JPH03205161A - サーマルヘッド - 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】 本発明は熱伝導率が固体中で最大であり最も耐摩耗性を
有する炭素または炭素を主戒分とする材料により炭素被
膜を形成することを目的としている。

本発明はこれら被膜を非晶質（アモルファス以下ＡＳと
いう）または５〜２０入の大きさの微結晶性を有する半
非晶質（セミアモルファス以下ＳＡＳという）の如きプ
ラズマ気相法による１００〜４５０℃好ましくは２００
〜３５０゜Ｃの低温で形成する珪素または炭素を主成分
とする材料により設けることを目的としている。

本発明はかかる被膜がプラズマ気相法すなわち０．　０
１　〜１０ｔｏｒｒの減圧下にて直流高周波５００ＫＨ
ｚ〜５０ＭＨｚ）またはマイクロ波（例えば２．　４５
ＧＨｚの周波数の電磁エネルギを加えてまたはアーク放
電を発生させてプラズマ化し、かかる電磁エネルギによ
り気化した反応性気体例えばエチレン、プロパン等の炭
化水素ガスを活性化し、分解せしめることにより、ＡＳ
またはＳＡＳの絶縁性の炭素または炭素中に水素、珪素
が３０モル％以下に含有した炭素を主成分とする被膜を
形戒せんとするものである。

かかるプラズマ気相法により形成した炭素はそのエネル
ギバンド巾が２．　３ｅＶ以上代表的には３ｅＶを有す
る絶縁体でありかつその熱伝導率は２．５以上代表的に
は５．０（Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ）とダイヤモンドの６．６
０（Ｗ／　Ｃｍ　ｄｅｇ）に近いきわめてすぐれた高い
値を有する。

さらにビッカース硬度４５００ｋｇ／ｍｍ２以上代表的
には６５００ｋｇ／ｍｍ２というダイヤモンド類似の硬
さを有するきわめてすぐれた特性を見出しかかる特性を
サーマルヘッドに適用してすぐれた耐摩耗性、感熱高速
応答性を有せしめたものである。

さらに本発明はかかるＡＳまたはＳＡＳの４５０゜Ｃ以
下て作られた炭素被膜中に■価またはＶ価の不純物であ
るホウ素またはリンを０．１〜３モル％の濃度に添加す
ると、１０−２〜１０−６（Ωａｎ）−’の電気伝導度
を有せしめることかできる。そのためこの場合は発熱素
子として用い、さらにその機械的特質により耐摩耗層を
必ずしも形成させる必要がない等の特性を有せしめるこ
とができるという他の特徴を有する。

本発明はさらに耐摩耗層を減圧状態のプラズマ気相法に
用いるため、発熱層の側部に対しても上面と同様の厚さ
で保護することができる。そのためこれまでスパッタ法
、常圧気相法等で作られた場合、この側面をおおうため
に結果として耐摩耗層を上面の厚さ２μｍ以上（側面の
厚さ０．２μｍ以上）を必要とした。しかし本発明にお
いては上面も側面もほぼ同じ厚さに形成可能なため，そ
の厚さは０．１〜０．３μｍあれば十分てあり、結果と
して厚さが約１／１０になったため、さらに感熱の応答
速度を向上させることができるようになった。

本発明において反応性気体は炭化水素例えばアセチレン
（Ｃ２Ｈ２）　，　　メタン系炭化水素（Ｃ，Ｈ２．＋
２）等の気体または珪素を一部に含んだ場合はテトラメ
チルシラン（（ＣＨ２）ａｓｉ）　、テトラエチルシラ
ン（（Ｃ２Ｈｓ）４ｓｉ　）等を用いてもよい。前者に
あっては炭素に水素が３０モル％以下特にＳＡＳとする
と０．０１〜５モル％と低く存在しつつも炭素同志の共
有結合が強くダイヤモンドと類似の物性を有していた。

また後者にあっては水素が０．０１〜２０モル％を含み
、さらに珪素を炭素の１７３〜１／４含むいわゆる炭素
過剰の炭化珪素であり、主成分を炭素としている絶縁性
材料（光学的エネルギバンド′ｒ′Ｉ］Ｅｇ　＞　２．
　３ｅＶ代表的には３．　ＯｅＶ）であった。

以下に図面に従って実施例を示す。

本実施例では本発明の応用例としてサーマルヘッドに用
いた場合を示す。

『実施例１』 第１図は本発明に用いられたサーマルヘッドプリンタの
たて断面図を示す。第１図（Ｂ）は、第１図（Ａ）のＡ
−Ａ’の断面図を示す。（Ｃ）はＢ−Ｂ’　の断面図を
示す。

図面において基板特にセラミック基板上にグレイズされ
たガラス層（２）、発熱体層（３）、電極（４）、耐摩
耗層（５）か積層して設けられている。また第１図（Ｃ
）に示す如く、感熱紙かこすられる部分は発熱層（３）
上に接して耐摩耗層（５）か設けられている。

本発明はこの耐摩耗層（５）を炭素または炭素を主戒分
とした材料とし、この材料をプラズマ気相法により形成
するため、第１図（Ｂ）、（Ｃ）に示す如く、発熱体層
の側部の厚さが発熱体層上の厚さを概略一致させること
ができるという特徴を有する。

これは減圧下（０．０１〜１０ｔｏｒｒ）であり、反応
性気体の平均自由行程か長くなり気相法を行うに際して
も側辺へのまわりこみか大きいためてある。

加えてプラズマ化し反応性気体同志に大きな運動エネル
ギを与えて互いに衝突させ、四方八方への飛翔を促して
いることにある。

耐摩耗層に関しては、以下の如くにして作製した。すな
わち被形或面を有する基板を反応容器内に封入しこの反
応容器を１ｏ−”ｔｏｒｒまでに真空引きをするととも
に、この基板を加熱炉により１００〜４５０’Ｃ好まし
くは２００〜３５０゜Ｃ例えば３００℃に加熱した。こ
の後この雰囲気中に水素へリュームを導入し、１０−２
〜１０ｔｏｒｒにした後誘導方式または容量結合方式に
より電磁エネルギを加えた。例えば加える，電気エネル
ギの周波数は１３．　５６ＭＨｚ，出力は５０〜５００
Ｗとし、その実質的な電極間隙は１５〜１５０ｃｍとな
がくした。それはプラズマ化した時の反応性気体である
炭素はきわめて安定な材料であるため各元素または炭素
が会合した会合分子に対し高いエネルギを与え炭素同志
互いに共有結合をさせるためである。形威された被膜に
関して出力が５０〜１５０Ｗを加えた時はＡＳが２５０
〜５００Ｗを加えた時はＳＡＳが、その中間ではそれら
が混合した構造か電子線回折では観察された。

さらにこのプラズマ化した雰囲気に対し、炭化物気体例
えばメチタンまたはプロパンを導入した。

するとこの反応性気体か脱水素化し、炭素の結合か互い
に共有結合し合って、被形成面に炭素被膜を形成させる
ことができた。

基板の温度が１００〜２００’Ｃにては、硬度か若干低
く、また基板への密着性が必ずしも好ましいものではな
かったが、２００゜Ｃ以上特に２５０〜３５０℃におい
ては、きわめて安定な強い被形成面への密着性を有して
いた。

加熱処理は４５０゜Ｃ以上にすると、基板との熱膨張係
数の差によりストレスが内在してしまい問題かあり、２
５０〜４５０″Ｃて形成された被膜が理想的な耐摩耗材
料であった。

出発物質をＴＭＳ（（ＣＨｚ）４Ｓｉ）、ＴＥＳ（（Ｃ
２Ｈ８）４ＳＩ）を用いると、形成された被膜には珪素
か１５〜３０原子％含まれる炭素を主成分とする被膜で
あった。これても炭素のみと同様の硬度があった。熱伝
導度は炭素のみが５Ｗ／ｅｍｄｅｇであったが２〜３Ｗ
／ｃｍ　ｄｅｇと少なかった。

以上の如くにして形威された炭素被膜は０．０５〜０．
２μｍの厚さすなわち従来の１／５〜１／１０の薄さで
あっても１０５時間の使用に耐える耐摩耗性を有してい
た。

『実施例２』 この実施例は実施例１と同様の硬度のサーマルヘッドを
実施例ｌと同様のプラズマ気相法を用いて発熱体層を形
成させた場合である。

その製造は実施例１と同様の条件のプラズマ気相法とし
た。しかし形成される被膜が導電性（抵抗性）または半
導体性であることを必要とするため、形成された被膜は
■価またはＶ価の不純物例えばホウ素またはリンを添加
例えば不純物気体／珪化物気体＝０．０１％以下に添加
したＡＳまたはＳΔＳの珪素被膜またはかかる不純物を
不純物気体／炭化物気体一〇．０１〜３％に添加した抵
抗性または半導体性の炭素を主成分とする被膜を形成せ
しめた。

すなわち前者の珪素被膜に関しては、出発物質をシラン
（ＳｉｎＨ２−＋ｚ　ｎ≧１）四フッ化珪素を用い、同
様の１００〜４５０゜Ｃ例えば２００〜３５０℃にて形
成させた。高周波エネルギは１３．　５６ＭＨｚを１０
〜５０Ｗとして、ＡＳ、または５０〜２００ＷとしてＳ
ＡＳを形成させた。

■価の不純物は例えばホウ素をＢＪＬｓ用いて、またＶ
価の不純物は例えばリンをＰＨ．を用いて前記した比の
如く微少なドープまたはノンドープをして用いた。形成
された被膜中に水素か２０モル％以下に含有したが発熱
させることによりそれらは外部に放出されてしまった。

また炭素においては、実施例１と同様のアセチレンを用
いた。ここにＢ２Ｈ６／Ｃ２Ｈ２＝０．　０１〜３％、
円｛３　／　Ｃ２Ｈ２　＝　０．　０１〜３％として形
成させた。その結果形威された被膜の電気伝導度は１０
−８〜１０−’（Ωｃｍ）−’が得られた。

以上の説明より明らかな如く、本発明はその基本思想と
してプラズマ気相法を用いるため、基板温度か１００〜
４５０’Ｃ代表的には２５０〜４００゜Ｃ特に３００゜
Ｃという従来の被膜形成方法で考えるならば低い温度で
可能である。特に５００゜Ｃ以下であることは基板材料
としてガラスを用いる時その熱膨張の歪に対しきわめて
これを少なくし、従来の高温処理による基板のそり等の
大きな欠点を防ぐことかできた。そのためこれまでのサ
ーマルプリンタの発熱部が１ｍｍあたり６本しか作れな
かったが、これを２４本にまで高めることかできるよう
になった。

以上の説明より明らかな如く、本発明はそのエネルギバ
ンド巾２，　ＯｅＶ以上代表的には２．５〜３ｅＶを有
する絶縁性の透光性炭素を耐摩耗性材料として用いたこ
と、さらに炭素または炭素を主成分とする抵抗体または
半導体を発熱体層として用いたことを特徴としている。

そのために本発明はプラズマ気相法によりその一方また
は双方を形成せしめ、従来の気相法で形威された温度よ
りも３ｏｏ〜５００’Ｃも低い５００゜Ｃ以下の温度で
作ることかでき基板材料の選定に大きな自由度を得、低
価格化にきわめてすぐれた特徴を有していた。

本発明の方法をサーマルヘッドに応用した場合サーマル
ヘッドの発熱体層上面と側面の厚さをほぼ同じ厚さに形
成できるため従来方法のようにその厚さの１番薄い部分
の厚さを必要量以上にすると，逆に厚く形威される部分
はその１０倍も厚くなるということがない。

また、上面と側面をおおった場合，基板と発熱体層の密
着力を高めるという効果を持つ。

本発明はプラズマ気相法を主として記した。しかしかか
る耐摩耗性か得られる限りにおいてイオンプレーティン
グその他のプラズマまたはレーザ等の電磁エネルギ、光
エネルギを用いてもよい。

本発明の実施例においての第１図の構造はその一例を示
したもので、発熱体層を単結晶としてトランジスタ構造
であってもよく、その他シリコンメサ構造、プレナー構
造等に用いることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサーマルプリンタのたて断面図を示す
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．基板上に非晶質または結晶性を有する炭素または珪
   素を主成分とする発熱体層が設けられたことを特徴とす
   るサーマルヘッド。
2. ２．セラミック基板上にグレイズされたガラス層が設け
   られ、該ガラス層上に発熱体層、電極及び耐摩耗層が積
   層して設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のサーマルヘッド。