JPH0122154B2

JPH0122154B2 -

Info

Publication number: JPH0122154B2
Application number: JP55021950A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Nagano
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1980-02-23
Filing date: 1980-02-23
Publication date: 1989-04-25
Also published as: JPS56120512A

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞本発明は、熱ヘツドの薄膜保護層の改良に関す
るものである。さらに詳しくは、その硬度が高
く、耐摩耗性にすぐれ、また耐熱性等にもすぐ
れ、ヘツドの寿命をより長くすることのできるフ
アクシミリ等に用いる感熱プリンタ用の熱ヘツド
に関するものである。従来、フアクシミリ、計算機端末装置、印字装
置、記録計等の出力方式の一つとして用いる感熱
プリンターの熱ヘツド１は、基本的には例えば第
１図に示されるようにして構成されている。すな
わち、基板２上には、蓄熱用のグレーズ層３が設
けられ、この蓄熱用のグレーズ層３上には発熱用
抵抗体層４が形成され、さらに、この発熱用抵抗
体層４には一対のリード層５１，５３がオーミツ
クに接続されている。そして、最上層としては、
感熱紙との摺接により発熱用抵抗体層４とリード
層５１，５３の摩耗、破損を防止するため、保護
層６が配される。このような熱ヘツド１は、リード層５１，５３
を介して発熱用抵抗体層４に通電することによ
り、リード層５１，５３間隙間の領域の発熱用抵
抗体層４を発熱させ、この熱を保護層６を介し
て、これに相対的に摺接される感熱紙上に与え、
感熱記録が行われる。このような熱ヘツドにおいて、保護層６には、
高い硬度を有し、耐摩耗性にすぐれ、しかも耐熱
性にもすぐれ、その結果、感熱紙との長期間に亘
る連続的な摺接と、長期間に亘る繰返し発熱とを
行つても、その機能を十分維持し、例えば発熱抵
抗体層の抵抗値劣化等を招来せず、熱ヘツドの寿
命を保持することが要求される。そこで、本発明者らは、このような点に鑑み、
好ましい特性を発揮する熱ヘツド用の保護層とし
て、先に、例えばB₁₃P₂の組成を有する無定形の
リン・ホウ素化合物からなる薄膜を用いる旨を提
案している。この先の提案に係るリン・ホウ素化合物薄膜
は、耐摩耗性、耐熱性ともにすぐれ、熱ヘツド用
の保護層として有用なものである。しかし、この薄膜も、感熱紙との摺接による荷
重下での、長期に亘る繰返し発熱を行う熱ヘツド
特有のきわめて苛酷な使用条件下においては、そ
の耐摩耗性、耐熱性ともに未だ十分とはいえず、
使用が長期に亘るに従い、例えば発熱用抵抗体層
の抵抗値劣化を生じる等のヘツド特性の劣化を生
じ、ついには熱ヘツドの寿命を終えてしまうに至
り、その保護層特性の更なる改良が望まれてい
る。本発明は、このような実状に鑑みなされたもの
であり、所定の添加元素を所定量添加することに
より、リン・ホウ素化合物薄膜の特性を改良し、
その耐摩耗性、耐熱性をより向上し、熱ヘツド用
の保護層として適用したとき、ヘツド寿命がより
一層向上する薄膜保護層を有する熱ヘツドを提供
することを主たる目的とする。本発明者は、このような目的につき種々検討を
行つたところ、添加元素として、所定量のケイ素
がこのような目的を満足することを見出し、本発
明をなすに至つたものである。すなわち本発明は、基板上に、発熱用抵抗体層
と、リード層と、保護層とを有する熱ヘツドにお
いて、この保護層が、ホウ素、リンおよびケイ素
を含み、原子比で、ホウ素１に対し、リン含量が
0.01〜0.5であり、しかもホウ素に対して原子比
で２倍以下のケイ素を含むことを特徴とする熱ヘ
ツドにある。ここに、本発明に用いる保護層は、リン、ホウ
素およびケイ素を必須成分とする。この場合、リンの含量は、原子比で、ホウ素１
に対し0.01〜0.5である。0.01未満では、本発明の
効果が低下する。一方、リン含量の上限としては、0.5であり、
それ以上では保護層として種々の不都合が生じる
ことになる。さらに、上限値は0.2であるとより
好ましい結果が得られ、この点から、リン含量は
0.01〜0.2であることが好ましい。他方、ケイ素の含量は、原子比でホウ素１に対
し、０より大でしかも２以下である。この場合、ケイ素が微量でも含まれていれば、
ケイ素を含有しないときと比較して、その保護膜
特性が向上するものであるが、概ね原子比でホウ
素に対し0.01以上となるとその効果は顕著とな
る。また、ケイ素含量が２より大となつたときに
は、ケイ素を含有しない場合より、逆に保護膜特
性が劣ることになり、ケイ素含量は２以下とする
必要がある。なお、このような組成を有する薄膜保護層に
は、通常、他の添加元素が含まれる必要はない
が、場合によつては、必要に応じ、概ね１重量％
程度以下の範囲で、Ge、Sn、Pb、Al、Zr、Nb
等が含まれていてもよい。このような組成からなる保護層は、従来からよ
く知られているリン・ホウ素化合物のように、立
方晶あるいは六方晶等の単結晶構造をとるもので
はなく、通常は無定形であり、また場合によつて
は多結晶体をとるものである。また、その層厚
は、0.1〜10μｍ程度に、所定の下地デバイス上に
保護層として形成されるものである。このような保護層を熱ヘツド上に形成するに
は、通常、気相成長法、あるいはスパツタリング
を用いればよい。この場合、気相成長法による場合は常法に準
じ、揮発性物質として、ジボラン（B₂H₆）、三塩
化ホウ素（BCl₃）等をホウ素ソースとし、ホス
フイン（PH₃）、三塩化リン（PCl₃）等をリンソ
ースとし、またシラン（SiH₄）、４塩化ケイ素
（SiCl₄）等をケイ素ソースとすればよい。なお、
他の添加元素をさらに薄膜保護層中に含有せしめ
るときには、対応する塩化物、水素化物等をその
ソースとすればよい。一方これら各揮発性物質の
流量比は、所望の薄膜組成に応じて、容易に実験
から求めることができる。他方、用いるキヤリヤ
ガスとしては、H₂、He、Ar等を用いることがで
きる。そして、キヤリヤガスの流量比、全流量等
も、上記同様、実験から求めることができ、組成
に応じた条件を適宜用いればよい。なお、反応温
度としては、一般に400〜1300℃程度とすればよ
い。これに対し、スパツタリングに従うときは、例
えば薄膜保護層の組成に対応し、各原料粉体を混
合し、圧縮成型し、それをターゲツトとして、
Ar中にて５ｍTorr程度の条件下でRFスパツタを
行う等、常法に準じて行えばよい。このようにして、気相成長法、あるいはスパツ
タリングにより、熱ヘツド上に保護層が形成され
ることになる。このようにして形成された薄膜保護層は、その
耐摩耗性、耐熱性が高く、ケイ素および／または
リンを含有しない組成のもと比較して、熱ヘツド
の寿命を格段と向上させる。すなわち、長期に亘る苛酷な使用条件下におい
ても良好な保護層性能を発揮し、熱ヘツドの長期
使用に基づく発熱用抵抗体層の抵抗値劣化等の特
性劣化は格段と減少し熱ヘツドの寿命が長くな
る。この場合、上記の薄膜保護層を用いて熱ヘツド
を構成する代表的１例について触れるならば、そ
れは以下のようにして行う。すなわち、第１図を参照しつつ説明すれば、そ
の基板２は、アルミナ等のセラミツクスを用いれ
ばよい。また、基板２上に設けられるグレーズ層
３は、通常のガラス質から形成すればよい。な
お、グレーズ層３は、通常の場合と同様、基板上
のほぼ全域に亘つて設けられ、またその厚さは15
〜200μｍとすればよく、さらにはガラス質を含
むペーストないしスラリーから常法に従いスクリ
ーン印刷法、デイツプ法等により形成すればよ
い。一方、グレーズ層３上には発熱用抵抗体層４が
配置される。発熱用抵抗体層４としては、種々の
方法によつて形成した薄膜であつてもよいが、そ
の特性上からは、公知の化学気相成長法に従い形
成されたシリコン多結晶薄膜であることが好まし
い。また、この場合、シリコン多結晶薄膜中に
は、Ｐ、As、Ｂ等の不純物が100重量％以下程度
含まれてもよい。そして、その抵抗は概ね２×10^-4〜５×10^-3
Ω・cm程度であればよい。さらに発熱用抵抗体層
４は基板上に所定の形状で１つのみ設けられても
よいが、通常は、例えば平行細条状となるように
多数分離されて所定の配列で設けられるものであ
り、その厚みは0.1〜5μｍとするのが一般的であ
る。この所定の形状と所定の配列を有する発熱用抵
抗体層４には、一対のリード層５１，５３が接続
される。リード層としては、各種高融点金属か
ら、種々の方法に従い薄膜として形成すればよい
が、このうち、ＷまたはM₀あるいはこれらの合
金、さらにはこれらのケイ化物等から構成するこ
とが好ましい。この場合、リード層は発熱用抵抗
体層の下層に位置してもよいが、通常はその上層
に積層される方が好ましい。また、その厚みは一
般に0.5〜2μｍ程度である。そして、このような積層体の上面のほぼ全域に
亘つて、最上層として、上記の薄膜保護層６が設
けられる。以上本発明の熱ヘツドの代表的１例について詳
述してきたが、この他、熱ヘツドを構成するに
は、種々の機能を発揮する中間層を設けたり、基
板２上の発熱部に対応する領域を凸状にしたりす
る、様々の態様が可能であることはいうまでもよ
い。また、薄膜保護層を２層以上の重層構成とし
て、それぞれの組成を変化させることもできる。本発明者は、本発明の効果を確認するため種々
実験を行つた。以下にその１例を示す。実験例第１図に示されるような熱ヘツドを構成し本発
明の効果を確認した。まず、基板２としては、300×300mm、厚さ２mm
のアルミナを用い、その一面上に80μｍ厚のグレ
ーズ層３を形成した。次いで、化学気相成長法に
従い、ソースとしてシランとジボラン、キヤリヤ
としてH₂を用い、850℃でＢを1wt％含む1μｍ厚
のシリコン多結晶薄膜を被着し、写真食刻法によ
り、間隙30μｍで、100μｍ幅の平行細条状のシリ
コンからなる発熱用抵抗体層４を形成した。この
後、1.5μｍ厚のＷ薄膜を被着し、やはり写真食刻
法により、上記各細条状発熱用抵抗体層４上にお
いて、その中央部に100×200μｍの窓が形成され
るようにして、Ｗリード層５１，５３を形成し
た。次に、このようにして形成した熱ヘツド１下
地、計14種を用い、本発明に属する、あるいは比
較用の薄膜保護層をその全面に厚さ1μｍで形成
し、計14種の熱ヘツドＡ〜Ｎを作成した。この場合、ヘツドＡおよびＢが本発明者の先の
提案に係るリン・ホウ素化合物からなりケイ素を
含まない薄膜を用いた比較用のものである。ま
た、ヘツドＣ〜Ｄがホウ素およびケイ素からなる
薄膜を用いた比較用のものである。そして、Ｅ〜Ｎがホウ素およびケイ素、または
ホウ素、リンおよびケイ素からなる薄膜を用いた
ものであり、このうちヘツドＦ、Ｇ、Ｉ、Ｊおよ
びＬが本発明の組成範囲内のものであり、一方、
ヘツドＥ、Ｈ、Ｋ、ＭおよびＮが本発明の組成範
囲外のものである。他方、計14種の薄膜保護層の形成は気相成長法
に従つた。すなわち、各ソースとしては、ヘツド
ＡおよびＢについてはB₂H₆およびPH₃を用い、
またヘツドＣ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、ＪおよびＬにつ
いてはB₂H₆およびSiH₄を用い、さらにヘツド
Ｅ、Ｈ、Ｋ、ＭおよびＮについてはB₂H₆、PH₃
およびSiH₄を用い、キヤリヤガスとしてH₂を用
いた。一方、反応温度としては、ヘツドＡおよび
Ｂについては900℃とし、またヘツドＣ〜Ｎにつ
いては800〜900℃とした。このような条件の下
で、各ソースの流量比を種々変更して、計14種の
薄膜保護層を1μｍの厚さで上記下地ヘツド上に
形成し、Ｘ線マイクロアナライザーによりその薄
膜組成を同定したところ、下記第１表に示される
組成であることが確認された。また、反射電子線
回折の結果から、計14種の薄膜は、いずれも無定
形であることが確認された。このようにして得た計14種のヘツドＡ〜Ｎにつ
き、公知の方法に従い、ダイオードマトリツクス
を構成し、通常の圧力および走行速度にて感熱紙
を接触走行させ、しかも20ｍsecの間隔で、１ｍ
secのパルス通電を繰返した。この場合、通電電
力は、感熱紙の飽和濃度必要量とし、このような
接触走行下でのパルス通電を10⁸回繰返し、各ヘ
ツドの各発熱用抵抗体の抵抗値劣化（％）を測定
し、それを平均して第１表の結果を得た。なお、
本発明外のヘツドＥ、Ｈ、ＫおよびＭでは、この
ような試験の結果、その抵抗値が無限大となり、
開放状態を示し、また、本発明外のヘツドＮで
は、試験前から保護層表面に漏洩電流が流れ、リ
ーク状態を示した。

【表】

【表】ことを示す。
第１表の結果から、本発明に属する薄膜保護層
を用いたヘツドＦ、Ｇ、Ｉ、ＪおよびＬは、ケイ
素およびリンを含有しないリン・ホウ素化合物薄
膜を保護層として用いるヘツドＡ、Ｂ、Ｃおよび
Ｄと比較して、その抵抗値劣化が格段と減少し、
そのヘツド寿命が長くなつていることがわかる。
また、本発明外の薄膜を用いたヘツドＥ、Ｈ、
Ｋ、ＭおよびＮの結果から、本発明の組成範囲外
の薄膜では、本発明所定の効果が実現しないこと
がわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱ヘツドの代表的構成例の一つを示
す、一部省略断面図である。符号の説明６…薄膜保護層。

Claims

【特許請求の範囲】

１基板上に、発熱用抵抗体層と、リード層と、
保護層とを有する熱ヘツドにおいて、この保護層
が、ホウ層、リンおよびケイ素を含み、原子比
で、ホウ素１に対し、リン含量が0.01〜0.5であ
り、しかもホウ素に対して原子比で２倍以下のケ
イ素を含むことを特徴とする熱ヘツド。