WO2009157269A1 - 記録ヘッド、および該記録ヘッドを備える記録装置 - Google Patents

記録ヘッド、および該記録ヘッドを備える記録装置 Download PDF

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WO2009157269A1
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recording head
protective layer
heating element
head according
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浩史 舛谷
康二 越智
徹也 大久保
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京セラ株式会社
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    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
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    • B41J2/3353—Protective layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2/335—Structure of thermal heads
    • B41J2/33555—Structure of thermal heads characterised by type
    • B41J2/3357—Surface type resistors

Definitions

  • the present invention relates to a recording head having a protective layer covering a heating element, and a recording apparatus including the recording head.
  • Thermal printers are used as printers for facsimiles and registers.
  • This thermal printer includes a thermal head and a platen roller.
  • Some thermal heads mounted on this thermal printer have a plurality of heating elements and a protective layer.
  • the plurality of heating elements are arranged on the substrate.
  • This protective layer is located on the plurality of heat generating elements and has a function of protecting the heat generating elements.
  • the platen roller has a function of pressing the recording medium against a protective layer positioned on the heating element.
  • An example of this recording medium is thermal paper.
  • the heating element is caused to generate heat in accordance with a desired image, and the recording medium is pressed against the protective layer positioned on the generated heating element by a platen roller. Heat generated is transmitted to the recording medium. Desired printing on the recording medium is performed by repeating this process.
  • a thermal head using a diamond-like carbon film (hereinafter referred to as “DLC film”) having high wear resistance as a material for forming the protective layer has been developed.
  • DLC film diamond-like carbon film
  • the DLC film may be combined with oxygen in the air and sublimate in some cases.
  • Such sublimation occurs when, for example, the heating resistor is driven in a state where conveyance of the recording medium is stopped due to a conveyance abnormality of a conveyance unit that conveys the recording medium of the thermal printer, so that a so-called empty printing state is achieved.
  • the DLC film is sublimated in this manner, the wear resistance of the thermal head is remarkably lowered, and the function as the protective layer may not be satisfactorily maintained.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 7-132628 Japanese Patent Laid-Open No. 7-132628
  • the present invention has been conceived under such circumstances, and provides a recording head capable of maintaining a good function as a protective layer and a recording apparatus including the recording head. With the goal.
  • the recording head of the present invention has a substrate, a plurality of heating elements, and a protective layer.
  • the plurality of heating elements are located on the substrate.
  • the protective layer is provided on the plurality of heat generating elements, and includes a first layer and a second layer. The first layer and the second layer are alternately stacked a plurality of times.
  • the material for forming the second layer has higher resistance to sublimation than the material for forming the first layer.
  • the recording apparatus of the present invention includes the recording head of the present invention and a conveying means for conveying a recording medium.
  • the function as the protective layer can be maintained well.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a thermal head that is an example of an embodiment of a recording head of the present invention.
  • FIG. 2A is an enlarged plan view of a main part of the thermal head shown in FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line IIb-IIb shown in FIG. It is the figure which expanded further the principal part of the protective layer shown in FIG.2 (b).
  • 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a thermal printer which is an example of an embodiment of a recording apparatus of the present invention.
  • (A), (b) is a figure which shows the modification of the protective layer shown in FIG. 3, respectively. It is a figure which shows the modification of the protective layer shown in FIG.
  • the thermal head 10 of this example shown in FIGS. 1 to 3 includes a substrate 20, a heat storage layer 30, an electric resistance layer 40, a conductive layer 50, a protective layer 60, and a driving IC 70. .
  • the substrate 20 has a function of supporting the heat storage layer 30, the electric resistance layer 40, the conductive layer 50, the protective layer 60, and the drive IC 70.
  • substrate 20 is comprised by the rectangular shape extended in arrow direction D1, D2 in planar view.
  • the arrow directions D1 and D2 are main scanning directions of the thermal head 1.
  • the “plan view” means a view in the D6 direction in the arrow directions D5 and D6.
  • the arrow directions D5 and D6 are the thickness direction of the substrate 20.
  • the material for forming the substrate 20 include ceramics, glass, silicon, sapphire, and an insulating resin including an epoxy resin. Among these materials, glass, silicon, and sapphire are preferable from the viewpoint of high density printing.
  • the heat storage layer 30 has a function of temporarily storing a part of heat generated in a heating element 40a described later of the electric resistance layer 40. That is, the heat storage layer 30 plays a role of improving the thermal response characteristics of the thermal head 10 by shortening the time required to raise the temperature of the heating element 40a.
  • This heat storage layer 30 is located on the board
  • the arrow directions D3 and D4 are sub-scanning directions of the thermal head 10.
  • thermal conductivity include insulating material 0.7W ⁇ m -1 ⁇ K -1 or more 1.0W ⁇ m -1 ⁇ K -1 or less.
  • insulation refers to the extent to which current does not substantially flow.
  • the electrical resistivity is 1.0 ⁇ 10 12 ⁇ ⁇ m or more.
  • An example of such an insulating material is glass.
  • the heat storage layer 30 is provided, but the heat storage layer 30 may not be provided. As a case where the heat storage layer 30 is not provided, for example, a case where the substrate 20 is formed of glass can be mentioned.
  • the electric resistance layer 40 has a portion that functions as the heating element 40a.
  • the electrical resistance layer 40 is configured such that the electrical resistance value per unit length is larger than the electrical resistance value per unit length of the conductive layer 50.
  • a part of the electric resistance layer 40 is located on the heat storage layer 30.
  • a portion of the electrical resistance layer 40 to which a voltage is applied from the conductive layer 50 where the conductor layer 40 is not formed functions as the heating element 40a.
  • the material mainly forming the electric resistance layer 40 include a TaN material, a TaSiO material, a TaSiNO material, a TiSiO material, a TiSiCO material, and an NbSiO material.
  • the heating element 40a generates heat when a voltage is applied.
  • the heat generating element 40a is configured such that the heat generation temperature due to voltage application from the conductive layer 50 is in the range of 200 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, for example.
  • a plurality of the heat generating elements 40 a are provided, and are provided on the upper surface of the heat storage layer 30.
  • the plurality of heating elements 40a are arranged along arrow directions D1 and D2. In this example, the arrangement direction of the plurality of heating elements 40 a is the main scanning direction of the thermal head 10.
  • the conductive layer 50 has a function of applying a voltage to the heating element 40a.
  • the conductive layer 50 is located on the electric resistance layer 40.
  • the conductive layer 50 includes a first conductive layer 51 and a second conductive layer 52.
  • As a material mainly forming the conductive layer 50 for example, any one metal of aluminum, gold, silver, and copper, or an alloy thereof can be given.
  • the first conductive layer 51 is divided into a plurality. Each first conductive layer 51 has one end connected to one end of each of the plurality of heating elements 40a in an electrically independent state. Each first conductive layer 51 is electrically connected to the drive IC 70 at the other end. The first conductive layer 51 is located on the direction D4 side in the arrow directions D3 and D4 of the heating element 40a.
  • the second conductive layer 52 is provided integrally.
  • the second conductive layer 52 is electrically connected at its end to the other end of the plurality of heating elements 40a and a power source (not shown).
  • the second conductive layer 52 is located on the D3 direction side in the arrow directions D3 and D4 of the heating element 40a.
  • the protective layer 60 of the present example whose main part is shown in FIG. 3 has a function of protecting the heat generating element 40 a and the conductive layer 50.
  • the protective layer 60 is formed so as to cover the heating element 40 a and a part of the conductive layer 50.
  • a material mainly forming the protective layer 60 for example, a diamond-like carbon material (DLC material), a SiC-based material, a SiN-based material, a SiCN-based material, a SiON-based material, a SiONC-based material, and a SiAlON-based material.
  • DLC material diamond-like carbon material
  • SiO 2 -based material, Ta 2 O 5 -based material, TaSiO-based material, TiC-based material, TiN-based material, TiO 2 -based material, TiB 2 -based material, AlC-based material, and AlN-based material Examples include materials, Al 2 O 3 -based materials, ZnO-based materials, B 4 C-based materials, and BN-based materials.
  • the “diamond-like carbon material” refers to a film in which the proportion of carbon atoms (C atoms) taking sp 3 hybrid orbits is in the range of 1 atomic% to less than 100 atomic%.
  • the “ ⁇ -based material” is a material composed of Si atoms and C atoms, taking SiC-based material as an example, and different materials as well as materials having stoichiometric composition. A material having a ratio may be used.
  • a material mainly composed of a system material refers to a material whose main material is 50% by mass or more based on the whole, and may contain, for example, an additive.
  • the protective layer 60 includes a base layer 61, a plurality of first layers 62, and a plurality of second layers 63.
  • the foundation layer 61 is in contact with the electric resistance layer 40 and the conductive layer 50.
  • the first layer 62 and the second layer 63 are located on the base layer 61, and the first layer 62 and the second layer 63 are alternately stacked.
  • the underlayer 61 is interposed between the electric resistance layer 40 and the conductive layer 50, and the first layer 62 and the second layer 63.
  • the functions of the underlying layer 61 include, for example, a function of improving the adhesion between the electrical resistance layer 40 and the conductive layer 50 and the first layer 62 or the second layer 63, and the electrical resistance layer 40 and the conductive layer 50 from the outside.
  • the function of sealing well, the function of insulating the electric resistance layer 40 and the conductive layer 50 from the first layer 62 and the second layer 63, and the function of reducing the step between the electric resistance layer 40 and the conductive layer 50 are mentioned. It is preferable to have at least one of the functions described above.
  • “insulation” refers to the extent to which current does not substantially flow.
  • the electrical resistivity is 1.0 ⁇ 10 12 ⁇ ⁇ m or more.
  • the base layer 61 of this example is formed of a SiN-based material, and thereby the electric resistance layer 40 and the conductive layer 50 are well sealed from the outside.
  • “sealing” means covering the electric resistance layer 40 and the conductive layer 50 in order to reduce the influence from the outside atmosphere. By this sealing, for example, corrosion of the material forming the conductive layer 50 from Na ions contained in the recording medium or the like is reduced.
  • corrosion refers to what is defined in JIS standard Z0103: 1996, and “a metal is chemically or electrochemically eroded or deteriorated by an environmental material surrounding it. "Phenomenon”.
  • the first layer 62 and the second layer 63 mainly play a role of functioning as a sliding surface.
  • the material that forms the first layer 62 is a material that has any of the basic protection characteristics better than the material that forms the second layer 63, and the material that forms the second layer 63 forms the first layer 62. This material has better sublimation resistance than the material to be used.
  • the second layer 63 is preferably made of a material that does not sublime within a range of 550 ° C. or less, which is the heat generation temperature of the heat generating element 40a.
  • examples of the “protective basic characteristics” include wear resistance, insulating properties, and sealing properties.
  • Weight resistance refers to resistance to abrasion caused by, for example, a recording medium sliding on the surface of the protective layer 60.
  • sublimation resistance refers to resistance to sublimation by heating with heat generated from the heating element 40a, for example.
  • One layer of the second layer 63 is exposed, and the second layer 63 is located on the side of all the first layers 62 in the direction of arrow D5. That is, in this example, the outermost layer of the protective layer 60 is the second layer 63.
  • the thickness T 2 of the first layer 62 of thickness T 1 and the second layer 63 include a range of, for example, 10nm or 100nm or less.
  • the thickness T 2 of the second layer 63 is configured to be thicker than the thickness T 1 of the first layer 62.
  • the number of times that the first layer 62 and the second layer 63 are alternately stacked includes, for example, a range of 10 times to 100 times.
  • the first layer 62 and the second layer 63 are alternately stacked 60 times in order to reduce sublimation of the first layer 62 and to improve heat transferability through the protective layer 60.
  • the first layer 62 in this example is formed of a diamond-like carbon material from the viewpoint of enhancing the wear resistance of the protective layer 60.
  • the second layer 63 is made of a SiC-based material from the viewpoint of reducing the sublimation of the first layer 62 and increasing the wear resistance. Furthermore, this SiC-based material contains more C atoms than Si atoms from the viewpoint of improving the wear resistance, and the amount containing these C atoms is, for example, in the range of 50 atomic% to 90 atomic%. Can be mentioned.
  • the second layer 63 is in contact with the underlayer 61 from the viewpoint of improving the adhesion to the SiN-based material.
  • the driving IC 70 has a function of controlling the power supply state of the plurality of heating elements 40a.
  • the drive IC 70 is electrically connected to the other end portion of the first conductive layer 51. With this configuration, the heat generating element 40a can be selectively heated.
  • An external connection member 71 is electrically connected to the drive IC 70.
  • the external connection member 71 has a function of supplying an electric signal for driving the heating element 40a.
  • Examples of the electric signal include driving power of the driving IC 70, a clock signal for controlling timing, an image signal corresponding to an image to be printed, and driving power supplied to the heating element.
  • Examples of the external connection member 71 include a combination of a flexible cable and a connector.
  • the thermal head 10 includes a substrate 20, a heating element 40a located on the substrate 20, and a protective layer 60 provided on the heating element 40a.
  • the protective layer 60 includes a first layer 62, a first layer 62, and a first layer 62.
  • the first layer 62 and the second layer 63 are alternately stacked a plurality of times, and the formation material of the second layer 63 is more resistant than the formation material of the first layer 62.
  • Highly sublimable Therefore, even if one first layer 62 is sublimated due to, for example, blank printing, the thermal head 10 has another second layer 63 positioned below the first layer 62 and another layer positioned below the second layer 63. Sublimation of the first layer 62 can be reduced. Therefore, in the thermal head 10, sublimation of the first layer 62 can be reduced, and the function as the protective layer 60 can be favorably maintained.
  • the thickness T 2 of the second layer 63 is thicker than the thickness T 1 of the first layer 62, for example, even if the thickness of the second layer 63 becomes thinner due to wear, sublimation of the first layer 62 It is possible to maintain the function of reducing the temperature satisfactorily. Therefore, in the thermal head 10, the function as the protective layer 60 can be maintained better.
  • the forming material of the second layer 63 contains the same C atoms as the forming material of the first layer 62, the adhesion between the first layer 62 and the second layer 63 can be improved.
  • the second layer 63 is exposed. That is, since one second layer 63 of the thermal head 10 is provided above all the first layers 62, sublimation of the first layer 62 can be reduced by the second layer 63, and the protective layer 60. The function as can be maintained better.
  • the protective layer 60 of the thermal head 10 has a higher sealing property than the first layer 62 and the second layer 63, is formed of a material different from that of the first layer 62 and the second layer 63, and is a base layer in contact with the heating element 40a. 61 is further included, the sealing property, which is one of the functions required for the protective layer 60, can be separated into the base layer 61, and the selectivity of the material forming the first layer 62 and the second layer 63 Can be increased.
  • the first layer 62 is a film mainly composed of a diamond-like carbon material, the wear resistance of the protective layer 60 is improved and the sublimation of the first layer 62 by the second layer 63 is reduced. You can enjoy it.
  • the second layer 63 is a film mainly composed of a SiC-based material, the wear resistance can be further improved, and the adhesion with the first layer 62 made of a diamond-like carbon-based material can also be improved. .
  • the thermal printer 1 of this example shown in FIG. 4 includes a thermal head 10, a transport mechanism 80, and a control mechanism 90.
  • the transport mechanism 80 has a function of bringing the recording medium 11 into contact with the heating element 40a of the thermal head 10 while transporting the recording medium 11 in the direction D3 in the arrow directions D3 and D4.
  • the transport mechanism 80 includes a platen roller 81 and transport rollers 82, 83, 84, and 85.
  • the platen roller 81 has a function of pressing the recording medium 11 against the heating element 40a.
  • the platen roller 81 is rotatably supported in contact with the protective layer 60 located on the heating element 40a.
  • the platen roller 81 has a configuration in which an outer surface of a columnar base is covered with an elastic member.
  • This base is made of, for example, a metal such as stainless steel, and this elastic member is made of, for example, butadiene rubber having a thickness dimension in the range of 3 mm to 15 mm.
  • the transport rollers 82, 83, 84, 85 have a function of transporting the recording medium 11. That is, the transport rollers 82, 83, 84, and 85 supply the recording medium 11 between the heating element 40 a of the thermal head 10 and the platen roller 81, and between the heating element 40 a of the thermal head 10 and the platen roller 81. The recording medium 11 is removed from the recording medium 11.
  • These transport rollers 82, 83, 84, 85 may be formed by, for example, a metal columnar member, or, for example, have a configuration in which the outer surface of the columnar base is covered with an elastic member, like the platen roller 81. There may be.
  • the control mechanism 90 has a function of supplying an image signal to the drive IC 70. That is, the control mechanism 90 plays a role of supplying an image signal for selectively driving the heat generating element 40 a to the drive IC 70 via the external connection member 71.
  • the thermal printer 1 includes a thermal head 10. Therefore, the thermal printer 1 can enjoy the effects of the thermal head 10. Therefore, the thermal printer 1 can improve the durability of the thermal printer 1 by maintaining the function as a protective layer of the protective layer 60 of the thermal head 10 well.
  • the protective layer 60 is composed of the base layer 61, the first layer 62, and the second layer 63, but is not limited to such a configuration.
  • the protective layer 60A newly includes a third layer 64A in addition to the first layer 62A and the second layer 63A, and these three layers 62A, 64A, 63A may be sequentially repeated.
  • the protective layer 60B newly includes a third layer 64B in addition to the first layer 62B and the second layer 63B, and the first layer 62B or the third layer. 64B and the second layer 63B may be regularly and repeatedly stacked.
  • Reference numerals 61A and 61B denote base layers.
  • the protective layer 60 includes the first layer 62 and the second layer 63, but is not limited to such a configuration.
  • the protective layer 60C may newly include a third layer 64C between the first layer 62C and the second layer 63C.
  • the adhesion between the first layer 62C and the second layer 63C can be increased, and the first The selectivity of the material forming the layer 62C and the second layer 63C can be increased.
  • the material functioning as the third layer 64C include a Si-based material.
  • a diamond-like carbon-based material is used as the first layer 62 of the protective layer 60 from the viewpoint of improving the wear resistance, but the material is not limited to such a material.
  • a SiC-based material is used as the second layer 63 of the protective layer 60 from the viewpoint of improving the wear resistance, but the material is not limited to such a material.
  • the sticking resistance can be improved, and when a SiON-based material or a SiO 2 -based material is used, the sealing property can be increased, and a TaO-based material is used. In this case, melting of the protective layer 60 due to a thermochemical reaction can also be reduced.
  • the protective layer 60 is configured to include the base layer 61, but is not limited to such a configuration, and the first layer 62 or the second layer directly on the electrical resistance layer 40 and the conductive layer 50. 63 may be formed.
  • the protective layer 60 is exposed.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • a coating layer made of, for example, a fluororesin is provided on the upper surface of the protective layer 60, or a static eliminator made of a conductive material.
  • a layer may be provided.
  • the thermal head was tested for resistance to sublimation.
  • a SiC-based material that employs a thermal head that employs a SiN-based material as the underlayer, a DLC material as the first layer, and a SiC-based material as the second layer can reduce sublimation of the DLC material.
  • An experiment was conducted to investigate the thickness of the material.
  • thermal heads A, B, C, and D according to examples of the present invention and a thermal head E as a comparative example were manufactured.
  • a head substrate common to the thermal heads A, B, C, D, and E was manufactured under the following conditions.
  • the length in the main scanning direction is simply “width” and the length in the sub-scanning direction is simply “length”, except for the description regarding the wiring layer.
  • ⁇ Configuration of thermal head> -Underlayer forming material: SiN-based material-First layer forming material: DLC material-Second-layer forming material: SiC-based material (not provided in thermal head E) -Number of times of lamination of the first layer and the second layer: 1 layer each-Thickness of the first layer: 2.5 ⁇ m -Sublimation temperature of the first layer: about 350 ° C -Raw material composition ratio of second layer: Si: C 20: 80 -Thickness of the second layer: A is 500 mm, B is 300 mm, C is 200 mm, and D is 100 mm -Material of electric resistance layer: TaSiO-based material-Width of heating element: 69 ⁇ m -Length of heating element: 110 ⁇ m ⁇ Resistance value of heating element: 3280 ⁇ / 1 dot Next, a stress test was performed using the manufactured thermal heads A, B, C, D, and E.
  • an electric pulse having a constant width is repeatedly applied at a constant period.
  • the voltage value was increased every time the electric pulse was applied 10,000 times, and the electric pulse was applied until a predetermined voltage was reached.
  • the heating element is repeatedly driven, and the temperature of the protective layer provided on the heating element rises.
  • the temperature of the protective layer gradually increases when an electric pulse of 1 V to 30 V is applied, and the protective film is heated to 350 ° C. or higher by cumulative heating.

Abstract

　【課題】　保護層としての機能を良好に維持することが可能な記録ヘッド、および該記録ヘッドを備える記録装置を提供する。 　【解決手段】　本発明に係るサーマルヘッド１０は、基板２０と、該基板２０上に位置する発熱素子４０ａと、発熱素子４０ａ上に設けられている保護層６０とを有している。保護層６０は、第１層６２と、第２層６３とを含んでいる。第１層６２と第２層６３とは、複数回交互に積層されている。第２層６３の形成材料は、第１層６２の形成材料に比べて耐昇華性が高い。

Description

記録ヘッド、および該記録ヘッドを備える記録装置
　本発明は、発熱素子を覆う保護層を有する記録ヘッド、および該記録ヘッドを備える記録装置に関する。
　ファクシミリ、レジスターなどのプリンタとしては、サーマルプリンタが用いられている。このサーマルプリンタは、サーマルヘッドおよびプラテンローラを備えている。このサーマルプリンタに搭載されるサーマルヘッドとしては、複数の発熱素子と、保護層とを有するものがある。この複数の発熱素子は、基板上に配列されている。この保護層は、複数の発熱素子上に位置しており、発熱素子を保護する機能を有している。このプラテンローラは、記録媒体を発熱素子上に位置する保護層に対して押し当てる機能を有するものである。この記録媒体としては、例えば感熱紙などがある。このような構成のサーマルプリンタでは、所望の画像に応じて発熱素子を発熱させるともに、この発熱した発熱素子上に位置する保護層に対して記録媒体をプラテンローラで押し当てることによって、発熱素子の発する熱を記録媒体に対して伝達している。記録媒体に対する所望の印画は、この処理を繰り返すことにより行われている。
　このようなサーマルプリンタでは、搭載されるサーマルヘッドの保護層が記録媒体で摩耗してしまい、保護層としての機能が低下する場合があった。そこで、保護層の形成材料として耐摩耗性の高いダイヤモンドライクカーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」とする）を用いたサーマルヘッドが開発されている。このようなサーマルヘッドは、例えば特許文献１に開示されている。
　しかしながら、特許文献１に記載されたサーマルヘッドでは、ＤＬＣ膜が空気中の酸素と結合し、昇華してしまう場合があった。このような昇華は、例えばサーマルプリンタの記録媒体を搬送する搬送部の搬送異常によって、記録媒体の搬送が止まった状態で発熱抵抗体が駆動される、いわゆる空印字の状態となった際に生じる場合がある。このようにしてＤＬＣ膜が昇華すると、サーマルヘッドの耐摩耗性が著しく低下してしまい、保護層としての機能を良好に維持できない場合がある。
特開平７－１３２６２８号公報
　本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、保護層としての機能を良好に維持することが可能な記録ヘッド、および該記録ヘッドを備える記録装置を提供することを目的とする。
　本発明の記録ヘッドは、基板と、複数の発熱素子と、保護層とを有している。前記複数の発熱素子は、前記基板上に位置している。前記保護層は、前記複数の発熱素子上に設けられており、第１層と、第２層とを含んでいる。これらの前記第１層と前記第２層とは、複数回交互に積層されている。前記第２層の形成材料は、前記第１層の形成材料に比べて耐昇華性が高い。
　本発明の記録装置は、本発明の記録ヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段とを備えている。
　本発明の記録ヘッドおよび記録装置では、保護層としての機能を良好に維持することができる。
本発明の記録ヘッドの実施形態の一例であるサーマルヘッドの概略構成を示す平面図である。 （ａ）が図１に示したサーマルヘッドの要部を拡大した平面図であり、（ｂ）が図２（ａ）に示したIIｂ－IIｂ線に沿った断面図である。 図２（ｂ）に示す保護層の要部をさらに拡大した図である。 本発明の記録装置の実施形態の一例であるサーマルプリンタの概略構成を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、図３に示した保護層の変形例をそれぞれ示す図である。 図３に示した保護層の変形例を示す図である。
　＜記録ヘッド＞
　図１～３に示した本例のサーマルヘッド１０は、基板２０と、蓄熱層３０と、電気抵抗層４０と、導電層５０と、保護層６０と、駆動ＩＣ７０とを含んで構成されている。
　基板２０は、蓄熱層３０と、電気抵抗層４０と、導電層５０と、保護層６０と、駆動ＩＣ７０とを支持する機能を有するものである。この基板２０は、平面視において矢印方向Ｄ１，Ｄ２に延びる矩形状に構成されている。この矢印方向Ｄ１，Ｄ２は、サーマルヘッド１の主走査方向である。ここで、「平面視」とは、矢印方向Ｄ５，Ｄ６におけるＤ６方向視のことをいう。この矢印方向Ｄ５，Ｄ６は、基板２０の厚み方向である。この基板２０を形成する材料としては、例えばセラミックスと、ガラスと、シリコンと、サファイアと、エポキシ系樹脂を含む絶縁樹脂とが挙げられる。これらの材料の中でも、印画の高密度化の観点からは、ガラスと、シリコンと、サファイアとが好ましい。
　蓄熱層３０は、電気抵抗層４０の後述する発熱素子４０ａにおいて発生する熱の一部を一時的に蓄積する機能を有するものである。すなわち、蓄熱層３０は、発熱素子４０ａの温度を上昇させるのに要する時間を短くして、サーマルヘッド１０の熱応答特性を高める役割を担うものである。この蓄熱層３０は、基板２０上に位置しており、矢印方向Ｄ１，Ｄ２に延びる帯状に構成されている。また、この蓄熱層３０は、矢印方向Ｄ１，Ｄ２に直交する矢印方向Ｄ３，Ｄ４における断面形状が略半楕円状に構成されている。この矢印方向Ｄ３，Ｄ４は、サーマルヘッド１０の副走査方向である。この蓄熱層３０を形成する材料としては、例えば熱伝導率が０．７Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１以上１．０Ｗ・ｍ－１・Ｋ－１以下の範囲の絶縁材料が挙げられる。ここで、「絶縁」とは、電流が実質的に流れなくなる程度をいい、例えば電気抵抗率が１．０×１０１２Ω・ｍ以上であることをいう。このような絶縁材料としては、例えばガラスが挙げられる。なお、本例では、蓄熱層３０が設けられているが、蓄熱層３０を設けなくてもよい。蓄熱層３０を設けない場合としては、例えば基板２０がガラスによって形成される場合が挙げられる。
　電気抵抗層４０は、発熱素子４０ａとして機能する部位を有するものである。この電気抵抗層４０は、単位長さ当たりの電気抵抗値が導電層５０の単位長さ当たりの電気抵抗値に比べて大きくなるように構成されている。この電気抵抗層４０は、一部が蓄熱層３０上に位置している。本例では、導電層５０から電圧が印加される電気抵抗層４０のうち導体層４０が上に形成されていない部位が発熱素子４０ａとして機能している。この電気抵抗層４０を主として形成する材料としては、例えばＴａＮ系材料と、ＴａＳｉＯ系材料と、ＴａＳｉＮＯ系材料と、ＴｉＳｉＯ系材料と、ＴｉＳｉＣＯ系材料と、ＮｂＳｉＯ系材料とが挙げられる。
　発熱素子４０ａは、電圧印加によって発熱するものである。この発熱素子４０ａは、導電層５０からの電圧印加による発熱温度が例えば２００℃以上５５０℃以下の範囲となるように構成されている。この発熱素子４０ａは、複数設けられており、蓄熱層３０の上面の上に設けられている。この複数の発熱素子４０ａは、矢印方向Ｄ１，Ｄ２に沿って配列されている。本例では、この複数の発熱素子４０ａの配列方向がサーマルヘッド１０の主走査方向となっている。
　導電層５０は、発熱素子４０ａに対して電圧を印加する機能を有するものである。この導電層５０は、電気抵抗層４０上に位置している。また、この導電層５０は、第１導電層５１と、第２導電層５２とを含んで構成されている。導電層５０を主として形成する材料としては、例えばアルミニウム、金、銀、および銅のいずれか一種の金属、またはこれらの合金が挙げられる。
　第１導電層５１は、複数に分かれて設けられている。各々の第１導電層５１は、一端部が複数の発熱素子４０ａのそれぞれの一端部に電気的に独立した状態で接続されている。また、各々の第１導電層５１は、他端部が駆動ＩＣ７０に対して電気的に接続されている。この第１導電層５１は、発熱素子４０ａの矢印方向Ｄ３，Ｄ４におけるＤ４方向側に位置している。
　第２導電層５２は、一体的に設けられている。第２導電層５２は、端部が複数の発熱素子４０ａの他端部、および図示しない電源に対して電気的に接続されている。この第２導電層５２は、発熱素子４０ａの矢印方向Ｄ３，Ｄ４におけるＤ３方向側に位置している。
　図３に要部を示した本例の保護層６０は、発熱素子４０ａと、導電層５０とを保護する機能を有するものである。この保護層６０は、発熱素子４０ａと、導電層５０の一部とを覆うように形成されている。保護層６０を主として形成する材料としては、例えばダイヤモンドライクカーボン材料（ＤＬＣ材料）と、ＳｉＣ系材料と、ＳｉＮ系材料と、ＳｉＣＮ系材料と、ＳｉＯＮ系材料と、ＳｉＯＮＣ系材料と、ＳｉＡｌＯＮ系材料と、ＳｉＯ２系材料と、Ｔａ２Ｏ５系材料と、ＴａＳｉＯ系材料と、ＴｉＣ系材料と、ＴｉＮ系材料と、ＴｉＯ２系材料と、ＴｉＢ２系材料と、ＡｌＣ系材料と、ＡｌＮ系材料と、Ａｌ２Ｏ３系材料と、ＺｎＯ系材料と、Ｂ４Ｃ系材料と、ＢＮ系材料とが挙げられる。ここで「ダイヤモンドライクカーボン材料」とは、ｓｐ３混成軌道をとる炭素原子（Ｃ原子）の割合が１原子％以上１００原子％未満の範囲である膜をいう。また、ここで「～系材料」とは、ＳｉＣ系材料を例に挙げると、Ｓｉ原子と、Ｃ原子とからなる材料であって、化学量論的組成を有する材料は勿論のこと、異なる組成比率を有する材料であってもよい。また、「～系材料を主とする材料」とは、主とする材料が全体に対して５０質量％以上であるものをいい、例えば添加物を含んでいてもよい。
　また、この保護層６０は、下地層６１と、複数の第１層６２と、複数の第２層６３とを含んで構成されている。この下地層６１は、電気抵抗層４０および導電層５０に接している。また、第１層６２および第２層６３は、下地層６１上に位置しているとともに、第１層６２と第２層６３とが交互に積層されている。
　下地層６１は、電気抵抗層４０および導電層５０と、第１層６２および第２層６３との間に介在している。この下地層６１の有する機能としては、例えば電気抵抗層４０および導電層５０と、第１層６２または第２層６３との密着性を高める機能と、電気抵抗層４０および導電層５０を外部から良好に封止する機能と、第１層６２および第２層６３から電気抵抗層４０および導電層５０を絶縁する機能と、電気抵抗層４０と導電層５０との段差を小さくする機能とが挙げられ、前述した機能のうち少なくともいずれか一つの機能を有するのが好ましい。ここで、「絶縁」とは、電流が実質的に流れなくなる程度をいい、例えば電気抵抗率が１．０×１０１２Ω・ｍ以上であることをいう。本例の下地層６１は、ＳｉＮ系材料によって形成されており、これにより、電気抵抗層４０および導電層５０を外部から良好に封止している。ここで、「封止」とは、電気抵抗層４０および導電層５０を外雰囲気からの影響を低減するために、覆うことをいう。この封止によって、例えば記録媒体などに含まれるＮａイオン等から導電層５０を形成する材料の腐食が低減されている。ここで「腐食」とは、ＪＩＳ規格Ｚ０１０３：１９９６に規定されているものをいい、「金属がそれをとり囲む環境物質によって、化学的又は電気化学的に浸食されるか若しくは材質的に劣化する現象」をいう。
　第１層６２と第２層６３とは、主として摺動面として機能する役割を担っている。第１層６２を形成する材料は、第２層６３を形成する材料に比べて保護基本特性のいずれかが良好な材料であり、第２層６３を形成する材料は、第１層６２を形成する材料に比べて耐昇華性が良好な材料である。この第２層６３は、発熱素子４０ａの発熱温度である５５０℃以下の範囲で昇華しない材料であるのが望ましい。ここで「保護基本特性」としては、例えば耐摩耗性と、絶縁性と、封止性とが挙げられる。また、「耐摩耗性」とは、例えば記録媒体が保護層６０の表面を摺動することによる摩耗に対する耐性をいう。さらに、「耐昇華性」とは、例えば発熱素子４０ａなどから生じる熱による加熱によって昇華に対する耐性をいう。この第２層６３は、一の層が露出しており、全ての第１層６２の矢印Ｄ５方向側に位置している。つまり、本例では、保護層６０の最表層が第２層６３になっている。この第１層６２の厚みＴ１および第２層６３の厚みＴ２としては、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲が挙げられる。本例では、この第２層６３の厚みＴ２が第１層６２の厚みＴ１に比べて厚くなるように構成されている。さらに、この第１層６２と第２層６３とが交互に積層される回数としては、例えば１０回以上１００回以下の範囲が挙げられる。本例では、第１層６２の昇華を低減するとともに、保護層６０を介した熱伝達性を高めるため、第１層６２と第２層６３とが６０回交互に積層されている。
　本例の第１層６２は、保護層６０の耐摩耗性を高める観点からダイヤモンドライクカーボン材料によって形成されている。また、第２層６３は、第１層６２の昇華を低減するとともに耐摩耗性を高める観点からＳｉＣ系材料によって形成されている。さらに、このＳｉＣ系材料は、耐摩耗性を高める観点から、Ｓｉ原子に比べてＣ原子を多く含んでおり、このＣ原子を含む量としては、例えば５０原子％以上９０原子％以下の範囲が挙げられる。また、本例では、ＳｉＮ系材料に対する密着性を高める観点から第２層６３が下地層６１に接している。
　駆動ＩＣ７０は、複数の発熱素子４０ａの電力供給状態を制御する機能を有するものである。この駆動ＩＣ７０は、第１導電層５１の他端部に対して電気的に接続されている。このような構成とすることにより、発熱素子４０ａを選択的に発熱させることができる。また、この駆動ＩＣ７０には、外部接続用部材７１が電気的に接続されている。
　外部接続用部材７１は、発熱素子４０ａを駆動するための電気信号を供給する機能を有するものである。この電気信号としては、駆動ＩＣ７０の駆動電力、タイミングを制御するクロック信号、および印画する画像に応じた画像信号、ならびに発熱素子へ供給する駆動電力が挙げられる。この外部接続用部材７１としては、例えばフレキシブルケーブルおよびコネクタの組み合わせが挙げられる。
　サーマルヘッド１０は、基板２０と、該基板２０上に位置する発熱素子４０ａと、発熱素子４０ａ上に設けられる保護層６０とを有しており、保護層６０は、第１層６２と、第２層６３とを含んでなるとともに、第１層６２と第２層６３とが複数回交互に積層されており、第２層６３の形成材料は、第１層６２の形成材料に比べて耐昇華性が高い。そのため、サーマルヘッド１０は、例えば空印字によって一つの第１層６２が昇華した場合でも、当該第１層６２の下に位置する第２層６３によって該第２層６３の下に位置する他の第１層６２の昇華を低減することができる。したがって、サーマルヘッド１０では、第１層６２の昇華を低減し、保護層６０としての機能を良好に維持することができる。
　サーマルヘッド１０において、第２層６３の厚みＴ２が第１層６２の厚みＴ１に比べて厚いので、例えば摩耗により第２層６３の厚みが薄くなった場合でも、第１層６２の昇華を低減する機能を良好に維持することができる。したがって、サーマルヘッド１０では、保護層６０としての機能をより良好に維持することができる。
　サーマルヘッド１０において、第２層６３の形成材料が第１層６２の形成材料と同じＣ原子を含むので、第１層６２と第２層６３との密着性を高めることができる。
　サーマルヘッド１０において、第２層６３が露出している。つまり、サーマルヘッド１０の一の第２層６３が、全ての第１層６２より上部に設けられているので、第２層６３により第１層６２の昇華を低減することができ、保護層６０としての機能をより良好に維持することができる。
　サーマルヘッド１０の保護層６０が、第１層６２および第２層６３に比べて封止性が高く、かつ第１層６２および第２層６３と形成材料が異なり、発熱素子４０ａと接する下地層６１をさらに含んでなるので、保護層６０に求められる機能の一つである封止性を下地層６１に分離することができ、第１層６２および第２層６３を形成する材料の選択性を高めることができる。
　サーマルヘッド１０において、第１層６２がダイヤモンドライクカーボン材料を主とする膜であるので、保護層６０の耐摩耗性を高めるとともに、第２層６３による第１層６２の昇華を低減の効果を享受することができる。
　サーマルヘッド１０において、第２層６３がＳｉＣ系材料を主とする膜であるので、耐摩耗性をより高めるとともに、ダイヤモンドライクカーボン系材料からなる第１層６２との密着性も高めることができる。
　＜記録装置＞
　図４に示した本例のサーマルプリンタ１は、サーマルヘッド１０と、搬送機構８０と、制御機構９０とを有している。
　搬送機構８０は、記録媒体１１を矢印方向Ｄ３，Ｄ４におけるＤ３方向に搬送しつつ、該記録媒体１１をサーマルヘッド１０の発熱素子４０ａに接触させる機能を有するものである。この搬送機構８０は、プラテンローラ８１と、搬送ローラ８２，８３，８４，８５とを含んで構成されている。
　プラテンローラ８１は、記録媒体１１を発熱素子４０ａに押し付ける機能を有するものである。このプラテンローラ８１は、発熱素子４０ａ上に位置する保護層６０に接触した状態で回転可能に支持されている。このプラテンローラ８１は、円柱状の基体の外表面を弾性部材により被覆した構成を有している。この基体は、例えばステンレスなどの金属によって形成されており、この弾性部材は、例えば厚みの寸法が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲ブタジエンゴムによって形成されている。
　搬送ローラ８２，８３，８４，８５は、記録媒体１１を搬送する機能を有するものである。すなわち、搬送ローラ８２，８３，８４，８５は、サーマルヘッド１０の発熱素子４０ａとプラテンローラ８１との間に記録媒体１１を供給するとともに、サーマルヘッド１０の発熱素子４０ａとプラテンローラ８１との間から記録媒体１１を引き抜く役割を担うものである。これらの搬送ローラ８２，８３，８４，８５は、例えば金属製の円柱状部材によって形成してもよいし、例えばプラテンローラ８１と同様に円柱状の基体の外表面を弾性部材により被覆した構成であってもよい。
　制御機構９０は、駆動ＩＣ７０に画像信号を供給する機能を有するものである。つまり、制御機構９０は、外部接続用部材７１を介して発熱素子４０ａを選択的に駆動する画像信号を駆動ＩＣ７０に供給する役割を担うものである。
　サーマルプリンタ１は、サーマルヘッド１０を備えている。そのため、サーマルプリンタ１は、サーマルヘッド１０の有する効果を享受することができる。したがって、サーマルプリンタ１は、サーマルヘッド１０の保護層６０の保護層としての機能が良好に維持されることにより、サーマルプリンタ１の耐久性を高めることができる。
　以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
　本例では、保護層６０が下地層６１と第１層６２と第２層６３とから構成されているが、このような構成に限るものではない。例えば、図５（ａ）に示したように保護層６０Ａが、第１層６２Ａと第２層６３Ａとに加えて、第３層６４Ａを新たに含んでなり、これら３つの層６２Ａ，６４Ａ，６３Ａが順次繰り返して積層されていてもよい。また、図５（ｂ）に示したように保護層６０Ｂが、第１層６２Ｂと第２層６３Ｂとに加えて、第３層６４Ｂを新たに含んでなり、第１層６２Ｂまたは第３層６４Ｂと、第２層６３Ｂとが規則的に繰り返して積層されていてもよい。なお、符号６１Ａ，６１Ｂは、それぞれ下地層である。
　本例では、保護層６０が第１層６２と第２層６３とを含んで構成されているが、このような構成に限るものではない。例えば、図６に示したように保護層６０Ｃが、第１層６２Ｃと第２層６３Ｃとの間に第３層６４Ｃを新たに含んでいてもよい。このような構造で、第３層６４Ｃの第１層６２Ｃに対する密着性が第２層６３Ｃに比べて高い場合、第１層６２Ｃおよび第２層６３Ｃ間の密着性を高めることができ、第１層６２Ｃおよび第２層６３Ｃを形成する材料の選択性を高めることができる。このような第３層６４Ｃとして機能する材料としては、例えばＳｉ系材料が挙げられる。
　本例では、耐摩耗性を高める観点から保護層６０の第１層６２としてダイヤモンドライクカーボン系材料を採用しているが、このような材料に限るものではない。
　本例では、耐摩耗性を高める観点から保護層６０の第２層６３としてＳｉＣ系材料を採用しているが、このような材料に限るものではない。例えば第２層としてＳｉＮ系材料を採用した場合、耐スティッキング性を高めることができ、ＳｉＯＮ系材料またはＳｉＯ２系材料を採用した場合、封止性を高めることができ、ＴａＯ系材料を採用した場合、熱化学反応による保護層６０の溶融も低減することができる。
　本例では、保護層６０が下地層６１を含んで構成されているが、このような構成に限るものでなく、電気抵抗層４０および導電層５０上に直接、第１層６２または第２層６３が形成されていてもよい。
　本例では、保護層６０が露出しているが、このような構成に限るものでなく、保護層６０の上面に例えばフッ素系樹脂からなるコート層が設けられていたり、導電性材料からなる除電層が設けられていたりしてもよい。
実験例
　本実施例では、サーマルヘッドの昇華に対する耐性について実験した。具体的には、下地層としてＳｉＮ系材料を採用し、第１層としてＤＬＣ材料を採用し、第２層としてＳｉＣ系材料を採用したサーマルヘッドを用いて、ＤＬＣ材料の昇華を低減できるＳｉＣ系材料の厚みを調査する実験をした。
　まず、本発明の実施例に係るサーマルヘッドＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、および比較例となるサーマルヘッドＥを製造した。具体的には、まず、サーマルヘッドＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに共通のヘッド基体を以下の条件で製造した。なお、本実施例では、配線層に関する記載を除き、主走査方向における長さを単に「幅」とし、副走査方向における長さを単に「長さ」とした。
　＜サーマルヘッドの構成＞
　　・下地層の形成材料　：　ＳｉＮ系材料
　　・第１層の形成材料　：　ＤＬＣ材料
　　・第２層の形成材料　：　ＳｉＣ系材料（サーマルヘッドＥには設けていない）
　　・第１層および第２層の積層回数　：　各１層
　　・第１層の厚み　：　２．５μｍ
　　・第１層の昇華温度　：　約３５０℃
　　・第２層の原料組成比　：　Ｓｉ：Ｃ＝２０：８０
　　・第２層の厚み　：　Ａが５００Å、Ｂが３００Å、Ｃが２００Å、Ｄが１００Å
　　・電気抵抗層の材料　：　ＴａＳｉＯ系材料
　　・発熱素子の幅　：　６９μｍ
　　・発熱素子の長さ　：　１１０μｍ
　　・発熱素子の抵抗値　：　３２８０Ω／１ｄｏｔ
　次に、製造したサーマルヘッドＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを用いてストレス試験をした。このストレス試験では、一定の周期で、一定の幅の電気パルスを繰り返し印加するものである。今回のストレス試験では、電気パルスを１万回印加するごとに電圧値を大きくし、所定電圧になるまで電気パルスを印加した。この電気パルスによって、発熱素子が繰り返し駆動されて、発熱素子上に設けられている保護層の温度が上昇する。なお、このサーマルヘッドでは、１Ｖ～３０Ｖの電気パルスを印加すると、保護層の温度が徐々に上昇し、累積的な加熱によって保護膜が３５０℃以上の温度となるように構成されている。
　＜ストレス試験の条件＞
　　・電気パルスの周期　：　１．５３５ｍｓｅｃ
　　・電気パルスの幅　：　１．１３４ｍｓｅｃ
　　・電気パルスの電圧　：　１万パルスごとに＋１Ｖ
　　・電気パルスの初期電圧　：　１Ｖ
　　・電気パルスの最大電圧　：　３２Ｖ
　次に、ストレス試験を経たサーマルヘッドＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの第２層をドライエッチングによって除去した。なお、このドライエッチングの際に第１層が昇華しないように、チャンバー内の温度を３５０℃以下にしている。
　＜ドライエッチングの条件＞
　　・チャンバー内の気圧　：　２５Ｐａ
　　・チャンバー内の温度　：　１５０℃
　　・ドライエッチングの時間：Ａが６分、Ｂが３分、Ｃが３分、Ｄが２分
　最後に、ドライエッチングを経たサーマルヘッドＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、ストレス試験を経たサーマルヘッドＥとを光学顕微鏡で表面観察をした。この表面観察によって、ＤＬＣ材料の昇華を確認した。この確認結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示した試験結果から、サーマルヘッドＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄでは、ＤＬＣ材料の昇華を低減できていることが明らかになった。つまり、ＤＬＣ材料上に、厚みが１００Å以上のＳｉＣ系材料を設けることで昇華を低減できることが分かった。

Claims (9)

  1. 　基板と、該基板上に位置する発熱素子と、該発熱素子上に設けられている保護層とを有しており、
    該保護層は、第１層と、第２層とを含んでなるとともに、前記第１層と前記第２層とが複数回交互に積層されており、
    前記第２層の形成材料は、前記第１層の形成材料に比べて耐昇華性が高いことを特徴とする記録ヘッド。
  2. 　前記第２層の厚みは、前記第１層の厚みに比べて厚いことを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
  3. 　一の前記第２層は、全ての前記第１層より上部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の記録ヘッド。
  4. 　前記保護層は、前記第１層および前記第２層に比べて封止性が高く、かつ前記第１層および前記第２層と形成材料が異なり、前記発熱素子と接する下地層をさらに含んでなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の記録ヘッド。
  5. 　前記保護層は、前記第１層と前記第２層との間に位置し、前記第１層と前記第２層との密着性を高める第３層を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の記録ヘッド。
  6. 　前記第１層は、ダイヤモンドライクカーボン材料を主とする膜であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の記録ヘッド。
  7. 　前記第２層は、ＳｉＣ系材料を主とする膜であることを特徴とする請求項６に記載の記録ヘッド。
  8. 　前記第２層は、Ｔａ２Ｏ５系材料を主とする膜であることを特徴とする請求項６に記載の記録ヘッド。
  9. 　請求項１から８のいずれかに記載の記録ヘッドと、記録媒体を搬送する搬送部とを備えることを特徴とする記録装置。
     
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