專利名稱：熱敏打印機(jī)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(jī)頭及其制造方法。
在使用時(shí)，在保護(hù)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(guò)程中產(chǎn)生磨損。例如當(dāng)打印超過(guò)100km的長(zhǎng)度之后繼續(xù)打印時(shí)，不僅最外層，而且內(nèi)層也會(huì)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(huì)在打印中出現(xiàn)白條或者黑條等問(wèn)題。
另一方面，如果將最外層的厚度做得相當(dāng)厚度，雖然可以提高保護(hù)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(dāng)最外層形成4μm程度的膜薄時(shí)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(duì)SiC進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)所獲得的結(jié)果表明，在給定條件(在后面詳細(xì)說(shuō)明)下讓SiC膜與金屬球進(jìn)行反復(fù)摩擦，如圖3所示，當(dāng)摩擦次數(shù)超過(guò)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(guò)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(duì)于Si3N4，圖3表明，摩擦系數(shù)也檢測(cè)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(dòng)性的決定因素之一，如果摩擦系數(shù)過(guò)高，就不可能提高耐磨損以及滑動(dòng)性。因此，即使采用SiC或者Si3N4構(gòu)成保護(hù)涂層的最外層，也不可能顯著提高耐磨損以及滑動(dòng)性，還有必要研究、開(kāi)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(wèn)題，如果最外層由一般的氧化物陶瓷構(gòu)成時(shí)，不會(huì)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(lái)自外部的沖擊力產(chǎn)生刮痕時(shí)，由于是硬材料，所以以該處為起點(diǎn)容易出現(xiàn)剝離的問(wèn)題。
進(jìn)一步，關(guān)于耐靜電破壞的問(wèn)題，由于氧化物類陶瓷、SiC或者Si3N4基本上沒(méi)有導(dǎo)電性，當(dāng)與打印紙滑動(dòng)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(guò)來(lái)又會(huì)產(chǎn)生當(dāng)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(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種這樣的熱敏打印機(jī)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(gè)個(gè)別電極的電極模樣、與上述電極模樣連接的多個(gè)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(hù)涂層的熱敏打印機(jī)頭，提供一種上述保護(hù)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(jī)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(shí)施方式，上述保護(hù)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(jī)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(dòng)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(gè)個(gè)別電極的電極模樣、與上述電極模樣連接的多個(gè)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(hù)涂層的熱敏打印機(jī)頭的制造方法，提供一種上述保護(hù)涂層中的最外層通過(guò)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(jī)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(guò)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(shí)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(zhǎng)距離在打印紙上滑動(dòng)，也能長(zhǎng)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(jī)械強(qiáng)度。進(jìn)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(dòng)摩擦也不會(huì)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(huì)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(shí)，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(shí)，可以將其組成進(jìn)行最適應(yīng)控制。
通過(guò)以下參照附圖所進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明，將更加了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖2為表示沿

圖1的II-II線的剖視圖。
圖3為表示對(duì)C-SiC膜進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)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(duì)本發(fā)明的熱敏打印機(jī)頭進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行的測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)有制品比較的曲線圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施方式以下參照附圖具體說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖1以及圖2為表示有關(guān)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的厚膜型熱敏打印機(jī)頭1。熱敏打印機(jī)頭1包括在陶瓷基板2上面的儲(chǔ)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(gè)公共電極30以及多個(gè)個(gè)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(gè)別電極31之間。同樣，各個(gè)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(gè)別電極31的另一端31b成為連接用焊盤，該焊盤31b通過(guò)導(dǎo)線與圖中未畫(huà)出的驅(qū)動(dòng)IC相對(duì)應(yīng)的焊盤電連接。電極模樣3在通過(guò)樹(shù)脂網(wǎng)印刷、燒結(jié)后，采用光刻法進(jìn)行蝕刻形成。
在公共電極30的延伸部30a以及個(gè)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(lái)自圖中未畫(huà)出的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)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(jìn)一步，上述熱敏打印機(jī)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(hù)涂層8。該保護(hù)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(guò)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(shù)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(guò)濺射法、CVD法、蒸鍍法等適當(dāng)?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(guò)濺射法、CVD法、蒸鍍法等適當(dāng)?shù)姆椒?，形成例如厚度?.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(guò)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(jiǎn)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(dòng)性)比其他材料有所改善。其膜特性的改善將在后面說(shuō)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(guò)反應(yīng)性濺射進(jìn)行成膜。在進(jìn)行濺射時(shí)，通過(guò)改變靶的組成、或者通過(guò)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(shuō)明C-SiC膜(最外層84)的膜特性。
圖3為表示對(duì)C-SiC膜(最外層84)進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，采用市場(chǎng)銷售的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)(日本神鋼造機(jī)社制造)，在下述條件下進(jìn)行。
溫度24球體碳鋼球重量500g沖程6mm頻率2Hz滑動(dòng)次數(shù)1500(12mm/次)對(duì)上述試驗(yàn)條件進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)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(dòng)，對(duì)試料進(jìn)行摩擦磨損。這時(shí)，碳鋼球的沖程(前進(jìn)或者后退時(shí)的移動(dòng)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(jì)進(jìn)行1500次對(duì)試料的摩擦磨損試驗(yàn)。
如該圖的曲線所示，在作為本實(shí)施方式中的最外層84使用的C-SiC膜中，當(dāng)滑動(dòng)次數(shù)到達(dá)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(rèn)為，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在碳化硅(SiC)中添加碳(C)，成為滑動(dòng)面的覆膜表面具有耐氧化性更強(qiáng)的性質(zhì)，即使主動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)即使受到外部的沖擊，也難以產(chǎn)生刮痕，不容易被剝離。
進(jìn)一步，在C-SiC膜中，通過(guò)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(dāng)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(wèn)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(shí)，可以讓在打印紙上滑動(dòng)時(shí)由于摩擦產(chǎn)生靜電逃出，可以防止靜電破壞的問(wèn)題。
還有，C-SiC膜構(gòu)成的最外層84為4μm左右的薄膜時(shí)，可以整體降低保護(hù)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(shí)，可以確保高質(zhì)量的打印。進(jìn)一步，由于C-SiC膜為陶瓷系，耐熱性方面也不存在問(wèn)題。
圖4為表示對(duì)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(shí)施方式的熱敏打印機(jī)頭進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行的測(cè)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(shí)際運(yùn)行測(cè)試，是在100％的占空比(驅(qū)動(dòng)所有發(fā)熱段進(jìn)行全黑打印的狀態(tài))的條件下驅(qū)動(dòng)熱敏打印機(jī)頭，讓打印紙?jiān)谧钔鈱由匣瑒?dòng)的同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行。試驗(yàn)評(píng)價(jià)，通過(guò)每隔給定打印距離測(cè)定最外層的磨損量進(jìn)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(dá)到70km的打印長(zhǎng)度之后，被磨損掉3.5μm。另一方面，在本實(shí)施方式的熱敏打印機(jī)頭(C-SiC膜)中，即使達(dá)到70km的打印長(zhǎng)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(shí)施方式的熱敏打印機(jī)頭比現(xiàn)有具有3倍以上的壽命。因此，本實(shí)施方式的熱敏打印機(jī)頭適合用于要求相當(dāng)耐久性的打印機(jī)器(例如條性碼用打印機(jī))中。
上述實(shí)施方式，雖然是厚膜型熱敏打印機(jī)頭，但也可以適用于薄膜型熱敏打印機(jī)頭。
權(quán)利要求
1.一種熱敏打印機(jī)頭，包括基板、在所述基板上形成有公共電極以及多個(gè)個(gè)別電極的電極模樣、與所述電極模樣連接的多個(gè)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(hù)涂層，其特征是所述保護(hù)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(jī)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(jī)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(jī)頭，其特征是所述保護(hù)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(jī)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(jī)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(gè)個(gè)別電極的電極模樣、與所述電極模樣連接的多個(gè)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(hù)涂層的熱敏打印機(jī)頭的制造方法，其特征是所述保護(hù)涂層中的最外層通過(guò)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(jī)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(jī)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(jī)頭的制造方法，其特征是通過(guò)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(jī)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(jī)頭(1)包括基板(2)、在上述基板上形成了公共電極以及多個(gè)個(gè)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(hù)涂層(8)。上述保護(hù)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(hào)B41J2/335GK1355743SQ00808944
公開(kāi)日2002年6月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:羅姆股份有限公司