JP6419404B1 - サーマルヘッドおよびサーマルプリンタ - Google Patents

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Abstract

本開示のサーマルヘッドＸ１は、基板７と、発熱部９と、電極１７，１９と、保護層２５と、を備える。発熱部９は、基板７上に位置する。電極１７，１９は、基板７上に位置し、発熱部９に繋がっている。保護層２５は、発熱部９および電極１７，１９の一部を被覆する。保護層２５は、チタンおよび窒素を含んでおり、保護層２５は、（１１１）面のＸ線回折のピーク強度をＰ１、（２００）面のＸ線回折のピーク強度をＰ２とした場合に、Ｐ２＞Ｐ１である。
【選択図】 図４

Description

本開示は、サーマルヘッドおよびサーマルプリンタに関する。
従来、ファクシミリあるいはビデオプリンタ等の印画デバイスとして、種々のサーマルヘッドが提案されている。例えば、基板と、前記基板上に位置する発熱部と、前記基板上に位置し、前記発熱部に繋がっている電極と、前記発熱部および前記電極の一部を被覆する保護層と、を備え、前記保護層は、チタンおよび窒素を含むサーマルヘッドが知られている（特許文献１参照）。
実開昭６２−３７３８号公報
本開示のサーマルヘッドは、基板と、発熱部と、電極と、保護層と、を備える。前記発熱部は、前記基板上に位置する。前記電極は、前記基板上に位置し、前記発熱部に繋がっている。前記保護層は、前記発熱部および前記電極の一部を被覆する。また、前記保護層は、チタンおよび窒素を含んでいる。また、前記保護層は、（１１１）面のＸ線回折のピーク強度をＰ１、（２００）面のＸ線回折のピーク強度をＰ２とした場合に、Ｐ２＞Ｐ１である。
本開示のサーマルプリンタは、上記に記載のサーマルヘッドと、前記発熱部上を通過するように記録媒体を搬送する搬送機構と、前記記録媒体を押圧するプラテンローラと、を備える。
図１は、第１の実施形態に係るサーマルヘッドの概略を示す分解斜視図である。 図２は、図１に示すサーマルヘッドの概略を示す平面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１に示すサーマルヘッドの保護層の近傍を拡大して示す断面図である。 図５は、第１の実施形態に係るサーマルプリンタを示す概略図である。 図６は、第２の実施形態に係るサーマルヘッドの保護層の近傍を拡大して示す断面図である。
従来のサーマルヘッドでは、保護層の耐摩耗性を向上させるために、チタンおよび窒素を含む保護層が用いられている。チタンおよび窒素を含む保護層は、硬度が高く保護層の薄層化が図れるため、生産性が高い。今般においては、保護層の耐摩耗性の更なる向上が求められている。
本開示のサーマルヘッドは、保護層の耐摩耗性を向上させ、記録媒体の走行距離の向上したサーマルヘッドとすることができる。以下、本開示のサーマルヘッドおよびそれを用いたサーマルプリンタについて、詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
以下、サーマルヘッドＸ１について図１〜４を参照して説明する。図１は、サーマルヘッドＸ１の構成を概略的に示している。図２は、保護層２５、被覆層２７、および封止部材１２を一点鎖線にて示しており、被覆部材２９を破線にて示している。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、サーマルヘッドＸ１の保護層２５の近傍を拡大して示している。
サーマルヘッドＸ１は、ヘッド基体３と、コネクタ３１と、封止部材１２と、放熱板１と、接着部材１４とを備えている。なお、コネクタ３１、封止部材１２、放熱板１、および接着部材１４は、必ずしも備えていなくてもよい。
放熱板１は、ヘッド基体３の余剰の熱を放熱する。ヘッド基体３は、接着部材１４を介して放熱板１上に載置されている。ヘッド基体３は、外部から電圧が印加されることにより、記録媒体Ｐ（図５参照）に印画を行う。接着部材１４は、ヘッド基体３と放熱板１とを接着している。コネクタ３１は、ヘッド基体３を外部に電気的に接続する。コネクタ３１は、コネクタピン８とハウジング１０とを有している。封止部材１２は、コネクタ３１とヘッド基体３とを接合している。
放熱板１は、直方体形状である。放熱板１は、例えば、銅、鉄またはアルミニウム等の金属材料で形成されており、ヘッド基体３の発熱部９で発生した熱のうち、印画に寄与しない熱を放熱する機能を有している。
ヘッド基体３は、平面視して、長方形状であり、基板７上にサーマルヘッドＸ１を構成する各部材が配置されている。ヘッド基体３は、外部より供給された電気信号に従い、記録媒体Ｐに印字を行う機能を有する。
図１〜３を用いて、ヘッド基体３を構成する各部材、封止部材１２、接着部材１４およびコネクタ３１について説明する。
ヘッド基体３は、基板７と、蓄熱層１３と、電気抵抗層１５と、共通電極１７と、個別電極１９と、第１接続電極２１と、接続端子２と、導電部材２３と、駆動ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１１と、被覆部材２９と、保護層２５と、被覆層２７とを有している。なお、これらの部材は、必ずしもすべて備えていなくてもよい。また、ヘッド基体３は、これら以外の部材を備えていてもよい。
基板７は、放熱板１上に配置されており、平面視して、矩形状である。基板７は、第１面７ｆと、第２面７ｇと、側面７ｅとを有している。第１面７ｆは、第１長辺７ａと、第２長辺７ｂと、第１短辺７ｃと、第２短辺７ｄとを有している。第１面７ｆ上にヘッド基体３を構成する各部材が配置されている。第２面７ｇは、第１面７ｆと反対側に位置している。第２面７ｇは、放熱板１側に位置しており、接着部材１４を介して放熱板１に接合されている。側面７ｅは、第１面７ｆと第２面７ｇとを接続しており、第２長辺７ｂ側に位置している。
基板７は、例えば、アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料あるいは単結晶シリコン等の半導体材料等によって形成されている。
蓄熱層１３は、基板７の第１面７ｆ上に位置している。蓄熱層１３は、第１面７ｆから上方に隆起している。言い換えると、蓄熱層１３は、基板７の第１面７ｆから遠ざかる方向に突出している。
蓄熱層１３は、基板７の第１長辺７ａに隣り合うように配置され、主走査方向に沿って延びている。蓄熱層１３の断面が略半楕円形状であることにより、発熱部９上に形成された保護層２５が、印画する記録媒体Ｐに良好に接触する。蓄熱層１３の基板７の第１面７ｆからの高さは３０〜６０μｍとすることができる。
蓄熱層１３は、熱伝導性の低いガラスで形成されており、発熱部９で発生する熱の一部を一時的に蓄積する。そのため、発熱部９の温度を上昇させるのに要する時間を短くすることができ、サーマルヘッドＸ１の熱応答特性を高めることができる。
蓄熱層１３は、例えば、ガラス粉末に適当な有機溶剤を混合して得た所定のガラスペーストをスクリーン印刷等によって基板７の第１面７ｆに塗布し、これを焼成することで形成される。
電気抵抗層１５は、蓄熱層１３の上面に位置しており、電気抵抗層１５上には、共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６が形成されている。共通電極１７と個別電極１９との間には、電気抵抗層１５が露出した露出領域が形成されている。電気抵抗層１５の露出領域は、図２に示すように、蓄熱層１３上に列状に配置されており、各露出領域が発熱部９を構成している。
なお、電気抵抗層１５は、各種電極と蓄熱層１３との間に必ずしも位置する必要はなく、共通電極１７と個別電極１９とを電気的に接続するように、例えば、共通電極１７と個別電極１９との間のみに位置していてもよい。
複数の発熱部９は、説明の便宜上、図２では簡略化して記載しているが、例えば、１００ｄｐｉ〜２４００ｄｐｉ（dot per inch）等の密度で配置される。電気抵抗層１５は、例えば、ＴａＮ系、ＴａＳｉＯ系、ＴａＳｉＮＯ系、ＴｉＳｉＯ系、ＴｉＳｉＣＯ系またはＮｂＳｉＯ系等の電気抵抗の比較的高い材料によって形成されている。そのため、発熱部９に電圧が印加されたときに、ジュール発熱によって発熱部９が発熱する。
共通電極１７は、主配線部１７ａ，１７ｄと、副配線部１７ｂと、リード部１７ｃとを備えている。共通電極１７は、複数の発熱部９と、コネクタ３１とを電気的に接続している。主配線部１７ａは、基板７の第１長辺７ａに沿って延びている。副配線部１７ｂは、基板７の第１短辺７ｃおよび第２短辺７ｄのそれぞれに沿って延びている。リード部１７ｃは、主配線部１７ａから各発熱部９に向かって個別に延びている。主配線部１７ｄは、基板７の第２長辺７ｂに沿って延びている。
複数の個別電極１９は、発熱部９と駆動ＩＣ１１との間を電気的に接続している。また、複数の発熱部９は、複数の群に分かれており、各群の発熱部９と各群に対応して配置された駆動ＩＣ１１とが、個別電極１９によって電気的に接続されている。
複数の第１接続電極２１は、駆動ＩＣ１１とコネクタ３１との間を電気的に接続している。各駆動ＩＣ１１に接続された複数の第１接続電極２１は、異なる機能を有する複数の配線で構成されている。
複数の第２接続電極２６は、隣り合う駆動ＩＣ１１を電気的に接続している。複数の第２接続電極２６は、異なる機能を有する複数の配線で構成されている。
これらの共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１、および第２接続電極２６は、導電性を有する材料で形成されており、例えば、アルミニウム、金、銀および銅のうちのいずれか一種の金属またはこれらの合金によって形成されている。
複数の接続端子２は、共通電極１７および第１接続電極２１をＦＰＣ５に接続するために、第１面７ｆの第２長辺７ｂ側に配置されている。接続端子２は、後述するコネクタ３１のコネクタピン８に対応して配置されている。
各接続端子２上には、導電部材２３が設けられている。導電部材２３としては、例えば、はんだ、あるいはＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）等を例示することができる。なお、導電部材２３と接続端子２との間にＮｉ、Ａｕ、あるいはＰｄによるめっき層を配置してもよい。
上記のヘッド基体３を構成する各種電極は、各々を構成するＡｌ、Ａｕ、あるいはＮｉ等の金属の材料層を蓄熱層１３上に、スパッタリング法等の薄膜成形技術によって順次積層した後、積層体をフォトエッチング等を用いて所定のパターンに加工することにより形成することができる。なお、ヘッド基体３を構成する各種電極は、同じ工程によって同時に形成することができる。
駆動ＩＣ１１は、図２に示すように、複数の発熱部９の各群に対応して配置されている。また、駆動ＩＣ１１は、個別電極１９と第１接続電極２１とに接続されている。駆動ＩＣ１１は、各発熱部９の通電状態を制御する機能を有している。駆動ＩＣ１１としては、スイッチングＩＣを用いることができる。
保護層２５は、発熱部９、共通電極１７および個別電極１９の一部を被覆している。保護層２５は、被覆した領域を、大気中に含まれている水分等の付着による腐食、あるいは印画する記録媒体Ｐとの接触による摩耗から保護するためのものである。
被覆層２７は、共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６を部分的に被覆するように基板７上に配置されている。被覆層２７は、被覆した領域を、大気との接触による酸化、あるいは大気中に含まれている水分等の付着による腐食から保護するためのものである。被覆層２７は、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、あるいはシリコーン系樹脂等の樹脂材料により形成することができる。
駆動ＩＣ１１は、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６に接続された状態で、エポキシ樹脂、あるいはシリコーン樹脂等の樹脂からなる被覆部材２９によって封止されている。被覆部材２９は、主走査方向に延びるように配置されており、複数の駆動ＩＣ１１を一体的に封止している。
コネクタ３１は、複数のコネクタピン８と、複数のコネクタピン８を収納するハウジング１０とを有している。複数のコネクタピン８は、第１端と第２端とを有している。第１端がハウジング１０の外部に露出しており、第２端がハウジング１０の内部に収容され、外部に引き出されている。コネクタピン８の第１端は、ヘッド基体３の接続端子２に電気的に接続されている。それにより、コネクタ３１は、ヘッド基体３の各種電極と電気的に接続されている。
封止部材１２は、第１封止部材１２ａと第２封止部材１２ｂとを有している。第１封止部材１２ａは、基板７の第１面７ｆ上に位置している。第１封止部材１２ａは、コネクタピン８と各種電極とを封止している。第２封止部材１２ｂは、基板７の第２面７ｇ上に位置している。第２封止部材１２ｂは、コネクタピン８と基板７との接触部を封止するように配置されている。
封止部材１２は、接続端子２、およびコネクタピン８の第１端が外部に露出しないように配置されており、例えば、エポキシ系の熱硬化性の樹脂、紫外線硬化性の樹脂、あるいは可視光硬化性の樹脂により形成することができる。なお、第１封止部材１２ａと第２封止部材１２ｂとが同じ材料により形成されていてもよい。また、第１封止部材１２ａと第２封止部材１２ｂとが別の材料により形成されていてもよい。
接着部材１４は、放熱板１上に配置されており、ヘッド基体３の第２面７ｇと放熱板１とを接合している。接着部材１４としては、両面テープ、あるいは樹脂性の接着剤を例示することができる。
図４を用いて、保護層２５について詳細に説明する。
保護層２５は、チタン（Ｔｉ）および窒素（Ｎ）を含んでおり、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＯＮ等を例示することができる。保護層２５として、ＴｉＮを用いた場合、例えば、Ｔｉを４０〜６０原子％、Ｎを４０〜６０原子％含有するように設定できる。
保護層２５の厚みは、５〜２０μｍと設定することができる。保護層２５の厚みを５μｍ以上とすることにより、サーマルヘッドＸ１の記録媒体Ｐの走行距離を向上できる。また、保護層２５の厚みを２０μｍ以下とすることにより、発熱部９の熱を記録媒体Ｐに伝達しやすくなり、サーマルヘッドＸ１の熱効率を向上できる。
保護層２５は、（１１１）面のＸ線回折のピーク強度をＰ１（以下、Ｐ１と称する）、（２００）面のＸ線回折のピーク強度をＰ２（以下、Ｐ２と称する）とした場合に、Ｐ２＞Ｐ１の関係性を有している。すなわち、保護層２５を構成する結晶粒子は、（２００）面のピーク強度が（１１１）面のピーク強度よりも高く、ａ軸に配向している。
そのため、保護層２５を構成する結晶粒子の結晶面において、表面エネルギーの小さな（２００）面が、（１１１）面よりも多くなる。そのため、保護層２５が緻密になり、保護層２５の耐摩耗性が向上する。
また、保護層２５が、（２００）面および（１１１）面を有しており、（２００）面が、（１１１）面よりも多くなることにより、（２００）面により保護層２５を緻密化することができ、かつ、（１１１）面により保護層２５に生じるひずみエネルギーを小さくできる。その結果、保護層２５の内部応力が低くなりクラックが生じにくくなる。
また、１＜Ｐ２／Ｐ１≦４．７４であってもよい。（１１１）面に対して、（２００）面の比率を高めたサーマルヘッドＸ１とすることができる。そして、（２００）面を優勢とすることにより、緻密な保護層２５とすることができる。また、（１１１）面は、結晶のすべり面となっていることから、（１１１）面を有することにより、保護層２５のすべり性を向上でき、スティッキングが生じにくいサーマルヘッドＸ１とすることができる。
また、保護層２５は、Ｘ線回折によって測定される（２００）面の回折ピークの半値幅が、０．５°〜１°であってもよい。このような構成を有する場合においても、（２００）面を構成する結晶の粒径が大きくなり、記録媒体Ｐと保護層２５との接触面積が減少する、その結果、記録媒体Ｐから受ける動摩擦力を低下させることができ、保護層２５の耐摩耗性を向上できる。
また、保護層２５は、Ｘ線回折によって測定される（１１１）面の回折ピークの半値幅が、０．８°〜１．２°であってもよい。それにより、（１１１）面を構成する結晶の粒径が大きくなり、記録媒体Ｐと保護層２５との接触面積が減少する、その結果、記録媒体Ｐから受ける動摩擦力を低下させることができ、保護層２５の耐摩耗性を向上できる。
なお、結晶面のピーク強度は、以下の方法で確認できる。まず、保護層２５を副走査方向に沿って基板７の厚み方向にサーマルヘッドＸ１を切断し、切断面の断面出しを行う。得られた切断面において、Ｘ線回折分析で得られた回折パターンの、２θ：２０〜８０°の範囲で検出されたピーク強度を結晶面のピーク強度とする。また、半値幅は、Ｘ線回折分析で得られた回折パターンを用いて測定する。
また、保護層２５の硬度は２４ＧＰａ以上であってもよい。このような構成を有する場合においても、記録媒体Ｐとの接触による摩耗がしにくくなり、サーマルヘッドＸ１の耐摩耗性を向上できる。なお、保護層２５の硬度は３０ＧＰａ以下であってもよい。このような構成を有することにより、保護層２５の膜応力が高くなりすぎてクラックが生じる可能性を低減できる。
また、保護層２５のヤング率は３２０ＧＰａ以上であってもよい。このような構成を有する場合においても、記録媒体Ｐとの接触により、保護層２５の内部にひずみが生じても、保護層２５が破壊されにくくなる。なお、保護層２５のヤング率は４００ＧＰａ以下であってもよい。このような構成を有することにより、保護層２５の膜応力が高くなりすぎてクラックが生じる可能性を低減できる。
なお、硬度、およびヤング率は、ナノインデンテーション法を用いて測定する。
また、保護層２５の算術表面粗さＲａは、６７．７ｎｍ以下であってもよい。このような構成を有することにより、保護層２５と記録媒体Ｐとの接触面積を低減することができ、それゆえ、保護層２５と記録媒体Ｐとに生じる摩擦力を低減することができる。その結果、保護層２５の耐摩耗性を向上できる。
さらに、保護層２５の表面における算術表面粗さＲａは、３２．３ｎｍ以下であってもよい。このような構成を有することにより、保護層２５の耐摩耗性をさらに向上できる。
なお、算術表面粗さＲａは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて測定する。
また、保護層２５を構成する結晶粒子が、基板７の厚み方向に長い柱状粒子を含んでいてもよい。言い換えると、保護層２５を構成する結晶粒子は、保護層２５の厚み方向に長くなっている。このような構成を有することにより、発熱部９で発生した熱を、保護層２５の厚み方向に効率よく伝えることができる。その結果、記録媒体Ｐを効率よく加熱することができ、サーマルヘッドＸ１の熱効率を向上できる。
なお、保護層２５を構成する結晶構造は、上述した切断面を、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて観察することができる。また、ＴＥＭにより撮影した画像を画像処理することにより、結晶粒子の基板７の厚み方向の長さおよび基板７の厚み方向に直交する長さを測定できる。なお、基板７の厚み方向に長い柱状粒子とは、柱状粒子の基板７の主面に対して９０°±２０°傾いているものまで含むものである。
また、保護層２５を構成する結晶粒子の平均結晶粒径が、２０５ｎｍ〜６０５ｎｍであってもよい。このような構成を有することにより、保護層２５の表面に比較的粒径の大きな結晶粒子が位置することとなる。その結果、粒界と記録媒体Ｐとの単位面積当たりの接触面積が小さくなり、保護層２５に生じる摩擦力が小さくなる。それゆえ、保護層２５の耐摩耗性が向上する。
また、平均結晶粒径の標準偏差が、１６．７ｎｍ〜６０．８ｎｍであってもよい。このような構成を有することにより、保護層２５を構成する結晶粒子の粒径のばらつきが大きくなる。それゆえ、保護層２５は、様々な粒径の結晶粒子を含有することとなり、保護層２５の耐摩耗性を向上できる。すなわち、粒径の異なる結晶粒子により記録媒体Ｐを支持することができ、効率よく記録媒体Ｐからの応力を分散することができる。
なお、結晶粒子の平均結晶粒径は、例えば、以下の方法で確認できる。まず、保護層２５の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて撮影する。続いて、撮影した表面写真から結晶粒子をマーキングして、画像解析を行い、結晶粒子の粒径データを測定する。なお、本明細書においては、平均結晶粒径とは、メジアン径（ｄ５０）を意味する。また、平均結晶粒径の標準偏差は、結晶粒子の粒径データを基に算出することができる。
保護層２５は、アークプラズマ方式イオンプレーティング、あるいはホロカソード方式イオンプレーティングにより形成することができる。
Ｐ１およびＰ２の制御は例えば、以下の方法により制御することができる。例えばアークプラズマ方式イオンプレーティング法によって保護層２５を形成する場合、成膜時に印加する基板バイアス電圧の絶対値を大きくすることにより、Ｐ２＞Ｐ１となる保護層２５を形成できる。また、成膜装置の成膜圧を低くすることにより、Ｐ２＞Ｐ１となる保護層２５を形成できる。また、成膜時の基板の温度を高めることにより、Ｐ２＞Ｐ１となる保護層２５を形成できる。
次に、サーマルヘッドＸ１を有するサーマルプリンタＺ１について、図５を参照しつつ説明する。
本実施形態のサーマルプリンタＺ１は、上述のサーマルヘッドＸ１と、搬送機構４０と、プラテンローラ５０と、電源装置６０と、制御装置７０とを備えている。サーマルヘッドＸ１は、サーマルプリンタＺ１の筐体（不図示）に配置された取付部材８０の取付面８０ａに取り付けられている。なお、サーマルヘッドＸ１は、搬送方向Ｓに直交する方向である主走査方向に沿うようにして、取付部材８０に取り付けられている。
搬送機構４０は、駆動部（不図示）と、搬送ローラ４３，４５，４７，４９とを有している。搬送機構４０は、感熱紙、インクが転写される受像紙等の記録媒体Ｐを図５の矢印Ｓ方向に搬送して、サーマルヘッドＸ１の複数の発熱部９上に位置する保護層２５上に搬送するためのものである。駆動部は、搬送ローラ４３，４５，４７，４９を駆動させる機能を有しており、例えば、モータを用いることができる。搬送ローラ４３，４５，４７，４９は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ，４９ｂにより被覆して構成することができる。なお、記録媒体Ｐが、インクが転写される受像紙等の場合は、記録媒体ＰとサーマルヘッドＸ１の発熱部９との間に、記録媒体Ｐとともにインクフィルム（不図示）を搬送する。
プラテンローラ５０は、記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に位置する保護層２５上に押圧する機能を有する。プラテンローラ５０は、搬送方向Ｓに直交する方向に沿って延びるように配置され、記録媒体Ｐを発熱部９上に押圧した状態で回転可能となるように両端部が支持固定されている。プラテンローラ５０は、例えば、ステンレス等の金属からなる円柱状の軸体５０ａを、ブタジエンゴム等からなる弾性部材５０ｂにより被覆して構成することができる。
電源装置６０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を発熱させるための電流および駆動ＩＣ１１を動作させるための電流を供給する機能を有している。制御装置７０は、上記のようにサーマルヘッドＸ１の発熱部９を選択的に発熱させるために、駆動ＩＣ１１の動作を制御する制御信号を駆動ＩＣ１１に供給する機能を有している。
サーマルプリンタＺ１は、プラテンローラ５０によって記録媒体ＰをサーマルヘッドＸ１の発熱部９上に押圧しつつ、搬送機構４０によって記録媒体Ｐを発熱部９上に搬送しながら、電源装置６０および制御装置７０によって発熱部９を選択的に発熱させることにより、記録媒体Ｐに所定の印画を行う。なお、記録媒体Ｐが受像紙等の場合は、記録媒体Ｐとともに搬送されるインクフィルム（不図示）のインクを記録媒体Ｐに熱転写することによって、記録媒体Ｐへの印画を行う。
＜第２の実施形態＞
以下、図６を用いて、第２の実施形態に係るサーマルヘッドＸ２について説明する。サーマルヘッドＸ２は、保護層２２５の構成がサーマルヘッドＸ１と異なっている。なお、サーマルヘッドＸ１と同一の部材については、同一の符号を付しており、説明を省略する。
保護層２２５は、第１層２２５ａと第２層２２５ｂとを備えている。第１層２２５ａは、基板７上に位置している。第２層２２５ｂは、第１層２２５ａ上に位置している。第１層２２５ａおよび第２層２２５ｂは、チタン（Ｔｉ）および窒素（Ｎ）を含んでおり、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＡｌＯＮ等を例示することができる。第１層２２５ａおよび第２層２２５ｂを同一の材料により形成してもよい。また、第１層２２５ａおよび第２層２２５ｂを異なる材料により形成してもよい。
第１層２２５ａは、（２００）面が（１１１）面よりも多く構成されており、Ｐ２＞Ｐ１となっている。それにより、緻密な層とすることができ、基板７との密着力を向上させることができる。また、第１層２２５ａが緻密なことにより、基板７と第２層２２５ｂとの密着力を向上できる。
第２層２２５ｂは、（１１１）面が（２００）面よりも多く構成されており、Ｐ１＞Ｐ２となっている。それにより、すべり面が優勢となり、第２層２２５ｂのすべり性を向上できる。その結果、保護層２２５は、表層にすべり面が位置する構成となり、保護層２２５の耐摩耗性を向上できる。
また、第２層２２５ｂのＰ２／Ｐ１が、第１層２２５ａのＰ２／Ｐ１よりも小さくてもよい。このような構成を有することにより、保護層２２５のすべり性を向上できる。すなわち、記録媒体Ｐと接する表層にすべり面が形成されることとなり、保護層２２５の耐摩耗性が向上する。
なお、第２層２２５ｂが、（２００）面が（１１１）面よりも多く構成されており、Ｐ２＞Ｐ１となっていてもよい。その場合においても、保護層２２５は、記録媒体Ｐと接する表層に緻密な層が形成され、保護層２２５の耐摩耗性を向上できる。
第１層２２５ａおよび第２層２２５ｂの結晶面は、例えば、極微電子回折法（ＮａｎｏＢｅａｍ Ｅｌｅｃｔｒоｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて測定する。
保護層２２５は、例えば、以下の方法により形成することができる。
例えばアークプラズマ方式イオンプレーティング法によって保護層２２５を形成する場合、基板バイアス電圧の絶対値を２００〜４００Ｖとして、Ｐ２＞Ｐ１となる第１層２２５ａを形成する。次いで、基板バイアス電圧の絶対値を５００Ｖに上げて第２層２２５ｂを形成する。これにより、第１層２２５ａおよび第２層２２５ｂを備える保護層２２５を形成できる。
なお、第２層２２５ｂの成膜時の成膜圧力よりも、第１層２２５ａの成膜時の成膜圧力よりを高くすることにより、保護層２２５を形成してもよい。また、第２層２２５ｂの成膜時の基板の温度よりも、第１層２２５ａの成膜時の基板の温度を高くすることにより、保護層２２５を形成してもよい。
以上、本開示のサーマルヘッドは、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、電気抵抗層１５を薄膜によって形成した、発熱部９の薄い薄膜ヘッドを例示して示したが、これに限定されるものではない。各種電極をパターニングした後に、電気抵抗層１５を厚膜によって形成した、発熱部９の厚い厚膜ヘッドであってもよい。
また、発熱部９が基板７の第１面７ｆ上に形成された平面ヘッドを例示して説明したが、発熱部９が基板７の端面に位置する端面ヘッドでもよい。
また蓄熱層１３上に共通電極１７および個別電極１９を形成し、共通電極１７と個別電極１９との間の領域のみに電気抵抗層１５を形成することにより、発熱部９を形成してもよい。
また、封止部材１２を、駆動ＩＣ１１を被覆する被覆部材２９と同じ材料により形成してもよい。その場合、被覆部材２９を印刷する際に、封止部材１２が形成される領域にも印刷して、被覆部材２９と封止部材１２とを同時に形成してもよい。
また、基板７に直接コネクタ３１を接続した例を示したが、基板７にフレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Flexible printed circuits）を接続してもよい。
保護層を構成する結晶粒子の結晶面と、保護層の耐摩耗性の関係性を調査する目的で以下の実験を行った。
共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６等の各種電極配線が形成された試料となる基板を複数準備し、アークプラズマ方式イオンプレーティング装置を用いて、５μｍの厚みで保護層２５を成膜した。保護層２５の成膜時において、表１に示す基板バイアス電圧を印加した。
保護層２５が形成された基板７に、駆動ＩＣ１１を搭載し、被覆部材２９を塗布、硬化してサーマルヘッドを作製した。なお、試料Ｎｏ．１〜４ごとに、各３本のサーマルヘッドを作製した。そして、作製したサーマルヘッドを、プラテンローラ５０とともに筐体に組み込みサーマルプリンタを作製し、以下に示す走行試験を行った。
３つのヘッドのうち、１つのサーマルヘッドを用いて、保護層２５の耐摩耗性を確認した。記録媒体として感熱紙を用いて、搬送速度３００ｍｍ／ｓ、印字周期０．７ｍｓ／Ｌｉｎｅ、印加電圧０．３Ｗ／ｄｏｔ、押し圧１０ｋｇＦ／ｈｅａｄの条件で、走行試験を行った。印画中にドット抜けが生じた場合、保護層２５が破壊されたと判定して、それまでに走行した距離を走行距離として記録した。
残りの２つのサーマルヘッドを用いて、スティッキングの有無を確認した。試料Ｎｏ．１〜４のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタに、記録媒体として感熱紙を用いて、搬送速度３００ｍｍ／ｓの条件で、全発熱素子をオン状態で１０００ｍｍ印字した。印字された感熱紙を確認し、２つのサーマルヘッドのいずれにも印字飛びが生じていないものを表１に◎と記載し、２つのサーマルヘッドのいずれかに印字飛びが生じていたものを表１に○と記載した。
Figure 0006419404
試料Ｎｏ．１〜４のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタは、走行距離が１１０ｋｍを超え、保護層２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。また、スティッキングの評価も◎または○となっており、保護層２５のすべり性が向上したことを確認できた。
また、３．５９＞（Ｐ１／Ｐ２）である試料Ｎｏ．３，４は、スティッキングの評価が◎となっており、スティッキングが生じていなかった。
共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６等の各種電極配線が形成された試料となる基板を複数準備し、アークプラズマ方式イオンプレーティング装置を用いて、保護層２２５の成膜時において、表２に示す基板バイアス電圧を印加して、第１層２２５ａおよび第２層２２５ｂを成膜した。第１層２２５ａの厚みは２．５μｍとした。第２層２２５ｂの厚みは２．５μｍとした。
そして、実施例１と同様の走行試験を行い、保護層２２５の耐摩耗性を確認した。また、保護層２２５の密着性を確認するために、走行試験後に保護層２２５に剥離が生じなかったものを表１に◎と記載し、保護層２２５に剥離が生じたものを表１に〇と記載した。
Figure 0006419404
試料Ｎｏ．５〜８のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタは、走行距離が１００ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。また、密着性の評価も◎または○となっており、保護層２２５の密着性が向上したことを確認できた。
また、第１層２２５ａがＰ２＞Ｐ１であり、第２層２２５ｂがＰ１＞Ｐ２である試料Ｎｏ．７は、走行距離が２００ｋｍ以上あり、保護層２２５の耐摩耗性が向上するとともに、密着性が◎となっており、保護層２２５の密着性が向上したことを確認できた。
また、試料Ｎｏ．７は、第２層２２５ｂのＰ２／Ｐ１が、第１層２２５ａのＰ２／Ｐ１よりも小さくなっており、保護層２２５のすべり性が向上し、走行距離が２００ｋｍ以上あった。
また、試料Ｎｏ．８は、密着性が◎となっており、保護層２２５の密着性が向上したことを確認できた。
共通電極１７、個別電極１９、第１接続電極２１および第２接続電極２６等の各種電極配線が形成された試料となる基板を複数準備し、アークプラズマ方式イオンプレーティング装置を用いて、保護層２２５の成膜時において、６００Ｖの基板バイアス電圧を印加して第１層２２５ａを成膜し、表２に示す基板バイアス電圧を印加して、第２層２２５ｂを成膜した。第１層２２５ａの厚みは２．５μｍとした。第２層２２５ｂの厚みは２．５μｍとした。
そして、実施例１と同様の走行試験を行い、保護層２２５の耐摩耗性を確認した。また、スティッキングの有無の確認を行った。
また、密着性を確認するために、Ｒ＝０．２ｍｍ、１２０°のダイヤモンド圧子を備えるレスカ製ＣＳＲ−１０００のスクラッチ試験機を用いて、スクラッチ試験を行った。
また、基板７の厚み方向に基板７を切断し、保護層２５の断面出しを行い、Ｘ線のピーク強度を測定した。そのため、表３に記載されたＸ線強度比は、保護層２２５全体のＸ線強度比を示すものである。
Figure 0006419404
試料Ｎｏ．９〜１２のサーマルヘッドを搭載したサーマルプリンタは、走行距離が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。また、いずれもスティッキングの評価が◎となっていた。
また、スクラッチ試験の結果も、試料Ｎｏ．９〜１２のサーマルヘッドは、密着強度が２．５ｋｇｆ以上あり、保護層２２５の密着性が向上したことを確認した。
また、Ｐ２／Ｐ１≦３．４２となっている試料Ｎｏ．９〜１２は、走行試験の結果が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。
また、（２００）面の回折ピークの半値幅が、０．５°〜０．７°である試料Ｎｏ．９〜１２は、走行試験の結果が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。
また、（１１１）面の回折ピークの半値幅が、０．８°〜１．２°である試料Ｎｏ．９〜１２は、走行試験の結果が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。
また、保護層２５の硬度が２４ＧＰａ以上ある試料Ｎｏ．９〜１２は、走行試験の結果が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。
また、保護層２５のヤング率が３２０ＧＰａ以上ある試料Ｎｏ．９〜１２は、走行試験の結果が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。
また、保護層２５の算術表面粗さＲａが、６７．７ｎｍ以下である試料Ｎｏ．９〜１２は、走行試験の結果が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。
特に、保護層２５の算術表面粗さＲａが、３２．３ｎｍ以下である試料Ｎｏ．１０〜１２は、走行試験の結果が１７０ｋｍを超えていた。
また、保護層２５を構成する結晶粒子の平均結晶粒径が、４０５ｎｍ〜５５０ｎｍである試料Ｎｏ．９〜１２は、走行試験の結果が１５０ｋｍを超え、保護層２２５の耐摩耗性が向上したことを確認できた。
Ｘ１ サーマルヘッド
Ｚ１ サーマルプリンタ
１ 放熱板
３ ヘッド基体
７ 基板
９ 発熱部
１１ 駆動ＩＣ
１２ 封止部材
１３ 蓄熱層
１４ 接着部材
１５ 電気抵抗層
１７ 共通電極
１９ 個別電極
２１ 第１接続電極
２５，２２５ 保護層 ２２５ａ 第１層
２２５ｂ 第２層
２６ 第２接続電極
２７ 被覆層
３１ コネクタ

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板上に位置する発熱部と、
    前記基板上に位置し、前記発熱部に繋がっている電極と、
    前記発熱部および前記電極の一部を被覆する保護層と、を備え、
    前記保護層は、チタンおよび窒素を含んでおり、
    前記保護層は、（１１１）面のＸ線回折のピーク強度をＰ１、（２００）面のＸ線回折のピーク強度をＰ２とした場合に、Ｐ２＞Ｐ１であり、
    前記保護層は、第１層と前記第１層上に位置する第２層とを備え、
    前記第１層は、Ｐ２＞Ｐ１であり、
    前記第２層は、Ｐ１＞Ｐ２である、サーマルヘッド。
  2. ４．７４≧（Ｐ２／Ｐ１）である、請求項１に記載のサーマルヘッド。
  3. 前記保護層は、Ｘ線回折によって測定される（２００）面の回折ピークの半値幅が０．５°〜１°の範囲にある、請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
  4. 前記保護層は、Ｘ線回折によって測定される（１１１）面の回折ピークの半値幅が０．０．８°〜１．２°の範囲にある、請求項１から３のいずれか１項に記載のサーマルヘッド。
  5. 前記保護層は、硬度が２４ＧＰａ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
  6. 前記保護層は、ヤング率が３２０ＧＰａ以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
  7. 前記保護層の表面における算術表面粗さをＲａとしたとき、６７．７ｎｍ≧Ｒａである、請求項１から６のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
  8. 前記保護層を構成する結晶粒子が、前記基板の厚み方向に長い柱状粒子を含む、請求項１から７までのいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
  9. 前記第２層のＰ２／Ｐ１が、前記第１層のＰ２／Ｐ１よりも小さい、請求項１から８のいずれか一項に記載のサーマルヘッド。
  10. 基板と、
    前記基板上に位置する発熱部と、
    前記基板上に位置し、前記発熱部に繋がっている電極と、
    前記発熱部および前記電極の一部を被覆する保護層と、を備え、
    前記保護層は、チタンおよび窒素を含んでおり、
    前記保護層は、（１１１）面のＸ線回折のピーク強度をＰ１、（２００）面のＸ線回折のピーク強度をＰ２とした場合に、Ｐ２＞Ｐ１であり、
    前記保護層を構成する結晶粒子の平均結晶粒径が、２０５ｎｍ〜６０５ｎｍである、サーマルヘッド。
  11. 前記平均結晶粒径の標準偏差が、１６．７ｎｍ〜６０．８ｎｍである、請求項１０に記載のサーマルヘッド。
  12. 請求項１から１１のうちいずれか一項に記載のサーマルヘッドと、
    前記発熱部上を通過するように記録媒体を搬送する搬送機構と、
    前記記録媒体を押圧するプラテンローラと、を備えることを特徴とするサーマルプリンタ。
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