JP2004351797A - Thermal head, its manufacturing process, and thermal printer - Google Patents

Thermal head, its manufacturing process, and thermal printer Download PDF

Info

Publication number
JP2004351797A
JP2004351797A JP2003153328A JP2003153328A JP2004351797A JP 2004351797 A JP2004351797 A JP 2004351797A JP 2003153328 A JP2003153328 A JP 2003153328A JP 2003153328 A JP2003153328 A JP 2003153328A JP 2004351797 A JP2004351797 A JP 2004351797A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
protective film
heating element
thermal head
hydrogen
pair
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003153328A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taiu Yagi
大宇 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2003153328A priority Critical patent/JP2004351797A/en
Publication of JP2004351797A publication Critical patent/JP2004351797A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal head which can be applied rigidly with a protective film containing hydrogen, and to provide its manufacturing process and a thermal printer. <P>SOLUTION: A thermal head comprises a heating element 3, a pair of electrodes 4 being connected with the heating element 3, and a protective film 5 covering the heating element 3 and the pair of electrodes 4 wherein the protective film 5 principally comprises an inorganic material containing hydrogen. Hydrogen content in the lower region of the protective film 5 is set at nil or set lower than that of other regions. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発熱素子の発する熱を利用して印画を形成するサーマルヘッド並びにサーマルプリンタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ワードプロセッサ等のプリンタ機構として組み込まれるサーマルヘッドは、アルミナセラミックス等から成る絶縁基板上にガラスグレーズ層を介して複数個の発熱素子及び一対の電極を設け、これら発熱素子及び一対の電極を保護膜によって被覆した構造を有しており、かかるサーマルヘッドは、外部からの画像データに基づいて前記発熱素子に電極を介して所定の電力を印加し、発熱素子を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等の記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能するようになっている。
【0003】
尚、前記保護膜は記録媒体の摺接による磨耗や大気中に含まれる水分等の接触による腐食から発熱素子等を保護するためのものであり、例えばSiC系やSiON系、SiO系の無機質材料により形成されている。
【0004】
ところで、サーマルヘッドの保護膜においては、一対の電極間の短絡を防止する十分な絶縁性と、静電気による保護膜の絶縁破壊を有効に防止するために適度な導電性とを備えた特性が求められており、かかる特性を満足するために保護膜中に水素を含有させるとともに、該水素の含有量を調整することによって保護膜の抵抗値を微調整する方法が知られている(特許文献1参照)。
【0005】
この特許文献1では、保護膜を従来周知の反応性スパッタリングを採用することによって形成しており、具体的には、チャンバー内に保護膜の構成材料を焼結してなるターゲット材と基板とを配置した状態で前記チャンバー内に水素ガスを反応ガスとして導入するとともに、前記ターゲット材と基板との間に水素を用いることで保護膜中に水素を含有させるようにしている。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−153630号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献1をはじめとする従来のサーマルヘッドの製造方法においては、反応性スパッタリングの初期段階より水素を反応ガスとして使用していることから、保護膜の下地に水素が多量に付着した状態で保護膜の素材となる無機質材料が順次被着されることとなる。保護膜の下地に水素が多量に存在すると、保護膜の密着性が著しく低下し、保護膜が剥がれ易くなるおそれがある。
【0008】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものであり、その目的は水素を含有する保護膜を強固に被着させておくことが可能なサーマルヘッド及びその製造方法、並びに、サーマルプリンタを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、発熱素子と、該発熱素子に接続される一対の電極と、前記発熱素子及び一対の電極を被覆する保護膜とを備え、該保護膜が水素を含む無機質材料を主成分とするサーマルヘッドにおいて、前記保護膜の下部領域中の水素含有量をその他の領域よりも少なくなるように設定することを特徴とするものである。
【0010】
また本発明のサーマルヘッドは、前記保護膜が炭素及び珪素を主成分とすることを特徴とするものである。
【0011】
更に本発明のサーマルヘッドは、前記炭素同士の結合がsp混成軌道にかかる共有結合を主成分とすることを特徴とするものである。
【0012】
また更に本発明のサーマルヘッドは、前記保護膜と発熱素子との間に絶縁材料からなる中間層が介在されていることを特徴とするものである。
【0013】
一方、本発明のサーマルヘッドの製造方法は、発熱素子と、該発熱素子に接続される一対の電極と、前記発熱素子及び一対の電極を被覆し、水素を含有する材料により形成された保護膜とを備えたサーマルヘッドの製造方法において、前記保護膜の形成にあたり、水素を含んだガスを使用し、且つ水素使用量を保護膜形成の初期段階以降よりも初期段階で小さくする工程、を備えたことを特徴とするものである。
【0014】
また本発明のサーマルヘッドの製造方法は、前記保護膜が前記水素を含んだガスを反応ガスとする反応性スパッタリングにより形成されることを特徴とするものである。
【0015】
そして、本発明のサーマルプリンタは、上述のサーマルヘッドと、前記発熱素子上に記録媒体を搬送する搬送手段と、サーマルヘッドを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0016】
本発明によれば、水素を含んだガスを使用して保護膜を形成する際、水素使用量を保護膜形成の初期段階以降よりも初期段階で小さくすることにより、保護膜の下地に多量の水素が付着することを有効に防止でき、水素を含んだ保護膜を強固に被着させておくことが可能なサーマルヘッドを得ることができる。従って、保護膜に対して記録媒体を強く搬送させたとしても、保護膜に剥離が生じるのを有効に防止でき、信頼性の高いサーマルプリンタが実現される。
【0017】
また保護膜中の炭素同士の結合がsp混成軌道にかかる共有結合を主成分とする場合、保護膜中に含まれる水素によって保護膜中に多数存在する自由電子が良好に捕獲されるため、保護膜の絶縁性を効果的に高めることができるという利点がある。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明のサーマルヘッドの一実施形態を示す断面図であり、同図に示すサーマルヘッドは基板1上にグレーズ層2、発熱素子3、一対の電極4及び保護膜5を備えた構造を有している。
【0019】
基板1はアルミナセラミックスやガラス等の電気絶縁性材料や表面に絶縁膜が形成された単結晶シリコン等の半導体材料など、種々の材料から成り、その上面でグレーズ層2や発熱素子3,一対の電極4,保護膜5等を支持するための支持母材として機能する。
【0020】
尚、基板1は、アルミナセラミックスから成る場合、まずアルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【0021】
また基板1の上面にはグレーズ層2が20μm〜60μmの厚みに被着・形成されている。
【0022】
グレーズ層2はガラスやポリイミド樹脂等の低熱伝導性材料により形成されており、発熱素子3の発する熱が適当な温度となるようにその内部で熱を蓄積し、これによってサーマルヘッドの熱応答特性を良好に維持する作用を為す。
【0023】
尚、グレーズ層2は、ガラスにより形成する場合、ガラス粉末に適当な有機溶媒、溶剤を添加混合して得たガラスペーストを基板上面の全体もしくは所定領域に従来周知のスクリーン印刷法を採用することによって所定厚みに印刷・塗布し、しかる後、これを高温(約900℃)で焼成することによって基板1の上面に被着・形成される。
【0024】
またグレーズ層2の上面には、複数個の発熱素子3が例えば300dpi(dot per inch)の密度で直線状に被着・配列されており、各発熱素子3の両端には一対の電極4が電気的に接続されている。
【0025】
発熱素子3は、TaSiOやTaSiNO,TiSiO,TiSiCO,NbSiO,TiSiNi等の電気抵抗材料から成り、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているため、一対の電極4を介して電源電力が印加されると、ジュール発熱を起こし、記録媒体に印画を形成するのに必要な所定温度、例えば250℃〜400℃の温度となる。
【0026】
また一方、発熱素子3の両端に接続されている一対の電極4はアルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属から成り、発熱素子3にジュール発熱を起こさせるのに必要な所定の電力を印加する作用を為す。
【0027】
尚、複数個の発熱素子3及び一対の電極4は、従来周知の薄膜手法、具体的にはスパッタリング法やフォトリソグラフィー技術,エッチング技術等を採用し、例えばTaSiO及びAlをグレーズ層2の上面に所定厚み、所定パターンに被着させることにより形成される。
【0028】
そして発熱素子3及び一対の電極4の上面には保護膜5が被着されており、該保護膜5で発熱素子3や一対の電極4を被覆している。
【0029】
保護膜5は発熱素子3や一対の電極4を大気中に含まれている水分等の接触による腐食や記録媒体の摺接による磨耗から保護するためのものであり、SiCやSiN系、SiO系等の無機質材料を主成分とし、その内部に水素を5原子%〜45原子%含んで構成されている。
【0030】
また保護膜5は、その下部領域(保護膜5の底面より0.01μm〜0.6μmの領域)中の水素含有量がその他の領域よりも小さくなるように設定されており(下部領域中の水素含有量が0の場合を含む)、具体的には、下部領域中の水素含有量が0原子%〜10原子%、その他の領域の水素含有量が5原子%〜45原子%に設定されている(ただし、水素含有量は下部領域の方が小さい)。従って、保護膜5の下地に対する密着性を強固なものになすことができる。
【0031】
このような保護膜5の形成方法としては、水素を含むガスを利用した薄膜形成技術、例えばスパッタリング法やCVD法等が考えられる。
【0032】
例えばSiCを主成分とする保護膜5を反応性スパッタリングにより形成する場合、まず図3に示す如く、スパッタリング装置のチャンバー内に、炭素(C)及び珪素(Si)が混在する焼結体から成るターゲット材と、発熱素子3及び電極4が被着された基板1とをそれぞれ配置させる。
【0033】
次に、前記チャンバー内にアルゴンガス及び水素ガスを導入しながら前記ターゲット材と基板1との間に所定の電力を印加し、ターゲット材の構成材料をアルゴンでスパッタリングすることによってターゲット材の一部を基板1に対して被着させる。このとき、水素ガスの使用量を保護膜5の形成の初期段階(ターゲット材の構成材料を基板1上に0.01μm〜0.6μm被着させた段階)において小さく、その後の段階で大きくすることが重要である。例えば水素ガスの使用量は保護膜形成の初期段階で導入ガス全体に対して水素分圧0%〜10%、初期段階以降の段階で水素分圧10%〜50%に設定される。
【0034】
このように水素ガスの使用量を制御することにより、保護膜5の形成にあたり、保護膜5の下地(本実施形態においては発熱素子3や一対の電極4)に対して多量の水素が付着することはなく、それ故、水素を含有した保護膜5を下地に対して強固に被着させることができる。
【0035】
かくして上述したサーマルヘッドは、一対の電極4間に外部からの画像データに基づいて所定の電力を印加し、発熱素子3を個々に選択的にジュール発熱させるとともに、該発熱した熱を感熱紙等の記録媒体に伝導させ、記録媒体に所定の印画を形成することによってサーマルヘッドとして機能する。
【0036】
そして、上述のようなサーマルヘッドが組み込まれるサーマルプリンタには、図3に示す如く、サーマルヘッドTを駆動する駆動手段Cと、記録媒体をサーマルヘッドTの発熱素子3上に搬送する搬送手段としてのプラテンローラ10や搬送ローラ11a、11b、11c、11d等が配設される。
【0037】
前記駆動手段Cは、シフトレジスタやラッチ、スイッチングトランジスタ等を高密度に集積したドライバーICや該ドライバーICにストローブ信号やラッチ信号等の制御信号を供給する制御回路等を備えており、制御回路からの制御信号に基づいてドライバーIC内のスイッチングトランジスタのオン・オフを切り換えることにより、発熱素子3の発熱を制御するようにしている。
【0038】
一方、搬送手段としてのプラテンローラ10は、SUS等の金属から成る軸芯の外周にブタジエンゴム等を3mm〜15mm程度の厚みに巻きつけた円柱状の部材であり、サーマルヘッドTの発熱素子3上に回転可能に支持され、記録媒体を発熱素子3に対して押圧しつつ記録媒体を発熱素子3の配列と直交する方向(図中の矢印方向)に搬送する。
【0039】
また前記搬送ローラ11a、11b、11c、11dは、その外周部が金属やゴム等によって形成されており、サーマルヘッドTに対し記録媒体の搬送方向上流側と下流側に分かれて配設され、これらの搬送ローラ11a、11b、11c、11dと前述のプラテンローラ10とで記録媒体の走行を支持している。
【0040】
そして、これと同時に多数の発熱素子3を駆動手段Cの駆動に伴い選択的にジュール発熱させ、これらの熱を記録媒体に伝導させることによって所定の印画が形成される。
【0041】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【0042】
例えば上述の実施形態では保護膜5を発熱素子3や一対の電極4上に直接被着させるようにしたが、これに代えて、保護膜5と発熱素子3及び電極4との間にSiON系やSiN系、SiO系、SiC系の無機質材料からなる中間膜を介在させるようにしても本発明を適用できることは勿論である。
【0043】
また上述の実施形態においてはグレーズ層2を基板1の上面全体にわたってほぼ一定の厚みに形成するようにしたが、これに代えて図3に示す如く、グレーズ層2aを断面円弧状になし、これを基板1の上面に部分的に形成するようにしても構わないし、他の形状を有するグレーズ層に本発明を適用可能であることは言うまでもない。
【0044】
更に上述の実施形態において、保護膜5中の炭素同士の結合がsp混成軌道にかかる共有結合を主成分とする場合、保護膜5中に含まれる水素によって保護膜中に多数存在する自由電子が良好に捕獲されるため、保護膜の絶縁性を効果的に高めることができるという利点がある。
【0045】
【実験例】
次に本発明の作用効果を実験例に基づき説明する。
【0046】
(第1実験)
第1実験は、反応性スパッタリングによって保護膜を形成した場合の基板に対する保護膜の密着性を測定するというものであり、ターゲット材として炭素(C)及び珪素(Si)を80:20の割合で混合した焼結体を用い、またチャンバー内に導入するガスをアルゴンガス及び水素ガスとし、水素ガスの割合を少しずつ変化させながら6つの保護膜(サンプルNo.1〜No.6)を形成した。なお、保護膜の厚みは3μmに設定し、また保護膜の密着強度の測定は、スクラッチ試験機(フルスケール980mN)を使用した。具体的には、スクラッチ試験機を構成するダイヤモンド針(圧子針)を保護膜に対して押し付けた状態で、ダイヤモンド針を所定の周波数(30Hz)で振動させながら、ダイヤモンド針を移動させ、保護膜が剥離する荷重を測定した。以上の実験結果を表1に示す。
【0047】
【表1】

Figure 2004351797
【0048】
この表1によれば、水素分圧が10%以下であるサンプルNo.1,2では良好な結果が得られている。一方、水素分圧が15%以上であるサンプルNo.3〜No.6では保護膜が剥がれ易くなっていることがわかる。
【0049】
(第2実験)
次に、下部領域の水素含有量を0原子%、10原子%に、上部領域の水素含有量を30原子%に設定した状態で下部領域の厚みを少しずつ異ならせた保護膜(サンプルNo.8〜13)と、全体の水素含有量を30原子%に略揃えた保護膜(サンプルNo.7)とを準備し、かかる保護膜の密着強度を第1実験と同様の方法で測定した。尚、保護膜の厚みは3μmとした。
【0050】
【表2】
Figure 2004351797
【0051】
表2によれば、下部領域を0.01μm〜0.6μmに設定したサンプルNo.8〜13においては55kgf以上の比較的大きな荷重まで保護膜を被着させることができた。一方、保護膜全体の水素含有量が略均一なサンプルNo.7では小さな荷重で保護膜が剥がれた。
【0052】
従って、保護膜を形成する際、下部領域の厚みを0.01μm〜0.6μmとし、且つ初期段階の水素ガスの使用量を水素分圧で0%〜10%とすれば保護膜を良好に基板に対して密着させておくことができる。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、水素を含んだガスを使用して保護膜を形成する際、水素使用量を保護膜形成の初期段階において皆無となすか、もしくは初期段階以降の段階よりも初期段階で小さくすることにより、保護膜の下地に多量の水素が付着することを有効に防止でき、水素を含んだ保護膜を強固に被着させておくことが可能なサーマルヘッドを得ることができる。従って、保護膜に対して記録媒体を強く搬送させたとしても、保護膜に剥離が生じるのを有効に防止でき、信頼性の高いサーマルプリンタが実現される。
【0054】
また保護膜中の炭素同士の結合がsp混成軌道にかかる共有結合を主成分とする場合、保護膜中に含まれる水素によって保護膜中に多数存在する自由電子が良好に捕獲されるため、保護膜の絶縁性を効果的に高めることができるという利点がある。
【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断面図である。
【図2】図1の保護膜を製造する際に使用されるスパッタリング装置の概略構成図である。
【図3】図1のサーマルヘッドを組み込んで構成されたサーマルプリンタの概略構成図である。
【図4】本発明の他の実施形態に係るサーマルヘッドの断面図である。
【符号の説明】
1・・・基板
2,2a・・・グレーズ層
3・・・発熱素子
4・・・電極
5・・・保護膜
10・・・プラテンローラ(搬送手段)
11a,11b,11c,11d・・・搬送ローラ(搬送手段)
T・・・サーマルヘッド
C・・・駆動手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal head and a thermal printer for forming a print using heat generated by a heating element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a thermal head incorporated as a printer mechanism such as a word processor is provided with a plurality of heating elements and a pair of electrodes on an insulating substrate made of alumina ceramics or the like via a glass glaze layer to protect these heating elements and the pair of electrodes. The thermal head has a structure covered with a film, and such a thermal head applies predetermined power to the heating elements via electrodes based on image data from the outside, and selectively causes the heating elements to generate Joule heat individually. At the same time, the generated heat is conducted to a recording medium such as thermal paper, and a predetermined print is formed on the recording medium to function as a thermal head.
[0003]
The protective film is for protecting the heating element and the like from abrasion due to sliding contact of the recording medium and corrosion due to contact with moisture or the like contained in the atmosphere. For example, a SiC-based, SiON-based, or SiO-based inorganic material is used. Is formed.
[0004]
By the way, the protective film of the thermal head is required to have sufficient insulating properties to prevent a short circuit between a pair of electrodes, and to have appropriate conductivity to effectively prevent dielectric breakdown of the protective film due to static electricity. In order to satisfy such characteristics, a method is known in which hydrogen is contained in a protective film and the resistance value of the protective film is finely adjusted by adjusting the content of hydrogen (Patent Document 1). reference).
[0005]
In Patent Document 1, the protective film is formed by employing a conventionally known reactive sputtering. Specifically, a target material formed by sintering the constituent material of the protective film and a substrate are placed in a chamber. Hydrogen gas is introduced as a reaction gas into the chamber in the arranged state, and hydrogen is contained in the protective film by using hydrogen between the target material and the substrate.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-153630 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method for manufacturing a thermal head including Patent Document 1, since hydrogen is used as a reactive gas from the initial stage of reactive sputtering, a large amount of hydrogen adheres to the underlayer of the protective film. In this state, the inorganic material serving as the material of the protective film is sequentially deposited. If a large amount of hydrogen exists under the protective film, the adhesion of the protective film is significantly reduced, and the protective film may be easily peeled.
[0008]
The present invention has been devised in view of the above drawbacks, and has as its object to provide a thermal head capable of firmly attaching a protective film containing hydrogen, a method of manufacturing the same, and a thermal printer. It is in.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The thermal head according to the present invention includes a heating element, a pair of electrodes connected to the heating element, and a protective film covering the heating element and the pair of electrodes, and the protective film mainly includes an inorganic material containing hydrogen. In the thermal head as a component, the hydrogen content in the lower region of the protective film is set to be smaller than in other regions.
[0010]
Further, in the thermal head according to the present invention, the protective film contains carbon and silicon as main components.
[0011]
Further, the thermal head according to the present invention is characterized in that the carbon-carbon bonds are mainly composed of covalent bonds related to sp 2 hybrid orbitals.
[0012]
Still further, the thermal head according to the present invention is characterized in that an intermediate layer made of an insulating material is interposed between the protective film and the heating element.
[0013]
On the other hand, a method of manufacturing a thermal head according to the present invention includes a heating element, a pair of electrodes connected to the heating element, a protective film covering the heating element and the pair of electrodes, and formed of a material containing hydrogen. A method for manufacturing the thermal head, comprising the steps of: using a gas containing hydrogen in forming the protective film, and reducing the amount of hydrogen used in the initial stage from the initial stage of forming the protective film. It is characterized by having.
[0014]
In the method for manufacturing a thermal head according to the present invention, the protective film is formed by reactive sputtering using the gas containing hydrogen as a reactive gas.
[0015]
Further, a thermal printer according to the present invention includes the above-described thermal head, transport means for transporting a recording medium on the heating element, and drive means for driving the thermal head.
[0016]
According to the present invention, when forming a protective film using a gas containing hydrogen, by reducing the amount of hydrogen used in the initial stage from the initial stage of the protective film formation after the initial stage, a large amount of hydrogen under the protective film. Hydrogen can be effectively prevented from adhering, and a thermal head can be obtained in which a protective film containing hydrogen can be firmly adhered. Therefore, even if the recording medium is strongly conveyed to the protective film, it is possible to effectively prevent the protective film from peeling off, and a highly reliable thermal printer is realized.
[0017]
Further, when the bond between carbon atoms in the protective film is mainly composed of a covalent bond involving sp 2 hybrid orbitals, a large number of free electrons present in the protective film are well captured by hydrogen contained in the protective film. There is an advantage that the insulating property of the protective film can be effectively increased.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the thermal head of the present invention. The thermal head shown in FIG. 1 has a structure in which a glaze layer 2, a heating element 3, a pair of electrodes 4 and a protective film 5 are provided on a substrate 1. have.
[0019]
The substrate 1 is made of various materials such as an electrically insulating material such as alumina ceramics and glass and a semiconductor material such as single crystal silicon having an insulating film formed on the surface. It functions as a supporting base material for supporting the electrodes 4, the protective film 5, and the like.
[0020]
When the substrate 1 is made of alumina ceramics, first, an appropriate organic solvent and a solvent are added to a ceramic raw material powder such as alumina, silica, magnesia or the like to form a slurry, which is then formed into a slurry-like shape. A ceramic green sheet is formed by employing a roll method or the like, and thereafter, the ceramic green sheet is punched into a predetermined shape and fired at a high temperature.
[0021]
On the upper surface of the substrate 1, a glaze layer 2 is formed with a thickness of 20 μm to 60 μm.
[0022]
The glaze layer 2 is formed of a low thermal conductive material such as glass or polyimide resin, and accumulates heat therein so that the heat generated by the heating element 3 becomes an appropriate temperature. Is maintained.
[0023]
When the glaze layer 2 is formed of glass, a conventionally well-known screen printing method is used on the entire upper surface or a predetermined region of a glass paste obtained by adding and mixing an appropriate organic solvent and a solvent to glass powder. Is printed and applied to a predetermined thickness, and then baked at a high temperature (about 900 ° C.) to be formed on the upper surface of the substrate 1.
[0024]
On the upper surface of the glaze layer 2, a plurality of heating elements 3 are linearly attached and arranged at a density of, for example, 300 dpi (dot per inch), and a pair of electrodes 4 are provided at both ends of each heating element 3. It is electrically connected.
[0025]
The heating element 3 is made of an electric resistance material such as TaSiO, TaSiNO, TiSiO, TiSiCO, NbSiO, TiSiNi, and has a predetermined electric resistivity. Then, Joule heat is generated, and the temperature reaches a predetermined temperature required for forming a print on a recording medium, for example, a temperature of 250 ° C. to 400 ° C.
[0026]
On the other hand, a pair of electrodes 4 connected to both ends of the heating element 3 are made of a metal such as aluminum (Al) or copper (Cu), and supply a predetermined electric power necessary for causing the heating element 3 to generate Joule heat. It acts to apply.
[0027]
The plurality of heating elements 3 and the pair of electrodes 4 are formed by a conventionally known thin-film method, specifically, a sputtering method, a photolithography technique, an etching technique, or the like. It is formed by applying a predetermined thickness and a predetermined pattern.
[0028]
A protective film 5 is attached on the upper surfaces of the heating element 3 and the pair of electrodes 4, and covers the heating element 3 and the pair of electrodes 4 with the protective film 5.
[0029]
The protective film 5 is for protecting the heating element 3 and the pair of electrodes 4 from corrosion due to contact with moisture or the like contained in the atmosphere and wear due to sliding contact of the recording medium, and is made of SiC, SiN, or SiO. And the like, and contains 5 to 45 atomic% of hydrogen therein.
[0030]
Further, the protective film 5 is set so that the hydrogen content in the lower region thereof (the region of 0.01 μm to 0.6 μm from the bottom surface of the protective film 5) is smaller than that of the other regions (the lower region includes Specifically, the hydrogen content in the lower region is set to 0 to 10 atomic%, and the hydrogen content in the other regions is set to 5 to 45 atomic%. (However, the hydrogen content is lower in the lower region). Therefore, the adhesion of the protective film 5 to the base can be made strong.
[0031]
As a method for forming such a protective film 5, a thin film forming technique using a gas containing hydrogen, such as a sputtering method or a CVD method, can be considered.
[0032]
For example, when the protective film 5 containing SiC as a main component is formed by reactive sputtering, first, as shown in FIG. 3, a chamber of a sputtering device is formed of a sintered body in which carbon (C) and silicon (Si) are mixed. The target material and the substrate 1 on which the heating elements 3 and the electrodes 4 are attached are respectively arranged.
[0033]
Next, a predetermined electric power is applied between the target material and the substrate 1 while introducing an argon gas and a hydrogen gas into the chamber, and the constituent material of the target material is sputtered with argon to form a part of the target material. Is adhered to the substrate 1. At this time, the usage amount of the hydrogen gas is reduced in the initial stage of forming the protective film 5 (stage in which the constituent material of the target material is deposited on the substrate 1 at 0.01 μm to 0.6 μm), and is increased in the subsequent stages. This is very important. For example, the amount of hydrogen gas used is set to a partial pressure of hydrogen of 0% to 10% with respect to the whole introduced gas in the initial stage of formation of the protective film, and to a partial pressure of hydrogen of 10% to 50% in the stages after the initial stage.
[0034]
By controlling the amount of hydrogen gas used in this manner, a large amount of hydrogen adheres to the base of the protective film 5 (the heating element 3 and the pair of electrodes 4 in this embodiment) when forming the protective film 5. Therefore, the protective film 5 containing hydrogen can be firmly adhered to the base.
[0035]
Thus, the above-described thermal head applies predetermined power between the pair of electrodes 4 based on image data from the outside, and selectively causes the heating elements 3 to individually generate Joule heat. The recording medium functions as a thermal head by forming a predetermined print on the recording medium.
[0036]
As shown in FIG. 3, a thermal printer incorporating the above-described thermal head includes a driving unit C for driving the thermal head T and a transport unit for transporting the recording medium onto the heating element 3 of the thermal head T. The platen roller 10 and the transport rollers 11a, 11b, 11c, 11d are provided.
[0037]
The driving means C includes a driver IC in which shift registers, latches, switching transistors, and the like are integrated at high density, and a control circuit that supplies control signals such as strobe signals and latch signals to the driver IC. By switching on / off the switching transistor in the driver IC based on the control signal, the heat generation of the heating element 3 is controlled.
[0038]
On the other hand, the platen roller 10 as a conveying means is a columnar member in which butadiene rubber or the like is wound around a shaft core made of metal such as SUS to a thickness of about 3 mm to 15 mm. The recording medium is conveyed in a direction perpendicular to the arrangement of the heating elements 3 (the direction of the arrow in the figure) while pressing the recording medium against the heating elements 3.
[0039]
The transport rollers 11a, 11b, 11c, and 11d have outer peripheral portions formed of metal, rubber, or the like, and are disposed separately from the thermal head T on the upstream side and the downstream side in the recording medium transport direction. The transport of the recording medium is supported by the transport rollers 11a, 11b, 11c, 11d and the platen roller 10 described above.
[0040]
At the same time, a large number of heating elements 3 are selectively caused to generate Joule heat in accordance with the driving of the driving means C, and the heat is transmitted to the recording medium, whereby a predetermined print is formed.
[0041]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes, improvements, and the like can be made without departing from the gist of the present invention.
[0042]
For example, in the above-described embodiment, the protective film 5 is directly deposited on the heating element 3 and the pair of electrodes 4, but instead, a SiON-based material may be interposed between the protective film 5 and the heating element 3 and the electrode 4. Needless to say, the present invention can be applied even if an intermediate film made of an inorganic material such as SiN, SiO, or SiC is interposed.
[0043]
In the above-described embodiment, the glaze layer 2 is formed to have a substantially constant thickness over the entire upper surface of the substrate 1. However, as shown in FIG. May be partially formed on the upper surface of the substrate 1, and it is needless to say that the present invention can be applied to a glaze layer having another shape.
[0044]
Further, in the above-described embodiment, when the bonds between carbons in the protective film 5 are mainly composed of covalent bonds related to sp 2 hybrid orbitals, the free electrons which are present in the protective film 5 in large numbers due to the hydrogen contained in the protective film 5. Is advantageously captured, so that the insulating property of the protective film can be effectively increased.
[0045]
[Experimental example]
Next, the operation and effect of the present invention will be described based on experimental examples.
[0046]
(First experiment)
In the first experiment, the adhesion of the protective film to the substrate when the protective film was formed by reactive sputtering was measured. Carbon (C) and silicon (Si) were used as target materials at a ratio of 80:20. Six protective films (Sample Nos. 1 to 6) were formed using the mixed sintered body, and using argon gas and hydrogen gas as the gases introduced into the chamber, while gradually changing the ratio of the hydrogen gas. . The thickness of the protective film was set to 3 μm, and the adhesion strength of the protective film was measured using a scratch tester (full scale: 980 mN). Specifically, while the diamond needle (indenter needle) constituting the scratch tester is pressed against the protective film, the diamond needle is moved while vibrating the diamond needle at a predetermined frequency (30 Hz), and the protective film is The load for peeling was measured. Table 1 shows the results of the above experiments.
[0047]
[Table 1]
Figure 2004351797
[0048]
According to Table 1, Sample No. 1 having a hydrogen partial pressure of 10% or less was used. In Examples 1 and 2, good results were obtained. On the other hand, in Sample No. 1 having a hydrogen partial pressure of 15% or more. 3-No. 6, it can be seen that the protective film was easily peeled off.
[0049]
(Second experiment)
Next, a protective film (Sample No. 1) in which the thickness of the lower region was slightly changed while the hydrogen content of the lower region was set to 0 atomic% and 10 atomic% and the hydrogen content of the upper region was set to 30 atomic%. 8 to 13) and a protective film (Sample No. 7) having a total hydrogen content substantially equal to 30 atomic%, and the adhesion strength of the protective film was measured by the same method as in the first experiment. Note that the thickness of the protective film was 3 μm.
[0050]
[Table 2]
Figure 2004351797
[0051]
According to Table 2, the sample No. in which the lower region was set to 0.01 μm to 0.6 μm. In Nos. 8 to 13, the protective film could be applied to a relatively large load of 55 kgf or more. On the other hand, Sample No. 1 in which the hydrogen content of the entire protective film was substantially uniform. In No. 7, the protective film was peeled off with a small load.
[0052]
Therefore, when forming the protective film, if the thickness of the lower region is set to 0.01 μm to 0.6 μm and the amount of hydrogen gas used in the initial stage is set to 0% to 10% in terms of hydrogen partial pressure, the protective film can be formed well. It can be in close contact with the substrate.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, when forming a protective film using a gas containing hydrogen, the amount of hydrogen used in the initial stage of the protective film formation is negligible, or is smaller in the initial stage than the subsequent stages. By doing so, it is possible to effectively prevent a large amount of hydrogen from adhering to the underlayer of the protective film, and it is possible to obtain a thermal head capable of firmly attaching the protective film containing hydrogen. Therefore, even if the recording medium is strongly conveyed to the protective film, it is possible to effectively prevent the protective film from peeling off, and a highly reliable thermal printer is realized.
[0054]
Further, when the bond between carbon atoms in the protective film is mainly composed of a covalent bond involving sp 2 hybrid orbitals, a large number of free electrons present in the protective film are well captured by hydrogen contained in the protective film. There is an advantage that the insulating property of the protective film can be effectively increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a thermal head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a sputtering apparatus used when manufacturing the protective film of FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a thermal printer configured by incorporating the thermal head of FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional view of a thermal head according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2, 2a ... Glaze layer 3 ... Heating element 4 ... Electrode 5 ... Protective film 10 ... Platen roller (conveying means)
11a, 11b, 11c, 11d... Transport rollers (transport means)
T: thermal head C: driving means

Claims (7)

発熱素子と、該発熱素子に接続される一対の電極と、前記発熱素子及び一対の電極を被覆する保護膜とを備え、該保護膜が水素を含む無機質材料を主成分とするサーマルヘッドにおいて、
前記保護膜の下部領域中の水素含有量をその他の領域よりも少なくなるように設定することを特徴とするサーマルヘッド。
A heating element, a pair of electrodes connected to the heating element, and a protective film that covers the heating element and the pair of electrodes, wherein the protective film is mainly composed of an inorganic material containing hydrogen.
A thermal head, wherein the hydrogen content in the lower region of the protective film is set to be smaller than in other regions.
前記保護膜は炭素及び珪素を主成分とすることを特徴とする請求項1に記載のサーマルヘッド。The thermal head according to claim 1, wherein the protective film contains carbon and silicon as main components. 前記炭素同士の結合がsp混成軌道にかかる共有結合を主成分とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のサーマルヘッド。3. The thermal head according to claim 1, wherein the carbon-carbon bonds are mainly composed of covalent bonds on sp 2 hybrid orbitals. 4. 前記保護膜と発熱素子との間に絶縁材料からなる中間層が介在されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のサーマルヘッド。4. The thermal head according to claim 1, wherein an intermediate layer made of an insulating material is interposed between the protective film and the heating element. 発熱素子と、該発熱素子に接続される一対の電極と、前記発熱素子及び一対の電極を被覆し、水素を含有する材料により形成された保護膜とを備えたサーマルヘッドの製造方法において、
前記保護膜の形成にあたり、水素を含んだガスを使用し、且つ該水素使用量を保護膜形成の初期段階以降よりも初期段階で小さくする工程、を備えたことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
A method for manufacturing a thermal head, comprising: a heating element, a pair of electrodes connected to the heating element, and a protection film covering the heating element and the pair of electrodes, and formed of a material containing hydrogen.
A step of using a gas containing hydrogen in forming the protective film, and reducing the amount of hydrogen used in an initial stage of the protective film formation from an initial stage onward. Method.
前記保護膜が前記水素を含んだガスを反応ガスとする反応性スパッタリングにより形成されることを特徴とする請求項5に記載のサーマルヘッドの製造方法。The method according to claim 5, wherein the protective film is formed by reactive sputtering using the gas containing hydrogen as a reactive gas. 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のサーマルヘッドと、前記発熱素子上に記録媒体を搬送する搬送手段と、サーマルヘッドを駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とするサーマルプリンタ。5. A thermal printer, comprising: the thermal head according to claim 1; transport means for transporting a recording medium onto the heating element; and drive means for driving the thermal head.
JP2003153328A 2003-05-29 2003-05-29 Thermal head, its manufacturing process, and thermal printer Pending JP2004351797A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003153328A JP2004351797A (en) 2003-05-29 2003-05-29 Thermal head, its manufacturing process, and thermal printer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003153328A JP2004351797A (en) 2003-05-29 2003-05-29 Thermal head, its manufacturing process, and thermal printer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004351797A true JP2004351797A (en) 2004-12-16

Family

ID=34048312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003153328A Pending JP2004351797A (en) 2003-05-29 2003-05-29 Thermal head, its manufacturing process, and thermal printer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004351797A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230150273A1 (en) * 2020-03-31 2023-05-18 Kyocera Corporation Thermal head and thermal printer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230150273A1 (en) * 2020-03-31 2023-05-18 Kyocera Corporation Thermal head and thermal printer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5864608B2 (en) Thermal head and thermal printer equipped with the same
JP5669935B2 (en) Thermal head and thermal printer equipped with the same
JP2004351797A (en) Thermal head, its manufacturing process, and thermal printer
JP2004195947A (en) Thermal head and thermal printer using it
JP3546006B2 (en) Thermal head
JP4163921B2 (en) Thermal head and thermal printer using the same
JP5944636B2 (en) Thermal head and thermal printer equipped with the same
JP2005047060A (en) Thermal head, its manufacturing method, and thermal printer
JP4280095B2 (en) Manufacturing method of thermal head
JP4157391B2 (en) Thermal head
JP4925537B2 (en) Thermal head
EP3842242B1 (en) Thermal head and thermal printer
JP4284079B2 (en) Thermal printer
JP2004230582A (en) Thermal head and thermal printer employing it, and process for manufacturing thermal head
JP4309699B2 (en) Thermal head and thermal printer using the same
JP2003072125A (en) Thermal head and thermal printer using the same
JP4721570B2 (en) Thermal head and thermal printer using the same
JP2004175049A (en) Thermal head, thermal printer using the same, and manufacturing method for the thermal head
JP4360602B2 (en) Thermal head, manufacturing method thereof, and thermal printer
JP2004058541A (en) Thermal head and thermal printer employing it
JP3488368B2 (en) Thermal head
JP4157392B2 (en) Thermal head
JP2004322448A (en) Thermal head and thermal printer using it
JP4153816B2 (en) Thermal head, manufacturing method thereof, and thermal printer
JP4925536B2 (en) Thermal head

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051007

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080507

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080717

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080912

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081104

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090317