JPH0712689B2 - サ−マルヘツド - Google Patents

サ−マルヘツド

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JPH0712689B2
JPH0712689B2 JP61010665A JP1066586A JPH0712689B2 JP H0712689 B2 JPH0712689 B2 JP H0712689B2 JP 61010665 A JP61010665 A JP 61010665A JP 1066586 A JP1066586 A JP 1066586A JP H0712689 B2 JPH0712689 B2 JP H0712689B2
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JP
Japan
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heating resistor
thermal head
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resistor
electric conductor
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JP61010665A
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JPS62167056A (ja
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博昭 菅崎
昌和 法田
泰夫 西口
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/315Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
    • B41J2/32Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/335Structure of thermal heads

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は感熱記録を行うために使用されるサーマルヘッ
ドに関し、より詳細にはサーマルヘッドの発熱抵抗体の
改良に関するものである。
(従来の技術) 従来のサーマルヘッドは、通常、アルミナ等の電気絶縁
性の材料から成る基板上に窒化タンタル(Ta2N)から成
る発熱抵抗体とアルミニウム(Al)、金(Au)、銅(C
u)等の金属から成る電気導体を順次積層した構造を有
しており、電気導体を介して発熱抵抗体に一定電力を印
加し、発熱抵抗体にジュール発熱を起こさせることによ
ってサーマルヘッドとして機能する。
尚、この従来のサーマルヘッドは発熱抵抗体及び電気導
体が感熱記録紙もしくは熱転写リボンとの接触により摩
耗するのを防止するために、また大気中の酸素が接触し
て酸化するのを防止するために発熱抵抗体及び電気導体
の外表面には酸化シリコン(SiO2)と五酸化タンタル
(Ta2O5)から成る保護膜が被着形成されている。
しかし乍ら、この従来のサーマルヘッドでは、発熱抵抗
体を構成する窒化タンタルの比抵抗が約250μΩcmと比
較的小さく、発熱抵抗体を瞬時に所望温度に発熱させる
ためには必然的に発熱抵抗体に大電流を流さなければな
らず、大電流用電源を必要とする欠点を有していた。
そこでこの従来のサーマルヘッドの上記欠点を解消する
ために発熱抵抗体をTixSiyOz(ただしx+y+z=1、
x=0.1〜0.3、y+z=0.7〜0.9、y≠0、x≠0)で
構成し、比抵抗を大となした長期間にわたり安定した印
字が得られるサーマルヘッドを本出願人は先に提案し
た。
しかし乍ら、このサーマルヘッドは発熱抵抗体に大きな
電力を印加し、より速く高温となして高速印字に対応さ
せた場合、発熱抵抗体に結晶化がおこり、その抵抗値が
高温時でバラツキ、印字不良を発生するという欠点を有
していた。
(発明の目的) 本発明者等は上記諸欠点に鑑み種々実験した結果、発熱
抵抗体としてTaxSiyOz(30≦x≦40、10≦y≦20、40≦
z≦60)を用いると比抵抗が大で、かつ高温時での抵抗
値のバラツキが少なく、しかもアルミニウム、銅から成
る電気導体となじみの良い発熱抵抗体が得られることを
知見した。
本発明は上記知見に基づき、発熱抵抗体の材料として比
抵抗が大きく、かつ高温時での抵抗値のバラツキが少な
い材料をを用い、かつ該発熱抵抗体に接合される電気導
体として発熱抵抗体となじみの良い金属材料を用いるこ
とによって、大電力を印加し、高速印字を行ったとして
も印字ムラを生じることなく、長期間にわたって安定し
た印字が得られる信頼性の高いサーマルヘッドを提供す
ることをその目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明のサーマルヘッドは、絶縁基板上に、TaXSiYO
Z(ただし、30≦X≦40、10≦Y≦20、40≦Z≦60)か
ら成る発熱抵抗体と、該発熱抵抗体に接合した状態でア
ルミニウムもしくは銅から成る電気導体とを取着して成
ることを特徴とするものである。
本発明のサーマルヘッドの発熱抵抗体に使用されるタン
タル(Ta)は発熱抵抗体に導電性を付与し、所定の比抵
抗をもたすとともに発熱抵抗体の耐熱性を向上させ高温
時での抵抗値のバラツキを抑制するための成分であり、
タンタル(Ta)の原子%であるx値がx<30であると所
望の前記性質は付与されず、またx>40であると発熱抵
抗体の比抵抗が小となり発熱抵抗体を所望の温度に発熱
させることができないことからx値は30≦x≦40の範囲
に特定される。
またシリコン(Si)は発熱抵抗体に所定の比抵抗をもた
すための成分であり、シリコン(Si)の原子%であるy
値がy<10あるいはy>20であると所望の前記性質は付
与されず、発熱抵抗体を所望の温度に発熱させることが
できないことからy値は10≦y≦20の範囲に特定され
る。
更に、酸素(O)は発熱抵抗体に所定の比抵抗をもたす
とともに発熱抵抗体とアルミニウムもしくは銅から成る
電気導体との密着性を向上させるための成分であり、酸
素(O)の原子%であるz値がz<40であると所望の前
記性質は付与されず、またz>60であると発熱抵抗体に
電力が印加されると該抵抗値が熱損し、サーマルヘッド
として機能を喪失することからz値は40≦z≦60の範囲
に特定される。
(実施例) 次に、本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説
明する。
第1図は本発明のサーマルヘッドの一実施例を示し、1
はアルミナ等の電気絶縁材料から成る基板である。
前記絶縁基板1上には発熱抵抗体2が取着されており、
該発熱抵抗体2上には電気導体3が取着されている。
前記発熱抵抗体2はTaxSiyOz(30≦x≦40、10≦y≦2
0、40≦z≦60)から成り、該発熱抵抗体2はタンタル
(Ta)とシリコン(Si)と酸素(O)の原子%を変更す
ることによって発熱抵抗体2の比抵抗を300〜3000μΩc
mとなすことができる。
前記発熱抵抗体2は所定の電気抵抗を有しているため、
一定の電力が印加された場合、ジュール発熱を起こし、
印字に必要な温度、例えば300〜500℃の温度に発熱す
る。
尚、前記発熱抵抗体2の比抵抗はTaxSiyOzのx値、y値
及びz値を変えることによって任意の値に調整すること
ができるため発熱抵抗体2の発熱温度を所望の値に調整
でき、サーマルヘッドの適用範囲を広くすることが可能
となる。
また、前記発熱抵抗体2は、該抵抗体2を構成するTaxS
iyOz(30≦x≦40、10≦y≦20、40≦z≦60)の比抵抗
が300〜3000μΩcmと大きいことから大電流電源を不要
として発熱抵抗体2を所望の温度に発熱させることがで
きる。
更に、前記発熱抵抗体2は比抵抗が大きいことから、そ
の膜厚を薄くすることによって抵抗体2の抵抗値を上げ
る必要は一切なく、すべての発熱抵抗体2の膜厚を実質
的に均一となし得る厚みとなすことができる。これによ
ってすべての発熱抵抗体2はその抵抗値が実質的に同一
となり、各抵抗体2のジュール発熱量を均等として印字
品質を極めて優れたものと成すことも可能となる。
特に、発熱抵抗体2の膜厚200〜1000Åとしておくとす
べての発熱抵抗体2が発生するジュール発熱量を実質的
に同一となすことができることから膜厚は200〜1000Å
の範囲とすることが好ましい。
また更に、前記発熱抵抗体2は耐熱性に優れており、抵
抗体2を高温として高速印字に対応させたとしても、抵
抗体2はその抵抗値にバラツキを生じることがなく、印
字品質を極めて優れたものとなすこともできる。
前記発熱抵抗体2上の電気導体3はアルミニウム(Al)
もしくは銅(Cu)から成り、該電気導体3は発熱抵抗体
2にジュール発熱を起こさせるための電力を印加する。
前記発熱抵抗体2の材料であるTaxSiyOz(30≦x≦40、
10≦y≦20、40≦z≦60)は電気導体3の材料であるア
ルミニウム(Al)、銅(Cu)等となじみが良く、両者は
強固に接合することから作動時等において外力が印加さ
れたとしも発熱抵抗体2と電気導体3との間には剥離を
発生することはない。
尚、前記TaxSiyOz(30≦x≦40、10≦y≦20、40≦z≦
60)から成る発熱抵抗体2はx値を33〜36、y値を13〜
17、z値を47〜55とすると発熱抵抗体の抵抗値のバラツ
キを皆無として約400℃の温度にジュール発熱させるこ
とができ印字品質を極めて良好となすとともに電気導体
3との接合強度も大となることからx値は33〜36、y値
は13〜17、z値は47〜55とすることが好ましい。
また、前記発熱抵抗体2及び電気導体3上には該発熱抵
抗体2等が感熱紙との接触により摩耗するのを防止する
ために耐摩耗性に優れた五酸化タンタル(Ta2O5)等か
ら成る保護膜4が形成されている。
前記発熱抵抗体2には例えば後述するスパッタリング法
によって形成され、また電気導体3及び保護膜4は従来
周知の真空蒸着法あるいはスパッタリング法によって形
成される。
前記発熱抵抗体2をスパッタリング法によって形成する
場合には、まず真空度1×10-3〜5×10-3Torrの低圧容
器を準備するとともに該容器内にアルゴンと酸素を注入
し、アルゴンと酸素の混合雰囲気を作る。次に前記容器
内に硅化タンタル(TaSi)から成るターゲットを配し、
該ターゲットにアルゴンイオンを衝突させて硅化タンタ
ル(TaSi)を飛散させるとともにその一部を雰囲気中の
酸素(O)と反応させTaxSiyOzを作成する。そして最後
に、前記TaxSiyOzをアルミナ等の基板表面に被着させる
ことによって基板上に発熱抵抗体が形成される。
尚、前記スパッタリング法により発熱抵抗体を基板表面
に形成する場合、基板の温度を200〜500℃の温度となる
ように加熱しておくと基板と発熱抵抗体との密着性を向
上せしめることが可能となり基板を200〜500℃に加熱し
ておくことが望ましい。また、発熱抵抗体の成膜速度は
通常100Å/mm程度で行われる。
(実験例) 次に、本発明の実施例品及び従来例品の各種実験結果に
ついて説明する。
まず、第1図に示す断面のサーマルヘッドにおいて、下
記第1表に示す組成の抵抗体を使用して幅100μm、長
さ200μm、抵抗値1000Ωの発熱抵抗体試料を作成し
た。
尚、表中試料F及びGは本発明品と比較するための比較
試料であり、試料Fは従来の窒化タンタル(Ta2N)を抵
抗体として使用したもの、試料Gは本出願人が先に提案
したTaxSiyOzを抵抗体として使用したものである。
次に、これら各試料についてパルス幅1.0msパルス周期1
0msで電力を印加し、その電力の大きさに対応する発熱
抵抗体の抵抗値のバラツキを調べるステップストレステ
ストを行った。その結果を第2図に示す。
この結果から従来品である窒化タンタル(Ta2N)を発熱
抵抗体として使用したものは1.4〔W/dot)〕の印加電力
で、またTixSiyOz(ただし、x+y+z=1、x=0.1
〜0.3、y+z=0.7〜0.9、y≠0、z≠0、)を発熱
抵抗体として使用したものは1.5〔W/dot〕の印加電力で
抵抗値に大きなバラツキを生じ、印加品質が低下してし
まうのに対し本発明組成範囲内のTaxSiyOz(30≦x≦4
0、10≦y≦20、40≦z≦60)を使用したものは2.3〔W/
dot〕の印加電力まで抵抗値に大きな変化はなく印字品
質を高いものになし得ることが判る。
(発明の効果) かくして、本発明のサーマルヘッドによれば、発熱抵抗
体の材料として比抵抗の高いTaxSiyOz(30≦x≦40、10
≦y≦20、40≦z≦60)を用い、かつ、発熱抵抗体に接
合される電気導体としてアミルニウムもしくは銅を用い
たことにより、大電流電源を不要として発熱抵抗体を所
望の温度に発熱させることができ、また発熱抵抗体の抵
抗値を膜厚を薄くしたり、膜幅を細くしたりすることな
く大となすことができ、膜厚を均一として、すべての発
熱抵抗体の抵抗値を実質的に同一となし、印字濃度にバ
ラツキのない極めて高印字品質のサーマルヘッドが得ら
れ、さらには発熱抵抗体と電気導体とを強固に接合し、
作動時等において外力が印加されても発熱抵抗体と電気
導体との間に剥離が発生するのを皆無となすことができ
る。
また、発熱抵抗体の高温時における抵抗値のバラツキが
少ないことから発熱抵抗体に高電力を印加して高温とな
す高温印字用のサーマルヘッドに好適に使用でき、かつ
その印字品質も極めて高いものとなすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のサーマルヘッドの要部断面図、第2図
は本発明実施例品及び従来例品のステップストレステス
トの結果を示す特性図である。 1……絶縁基板、2……発熱抵抗体 3……電気導体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に、TaXSiYOZ(ただし、30≦X
    ≦40、10≦Y≦20、40≦Z≦60)から成る発熱抵抗体
    と、該発熱抵抗体に接合した状態でアルミニウムもしく
    は銅から成る電気導体とを取着して成るサーマルヘッ
    ド。
JP61010665A 1986-01-20 1986-01-20 サ−マルヘツド Expired - Lifetime JPH0712689B2 (ja)

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JPS62167056A JPS62167056A (ja) 1987-07-23
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