JPS598233B2 - サ−マルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硼化ジルコニウムと酸素とからなる薄膜発熱抵
抗体を有するサーマルヘッドさらにはその製造方法に関
する。

熱印字記録に用いられるサーマルヘッドは例えばガラス
のような電気的な絶縁体と平滑面とを有する基板上に複
数個の発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に電力を供給する
ための電気導体とを設け、記録すべき情報に従つて必要
な熱パターンが得られるように、対応する発熱抵抗体に
電気導体を介して電流を流して発熱させ、記録媒体に接
触することにより記録を行なうものである。

そこに用いられる発熱抵抗体としては、従来窒化タンタ
ル、ニクロム酸化錫等の薄膜発熱抵抗体、銀−パラジウ
ム等を用いた厚膜発熱抵抗体、シリコン半導体を用いた
半導体発熱抵抗体がある。このうち薄膜発熱抵抗体を用
いたサーマルヘッドは厚膜発熱抵抗体、半導体発熱抵抗
体等と比較して熱応答性がよく耐熱性、耐熱衝撃性に優
れ、寿命が長く、信頼性が高い等の特徴を有している。
この薄膜発熱抵抗体としては、従来、窒化タンタルが耐
熱性に優れ、信頼性も高く、又固有抵抗値も２５０〜３
００μΩ？と比較的高い値で製造の制御性もよいため、
特に多く用いられる。しかるに窒化タンタルは約３００
℃以上の高温に於ては急激に酸化されその抵抗値が急激
に増加し、記録紙に印字する場合、印字濃度を劣化させ
る欠点がある。

一般にはこの欠点を補うために酸化シリコン（ＳｉＯ２
）の耐酸化保護層を設け更にその上に酸化タンタル（Ｔ
ａ２Ｏ３）の耐摩耗層を設けてサーマルヘツドとして使
用しているが、サーマルヘツドを長時間駆動させた時の
抵抗変化はなお十分満足できるものではなかつた。特に
近年、高速サーマルヘツドの要求が増加しつつあるため
ヘツドの通電パルス巾を短かくして感熱紙を発色させる
必要があり、従つて電力は従来より増加することになり
、発熱抵抗体はさらに高温になるから寿命はより短くな
る。そのためさらに耐熱性のある発熱抵抗体が要求され
ている。また、窒化タンタルの面積抵抗は、通常５０μ
Ω／口前後で、サーマルヘツドとして特に大きくした場
合でも１００Ω／口程度であり更に抵抗値を大きくする
ためにはトリミングを行なつたり、膜厚を薄くする等の
方法を用いるが、その際製造工程が複雑になつたり、寿
命に対して悪影響を生じたりする等の欠点が発生する。

このように窒化タンタル薄膜発熱抵抗体では面積抵抗を
大きくとれないため、抵抗体を加熱するだけの電力を供
給するためには必然的に電流が大きくなるり、電気導体
の抵抗値が問題になる。

即ち、薄膜発熱抵抗体の抵抗値に対して電気導体の抵抗
値が無視できなくなるから、抵抗体に接続された各電気
導体の距離の差異により各抵抗体の発熱量が異つてしま
い、記録パターンに濃度差が生じ記録品質が劣る。更に
記録密度を上げるため、薄膜発熱抵抗体の大きさを小さ
くすると、薄膜発熱抵抗体の面積抵抗値は不変で電気導
体の抵抗値のみ増大するから、電気導体における電力消
費が問題になるし、又これを避けるために電気導体の厚
さを極端に大きくすると多層配線の場合に表面の凹凸が
激しくなり摩耗にも弱くなるなど構造上大きな不都合が
生じることになる。

又電流が大きいことは加熱用電源、スイツチング回路等
の容量を大きくしなければならない等の不都合も生じる
。本発明は上記の点を改良し、酸化されにくく抵抗値が
安定で、比抵抗を高い値まで選択できる薄膜発熱抵抗体
を用いたサーマルヘツドを提供し、その特徴とするとこ
ろは硼化ジルコニウムと酸素とからなる発熱抵抗体にあ
る。

この発熱抵抗体においては、硼化ジルコニウムと酸素と
が原子的なスケールで混在している。以下、図面を参照
しながら詳細に説明する。

第１図は本発明に適用するサーマルヘツドの形状例の要
部断面図である。同図中の１はセラミツクス、ガラスあ
るいは、クレーストセラミックスのような電気的な絶縁
物で形成された基板である。２は硼化ジルコニウムと酸
素とからなる本発明に係る薄膜発熱抵抗体である。

３は該薄膜発熱抵抗体に電力を供給するための電気導体
で、アルミニユウム、金等の電気良導体で、形成されて
いる。

又４は薄膜発熱抵抗体及び電気導体の保護層で、例えば
電子ビーム蒸着、スパツタ一等によつて作製した酸化シ
リコン、酸化マグネシユウム、酸化アルミニウム、酸化
タンタルあるいはこれらを組合せた多層構成が用いられ
、これによつてサーマルヘツドの寿命を一層長くするこ
とができる。

本発明の硼化ジルコニウムと酸素とからなる薄膜発熱抵
抗体の製造はスパツタリング、電子ビーム蒸着いずれも
可能であるが、電子ビーム蒸着での製造は大面積のサー
マルヘツドの製造や量産性に優れている。電子ビーム蒸
着で硼化ジルコニウムと酸素とからなるサーマルヘツド
を製造するには、硼化ジルコニウムの粉末を約１００ｋ
ｇ／ＣＴｌｌ以上の圧力でプレスしてタブレツトを作り
１刈『４Ｔ０ｒｒ以上の高真空度であらかじめ一定温度
に保つた基板上に蒸着させることができる。この時、酸
素の含有量を制御するために二ードルバルブ等によつて
酸素を含む気体を電子ビーム蒸着中に導入することも可
能である。このようにすると、発熱抵抗体中に酸素を原
子比でジルコニウム０．００５以上含有させることがで
きる。酸素含有量は少なすぎては効果がなく、逆に多す
ぎると比抵抗の制御が難かしく、耐熱性も悪くなるので
ジルコニウムの０．０１〜１．０（原子比）が適当であ
り、０．０５〜０．６がより好ましく０．１〜０．３が
最も好ましい。また電子ビーム蒸着中に於いて２００℃
〜５００℃の基板加熱を行うことによつて基板に対して
本発明薄膜発熱抵抗体の密着性が向上し、又膜の安定性
に効果がある。このようにして製造された発熱抵抗体は
電子ビーム蒸着時に導入する酸素の量や基板加熱温度な
どによつて固有抵抗値で８０μΩ？〜５０００μΩ？ま
での選択が可能である。

つまり固有抵抗値を高く作成すれば、電極の抵抗値もあ
る程度高くても良いから製造工程が容易になり、電極が
薄くて良いから表面の凹凸が少なくなるので耐摩耗性が
改良され、電極部での電圧降下が無視できる程度である
ことから薄膜発熱抵抗体の発色濃度ムラが小さくなり、
マトリクス配線などの電極のパターン設剖（支）｛自由
になる。またこのようにして得られた発熱抵抗体は硼化
ジルコニウムと酸素とより成るが、不純物として若干の
窒素、炭素などを含むのが常である。

次に実施例に基づいて説明する。実施例 １ 硼化ジルコニウムの粉末（三津和化学薬品製）を１００
ｋｇ／ｄ以上でプレスしたタブレツトを作成し、あらか
じめ充分に洗浄されたクレーストセラミックス基板上に
基板加熱３００℃、真空度２×１０−６Ｔ０ｒｒまで真
空にひらいた後、乾燥空気を二ードルバルブで導入しな
がら真空度５×１０−６Ｔ０ｒｒで１０００λの厚さに
電子ビームで蒸着した。

この面積抵抗は約８０Ω／口（固有抵抗値は約８００Ｐ
０ｃ：ｍ）であつた。この膜の組成をイオンマイクロア
ナライザで調べたところ酸素がジルコニウムの０．１８
（原子比）含まれていた。この上にチタン２０λ、アル
ミニウムを１μｍ電子ビーム蒸着で付け、選択エツチン
グで４本／Ｍｍの分解能をもつサーマルヘツドパターン
を形成し、これをサーマルヘツドＡ１とした。さらにこ
の上に保護層として酸化シリコン（ＳｉＯ２）を１μｍ
１酸化タンタル、（Ｔａ２Ｏ５）を１０μｍ連続的にス
パツタで積層し、サーマルヘツドＡ２とした。比較の為
に、高周波２極の反応スパツタリングによつてタンタル
をターゲツトとし、アルゴンと窒素の全圧力が８Ｘ１０
−２Ｔ０ｒｒ１窒素分圧が１×１０−４Ｔ０ｒｒの条件
で１０００人の厚さの窒化タンタル薄膜発熱抵抗体のサ
ーマルヘツドＢ１を作成した。

この窒化タンタル薄膜発熱抵抗体は比抵抗が２６０μΩ
？で面積抵抗は２６Ω／口であつた。サーマルヘツドＢ
１に対し、さらに保護膜として酸化シリコン（ＳｉＯ２
）を１μｍ１酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を１０μｍ連
続的にスパツタで積層し、サーマルヘツドＢ２とした。
これらのサーマルヘツドに対して、５０ｚで６ｍｓの矩
形波を３０分ごとに１ｗ／ＭＩずつパワーアツプしなが
ら加速テストを行つた。この結果を第２図に示す。同図
から明らかなように、本発明にかかる製造方法で作成し
た薄膜発熱抵抗体を有するサーマルヘツドは高印加電力
に耐えることができ、高温での抵抗変化が少いことがわ
かつた。つまり、比較例では保護膜なしでは実用するの
が難かしいのに対して、杢発明に係るサーマルヘツドは
保護膜なしでも実用でき、保護膜をつけた場合には非常
に良い耐熱性が得られた。実施例 ２ 硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）の粉末を１００ｋｇ／Ｃ
ｄ以上でプレスしたタブレツトを作成し、あらかじめ充
分に洗浄されたクレーストセラミックス基板上に基板加
熱５００℃乾燥空気を導入しながら真空度４×１０−５
Ｔ０ｒｒで８００λの厚さに電子ビーム蒸着した。

この時、面積抵抗は７０Ω／口（固有抵抗値は５６０μ
ΩＣｒｌＬ）であつた。この上にバナジウムを３０λ、
金を１．５μｍ電子ビームで付け、選択エツチングで４
本／Ｍ７ｌｔの分解能をもつサーマルヘツドパターンを
形成し、更にＳｌＯ２３μＭ，．Ａｌ２Ｏ３６μｍをス
パツタリングによつて連続的に積層しサーマルヘツドと
した。このサーマルヘツドに対して実施例１と同じ加速
テストをおこなつたところ２０ｗ／ｍｌまでの抵抗変化
率が２％以内であり、窒化タンタルを発熱抵抗体として
用いた場合に比して非常に良好な結果が得られた。実施
例 ３ 硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）の粉末を１００ｋ９／Ｃ
ｒｉｔ以上でプレスしたタブレツトを作成し、あらかじ
め充分に洗浄されたクレーストセラミックス基板上に基
板加熱２００℃酸素を二ードルバルブで導入しながら真
空度２×１０−５Ｔ０ｒｒで８００人の厚さに電子ビー
ム蒸着した。

この時、面積抵抗は１５０Ω／口（固有抵抗値は１２０
０，Ω（社）であつた。この上にチタンを３０人、金を
１．５μｍ電子ビームで付け、選択エツチングで４本／
舅露の分解能をもつサーマルヘツドパターンを形成し、
更にＭｇＯ６μｍをスパツタリングによつて連続的に積
層しサーマルヘツドとした。

このサーマルヘツドに対して実施例１と同じ加速テスト
をおこなつたところ２１ｗ／Ｍ７ｌまでの抵抗変化率が
２％以内であり、窒化タンタルを発熱抵抗体として用い
た場合に比して非常に良好な結果が得られた。

実施例 ４ 硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）の粉末１００ｋｇ／ｄ以
上でプレスしたタブレツトを作成し、あらかじめ充分に
洗浄されたクレーストセラミックス基板上に基板加熱３
００℃酸素を二ードルバルブで導入しながら８×１０−
５Ｔ０ｒｒで８００人の厚さに電子ビーム蒸着した。

この時、面積抵抗は５２０Ω／口（固有抵抗値は４１０
０μΩ（１−JモV！）であつた。この上にチタンを３０
λ、アルミニウムを１．５μｍ電子ビームで″付け、選
択エツチングで４本／ｍｌの分解能をもつサーマルヘツ
ドパターンを形成し、更にＳｌＯ２３μＭ，．Ｔａ２Ｏ
５６μｍをスパツタリングによつて連続的に積層しサー
マルヘツドとした。

このサーマルヘツドに対して実施例１と同じ加速テスト
をおこなつたところ２３ｗ／ＭＩまでの抵抗変化率が２
％以内であり、窒化タンタルを発熱抵抗体として用いた
場合に比して非常に良好な結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサーマルヘツドの形状例の要部断
面図。 第２図は本発明の効果を示す特性図。１・・・・・・基
板、２・・・・・・薄膜発熱抵抗体、３・・・・・・電
気導体、４・・・・・・保護層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と、該基板上に形成された発熱抵抗体と、該発
   熱抵抗体に電力を供給する電気導体とを有するサーマル
   ヘッドにおいて、発熱抵抗体が硼化ジルコニウムと酸素
   とからなることを特徴とするサーマルヘッド。 ２ 発熱抵抗体において、酸素の含有量がジルコニウム
   の０．００５（原子比）以上である特許請求の範囲第１
   項記載のサーマルヘッド。 ３ 発熱抵抗体において、酸素の含有量がジルコニウム
   の０．０１〜１．０（原子比）である特許請求の範囲第
   １項記載のサーマルヘッド。 ４ 発熱抵抗体が酸化シリコン薄膜で覆われている特許
   請求の範囲第１項ないし第３項記載のサーマルヘッド。 ５ 酸化タンタルの保護膜を有する特許請求の範囲第１
   項ないし第４項記載のサーマルヘッド。 ６ 酸化アルミニウムの保護膜を有する特許請求の範囲
   第１項ないし第４項記載のサーマルヘッド。 ７ 酸化マグネシウムの保護膜を有する特許請求の範囲
   第１項ないし第４項記載のサーマルヘッド。 ８ 硼化ジルコニウムと酸素とからなる発熱抵抗体を電
   子ビーム蒸着で製造することを特徴とするサーマルヘッ
   ドの製造方法。 ９ 酸素を含む気体を導入しながら電子ビーム蒸着を行
   う時特許請求の範囲第８項記載の製造方法。 １０ ２００℃〜５００℃の基板加熱を行いながら電子
   ビーム蒸着を行う特許請求の範囲第８項または第９項記
   載の製造方法。