JPH11277782A

JPH11277782A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JPH11277782A
Application number: JP10085866A
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: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-12
Also published as: US6115055A; EP0947333A2; EP0947333A3

Abstract

(57)【要約】【課題】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、カーボン保護膜と下層との十分な密着性を確保し
て、保護膜の割れや剥離の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えるサーマル
ヘッドを提供する。【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、前記カーボン保護膜と、その下層との界面
の酸素量を２０atm%以下とすることにより、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、発熱素子と電極と
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（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。従って、感熱記録時に感熱材
料と接触するのは、この保護膜であり、発熱素子は、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、発熱素子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。

【０００７】例えば、特公昭６１−５３９５５号および
特公平４−６２８６６号（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。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反面、硬いが
故に脆くすなわち靭性が低く、また、下層との密着性も
良好とは言えないため、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。

【０００８】このような問題点に対し、特開平７−１３
２６２８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ことによ
り、カーボン保護膜の密着力を向上して、ヒートショッ
ク等による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。また、同公報には、下層保護膜の表面を、還
元性雰囲気中でプラズマＣＶＤを用いて処理することに
より、カーボン保護膜と下層保護膜との密着性を向上す
る技術も開示されている。

【０００９】しかしながら、それでもなお、十分なカー
ボン保護膜の密着力を得るには至っておらず、特に、前
述のような医療用用途では、各層の熱膨張係数の違いに
よるストレスや、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、やはりカーボン保護膜の割れや剥離が生じて
しまうという問題点がある。このように保護膜に割れや
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、長期に渡って高い信頼性を発揮することはで
きない。

【００１０】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、保護膜
の腐食や摩耗が極めて少なく、しかも、カーボン保護膜
と下層との十分な密着性を確保して、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提供することにあ
る。

【００１１】

【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
と、その下層との界面の酸素量が、２０ａｔｍ％以下で
あ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、前記カーボン保護膜の下層として中間層保護膜を有
し、前記中間層保護膜の下層としてセラミックを主成分
とする下層保護膜を有し、前記中間層保護膜は、４Ａ族
の金属、５Ａ族の金属、６Ａ族の金属、ＳｉおよびＧｅ
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
るのが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のサーマルヘッドに
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。

【００１４】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サイズ等の所定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。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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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、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２
５６階調以上であるのが好ましい。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。図示例の
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９
２（ＤＬＣ保護膜＝Diamond Like Carbon 保護膜）とか
らなる３層構成を有する。

【００２１】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。

【００２２】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(SiN) 、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(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、窒化物、
炭化物を用いるのが好ましく、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８８
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。

【００２３】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〜２０μｍ程度、より好ましくは
４μｍ〜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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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、また、プラズマＣＶＤも好適に利用可能である。
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。

【００２７】ここで、中間層９０の形成に先立って、ラ
ッピング処理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させることができ、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０．００５μｍ〜０．５μｍが好適であ
る。

【００２８】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。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。

【００２９】カーボン保護膜９２の形成方法には特に限
定はなく、公知の膜形成技術で形成すればよいが、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、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。また、カーボン保護膜９
２は、５０℃〜４００℃程度、特に、サーマルヘッド６
６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６６に通電する方法で行えばよい。

【００３０】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は０．５μｍ〜５μ
ｍ、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９０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。

【００３１】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、カー
ボン保護膜９２を有し、かつ、後述する、前記カーボン
保護膜と、その下層との界面の酸素量が２０atm%以下で
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９
２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。

【００３２】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９
２の厚さは１μｍ〜２０μｍ、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。

【００３３】ここで、本発明のサーマルヘッドにおいて
は、カーボン保護膜と、その下層との界面において、酸
素量が界面に存在する全原子の２０atm%以下、好ましく
は、１０atm%以下である構成を有する。例えば、図示例
の３層構成の保護膜であれば、中間層９０とカーボン保
護膜９２の界面の酸素量が２０atm%以下であり、中間層
９０を有さない２層構成の保護膜であれば、下層保護膜
８８とカーボン保護膜との界面の酸素量が２０atm%であ
る構成を有する。

【００３４】前述のように、カーボン保護膜９２は、硬
質で化学的に安定であるため、サーマルヘッドの保護膜
として非常に良好な特性を有する反面、下層との密着性
が悪く、剥離や割れを生じ易いという欠点を有する。本
発明者らは、カーボン保護膜９２と下層との密着性を向
上すべく検討を重ねた結果、カーボン保護膜９２と下層
との界面、より具体的には、カーボン保護膜９２の成膜
時に下層の表面に存在する酸素が、カーボン保護膜９２
の密着性に悪影響を与えていることを知見し、さらに、
サーマルヘッドのカーボン保護膜９２と下層との界面の
酸素量を２０atm%以下、好ましくは１０atm%以下とする
ことにより、非常に良好なカーボン保護膜９２と下層と
の密着性が得られ、長期の使用に渡ってカーボン保護膜
９２の割れや剥離のない、優れた耐久性を有するサーマ
ルヘッドが得られることを知見した。特に、保護膜を図
示例のような中間層９０を有する３層構成とすることに
より、非常に優れた耐久性を有するサーマルヘッドを実
現できる。

【００３５】このようなサーマルヘッド６６の保護膜の
製造方法には特に限定はないが、好適な一例として、カ
ーボン保護膜９２の下層、すなわち上述の例では中間層
９０あるいは下層保護膜８８を、スパッタリングやプラ
ズマＣＶＤ等の減圧下での気相成膜法で形成し、下層を
成膜した後、成膜系内を開放することなく、言い換えれ
ば、成膜装置のチャンバ内に外気（含酸素気体）を入れ
ることなく、そのままカーボン保護膜を成膜する方法が
例示される。また、このような製造方法において、中間
層９０等を形成した後に、成膜系（チャンバ）内を真空
排気、好ましくは装置能力の最大限まで真空排気を行
い、その後、カーボン保護膜９２を成膜するのが好まし
い。これにより、カーボン保護膜９２と下層との界面に
存在する酸素量をより低減し、より良好な密着性が得ら
れる。

【００３６】また、別の方法として、カーボン保護膜９
２の下層を成膜した後、下層の表面をエッチングして酸
化物等を除去した後、カーボン保護膜９２を成膜する方
法が例示される。なお、この下層のエッチングは、前記
下層成膜後に成膜系内を開放することなく、好ましくは
真空排気を行った後に、カーボン保護膜を成膜する方法
でも好適に利用可能である。

【００３７】図３に、前記製造方法によって、本発明の
サーマルヘッドを製造する成膜装置の概念図を示す。図
示例の成膜装置１００は、基本的に、真空チャンバ１０
２と、ガス導入部１０４と、第１スパッタリング手段１
０６と、第２スパッタリング手段１０８と、プラズマ発
生手段１１０と、バイアス電源１１２と、基板ホルダ１
１４とを有して構成される。

【００３８】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
段とプラズマＣＶＤ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、外気を導入しないで減圧状態を維持した
まま、異なるターゲットを用いたスパッタリングによっ
て、あるいはスパッタリングとプラズマＣＶＤとによっ
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１
００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で、
前述の本発明のサーマルヘッドの製造方法を効率よく実
施することができる。

【００３９】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。

【００４０】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は、プラズマを発生するための
ガスを導入し、ガス導入管１０４ｂは、プラズマＣＶＤ
の反応ガスを導入する。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。他方、カーボン保護膜９２を成膜するための
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、中間層９０を成膜するための反応ガスとして
は、中間層９０の形成材料を含む各種のガスが例示され
る。

【００４１】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。

【００４２】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（１３０）のマイナス側
を直接カソード１１８（１２６）に接続し、例えば、３
００Ｖ〜１０００Ｖの直流電圧を印加する。直流電源１
２４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。

【００４３】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。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。

【００４４】図示例の成膜装置１００は、マイクロ波と
ＥＣＲ磁場とによってプラズマを発生させる、マイクロ
ＥＣＲ波放電を利用するプラズマＣＶＤでカーボン保護
膜９２等の成膜を行うものであり、プラズマ発生手段１
１０は、マイクロ波電源１３６、磁石１３８、マイクロ
波導波管１４０、同軸変換器１４２、誘電体板１４４、
放射状アンテナ１４６等を有して構成される。マイクロ
波電源１３６は、カーボン保護膜９２等の成膜に必要に
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磁場発生用の磁石１３８にとしては、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
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１４０、同軸変換器１４２、誘電体板１
４４等を用いて行われる。

【００４５】基板ホルダ１１４は、サーマルヘッド６６
（グレーズ）等の被成膜材（成膜基板）を固定するもの
である。図示例の成膜装置１００は、３つの成膜手段を
有するものであり、基板ホルダ１１４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、プラ
ズマＣＶＤを行うプラズマ発生手段１１０に基板となる
グレーズ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。基板とターゲッ
ト材１２０もしくは放射状アンテナ１４６との距離には
特に限定はなく、膜厚分布が均一になる距離を選択設定
すればよい。

【００４６】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。また、プラズマＣＶＤで硬質膜を得
るためには、基板に負のバイアス電圧を印加しながら成
膜を行うのが好ましい。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
１１２が接続される。また、プラズマＣＶＤの際には、
高周波の自己バイアス電圧を使用するのが好ましい。

【００４７】図示例の成膜装置１００は、好ましい態様
として、スパッタリング手段１０６および１０８と、プ
ラズマＣＶＤを行うプラズマ発生手段１１０の３つの成
膜手段を有するものであったが、本発明のサーマルヘッ
ド６６は、この成膜装置１００を用いてカーボン保護膜
９２等を形成するのに限定はされず、スパッタリング手
段もしくはプラズマ発生手段を一つのみ有する通常の成
膜装置を用いてもよいのはもちろんである。さらに、ス
パッタリング手段とプラズマ発生手段とを１つずつ有す
る成膜装置、スパッタリング手段のみもしくはプラズマ
発生手段のみを２つあるいは３つ有する成膜装置等、目
的とするサーマルヘッドの層構成に応じて、各種の構成
の成膜装置が利用可能である。

【００４８】以上、本発明のサーマルヘッドに付いて詳
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。

【００４９】

【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。

【００５０】このようなサーマルヘッドに、以下のよう
な、図３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。

【００５１】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、それぞれ１台ずつ有する、ＳＵＳ３
０４製で容積が０．５m³の真空チャンバ１０２。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。

【００５２】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、プラズマ発生ガス用と反応ガス用の２つのガス導入
管１０４ａおよび１０４ｂを形成した。

【００５３】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８ｋＷの負電位の直流電源
を用いた。なお、この直流電源は、２ｋＨｚ〜１０ｋＨ
ｚの範囲でパルス状に変調できるように構成してある。

【００５４】ｄ．プラズマ発生手段１１０発振周波数２．４５ＧＨｚ、最大出力１．５ｋＷのマイ
クロ波電源１３６を用いた。マイクロ波は、マイクロ波
導波管１４０で真空チャンバ１０２近傍まで導き、同軸
変換器１４２で変換後、真空チャンバ１０２内の放射状
アンテナ１４６に導入した。プラズマ発生部は、幅６０
０mm×高さ２００mmの矩形のものを用いた。さらに、Ｅ
ＣＲ用磁場は、磁石１３８としてSm-Co 磁石を複数個、
誘電体板１４４の形状に合わせて配置することで形成し
た。

【００５５】ｅ．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、ならびにプラズマ発生手
段１１０の放射状アンテナ１４６に対向して保持する。
また、いずれの向きを向いている状態でも、基板とター
ゲット材１２０もしくは放射状アンテナ１４６との距離
を５０mm〜１５０mmの間で調整可能な構成を有する。以
下に示す、スパッタリングによる中間層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１２
０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】ｆ．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、基板に高周波電圧を印加し、自己バイアス電圧
−３００Ｖ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に直流電力０．５ｋＷ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、直流電力を５ｋＷ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、真空チャンバ１０２
内を開放することなく、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１０２内の圧力
を保ったまま、直流電力を５ｋＷとしてシャッタ１２８
を開いてスパッタリングを行い、厚さ２μｍのカーボン
保護膜９２を形成し、サーマルヘッド６６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】作製したサーマルヘッド６６に形成された
３層構成の保護膜の一部（感熱記録と無関係な位置）を
サンプリングして、薄膜化処理し、中間層９０とカーボ
ン膜９５との界面を、KEVEX DELTAplus 定量トータルシ
ステムエネルギー分散型Ｘ線分析計（Ｓｉ＜Ｌｉ＞半
導体検出器、ＵＴＷ型）で分析した。その結果、中間層
９０とカーボン膜９５の界面の酸素量は、１５atm%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（富士写真フィルム社
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。２５０００枚の感熱材料に感熱記録
を行った時点で、サーマルヘッド６６のグレーズの表面
を確認したところ、保護膜には割れも剥離も生じていな
かった。

【００６２】［実施例２］Ｓｉ膜を成膜した後、プロセ
スを中断し、初期排気圧以下に下がってからプロセスを
再開した以外は、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。得ら
れた保護膜の中間層９０とカーボン膜９５との界面を、
前記実施例１と同様に分析した結果、界面の酸素量は、
１０atm%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い、
２５０００枚の感熱材料に感熱記録を行った時点で、サ
ーマルヘッド６６のグレーズの表面を確認したところ、
保護膜には割れも剥離も生じていなかった。

【００６３】［比較例１］初期排気時間を短くし、２．
０×１０^-5Torrからプロセスを開始した以外は、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
ルヘッドを作製した。得られた保護膜の中間層９０とカ
ーボン膜９５との界面を、前記実施例１と同様に分析し
た結果、界面の酸素量は、２５atm%であった。このよう
にして作製した本発明のサーマルヘッドを用いて、実施
例１と同様に感熱記録を行ったところ、約１２０００枚
の感熱材料に感熱記録を行った後に、画質に変動が生じ
たため、グレーズの表面を確認したところ、保護膜に剥
離が生じていた。

【００６４】［比較例２］中間層９０（珪素膜）成膜後
に、真空チャンバ１０２内を常圧まで大気開放した以外
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を作製した。得られた保護膜の中間
層９０とカーボン膜９５との界面を、前記実施例と同様
に分析した結果、界面の酸素量は、３０atm%であった。
このようにして作製した本発明のサーマルヘッドを用い
て、実施例１と同様に感熱記録を行ったところ、約８０
００枚の感熱材料に感熱記録を行った後に、画質に変動
が生じたため、グレーズの表面を確認したところ、保護
膜に剥離が生じていた。以上の結果より、本発明の効果
は明らかである。

【００６５】

【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なサーマルヘッドを実現でき、
医療用途等において用いられる、高剛性の支持体を使用
する感熱フィルムに対して、高エネルギー・高圧力下の
記録を行う用途でも、十分な耐久性を有し、長期に渡っ
て高い信頼性を発揮できる。

【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１１０プラズマ発生手段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１３６マイクロ波電源１３８磁石１４０マイクロ波導波管１４２同軸変換器１４４誘電体板１４６放射状アンテナ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と、その下層との界面
の酸素量が、２０ａｔｍ％以下であることを特徴とする
サーマルヘッド。
【請求項２】前記カーボン保護膜の下層として中間層保
護膜を有し、前記中間層保護膜の下層としてセラミック
を主成分とする下層保護膜を有し、前記中間層保護膜
は、４Ａ族の金属、５Ａ族の金属、６Ａ族の金属、Ｓｉ
およびＧｅからなる群より選択される少なくとも１種を
主成分とする請求項１に記載のサーマルヘッド。