JP4330681B2 - Thermal head and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はサーマルヘッドおよびその製造方法に係わり、特に、複数の帯電防止層を備えたサーマルヘッドおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
サーマルヘッドは、低騒音、低メンテナンスコストおよび低ランニングコスト等の利点があることから、ファクシミリ、ビデオプリンタあるいは製版機等の各種OA機器の記録用デバイスとして重要な位置を占めている。
【0003】
サーマルヘッドは基板上に配置された発熱抵抗体を発熱させることにより、感熱紙や製版フィルム印画紙などの記録媒体に記録を行うものである。近年は特にビデオプリンター用途において大いに注目されている。
【0004】
ビデオプリンター用途のサーマルヘッドは従来のサーマルヘッドと同様に、アルミナ等セラミック基板上に、任意で保温層としてグレーズ層を形成し、さらに発熱抵抗体層、アルミニウム等の電極となる導電層をスパッタ法等の薄膜形成法によって積層形成した後、フォトエングレービングプロセスにより複数の一対となる発熱抵抗体と個別電極を一線上に形成し、更に発熱抵抗体層および電極の必要部位のみに保護膜をスパッタ法等の薄膜形成法で形成することにより製造されている。
【0005】
特にビデオプリンター用途において特殊フィルムを記録媒体とする場合には、保護層形成後、帯電防止を目的とする帯電防止層を設けている。これは特殊フィルムの摺接により絶縁性を有する保護膜上で静電気の帯電を防止するためであり、この層を被覆しないと、保護膜の静電破壊に至ることもある。
【0006】
しかしながら帯電防止層を形成する際、保護層にピンホール等の膜欠陥がある場合、帯電防止層(膜)が保護膜欠陥を介して、電極、抵抗体と接触し、電気的短絡を起こしてしまう危険がある。
【0007】
そのため、現在は保護膜側でピンホールの少ない材料の選択やピンホールとなる膜中異物を除去し、その後保護層を形成する複数回の成膜といった対策を施した後、帯電防止層を形成している。
【0008】
このような従来のサーマルヘッドについて図4を参照して具体的に説明する。
【0009】
支持基体1上にグレーズ層2そして発熱抵抗体層3が形成されている。発熱抵抗体層3はTaSiOやNbSiO等で形成され、アレイ状に配列された多数の抵抗体を構成している。また、発熱抵抗体層3上には電極層4が形成されている。電極層4は共通電極や個別電極を構成し、印画する際に、発熱抵抗体層23で構成された多数の抵抗体の中から所定の抵抗体を選択し、選択された抵抗体に電流を供給し発熱させる構成になっている。なお、電極から電流が供給されると、抵抗体は電極層4で挟まれた領域が発熱部分3aとなって発熱する。2層に形成した保護層5、5’は、SiONなどの電気絶縁性材料で形成され、発熱抵抗体層3の少なくとも発熱部分3aを被覆している。
【0010】
図4のサーマルヘッドの作動時には、ポリエチレンテレフタレートにインクが塗布されたインクシート9および受像紙10がプラテンローラ11に巻き付けられ、サーマルヘッドを構成する発熱抵抗体層3の発熱部3aに押し付けられた形で矢印X方向に回転する。このとき、発熱部3aの熱によって受像紙10上に印画される。
【0011】
インクシート9や保護層5、5’はいずれも電気絶縁性の材料で構成されており、両者は互いに接触して擦れ合う。このため、接触部分に静電気が発生する。発生した静電気は保護層5、5’を帯電させ、電極層4や発熱抵抗体層3に異符号の電荷を誘起したり、保護層5、5’内部に高電界を発生する。このとき、保護層5、5’内部の電界が高くなると、保護層の絶縁耐圧を超えることがあり、保護層5、5’に絶縁破壊が起こる。この結果、保護層が機能を消失し、サーマルヘッドの破壊につながる。
【0012】
保護層に、SiONを用いると、図5に示すようにショート等の欠陥が多く、製造歩留まりが悪い。またSiONに代えてSiO2 を用いると製品寿命が短くなる。さらに、図4に示したような2層構造の保護層をSiONで形成すると、図6に示すように、貫通する欠陥は少なくなるが工程が増えてしまうという問題があった。また、保護層の上に形成される帯電防止層は通常TaSiOからなるがこれはSiONと密着性に劣るため帯電防止層が印画する紙との摺接により剥がれ落ちてしまう可能性がある。
【0013】
上記の通り、現在、ピンホール対策として保護膜材料を変更、積層工程を2回に分け、貫通穴除去等を行ってはいるものの異物低減についてはスパッタ方式に限界があり、また、積層工程とすることで工数増、タクトタイムの延長、装置の占有面積の増加といった問題があった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を解決すべくなされたものであり、簡便に製造することのできる高信頼性・高品位性のサーマルヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のサーマルヘッドは、支持基体と、前記支持基体上に形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に接続された電極層と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆する保護層と、前記保護層上に形成された少なくとも2層の帯電防止層とを具備し、前記少なくとも2層の帯電防止層は、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層を有することを特徴としている。少なくとも2層の帯電防止層は3Aから7A属から選択された金属元素と珪素と酸素からなる層である。金属元素はTaあるいはNbであるのが好ましい。また、絶縁性帯電防止層の表面抵抗値は1×10Ω以上であり、導電性帯電防止層の表面抵抗値は1×10Ω未満である。
【0016】
すなわち、本発明に係るサーマルヘッドは、基板の一主面上に配置された発熱抵抗体と、発熱抵抗体に電流を供給すべき個別電極および共通電極に配置された電極と、少なくとも抵抗体露出部を被覆するように保護被覆層と、その上に形成された帯電防止を目的とする複数の層とを具備し、その帯電防止層はサーマルヘッド最表層に1×104 Ω未満の導電性層を形成することで、フィルム等の摺接による帯電を抑制し、保護膜接触層として1×104 Ω以上の絶縁性層を有するよう形成したことで導電性層と電極との短絡を防ぐことを特徴としている。
【0017】
本発明によれば、帯電防止を目的とする層の保護膜接触に絶縁性を保持する層を設けることでピンホール、膜欠陥等の保護膜貫通穴を介しての電極、抵抗体と帯電防止層との電気的短絡を抑制することが可能となる。
【0018】
保護膜が貫通し、絶縁性帯電防止層と発熱抵抗体との接触を想定した場合、絶縁性帯電防止層の表面抵抗値を発熱抵抗体と同レベルの103 Ω台とすると発熱抵抗体との絶縁性を確保することが出来なくなるため、絶縁性帯電防止層の抵抗値は発熱抵抗体の抵抗値の10倍以上として、絶縁性を確保する必要がある。従って絶縁性帯電防止層の抵抗値としては1×104 Ω以上でなければならず、好ましくは1×105 Ω以上、より好ましくは1×106 Ω以上である。
【0019】
また、サーマルヘッド最表層となる導電性帯電防止層を1×104 Ω未満の抵抗値で形成することでフィルム摺接により発生する保護膜静電破壊を抑えることが可能となる。この場合、当然のことながら表面抵抗値が高くなると、絶縁性が強まり、フィルム摺接による静電気が帯電される傾向となる。最表層である導電性帯電防止層が1×104 Ω以上の抵抗値となると、静電破壊の発生を防ぐことが不可能となる。従って、最表層の導電性帯電防止層の表面抵抗値は1×104 Ω未満、好ましくは1×103 Ω未満である。
【0020】
特に、最上層の導電性帯電防止層を3A〜7A属の金属元素と珪素と酸素からなる材料で形成することで、必要十分の導電性が得られ、その膜厚を0.3〜2.0μmとすることで十分な耐摩耗性を得ることが可能であり、かつ、金属元素を一般的なTaやNbからなる代表的なサーメットとすることで発熱抵抗体の成膜工程との共用化も図ることができる。尚、導電性帯電防止層の厚さは、好ましくは0.3〜1.0μm、より好ましくは0.5〜1.0μmとする。
【0021】
また、絶縁性帯電防止層を0.2μm以上の厚さとすることで十分な耐摩耗性を得ることができる。絶縁性帯電防止層の厚さは、好ましくは0.2〜1.0μm、より好ましくは0.5〜1.0μmとする。
【0022】
通常、サーマルヘッドの個別抵抗値は、8×102 〜5×103 Ω程度に設定されている。こうしたサーマルヘッドに帯電防止層を形成する際、帯電防止層の抵抗値がその個別抵抗値と同程度の値であると、保護膜の欠陥を介して電極部/抵抗体と接触したときに、発熱させるべき抵抗体の電力が供給されず、帯電防止層に電気的短絡が生じるという問題に対処すべく本発明はなされている。
【0023】
従って、本発明のサーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体の抵抗値に対し、供給すべき電力が短絡しない表面抵抗値をもつ帯電防止層を絶縁性と定義する。また、導電性の帯電防止層とは個別抵抗値と同程度もしくはそれ以下の表面抵抗値を有するものと定義する。
【0024】
本発明のサーマルヘッドに用いる支持基体としては、通常、アルミナセラミックス等の基板が使用されるが、特に限定されるものではない。
【0025】
また、支持基体上に形成される発熱抵抗体としては、ニッケル、クロム、タンタル等の安定性の高い金属材料の窒化物や、Ta−SiΟ2 、Νb−SiO2 、Ti−SiO2 等の各種サーメット材料を適宜用いることができる。
【0026】
さらに、発熱抵抗体に接続される電極としては、一般的に用いられているAl、Al−Si、Al−Si−Cu等が用いられるが、特に限定はされない。
【0027】
また、アルミナ基体と発熱抵抗体層との間に、表面円滑性と蓄熱性の向上を主目的とするグレーズガラス層を設けた場合には、グレーズガラス層として、例えば、二酸化珪素あるいは二酸化珪素にカルシウム、バリウム、アルミニウム、ストロンチウム等が混合したものが使用されるが、特に限定されるものではない。ただし、サーマルプリントヘッドの抵抗値の上昇を防止することから、グレーズガラス層のガラス転移点は、670℃以上であることが望ましい。また、グレーズガラス層の膜厚は、通常、30〜70μm程度に形成される。
【0028】
さらに、発熱抵抗体の少なくとも発熱部分を被覆するように形成される保護層は通常、Si−O−N系の保護層であり、通常の構成成分である窒化珪素および二酸化珪素からなる粉体の焼結体をターゲットとしたスパッタ法によって形成される。
【0029】
本発明のサーマルヘッドの製造方法は、基板の一主面上に発熱抵抗体を形成する工程と、前記発熱抵抗体上に電極層を形成する工程と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆するように保護層を形成する工程と、前記保護層上に酸素供給量を変更することにより、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層との少なくとも2層の帯電防止層を形成する工程とを具備することを特徴としている。
【0030】
本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、成膜時の反応ガス切り替えで帯電防止層の積層構成を形成するため、従来のピンホール対策およびピンホールを介しての帯電防止層との短絡を防ぐため実施していた保護膜の積層形成、保護膜の異物除去法等の工程が不要となる。よって、工程、タクトタイムを大幅に低減することが可能となる。
【0031】
また、帯電防止層を成型する際に、その成膜工程で酸素の導入量を規定することで容易に絶縁性および/または導電性の複数の層が形成可能となる。
【0032】
【発明の実施の形態】
[実施例1]
図1を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0033】
アルミナ基板1上の所定部位に保温層としてグレーズ層2を形成したグレーズアルミナ基板を支持基体とし、発熱抵抗体層3としてTa−SiO膜、電極層4としてAlを順次、スパッタ法等の薄膜形成方法にて形成した。
【0034】
さらにその基板にフォトエングレービングプロセスを行って一対の抵抗体と電極が同一パターンで複数並ぶよう形成した。
【0035】
その後、少なくとも発熱抵抗体露出部を保護被覆するようにSiONからなる保護層5をSi3 −N4 とSiO2 を混合した焼結体を着膜源とし形成した。この時、保護膜5はスパッタ法を用いて単層で5μmの厚さに形成した。
【0036】
単層で膜を形成する場合、膜に取り込まれる膜中異物やそれを原因としたピンホール、段差被覆性の欠如による膜欠陥が発生しやすくなり、今回の基板においても両者が確認された。
【0037】
その後、保護層5上に、絶縁性帯電防止層6および導電性帯電防止層7を形成した。これら帯電防止層の材料としては発熱抵抗体3と同一の着膜源であるTa−SiOを用いた。
【0038】
徳田製作所CF−16PSを用いて、保護膜5と接触する下層の絶縁性帯電防止層6については成膜雰囲気を不活性ガスArを250sccm、反応ガスとして酸素を20sccm導入し、0.3μmの厚さに形成した。その後、上層の帯電防止層7としてArのみの雰囲気で0.2μmとなるよう連続して成膜形成しサーマルヘッド表面に当たるよう調整した。
【0039】
この時の下層の帯電防止層6を表面抵抗測定器により単層測定したところ、2×104 Ωと十分な絶縁性を示した。
【0040】
また、本来の帯電防止を目的としたサーマルヘッド最表層となる上層の導電性帯電防止層7をメガオーム計で測定したところ、5×103 〜1×104 Ωと十分な導電性を示した。
【0041】
このようにして作製されたサーマルヘッドにおいては下層の絶縁性帯電防止層6を設けることで、電気的短絡が発生することなく、サーマルヘッド最表層に導電性帯電防止層7を形成することが可能となり、保護膜静電破壊も発生しない。また、成膜時の反応ガスの切り替えにより、絶縁性と導電性の帯電防止層を容易に形成することが可能となった。
【0042】
こうすることで、従来ピンホール対策として実施していた異物除去工程や、保護膜工程の2分化(積層)、異物レス保護膜材料の検討が不要となり、工数やタクトタイムの大幅な低減可能、材料費の削減が可能となった。
【0043】
また、帯電防止層の着膜源としてNb−SiOを用いた場合も同様の効果を得ることができた。
【0044】
[実施例2]
次に、図2を参照して本発明の変形実施形態を説明する。
【0045】
アルミナ基板1上の所定部位に保温層としてグレーズ層2を形成したグレーズアルミナ基板を支持基体とし、発熱抵抗体層3としてTa−SiO膜、電極層4としてAlを順次、スパッタ法等の薄膜形成方法にて形成した。
【0046】
さらにその基板にフォトエングレービングプロセスを行って一対の抵抗体と電極が同一パターンで複数並ぶよう形成した。
【0047】
その後、少なくとも抵抗体露出部を保護被覆するようSiONからなる保護層5をSi3 −N4 とSiO2 を混合した焼結体を着膜源として形成した。
【0048】
この時、保護膜5はスパッタ法を用いて保護層として、十分硬度を確保できるよう単層で3μmの厚さに形成した。
【0049】
その後、保護層5上に、絶縁性帯電防止層6、帯電防止中間層8、導電性帯電防止層7を反応ガス流量を変化させながら形成した。このように保護膜5と接触する層を絶縁性とし、最上層を導電性としさえすれば、その間に一層以上、好ましくは2〜3層形成されていてもよい。
【0050】
帯電防止層の形成には発熱抵抗体3と同一の着膜源であるTa−SiOを用いた。
【0051】
ここで図3に示すように、反応性ガス流量と膜特性(表面抵抗値)の関係を確認した。
【0052】
本変形実施形態で使用した装置(徳田製CFS16PC)においては反応ガスであるO2 を10sccm以上導入することで表面抵抗値1×104 Ω以上を示した。ただし、これは装置に、所望の表面抵抗値が得られるような量の反応ガスが導入されるよう調整することが必要である。
【0053】
保護膜5と接触する下層の絶縁性帯電防止層6については成膜雰囲気を不活性ガスArを250sccm、反応ガスとして酸素を20sccm導入し、0.2μmの厚さに形成した。その後、順次反応ガス導入量を抑えて、傾斜を持たせる形で層を積層し、最終的にサーマルヘッド最表層はArのみの雰囲気で0.2μmとなるよう連続して成膜形成した。
【0054】
こうして作製したサーマルヘッドにおいて先の実施形態と同様の効果を確認することができた。
【0055】
本発明の実施例1および2において作製したサーマルヘッドおよび従来のサーマルヘッド(図4)を解像度が150dpiの昇華型熱転写方式のビデオプリンターに組み込み、実機試験を行ったところ、従来のサーマルヘッドでは50枚で静電破壊が起きたが、本発明のサーマルヘッドでは実用的な寿命とされる5000枚を超えても何等問題が生じなかった。
【0056】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、帯電防止層を反応ガスの切り替えによって所望の絶縁層もしくは導電層の形成を容易に行うことができるため、帯電防止層を形成する際、ピンホール等膜欠陥を介しての電極と帯電防止層との接触による電気的短絡を防ぐため必須であった保護膜の2層化、異物除去工程、ターゲットから飛散する微少異物の対策が不要となり、歩留まりよく、寿命の長いサーマルヘッドを得られるようになった。
【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拡大断面図。
【図2】本発明の変形実施形態に係るサーマルヘッドの拡大断面図。
【図3】本発明のサーマルヘッドの製造における酸素導入量と生成される保護膜の表面抵抗値の関係を示すグラフ。
【図4】従来のサーマルヘッドの拡大断面図。
【図5】従来のサーマルヘッドの拡大断面図。
【図6】従来のサーマルヘッドの拡大断面図。
【符号の説明】
1…アルミナ基板
2…グレーズ層
3…発熱抵抗体層
4…電極層
5、5’…保護層
6…絶縁性帯電防止層
7…導電性帯電防止層
8…帯電防止中間層
9…インクシート
10…受像紙
11…プラテンローラ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal head and a manufacturing method thereof, and more particularly to a thermal head including a plurality of antistatic layers and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
The thermal head occupies an important position as a recording device for various OA devices such as a facsimile, a video printer, and a plate making machine because it has advantages such as low noise, low maintenance cost, and low running cost.
[0003]
The thermal head records on a recording medium such as thermal paper or plate-making film photographic paper by generating heat from a heating resistor disposed on the substrate. In recent years, much attention has been paid particularly to video printer applications.
[0004]
As with conventional thermal heads, thermal heads for video printers are formed by optionally forming a glaze layer as a heat retaining layer on a ceramic substrate such as alumina, and then using a sputtering method to form a heating resistor layer and a conductive layer such as aluminum. Then, a plurality of pairs of heating resistors and individual electrodes are formed on a single line by a photoengraving process, and a protective film is formed only on the heating resistor layer and the necessary portions of the electrodes. It is manufactured by forming by a thin film forming method such as a sputtering method.
[0005]
In particular, when a special film is used as a recording medium in a video printer application, an antistatic layer for the purpose of antistatic is provided after the protective layer is formed. This is to prevent electrostatic charge on the insulating protective film by sliding contact with the special film. If this layer is not covered, the protective film may be electrostatically broken.
[0006]
However, when the antistatic layer is formed, if the protective layer has film defects such as pinholes, the antistatic layer (film) is in contact with the electrode or resistor through the protective film defect, causing an electrical short circuit. There is a danger of end.
[0007]
Therefore, the antistatic layer is formed after taking measures such as selecting a material with few pinholes on the protective film side, removing foreign matter in the film that becomes pinholes, and then forming a protective layer multiple times. is doing.
[0008]
Such a conventional thermal head will be specifically described with reference to FIG.
[0009]
A glaze layer 2 and a heating resistor layer 3 are formed on the support substrate 1. The heating resistor layer 3 is made of TaSiO, NbSiO, or the like, and constitutes a number of resistors arranged in an array. An electrode layer 4 is formed on the heating resistor layer 3. The electrode layer 4 constitutes a common electrode or an individual electrode, and when printing, a predetermined resistor is selected from a large number of resistors composed of the heating resistor layer 23, and current is supplied to the selected resistor. It is configured to supply and generate heat. When a current is supplied from the electrode, the resistor generates heat in the region sandwiched between the electrode layers 4 as a heat generating portion 3a. The protective layers 5 and 5 ′ formed in two layers are formed of an electrically insulating material such as SiON and cover at least the heat generating portion 3 a of the heat generating resistor layer 3.
[0010]
When the thermal head of FIG. 4 is operated, the ink sheet 9 and the image receiving paper 10 each coated with polyethylene terephthalate are wound around the platen roller 11 and pressed against the heat generating portion 3a of the heat generating resistor layer 3 constituting the thermal head. Rotate in the direction of arrow X. At this time, the image is printed on the image receiving paper 10 by the heat of the heat generating portion 3a.
[0011]
Both the ink sheet 9 and the protective layers 5 and 5 ′ are made of an electrically insulating material, and both come into contact with each other and rub against each other. For this reason, static electricity is generated at the contact portion. The generated static electricity charges the protective layers 5, 5 ′, induces charges with different signs in the electrode layer 4 and the heating resistor layer 3, and generates a high electric field inside the protective layers 5, 5 ′. At this time, if the electric field inside the protective layers 5 and 5 ′ increases, the dielectric strength of the protective layers may be exceeded, and dielectric breakdown occurs in the protective layers 5 and 5 ′. As a result, the protective layer loses its function, leading to destruction of the thermal head.
[0012]
When SiON is used for the protective layer, there are many defects such as shorts as shown in FIG. If SiO 2 is used instead of SiON, the product life is shortened. Further, when the protective layer having a two-layer structure as shown in FIG. 4 is formed of SiON, there is a problem that the number of through defects is reduced but the number of processes is increased as shown in FIG. In addition, the antistatic layer formed on the protective layer is usually made of TaSiO, but this is inferior in adhesion to SiON, so that the antistatic layer may peel off due to sliding contact with the paper to be printed.
[0013]
As described above, the protective film material is currently changed as a countermeasure against pinholes, the lamination process is divided into two times, and through holes are removed, but there is a limit to the spattering method for reducing foreign matter. As a result, there are problems such as an increase in man-hours, an increase in tact time, and an increase in the area occupied by the apparatus.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable and high-quality thermal head that can be easily manufactured and a method for manufacturing the thermal head.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The thermal head of the present invention includes a support substrate, a heating resistor formed on the support substrate, an electrode layer connected to the heating resistor, and a protective layer covering at least a heating portion of the heating resistor. And at least two antistatic layers formed on the protective layer, wherein the at least two antistatic layers are an insulating antistatic layer and an uppermost layer formed so as to be in contact with the protective layer. And a conductive antistatic layer formed on the substrate . The at least two antistatic layers are layers composed of a metal element selected from the group 3A to 7A, silicon and oxygen. The metal element is preferably Ta or Nb. The surface resistance of the insulating antistatic layer has a 1 × 10 4 Ω or more, the surface resistance of the conductive antistatic layer is Ru der less than 1 × 10 4 Ω.
[0016]
That is, the thermal head according to the present invention includes a heating resistor disposed on one main surface of a substrate, an electrode disposed on an individual electrode and a common electrode that are to supply current to the heating resistor, and at least resistor exposure. A protective coating layer so as to cover the portion, and a plurality of layers formed thereon for the purpose of antistatic, and the antistatic layer has a conductivity of less than 1 × 10 4 Ω on the outermost layer of the thermal head By forming a layer, charging due to sliding contact with a film or the like is suppressed, and a protective film contact layer is formed so as to have an insulating layer of 1 × 10 4 Ω or more, thereby preventing a short circuit between the conductive layer and the electrode. It is characterized by that.
[0017]
According to the present invention, an electrode, a resistor, and an antistatic material through a protective film through-hole such as a pinhole or a film defect are provided by providing a layer that retains insulation in the protective film contact of a layer intended for antistatic purposes. It becomes possible to suppress an electrical short circuit with the layer.
[0018]
When the protective film penetrates and the contact between the insulating antistatic layer and the heating resistor is assumed, the surface resistance value of the insulating antistatic layer is set to the 10 3 Ω level, which is the same level as that of the heating resistor. Therefore, it is necessary to ensure the insulation by setting the resistance value of the insulating antistatic layer to 10 times or more the resistance value of the heating resistor. Therefore, the resistance value of the insulating antistatic layer must be 1 × 10 4 Ω or more, preferably 1 × 10 5 Ω or more, more preferably 1 × 10 6 Ω or more.
[0019]
In addition, by forming the conductive antistatic layer, which is the outermost layer of the thermal head, with a resistance value of less than 1 × 10 4 Ω, it is possible to suppress protective film electrostatic breakdown caused by film sliding contact. In this case, as a matter of course, when the surface resistance value is increased, the insulating property is increased and the static electricity due to the film sliding contact tends to be charged. When the conductive antistatic layer as the outermost layer has a resistance value of 1 × 10 4 Ω or more, it becomes impossible to prevent the occurrence of electrostatic breakdown. Therefore, the surface resistance value of the outermost conductive antistatic layer is less than 1 × 10 4 Ω, preferably less than 1 × 10 3 Ω.
[0020]
In particular, when the uppermost conductive antistatic layer is formed of a material composed of a metal element belonging to Group 3A to 7A, silicon and oxygen, necessary and sufficient conductivity can be obtained, and the film thickness is set to 0.3 to 2. Sufficient wear resistance can be obtained by setting the thickness to 0 μm, and by using a typical cermet made of general Ta or Nb as the metal element, it can be shared with the film formation process of the heating resistor. Can also be planned. The thickness of the conductive antistatic layer is preferably 0.3 to 1.0 μm, more preferably 0.5 to 1.0 μm.
[0021]
Moreover, sufficient abrasion resistance can be obtained by setting the insulating antistatic layer to a thickness of 0.2 μm or more. The thickness of the insulating antistatic layer is preferably 0.2 to 1.0 μm, more preferably 0.5 to 1.0 μm.
[0022]
Usually, the individual resistance value of the thermal head is set to about 8 × 10 2 to 5 × 10 3 Ω. When the antistatic layer is formed on such a thermal head, if the resistance value of the antistatic layer is about the same as the individual resistance value, when the electrode part / resistor is contacted via a defect in the protective film, The present invention has been made to cope with the problem that the electric power of the resistor to be heated is not supplied and an electrical short circuit occurs in the antistatic layer.
[0023]
Therefore, in the thermal head of the present invention, an antistatic layer having a surface resistance value that does not short-circuit the power to be supplied with respect to the resistance value of the heating resistor is defined as insulating. Further, the conductive antistatic layer is defined as having a surface resistance value that is approximately equal to or less than the individual resistance value.
[0024]
As the support substrate used in the thermal head of the present invention, a substrate such as alumina ceramic is usually used, but is not particularly limited.
[0025]
In addition, as the heating resistor formed on the support substrate, various highly stable metal materials such as nickel, chromium, tantalum, etc., and various types such as Ta—SiΟ 2 , Νb-SiO 2 , Ti—SiO 2, etc. Cermet materials can be used as appropriate.
[0026]
Furthermore, commonly used Al, Al—Si, Al—Si—Cu, or the like is used as an electrode connected to the heating resistor, but is not particularly limited.
[0027]
In addition, when a glaze glass layer mainly intended to improve surface smoothness and heat storage is provided between the alumina substrate and the heating resistor layer, as the glaze glass layer, for example, silicon dioxide or silicon dioxide. A mixture of calcium, barium, aluminum, strontium and the like is used, but is not particularly limited. However, the glass transition point of the glaze glass layer is preferably 670 ° C. or higher in order to prevent an increase in the resistance value of the thermal print head. Moreover, the film thickness of a glaze glass layer is normally formed in about 30-70 micrometers.
[0028]
Further, the protective layer formed so as to cover at least the heat-generating portion of the heat generating resistor is usually a Si—O—N-based protective layer, which is a powder composed of silicon nitride and silicon dioxide, which are normal constituent components. It is formed by sputtering using a sintered body as a target.
[0029]
The method for manufacturing a thermal head according to the present invention includes a step of forming a heating resistor on one main surface of a substrate, a step of forming an electrode layer on the heating resistor, and covering at least a heating portion of the heating resistor. A step of forming a protective layer, and an insulating antistatic layer formed so as to be in contact with the protective layer by changing an oxygen supply amount on the protective layer, and a conductive layer formed on the uppermost layer. to and forming an antistatic layer of at least two layers of the antistatic layer that features a.
[0030]
According to the manufacturing method of the thermal head of the present invention, since the laminated structure of the antistatic layer is formed by switching the reaction gas at the time of film formation, the conventional anti-pinhole countermeasure and the short circuit with the antistatic layer through the pinhole are performed. In order to prevent this, steps such as the formation of a protective film and the removal of foreign matter from the protective film are no longer necessary. Therefore, the process and the tact time can be greatly reduced.
[0031]
Further, when the antistatic layer is molded, a plurality of insulating and / or conductive layers can be easily formed by defining the amount of oxygen introduced in the film forming process.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Example 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0033]
Using a glazed alumina substrate having a glazed layer 2 formed as a heat retaining layer at a predetermined location on the alumina substrate 1 as a supporting base, a Ta-SiO film as the heating resistor layer 3 and Al as the electrode layer 4 in order, forming a thin film such as by sputtering. Formed by the method.
[0034]
Further, the substrate was subjected to a photo-engraving process to form a plurality of pairs of resistors and electrodes in the same pattern.
[0035]
Thereafter, a protective layer 5 made of SiON was formed by using a sintered body in which Si 3 —N 4 and SiO 2 were mixed as a film forming source so as to cover at least the exposed portion of the heating resistor. At this time, the protective film 5 was formed as a single layer with a thickness of 5 μm by sputtering.
[0036]
In the case of forming a film with a single layer, foreign matter in the film taken into the film, pinholes caused by the film, and film defects due to the lack of step coverage are likely to occur, and both were confirmed in this substrate.
[0037]
Thereafter, an insulating antistatic layer 6 and a conductive antistatic layer 7 were formed on the protective layer 5. As a material for these antistatic layers, Ta—SiO, which is the same deposition source as that of the heating resistor 3, was used.
[0038]
Using Tokuda Seisakusho CF-16PS, the lower insulating antistatic layer 6 in contact with the protective film 5 was introduced with a film formation atmosphere of 250 sccm of inert gas Ar and 20 sccm of oxygen as a reaction gas, and a thickness of 0.3 μm. Formed. Thereafter, the upper antistatic layer 7 was continuously formed to have a thickness of 0.2 μm in an atmosphere of only Ar and adjusted so as to hit the surface of the thermal head.
[0039]
When the single layer of the antistatic layer 6 was measured with a surface resistance measuring instrument at this time, it showed a sufficient insulating property of 2 × 10 4 Ω.
[0040]
Further, when the upper conductive antistatic layer 7 which is the outermost layer of the thermal head for the purpose of preventing the original antistatic charge was measured with a mega ohm meter, it showed a sufficient conductivity of 5 × 10 3 to 1 × 10 4 Ω. .
[0041]
In the thermal head manufactured as described above, the conductive antistatic layer 7 can be formed on the outermost surface of the thermal head without providing an electrical short circuit by providing the lower insulating antistatic layer 6. Thus, no electrostatic breakdown of the protective film occurs. In addition, insulating and conductive antistatic layers can be easily formed by switching the reaction gas during film formation.
[0042]
This eliminates the need for foreign matter removal processes, protective film process bifurcation (lamination), and foreign substance-free protective film materials that were previously implemented as countermeasures against pinholes, and can significantly reduce man-hours and tact time. Material costs can be reduced.
[0043]
In addition, the same effect could be obtained when Nb-SiO was used as the deposition source of the antistatic layer.
[0044]
[Example 2]
Next, a modified embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0045]
Using a glazed alumina substrate having a glazed layer 2 formed as a heat retaining layer at a predetermined location on the alumina substrate 1 as a supporting base, a heating resistor layer 3 as a Ta-SiO film, and an electrode layer 4 as a thin film by sputtering or the like. Formed by the method.
[0046]
Further, the substrate was subjected to a photo-engraving process to form a plurality of pairs of resistors and electrodes in the same pattern.
[0047]
Thereafter, a protective layer 5 made of SiON was formed using a sintered body in which Si 3 —N 4 and SiO 2 were mixed as a film deposition source so as to cover at least the resistor exposed portion.
[0048]
At this time, the protective film 5 was formed as a protective layer by sputtering so as to have a thickness of 3 μm as a single layer so as to ensure sufficient hardness.
[0049]
Thereafter, an insulating antistatic layer 6, an antistatic intermediate layer 8, and a conductive antistatic layer 7 were formed on the protective layer 5 while changing the reaction gas flow rate. As long as the layer in contact with the protective film 5 is insulative and the uppermost layer is conductive, one or more layers, preferably 2 to 3 layers, may be formed therebetween.
[0050]
For the formation of the antistatic layer, Ta—SiO, which is the same deposition source as that of the heating resistor 3, was used.
[0051]
Here, as shown in FIG. 3, the relationship between the reactive gas flow rate and the film characteristics (surface resistance value) was confirmed.
[0052]
In the apparatus (CFS16PC manufactured by Tokuda) used in this modified embodiment, a surface resistance value of 1 × 10 4 Ω or more was shown by introducing 10 sccm or more of reactive gas O 2 . However, this requires adjustment so that the reaction gas is introduced in such an amount that a desired surface resistance value can be obtained.
[0053]
The lower insulating antistatic layer 6 in contact with the protective film 5 was formed to a thickness of 0.2 μm by introducing 250 sccm of an inert gas Ar and 20 sccm of oxygen as a reactive gas. Thereafter, the layers were stacked in such a manner that the introduction amount of the reaction gas was sequentially suppressed and an inclination was given, and finally the outermost surface layer of the thermal head was formed continuously so as to be 0.2 μm in an atmosphere of only Ar.
[0054]
In the thus-produced thermal head, the same effect as in the previous embodiment could be confirmed.
[0055]
The thermal head manufactured in Examples 1 and 2 of the present invention and the conventional thermal head (FIG. 4) were incorporated into a sublimation thermal transfer video printer having a resolution of 150 dpi, and an actual machine test was conducted. Electrostatic breakdown occurred on the sheet, but no problem occurred when the thermal head of the present invention exceeded 5000 sheets, which is considered to have a practical life.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the antistatic layer can be easily formed with a desired insulating layer or conductive layer by switching the reaction gas, when forming the antistatic layer, a pinhole or the like The protective layer double layer, foreign matter removal process, and countermeasures against minute foreign matter scattered from the target, which are essential to prevent electrical short circuit due to contact between the electrode and the antistatic layer through the film defect, are unnecessary, and the yield is high. A long-life thermal head can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a thermal head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a thermal head according to a modified embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of oxygen introduced and the surface resistance value of the protective film produced in the production of the thermal head of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a conventional thermal head.
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a conventional thermal head.
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a conventional thermal head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Alumina substrate 2 ... Glaze layer 3 ... Heating resistor layer 4 ... Electrode layer 5, 5 '... Protective layer 6 ... Insulating antistatic layer 7 ... Conductive antistatic layer 8 ... Antistatic intermediate layer 9 ... Ink sheet 10 ... image-receiving paper 11 ... platen roller

Claims (4)

支持基体と、前記支持基体上に形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に接続された電極層と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆する保護層と、前記保護層上に形成された少なくとも2層の帯電防止層とを具備し、
前記少なくとも2層の帯電防止層は、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層を有することを特徴とするサーマルヘッド。
A support base, a heating resistor formed on the support base, an electrode layer connected to the heating resistor, a protective layer covering at least a heating portion of the heating resistor, and formed on the protective layer And at least two antistatic layers formed,
The thermal head according to claim 1, wherein the at least two antistatic layers have an insulating antistatic layer formed so as to be in contact with the protective layer and a conductive antistatic layer formed on the uppermost layer.
前記少なくとも2層の帯電防止層は3Aから7A属から選択された金属元素と珪素と酸素からなる層であることを特徴とする請求項1記載のサーマルヘッド。  2. The thermal head according to claim 1, wherein the at least two antistatic layers are layers composed of a metal element selected from the group 3A to 7A, silicon and oxygen. 前記金属元素はTaあるいはNbであることを特徴とする請求項2記載のサーマルヘッド。  3. The thermal head according to claim 2, wherein the metal element is Ta or Nb. 基板の一主面上に発熱抵抗体を形成する工程と、前記発熱抵抗体上に電極層を形成する工程と、前記発熱抵抗体の発熱部分を少なくとも被覆するように保護層を形成する工程と、前記保護層上に酸素供給量を変更することにより、前記保護層に接触するように形成された絶縁性帯電防止層と最上層に形成された導電性帯電防止層との少なくとも2層の帯電防止層を形成する工程とを具備することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。  Forming a heating resistor on one main surface of the substrate, forming an electrode layer on the heating resistor, and forming a protective layer so as to cover at least a heating portion of the heating resistor; The charge of at least two layers of the insulating antistatic layer formed so as to contact the protective layer and the conductive antistatic layer formed on the uppermost layer by changing the oxygen supply amount on the protective layer And a step of forming a prevention layer.
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