JPS6156111B2 - - Google Patents

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JPS6156111B2
JPS6156111B2 JP56164775A JP16477581A JPS6156111B2 JP S6156111 B2 JPS6156111 B2 JP S6156111B2 JP 56164775 A JP56164775 A JP 56164775A JP 16477581 A JP16477581 A JP 16477581A JP S6156111 B2 JPS6156111 B2 JP S6156111B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
heating resistor
thermal head
tantalum nitride
protective layer
Prior art date
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Expired
Application number
JP56164775A
Other languages
English (en)
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JPS5865679A (ja
Inventor
Soichi Ogawa
Katsumi Takiguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OOSAKAFU
Original Assignee
OOSAKAFU
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Publication date
Application filed by OOSAKAFU filed Critical OOSAKAFU
Priority to JP56164775A priority Critical patent/JPS5865679A/ja
Publication of JPS5865679A publication Critical patent/JPS5865679A/ja
Publication of JPS6156111B2 publication Critical patent/JPS6156111B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、絶縁体基板上に発熱抵抗体及び発熱
抵抗体劣化防止層を設けた薄膜型サーマルヘツド
に関する。 熱印字方式において使用されるサーマルヘツド
は、例えばグレーズドセラミツクの如き電気的に
絶縁された平坦な基板上に複数個の点状発熱抵抗
体を形成させており、使用に際しては、記録すべ
き情報に応じて電気的導体(電極)を通して必要
な発熱抵抗体に電流を流して発熱させ、これを感
熱記録紙に接触させることにより、印字を行なう
ものである。発熱抵抗体としては、薄膜型、厚膜
型、半導体型等の各種のものが存在するが、この
うちでも薄膜型発熱抵抗体は、一般にサーマルヘ
ツドの応答性を高め得る、消費電力が少ない、耐
熱性に優れ、寿命が長く、信頼性に優れている等
の利点を有しているので、特に有用であるとされ
ている。薄膜型抵抗発熱体としては、窒化タンタ
ル(Ta2N)、ニクロム等が知られているが、耐熱
性、信頼性、比抵抗の大きさ、製作の容易さ等の
点から前者が特に広く使用されている。この様に
広く使用されている窒化タンタル薄膜において
も、常温と高温とが繰返されるという過酷な使用
条件の下では、熱衝撃の為に窒化タンタルの劣化
が比較的短時間内に進行して抵抗値が増大し、感
熱記録紙に対するサーマルヘツドの印字性能が低
下することは避け難い。この為、通常は窒化タン
タル薄膜からなる抵抗発熱体上にSiO2等からな
る熱劣化防止保護層を設け、必要ならば更にその
上方にTa2O5等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。しかしながら、この様な
構成の薄膜型サーマルヘツドにおいても、長時間
使用時の抵抗変化は満足すべきものとは言い難
い。特に、最近ではサーマルヘツドの高速駆動に
対する要求に応えて、通電パルスを短くしつつ発
色を良好に行なわせる為に、大電流の使用による
高温状態で印字を行なう様になりつつある。しか
るに、この場合には、発熱抵抗体の受ける熱衝撃
は更に大きくなるので、発熱抵抗体たるTa2Nと
熱劣化防止保護層たるSiO2との間の熱膨張率の
大きな差が、両者の界面に大きな熱ひずみを生じ
させることとなり、その結果、両者が分離して発
熱抵抗体の劣化が促進され、抵抗値が増大するこ
とは防止し得ない。 そこで、本発明者は、窒化タンタルを発熱抵抗
体とする薄膜型サーマルヘツドの前述の如き問題
点を解決すべく種々研究を重ねた結果、TaNx
(但し0.4≦x≦0.7)で示される窒化タンタルを
発熱抵抗体とし、TaNy(但し1.0≦y≦2.0)で
示される窒化タンタルを熱劣化防止保護層とする
場合には、両者の界面には熱ひずみが実質的に発
生せず、従つて大電流の使用による高温状態にお
いても両者の剥離による発熱抵抗体の劣化を生じ
難い薄膜型サーマルヘツドが得られることを見出
した。本発明は、この様な新しい知見に基いて完
成されたものである。 第1図は、反応スパツタリング法により絶縁体
基板上に窒化タンタル薄膜を形成させる場合の反
応ガスである窒素ガスの分圧と窒化タンタル薄膜
の比抵抗(ρ:曲線)及び抵抗温度係数
(TCR:曲線)との関係の一例を示すグラフで
ある。この場合、窒素ガス分圧が1.0×10-5〜4.0
×10-5Torrである窒素―アルゴン混合ガス(1.5
×10-3Torr)中でタンタルをターゲツトとして
反応スパツタリング法により窒化タンタル薄膜を
形成させると、窒化タンタル結晶の組成は、
TaNx(但し0.4≦x≦0.7)に相当するものとす
る。この薄膜は、ρ=250μΩcm程度、TCR=
Oppm/deq程度であり、発熱抵抗体として優れ
た特性を有している。窒素―アルゴン混合ガス
(1.5×10-3Torr)中の窒素分圧を増大させて窒化
タンタル薄膜を形成させると、薄膜中の窒素含有
量が増加し、その結果、比抵抗は増大し、抵抗温
度係数は負側に大きくなる。混合ガス中の窒素分
圧が1.0×10-4Torrを上回ると、窒化タンタル結
晶の組成は、TaNy(但し1.0≦y≦2.0)に相当
するものとなる。この薄膜は、ρ=600μΩcm以
上、TCR=−1000ppm/deq以下であり、電流は
実質上流れ難くなる。従つて、絶縁体基板上に
TaNx(但し0.4≦x≦0.7)なる第一の窒化タン
タル薄膜及びTaNy(但し1.0≦y≦2.0)なる第
二の窒化タンタル薄膜を形成させる場合には、第
一の窒化タンタル薄膜が抵抗発熱体として優れた
特性を発揮し、第二の窒化タンタル薄膜が抵抗発
熱体の熱劣化防止保護層としての機能を発揮する
ことになる。 第2図及び第3図に公知の薄膜型サーマルヘツ
ドと本発明薄膜型サーマルヘツドとを対比して示
す。 公知の薄膜型サーマルヘツドの概要を示す第2
図において、ガラス、グレーズドセラミツクの如
き基板1には、Au/Cr二層膜の如き電極3、
Ta2N薄膜等の発熱抵抗体5、SiO2等の発熱抵抗
体劣化防止保護層7及びTa2O5等の耐摩耗層9が
順次設けられている。これに対し本発明薄膜型サ
ーマルヘツドを示す第3図においては、電極13
を備えた基板11上に厚さ500〜2000Å程度の
TaNx(xは前記の通り)なる組成の発熱抵抗体
15、厚さ5000Å〜1.5μm程度のTaNy(yは前
記の通り)なる組成の発熱抵抗体劣化防止保護層
17及び必要に応じTiN、Ta2O5等の耐摩耗層1
9が設けられている。 上記の如く、発熱抵抗体15及び発熱抵抗体劣
化防止保護層17が、組成的に類似はするが互い
に異なる特定の窒化タンタルで構成されている本
発明薄膜型サーマルヘツドによれば、以下の如き
効果が奏される。 (i) 発熱抵抗体と保護層との間の熱膨張率の相違
が小さいので、両者の界面に熱ひずみが集中す
ることを大巾に緩和することが出来る。 (ii) 窒化タンタルは、SiO2に比して、熱伝導に
優れているので、発熱抵抗体で発生した熱がよ
り速やかに表面に到達する。従つて、応答性に
優れたサーマルヘツドとなる。 (iii) 保護層においては、窒素含有量の増大に伴つ
て結晶粒径が小さくなるので、保護層上に
Ta2O5、TiN等の耐摩耗層を更に形成させる場
合に、界面に両者の混合層が形成され易い。従
つて、保護層と耐摩耗層とのなじみが良く、両
層は強力に付着するので、熱ひずみの集中が緩
和され、耐熱衝撃性が向上する。 本発明の薄膜型サーマルヘツドは、通常次の様
にして製造される。グレーズドセラミツク等の公
知の絶縁体基板上にAu/Cr二層膜の如き公知の
電極部材を設けた状態で、常法に従つて窒素―ア
ルゴン混合ガス雰囲気中でタンタルをターゲツト
として反応スパツタリング法を行ない、発熱抵抗
体としての窒化タンタル薄膜を形成させる。窒素
―アルゴン混合ガスの圧力は、通常6.0×10-4
6.0×10-3Torr程度であり、より好ましくは1.0×
10-3〜2.0×10-3Torr程度とするのが良い。又窒
素の分圧は、通常1.0×10-5〜4.0×10-5Torr程
度、好ましくは1.5×10-5〜2.5×10-5程度とす
る。次いで、窒素―アルゴン混合ガス中の窒素分
圧を高めて上記と同様の反応スパツタリングを行
ない、TaNx(xは上記に同じ)なる発熱抵抗体
上にTaNy(yは上記に同じ)なる組成の保護層
を形成させる。この保護層形成時の窒素―アルゴ
ン混合ガスの圧力は、上記と同様であるが、窒素
の分圧は、通常1.0×10-4〜6.0×10-3Torr程度、
好ましくは2.0×10-4〜1.5×10-3Torr程度とす
る。 尚、本発明においては、発熱抵抗体及びその保
護層の夫々を全体として同一の組成とする必要は
ない。例えば、TaNx(xは前記に同じ)なる組
成範囲内において発熱抵抗体中の窒素含有量を下
方から上方に向けて漸次連続的に又は不連続的に
増大させたり、又TaNy(yは前記に同じ)なる
組成範囲内において保護層中の窒素含有量を下方
から上方に向けて連続的又は不連続的に増大させ
ても良い。この様な薄膜型サーマルヘツドを製造
する場合には、窒素―アルゴン混合ガス中の窒素
分圧を必要に応じ増大させれば良い。 実施例 1 プラズマスパツタ装置を使用し、窒素ガス分圧
2.0×10-5Torrの窒素―アルゴン混合ガス雰囲気
(1.5×10-3Torr)中で、厚さ0.3mmのガラス基板
上に反応スパツタリングにより約1000ÅのTaNx
(x=約0.5)を主とする結晶構造の窒化タンタル
薄膜発熱抵抗体を形成させる。次いで、窒素分圧
を2.0×10-4Torrとして約1000ÅのTaNy(y=約
1)を主とする窒化タンタル保護層を形成させ、
更に窒素ガス雰囲気(1.5×10-3Torr)中で約
8000ÅのTaNy(y=約2)を主とする窒化タン
タル保護層を形成させる。 上記の如くして得られた試料(T―1とする)
に60Hz、5msecのパルス電力を印加し、30分毎に
0.5W/mm2ずつ電力を増大させ、発熱抵抗体の抵
抗変化率を調べた。結果は、第4図に示す通りで
ある。 比較例 1 実施例1と同様にして厚さ0.3mmのガラス基板
上に厚さ約1000ÅのTaNx(x=約0.5)なる組成
の窒化タンタル薄膜発熱抵抗体を形成させた後、
その上に約9000ÅのSiO2からなる保護層を形成
させ、試料(S―1とする)を得る。 実施例1と同様にしてパルス電力を印加した場
合の発熱抵抗体の抵抗変化率は、第4図に示す通
りである。 第4図から明らかな如く、本発明薄膜型サーマ
ルヘツドは、熱ひずみの集中が少ない為、耐熱衝
撃性に著るしく優れている。 実施例 2 厚さ0.3mmのガラス基板上に厚さ0.1μmのTa2N
からなる発熱抵抗体、厚さ0.5μmのTaNからな
る発熱抵抗体劣化防止保護層及び厚さ3μmの
TiNからなる耐摩耗層を順次形成させ、本発明に
よる薄膜型サーマルヘツド素子とした。 かくして得られた素子に60Hz、5msecのパルス
により15W/mm2の電力を24時間印加して熱劣化加
速試験を行なつた後、発熱抵抗体の抵抗変化率を
調べた。素子5個についての結果を第1表に示
す。 比較例 2 厚さ0.3mmのガラス基板上に厚さ0.3μmのTa―
SiO2からなる発熱抵抗体、厚さ0.5μmのSiO2
らなる発熱抵抗体劣化防止保護層及び厚さ3μm
のTaN―Au(Au含有量3重量%)からなる耐摩
耗層を順次形成させ、特開昭55―82677号による
薄膜型サーマルヘツド素子とした。 実施例2と同様にして行なつた熱劣化加速試験
の結果を第1表に示す。
【表】 第1表に示す結果から明らかな如く、実施例2
による薄膜サーマルヘツド素子においては、上記
の苛酷な熱劣化加速試験後にも、抵抗変化率は5
%以下に過ぎないのに対し、比較例2による薄膜
型サーマルヘツド素子では、抵抗変化率は10%以
上にも達している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、窒化タンタル薄膜形成時の窒素ガス
分圧と該薄膜の比抵抗及び抵抗温度係数との関係
を示すグラフ、第2図は、公知の薄膜型サーマル
ヘツドの概要を示す断面図、第3図は、本発明薄
膜型サーマルヘツドの概要を示す断面図、第4図
は、実施例1及び比較例1で夫々得られた薄膜型
サーマルヘツドの発熱抵抗体の抵抗変化率を示す
グラフである。 1,11……絶縁体基板、3,13……電極、
5,15……発熱抵抗体、7,17……保護層、
9,19……耐摩耗層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 絶縁体基板上に発熱抵抗体及び発熱抵抗体劣
    化防止保護層を設けた薄膜型サーマルヘツドにお
    いて、発熱抵抗体をTaNx(但し0.4≦×≦0.7)
    で示される窒化タンタルにより形成し且つ発熱抵
    抗体劣化防止保護層をTaNv(但し1.0≦y≦
    2.0)で示される窒化タンタルにより形成したこ
    とを特徴とする薄膜型サーマルヘツド。
JP56164775A 1981-10-14 1981-10-14 サ−マルヘツド Granted JPS5865679A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56164775A JPS5865679A (ja) 1981-10-14 1981-10-14 サ−マルヘツド

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JP56164775A JPS5865679A (ja) 1981-10-14 1981-10-14 サ−マルヘツド

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Publication Number Publication Date
JPS5865679A JPS5865679A (ja) 1983-04-19
JPS6156111B2 true JPS6156111B2 (ja) 1986-12-01

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JP56164775A Granted JPS5865679A (ja) 1981-10-14 1981-10-14 サ−マルヘツド

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WO1998001369A1 (en) 1996-07-08 1998-01-15 Sony Corporation Cassette storage casing

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JPS5865679A (ja) 1983-04-19

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