パワー記録に
よるカーボン膜の変質や消失に対する、より一層優れた
耐久性を得ることができる。なお、加熱は、ヒータ等の
加熱手段を用いる方法や、サーマルヘッド１０に通電す
る方法で行えばよい。

【００３６】図２に、本発明のサーマルヘッドの保護膜
の形成に好適な成膜装置の概念図を示す。図示例の成膜
装置５０は、基本的に、真空チャンバ５２と、ガス導入
部５４と、第１スパッタリング手段５６と、第２スパッ
タリング手段５８と、プラズマ発生手段６０と、バイア
ス電源６２と、基板ホルダ６４とを有して構成される。

【００３７】この成膜装置５０は、系内すなわち真空チ
ャンバ５２内に２つのスパッタリングによる成膜手段と
プラズマＣＶＤによる成膜手段を有するものであり、異
なる組成の複数層の成膜を連続的に行うことが可能であ
る。従って、成膜装置５０を用いることにより、例え
ば、異なるターゲットを用いたスパッタリングによっ
て、あるいはスパッタリングとプラズマＣＶＤとによっ
て、下層保護膜２２、カーボン保護膜２４、あるいはさ
らに中間層等の形成を、効率良く行うことができる。

【００３８】真空チャンバ５２は、ＳＵＳ３０４等の非
磁性材料で形成されるのが好ましく、内部（成膜系内）
を排気して減圧とする真空排気手段６６が配置される。
真空チャンバ５２内のプラズマやプラズマ発生用の電磁
波によってアークが発生する箇所は、ＭＣナイロン、テ
フロン（ＰＴＦＥ）等の絶縁部材で覆ってもよい。

【００３９】ガス導入部５４は、２つのガス導入管５４
ａおよび５４ｂを有する。一例として、ガス導入管５４
ａは、プラズマを発生するためのガスを導入し、ガス導
入管５４ｂは、プラズマＣＶＤの反応ガスを導入する。

【００４０】なお、プラズマ発生用のガスとしては、例
えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガスが用
いられる。カーボン保護膜２４を成膜するための反応ガ
スとしては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、ア
セチレン、ベンゼン等の炭化水素化合物のガスが例示さ
れる。また、下層保護膜２２を成膜するための反応ガス
としては、下層保護膜２２の形成材料を含む各種のガス
が例示され、例えば、下層保護膜２２として窒化珪素膜
を作製する際には、反応ガスとして、シラン、窒素およ
び酸素の混合ガス等を用いればよい。

【００４１】スパッタリングでは、カソードにスパッタ
リングするターゲット材を配置し、カソードを負電位に
すると共に、ターゲット材の表面にプラズマを発生させ
ることにより、ターゲット材（その原子）を弾き出し
て、対向した配置した基板の表面に付着させ、堆積する
ことにより成膜する。第１スパッタリング手段５６およ
び第２スパッタリング手段５８は、共に、スパッタリン
グによって基板表面に成膜を行うものであり、第１スパ
ッタリング手段５６は、カソード６８、ターゲット材７
０の配置部、シャッタ７２および高周波（ＲＦ）電源７
４等を有して構成され、他方、第２スパッタリング手段
５８は、カソード７６、ターゲット材７０の配置部、シ
ャッタ７８および直流電源８０等を有して構成される。
上記構成より明らかなように、第１スパッタリング手段
５６と第２スパッタリング手段５８は、配置位置および
電源が異なる以外は基本的に同じ構成を有するので、以
下の説明は、異なる部分以外は、第１スパッタリング手
段５６を代表例として行う。

【００４２】第２スパッタリング手段５８において、タ
ーゲット材７０の表面にプラズマを発生する際には、直
流電源８０のマイナス側を直接カソード７６に接続し、
スパッタリングのための電圧を印加する。両電源の出力
や性能には特に限定はなく、目的とする成膜に必要にし
て必要にして十分な性能を有するものを選択すればよ
い。例えば、カーボン保護膜２４の形成を行う装置であ
れば、最高出力１０ｋｗの負電位の直流電源を用い、変
調器によって２ｋＨｚ〜１００ｋＨｚでパルス状に変調
できるように構成した直流電源を用いればよい。

【００４３】図示例においては、無酸素銅やステンレス
等からなるバッキングプレート８２（８４）をカソード
６８に固定し、その上にターゲット材７０をＩｎ系ハン
ダや機械的な固定手段で固定する。なお、下層保護膜２
２の形成に用いられるターゲット材７０としては、前述
の各種のセラミックス材料、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＮ等が好
適に例示される。また、カーボン保護膜２４を形成する
ために用いられるターゲット材７０としては、焼結カー
ボン材、グラッシーカーボン材等が好適に例示される。

【００４４】また、図示例の装置は、マグネトロンスパ
ッタリングを行うものであり、カソード６８の内部に
は、磁石６８ａ（７６ａ）が配置される。マグネトロン
スパッタリングは、ターゲット材７０表面に磁場を形成
してプラズマを閉じ込めてスパッタリングを行うもので
あり、成膜速度が早い点で好ましい。

【００４５】図示例の成膜装置５０は、マイクロ波とＥ
ＣＲ磁場とによってプラズマを発生させる、マイクロＥ
ＣＲ波放電を利用するプラズマＣＶＤでカーボン保護膜
２４等の成膜を行うものであり、プラズマ発生手段６０
は、マイクロ波電源８６、磁石８８、マイクロ波導波管
９０、同軸変調器９２、誘電体板９４、放射状アンテナ
９６等を有して構成される。マイクロ波電源８６は、カ
ーボン保護膜２４等の成膜に必要にして十分な出力を有
するものを適宜選択すればよい。また、ＥＣＲ磁場発生
用の磁石８８にとしては、所望の磁場を形成できる永久
磁石や電磁石を適宜用いればよい。真空チャンバ５２内
へのマイクロ波の導入は、マイクロ波導波管９０、同軸
変調器９２、誘電体板９４等を用いて行われる。

【００４６】基板ホルダ６４は、サーマルヘッド１０
（その本体）等の被成膜材（成膜基板）を固定するもの
である。図示例の成膜装置５０は、３つの成膜手段を有
するものであり、基板ホルダ６４は各成膜手段、すなわ
ちスパッタリング手段５６および５８と、プラズマＣＶ
Ｄを行うプラズマ発生手段６０に基板となるグレーズを
対向できるように、基板ホルダ６４を揺動する回転部９
８に保持されている。また、基板ホルダ６４とターゲッ
ト材７０や放射状アンテナ９６との距離は、公知の方法
で調整可能にされる。なお、基板とターゲット材７０も
しくは放射状アンテナ９６との距離は、膜厚分布が均一
になる距離を選択設定すればよい。

【００４７】ここで、前述のように、下層保護膜２２の
表面は、必要に応じてエッチングで粗面化される。さら
に、プラズマＣＶＤで硬質膜を得るためには、基板に負
のバイアス電圧を印加しながら成膜を行うのが好まし
い。そのため成膜装置５０では、基板ホルダ６４に高周
波電圧を印加するバイアス電源６２が接続される。ま
た、プラズマＣＶＤの際には、高周波の自己バイアス電
圧を使用するのが好ましい。

【００４８】以上、本発明のサーマルヘッドについて詳
細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変
更等を行ってもよいのはもちろんである。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明
をより詳細に説明する。［実施例］公知のサーマルヘッドの製造方法と同様にし
て、基板１２上に蓄熱層１４を形成し、その上に発熱体
１６、プラス電極層１８およびマイナス電極層２０をス
パッタリングで成膜して、フォトリソグラフィーおよび
エッチングによってパターンを形成し、保護膜を有さな
い、基となるサーマルヘッドを作製した。得られたサー
マルヘッドに、下記に示されるようにして、厚さ７μｍ
の窒化珪素膜を成膜して、下層保護膜２２を作製した。

【００５０】＜下層保護膜２２の作製＞通常のスパッタ
リング装置によって、２ｋＷ〜５ｋＷのＲＦパワーによ
るマグネトロンスパッタリングで成膜を行った。ターゲ
ット材は、ＳｉＮ焼結剤を用いた。チャンバ内に導入す
るスパッタ用ガスは、キャリアガスとしてＡｒを１００
[sccm]、反応ガスとして、窒素ガスを２０[sccm]、酸素
ガスを５[sccm]を用い、トータルのガス圧（チャンバ内
の圧力）は５ｍTorrとした。

【００５１】＜カーボン保護膜の作製＞このようにして
下層保護膜２０を作製したサーマルヘッドに、以下のよ
うな、図２に示される成膜装置５０を用いて、カーボン
保護膜２４を形成した。

【００５２】＜成膜装置５０＞ａ．真空チャンバ５２真空排気手段６６として、排気速度が１５００Ｌ（リッ
トル）／分のロータリーポンプ、同１２０００Ｌ／分の
メカニカルブースタポンプ、および同３０００Ｌ／秒の
ターボポンプを、各１台ずつ有する、ＳＵＳ３０４製で
容積が０．５m³の真空チャンバ５２を用いた。ターボポ
ンプの吸引部にオリフィスバルブを配置して、開口度を
１０％〜１００％まで調整できる。

【００５３】ｂ．ガス導入部５４最大流量５０[sccm]〜５００[sccm]のマスフローコント
ローラと、直径６ミリのステンレス製パイプを用いて、
プラズマ発生ガス用と反応ガス用の２つのガス導入管５
４ａおよび５４ｂを形成した。

【００５４】ｃ．第１スパッタリング手段５６および第
２スパッタリング手段５８永久磁石６８ａおよび７６ａとしてSm-Co 磁石を配置し
た、幅６００mm×高さ２００mmの矩形のカソード６８お
よび７６を用いた。バッキングプレート８２および８４
として、矩形状に加工した無酸素銅を、カソード６８お
よび７６にＩｎ系ハンダで張り付けた。また、カソード
６８および７６内部を水冷することにより、磁石６８ａ
および７６ａ、カソード６８および７６、ならびにバッ
キングプレート８２および８４の裏面を冷却した。な
お、ＲＦ電源７４としては、１３．５６ＭＨｚで最大出
力１０ｋＷのＲＦ電源を、直流電源８０としては最大出
力１０ｋＷの負電位の直流電源を、それぞれ用いた。ま
た、直流電源８０には、変調器を組み合わせ、２ｋＨｚ
〜１００ｋＨｚの範囲でパルス状に変調可能とした。

【００５５】ｄ．プラズマ発生手段６０発振周波数２．４５ＧＨｚ、最大出力１．５ｋＷのマイ
クロ波電源８６を用いた。マイクロ波は、マイクロ波導
波管９０で真空チャンバ５２近傍まで導き、同軸変調器
９２で変換後、真空チャンバ５２内の放射状アンテナ９
６に導入した。プラズマ発生部は、幅６００mm×高さ２
００mmの矩形のものを用いた。さらに、ＥＣＲ用磁場発
生用に、磁石８８としてSm-Co 磁石を複数個、誘電体板
９４の形状に合わせて配置した。

【００５６】ｅ．基板ホルダ６４回転部９８の作用により、保持した基板（すなわち、サ
ーマルヘッド１０）を第１スパッタリング手段５６およ
び第２スパッタリング手段５８に配置されたターゲット
材７０、ならびにプラズマ発生手段６０の放射状アンテ
ナ９６に対向して保持する。以下に示す、スパッタリン
グによるカーボン保護膜２４の成膜時には、基板とター
ゲット材７０の距離は１００mmとした。さらに、エッチ
ング用の高周波電圧が印加できるように、サーマルヘッ
ドの保持部分を浮遊電位にした。さらには、基板ホルダ
６４表面にはヒータを設け、加熱しながら成膜を行える
ようにした。

【００５７】ｆ．バイアス電源６２基板ホルダ６４に、マッチングボックスを介して高周波
電源を接続した。高周波電源は、周波数１３．５６ＭＨ
ｚで、最大出力は３ｋＷである。また、この高周波電源
は、自己バイアス電圧をモニタすることにより、負の１
００Ｖ〜５００Ｖの範囲で高周波出力が調整可能に構成
されている。なお、このバイアス電源６２は、エッチン
グ手段を兼ねている。

【００５８】＜カーボン保護膜２４の作製＞このような
成膜装置５０において、発熱素子（下層保護膜２０）が
第２スパッタリング手段５８のターゲット材７０の保持
位置に対向するように、基板ホルダ６４に前記基となる
サーマルヘッドを固定した。

【００５９】真空排気手段６６によって真空排気を行い
ながら、ガス導入部５４によってアルゴンガスを導入
し、ターボポンプに設置したオリフィスバルブによっ
て、真空チャンバ５２内の圧力が５．０×１０^-3Torrに
なるように調整した。次いで、基板に高周波電圧を印加
し、自己バイアス電圧−３００Ｖで１０分間、下層保護
膜２０（窒化珪素膜）のエッチングを行った。

【００６０】エッチング終了後、ターゲット材７０とし
て焼結グラファイト材を第２スパッタリング手段５８の
バッキングプレート８４に、それぞれ固定（Ｉｎ系ハン
ダで張り付け）した。その後、真空チャンバ５２内の圧
力が２．５×１０^-3Torrとなるようにアルゴンガス流量
およびオリフィスバルブを調整し、シャッタ７８を閉じ
た状態でターゲット材７０に直流電力０．５ｋＷを５分
間印加した。次いで、真空チャンバ５２内の圧力を保っ
たまま、直流電力を５ｋＷとしてシャッタ７８を開いて
スパッタリングを行って、厚さ２μｍのカーボン保護膜
２４を形成した。なお、カーボン保護膜２４の膜厚は、
あらかじめ成膜速度を求めておき、所定の膜厚となる成
膜時間を算出して、成膜時間で制御した。

【００６１】ここで、このようなカーボン保護膜の成膜
に先立ち、ステンレス製のマスクによってマスキングを
しておくことにより、図１（Ａ）に示される、カーボン
保護膜２４ａを有するサーマルヘッド１０ａ（実施例
１）、図１（Ｂ）に示される、カーボン保護膜２４ｂを
有するサーマルヘッド１０ｂ（実施例２）、および図１
（Ｃ）に示される、カーボン保護膜２４ｃを有するサー
マルヘッド１０ｃ（実施例３）を作成した。また、比較
例として、マスキングを行わずにカーボン保護膜の成膜
を行い、下層保護膜１１０上の全面にカーボン保護膜１
１２を形成した、図３に示されるような、従来のサーマ
ルヘッドも作成した。

【００６２】＜性能評価＞このようにして作製した４種
のサーマルヘッド（実施例１、２および３、比較例）を
用いて、２ｋｍのベタ記録を行うランニング試験を行っ
た。その結果、実施例１、２および３では、いずれもヘ
ッド切れや駆動ＩＣの不良等は発生しなかった。これに
対し、比較例では、２ｋｍの記録を終了した時には、既
にヘッド切れを起こしていた。以上の結果より、本発明
の効果は明らかである。

【００６３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明サ
ーマルヘッドは、カーボン保護膜等の導電性の保護膜を
有するサーマルヘッドにおいて、電極層上に形成される
絶縁性保護膜が有するピンホールに起因する、導電性保
護膜を通過する異常電流の発生を防止して、これによる
ヘッド切れや駆動ＩＣの破損等がなく、長期間に渡って
高い信頼性を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明のサ
ーマルヘッドの発熱素子の構成を示す概略図である。

【図２】本発明のサーマルヘッドの製造に利用される
成膜装置の一例の概念図である。

【図３】従来のサーマルヘッドの発熱素子の構成を示
す概略図である。

【符号の説明】

１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）サーマルヘッド１２，１００基板１４，１０２（アンダーグレーズ）蓄熱層１６，１０４発熱（抵抗）体１８，１０６プラス電極層２０，１０８マイナス電極層２２，１１０下層保護膜２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）カーボン保護膜５０成膜装置５２真空チャンバ５４ガス導入部５６第１スパッタリング手段５８第２スパッタリング手段６０プラズマ発生手段６２バイアス電源６４基板ホルダ６６真空排気手段６８，７６カソード７０ターゲット材７２，７８シャッタ７４ＲＦ電源８０直流電源８２，８４バッキングプレート８６マイクロ波電源８８磁石９０マイクロ波導波管９２同軸変換器９４誘電体板９６放射状アンテナ９８回転部１１４（１１４ａ，１１４ｂ）ピンホール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱素子を保護する保護膜として、絶縁性
保護膜と、前記絶縁性保護膜よりも上層に形成される導
電性保護膜とを有し、前記導電性保護膜は、少なくともアンダーグレーズ蓄熱
層に対応する領域は覆い、かつ、アングレーズ蓄熱層に
対応する領域以外は、マイナス側の電極層およびプラス
側の電極層の少なくとも一方を覆わないことを特徴とす
るサーマルヘッド。
【請求項２】前記絶縁性保護膜がセラミックスを主成分
とするものであり、前記導電性保護膜が炭素を主成分と
するものであり、あるいはさらに、前記絶縁性保護膜と
導電性保護膜の間に、中間層を有する請求項１に記載の
サーマルヘッド。