JPH10217522A

JPH10217522A - サーマルヘッドおよびサーマルヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH10217522A
Application number: JP9025278A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kashiwatani; 谷誠柏; Junichi Yoneda; 田純一米; Atsuhira Noshita; 下敦平埜
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-18
Also published as: US6330013B1

Abstract

(57)【要約】【課題】保護膜の腐食や摩耗が極めて少なく、しかも熱
や機械的衝撃に対しても保護膜の割れや剥離の発生を防
止して、十分な耐久性を有し、長期に渡って高い信頼性
を発揮し、長期に渡って高画質の感熱記録を安定して行
うことができるサーマルヘッドおよびその製造方法を提
供する。【解決手段】炭素を主成分とし、かつ厚み方向に硬度差
を持つ保護膜を有することにより、また、ＣＶＤでの保
護膜成膜中にバイアス電圧を変更し、もしくはスパッタ
リングによる成膜中の成膜用ガス流量に対する水素流量
を変更することにより、前記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種のプリンタ、
プロッタ、ファックス、レコーダ等に記録手段として用
いられる感熱記録を行うためのサーマルヘッドの技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断画像の記録に、フィルム等を
支持体として感熱記録層を形成してなる感熱材料を用い
た感熱記録が利用されている。また、感熱記録は、湿式
の現像処理が不要であり、取り扱いが簡単である等の利
点を有することから、近年では、超音波診断のような小
型の画像記録のみならず、ＣＴ診断、ＭＲＩ診断、Ｘ線
診断等の大型かつ高画質な画像が要求される用途におい
て、医療診断のための画像記録への利用も検討されてい
る。

【０００３】周知のように、感熱記録は、感熱材料の感
熱記録層を加熱して画像を記録する、発熱抵抗体と電極
とを有する発熱素子が一方向（主走査方向）に配列され
てなる発熱体（グレーズ）が形成されたサーマルヘッド
を用い、グレーズを感熱材料（感熱記録層）に若干押圧
した状態で、両者を前記主走査方向と直交する副走査方
向に相対的に移動しつつ、ＭＲＩやＣＴ等の画像データ
供給源から供給された記録画像の画像データに応じて、
グレーズの各画素の発熱素子にエネルギーを印加して発
熱させることにより、感熱材料の感熱記録層を加熱して
発色させて画像記録を行う。

【０００４】このサーマルヘッドのグレーズには、感熱
材料を加熱する発熱体、あるいはさらに電極等を保護す
るため、その表面に保護膜が形成されている。従って、
感熱記録時に感熱材料と接触するのは、この保護膜で、
発熱体は、この保護膜を介して感熱材料を加熱し、これ
により感熱記録が行われる。保護膜の材料には、通常、
耐摩耗性を有するセラミック等が用いられているが、保
護膜の表面は、感熱記録時には加熱された状態で感熱材
料と慴接するため、記録を重ねるにしたがって摩耗し、
劣化する。

【０００５】この摩耗が進行すると、感熱画像に濃度ム
ラが生じたり、保護膜としての強度が保てなくなるた
め、発熱体等を保護する機能が損なわれ、最終的には、
画像記録ができなくなる状態に陥る（ヘッド切れ）。特
に、前述の医療用途のように、高品質で、かつ高画質な
多階調画像が要求される用途においては、高品質化およ
び高画質化を計るために、ポリエステルフィルム等の高
剛性の支持体を使用する感熱フィルムを用い、さらに、
記録温度（印加エネルギー）や、感熱材料へのサーマル
ヘッドの押圧力を高く設定する方向にある。そのため、
通常の感熱記録に比して、サーマルヘッドの保護膜にか
かる力や熱が大きく、摩耗や腐食（腐食による摩耗）が
進行し易くなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなサーマルヘ
ッドの保護膜の摩耗を防止し、耐久性を向上する方法と
して、保護膜の性能を向上する技術が数多く検討されて
おり、中でも特に、耐摩耗性や耐蝕性に優れた保護膜と
して、炭素を主成分とする保護膜（以下、カーボン保護
膜とする）が知られている。例えば、特公昭６１−５３
９５５号および特公平４−６２８６６（前記出願の分割
出願）の各公報には、サーマルヘッドの保護膜として、
ビッカーズ硬度が４５００kg/mm²以上のカーボン保護膜
を形成することにより、優れた耐摩耗性と共に、保護膜
を十分に薄くして優れた応答性も実現したサーマルヘッ
ド、およびその製造方法が開示されている。また、特開
平７−１３２６２８号公報には、下層のシリコン系化合
物層と、その上層のダイヤモンドライクカーボン層との
２層構造の保護膜を有することにより、保護膜の摩耗お
よび破壊を大幅に低減し、高画質記録が長期に渡って可
能なサーマルヘッドが開示されている。

【０００７】このようなカーボン保護膜は、ダイヤモン
ドに極めて近い特性を有するもので、非常に硬度が高
く、また、化学的にも安定である。そのため、感熱材料
との摺接に対する耐摩耗性や耐蝕性という点では優れた
特性を発揮する。しかしながら、カーボン保護膜は、優
れた耐摩耗性を有するものの、硬いが故に脆い、すなわ
ち靭性が低い。そのため、発熱素子の加熱によるヒート
ショックや熱的なストレス、カーボン保護膜とこれに接
する層との熱膨張係数の違いによるストレス、記録中に
感熱材料とサーマルヘッド（グレーズ）との間に混入す
る異物による機械的衝撃等によって、比較的容易に割れ
や剥離が生じてしまうという問題点がある。保護膜に割
れや剥離が生じると、ここから摩耗や腐食、さらには腐
食による摩耗が進行して、サーマルヘッドの耐久性が低
下してしまい、やはり、長期に渡って高い信頼性を発揮
することはできない。

【０００８】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決することにあり、炭素を主成分とする保護膜を有す
るサーマルヘッドであって、保護膜の腐食や摩耗が極め
て少なく、しかも熱や機械的衝撃に対しても保護膜の割
れや剥離の発生を防止して、十分な耐久性を有し、長期
に渡って高い信頼性を発揮し、これにより、長期に渡っ
て高画質の感熱記録を安定して行うことができるサーマ
ルヘッド、およびこのサーマルヘッドの製造方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のサーマルヘッドは、発熱体を保護する保護
膜として、炭素を主成分とし、厚み方向に硬度差を持つ
保護膜を有することを特徴とするサーマルヘッドを提供
する。

【００１０】また、本発明のサーマルヘッドの別の態様
は、炭素を主成分とするガスをイオン化した雰囲気中に
おいて、発熱体表面に高周波バイアス電圧を印加し、か
つ前記高周波バイアス電圧を変更することにより、前記
発熱体表面に厚み方向に硬度差を持つ保護膜を形成して
なることを特徴とするサーマルヘッドを提供する。

【００１１】さらに、本発明のサーマルヘッドの別の態
様は、炭素を主成分とする固体を蒸発すると共に水素ガ
スが流入された雰囲気中において、発熱体表面にプラズ
マを発生をさせると共に高周波バイアス電圧を印加し、
かつ前記水素ガスの流量を変更することにより、前記発
熱体表面に厚み方向に硬度差を持つ保護膜を形成してな
ることを特徴とするサーマルヘッドを提供する。

【００１２】また、前記本発明のサーマルヘッドにおい
て、前記硬度差が、ピッカーズ硬度で１００kg/mm²以上
であるのが好ましく、また、前記炭素を主成分とする保
護膜の発熱体側に、下層保護膜としてセラミックを主成
分とする保護膜を少なくとも１層有するのが好ましい。

【００１３】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、発熱体を含むサーマルヘッドの少なくとも一部をチ
ャンバ内に配置し、前記チャンバ内に炭素を主成分とす
るガスを流入して、このガスをイオン化すると共に、発
熱体表面に高周波バイアス電圧を印加し、かつこの高周
波バイアス電圧を変更することにより、サーマルヘッド
の発熱体表面に、厚み方向に硬度差を持つ保護膜を形成
することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法を提供
する。

【００１４】さらに、本発明のサーマルヘッドの製造方
法の別の態様は、発熱体を含むサーマルヘッドの少なく
とも一部をチャンバ内に配置し、前記チャンバ内に水素
ガスを流入しつつ前記チャンバ内において炭素を主成分
とする固体を蒸発させると共に、発熱体表面にプラズマ
を発生させると共に高周波バイアス電圧を印加し、かつ
前記水素ガスの流入量を変更することにより、サーマル
ヘッドの発熱体表面に、厚み方向に硬度差を持つ保護膜
を形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法
を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のサーマルヘッドお
よびサーマルヘッドの製造方法について、添付の図面に
示される好適実施例を基に詳細に説明する。

【００１６】図１に、本発明のサーマルヘッドを利用す
る感熱記録装置の一例の概略図が示される。図１に示さ
れる感熱記録装置１０（以下、記録装置１０とする）
は、例えばＢ４サイズ等の所定のサイズのカットシート
である感熱材料（以下、感熱材料Ａとする）に感熱記録
を行うものであり、感熱材料Ａが収容されたマガジン２
４が装填される装填部１４、供給搬送部１６、サーマル
ヘッド６６によって感熱材料Ａに感熱記録を行う記録部
２０、および排出部２２を有して構成される。

【００１７】このような記録装置１０においては、マガ
ジン２４から感熱材料Ａを１枚引き出し、記録部２０ま
で感熱材料Ａを搬送して、サーマルヘッド６６を感熱材
料Ａに押圧しつつ、発熱体（グレーズ）の延在方向すな
わち主走査方向（図１および図２において紙面と垂直方
向）と直交する副走査方向に感熱材料Ａを搬送して、記
録画像（画像データ）に応じて各発熱素子を発熱するこ
とにより、感熱材料Ａに感熱記録を行う。

【００１８】感熱材料Ａは、透明なポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）フィルムなどの樹脂フィルムや紙等
を支持体として、その一面に感熱記録層を形成してなる
ものである。このような感熱材料Ａは、１００枚等の所
定単位の積層体（束）とされて袋体や帯等で包装されて
おり、図示例においては、所定単位の束のまま感熱記録
層を下面として記録装置１０のマガジン２４に収納さ
れ、一枚づつマガジン２４から取り出されて感熱記録に
供される。

【００１９】マガジン２４は、開閉自在な蓋体２６を有
する筐体であり、感熱材料Ａを収納して記録装置１０の
装填部１４に装填される。装填部１４は、記録装置１０
のハウジング２８に形成された挿入口３０、案内板３２
および案内ロール３４，３４、停止部材３６を有してい
る。マガジン２４は、蓋体２６側を先にして挿入口３０
から記録装置１０内に挿入され、案内板３２および案内
ロール３４に案内されつつ、停止部材３６に当接する位
置まで押し込まれることにより、記録装置１０の所定の
位置に装填される。また、装填部１４には、マガジンの
蓋体２６を開閉するための、図示しない開閉機構が設け
られている。

【００２０】供給搬送手段１６は、装填部１４に装填さ
れたマガジン２４から感熱材料Ａを１枚取り出して、記
録部２０に搬送するものであり、吸引によって感熱材料
Ａを吸着する吸盤４０を用いる枚葉機構、搬送手段４
２、搬送ガイド４４、および搬送ガイド４４の出口に位
置する規制ローラ対５２を有する。搬送手段４２は、搬
送ローラ４６と、この搬送ローラ４６と同軸のプーリ４
７ａ、回転駆動源に接続されるプーリ４７ｂならびにテ
ンションプーリ４７ｃと、この３つのプーリに張架され
るエンドレスベルト４８と、搬送ローラ４６とローラ対
を成すニップローラ５０とを有して構成され、吸盤４０
によって枚葉された感熱材料Ａの先端を搬送ローラ４６
とニップローラ５０とによって挟持して、感熱材料Ａを
搬送する。

【００２１】記録装置１０において記録開始の指示が出
されると、前記開閉機構によって蓋体２６が開放され、
吸盤４０を用いた枚葉機構がマガジン２４から感熱材料
Ａを一枚取り出し、感熱材料Ａの先端を搬送手段４２
（搬送ローラ４６とニップローラ５０とから成るローラ
対）に供給する。搬送ローラ４６とニップローラ５０と
によって感熱材料Ａが挟持された時点で、吸盤４０によ
る吸引は開放され、供給された感熱材料Ａは、搬送ガイ
ド４４によって案内されつつ搬送手段４２によって規制
ローラ対５２に搬送される。なお、記録に供される感熱
材料Ａがマガジン２４から完全に排出された時点で、前
記開閉手段によって蓋体２６が閉塞される。

【００２２】搬送ガイド４４による搬送手段４２から規
制ローラ対５２までの距離は、感熱材料Ａの搬送方向の
長さより若干短く設定されている。搬送手段４２による
搬送で感熱材料Ａの先端が規制ローラ対５２に至るが、
規制ローラ対５２は最初は停止しており、感熱材料Ａの
先端はここで一旦停止して位置決めされる。この感熱材
料Ａの先端が規制ローラ対５２に至った時点で、サーマ
ルヘッド６６（グレーズ）の温度が確認され、サーマル
ヘッド６６の温度が所定温度であれば、規制ローラ対５
２による感熱材料Ａの搬送が開始され、感熱材料Ａは、
記録部２０に搬送される。

【００２３】記録部２０は、サーマルヘッド６６、プラ
テンローラ６０、クリーニングローラ対５６、ガイド５
８、サーマルヘッド６６を冷却するヒートシンク６７、
冷却ファン７６およびガイド６２を有する。サーマルヘ
ッド６６は、例えば、最大半切サイズまでの画像記録が
可能な、約３００ｄｐｉの記録（画素）密度の感熱記録
を行うもので、保護膜に特徴を有する以外は、感熱材料
Ａへの感熱記録を行う発熱素子が一方向（主走査方向）
に配列されるグレーズが形成された公知の構成を有する
ものである。このサーマルヘッド６６には、冷却のため
のヒートシンク６７が固定される。また、サーマルヘッ
ド６６は、支点６８ａを中心に上下方向に回動自在な支
持部材６８に支持されている。このサーマルヘッド６６
のグレーズについては、後に詳述する。なお、本発明の
サーマルヘッド６６の幅（主走査方向）、解像度（記録
密度）、記録階調等には特に限定は無いが、幅は５cm〜
５０cm、解像度は６dot/mm（約１５０ｄｐｉ）以上、記
録階調は２５６階調以上であるのが好ましい。

【００２４】プラテンローラ６０は、感熱材料Ａを所定
位置に保持しつつ所定の画像記録速度で図中の矢印方向
に回転し、主走査方向と直交する副走査方向（図２中の
矢印Ｘ方向）に感熱材料Ａを搬送する。クリーニングロ
ーラ対５６は、弾性体である粘着ゴムローラ（図中上
側）と、通常のローラとからなるローラ対であり、粘着
ゴムローラが感熱材料Ａの感熱記録層に付着したゴミ等
を除去して、グレーズへのゴミの付着や、ゴミが画像記
録に悪影響を与えることを防止する。

【００２５】図示例の記録装置１０において、感熱材料
Ａが搬送される前は、支持部材６８は上方に回動して、
サーマルヘッド６６のグレーズとプラテンローラ６０と
が接触する直前の待機位置となっている。前述の規制ロ
ーラ対５２による搬送が開始されると、感熱材料Ａは、
次いでクリーニングローラ対５６に挟持され、さらに、
ガイド５８によって案内されつつ搬送される。感熱材料
Ａの先端が記録開始位置（グレーズに対応する位置）に
搬送されると、支持部材６８が下方に回動して、グレー
ズとプラテンローラ６０とで感熱材料Ａが挟持されて、
記録層にグレーズが押圧された状態となり、感熱材料Ａ
はプラテンローラ６０によって所定位置に保持されつ
つ、プラテンローラ６０等によって副走査搬送される。
この搬送に伴い、グレーズの各発熱素子を記録画像に応
じて加熱することにより、感熱材料Ａに感熱記録が行わ
れる。

【００２６】感熱記録が終了した感熱材料Ａは、ガイド
６２に案内されつつ、プラテンローラ６０および搬送ロ
ーラ対６３に搬送されて排出部２２のトレイ７２に排出
される。トレイ７２は、ハウジング２８に形成された排
出口７４を経て記録装置１０の外部に突出しており、画
像が記録された感熱材料Ａは、この排出口７４を経て外
部に排出され、取り出される。

【００２７】図２に、サーマルヘッド６６のグレーズ
（発熱体）の概略断面図を示す。図示例において、グレ
ーズは、基板８０の上（図示例のサーマルヘッド６６
は、上から感熱材料Ａに押圧されるので、図２中では下
となる）に形成されるグレーズ層（畜熱層）８２、その
上に形成される発熱抵抗体８４、その上に形成される電
極８６、およびその上に形成される、発熱抵抗体８４あ
るいはさらに電極８６等を保護するための保護膜等を有
して構成される。図示例においては、好ましい態様とし
て保護膜が２層構成を有するもので、発熱抵抗体８４お
よび電極８６（発熱素子）を覆って形成される、セラミ
ックを主成分とする下層保護膜８８と、下層保護膜８８
の上に上層保護膜として形成される、本発明の特徴的な
部分である、炭素を主成分とする保護膜すなわちカーボ
ン保護膜９０（ＤＬＣ保護膜＝Diamond Like Carbon 保
護膜）とから保護膜が構成される。

【００２８】本発明に用いられるサーマルヘッド６６
は、このカーボン保護膜９０以外は、基本的に公知のサ
ーマルヘッド６６と同様の構成を有するものである。従
って、それ以外の層構成や各層の材料には特に限定はな
く、公知のものが各種利用可能である。具体的には、基
板８０としては耐熱ガラスやアルミナ、シリカ、マグネ
シアなどのセラミックス等の電気絶縁性材料が、グレー
ズ層８２としては耐熱ガラスやポリイミド樹脂等の耐熱
性樹脂等が、発熱抵抗体８４としてはニクロム（Ni-C
r)、タンタル、窒化タンタル等の発熱抵抗体が、電極８
６としてはアルミニウム、銅等の導電性材料が、各種利
用可能である。なお、グレーズには、真空蒸着、ＣＶＤ
(Chemical Vapor Deposition) 、スパッタリング等のい
わゆる薄膜形成技術およびフォトエッチング法を用いて
形成される薄膜型発熱素子と、スクリーン印刷などの印
刷ならびに焼成によるいわゆる厚膜形成技術およびエッ
チングを用いて形成される厚膜型発熱素子とが知られて
いるが、本発明に用いられるサーマルヘッド６６は、い
ずれの方法で形成されたものであってもよい。

【００２９】前述のように、図示例のサーマルヘッド６
６は、好ましい態様として、カーボン保護膜９０と下層
保護膜８８の２層構成の保護膜を有する。このような下
層保護膜を有することにより、耐摩耗性、耐蝕性、耐腐
食摩耗性等の点でより好ましい結果を得ることができ、
より耐久性が高く、長寿命のサーマルヘッドを実現でき
る。本発明のサーマルヘッド６６に形成される下層保護
膜８８としては、サーマルヘッドの保護膜と成り得る耐
熱性、耐蝕性および耐摩耗性を有するものであれば、公
知のものが各種利用可能であるが、好ましくは、セラミ
ックスを主成分とする下層保護膜８８が例示される。

【００３０】具体的には、窒化珪素(SiN) 、炭化珪素(S
iC) 、酸化タンタル(Ta₂O₅) 、酸化アルミニウム(Al
₂O₃) 、サイアロン(SiAlON)、酸化珪素(SiO₂)、窒化ア
ルミニウム(AlN) 、窒化ホウ素(BN)、酸化セレン(SeO)
、窒化チタン(TiN) 、炭化チタン(TiC) 、炭窒化チタ
ン(TiCN)、窒化クロム(CrN) 、およびこれらの混合物等
が例示される。中でも特に、成膜の容易性や製造コスト
などの製造適正、機械的摩耗と化学的摩耗による摩耗の
バランス等の等の点で、窒化珪素、炭化珪素、サイアロ
ン等は好適に利用される。また、下層保護膜には、物性
調整のため、金属等の微量の添加物が含まれてもよい。
下層保護膜８８の形成方法には特に限定はなく、前述の
厚膜形成技術や薄膜形成技術等を用いて、公知のセラミ
ックス膜（層）の形成方法で形成される。

【００３１】下層保護膜８８の厚さには特に限定はない
が、好ましくは２μｍ〜５０μｍ程度、より好ましくは
４μｍ〜２０μｍ程度である。下層保護膜８８の厚さを
上記範囲とすることにより、耐摩耗性と熱伝導性（すな
わち記録感度）とのバランスを好適に取ることができる
等の点で好ましい結果を得る。また、下層保護膜８８は
多層構成でもよい。下層保護膜８８を多層構成とする際
には、異なる材料を用いて多層構成としてもよく、ある
いは、同じ材料で密度等の異なる層を有する多層構成で
あってもよく、あるいは、その両者を有するものであっ
てもよい。

【００３２】なお、本発明のサーマルヘッドは、このよ
うな下層保護膜８８を有するものに限定はされず、保護
膜が、後述するカーボン保護膜９０のみの一層構成であ
ってもよい。

【００３３】本発明のサーマルヘッド６６は、発熱抵抗
体８４等を保護する保護膜として、カーボン保護膜９０
を有するものであり、かつ、このカーボン保護膜９０
は、発熱抵抗体８４側（内側）の硬度が表面側（感熱材
料Ａとの接触側）よりも硬度が低い、もしくは内側の硬
度が表面側よりも高い、表面と内側とで硬度差、すなわ
ち厚み方向に硬さ勾配を有する。このような構成を有す
ることにより、カーボン保護膜９０の有する優れた耐摩
耗性や耐蝕性を十分に発揮できると共に、前述のヒート
ショックや熱ストレス、下層（図示例では下層保護膜８
８）との熱膨張係数の違いによるストレス、不純物によ
る機械的衝撃等に起因する、カーボン保護膜９０の割れ
や剥離を防止して、耐久性に優れたサーマルヘッドを実
現できる。

【００３４】本発明のサーマルヘッド６６において、カ
ーボン保護膜９０の表面と内側との硬度差には特に限定
は無いが、カーボン保護膜９０の割れや剥離が生じな
い、耐久性の高いサーマルヘッド６６を安定的に実現す
るためには、硬度差がビッカーズ硬度で１００kg/mm²以
上、特に、５００kg/mm²以上であるのが好ましい。ま
た、硬度差の上限には特に限定はないが、余り硬度差が
大きいと、感熱記録時に軟質部分からの割れや剥離が生
じ易くなる等の不都合を生じる場合もあるので、硬度差
はビッカーズ硬度で２０００kg/mm²以下、特に、１５０
０kg/mm²以下であるのが好ましい。すなわち、本発明に
おいては、カーボン保護膜９０の表面と内側との硬度差
は、好ましくは１００kg/mm²〜２０００kg/mm²の範囲、
より好ましくは、５００kg/mm²〜１５００kg/mm²の範囲
である。

【００３５】なお、カーボン保護膜９０の厚さ方向の硬
度の変化は、連続的であっても段階的であってもよい。
ただし、カーボン保護膜９０内部における割れや剥離を
考慮すれば、厚さ方向の硬度の変化は連続的であるのが
好ましい。また、段階的な変化を有する場合には、カー
ボン保護膜９０が多層構成を有するのと同等となるが、
割れや剥離等をより少なくするためには、各層間の硬度
差は小さい方が好ましい。

【００３６】このようなカーボン保護膜９０の硬度は高
いほど良好であり、サーマルヘッドの保護膜として十分
な硬度を有すればよいが、好ましくは、最も固い部分の
硬度が、ピッカーズ硬度で２０００kg/mm²以上、より好
ましくは２５００kg/mm²以上、特に好ましくは３０００
kg/mm²以上である。カーボン保護膜９０の硬度を上記範
囲とすることにより、耐摩耗性等の点で好ましい結果を
得ることができる。

【００３７】さらに、カーボン保護膜９０の厚さにも特
に限定はなく、図示例のように、下層保護膜８８を有す
る場合には、好ましくは、０．１μｍ〜５μｍ、より好
ましくは、１μｍ〜３μｍである。また、下層保護膜８
８を有さない場合には、好ましくは、１μｍ〜２０μ
ｍ、より好ましくは、２μｍ〜１０μｍである。カーボ
ン保護膜９０の厚さを上記範囲とすることにより、耐摩
耗性と熱伝導性とのバランス等の点で、好ましい結果を
得ることができる。

【００３８】このようなカーボン保護膜９０の形成方法
には特に限定はなく、公知の厚膜形成技術や薄膜形成技
術で形成されるが、好ましくは、炭化水素ガスを反応ガ
スとして用いるプラズマＣＶＤによって硬質カーボン膜
を形成する方法、および焼結カーボン材やグラッシーカ
ーボン材等のカーボン材をターゲット材とするスパッタ
リングによって硬質カーボン膜を形成する方法が例示さ
れる。

【００３９】図３に、カーボン保護膜９０を形成する
（プラズマ）ＣＶＤ装置の概念図を示す。ＣＶＤ装置１
００は、基本的に、真空チャンバ１０２と、ガス導入部
１０４と、プラズマ発生手段１０６と、基板ホルダ１０
８と、基板バイアス電源１１０とを有して構成される。

【００４０】真空チャンバ１０２は、プラズマ発生用の
磁場が影響を受けないようにＳＵＳ３０４等の非磁性材
料で形成されるのが好ましい。また、カーボン保護膜９
０を形成に用いられる真空チャンバ１０２は、排気手段
を有し、かつ、初期排気の到達圧力で２×１０^-5Torr以
下、好ましくは５×１０^-6Torr以下、さらに、成膜中は
１×１０^-4Torr〜１×１０^-2Torrを達成するシール性を
有するのが好ましい。真空チャンバ１０２に取り付けら
れる排気手段１１２としては、ロータリーポンプ、メカ
ニカルブースタポンプ、ターボポンプを組み合わせた排
気手段が好適に例示され、また、ターボポンプの代わり
にディフュージョンポンプやクライオポンプを用いた排
気手段も好適に利用される。排気手段１１２の排気能力
や台数は、真空チャンバ１０２の容積や成膜に使用する
ガスの種類や流量等に応じて適宜選択すればよい。ま
た、排気速度を調整するために、バイパス配管を用いた
配管の排気抵抗の調整や、オリフィスバルブを設けてそ
の開口度調整等の方法で、排気速度を調整可能なように
構成してもよい。

【００４１】真空チャンバ１０２において、プラズマや
プラズマ発生用の電磁波によってアークが発生する箇所
は、絶縁性部材で覆ってもよい。絶縁性部材としては、
ＭＣナイロン、テフロン（ＰＴＦＥ）、ＰＰＳ（ポリフ
ェニレンスルフィド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレ
ート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等が利
用可能である。なお、ＰＥＮやＰＥＴ等を用いる場合に
は、絶縁性部材からの脱ガスで真空度を低下する場合が
あるので、このような材料を用いる場合には、注意が必
要である。

【００４２】ＣＶＤ装置１００は、２つのガス導入部１
０４を有する。ガス導入部１０４ａは、プラズマ発生用
のガスを導入する部位で、他方、ガス導入部１０４ｂ
は、反応ガスを導入する部位で、共に、導入部がＯリン
グ等で真空シールされたステンレス製のパイプ等を用い
て、真空チャンバ１０２内にガスを導入する。また、ガ
スの導入量は、マスフローコントローラ等の公知の方法
で制御される。両ガス導入部１０４は、基本的にガスを
真空チャンバ１０２内のプラズマ発生領域の近傍に拭き
出すように構成される。また、吹き出し位置、特に反応
ガスのガス導入部１０４ｂの吹き出し位置は、膜厚分布
にも影響するので、基板（サーマルヘッド６６のグレー
ズ）の形状等に合わせて最適化するのが好ましい。

【００４３】カーボン保護膜９０を形成するためのプラ
ズマ発生用のガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオ
ン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスが
用いられるが、中でも特に、価格および入手の容易性の
点で、アルゴンガスが好適に用いられる。他方、カーボ
ン保護膜９０を形成するための反応ガスとしては、メタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン、ベンゼ
ン等の炭化水素化合物のガスが例示される。なお、ガス
導入部１０４ａおよびガス導入部１０４ｂは、共に、用
いるガスに応じてマスフローコントローラのセンサを調
整（校正）する必要がある。

【００４４】カーボン保護膜９０（カーボン保護膜９
０）を形成するプラズマＣＶＤにおいて、プラズマ発生
手段としては、直流グロー放電、高周波放電、直流アー
ク放電、マイクロ波ＥＣＲ放電等が利用可能であり、特
に、直流アーク放電およびマイクロ波ＥＣＲ放電はプラ
ズマ密度が高く、高速成膜に有利である。図示例のＣＶ
Ｄ装置１００は、マイクロ波ＥＣＲ放電を利用するもの
であり、プラズマ発生手段１０６は、マイクロ波電源１
１４、磁石１１６、マイクロ波導波管１１８、同軸変換
器１２０、誘電体板１２２、放射状アンテナ１２４等を
有して構成される。

【００４５】直流グロー放電は、基板−電極間に負の直
流電圧を印加することによりプラズマを発生させる。直
流グロー放電に用いる直流電源は、１ｋＷ〜１０ｋＷ程
度のもので、カーボン保護膜９０の形成に必要にして十
分な出力を有するものを適宜選択すればよい。また、ア
ーク防止等の点で、２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚにパルス変調
した直流電源も好適に利用可能である。高周波放電は、
マッチングボックスを介して電極に高周波電圧を印加す
ることにより、プラズマを発生させる。その際には、マ
ッチングボックスによってインピーダンス整合を行い、
高周波電圧の反射波が入射波に対して２５％以下となる
ように調整する。高周波放電を行う高周波電源として
は、工業用の１３．５６ＭＨｚで、１ｋＷ〜１０ｋＷ程
度の範囲で、カーボン保護膜９０の形成に必要にして十
分な出力を有するものを適宜選択すればよい。また、パ
ルス変調した高周波電源も使用可能である。

【００４６】直流アーク放電は、熱陰極を使用してプラ
ズマを発生させる。熱陰極としては、タングステン、ホ
ウ化ランタン（LaB₆）等が利用可能である。また、ホロ
ーカソードを用いた直流アーク放電も利用可能である。
直流アーク放電に用いる直流電源としては、１ｋＷ〜１
０ｋＷ程度、１０Ａ〜２００Ａ程度の範囲で、カーボン
保護膜９０の形成に必要にして十分な出力を有するもの
を適宜選択すればよい。

【００４７】マイクロ波ＥＣＲ放電は、マイクロ波とＥ
ＣＲ磁場とによってプラズマを発生させるものであり、
前述のように、図示例のＣＶＤ装置１００は、このマイ
クロ波放電によってプラズマを発生させる。マイクロ波
電源１１４としては、工業用の２．４５ＧＨｚで、１ｋ
Ｗ〜３ｋＷ程度の範囲で、カーボン保護膜９０の形成に
必要にして十分な出力を有するものを適宜選択すればよ
い。また、ＥＣＲ磁場発生には、所望の磁場を形成でき
る永久磁石や電磁石を適宜用いればよく、図示例におい
ては、Sm-Co 磁石を磁石１１６として用いている。例え
ば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合には、Ｅ
ＣＲ磁場は８７５Ｇ(Gauss) になるので、プラズマ発生
領域の磁場が５００Ｇ〜２０００Ｇとなる磁石を用いれ
ばよい。真空チャンバ１０２内へのマイクロ波の導入
は、マイクロ波導波管１１８、同軸変換器１２０、誘電
体板１２２等を用いて行われる。なお、磁場の形成状態
やマイクロ波の導入路は、カーボン保護膜９０の膜厚分
布に影響を与えるので、カーボン保護膜９０の膜厚が均
一になるように最適化するのが好ましい。

【００４８】基板ホルダ１０８は、クランプや治具等の
公知の固定手段によって、ヒートシンク６７を有するサ
ーマルヘッド６６、ヒートシンク６７を有さないサーマ
ルヘッド６６、サーマルヘッド６６から取り外されたグ
レーズを含む部位等を保持して、成膜の基板となるグレ
ーズを放射状アンテナ１２４に対向して固定するもので
ある。また、必要に応じて、プラズマ発生手段１０６に
対して、グレーズを回転や移動可能に構成してもよい。
基板（グレーズ表面）と放射状アンテナ１２４（プラズ
マ発生部）との距離には特に限定はなく、２０mm〜２０
０mm程度の範囲で、膜厚分布が均一になる距離を選択設
定すればよい。なお、カーボン保護膜９０を形成する際
には、必要に応じて成膜領域を規制するためのマスクを
用いてもよい。この際には、例えば、ＳＵＳ３０４やア
ルミニウム等の金属やテフロン等の樹脂からなる板状の
マスク部材を作製し、これを用いて非成膜部をマスキン
グすればよい。

【００４９】プラズマＣＶＤでカーボン膜を得るために
は、基板に負のバイアス電圧を印加しながら成膜を行う
必要がある。基板バイアス電源１１０は、このバイアス
電圧を印加するためのものである。特に限定はないが、
カーボン保護膜９０は電気抵抗値が高いため、高周波電
圧の自己バイアス電圧を使用するのが好ましい。自己バ
イアス電圧は、プラズマ中で高周波電圧を印加した時に
生じる負の直流成分で、カーボン膜の生成の際には、通
常、−１００Ｖ〜−５００Ｖ程度が用いられる。高周波
電源は工業用の１３．５６ＭＨｚで、１ｋＷ〜５ｋＷ程
度のものから適宜選択すればよい。また、高周波電圧を
基板に印加する際には、基板と高周波電源との間にイン
ピーダンスを整合するマッチングボックスを使用するの
が好ましい。マッチングボックスは、手動制御でも自動
制御でもよく、既製品が各種利用可能である。さらに、
高周波電圧の自己バイアス電圧以外にも、２ｋＨｚ〜２
０ｋＨｚにパルス変調した直流電源も利用可能である。
この場合も、印加電圧は−１００Ｖ〜−５００Ｖ程度で
ある。

【００５０】ここで、プラズマＣＶＤにおいては、この
基板バイアス電圧を調整することにより、生成するカー
ボン保護膜９０の硬度を調整できる。一般的に、基板バ
イアス電圧を印加しながらＣＶＤで成膜したカーボン膜
は、基板バイアス電圧が０から負に向かうに従って硬度
が高くなり、−２００Ｖ〜−３００Ｖの範囲で硬度が最
も高く、これを超えて負になると、逆に硬度が低くなっ
ていく。従って、例えば、成膜開始時の基板バイアス電
圧を−１００Ｖ程度に設定しておき、成膜終了時までに
−３００Ｖまで徐々に変化させることにより、成膜開始
時にやや軟質の膜が形成され、成膜終了時に膜が最も硬
質となり、内側（発熱体側）から表面に向かって硬度が
高くなる、硬度差すなわち厚み方向に硬さ勾配を有する
カーボン保護膜９０を形成することができる。逆に、基
板バイアス電圧を成膜開始時に−３００Ｖ程度とし、終
了時までに−１００Ｖまで変化させることにより、表面
から内側に向かって硬度が高くなるカーボン保護膜９０
が得られる。この際に基板バイアス電圧を連続的に変化
させれば、カーボン保護膜９０の硬さ変化は連続的にな
り、基板バイアス電圧を段階的に変化させることによ
り、多層構成と同等の段階的な硬さ変化を有するカーボ
ン保護膜９０となる。

【００５１】なお、形成するカーボン保護膜９０の硬度
や硬度差等の設定や制御方法には特に限定はなく、例え
ば、基板バイアス電圧と膜の硬度との関係をあらかじめ
実験等によって調べておき、これに応じてカーボン保護
膜９０の成膜時における基板バイアス電圧を調整して、
所望の硬度および硬度差（硬さ勾配）を有するカーボン
保護膜９０を生成すればよい。

【００５２】また、カーボン保護膜９０の硬度の調整方
法としては、これ以外にも、膜中の水素含有量を調整す
る方法も例示される。炭化水素ガスを反応ガスとして、
ＣＶＤによってカーボン保護膜９０を形成する図示例の
態様においては、膜中の水素含有量が原子比で３０％付
近が最も硬度の高い膜を得ることができる。従って、分
子中の水素原子量に応じて反応ガスを選択することによ
り、硬度差を有するカーボン保護膜９０を形成すること
ができる。

【００５３】本発明においては、カーボン保護膜９０の
密着性を良好にするために、カーボン保護膜９０の形成
に先立ち、基板（グレーズ）の表面すなわち図示例にお
いては下層保護膜８８の表面をプラズマでエッチングす
るのが好ましい。エッチングの方法としては、前記プラ
ズマ発生手段１０６によってプラズマを発生しつつ、マ
ッチングボックスを介して高周波電圧を印加する方法
や、高周波電圧によって直接プラズマを発生させて、そ
のプラズマを利用してエッチングを行う方法が例示され
る。高周波電源としては、工業用の１３．５６ＭＨｚ
で、１ｋＷ〜５ｋＷ程度のものから適宜選択すればよ
い。また、エッチングの強さは、基板に印加されるバイ
アス電圧を目安にすればよく、−１００Ｖ〜−５００Ｖ
の範囲で、適宜最適化を計ればよい。

【００５４】図４に、カーボン保護膜９０を形成するた
めのスパッタリング装置の概念図を示す。スパッタリン
グ装置１３０は、基本的に、真空チャンバ１３２と、ガ
ス導入部１３４と、スパッタリング手段１３６と、基板
ホルダ１３８とを有して構成される。

【００５５】カーボン保護膜を形成するスパッタリング
を行うための真空チャンバ１３２、これに取り付けられ
る排気手段１４０、さらには排気速度の調整手段として
は、基本的に、前記ＣＶＤ装置１００と同様のものや構
成が好適に例示される。

【００５６】ガス導入部１３４は、プラズマを発生する
ためのガスおよび水素ガスを導入する部位で、プラズマ
発生用のガス導入部１３４ａと水素ガス用のガス導入部
１３４ｂとを有する。共に、前記ＣＶＤ装置１００のガ
ス導入部１０４と同様、Ｏリング等で真空シールされた
ステンレス製のパイプ等を用いて、導入量をマスフロー
コントローラ等の公知の方法で制御して、真空チャンバ
１３２内にガスを導入する。なお、ガスは真空チャンバ
１３２内のプラズマ発生領域の近傍に拭き出すように構
成される。また、吹き出し位置は、発生するプラズマの
分布に影響を与えないように最適化するのが好ましい。
カーボン保護膜９０を作製するためのプラズマ発生用の
ガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、
クリプトン、キセノン等の不活性ガスが用いられるが、
中でも特に、価格および入手の容易性の点で、アルゴン
ガスが好適に用いられる。

【００５７】ここで、カーボン保護膜９０の形成にスパ
ッタリングを利用する本態様においては、プラズマを発
生するためのガスとともに、水素ガスを流入して、その
流量を調整することにより、膜の硬度を調整することが
できる。そのため、成膜中の水素ガス流量を変更するこ
とにより、表面と内側とで硬度差（固さ勾配）を有する
カーボン保護膜９０を作製することができる。例えば、
プラズマ発生ガスとしてアルゴンを用いた場合には、水
素ガスの流量がアルゴン流量の５％〜１０％である時が
最も硬度の高い膜を成膜することができ、水素量が増え
るに応じて膜は軟化する。従って、例えば、成膜開始時
の水素ガス流量をアルゴンガスの２０％程度に設定して
おき、成膜終了時までに５％程度まで徐々に変化させる
ことにより、前述のプラズマＣＶＤの例と同様に、内側
から表面に向かって硬度が高くなる、硬さ勾配を有する
カーボン保護膜９０を形成することができる。逆に、成
膜開始時の水素ガス流量をアルゴンガスの５％程度に設
定しておき、成膜終了時までに２０％程度まで変化させ
ることにより、表面から内側に向かって硬度が高くなる
カーボン保護膜９０を形成できる。水素流入量を連続的
に変化させればカーボン保護膜９０の硬さの変化は連続
的になり、段階的に変化させれば、固さ変化が段階的と
なるのも同様である。

【００５８】カーボン保護膜９０の硬さの設定や制御の
方法には特に限定はなく、例えば、水素ガス流量と膜の
硬度との関係をあらかじめ実験等によって調べておき、
これに応じて成膜時における水素ガス流量を調整して、
所望の硬度および硬度差（硬さ勾配）を有するカーボン
保護膜９０を生成すればよい。なお、カーボン保護膜９
０の硬度等を考慮すると、例えばプラズマ発生用ガスと
してアルゴンを用いた場合には、水素ガス流量はアルゴ
ンガス流量の２％〜５０％の範囲とするのが好ましい。
また、水素ガスの流入は、図示例のようにプラズマ発生
用ガスと独立した導入管で行うのが好ましいが、装置構
成等の制限がある場合には、プラズマ発生用ガスと水素
ガスとを１本の導入管で行ってもよい。

【００５９】スパッタリングでは、カソード１４２にス
パッタリングするターゲット材１４４を配置し、カソー
ド１４２を負電位にすると共に、ターゲット材１４４の
表面にプラズマを発生させることにより、ターゲット材
１４４（その原子）を弾き出して、対向した配置した基
板の表面（図示例ではサーマルヘッド６６のグレーズ表
面＝下層保護膜８８の表面）に付着させ、堆積すること
により成膜する。スパッタリング手段１３６は、このカ
ソード１４２、ターゲット材１４４の配置部、シャッタ
１４６、直流電源１５２等を有するものである。

【００６０】ターゲット材１４４の表面にプラズマを発
生する際には、直流電源１５２のマイナス側を直接カソ
ード１４２に接続し、−３００Ｖ〜−１０００Ｖ程度の
直流電圧を印加する。直流電源１５２の出力としては、
１ｋＷ〜１０ｋＷ程度の範囲であり、カーボン保護膜９
０の形成に十分な出力を有するものを適宜選択すればよ
い。なお、カソード１４２の形状は、カーボン保護膜９
０が形成される基板の形状等に応じて適宜決定すればよ
い。また、アーク防止等の点で、２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ
にパルス変調した負の直流電源も好適に利用可能であ
る。また、プラズマの発生には、高周波電源も利用可能
である。高周波電源を用いる場合には、マッチングボッ
クスを介してカソード１４２に高周波電圧を印加するこ
とにより、プラズマを発生させる。その際には、マッチ
ングボックスによってインピーダンス整合を行い、高周
波電圧の反射波が入射波に対して２５％以下となるよう
に調整する。高周波電源としては、工業用の１３．５６
ＭＨｚで、１ｋＷ〜１０ｋＷ程度の範囲で、カーボン保
護膜９０の生成に必要にして十分な出力を有するものを
適宜選択すればよい。

【００６１】ターゲット材１４４は、Ｉｎ系ハンダや機
械的な固定手段を用いて直接カソード１４２に固定して
もよいが、通常は、無酸素銅やステンレス等からなるバ
ッキングプレート１５４をカソード１４２に固定し、そ
の上にターゲット材１４４を前述のようにして張り付け
る。また、カソード１４２およびバッキングプレート１
５４は水冷可能に構成され、これにより、間接的にター
ゲット材１４４も水冷される。なお、カーボン保護膜９
０を形成するために用いられるターゲット材１４４とし
ては、焼結カーボン材、グラッシーカーボン材等が好適
に例示される。また、その形状は、基板の形状に応じて
適宜決定すればよい。

【００６２】カーボン保護膜９０の形成は、カソード１
４２の内部に永久磁石や電磁石等の磁石１４８を配置
し、ターゲット材１４４表面に磁場を形成してプラズマ
を閉じ込めてスパッタリングを行うマグネトロンスパッ
タリングも好適に利用可能である。このマグネトロンス
パッタリングは、成膜速度が早い点で好ましい。永久磁
石や電磁石の形状や位置、数、生成する磁場の強さ等は
形成するカーボン保護膜９０の厚さや膜厚分布、ターゲ
ット材１４４の形状等に応じて適宜決定される。また永
久磁石として、Sm-Co 磁石やNd-Fe-B 磁石等の高磁場が
発生可能な磁石を用いることにより、プラズマを十分閉
じ込めることができる等の点で好ましい。

【００６３】基板ホルダ１３８は、前述のＣＶＤ装置１
００に配置される基板ホルダ１０８と基本的に同じもの
であり、公知の手段でサーマルヘッド６６を固定して、
基板となるグレーズをカソード１４２に対して対向して
固定するものである。また、必要に応じて、カソード１
４２に対して、グレーズを回転や移動可能に構成しても
よく、基板のサイズ等に応じて適宜選択すればよい。基
板とターゲット材１４４との距離には特に限定はなく、
２０mm〜２００mm程度の範囲で、膜厚分布が均一になる
距離を選択設定すればよい。

【００６４】また、カーボン保護膜９０を得るために、
基板（図示例では下層保護膜８８）に負のバイアス電圧
を印加しながら成膜を行う。バイアス電源１５０は、こ
のためのものである。バイアス電圧には特に限定はない
が、前記ＣＤＶと同様に、高周波電圧の自己バイアス電
圧を使用するのが好ましい。また、高周波電源として
も、前記ＣＶＤと同様のものが利用可能であり、マッチ
ングボックスの使用が好ましいのも同様である。さら
に、高周波電圧の自己バイアス電圧以外にも、２ｋＨｚ
〜２０ｋＨｚにパルス変調した直流電源も利用可能であ
る。この場合も、印加電圧は−１００Ｖ〜−５００Ｖ程
度である。

【００６５】カーボン保護膜９０を形成する際には、カ
ーボン保護膜９０と下層（下層保護膜８８）との密着性
を向上するために、カーボン保護膜９０の形成に先立
ち、下層保護膜８８の表面をプラズマでエッチングする
のが好ましい。エッチングの方法は、プラズマを発生さ
せ、マッチングボックスを介して基板に高周波電圧を印
加する方法や、高周波電圧によって直接プラズマを発生
させて、そのプラズマを利用する方法が例示される。プ
ラズマの発生や高周波電源は、前述のものを利用すれば
よい。また、エッチングの強さは、基板に印加されるバ
イアス電圧を目安にすればよく、通常、−１００Ｖ〜−
５００Ｖの範囲で、適宜最適化を図ればよい。

【００６６】以上、本発明のサーマルヘッドおよびその
製造方法に付いて詳細に説明したが、本発明は上述の例
に限定されず、各種の改良や変更を行ってもよいのはも
ちろんである。

【００６７】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明
をより詳細に説明する。［実施例１］図３に示される（プラズマ）ＣＶＤ装置１
００を用意した。詳細は以下のとおりである。

【００６８】ａ．真空チャンバ１０２排気手段１１２として、排気速度が１５００Ｌ（リット
ル）／分のロータリーポンプ、同１２０００Ｌ／分のメ
カニカルブースタポンプ、および同３０００Ｌ／秒のタ
ーボポンプを、それぞれ１台ずつ有する、ＳＵＳ３０４
製で容積が０．５m³の真空チャンバ１０２。なお、ター
ボポンプの吸引部にオリフィスバルブを配置して、開口
度を１０〜１００％まで調整できるように構成してあ
る。

【００６９】ｂ．ガス導入部１０４最大流量１００〜５００[sccm]のマスフローコントロー
ラと、直径６ミリのステンレス製パイプを用いて構成し
た。ステンレス製パイプと真空チャンバ１０２との接合
部は、Ｏリングによって真空シールした。プラズマ発生
用ガスとしては、アルゴンガスを用いた。

【００７０】ｃ．プラズマ発生手段１０６発振周波数２．４５ＧＨｚ、最大出力３．０ｋＷのマイ
クロ波電源１１４を用いるマイクロ波ＥＣＲプラズマ発
生装置とした。マイクロ波は、マイクロ波導入管１１８
で真空チャンバ１０２近傍まで導き、同軸変換器１２０
で変換後、真空チャンバ１０２内の放射状アンテナ１２
４に導入した。誘電体板１２２は、幅８００mm×高さ２
００mmの矩形のものを用いた。なお、マイクロ波は、マ
イクロ波導入管１１８の途中で４分割し、誘電体板１２
２の４か所から真空チャンバ１０２内に導入した。さら
に、磁石１１６として、Sm-Co 磁石を複数個、誘電体板
１２２の形状に合わせて配置することでＥＣＲ用磁場を
形成した。

【００７１】ｄ．基板ホルダ１０８基板（すなわち、サーマルヘッド６６のグレーズ）をプ
ラズマ発生部に対向して保持し、ターゲット材１１４と
放射状アンテナ１２４との距離が５０mm〜１５０mmの間
で調整可能な構成を有する。また、エッチング用の高周
波電圧が印加できるように、基板によるサーマルヘッド
の保持部分を浮遊電位にした。

【００７２】ｅ．基板バイアス電源１１０基板ホルダ１０８に、マッチングボックスを介して基板
バイアス電源１１０として高周波電源を接続した。高周
波電源は、周波数１３．５６ＭＨｚで、最大出力は３ｋ
Ｗである。また、この高周波電源は、自己バイアス電圧
をモニタすることにより、−１００Ｖ〜−５００Ｖの範
囲で高周波出力が調整可能に構成されている。また、こ
のＣＶＤ装置１００では、この基板バイアス手段１１０
で基板エッチング手段を兼ねている。

【００７３】＜サーマルヘッドの作製＞このようなＣＶ
Ｄ装置１００を用いて、以下に示すようにしてサーマル
ヘッドを作製した。基となるサーマルヘッドとして、京
セラ社製 KGT-260-12MPH8を用いた。このサーマルヘッ
ドには、グレーズの表面に保護膜として厚さ１１μｍの
窒化珪素膜（Si₃N₄)が形成されている。従って、本実施
例では、この窒化珪素膜が下層保護膜８８となり、その
上にカーボン保護膜９０が形成された、２層構成の保護
膜を有するサーマルヘッド６６となる。

【００７４】まず、このサーマルヘッドのグレーズが放
射状アンテナ１２４に対向するように、真空チャンバ１
０２内の基板ホルダ１０８にサーマルヘッドを固定し
た。基板（グレーズ表面）と放射状アンテナ１２４との
距離は１００mmとした。また、サーマルヘッドのカーボ
ン保護膜の形成部以外（すなわち、グレーズ以外）に
は、あらかじめマスキングを施しておいた。サーマルヘ
ッドを固定後、真空チャンバ１０２内の圧力が５×１０
^-6Torrになるまで真空排気した。真空排気を継続しなが
ら、ガス導入部１０４ａによってアルゴンガスを導入
し、ターボポンプに設置したオリフィスバルブによっ
て、真空チャンバ１０２内の圧力が１．０×１０^-3Torr
になるように調整した。次いで、マイクロ波電源１１４
を駆動してマイクロ波を４か所からそれぞれ４００Ｗず
つ真空チャンバ１０２内に導入し、マイクロ波ＥＣＲプ
ラズマを発生させ、さらに、基板バイアス電源１１０を
駆動して、基板に高周波バイアス電圧を印加し、自己バ
イアス電圧−２００Ｖで２分間、下層保護膜８８（窒化
珪素膜）のエッチングを行った。エッチング終了後、自
己バイアス電圧による高周波バイアス電圧の印加を継続
しながら、真空チャンバ１０２内の圧力が３．０×１０
^-3Torrとなるようにメタンガスを導入してプラズマＣＶ
Ｄを行い、厚さ１μｍのカーボン保護膜９０を有するサ
ーマルヘッド６６を作製した。さらに、全く同様にし
て、厚さ２μｍおよび３μｍのカーボン保護膜９０を形
成したサーマルヘッドも作製した。

【００７５】ここで、以上の例においては、この系で成
膜されるカーボン保護膜９０の硬度と、成膜時における
自己バイアス電圧との関係をあらかじめ調べておき、こ
れに応じて、形成するカーボン保護膜９０の硬度および
硬度差を制御した。具体的には、膜厚１μｍ、２μｍお
よび３μｍのいずれも場合も、成膜開始時の自己バイア
ス電圧を−１００Ｖとし、成膜終了時に−２００Ｖとな
るように、連続的に自己バイアス電圧を変化することに
より、成膜開始時（内側）のビッカーズ硬度が１５００
kg/mm²、成膜終了時（表面）のビッカーズ硬度が２５０
０kg/mm²の、硬度差が１０００kg/mm²で連続的に硬度が
変化するカーボン保護膜９０を形成した。また、カーボ
ン保護膜９０の膜厚は、あらかじめ成膜速度を求めてお
き、所定の膜厚となる成膜時間を算出して、成膜時間で
制御した。

【００７６】＜性能評価＞このような３種類の本発明の
サーマルヘッドと、感熱材料（富士フイルム社製ドライ
画像記録用フィルムＣＲ−ＡＴ）とを用いて、Ｂ４サイ
ズで５０００枚の感熱記録テスト行った。その結果、カ
ーボン保護膜９０の膜厚が１μｍ、２μｍおよび３μｍ
のいずれのサーマルヘッドも、カーボン保護膜９０の割
れや剥離が生じることはなく、また、摩耗もほとんど認
められなかった。

【００７７】［実施例２］反応ガスをアセチレンガスに
変更した以外は、前記実施例１と同様にして、それぞ
れ、膜厚が１μｍ、２μｍおよび３μｍのカーボン保護
膜９０を有する、３種のサーマルヘッドを作製した。な
お、カーボン保護膜９０の硬度および硬度差の制御も前
記実施例１と同様に行った。具体的には、３種のサーマ
ルヘッドのいずれも場合も、成膜開始時の自己バイアス
電圧を−１００Ｖとし、成膜終了時に−２００Ｖとなる
ように、連続的に自己バイアス電圧を変化することによ
り、成膜開始時（内側）のビッカーズ硬度が１５００kg
/mm²、成膜終了時（表面）のビッカーズ硬度が２５００
kg/mm²の、硬度差が１０００kg/mm²で連続的に硬度が変
化するカーボン保護膜９０とした。

【００７８】＜性能評価＞このような３種類の本発明の
サーマルヘッドを用いて、実施例１と同様の性能評価を
行った。その結果、いずれのサーマルヘッドも、カーボ
ン保護膜９０の割れや剥離が生じることはなく、また、
摩耗もほとんど認められなかった。

【００７９】また、同様の性能評価試験を、エッチング
を行わないで；あるいはエッチング時のチャンバ１０
２内の圧力を０．８×１０^-3Torrおよび５．０×１０^-3
Torrに変更して；あるいは成膜時の真空チャンバ１０
２内の圧力のみを２．０×１０^-3Torrおよび５．０×１
０^-3Torrに変更して；それ以外は同様にして、前記実
施例１および実施例２と同様にして、１μｍ、２μｍお
よび３μｍのカーボン保護膜９０を形成して作製した、
各種のサーマルヘッドについても行ったが、いずれの場
合も、前記実施例１および２と同様の良好な結果が得ら
れた。

【００８０】［実施例３］図４に示されるスパッタリン
グ装置１３０を用意した。なお、真空チャンバ１３２、
ガス導入部１３４および基板ホルダ１３８は、前記実施
例１と同様のものである。それ以外の詳細は以下のとお
りである。

【００８１】ａ．スパッタリング手段１０６磁石１４８としてSm-Co 磁石を内部に配置した、ターゲ
ット材料のサイズが幅６００mm×高さ１００mmの矩形の
カソード１４２を用いた。バッキングプレート１５４と
しては、矩形状に加工した焼結カーボン材を用い、カソ
ード１４２にＩｎ系ハンダを用いて張り付けた。また、
カソード１４２内部を水冷することにより、磁石１４
８、カソード１４２およびバッキングプレート１５４裏
面を冷却した。直流電源１５２として、最大出力８ｋＷ
の負電位の直流電源を用い、負側をカソード１４２に接
続した。なお、この直流電源は、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ
の範囲でパルス状に変調できるように構成してある。

【００８２】ｂ．バイアス電源１５０基板ホルダ１３８に、マッチングボックスを介して高周
波電源を接続した。高周波電源は、周波数１３．５６Ｍ
Ｈｚで、最大出力は３ｋＷである。また、この高周波電
源は、自己バイアス電圧をモニタすることにより、−１
００Ｖ〜−５００Ｖの範囲で高周波出力が調整可能に構
成されている。このバイアス電源１５０は、エッチング
手段を兼ねている。

【００８３】＜サーマルヘッドの作製＞このようなスパ
ッタリング装置１３０を用いて、以下に示すように、前
記実施例１と同様のサーマルヘッド（京セラ社製 KGT-
260-12MPH8）を基として、そのグレーズの表面にカーボ
ン保護膜９０を形成し、本発明のサーマルヘッドを作製
した。すなわち、このサーマルヘッドも、窒化珪素膜の
下層保護膜８８とカーボン保護膜９０とからなる、２層
構成の保護膜を有する。

【００８４】まず、グレーズがターゲット材１１４に対
向するように、真空チャンバ１３２内の基板ホルダ１３
８にサーマルヘッド６６を固定した。基板（グレーズ表
面）とターゲット材１１４表面との距離は１００mmとし
た。また、実施例１と同様、グレーズ以外には、あらか
じめマスキングを施しておいた。このようにしてサーマ
ルヘッドを固定後、真空チャンバ１３２内の圧力が５×
１０^-6Torrになるまで真空排気した。真空排気を継続し
ながら、ガス導入部１３４ａによってアルゴンガスを導
入し、ターボポンプに設置したオリフィスバルブによっ
て、真空チャンバ１３２内の圧力が５．０×１０^-3Torr
になるように調整した。次いで、バイアス電源１５０を
駆動して基板に高周波電圧を印加し、自己バイアス電圧
−２００Ｖで１０分間、下層保護膜（窒化珪素膜８８）
のエッチングを行った。エッチング終了後、ターゲット
材１１４として焼結グラファイト材をバッキングプレー
ト１５４に固定（Ｉｎ系ハンダで張り付け）して、真空
チャンバ１３２内の圧力が５．０×１０^-3Torrとなるよ
うにアルゴンガス流量およびオリフィスバルブを調整
し、シャッタ１４６を閉じた状態でターゲット材１１４
に直流電力０．５ｋＷを５分間印加した。次いで、真空
チャンバ１３２内の圧力を保ったまま、ターゲット材１
１４に印加する流電力を５ｋＷとし、かつ基板に−２０
０Ｖの高周波の自己バイアス電圧を印加した後にシャッ
タ１４６を開き、同時に、ガス導入部１３４ｂから水素
ガスの流入を開始し、厚さ１μｍのカーボン保護膜９０
を有するサーマルヘッド６６を作製した。さらに、全く
同様にして、厚さ２μｍおよび３μｍのカーボン保護膜
９０を有するサーマルヘッドも作製した。

【００８５】ここで、以上の例においては、この系で成
膜されるカーボン保護膜９０の硬度と、成膜時における
水素ガス流量（アルゴンガス流量に対する割り合い）と
の関係をあらかじめ調べておき、これに応じて、作製す
るカーボン保護膜９０の硬度を制御した。具体的には、
膜厚１μｍ、２μｍおよび３μｍのいずれも場合も、成
膜開始時の水素ガス流量をアルゴンガス流量の１５％と
し、成膜終了時に５％となるように、連続的に水素ガス
流量を変化することにより、成膜開始時（内側）のビッ
カーズ硬度が１２００kg/mm²、成膜終了時（表面）のビ
ッカーズ硬度が２２００kg/mm²の、硬度差が１０００kg
/mm²で連続的に硬度が変化するカーボン保護膜９０を作
製した。また、カーボン保護膜９０の膜厚は、あらかじ
め成膜速度を求めておき、所定の膜厚となる成膜時間を
算出して、成膜時間で制御した。

【００８６】＜性能評価＞このような３種類の本発明の
サーマルヘッドを用いて、実施例１と同様の性能評価を
行った。その結果、いずれのサーマルヘッドも、カーボ
ン保護膜９０の割れや剥離が生じることはなく、また、
摩耗もほとんど認められなかった。

【００８７】［実施例４］ターゲットをグラッシーカー
ボン材に変更した以外は、前記実施例３と同様にして、
それぞれ、膜厚が１μｍ、２μｍおよび３μｍのカーボ
ン保護膜９０を有する、３種のサーマルヘッドを作製し
た。また、カーボン保護膜９０の硬度および硬度差の制
御も前記実施例３と同様に行った。具体的には、３種の
サーマルヘッドのいずれも場合も、成膜開始時の水素ガ
ス流量をアルゴンガス流量の１５％とし、成膜終了時に
５％となるように、連続的に水素ガス流量を変化するこ
とにより、成膜開始時（内側）のビッカーズ硬度が１２
００kg/mm²、成膜終了時（表面）のビッカーズ硬度が２
２００kg/mm²の、硬度差が１０００kg/mm²で連続的に硬
度が変化するカーボン保護膜９０とした。

【００８８】＜性能評価＞このような３種類の本発明の
サーマルヘッドを用いて、実施例１と同様の性能評価を
行った。その結果、いずれのサーマルヘッドも、カーボ
ン保護膜９０の割れや剥離が生じることはなく、また、
摩耗もほとんど認められなかった。

【００８９】また、同様の性能評価試験を、エッチング
を行わないで；あるいはエッチング時の真空チャンバ
１３２内の圧力のみを８．０×１０^-3Torrに変更して；
あるいは成膜時の真空チャンバ１３２内の圧力のみを
３．０×１０^-3Torrおよび８．０×１０^-3Torrに変更し
て；それ以外は同様にして、前記実施例３および実施
例４と同様にして、１μｍ、２μｍおよび３μｍのカー
ボン保護膜を形成して作製した、各種のサーマルヘッド
を用いて行ったが、いずれの場合も前記実施例３および
４と同様の良好な結果が得られた。

【００９０】［比較例］下記の各種のサーマルヘッドを
用意した。ａ．前記各実施例で、基となったサーマルヘッド（京セ
ラ社製 KGT-260-12MPH8）ｂ．成膜時における高周波自己バイアス電圧を−２００
Ｖで一定とした以外は、前記実施例１と同様にして作製
した、厚さ２μｍで、ビッカーズ硬度が２５００kg/mm²
で均一なカーボン保護膜を有するサーマルヘッド。ｃ．成膜時における水素ガス流量をアルゴンガス流量に
対して５％で一定とした以外は、前記実施例３と同様に
して作製した、厚さ２μｍで、ビッカーズ硬度が２２０
０kg/mm²で均一なカーボン保護膜を有するサーマルヘッ
ド。

【００９１】＜性能評価＞このような３種類の本発明の
サーマルヘッドを用いて、実施例１と同様の性能評価を
行った。その結果、ｂおよびｃのサーマルヘッドは、５
０００枚の記録を終了する前に、カーボン保護膜の割れ
や剥離が生じてしまった。また、ａのサーマルヘッド
は、窒化珪素保護膜に２μｍの摩耗が発生してしまっ
た。以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

【００９２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、保護膜の腐食や摩耗が極めて少なく、しかも熱
や機械的衝撃に対しても保護膜の割れや剥離の発生も好
適に防止して、十分な耐久性を有し、長期に渡って高い
信頼性を発揮し、これにより、長期に渡って高画質の感
熱記録を安定して行うことができるサーマルヘッドを実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドを利用する感熱記録
装置の一例の概念図である。

【図２】本発明のサーマルヘッドの発熱素子の構成を
示す概略図である。

【図３】本発明のサーマルヘッドのカーボン保護膜を
形成する（プラズマ）ＣＶＤ装置の一例の概念図であ
る。

【図４】本発明のサーマルヘッドのカーボン保護膜を
形成するスパッタリング装置の一例の概念図である。

【符号の説明】

１０（感熱）記録装置１４装填部１６供給搬送手段２０記録部２２排出部２４マガジン６６サーマルヘッド８０基板８２グレーズ層８４発熱抵抗体８６電極８８下層保護膜９０カーボン保護膜１００（プラズマ）ＣＶＤ装置１０２，１３２真空チャンバ１０４，１３４ガス導入部１０６プラズマ発生手段１０８，１３８基板ホルダ１１０基板バイアス電源１１２，１４０排気手段１１４マイクロ波電源１１６磁石１１８マイクロ波導入管１２０同軸変換器１２２誘電体板１２４放射状アンテナ１３０スパッタリング装置１３６スパッタリング手段１４２カソード１４４ターゲット材１４６シャッタ１４８磁石１５０バイアス電源１５２直流電源１５４バッキングプレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体を保護する保護膜として、炭素を主
成分とし、厚み方向に硬度差を持つ保護膜を有すること
を特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】前記硬度差が、ピッカーズ硬度で１００kg
/mm²以上である請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】前記炭素を主成分とする保護膜の発熱体側
に、下層保護膜としてセラミックを主成分とする保護膜
を少なくとも１層有する請求項１または２に記載のサー
マルヘッド。
【請求項４】炭素を主成分とするガスをイオン化した雰
囲気中において、発熱体表面に高周波バイアス電圧を印
加し、かつ前記高周波バイアス電圧を変更することによ
り、前記発熱体表面に厚み方向に硬度差を持つ保護膜を
形成してなることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項５】炭素を主成分とする固体を蒸発すると共に
水素ガスが流入された雰囲気中において、発熱体表面に
プラズマを発生をさせると共に高周波バイアス電圧を印
加し、かつ前記水素ガスの流量を変更することにより、
前記発熱体表面に厚み方向に硬度差を持つ保護膜を形成
してなることを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項６】発熱体を含むサーマルヘッドの少なくとも
一部をチャンバ内に配置し、前記チャンバ内に炭素を主
成分とするガスを流入して、このガスをイオン化すると
共に、発熱体表面に高周波バイアス電圧を印加し、かつ
この高周波バイアス電圧を変更することにより、サーマ
ルヘッドの発熱体表面に、厚み方向に硬度差を持つ保護
膜を形成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方
法。
【請求項７】発熱体を含むサーマルヘッドの少なくとも
一部をチャンバ内に配置し、前記チャンバ内に水素ガス
を流入しつつ前記チャンバ内において炭素を主成分とす
る固体を蒸発させると共に、発熱体表面にプラズマを発
生させると共に高周波バイアス電圧を印加し、かつ前記
水素ガスの流入量を変更することにより、サーマルヘッ
ドの発熱体表面に、厚み方向に硬度差を持つ保護膜を形
成することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。