JPS62201262A - 薄膜型サ−マルヘツド - 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】 ［技術分野］ 本発明は薄膜型サーマルヘッドに関し、特に改良された
薄膜発熱抵抗体を有する薄膜型サーマルヘッドに関する
。

［従来技術とその問題点］ 薄膜発熱抵抗体を用いる薄膜型サーマルヘッドはコンピ
ュータ、ワートプロセツザ、ファクシミリ等における印
字ヘッドとして広く用いられている。サーマルヘッドは
抵抗発熱体のドラ１〜を多数配列し、それらを選択的に
通電することにＪ：り所望のパターンないし文字の形に
発熱させ、印字リボンの色材を用紙面へ熱転写させるよ
うになっている。抵抗発熱体には種々のものか知られ、
或いは使用されているが、良く用いられる月利としては
旧−ｃｒ　、　Ｔａ２Ｎ　１Ｔａ−３ｉ０２、Ｃｒ−８
ｉ等がある。

これらはサーマルヘッド用抵抗発熱体としてすぐれた特
性を有するが、種々の欠点も有する。合金答の金属系の
発熱抵抗体１ユ耐熱１１及び耐醇化・ｊＪＩに劣り、Ｅ
Ｔ）字ｔ：必要な丁ネルキーを繰返し印加した場合、発
熱によって発熱抵抗体に酸化現象が発生し、抵抗値の増
大を招き、印字特性の低下を招く。

ｊ：だ、これらの金属系の発熱抵抗体は繰返し通電によ
る熱パルスにより急激な熱サイクル下に置かれたとき人
きく熱膨張・収縮し、下地基板と表面耐摩耗性保護膜と
の間に大きい応力を生じてクラックの原因となる。一方
、Ｔａ５ｉ０２等の酸化物や窒化物等の場合には、熱伝
導率か小さいため発熱体内での均熱性に欠け、印字品質
を低下させた。

また、金属系の発熱抵抗体は固有抵抗率が小さく、また
上記の化合物系の発熱抵抗体でも固有抵抗が小さく（ｒ
ａ２Ｎで２００〜３００μΩｃｍ、　Ｔａ−３ｉ０２で
も約２０００μΩｃｍ）、サーマルヘッドに必要な面積
抵抗１違／日前後を得ようとすると、数十人の薄膜の発
熱抵抗体を実現しなければなら＼ず、安定して製造する
ことが回動である。す１！型的イ【製法はスパッタリン
グ、イオンプレーティング、ＣＶＤ法イ【どの周知の半
導体プロセス技術であるか、膜厚が１０００人程度ない
と工程制御か回動である。Ｊｊた、これらの発熱体４Ａ
判の抵抗温度係数は成分比に対して比較的不感であり、
所望値に制御づることか回動である。さらに、金属系で
は発熱体と電力供給電極との間に反応が生じ、発熱抵抗
体の抵抗値変動や断線等の不良の発生の原因となる。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的は、耐熱性か高く、寿命が長く、
固有抵抗率が大きく、しかも温度係数が調整可能な薄膜
発熱抵抗体を用いた薄膜型サーマルヘッドを提供するこ
とにある。

［発明の概要］ 本発明は、薄膜発熱抵抗体として、高融点金属と、硅素
と、アルミニウムと、酸素とを主成分として含有さけた
ことを特徴とする。すなわら、Ｈ−３ｉ−ＡＰ−〇系発
熱抵抗体である。ここにト１は高融点金属で１＋、　１
４０．　Ｗ　、　Ｉｆ、旧、Ｖ　１Ｚｒ１１−ａ、　Ｔ
ａ。

Ｆｅ、　Ｃｏ及びＣｒより選ばれた少なくとも１種であ
る。

高融点金属の存在により発熱体の抵抗率は繰返し熱パル
スによっても長期に変化せず、安定した−　３　　＝ す゛−マルヘッドが得られる。また金属系の場合とへか
い、△ｅ２０３−３ｉ０２を含むため熱膨張・収縮か小
さく、上下層との熱膨張係数の差による大きい内部応力
の発生、ひいてはクラックの発生がない。Ａｊ　２０３
成分又は金属が上記酸化物の量比を越えると熱伝導性・
均熱性が上がり、サーマルヘッドとしての電力効率の向
上が１ｑられだ。

また、十分な酸素の存在により経時酸化のおそれもなく
特性が安定する。さらに、高融点金属の含有率に対して
固有抵抗率が大きく変化し、かつ酸化物成分の構成比率
によって抵抗温度係数が変化するので、その組成比を制
御することでサーマルヘッドの特性の制御範囲が大きく
なり、例えば１０４μΩｃｍ抵抗温度係数±１１００ｎ
ｐ／　’Ｃのような発熱体抵抗の設に１も容易になし得
る。このような高抵抗率では、発熱体の薄膜は１０００
人前後が好適となり、成膜が容易となる。

［発明の詳細な説明］ 本発明の薄膜型サーマルヘッドの構成の概要は第１図に
示されている。図中１はグレーズドセラミック基板であ
り、その表面にグレーズ層２が形成される。グレーズ層
２は磁器のうわぐずりに相当する酸化物であり、硅素及
びアルミニウムの酸化物を含む。ブレース′層２の上に
は例えば公知のスパッタ法により本発明の薄膜抵抗発熱
体３が成膜され、さらに電力供給用電極（旧、Ｃｒ、　
Ａｕ、Ａｊ等、特に八で）４が蒸着またはスパッタなど
で成膜され、最後に公知の耐摩耗性保護膜（例えば５ｉ
−０系、５ｉ−Ａｊ−０系、ＳｉＣ系、Ｔａ２０５等）
６がスパッタ法等で成膜される。

発熱抵抗体３は本発明に従って、硅素とアルミニウムと
高融点金属Ｍ（Ｔｉ、■０、見、Ｉｆ、旧、Ｖ、Ｚｒ、
　Ｌａ、　Ｃｒ、　Ｔａ、　Ｆｅ、　Ｃｏの少なくとも
１種）とを含む酸化物である。この高融点金属は種類に
よって作用上のらがいかあるが、しかし単独またはどの
組合せを用いても発熱抵抗体の抵抗率　１０７〜１０２
μΩｃｍの範囲で大きく変動する。更には特定の高融点
金属以外の成分の構成比率を選択することにより、所望
の抵抗率に於いて所望の温度係数の発熱体を設計しうる
。例えば抵抗率１０４μΩｃｍのしのを選択ηれば膜厚
は１０００Å以上とイ１しうる。

一般に高融点金属は２０〜６０Ｗ１％の範囲ｒｉＴＥ、
択しつる。この点については実施例により具体的に示す
。

Ｓｉ、Ａｉ２．０は耐熱・１ノ１、耐酸１ノ１の酸化物
を形成しうる一ｂのであり、それらの比率を変えること
にＪ、り耐熱性を保らイｔから抵抗率を変えることかで
きる。例えばＳｉ　　　　八ρ　　　０は抵抗率〉〉０
．８２　　　０．１３ １０７μΩＣｍｚ温度係数＜−１５００ｐｐｍ／　’ｃ
であるが、高融点金属Ｍの含有率か１０ｗ１％以上で１
０７μΩｃｍ以下、−１００ｐｐｍ／　°Ｃ以１−を得
ることができる。

ＨｌＳｉ、八ｅ、０の少なくとも２種を含有する耐摩耗
保護層６を選択すれば、本発明の発熱抵抗体は、耐摩耗
イシ（護層に良＜’＋Ｚじみ、また熱膨張係数の差か少
なくなり好ましい。さらに、電極４゜５としてＡＰを用
いれば、同様に電極と発熱抵抗体とのイ【じみか良くイ
【り好ましい。

本発明の発熱抵抗体は特にスパッタ法で製造することが
できる。例えば所望の組成比を有する固形物粉末を予め
製造し、それを圧縮成形してペレッ１〜化し、これをタ
ーゲラｌ〜として八ｒ’をスパッター　　　７　　　＝ ガスとして用い、その他必要に応じて０２カス等を共存
させ、Ａｒイオンをターゲラ１へに衝撃さ１！、放出さ
れたイオンないし原子を基板上に１１着さ１！る。膜組
成はペレットの組成及びスパッタ条件を変えることによ
り調整しうる。

実施例 組成■ＯＸ　”０．３６　Ａｌ２Ｏ，０６００，／１４
のベレツ１〜をターゲラ１へとして１〜６ｍＴｏｒｒの
Ａｒをスパツタノｊスとして用い、ターゲット−基板距
１１１ｔ６０ｍｍ、　ＲＦ電力１〜１０Ｉ／ｃｍ２．基
板温ＩｆＩｆ　２００〜４００°Ｃの条１′４を調整し
て、上記組成の発熱抵抗体を製作し、さらに酊電極、保
護膜を順に成膜してサーマルヘッドを作成した。なお、
基板表面層及び保護層にはＡｆｆ及びＳｉの他にＮｏを
少量含有させた。得られたサーマルヘッドに対して、次
ぎのテストを行った。

Ｘ＝０．１４のサンプルに対してパルス幅０．３ｍ秒、
周期２ｍ秒の熱パルスを加えたときの抵抗値変化率を第
２図に示した。またＮｏの含有率による抵抗率及び抵抗
調度係数を第３図に示した。なお対照サンプルとして従
来のＴａ２Ｎ発熱抵抗体八と、Ｚｒ一３ｉ発熱抵抗体Ｃ
に対する耐熱パルステストの結果を第２図に（７Ｆ記し
た。第２図のＢは本発明による発熱抵抗体を用いたサー
マルヘッドを示す。

［作用効果］ 第２図から分るように、本発明のＮｏ−３ｉ−Ａｊ　−
０系発熱抵抗体Ｂを用いたサーマルヘッドは熱パルスを
多数加えても抵抗値が変らず、耐熱性が良い。

従来の発熱抵抗体へ（Ｔａ２Ｎ）やＣ（７ｒ−３ｉ）で
は成る一定数の熱パルスを越えると抵抗の変化が太きく
なる。

第３図から分るように、本発明の発熱抵抗体は高融点金
属の含有量に応じてその抵抗率及び抵抗温度係数が大き
く変動する。従って高融点金属の含有率を調整すること
にＪ：ってこれらの値を所望の値に設計することができ
る。

発熱体中にＡｊを含むために耐熱性の向上、発熱体面内
の温度分布の均一化、及び熱膨張係数の減少か実現され
、Ａｊ電極を用いてもそれが発熱体中へ拡散するおそれ
がなく、従って安価なＡｊ電極を給電用に用いることが
できる。また耐摩耗　　ｂ− 保護膜にＭｏ、　　Ａｊ　、　ｓｉ、０を含有した月利
を用いれば、相ｎ間のなじみが良くなって密着↑４が向
干し、熱衝撃等に強くなり、クラック・剥離等の発生が
抑制される。また、本発明の発熱抵抗体は耐薬品性に優
れ、アルカリや湿気の影響を受は難い。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーマルヘッドの構造を示す断面図、第２図は
本発明の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッド及び従来例
の耐熱テストを示すグラフ、及び第３図は本発明の４ノ
−−マルヘッドにおいて発熱抵抗体中に含有される高融
点金属と抵抗率及び抵抗温度係数との関係を示すグラフ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱絶縁層を有する下地基板に、高融点金属と硅素と
   アルミニウムと酸素とを主成分とする発熱抵抗体薄膜を
   設け、その表面に耐摩耗性保護膜を形成し、さらに前記
   抵抗体に電力供給用電極を接続した、薄膜型サーマルヘ
   ッド。 ２、高融点金属がＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｖ、Ｚ
   ｒ、Ｌａ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏよりなる群から選ば
   れる前記第１項記載のサーマルヘッド。 ３、耐摩耗性保護膜が酸素と、硅素と、アルミニウムと
   、高融点金属のうち少なくとも２種の元素を含んでいる
   前記第１項記載のサーマルヘッド。 ４、電力供給用電極がＡｌ単層である前記第１項ないし
   第３項のいずれかに記載のサーマルヘッド。