JPH01202465A

JPH01202465A - 保護被覆材およびそれを利用したサーマルヘッド

Info

Publication number: JPH01202465A
Application number: JP2562988A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nikaido; 勝二階堂; Katsuhisa Honma; 克久本間; Tadayoshi Kinoshita; 木下　忠良
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-08-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、保護被覆材およびそれを利用したサーマルヘ
ッドに関する。

（従来の技術）近年、サーマルヘッドは少音、省保守、低ランニングコ
スト等の利点を生かして、ファクシミリ。

ワードプロセッサ用プリンタ等の各種記録装置に多用さ
れるようになってきている。一方、これらの機器は小型
化、低価格化、低電力化が要請されており、このためサ
ーマルヘッドにも小型で安価で、かつ高効率のものが望
まれている。

この様な要望を満たすものとして、特開昭５２−１００
２４５号公報に記載されているように、保温層としてグ
レーズガラスの代りに熱伝導率の小さな樹脂例えばポリ
イミド樹脂やエポキシ樹脂を用いればよいことが従来よ
り提案されていた。しかしながら耐熱性や、付着力の面
でサーマルヘッドの動作に耐えられるものが得られず実
用化に至らなかった・最近本発明者らは、（式１）に示すような分子構造を有
する芳香族ポリイミド樹脂を開発するに至り、保温層と
して樹脂を用いるサーマルヘッドの実用化に目途をつけ
た。

この様なサーマルヘッドの一例を第２図を参照して説明
する。第２図において■は例えばＦｅ−Ｃｒ合金よりな
る金属基板、■はビフェニルテトラカルボン酸二無水物
とｐ−フェニレンジアミンとの当モル混合物の開環重付
加反応時にｐ−フェニレンジアミンの０．０５〜１０ｍ
ｏｆｉ％をビスアミノシロキサンで置き換えて合成した
ポリアミック酸を塗布、焼き付けすることにより得られ
た（式−１）で示されるポリイミド樹脂層、■はポリイ
ミド樹脂層をＣＤＥやＡｓｈｉｎｇから保護するため、
抵抗層形成時の抵抗値制御を容易にするためワイヤーボ
ンディング性改善のために設けられた５１０２　＋　５
ｉＮｔ　ＳｘＣ等からなる下地層、（へ）はＴａ−３ｉ
ｎ２．　Ｔｉ−５ｉｆ２等からなる発熱抵抗体で、この
発熱抵抗体（イ）上には発熱部■となる開口部を形成す
る如く、Ａｌｌ、　ＡＱ−５Ｌ−Ｃｕ等からなる個別電
極（０及び共通電極■が形成され少なくともこの発熱部
０を被覆するように５ｉ−０−Ｎ　。

５Ｌ３Ｎ４．　ＳｉＣ等からなる保護層■が形成されて
いる。

第２図において保護層（８）は１層として示しであるが
、酸化防止層と耐摩耗層を別々の層として設ける場合や
、酸化防止層廉耐摩耗層であっても、接着層を設ける必
要がある場合もある。

この様なサーマルヘッドは、耐熱性及び付着力の面では
充分にサーマルヘッドの動作に耐えられることは確認さ
れている。しかしながら１本サーマルヘッドをファクシ
ミリ等の装置に組み込んで走行テストを行なった結果、
走行中に異常な抵抗値変化を示し、印字に影響を及ぼす
現象が多々認められた。この様な異常な抵抗値変化を示
した特異点を詳細に調べた結果、サーマルヘッドと感熱
紙の間に巻き込まれた塵芥等の異物がサーマルヘッドの
保護膜に亀裂（クラック）を生じさせ、亀裂が発熱抵抗
体まで達した場合に、特異点が生じることが判った。　
しかも、ｉ、　Ｏ，上にグレーズガラスを形成した高抵
抗基体を用いた場合、あるいは金属基体上にガラス層を
形成した高抵抗基体を用いた場合には、他の構成が同じ
場合でも、この様な現象は認められず、保温層として樹
脂を用いた場合に特有であることが判った。これはガラ
ス層を保温層に用いた場合、硬度が高く、また、保護膜
と同様の変形しかないために保護膜の局部的な変形が阻
止されるのに対し、ポリイミド等の樹脂を用いた場合に
は軟かく弾性が大きく変形能が保護膜より著しく大きい
ため、保護膜に局所的な集中荷重が加わった場合、ポリ
イミド層は大きく変形するが、保護膜はこの変形に追随
できず、保護膜が割れてしまうためと考えられた。

このため１種々の保護膜材料についてテストを行なった
が、Ｔａ２Ｏ，や５ｉｎ２は硬度に乏しく、Ｓ、ｔ３　
Ｎ４　ｚＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３は靭性に乏しく、いずれも
クラックが発生し、使用に耐えるものではなかった。唯
一。

亀裂の発生を防止できたのが特開昭６０−４０７７号公
報、　６２−３９６８号公叩に示された高硬度、高靭性
の５ｉ−Ａｌｌ−０−Ｎを主体とするサイアロン膜であ
る。　しかしながら、このサイアロン膜はＡｒのみの雰
囲気でもスパッタリングレートが遅い上、この雰囲気中
ではＡＮが金属成分として析出しやすく絶縁性に乏しい
という問題があった。これはＡｒに５％〜１０％程度０
２またはＮ２を添加することにより改善されるが、更に
スパッタリングレートが落ちるという問題が生じる。

（発明が解決しようとする課題）この様に、ポリイミド樹脂等の樹脂層上に多数の発熱抵
抗体を形成してなるサーマルヘッドでは、ポリイミド樹
脂の低い熱拡散率により熱効率に優れ、また曲げ加工が
可能で小型化し易いという長所を有する反面、樹脂層が
軟かいために塵芥等の巻き込みにより保護層に局所的応
力が加わった時、樹脂層は大きく変形するが、保護層は
この変形に追随できず、亀裂が生じ、これが発熱抵抗体
層まで達すると、抵抗値異常を起こし、印字性能を劣化
させてしまうという課題があった。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、
高硬度かつ高靭性でしかも量産性に優れた保護被覆材を
提供することを第１の目的とする。

さらに、本発明の第２の目的は、この保護被覆材を用い
たサーマルヘッドを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の保護被覆材は、窒化珪素のターゲット、若しくは窒化珪素と酸化珪素と
の混合ターゲットのいずれかのスパッタリング面に。

ＹｚＯａ　ｌ　ＺｒＯ，、Ｌａ、０３．　ＡＱ２０３．
　ＭｇＯ，ＣａＯからなる小ターゲットを少なくとも１
種類載置Ｑ、不活性ガス雰囲気、若しくはＮ２とＯ２と
の少なくとも一方を含む不活性ガス雰囲気中でスパッタ
リングにより形成した５ｉ−１０−Ｎ　（但し、ＭはＹ
、　Ｚｒ。

Ｌａ、Ａρ、　Ｍｇ、　Ｃａの中から選ばれた少なくと
も一種類の物質）であることを特徴とする保護被覆材で
ある。

また、本発明のサーマルヘッドは、高抵抗基体と、この高抵抗基体上に配置された発熱抵抗体層と、この発
熱抵抗体層に電気的に接続する様に前記高抵抗基体上に
配置され、かつこの発熱抵抗体層の一部を開孔する様に
配置された電極層と、少なくとも前記発熱抵抗体層を被
覆する様に配置した保護層とを少なくとも備えたサーマ
ルヘッドにおいて、前記保護層は請求項１記載の保護被覆材からなることを
特徴とするサーマルヘッドである。

（作用）本発明の保護被覆材およびサーマルヘッドの保護層は、 ■　Ｓｉ、Ｎ、もしくはＳｉ、　Ｎ４とＳｉｎ、の混合
ターゲットを主体として用いているので、スパッタリン
グレートが早く、また０２やＮ２を添加してもスパッタ
リングレートの低下がなく、量産性に優れ、高硬度であ
る。

■　Ｓｉ、　Ｎ４もしくはＳｉ、　Ｎ４とＳｉｎ、の混
合ターゲットにＹ、０１等の酸化物を混合したターゲッ
ト０ではなく、Ｓｉ、　Ｎ、もしくはＳｉ３Ｎ４と５ｉ
ｎ２の混合ターゲット上にＹ２Ｏ３等の酸化物の小ター
ゲットを載置した構造でのスパッタリング法を用いてい
るため、Ａｒ中のスパッタでも添加物が金属成分として
析出することなく１発熱抵抗体上に絶縁性の膜を別に設
ける必要がなく、スパッタリングレートも、Ｓｉ、Ｎ、
もしくはＳｉ３Ｎ、とＳｉｎ、の混合ターゲットを用い
た場合と同等である。

■　５ｉ−Ｎもしくは５ｉ−０−Ｎからなる膜に、Ｙ、
　Ｚｒ。

Ｌａ、　ＡＱ、　Ｍｇ、　Ｃａの少なくとも一種を含ん
でいるので、靭性に優れている。

（実施例）以下１本発明の実施例を第１図を参照しながら説明する
。

この実施例のサーマルヘッドは、Ｆｅ−Ｃｒ合金からな
る金属基板上■にビフェニルテトラカルボン酸二無水物
とＰ−フェニレンアミンとの等モル混合物との等モル混
合物の開環重付加反応時にｐ−フェニレンジアミンの５
　ｍｏＱ％　をビスアミノシロキサンで置き換えて合成
したポリアミック酸を有機溶剤に溶かしたポリアミック
酸ワニスを塗布焼き付けすることにより得られた（式−
１）で表わされる芳香族ポリイミド樹脂からなる略５〜
５０μｓ、好ましくは１０〜３０．の耐熱樹脂層■が形
成されており、その上にｐ−ＣＶＤにより形成した１〜
５μｓ（好ましくは２〜４趣）の５ｉＮ（３１）及び１
μｓ程度の５ｉＣ（３２）の二層よりなる下地層（３）
が形成され。

この下地層■上には、Ｔａ−３ｉＯ□からなる発熱抵抗
体（イ）、　ＡＱよりなる個別電極０及び共通電極■が
形成され、少なくともこの発熱部■を被覆するように５
１−Ｍ−０−Ｎ　（但し、　ＭはＹ、　Ｚｒ、　Ｌａ、
　Ａｌ、　Ｍｇ、　Ｃａの少なくとも一種）よりなる酸
化防止層及び耐摩耗層を兼ねた保護層（８）が形成され
ている。このサーマルヘッドは個別電極０と共通電極■
との間に所定の時間間隔でパルス電圧を印加することに
より発熱部０の発熱抵抗体（イ）が発熱し印字記録が行
なわれる。

このサーマルヘッドは、例えば次のようにして製造され
る。

まず、例えばＣｒを１８重量％含有する厚さ０．５ｍｍ
程度のＦｅ合金からなる金属基板■をレベリング後、所
定の寸法に切断し、ぼり取り後、有機溶剤中にて脱脂洗
浄後、５０℃〜７０℃に保持した希硫酸中に浸漬し、表
面に形成されている酸化物層を除去するとともに表面を
ミクロ的に荒すための活性化処理を行なう。この後、純
水中にて洗浄、乾燥後前述したポリアミック酸をＮ−メ
チル−２−ピロリドン等の溶剤を用いて所定の粘度に調
整して、ロールコータ−やスピンオンコーターを用いて
、金属基板ω上に所定の膜厚に塗布し、焼成炉を用いて
５０℃で１時間、８０℃で３０分１次いで１２０℃で３
０分。

２５０℃で１時間、４５０℃で１時間の加熱を行ない溶
剤成分を除去するとともに、脱水環化反応を進行させて
成膜し、耐熱樹脂層■を形成する。

しかる後、この耐熱樹脂層■上に、ＳｉＨ４ガスとＮ２
ガス及びＳｉＨ，ガスとＣＨ４ガスを用いて、基板温度
１５０〜３００℃でプラズマＣＶＤで連続してＳｉＮ層
（３１）及びＳｉＣ層（３２）よりなる下地膜■を形成
した。

この後、Ｔａ−５ｉＯｚからなる発熱抵抗体に）、更に
ＡＩｌからなる個別電極０及び共通電極■を形成し、次
いで発熱部０となる開口が形成されるようにマスキング
後、ウェットエツチングやドライエツチングにより所定
のパターンが形成される。この後、マスキング膜を除去
し、この発熱部■を被覆するようにＳｉ、　Ｎ、ターゲ
ットもしくはＳｉ、　Ｎ４とＳｉｎ、例えば８０ｖｔ％
Ｓｉ、　Ｎ４−２０ｗｔ％５ｉｎ２の混合ターゲット上
に、Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｌａ２Ｏ３，Ａｌ、Ｏｌ、　
ＭｇＯ，ＣａＯからなる小ターゲットを少なくとも一種
、所定の面積比で載置し、不活性ガス雰囲気例えばＡｒ
中もしくはＮ２及び０２の少なくとも一方を含むＡｒ中
でのスパッタリングを行ない、１〜７−好ましくは２μ
ｓ、４μｓの５１−Ｍ−０−Ｎ　（但し、　ＭはＹ、　
Ｚｒ、　Ｌａ、　Ａｌ１．　Ｍ（、Ｃａの少なくとも一
種）からなる保ｆｆ　ｐ！Ｊ（８）を形成する。

このサーマルヘッドを用いて■薄膜用超微少ヌープ硬度
計を用いた硬度評価、■膜破壊時に発生するアコーステ
ィックエミッションを検知するセンサーを持ったスクラ
ッチ試験機を用いた膜破壊強度の測定、■実機を用いて
、プラテン圧１６０ｇ／国印加エネルギー０．２３＋＋
Ｊ／ｄａｔ、　　パルス幅２．２ｍｓで１０ｂの走行テ
ストを行なった。この結果を次表に示す。層厚は比較例
中のＳｉＯｚ（２ｍ）＋Ｔａ２０３（３４）を除いて全
て３ｐである。

前夫より明らかなように本発明に係る保護被覆材は、高
硬度、高靭性で保温層として樹脂を使用した場合に発生
し易い亀裂（クラック）を防止することができるととも
に量産性に優れる。

尚、本実施例では支持体として金属基板を用いた場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、セラミック基板等でも構わない。また保温層とし
てグレーズガラスを用いた場合にも、優れた効果を得る
ことができる。さらに、下地層■は、ＳｉＯ，、５ｉ−
０−Ｎ、　５ｉ−Ｎ、　ＳｉＣ，Ｉ−Ｃａｒｂｏｎの少
なくとも一種類から構成されていれば良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式斜視図、第２図は
従来例である。１・・・金属基板　　　　２・・・耐熱樹脂層３・・・
下地層　　　　　４・・・発熱抵抗体５・・・発熱部　
　　　　６・・・個別電極７・・・共通電極８・・・酸化防止層兼耐摩耗層（保護層）第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒化珪素のターゲット、若しくは窒化珪素と酸化
珪素との混合ターゲットのいずれかのスパッタリング面
に、Ｙ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、Ｌａ＿２Ｏ＿３、Ａｌ＿２
Ｏ＿３、ＭｇＯ、ＣａＯからなる小ターゲットを少なく
とも１種類載置し、不活性ガス雰囲気、若しくはＮ＿２とＯ＿２との少なく
とも一方を含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングに
より形成したＳｉ−Ｍ−Ｏ−Ｎ（但し、ＭはＹ、Ｚｒ、
Ｌａ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａの中から選ばれた少なくとも一
種類の物質）であることを特徴とする保護被覆材。
（２）高抵抗基体と、この高抵抗基体上に配置された発熱抵抗体層と、この発
熱抵抗体層に電気的に接続する様に前記高抵抗基体上に
配置され、かつこの発熱抵抗体層の一部を開孔する様に
配置された電極層と、少なくとも前記発熱抵抗体層を被
覆する様に配置した保護層とを少なくとも備えたサーマ
ルヘッドにおいて、前記保護層は請求項１記載の保護被覆材からなることを
特徴とするサーマルヘッド。
（３）前記高抵抗基体は、その材質が金属あるいはセラ
ミックからなる基板と、この基板上に配置されたポリイミド樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリアミドイミド樹脂のいずれからなる耐熱性樹脂
から構成された保温層と、前記保温層上に配置されたＳｉＯ＿２、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ、
Ｓｉ−Ｎ、ＳｉＣ、Ｉ−Ｃａｒｂｏｎの少なくとも一種
類からなる下地層とから構成されていることを特徴とす
る請求項２記載のサーマルヘッド。