JPH01204760A - 発熱抵抗体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーマルヘッド等に好適な発熱抵抗体装置に関
し、特に薄膜形の発熱抵抗体を備えた装−置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来より、この種の発熱抵抗体装置としては、例えば（
社）金属表面技術協会発行の「金属表面技術Ｊ　　（Ｖ
ｏｌ、３４　Ｎｏ、６．１９８３．Ｐ２７１−２７７　
）に開示されたものがある。第２図は斯かる従来例の要
部を示す断面図である。同図において、１１は絶縁基板
、１２はグレーズ層、１３は発熱抵抗体としての窒化タ
ンタル（Ｔ”　ａ　２　Ｎ　＞膜、１４及び１５はＴａ
２Ｎ膜１３に電力を供給するための電気導体であり、電
気導体１４と１５の間の部分１３ａが発熱部となる。ま
た、１６は’Ｉ’　ａ　２　Ｎ　Ｉ漠１３を酸化から保
護する保護層、１７は耐摩耗層である。

ところで、サーマルヘッド用の発熱抵抗体として求めら
れる特性としては、耐熱性に優れ長期間の使用に耐え得
ること、電気抵抗率が高く十分な発熱Ｉが得られること
、及び温度変化に対して抵抗値が安定であること等があ
げられる。

これに対して、Ｔａ２Ｎは抵抗値の対温度特性は非常に
安定であるものの、耐熱性の点で充分な特性を有してい
なかった。このため、Ｔ　ａ　２　Ｎ　ＩＢ！１３は駆
動電力パルスの印加によって熱破損が起こる虞があり、
長期間の使用に耐え得るようにするにはＴａ２Ｎ膜１３
を厚膜に形成する必要があった。ところが、Ｔａ２Ｎは
電気抵抗率が３００μΩ・■以下と余り大きくなく、Ｔ
　ａ　２　Ｎ　Ｉ摸１３を厚く形成した場合には発熱部
１３ａの抵抗値が低くなり過ぎ、印字に必要な充分な発
熱量を得られなくなる。充分な発熱量を得るには電流値
を大きくする必要があるが、電流値を大きくして駆動さ
せる制御方式には、回路配線及び駆動方式上等の制約が
あり、また省電力化の観点からも望ましくなかった。

そこで、Ｔａ２Ｎ膜を厚膜化したことによる抵抗値の増
大化を、発熱部の形状を変えることで防ごうとする提案
がある。第３図は斯かる提案の代表的なものとし知られ
ているミアンダ形発熱体の形状を示す平面図である。ミ
アンダ形発熱体は発熱体の幅を狭くし、且つ発熱体をタ
ーンさせることにより長くして、発熱部の抵抗値を高め
、大きな発熱量が得られるようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例においては、ミアンダ形の発
熱部が電極導体をターンさぜな構造となっているため、
直線状に形成した場合より微細なパターンを形成するた
めの加工技術が必要となる。

従って、高精細印字を可能とするため発熱部の小面積化
を達成しようとすると、力１江の困難性が一層増し、製
造コストが上昇するという問題があった。即ち、製造コ
ストの上昇は発熱部の小面積化の障害になるという問題
があった。

そこで、電気抵抗率が高い抵抗体材料が種々検討される
ようになり、例えば、Ｔａ−３ｔ−ＮやＴａ−３ｔ−０
等の高抵抗材料が開発されてきた。

しかし、これら材料はＴａ、Ｓｔ、Ｎ、０等の分子レベ
ルでの完全な混合物であり、高い電気抵抗率（１０３〜
１０５μΩ・ａｎ）を有するものの、抵抗値の温度依存
性が大きく、高温になると抵抗率が著しく低下するとい
う問題があった。

そこで本発明は以上説明した課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、耐熱性に優れ、
高い電気抵抗率を備え、しかも抵抗値の温度依存性が小
さい発熱抵抗体装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る発熱抵抗体装置は、基板と、上記基板上に
形成された発熱抵抗体とを有し、上記発熱抵抗体が金属
ケイ化物膜と酸化ケイ素膜とを交互に重ねた積層構造で
あり且つ上記金属ケイ化物膜を２層以上有することを特
徴としている。

〔作　用〕

本発明においては、基板上に形成される発熱抵抗体が金
属ケイ化物膜と酸化ケイ素膜とを交互に重ね、且つ金属
ケイ化物膜を２層以上有する積層構造となっている。即
ち、この積層構造は２層の金属ケイ化物膜の間に酸化ケ
イ素膜を介在させた３層構造を基本′ＷＪ造とし、金属
ケイ化！ｉ！Ｊ膜と酸化ケイ素膜とが交互に重なるよう
に上記基本となる３層構造を１段または複数段重ねた構
成としている。

ところで、金属ケイ化物それ自体は金属に近い性質を有
し電気抵抗率はあまり高くない、また、酸化ケイ素はそ
れ自体は電気的に絶縁性が高い性質を有している。

ところが、金属ケイ化物と酸化ケイ素とを薄膜化（数百
穴程度）して金属ケイ化物膜と酸化ケイ素膜とを交互に
重ねたて積層構造とした発熱抵抗体では、全体としての
性質はそれを構成する各々の材質の性質とは異なり、電
気抵抗率が高く且つ抵抗値の温度依存性が小さい特性を
有するようになる。尚、これは電流が金属ケイ化物膜の
間に介在する薄膜化された酸化ケイ素膜を通して流れる
ことによる現象と考えられる。

〔実施例〕

以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る発熱抵抗体装置をサーマルヘッド
に適用した第一実施例を示す断面図である。同図におい
て、１は絶縁基板としてのアルミナ基板、２はグレーズ
層、３は発熱抵抗体、４及び５はＡｕ等の電気導体、６
はＳｉＣ膜よりなる保護膜である。ここで、電気導体４
と５の間の部分３ａが発熱部となる。

本実施例では、上記発熱抵抗体３を電気的導体である金
属ケイ化物膜と絶縁体である酸化ケイ素膜とを交互に重
ねた積層構造（図示せず）とし、且つ金属ケイ化物膜を
２層以上備えた′ＪＫＩＩ造としている。ここでは、金
属ケイ化物膜としてニケイ化タルタン（ＴａＳ１２　）
膜を用い、酸化ケイ素膜として二酸化ケイ素（Ｓ　］　
０２　）膜を用い、発熱抵抗体３の膜厚を３０００Ａと
した。また、Ｔａ５ｌ　膜とＳ　ｉ　０２膜の膜厚比は
１：１．３とした。

そして、実際に上記膜厚及び膜厚比において、３層、９
層、１９層及び２９層の発熱抵抗体を形成し、それぞれ
について０〜１２０℃の範囲で抵抗値の温度依存性を測
定した。第４図は上記構成の抵抗値の温度依存性と比較
例として膜厚を３０θ ００ＡとしたＴａ−３ｔ−０抵抗体膜の温度依存性の測
定結果を示す特性曲線図である。

この特性曲線図より、本実施例の特性曲線はいずれもＴ
ａ−３ｔ−０抵抗体膜より勾配が小さく、即ち抵抗値の
温度依存性が小さいことがわかる。

また、本実施例の発熱抵抗体はほとんどの範囲でＴａ−
３ｉ−０抵抗体膜より電気抵抗率が高いことがわかる。

よって、この実施例の発熱抵抗体は抵抗値の温度依存性
が小さく、且つ電気抵抗率が高いというサーマルヘッド
に好適な特性を有している。

尚、Ｔａ５ｉ２ＩＩ５！とＳ　ｉ０２膜との成膜方法と
しては、マグネトロンスパッタ法を用い、ＴａＳｉ２膜
形成に際してはＴａＳｉ２をターゲットとし、ＳｉＯＪ
ｌ！形成に際しては５ｉＯ７をターゲットとし、スパッ
タガスとしてはＡｒガスを用いて行っている。そして、
実際のスパッタに際しては、グレーズ層を備えた基板を
予め真空中で２００℃で３０分間加熱し、その後水冷し
、室温状態としたものを用いた。また、スパッタに際し
ては、Ｔａ５１２ターゲツトとＳｉＯ２ターゲットとを
シャッタを備えた別々の部屋に置き、Ｔ　ａ　Ｓ　ｌ　
２ターゲツトをＤＣで、５１０２ターゲツトをＲＦで同
時にスパッタして、いずれかのシャッタを開けていずれ
か一方のスパッタ物のみが基板に付着するようにする操
作を、シャッターの切替えにより複数回実施して’Ｉ’
ａＳｉ２ＭとＳ　ｌ　０２　ＩＩ！との多層膜構造を形
成した。

第５図は本発明の第二実施例に関し、発熱抵抗体３の金
属ケイ化物膜としてニケイ化チタン（ＴＴ　Ｉ　Ｓ　ｌ
　２　ＷＡとＳｉＯ□膜の膜厚比をｌ：１．２とした場
合の発熱抵抗体の温度依存性を測定した結果を示す特性
曲線図である。尚、この第二実施例は第１図と同じ構造
を有している。

尚、この実施例においは上記第一実施例と同様に３層、
９層、１９層及び２９層の発熱抵抗体を形成し、それぞ
れについて０〜１２０℃の範囲で抵抗値の温度依存性を
測定した。

この特性曲線図より、この第二実施例においては比較例
としてのＴｉ−３ｔ−０抵抗体膜より勾配が小さく、抵
抗値の温度依存性が小さいことがわかる。また、この実
施例の発熱抵抗体は全ての範囲でＴｉ−３Ｌ−０抵抗体
膜より電気抵抗率が高いことがわかる。

よって、この実施例の発熱抵抗体も抵抗値の温度依存性
が小さく、且つ電気抵抗率が高いというサーマルヘッド
に好適な特性を有している。

次に、上記第一、第二実施例及びＴａ２Ｎを発熱抵抗体
とした従来のものをサーマルヘッドに適用しその寿命に
ついて試験した結果について説明する。尚、試験は、上
記第一実施例で発熱抵抗体を１９層構造としたもの、上
記第二実施例で発熱抵抗体を１９層構造としたもの、及
び従来の構成として発熱抵抗体をＴ　ａ　２　Ｎで構成
したものについて印加パルス数と抵抗値変化率を調べる
ことにより行った。ここで、発熱抵抗体の形状は５０Ｘ
７５μｍの矩形とし、１６ｄｏｔｓ／ｍｍ密度で配した
ものを使用し、保護膜には４μｍのＳｉＣ膜を用いた。

また、駆動に際しては０．８ｍｓ幅のパルスで２ｍｓ周
期で繰り返し駆動させ、常に感熱紙に十分な発色が得ら
れるよう供給電力を調整した。

第６図は上記条件下でサーマルヘッドの寿命試験を実施
した結果を示す特性曲線図である。同図において、曲線
Ａは第一実施例の場合、曲線Ｂは第二実施例の場合、曲
線Ｃは従来例の場合を示している。この特性曲線図より
わかるように、曲線Ｃでは１０２個のパルスが入力され
た後に抵抗値が少し変化し、１０４個のパルスが入力さ
れた以降は抵抗値が大きく変化する。これに対し、第一
、第二実施例の場合にはそれぞれ１０６個、１０５個以
上のパルスが入力されるまで抵抗値は略安定であり、従
来例に比べて１０倍以上の長い期間の使用に耐え得るこ
とかわる。

以上説明したように、本実施例の発熱抵抗体装置は高い
電気抵抗率を持ち、低い温度依存性を持つだけではなく
、長時間の使用にも耐えることができ、サーマルヘッド
に好適な特性を備えている。

尚、上記実施例においては金属ケイ化物膜としてＴａま
たは］ｉのケイ化物を用いた場合について説明したが、
本発明はこれには限定されず、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ等
の他の金属のケイ化物を用いてもよい。

また、上記実施例においては金属ケイ化物膜と酸化ケイ
素膜の形成にスパッタ法を用いた場合について示したが
、蒸着法、ＣＶＤ法等の他の方法を採用してもよい。

さらに、上記実施例の層厚、層厚比、層数については、
上記のものに限定されず、要求される抵抗値等の諸条件
によって適当な値に選択が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の発熱抵抗体装置は、電気
抵抗率が高く、抵抗値の温度依存特性が小さく、しかも
耐熱性に優れ長時間の使用に耐え得るという、従来には
なかった特性を兼ね備えている。これら特性はサーマル
ヘッドに好適なものであり、この発熱抵抗体装置をサー
マルヘッドに適用ずれは、高Ｋｎ細、高速な印字を少な
い電力で行うことができ、しかもサーマルヘッドの長寿
命化も達成できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発熱抵抗体装置をサーマルヘッド
に適用した場合の構成を示す断面図、第２図は従来のサ
ーマルヘッドの構成を示す断面図 第３図はミアンダ形発熱体の平面図、 第４図は本発明の第一実施例の特性曲線図、第５図は本
発明の第二実施例の特性曲線図、第６図は第一、第二実
施例の寿命試験の結果を示す特性曲線図である。 １・・・アルミナ基板（基板）、２・・・グレーズ層、
３・・・発熱抵抗体く金属ケイ化物膜、酸化ケイ素膜）
３ａ・・・発熱部、４・・・電気導体、５・・・保護膜
。 特許出願人　　沖電気工業株式会社 代理人　弁理士　　前　１）　実

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板と、 上記基板上に形成された発熱抵抗体とを有し、上記発熱
   抵抗体が、金属ケイ化物膜と酸化ケイ素膜とを交互に重
   ねた積層構造であり且つ上記金属ケイ化物膜を２層以上
   有することを特徴とする発熱抵抗体装置。