JPH07132628A - Thermal head and production thereof - Google Patents
Thermal head and production thereofInfo
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- JPH07132628A JPH07132628A JP28117593A JP28117593A JPH07132628A JP H07132628 A JPH07132628 A JP H07132628A JP 28117593 A JP28117593 A JP 28117593A JP 28117593 A JP28117593 A JP 28117593A JP H07132628 A JPH07132628 A JP H07132628A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はサーマルヘッドに係わ
り、とくに保護層の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head, and more particularly to improvement of a protective layer.
【０００２】[0002]
【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特徴を有するため、ファクシミ
リ、ワードプロセッサ用のプリンタ等の各種記録装置に
多用されている。それと共に、高速印字ができ耐久性が
あるサーマルヘッドが望まれている。2. Description of the Related Art In recent years, thermal heads have reduced noise, reduced maintenance,
Since it has characteristics such as low running cost, it is widely used in various recording devices such as a printer for a facsimile and a word processor. At the same time, there is a demand for a thermal head capable of high-speed printing and having durability.
【０００３】サーマルヘッドは、例えばガラスグレーズ
処理したセラミック基板上に複数個の発熱抵抗体と、こ
の発熱抵抗体に電力を供給するための電気導体とを設
け、記録すべき情報にしたがって必要な熱パターンが得
られるように、対応する発熱抵抗体に電気導体を介して
電流を流し発熱させ記憶媒体に接触することにより記録
を行う装置である。The thermal head is provided with a plurality of heating resistors and an electric conductor for supplying electric power to the heating resistors on a ceramic substrate which has been subjected to a glass glaze treatment, for example. In order to obtain a pattern, an apparatus performs recording by passing a current through a corresponding heating resistor through an electric conductor to generate heat and contact a storage medium.
【０００４】従来発熱抵抗体としてはＲｕＯ2 とガラス
とを混合し、ペースト状にしてこれを塗布・焼付けると
いういわゆる厚膜式の発熱体がある。しかしながら厚膜
方式はスクリーン印刷によるため本質的に微細に加工で
きず解像度が低下するという問題がある。この問題を解
消するために窒化タンタル、ニクロム、Ｃｒ−ＳｉＯ2
系サーメット、Ｔａ−ＳｉＯ2 系サーメット、ＢａＲｕ
Ｏ3 等の薄膜が用いられてきている。As a conventional heating resistor, there is a so-called thick film type heating element in which RuO 2 and glass are mixed and formed into a paste, which is applied and baked. However, since the thick film method is based on screen printing, there is a problem in that it cannot be essentially processed finely and the resolution is lowered. In order to solve this problem, tantalum nitride, nichrome, Cr-SiO 2
Series cermet, Ta-SiO 2 series cermet, BaRu
Thin films such as O 3 have been used.
【０００５】一方この発熱抵抗体に直接記録媒体を接し
て記録を行うと、とくに厚膜発熱抵抗体ではたちまち摩
耗してしまい長期間の使用に耐えることはできない。こ
のためにＡｌ2 Ｏ3 などの保護層を発熱体上に設け発熱
抵抗体の摩耗を防止している。従来はこの保護層を比較
的厚くして摩耗に十分対応できるようにしていた。しか
しこのような厚い保護層を設けた場合熱応答性が悪くな
り、印字記録性が悪くなり、印字記録時間が遅くなると
いう重大な問題が生じる。このため材質の硬い材料を保
護層として用いかつ厚みを比較的薄くしてこの問題に対
処しようとしている。しかし、速い印字記録を行う場合
瞬時に発熱体および保護層を高温に上げる必要があり、
硬い材質の材料のみを一層だけ用いた保護層ではこのと
きのヒートショックにより、保護層自身が破壊してしま
うという問題があった。この問題に対処するため、例え
ば特開平１−１４８５６９あるいは特開平１−３１０９
７０のごとく、保護層を特性の異なる層を組み合わせた
2層構造とすることにより耐ヒートショックを改善する
提案がなされている。On the other hand, when recording is performed by directly contacting the heating resistor with the recording medium, the thick film heating resistor is quickly worn and cannot be used for a long period of time. Therefore, a protective layer such as Al 2 O 3 is provided on the heating element to prevent the heating resistor from being worn. Conventionally, this protective layer has been made relatively thick so as to sufficiently cope with abrasion. However, when such a thick protective layer is provided, the thermal responsiveness deteriorates, the print recording property deteriorates, and the print recording time becomes a serious problem. For this reason, a hard material is used as a protective layer and the thickness thereof is made relatively thin to cope with this problem. However, it is necessary to instantly raise the temperature of the heating element and protective layer to perform high-speed printing and recording,
The protective layer using only one hard material has a problem that the protective layer itself is destroyed by the heat shock at this time. In order to deal with this problem, for example, JP-A-1-148569 or 1-3109.
70, the protective layer is a combination of layers having different characteristics.
Proposals have been made to improve heat shock resistance by using a two-layer structure.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーマ
ルヘッドの用途がさらに広がり高精細（ 16 ドット/m
m）でかつ従来の 2倍以上の高速の印字記録を行う場合
では、従来の保護層は耐摩耗性を確保するために 4〜5
μm 以上の膜厚を必要とし、さらに従来の保護層の材質
ではその熱伝導性が悪いため熱効率が悪くまた鮮明な記
録を行えないとの問題があった。However, the use of the thermal head has been further expanded, and high definition (16 dots / m
m) and at a printing speed that is more than twice as fast as before, the conventional protective layer requires 4-5% to ensure abrasion resistance.
There is a problem that a film thickness of more than μm is required, and the conventional protective layer material has poor thermal conductivity, so that the thermal efficiency is poor and clear recording cannot be performed.
【０００７】また、高硬度の材質を比較的薄い膜のみで
使用するといわゆる摩耗に関しては問題が生じないが、
記録媒体に含まれている微小な異物とぶつかって保護膜
が破壊する問題が生じる。この問題に対処するために、
じん性の大きい材料を下層に形成して異物との衝撃を緩
和することがなされているが、上層の高硬度の材質とじ
ん性の大きい下層との材質との付着力が充分適切でない
と異物とぶつかったときに膜が剥離する問題があった。Further, when a high hardness material is used only with a relatively thin film, there is no problem in so-called wear,
There arises a problem that the protective film is destroyed by colliding with minute foreign matter contained in the recording medium. To address this issue,
A material with high toughness is formed in the lower layer to reduce the impact with foreign matter, but if the adhesion between the upper layer material with high hardness and the lower toughness material is not adequate, the foreign matter There was a problem that the film peeled off when it hits.
【０００８】本発明はこのような問題に対処するために
なされたもので、耐摩耗性や熱効率に優れ、高速で鮮明
な印字を実現できる 2層からなる上部保護層を有するサ
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。The present invention has been made to solve the above problems, and has a two-layered upper protective layer which is excellent in abrasion resistance and thermal efficiency and can realize clear printing at high speed, and its production. The purpose is to provide a method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は、基板と、この基板上に形成された発熱抵抗体と、こ
の発熱抵抗体上に形成された保護層とからなり、この保
護層は発熱抵抗体側がシリコン系化合物層で、その上層
がダイヤモンドライクカーボン膜からなる 2層構造であ
ることを特徴とする。A thermal head of the present invention comprises a substrate, a heating resistor formed on the substrate, and a protective layer formed on the heating resistor. It is characterized by a two-layer structure in which the heating resistor side is a silicon compound layer and the upper layer is a diamond-like carbon film.
【００１０】また、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工程と、発熱抵抗体
上に保護層を形成する工程とからなるサーマルヘッドの
製造方法において、保護層を形成する工程は、シリコン
系化合物層を形成する工程と、このシリコン系化合物層
の表面を還元性雰囲気で処理した後、ダイヤモンドライ
クカーボン膜を形成する工程とからなることを特徴とす
る。The thermal head manufacturing method of the present invention comprises a step of forming a heating resistor on a substrate and a step of forming a protective layer on the heating resistor. Is characterized in that it comprises a step of forming a silicon-based compound layer and a step of forming a diamond-like carbon film after treating the surface of the silicon-based compound layer in a reducing atmosphere.
【００１１】本発明に係わるシリコン系化合物層とは、
比較的じん性が高く、発熱抵抗体と反応しない無機シリ
コン化合物からなる薄膜層をいう。そのような薄膜層材
料としては、ＳｉＯx 単体、ＳｉＯx とＳｉＮy との混
合物あるいはＭｏ、Ｗ、Ｔｉなどの高融点金属と多結晶
シリコンとの合金であるシリサイトを挙げることができ
る。とくにＳｉＯx 単体、ＳｉＯx とＳｉＮy との混合
物からなるシリコン系化合物層は、比較的じん性が高
く、発熱抵抗体と反応しないため好ましい。さらに、Ｓ
ｉＯx 単体、ＳｉＯx とＳｉＮy との混合物からなるシ
リコン系化合物層は、その表面を還元性雰囲気で表面処
理を行うと、この上層に形成されるダイヤモンドライク
カーボン膜との付着力をより向上させることができるこ
とを見出だした。The silicon compound layer according to the present invention is
A thin film layer made of an inorganic silicon compound having relatively high toughness and not reacting with a heating resistor. Such thin film layer materials include SiO x alone, mixture or Mo of SiO x and SiN y, W, and silicide is an alloy of a refractory metal and polycrystalline silicon, such as Ti. In particular SiO x itself, the silicon compound layer comprising a mixture of SiO x and SiN y is relatively high toughness is preferred because it does not react with the heating resistor. Furthermore, S
When the surface of the silicon-based compound layer composed of a single substance of iO x or a mixture of SiO x and SiN y is subjected to a surface treatment in a reducing atmosphere, the adhesion with the diamond-like carbon film formed on the upper layer is further improved. I found that I could do it.
【００１２】本発明に係わるダイヤモンドライクカーボ
ン膜とは、プラズマＣＶＤなどの化学的反応処理法によ
り不活性雰囲気中で炭化水素化合物などの原料ガスを用
いて基板上に気相成長させて得られる膜をいい、平坦度
RA20 〜 RA50 、ブリネル硬度 2000 〜 4000 、の範囲
にある膜がとくに好ましい。炭化水素化合物としては、
ヘキサン、エタン、メタン等を挙げることができる。The diamond-like carbon film according to the present invention is a film obtained by vapor phase growth on a substrate using a raw material gas such as a hydrocarbon compound in an inert atmosphere by a chemical reaction processing method such as plasma CVD. Good, flatness
Membranes in the range RA20 to RA50, Brinell hardness 2000 to 4000 are particularly preferred. As a hydrocarbon compound,
Hexane, ethane, methane and the like can be mentioned.
【００１３】本発明に係わる保護層の層厚は、シリコン
系化合物からなる薄膜層が 0.5〜1.0 μm 、ダイヤモン
ドライクカーボン膜層が 0.5〜2.0 μm の範囲にあるこ
とが好ましい。この範囲にあると、じん性に富み耐摩耗
性や熱効率に優れた保護膜が得られる。The thickness of the protective layer according to the present invention is preferably 0.5 to 1.0 μm for the thin film layer made of a silicon compound and 0.5 to 2.0 μm for the diamond-like carbon film layer. Within this range, a protective film having high toughness, abrasion resistance and thermal efficiency can be obtained.
【００１４】本発明のサーマルヘッドの製造方法におい
て、シリコン系化合物層はＲＦスパッタリング法などに
よりセラミック基板上に形成された後、その表面を還元
性雰囲気で処理される。還元性雰囲気とは、Ｈ2 （水
素）ガスを含む雰囲気であり、好ましくは水素ガスと不
活性ガスとの混合ガス雰囲気をいう。シリコン系化合物
層表面をこのような混合ガス雰囲気中で、プラズマＣＶ
Ｄ装置などで処理した後、直ちに同一装置内でダイヤモ
ンドライクカーボン膜を形成する。In the method of manufacturing the thermal head of the present invention, the silicon compound layer is formed on the ceramic substrate by the RF sputtering method or the like, and then the surface thereof is treated in a reducing atmosphere. The reducing atmosphere is an atmosphere containing H 2 (hydrogen) gas, preferably a mixed gas atmosphere of hydrogen gas and an inert gas. The surface of the silicon compound layer is exposed to plasma CV in such a mixed gas atmosphere.
A diamond-like carbon film is immediately formed in the same device after the treatment with the D device or the like.
【００１５】[0015]
【作用】上部保護層に用いられるダイヤモンドライクカ
ーボン膜は極めて硬度に富んだ材質であり通常の耐摩耗
的には従来の保護膜の半分以下の膜厚ですむ。またダイ
ヤモンドライクカーボン膜の熱伝導性は通常の金属程度
もあり発熱体から発生する熱を効率よくかつ迅速に媒体
に伝えることができる。その結果、シリコン系化合物層
と組み合わせても鮮明でかつ高速な印字記録が実現でき
るサーマルヘッドが得られる。[Function] The diamond-like carbon film used for the upper protective layer is a material with extremely high hardness, and in terms of normal wear resistance, the film thickness is less than half that of the conventional protective film. Further, the thermal conductivity of the diamond-like carbon film is almost the same as that of a normal metal, and the heat generated from the heating element can be efficiently and promptly transferred to the medium. As a result, it is possible to obtain a thermal head capable of realizing clear and high-speed print recording even when combined with a silicon compound layer.
【００１６】また、下部保護層に用いれるＳｉＯx 単
体、ＳｉＯx とＳｉＮy との混合物からなるシリコン系
化合物などの層は比較的じん性が高く、発熱抵抗体と反
応しない。さらに、本発明においては下層保護膜を還元
雰囲気で表面処理を行うことにより、ダイヤモンドライ
クカーボン膜との付着力が向上する。Further, a layer made of SiO x alone or a silicon compound composed of a mixture of SiO x and SiN y used for the lower protective layer has relatively high toughness and does not react with the heating resistor. Further, in the present invention, the adhesion of the lower protective film to the diamond-like carbon film is improved by subjecting the lower protective film to a surface treatment in a reducing atmosphere.
【００１７】[0017]
【実施例】以下実施例にしたがって本発明を詳細に説明
する。図１は本発明の一実施例を示すサーマルヘッドの
断面図である。このサーマルヘッドはセラミック基板１
上にグレーズ層２が形成され、順次発熱抵抗体層３、電
気導体層４、下部保護層５、上部保護層６が積層され
る。発熱抵抗体層３にはＴａ−ＳｉＯ2 薄膜を形成し電
気導体層４にはＡｌ（アルミニウム）を用いた。下部保
護層５はＲＦスパッタリングにより形成した。ＳｉＯ2
膜形成時にはターゲットとしてＳｉＯ2 焼結体を用い、
ＳｉＯＮ膜形成時にはＳｉＯ2 とＳｉ3 Ｎ4 とを混合し
た焼結体を用いた。ＳｉＯＮ膜の組成比はＳｉＯ2 ：Ｓ
ｉ3 Ｎ4 が 3：1 であった。これら各々の下部保護膜の
厚みは0.5 μm とした。この下部保護膜上にダイヤモン
ドライクカーボン膜を1.5 μm 形成した。ダイヤモンド
ライクカーボン膜はプラズマＣＶＤを用いて約１時間デ
ポジットして成膜した。このときの導入ガスとしてはＣ
Ｈ3 （ＣＨ2 ）4 ＣＨ3 （ヘキサン）とＡｒ（アルゴ
ン）を用いた。また下層保護膜の表面処理はダイヤモン
ドライクカーボン膜の成膜用プラズマＣＶＤ装置を用い
てＡｒとＨ2 雰囲気でのプラズマ処理を行いこの後に連
続してタイヤモンドライクカーボン膜を成膜した。The present invention will be described in detail with reference to the following examples. FIG. 1 is a sectional view of a thermal head showing an embodiment of the present invention. This thermal head is a ceramic substrate 1
The glaze layer 2 is formed on top, and the heating resistor layer 3, the electric conductor layer 4, the lower protective layer 5, and the upper protective layer 6 are sequentially laminated. A Ta—SiO 2 thin film was formed on the heating resistor layer 3 and Al (aluminum) was used for the electric conductor layer 4. The lower protective layer 5 was formed by RF sputtering. SiO 2
When a film is formed, a SiO 2 sintered body is used as a target,
At the time of forming the SiON film, a sintered body obtained by mixing SiO 2 and Si 3 N 4 was used. The composition ratio of the SiON film is SiO 2 : S
i 3 N 4 was 3: 1. The thickness of each of these lower protective films was 0.5 μm. A diamond-like carbon film having a thickness of 1.5 μm was formed on the lower protective film. The diamond-like carbon film was deposited by plasma CVD for about 1 hour. The introduced gas at this time is C
H 3 (CH 2 ) 4 CH 3 (hexane) and Ar (argon) were used. For the surface treatment of the lower protective film, a plasma CVD apparatus for forming a diamond-like carbon film was used to perform a plasma treatment in an Ar and H 2 atmosphere, and thereafter a tire mondlike carbon film was continuously formed.
【００１８】このようにして得られたサーマルヘッドの
保護膜のヌープ硬度を測定した結果約2,000 kg重／mm2
であり、従来の保護膜よりはるかに硬いことが確認でき
た。また、サーマルヘッドの耐摩耗性と熱効率を測定し
た。摩耗性はラフ紙で印字距離を測定した。熱効率は所
定の印字濃度を得るのに必要な電力量の比を測定した。
測定結果を表１に示す。なお、比較例として下層にＳｉ
Ｏ2 を上層にＡｌ2Ｏ3 の 2層構造の保護膜を有するサ
ーマルヘッドを用いた。The Knoop hardness of the protective film of the thermal head thus obtained was measured and found to be about 2,000 kgf / mm 2.
It was confirmed that it was much harder than the conventional protective film. Also, the wear resistance and thermal efficiency of the thermal head were measured. The abrasion resistance was measured by measuring the printing distance on rough paper. For the thermal efficiency, the ratio of the amount of electric power required to obtain a predetermined print density was measured.
The measurement results are shown in Table 1. As a comparative example, the lower layer is made of Si.
A thermal head having a two-layered protective film of Al 2 O 3 on top of O 2 was used.
【００１９】[0019]
【表１】 比較例のサーマルヘッドは印字距離が 20 Kmで印字不能
となった。これに対して実施例のサーマルヘッドは印字
距離が 50 Kmをこえても問題なく印字することができ、
耐摩耗性に優れていた。また、所定の印字濃度を得るの
に比較例のサーマルヘッドの 80 ％のパワーですみ、熱
伝導率が良く熱効率に優れていた。[Table 1] The thermal head of the comparative example could not print at a printing distance of 20 Km. On the other hand, the thermal head of the embodiment can print without a problem even if the printing distance exceeds 50 Km,
It was excellent in wear resistance. Moreover, 80% of the power of the thermal head of the comparative example was required to obtain a predetermined print density, and the thermal conductivity was good and the thermal efficiency was excellent.
【００２０】[0020]
【発明の効果】本発明のサーマルヘッドは、その保護層
を発熱抵抗体側がシリコン系化合物層で、その上層がダ
イヤモンドライクカーボン膜からなる 2層構造であるの
で、保護層の摩耗が少なくまた破壊することもない。そ
の結果、高速で印字を行っても鮮明な印字で、かつ長寿
命なサーマルヘッドを得ることができる。In the thermal head of the present invention, the protective layer has a two-layer structure in which the heating resistor side is the silicon compound layer and the upper layer is the diamond-like carbon film, so the protective layer wears little and is destroyed. There is nothing to do. As a result, it is possible to obtain a thermal head with clear printing and long life even if printing is performed at high speed.
【００２１】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、その保護層を形成する工程がシリコン系化合物層を
形成する工程と、このシリコン系化合物層の表面を還元
性雰囲気で処理した後、ダイヤモンドライクカーボン膜
を形成する工程とからなるので、一つのチャンバー内で
製造することができ、かつ付着力に優れたシリコン系化
合物層とダイヤモンドライクカーボン膜とからなる 2層
構造の保護膜を容易に得ることができる。その結果、記
録媒体などに含まれている微小な異物とぶつかって保護
膜が剥離したり破壊したりすることがないサーマルヘッ
ドを得ることができる。Further, in the method of manufacturing a thermal head of the present invention, the step of forming the protective layer forms a silicon compound layer, and the surface of the silicon compound layer is treated in a reducing atmosphere, and then diamond. Since it consists of a process of forming a like carbon film, it is possible to easily manufacture a protective film of a two-layer structure consisting of a silicon-based compound layer and a diamond-like carbon film, which can be manufactured in one chamber and have excellent adhesion. Obtainable. As a result, it is possible to obtain a thermal head in which the protective film does not peel off or break due to collision with minute foreign matter contained in the recording medium or the like.
【図１】本発明の一実施例を示すサーマルヘッドの断面
図である。FIG. 1 is a sectional view of a thermal head showing an embodiment of the present invention.
１………セラミック基板、２………グレーズ層、３……
…発熱抵抗体層、４………電気導体層、５………下部保
護層、６………上部保護層。1 ... Ceramic substrate, 2 Glaze layer, 3 ...
... Heating resistor layer, 4 ... Electrical conductor layer, 5 ... Lower protective layer, 6 ... Upper protective layer.
Claims (2)
抗体と、この発熱抵抗体上に形成された保護層とからな
るサーマルヘッドにおいて、 前記保護層は前記発熱抵抗体側がシリコン系化合物層
で、その上層がダイヤモンドライクカーボン膜からなる
2層構造であることを特徴とするサーマルヘッド。1. A thermal head comprising a substrate, a heating resistor formed on the substrate, and a protective layer formed on the heating resistor, wherein the protective layer has a silicon compound on the heating resistor side. Layer, the upper layer of which is a diamond-like carbon film
A thermal head with a two-layer structure.
前記発熱抵抗体上に保護層を形成する工程とからなるサ
ーマルヘッドの製造方法において、 前記保護層を形成する工程は、シリコン系化合物層を形
成する工程と、このシリコン系化合物層の表面を還元性
雰囲気で処理した後、ダイヤモンドライクカーボン膜を
形成する工程とからなることを特徴とするサーマルヘッ
ドの製造方法。2. A step of forming a heating resistor on a substrate,
In a method of manufacturing a thermal head, which comprises a step of forming a protective layer on the heating resistor, the step of forming the protective layer includes a step of forming a silicon-based compound layer and a step of reducing the surface of the silicon-based compound layer. And a step of forming a diamond-like carbon film after the treatment in a neutral atmosphere.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28117593A JPH07132628A (en) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | Thermal head and production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28117593A JPH07132628A (en) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | Thermal head and production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07132628A true JPH07132628A (en) | 1995-05-23 |
Family
ID=17635400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28117593A Withdrawn JPH07132628A (en) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | Thermal head and production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07132628A (en) |
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