JPS6018299B2 - サ−マルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種感熱記録用のサーマルヘッド‘こ関し、‐
特に薄膜型サーマルヘッドの発熱部の構造に関するもの
である。

周知の如く、現在感熱記録方式はメインテナンス・フリ
ーな記録方式として、レコーダ、プリンタ、ファックス
等の種々の分野での応用が進められている。

このような目的のために、種々の方式のサーマルヘッド
が開発されているが、これらのヘッドを発熱抵抗体材料
の形成方法により分類すると、【ａ’薄膜型【ｂ｝ 厚
膿型 ｛ｃ）シリコン型 に分類することができる。

これらの中で薄膜型サーマルヘッドは微細な発熱抵抗体
を容易に形成し得る点で、今後普及機種から高級機種ま
でカバーできる方式として最も有望である。

第１図に従来の薄膜型サーマルヘッドの発熱体部分の構
造を示しており、第１図において１はアルミナ等で構成
した絶縁性基板、２はこの絶縁性基板１表面に形成した
ガラス等の絶縁層で、この絶縁層２は絶縁性基板１の表
面の平滑化およびサーマルヘッドの熱効率の改善に役立
つものである。

３はこの絶縁層２上に形成した発熱抵抗体、４はこの発
熱抵抗体３上に形成した電極、５はこれらの上に形成し
た保護層で、この保護層５は前記発熱抵抗体３の耐熱性
を改善するためのものである。

６はこの保護層５上に形成した耐摩耗層で、この耐摩耗
層６は感熱記録紙による接触摩耗から発熱抵抗体３を保
護するためのものである。

この第１図に示す従来の薄膜型サーマルヘッドで発熱抵
抗体３として窒化タンタル薄膜、電極４としてＣｒ−Ａ
ｕ、保護層５としてＳｉ０２、耐摩耗層６としてＴａ２
０５を用いたものが良く知られている。この場合、保護
層５により発熱抵抗体３の耐熱性を大幅に向上させるこ
とができる。しかしながら、耐摩耗層６として用いるＴ
ａ２０５より硬質の材料を用いる場合、一般に耐摩耗層
６と電極４との接着強度を充分に保つことは必ずしも容
易ではない。

本発明はこのような問題を解決するとともに、感熱記録
の高速化に不可欠な発熱抵抗体の耐熱特性をさらに向上
させるもので、本発明のサーマルヘッドでは保護層５と
して多結晶シリンコンン層を用いるものである。以下、
本発明の実施例につき第２図〜第５図の図面を用いて説
明する。

第２図は本発明の一実施例による薄膜型サーマルヘッド
の発熱体部分を示しており、第２図において第１図に示
す従来の薄膜型サーマルヘッドと同一箇所には同一番号
を記して説明は省略する。

第２図において、７，８は協同して電極としての役割を
果す多層電極、９はこの多層電極７，８および発熱抵抗
体３上に形成した多結晶シリコン層である。ここで、こ
のように電極を多層電極７，８とすることにより、感熱
記録時に発生する紙カスによる記録品質の変化を小さく
することができる。

また、本実施例では、発熱抵抗体３として電気的絶縁物
中に導電体を分散させたもので、具体的にはＳｉ０２−
ＴＩＣ系からなるものを用い、電極７にはＮｉ−Ｃｒ、
電極８にはＡｕを用いた。なお、前述の電気的絶縁材料
中に導電材料を分散させた薄膜というのは、Ｓｉ０２，
Ｚｒ０２，Ｔｈｏ２，Ｍｇ○等の酸化物、ガラス、Ｓｉ
３Ｎ４やＭＮの窒化物またはＳｉ等の高抵抗単化元素の
いずれか１つまたはこれらの混合物中に、Ｔｉ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｖ．Ｎｂ，Ｃｒ，Ｔａ等の桂化物、炭化物、窒化物
、棚化物、窒化物またはニクロム、カルタンをスパッタ
リング等で形成したもので、次に示すような効果を得る
ことができる。

ｍ エッチング困難とみられていた材料を発熱材料とし
て使用できる。

【２｝ 隣接発熱抵抗体への熱分離を改善した高密度の
サーマルヘッドの製造が可能となる。

‘３１【１｝の効果により種々の材料の組合わせが可能
となり、従来より高温使用が可能な高速記録、高熱効率
、高信頼度のサーマルヘッドの機成が可能となる。

‘４’感熱記録紙への熱伝達が良くなり、ヘッドの熱効
率が改善される。

‘５ー 耐摩耗層と発熱抵抗体との密着力も材料の組合
わせにより改善が可能となる。

このような発熱体部分を有するサーマルヘッドにおいて
、多結晶シリンコンン層９が如何に有効な役割を果して
いるかについて、以下に述べる。

まず、多結晶シリンコンン層９のＴＩＣ−Ｓｉ０２系発
熱抵抗体に対する耐熱性の効果は次の通りである。一般
に、サーマルヘッド用発熱抵抗体の耐熱性を簡単に知る
方法は、ステップ・ストレス試験である。

この方法では、発熱抵抗体に一定時間印加する電力を次
第に大きくしながら、発熱抵抗体の抵抗変化を測定して
抵抗変化の大きさから、発熱抵抗体の強さを評価する。
第３図にＴＩＣ−Ｓｉ０２系発熱抵抗体のステップ・ス
トレス試験の結果を示し、この試験では第１図に示すサ
ーマルヘッドの耐摩耗層６を形成しないで測定したもの
である。

また、この第３図では、発熱抵抗体に電力を印加した時
の発熱抵抗体中心の最高温度に対する抵抗変化率を示し
ている。これは、発熱抵抗体の大きさにより、印加電力
が一定であっても最高温度が変化することによる。また
、最高温度は、２００ｑｏ，４００ｑＣ，４４０ｑ○，
５００００，５４０００，６００００の各点で各３０分
間、パルス間隔２ｍｈｓｅｃ、パルス幅８ｈｓｅｃを保
持して測定しこの第３図から、ＴＩＣ−Ｓｉ０２系発熱
抵抗体は、サーマル・ヘッド用発熱抵抗体として優れた
特性を持っていることが判る。しかし、この発熱抵抗体
は（第３図と同一の試料）間隔２仇ｈｓ、中６ｍｓのパ
ルスで温度を５００ｏ０一定に保ち、寿命試験を行なう
と、第４図の特性Ａのように抵抗が増大する変化を示す
。

この変化の理由は、発熱抵抗体中心部に発生する円型の
しま模様の本数が次第に増えて行く現象として表われる
ことから、発熱抵抗体表面の酸化が時間と共に進行して
いるためである。

勿論、この試験は、かなり高温での過酷な試験であり、
例えば試験温度を４００午０にすれば、その変化率は１
００時間後においても、１０％以下になる。従って、従
来の窒化タンタル系発熱抵抗体と比べても、充分良好な
耐熱特性を持っている。しかし、今後のより高速の感熱
記録用の発熱抵抗体としては、必ずしも充分な耐熱性を
持つとは言えない。

この発熱抵抗体に厚さ１０００Ａ程度の多結晶シリコン
を被覆して寿命試験をすると、その特性は第４図の特性
Ｂのようになる。

このように多結晶シリンコンン層９は発熱抵抗体３の酸
化による劣化を防止するのに優れた効果を有している。

ところが、このような効果は、従釆のＳｉ０２を保護層
とするサーマルヘツドーこおてもみられる。しかし、Ｓ
ｉ０２とＳｉとの酸化防止機能は、‘ィ’Ｓｉの方がは
るかに薄い薄膜で効果があること（最低２００△程度で
も効果である）。‘ロー 発熱抵抗体のステップ・スト
レス試験、特に高温部において、割れ等による劣化を議
発しないこと。

し一 製造上の条件に余り影響されずに、その酸化防止
効果が優れていること。

等において、格段の差がみられる。

実際、予備的な試験において、窒化タンタル系発熱抵抗
体に対しても同様なことを言えることが確かめられてい
る。

一方、発熱抵抗体としてＳｉ中に導電体を分散したもの
、例えばＳｉ−Ｔａ系発熱体については、本来優れた耐
酸化特性をもつているが、他の原因により発熱抵抗体の
抵抗が変化することが確認されている。

ただし、このような（Ｓｉ−導電体）系以外の発熱抵抗
体においては、多結晶シリコンにより耐酸化性は非常に
改善される。

次に、多結晶シリコン層９の他の効果につき説明する。

一つの重要な効果は耐摩耗層６の付着強度の改善である
。本実施例においては、耐摩耗層６としてＳＩＣを用い
ているが、この耐摩耗層６（ＳＩＣ耐摩耗層）と（ＴＩ
Ｃ−Ｓｉ０２）孫発熱抵抗体および多層電極７（Ｎｉ−
Ｃす電極）との付着性は非常に良好である。

これに対し、多層電極８（Ａｕ電極）とＳＩＣ耐摩耗層
との付着強度を保証するには、ＳＩＣ耐摩耗層の形成条
件を充分管理しなければならない。特に、この付着強度
は他の条件が一定なら、ＳＩＣ耐摩耗層の形成速度が遅
い程よくなる煩向がある。これに対し、第２図に示すよ
うに、多結晶シリコン層９を形成すると、この制限が除
かれ、しかもＳＩＣの耐摩耗層の付着強度不足による不
良が激減する。更に、予備的な試験では他の耐摩耗性材
料、例えばＡＩ２０３，Ｔａ２０３，Ｓｉ０２等につい
ても同様な効果があることが確められている。

また、電極材料としてＣｒ，Ａｕ以外の金属を用いる場
合においても、付着強度の改善が可能である。

多結晶シリコン層９の他の効果は、耐摩耗層６として必
要とされる厚さを薄くすることができることである。

この効果は、第２図の構成において多結晶シリコン層９
のあるものと無いものと２つの発熱体部分を形成して、
発熱抵抗体３に電力を印加せずに単に紙との接触摩耗の
状況を調べると判る。第５図はこの試験において、残存
している耐摩耗層６の厚さと単位走行距離当りの摩耗量
との関係を示したもので、縦軸はＳＩＣの耐摩耗層の厚
さが充分厚い時の摩耗量で規格化してある。

第５図で特性Ａは耐摩耗層６のみ、特性Ｂは多結晶シリ
コン層９を０．敗形成してから耐摩耗層６を形成したも
のである。

この第５図から判るように特性Ａの場合、耐摩耗層６と
して、例えばＳＩＣを５山形成しても、実効的に耐摩耗
層６として働くのは３一のみである。

特性Ｂの場合はこの２仏の無効なＳＩＣのうちの０．秋
は多結晶シリコン層９でおぎなわれ、残りの１．処のＳ
ＩＣが耐摩耗層として無効となる。

このような傾向は、耐摩性材料としてどのような材料を
選んでもみられるものである。この場合、その耐摩耗層
６の付着強度を大きくするための多結晶シリコン層９に
より、自際には無効となる耐摩耗層６の一部と同じよう
な働きをする。

ただし、第５図の場合、耐摩耗層６，多結晶シリコン層
９の形成方法により、上述のように単純な加減算が成立
するとは限らず、多少のずれを生じるので、実際のサー
マル・ヘッドの耐摩耗層６の所要厚さを決めるには多少
この点につき検討が必要である。

しかし、耐摩耗層６はスパッタリング方法で形成される
ため、耐摩耗材料として選ばれる材料より、多結晶シリ
コン層９のスパッタレートの方が大きい場合が多い。

すなわち、多結晶シリコン層９は、耐摩耗層６の形成に
要する時間を全体として短縮させる。

しかも、この２つの層は全く同一のパターンとして形成
して良いから、スパッタ装置に単にターゲットを一つ加
えるだけで実施することができる。以上述べた如く、本
発明によるサーマルヘッドは、｛１｝ 発熱抵抗体の耐
熱性を向上させることができる。

‘２｝ 耐摩耗層の付着強度を大きくすることができる
。

｛３｝ 耐摩耗層の形成時間を短縮させることができる
。

等の効果を有し、これにより発熱抵抗体、電極に対して
種々の材料の選定およびヘッドの発熱体部分の構造の改
良が可能となるとともに、感熱記録の高速化を計る上で
非常に有効である。

このように本発明はサーマルヘッドの技術発展に大きく
貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄膜型サーマルヘッドの発熱体部分を示
す断面図、第２図は本発明の一実施例による薄膜型サー
マルヘッドの発熱体部分を示す断面図、第３図はＴＩＣ
−Ｓｉ０２系の発熱抵抗体のステップ・ストレス試験の
結果を示す特性図、第４図はＴＩＣ−Ｓｉ０２形発熱抵
抗体のみとこの表面に多結晶シリコンを被覆したものと
の寿命試験の結果を比較して示す比較特性図、第５図は
サーマルヘッドにおいて耐摩耗層のみの場合と多結晶シ
リコン層を形成してから耐摩耗層を形成した場合のその
厚さ‘こ対する単位走行距離当りの耐摩耗層の摩耗量を
比較して示す比較特性図である。 １・・・・・・絶縁性基板、３・・・・・・発熱抵抗体
、４・・・・・・電極、６・・・・・・耐摩耗層、７，
８・・・・・・多層電極、９・・・・・・多結晶シリコ
ン層。 群１図 豹２図 群３図 第４図 粥５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発熱抵抗体として電気的絶縁物であるＳｉＯ＿２中
   に電気的導電材を分散した薄膜を用いる感熱記録用サー
   マルヘツドにおいて、発熱体層と耐摩耗層との間に多結
   晶シリンコン層を形成したことを特徴とするサーマルヘ
   ツド。