JPS62201263A - 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
。

し従来技術とその問題点コ 薄膜発熱抵抗体を用いる薄膜型サーマルヘッドはコンビ
］−−タ、ワードプロセッサ、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
は抵抗発熱体のドツトを多数配列し、それらを選択的に
通電することによ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が知られ、或
いは使用されているが、良く用いられる材料としてはＮ
ｉ−Ｃｒ　、丁ａ２Ｎ　、　Ｔａ−３ｉ０２、Ｃｒ−８
ｉ等かある。

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。合金等の金属系の
発熱抵抗体は耐熱性及び耐酸化性に劣り、印字に必要な
エネルギ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、印字性
１ノＩの低下を招く。

また、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Ｉナイクル下に置かれたとき人
きく熱膨■１・収縮し、下地基板と表面耐摩耗性保護膜
との間に大ぎい応力を生じてクラックの原因となる。一
方、ｒａｓｉｏ　２等の酸化物や窒化物等の場合には、
熱伝導率が小さいため発熱体内での均熱性に欠け、印字
晶質を低下させた。

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（丁
ａ２Ｎで’２００〜３００μΩｃｍ、　Ｔａ−８ｉ０２
で・も約２０００μΩｃｍ）、サーマルヘッドに必要な
面積抵抗１違／口前後を得ようとすると、数十への薄膜
の発熱抵抗体を実用しなＣプればならへず、安定して製
造することが困難である。曲型的な製法はスパッタリン
グ、イオンブレーティング、ＣＶＤ法などの周知の半導
体プ目セス技術であるが、膜厚が１０００人程度ないと
工程制御か回動である。また、これらの発熱体材料の抵
抗温度係数は成分比に対して比較的不感であり、所望値
に制御することか困難である。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、耐熱性が高く、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せた
ことを特徴とする。すなわち、ト５ｉ−Ａで−Ｎ系発熱
抵抗体である。ここにＨは高融点金属でＴｉ１Ｎｏ１Ｗ
　、　ｌｌｆ、旧、Ｖ　、　ｌｒ、　Ｌａ１Ｔａ、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１ノーマルヘツ
ドが得られる。また金属系の場合とちがい、窒化物であ
るため熱膨張・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。金属やＡｅの量比を増やすと熱伝導性により
均熱性が高まり、サーマルヘッドとしての電力効率の向
上が計れる。また、十分な窒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、かつ窒化物成
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
±１１００ｐｐ／　°Ｃのような発熱体抵抗の設計も容
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は磁器のうわぐす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。グレーズ層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（Ｎｉ、　Ｃｒ、
　Ａｕ、Ａｊ等、特にＡｊ　”）　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−ＡＮ−Ｎ系、Ｔａ２０５、Ｓｉ
Ｃ系、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、　Ｎｏ、　Ｗ　、Ｈｆ、旧、Ｖ
、Ｚｒ、　Ｌａ、　Ｃｒ、　Ｔａ、　Ｆｅ、　Ｃｏの少
なくとも１種）とを含む窒化物である。この高融点金属
は種類によって作用上のちがいがあるが、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
〜１０２μΩｃｍ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
計しつる。例えば抵抗率１０４μΩｃｍのものを選択す
れば膜厚は１０００Å以上となしうる。

一般に高融点金属は２０〜６０ｗｔ％の範囲で選択しう
る。この点については実施例により具体的に示ず。

Ｓｉ、Ａｆｆ、Ｎは耐熱性、耐酸性の窒化物を形成しう
るちのであり、それらの比率を変えることにより耐熱性
を保らながら抵抗率を変えることができる。例えばＳｉ
　　　　Ａｊ　　　　Ｎは抵抗率〉〉０．６４　　　０
．４ １０７μΩｃｍ、温度係数＜−１５０Ｏｒ）ｒ）ｍ／　
°Ｃであるが、高融点金属Ｍの含有率が１０ｗｔ％以上
で１０７μΩｃｍ以下、−１００ｐｐｍ／　’Ｃ以上を
１ｑることができる。

Ｍ、Ｓｉ、ＩＶ、Ｎ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
保護層に良くなじみ、また熱膨張係数の差が少なくなり
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なじみが良くなり好ましい
。

本発明の発熱抵抗体は特にスパッタ法で製造することか
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、それを斤縮成形してペレッ１〜化し、これをタ
ーゲットとしてＡｒをスパッタガスとして用い、その他
必要に応じてＮ２ガス等を共存させ、Ａｒイオンをター
ゲットに衝撃さけ、放出されたイオンないし原子を基板
−七に付着させる。膜組成はペレッ１への組成及びスパ
ッタ条件を変えることにより調整しうる。

実施例 組成ＨＯＸ　ＳｉＯ，３２”　　０．０２　　ＮＯ，５
のペレットをターゲットとして１〜６ｍＴｏｒｒのＡｒ
をスパッタガスとして用い、ターゲット−基板距離６０
ｍｍ、　ＲＦ電力１〜１０Ｗ／ｃｍ、基板温度２００〜
４００′Ｃの条件を調整して、上記組成の発熱抵抗体を
製作し、ざらにＡｊ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
Ａｊ及びＳｉの伯にＮｏを少量含有させた。１ｑ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＝　０．１６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ＭＯの含有率による抵抗率及び抵
抗温度係数を第３図に示した。なお対照４ノンプルとし
て従来のＴａ２Ｎ発熱抵抗体Ａと、７ｒ−Ｓｉ発熱抵抗
体Ｃに対する耐熱パルステストの結果を第２図に併記し
た。第２図のＢは本発明にに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−８ｉ−Ａｆｆ　
−Ｎ光弁熱抵抗体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Ａ（Ｔａ２Ｎ）やＣ（Ｚｒ−３ｉ）で
は成る一定数の熱パルスを越えると抵抗の変化が大きく
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
によ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ＡＩ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が実現され
、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。また耐摩耗保護膜にＮｏ、Ａｌ、ｓｉ、　Ｎを
含有した月利を用いれば、相互間のなじみが良くなって
密着性か向上し、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づ断面図、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図は本発明のサー
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
   アルミニウムと窒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、耐摩耗性保護膜が窒素と、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。