專利名稱：熱敏打印機頭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱敏打印機頭及其制造方法。
在使用時，在保護涂層中的最外層，由于直接與打印紙接觸，在與打印紙反復(fù)接觸的過程中產(chǎn)生磨損。例如當打印超過100km的長度之后繼續(xù)打印時，不僅最外層，而且內(nèi)層也會由于磨損而逐漸減少，最終使得發(fā)熱電阻和電極露出。結(jié)果會在打印中出現(xiàn)白條或者黑條等問題。
另一方面，如果將最外層的厚度做得相當厚度，雖然可以提高保護涂層的耐用性，但是，由于增加了發(fā)熱電阻到打印紙之間的厚度，熱響應(yīng)變差，只能打印出低質(zhì)量的打印效果。
為了消除這樣的障礙，作為最外層的材料，采用各種膜特性優(yōu)異的非氧化物類陶瓷，其中多采用碳化硅(SiC)、或者氮化硅(Si3N4)。這樣的陶瓷材料的一般特性是高硬度、耐磨性優(yōu)異，當最外層形成4μm程度的膜薄時可以獲得高的熱響應(yīng)。
但是，即使最外層采用象SiC、Si3N4的硬材料，仍然不能完全改善最外層所要求的所有膜特性。特別是在最近，通過實驗結(jié)果證明，即使這樣的硬材料也不能獲得所要求的耐磨損特性。例如，對SiC進行磨損實驗所獲得的結(jié)果表明，在給定條件(在后面詳細說明)下讓SiC膜與金屬球進行反復(fù)摩擦，如圖3所示，當摩擦次數(shù)超過1000次之后，摩擦系數(shù)也隨之增加，最終產(chǎn)生1.1 μm的磨損量。這是由于膜表面受到過分磨損而引起原子和分子水平的化學(xué)反應(yīng)，使得原本是SiC的表面變化成二氧化硅(SiO2)。而且，對于Si3N4，圖3表明，摩擦系數(shù)也檢測出較高的值。
如上所述，圖3的曲線表明，摩擦系數(shù)是確定耐磨損以及滑動性的決定因素之一，如果摩擦系數(shù)過高，就不可能提高耐磨損以及滑動性。因此，即使采用SiC或者Si3N4構(gòu)成保護涂層的最外層，也不可能顯著提高耐磨損以及滑動性，還有必要研究、開發(fā)其改善方式的余地。另一方面，關(guān)于最外層與中間涂層的密合性的問題，如果最外層由一般的氧化物陶瓷構(gòu)成時，不會與中間涂層處于良好的密合接觸狀態(tài)。還有，如果由非氧化物類的SiC或者Si3N4硬材料構(gòu)成最外層，在來自外部的沖擊力產(chǎn)生刮痕時，由于是硬材料，所以以該處為起點容易出現(xiàn)剝離的問題。
進一步，關(guān)于耐靜電破壞的問題，由于氧化物類陶瓷、SiC或者Si3N4基本上沒有導(dǎo)電性，當與打印紙滑動由于摩擦讓最外層帶電，有可能引起靜電破壞。為了防止這種情況，如果在其中添加導(dǎo)電性物質(zhì)，可以消除靜電破壞，但反過來又會產(chǎn)生當水滴等粘附在表面而由于離子化將其溶解的所謂電腐蝕問題。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種這樣的熱敏打印機頭的制造方法。
依據(jù)本發(fā)明的第1方面，包括基板、在上述基板上形成有公共電極以及多個個別電極的電極模樣、與上述電極模樣連接的多個發(fā)熱段、在上述基板上積層的覆蓋上述電極模樣以及發(fā)熱段的多層構(gòu)成的保護涂層的熱敏打印機頭，提供一種上述保護涂層中的最外層以SiC為主要成分、碳作為添加成分的熱敏打印機頭。
優(yōu)選上述最外層中的碳的比例在60～80摩爾％。
依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，上述保護涂層，除了上述最外層之外，還包括覆蓋上述發(fā)熱段以及上述電極模樣的厚膜玻璃層、在該厚膜玻璃層上形成薄膜玻璃層、在該薄膜玻璃層和上述最外層之間形成的粘接層。還有，上述發(fā)熱段由直線狀的厚膜電阻器構(gòu)成。
在以上構(gòu)成的熱敏打印機頭中，上述最外層除包含作為主要成分的SiC之外，還包含作為添加成分的碳。其結(jié)果，根據(jù)碳的添加量，可以提高滑動性(耐磨損性)以及與中間涂層的密接性。
依據(jù)本發(fā)明的第2方面，包括基板、在上述基板上形成有公共電極以及多個個別電極的電極模樣、與上述電極模樣連接的多個發(fā)熱段、在上述基板上積層的覆蓋上述電極模樣以及發(fā)熱段的多層構(gòu)成的保護涂層的熱敏打印機頭的制造方法，提供一種上述保護涂層中的最外層通過以SiC為主要成分、采用包含作為添加成分的碳的靶的濺射形成的熱敏打印機頭的制造方法。
優(yōu)選上述靶中的碳的比例在60～80摩爾％。在該范圍內(nèi)，通過調(diào)整上述靶中的碳成分的比例，控制所獲得的最外層的膜特性。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，上述濺射為反應(yīng)性濺射。
依據(jù)以上的制造方法，最外層除包含作為主要成分的SiC之外，還包含作為添加成分的碳。在這樣形成的最外層中，這樣構(gòu)成的原子整體的碳成分的摩爾比例比單純的SiC的平衡狀態(tài)的情況要高，其結(jié)果最外層的膜特性呈現(xiàn)出各種變化。具體講，在單純的SiC中包含添加的碳的最外層中，即使長距離在打印紙上滑動，也能長期保持顯著的低摩擦系數(shù)。還有，在包含作為添加成分的碳的最外層中，與只有單純的SiC的構(gòu)造相比，膜應(yīng)力減少，增加致密性，可以改善與中間涂層的密接性以及硬質(zhì)性，提高機械強度。進一步，在具有上述構(gòu)成的最外層中，由于具有微弱的導(dǎo)電性，即使與打印紙滑動摩擦也不會引起帶電現(xiàn)象，另一方面，由于有微弱的導(dǎo)電性，幾乎不會產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象。
上述作用與效果，特別是構(gòu)成最外層的碳的比例在60～80摩爾％時，發(fā)揮得更加顯著。
還有，為了調(diào)整構(gòu)成最外層的碳的比例，采用反應(yīng)性濺射在原子水平控制最外層中的碳。這樣，在形成最外成時，可以將其組成進行最適應(yīng)控制。
通過以下參照附圖所進行的詳細說明，將更加了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。
圖2為表示沿

圖1的II-II線的剖視圖。
圖3為表示對C-SiC膜進行磨損實驗所獲得的摩擦系數(shù)與現(xiàn)有例比較的曲線圖。
圖4為表示對本發(fā)明的熱敏打印機頭進行實際運行的測試結(jié)果與現(xiàn)有制品比較的曲線圖。
發(fā)明的最佳實施方式以下參照附圖具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
圖1以及圖2為表示有關(guān)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的厚膜型熱敏打印機頭1。熱敏打印機頭1包括在陶瓷基板2上面的儲熱釉料層6、在該釉料層6的表面形成的電極模樣3。電極模樣3由一個公共電極30以及多個個別電極31構(gòu)成。公共電極30具有梳子齒狀的延伸部30a，各延伸部30a突入到相鄰兩個別電極31之間。同樣，各個別電極31的一端31a突入到公共電極30的相鄰兩延伸部30a之間。各個別電極31的另一端31b成為連接用焊盤，該焊盤31b通過導(dǎo)線與圖中未畫出的驅(qū)動IC相對應(yīng)的焊盤電連接。電極模樣3在通過樹脂網(wǎng)印刷、燒結(jié)后，采用光刻法進行蝕刻形成。
在公共電極30的延伸部30a以及個別電極31上面交叉，形成直線狀延伸的厚膜發(fā)熱電阻器5。在該發(fā)熱電阻器5中，由相鄰的延伸部30a所區(qū)分的部分(圖1中由陰影表示的部分)作為單位發(fā)熱段50發(fā)揮作用，由來自圖中未畫出的對應(yīng)驅(qū)動IC的電流讓該發(fā)熱段50發(fā)熱。發(fā)熱電阻器5，例如將包含氧化釕的電阻糊印刷、燒結(jié)而成。
進一步，上述熱敏打印機頭1，如圖2所示，形成有覆蓋電極模樣3以及發(fā)熱電阻器5的保護涂層8。該保護涂層8由厚膜玻璃層81、薄膜玻璃層82、作為粘接層的中間涂層83、以及與打印紙直接接觸的最外層84等4層以上的多層化結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。
厚膜玻璃層81通過采用玻璃糊印刷、燒結(jié)，形成例如厚度為10μm左右、維氏硬度為500～600kg/m2的非晶質(zhì)玻璃厚膜。在該厚膜玻璃層81的形成中所采用的玻璃糊，例如包含樹脂成分約26.5重量％以及玻璃成分約73.5重量％。
薄膜玻璃層82通過濺射法、CVD法、蒸鍍法等適當?shù)姆椒?，形成例如厚度?.6μm左右、維氏硬度為500～700kg/m2的二氧化硅(SiO2)薄膜。
中間涂層83通過濺射法、CVD法、蒸鍍法等適當?shù)姆椒ǎ纬衫绾穸葹?.0μm左右、維氏硬度為1600～1800kg/m2的碳化硅(SiC)薄膜。取代它們，中間涂層83也可以采用鈦、鎢等金屬、或者碳化鈦(TiC)形成。
最外層84例如通過濺射法形成厚度為4.0μm左右、維氏硬度為1200kg/m2的由膜形成材料構(gòu)成的薄膜。具體講，作為該膜形成材料，采用以碳化硅(SiC)為主要成分、以碳(C)為添加成分的陶瓷系材料(以下簡記為[C-SiC])。更具體講，構(gòu)成最外層84的C-SiC，整體上碳(C)所占的比例在60～80摩爾％。這樣，碳(C)作為添加成分包含的C-SiC比單純的碳化硅(SiC)有更優(yōu)異的致密化構(gòu)造，由此，各種膜特性(特別是耐磨損以及滑動性)比其他材料有所改善。其膜特性的改善將在后面說明。
上述組成的C-SiC所構(gòu)成的最外層84，采用與其同樣組成的C-SiC靶通過反應(yīng)性濺射進行成膜。在進行濺射時，通過改變靶的組成、或者通過調(diào)整環(huán)境中的氫和甲烷等活性氣體的濃度，可以獲得所希望的膜特性。
以下說明C-SiC膜(最外層84)的膜特性。
圖3為表示對C-SiC膜(最外層84)進行磨損實驗所獲得的摩擦系數(shù)的變化與現(xiàn)有例比較的曲線。磨損實驗，采用市場銷售的摩擦磨損實驗機(日本神鋼造機社制造)，在下述條件下進行。
溫度24球體碳鋼球重量500g沖程6mm頻率2Hz滑動次數(shù)1500(12mm/次)對上述試驗條件進行簡單說明，在24得溫度條件下，碳鋼球?qū)υ嚵?膜)施加500g的重量的狀態(tài)下，讓碳鋼球轉(zhuǎn)動，對試料進行摩擦磨損。這時，碳鋼球的沖程(前進或者后退時的移動距離)為6mm(即1次往返距離為12mm)，頻率(1秒鐘的往返次數(shù))為2Hz，合計進行1500次對試料的摩擦磨損試驗。
如該圖的曲線所示，在作為本實施方式中的最外層84使用的C-SiC膜中，當滑動次數(shù)到達200次后，摩擦系數(shù)急劇下降，之后摩擦系數(shù)一直保持在0.05的極低的值上。還有，在最終的C-SiC膜中，與現(xiàn)有的SiC膜和Si3N4膜相比，只有一半以下的磨損量(0.4μm)?？梢哉J為，這是因為通過在碳化硅(SiC)中添加碳(C)，成為滑動面的覆膜表面具有耐氧化性更強的性質(zhì)，即使主動摩擦也難以形成氧化硅(SiO2)，具有致密化的結(jié)構(gòu)。
總之，本實施方式的C-SiC膜，與具有不同組成的現(xiàn)有的膜相比，摩擦系數(shù)極低，可以降低磨損。因此，在C-SiC膜中可以充分改善其滑動性和耐磨損性。
還有，C-SiC膜，和現(xiàn)有的Si3N4膜相比，維氏硬度增加了一倍以上。因此，C-SiC膜作為最外層84，與中間涂膜83的密接性優(yōu)異，同時即使受到外部的沖擊，也難以產(chǎn)生刮痕，不容易被剝離。
進一步，在C-SiC膜中，通過讓碳(C)的摩爾比例在80摩爾％以下[反之硅(Si)的摩爾比例在20摩爾％以上]，膜的比電阻在106Ω/cm以上。這樣，膜本身的導(dǎo)電性極低，可以防止當水滴粘附在膜表面而由于離子化將其溶解的所謂電腐蝕問題。另一方面，由于C-SiC膜具有極小的導(dǎo)電性，用該膜構(gòu)成的最外層84與公共電極30等接觸時，可以讓在打印紙上滑動時由于摩擦產(chǎn)生靜電逃出，可以防止靜電破壞的問題。
還有，C-SiC膜構(gòu)成的最外層84為4μm左右的薄膜時，可以整體降低保護涂層3的厚度，在維持發(fā)熱電阻器5向打印紙傳遞優(yōu)異的熱響應(yīng)性的同時，可以確保高質(zhì)量的打印。進一步，由于C-SiC膜為陶瓷系，耐熱性方面也不存在問題。
圖4為表示對最外層84由C-SiC膜(C成分的摩爾比例在80摩爾％，Si成分的摩爾比例在20摩爾％)構(gòu)成的本實施方式的熱敏打印機頭進行實際運行的測試結(jié)果，與最外層84由SiC膜構(gòu)成的現(xiàn)有制品比較的曲線。實際運行測試，是在100％的占空比(驅(qū)動所有發(fā)熱段進行全黑打印的狀態(tài))的條件下驅(qū)動熱敏打印機頭，讓打印紙在最外層上滑動的同時進行運行。試驗評價，通過每隔給定打印距離測定最外層的磨損量進行。
圖4的曲線表明，在現(xiàn)有的熱敏打印頭(SiC膜)中，具有4μm厚度的最外層的厚度在達到70km的打印長度之后，被磨損掉3.5μm。另一方面，在本實施方式的熱敏打印機頭(C-SiC膜)中，即使達到70km的打印長度之后，最外層的磨損量還不到最初厚度(約4μm)的1/4。這表明，本實施方式的熱敏打印機頭比現(xiàn)有具有3倍以上的壽命。因此，本實施方式的熱敏打印機頭適合用于要求相當耐久性的打印機器(例如條性碼用打印機)中。
上述實施方式，雖然是厚膜型熱敏打印機頭，但也可以適用于薄膜型熱敏打印機頭。
權(quán)利要求
1.一種熱敏打印機頭，包括基板、在所述基板上形成有公共電極以及多個個別電極的電極模樣、與所述電極模樣連接的多個發(fā)熱段、在所述基板上積層的覆蓋所述電極模樣以及發(fā)熱段的多層構(gòu)成的保護涂層，其特征是所述保護涂層中的最外層包含作為主要成分的SiC、作為添加成分的碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏打印機頭，其特征是所述最外層中的碳的比例在60摩爾％以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱敏打印機頭，其特征是所述最外層中的碳的比例在60～80摩爾％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏打印機頭，其特征是所述保護涂層，除了所述最外層之外，還包括覆蓋所述發(fā)熱段以及所述電極模樣的厚膜玻璃層、在該厚膜玻璃層上形成薄膜玻璃層、在該薄膜玻璃層和所述最外層之間形成的粘接層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱敏打印機頭，其特征是所述發(fā)熱段由直線狀的厚膜電阻器構(gòu)成。
6.一種熱敏打印機頭的制造方法，是包括基板、在所述基板上形成有公共電極以及多個個別電極的電極模樣、與所述電極模樣連接的多個發(fā)熱段、在所述基板上積層的覆蓋所述電極模樣以及發(fā)熱段的多層構(gòu)成的保護涂層的熱敏打印機頭的制造方法，其特征是所述保護涂層中的最外層通過以SiC為主要成分、采用包含作為添加成分的碳的靶的濺射形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱敏打印機頭的制造方法，其特征是所述靶中的碳的比例在60摩爾％以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱敏打印機頭的制造方法，其特征是所述靶中的碳的比例在60～80摩爾％。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱敏打印機頭的制造方法，其特征是通過調(diào)整所述靶中的碳成分的比例，控制所獲得的最外層的膜特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱敏打印機頭的制造方法，其特征是所述濺射為反應(yīng)性濺射。
全文摘要
熱敏打印機頭(1)包括基板(2)、在上述基板上形成了公共電極以及多個個別電極的電極模樣(3)、與上述電極模樣(3)連接的發(fā)熱電阻器(5)、在上述基板(2)上積層的覆蓋上述電極模樣(3)以及發(fā)熱電阻器(5)的多層(81、82、83、84)構(gòu)成的保護涂層(8)。上述保護涂層(8)中的最外層(84)包含作為主要成分的SiC、作為添加成分的碳。
文檔編號B41J2/335GK1355743SQ00808944
公開日2002年6月26日 申請日期2000年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月15日
發(fā)明者山出琢巳, 林浩昭 申請人:羅姆股份有限公司