JP3313953B2 - サーマルヘッド - Google Patents

サーマルヘッド

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JP3313953B2 JP26407295A JP26407295A JP3313953B2 JP 3313953 B2 JP3313953 B2 JP 3313953B2 JP 26407295 A JP26407295 A JP 26407295A JP 26407295 A JP26407295 A JP 26407295A JP 3313953 B2 JP3313953 B2 JP 3313953B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はサーマルヘッドに係
り、特に、表面に保護層を有し、この保護層の耐摩耗性
を著しく向上させることを可能としたサーマルヘッドに
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、感熱プリンタ、熱転写プリンタ
等のサーマルプリンタに搭載されるサーマルヘッドは、
例えば、複数の発熱抵抗体を絶縁性基板上に直線的に整
列配置し、印字情報に基づいて前記各発熱抵抗体を選択
的に通電加熱させて、感熱プリンタにおいてはサーマル
紙といわれる感熱記録紙に発色記録させるか、また、熱
転写プリンタにおいては、インクリボンのインクを溶融
して普通紙に転写記録させるようになっている。
【0003】図4はこのような従来のサーマルヘッドを
示したものであり、アルミナ等の絶縁性材料からなる基
板1の上面には、耐熱ガラスやSiO2 等の熱伝導性の
低い材料からなり保温層として機能する保温層2が形成
されており、この保温層2は、その一部が上方に突出す
るように形成されるとともに、この突出部分からさらに
上方に突出する凸部3が形成されている。この保温層2
の前記凸部3の上面には、Ta2 NやTa−SiO2 等
の材料からなる複数の発熱抵抗体4が、蒸着、スパッタ
リング等により積層後にフォトリソグラフィ技術により
所定パターンにエッチングを行なうことにより直線状に
整列するように形成されている。
【0004】また、前記各発熱抵抗体4の両側の上面に
は、各発熱抵抗体4に対してそれぞれ個別に接続される
個別電極5および前記各発熱抵抗体4のすべてに接続さ
れる共通電極6がそれぞれ形成されており、これら各電
極5,6は、例えば、Al、Cu、Au等の軟質金属か
らなり、蒸着、スパッタリング等により積層された後に
フォトリソグラフィ技術によりエッチングを行なうこと
により所望の形状のパターンに形成されている。そし
て、前記各発熱抵抗体4は、前記共通電極6および個別
電極5の間に、最小印字単位たる1ドットに相当分の発
熱部を露出するようにして各個独立に形成されるように
なっている。
【0005】さらに、前記基板1、保温層2、各発熱抵
抗体4および各電極5,6の上面には、各発熱抵抗体4
および各電極5,6を保護する保護層7が約7〜10μ
mの膜厚に積層されており、この保護層7は、各電極
5,6の端子部以外のすべての部分を被覆するようにな
されている。この保護層7は、発熱抵抗体4を酸化によ
る劣化から保護するSiO2 等からなる約2μmの膜厚
の耐酸化層8と、この耐酸化層8上に積層され感熱記録
紙、インクリボン等の感熱記録部材との接触による摩耗
から各発熱抵抗体4および各電極5,6を保護するTa
2 O5 等からなる約5〜8μmの膜厚の耐摩耗層9とか
ら構成されている。この保護層7は、前記各電極5,6
の端子部以外の表面のすべてを被覆するようになされて
おり、この保護層7の耐酸化層8および耐摩耗層9は、
スパッタリング等の手段により順次形成されるものであ
る。
【0006】このような従来のサーマルヘッドにおいて
は、所定の印字情報に基づいて前記個別電極5に選択的
に通電することにより、対応する発熱抵抗体4の発熱部
を発熱させ、用紙に対してインクリボンのインクを溶融
転写記録させて所望の印字を行なうようになっている。
【0007】また、近年、このようなサーマルヘッドに
おいて、印字の高品質化が要求されてきており、この印
字の高品質化に対応するため、従来は、サーマルヘッド
の発熱抵抗体4の中心からインクリボンの剥離を行なう
基板1の端部までの寸法を小さく形成するとともに、保
温層2の凸部3を大きく突出させて、この凸部3の上に
発熱抵抗体4を形成するようにしている。
【0008】このように構成することにより、発熱抵抗
体4の発熱により溶融されたインクリボンのインクが冷
却固化する前に用紙からインクリボンを剥離することが
できるとともに、サーマルヘッドの発熱部にプラテンの
圧接荷重が集中的に作用するため、インクリボンを用い
ての用紙への良好な印字を行なうことができるものであ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のサ
ーマルヘッドにおいては、インクリボンを用いた印字品
質は向上されるが、インクリボンを用いない感熱記録紙
への印字の際には、保護層7の摩耗が大きくなってしま
い、サーマルヘッドの損傷が生じてしまうという問題が
ある。
【0010】これは、一般に、感熱記録紙には、CaC
O3 、SiO2 等が含まれており、Ta2 O5 等からな
る保護層7が、前記感熱記録紙のCaCO3 、SiO2
等との摩擦により破壊されやすい性質を有しているため
である。
【0011】このため、感熱記録紙への印字を行なった
場合でも、サーマルヘッドの保護層7が摩耗しないよう
に、保温層2の凸部3の形状、保護層7の膜厚を変化さ
せる必要があり、このようにすると、インクリボンを用
いた印字品質が劣化してしまうという問題を有してい
る。
【0012】本発明は前記した点に鑑みてなされたもの
であり、インクリボンを用いた印字品質を低下させるこ
となく、感熱記録紙に対する耐摩耗性を著しく向上させ
ることのできるサーマルヘッドを提供することを目的と
するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項1に記載の発明に係るサーマルヘッドは、基板上
に保温層を形成し、この保温層上に複数の発熱抵抗体を
形成するとともに、対応する発熱抵抗体に個別に接続さ
れる複数の個別電極および前記各発熱抵抗体のすべてに
接続される共通電極を形成し、前記基板、保温層、各発
熱抵抗体および各電極を保護する保護層を形成してなる
サーマルヘッドであって、前記保護層を、SiO2 から
なる下層と、CrC、TiCとSiO2 との混合体から
なる上層とから形成したことを特徴とするものである。
【0014】また、請求項2に記載の発明は、基板上に
保温層を形成し、この保温層上に複数の発熱抵抗体を形
成するとともに、対応する発熱抵抗体に個別に接続され
る複数の個別電極および前記各発熱抵抗体のすべてに接
続される共通電極を形成し、前記基板、保温層、各発熱
抵抗体および各電極を保護する保護層を形成してなるサ
ーマルヘッドであって、前記保護層を、AlNからなる
下層と、CrC、TiCとAl2 3 との混合体からな
る上層とから形成したことを特徴とするものである。
【0015】さらに、請求項3に記載の発明は、請求項
1または請求項2において、前記保護層の上層の上面に
さらに、前記保護層の下層の形成材料により絶縁層を形
成したことを特徴とするものである。
【0016】
【0017】本発明に係るサーマルヘッドによれば、C
rC、TiCとSiO2 またはAl2 3 との混合体に
より保護層の上層を形成するものであり、しかも、下層
に、上層に対して密着性の良好なSi 2 たはAlN
を用いているので、上層は、感熱記録紙に対する耐摩耗
性を高く保持しつつ、クラックや剥離等の故障が発生す
ることを確実に防止することができる。また、前記上層
は耐摩耗性と密着性とのバランスが極めて良好であるた
め、保護層の全体の膜厚を薄く形成することができるも
のである。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
乃至図3を参照して説明する。
【0019】図1は本発明に係るサーマルヘッドの実施
の一形態を示したもので、基板1の上面に形成された保
温層2の上面には、複数の発熱抵抗体4が直線状に整列
するように形成されており、前記各発熱抵抗体4の両側
の上面には、各発熱抵抗体4に対してそれぞれ個別に接
続される個別電極5および前記各発熱抵抗体4のすべて
に接続される共通電極6がそれぞれ形成されている。
【0020】これら基板1、保温層2、各発熱抵抗体4
および各電極5,6の構成は、前記図4に示すものと同
様であるため、同一部分には、同一符号を付して詳細な
説明を省略する。
【0021】また、前記基板1、保温層2、各発熱抵抗
体4および各電極5,6の上面には、各発熱抵抗体4お
よび各電極5,6を保護する保護層7が積層されてお
り、この保護層7は、発熱抵抗体4を酸化による劣化か
ら保護する耐酸化層8と、この耐酸化層8上に積層され
感熱記録紙、インクリボン等の感熱記録部材との接触に
よる摩耗から各発熱抵抗体4および各電極5,6を保護
する耐摩耗層9とから構成されている。
【0022】本実施形態においては、前記耐酸化層8
は、絶縁性と耐酸化性と密着性の良好なSiまたはAl
等の酸化物であるSi02 、Al2 O3 等、あるいはS
iまたはAlの窒化物であるSi3 N4 、AlN等によ
り形成されており、また、耐摩耗層9は、耐摩耗性の良
好な高融点金属の窒化物であるCrN、TiN等あるい
は高融点金属の炭化物であるCrC、TiC等と、密着
性の良好なSiまたはAlの酸化物であるSi02 、A
l2 O3 等あるいはSiまたはAlの窒化物であるSi
3 N4 、AlN等との混合体から形成されている。な
お、この耐摩耗層9の耐摩耗性を高めるためには、高融
点金属の窒化物あるいは炭化物の比率を、例えば、50
%〜90%程度にすればよい。
【0023】次に、本実施形態の作用について説明す
る。
【0024】前記耐摩耗層9を構成する高融点金属の窒
化物または炭化物は、感熱記録紙に対して耐摩耗性が極
めて良好であるが、この高融点金属の窒化物または炭化
物は、耐酸化層8に対して熱膨張率が大きく、かつ、硬
度も大きいため、膜の圧縮応力が小さな状態または大き
い状態で用いると、クラックや剥離等の故障が発生しや
すいという問題がある。
【0025】しかしながら、本実施形態においては、高
融点金属の窒化物または炭化物に、この高融点金属の窒
化物または炭化物に対する密着性に優れ、熱膨張率の小
さいSiまたはAlの酸化物あるいは窒化物を加えた混
合体により、耐摩耗層9を形成するものであり、しか
も、耐酸化層8に、耐摩耗層9に対して密着性の良好な
SiまたはAlの酸化物あるいは窒化物を用いているの
で、耐摩耗層9は、感熱記録紙に対する耐摩耗性を高く
保持しつつ、クラックや剥離等の故障が発生することを
確実に防止することができるものである。
【0026】また、前記耐摩耗層9は、前述のように耐
摩耗性に優れる高融点金属の窒化物または炭化物と、こ
れに対する密着性に優れ熱膨張率の小さいSiまたはA
lの酸化物あるいは窒化物とを加えた混合体により形成
しており、耐摩耗性と密着性とのバランスが極めて良好
であるため、例えば、耐酸化層8の膜厚が1μm、耐摩
耗層9の膜厚が3〜4μm程度で十分な効果を得ること
ができ、これにより、保護層7の全体の膜厚を、従来の
7〜10μmから4〜5μm程度に薄く形成することが
可能となる。
【0027】また、図2は本発明のサーマルヘッドと従
来のサーマルヘッドを用いて、感熱記録紙(富士写真フ
ィルム株式会社製F50UJ)に対して印字速度を10
0cps、サーマルヘッドのプラテンへの圧接圧を90
0gとして印字を行ない、この場合におけるサーマルヘ
ッドの走行距離と保護層7の摩耗寸法を測定した実験結
果を示したものである。
【0028】この実験結果によれば、本発明のサーマル
ヘッドの保護層7の摩耗寸法は、従来のサーマルヘッド
の保護層7の摩耗寸法に比較して、約1/5程度の摩耗
寸法であることを示しており、本発明のサーマルヘッド
は、耐摩耗性が著しく向上していることがわかる。
【0029】したがって、本実施形態においては、高融
点金属の窒化物または炭化物に、この高融点金属の窒化
物または炭化物に対する密着性に優れ熱膨張率の小さい
SiまたはAlの酸化物あるいは窒化物を加えた混合体
により、耐摩耗層9を形成し、しかも、耐酸化層8に、
耐摩耗層9に対して密着性の良好なSiまたはAlの酸
化物あるいは窒化物を用いているので、耐酸化層8に対
する耐摩耗層9の剥離等の発生を確実に防止しつつ、耐
摩耗層9の感熱記録紙に対する耐摩耗性を著しく高める
ことができる。
【0030】また、耐摩耗性と密着性とのバランスが極
めて良好であるため、保護層7の全体の膜厚を薄く形成
することが可能となり、膜形成時間を短縮して、生産効
率を高めることができる。
【0031】また、図3は本発明の実施の他の形態を示
したもので、本実施形態においては、耐摩耗層9の上面
に絶縁層10を形成するようにしたものであり、その他
の構成は、前記実施形態に示すものと同様であるため、
同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【0032】本実施形態において前記絶縁層10を形成
する手段としては、例えば、前記耐酸化層8の絶縁性材
料および耐摩耗層9の導電性材料をスパッタリング等の
手段により順次形成した後、前記耐酸化層8の材料を用
いて絶縁性酸化膜である絶縁層10をスパッタリングに
より薄く形成するものがある。また、その他の手段とし
ては、耐摩耗層9の表面を、酸素プラズマ処理により強
制酸化することにより、絶縁層10を形成するものがあ
る。
【0033】一般に、サーマルヘッドを形成する場合
に、各電極5,6と外部の電源とを接続するための外部
接続端子を基板1上に形成するものであり、この外部接
続端子は、Al電極を亜鉛置換法でNi−Snメッキ等
することにより形成されるものであるが、前記保護層7
の導電性が高いと外部接続端子以外にもメッキが析出し
やすくなる。しかし、本実施形態においては、耐摩耗層
9の上面に絶縁層10を形成しているので、耐摩耗層9
部分にメッキが析出してしまうことを確実に防止するこ
とができる。
【0034】したがって、本実施形態においても前記実
施形態と同様に、耐酸化層8に対する耐摩耗層9の剥離
等の発生を確実に防止しつつ、耐摩耗層9の感熱記録紙
に対する耐摩耗性を著しく高めることができ、耐摩耗性
と密着性とのバランスを良好にして保護層7の全体の膜
厚を薄く形成することができ、生産効率を著しく高める
ことができる。
【0035】なお、本発明は前記各実施形態のものに限
定されるものではなく、必要に応じて種々変更すること
が可能である。
【0036】
【発明の効果】以上述べたように本発明に係るサーマル
ヘッドは、CrC、TiCとSiO2またはAl2 3
との混合体により保護層の上層を形成し、上層に対して
密着性の良好なSi 2 たはAlNにより下層を形成
しているので、下層に対する上層の剥離等の発生を確実
に防止しつつ、上層の感熱記録紙に対する耐摩耗性を著
しく高めることができる。また、耐摩耗性と密着性との
バランスが極めて良好であるため、保護層の全体の膜厚
を薄く形成することが可能となり、膜形成時間を短縮し
て、生産効率を高めることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサーマルヘッドの一実施形態を示す縦
断面図
【図2】本発明のサーマルヘッドと従来のサーマルヘッ
ドとの走行距離と保護層の摩耗寸法を測定した実験結果
を示すグラフ
【図3】本発明のサーマルヘッドの他の実施形態を示す
縦断面図
【図4】従来のサーマルヘッドを示す縦断面図
【符号の説明】
1 基板 2 保温層 4 発熱抵抗体 5 個別電極 6 共通電極 7 保護層 8 耐酸化層 9 耐摩耗層 10 絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/335

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に保温層を形成し、この保温層上
    に複数の発熱抵抗体を形成するとともに、対応する発熱
    抵抗体に個別に接続される複数の個別電極および前記各
    発熱抵抗体のすべてに接続される共通電極を形成し、前
    記基板、保温層、各発熱抵抗体および各電極を保護する
    保護層を形成してなるサーマルヘッドであって、前記保
    護層を、SiO2 からなる下層と、CrC、TiCとS
    iO2との混合体からなる上層とから形成したことを特
    徴とするサーマルヘッド。
  2. 【請求項2】 基板上に保温層を形成し、この保温層上
    に複数の発熱抵抗体を形成するとともに、対応する発熱
    抵抗体に個別に接続される複数の個別電極および前記各
    発熱抵抗体のすべてに接続される共通電極を形成し、前
    記基板、保温層、各発熱抵抗体および各電極を保護する
    保護層を形成してなるサーマルヘッドであって、前記保
    護層を、AlNからなる下層と、CrC、TiCとAl
    2 3との混合体からなる上層とから形成したことを特
    徴とするサーマルヘッド。
  3. 【請求項3】 前記保護層の上層の上面にさらに、前記
    保護層の下層の形成材料により絶縁層を形成したことを
    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。
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