JPH0770371B2 - サ−マルヘツド - Google Patents

サ−マルヘツド

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JPH0770371B2
JPH0770371B2 JP60165258A JP16525885A JPH0770371B2 JP H0770371 B2 JPH0770371 B2 JP H0770371B2 JP 60165258 A JP60165258 A JP 60165258A JP 16525885 A JP16525885 A JP 16525885A JP H0770371 B2 JPH0770371 B2 JP H0770371B2
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heating
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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
ドに関するものである。
(従来の技術) サーマルヘッドはファクシミリやプリンタ等の装置の記
録デバイスとして、その装置の小型軽量化、無保守化、
高信頼化、低価格化を大きく促進し、その進長に大きく
寄与している。
従来のサーマルヘッドはアルミナ、ガラス等の電気絶縁
材料から成る基板上に窒化タンタル(Ta2N)から成る発
熱抵抗膜及びアルミニウム(Al),銅(Cu)等から成る
電極を順次積層した構造を有しており、電極を介して発
熱抵抗膜に一定電力を印加し、発熱抵抗膜にジュール発
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通常、発熱抵抗膜及び
電極を感熱記録紙もしくは熱転写リボンによる接触摩耗
及び大気中の酸素の接触による酸化から保護するために
発熱抵抗膜及び電極の外表面に酸化シリコン(SiO2)と
五酸化タンタル(Ta2O5)の二層構造から成る保護膜あ
るいは酸窒化ケイ素(SiNXOY:X≠0,Y≠0)の一層構造
から成る保護膜が被着形成されている。
(発明が解決しようとする問題点) この従来のサーマルヘッドは、発熱抵抗膜を構成する窒
化タンタルの比抵抗が約250μΩcmと比較的小さく、発
熱抵抗膜を瞬時に所望温度に発熱させるためには必然的
に発熱抵抗膜の膜厚を50Å程度に薄くするか、膜の幅を
細くして抵抗値を大としなければならない。しかし乍
ら、ライン型サーマルヘッドの如き多数の発熱抵抗膜を
有するサーマルヘッドにおいてはすべての発熱抵抗膜を
同一膜厚、同一膜幅とすることは極めて困難で、各発熱
抵抗膜はその抵抗値にバラツキを有するものとなり、そ
の結果、各発熱抵抗膜のジュール発熱量に差異を生じて
印字不良を発生するという欠点を有していた。
また、この従来のサーマルヘッドは発熱抵抗膜の材料で
ある窒化タンタルと電極の材料であるアルミニウム、銅
等となじみが悪いため、発熱抵抗膜と電極の接合強度が
極めて弱く、作動時等に外力が印加されると電極が発熱
抵抗膜より容易に剥離し、発熱抵抗膜に規定電力を印加
できなくなる。そのため、このサーマルヘッドでは発熱
抵抗膜を所望温度にジュール発熱させることができずサ
ーマルヘッドとして機能しなかったり、印字不良を発生
したりするという欠点も有していた。
(発明の目的) 本発明者等は上述の諸欠点に鑑み種々実験した結果、発
熱抵抗膜としてTaxSiNyOz(1<X<9,3<Y<8,0.3<
Z≦2)を用い、かつ該発熱抵抗膜に通電する電極とし
て活性な金属材料であるアルミニウムを用いることによ
り極めて比抵抗の高い発熱抵抗膜を得ることができると
ともに電極の材料であるアルミニウムと極めてなじみが
よく発熱抵抗膜と電極とを強固に接合させることがで
き、更には発熱抵抗膜の結晶化による抵抗値の変化及び
発熱抵抗膜の熱損を有効に防止し得ることを知見するに
至った。
本発明は上記知見に基づき、発熱抵抗膜の材料として比
抵抗が大きく、かつ電極となじみがよい材料を用いるこ
とによって印字ムラを解消するとともに長期間にわたっ
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TaXSiNYO
Z(1<X<9,3<Y<8,0.3<Z≦2)から成る発熱抵
抗膜と、該発熱抵抗膜に通電すべくアルミニウムから成
る電極とを具備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膜に使用されるタン
タル(Ta)は発熱抵抗膜に導電性を付与し、所定の比抵
抗をもたすための成分であり、Taの原子比であるX値が
X≦1であると所望の前記性質は付与されず、またX≧
9であると発熱抵抗膜の比抵抗が小となり発熱抵抗膜を
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
1<X<9の範囲に特定される。
また、窒素(N)は発熱抵抗膜の結晶化を抑制するため
の成分であり、Nの原子比であるY値がY≦3であると
所望の前記性質は付与されず、またY≧8であると発熱
抵抗膜の耐電力性が劣化し:発熱抵抗膜に電力が印加さ
れると、該抵抗膜が熱損し、サーマルヘッドとしての機
能を喪失することからY値は3<Y<8の範囲に特定さ
れる。
更に、酸素(O)は発熱抵抗膜とアルミニウムから成る
電極との密着性を向上させるための成分であり、Oの原
子比であるZ値がZ≦0.3であると所望の前記性質は付
与されず、またZ>2であると発熱抵抗膜に電力が印加
されると該抵抗膜が熱損し、サーマルヘッドとしての機
能を喪失することからZ値は0.3<Z≦2の範囲に特定
される。
尚、シリコン(Si)はTaとNとOの化合物の比抵抗が高
温時にバラツキを生じ、発熱抵抗膜の発熱温度が不安定
となるのを防止する成分である。
(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上には発熱抵抗膜2が取着されており、
該発熱抵抗膜2上には電極3が取着されている。
前記発熱抵抗膜2はTaxSiNyOz(1<X<9,3<Y<8,0.
3<Z≦2)から成り、該発熱抵抗膜2はシリコン(S
i)に対するタンタル(Ta)と窒素(N)と酸素(O)
の原子比を変更することによって発熱抵抗膜2の比抵抗
を1000〜5000μΩcmとなすことができる。
前記発熱抵抗膜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、前記発熱抵抗膜2の比抵抗はTaxSiNyOz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膜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、前記発熱抵抗膜2は、該抵抗膜2を構成するTaxS
iNyOz(1<X<9,3<Y<8,0.3<Z≦2)の比抵抗が1
000〜5000μΩcmと大きいことから、膜厚を薄くするこ
とによって抵抗膜2の抵抗値を上げる必要は一切なく、
すべての発熱抵抗膜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
抗膜2はその抵抗値が実質的に同一となり、各抵抗膜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
ものとなすことが可能となる。特に、発熱抵抗膜2の膜
厚を200〜1000Åとしておくとすべての発熱抵抗膜2の
膜厚を均一として各発熱抵抗膜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。
前記発熱抵抗膜2上の電極3は活性な金属材料であるア
ルミニウム(Al)から成り、該電極3は発熱抵抗膜2に
ジュール発熱を起こさせるための電力を印加する。
前記発熱抵抗膜2の材料であるTaxSiNyOz(1<X<9,3
<Y<8,0.3<Z≦2)は電極3の材料であるアルミニ
ウム(Al)と極めてなじみが良く、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ても
発熱抵抗膜2と電極3との間には剥離を発生することは
ない。
尚、前記TaxSiNyOzから成る発熱抵抗膜2はX値を3〜
7、Y値を4〜6、Z値を0.6〜1.5とすると発熱抵抗膜
2のジュール発熱温度が約400℃となり、印字品質が極
めて良好となるとともに電極3との接合強度も極めて大
となることからX値は3〜7に、Y値は4〜6に、Z値
は0.6〜1.5にすることが好ましい。
また、前記発熱抵抗膜2及び電極3上には該発熱抵抗膜
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。
前記発熱抵抗膜2は後述するスパッタリング法あるいは
電子ビーム蒸着法によって形成され、また電極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。
次に、本発明のサーマルヘッドにおける発熱抵抗膜の形
成方法について詳述する。
本発明のサーマルヘッドにおける発熱抵抗膜2は高周波
スパッタリング法により形成され、具体的には第2図に
示すような高周波スパッタリング装置を使用することに
より形成される。この高周波スパッタリング装置は真空
容器11内に2つの陰極12a,12bと陽極13を配した構造を
有している。
前記高周波スパッタリング装置により発熱抵抗膜2を形
成するには、まず2つの電極12a,12bのそれぞれに第1
表で示す組成から成るターゲット14,15を取着するとと
もに陽極13に絶縁基板1を取着する。次に、真空容器11
内の真空度を10-2〜10-3Torrとするともにアルゴンガス
もしくはO2,N2を含むアルゴンガスを充填し、陰極12a,
12bと陽極13間に、高周波電力(5MHz,3KW)を印加して
アルゴンイオン,酸素イオン及び窒素イオンを放出させ
る。そしてこのアルゴンイオン等をターゲット14,15に
衝突させ、該ターゲット14及び15の一部を飛散させてTa
xSiNyOz(1<X<9,3<Y<8,0.3<Z≦2)を生成
し、絶縁基板1表面に被着させる。これによって絶縁基
板1上に発熱抵抗膜2が被着形成される。
尚、前記高周波スパッタリング法等により発熱抵抗膜を
絶縁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膜と
の密着性を向上せしめることが可能となり、基板を200
〜500℃の温度に加熱しておくことが望ましい。また発
熱抵抗膜の成膜速度は通常、100Å/min程度で行われ
る。
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2表に示す組成の抵抗体を使用して、幅100μm、長
さ200μm、抵抗値1000Ωの発熱抵抗膜試料を作成し
た。
これら各試料についてパルス幅1.0ms,パルス周期10msで
発熱抵抗膜の表面温度が500℃となるように1.0〔W/do
t〕の電力を印加し、感熱紙への実印字寿命試験を行っ
た。その結果を第3図に示す。
この結果から、窒化タンタル(Ta2N)を発熱抵抗膜とす
る従来品は感熱紙を約70km連続走行給紙させた時に電極
との間に剥離を発生し、サーマルヘッドとしての機能を
喪失してしまうのに対し、本発明組成範囲のTaxSiNyOz
を発熱抵抗膜として使用したものは感熱紙を150km以上
連続走行給紙させても電極との間に剥離を生じることは
なく、抵抗値の変化率4%以内として極めて安定した印
字を可能としている。
また、上記各試料についてパルス幅1.0ms,パルス周期10
msでステップストレステストも行った。その結果を第4
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
抵抗膜として使用したものは1.4〔W/dot〕の印化電力で
抵抗値に大きなバラツキを生じ、印字品質が低下してし
まうのに対し、本発明組成範囲内のTaxSiNyOzを使用し
たものは1.7〔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膜
の材料として比抵抗の高いTaxSiNyOz(1<X<9,3<Y
<8,0.3<Z≦2)を用いたことにより発熱抵抗膜の抵
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
熱抵抗膜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
れる。
また、本発明のサーマルヘッドによれば、発熱抵抗膜の
材料としてアルミニウムから成る電極と極めてなじみが
よいTaxSiNyOz(1<X<9,3<Y<8,0.3<Z≦2)を
用いたことから発熱抵抗膜と電極とを強固に接合させる
ことができ、更には発熱抵抗膜の結晶化による抵抗値の
変化及び発熱抵抗膜の熱損を有効に防止することができ
る。そのため作動時等に外力が印加されても電極は発熱
抵抗膜から剥離することが一切なく、常に発熱抵抗膜に
規定電力を印加し、全ての発熱抵抗膜を所定温度にジュ
ール発熱させることができる。よって長期間にわたり安
定した印字が可能となる。
【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
は本発明のサーマルヘッドにおいて発熱抵抗膜を形成す
るための高周波スパッタリング装置の断面図、第3図は
本発明実施例品及び従来例品の実印字寿命テストの結果
を示す特性図、第4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……発熱抵抗膜 3……電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に、TaXSiNYOZ(1<X<9,3<
    Y<8,0.3<Z≦2)から成る発熱抵抗膜と、該発熱抵
    抗膜に通電すべくアルミニウムから成る電極とを具備し
    て成るサーマルヘッド。
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