JPS62201265A - 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】 し技術分野］ 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Ｎｉ
−Ｃｒ　、Ｔａ２Ｎ　、　Ｔａ−８ｉ０２　、ｃｒ−ｓ
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、発熱ににって発熱抵
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。

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サイクル下に置かれたとき大き
く熱膨張・収縮し、下地基板と表面耐摩耗性保護膜との
間に大きい応力を牛してクランクの原因となる。一方、
Ｔａ５ｉ０２等の酸化物や窒化物等の場合には、熱伝導
率が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（Ｔ
ａ２Ｎで２００〜３００μΩｃｍ１Ｔａ−３ｉ０２でも
約２０００μΩｃｍ＞、４ノーマルヘツドに必要な面積
抵抗１違／目前後を得ようとすると、数十への薄膜の発
熱抵抗体を実現しなければならべず、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ロ
セス技術であるが、膜厚が１０００人程度ないと工程制
御が困難である。また、これらの発熱体月利の抵抗温度
係数は成分比に対して比較的不感であり、所望値に制御
することが困難である。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、しかも温度係数か調整可能な薄膜
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、アル
ミニウムと、窒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、Ｍ−Ａｌ２−Ｎ系発熱抵抗体であ
る。ここにＨは高融点金属で１１、Ｎｏ、　ｗ　１ｔＨ
，Ｎｉ、　Ｖ　、　Ｚｒ、　１−ａｌＴａ、　Ｆｅ１Ｃ
ｏ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、安定したサーマルヘッド
が得られる。また金属系の場合とちがい、酸−窒化物で
あるため熱膨張・収縮が小さく、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ＡｌＮの最沈を増やせば熱伝導性が良くなり均熱
性が向上し、サーマルヘッドとしての電力効率の向上が
計られる。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
く変化するので、その含有量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１０４μ
Ωｃｍ抵抗温度係数±１１００ｐＩ）／　’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み、またより好ましくはさ
らに発熱抵抗−４一 体層に用いられる高融点金属と同じものを含む。

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（旧、Ｃｒ、　　Ａｌ等、特にＡｌ　）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Ａ２−０−Ｎ系、Ａｌ−０系、Ａｌ１−３
ｉ−０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、アルミニウムと高融点
金属Ｍ　（Ｔｉ、　Ｎｏ、　Ｗ　、Ｈｆ、　Ｎｉ、　Ｖ
　、　Ｚｒ１Ｌａ、　Ｃｒ１Ｔａ、　Ｆｅ１Ｃｏ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１０７〜１
０２μΩｃｍの範囲で大きく変動する。更には特定の高
融点金属を選択することにより、所望の抵抗率及び温度
係数の発熱体を設計しうる。例えば抵抗率１０４μΩｃ
ｍ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す。

ＡＮは耐熱性、耐酸性の窒化物を形成しうるちのであり
、その比率を変えることにより耐熱性を保ちイ【から抵
抗率を変えることができる。例えば酊Ｎは抵抗率＞＞１
０７μΩｃｍ、温度係数　く−１５００ｐｐｍ／　°Ｃ
であるが、高融点金属Ｍの含有率が１０Ｗ１％以」ニで
１０７μΩｃｍ以下、−１００ｐｐｍ／　°Ｃ以上を得
ることができる。

Ｈ，Ａｌ、Ｈのうち少なくとも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Ａ１２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
ゲットに衝撃させ、放出されたイオンないし原子を基板
上に付着させる。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１４ｏ　　Ａで　。、２３　　ＮＯ，４５のペレッ
トをタープッｌ〜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＃、Ｒ
［電力１〜１０Ｗ　／　ｃｎＦ、基板温度２００〜４０
０℃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Ａｌ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Ａｌ及びＳｉの他にＮ
ｏ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＝　０．３２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
抗温度係数を第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Ａと、Ｚｒ−８ｉ発熱抵抗体
Ｃに対する耐熱パルスデストの結果を第２図に併記した
。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）ｔｏ−Ａｌ　−Ｎ未
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、耐熱性が食い。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
。

耐熱性の向上には発熱体面内の温度分布の均一化、及び
熱膨張係数の減少によるものと思われる。

また発熱体中に＾ｌを含むためにＡＩ２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
Ａｌ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Ｍｏ、Ａｌ、Ｎを含有した材料を用いれば、相
互間のなじみが良くなって密着性が向上し、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、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。