JPS62105647A - サ−マルヘツド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、感熱印字及び感熱転写印字に用いるサーマ
ルヘッドに関する。

（従来の技術） 従来より、感熱紙を発色させて感熱紙にドツトのモザイ
クを作ることにより絵、文字等の印字を行うため、種々
のサーマルヘッドが提案され、又、製造されている。こ
のようなサーマルヘッドは大別して厚膜型及び薄膜型の
２種に分けられるが、ここでは、代表的な薄膜型サーマ
ルヘッドにつき説明する。

第５図は従来の一般的な薄膜型サーマルヘッドの構成を
示す要部断面図であり、下地としての絶縁基板上に多数
設けられた発熱抵抗体のうちの一つに着目して示した断
面図である。この図において２１１は下地としての絶縁
基板であり、この絶縁基板１１には通常、保温層１３が
設けられている。保温層１３上には薄膜抵抗体から成る
発熱抵抗体１５が設けられ、さらに、この発熱体１５上
に給電体１７及び１９が離間した位置にそれぞれ設けら
れると共に、これら給電体１７及び１８の間で発熱抵抗
体１５の一部分１５ａが露出するように構成されている
。この発熱抵抗体１５の一部分１５ａが発熱して感熱紙
に印字が行われる。また、給電体１７及び１９上、及び
１発熱抵抗体１５の一部分１５ａ上には発熱抵抗体保護
膜２１と耐摩耗層２３とが順次に設けられている。

発熱抵抗体保護膜２１及び耐摩耗層２５の形成に用いる
材料としては炭化ケイ素（ＳｉＣ）その他の材料を用い
ることもあるが、文献（ＩＥＥＩＥ、マｏ１．ｃＨＭＴ
−７，ｎｏ、３、（ＩＨ４年８月）、ｐ、２９４−２Ｈ
）に開示されるように発熱抵抗体保護膜２１にＳｉＯ２
，＃ｊｌ！耗層２５に５＃化タンタル（Ｔａ２０５　）
を用いるのが最も一般的であり、効果的な組み合せであ
る０発熱抵抗体保護膜２１に５ｉ０７　を用いる理由と
してはＳｉＣその他の材料に比し５ｉ０２　の酸素遮断
効果が大きいこと、線膨張係数が小さいことその他の理
由が考えられる。

感熱印字を行う場合の発熱抵抗体１５の温度は印字速度
、保温層１３に用いる材料その他の条件にもよるが、高
速印字の場合でおよそ５００〜６００ｏＣ１低速印字の
場合でおよそ４００’Ｃに達する。このように高温とな
る発熱抵抗体１５に通常用いられる材料例えば窒化タン
タル（Ｔａｚ　Ｎ）その他の材料は、高温になると外気
の酸素の影響で酸化され、劣化しやすい、そのため従来
のサーマルへラドにおいては、＃素遮断効果を有する材
料例えば二酸化ケイ素（ＳｉＣ２）から成る発熱抵抗体
保護膜２１を発熱抵抗体１５を覆うように設けて外気の
酸素を遮断し、発熱体保護膜２１によって高温の発熱体
１５が酸化により劣化するのを防止していた。

また、発熱抵抗体１５は感熱印字の際の熱衝撃によって
ひずみを生じ、これが発熱抵抗体１５の破壊につながる
。しかし、発熱抵抗体保護膜２１に線膨張係数の小さい
５ｉＯｚ　を用いると、膜厚が発熱抵抗体保護膜２１に
比し非常に薄い発熱抵抗体１．５の熱膨張をおさえるの
で、ひずみによって発熱抵抗体１５が劣化し破壊が起こ
るのを緩和することが出来る。

尚、５ｉ０２膜の成膜方法としては５ｉ０２のターゲツ
ト材をＡｒガス雰囲気中でスパッタするスパッタ法が一
般に行われている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述したように発熱抵抗体保護膜に５ｉＯ
ｚｌｌｌｉを用いた従来構成のサーマルヘッドは、より
高速により良質に印字を行うため高パワーを用いてより
高温の状態で駆動させた場合、充分に実用的な寿命が得
られず性能が不充分であった。

この発明の目的は、上述した問題点を除去し、より高パ
ワーでの駆動に耐え、モの結果、より高速でしかもより
良質の印字を行うことが出来る高性能のサーマルヘッド
及びその製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的達成のためこの出願の第一の発明のサーマルヘ
ッドによれば、下地上に発熱抵抗体、給電体及び発２８
抵抗体保護膜を具えるサーマルヘッドにおいて、発熱体
保護膜を二酸化珪素（ＳｉＯ２）よりも化学組成比で珪
素（ＳＲ）を多く含む酸化珪素膜を以って形成したこと
を特徴とする。

この発明のサーマルベッドにおいては発熱体保護膜を発
熱体の上側に設けるのが好適である。

また、この発明のサーマルヘッドにおいては発熱体保護
膜を発熱体の上下両側に設けるのが好適である。

さらに、この出願の第二の発明のサーマルヘッドの製造
方法によれば、下地上に発熱体、給電体及び発熱体保護
膜を具えるサーマルヘッドを製造するに当り、発熱体保
護膜を二酸化珪素（ＳｉＯ２）よりも化学組成比で珪素
（Ｓｉ）を多く含む酸化珪素膜の被着により形成するこ
とを特徴とする。

この発明のサーマルヘッドの製造方法においては、前記
被着は、珪素（Ｓｉ）を添加した二酸化珪素（ＳｉＯｚ
）ターゲットを不活性ガスでスパッタすることにより、
行うのが好適である。

（作用） このように構成すれば、発熱体保護膜を二酸化珪素より
も化学組成比で珪素を多く含む酸化珪素膜を以って形成
するので、サーマルヘッドを高パワーで駆動して発熱体
を高温にしても、高温の発熱体の劣化をおさえることが
出来、その結果サーマルヘッドを従来より高パワーで使
用することが出来る。

（実施例） 以下、図面を参照してこの出願の第−及び第二の発明の
サーマルヘッド及びその製造方法につき説明を行う。以
下に説明する実施例では、この出願の好ましい特定の数
値的条件、材料その他の条件の下で説明するが、これら
は単なる一例であるにすぎず、この発明は以下に述べる
実施例にのみ限定されるものではないことを理解された
い。

第１図は、この発明のサーマルヘッドの一実施例の構成
先爪した線図であり、第５図と同様の要部断面図である
。この図において、１１は下地として通常用いられる絶
縁基板例えばグレーズドアルミナ基板である。この基板
１１の基板上には二酸化珪素（ＳｉＯｚ）を主成分とす
るガラス質のグレーズが保温層１３として設けられてい
る。保温層！３上には窒化タンタル（ＴａｚＮ）膜から
成る発熱体１５が設けられ、さらに発熱体１５１にクロ
ム（Ｃｒ）を下地として成膜された金（Ａｕ）膜から成
る給電体１７及び１９が設けられている。

次いで、発熱体１５上２５及び５酸化タンタル（Ｔａ２
０５）から成る耐摩耗層２３を順次に設ける。

ここで発熱体保護膜２５は、発熱体１５と耐摩耗層２３
との間に設けると共に発熱体１５上、及び、給電体１７
及び１９上に発熱体１５を覆うように発熱体保護膜２５
を設ける。また体保護膜２５は、二酸化珪素よりも化学
組成比で珪素を多く含む酸化珪素膜、すなわち化学組成
比で酸素（０）／珪素（Ｓｉ）が２より小さい酸化珪素
膜（Ｓｉｎ×（但しｘく２））を以って形成する。この
ように発熱体保護膜として５ｉＣ）＋膜２５を設けるこ
とにより、高温の）Ａ！ｊ％体３５の劣化をおさえられ
るのでサーマルヘッドを高パワーで駆動しても充分な寿
命を得ることが出来る。

以下、この発明のサーマルヘッドの製造方法につき説明
を行う。

下地として例えばグレーズドアルミナ基板＋１を用いる
。この基板ｌｌ上に、順次に、窒化タンタル（Ｔａ２Ｎ
）から成る発熱体１３及び、クロム（Ｃｒ）を下地とし
て金膜（Ａｕ膜）を成膜して成る給電体１７．１９を形
成する。これら発熱体１３及び給電体１７．１９の作成
は、従来ある一般的なサーマルヘッドの製造方法例えば
スパッタ法に従い、通常の作成条件で行う。

次に発熱体保護膜２５を１発熱体１５及び給電体１７．
１９上に発熱体１５を覆うようにスパッタ法で形成する
９発熱体保護膜（＃化珪素膜）２５は、珪素（Ｓｉ）を
添加した二酸化珪素（ＳｉＯ２）ターゲットを不活性ガ
ス例えばアルゴンガス（Ａｒガス）の雰囲気中でスパッ
タすることにより形成する。不活性ガスはネオンガス、
ヘリウムガスその他の不活性ガスを用いても良い。また
、必要に応じて若干の＃素（Ｏ２）を不活性ガスに混合
しても良い。

この実施例では５ｉ０２　ターゲット上に厚さがおよそ
３００　ｕＬｍのＳｉチップを載近し５ｉ０２ターゲツ
ト上のＳｉチップ表面積占有率が約６％となるように設
定した。ここに言う表面積占有率とはＳｔチー２ブの表
面部分のうち５ｉ０２　ターゲットにａこしたＳｉチッ
プにＡｒイオンが衝突する部分（ただしＳｉチップの側
面部分は除く）の面積を、ＳｉＯ？ターゲットのＳｉチ
ップ戦置面の全面積で除した値であり、これを百分率で
表示したものである。Ｓｉチップは厚さがおよそ３０Ｏ
ｊＬｍであるので、発熱体保護膜２５の形成に当ってＳ
ｉチップの側面の面積が酸化珪素膜（ＳｉＯｘ　（ｘ＜
２））の化学組成比に与える影響は無視出来る。　Ｓ　
ｉ　ＯＸ　（ｘ＜２）の化学組成比はＡｒイオンが衝突
する部分となるＳ　ｉ　０２　ターゲットの表面積及び
Ｓｉチップの表面積、さらに材料固有のスパッタ率によ
って決まる。

次に、５酸化タンタル（Ｔａ２０ｓ　）から成る耐摩耗
層２３を従来技術例えばスパッタ法により。

通常の作成条件で形成して第１図に示すサーマルヘッド
を得る。

この実施例では、Ｓｔを添加した５ｔ０２ターゲツトと
して５ｉ０２　ターゲット上にＳｉチップを載置したタ
ーゲットを用いてＳｉＯｘ　　（Ｘ＜２）膜２５を形成
した。しかしＳｉを添加した５ｔｏ２ターゲツトは、こ
こに述べたものに限定されるものではなく、混合ターゲ
ット或はモザイク状のターゲットその他のターゲットを
用いることも出来る。５ｉ０２及びＳＬを粉末にして完
全に混合した混合ターゲットを用いた場合、ＳｉＯｘ膜
（ｘ＜２）の化学組成比は、ＳｉＯ２及びＳｔの粉末の
混合比（重量比或はモル比）により決まる。混合ターゲ
ットではほとんど混合比通りに化学組成が得られる。ま
た、Ｓ　ｉ　０２及びＳｉをモザイク状に配置して成る
モザイク状のターゲットを用いた場合には、所望の化学
組成比を有する酸化珪素膜（ＳｉＯｘ膜）２５を精度良
くしかも再現性良く得ることが出来る。

第２図は、この実施例のサーマルヘッドと、比較のため
に用意した従来構成のサーマルヘッドとをステップスト
レス試験に供した結果を示す線図である。これら図は縦
軸にサーマルヘッドの発熱抵抗体の抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
（％）を取り横軸に印加電力（Ｗ／　ｄ　ｏ　ｔ　）を
取って、印加電力に対して初期抵抗値Ｒと各ステップ終
了時の抵抗値との差ΔＲから求める抵抗変化率ΔＲ／Ｒ
をブロー。

トして示しである０図中、■はこの実施例のサーマルヘ
ッドの試験結果を、■は従来構成のサーマルヘッドの試
験結果をそれぞれ示す。また、図中のｒｓｉｏｚ／Ｓｉ
Ｊは、ＳｉチップをＳ　ｉ　０２ターゲツト上に載置し
た状態で５ｉ０２　ターゲット及びＳｉチップのＡｒイ
オンが衝突する部分の面積比を示している。

ステップストレス試験に用いたこの実施例及び従来のサ
ーマルヘッドは、発熱体保護膜が異なる材料で形成され
ているだけでその他の構成１作成条件は同一である。ま
た、この試験に供したサーマルヘッドは、初期抵抗値が
平均で６００〜７００Ω、ドツト密度が１６ｄｏｔ／ｍ
ｍ及び形状がミアンダ形状のサーマルヘッドを用いた。

試験に供したサーマルヘッドの膜厚及び材質を表１に示
す。

表−−１ また第２図に結果を示したステップストレス試験では、
印加する初期電力を０．ＩＷ／ｄｏｔ、ステップアップ
パワを０．０１Ｗ／ｄｏｔ、パルス印加回数を１ステッ
プ当り２００００パルス、繰り返し周期を５ｔｎｓ及び
パルス幅を０．８ｍｓに設定した。この試験条件でサー
マルヘッドに印加する電力をステップアップして徐々に
印加電力を変え、サーマルヘッドが破壊するまで電力を
上げていって試験を行った。

また、第３図はサーマルヘッドに直流を印加して行った
ステップストレス試験の結果を示す線図である。この試
験では初期電力を０．０３Ｗ／ｄａｔ、ステップアップ
パワを０．００３Ｗ／ｄｏｔ、１ステツプを１００ｓｅ
ｃとし、その他の試験条件は前述したステップストレス
試験と同じである。

第２図に示したパルスを印加した場合の試験結果から明
らかなように、この試験に用いたサーマルヘッドにおい
て従来のサーマルヘッドでは、０．４Ｗ／ｄｏｔより低
いパワーで抵抗変化率が太きくなってしまう。しかしこ
の発明のサーマルヘッドでは劣化があまり進まない安定
した領域はおよそ０．４６Ｗ／ｄｏｔ付近までの高印加
電力領域にまで及んでいる。同様に第３図に示した直流
を印加した場合の試験結果から明らかなように、この発
明のサーマルヘッドでは劣化があまり進まない安定した
領域は従来のサーマルヘッドより高い、およそ０．１８
Ｗ／ｄｏｔ付近までの高印加電力領域にまで及んでいる
。

すなわち、これら第２図及び第３図の結果かられかるよ
うに使用可能な最大印加電力は、実施例のサーマルヘッ
ドの方が従来のサーマルヘッドよりも大きい。従って、
この発明のサーマルヘッドによればより高パワーでの駆
動に耐えるサーマルヘッドを提供することが出来、その
結果、より高速により良質な印字を行うことが出来る。

また、この発明のサーマルヘッドによれば従来のサーマ
ルヘッドと同等のパワーで駆動して寿命のより長いサー
マルヘッドを提供できる。

第４図はこの出願のサーマルヘッドの他の実施例の４１
ｉ成を示した線図であり、第１図と同様の要部断面図で
ある。第４図に示すように　発熱抵抗体保護膜２５．２
５を発熱抵抗体１３の」−下両側に設けた構成にしても
良い、このように構成すれば先に述べた実施例と同様或
はそれ以上の効果が期待出来る。

この実施例ではＳｉを添加した５ｉ０２　ターゲットと
して、５ｉ０２　ターゲット上にＳＮチップを載置した
ターゲットを用いてＳｉチップの表面積占有率を約６％
としたが、この発明は、ＳＮチップの表面積占有率が約
６％のものに限定されるものではない。表面積占有率が
約４％或は約８％の場合にも有効な効果が認られた。

また、この実施例ではＳｉＯ２よりも化学組成比でＳｉ
を多く含む酸化珪素膜（ＳｉＯｘ膜）の被着をスパッタ
法により行なったが、真空蒸着、ＣＶＤ法その他によっ
て被着することも出来る。

５ｔｙｘ膜の被着を、真空蒸着例えば電子ビーム法、抵
抗加熱法等により行なう場合には、５ｔ０２及びＳｉを
均一に溶かして或は粉末にして混合したものを蒸着源と
すれば良いし、或は５ｉ０２とＳｉとを混合せずにそれ
ぞれを蒸着源としても良い。また、（、ＶＤ法による場
合には、シランガス（ＳｉＨａ）及び亜酸化窒素（Ｎ２
０）を混合したガスを反応ガスとして用いれば良い。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この出願第−及び
第二の発明のサーマルヘッド及びその製造方法において
は発熱抵抗体保、！を膜を５ｉ０２　よりも化学組成比
でＳｔを多く含む酸化珪素膜を以って形成するので、サ
ーマルヘッドを高パワーで駆動して発熱体を高温にして
も、高温の発熱体の劣化奢おさえることが出来る。従っ
て、この発明のサーマルヘッドによれば使用可能な最大
印加電力を従来より大きく出来、より高パワーでの駆動
に耐えるサーマルヘッドを提供することが出来る。

その結果この発明によれば、より高速により良質な印字
を行う場合に好適なサーマルヘッドを提供出来る。また
、従来のサーマルヘッドと同等のパワーで駆動して寿命
のより長いサーマル・＼ラドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のサーマルヘッドの一実施例の構成を
示す要部断面図、 第２図及び第３図はこの発明のサーマルヘ−／　ｌ’の
一実施例のステップストレス試験結果を示す線図、 第４図はこの発明のサーマルヘッドの他の実施例の構成
を示す要部断面図、 第５図は従来のサーマルヘッドの構成を示す要部断面図
である。 １１・・・基板、　　　　　１３・・・保温層１５・・
・発熱抵抗体、　　１７．１９・・・給電体２３・・・
耐摩耗層 ２５・・・発熱抵抗体保護膜。 特許出願人　　　沖電気工業株式会社 １１”基棲　　　　　１７．　ｆ（／　　診を俸ｔｊ′
保１層　　　　　２３；石４摩耗層ｆ５＝　発？’！、
４Ｍ’ａＫ　　　　　　２５：　ＳＨＯ，Ｎ更　（Ｘ＜
ｚ）（引ト熱Ｊａ＃Ｌイ奈イテｔ１璋ｎ（ンユの発明の
寸−フルヘッド０宮楚明図 第　１　図 才ｔく　用ｔ’ｌ　　イ乙づドラ］）旨；　（２）この
発明の寸−マルへ・、ドの説明記 第４図 従来の寸−マルヘゾドの官免ν月図 第５図 手続補正書 昭和６１年１０月１５日 ２発明の名称 サーマルヘッド及びその製造方法 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所（〒−１０５） 東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号 名称（０２９）沖電気工業株式会社 代表者　橋本　南海男 ４代理人　〒１７０　　　ｔｒ　（９８８）５５６３住
所　東京ａｌｌ豊島区東池袋１ｒ目２０番地５６補正の
対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７補正の内容　　別紙の通り −９゜２・／ （１）、明細書の第９頁第２行の「また体保護膜２５」
をｒまた発熱体保護膜２５Ｊ　と訂正し、同頁第８行の
「発熱体３５」をｒ発熱体１５１と訂正し、 同第１５行及び第１７行の「発熱体１３Ｊをｒ発熱体１
５」　と訂正する。 （２）、同、第１７頁第５行の「認られた」を１認めら
れたＪと訂正する。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上に発熱抵抗体、給電体及び発熱抵抗体保護
   膜を具えるサーマルヘッドにおいて、 該発熱抵抗体保護膜を二酸化珪素（ＳｉＯ＿２）よりも
   化学組成比で珪素（Ｓｉ）を多く含む酸化珪素膜を以っ
   て形成したことを特徴とするサーマルヘッド。
2. （２）発熱抵抗体保護膜を発熱抵抗体の上側に設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーマルヘ
   ッド。
3. （３）発熱抵抗体保護膜を発熱抵抗体の上下両側に設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーマ
   ルヘッド。
4. （４）下地上に発熱抵抗体、給電体及び発熱抵抗体保護
   膜を具えるサーマルヘッドを製造するに当り、 発熱抵抗体保護膜を、二酸化珪素（ＳｉＯ＿２）よりも
   化学組成比で珪素（Ｓｉ）を多く含む酸化珪素膜の被着
   により、形成することを特徴とするサーマルヘッドの製
   造方法。
5. （５）被着は、珪素（Ｓｉ）を添加した二酸化珪素（Ｓ
   ｉＯ＿２）ターゲットを不活性ガスでスパッタすること
   により、行うことを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載のサーマルヘッドの製造方法。