JPH0872278A

JPH0872278A - サーマルヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH0872278A
Application number: JP21441994A
Authority: JP
Inventors: Riyuuichi Utsuka; 竜一兎束
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】寿命特性に優れたサーマルヘッドを提供する
こと。【構成】支持基体上に発熱抵抗体を形成する工程と、
この発熱抵抗体上に電極層を形成する工程とを少なくと
も具備するサーマルヘッドの製造方法において、発熱抵
抗体に電磁誘導電流を発生させる工程を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製版機やファクシミリ
などに用いられるサーマルヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーマルヘッドを構成する発熱抵抗体の
抵抗値は使用中に変化する場合がある。このため、サー
マルヘッドとして製品化する前に発熱抵抗体を安定化す
る必要がある。発熱抵抗体を安定化させないと、サーマ
ルヘッドとして駆動する際にその発熱で抵抗値が次第に
低下する。抵抗値が低下すると、発熱抵抗体を動作させ
る回路に流れる電流が増大し、発熱抵抗体の温度がさら
に高くなる。そして、温度が上昇するとますます抵抗値
が下がり、電流が増大する。この結果、過大な電流が流
れるようになり、発熱抵抗体が破壊するようなことも起
こる。また、破壊しないまでも、抵抗値の下り方が必ず
しも一様でないため、発熱抵抗体の発熱温度にばらつき
が生じ、印字の濃度や品位が不均一になる。上記した理
由から発熱抵抗体の安定化が重要になっている。

【０００３】従来、発熱抵抗体を安定化する場合、例え
ば製品化した後に電流を流して加熱したり、あるいは、
発熱抵抗体を形成した後に、真空中や不活性ガスの雰囲
気中に発熱抵抗体を配置し、ヒータが発生する熱の輻射
や対流、伝導を利用して加熱したりしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の方法では、以下のような問題がある。例えば製品化し
た後に電流を流す方法は、部品として使用される集積回
路（ＩＣ）の定格、あるいは発熱抵抗体とリード電極用
の導電膜間、発熱抵抗体とその保護膜間の相互拡散を考
えた場合、加熱する温度に上限（約５００℃）がある。
このため、サーマルヘッドとして駆動する時に発熱抵抗
体の温度が５００℃を越えるようなサーマルヘッドには
適用できない。

【０００５】また、発熱抵抗体を形成した後に、真空中
や不活性ガスの雰囲気中においてヒータで加熱する方法
は、その構造上の違いから、集積回路（ＩＣ）の定格
や、発熱抵抗体とこれに接する膜間の相互拡散を考慮す
る必要がなく、５００℃以上に加熱できる。

【０００６】しかし、この方法の場合も加熱する温度に
上限がある。例えば、支持基体にグレーズドアルミナ
を、また発熱抵抗体にＴａ−ＳｉＯ₂等のサーメット材
料を用いる構造のサーマルヘッドの場合、グレーズ層の
軟化点（７５０〜８５０℃程度）に近い温度以上で加熱
すると、発熱抵抗体とグレーズ層が反応し、抵抗値が異
常を示すようになる。例えば、抵抗値のバラツキが増大
したり、サーマルヘッドの駆動中に抵抗値が上昇したり
する。

【０００７】本発明は、上記した欠点を解決するもの
で、寿命特性に優れたサーマルヘッドを提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持基体上に
発熱抵抗体を形成する工程と、この発熱抵抗体上に電極
層を形成する工程とを少なくとも具備するサーマルヘッ
ドの製造方法において、前記発熱抵抗体に電磁誘導電流
を発生させる工程を設けたことを特徴としている。ま
た、発熱抵抗体に電磁誘導電流を発生させる工程を、発
熱抵抗体上に電極層を形成する工程より前においたこと
を特徴としている。

【０００９】

【作用】本発明では、上記したように発熱抵抗体に電磁
誘導電流を発生させる工程が設けられている。一般に、
時間によって大きさが変化する磁場の中に物質を置く
と、電磁誘導の法則により物質内に誘導起電力が発生す
る。例えば、磁束φの時間的変化をｄφ／ｄｔ、また誘
導起電力をｅとすると、ｅ＝−ｄφ／ｄｔの関係があ
る。また、最大磁束密度をＢｍとし、磁束が周波数ｆで
変化すると、

【数１】の関係がある。そして、物質の抵抗率をρとすると、次
のｉなる誘導電流（渦電流）が生じる。

【００１０】

【数２】また、誘導電流が流れる物質が、本発明のように支持基
体上に設けられた発熱抵抗体では、発熱抵抗体に対し支
持基体の抵抗率は１０¹⁰倍以上にもなる。したがって、
誘導電流は発熱抵抗体のみに流れるとみなすことがで
き、誘導電流により、次のＰｅで表される熱が発生す
る。

【００１１】

【数３】したがって、本発明によれば、従来の加熱方法に比べ、
発熱抵抗体が選択的に加熱され、支持基体は加熱されな
い。このため、支持基体と発熱抵抗体の反応が抑制さ
れ、また、発熱抵抗体を高温に加熱できることになる。
この場合、加熱対象が発熱抵抗体であるため熱容量が小
さく、温度の上昇や下降を迅速に行え、タクトタイムを
小さくできる。また、加熱効率も大幅に高めることがで
きる。

【００１２】また、発熱抵抗体に電磁誘導電流を発生さ
せる工程が、発熱抵抗体上に電極層を形成する工程より
前に設けられている。例えば、電磁誘導電流を発生させ
る工程が電極層を形成する工程より後で、発熱抵抗体に
電磁誘導電流を発生させる際に電極層が形成されている
と、電磁誘導電流が電極層側にも流れこれを発熱させ
る。この場合、発熱抵抗体を選択的に加熱するという効
果が得られない。また、加熱された電極層と発熱抵抗体
との相互拡散の発生が考えられる。発熱抵抗体に電磁誘
導電流を発生させる工程を、発熱抵抗体上に電極層を形
成する工程より前に置くことにより、上記した問題が防
げる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例について説明する。

【００１４】アルミナ基体表面をグレーズ処理し、これ
を基板として用いた。そして、ＴａとＳｉＯ2 をそれぞ
れ４７ｍｏｌ％、５３ｍｏｌ％の割合で混合焼成したタ
ーゲットを用い、スパッタリング法により発熱抵抗体膜
を基板上に形成した。発熱抵抗体膜を形成する条件は、
投入ＲＦパワー：３．３Ｗ／ｃｍ²、Ａｒ圧力：１．０
Ｐａとし、シート抵抗値：２．０ｋΩ／□、そして比抵
抗値：１８．０ｍΩ・ｃｍの膜を得た。

【００１５】なお、発熱抵抗体の材料としてはＴａ一Ｓ
ｉＯ2 に限らず、Ｎｂ−ＳｉＯ2 やＴｉ−ＳｉＯ2 など
他のサーメット系、あるいはＴａＮなどを使用すること
ができる。また、抵抗膜を形成する方法もスパッタリン
グ法以外の蒸着法やＣＶＤ法、印刷法などを用いること
ができる。

【００１６】次に、発熱抵抗体膜が形成された基板を高
周波誘導加熱炉中に置き、熱処理を行った。このとき、
処理槽内を１０^-4Ｐａ台の真空に排気し、その後、処理
槽に設けたコイルに高周波電流を流した。なお高周波電
流の周波数は、誘導電流の浸透深さが発熱抵抗体の膜厚
全体に及ぶような値に選んだ。また誘導電流の浸透深さ
は、発熱抵抗体の比抵抗や比透磁率により影響される。
したがって、これらとの兼ね合いで最適な周波数を決め
られる。この実施例では１０ｋＨｚにした。

【００１７】上記した条件で、発熱抵抗体膜に誘導電流
を発生し、そのジュール熱によって発熱抵抗体膜を８０
０℃にまで加熱した。その後、高周波電流を切り、発熱
抵抗体膜の温度を１００℃に冷却し、処理槽をパージし
取り出し作業を行った。なお、処理雰囲気は真空である
必要はなく、例えば、ＡｒやＮ₂等の少なくとも非酸化
性の雰囲気であればよい。また、基板の配置は特に限定
されない。しかし、発熱抵抗体の膜厚方向と磁界の向き
が一致するか、それに近い方向にした方が熱効率の面か
ら有効である。

【００１８】上記のような熱処理の結果、発熱抵抗体膜
の比抵抗は処理前に比し４５．８％低下し、９．８ｍΩ
・ｃｍとなった。

【００１９】一方、実施例のものと比較するため、従来
の加熱方法により熱処理した試料を作製した。即ち、処
理槽内を１０^-4Ｐａ台の真空に排気し、そして処理槽に
設けた抵抗ヒーターを作動させ、これから供拾される熱
（主として輻射熱）により発熱抵抗体膜を８００℃にま
で加熱した。その後、ヒーター電源を切り、発熱抵抗体
膜の温度を１００℃に冷却し、処理槽をパージし取り出
し作業を行った。

【００２０】この場合も、処理雰囲気は真空である必要
はなく、少なくとも非酸化性雰囲気であればよいことは
上記した実施例の場合と同様である。

【００２１】この方法の場合、発熱抵抗体膜の比抵抗は
処理前に比し３０．０％低下し、１２．６ｍΩ・ｃｍで
あった。

【００２２】その後、Ａｌ電極膜を形成し、フォトエン
グレイビングプロセスにより発熱抵抗体部や電極部をパ
ターニングし、さらに保護膜を形成して一連の薄膜工程
を完了した。さらに通常の実装工程を経て、サーマルヘ
ッドを完成させた。

【００２３】上記した実施例のサーマルヘッド（誘導電
流によるジュール熱でアニールした発熱抵抗体を有する
もの）と、比較用のサーマルヘッド（ヒーターからの輻
射熱でアニールした発熱抵抗体を有するもの）とを実動
作させ、耐パルス寿命について比較した。動作条件は、
パルス輻：０．５ｍｓｅｃ、繰り返し周期：３．０ｍｓ
ｅｃ、そして発熱抵抗体に対し連続的に電力：０．３０
Ｗ／ｄｏｔのパルスを印加し、発熱抵抗体の抵抗値の変
化を測定した。その結果が図１で、縦軸が抵抗値変化率
（％）、そして横軸が印加パルス数（回）である。

【００２４】（ａ）は本発明のサーマルヘッドの場合
で、抵抗値は、初期の段階から徐々にそして単調に増加
する特性となっている。１×１０⁸回のパルス印加の時
点で、抵抗値変化率は＋４．０％となっている。（ｂ）
は比較用のサーマルヘッドの場合で、抵抗値は、初期の
段階から増加傾向を示すことは（ａ）と共通である。し
かし、増加の割合が高く、１×１０⁷回のパルス印加の
時点で、抵抗値の変化率は＋１０％を越えている。

【００２５】ここで、上記したサーマルへッドの試作と
併せて作製した解析用試料の組成変化率を図２〜図４で
説明する。なお、図２〜図４の縦軸は組成変化率を示し
ている。発熱抵抗体の膜厚を３００Ａ（オングストロー
ム）と薄く形成した以外は、上記したと同様の方法でア
ニールまで行い、アニールの前後において、Ｘ線光電子
分光を用いて表面層の組成分析を行った結果である。図
２〜図４において、本発明の方法でアニールした試料が
（ａ）、また従来の方法でアニールした試料が（ｂ）で
ある。それぞれａｓ‐ｄｅｐｏ膜の組成を基準１．００
とし、これに対しアニール後の組成がどの程度変化した
かを率で示してある。

【００２６】図２のようにＯに関しては、（ａ）は、ほ
とんど変化がみられない。これに対し（ｂ）は１割近く
も増加している。図３や図４のようにＴａ、Ｓｉに関し
ても、（ａ）はほとんど変化がみられない。しかし
（ｂ）は、それぞれ８％、１８％低下している。

【００２７】この分折結果によれば、（ｂ）の方が
（ａ）に比べ、発熱抵抗体膜と基板（グレーズ層）との
相互拡散が進んでいることがわかる。これは、（ｂ）の
場合、発熱抵抗体膜と基板が同じように高温処理される
のに対し、（ａ）の場合は、発熱抵抗体膜が選択的に加
熱されることによると推察される。これが、アニール後
の抵抗値変化率の相違になって現れたものと考えられ
る。

【００２８】即ち、（ａ）の場合は、組成変化が認めら
れないため、いわゆる構造緩和によるキャリア密度ある
いはキャリア移動度の向上が忠実に抵抗値の低下に反映
されている。一方、（ｂ）の場合は、構造緩和により抵
抗値が低下し、同時に組成変化（特にＯが上昇、Ｔａが
下降）に伴い抵抗値が上昇し、結果として、抵抗値の上
昇分により総合的に抵抗値の低下率が小さくなってい
る。

【００２９】なお耐パルス寿命特性では、（ａ）、
（ｂ）とも抵抗値の低下が認められない。これは、アニ
ール時に発熱抵抗体の充分な構造緩和が行われたためと
考えられる。今回の駆動条件の場合、発熱抵抗体のピー
ク温度は６５０℃となっており、アニール温度より低い
値になっている。（ａ）に比ベ（ｂ）の方が抵抗値の上
昇傾向が強いのは、組成変化がより促進されているため
と推測される。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、発熱抵抗体を選択的に
アニールすることができ、寿命特性に優れたサーマルヘ
ッドを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるサーマルヘッドと従来技
術によるサーマルヘッドの耐パルス寿命特性を比較する
図である。

【図２】本発明の実施例によるサーマルヘッドと従来技
術によるサーマルヘッドのアニール前後のＯの組成変化
率を示す図である。

【図３】本発明の実施例によるサーマルヘッドと従来技
術によるサーマルヘッドのアニール前後のＴａの組成変
化率を示す図である。

【図４】本発明の実施例によるサーマルヘッドと従来技
術によるサーマルヘッドのアニール前後のＳｉの組成変
化率を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基体上に発熱抵抗体を形成する工程
と、この発熱抵抗体上に電極層を形成する工程とを少な
くとも具備するサーマルヘッドの製造方法において、前
記発熱抵抗体に電磁誘導電流を発生させる工程を設けた
ことを特徴とするサーマルへッドの製造方法。
【請求項２】前記発熱抵抗体に電磁誘導電流を発生さ
せる工程を、発熱抵抗体上に電極層を形成する工程より
前においたことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘ
ッドの製造方法。