JPS6372559A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感熱記録用サーマルヘッドに関するもので、特
に耐摩耗層を熱伝導率が固体中で最大であり最も耐摩耗
性を有する炭素または炭素を主成分とする材料により設
けることを目的としている。

本発明は発熱体層を非晶質（アモルファス以下ＡＳとい
う）または５〜２０人の大きさの微結晶性を有する半非
晶質（セミアモルファス以下ＳＡＳという）の如きプラ
ズマ気相法による１００〜４５０°Ｃ好ましくは２００
〜３５０°Ｃの低温で形成する珪素または炭素を主成分
とする材料により設けることを目的としている。

本発明はかかる耐摩耗層または発熱層がプラズマ気相法
すなわち０．０１〜１０ｔｏｒｒの減圧下にて直流高周
波５００ＫＨｚ〜５０ＭＨｚ　）またはマイクロ波（例
えば２．４５ＧＨｚの周波数の電磁エネルギを加えてま
たはアーク放電を発生させてプラズマ化し、かかる電磁
エネルギにより気化した反応性気体例えばエチレン、プ
ロパン等の炭化水素ガスを活性化し、分解せしめること
により、＾ＳまたはＳＡＳの絶縁性の炭素または炭素中
に水素、珪素が３０モル％以下に含有した炭素を主成分
とする被膜を形成せんとするものである。

本発明はかかるプラズマ気相法により形成した炭素はそ
のエネルギバンド巾が２．３ｅＶ以上代表的には３ｅＶ
を有する絶縁体でありかつその熱伝導率は２．５以上代
表的には５．０（Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ）とダイヤモンドの
６．６０（Ｗ／　ｃｍ　ｄｅｇ）に近いきわめてすぐれ
た高い値を有する。

さらにビッカース硬度４５００ｋｇ／ａｍ”以上代表的
には６５００ｋｇ／ａｈａ”というダイヤモンドＩ（Ｕ
の硬さを有するきわめてすぐれた特性を見出しかかる特
性をサーマルヘッドに適用してすぐれた耐摩耗性、感熱
高速応答性を有せしめたものである。

さらに本発明はかかるＡＳまたはＳＡＳの４５０℃以下
で作られた炭素中に■価またはＶ価の不純物であるホウ
素またはリンを０．１〜３モル％の濃度に添加すると、
１０−”　〜１０−’（ΩＣ１）−’の電気伝導度を有
せしめることができる。そのためこの項番は発熱素子と
して用い、さらにその機械的特質により耐摩耗層を必ず
しも形成させる必要がない等の特性を存せしめることが
できるという他の特徴を有する。

本発明はさらに耐摩耗層を減圧状態のプラズマ気相法に
用いるため、発熱層の側部に対しても上面と同様の厚さ
で保護することができる。そのためこれまでスパッタ法
、常圧気相法等で作られた場合、この側面をおおうため
に結果として耐摩耗層を上面の厚さ２ｌ蹟以上（側面の
厚さ０．２μ−以上）を必要とした。しかし本発明にお
いては上面も側面もほぼ同じ厚さに形成可能なため、そ
の厚さは０．１〜０．３μ剛あれば十分であり、結果と
して厚さが約１／１０になったため、さらに感熱の応答
速度を向上させることができるようになった。

本発明において反応性気体は炭化水素例えばアセチレン
（ＣＪｔ）　、メタン系炭化水素（Ｃ，Ｈ，、やい等の
気体または珪素を一部に含んだ場合はテトラメチルシラ
ン（（ＣＨ＊）ｉＳｉ）　、テトラエチルシラン（（Ｃ
ｘｌｌｓ）ｎＳｉ　）等を用いてもよい、前者にあって
は炭素に水素が３０モル％以下特にＳＡＳとすると０．
０１〜５モル％と低く存在しつつも炭素同志の共有結合
が強くダイヤモンドと類僚の物性を有していた。また後
者にあっては水素が０．０１〜２０モル％を含み、さら
に珪素を炭素の１／３〜１／４含むいわゆる炭素過剰の
炭化珪素であり、主成分を炭素としている絶縁性材料（
光学的エネルギバンド巾Ｅｇ＞２．３ｅＶ代表的には３
．０ｅＶ）であった。

以下に図面に従って実施例を示す。

実施例１ 第１図は本発明に用いられたサーマルヘッドプリンタの
たて断面図を示す、第１図（Ｂ）は、第１図（Ａ）のＡ
−Ａ’の断面図を示す、（Ｃ）はＢ−Ｂ’の断面図を示
す。

図面において基板特にセラミック基板上にグレイズされ
たガラス層（２）、発熱体層（３）、電極（４）、耐摩
耗層（５）が積層して設けられている。また第１図（Ｃ
）に示す如く、感熱紙がこすられる部分は発熱層（３）
上に接して耐摩耗層（５）が設けられている。

本発明はこの耐摩耗層（５）を炭素または炭素を主成分
とした材料とし、この材料をプラズマ気相法により形成
するため、第１図（Ｂ）、（Ｃ）に示す如（、発熱体層
の側部の厚さが発熱体層上の厚さを概略一致させること
ができるという特徴を有する。

これは減圧下（０，０１〜１０ｔｏｒｒ）であり、反応
性気体の平均自由行程が長（なり気相法を行うに際して
も側辺へのまわりごみが大きいためである。

加えてプラズマ化し反応性気体同志に大きな運動エネル
ギを与えて互いに衝突させ、四方六方への飛翔を促して
いることにある。

耐摩耗層に関しては、以下の如くにして作製した。すな
わち被形成面を有する基板を反応容器内に封入しこの反
応容器を１０−’ｔｏｒｒまでに真空引きをするととも
に、この基板を加熱炉により１００〜４５０℃好ましく
は２００〜３５０　’Ｃ例えば３ｏｏ℃ニ加熱した。こ
の後この雰囲気中に水素ヘリュームを導入し、１〇−冨
〜１０ｔｏｒｒにした後誘導方式または容量結合方式に
より電磁エネルギを加えた０例えば加える。電気エネル
ギの周波数は１３．５６ＭＨ２，出力は５０〜５００Ｗ
とし、その実質的な電極間隙は１５〜１５０　Ｃ１ｌと
ながくした。それはプラズマ化した時の反応性気体であ
る炭素はきわめて安定な材料であるため各元素または炭
素が会合した会合分子に対し高いエネルギを与え炭素同
志互いに共有結合をさせるためである。形成された被膜
に関して出力が５０〜１５０Ｗを加えた時はＡＳが２５
０〜５ｏｏｗを加えた時はＳＡＳが、その中間ではそれ
らが混合した構造が電子線回折では観察された。

さらにこのプラズマ化した雰囲気に対し、炭化物気体例
えばメチタンまたはプロパンを導入した。

するとこの反応性気体が脱水素化し、炭素の結合が互い
に共有結合し合って、被形成面に炭素被膜を形成させる
ことができた。

基板の温度が１００〜２００°Ｃにては、硬度が若干低
く、また基板への密着性が必ずしも好ましいものではな
かったが、２００°Ｃ以上特に２５０〜３５０°Ｃにお
いては、きわめて安定な強い被形成面への密着性を有し
ていた。

加熱処理は４５０℃以上にすると、基板との熱膨張係数
の差によりストレスが内在してしまい問題があり、２５
０〜４５０℃で形成された被膜が理想的な耐摩耗材料で
あった。

出発物質を丁ＭＳ（（ＣＨｚ）ｎｓｉ）　、ＴＥＳ（（
Ｃ２Ｈ４）４Ｓｉ　）を用いると、形成された被膜には
珪素が１５〜３０原子％含まれる炭素を主成分とする被
膜であった。

これでも炭素のみと同様の硬度があった。熱伝導度は炭
素のみが５Ｗ／ｃｍｄｅｇであったが２〜３Ｗ／ａａｄ
ｅｇと少なかった。

以上の如くにして形成された炭素被膜は０．０５〜０．
２μ鴎の厚さすなわち従来の１１５〜１　／１０の薄さ
であっても１０’時間の使用に耐える耐摩耗性を有して
いた。

実施例２ この実施例は実施例１と同様の硬度のサーマルヘッドを
実施例１と同様のプラズマ気相法を用いて発熱体層を形
成させた場合である。

その製造は実施例１と同様の条件のプラズマ気相法とし
た。しかし形成される被膜が導電性（抵抗性）または半
導体性であることを必要とするため、形成された被膜は
■価またはＶ価の不純物例えばホウ素またはリンを添加
例えば不純物気体／珪化物気体＝０．０１％以下に添加
したＡＳまたはＳＡＳの珪素被膜またはかかる不純物を
不純物気体／炭化物気体−０，０１〜３％に添加した抵
抗性または半導体性の炭素を主成分とする被膜を形成せ
しめた。

すなわち前者の珪素被膜に関しては、出発物質をシラン
（ＳｉｎＨｚｎ−ｚ　ｎ≧１）四フッ化珪素を用い同様
の１００〜４５０°Ｃ例えば２００　’　〜３５０°Ｃ
にて形成させた。高周波エネルギは１３．５６ＭＨｚを
１０〜５０Ｗとして、ＡＳ、または５０〜２００　Ｗと
してＳＡＳを形成させた。■価の不純物は例えばホウ素
をＢ、Ｒｈ用いてまたＶ価の不純物は例えばリンをＰＨ
，を用いて前記した比の如く微少なドープまたはノンド
ープをして用いた。形成された被膜中に水素が２０モル
％以下に含有したが発熱させることによりそれらは外部
に放出されてしまった。

また炭素においては、実施例１と同様のアセチレンを用
いた。ここにＢＪｈ／ＣＪｚ＝０．０１〜３％、ＰＨ３
／Ｃｄｈ−０，０１〜３％として形成させた。その結果
形成された被膜の電気伝導度は１０−ｓ〜ｉｏ−’　＜
ΩＣ１１）−’が得られた０以上の説明より明らかな如
く、本発明はその基本思想としてプラズマ気相法を用い
るため、基板温度が１００〜４５０°Ｃ代表的には２５
０〜４００℃特に３００　’Ｃという従来の被膜形成方
法で考えるならば低い温度で可能である。特に５００°
Ｃ以下であることは基板材料としてガラスを用いる時そ
の熱膨張の歪に対しきわめてこれを少なくし、従来の高
温処理による基板のそり等の大きな欠点を防ぐことがで
きた。そのためこれまでのサーマルプリンタの発熱部が
１ｍｍあたり６本しか作れなかったが、これを２４本に
まで高めることができるようになった。

以上の説明より明らかな如（、本発明はそのエネルギバ
ンド巾２．ＯｅＶ以上代表的には２．５〜３ｅＶを有す
る絶縁性の透光性炭素を耐摩耗性材料として用いたこと
、さらに炭素または炭素を主成分とする抵抗体または半
導体を発熱体層として用いたことを特徴としている。そ
のために本発明はプラズマ気相法によりその一方または
双方を形成せしめ、従来の気相法で形成された温度より
も３００〜５００°Ｃも低い５００°Ｃ以下の温度で作
ることができ基板材料の選定に大きな自由度を得、低価
格化にきわめてすぐれた特徴を有していた。

本発明の方法により、サーマルヘッドの発熱体層上面と
側面の厚さをほぼ同じ厚さに形成できるため従来方法の
ようにその厚さの１番薄い部分の厚さを必要量以上にす
ると、逆に厚（形成される部分はその１０倍も厚くなる
ということがない。

また、上面と側面をおおった場合、基板と発熱体層の密
着力を高めるという効果を持つ。

本発明はプラズマ気相法を主として記した。しかしかか
る耐摩耗性が得られる限りにおいてイオンブレーティン
グその他のプラズマまたはレーザ等の電磁エネルギ、光
エネルギを用いてもよい。

本発明の実施例においての第１図の構造はその一例を示
したもので、発熱体層を単結晶としてトランジスタ構造
であってもよく、その他シリコンメサ構造、プレナー構
造等に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサーマルプリンタのたて断面図を示す
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発熱体層上および基板上に耐摩耗層として２．５（
   ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ）以上の熱伝導率を有する炭素または
   炭素を主成分とする被膜を用いたサーマルヘッド。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記炭素又は炭素
   を主成分とする被膜はダイヤモンドと類似の物性を有す
   ることを特徴とするサーマルヘッド。