JPH0579236B2 - - Google Patents

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JPH0579236B2
JPH0579236B2 JP62229384A JP22938487A JPH0579236B2 JP H0579236 B2 JPH0579236 B2 JP H0579236B2 JP 62229384 A JP62229384 A JP 62229384A JP 22938487 A JP22938487 A JP 22938487A JP H0579236 B2 JPH0579236 B2 JP H0579236B2
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JP
Japan
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carbon
heating element
wear
layer
substrate
Prior art date
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JP62229384A
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English (en)
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JPS6372559A (ja
Inventor
Shunpei Yamazaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP62229384A priority Critical patent/JPS6372559A/ja
Publication of JPS6372559A publication Critical patent/JPS6372559A/ja
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Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
    • B41J2/32Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/335Structure of thermal heads

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感熱記録用サーマルヘツドに関するもの
で、特に耐摩耗層を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成分
とする材料により設けたものである。
本発明は発熱体層を非晶質(アモルフアス以下
ASという)または5〜20Åの大きさの微結晶性
を有する半非晶質(セミアモルフアス以下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℃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。
本発明はかかる耐摩耗層または発熱層がプラズ
マ気相法すなわち0.01〜10torrの減圧下にて直流
高周波500KHz〜50MHz)またはマイクロ波(例
えば2.45GHz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成
せんとするものである。
本発明は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6.60(W/cm deg)に近いきわめてすぐ
れた高い値を有する。
さらにビツカース硬度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
サーマルヘツ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℃以
下で作られた炭素中に価または価の不純物で
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(Ωcm)-1の電気伝導度を
有せしめることができる。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
めこれまでスパツタ法、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あれば十分であり、結果として厚
さが約%1/10%になつたため、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つた。
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(CoH2o+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((CH24Si)、テトラエチルシラン
((CH2H54Si)等を用いてもよい。前者にあつ
ては炭素に水素が30モル%以下特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。また後者にあつては水素が0.01〜20モル%
を含み、さらに珪素の炭素の1/3〜1/4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巾Eg
>2.3eV代表的には3.0eV)であつた。
以下に図面に従つて実施例を示す。
実施例 1 第1図は本発明に用いられたサーマルヘツドプ
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ツク基板上にグレ
イズされたガラス層2、発熱体層3、電極4、耐
摩耗層5が積層して設けられている。即ちセラミ
ツク基板上のグレイズされたガラス層2と該ガラ
ス層上に複数の発熱体層3を互いに離間して有
し、該複数の発熱体層の上面及び側面に耐摩耗層
を有する被膜5を設け、前記複数の発熱体層間上
の耐摩耗機能を有する被膜上面は前記複数の発熱
体層上の保護膜の上面よりも凹状態を有してい
る。
そして複数の発熱体層の下側の前記グレイズさ
れたガラス層2の上面よりも前記複数の発熱体層
間のグレイスされたガラス層の上面は凹状態を有
している。
このようにすることにより発熱体層の上面ばか
りでなくその側面も耐摩耗機能を有する被膜で覆
われることになるため、基板と発熱体層の密着力
を高めることができ、またさらに発熱体層と発熱
体層との間で耐摩耗機能を有する被膜が凹状体と
なるため、耐摩耗機能を有する被膜上を紙が通過
する場合、耐摩耗機能を有する被膜との接触面積
が小さくて済むため、紙が通過し易くなるという
効果がある。
またさらに機械的な強度も大きくなる。
また第1図Cに示す如く、感熱紙がこすられる
部分は発熱層3上に接して耐摩耗機能を有する被
膜である耐摩耗層5に設けられている。
本発明はこの耐摩耗層5を炭素または炭素を主
成分とした材料とし、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が長くなり気相法を行うに際
しても側辺へのまわりこみが大きいためである。
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。すなわち被形成面を有する基板を反応容器内
に封入しこの反応容器を10-3torr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℃好ましくは200〜350℃例えば300℃に加熱し
た。この後この雰囲気中に水素ヘリユームを導入
し、10-2〜10torrにした後誘導方式または容器結
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
50〜500Wとし、その実質的な電極間〓は15〜150
cm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。形成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
が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
物気体例えばメタンまたはプロパンを導入した。
するとこの反応性気体が脱水素化し、炭素の結合
が互いに共有結合し合つて、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℃にては、硬度が若干低
く、また基板への密着性が必ずしも好ましいもの
ではなかつたが、200℃以上特に50〜350℃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。
加熱温度は450℃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
があり、250〜450℃で形成された被膜が理想的な
耐摩耗材料であつた。
出発物質をTMS((CH24Si)、TES
((C2H64Si)を用いると、形成された被膜には
珪素が15〜30原子%含まれる炭素を主成分とする
被膜であつた。これでも炭素のみと同様の硬度が
あつた。熱伝導度は炭素のみが5W/cm degで
あつたが2〜3W/cm degと少なかつた。
以上の如くにして形成された炭素被膜は0.05〜
0.2μmの厚さすなわち従来の1/5〜1/10の薄さで
あつても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
ヘツドを実施例1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
SAS/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=0.01〜3%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(SinH2o+2n≧1)四フツ化珪素を用
い同様の100〜450℃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SASを形成さ
せた。価の不純物は例えばホウ素をB2H6用い
てまた価の不純物は例えばリンをPH3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が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つた。
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%、
PH3/C2H2=0.01〜3%として形成させた。そ
の結果形成された被膜の電気伝導度は10-8〜10-4
(Ωm)-1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、基本温度が100〜450℃代表的には
250〜400℃特に300℃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
℃以下であるこる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
な欠点を防ぐことができた。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
作れなかつたが、これを24本にまで高めることが
できるようになつた。
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2.0eV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
従来の気相法で形成された温度よりも300〜500℃
も低い500℃以下の温度で作ることができ基板材
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。
本発明の方法により、サーマルヘツドの発熱体
層上面と側面の厚さに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、逆に厚く形成される
部分はその10倍も厚くなるということがない。
また、上面と側面をおおつた場合、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が得られる限りにおいてイオ
ンプレーテイ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つてもよく、その他シリコン
メサ構造、プレナー構造等に用いることができ
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 (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に複数の発熱体層を互いに離間して有
    し、該複数の発熱体層の上面及び側面に耐摩耗機
    能を有するアモルフアス又は微結晶性を有する炭
    素又は炭素を主成分とする被膜を設けたことを特
    徴とするサーマルヘツド。 2 基板上に複数の発熱体層を互いに離間して有
    し、かつ前記発熱体層に接して電極を設け、前記
    発熱体層及び前記電極を覆つてアモルフアス又は
    微結晶性を有する炭素又は炭素を主成分とする耐
    摩耗機能を有する被膜を設けたことを特徴とする
    サーマルヘツド。
JP62229384A 1987-09-12 1987-09-12 サーマルヘッド Granted JPS6372559A (ja)

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