JPH11334123A

JPH11334123A - 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: JPH11334123A
Application number: JP14775898A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kashiwatani; 誠柏谷; Junichi Yoneda; 純一米田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた耐久性を有し、しかも、スティッキング
に起因する記録時の騒音が小さく、静かな感熱記録を行
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】発熱素子を保護する保護膜として、炭素を
主成分とするカーボン保護膜を含む少なくとも１層の保
護膜を有し、このカーボン保護膜が、炭素を主成分とす
る複数の突起を有することにより、また、前記カーボン
保護膜をスパッタリングで形成し、かつスパッタリング
のパワーを調整することにより、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、発熱素子が一
方向（主走査方向）に配列された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、記録画像に応じて、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画像記録を行う。

【０００４】サーマルヘッドのグレーズには、発熱素子
等を保護するため、その表面に保護膜が形成されてい
る。保護膜は、通常、窒化珪素等のセラミックで形成さ
れるが、保護膜の表面は、感熱記録時に加熱されて感熱
材料と慴接するため、記録を重ねるにしたがって摩耗し
て劣化し、保護機能が損なわれ、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
持体を使用し、さらに、記録温度や、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、サーマルヘッドの保護膜にかかる負担が大きく、摩
耗や腐食が進行し易くなっている。

【０００５】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、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６１−５３９５５号各公報には、サ
ーマルヘッドの保護膜として、ビッカーズ硬度が４５０
０kg／mm²以上のカーボン保護膜を有するサーマルヘッ
ドが、また、特開平７−１３２６２８号公報には、シリ
コン系化合物からなる下層保護膜と、その上層のカーボ
ン保護膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）との２層構
成の保護膜を有するサーマルヘッド、それぞれが開示さ
れている。このようなカーボン保護膜は、ダイアモンド
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
摺接に対して、非常に優れた耐摩耗性や耐蝕性を発揮す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、サーマルヘ
ッドを用いた感熱記録における問題点の一つとして、ス
ティッキングが挙げられる。前述のように、感熱記録で
は、サーマルヘッドと感熱材料とを相対的に移動しつ
つ、発熱素子によって感熱材料を加熱して画像記録を行
うが、この記録の際に、感熱材料の表面が熱で溶融し
て、サーマルヘッド（グレーズ）に貼り付いた状態とな
ってしまう。そのため、この貼り付きと搬送とが繰り返
し行われる、いわゆるスティッキング（スティック−ス
リップ）が発生し、これに起因して騒音や画像の白飛び
（スジむら）が発生する。本発明者らの検討によれば、
前述のカーボン保護膜は、スティッキングが発生し易
く、これに起因する記録時の騒音や画像のスジむらが特
に問題になる。

【０００７】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（カー
ボン保護膜）を有するサーマルヘッドであって、優れた
耐久性を有する上に、スティッキングの発生が少なく、
これに起因する記録時の騒音が小さく、静かな感熱記録
を行うことができ、また、スティッキングに起因するス
ジむらのない高画質な感熱記録を行えるサーマルヘッ
ド、およびその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のサーマルヘッドは、発熱素子を保護する保
護膜として、炭素を主成分とするカーボン保護膜を含む
少なくとも１層の保護膜を有し、前記カーボン保護膜
が、炭素を主成分とする複数の突起を有することを特徴
とするサーマルヘッドを提供する。

【０００９】前記サーマルヘッドにおいて、前記突起の
高さが０．０１μｍ〜１μｍであるのが好ましく、ま
た、前記突起が、前記カーボン保護膜中に含有される、
直径０．０５μｍ〜５μｍの以下の炭素を主成分とする
微粒子によって形成されるのが好ましい。

【００１０】また、本発明のサーマルヘッドの製造方法
は、サーマルヘッドの表面に、均質な膜を形成する出力
のスパッタリングによって炭素を主成分とするカーボン
膜を形成し、その上に、前記均質な膜の形成よりも強い
出力のスパッタリングによって炭素を主成分とするカー
ボン膜を形成し、その上に、均質な膜を形成する出力の
スパッタリングによって炭素を主成分とするカーボン膜
を形成することにより、発熱素子を保護する保護膜を形
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。

【００１１】

【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。

【００１２】図１に、本発明にかかるサーマルヘッドを
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２４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。なお、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
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、通常の感熱材料である。

【００１３】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、挿入口３０から記録装置１０内に
挿入され、案内板３２、案内ロール３４および停止部材
３６の作用によって記録装置１０の所定位置に装填され
る。

【００１４】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、吸盤４０を用いる枚葉
機構、搬送手段４２、搬送ガイド４４、および規制ロー
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と同軸のプーリを含む３つのプ
ーリ４７と、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。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、規制ローラ対５２で先端
位置決めされて、サーマルヘッド６６の温度確認後に、
記録部２０に搬送される。

【００１５】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Ｂ４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
図１および図２において紙面と垂直方向）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、主走
査方向の軸６８ａを軸に回動可能な支持部材６８に支持
されている。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。

【００１６】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、図中上側に弾性体である粘着ゴムローラ
を有し、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。

【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のグレー
ズを感熱材料Ａに押圧しつつ、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、サーマ
ルヘッド６６のグレーズに形成された各発熱素子を発熱
することにより、感熱材料Ａに感熱記録を行う。画像を
記録された感熱材料Ａは、ガイド６２に案内されつつ、
プラテンローラ６０と搬送ローラ対６３に搬送され、排
出部２２のトレイ７２に排出される。

【００１８】図２に、サーマルヘッド６６のグレーズの
概略断面図を示す。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と、その上に形成される発熱（抵抗）体
８４と、その上に形成される電極８６と、その上に形成
される、発熱体８４および電極８６からなる発熱素子等
を護するための保護膜とを有して構成される。サーマル
ヘッド６６のグレーズの保護膜は、発熱体８４および電
極８６を覆って形成される下層保護膜８８と、下層保護
膜８８の上に形成される中間層保護膜９０（以下、中間
層９０とする）と、中間層９０の上に形成される炭素を
主成分とする保護膜すなわちカーボン保護膜９２とから
なる３層構成を有する。

【００１９】本発明のサーマルヘッド６６は、保護膜以
外は、基本的に公知のサーマルヘッドと同様の構成を有
する。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、発熱体８４としてはニクロム
（Ni-Cr)、タンタル、窒化タンタル等の発熱抵抗体が、
電極８６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（発熱素子）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。

【００２０】サーマルヘッド６６は、前述のような３層
構成の保護膜を有する。最下層の下層保護膜８８として
は、サーマルヘッドの保護膜となりうる耐熱性、耐蝕性
および耐摩耗性を有する材料であれば、公知の材料が各
種利用可能であり、好ましくは、各種のセラミックス材
料が例示される。具体的には、窒化珪素(Si₃N₄) 、炭化
珪素(SiC) 、酸化タンタル(Ta₂O₅) 、酸化アルミニウム
(Al₂O₃) 、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(Se
O) 、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、機械的摩耗や化学的摩耗に対する耐摩耗性等の点
で、窒化物、炭化物が好ましく、窒化珪素、炭化珪素、
サイアロン等が好適に利用される。また、下層保護膜８
８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）の形成方法を用いて形成す
ればよい。

【００２１】下層保護膜８８の厚さには特に限定はない
が、好ましくは０．２μｍ〜２０μｍ程度、より好まし
くは２μｍ〜１５μｍ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。

【００２２】図示例のサーマルヘッド６６は、好ましい
態様として、このような下層保護膜８８の上に中間層９
０を形成し、その上にカーボン保護膜９２を有する３層
構成の保護膜を有する。前述のように、カーボン保護膜
９２は化学的に非常に安定であるため、下層保護膜８８
の上層にカーボン保護膜９２を有することにより、下層
保護膜８８、発熱抵抗体８４、電極８６等の化学腐食を
有効に防止し、サーマルヘッドの寿命を長くすることが
できるが、さらに、この中間層９０を有することによ
り、下層保護膜８８とカーボン保護膜９２の密着性、衝
撃吸収性等を向上し、より、耐久性や長期信頼性に優れ
た、長寿命のサーマルヘッドを実現できる。

【００２３】サーマルヘッド６６に形成される中間層９
０としては、周期表４Ａ族（４族＝チタン族）の金属、
同５Ａ族（５族＝バナジウム族）の金属、同６Ａ族（６
族＝クロム族）の金属、Ｓｉ（珪素）およびＧｅ（ゲル
マニウム）からなる群より選択される少なくとも１種を
主成分とするのが、上層であるカーボン保護膜９２およ
び下層である下層保護膜８８との密着性、ひいてはカー
ボン保護膜９２の耐久性の点から好ましい。具体的に
は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、
Ｍｏ（モリブデン）およびこれらの混合物等が好適に例
示される。中でも特に、カーボンとの結合性等の点で、
Ｓｉ、Ｍｏが好ましく、最も好ましくはＳｉである。

【００２４】中間層９０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、中
間層９０の形成材料に応じた公知の成膜方法で形成すれ
ばよいが、好ましい一例として、スパッタリングが例示
される。また、中間層９０は多層構成としてもよい。中
間層９０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。

【００２５】ここで、中間層９０の形成に先立って、ラ
ッピングやエッチング等による処理を行い、下層保護膜
８８の表面を適度に荒らしておくのが好ましい。これに
より、下層保護膜８８と中間層９０との間、ならびに、
中間層９０とカーボン保護膜９２との間における密着力
をより一層向上でき、サーマルヘッドの耐久性をさらに
向上できる。この際における下層保護膜８８の表面粗度
には特に限定はないが、Ｒａ値（中心線平均粗さ）で１
ｎｍ〜０．１μｍが好適である。

【００２６】図示例のサーマルヘッド６６において、炭
素を主成分とするカーボン保護膜９２は、この中間層９
０の上に形成される。カーボン保護膜９２は化学的に非
常に安定であるため、下層保護膜８８の化学腐食を有効
に防止し、サーマルヘッドの耐久性向上に好適であるの
は前述の通りである。なお、本発明において、炭素を主
成分とするカーボン保護膜９２とは、５０ａｔｍ％超の
炭素を含有するカーボン膜で、好ましくは炭素および不
可避的不純物からなるカーボン膜のことである。本発明
のサーマルヘッドにおいて、カーボン保護膜９２を形成
する炭素以外の添加成分としては、水素、窒素、フッ
素、Ｓｉ、およびＴｉ等が好適に例示される。添加成分
が水素、窒素およびフッ素である場合には、カーボン保
護膜９２中のこれらの含有量が５０ａｔｍ％未満である
のが好ましく、添加成分がＳｉおよびＴｉである場合に
は、カーボン保護膜９２中のこれらの含有量が２０ａｔ
ｍ％以下であるのが好ましい。

【００２７】ここで、本発明のサーマルヘッド６６にお
いては、カーボン保護膜９２は、炭素を主成分とする突
起を有する。図３に、図２に示されるサーマルヘッド６
６のカーボン保護膜９２を拡大した概念図を示す。図示
例のカーボン保護膜９２は、カーボン保護膜９２中に、
カーボンを主成分とする略球形の微粒子９４（以下、カ
ーボン微粒子９４とする）を有することにより、表面に
カーボンを主成分とする突起９６を形成してなるもので
ある。なお、本発明にかかる突起および微粒子におい
て、炭素を主成分とするとは、前記カーボン保護膜と同
様である。

【００２８】本発明のサーマルヘッド６６は、このよう
な突起９６を有するカーボン保護膜９２を有することに
より、カーボン保護膜による優れた耐摩耗性等に耐久性
に加え、サーマルヘッド６６（グレーズ）と感熱材料Ａ
との接触面積を低減して、前述のスティッキングを大幅
に低減することができ、これに起因する騒音を低減し
て、静粛な感熱記録を行うことができ、また、白飛び
（スジむら）のない高画質な感熱記録を行うことができ
る。

【００２９】突起９６の形状やサイズには特に限定はな
いが、スティッキングの好適な低減ができる等の理由
で、０．０１μｍ〜１μｍ、特に、０．０２μｍ〜０．
５μｍの高さで、頂部が球面のものであるのが好まし
い。なお、図示例のように、突起９６をカーボン微粒子
９４によって形成する際には、カーボン微粒子９４は、
直径が０．０５μｍ〜５μｍ、特に０．１μｍ〜２μｍ
の略球形であるのが好ましい。また、突起９６の数にも
特に限定はないが、スティッキングの好適な低減等の理
由で、発熱素子１ドット(dot) 当たり１〜２０個、特
に、２個〜１０個とするのが好ましい。

【００３０】このような突起９６を有するカーボン保護
膜９２の好ましい形成方法として、焼結カーボン材をタ
ーゲットとして用いたスパッタリングにおいて、スパッ
タリングの投入パワーをコントロールしてカーボン保護
膜９２を形成する、本発明ののサーマルヘッドの製造方
法が例示される。

【００３１】具体的には、例えば焼結カーボン材をター
ゲットとして、まず、通常の均質な膜を形成するパワー
（出力）でカーボン膜（第１カーボン層９２ａ）を形成
し、続けて、パワーを向上して、前記通常の成膜よりも
高いパワーでカーボン膜（第２カーボン層９２ｂ）を形
成する。ここで、焼結カーボン材をターゲットとしたス
パッタリングでは、パワーが高いと、適正なスパッタリ
ングのように焼結カーボン材のカーボンが原子レベルで
飛ばず、略球形の微粒子状で飛んでしまう、いわゆるス
プラッシュが発生する。そのため、高パワーで成膜を行
った第２カーボン層９２ｂは、略球形のカーボン微粒子
９４が付着したカーボン膜となる。このようにして第２
カーボン層９２ｂを形成したら、パワーを落として、前
記第１カーボン層９２ａと同様のパワーでカーボン膜
（第３カーボン層９２ｃ）を形成する。これにより、カ
ーボン微粒子９４を含む第２カーボン層９２ｂが第３カ
ーボン層９２ｃで覆われ、図３に示されるような、カー
ボン微粒子９４によって形成された突起９６を有するカ
ーボン保護膜９２が形成される。すなわち、図示例のカ
ーボン保護膜９２は、３層構成に相応する。

【００３２】第２カーボン層９２ｂを成膜する際の投入
パワーは、スプラッシュを発生させて、所望する粒径の
カーボン微粒子９４を付着せしめる成膜条件を成膜装置
等に応じて適宜選択すればよいが、通常、第１カーボン
層９２ａ等の成膜の２倍〜１０倍程度とすればよい。

【００３３】本発明のサーマルヘッドにおいて、カーボ
ン保護膜９２は、図示例のような３層構成に限定はされ
ず、例えば、第３カーボン層９２ｃを有さない、あるい
は第１カーボン層９２ａを有さない２層構成や、第３カ
ーボン層９２ｃも第１カーボン膜９２ａも有さない１層
構成であってもよい。ただし、カーボン微粒子９４を利
用して突起９６を形成する場合には、カーボン微粒子９
４が外部に露出していると、記録時に加わる力や衝撃等
でカーボン微粒子９４が脱落し、ピンホール化してしま
うと共に、そこからカーボン保護膜９２が剥離してしま
う可能性が高くなるので、この態様においては、図示例
のように、カーボン微粒子９４を覆ってカーボン膜を形
成するのが好ましい。

【００３４】なお、本発明のサーマルヘッドにおいて、
炭素を主成分とする突起を有するカーボン保護膜の構
成、およびその形成方法は、上述の例に限定されないの
はもちろんである。

【００３５】カーボン保護膜９２の硬度には特に限定は
なく、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。例えば、ビッカーズ硬度で３０００kg/mm²〜
５０００kg/mm²が好適に例示される。また、この硬度
は、カーボン保護膜９２の厚さ方向に対して、一定とし
ても、あるいは変化させてもよく、硬度をカーボン保護
膜９２の厚さ方向に変化させる場合には、この硬度の変
化は連続的であっても段階的であってもよい。

【００３６】また、カーボン保護膜９２は、５０℃〜４
００℃程度、特に、サーマルヘッド６６の使用温度に加
熱しながら形成してもよい。これにより、カーボン保護
膜９２と中間層９０ひいては下層保護膜８８との密着性
をさらに向上でき、ヒートショックや感熱記録中の異物
混入による機械的衝撃による割れや剥離、ならびに高パ
ワー記録によるカーボン膜の変質や消失に対する、より
一層優れた耐久性を得ることができる。なお、加熱は、
ヒータ等の加熱手段を用いる方法や、サーマルヘッド６
６に通電する方法で行えばよい。

【００３７】３層構成の保護膜を有するサーマルヘッド
６６において、中間層９０およびカーボン保護膜９２の
厚さには特に限定はないが、好ましくは、中間層９０は
０．０５μｍ〜２μｍ、より好ましくは０．１μｍ〜１
μｍであり、カーボン保護膜９２（突起９６を除く）は
０．５μｍ〜５μｍ、より好ましくは１μｍ〜３μｍで
ある。中間層９０がカーボン保護膜９２に対して厚すぎ
ると、中間層９０の割れ、剥離が生じる場合があり、逆
に、中間層９０が薄すぎると、中間層としての機能を十
分に発揮できなくなってしまう。これに対し、中間層９
０およびカーボン保護膜９２の厚さを上記範囲内とする
ことにより、中間層９０の有する下層への密着力および
衝撃吸収力、カーボン保護膜９２の有する耐久性等の機
能を、安定して、バランス良く実現できる。

【００３８】なお、本発明のサーマルヘッドに形成され
る保護膜は、このような３層構成に限定はされず、突起
を有するカーボン保護膜９２を有するものであれば、各
種の構成が利用可能である。例えば、中間層９０を有さ
ず、下層保護膜８８の上にカーボン保護膜９２を形成し
た２層構成の保護膜であってもよく、あるいは、中間層
９０も下層保護膜８８も有さず、発熱体８４および電極
８６の上に、直接、カーボン保護膜９２を形成した１層
構成の保護膜でもよい。

【００３９】保護膜が中間層９０を有さない２層構成の
場合には、下層保護膜８８の厚さは２μｍ〜５０μｍ、
特に、４μｍ〜２０μｍが好ましく、カーボン保護膜９
２の厚さ（突起を除く）は０．１μｍ〜５μｍ、特に、
１μｍ〜３μｍが好ましい。さらに、保護膜が下層保護
膜８８も中間層９０も有さない１層構成の場合には、カ
ーボン保護膜９２の厚さ（突起を除く）は１μｍ〜２０
μｍ、特に、２μｍ〜１０μｍが好ましい。上記範囲と
することにより、耐摩耗性や耐久性と、熱伝導性とのバ
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。

【００４０】図４に、本発明のサーマルヘッドの製造に
好適な成膜装置の概念図を示す。図示例の成膜装置１０
０は、基本的に、真空チャンバ１０２と、ガス導入部１
０４と、第１スパッタリング手段１０６と、第２スパッ
タリング手段１０８と、バイアス電源１１２と、基板ホ
ルダ１１４とを有して構成される。

【００４１】この成膜装置１００は、系内すなわち真空
チャンバ１０２内に２つのスパッタリングによる成膜手
段を有するものであり、成膜基板となるサーマルヘッド
６６を系内から取り出すことなく、異なるターゲットを
用いたスパッタリングによって中間層９０（あるいは下
層保護膜８８）とカーボン保護膜９２を連続的に成膜で
きる。従って、成膜装置１００を用いることにより、異
なる組成の複数層の成膜を系内の開放等を行わずに連続
的に行うこと等が可能ある。

【００４２】真空チャンバ１０２は、ＳＵＳ３０４等の
非磁性材料で形成されるのが好ましく、内部（成膜系
内）を排気して減圧とする真空排気手段１１６が配置さ
れる。また、真空チャンバ１０２内のプラズマやプラズ
マ発生用の電磁波によってアークが発生する箇所は、Ｍ
Ｃナイロン、テフロン（ＰＴＦＥ）等の絶縁部材で覆っ
てもよい。

【００４３】ガス導入部１０４は、２つのガス導入管１
０４ａおよびガス導入管１０４ｂを有する。一例とし
て、ガス導入管１０４ａから、プラズマを発生するため
のガスを導入する。なお、プラズマ発生用のガスとして
は、例えば、ヘリウムやネオン等の不活性ガスが用いら
れる。

【００４４】スパッタリングでは、カソードにスパッタ
リングするターゲット材を配置し、カソードを負電位に
すると共に、ターゲット材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（その原子）を弾き出し
て、対向した配置した基板の表面に付着させ、堆積する
ことにより成膜する。第１スパッタリング手段１０６お
よび第２スパッタリング手段１０８は、共に、スパッタ
リングによって基板表面に成膜するものであり、第１ス
パッタリング手段１０６は、カソード１１８、ターゲッ
ト材１２０の配置部、シャッタ１２２および直流電源１
２４等を有して構成され、他方、第２スパッタリング手
段１０８は、カソード１２６、ターゲット材１２０の配
置部、シャッタ１２８および直流電源１３０等を有して
構成される。上記構成より明らかなように、第１スパッ
タリング手段１０６と第２スパッタリング手段１０８
は、配置位置が異なる以外は基本的に同じ構成を有する
ので、以下の説明は、第１スパッタリング手段１０６を
代表例として行う。

【００４５】ターゲット材１２０の表面にプラズマを発
生する際には、直流電源１２４および１３０のマイナス
側を直接カソード１１８（１２６）に接続し、例えば、
３００Ｖ〜１０００Ｖの電圧を印加する。直流電源１２
４および１３０の出力は、目的とする成膜に必要にして
十分な出力を有するものを選択すればよい。また、成膜
に高周波（ＲＦ）電力を用いる場合には、直流電源１２
４および１３０に、それに対応する変調手段を設けても
よい。

【００４６】図示例においては、無酸素銅やステンレス
等からなるバッキングプレート１３２（１３４）をカソ
ード１１８に固定し、その上にターゲット材１２０をＩ
ｎ系ハンダや機械的な固定手段で固定する。なお、中間
層９０の形成に用いられるターゲット材１２０として
は、４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の各金属や、ＧｅやＳｉの
単結晶等が好適に例示される。また、カーボン保護膜９
２を形成するために用いられるターゲット材１２０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、図示例の装置は、マグネトロンス
パッタリングを行うものであり、カソード１１８の内部
には、磁石１１８ａ（１２６ａ）が配置される。マグネ
トロンスパッタリングは、ターゲット材１２０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
うものであり、成膜速度が早い点で好ましい。

【００４７】図示例の成膜装置１００は、２つの成膜手
段を有するものであり、サーマルヘッド６６（グレー
ズ）等の被成膜材（成膜基板）を固定する基板ホルダ１
１４は各成膜手段、すなわちスパッタリング手段１０６
および１０８と、基板となるグレーズとを対向できるよ
うに、基板ホルダ１１４を揺動する回転基板１５０に保
持されている。また、基板ホルダ１１４とターゲット材
１２０との距離は、公知の方法で調整可能に構成され
る。なお、基板とターゲット材１２０との距離は、膜厚
分布が均一になる距離を選択設定すればよい。

【００４８】ここで、前述のように、下層保護膜８８の
表面や、中間層９０の表面は、必要に応じてエッチンッ
グで粗面化される。そのため成膜装置１００では、基板
ホルダ１１４に高周波電圧を印加するバイアス電源１１
２が接続される。

【００４９】以上、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付いて詳細に説明したが、本発
明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において、各種の改良や変更等を行ってもよいの
はもちろんである。

【００５０】

【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］基になるサーマルヘッドとして、京セラ社
製 KGT-260-12MPH8を用いた。なお、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、この
下層保護膜８８上に中間層９０が形成され、この中間層
９０上にカーボン保護膜９２が形成される。

【００５１】このようなサーマルヘッドに、以下のよう
な、図４に示される成膜装置１００を用いて、中間層９
０およびカーボン保護膜９２を形成した。

【００５２】ａ．真空チャンバ１０２真空排気手段１１６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、各１台ずつ有する、ＳＵＳ３０４製
で容積が０．５m³の真空チャンバ１０２を用いた。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。

【００５３】ｂ．ガス導入部１０４最大流量１００[sccm]〜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、２つのガス導入管１０４ａおよび１０４ｂを形成し
た。

【００５４】ｃ．第１スパッタリング手段１０６および
第２スパッタリング手段１０８永久磁石１１８ａおよび１２６ａとしてSm-Co 磁石を配
置した、幅６００mm×高さ２００mmの矩形のカソード１
１８および１２６を用いた。バッキングプレート１３２
および１３４として、矩形状に加工した無酸素銅を、カ
ソード１１８および１２６にＩｎ系ハンダで張り付け
た。また、カソード１１８および１２６内部を水冷する
ことにより、磁石１１８ａおよび１２６ａ、カソード１
１８および１２６、ならびにバッキングプレート１３２
および１３４裏面を冷却した。また、直流電源１２４お
よび１３０として、最大出力１０ｋＷの負電位の電源を
用いた。なお、この直流電源は、２ｋＨｚ〜１００ｋＨ
ｚの範囲でパルス状に変調できるように構成してある。

【００５５】ｄ．基板ホルダ１１４回転基板１５０の作用により、保持した基板（すなわ
ち、サーマルヘッド６６のグレーズ）を第１スパッタリ
ング手段１０６および第２スパッタリング手段１０８に
配置されたターゲット１２０に対向して保持する。以下
に示す、中間層９０およびカーボン保護膜９２の生成時
には、基板とターゲット材１２０の距離は１００mmとし
た。さらに、エッチング用の高周波電圧が印加できるよ
うに、サーマルヘッドの保持部分を浮遊電位にした。さ
らには、基板ホルダ１１４表面にはヒータを設け、加熱
しながら成膜を行えるように構成した。

【００５６】ｅ．バイアス電源１１２基板ホルダ１１４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、負の
１００Ｖ〜５００Ｖの範囲で高周波出力が調整可能に構
成されている。なお、このバイアス電源１１２は、基板
エッチング手段を兼ねている。

【００５７】＜サーマルヘッドの作製＞このような成膜
装置１００において、サーマルヘッドのグレーズ６６が
第１スパッタリング手段１０６のターゲット材１２０の
保持位置に対向するように、基板ホルダ１１４にサーマ
ルヘッド６６を固定し、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。なお、サーマ
ルヘッドの中間層９０の形成部分以外にはマスキングを
施しておいた。真空排気を継続しながら、ガス導入部１
０４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５．０×１０^-3Torrになるように調整した。
次いで、基板に電圧を印加し、自己バイアス電圧−３０
０Ｖで１０分間、下層保護膜（窒化珪素膜）のエッチン
グを行った。

【００５８】エッチング終了後、ターゲット材１２０と
してＳｉ単結晶を第１スパッタリング手段１０６のバッ
キングプレート１３２に、また、焼結グラファイト材を
第２スパッタリング手段１０８のバッキングプレート１
３４に、それぞれ固定（Ｉｎ系ハンダで張り付け）し
て、その後、真空チャンバ１０２内を排気して、圧力が
５×１０^-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１２２を閉じた状態
でターゲット材１２０に、０．５ｋＷの電力を５分間印
加した。次いで、真空チャンバ１０２内の圧力を保った
まま、電力を２ｋＷの高周波電力としてシャッタ１２２
を開き、膜厚が０．２μｍとなるまでスパッタリングを
行い、厚さ０．２μｍのＳｉ膜を中間層９０として形成
した。なお、Ｓｉ膜の膜厚は、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。

【００５９】中間層９０の成膜後、回転基板１５０によ
ってグレーズを第２スパッタリング手段１０８のターゲ
ット材１２０（焼結グラファイト材）に向け、真空チャ
ンバ１０２内の圧力が５×１０^-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１２８を閉じた状態でターゲット材１２０に直流電力
０．５ｋＷを５分間印加した。次いで、真空チャンバ１
０２内の圧力を保ったまま、直流電力を２ｋＷとしてシ
ャッタ１２８を開いてスパッタリングを行い、厚さ０．
５μｍの第１カーボン層９２ａを形成し、次いで、直流
電力を６ｋＷに向上して厚さ１μｍの第２カーボン層９
２ｂを形成し、次いで、直流電力を２ｋＷに戻して厚さ
０．５μｍの第３カーボン層９２ｃを形成して、厚さ２
μｍのカーボン保護膜９２を形成し、サーマルヘッド６
６を作製した。なお、カーボン保護膜９２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。

【００６０】このようにして作製したサーマルヘッド６
６のカーボン保護膜９２を２００倍の光学顕微鏡で観察
したところ、カーボン保護膜９２中には直径０．１μｍ
〜２μｍのカーボン微粒子９４が存在しており、カーボ
ン保護膜９２には、発熱素子１ドット（８０μｍ×１１
０μｍ）当たりにして、５個の突起９６が形成されてい
た。また、突起９６の高さは、０．０２μｍ〜０．５μ
ｍであった。

【００６１】＜性能評価＞このようにして作製したサー
マルヘッド６６を、図１に示される感熱記録装置１０に
組み込み、Ｂ４サイズの感熱材料（富士写真フイルム社
製、ドライ画像記録用フィルムＣＲ−ＡＴ）を用いて、
感熱記録を行った。その結果、２５０００枚の感熱材料
に感熱記録を行った以降でも、スティッキングに起因す
る画像のスジむらは認められなかった。

【００６２】［実施例２］カーボン保護膜９２の形成に
おいて、第２カーボン層９２ｂの形成時の直流電力を８
ｋＷとした以外は、前記実施例１と同様にして、３層構
成の保護膜を有するサーマルヘッド６６を作製した。実
施例１と同様に、カーボン保護膜を観察したところ、カ
ーボン保護膜９２中には直径０．５μｍ〜２μｍのカー
ボン微粒子９４が存在しており、カーボン保護膜９２に
は、発熱素子１ｄｏｔ当たりにして、１０個の突起９６
が形成されていた。また、突起９６の高さは、０．０４
μｍ〜０．５μｍであった。このようにして作製したサ
ーマルヘッド６６を用いて、実施例１と同様に感熱記録
を行った結果、２５０００枚の感熱材料に感熱記録を行
った以降でも、スティッキングに起因する画像のスジむ
らは認められなかった。

【００６３】［比較例１］カーボン保護膜９２を形成す
る際の直流電力を２ｋＷで一定とした以外は、前記実施
例１と同様にして、３層構成の保護膜を有するサーマル
ヘッド６６を作製した。実施例１と同様に、カーボン保
護膜を観察したところ、カーボン保護膜９２中にはカー
ボン微粒子９４は確認されず、カーボン保護膜９２に突
起９６は形成されていなかった。このようにして作製し
たサーマルヘッド６６を用いて、実施例１と同様に感熱
記録を行ったところ、５０００枚の感熱材料に感熱記録
を行った時点で記録音が大きくなり、得られた画像を確
認したところ、スティッキングに起因する画像のスジむ
らが認められた。以上の結果より、本発明の効果は明ら
かである。

【００６４】

【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い十分な耐久
性を有し、長期に渡って高画質の感熱記録を安定して行
うことが可能である上に、スティッキングの発生を好適
におさえ、静粛でスジむらのない高画質な感熱記録が行
えるサーマルヘッドを実現できる。

【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の
概念図である。

【図４】本発明のサーマルヘッドの製造に利用される
成膜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中間層９２カーボン保護膜９４カーボン微粒子９６突起１００成膜装置１０２真空チャンバ１０４ガス導入部１０６第１スパッタリング手段１０８第２スパッタリング手段１１２バイアス電源１１４基板ホルダ１１６真空排気手段１１８，１２６カソード１２０ターゲット材１２２，１２８シャッタ１２４，１３０直流電源１３２，１３４バッキングプレートＡ感熱材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱素子を保護する保護膜として、炭素を
主成分とするカーボン保護膜を含む少なくとも１層の保
護膜を有し、前記カーボン保護膜が、炭素を主成分とす
る複数の突起を有することを特徴とするサーマルヘッ
ド。
【請求項２】前記突起の高さが０．０１μｍ〜１μｍで
ある請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】前記突起が、前記カーボン保護膜中に含有
される直径０．０５μｍ〜５μｍの以下の炭素を主成分
とする微粒子によって形成される請求項１または２に記
載のサーマルヘッド。
【請求項４】サーマルヘッドの表面に、均質な膜を形成
する出力のスパッタリングによって炭素を主成分とする
カーボン膜を形成し、その上に、前記均質な膜の形成よ
りも高い出力のスパッタリングによって炭素を主成分と
するカーボン膜を形成し、その上に、均質な膜を形成す
る出力のスパッタリングによって炭素を主成分とするカ
ーボン膜を形成することにより、発熱素子を保護する保
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。