JP2018165048A - サーマルプリントヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れたサーマルプリントヘッドを提供する。【解決手段】サーマルプリントヘッド１０１において、一方の面である主面１１を有する基板１と、基板１の主面１１側に形成された抵抗体層４と、抵抗体層４に通電するための電極層３と、抵抗体層４の少なくとも一部を覆う保護層６とを備えた。そして、保護層６は、炭素を主成分とする低密度層６２と、炭素を主成分とし、低密度層６２より密度の高い高密度層６３とを備え、高密度層６３が最も外側に配置されるようにした。【選択図】図４

Description

本発明は、サーマルプリントヘッドに関する。

図１８は、従来のサーマルプリントヘッドの一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示されたサーマルプリントヘッド１０１は、基板１上にガラス層２が形成され、ガラス層２上に電極層３および抵抗体層４が形成されている。電極層３を介して抵抗体層４に対する部分的な通電を行うことにより、印字に必要な熱が発生する。電極層３および抵抗体層４は、保護層５によって覆われている。保護層５は、例えばガラスからなり、電極層３および抵抗体層４を保護している。

近年、印刷速度の高速化が進められている。また、印刷用紙の多様化にともない、比較的硬質な物質を含有する印刷用紙が用いられる場合がある。これらは、保護層５の傷つきを助長する要因となる。保護層５には、耐摩耗性が要求される。

特開平７−１８６４２９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、耐摩耗性に優れた保護層を備えたサーマルプリントヘッドを提供することをその課題とする。

本発明によって提供されるサーマルプリントヘッドは、一方の面である主面を有する基板と、前記基板の主面側に形成された抵抗体層と、前記抵抗体層に通電するための電極層と、前記抵抗体層の少なくとも一部を覆う保護層とを備えており、前記保護層は、炭素を主成分とする低密度層と、炭素を主成分とし、前記低密度層より密度の高い高密度層とを備え、前記高密度層が前記低密度層より外側に配置されていることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記保護層は、前記低密度層と前記高密度層とを交互に、少なくとも２つずつ備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、複数の前記低密度層は、外側のものほど厚さが厚い。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記保護層は、前記低密度層と前記高密度層との間に配置され、炭素を主成分とし、密度が前記低密度層と前記高密度層との間である中密度層をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記保護層は、それぞれ密度の異なる前記中密度層を複数、密度が高い方を外側にして備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記保護層は、前記低密度層の内側に、さらに前記高密度層を備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高密度層の少なくとも１つは導電性を有する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記保護層は、導電性を有する導電層を、さらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低密度層と前記高密度層との境界領域では、前記低密度層側から前記高密度層側に向かうにつれて密度が漸増している。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低密度層および前記高密度層は、同じ材料により形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低密度層および前記高密度層は、テトラヘデラル・アモルファスカーボンにより形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高密度層の厚さは、前記低密度層の厚さより薄い。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記高密度層の厚さは、５〜５０［ｎｍ］である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記低密度層の厚さは、２００〜２０００［ｎｍ］である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記サーマルプリントヘッドは、前記保護層の内側に配置される第２保護層をさらに備えており、前記保護層は、前記第２保護層と接する下地層をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電極層は、副走査方向に延び、主走査方向に互いに離間して配置される複数の第１帯状部、および、複数の前記第１帯状部と接続し、前記主走査方向に延びる連結部を有する共通電極と、前記副走査方向に延びる第２帯状部をそれぞれ有し、前記基板の前記主走査方向に互いに離間して配置される複数の個別電極とを備えており、前記抵抗体層は、前記主走査方向に延びる帯状であり、前記第１帯状部および前記第２帯状部は、前記主走査方向において交互に、前記抵抗体層に交差するように配置されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記保護層の外面の、前記基板の厚さ方向視において前記抵抗体層に重なる部分には、前記主走査方向に直交する方向の溝が形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記保護層は、金属または金属化合物からなる金属層をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記金属層は、窒化金属により形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記金属層は、ＣｒＮにより形成されている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記金属層は、前記保護層の最も外側に配置されている。

本発明によれば、保護層が炭素を主成分とする低密度層と高密度層とを備えている。そして、低密度層より外側に、より密度が高い高密度層が配置されている。当該高密度層は、低密度層より硬度が高く、摩擦係数が低い。したがって、保護層は耐摩耗性に優れている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す平面図である。 図１のサーマルプリントヘッドを示す要部平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図１のサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドの変形例を示す要部拡大断面図である。 第１実施形態に係るサーマルプリントヘッドの他の変形例を示す要部拡大断面図である。 図１のサーマルプリントヘッドにおける成膜処理装置の一例を示す図である。 保護層の実際の断面写真である。 保護層の実際の断面写真である。 耐摩耗加速試験の試験結果を示しており、試験前後の表面の状態を撮像した写真である。 耐摩耗加速試験の試験結果を示しており、試験前後の断面プロファイルを示す図である。 第２実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。 第３実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。 第４実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。 第５実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。 第６実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。 従来のサーマルプリントヘッドの一例を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明の第１実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０１を示している。図１は、サーマルプリントヘッド１０１を示す平面図である。図２は、サーマルプリントヘッド１０１を示す要部平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、サーマルプリントヘッド１０１を示す要部拡大断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。これらの図において、サーマルプリントヘッド１０１の長手方向（主走査方向）をｘ方向とし、短手方向（副走査方向）をｙ方向とし、厚さ方向をｚ方向として説明する。以下の図においても同様である。なお、理解の便宜上、図１および図２においては、保護層５を省略している。

サーマルプリントヘッド１０１は、基板１、ガラス層２、電極層３、抵抗体層４、保護層５，６、および駆動ＩＣ７１を備えている。サーマルプリントヘッド１０１は、たとえばバーコードシートやレシートを作成するために感熱紙に対する印刷を施すプリンタに組み込まれるものである。

基板１は、たとえばＡｌ₂Ｏ₃などのセラミックからなり、たとえばその厚さが０．６〜１．０［ｍｍ］程度とされている。図１に示すように、基板１は、ｘ方向に長く延びる長矩形状とされている。基板１は、ｚ方向において互いに反対側を向く主面１１および裏面１２を有している。主面１１に、ガラス層２、電極層３、抵抗体層４、保護層５，６が形成される。基板１の裏面１２には、たとえばＡｌなどの金属からなる放熱板を設けてもよい。

ガラス層２は、基板１の主面１１上の全面に形成されており、たとえば非晶質ガラスなどのガラス材料からなる。ガラス層２は、ガラスペーストを厚膜印刷したのちに、これを焼成することにより形成されている。ガラス層２は、基板１の主面１１の凹凸をなくして電極層３を積層しやすくし、また、抵抗体層４で発生した熱を蓄熱するために設けられている。なお、抵抗体層４のうちの発熱する部分である発熱部４１を印刷対象である感熱紙などにより押し当てやすくするために、ガラス層２の抵抗体層４が形成される部分に、ｙｚ平面の断面形状が円弧状となる部分グレースを形成するようにしてもよい。

電極層３は、抵抗体層４に通電するための経路を構成するためのものであり、基板１の主面１１のガラス層２上に形成されている。電極層３は、たとえば添加元素としてロジウム、バナジウム、ビスマス、シリコンなどが添加されたレジネートＡｕからなる。電極層３は、レジネートＡｕのペーストを厚膜印刷したのちに、これを焼成することにより形成されている。なお、電極層３は、スパッタリングなどの薄膜形成技術によって形成するようにしてもよい。また、電極層３は、複数のＡｕ層を積層させることによって構成してもよい。電極層３の厚さは特に限定されないが、たとえば０．６〜１．２［μｍ］程度である。電極層３は、基板１の主面１１以外の部分に形成された部位を有していてもよい。電極層３は、共通電極３１および複数の個別電極３５を備えている。

共通電極３１は、複数の帯状部３２、連結部３３、および迂回部３４を備えている。図２および図３に示すように、連結部３３は、基板１のｙ方向下流側の端部寄りに配置されており、ｘ方向に延びる帯状である。なお、連結部３３の基板１とは反対側の面には、連結部３３の抵抗による発熱を抑制するために、連結部３３(電極層３)より抵抗率が小さい素材（たとえばＡｇ）によって、ｘ方向に延びる帯状の補助電極層が形成されていてもよい。帯状部３２は、連結部３３からｙ方向上流側に延びており、ｘ方向に等ピッチで複数配列されている。当該「帯状部３２」が、本発明の「第１帯状部」に相当する。迂回部３４は、連結部３３のｘ方向の一端からｙ方向に延びている。

個別電極３５は、抵抗体層４に対して部分的に通電するためのものであり、共通電極３１に対して逆極性となる部位である。個別電極３５は、ｘ方向に等ピッチで複数配列されており、各々が帯状部３６およびボンディング部３７を有している。帯状部３６は、ｙ方向に延びた帯状部分であり、隣り合う２つの帯状部３２の間に位置している。つまり、帯状部３６と帯状部３２とは、ｘ方向において交互に配置されている。当該「帯状部３６」が、本発明の「第２帯状部」に相当する。ボンディング部３７は、帯状部３６のｙ方向上流側端部に設けられている。

抵抗体層４は、電極層３を構成する材料よりも抵抗率が大きい、たとえば酸化ルテニウムなどからなり、基板１の主面１１のガラス層２上で、ｘ方向に延びる帯状に形成されている。抵抗体層４は、酸化ルテニウムなどのペーストを厚膜印刷したのちに、これを焼成することにより形成されている。なお、抵抗体層４は、スパッタリングなどの薄膜形成技術によって形成するようにしてもよい。抵抗体層４の厚さは特に限定されないが、厚膜印刷の場合たとえば６［μｍ］程度であり、スパッタリングの場合たとえば０．０５〜０．２［μｍ］程度である。抵抗体層４は、複数の帯状部３２および複数の帯状部３６の上側に、複数の帯状部３２と複数の帯状部３６とにそれぞれ交差するように形成されている。抵抗体層４のうち各帯状部３２と各帯状部３６とに挟まれた部位が、発熱部４１となっている。発熱部４１は、電極層３によって部分的に通電されることにより発熱する部位であり、この発熱によって印字ドットが形成される。

保護層５，６は、抵抗体層４および電極層３を保護するためのものである。保護層５は、たとえば非晶質ガラスからなる。この非晶質ガラスの軟化点は、たとえば７００℃程度である。図３に示すように、保護層５は、ｙ方向において、基板１の下流側端縁手前（たとえば端縁より０．１〜０．５［ｍｍ］手前）から個別電極３５のボンディング部３７の手前にわたる領域に形成されており、少なくとも複数の発熱部４１を覆っており、本実施形態においては、電極層３の大部分を覆っている。保護層５は、ガラスペーストを厚膜印刷したのちに、これを焼成することによって形成される。そして、保護層５は、基板１の厚さ方向視において（ｚ方向下流側から見て）抵抗体層４に重なる部分の、基板１の主面１１からの高さが所望の寸法になるように、また、保護層６との密着性を高めるために、表面が研削される。これにより、保護層５の抵抗体層４に重なる部分のｚ方向下流側の面には、ｙ方向に平行な（ｘ方向に直交する）溝５ａが多数形成される（図５参照）。保護層５の厚さは特に限定されないが、たとえば６〜８［μｍ］程度である。なお、保護層５は、ｙ方向において、基板１の下流側端縁まで形成されていてもよい。「保護層５」が本発明の「第２保護層」に相当し、「保護層６」が本発明の「保護層」に相当する。

図４および図５に示すように、保護層６は、保護層５の外側（ｚ方向下流側）に形成されており、下地層６１、低密度層６２および高密度層６３を備えている。本実施形態においては、内側から外側に向かって順に、下地層６１、低密度層６２、高密度層６３、低密度層６２、および高密度層６３が積層されている。なお、本実施形態において、保護層６は保護層５を覆うようにして形成されているが、これに限られず、ｚ方向下流側から見て少なくとも複数の発熱部４１を覆っていればよい。下地層６１は、保護層５と低密度層６２との密着性を増すために設けられており、例えばＳｉＮ系の材料によって形成されたシリコンナイトライドである。なお、下地層６１は、設けなくてもよい。

低密度層６２および高密度層６３は、テトラヘデラル・アモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）によって形成されている。ｔａ−Ｃは、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）よりダイヤモンド含有量が高く、４５〜８５％程度である（ＤＬＣは２５％程度）。また、ＤＬＣの密度が２．２［ｇ／ｃｍ³］程度であるのに対して、ｔａ−Ｃの密度は、２．５〜３．３［ｇ／ｃｍ³］程度である。つまり、ｔａ−Ｃは、ダイヤモンド含有量を高め、密度を高めた炭素系材料である。ｔａ−Ｃは、ダイヤモンド含有量が高いので、硬度（３５〜８０［ＧＰａ］程度）および耐熱温度（窒素雰囲気中で６００〜８００℃程度）が高く、摩擦係数（０．０８〜０．１程度）が小さい。

低密度層６２は、高密度層６３と比べると密度が低く２．５〜３．０［ｇ／ｃｍ³］程度であり、昇華温度が３５０℃（窒素雰囲気中）程度で、ヴィカース硬度が２０００［Ｈｖ］程度である。低密度層６２の厚さは、２００〜２０００［ｎｍ］程度である。本実施形態では、低密度層６２の厚さを、より外側（ｚ方向下流側）のものほど厚くなるように形成している。なお、各低密度層６２の厚さは、いずれも同等の厚さとしてもよいし、外側のものほど薄くなるようにしてもよい。ただし、外側のものほど厚くなるようにするのが望ましい。高密度層６３は、低密度層６２と比べると密度が高く３．１〜３．３［ｇ／ｃｍ³］程度であり、昇華温度が８００℃（窒素雰囲気中）程度で、ヴィカース硬度が８０００［Ｈｖ］程度である。高密度層６３の厚さは、５〜５０［ｎｍ］程度である。保護層６の最も外側には、高密度層６３が配置されている。

なお、低密度層６２および高密度層６３の密度、昇華温度およびヴィカース硬度は限定されない。また、低密度層６２および高密度層６３は、ｔａ−Ｃに限定されず、ＤＬＣであってもよい。ただし、ＤＬＣは昇華温度が低くグラファイト化しやすいので、少なくとも高密度層６３は、ｔａ−Ｃとするのが望ましい。また、低密度層６２および高密度層６３の厚さも限定されない。高密度層６３は内部応力が高くなるので、厚く形成するのが難しい。本実施形態では、低密度層６２を厚く形成し、さらに、低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ２層ずつ交互に積層することで、保護層６の厚さを所望の厚さに形成している。高密度層６３をより厚く形成した場合は、低密度層６２をより薄く形成してもよい。

本実施形態では、低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ２層ずつ交互に積層している場合について説明しているが、積層数は限定されない。例えば、図６に示すように、低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ１層ずつ積層してもよいし、図７に示すように、低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ４層ずつ積層してもよい。

低密度層６２および高密度層６３は、図８に示す成膜処理装置９によって形成される。当該成膜処理装置９は、イオンビーム蒸着法により成膜を行う。当該成膜処理装置９は、まず、電源９１によるアーク放電によって、プラズマ生成部９２で炭素プラズマを生成する。そして、電磁気的空間フィルタ９３によってプラズマ炭素イオン９９を抽出し、真空チャンバ９５内に配置された成膜対象物Ｗにｔａ−Ｃ膜を成膜する。本実施形態では、成膜対象物Ｗとして、ガラス層２、電極層３、抵抗体層４、保護層５および下地層６１が形成された基板１を真空チャンバ９５内に配置して、下地層６１の外側に、ｔａ−Ｃ膜である低密度層６２および高密度層６３を形成する。成膜処理装置９は、成膜対象物Ｗに印加するバイアス電圧を変化させることで、プラズマ炭素イオン９９のエネルギーレベルを変化させ、ｔａ−Ｃ膜の密度を変化させることができる。本実施形態では、バイアス電圧を２つの電圧で切り替えて、密度の低い低密度層６２と密度の高い高密度層６３とを、交互に形成している。バイアス電圧の切り替えは連続的に行われるので、低密度層６２と高密度層６３との境界領域では、低密度層６２側から高密度層６３側に向かうにつれて密度が漸増する。なお、低密度層６２および高密度層６３の成膜方法は限定されない。他の方式によって、低密度層６２および高密度層６３を形成するようにしてもよい。

図５に示すように、保護層５の抵抗体層４に重なる部分のｚ方向下流側の面には溝５ａが形成されているので、保護層５に積層された保護層６の最も外側の高密度層６３の外面（ｚ方向下流側の面）に、溝６ａが形成される。溝６ａは、抵抗体層４に重なる部分に、ｙ方向に平行に、すなわち、主走査方向（ｘ方向）に直交するように、多数形成される。当該溝６ａは、図１１（ａ），（ｂ）の左側の各写真に表れている。

図９および図１０は、保護層６の実際の断面写真であり、エネルギー分散型Ｘ線分析(Energy dispersive X-ray spectrometry;ＥＤＸ)を用いた透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope;ＴＥＭ）によって撮像したものである。当該撮像は、低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ４層ずつ交互に積層した保護層６（図７参照）について行ったものである。図９（ａ）は、図７の太線で囲んだ領域Ａの部分を拡大した写真である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の上方をさらに拡大した写真であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）の下方をさらに拡大した写真である。図１０（ａ）は、図９（ｂ）の太線で囲んだ領域Ｂの部分を拡大した写真であり、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）の太線で囲んだ領域Ｃの部分を拡大した写真である。

図９および図１０に表れているように、低密度層６２と高密度層６３とが交互に積層されていることが確認できる。低密度層６２の厚さは約２６９〜４１０［ｎｍ］であり、高密度層６３の厚さは約５〜６［ｎｍ］であった。図９に示すように、低密度層６２は、外側（ｚ方向下流側）に配置されたものの厚さが、内側（ｚ方向上流側）に配置されたものより厚くなっている。なお、外側の２つの低密度層６２の厚さは逆転しているが、誤差の範囲である。また、図９（ｃ）に表れているように、保護層５の外側の面は凹凸が大きいが、下地層６１の外側の面は凹凸が滑らかになっている。これにより、保護層６の外側の面が滑らかになる。また、図１０に表れているように、低密度層６２と高密度層６３との境界領域には、低密度層６２および高密度層６３とは異なる層が積層されている。当該層は、低密度層６２側から高密度層６３側に向かうにつれて密度が漸増して形成された層である。

駆動ＩＣ７１は、複数の個別電極３５を選択的に通電させることにより、複数の発熱部４１のいずれかを任意に発熱させる機能を果たす。図１および図３に示すように、本実施形態においては、複数の駆動ＩＣ７１が、ガラス層２上に配置されている。本実施形態においては、駆動ＩＣ７１とガラス層２との間に、電極層３の一部および支持ガラス層２７が介在している（図３参照）。図２に示すように、駆動ＩＣ７１には、複数のパッド７２が形成されている。複数のパッド７２は、複数のワイヤ７３を介して複数の個別電極３５のボンディング部３７、または、ガラス層２に形成された電極層３の一部であるパッドに接続されている。図１に示すように、駆動ＩＣ７１は、封止樹脂８２によっておおわれている。封止樹脂８２は、たとえば黒色の絶縁性軟質樹脂からなる。なお、図２および図３においては、理解の便宜上封止樹脂８２を省略している。

また、図１に示すように、基板１には、コネクタ８３が設けられている。コネクタ８３は、サーマルプリントヘッド１０１をたとえばプリンタに組み込む際に、このプリンタ側のコネクタと接続される。

次に、サーマルプリントヘッド１０１の作用について説明する。

本実施形態によれば、保護層５の外側（ｚ方向下流側）に保護層６が形成されている。保護層６は、低密度層６２および高密度層６３を備えている。低密度層６２および高密度層６３は、テトラヘデラル・アモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）によって形成されている。ｔａ−Ｃは、硬度が高く、摩擦係数が小さい。したがって、サーマルプリントヘッド１０１の保護層６は、傷つきにくく、耐摩耗性に優れている。また、低密度層６２より密度が高く、より耐摩耗性に優れた高密度層６３が、低密度層６２より外側に配置されている。したがって、サーマルプリントヘッド１０１の保護層６は、より耐摩耗性に優れている。

図１１および図１２は、サーマルプリントヘッド１０１の耐摩耗加速試験の試験結果を示す図である。本試験では、（ａ）低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ２層ずつ交互に積層した場合（図４参照）、（ｂ）低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ１層ずつ積層した場合（図６参照）、および、（ｃ）保護層６に代えてＳｉＣを積層した場合で、耐摩耗加速試験を行った。各場合とも、ラッピング紙＃８０００を２．０［ｋｍ］走行させて、摩耗量を確認した。

図１１は、左側が試験前の表面の状態を撮像した写真であり、右側が試験後（２．０［ｋｍ］走行させた後）の表面の状態を撮像した写真である。（ａ）２層ずつ交互に積層した場合、および、（ｂ）１層ずつ積層した場合とも、試験後には表面が摩耗して、溝６ａが見えなくなっている。また、（ｃ）ＳｉＣを積層した場合も、同様に、試験後には表面が摩耗して、溝が見えなくなっている。

図１２は、試験前後の断面プロファイルを示しており、Ｄが試験前の断面プロファイルであり、Ｅが試験後の断面プロファイルである。紙送りの方向は、各図において左から右への方向である。（ａ）２層ずつ交互に積層した場合、最大０．７４［μｍ］摩耗した。図示しないが、１．０［ｋｍ］走行時点では、最大０．３９［μｍ］摩耗した。（ｂ）１層ずつ積層した場合、最大０．５１［μｍ］摩耗した。図示しないが、１．０［ｋｍ］走行時点では、最大０．３１［μｍ］摩耗した。（ｃ）ＳｉＣを積層した場合、最大２．８８［μｍ］摩耗した。図示しないが、１．０［ｋｍ］走行時点では、最大１．３４［μｍ］摩耗した。試験後の摩耗量は、（ａ）の場合は（ｃ）の場合の４分の１程度であり、（ｂ）の場合は（ｃ）の場合の５分の１以下であった。

以上のように、（ａ）２層ずつ交互に積層した場合、および、（ｂ）１層ずつ積層した場合とも、（ｃ）ＳｉＣを積層した場合と比べて、摩耗量が圧倒的に小さい。（ａ）の場合と（ｂ）の場合との差は誤差の範囲であり、摩耗量は積層数に関係ないと考えられる。本試験結果から、保護層６の耐摩耗性が、ＳｉＣを積層した保護層と比べて、非常に優れていることが明らかである。

また、本実施形態によれば、保護層６は、高密度層６３より厚く形成することができる低密度層６２を備えているので、厚く形成することができる。さらに、低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ２層ずつ交互に積層しているので、保護層６の厚さをより厚くすることができる。サーマルプリントヘッド１０１の保護層６の厚さは、図６および図７に示す変形例のように低密度層６２の厚さおよび積層数を調整することで、所望の厚さにすることができる。

低密度層６２および高密度層６３は、どちらもｔａ−Ｃによって形成されており、密度が異なるだけである。したがって、低密度層６２および高密度層６３の形成は、同じ工程で行うことができる。図８に示す成膜処理装置９で形成する場合は、成膜対象物Ｗに印加するバイアス電圧を切り替えるだけで、低密度層６２と高密度層６３とを切り替えて形成することができる。したがって、途中で材料や工程を切り替える必要がない。よって、保護層６の形成工程が短時間で済む。

また、本実施形態によれば、保護層６の最も外側の高密度層６３の外面（ｚ方向下流側の面）の、抵抗体層４に重なる部分に、主走査方向（ｘ方向）に直交する多数の溝６ａが形成されている（図１１（ａ），（ｂ）の左側の写真参照）。これにより、感熱記録紙が摩擦により保護層６の外面に貼り付くことを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、低密度層６２と高密度層６３との境界領域では、低密度層６２側から高密度層６３側に向かうにつれて密度が漸増している。当該境界領域では硬度が漸増するので、内部応力も漸増する。したがって、低密度層６２と高密度層６３との内部応力の差が緩和され、内部応力差による歪みを軽減することができる。

図１３〜図１７は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図１３は、本発明の第２実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。図１３に示すサーマルプリントヘッド１０２は、保護層６の構成が、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０１（図１〜５参照）と異なっている。第２実施形態に係る保護層６は、低密度層６２および高密度層６３をそれぞれ１層ずつ備えており、低密度層６２と高密度層６３との間に、第１中密度層６４および第２中密度層６５を備えている。第１中密度層６４は、第２中密度層６５より内側（低密度層６２側）に配置されている。したがって、保護層６は、内側から外側に向かって、低密度層６２、第１中密度層６４、第２中密度層６５、高密度層６３の順で積層されている。

第１中密度層６４および第２中密度層６５は、低密度層６２および高密度層６３と同様に、ｔａ−Ｃによって形成されている。第１中密度層６４および第２中密度層６５の密度は、低密度層６２の密度より高く、高密度層６３の密度より低い。また、第１中密度層６４の密度は、第２中密度層６５の密度より低い。つまり、保護層６は、内側から外側に向かって、密度が高くなるように積層されている。また、第１中密度層６４および第２中密度層６５の特性は、低密度層６２と高密度層６３との間の特性を示す。また、第１中密度層６４および第２中密度層６５の厚さは、低密度層６２より厚く、高密度層６３の密度より薄い。また、第１中密度層６４の厚さは、第２中密度層６５より厚い。つまり、保護層６は、各層の厚さが、内側から外側に向かって薄くなるように積層されている。

本実施形態においても、低密度層６２、高密度層６３、第１中密度層６４、および第２中密度層６５がいずれもｔａ−Ｃによって形成され、高密度層６３が低密度層６２、第１中密度層６４、および第２中密度層６５より外側に形成されているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によると、低密度層６２と高密度層６３との間に、これらの間の硬度の第１中密度層６４および第２中密度層６５が配置されている。したがって、隣り合う層との内部応力の差が緩和され、内部応力差による歪みを軽減することができる。

なお、本実施形態においては、低密度層６２と高密度層６３との間に、２つの第１中密度層６４および第２中密度層６５を備える場合について説明したが、これに限られない。低密度層６２と高密度層６３との間に配置される層は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

図１４は、本発明の第３実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。図１４に示すサーマルプリントヘッド１０３は、保護層６の構成が、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０１（図１〜５参照）と異なっている。第３実施形態に係る保護層６は、低密度層６２と下地層６１との間にさらに高密度層６３を備えている。

本実施形態においても、高密度層６３が低密度層６２より外側に形成されているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

図１５は、本発明の第４実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。図１５に示すサーマルプリントヘッド１０４は、保護層６の構成が、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０１（図１〜５参照）と異なっている。第４実施形態に係る保護層６は、最も外側に、高密度層６３に代えて導電性高密度層６３’を備えている。

導電性高密度層６３’は、高密度層６３に導電性を付加したものであり、成膜時に、例えばＮｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｎなどをドーピングすることで形成される。導電性高密度層６３’は、例えば共通電極３１に電気的に接続されている。

本実施形態においても、高密度層６３と同様の特性を有する導電性高密度層６３’が低密度層６２より外側に形成されているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態においては、導電性高密度層６３’が導電性を有するので、保護層６の外面と感熱記録紙との摩擦により発生した静電気を効率よく逃がすことができる。これにより、静電気によって感熱記録紙が保護層６の外面に貼り付くことや、紙カス（感熱記録紙の一部が剥離した微細なカス）が付着することを抑制することができる。

なお、本実施形態においては、保護層６の最も外側の層を導電性高密度層６３’とした場合について説明したが、これに限られない。その他の高密度層６３を導電性高密度層６３’としてもよい。例えば、図４に示すサーマルプリントヘッド１０１において、２つの低密度層６２で挟まれた高密度層６３を導電性高密度層６３’としてもよい。また、図１４に示すサーマルプリントヘッド１０３において、最も内側の高密度層６３を導電性高密度層６３’としてもよい。また、低密度層６２のいずれかを導電性を付加したものとしてもよい。また、低密度層６２および高密度層６３の他に、導電性を有する導電層を追加するようにしてもよい。これらの場合でも、第４実施形態と同様の効果を奏することができる。

図１６は、本発明の第５実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。図１６に示すサーマルプリントヘッド１０５は、保護層６の構成が、第１実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０１（図１〜５参照）と異なっている。第５実施形態に係る保護層６は、最も外側の高密度層６３のさらに外側に、金属層６６を備えている。

金属層６６は、たとえばＣｒＮからなり、最も外側の高密度層６３のさらに外側に形成されている。金属層６６は、たとえばスパッタリングなどの薄膜形成技術によって形成されている。金属層６６の厚さは特に限定されないが、たとえば０．２〜１．０［μｍ］程度である。本実施形態では、金属層６６は、最も外側の高密度層６３の全面を覆うように形成されている。なお、金属層６６は、例えば共通電極３１に電気的に接続していてもよい。

本実施形態においても、保護層６が低密度層６２および高密度層６３を備え、高密度層６３が低密度層６２より外側に形成されているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態においては、最も外側の高密度層６３のさらに外側に、金属層６６が形成されている。金属層６６は離型性が高いので、保護層６の外面に、感熱記録紙の紙カスが付着することを抑制することができる。さらに、金属層６６を共通電極３１に電気的に接続した場合、保護層６の外面と感熱記録紙との摩擦により発生した静電気を効率よく逃がすことができる。これにより、静電気によって紙カスが保護層６の外面に付着することを抑制することができる。

なお、本実施形態では、金属層６６が最も外側の高密度層６３の全面を覆うように形成されているが、これに限られない。紙カスは、保護層６のうち抵抗体層４によってｚ方向側に突出した部分の下流側直近の領域に付着しやすいので、金属層６６は、少なくとも当該領域に形成されていればよい。たとえば、当該突出した部分には形成されていなくてもよい。当該突出した部分に形成された金属層６６が、感熱記録紙との摩擦で削られて、高密度層６３が露出したとしても、突出した部分の下流側直近の領域の金属層６６は残っているので、紙カスの付着を抑制するという効果は低減しない。

また、本実施形態では、金属層６６がＣｒＮからなる場合について説明したが、金属層６６の材質は限定されない。たとえば、ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＣａＮ，ＺｎＮなどの離形性の高い金属化合物であってもよく、高密度層６３より紙カスが付着しにくくなる金属または金属化合物であればよい。なお、発明者の実験によると、金属層６６を窒化金属とした場合に紙カスの付着をより抑制でき、ＣｒＮとした場合が最も紙カスの付着を抑制できたので、金属層６６はＣｒＮとするのが望ましい。

なお、最も外側の高密度層６３と金属層６６との境界領域に、ｔａ−ＣとＣｒＮとが混在した混在層が積層されていてもよい。金属層６６の形成工程においてＣｒＮをスパッタリングした場合、最も外側の高密度層６３の外側の領域にＣｒＮが混じって、境界領域に混在層が形成される場合がある。本発明は、このように形成された混在層が積層される場合も含んでいる。

図１７は、本発明の第６実施形態に係るサーマルプリントヘッドを示す要部拡大断面図である。図１７に示すサーマルプリントヘッド１０６は、保護層６の構成が、第５実施形態に係るサーマルプリントヘッド１０５（図１６参照）と異なっている。第６実施形態に係る保護層６は、最も外側の高密度層６３の外側に加えて、外側の低密度層６２と内側の高密度層６３との間にも、金属層６６を備えている。つまり、サーマルプリントヘッド１０６の保護層６は、内側から外側に向かって、低密度層６２、高密度層６３、金属層６６、低密度層６２、高密度層６３、金属層６６の順で積層されている。

低密度層６２と高密度層６３との間に形成される金属層６６は、最も外側の高密度層６３のさらに外側に形成される金属層６６と同様である。すなわち、たとえばＣｒＮからなり、たとえばスパッタリングなどの薄膜形成技術によって形成され、たとえば０．２〜１．０［μｍ］程度の厚さとされる。保護層６は、図８に示す成膜処理装置９によるイオンビーム蒸着法によって、低密度層６２および高密度層６３が形成され、スパッタリングなどの薄膜形成技術によって、金属層６６が形成され、これらが２回繰り返されることで形成される。なお、低密度層６２と高密度層６３との間に形成される金属層６６は、例えば共通電極３１に電気的に接続していてもよい。

本実施形態においても、保護層６が低密度層６２および高密度層６３を備え、高密度層６３が低密度層６２より外側に形成されているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施形態においては、最も外側の高密度層６３のさらに外側に金属層６６が形成されているので、保護層６の外面に、感熱記録紙の紙カスが付着することを抑制することができる。さらに、低密度層６２と高密度層６３との間に金属層６６が形成されるので、保護層６の厚さをより厚くすることができる。また、当該金属層６６は、外側に、耐摩耗性に優れた高密度層６３および低密度層６２が形成されているので、摩耗しにくい。当該金属層６６を共通電極３１に電気的に接続した場合、保護層６の外面と感熱記録紙との摩擦により発生した静電気を効率よく逃がすことができる。これにより、静電気によって紙カスが保護層６の外面に付着することを抑制することができる。この場合、外側の金属層６６が離型性を発揮し、内側の金属層６６が静電気の帯電を抑制する機能を発揮することで、紙カスの付着をより抑制できる。

なお、内側の金属層６６の配置は、上記したものに限られない。たとえば、外側の高密度層６３と外側の低密度層６２との間や、内側の高密度層６３と内側の低密度層６２との間に、金属層６６を形成するようにしてもよい。また、最も外側の高密度層６３の外側の金属層６６を設けず、低密度層６２と高密度層６３との間にだけ金属層６６を設けるようにしてもよい。つまり、保護層６を、内側から外側に向かって、低密度層６２、高密度層６３、金属層６６、低密度層６２、高密度層６３の順で積層したものとしてもよい。この場合でも、金属層６６を共通電極３１に電気的に接続した場合、静電気を効率よく逃がすことができるので、紙カスが保護層６の外面に付着することを抑制することができる。

上記第１ないし第６実施形態においては、本発明に係る保護層６を、いわゆる厚膜タイプのサーマルプリントヘッドに用いた場合について説明したが、これに限られない。本発明に係る保護層６は、いわゆる薄膜タイプのサーマルプリントヘッドにも用いることができる。また、基板１やガラス層２の形状にも関係なく、あらゆるタイプのサーマルプリントヘッドにも用いることができる。

本発明に係るサーマルプリントヘッドは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るサーマルプリントヘッドの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１０１〜１０６：サーマルプリントヘッド
１ ：基板
１１ ：主面
１２ ：裏面
２ ：ガラス層
２７ ：支持ガラス層
３ ：電極層
３１ ：共通電極
３２ ：帯状部（第１帯状部）
３３ ：連結部
３４ ：迂回部
３５ ：個別電極
３６ ：帯状部（第１帯状部）
３７ ：ボンディング部
４ ：抵抗体層
４１ ：発熱部
５ ：保護層（第２保護層）
５ａ ：溝
６ ：保護層
６１ ：下地層
６２ ：低密度層
６３ ：高密度層
６３' ：導電性高密度層
６４ ：第１中密度層
６５ ：第２中密度層
６６ ：金属層
６ａ ：溝
７１ ：駆動ＩＣ
７２ ：パッド
７３ ：ワイヤ
８２ ：封止樹脂
８３ ：コネクタ
９ ：成膜処理装置
９１ ：電源
９２ ：プラズマ生成部
９３ ：電磁気的空間フィルタ
９５ ：真空チャンバ
９９ ：プラズマ炭素イオン
Ｗ ：成膜対象物

Claims (21)

1. 一方の面である主面を有する基板と、
   前記基板の主面側に形成された抵抗体層と、
   前記抵抗体層に通電するための電極層と、
   前記抵抗体層の少なくとも一部を覆う保護層と、
   を備えており、
   前記保護層は、
   炭素を主成分とする低密度層と、炭素を主成分とし、前記低密度層より密度の高い高密度層と、を備え、
   前記高密度層が前記低密度層より外側に配置されている、
   ことを特徴とするサーマルプリントヘッド。
2. 前記保護層は、前記低密度層と前記高密度層とを交互に、少なくとも２つずつ備えている、
   請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
3. 複数の前記低密度層は、外側のものほど厚さが厚い、
   請求項２に記載のサーマルプリントヘッド。
4. 前記保護層は、前記低密度層と前記高密度層との間に配置され、炭素を主成分とし、密度が前記低密度層と前記高密度層との間である中密度層をさらに備えている、
   請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
5. 前記保護層は、それぞれ密度の異なる前記中密度層を複数、密度が高い方を外側にして備えている、
   請求項４に記載のサーマルプリントヘッド。
6. 前記保護層は、前記低密度層の内側に、さらに前記高密度層を備えている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
7. 前記高密度層の少なくとも１つは導電性を有する、
   請求項１ないし６のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
8. 前記保護層は、導電性を有する導電層を、さらに備えている、
   請求項１ないし６のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
9. 前記低密度層と前記高密度層との境界領域では、前記低密度層側から前記高密度層側に向かうにつれて密度が漸増している、
   請求項１ないし８のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
10. 前記低密度層および前記高密度層は、同じ材料により形成されている、
    請求項１ないし９のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
11. 前記低密度層および前記高密度層は、テトラヘデラル・アモルファスカーボンにより形成されている、
    請求項１０に記載のサーマルプリントヘッド。
12. 前記高密度層の厚さは、前記低密度層の厚さより薄い、
    請求項１ないし１１のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
13. 前記高密度層の厚さは、５〜５０［ｎｍ］である、
    請求項１ないし１２のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
14. 前記低密度層の厚さは、２００〜２０００［ｎｍ］である、
    請求項１ないし１３のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
15. 前記保護層の内側に配置される第２保護層をさらに備えており、
    前記保護層は、前記第２保護層と接する下地層をさらに備えている、
    請求項１ないし１４のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
16. 前記電極層は、
    副走査方向に延び、主走査方向に互いに離間して配置される複数の第１帯状部、および、複数の前記第１帯状部と接続し、前記主走査方向に延びる連結部を有する共通電極と、
    前記副走査方向に延びる第２帯状部をそれぞれ有し、前記基板の前記主走査方向に互いに離間して配置される複数の個別電極と、
    を備えており、
    前記抵抗体層は、
    前記主走査方向に延びる帯状であり、
    前記第１帯状部および前記第２帯状部は、前記主走査方向において交互に、前記抵抗体層に交差するように配置されている、
    請求項１ないし１５のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
17. 前記保護層の外面の、前記基板の厚さ方向視において前記抵抗体層に重なる部分には、前記主走査方向に直交する方向の溝が形成されている、
    請求項１６に記載のサーマルプリントヘッド。
18. 前記保護層は、金属または金属化合物からなる金属層をさらに備えている、
    請求項１ないし１７のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。
19. 前記金属層は、窒化金属により形成されている、
    請求項１８に記載のサーマルプリントヘッド。
20. 前記金属層は、ＣｒＮにより形成されている、
    請求項１９に記載のサーマルプリントヘッド。
21. 前記金属層は、前記保護層の最も外側に配置されている、
    請求項１８ないし２０のいずれかに記載のサーマルプリントヘッド。