JPH03189169A - 薄膜型サーマルヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、ファクシミリやプリンタ等における記録部品
である薄膜型サーマルヘッドおよびその製造方法に関す
る。

従来の技術 一般に、薄膜型サーマルヘッドは、絶縁性基板上に多数
の発熱抵抗体列と、これに電力を供給するための導体層
を設け、これらの上に耐摩耗保護膜を形成した構成をと
る。

ところで、この構成において、耐摩耗保護膜に要求され
る性質としては、次の事項が挙げられる。

（１）耐摩耗性が良好なこと［機械的な摩耗〔硬度；摩
擦係数が関与〕、電気化学的な摩耗（紙と耐摩耗保護膜
との反応が関与）のいずれも少ないこと。］。

（２）耐熱性が良好であること〔加熱時、ボイド（泡、
空隙）の発生、クラックの発生がないこと。〕。

（３）　　発熱抵抗体層、導体層等、耐摩耗保護膜の下
に形成された膜の電解腐食が生じないこと［吸湿した紙
に記録する時に生じるため段差被覆性が良好なこと。ピ
ンホールフリーであること。

緻密で吸湿性がないこと。コ。

（４）　　発熱抵抗体層、導体層、基板等の下地層との
密着性が良好なこと。

（５）　　耐静電気性が良好なこと〔特に乾燥下、熱転
写方式のように、Ｐ　Ｅ　Ｔ（ポリエチレンテレフタレ
ート）フィルムと耐摩耗保護膜の摺動時に生じる静電気
により、破壊が生じないこと。〕。

上述した事項に対して、特に（３）は、信頼性の面で重
要である。従来、耐摩耗保護膜は、スパッタ法により、
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）もしくはシリコンナイト
ライド（ＳｉＮ）が用いられていた。しかしながら、ス
パッタ法で前述した耐摩耗保護膜の要求を満たすために
は、成膜時に要するエネルギーが大きいことにより、ス
ブラッッ等の異常放電等が発生し、粒状突起、ピンホー
ル等の発生原因になる。またスパッタ法は、段差被覆性
が悪いため、下地層の電解腐食が生じる可能性があった
。

そこで、特開昭６２−１４５７３５号公報にあるように
、プラズマＣＶＤ法によるシリコンオキシナイトライド
膜（Ｓ　ｉ　ＯＮ膜）、シかも原料ガスとして、Ｓ　ｉ
　Ｈ４、Ｎ　２０　、　Ｎ　２を用いて形成した膜は有
用であった。何故ならプラズマＣＶＤ法は、基本的に原
料ガスの分解と表面反応の促進により、膜を堆積させる
方法であるため、成膜に要するエネルギー（電力）が小
さくてすみ、異常放電による粒状突起、ピンホール等の
欠陥が生じ難く、また緻密かつ段差被覆性に優れている
ため、下地層の電解腐食が生じ難く、信頼性が格段に改
善される。

さらに、プラズマＣＶＤ法による５ｉＯＮ膜は、上述し
た（１）〜（２）を満たすため、十分な硬度。

耐熱性も有する。

しかしながら、５ｉＯＮ膜はその抵抗率が１０１３〜１
０１４Ω・ｍで、完全な絶縁体であり、転写方式のサー
マルヘッドに接し摺動する転写紙が、ＰＥＴ　（絶縁体
）であるため、その際発生する静電気により、静電破壊
が生じるという問題があった（上述の（５）を満たして
いない。）。

発明が解決しようとする課題 このように従来、耐摩耗性、耐熱性、電解腐食等の信頼
性の観点で、プラズマＣＶＤ法で形成した５ｉＯＮ膜が
、サーマルヘッドの耐摩耗保護膜に用いられており、通
常の感熱紙を用いる用途（ファクシミリ装置等）におい
ては、十分な信頼性を有すると言えるが、一方、熱転写
方式のように、ＰＥＴのような絶縁体である転写紙とヘ
ッドを摺動させる必要がある用途においては、上記５ｉ
ＯＮ膜の抵抗率が、１Ｑ１３〜ＩＱ＋４Ω”ｍと完全な
絶縁体であるため、摺動時に生じる静電気により、ヘッ
ドに静電破壊が生じ、熱転写方式における要求仕様を満
足することができなかった。

本発明はこのような課題を解決し、絶縁破壊の生じない
耐摩耗保護膜を有する薄膜型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。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために、本発明は耐摩耗保護膜用材
料として従来の５ｉＯＮに比べて抵抗率の小さい珪素、
チタン、窒素を主成分とした耐摩耗保護膜を形成したも
のである。

作用 この構成における珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）。

窒素（Ｎ）でなる耐摩耗保護膜（以下５ｉＴｉＮ膜とい
う）は、膜中にＴｉ、Ｔｉ−５ｉ、Ｔｉ　−Ｎ等の金属
的電気伝導を示すもの、Ｓｉ等の半導体的電気伝導を示
すもの、５ｉ−Ｎ等の絶縁体的なものを含む。以上の金
属的、半導体的電気伝導を示す生成物の存在により、膜
に導電性が付与され、したがって発生した静電荷を逃が
すため（電荷が蓄積しないため）、静電破壊を防ぐこと
が可能となる。

したがって、この５ｉＴｉＮ膜を耐摩耗保護膜に用いる
ことで、信頼性の高い薄膜型サーマルヘッドとすること
が可能となる。

実施例 以下の本発明の実施例では、珪素（Ｓ　ｉ）　、チタン
（Ｔ　ｉ）　、窒素（Ｎ）を主成分としてなる５ｉＴｉ
Ｎ膜を、Ｓ　ｉ　Ｈ４，ＴｉＣｌ　４．　Ｎ２を原料ガ
スとして用い、プラズマＣＶＤ法で成膜した場合につい
て述べる。

成膜に用いた装置は、平行平板型（容量結合型）プラズ
マＣＶＤ装置で、電極形状は、３００ｒｔａφ。

電極間隔２０１１１１．ＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚ、
ＲＦ電力５００ｗ、ガス圧力ＩＴｏｒｒ、基板温度３５
０℃で、上記原料ガスを導入することにより形成した。

第２図に、ＳｉＨ４流量１６ｓｅｃｍ、Ｎ２流量４００
ｓｅｃｍ（一定）下で、Ｔ１Ｃｆ、流量を変化させた際
の膜の抵抗率の関係を示す。

同第２図に示すように、ＴｉＣｌ４流量を増加するのに
伴い、抵抗率は減少する。これはＴｉＣｊｉ’４流量を
増加するのに伴い、ＳｉＮ膜にＴｉを導入することで、
５ｉ−Ｎという絶縁体である場合に対して、Ｔｉ、Ｔｉ
−５ｔ、Ｔｉ　−Ｎ等の金属的電気伝導を示す生成物の
存在により、膜に導電性が付与される。一方、硬度にお
いても、Ｔｉ−Ｎ等のチタン系は、５ｉ−Ｎと同等すな
わちヴイッカース硬度２０００程度を有し、特性上問題
がない。

ここで注意を要する点として、ＴｉＣｌ４を増加するの
に伴い、Ｃ１＋Ｈ→ＨＣＩ↑の引き抜き反応が増すため
、５ｉ−Ｈ等の総合エネルギーの低い生成種が減り、耐
熱性が向上する。但し、この時、膜中にＣ１も残るため
、この発熱抵抗体層。

導体層（電極）への影響がある場合には、ＳｉＨ４の代
わりにＳｉ２Ｈ６を用いるか、Ｎ２の代わりにＮ２とＨ
２またはＮＨ３を用いると、上述した反応により、膜中
のＣＩを抑えることが可能である。

このようにＳｉＮ膜にいわば、Ｔｉを導入することで膜
に導電性が付与されるとともに、耐熱性をも向上させる
ことが可能となる。

つぎに実際の製造工程を説明する。すなわち第１図に示
すように、絶縁性基板として、アルミナの上にガラスグ
レイズ層を設けた絶縁性基板１上に、発熱抵抗体２．一
対の対向電極３を順次積層形成した後、パターン形成を
行ったものに対して、本発明の耐摩耗保護膜４として５
ｉＴｉＮ膜を形成することになる。このようにしてでき
た実際のサーマルヘッドに対して、パルス幅３．６ｍ５
ｅｃ。

ライン周期１０ｍ５ｅｃ／１ｉｎｅ、印字電力Ｑ、３ｗ
／ｄｏｔで、転写紙（ＰＥＴ）を用いて、ヘッドと転写
紙を長距離摺動させた。この際、５ｉＴｉＮ膜の抵抗率
は、第２図に示す種々のものを、各々５μｍ厚形成した
ものを用い、また比較のために、ＳｉＮ膜（第２図で、
ＴｉＣｊ！４がＱｓｅｃｍのとき）についても、同じこ
とを行った。

これにより、ＳｉＮ膜、すなわち、１０１２〜１０１３
Ω・ｍの抵抗率のものでは、静電破壊による発熱体ドツ
トの損傷が生じたのに対し、第２図に示すようにＴｉＣ
ｌ４流量を増加させるにつれ、すなわち、導電性が付与
されるにつれ、静電破壊が減り、１０９〜１０１０Ω・
ｍ以下の抵抗率になると、静電破壊は全く生じなくなっ
た。

なお、この実施例では、成膜時の基板温度を３５０℃と
したが、これは通常サーマルヘッドを用いる場合の使用
最高発熱温度が３５０℃程度で、この温度でクラック、
気泡の発生を抑えるためと、発熱抵抗体層、対向電極層
等の下地との付着力を向上させるため、さらに高硬度化
のため、少なくともこの程度の成膜温度は最低必要とな
る。

発明の効果 以上のように本発明の珪素、チタン、窒素を主成分とし
てなる５ｉＴｉＮ膜は、転写紙との摺動時に生じる静電
破壊を防止することができるとともに、膜硬度を損なう
ことなく耐摩耗性も良好であり、加えて耐熱性も改善さ
れる。

したがってこの５ｉＴｉＮ膜を耐摩耗保護膜に用いるこ
とで薄膜型サーマルヘッドの信頼性を著しく向上させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による薄膜型サーマルヘッド
の断面図、第２図は本発明の珪素、チタン、窒素を主成
分としてなる耐摩耗保護膜の抵抗率のＴｉＣ１＜流量に
対する依存性を示す特性図である。 １・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・発熱抵抗体
、３・・・・・・一対の対向電極、４・・・・・・耐摩
耗保護膜（ＳｉＴｉＮ層）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板と、この絶縁性基板上の主走査方向に
   一列に設けた発熱抵抗体群と、この発熱抵抗体群上に設
   けた対向電極群と、前記発熱抵抗体群とこの発熱抵抗体
   群近傍の前記対向電極群上に設けた耐摩耗保護膜とを備
   え、前記耐摩耗保護膜が珪素、チタン、窒素を主成分と
   してなる薄膜型サーマルヘッド。
2. （２）耐摩耗保護膜をプラズマＣＶＤ法を用いて形成す
   る請求項１記載の薄膜型サーマルヘッドの製造方法。
3. （３）耐摩耗保護膜をプラズマＣＶＤ法で形成する際の
   原料ガスとして、ＳｉＨ＿４またはＳｉ＿２Ｈ＿６と、
   ＴｉＣｌ＿４と、Ｎ＿２またはＮ＿２＋Ｈ＿２またはＮ
   Ｈ＿３とからなる少なくとも３種類の混合ガスを用いる
   請求項２記載の薄膜型サーマルヘッドの製造方法。
4. （４）耐摩耗保護膜形成時の基板温度を３５０℃以上と
   する請求項２または３記載の薄膜型サーマルヘッドの製
   造方法。