JPH0890809A - Thermal head and manufacture thereof - Google Patents

Thermal head and manufacture thereof

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JPH0890809A
JPH0890809A JP23316894A JP23316894A JPH0890809A JP H0890809 A JPH0890809 A JP H0890809A JP 23316894 A JP23316894 A JP 23316894A JP 23316894 A JP23316894 A JP 23316894A JP H0890809 A JPH0890809 A JP H0890809A
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JP
Japan
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layer
resistant layer
thermal head
wear
oxidation
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JP23316894A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiya Endo
俊哉 遠藤
Osamu Ogiyama
理 荻山
Ken Yamamura
憲 山村
Noboru Tsushima
登 対馬
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To enhance the wear resistance and the thermal response of a thermal head by forming a protective film of a wear resistant layer provided on an oxidation resistant layer and a sacrificial wear layer containing the same material as that of the oxidation resistant layer provided on the wear resistant layer as a main ingredient. CONSTITUTION: When a thermal recording sheet is printed by using a thermal head, the Si-Al-O-N material as a sacrificial wear layer 8 formed on the uppermost part is first worn. Thus, the upper surface of a protective layer 7 of the individual electrode side on a heat generator 3 which receives a local pressure is so worn to be deformed in the shape as to be brought into contact with the entire sheet. When the layer 8 is worn and the wear resistant layer 6 is exposed, the local stress to be applied to the layer 4 can be alleviated, and the stress can be sufficiently absorbed by the layer 6 itself. Even if the thickness of the layer 7 of the head is thinned by about 2μm as compared with prior art, an initial fracture such as crack, peeling, etc., does not occur.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルプリンタに使
用されるサーマルヘッドおよびその製造方法に係り、特
に、その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 used in a thermal printer and a method of manufacturing the same, and more particularly to improvement of a protective layer thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、サーマルプリンタに使用される
サーマルヘッドは、例えば、絶縁性基板1上に複数の発
熱素子を直線的に整列配置し、記録情報に従って前記各
発熱素子を選択的に通電加熱させて、感熱記録紙を発色
記録させるか、あるいは、インクリボンのインクを溶融
して普通紙に転写・記録するために用いられる。
2. Description of the Related Art Generally, a thermal head used in a thermal printer has, for example, a plurality of heating elements arranged linearly on an insulating substrate 1 and selectively heats the heating elements by energizing them according to recorded information. Then, the thermal recording paper is used for color recording, or the ink of the ink ribbon is melted and transferred / recorded on plain paper.

【0003】図5は、一般的なサーマルヘッドの断面構
造を示すものである。図示したように、Al2 3 等の
絶縁性基板1の表面上に保温層として機能するガラスか
らなるグレーズ層2が形成され、このグレーズ層2の上
面には、Ta2 Nなどからなる発熱素子3が、スパッタ
リングあるいは蒸着などにより被膜形成され、その後エ
ッチングによりパターニングされる。
FIG. 5 shows a sectional structure of a general thermal head. As shown in the figure, a glaze layer 2 made of glass that functions as a heat insulating layer is formed on the surface of an insulating substrate 1 made of Al 2 O 3 or the like, and the upper surface of the glaze layer 2 is heated by Ta 2 N or the like. The element 3 is formed into a film by sputtering or vapor deposition, and then patterned by etching.

【0004】このパターニングされた発熱素子3の両側
上面には、各発熱素子3に給電するための共通電極4a
及び個別電極4bがそれぞれ形成されている。なお、こ
れらの各電極4は、例えば、Al、Cu、Au等の金属
からなり、スパッタリングあるいは蒸着などにより被膜
形成され、その後、エッチングによりパターニングされ
る。
A common electrode 4a for supplying power to each heating element 3 is formed on both upper surfaces of the patterned heating element 3.
And individual electrodes 4b are formed respectively. Each of these electrodes 4 is made of, for example, a metal such as Al, Cu, Au, etc., is formed into a film by sputtering or vapor deposition, and is then patterned by etching.

【0005】また、前記グレーズ層2、発熱素子3及び
電極4の上には、これらの発熱素子3及び電極4を保護
するほぼ7〜10μmの膜厚の保護層7が形成されてお
り、この保護層7は、発熱素子3を酸化による劣化から
保護するSiO2 等からなる厚膜がほぼ2μmの耐酸化
層5と、この耐酸化層5上に積層されインクリボン等と
の接触による摩耗から発熱素子3及び電極4を保護する
Ta2 5 等からなる膜厚がほぼ5〜8μmの耐摩耗層
6とから構成されている。
A protective layer 7 having a thickness of about 7 to 10 μm is formed on the glaze layer 2, the heating element 3 and the electrode 4 to protect the heating element 3 and the electrode 4. The protective layer 7 includes an oxidation resistant layer 5 having a thick film of about 2 μm made of SiO 2 or the like for protecting the heat generating element 3 from deterioration due to oxidation, and abrasion due to contact with an ink ribbon or the like laminated on the oxidation resistant layer 5. The heat-generating element 3 and the electrode 4 are formed of a wear-resistant layer 6 of Ta 2 O 5 or the like having a film thickness of approximately 5 to 8 μm.

【0006】しかし、このような耐摩耗層6にTa2
5 系の材料を用いた構成のサーマルヘッドにおいては、
耐摩耗性が十分ではなく、たとえばインクリボンを用い
ない感熱記録紙への印字の場合、感熱記録紙表面のコー
ト層の影響によりサーマルヘッドの耐摩耗層6が著しく
摩耗してしまい、寿命が極端に短くなってしまうという
不具合がある。
However, Ta 2 O is added to the wear resistant layer 6 as described above.
In the thermal head composed of 5 series materials,
The abrasion resistance is not sufficient and, for example, in the case of printing on a thermal recording paper without using an ink ribbon, the abrasion resistant layer 6 of the thermal head is significantly worn due to the influence of the coat layer on the surface of the thermal recording paper, resulting in an extremely long life. There is a problem that it becomes short.

【0007】この問題点を解決するために、耐摩耗層6
の材料としてT2 aO5 等の材料より耐摩耗性の優れて
いるCr−Y−O−N系(以下CrONYと略す)を使
用するものが開発され、耐摩耗層6としてCrONYを
4μmの膜厚、耐酸化層5としてSiO2 系材料を3μ
mの膜厚とすることにより十分な信頼性が得られてい
る。
In order to solve this problem, the wear resistant layer 6
Superior (hereinafter abbreviated as CrONY) Cr-Y-O- N system has been developed which use, 4 [mu] m of membrane CRONY as wear-resistant layer 6 of the material as a T 2 aO-material than the wear resistance of such 5 The thickness of the oxidation resistant layer 5 is 3 μm of SiO 2 based material.
Sufficient reliability is obtained by setting the film thickness to m.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】一方、最近のサーマル
プリンタにおいては印字速度の高速化、印字品質の高品
位化が要求されており、このためにはサーマルヘッドの
熱応答性を高めることが必要とされており、したがっ
て、保護層7の膜厚をできるだけ薄くしなければならな
い。
On the other hand, recent thermal printers are required to have high printing speed and high printing quality. For this purpose, it is necessary to improve the thermal response of the thermal head. Therefore, the thickness of the protective layer 7 must be made as thin as possible.

【0009】ここで、耐摩耗性を維持しながら保護層7
を薄くするためには、耐摩耗層6の膜厚は変えずに耐酸
化層5の膜厚を薄くすることが考えられる。たとえば、
耐酸化層5を1μmとし、その上面にCrONYからな
る耐摩耗層を4μmの厚膜に形成すれば、保護層7の膜
厚を薄くしても十分な耐摩耗性をもったサーマルヘッド
が得られることが期待される。しかし、このような構成
のサーマルヘッドを作成し試験を行なった結果、短時間
で保護層7にクラック、剥離等が発生し、ごく早期に発
熱素子3が酸化してしまうことがわかった。この早期破
壊の原因としては、耐摩耗層としてのCrONYが弾性
的に変形しずらく脆い材料であるため、感熱記録紙とサ
ーマルヘッドとが摺動することにより発生した局部応力
を保護層7内部で吸収することができないことによるも
のと考えられる。すなわち、前述の3μmの膜厚に形成
された耐酸化層5が酸化防止機能の他に、応力を緩和す
る働きを担っていると考えられる。
[0009] Here, the protective layer 7 while maintaining wear resistance.
In order to reduce the thickness, it is conceivable to reduce the thickness of the oxidation resistant layer 5 without changing the thickness of the wear resistant layer 6. For example,
If the oxidation resistant layer 5 is set to 1 μm and the wear resistant layer made of CrONY is formed on the upper surface to a thickness of 4 μm, a thermal head having sufficient wear resistance can be obtained even if the thickness of the protective layer 7 is reduced. Expected to be However, as a result of making a thermal head having such a structure and conducting a test, it was found that cracks, peeling, etc. occurred in the protective layer 7 in a short time and the heating element 3 was oxidized very early. The cause of this early destruction is that CrONY as a wear-resistant layer is a brittle material that is not easily elastically deformed. Therefore, the local stress generated by the sliding of the thermal recording paper and the thermal head causes internal stress in the protective layer 7. It is thought to be due to the inability to be absorbed by. That is, it is considered that the oxidation resistant layer 5 formed to have a film thickness of 3 μm described above has a function of relieving stress in addition to the function of preventing oxidation.

【0010】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたものであり、十分な耐摩耗性を維持しながら、
熱応答性の高いサーマルヘッドを提供することを目的と
している。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and while maintaining sufficient wear resistance,
It is intended to provide a thermal head having high thermal response.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に記載の本発明のサーマルヘッドは、基板
の表面に形成された保温層と、この保温層上に形成され
た複数の発熱素子と、これらの各発熱素子に電力を供給
する個別電極および共通電極と、前記保温層、各発熱素
子および各電極上に積層された保護層とを有するサーマ
ルヘッドであって、前記保護層を、耐酸化層と、この耐
酸化層上に積層された耐摩耗層と、この耐摩耗層上に積
層され前記耐酸化層と同じ材料を主成分とする犠牲摩耗
層とにより構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the thermal head according to the present invention according to claim 1 is a heat insulating layer formed on the surface of a substrate, and a plurality of heat insulating layers formed on this heat insulating layer. A heat-generating element, individual electrodes and a common electrode for supplying electric power to each of these heat-generating elements, the heat-retaining layer, each heat-generating element and a protective layer laminated on each electrode, The layer is composed of an oxidation resistant layer, a wear resistant layer laminated on the oxidation resistant layer, and a sacrificial wear layer laminated on the wear resistant layer and containing the same material as the oxidation resistant layer as a main component. Is characterized by.

【0012】また、請求項2に記載の本発明のサーマル
ヘッドは、基板の表面に形成された保温層と、この保温
層上に形成された複数の発熱素子と、これらの各発熱素
子に電力を供給する個別電極および共通電極と、前記保
温層、各発熱素子および各電極上に積層された保護層と
を有するサーマルヘッドであって、前記保護層を、耐酸
化層および耐摩耗層を交互に複数回積層して構成したこ
とを特徴としている。
Further, in the thermal head of the present invention according to a second aspect, a heat retaining layer formed on the surface of the substrate, a plurality of heat generating elements formed on this heat retaining layer, and power to each of these heat generating elements is provided. A thermal head having an individual electrode and a common electrode for supplying heat, a heat insulating layer, a heating element, and a protective layer laminated on each electrode, wherein the protective layer is alternated with an oxidation resistant layer and an abrasion resistant layer. It is characterized in that it is formed by laminating a plurality of times.

【0013】また、請求項3に記載の本発明のサーマル
ヘッドは、基板の表面に形成された保温層と、この保温
層上に形成された複数の発熱素子と、これらの各発熱素
子に電力を供給する個別電極および共通電極と、前記保
温層、各発熱素子および各電極上に積層された保護層と
を有するサーマルヘッドであって、前記保護層を、最下
部の耐酸化層および最上部の耐摩耗層と、これらの耐酸
化層および耐摩耗層の間に形成され、これらの耐酸化層
および耐摩耗層と同じ材料からなり、これらの耐酸化層
および耐摩耗層より薄い膜厚の被膜層を交互に複数回積
層してなる中間層とにより構成したことを特徴としてい
る。
According to a third aspect of the thermal head of the present invention, a heat retaining layer formed on the surface of the substrate, a plurality of heat generating elements formed on the heat retaining layer, and each of these heat generating elements are supplied with power. A thermal head having an individual electrode and a common electrode for supplying the heat insulating layer, the heat retaining layer, each heating element and a protective layer laminated on each electrode, wherein the protective layer includes a lowermost oxidation resistant layer and an uppermost layer. Of the wear-resistant layer and the oxidation-resistant layer and the wear-resistant layer formed of the same material as the oxidation-resistant layer and the wear-resistant layer. It is characterized in that it is constituted by an intermediate layer formed by alternately laminating coating layers a plurality of times.

【0014】また、請求項4に記載の本発明のサーマル
ヘッドは、請求項1乃至請求項3のいずれか1項におい
て、耐摩耗層を、Cr、Ti、B、Zr、Yのうち少な
くとも1種の金属の窒化物あるいは酸化物もしくはこれ
らの窒化物および酸化物の少なくとも一方の混合物によ
り構成したことを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the thermal head according to any one of the first to third aspects, wherein the wear resistant layer is at least one of Cr, Ti, B, Zr and Y. It is characterized in that it is composed of a nitride or oxide of one kind of metal or a mixture of at least one of these nitrides and oxides.

【0015】また、請求項5に記載の本発明のサーマル
ヘッドは、請求項1乃至請求項3のいずれか1項におい
て、耐酸化層を、Si、Alの少なくとも1種の金属の
窒化物あるいは酸化物、もしくはこれらの窒化物および
酸化物の少なくとも一方の混合物により構成したことを
特徴としている。
A thermal head according to a fifth aspect of the present invention is the thermal head according to any one of the first to third aspects, wherein the oxidation resistant layer is a nitride of at least one metal of Si and Al, or It is characterized by being composed of an oxide or a mixture of at least one of these nitrides and oxides.

【0016】また、請求項6に記載の本発明のサーマル
ヘッドの製造方法は、請求項1乃至請求項3のいずれか
1項において、耐酸化層を、Arガスに2〜15%のO
2 ガスを加えて成膜したことを特徴としている。
A thermal head manufacturing method according to a sixth aspect of the present invention is the method of manufacturing a thermal head according to any one of the first to third aspects, wherein the oxidation resistant layer is 2 to 15% O in Ar gas.
The feature is that the film is formed by adding two gases.

【0017】[0017]

【作用】前述した構成からなる本発明のサーマルヘッド
によれば、感熱記録紙に印字する場合、初期の段階で最
上層部に形成した犠牲摩耗層としての被膜が摩耗し、こ
れにより局部的な圧力を受けていた発熱素子上の個別電
極側の保護層の上面が感熱記録紙と全体的に接触するよ
うな形状に摩耗変形する。これにより、更に前記被膜が
摩耗し耐摩耗層が露出したときに、耐摩耗層に加わる局
部的な応力が緩和でき、耐摩耗層自身でその応力を十分
吸収できる。
According to the thermal head of the present invention having the above-mentioned constitution, when printing on the thermal recording paper, the film as the sacrificial wear layer formed on the uppermost layer is worn at the initial stage, which causes local damage. The upper surface of the protective layer on the side of the individual electrode on the heating element which has been subjected to the pressure is worn and deformed into a shape such that the entire surface of the protective layer comes into contact with the thermal recording paper. Thereby, when the coating is further worn and the abrasion resistant layer is exposed, the local stress applied to the abrasion resistant layer can be relaxed, and the abrasion resistant layer itself can sufficiently absorb the stress.

【0018】また、保護層の構成が耐酸化層と耐摩耗層
とを複数回交互に積層したサーマルヘッドの場合には、
このサーマルヘッドが感熱記録紙と摺動することにより
生じた応力を前記耐摩耗層に挟まれた前記耐酸化層にて
吸収し、クラック、剥離等の初期破壊は発生しない。た
とえ耐摩耗層の剥離が発生したとしても、積層が1層ず
つのみ剥がれるため、保護層全体がクラック、剥離を生
じることは稀である。さらに、耐酸化層をArガスに2
〜15%のO2 ガスを加えて成膜するため、この耐酸化
層は高靭性を有することとなり、サーマルヘッドは初期
破壊を生じることなく、寿命を延ばすことができる。
When the protective layer is a thermal head in which an oxidation resistant layer and a wear resistant layer are alternately laminated a plurality of times,
The stress generated by sliding of the thermal head on the thermal recording paper is absorbed by the oxidation resistant layer sandwiched by the wear resistant layer, and initial damage such as cracking or peeling does not occur. Even if the abrasion-resistant layer is peeled off, the laminated layers are peeled off one by one, so that the entire protective layer is rarely cracked or peeled off. Furthermore, the oxidation resistant layer is used as Ar gas.
Since the film is formed by adding O 2 gas of ˜15%, the oxidation resistant layer has high toughness, and the thermal head can extend its life without causing initial damage.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1から図4につい
て説明する。なお、前述した従来のものと同一の構成に
ついては、図面中に同一の符号を付し、その説明は省略
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. It should be noted that the same components as those of the conventional one described above are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof is omitted.

【0020】また、後述する第2実施例乃至第4実施例
の説明に対応する図2乃至図4は、作図の便宜上、保温
層2の断面形状を平面形状に描かれているが、実際には
図1に示すように、中央部に凸部を有する形状に形成さ
れているものである。
2 to 4 corresponding to the description of the second to fourth embodiments to be described later, the sectional shape of the heat retaining layer 2 is drawn in a plane shape for the convenience of drawing. As shown in FIG. 1, is formed in a shape having a convex portion in the central portion.

【0021】図1は本発明の第1実施例を示したもので
あり、Al2 3 等の絶縁性基板1の表面上に保温層2
として機能するグレーズ層2が形成され、このグレーズ
層2の上面には、Ta2 Nなどからなる発熱素子3がス
パッタリングあるいは蒸着などにより被膜形成され、そ
の後エッチングによりパターニングされる。このパター
ニングされた発熱素子3の両側上面には、各発熱素子3
に給電するための共通電極4a及び個別電極4bがそれ
ぞれ形成されている。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which a heat insulating layer 2 is formed on the surface of an insulating substrate 1 made of Al 2 O 3 or the like.
A glaze layer 2 functioning as is formed, a heating element 3 made of Ta 2 N or the like is formed on the upper surface of the glaze layer 2 by sputtering or vapor deposition, and then patterned by etching. On each upper surface of both sides of the patterned heating element 3, each heating element 3 is formed.
A common electrode 4a and an individual electrode 4b for supplying power to the respective electrodes are formed.

【0022】そして、前記発熱素子3および電極4の上
面には、これを覆うようにしてSi−Al−O−N(以
下、SiAlONと略す)系の材料からなる耐酸化層5
が1μm、その上にCrONY系の材料からなる耐摩耗
層6が3μm、さらにSiAlONからなる犠牲摩耗層
8が1μmと順次積層されて全体として保護層7に形成
されている。
On the upper surfaces of the heating element 3 and the electrode 4, an oxidation resistant layer 5 made of a Si--Al--O--N (hereinafter abbreviated as SiAlON) -based material is formed so as to cover them.
1 μm, a wear-resistant layer 6 made of a CrONY-based material is 3 μm thereon, and a sacrificial wear layer 8 made of SiAlON is further laminated in order of 1 μm to form the protective layer 7 as a whole.

【0023】このような第1実施例のサーマルヘッドに
よれば、感熱記録紙に印字する場合、まず、最上層部に
形成された犠牲摩耗層8としてのSiAlONが摩耗さ
れて、これにより局部的な圧力を受けていた発熱素子3
上の個別電極側の保護層7の上面が感熱記録紙と全体的
に接触するような形状に摩耗変形される。そして、前記
犠牲摩耗層8が摩耗し耐摩耗層6が露出したときに、耐
摩耗層6に加わる局部的な応力が緩和でき、耐摩耗層6
自体でその応力を十分吸収できることとなる。
According to the thermal head of the first embodiment as described above, when printing on the thermal recording paper, first, the SiAlON as the sacrificial wear layer 8 formed on the uppermost layer is abraded, thereby locally Heating element 3 that received a great pressure
The upper surface of the protective layer 7 on the upper side of the individual electrode is worn and deformed into a shape such that the upper surface of the protective layer 7 is entirely in contact with the thermal recording paper. When the sacrificial wear layer 8 is abraded and the wear resistant layer 6 is exposed, local stress applied to the wear resistant layer 6 can be relaxed, and the wear resistant layer 6 can be relaxed.
The stress itself can be sufficiently absorbed.

【0024】以上のような第1実施例のサーマルヘッド
によれば、保護層7の厚さは5μm程度とされ、従来の
保護層7と比較して2μm程度薄くなっているにもかか
わらず、耐久試験における結果はクラック・剥離等の初
期破壊を発生せず、実用上十分な耐久性が得られること
がわかった。
According to the thermal head of the first embodiment described above, the thickness of the protective layer 7 is about 5 μm, which is about 2 μm thinner than that of the conventional protective layer 7. As a result of the durability test, it was found that practically sufficient durability was obtained without causing initial fracture such as cracking or peeling.

【0025】したがって、印字の際におけるサーマルヘ
ッドの熱応答性を高めることができ、印字速度および印
字品質についても向上させることができる。
Therefore, the thermal response of the thermal head during printing can be improved, and the printing speed and printing quality can be improved.

【0026】なお、この第1実施例におけるサーマルヘ
ッドの構成と以下に説明する他の実施例におけるサーマ
ルヘッドの構成とは、前記保護層7に関する構成以外に
ついて同一の構成であるため、それらの構成についての
説明は省略する。
The structure of the thermal head according to the first embodiment and the structure of the thermal head according to the other embodiments described below are the same except for the structure related to the protective layer 7. Will not be described.

【0027】つぎに、本発明の第2実施例を図2に示
す。第2実施例における保護層7は、SiAlONによ
る0.2μmの膜厚の耐酸化層5と、CrONYによる
0.8μmの膜厚の耐摩耗層6とを交互に計5回繰り返
し積層された構成となっている。つまり、計10層に積
層された保護層7に形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention is shown in FIG. The protective layer 7 in the second embodiment is configured such that an oxidation resistant layer 5 made of SiAlON and having a thickness of 0.2 μm and a wear resistant layer 6 made of CrONY and having a thickness of 0.8 μm are alternately laminated five times in total. Has become. That is, the protective layer 7 is formed by laminating a total of 10 layers.

【0028】このような構成の保護層7を有するサーマ
ルヘッドによれば、感熱記録紙と摺動することにより生
じた応力を前記耐摩耗層6に挟まれた前記耐酸化層5に
て吸収し、クラック、剥離等の発生を抑制する。また、
たとえ耐摩耗層6の剥離が発生したとしても、積層の1
層ずつのみが剥がれるため、保護層7全体としてはクラ
ック、剥離を防止できる。
According to the thermal head having the protective layer 7 having such a structure, the stress generated by sliding on the thermal recording paper is absorbed by the oxidation resistant layer 5 sandwiched between the abrasion resistant layers 6. It suppresses the occurrence of cracks, peeling and the like. Also,
Even if the abrasion resistant layer 6 peels off,
Since only the layers are peeled off, the protection layer 7 as a whole can be prevented from cracking and peeling.

【0029】さらに、前記保護層7の膜厚は5μmとな
り、前述の従来例に比較して2μm薄くなっているが、
耐久試験を行なった結果、前述の第1実施例の場合と同
様にクラック・剥離等の初期破壊は発生せず、実用上十
分な耐久性が得られた。
Further, the protective layer 7 has a thickness of 5 μm, which is 2 μm thinner than the conventional example described above.
As a result of the endurance test, as in the case of the first embodiment described above, initial damage such as cracking and peeling did not occur, and practically sufficient durability was obtained.

【0030】したがって、印字時におけるサーマルヘッ
ドの熱応答性を高められるとともに、印字速度および高
印字品質を確保することができる。
Therefore, the thermal response of the thermal head at the time of printing can be improved, and the printing speed and high printing quality can be secured.

【0031】つぎに、図3に本発明の第3実施例を示
す。本実施例における保護層7は、耐酸化層5としての
SiAlONを発熱素子3上に1μmに形成した後、そ
の上面にCr−O−N(以下CrONと略す)を材料と
する耐摩耗層6を0.8μm積層し、さらにこの上面
に、応力緩和層としてのSiAlONを0.2μm、耐
摩耗層6としてのCrONを0.8μmで交互に計3回
繰り返して積層された構成となっている。
Next, FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. The protective layer 7 in the present embodiment is formed by forming SiAlON as the oxidation resistant layer 5 to a thickness of 1 μm on the heating element 3 and then forming a wear resistant layer 6 made of Cr-ON (hereinafter abbreviated as CrON) on the upper surface thereof. Of 0.8 μm and SiAlON of 0.2 μm as a stress relaxation layer and CrON of 0.8 μm as a wear resistant layer 6 are alternately laminated on the upper surface three times in total. .

【0032】このようにして構成された第3実施例の保
護層7の膜厚は4.8μmと前述の従来例に比較してほ
ぼ2μm以上薄くなっている。このような構成の第3実
施例のサーマルヘッドを用いて耐久試験を行なった結
果、前述の実施例の場合と同様にクラック・剥離等の初
期破壊は発生せず、実用上十分な耐久性が得られた。さ
らに、最上層のCrONの被膜が部分的に剥離しても発
熱素子3には影響がなく、良好な印字を行うことができ
るという結果が得られた。
The thickness of the protective layer 7 of the third embodiment thus constituted is 4.8 μm, which is thinner than the above-mentioned conventional example by about 2 μm or more. As a result of performing a durability test using the thermal head of the third embodiment having such a configuration, as in the case of the above-described embodiments, initial damage such as cracking and peeling did not occur, and practically sufficient durability was obtained. Was obtained. Further, even if the uppermost CrON film is partly peeled off, the heating element 3 is not affected and good printing can be performed.

【0033】また、従来の保護層7の構成として耐摩耗
層6を3μm、耐酸化層5を2μmとしたサーマルヘッ
ドでは、印字が100万文字から200万文字に達する
と保護層7がクラック、剥離により破壊したが、第3実
施例のような構成を有する保護層7では1000万文字
まで印字が可能となった。
Further, in the conventional thermal head in which the abrasion resistant layer 6 has a thickness of 3 μm and the oxidation resistant layer 5 has a thickness of 2 μm, the protective layer 7 is cracked when printing reaches from 1 to 2 million characters. Although it was destroyed by peeling, the protective layer 7 having the structure as in the third embodiment could print up to 10 million characters.

【0034】つぎに、図4に本発明の第4実施例を示
す。第4実施例における保護層7は、耐酸化層5として
のSiAlONを発熱素子3上に1μm形成した後、そ
の上面に0.1μmのCrONと0.1μmのSiAl
ONとをそれぞれ交互に計10回繰り返して計20層か
らなる中間層9を積層し、さらに、その上面に耐摩耗層
6としてのCrONからなる膜厚2μmの被膜を形成し
た構成となっている。このようにして構成された保護層
7の膜厚は5μmと前述の従来例に比較してほぼ2μm
薄くなっている。
Next, FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. The protective layer 7 in the fourth embodiment is formed by forming SiAlON as the oxidation resistant layer 5 on the heating element 3 in a thickness of 1 μm, and then forming CrON of 0.1 μm and SiAl of 0.1 μm on the upper surface thereof.
The intermediate layer 9 composed of a total of 20 layers is laminated by alternately repeating ON and a total of 10 times, and a coating film of CrON as the abrasion resistant layer 6 having a thickness of 2 μm is formed on the upper surface thereof. . The thickness of the protective layer 7 thus configured is 5 μm, which is about 2 μm as compared with the above-mentioned conventional example.
It is thin.

【0035】このような構成の第4実施例のサーマルヘ
ッドを用いて耐久試験を行なった結果、前述の実施例の
場合と同様にクラック・剥離等の初期破壊は発生せず、
実用上十分な耐久性が得られた。さらに、最上層のCr
ONの被膜が部分的に剥離しても発熱素子3には影響が
なく、良好な印字結果が得られた。
As a result of a durability test using the thermal head of the fourth embodiment having the above-mentioned structure, as in the case of the above-mentioned embodiments, initial damage such as cracking and peeling did not occur,
Practically sufficient durability was obtained. In addition, the uppermost layer of Cr
Even if the ON coating was partially peeled off, the heating element 3 was not affected and good printing results were obtained.

【0036】また、従来の保護層7として3μmの耐摩
耗層6と2μmの耐酸化膜とを保護層7としたサーマル
ヘッドでは100万文字から200万文字の印字で保護
膜全体がクラック、剥離で破壊していたものが、第4実
施例の保護層7により形成されたサーマルヘッドでは1
000万文字まで印字が可能となった。
Further, in the conventional thermal head using the abrasion-resistant layer 6 of 3 μm and the oxidation-resistant film of 2 μm as the protective layer 7, the entire protective film is cracked and peeled off by printing 1 to 2 million characters. The thermal head formed by the protective layer 7 of the fourth embodiment had a damage of 1
It is possible to print up to 10 million characters.

【0037】さらに、前記中間層9としてのCrONを
0.05μm、SiAlONを0.05μmとより薄い
層で計40層形成し耐久試験を行ったところ、更に耐ク
ラック性が向上し、寿命が延びることが確認された。
Further, a total of 40 layers of CrON and SiAlON as the intermediate layer 9 having a thickness of 0.05 μm and 0.05 μm were formed in total, and a durability test was conducted. As a result, the crack resistance was further improved and the life was extended. It was confirmed.

【0038】つぎに、前述の保護層7のうちSiAlO
Nからなる耐酸化層5の形成方法について説明する。従
来の耐酸化層5はArガスを使用するスパッタリング等
の方法により形成されている。
Next, of the above-mentioned protective layer 7, SiAlO
A method of forming the oxidation resistant layer 5 made of N will be described. The conventional oxidation resistant layer 5 is formed by a method such as sputtering using Ar gas.

【0039】しかし、この耐酸化層5の成膜の際に使用
するArガスにO2 ガスを2〜15%加えると、前記S
iAlONの耐酸化層5はより高い靭性を有し、CrO
NY等からなる耐摩耗層6の熱応力等を吸収する機能を
保持するようになる。
However, when 2 to 15% of O 2 gas is added to the Ar gas used for forming the oxidation resistant layer 5, the above S
The oxidation resistant layer 5 of iAlON has higher toughness and
The wear resistant layer 6 made of NY or the like has a function of absorbing thermal stress and the like.

【0040】より具体的には、保護層7のみを前述のA
rガスにO2 ガスを2〜15%加えた成膜方法により成
膜し、その他の部分の形成は従来の方法により形成した
サーマルヘッドを熱転写プリンタに搭載して、感熱記録
紙に繰返し印字をさせて寿命試験を行なった。その結
果、従来の成膜方法により形成したサーマルヘッドの保
護層7は初期破壊を起こしてしまうのに対し、本方法で
成膜した保護層7は初期破壊を起こさず、最終的には寿
命故障により破壊することがわかった。
More specifically, only the protective layer 7 is formed by the above-mentioned A.
A thermal head formed by a conventional method is mounted on a thermal transfer printer to form a film by a film forming method in which O 2 gas is added to r gas in an amount of 2 to 15%, and repeated printing is performed on a thermal recording paper. Then, the life test was performed. As a result, the protective layer 7 of the thermal head formed by the conventional film forming method causes an initial destruction, whereas the protective layer 7 formed by this method does not cause an initial destruction and finally a life failure. It turned out to be destroyed by.

【0041】したがって、このような成膜方法によれ
ば、高靭性を有する耐酸化層5を形成することが可能と
なり、膜厚の薄い保護層7であっても高速印字における
衝撃に耐えられ、サーマルヘッドの寿命を延ばすことが
できる。
Therefore, according to such a film forming method, it becomes possible to form the oxidation resistant layer 5 having high toughness, and even the protective layer 7 having a small film thickness can withstand the impact during high speed printing. The life of the thermal head can be extended.

【0042】また、もし、15%以上のO2 ガスをAr
ガスに加えてスパッタリング等により成膜した場合に
は、SiAlON系からなる層は耐酸化層5としての役
割を果たさなくなる。
Further, if 15% or more of O 2 gas is used as Ar.
When the film is formed by sputtering in addition to the gas, the SiAlON-based layer does not serve as the oxidation resistant layer 5.

【0043】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、必要に応じて変更することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified as necessary.

【0044】例えば、前記中間層9の形成における積層
数も本実施例の数に限定されるものではなく用途に応じ
て増減してもよい。
For example, the number of stacked layers in the formation of the intermediate layer 9 is not limited to the number in this embodiment, and may be increased or decreased depending on the application.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上のような本発明によれば、膜厚が薄
く、耐久性に優れた保護層を形成できるため、印字の際
におけるサーマルヘッドの熱応答性を高めることがで
き、印字速度および印字品質を向上させることができ
る。
As described above, according to the present invention, since the protective layer having a small film thickness and excellent durability can be formed, the thermal response of the thermal head at the time of printing can be improved and the printing speed can be improved. And the print quality can be improved.

【0046】また、耐酸化層を、Arガスに2〜15%
のO2 ガスを加えて成膜することにより、高靭性の耐酸
化層が得られるためサーマルヘッドの寿命を延ばすこと
ができる。
Further, the oxidation resistant layer is 2 to 15% in Ar gas.
By forming the film by adding O 2 gas, the oxidation resistant layer having high toughness can be obtained, so that the life of the thermal head can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のサーマルヘッドの第1実施例を示す縦
断面図
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a first embodiment of a thermal head of the present invention.

【図2】本発明のサーマルヘッドの第2実施例を示す縦
断面図
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the thermal head of the present invention.

【図3】本発明のサーマルヘッドの第3実施例を示す縦
断面図
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a third embodiment of the thermal head of the present invention.

【図4】本発明のサーマルヘッドの第4実施例を示す縦
断面図
FIG. 4 is a vertical sectional view showing a fourth embodiment of the thermal head of the present invention.

【図5】従来のサーマルヘッドを示す縦断面図FIG. 5 is a vertical sectional view showing a conventional thermal head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 保温層 3 発熱素子 4a 共通電極,4b 個別電極 5 耐酸化層 6 耐摩耗層 7 保護層 8 犠牲摩耗層 9 中間層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Thermal insulation layer 3 Heating element 4a Common electrode, 4b Individual electrode 5 Oxidation resistant layer 6 Abrasion resistant layer 7 Protective layer 8 Sacrificial abrasion layer 9 Intermediate layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 対馬 登 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Noboru Tsushima 1-7 Yukiya Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の表面に形成された保温層と、この
保温層上に形成された複数の発熱素子と、これらの各発
熱素子に電力を供給する個別電極および共通電極と、前
記保温層、各発熱素子および各電極上に積層された保護
層とを有するサーマルヘッドであって、前記保護層を、
耐酸化層と、この耐酸化層上に積層された耐摩耗層と、
この耐摩耗層上に積層され前記耐酸化層と同じ材料を主
成分とする犠牲摩耗層とにより構成したことを特徴とす
るサーマルヘッド。
1. A heat retaining layer formed on a surface of a substrate, a plurality of heat generating elements formed on the heat retaining layer, individual electrodes and a common electrode for supplying electric power to each heat generating element, and the heat retaining layer. A thermal head having a protective layer laminated on each heating element and each electrode, the protective layer comprising:
An oxidation resistant layer and a wear resistant layer laminated on the oxidation resistant layer,
A thermal head comprising a sacrificial wear layer which is laminated on the wear resistant layer and has the same material as that of the oxidation resistant layer as a main component.
【請求項2】 基板の表面に形成された保温層と、この
保温層上に形成された複数の発熱素子と、これらの各発
熱素子に電力を供給する個別電極および共通電極と、前
記保温層、各発熱素子および各電極上に積層された保護
層とを有するサーマルヘッドであって、前記保護層を、
耐酸化層および耐摩耗層を交互に複数回積層して構成し
たことを特徴とするサーマルヘッド。
2. A heat insulating layer formed on a surface of a substrate, a plurality of heat generating elements formed on the heat insulating layer, individual electrodes and a common electrode for supplying electric power to each heat generating element, and the heat insulating layer. A thermal head having a protective layer laminated on each heating element and each electrode, the protective layer comprising:
A thermal head comprising an oxidation resistant layer and a wear resistant layer alternately laminated a plurality of times.
【請求項3】 基板の表面に形成された保温層と、この
保温層上に形成された複数の発熱素子と、これらの各発
熱素子に電力を供給する個別電極および共通電極と、前
記保温層、各発熱素子および各電極上に積層された保護
層とを有するサーマルヘッドであって、前記保護層を、
最下部の耐酸化層および最上部の耐摩耗層と、これらの
耐酸化層および耐摩耗層の間に形成され、これらの耐酸
化層および耐摩耗層と同じ材料からなり、これらの耐酸
化層および耐摩耗層より薄い膜厚の被膜層を交互に複数
回積層してなる中間層とにより構成したことを特徴とす
るサーマルヘッド。
3. A heat insulating layer formed on a surface of a substrate, a plurality of heat generating elements formed on the heat insulating layer, individual electrodes and a common electrode for supplying electric power to each heat generating element, and the heat insulating layer. A thermal head having a protective layer laminated on each heating element and each electrode, the protective layer comprising:
It is formed between the lowermost oxidation-resistant layer and the uppermost wear-resistant layer and between these oxidation-resistant layer and wear-resistant layer, and is made of the same material as these oxidation-resistant layer and wear-resistant layer. And a middle layer formed by alternately laminating a coating layer having a thickness smaller than that of the abrasion resistant layer a plurality of times.
【請求項4】 前記耐摩耗層を、Cr、Ti、B、Z
r、Yのうち少なくとも1種の金属の窒化物あるいは酸
化物もしくはこれらの窒化物および酸化物の少なくとも
一方の混合物により構成したことを特徴とする請求項1
乃至請求項3のいずれか1項に記載のサーマルヘッド。
4. The wear resistant layer is formed of Cr, Ti, B, Z.
2. A nitride or oxide of at least one metal of r and Y, or a mixture of at least one of these nitrides and oxides.
The thermal head according to claim 3.
【請求項5】 前記耐酸化層を、Si、Alの少なくと
も1種の金属の窒化物あるいは酸化物、もしくはこれら
の窒化物および酸化物の少なくとも一方の混合物により
構成したことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいず
れか1項に記載のサーマルヘッド。
5. The oxidation resistant layer is composed of a nitride or oxide of at least one metal of Si and Al, or a mixture of at least one of these nitrides and oxides. The thermal head according to any one of claims 1 to 3.
【請求項6】 基板の表面に形成された保温層と、この
保温層上に形成された複数の発熱素子と、これらの各発
熱素子に電力を供給する個別電極および共通電極と、前
記保温層、各発熱素子および各電極上に積層された保護
層とを有するサーマルヘッドの製造方法であって、前記
耐酸化層を、Arガスに2〜15%のO2 ガスを加えて
成膜したことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
6. A heat insulating layer formed on a surface of a substrate, a plurality of heat generating elements formed on the heat insulating layer, individual electrodes and a common electrode for supplying electric power to each of these heat generating elements, and the heat insulating layer. A method of manufacturing a thermal head having each heating element and a protective layer laminated on each electrode, wherein the oxidation resistant layer is formed by adding 2 to 15% O 2 gas to Ar gas. A method of manufacturing a thermal head, comprising:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009126117A (en) * 2007-11-27 2009-06-11 Toshiba Hokuto Electronics Corp Thermal print head, its manufacturing method and thermal printer
WO2011000188A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 山东华菱电子有限公司 Thermal print head
JP2011201190A (en) * 2010-03-26 2011-10-13 Toshiba Hokuto Electronics Corp Thermal print head and method for manufacturing the same

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