JP7041043B2 - Thermal head and manufacturing method of thermal head - Google Patents

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Description

本発明は、サーマルヘッドおよびサーマルヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a thermal head and a method for manufacturing the thermal head.

サーマルヘッドは、例えばバーコード等のラベル紙やレシート等の記録紙を作成するための印字デバイスとして感熱プリンタに組み込まれて使用されている。サーマルヘッドは、感熱紙を発色させるための発熱抵抗体および発熱抵抗体に通電して発熱させる電極を備える。発熱抵抗体および電極は、バーコード等のラベル紙やレシート等の記録紙が摺動する際の保護として、および複数の電極の間の電気的絶縁を確保するために、ガラス等からなる保護膜で覆われている。 The thermal head is incorporated in a thermal printer and used as a printing device for producing, for example, a label paper such as a bar code and a recording paper such as a receipt. The thermal head includes a heat-generating resistor for developing the color of the thermal paper and an electrode for energizing the heat-generating resistor to generate heat. The heat generation resistor and electrodes are protective films made of glass or the like to protect labels such as barcodes and recording paper such as receipts from sliding, and to ensure electrical insulation between a plurality of electrodes. It is covered with.

現在、バーコードの印字では、これまでのＪＡＮコードに代表される一次元のバーコードから、ＱＲコード等の二次元バーコードが汎用的に使用されている。レシートの印字でも、これまでの文字と記号だけでなくイメージ画像も使用され始めている。これにより、ラベル紙やレシート等の記録紙の単位面積当たりの印字率が増加している。さらにラベル紙への印字では、フィルム状のリボンに塗布されたインクを加熱してラベル紙に転写する方式も存在する。リボンには、レジン系のように熱に対して低感度のリボンも存在する。 Currently, in the printing of barcodes, two-dimensional barcodes such as QR codes are generally used instead of the one-dimensional barcodes represented by the JAN codes so far. In the printing of receipts, not only the characters and symbols used so far, but also images are beginning to be used. As a result, the printing rate per unit area of recording paper such as label paper and receipts is increasing. Further, in printing on label paper, there is also a method of heating the ink applied to the film-shaped ribbon and transferring it to the label paper. Ribbons that are less sensitive to heat, such as resin ribbons, also exist.

このように、印字率の増加や、低感度リボンのような媒体に対応した印字に必要な熱量を伝達するために、サーマルヘッドは発熱抵抗体により多くの電力を供給して多くの熱を発生させなければならない。発熱量の増加は、記録紙の摺動とともに、サーマルヘッドの寿命に影響を及ぼすことになる。
発熱抵抗体および電極を保護する保護膜として、記録媒体と接する保護膜の表面の硬度を増すために、保護膜の上層（表面側）の膜応力が下層（発熱抵抗体および電極の側）の膜応力よりも高くなるように設定することも提案されている（特許文献１参照）。 In this way, in order to increase the printing rate and transfer the amount of heat required for printing corresponding to a medium such as a low-sensitivity ribbon, the thermal head supplies more power to the heat-generating resistor to generate more heat. I have to let you. The increase in the amount of heat generated affects the life of the thermal head as well as the sliding of the recording paper.
As a protective film that protects the heat-generating resistor and the electrode, the film stress of the upper layer (surface side) of the protective film is applied to the lower layer (heat-generating resistor and the electrode side) in order to increase the hardness of the surface of the protective film in contact with the recording medium. It is also proposed to set the stress higher than the film stress (see Patent Document 1).

特開２０１８－０３４４０７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-034407

特許文献１では、発熱抵抗体および電極を保護する保護膜として１層の保護膜を使用し、その上層部と下層部の膜応力を変更することを提案する。しかし、保護膜が１層のため、保護膜として使用可能な材料は絶縁性の材料に限られる。特許文献１では、保護膜の材料として絶縁性のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を使用しているが、ＳｉＯＮは、硬度は高いが靭性は低いため割れや剥離が生じ易く、従って耐久性の問題は完全には解決されていない。 Patent Document 1 proposes to use one layer of protective film as a protective film for protecting the heat generation resistor and the electrode, and to change the film stress of the upper layer portion and the lower layer portion thereof. However, since the protective film has only one layer, the material that can be used as the protective film is limited to the insulating material. In Patent Document 1, an insulating silicon oxynitride film (SiON) is used as the material of the protective film, but the SiON has a high hardness but low toughness, so that cracks and peeling are likely to occur, and therefore there is a problem of durability. Has not been completely resolved.

本発明のサーマルヘッドは、基板上に配置されている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体に電力を供給する電極と、前記基板上に配置され、前記発熱抵抗体を覆うとともに、前記電極の少なくとも一部を覆う絶縁性の第１保護膜と、前記第１保護膜より上に配置され、前記第１保護膜の軟化点または融点よりも融点が高い材料で構成される第２保護膜と、を備え、前記第２保護膜の主成分はタングステン合金であり、前記第２保護膜の内部応力は、前記第１保護膜から遠い側において、前記第１保護膜に近い側よりも高い。
本発明のサーマルヘッドの製造方法は、基板上に発熱抵抗体を形成することと、前記発熱抵抗体に電力を供給する電極を形成することと、前記基板上に配置され、前記発熱抵抗体を覆うとともに、前記電極の少なくとも一部を覆う絶縁性の第１保護膜を形成することと、前記第１保護膜より上に配置され、前記第１保護膜の軟化点または融点よりも融点が高い材料で構成される第２保護膜を形成することと、を備え、前記第２保護膜の主成分はタングステン合金であり、前記第２保護膜は、前記第１保護膜から遠い側の内部応力が前記第１保護膜に近い側よりも高くなるように成膜条件を変更して形成する。
The thermal head of the present invention has a heat-generating resistor arranged on a substrate, an electrode for supplying power to the heat-generating resistor, and an electrode arranged on the substrate to cover the heat-generating resistor and at least the electrode. An insulating first protective film that partially covers the first protective film, and a second protective film that is arranged above the first protective film and is composed of a material having a melting point higher than the softening point or melting point of the first protective film. The main component of the second protective film is a tungsten alloy, and the internal stress of the second protective film is higher on the side far from the first protective film than on the side closer to the first protective film.
The method for manufacturing a thermal head of the present invention comprises forming a heat-generating resistor on a substrate, forming an electrode for supplying power to the heat-generating resistor, and disposing the heat-generating resistor on the substrate. It forms an insulating first protective film that covers at least a part of the electrode, and is arranged above the first protective film and has a melting point higher than the softening point or melting point of the first protective film. It comprises forming a second protective film made of a material, the main component of the second protective film is a tungsten alloy, and the second protective film has an internal stress on the side far from the first protective film. Is formed by changing the film forming conditions so that is higher than the side closer to the first protective film.

本発明によれば、耐久性に優れたサーマルヘッドを実現できる。 According to the present invention, a thermal head having excellent durability can be realized.

本発明の第１実施形態によるサーマルヘッドを示す図であり、図１（ａ）は上面図を示す図、図１（ｂ）は断面図を示す図、図１（ｃ）は、第２保護膜１９の内部応力のグラフを示す図。It is a figure which shows the thermal head by 1st Embodiment of this invention, FIG. 1 (a) is the figure which shows the top view, FIG. 1 (b) is a figure which shows the sectional view, and FIG. The figure which shows the graph of the internal stress of a film 19. 変形例のサーマルヘッドを示す図。The figure which shows the thermal head of the modification. 本発明の第２実施形態によるサーマルヘッドを示す図。The figure which shows the thermal head by 2nd Embodiment of this invention.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるサーマルヘッド５０を示す図であり、図１（ａ）はサーマルヘッド５０の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。また、図１（ｃ）は第２保護膜１９における厚さ方向の位置と内部応力の関係を表すグラフである。
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックからなる支持基板１１の表面に、部分的あるいは全体的に、ガラス等からなるグレーズ層１２が配置され、グレーズ層１２の上に、櫛歯状の共通電極１４と格子状の個別電極１５とが配置されている。 (First Embodiment)
1A and 1B are views showing a thermal head 50 according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1A is a top view of the thermal head 50, and FIG. 1B is an A-A in FIG. 1A. It is sectional drawing which shows the A cross section. Further, FIG. 1 (c) is a graph showing the relationship between the position in the thickness direction and the internal stress in the second protective film 19.
A glaze layer 12 made of glass or the like is partially or wholly arranged on the surface of a support substrate 11 made of ceramic such as alumina (Al2O3), and a comb-shaped common electrode 14 and a lattice are placed on the glaze layer 12. The individual electrodes 15 and the like are arranged.

本明細書では、支持基板１１とグレーズ層１２を併せて基板１０とも呼び、共通電極１４および個別電極１５を、併せて電極１３とも呼ぶ。
共通電極１４および個別電極１５は、例えば金属含有ペーストを厚膜印刷した後に、これを焼成することにより形成されている。更に共通電極１４に積層するように、例えば銀などからなる導電性の材料を厚膜印刷した後に焼成し形成している。
基板１０上には、共通電極１４および個別電極１５とを跨ぐように、発熱抵抗体１６が配置されている。
発熱抵抗体１６の下に配置されている共通電極１４および個別電極１５の、中心間隔は、一例として４０～７０μｍ程度である。 In the present specification, the support substrate 11 and the glaze layer 12 are collectively referred to as a substrate 10, and the common electrode 14 and the individual electrodes 15 are collectively referred to as an electrode 13.
The common electrode 14 and the individual electrode 15 are formed, for example, by printing a metal-containing paste in a thick film and then firing the paste. Further, a conductive material made of, for example, silver is printed on a thick film and then fired so as to be laminated on the common electrode 14.
A heat generation resistor 16 is arranged on the substrate 10 so as to straddle the common electrode 14 and the individual electrode 15.
The center spacing of the common electrode 14 and the individual electrodes 15 arranged under the heat generation resistor 16 is, for example, about 40 to 70 μm.

基板１０上にはさらに、電極１３および発熱抵抗体１６を覆って、絶縁性の第１保護膜１７が配置されている。第１保護膜１７の上には中間層１８が配置され、中間層１８の上に第１保護膜１７とは材質の異なる第２保護膜１９が配置されている。すなわち、第２保護膜１９は、第１保護膜１７よりも上（基板１０から離れる側）に形成されている。 Further, an insulating first protective film 17 is arranged on the substrate 10 so as to cover the electrode 13 and the heat generation resistor 16. An intermediate layer 18 is arranged on the first protective film 17, and a second protective film 19 made of a material different from that of the first protective film 17 is arranged on the intermediate layer 18. That is, the second protective film 19 is formed above the first protective film 17 (on the side away from the substrate 10).

第１保護膜１７は、例えばガラスを主成分とする絶縁性の保護膜であり、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ている。第１保護膜１７の厚さは、３～１０μｍ程度であることが好ましい。上述のガラスペーストを焼結する方法により、比較的厚膜の第１保護膜１７を安価に成膜することができる。なお、第１保護膜１７は、ガラス以外の材料、例えば、窒化珪素や炭化珪素、または耐熱性のシリコーンで形成しても良い。 The first protective film 17 is, for example, an insulating protective film containing glass as a main component, and is formed by printing a thick film of glass paste and then firing the film. The thickness of the first protective film 17 is preferably about 3 to 10 μm. By the method of sintering the glass paste described above, a relatively thick first protective film 17 can be formed at low cost. The first protective film 17 may be formed of a material other than glass, for example, silicon nitride, silicon carbide, or heat-resistant silicone.

サーマルヘッド５０の使用時には、不図示の制御回路から不図示の配線を経由して、個別電極１５のうちの１つ以上と共通電極１４とに、電位差が印加される。これにより、共通電極１４と電圧が印加された個別電極１５との間の発熱抵抗体１６には電流が流れ、この部分が局所的に発熱することで感熱紙へのサーマルプリントが実行できる。
第１保護膜１７がガラス系の材質からなる場合には、そのガラス転移点は５００～６００℃である。従って、サーマルヘッド５０の動作時に、発熱抵抗体１６の発熱により第１保護膜１７の温度が５００～６００℃程度以上になると、第１保護膜１７の熱膨張が顕著になる。 When the thermal head 50 is used, a potential difference is applied from a control circuit (not shown) to one or more of the individual electrodes 15 and the common electrode 14 via wiring (not shown). As a result, a current flows through the heat generating resistor 16 between the common electrode 14 and the individual electrode 15 to which the voltage is applied, and this portion generates heat locally, so that thermal printing on thermal paper can be executed.
When the first protective film 17 is made of a glass-based material, the glass transition point thereof is 500 to 600 ° C. Therefore, when the temperature of the first protective film 17 becomes about 500 to 600 ° C. or higher due to the heat generated by the heat generation resistor 16 during the operation of the thermal head 50, the thermal expansion of the first protective film 17 becomes remarkable.

第１保護膜１７により、電極１３および発熱抵抗体１６の電気的な絶縁性が確保されている。このため、中間層１８および第２保護膜１９には、導電性の材料を使用することもできる。後述するように、中間層１８は、ヤング率が１００ＧＰａ未満の材料で形成されている。 The first protective film 17 ensures the electrical insulation of the electrode 13 and the heat generation resistor 16. Therefore, a conductive material can be used for the intermediate layer 18 and the second protective film 19. As will be described later, the intermediate layer 18 is made of a material having a Young's modulus of less than 100 GPa.

第２保護膜１９は、例えば、ＴｉＷ、ＷＣ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＯＮのいずれかを主成分とし、膜の内部で組成が略一様である。そして、その内部応力が、第２保護膜１９の表面側（第１保護膜１７から遠い側）において、下層側（第１保護膜１７に近い側）よりも高くなっている。
図１（ｃ）は、第２保護膜１９の内部応力Ｓと厚さ方向の位置Ｔの関係を表すグラフである。第２保護膜１９の内部応力Ｓａは、厚さ方向の位置Ｔが第２保護膜１９の中間層１８との境界面Ｔｂから第２保護膜１９の表面Ｔｔに変化するにつれて、高くなっている。 The second protective film 19 contains, for example, any one of TiW, WC, SiC, SiC, and SiAlON as a main component, and the composition is substantially uniform inside the film. The internal stress is higher on the surface side of the second protective film 19 (the side far from the first protective film 17) than on the lower layer side (the side closer to the first protective film 17).
FIG. 1 (c) is a graph showing the relationship between the internal stress S of the second protective film 19 and the position T in the thickness direction. The internal stress Sa of the second protective film 19 increases as the position T in the thickness direction changes from the interface Tb with the intermediate layer 18 of the second protective film 19 to the surface Tt of the second protective film 19. ..

一般に膜の内部応力は、膜の密度が高ければ高くなり、膜の密度が低ければ低くなる。従って、膜の内部応力は膜の密度と正の相関を有する。
図１（ｃ）に示すような、第２保護膜１９の内部応力Ｓａは、第２保護膜１９を成膜する際の成膜条件を、第２保護膜１９の下層側の成膜時と表面側の成膜時とで変更することにより形成できる。 Generally, the internal stress of a film is high when the density of the film is high, and low when the density of the film is low. Therefore, the internal stress of the membrane has a positive correlation with the density of the membrane.
As shown in FIG. 1 (c), the internal stress Sa of the second protective film 19 sets the film forming conditions when the second protective film 19 is formed to the same as when the film is formed on the lower layer side of the second protective film 19. It can be formed by changing the film formation on the surface side.

具体的には、例えば第２保護膜１９をスパッタで形成する際に、下層側の形成時にはスパッタのトータルガス圧を高く設定することで、膜の密度を下げ、内部応力Ｓａを低くすることができる。一方、表面側の形成時にはスパッタのトータルガス圧を低く設定することで、膜の密度を上げ、内部応力Ｓａを高くすることができる。第２保護膜１９の成膜中における成膜条件の変更は、段階的でも良く、連続的でも良い。図１（ｃ）の特性は連続的に成膜条件を変更して得ることができる。 Specifically, for example, when the second protective film 19 is formed by sputtering, the total gas pressure of the sputtering is set high at the time of forming the lower layer side, so that the density of the film can be lowered and the internal stress Sa can be lowered. can. On the other hand, by setting the total gas pressure of spatter low at the time of forming the surface side, the density of the film can be increased and the internal stress Sa can be increased. The change of the film forming condition during the film forming of the second protective film 19 may be stepwise or continuous. The characteristics of FIG. 1 (c) can be obtained by continuously changing the film forming conditions.

なお、第２保護膜１９の材料を導電性の材料とすると、成膜速度の速いＤＣスパッタを使用することができ、成膜の生産性が向上する。上述の材料の中では、ＴｉＷ、ＷＣが導電性を有するので、これらの材料を使用することで、スパッタにより成膜速度を向上させることができる。 If the material of the second protective film 19 is a conductive material, DC sputtering having a high film forming speed can be used, and the productivity of film forming is improved. Among the above-mentioned materials, TiW and WC have conductivity, and by using these materials, the film forming speed can be improved by sputtering.

なお、第２保護膜１９は、スパッタ以外の方法で形成することもできる。例えば、プラズマＣＶＤで形成することもでき、この場合にも成膜中にプラズマＣＶＤのプロセスガスのトータルガス流量を変化させることにより、第２保護膜１９の下層側と表面側での膜の密度を変化させることもができる。
スパッタやプラズマＣＶＤのプロセスガスとしては、Ａｒガスなどを用いることが出来る。 The second protective film 19 can also be formed by a method other than sputtering. For example, it can be formed by plasma CVD, and in this case as well, by changing the total gas flow rate of the plasma CVD process gas during film formation, the density of the film on the lower layer side and the surface side of the second protective film 19 Can also be changed.
Ar gas or the like can be used as the process gas for sputtering or plasma CVD.

本第１実施形態においては、第２保護膜１９は絶縁性を考慮する必要がないので、耐摩耗性および靭性の観点から最適な材料を選ぶことが可能である。靭性の観点からは、第２保護膜１９の材料はＴｉＷ、ＷＣ、ＳｉＮであることが好ましい。さらに、第２保護膜１９の表面側において内部応力Ｓａを高くすることにより、第２保護膜１９の耐摩耗性を一層向上することができる。一方、第２保護膜１９の下層側において内部応力Ｓａを低くすることにより、中間層１８との密着力を増加させることができる。
第２保護膜１９は、その融点が、第１保護膜１７の軟化点または融点よりも高い材料で構成する。第２保護膜１９の厚さは、２～６μｍ程度であることが好ましい。 In the first embodiment, since it is not necessary to consider the insulating property of the second protective film 19, it is possible to select the optimum material from the viewpoint of wear resistance and toughness. From the viewpoint of toughness, the material of the second protective film 19 is preferably TiW, WC, or SiN. Further, by increasing the internal stress Sa on the surface side of the second protective film 19, the wear resistance of the second protective film 19 can be further improved. On the other hand, by lowering the internal stress Sa on the lower layer side of the second protective film 19, the adhesion with the intermediate layer 18 can be increased.
The second protective film 19 is made of a material whose melting point is higher than the softening point or the melting point of the first protective film 17. The thickness of the second protective film 19 is preferably about 2 to 6 μm.

ヤング率が１００ＧＰａ未満の材料からなる中間層１８は、サーマルヘッド５０の使用時の第１保護膜１７の熱膨張に伴う熱応力のバッファ層として機能する。すなわち、第１保護膜１７が不均一に熱膨張し、それにより不均一な変形圧力が第２保護膜１９に加わる場合にも、ヤング率の低い中間層１８が変形することでその不均一な変形圧力を緩和する。これにより、第２保護膜１９の剥離を抑制することができるとともに、第２保護膜の材料として内部応力がより高い材料を使用できるようになり、第２保護膜１９の耐磨耗性を一層向上させることができる。 The intermediate layer 18 made of a material having a Young's modulus of less than 100 GPa functions as a buffer layer for thermal stress due to thermal expansion of the first protective film 17 when the thermal head 50 is used. That is, even when the first protective film 17 undergoes non-uniform thermal expansion and a non-uniform deformation pressure is applied to the second protective film 19, the intermediate layer 18 having a low Young's modulus is deformed, resulting in non-uniform deformation. Relieve deformation pressure. As a result, peeling of the second protective film 19 can be suppressed, and a material having a higher internal stress can be used as the material of the second protective film, further improving the wear resistance of the second protective film 19. Can be improved.

一方、中間層１８をヤング率が１００ＧＰａ以上の材料で形成した場合には、中間層１８がバッファ層として機能し難いため、第１保護膜１７からの不均一な変形圧力が第２保護膜１９に直接伝わり、第２保護膜１９の剥離が起きやすい。
中間層１８の材料として適しているヤング率が１００ＧＰａ未満の材料としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、金、銀等の金属がある。中間層１８は、ヤング率が１００ＧＰａ未満の合金で形成しても良い。本明細書においては、金属とは合金も含むものである。 On the other hand, when the intermediate layer 18 is formed of a material having a Young's modulus of 100 GPa or more, it is difficult for the intermediate layer 18 to function as a buffer layer, so that the non-uniform deformation pressure from the first protective film 17 is applied to the second protective film 19. The second protective film 19 is likely to be peeled off.
Materials with a Young's modulus of less than 100 GPa suitable as the material of the intermediate layer 18 include, for example, metals such as aluminum, magnesium, gold, and silver. The intermediate layer 18 may be formed of an alloy having a Young's modulus of less than 100 GPa. In the present specification, the metal also includes an alloy.

中間層１８は、さらにサーマルヘッド５０の動作時の温度に耐えるために、融点（または軟化点）が８００℃程度以上の材料で形成されていることが好ましい。また、アルミナ等の支持基板１１との線膨張係数の差が大きくなり過ぎないように、その線膨張係数が、２０×１０－６［１／Ｋ］以下であることが好ましい。
中間層１８の厚さは、０．１から１μｍ程度であることが好ましい。中間層１８の厚さがこれより薄いと、第２保護膜１９の内部応力を十分に緩和できない。一方、中間層１８の厚さがこれより厚いと、発熱抵抗体１６の熱が中間層１８を経由して周囲に拡散し、印字品質の低下を招く恐れがあるとともに、製造コストが上昇する恐れがある。
中間層１８は厚膜印刷し、焼成することで形成することができる。 The intermediate layer 18 is preferably made of a material having a melting point (or softening point) of about 800 ° C. or higher in order to withstand the operating temperature of the thermal head 50. Further, it is preferable that the linear expansion coefficient is 20 × 10 -6 [1 / K] or less so that the difference in the linear expansion coefficient from the support substrate 11 such as alumina does not become too large.
The thickness of the intermediate layer 18 is preferably about 0.1 to 1 μm. If the thickness of the intermediate layer 18 is thinner than this, the internal stress of the second protective film 19 cannot be sufficiently relaxed. On the other hand, if the thickness of the intermediate layer 18 is thicker than this, the heat of the heat generating resistor 16 may diffuse to the surroundings via the intermediate layer 18, which may lead to deterioration of print quality and increase in manufacturing cost. There is.
The intermediate layer 18 can be formed by printing a thick film and firing it.

中間層１８の材料を、金または銀を主成分とする金属とした場合、金や銀は、ともに線膨張係数が２０×１０－６［１／Ｋ］以下であり、さらに高温においても酸化されにくいなど化学的な安定性に優れるため、サーマルヘッドの耐久性をさらに高めることができる。
なお、中間層１８が熱応力のバッファ層として十分に機能する場合、すなわちヤング率が十分に小さく、厚さも十分にある場合には、第２保護膜１９の材料の選定に際して、靭性をあまり考慮せずとも良い。よって、この場合には第２保護膜１９の材料として、特に耐摩耗性に優れるＳｉＣやＳｉＡｌＯＮを使用することもできる。 When the material of the intermediate layer 18 is gold or a metal containing silver as a main component, both gold and silver have a linear expansion coefficient of 20 × 10-6 [1 / K] or less, and are further oxidized even at a high temperature. Since it is difficult and has excellent chemical stability, the durability of the thermal head can be further improved.
When the intermediate layer 18 functions sufficiently as a buffer layer for thermal stress, that is, when the Young's modulus is sufficiently small and the thickness is sufficient, the toughness is not considered so much when selecting the material of the second protective film 19. You don't have to. Therefore, in this case, SiC or SiAlON, which is particularly excellent in wear resistance, can be used as the material of the second protective film 19.

上述の第１実施形態において、電極１３と発熱抵抗体１６との位置関係は、上述の発熱抵抗体１６が電極１３より上（基板１０から遠い側）に配置されるのに限らず、電極１３が発熱抵抗体１６より上（基板１０から遠い側）に配置されても良い。
また、第１保護膜１７は、発熱抵抗体１６および電極１３の全ての部分を覆う必要はない。例えば、発熱抵抗体１６および電極１３のうち、印字動作時に印字対象の感熱紙等に接触しない部分については、第１保護膜１７に覆われている必要はない。 In the above-mentioned first embodiment, the positional relationship between the electrode 13 and the heat-generating resistor 16 is not limited to the above-mentioned heat-generating resistor 16 being arranged above the electrode 13 (the side far from the substrate 10). May be arranged above the heat generation resistor 16 (on the side far from the substrate 10).
Further, the first protective film 17 does not need to cover all parts of the heat generation resistor 16 and the electrode 13. For example, of the heat generation resistor 16 and the electrode 13, the portion that does not come into contact with the thermal paper or the like to be printed during the printing operation does not need to be covered with the first protective film 17.

グレーズ層１２は、支持基板１１の全面に渡って均一な厚さで配置されている必要はなく、例えば、発熱抵抗体１６が配置されている部分の近傍のみに配置されていても良い。あるいは、グレーズ層１２の厚さは、発熱抵抗体１６が配置されている部分の近傍のみ厚く、他の部分では薄い構成であってもよい。
なお、支持基板１１の材質によっては、グレーズ層１２は省略しても良い。 The glaze layer 12 does not have to be arranged with a uniform thickness over the entire surface of the support substrate 11, and may be arranged only in the vicinity of the portion where the heat generation resistor 16 is arranged, for example. Alternatively, the thickness of the glaze layer 12 may be thick only in the vicinity of the portion where the heat generation resistor 16 is arranged, and may be thin in other portions.
The glaze layer 12 may be omitted depending on the material of the support substrate 11.

（変形例）
図２は、変形例のサーマルヘッド５０ａの断面図を示す図である。変形例のサーマルヘッド５０ａは、上述の第１実施形態のサーマルヘッド５０から、中間層１８を省略したものであるため、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
ただし、単に中間層１８を省略すると、上述のとおり、第１保護膜１７からの不均一な変形圧力が第２保護膜１９に直接伝わり、第２保護膜１９の剥離が起きやすくなる。 (Modification example)
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional view of the thermal head 50a of the modified example. Since the thermal head 50a of the modified example is obtained by omitting the intermediate layer 18 from the thermal head 50 of the first embodiment described above, the same components are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
However, if the intermediate layer 18 is simply omitted, as described above, the non-uniform deformation pressure from the first protective film 17 is directly transmitted to the second protective film 19, and the second protective film 19 is likely to be peeled off.

そこで、本変形例においては、第１保護膜１７と第２保護膜１９との界面２０の表面粗さを低減し、第１保護膜１７が熱膨張しても、第２保護膜１９に不均一な変形圧力が伝わらない構成としている。一例として、第１保護膜１７はガラス系の材質からなる膜であるが、フィラー成分であるＡｌ２Ｏ３などの含有量を少なくする、もしくは、焼成温度をより高くし、または焼成を複数回に分けることにより、界面２０の表面粗さを低減している。あるいは、第１保護膜１７の形成後に第１保護膜１７の表面を平滑化する研磨処理等を行って、界面２０の表面粗さを低減することもできる。 Therefore, in this modification, the surface roughness of the interface 20 between the first protective film 17 and the second protective film 19 is reduced, and even if the first protective film 17 thermally expands, the second protective film 19 does not. The structure is such that uniform deformation pressure is not transmitted. As an example, the first protective film 17 is a film made of a glass-based material, but the content of Al2O3, which is a filler component, is reduced, the firing temperature is raised, or the firing is divided into a plurality of times. As a result, the surface roughness of the interface 20 is reduced. Alternatively, after the formation of the first protective film 17, a polishing treatment or the like for smoothing the surface of the first protective film 17 can be performed to reduce the surface roughness of the interface 20.

界面２０の表面粗さは、一例として、先端半径が２μｍ、円錐のテーパ角度が６０度の触針を有する接触式表面粗さ計を用いて計測した算術平均粗さＲａ値として、０．１２μｍ以下であることが好ましい。
本変形例においても、上述の第１実施形態と同様に、第２保護膜１９の内部応力は、第２保護膜１９の表面側において、下層側よりも高くなっている。また、第２保護膜１９の材料も、上述の第１実施形態と同様であるが、靭性の良好なＴｉＷ、ＷＣ、ＳｉＮであることが好ましい。 The surface roughness of the interface 20 is, for example, 0.12 μm as an arithmetic average roughness Ra value measured using a contact type surface roughness meter having a stylus having a tip radius of 2 μm and a cone taper angle of 60 degrees. The following is preferable.
Also in this modification, the internal stress of the second protective film 19 is higher on the surface side of the second protective film 19 than on the lower layer side, as in the first embodiment described above. Further, the material of the second protective film 19 is the same as that of the first embodiment described above, but it is preferably TiW, WC, or SiN having good toughness.

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態のサーマルヘッド５０ｂの断面図を示す図である。図３（ａ）はサーマルヘッド５０ｂの上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ－Ｂ断面を示す断面図である。
第２実施形態のサーマルヘッド５０ｂは、その多くの部分が上述の第１実施形態によるサーマルヘッド５０と共通している。従って、サーマルヘッド５０との共通部分には、同一の符号を付して説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional view of the thermal head 50b of the second embodiment. 3A is a top view of the thermal head 50b, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing a cross section taken along the line BB in FIG. 3A.
Most of the thermal head 50b of the second embodiment is common to the thermal head 50 of the first embodiment described above. Therefore, the same reference numerals are given to the common parts with the thermal head 50, and the description thereof will be omitted.

第２実施形態のサーマルヘッド５０ｂにおいては、発熱抵抗体１６ａの構成が第１実施形態のサーマルヘッド５０とは異なっている。発熱抵抗体１６ａは、共通電極１４ａの櫛歯の１つと、格子状の個別電極１５ａの１つとを接続するように離散的に複数個形成されている。格子状の個別電極１５ａの１つと共通電極１４ａとの間に、不図示の制御回路から不図示の配線を経由して電圧が印加されると、その個別電極１５ａの１つに接続されている発熱抵抗体１６ａが発熱する。 In the thermal head 50b of the second embodiment, the configuration of the heat generation resistor 16a is different from that of the thermal head 50 of the first embodiment. A plurality of heat generation resistors 16a are discretely formed so as to connect one of the comb teeth of the common electrode 14a and one of the grid-like individual electrodes 15a. When a voltage is applied between one of the grid-shaped individual electrodes 15a and the common electrode 14a via a wiring (not shown) from a control circuit (not shown), the voltage is connected to one of the individual electrodes 15a. The heat generation resistor 16a generates heat.

第２実施形態のサーマルヘッド５０ｂにおいても、上述の第１実施形態と同様に、第２保護膜１９の内部応力は、第２保護膜１９の表面側において、下層側よりも高くなっている。第２保護膜１９の材料も、上述の第１実施形態と同様である。
また、第１保護膜１７と第２保護膜１９の間には、中間層１８が設けられており、第１保護膜１７が熱膨張しても第２保護膜１９に不均一な力を及ぼすことが防止でき、第２保護膜１９の摩耗や剥離を防止し、第２保護膜１９の耐久性を高めることができる。 Also in the thermal head 50b of the second embodiment, the internal stress of the second protective film 19 is higher on the surface side of the second protective film 19 than on the lower layer side, as in the first embodiment described above. The material of the second protective film 19 is the same as that of the first embodiment described above.
Further, an intermediate layer 18 is provided between the first protective film 17 and the second protective film 19, and even if the first protective film 17 thermally expands, a non-uniform force is exerted on the second protective film 19. This can be prevented, wear and peeling of the second protective film 19 can be prevented, and the durability of the second protective film 19 can be enhanced.

なお、第２実施形態においても、上述の第１実施形態および変形例と同様に、電極（共通電極１４ａおよび個別電極１５ａ）と発熱抵抗体１６ａの配置は、その上下が図３（ｂ）における配置とは逆であっても良い。 In the second embodiment as well, the arrangement of the electrodes (common electrode 14a and individual electrode 15a) and the heat generation resistor 16a is shown in FIG. 3 (b) above and below, as in the first embodiment and modifications described above. The arrangement may be reversed.

（各実施形態および変形例の効果）
（１）以上の各実施形態および変形例のサーマルヘッドは、基板１０上に配置されている発熱抵抗体１６、１６ａと、発熱抵抗体１６、１６ａに電力を供給する電極１３と、基板１０上に配置され、発熱抵抗体１６、１６ａを覆うとともに、電極１３の少なくとも一部を覆う絶縁性の第１保護膜１７と、第１保護膜１７より上に配置される第２保護膜１９とを備え、第２保護膜１９の内部応力は、第１保護膜１７から遠い側において、第１保護膜１７に近い側よりも高い。
この構成により、第２保護膜１９の材料を、絶縁性能を考慮することなく、耐摩耗性または靭性を優先的に考慮して選定することができるとともに、第２保護膜１９の表面（印刷用紙が摩擦する面）の近傍での耐摩耗性を一層向上することができる。これにより、耐久性に優れたサーマルヘッドを実現できる。 (Effects of each embodiment and modification)
(1) The thermal heads of the above embodiments and modifications are on the substrate 10, the heat generating resistors 16 and 16a arranged on the substrate 10, the electrodes 13 for supplying electric power to the heat generating resistors 16 and 16a, and the substrate 10. A first protective film 17 having an insulating property and covering at least a part of the electrodes 13 and a second protective film 19 arranged above the first protective film 17 are provided. The internal stress of the second protective film 19 is higher on the side far from the first protective film 17 than on the side closer to the first protective film 17.
With this configuration, the material of the second protective film 19 can be selected with priority given to wear resistance or toughness without considering the insulating performance, and the surface of the second protective film 19 (printing paper). It is possible to further improve the wear resistance in the vicinity of the surface on which the material rubs. This makes it possible to realize a thermal head with excellent durability.

（２）第１保護膜１７と第２保護膜１９との間に、ヤング率が１００ＧＰａ未満の中間層１８を有する構成とすることで、中間層１８が第１保護膜１７の熱膨張に伴う熱応力のバッファ層として機能する。これにより、第２保護膜１９の剥離を抑制することができるとともに、内部応力がより高い薄膜保護膜材料を第２保護膜として形成することができようになり、第２保護膜１９の耐磨耗性を一層向上させることができる。
（３）第１保護膜１７の主成分をガラスとすることで、ガラスペーストを塗布し焼結する等の方法により、比較的厚い第１保護膜１７を低コストで形成することができる。 (2) By configuring the intermediate layer 18 having a Young's modulus of less than 100 GPa between the first protective film 17 and the second protective film 19, the intermediate layer 18 accompanies the thermal expansion of the first protective film 17. Functions as a buffer layer for thermal stress. As a result, peeling of the second protective film 19 can be suppressed, and a thin film protective film material having a higher internal stress can be formed as the second protective film, and the abrasion resistance of the second protective film 19 can be suppressed. The wear resistance can be further improved.
(3) By using glass as the main component of the first protective film 17, a relatively thick first protective film 17 can be formed at low cost by a method such as applying a glass paste and sintering.

（４）第２保護膜１９の主成分をタングステン合金とすることで、耐磨耗性に優れ、かつ、靭性が高く耐剥離性に優れたサーマルヘッドを実現できる。また、タングステン合金は導電性であるため、スパッタによる成膜時にＤＣスパッタを使用することができるため、成膜の生産性を上げ、生産コストを低減することができる。
（５）第２保護膜１９の主成分をＴｉＷとすることで、さらに耐磨耗性に優れ、かつ、靭性が高く耐剥離性に優れたサーマルヘッドを実現できる。
（６）電気的に絶縁性である特徴を有するガラス材を主成分とした第１保護膜１７の上方に第２保護膜１９を形成しているので、第２保護膜１９の材料は導電性を有する、例えばＴｉＷなどの材料が使用できる。その結果、印字状態で感熱紙などの媒体から第２保護膜１９上に印加される静電気の耐性を高めることが可能となり、更に、第２保護膜１９が導電性を有する材料であることは、良熱伝導体であることでもあり、サーマルヘッド５０に印加されるエネルギーに対する耐性も向上させることが可能となる。 (4) By using a tungsten alloy as the main component of the second protective film 19, it is possible to realize a thermal head having excellent wear resistance, high toughness and excellent peel resistance. Further, since the tungsten alloy is conductive, DC sputtering can be used at the time of film formation by sputtering, so that the productivity of film formation can be increased and the production cost can be reduced.
(5) By using TiW as the main component of the second protective film 19, it is possible to realize a thermal head having further excellent wear resistance, high toughness, and excellent peel resistance.
(6) Since the second protective film 19 is formed above the first protective film 17 mainly composed of a glass material having a characteristic of being electrically insulating, the material of the second protective film 19 is conductive. For example, a material such as TiW can be used. As a result, it is possible to increase the resistance to static electricity applied on the second protective film 19 from a medium such as thermal paper in the printed state, and further, the fact that the second protective film 19 is a conductive material. Since it is a good thermal conductor, it is possible to improve the resistance to the energy applied to the thermal head 50.

（７）実施の形態のサーマルヘッドの製造方法は、基板１１上に発熱抵抗体１６を形成することと、発熱抵抗体１６に電力を供給する電極１３を形成することと、基板１１上に配置され、発熱抵抗体１６を覆うとともに、電極１３の少なくとも一部を覆う絶縁性の第１保護膜１７を形成することと、第１保護膜１７より上に配置される第２保護膜１９を形成することとを備え、第２保護膜１９は、第１保護膜１７から遠い側の内部応力が第１保護膜１７に近い側よりも高くなるように成膜条件を変更して形成する。
この構成によれば、第２保護膜１９を形成する際に厚み方向に応力分布を与えるので、煩雑な工程を必要とせずに、第２保護膜１９の表面（印刷用紙が摩擦する面）の近傍での耐摩耗性を一層向上することができる。これにより、耐久性に優れたサーマルヘッドを製造することができる。 (7) The method for manufacturing a thermal head according to the embodiment is to form a heat generating resistor 16 on a substrate 11, form an electrode 13 for supplying electric power to the heat generating resistor 16, and arrange the thermal head on the substrate 11. It forms an insulating first protective film 17 that covers at least a part of the electrode 13 while covering the heat generation resistor 16, and forms a second protective film 19 that is arranged above the first protective film 17. The second protective film 19 is formed by changing the film forming conditions so that the internal stress on the side far from the first protective film 17 is higher than that on the side closer to the first protective film 17.
According to this configuration, since the stress distribution is given in the thickness direction when the second protective film 19 is formed, the surface of the second protective film 19 (the surface on which the printing paper rubs) does not require a complicated process. Abrasion resistance in the vicinity can be further improved. This makes it possible to manufacture a thermal head having excellent durability.

（８）上記サーマルヘッドの製造方法において、第２保護膜１９はスパッタ法で形成し、第１保護膜１７から遠い側の膜形成時におけるスパッタ時のガス圧を、第１保護膜１７に近い側の膜形成時よりも低くする。この構成により、スパッタ法のガス圧制御で膜密度を制御するという単純な条件変更で、製造コストアップも伴わずに、第２保護膜１９の厚み方向に応力分布を与えることができる。 (8) In the method for manufacturing the thermal head, the second protective film 19 is formed by a sputtering method, and the gas pressure at the time of sputtering at the time of forming the film on the side far from the first protective film 17 is close to that of the first protective film 17. It should be lower than when the film on the side is formed. With this configuration, the stress distribution can be given in the thickness direction of the second protective film 19 without increasing the manufacturing cost by simply changing the conditions of controlling the film density by controlling the gas pressure of the sputtering method.

本発明は以上の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to the above contents. Other aspects considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.

５０，５０ａ，５０ｂ：サーマルヘッド、１０：基板、１１：支持基板、１２：グレーズ層、１３：電極、１４，１４ａ：共通電極、１５，１５ａ：個別電極、１６，１６ａ：発熱抵抗体、１７：第１保護膜、１８：中間層、１９：第２保護膜、２０：界面 50, 50a, 50b: Thermal head, 10: Substrate, 11: Support substrate, 12: Glaze layer, 13: Electrode, 14, 14a: Common electrode, 15, 15a: Individual electrode, 16, 16a: Heat generation resistor, 17 : 1st protective film, 18: Intermediate layer, 19: 2nd protective film, 20: Interface

Claims (7)

基板上に配置されている発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体に電力を供給する電極と、
前記基板上に配置され、前記発熱抵抗体を覆うとともに、前記電極の少なくとも一部を覆う絶縁性の第１保護膜と、
前記第１保護膜より上に配置され、前記第１保護膜の軟化点または融点よりも融点が高い材料で構成される第２保護膜と、を備え、
前記第２保護膜の主成分はタングステン合金であり、前記第２保護膜の内部応力は、前記第１保護膜から遠い側において、前記第１保護膜に近い側よりも高い、サーマルヘッド。 The heat-generating resistor placed on the board and
An electrode that supplies electric power to the heat generation resistor and
An insulating first protective film arranged on the substrate, covering the heat generation resistor and covering at least a part of the electrode,
A second protective film, which is arranged above the first protective film and is made of a material having a melting point higher than the softening point or melting point of the first protective film, is provided.
The main component of the second protective film is a tungsten alloy, and the internal stress of the second protective film is higher on the side far from the first protective film than on the side closer to the first protective film. 請求項１に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記第１保護膜と前記第２保護膜との間に、ヤング率が１００ＧＰａ未満の中間層を有する、サーマルヘッド。 In the thermal head according to claim 1,
A thermal head having an intermediate layer having a Young's modulus of less than 100 GPa between the first protective film and the second protective film. 請求項１または請求項２に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記第１保護膜の主成分はガラスである、サーマルヘッド。 In the thermal head according to claim 1 or 2.
A thermal head in which the main component of the first protective film is glass. 請求項２に記載のサーマルヘッドにおいて、
前記第２保護膜の主成分はＴｉＷである、サーマルヘッド。 In the thermal head according to claim 2 ,
A thermal head in which the main component of the second protective film is TiW. 基板上に発熱抵抗体を形成することと、
前記発熱抵抗体に電力を供給する電極を形成することと、
前記基板上に配置され、前記発熱抵抗体を覆うとともに、前記電極の少なくとも一部を覆う絶縁性の第１保護膜を形成することと、
前記第１保護膜より上に配置され、前記第１保護膜の軟化点または融点よりも融点が高い材料で構成される第２保護膜を形成することと、を備え、
前記第２保護膜の主成分はタングステン合金であり、前記第２保護膜は、前記第１保護膜から遠い側の内部応力が前記第１保護膜に近い側よりも高くなるように成膜条件を変更して形成する、サーマルヘッドの製造方法。 Forming a heat-generating resistor on the substrate and
By forming an electrode that supplies electric power to the heat generation resistor,
To form an insulating first protective film which is arranged on the substrate and covers the heat generation resistor and at least a part of the electrodes.
It comprises forming a second protective film that is disposed above the first protective film and is composed of a material having a melting point higher than the softening point or melting point of the first protective film.
The main component of the second protective film is a tungsten alloy, and the second protective film has a film forming condition such that the internal stress on the side far from the first protective film is higher than that on the side closer to the first protective film. A method of manufacturing a thermal head, which is formed by changing. 請求項５に記載のサーマルヘッドの製造方法において、
前記第２保護膜はスパッタ法で形成し、
前記第１保護膜から遠い側の膜形成時におけるスパッタ時のガス圧を、前記第１保護膜に近い側の膜形成時よりも低くする、サーマルヘッドの製造方法。 In the method for manufacturing a thermal head according to claim 5,
The second protective film is formed by a sputtering method and is formed.
A method for manufacturing a thermal head, wherein the gas pressure during sputtering during film formation on the side far from the first protective film is lower than that during film formation on the side closer to the first protective film. 請求項５または６に記載のサーマルヘッドの製造方法において、
前記第１保護膜の主成分はガラスであり、
前記第２保護膜の主成分はＴｉＷである、サーマルヘッドの製造方法。 In the method for manufacturing a thermal head according to claim 5 or 6.
The main component of the first protective film is glass.
A method for manufacturing a thermal head, wherein the main component of the second protective film is TiW.
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