JP5415194B2

JP5415194B2 - サーマルプリントヘッドおよびその製造方法

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Publication number: JP5415194B2
Application number: JP2009211847A
Authority: JP
Inventors: 祐介北澤
Original assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Hokuto Electronics Corp
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-09-14
Also published as: JP2011056898A

Description

本発明は、画像記録デバイスとして使用されるサーマルプリントヘッドおよびその製造方法に関する。

サーマルプリントヘッドは、その発熱部の発熱を利用して、例えばインクリボンの熱転写式あるいは感熱記録式等により文字などから成る画像等を形成する画像記録デバイスである。そして、近年ではビデオプリンター、イメージャー、シールプリンター等の出力用デバイスとして注目されるサーマルプリントヘッドがその低騒音、低ランニングコスト等の利点から種々に開発されている。

従来のサーマルプリントヘッドの一例について図５を参照して説明する。図５は従来技術のサーマルプリントヘッドの発熱部近傍を抜き出した図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は線分Ｘ−Ｘ、いわゆる記録媒体が搬送される方向（副走査方向）における拡大断面図である。このサーマルプリントヘッドは、この副走査方向に直交する方向（主走査方向）に沿い所要の長さに延在する。

図５に示すように、セラミックスなどで形成された支持基板２１上に、蓄熱層や平滑層として機能するグレーズ層２２が設けられている。ここで、グレーズ層２２には例えば基板の主走査方向に沿って帯状に延在する盛上がり部２２ａが形成されている。そして、グレーズ層２２上に、発熱抵抗体２３が設けられ、発熱抵抗体２３上に重層して第１の電極２４ａおよび第２の電極２４ｂが形成されている。ここで、これ等の一対の電極２４は、そのリードエッジ部が所定長さの間隙Ｇを有し、この間隙Ｇで露出する発熱抵抗体が発熱部２５となる。そして、発熱部２５の通電電極となる一対の電極２４と上記発熱部２５が発熱素子となり、サーマルプリントヘッドの主走査方向に所要のドット密度（ｄｐｉ；dot per inch）でアレイ状に配列されている。

そして、発熱素子アレイの発熱部２５を保護する絶縁体材から成る保護層２６が形成されている。この保護層２６は例えば一対の電極２４および発熱部２５を被覆し記録媒体の圧接あるいは摺接による磨耗、並びに大気中に含まれている水分等の接触による腐食から保護する機能を有する。更には、保護層２６上にその磨耗の防止を強化する耐磨耗層２７が設けられている。ここで、保護層２６は例えばＳｉ−Ｏ−Ｎ系材料を主成分とする膜で形成され、耐磨耗層２７は例えばＴｉＮ（窒化チタン）等の窒化金属を主成分とする硬質膜で構成される（例えば、特許文献１参照）。

上記サーマルプリントヘッドの動作による記録媒体への画像形成あるいはオーバーコート処理では、インクリボンおよび記録媒体、あるいは感熱記録媒体（図示せず）が、サーマルプリントヘッドの上記耐磨耗層２７あるいは保護層２６とプラテンローラ（図示せず）との間で挟圧／摺接される。そして、副走査方向に所定の速度で搬送される。上記狭圧／摺接において、インクリボンあるいは感熱記録媒体が通電パルスで発熱する発熱部２５によって加熱され、記録媒体への印画等がなされる。

特開２００８−２３８７３４号公報

しかし、従来のサーマルプリントヘッドにあっては、その印画の用途／方法あるいは例えば硬質の記録媒体の種類等、その使用における厳しい条件によって、上述した保護層２６上の耐磨耗層２７のクラックあるいは剥がれ等の破損の生じる虞があった。このような破損が発生すると、電極の腐食が発生したり、発熱部の抵抗値が変化したりして、サーマルプリントヘッドの不良原因になる。これは、従来技術では保護層２６と耐磨耗層２７との間において、上記条件に対応できる充分な密着性が得られていないためである。その他に、例えばスパッタリングなどで保護層２６上にＳｉＣ（炭化珪素）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などからなる硬質性の耐磨耗層２７が設けられることがある。この場合であっても、これ等の耐磨耗層と保護層との密着性は悪く、耐磨耗層に浮きや剥れなどの欠陥が発生する。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、高い耐磨耗性と、クラック、剥がれ等の破損に対する高い耐性をもち、高信頼性と高品位性を有する保護層を備えるサーマルプリント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。

上記目的を達成するために、本発明にかかるサーマルプリントヘッドは、支持基板と、この支持基板の主面に形成された保温層と、該保温層上に形成された発熱抵抗体から成る発熱部と、該発熱部に通電する電極と、前記発熱部を少なくとも被覆する保護層を備えたサーマルプリントヘッドにおいて、前記保護層が、絶縁体材から成る第１の保護層、Ｔｉ（チタン）、Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）の化合物を含む中間層、ＴｉとＮの化合物から成る第２の保護層がこの順に積層した構造を有している。また上記Ｔｉに換えて、Ｃｒ（クロム）や（Ｔｉ−Ｃｒ）の化合物を適用することができる。

さらに前記ＴｉとＣｒのうちの少なくとも１種の金属をＭとすると、中間層や第２の保護層は最表面の方向に層中の組成比Ｎ／Ｍが増加している。

そして、本発明にかかるサーマルプリントヘッドの製造方法は、支持基板の一主面に絶縁体材から成る保温層を形成する工程と、前記保温層を含む前記支持基板上の表面に発熱抵抗体を形成する工程と、前記発熱抵抗体から成る発熱部と、該発熱部に通電する電極を形成する工程と、前記発熱部を少なくとも被覆する絶縁体材から成る第１の保護層を成膜する工程と、前記第１の保護層を被覆する、Ｔｉ（Ｃｒ）、ＯおよびＮの化合物から成る中間層を成膜する工程と、前記中間層を被覆するＴｉ（Ｃｒ）とＮの化合物から成る第２の保護層を成膜する工程と、を有する構成になっている。

本発明の構成により、サーマルプリントヘッドの保護層の高信頼性および高品位性が簡便に確保される。そして、印画の用途／方法あるいは記録媒体の種類等における厳しい条件のもとでも安定して動作するサーマルプリントヘッドが可能になる。

本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの発熱部近傍をその副走査方向に切り出した拡大断面図。本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの保護層における元素組成の一例を示す説明図。本発明の実施例１〜４におけるサーマルプリントヘッドの保護層の特性を示す表。本発明の実施例５〜６におけるサーマルプリントヘッドの保護層の特性を示す表。従来技術のサーマルプリントヘッドの発熱部近傍を抜き出した図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は線分Ｘ−Ｘの副走査方向における拡大断面図。

本発明の実施形態にかかるサーマルプリントヘッドについて図１を参照して説明する。ここで、図１は本実施形態にかかるサーマルプリントヘッドの発熱部近傍をその副走査方向に切り出した拡大断面図である。なお、その上面図は、例えば図５（ａ）で説明したのと同じような構造になる。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。

図１に示すように、セラミックス等の耐熱性および熱伝導性のよい支持基板１１上に保温層であるグレーズ層１２が設けられている。そして、このグレーズ層１２表面を被覆してサーメット材から成る発熱抵抗体１３が形成され、この発熱抵抗体１３上に重層して第１の電極１４ａおよび第２の電極１４ｂが間隙Ｇを挟んで対向して配置されている。ここで、これ等の一対の電極１４におけるリードエッジ部の間隙Ｇで露出する発熱抵抗体１３が発熱部１５となる。そして、発熱部１５とその通電電極である一対の電極１４から成る発熱素子が、サーマルヘッドの主走査方向に所要のｄｐｉで一列に配設されている。ここで、１つの発熱素子はいわゆる１ドット印字構成の発熱部１５を有する構造になる。

そして、絶縁体材から成る第１の保護層１６が一対の電極１４および発熱部１５を被覆して形成されている。更に、この第１の保護層１６上にＴｉ（チタン）、Ｏ（酸素）、Ｎ（窒素）の化合物を含む中間層１７、ＴｉとＮの化合物から成る第２の保護層１８が積層して形成されている。なお変形例としてＴｉに換えてＣｒ（クロム）単独、またはＴｉとＣｒの複合金属の化合物を適用することができる。以下Ｔｉを代表として説明する。

ここで、中間層１７は上記第１の保護層１６および第２の保護層１８との密着性が高く第１の保護層１６と第２の保護層１８の接着層として機能し、更に、応力緩衝機能を有している。このようにして、上記発熱素子の発熱部１５、一対の電極１４の一部を被覆する保護層が、第１の保護層１６、中間層１７および第２の保護層１８を有し構成されている。

上記サーマルプリントヘッドにおいて、支持基板１３は、通常、耐熱性を有する絶縁体材から成る支持基板であり、アルミナセラミックス、シリコン、石英、炭化珪素等により構成される。また、グレーズ層１２は、発熱部１５の発する熱の適度な蓄熱、および熱放散の作用を有し、表面平滑性のある絶縁体材から成る絶縁体薄膜である。このようなグレーズ層１４としては、例えばＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）、ＳｉＯＮ膜（シリコン酸窒化膜）あるいはＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）が挙げられる。

上記発熱抵抗体１３は、例えばＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮＯ、ＮｂＳｉＯ、ＴｉＳｉＣＯ系の電気抵抗体材であるサーメット膜あるいは半導体膜等から成る。そして、第１の電極１４ａおよび第２の電極１４ｂの通電用電極となる一対の電極１４は低抵抗になるほど好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ（銅）あるいはＡｌＣｕ合金等の金属を主成分にして構成される。

そして、第１の保護層１６は、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ_２膜あるいはＳｉＡｌＯＮなどのサイアロン膜等、硬質で緻密な熱伝導性のある絶縁体材から成る。この保護層１６は、高い耐透水性を有し大気中に含まれている水分等の接触による腐食から発熱素子を保護する機能を有する。

中間層１７は、Ｔｉ、Ｏ、Ｎの化合物から成る膜であり、例えば酸窒化チタン膜であって一般式ＴｉＮｘＯｙで表される。ここで、この化合物の組成において、０＜ｘ、０＜ｙとなる。そして、上記化合物の熱膨張係数が第１の保護層１６より大きく、後述の第２の保護層１８より小さくなるように設定されるのが好ましい。このようにして、上記第１の保護層１６と後述の第２の保護層１８との間の熱的に安定した接着層として機能する。すなわち、上記中間層１７は熱応力緩衝機能を有し、例えば室温〜６００℃程度の温度間における昇降温に対してクラック、浮きや剥れ等の破損を防止する。なお、上記温度はサーマルプリントヘッドの動作時の発熱部１５の発熱温度、あるいは第２の保護膜１８の成膜時の温度に対応する。

そして、上記化合物の組成においてｘ＋ｙ≦２を満たすことが好ましい。これは、ｘ＋ｙが２を超えてくるとその熱的安定性が低下するからである。また、Ｎの組成比ｘ／（ｘ＋ｙ）は０．１以上０．９以下が好ましい。この値が０．１より小さいと、ＴｉＮ膜との熱膨張係数の差が大きくなり過ぎて、詳細は実施例で後述されるが、中間層１７としての応力緩衝機能が不充分になる。また、上記値が０．９より大きくなると窒化チタンと同様に第１の保護層１６との熱膨張係数の差が大きくなり過ぎて、中間層１７に破損が生じる虞がある。

上述した中間層１７は、第１の保護層１６と第２の保護層１８の間において、ＮとＯの組成比がほぼ一定になるようにしてもよい。また、その組成比が第１の保護層１６から第２の保護層１８にかけて増加してもよい。図２では、サーマルプリントヘッドの保護層において、上記組成比が一定の割合で増加する一例が示されている。図２は上記サーマルプリントヘッドの中間層１７の元素組成の一例を示す説明図である。ここで、図２の縦軸に組成比ｘ／（ｘ＋ｙ）をＮ／（Ｎ＋Ｏ）比で表し、横軸に中間層１７の厚さ位置をとっている。なお、組成比は図２に示すような直線でない傾斜的増加であってもよい。あるいはＮがステップ状に増加する構造になっていてもよい。ここで、中間層１７と第１の保護層１６の境界領域にｘ＝０、ｙ＝２の場合のＴｉＯ_２（二酸化チタン）が介挿された構造になっていても構わない。

上述した中間層１７の組成は後述するような成膜方法により制御されるが、Ｔｉ、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ（一酸化チタン）、ＴｉＮ_１／２（すなわちＴｉ_２Ｎ；窒化二チタン）およびＴｉＮの混合物で形成されるようになっていてもよい。但し、この場合でも、ＴｉＮｘＯｙ組成は上述したように設定される。

第２の保護層１８は、ＴｉとＮの化合物から成る膜であり、一般式ＴｉＮｘで表される。この化合物の組成において０＜ｘとなる。第２の保護層１８は、従来技術で説明したのと同様に、サーマルプリントヘッドの動作時における保護層の記録媒体との圧接／摺接による磨耗防止を強化する機能をもつ。

ここで、第２の保護層１８は、その層中においてＮ組成ｘ＝１の窒化チタンである。あるいは、この第２の保護層１８は、その層中におけるＮ組成が変化する構造になっていてもよい。但し、その最表面はＮ組成ｘ＝１の窒化チタンになる。例えば、上記中間層１７側から最表面にかけて、その層中におけるＮ組成ｘが傾斜的に増加するような膜構造であってもよい。例えば組成比ｘ（組成比Ｎ／Ｔｉ）は、０＜ｘ≦１を満たす範囲で増加する。あるいは、Ｎ組成がステップ状に増加する構造になっていてもよい。

このようにすると、第２の保護層１８のクラック等の破損が抑制され易くなる。これは、チタンリッチなＴｉＮｘ（０＜ｘ＜１）がＴｉＮ膜に較べ熱応力が小さくなるからである。特に、第２の保護層１８は、ＴｉＮ_１／２膜とＴｉＮ膜がこの順に積層する構造体になっていると好適である。また、中間層１７と第２の保護層１８の境界領域にｘ＝０となるＴｉ層が介挿された構造になっていても構わない。

上記ＴｉＮｘの組成は後述するような成膜方法により制御されるが、熱的に安定な相はＴｉＮとＴｉＮ_１／２である。そこで、成膜後に適宜な熱処理を施して、Ｔｉ、ＴｉＮ_１／２およびＴｉＮの混晶を作製するようにしてもよい。但し、この場合でも、ＴｉＮｘ組成は上述したように設定される。

次に、図１の構造を有するサーマルヘッドの製造方法の一例について説明する。先ず、アルミナからなり副走査方向の幅が数ｍｍ程度、板厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍの細長の支持基板１１を用意する。そして、ＳｉＯ_２のガラス粉末に適当な有機溶剤、溶剤を添加・混合して得たガラスペーストを周知のスクリーン印刷法で塗布形成する。そして、所定の温度で焼成することにより例えば膜厚３０〜２００μｍ程度で平坦なＦＧ（Flat Glaze）構造のグレーズ層１２を形成する。

次に、グレーズ層１２を被覆するように、例えばスパッタリングにより膜厚０．０５μｍ程度のＴａＳｉＯ_２膜のようなサーメット膜を成膜する。引き続いて、スパッタリングにより上記発熱抵抗体１３を被覆して例えば膜厚が０．５μｍ〜１μｍ程度のＡｌ膜、ＡｌＣｕ合金膜等の電極膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィ技術によるエッチングマスクの作製およびこのエッチングマスクを用いた選択的なエッチング、すなわちフォトエングレービングプロセスにより、発熱素子アレイの通電電極になる一対の電極１４および発熱抵抗体１３をパターニング形成する。更に、フォトエングレービングプロセスにより、上記電極膜をエッチングして間隙Ｇの部分を形成し、その領域の発熱抵抗体１３を露出させて発熱部１５を形成する。

このようにした後、発熱部１５等を被覆するように例えばシャドウマスク等を用いたスパッタリングにより、基板上の所要の領域に第１の保護層１６を成膜する。ここで、第１の保護層１６は、例えば膜厚が２μｍ〜１０μｍ程度に堆積される。

次に、イオンプレーティングにより中間層１７を第１の保護層１６上に形成する。イオンプレーティング成膜装置では、その反応室（チャンバー）内を適度な真空度（例えば１０^−４Ｐａ程度）にする。そして、アルゴン等の希ガスを導入し逆バイアススパッタにより第１の保護層１６表面をエッチングクリーニングする。その後、Ｔｉ金属を例えば抵抗加熱あるいは電子ビーム等により蒸発させ、同時にチャンバー内にＯ_２（酸素）ガスとＮ_２（窒素）ガス等の反応性ガスを導入する。ここで、上述した第１の保護層１６が形成された支持基板１１を保持する保持台に負の高電圧を印加し、例えば１０^−２〜１０Ｐａの圧力でグロー放電を行う。このようにして、上記中間層１７が、イオン化したＴｉ、Ｎ、Ｏにより成膜される。そして、中間層１７は例えば膜厚が０．１μｍ〜１μｍ程度に堆積される。

上記反応性イオンプレーティングにおいて、チャンバー内に導入する酸素ガスおよび窒素ガスの導入量を調整し、それぞれのチャンバー内でのガス分圧を調節して、中間層１７のＴｉＮｘＯｙ組成を制御することができる。また、反応性ガスの導入量を時間的に変えることにより、中間層１７の厚さ方向での組成を簡便に変化させることができる。なお、上記イオンプレーティング装置において、反応性ガスは上記負の高電圧とは別の電圧（直流あるいは交流電圧）によりグロー放電する構造になっていてもよい。

引き続いて、中間層１７の成膜を停止した後、上記チャンバー内を上記希ガスと窒素ガスのみの雰囲気にする。そして、これ等のガスのグロー放電によりイオン化された蒸発Ｔｉ金属およびＮによって、第２の保護層１８が成膜される。そして、第２の保護層１８は、例えば膜厚が１μｍ〜３μｍ程度に堆積される。

このように、第２の保護層１８は、同一の成膜装置において連続的に成膜することができる。また、窒素ガスの分圧によりＴｉＮｘ組成が制御される。例えば、チャンバー内ガスのＮ_２／（Ｎ_２＋Ａｒ）比を増加させることにより、組成比Ｎ／Ｔｉは０〜１まで自在に制御できる。

上記中間層１７および第２の保護層１８の成膜では、Ｔｉ金属板をスパッタリングターゲットにし公知のアルゴン雰囲気の反応性スパッタリングの方法を使用することもできる。この場合も、イオンプレーティングの場合と同様に、スパッタリング成膜装置において、反応性ガスである酸素ガスと窒素ガスのチャンバー内への導入量を調整し、中間層１７のＴｉＮｘＯｙ組成を制御する。また、同一の成膜装置により第２の保護層１８を連続的に成膜することができる。この第２の保護層１８の成膜においても、窒素ガスの導入量を調整し、第２の保護層１８のＮ／Ｔｉ比を制御する。

上記反応性スパッタリングでは、Ｔｉ金属板の替わりにＴｉＮ板をスパッタリングターゲットにし、酸素ガスを反応ガスとした反応性スパッタリングによりＴｉＮｘＯｙ膜を形成するようにしてもよい。あるいは、ＴｉＯ_２板をスパッタリングターゲットにし、窒素ガスを反応ガスとした反応性スパッタリングによりＴｉＮｘＯｙ膜を形成するようにしてもよい。同様に、ＴｉＮ板をスパッタリングターゲットにしたアルゴンプラズマによるスパッタリングによりＴｉＮｘ膜を形成するようにしてもよい。但し、この場合には、中間層１７と第２の保護層１８の同一チャンバーでの連続的な成膜は難しくなる。

その他に、例えば真空蒸着法を基本構造にした成膜装置を用いて、上記中間層１７あるいは第２の保護層１８を成膜することができる。あるいは、ターゲットと電極の間のアーク放電を用いた構造の成膜装置により、中間層１７あるいは第２の保護層１８を成膜することができる。

上記積層した保護層の成膜後は、支持基板１１の所定の領域に例えばベアチップの駆動ＩＣが実装される。あるいは、別の例えば駆動回路基板に駆動ＩＣが実装される。そして、支持基板１１は、例えばアルミ板等から成る放熱基板上に接着剤を介して、あるいは駆動回路基板と共に載置し固着される。ここで、発熱素子アレイの全ての通電電極は駆動ＩＣの出力側のボンディングパッドに例えばＡｌ線あるいはＡｕ線から成るボンディングワイヤーで電気接続される。また、駆動ＩＣの入力側のボンディングパッドは駆動回路基板等の回路パターンにボンディングワイヤーで電気接続される。そして、周知の実装技術により駆動ＩＣおよびボンディングワイヤーは封止材により気密封止される。このようにして、最終的なサーマルプリントヘッドが出来上がる。

上述したサーマルプリントヘッドでは、グレーズ層１２は平坦部のみのからなるＦＧ構造になっているが、従来技術で説明したようなパーシャルエッチングで形成された盛上がり部を有するいわゆるＰＥＧ構造であっても構わない。あるいは、逆にその平坦部がなく盛上がり部のみで形成されたＰＧ構造になっていてもよい。

上述したサーマルプリントヘッドを用いた記録媒体への画像形成あるいはオーバーコート処理では、従来技術で説明したのと同様に、熱転写インクリボン等や感熱記録媒体（図示せず）が、発熱部１５を被覆する保護層といわゆるプラテンローラ（図示せず）との間で挟圧／摺接され、そしてサーマルヘッドの副走査方向に所定の速度で搬送される。この挟圧／摺接において、記録媒体は、通電パルスで発熱する発熱部１５によって加熱され、その熱により印画あるいはオーバーコート処理される。

本実施形態では、支持基板と、この支持基板の主面に形成されたグレーズ層と、グレーズ層上に形成された発熱抵抗体から成る発熱部と、この発熱部に通電する電極と、上記発熱部を少なくとも被覆する保護層を備えたサーマルプリントヘッドにおいて、保護層が、絶縁体材から成る第１の保護層１６、Ｔｉ、ＮおよびＯの化合物を含む中間層１７、ＴｉとＮの化合物から成る第２の保護層１８がこの順に積層した構造になっている。ここで、中間層１７は、第１の保護層１６と第２の保護層１８との接着機能をもち、更には応力緩衝機能を有する。

このために、本実施形態のサーマルプリントヘッドの保護層は、記録媒体との圧接あるいは摺接に対して高い耐磨耗性を有し、大気中に含まれている水分等の接触による腐食からその発熱部を保護する。また、サーマルプリントヘッドが印画の用途／方法、あるいは記録媒体の種類等において厳しい条件の動作になっても、サーマルプリントヘッドの保護層において、上述した第１の保護層１６上の第２の保護層１８のクラック、あるいはその浮きや剥がれ等の破損が簡便に防止できる。このように、サーマルプリントヘッドの保護層の高信頼性および高品位性が簡便に確保される。そして、サーマルプリントヘッドにおける電極の腐食の発生がなく、発熱部の抵抗値が高安定化したものになる。

また、本実施形態で説明したように、第２の保護層１８のＴｉＮｘ組成をその厚さに変化させることにより、第２の保護層１８のクラック等の破損が抑制される。これは、チタンリッチなＴｉＮｘ（０＜ｘ＜１）がＴｉＮ膜に較べ熱応力を小さくすることによる。このことからも、第２の保護層１８のクラックあるいは剥がれの破損が防止できるようになる。そして、イオンプレーティングに較べて成膜の密着性に劣るが低コスト化が容易になるスパッタリングによる成膜によっても、サーマルプリントヘッドにおける高信頼性および高品位性を可能にする保護層が容易に形成できるようになる。

そして、本実施形態では、サーマルプリントヘッドの保護層の中間層１７および第２の保護層１８は、イオンプレーティング成膜装置、スパッタリング成膜装置等の成膜装置において、反応性ガスである酸化性ガスおよび窒素含有ガスのそのチャンバー内への導入量を変化させることにより連続的に成膜される。このような成膜方法により、中間層１７および第２の保護層１８の密着性は極めて高いものになる。また、これ等の膜中への不純物混入が簡便に抑制制御され、高品質の保護層が形成できる。そして、保護層の成膜工程のコストは低減し、高い耐磨耗性、高信頼性および高品位性を有する保護層を備えたサーマルプリントヘッドを低コストで製造することができる。

次に、実施例により本発明の効果について具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜実施例４、比較例１）
これ等の実施例では、サーマルプリントヘッドの保護層における中間層１７の効果について、硬度、引掻き破壊強度、昇降温ストレスでの膜剥がれを調べた。そこで、図１で説明したのとほぼ同様にしてサーマルプリントヘッドを作製した。すなわち、アルミナ製の支持基板１１上にＳｉＯ_２のグレーズ層１２をＦＧ構造に形成し、このグレーズ層１２上にＴａＳｉＯ_２から成る発熱抵抗体１３、Ａｌから成る一対の電極１４を形成し、１ドット印字する発熱部１５の発熱素子アレイを配列させた。そして、スパッタリングによりＳｉＯＮから成る第１の保護層１６を２μｍ厚に成膜した。

そして、実施例１〜４では、実施形態で説明したように反応性イオンプレーティグにより、ｘ＝ｙ＝１となるＴｉＮＯ組成の中間層１７を、上記第１の保護層１６上にそれぞれ０．１μｍ、０．２μｍ、０，５μｍ、１．０μｍの膜厚にて成膜した。ここで、中間層１７中のＴｉＮＯ組成は一定である。そして、同一のイオンプレーティング成膜装置により連続的にこれ等の中間層１７上にＴｉＮ組成一定の２μｍ厚の第２の保護層を堆積させた。比較例１では、中間層１７を成膜しないで第１の保護層１６上に上記第２の保護層を堆積させた。

上記保護層の成膜後は、実施形態で説明したように支持基板１１の所定の領域に駆動ＩＣ等を実装して、最終的なサーマルプリントヘッド製品のサンプルを作製した。

図３の評価結果から、第２の保護層１８のダイナミック硬度は実施例１〜４および比較例１で有意差はみられなかった。ここで、ダイナミック硬度（ＤＨＴ）は、三角錐型圧子（１１５°）を２００ｇｆで試料膜に押込み、そのビッカース圧痕から求めた。なお、同図に示された硬度はビッカース硬度（Ｈｖ）に換算して２５００程度に相当する。

そして、第２の保護層１８の引掻き破壊強度は、中間層１７の膜厚が増加するに従い少し増大していくことが判った。比較例１において引掻き強度が最も小さくなっている。ここで、引掻き破壊強度の試験は、Ｒ＝０．０５ｍｍのダイヤモンド針を膜上にセットし、０〜５００ｇｆまで連続して荷重をかけた場合の破断荷重を測定した。

そして、熱ストレスを付与した第２の保護層１８の膜剥がれは、実施例１〜４では全く皆無であった。しかし、比較例ではサーマルプリントヘッドの発熱部６４ドット（個）中の６ドット上で剥がれが発生した。ここで、上記膜剥がれの試験では、サーマルプリントヘッドの発熱部を室温〜３００℃の間で昇降温させ、その後に光学顕微鏡で発熱素子アレイの発熱部を観測した。

上記結果から、Ｔｉ−Ｎ−Ｏ系の化合物から成る中間層が、例えばＳｉＯＮ膜のような絶縁体材から成る第１の保護層１６と高い硬度をもつＴｉＮ膜から成る第２の保護層１８の接着層として有効であることが確認された。

（実施例５、実施例６、比較例２）
これ等の実施例では、サーマルプリントヘッドの保護層における第２の保護層１８のＴｉＮｘ組成の効果について、その硬度、膜応力、耐磨耗性を調べた。そこで、サーマルプリントヘッドの中間層１７の反応性イオンプレーティングによる成膜までは上述した実施例２と同様に行った。

そして、実施例５では、連続的にこの中間層１７上にＴｉＮ組成一定の２μｍ厚の第２の保護層を堆積させた。他方、実施例６では、反応性イオンプレーティングによる第２の保護層１８の成膜において、チャンバー内への窒素ガスの導入量を徐々に増加させ、ＴｉＮｘ組成が変化するようにした。そして、少なくとも窒化チタン／窒化二チタンの積層した構造を有する２μｍ厚の第２の保護層１８を成膜した。第２の保護層１８は多結晶であり、Ｘ線回折（ＸＲＤ；X-Ray Diffraction）測定により、第２の保護層１８の上層に窒化チタン膜、その下層に窒化二チタン膜が少なくとも形成されていることを確認した。一方、比較例２では、第１の保護層１６として４μｍ厚のＳｉＮ膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）をスパッタリングで成膜し、中間層１７および第２の保護層１８は形成していない。

そして、第２の保護層１８を成膜したサーマルプリントヘッド作製の中途段階で、ヘッド基板（支持基板１１）表面の第２の保護層１８の応力測定を行った。ここで、上記ヘッド基板表面の反り量を測定することにより、第２の保護層１８にかかる引っ張り応力を算出した。図４の評価結果に示すように、実施例６では、実施例５の場合の０．７倍程度にまで低減することが判った。

そして、上記応力測定後は、実施形態で説明したように支持基板１１の所定の領域に駆動ＩＣ等を実装して、最終的なサーマルプリントヘッド製品を作製した。

図４の評価結果から、実施例５，６における第２の保護層１８のダイナミック硬度は、実施例１〜４の場合と同じである。これに対して、比較例２では、その硬度が低下することが判る。

そして、第２の保護層１８の耐磨耗性は、実施例５および実施例６とも極めて高いことが判った。これに対して、比較例２では、耐磨耗性は上記実施例の約１／１００程度に大幅に低減することが判る。ここで、耐磨耗性の評価では、上記最終的なサーマルプリントヘッド製品を印字試験機にセットし、プラテンローラによってラッピングテープ（＃４０００）をサーマルプリントヘッド上に通過させ、５ｋｍ走行前後における磨耗量を表面粗さ計で測定した。

上記結果から、ＴｉＮｘ組成膜から成る第２の保護層１８は、中間層１７側から第２の保護層１８の最表面にかけて、その層中におけるＮ組成ｘが増加する構造であると、層中の応力が低減することが確認された。

そして、図には示していないが、第２の保護層１８の層中におけるＴｉＮｘ組成のｘが増加する構造の場合の方が、ＴｉＮ組成が一定の場合よりも熱ストレスの加速試験でのクラック発生が抑制されることが確認された。ここで、上記加速試験は、サーマルプリントヘッドの発熱部にパルス電圧を１×１０^７回印加し発熱させた後の保護層のクラック発生を光学顕微鏡で観測した。但し、この加速試験は、中間層１７および第２の保護層１８が反応性スパッタリングの方法で成膜されたサーマルプリントヘッド製品のサンプルに対して行われた。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。前記実施形態ではＴｉの組成物で説明したが、ＣｒやＴｉとＣｒの複合金属でも同様の効果が得られる。前記実施形態ではＴｉとＮの組成比をＮ／Ｔｉで表したが、ＴｉとＣｒの少なくとも一種の金属をＭとすると、同組成比はＮ／Ｍで表される。

例えば、本実施形態のサーマルプリントヘッドは、１つの発熱素子で１ドットの印字が可能な例の場合であるが、１つの発熱素子で２ドットの印字を行う構造でもよい。

また、上記実施形態のサーマルプリントヘッドでは、その発熱部に通電電極を通して流れる電流がその副走査方向になっているが、その通電電流がその他の方向、例えば主走査方向になる構造のサーマルプリントヘッドの場合にも適用できる。

なお、上記実施形態のサーマルプリントヘッドにおける保護層では、明示した元素以外の不純物元素が原子％オーダー以下に微量混入していても構わない。そして、特に第２の保護層１８では、Ｃ（炭素）が数原子％〜数十原子％混入されたＴｉＮ：Ｃ構造の高硬度化がなされていてもよい。

１１…支持基板，１２…グレーズ層，１３…発熱抵抗体，１４…一対の電極，１４ａ…第１の電極，１４ｂ…第２の電極，１５…発熱部，１６…第１の保護層，１７…中間層，１８…第２の保護層，Ｇ…間隙

Claims

支持基板と、この支持基板の主面に形成された保温層と、該保温層上に形成された発熱抵抗体から成る発熱部と、該発熱部に通電する電極と、前記発熱部を少なくとも被覆する保護層を備えたサーマルプリントヘッドにおいて、
前記保護層は、絶縁体材から成る第１の保護層、Ｔｉ（チタン）とＣｒ（クロム）のうちの少なくとも１種からなる金属、Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）の化合物を含む中間層、前記金属とＮの化合物から成る第２の保護層がこの順に積層した構造を有していることを特徴とするサーマルプリントヘッド。
前記第１の保護層は、Ｓｉ（シリコン）、ＮおよびＯを主成分とする膜であることを特徴とする請求項１に記載のサーマルプリントヘッド。
前記中間層は、前記第１の保護層から第２の保護層にかけて、層中のＮの量が増加していることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーマルプリントヘッド。
前記ＴｉとＣｒのうちの少なくとも１種からなる金属をＭとすると、前記第２の保護層は、前記中間層から前記第２の保護層の最表面にかけて、層中の組成比Ｎ／Ｍが増加していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルプリントヘッド。
前記第２の保護層の最表面は組成比Ｎ／Ｍが１になっていることを特徴とする請求項４に記載のサーマルプリントヘッド。
支持基板の一主面に絶縁体材から成る保温層を形成する工程と、
前記保温層を含む前記支持基板上の表面に発熱抵抗体を形成する工程と、
前記発熱抵抗体から成る発熱部と、該発熱部に通電する電極を形成する工程と、
前記発熱部を少なくとも被覆する絶縁体材から成る第１の保護層を成膜する工程と、
前記第１の保護層を被覆する、ＴｉとＣｒのうちの少なくとも１種からなる金属、ＯおよびＮの化合物から成る中間層を成膜する工程と、
前記中間層を被覆する前記金属とＮの化合物から成る第２の保護層を成膜する工程と、
を有することを特徴とするサーマルプリントヘッドの製造方法。
前記中間層および第２の保護層は、その成膜装置内への酸化性ガスおよび窒素含有ガスの導入量を変化させることにより、前記成膜装置内で連続的に成膜することを特徴とする請求項６に記載のサーマルプリントヘッドの製造方法。