JP2011083923A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】感熱紙との耐摩耗性を向上した保護膜を有するサーマルヘッドを提供する。
【解決手段】セラミック基板１上に、発熱体５に電気的に接続された複数の個別電極３、共通電極４、発熱体、複数の個別電極及び共通電極を覆う絶縁性保護膜６、絶縁性保護膜上面を覆い、共通電極と接続された熱伝導性の高い導電性保護膜７、導電性保護膜上に高周波（ＲＦ）スパッター法で成膜したサイアロン膜８を有する。サイアロン膜は、窒素ガスを２％混合したアルゴンガス雰囲気の高周波スパッター法で成膜する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルヘッドに関する。

図５は、従来のサーマルヘッドの一例を示す部分断面図である。従来のサーマルヘッドは、セラミック基板１上にガラス質でなるアンダーグレーズ層２が形成され、該アンダーグレーズ層２上に金などの導電性材料からなる個別電極３、共通電極４が形成され、更にこれらの電極を覆うように前記セラミック基板１の長手方向（紙面に垂直の方向）両端部まで延長してなる発熱体５が形成されている。更にこれらの上にはガラス質の絶縁性保護膜６が略全面に渡って覆うように形成されている。

サーマルヘッドの印字媒体である感熱紙によってはその感熱層に含まれる顔料が含まれているため、前記絶縁性保護膜６が感熱紙との摩擦により摩耗が顕著になり、前記絶縁性保護膜６の機械的強度及び電気的絶縁性が損なわれる。

そこで、前記問題点を解決するために、前記絶縁性保護膜の表層に前記絶縁性保護膜よりも熱伝導性の高い導電性保護膜を設け、該導電性保護膜と前記共通電極とを接続したサーマルヘッドが提案されている。

図４には前記提案されたサーマルヘッドの例の部分断面図を示している。
図５に示すように、絶縁性保護膜６を覆うように設けた導電性保護膜７は、その一端で共通電極４に接続されている。これにより印字媒体である感熱紙の走行に伴う摩擦によって発生する静電気は、前記導電性保護膜７を通して共通電極４に流入することで外部に誘導して発熱体の静電破壊を防止することができる。更に、感熱紙に含まれるイオンも同様に外部に誘導することでイオン破壊なる電触症状をも抑制することが可能となる（特許文献１参照）。

特許第３６０３９９７号公報

しかし、前記導電性保護膜７を有するサーマルヘッドでは、印字媒体である感熱紙の多様化に伴い、摩擦による保護膜の摩耗の促進が顕著となり、更なる機械的強度を有する保護膜が要求されている。

印字媒体である感熱紙の走行時により生じる摩擦による静電気や前記感熱紙の顔料に含まれるイオンに由来する電触症状を抑制するために、共通電極に電気的に接触する導電性保護膜の表面に機械的強度を補強するサイアロン膜を窒素ガス（Ｎ₂）を２％混合したア
ルゴンガス（Ａｒ）雰囲気中で高周波（ＲＦ）スパッター法で成膜する。

前記サイアロン膜を有するサーマルヘッドは、発熱体の上にガラス質の絶縁性保護膜が略全面に渡って形成され、該絶縁性保護膜の表面に導電性保護膜を積層配置し、更に前記導電性保護膜上に前記高周波（ＲＦ）スパッター法でサイアロン膜を形成したことで、サーマルヘッドの表層を記録媒体などが通過した際に生じる摩擦による摩耗は最上層のサイアロン膜が保護層の役目を果たし、静電気耐久性と機械的耐久性を兼ね備えたサーマルヘッドを実現することができる。

本発明によるサーマルヘッドの部分断面図である。 本発明によるサイアロン保護膜の成膜外観不良発生対比図である。 サイアロン膜の引っかき試験図である。 従来のサーマルヘッドの部分断面図である。 他の従来のサーマルヘッドの部分断面図である。

図１の部分断面図に示すように、セラミック基板１上にアンダーグレーズ層２が形成され、さらにその上に金などの導電性材料からなる複数の個別電極３及び共通電極４が形成され、更にこれら電極の一部をそれぞれ覆うようにセラミック基板１の両端部まで延長してなる発熱体５が形成されている。

更に、これらの上にはガラス質の絶縁性保護膜６が略全面に渡って形成される。前記絶縁性保護膜６上に導電性保護膜７を形成し、該導電性保護膜７を前記共通電極に接続するとともに、該導電性保護膜７上に、サイアロンをターゲットとする高周波（ＲＦ）スパッター法でサイアロン膜８を形成する。

該サイアロン膜８を形成することで媒体である感熱紙の走行時に生じる摩擦による静電気や前記感熱紙の顔料に含まれるイオンが原因の電触症状は、最上層の前記サイアロン膜を介してその下層の導電性保護膜に移るとともに、前記導電性保護膜は予め共通電極に電気的に接続していることで、静電気や不純物に含まれるイオンは導電性保護膜の下層に到達せず、共通電極に導かれて静電破壊やイオン破壊を抑制する。また、保護膜の最上層がサイアロンからなる硬質膜でコートされているので、更なる機械的強度を有する保護膜を実現できる。

一方で、高周波（ＲＦ）スパッター法にて純粋なアルゴンガス雰囲気の放電環境下で前記サイアロン膜を前記導電性保護膜の表面に成膜した場合、前記サイクロン膜の応力が下層の前記導電性保護膜との密着力を上回り、前記サイアロン膜と前記導電性保護膜が剥離する現象が観察された。

そこで、高周波（ＲＦ）スパッター法を利用してアルゴンガス雰囲気下でサイアロン膜を成膜する際、窒素ガスの混合率を変えて好適な条件を決めることで、前記導電性保護膜と前記サイアロン膜との密着力がより高くなり、サイアロン膜の剥離がなくなり静電気耐久性と剥離耐久性をを向上できる機能性保護膜を実現できることを知見した。

以下に高周波（ＲＦ）スパッター法によるサイアロン膜の成膜過程において、アルゴンガスに対して窒素ガスの混合率を変えた場合の成膜外観不良（膜剥れ、膨れ）の発生状況をみると、図２に示すグラフのとおりであった。
実験によると、サイアロン膜の下層が導電性性保護膜の場合、サイアロン膜の下層が絶縁性保護膜のいずれの場合も、アルゴンガスに対して窒素ガスを２％混合した条件が最も成膜外観不良の発生レートが低い好適な結果を得た。

次に、前記条件の雰囲気中でで導電性保護膜上に形成されたサイアロン膜の引っかき試験を行った。引っかき試験を行った部位は、発熱体５上は凹凸があるためスイープするダイヤモンド針が食い込んだり倒れたりするのでスイープが安定しないので、発熱体５上を避けて図１に符号９で示すサイアロン膜面上にダイヤモンド針をロードして、サーマルヘッド長手方向スイープして行った。

前記引っかき試験による膜密特性、更に機械的強度としてのビッカース硬度を測定した実験結果以下のようであった。
図３に示すように、引っかき試験のデータによれば導電性保護膜表層にサイアロン膜を積層した構成のサーマルヘッド、絶縁性保護膜表層にサイアロン膜を積層した構成のサーマルヘッドのいずれの場合も高周波（ＲＦ）スパッター時のアルゴンガスに対する窒素ガスの含有量（混合率％）が４％から２％に変えると引っかきライン周辺のサイアロン膜の剥れが少なくなり、下層との密着性に優れていることが分かった。

また、ビッカース硬度も窒素ガス混合率２％で１０１７、混合率４％で９３９と、混合率２％が良化の傾向を示す結果を得た。
しかして、アルゴンガスに対する窒素ガスの混合率を２％にすると、前記サーマルヘッドにおいて、前記導電紙保護膜と前記サイアロン膜との密着性及びサイアロン膜のビッカース硬度を満足できる好適な加工条件を得ることができた。

このように、高周波（ＲＦ）スパター法で形成するサイアロン膜の加工条件としてアルゴンガスに対する窒素ガスの混合率を２％にすることで、前記摩擦による膜剥れや膨れの無い緻密で高品質なサイアロン膜を成膜することができた。

前記図１に示す実施例では、導電性保護膜上にサイアロン膜を成膜したが、前記実験例から明らかなように、絶縁性保護膜（ガラス）にサイアロン膜を成膜した場合も高周波（ＲＦ）スパッター時のアルゴンガスに対する窒素ガスの含有量（混合率％）が４％から２％に変えると引っかきライン周辺のサイアロン膜の剥れが少なくなり、下層との密着性に優れている。

そこで、前記図１に示す実施例の導電性保護膜７を省略し、発熱体５、複数の個別電極３及び共通電極４を覆う電気的絶縁性保護膜６からなる第１のコート層の上面を覆うサイアロン膜でなる第２のコート層を、窒素ガスが２％混合されたアルゴンガス雰囲気の高周波（ＲＦ）スパッター法で成膜されたサイアロン膜としても実施可能である。

前記アルゴンガスに対する窒素ガスの混合率２％での成膜条件の一例及びターゲットをサイアロンとする成膜に使用した装置は、以下のとおりである。
使用したスパッター装置・・・マグネトロン型高周波スパッター装置
圧力・・・１Ｐａ
高周波（１３．５６ＭＨｚ）出力・・・５００Ｗ
成膜温度・・・１５０℃
Ａｒガス流量・・・２０ｓｃｃｍ
窒素ガス流量・・・０．４ｓｃｃｍ
成膜時間・・・３００分
ターゲット用サイアロン・・・Ｓｉ₃Ｎ₄−Ａｌ₂Ｏ₃−ＡｌＮ＋８％以下のＹ₂Ｏ₃

１・・セラミック基板 ２・・アンダーグレーズ層 ３・・個別電極 ４・・共通電極
５・・発熱体 ６・・絶縁性保護膜 ７・・導電性保護膜 ８・・サイアロン膜

Claims (3)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に形成された発熱体と、
   前記絶縁基板上に形成され、前記発熱体に電気的に接続された複数の個別電極と、
   前記絶縁基板上に形成され、前記発熱体に電気的に接続された共通電極と、
   前記発熱体、前記複数の個別電極及び前記共通電極を覆う電気的絶縁性保護膜からなる第１のコート層と、
   前記第１のコート層の上面を覆う熱伝導性の高い導電性保護膜からなる第２のコート層と、を有し、前記導電性保護膜と前記共通電極とを電気的に接続してなるサーマルヘッドであって、
   前記導電性保護膜上に高周波スパッター法で成膜したサイアロン膜でなる第３のコート層を有することを特徴とするサーマルヘッド。
2. 請求項１において、前記第３のコート層は、窒素ガスが２％混合されたアルゴンガス雰囲気の高周波スパッター法で成膜されたサイアロン膜であることを特徴とするサーマルヘッド。
3. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に形成された発熱体と、
   前記絶縁基板上に形成され、前記発熱体に電気的に接続された複数の個別電極と、
   前記絶縁基板上に形成され、前記発熱体に電気的に接続された共通電極と、
   前記発熱体、前記複数の個別電極及び前記共通電極を覆う電気的絶縁性保護膜からなる第１のコート層と、
   前記第１のコート層の上面を覆うサイアロン膜でなる第２のコート層と、を有するサーマルヘッドであって、
   前記第２のコート層は、窒素ガスが２％混合されたアルゴンガス雰囲気の高周波スパッター法で成膜されたサイアロン膜であることを特徴とするサーマルヘッド。

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