JPH1034990A

JPH1034990A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JPH1034990A
Application number: JP19060896A
Authority: JP
Inventors: Riyuuichi Utsuka; 竜一兎束
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】保護層の絶縁破壊を防止したサーマルヘッド
を提供すること。【解決手段】支持基体１と、この支持基体１１上に形
成された発熱抵抗体層１３と、この発熱抵抗体層１３上
に形成された電極層１４と、発熱抵抗体層１３の少なく
とも発熱部分１３ａを被覆する電気絶縁性の保護層１５
と、この保護層１５上に形成された導電層１６とを具備
したサーマルヘッドにおいて、導電層１６は、３Ａ〜７
Ａ族から選択された１種以上の金属元素と、珪素と酸素
を主成分とするサーメットからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保護層が絶縁破壊
しないように保護層上に帯電防止用の導電層を設けたサ
ーマルヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーマルヘッドは、音が小さく、保守が
容易で、また、ランニングコストが低いなどの利点があ
り、ファクシミリやワープロなどいろいろな機種の記録
装置に利用されている。また、ビデオプリンタ用サーマ
ルヘッドが普及し、これに伴い熱転写型リボンを使用し
たサーマルヘッドが利用されている。熱転写型リボン
は、ボリエチレンテレフタレート（以後ＰＥＴという）
等のトナーフィルム上に熱転写される塗料を塗った構造
をしている。

【０００３】ここで、従来のサーマルヘッドについて、
感熱記録部の主要部を断面で示した図２を参照して説明
する。符号２１は、アルミナ等で形成されたセラミック
支持基体で、支持基体２１上にグレーズ層２２が形成さ
れている。また、支持基体２１やグレーズ層２２上に発
熱抵抗体層２３が形成されている。発熱抵抗体層２３は
ＴａＳｉＯやＮｂＳｉＯ等で形成され、アレイ状に配列
された多数の抵抗体を構成している。また、発熱抵抗体
層２３上に電極層２４が形成されている。電極層２４は
共通電極や個別電極を構成し、印画する際に、発熱抵抗
体層２３で構成された多数の抵抗体の中から所定の抵抗
体を選択し、選択された抵抗体に電流を供給し発熱させ
る構成になっている。なお、電極から電流が供給される
と、抵抗体は、電極層２４で挟まれた領域が発熱部分２
３ａとなって発熱する。また、発熱抵抗体層２３や電極
層２４上に保護層２５が形成されている。保護層２５
は、耐磨耗性や耐酸化性にすぐれたＳｉＯＮなどの電気
絶縁性材料で形成され、発熱抵抗体層２３の少なくとも
発熱部分２３ａを被覆している。

【０００４】また、符号２６は、ＰＥＴにインクが塗布
されたインクシートで、インクシート２６は受像紙２７
に接している。インクシート２６や受像紙２７はプラテ
ン２８に巻き付けられ、サーマルヘッドを構成する発熱
抵抗体層２３の発熱部２３ａに押し付けられた形で矢印
Ｙ方向に回転する。このとき、発熱部２３ａの熱によっ
て受像紙２７上に印画される。

【０００５】ところで、インクシート２６や保護層２５
はいずれも電気絶縁性の材料で構成され、両者は互いに
接触し、擦れた状態になっている。このため、接触部分
に静電気が発生する。発生した静電気は保護層２５を帯
電させ、電極層２４や発熱抵抗体層２３に異符号の電荷
を誘起し、あるいは、保護層２５内部に高電界を発生す
る。このとき、保護層２５内部の電界が高くなると、保
護層の絶縁耐圧を越えることがあり、保護層２５に絶縁
破壊が起こる。この結果、保護層が機能を消失し、ある
いは、サーマルヘッドが破壊する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】保護層の絶縁破壊を防
止するために、これまでにも、いろいろな方法が試みら
れている。例えば、保護層上にＣｒやＴｉＮなどの導電
層を被着する方法である（特開平7-266594参照）。導電
層によって静電気の電荷を分散させ、保護層の絶縁破壊
を防止している。しかし、ＣｒやＴｉＮは耐摩耗性が劣
り、実用的な寿命特性を確保するためには１０μｍ以上
の厚さが必要となる。このため、導電層の形成に時間を
要し生産性が低下する。

【０００７】もう１つの方法は、保護層中に導電層を設
ける方法である（特開平3-81161 参照）。窒化珪素層を
４μｍ着膜しその上にＣｒ層を形成し、さらにＣｒ層上
に窒化珪素層を１μｍ着膜する方法である。この場合、
Ｃｒ層は電荷を逃がせばよいだけであるため、厚みは
０．１μｍ程度でも機能する。しかし、Ｃｒ層の形成、
そして、Ｃｒ層上の窒化珪素層の着膜など工数が増え生
産性が低下する。また、導電層の位置を正確に制御しな
いと絶縁破壊を防止する十分な機能が得られないため、
導電層の形成に高い精度が要求される。

【０００８】また、帯電防止用の導電層を形成せずに保
護層それ自身に導電性を持たせる方法がある（特開平3-
272868参照）。ＬａＳｉＯＮから構成された組成物中に
ＣｕＯｘあるいはＳｉを添加し、保護層に導電性を与え
る方法である。しかし、保護層に導電性を与えた場合、
隣接する発熱抵抗体層との電気的絶縁性が問題となる。
また、イオン伝導性を帯び電蝕という問題が発生する。

【０００９】この発明は、上記した欠点を解決するもの
で、保護層の絶縁破壊を防止したサーマルヘッドを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持基体と、
この支持基体上に形成された発熱抵抗体層と、この発熱
抵抗体層上に形成された電極層と、前記発熱抵抗体層の
少なくとも発熱部分を被覆する電気絶縁性の保護層と、
この保護層上に形成された導電層とを具備したサーマル
ヘッドにおいて、前記導電層は、３Ａ〜７Ａ族から選択
された１種以上の金属元素と、珪素と酸素を主成分とす
るサーメットからなっている。

【００１１】また、金属元素が、ＴａあるいはＮｂとな
っている。

【００１２】また、導電層の厚さが、０．２〜０．６μ
ｍの範囲となっている。

【００１３】また、導電層の比抵抗が、１〜５０ｍΩ・
ｃｍの範囲となっている。

【００１４】また、導電層の組成が、ＴａあるいはＮｂ
が２０〜４０ａｔｍ％の範囲で、残部が実質的に珪素と
酸素で、かつ、珪素と酸素のａｔｍ％比の値が１／２〜
１／３の範囲となっている。

【００１５】上記した構成によれば、導電層を形成する
サーメットは、３Ａ〜７Ａ族から選択された１種以上の
高融点金属と、珪素と酸素を主成分としており、帯電防
止に必要な導電性、そして、優れた耐摩耗性を備えてい
る。したがって、導電層の厚さを厚くしなくても、実用
的に必要とされる期間内で摩滅するようなことがなく、
また、導電層に絶縁破壊が発生することもない。また、
導電層を薄くでき、さらに、導電層の材料を発熱抵抗体
層と共通化できるため、生産性やコストの面でも有利に
なる。

【００１６】また、導電層の厚さは０．２〜０．６μｍ
としている。０．２μｍよりも薄いと摩滅が早くなり、
また静電破壊などが起こり、確実に動作できる時間が短
くなる。また、０．６μｍよりも厚くなると摩滅に対す
る強度は強くなる。しかし、厚くなる分、導電層の成膜
に要する時間が長くなり、また、必要とする原料も多く
なり、生産性やコストの面で不利となる。なお、導電層
のより好ましい厚さは０．３〜０．５μｍの範囲であ
る。

【００１７】また、導電層の比抵抗範囲は１〜５０ｍΩ
・ｃｍにしている。１ｍΩ・ｃｍより小さいと耐摩滅性
が劣り充分な寿命が得られない。また、５０ｍΩ・ｃｍ
より大きいと耐摩滅性や帯電防止性の問題はなくなるも
のの、発熱抵抗体層を形成する工程との共通化が難しく
なる。例えば、５０ｍΩ・ｃｍを越えると発熱抵抗体層
の抵抗値がばらつくようになり、また、抵抗温度係数が
急激に増大しその制御が困難になる。したがって、導電
層を形成する際、スパッタリングターゲットの組成など
の成膜条件を、比抵抗が５０ｍΩ・ｃｍ以下になるよう
にしている。なお、比抵抗のより望ましい範囲は２〜４
０ｍΩ・ｃｍである。

【００１８】また、導電層の組成を、ＴａあるいはＮｂ
が２０〜４０ａｔｍ％の範囲になるように選んでいる。
４０ａｔｍ％を越えると、金属成分が過剰となり耐摩滅
性が十分でなくなる。また、２０ａｔｍ％未満の場合、
成膜条件によっては、充分な帯電防止機能が得られない
ことがある。なお、より好適な組成範囲は１５〜３５ａ
ｔｍ％である。また、金属成分以外の残部は、実質的に
は珪素と酸素から構成されている。この場合、珪素と酸
素のａｔｍ％比を、珪素／酸素＝１／２〜１／３として
いる。この範囲から逸脱すると、導電層の耐摩滅性が悪
くなり、また、発熱抵抗体層を形成する工程との共通化
が困難になる。

【００１９】なお、上記した比抵抗や組成の範囲をもっ
た導電層は、例えばＴａあるいはＮｂが４５〜６５ｍｏ
ｌ％で、残部が実質的にＳｉＯ₂から成る焼結体ターゲ
ットを用い、Ａｒガス雰囲気中でスパッタリングを行う
ことによって形成できる。また、このプロセスは、その
まま発熱抵抗体層の形成にも利用でき、工程を共通化で
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、感
熱記録部の要部を断面した図１を参照して説明する。符
号１１はアルミナ等のセラミック支持基体で、支持基体
１１上にグレーズ層１２が形成されている。支持基体１
１やグレーズ層１２上に発熱抵抗体層１３が設けられて
いる。発熱抵抗体層１３は、ＴａＳｉＯやＮｂＳｉＯな
どで形成され、アレイ状に配列された多数の抵抗体を構
成している。

【００２１】また、発熱抵抗体層１３上に電極層１４が
設けられている。電極層１４は、発熱抵抗体層１３で構
成された多数の抵抗体と共通に接続する共通電極や多数
の抵抗体とそれぞれ個別に接続する個別電極を構成して
いる。そして、印画を行う際、多数の抵抗体の中から所
定の抵抗体を選択し、選択された抵抗体に電流を供給し
発熱させる構成になっている。なお、電極から電流が供
給されると、抵抗体は、電極層１４、すなわち共通電極
と個別電極で挟まれた領域が発熱部分１３ａとなって発
熱する。

【００２２】また、発熱抵抗体層１３や電極層１４上に
保護層１５が形成されている。保護層１５は、ＳｉＯＮ
等の電気絶縁性の材料が用いられ、発熱抵抗体層１３の
少なくとも発熱部分１３ａを被覆するように形成され
る。

【００２３】そして、保護層１５上に帯電防止用の導電
層１６が設けられている。導電層１６は、例えばＴａＳ
ｉＯやＮｂＳｉＯなど発熱抵抗体層１３と同一の材料で
形成され、帯電が生じないように比抵抗が５０ｍΩ・ｃ
ｍ以下に設定されている。したがって、導電層１６を電
極などに接続して電荷を逃がす必要はない。しかし、電
極層１４が構成する共通電極、あるいは個別電極に接続
して、電荷を逃がす構成にすることもできる。

【００２４】ここで、上記した構造のサーマルヘッドを
製造する方法について、図１に付された符号を引用して
説明する。まず、グレーズ層１２が部分的に設けられた
支持基体１１上に、ＴａＳｉＯの発熱抵抗体層１３をス
パッタリング法で形成する。そして、発熱抵抗体層１３
上にＡｌの電極層１４、すなわち個別電極や共通電極
を、スパッタリング法あるいは蒸着法、そして、フォト
エングレービングプロセスを用いた所定のパタ−ニング
で形成する。

【００２５】さらに、発熱抵抗体層１３が構成する抵抗
体の発熱部分１３ａを少なくとも被覆するように、Ｓｉ
ＯＮの保護層１５をスパッタリング法で形成する。保護
層１５を形成した後、保護層１５上に、少なくとも抵抗
体の発熱部分１３ａを被覆するように帯電防止用の導電
層１６をスパッタリング法で形成する。このとき、導電
層１６として発熱抵抗体層１３と同じＴａＳｉＯを使用
する場合、導電層１６を形成する工程は、発熱抵抗体層
１３を形成するスパッタリング装置や工程をそのまま利
用できる。なお、導電層１６をパタ−ニングする場合は
例えばマスクスパッタが用いられる。しかし、パタ−ニ
ングの形状によっては、全面スパッタで導電層１５を形
成した後、フォトエングレービングプロセスでパタ−ニ
ングする方法もある。その後、電気トリミング法によっ
て抵抗体の抵抗値を均一化し、実装工程を経てサーマル
ヘッドを完成する。

【００２６】上記した方法を用いて、帯電防止用導電層
の厚さがそれぞれ、０（なし）、０．１、０．２、０．
４、０．６、０．８μｍで、また、解像度が１５０ｄｐ
ｉの昇華型熱転写方式のサーマルヘッドを製造し、ビデ
オプリンタに組み込み、実機試験を行った。

【００２７】このとき、導電層を設けていないものは３
００枚印画した時点で保護膜が静電破壊を起こし使用に
耐えられなくなった。導電層の厚さが０．１μｍのもの
は３０５０枚で静電破壊が起き、この時点で導電層は摩
滅し消失した。また、厚さが０．２μｍのものは５０９
０枚まで印画でき、実用的な寿命の指標とされる５００
０枚を越えた。厚さが０．４μｍ以上のものはいずれ
も、６０００枚印画してもなんら問題を生じなかった。
しかし、導電層の厚さが０．６μｍを越えると、導電層
が厚くなった分、導電層の形成に時間がかかり、また、
必要な材料も多くなるため、生産性が低下しコスト高と
なる。したがって、品質が過剰と考えられる。なお、厚
さが０．２μｍのものでも、比抵抗が１ｍΩ・ｃｍ未
満、あるいは金属組成が４０ａｔｍ％を越えると５００
０枚の印画を行えないことが多くなった。

【００２８】なお、上記の実施形態では、発熱抵抗体層
と帯電防止用の導電層は同じ材料を使用した例で説明し
ている。しかし、これらの材料は同じである必要はな
く、例えば、発熱抵抗体層がＮｂＳｉＯで、導電層がＴ
ａＳｉＯという組み合わせを用いることもできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、保護層の絶縁破壊を防
止したサーマルヘッドを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を説明する概略の断面図で
ある。

【図２】従来例を説明する概略の断面図である。

【符号の説明】

１１…支持基体１２…グレーズ層１３…発熱抵抗体層１４…電極層１５…保護層１６…導電層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基体と、この支持基体上に形成され
た発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層上に形成された電
極層と、前記発熱抵抗体層の少なくとも発熱部分を被覆
する電気絶縁性の保護層と、この保護層上に形成された
導電層とを具備したサーマルヘッドにおいて、前記導電
層は、３Ａ〜７Ａ族から選択された１種以上の金属元素
と、珪素と酸素を主成分とするサーメットからなること
を特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】金属元素が、ＴａあるいはＮｂであるこ
とを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
【請求項３】導電層の厚さが、０．２〜０．６μｍの
範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２記
載のサーマルヘッド。
【請求項４】導電層の比抵抗が、１〜５０ｍΩ・ｃｍ
の範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２
記載のサーマルヘッド。
【請求項５】導電層の組成が、ＴａあるいはＮｂが２
０〜４０ａｔｍ％の範囲で、残部が実質的に珪素と酸素
で、かつ、珪素と酸素のａｔｍ％比の値が１／２〜１／
３の範囲であることを特徴とする請求項２乃至請求項４
のいずれか１つに記載のサーマルヘッド。