JPS6243101A - 発熱抵抗体 - 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、サーマルヘッド等の発熱体として用いて好
適な発熱抵抗体に関する。

（従来の技術） 従来より、Ｎ膜抵抗体に電流を通じて発熱させ、ヒータ
や感熱ヘッド等に用いる、種々の材料からなる発熱抵抗
体が提案されている。

このような発熱抵抗体の用途として、近年、サーマルヘ
ッドへの応用が注目されている。以下、サーマルヘッド
を・例として、発熱抵抗体につき説明する。

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、文字等の印字をするための種々の構造のサ
ーマルヘッドが提案されている。

このようなサーマルヘッドは、例えば文献（「金属表面
技術Ｊ　３４　、（８）　（１９８３）　Ｐ、２７１〜
２７７）に開示されている。このような構造の薄膜型サ
ーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体として主として窒
化タンタル（Ｔａ２　Ｎ）が用いられている０周知のよ
うにＴａ２Ｎは、例えばハイブリッドＩＣ等のＳ膜抵抗
体として用いる場合は、抵抗値の安定性が非常に優れて
いるが、このＴａ２Ｎをサーマルヘッドの発熱抵抗体と
して用いる場合には、Ｔａ２Ｎの耐熱性、特に、その耐
酸化性は充分なものではなかった。このため、Ｔａ２Ｎ
を発熱抵抗体として用いる場合は、　・股に、サーマル
ヘッドの構造を第４図に示すような構造としていた。

第４図は従来の薄膜型サーマルヘッドの要部を示す断面
図であり、この場合、絶縁基板ヒに多数設けられた発熱
抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に６１１して示した断
面図である。第４図において、＋１は絶縁基板を示し、
この絶縁基板１１ｈにＴａ２Ｎ薄膜からなる発熱抵抗体
１３が設けられている。又、この発熱抵抗体＋３１の摩
間した位置に給電体１５及び１７が設けられていて、こ
れら給電体１５及び１７の間の光熱抵抗体１３の部分（
図中、斜線で示す部分）が発熱部１９となる。ごらに、
給電体１５及び１７と発熱ｉ’！’［１１９とのＬには
順次に耐酸化１！Ｊ２１と耐摩耗膜２３とが設けられて
いて、これら一層の膜により発熱抵抗体の保護膜が形成
されている。

この保護膜、特に、耐酸化膜２１はサーマルヘッドの寿
命に影響する重要な保！ｌ膜である。

又、Ｔａ２Ｎはその比抵抗が３００ｇΩ・ｃｍ以五であ
る。このため、発熱抵抗体が長時間の使用に絶えること
が出来るように抵抗体膜厚をｔ−分な膜厚とするとその
抵抗値は所望の抵抗値よりも小さくなる。従って印字に
必要な電力を得るためには発熱抵抗体に供給する電流値
を大きくしなければならない。しかし　配線ＩＩ＋１路
及グ撃動方法等の制約から、限られた屯流頭の中で′Ｘ
用的な抵抗値をイｊするような発？ｌ！抵抗体の形状を
決定しなければならす、このため　第５図（Ｂ）に示す
ようなミアンタ型の形状とすることで、発熱抵抗体の抵
抗イ１を１−げる方法が用いられていた。

（発明が解決しようとする問題つ、） しかしながら、サーマルヘッドに用いられている従来の
発熱抵抗体は、その発熱抵抗体トに保護膜、特に、耐酸
化膜を全く設けない場合又はこの膜の厚みが不充分な厚
さしかない場合には、印字に必要なエネルギーを発熱抵
抗体１３に印加すると酸化作用により発熱抵抗体の抵抗
値が増加し１発熱抵抗体は劣化する。このため、極めて
短時間の感熱記録しか行えないという問題＋５．があっ
た。

又、この保護膜を必要量りに厚く設けると、光熱抵抗体
への供給電流の印加・停止Ｆに対するサーマルヘッドの
温度ヒ昇争温度ド１ＩＩｉ（ｆＳ応答）が、さくなり、
高速印字が行えないという間８＋気があった。

又、近年、サーマルヘッドによる印字はより高精細な印
字が望まれている。従って、ミアンタ型とした発熱抵抗
体の形状を、より高精刑な印字をア現するためざらに微
細な形状とする必要があるが、このことは加Ｉ［術りで
限界がある。このため、簡易な形状、例えば第５図（Ａ
）に示すような四角形状の発熱抵抗体で、所望とする抵
抗値が得られるような抵抗体材料が望まれている。この
ような抵抗体材料として、Ｔａ−３ｉ−Ｎ、Ｔａ−３ｉ
　−Ｏｆの高抵抗材料が開発されてきてはいるが、これ
らの材料も耐熱性及び＃酸化性に乏しく、さらに、その
成膜に関しても、反応性スパッタ法により窒素、ＭＸ等
のガスを用いて行うため、Ｓ膜の抵抗値の制御が難しい
という問題点があった。

この発明の目的は、耐熱性及び＃酸化性に優れ、比抵抗
イ１が大きく、かつ、製造方法の容易な発熱抵抗体を提
供することにあり、以って、より耐久性に優れ、かつ、
高精細化が可能なサーマルヘッド等のχ現を可能とする
ことにある。

（問題点を解決するための１段） この目的の達成を図るため、この発明によれば１発熱抵
抗体を白金族元素から選ばれた一種又は〕種以上の元素
を含む導電材料と、炭化珪７艇を含む電気的絶縁材料と
を以って構成したことを特徴とする。

この発明のア施に当り、発熱抵抗体中には導′市材料を
３〜４　Ｑ　？　着％含ませるのが好適である。

（作用） このような構成によれば、白金族元素及び炭化珪素共に
化学的に安定であるから耐酸化性の優れた発熱抵抗体が
得られる。

又、発熱抵抗体に含有させる導電材料の含有率により所
望とする比抵抗を有する発熱抵抗体が得られる。さらに
、炭化珪素は、ＣＦａ　等のガスを用いたドライエツチ
ングにより容易に加りが行える。従って、所望とする抵
抗値を有した。任仇な形状及び大きさの発熱抵抗体を容
易に作製することが出来る。

（実施例） 以Ｆ、この発明の発熱抵抗体をサーマルヘッドに用いた
例により、この発明の一実施例につき説明する。尚、以
下の実施例の説明に用いる第１図〜第３図は、この発明
が理解できる程度に概略的に示しであるにすぎず、各構
成成分の寸法、形状及び配置関係は図示例に駆足される
ものではない。

第１図はこの発明のサーマルへラドの構造を示す要部断
面図であり、第４図と同様、絶縁基板上に多数設けられ
た発熱抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に着目して示し
た断面図である。

第１図において、１１は絶縁基板を示し、この絶縁基板
１１トに、例えば、導電材料を白金（Ｐｔ）とし、電気
的絶縁材料を炭化珪素（ＳｉＣ）として構成した、白金
−炭化珪素（Ｐｔ−５ｉＣ）抵抗膜からなる発熱抵抗体
３１が設けられている。

又、この発熱抵抗体３１上の離間した二つの領域には給
電体１５及び１７が設けられていて、これら給電体１５
及び１７の間の発熱抵抗体３１の部分（図中、斜線で示
す部分）が発熱部１８となる。さらに、給電体１５及び
１７と発熱部１８との丘には耐摩耗膜２３が設けられて
いる。

以Ｆ、この発明の発熱抵抗体の形成方法につきサーマル
ヘッドの製造に従って説明する。

先ず、絶縁基板１１としてのグレーズドアルミナ基板上
に、高周波スパッタ（ＲＦスパッタ）法により発熱抵抗
体としてのＰｔ−５ｉＣ抵抗膜を成膜する。このＰｔ　
−５ｉ　Ｃ膜の成膜は以下の通りに行った。第２図にモ
面図で示すように、ＳｉＣターゲッ）３３ｈに一定形状
の微小なＰｔの小片３５をｔ近し、ＳｉＣとｐｔとを同
時に高周波スパッタする。このＰｔ小片の数を増減する
ことによりＳｉＣ中に含有されるｐｔの量を増減して、
ＰＬ−３ｉＣ膜の抵抗値を制御する。この実施例では、
基板温度を２００℃とし、アルゴン（Ａｒ）ガス圧を５
Ｘ１０　　ｊＴｏｒｒとし、ＳｉＣターゲットｈのＰｔ
小片の側面積を除いたｐｔの露出表面積とＰｔ小片を１
！置した部分以外のＳｉＣターゲットの露出面積との比
（表面積比と称する）をｌ：５として、グレーズドアル
ミナ基板１１上に膜厚的３５０ＯＡのＰｔ−３ｉＣ抵抗
膜を成膜した。この成膜条件で得たＰｔ−５ｉＣ抵抗膜
の表面抵抗は９００Ω／口であった。従って、このＰｔ
−３ｉＣ抵抗膜を用いれば１発熱抵抗体３１の形状をミ
アンダ型の形状とせずに所望の抵抗値が得られる。この
ためこの発明では、第５図（Ａ）に示すような四角形状
の所定のす法にバターニングして発熱抵抗体３１を形成
した。その後、この発熱抵抗体３１ｈに給電体１５及び
１７を形成し、続いて、耐摩耗膜２３として８μｍの膜
厚のＴａ２０５を形成して、この発明の発熱抵抗体を有
するサーマルヘッドを得た。

一方、比較サンプルとして、発熱抵抗体の形状及び保護
膜の厚さ等はこの発明の発熱抵抗体を有するサーマルヘ
ッドと同一であるが、発熱抵抗体をＴａ−５ｔ−Ｎ膜で
構成し、その膜厚を３２０ＯＡとして表面抵抗的ＩＫΩ
１０の発熱抵抗体を有するサーマルヘッドを作製した。

この二種類のサーマルへラドを用いて寿命試験を行った
。この寿命試験条件はパルス幅を０．８ｍ５ｅｃとし、
繰り返し時間を３ｍｓ　ｅ　ｃとして、発熱抵抗体に連
続的にパルス印加を行い、発熱抵抗体の抵抗イ１変化を
測定した。この試験結果を、縦軸に発熱抵抗体の抵抗変
化率をとり、横軸にパルス印加数をとり、第３図に示し
た。尚、図中、■で示す特性曲線はこの発明のＰｔ−３
ｉＣ発熱抵抗体先有するサーマルヘッドの特性を示し、
■で示す特性曲線はＴａ−５ｔ−Ｎ発熱抵抗体を有する
サーマルヘッドの特性を示す。

第３図からも明らかなように、この発明の発熱抵抗体を
有するサーマルヘッドは、Ｔａ−５ｔ−Ｎ発熱抵抗体を
有するサーマルヘッドよりも、連続的なパルス印加に対
する発熱抵抗体の抵抗率変化は極めて少ない、従って、
サーマルへラドの寿命は著しく改善される。この理由は
、Ｔａ−３ｉ−Ｎ発熱抵抗体を有するサーマルヘッドで
は、先ず、発熱抵抗体の結晶化により抵抗値は減少し、
続いて、発熱抵抗体の酸化により抵抗値が急激に増加し
たと推定される。一方、この発明のｐｔ−ＳｉＣ発熱抵
抗体を有するサーマルヘッドでは、ごく部分的なＰｔの
結晶化のみしか起こらないため、抵抗値は穏やかに減少
すると推定される。

Ｆ述したＰｔ−ＳｉＣ発熱抵抗体を作製したと同様に、
導電材料をロジウム（Ｒｈ）としたＲｈ−ＳｉＣ発熱抵
抗体を有するサーマルヘッドを作製して、前述したと同
様な寿命試験を行ったところ、Ｒｈ−ＳｉＣ発熱抵抗体
を有するサーマルヘッドもＰｔ−ＳｉＣ発熱抵抗体を有
するサーマルヘッドと同様な、良好な耐久特性が得られ
た。

尚、この発明の発熱抵抗体を構成する導電材料及び電気
的絶縁材料は、１述した叉施例に限定されるものではな
い、導電材料は白金族元素であるＰｔ、Ｒｈ、パラジウ
ム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏ３）
及びルテニウム（Ｒｕ）から選ばれた一種又は二以上り
の元素でも良く、さらに、白金族元素から選ばれた一種
又は二種以上の元素を主成分とした、白金族以外の物質
を含む導電材料でも良い、又、電気的絶縁材料はＳｉＣ
をＬ成分とした電気的絶縁材料でも良い。

又、発熱抵抗体に含有させるＰｔ等の金属元素の含有率
を、３〜４０％（虫酸％）とした理由は、発熱抵抗体と
して用いるに実用的な１０”〜１０／ｇΩ・ｃｍの範囲
の比抵抗を有する抵抗体薄膜を得るためである。

又、τ施例では、ＳｉＣターゲットＬにＰｔ又はＲｈの
小片を戴置し、これら金属とＳｉＣとを同時にスパッタ
して各発熱抵抗体を形成したが。

理想的には、金属及びＳｉＣを各々粉末とし、それらを
混合した後、ホットプレスで焼結させて得た専用のター
ゲットを用いると良い。

又、ｉ４Ｍ抵抗体の形成は高周波スパッタ法以外に、Ｎ
ｆビーム蒸着法により行える。

以Ｅに、この発明の発熱抵抗体をサーマルへットに用い
た例により、この発明の説明を行ったが、この発明の発
熱抵抗体は他の電気部品例えば、発熱部品１に用いても
好適である。

（発明の効果） ト述した説明からも明らかなように、この発明によれば
、発熱抵抗体を、白金族元素から選ばれた−・種又は二
種以上の元素を含む導電材料と、炭化珪素を含む電気的
絶縁材料とを以って構成しである。従って、白金族元素
及び炭化珪素共に化学的に安定であるから耐酸化性の優
れた発熱抵抗体が得られる。このため、例えばサーマル
ヘッドにこの発明の発熱抵抗体を用いた場合は、従来の
ように発熱抵抗体りに耐酸化膜及び耐摩耗膜の二層の保
護膜を設けずに、耐摩耗膜のみを設ければ良い、従って
、熱応答に優れたサーマルヘッドが得られる。

さらに、導電材料及び電気的絶縁材料共に酸素元素を含
まない材料が選択出来る。従って、発熱抵抗体内部での
酸素の授受が起こらないから、より耐酸化性に優れた発
熱抵抗体の実現が期待出来る。

又、発熱抵抗体に含有させる導電材料の含有率により所
望とする比抵抗を有する発熱抵抗体用の薄膜抵抗が得ら
れる。

さらに、炭化珪素は、ＣＦ１′ｖのカスを用いたドライ
エツチングにより容易に加りが行える。従って、例えば
四角形状で、かつ、小型の発熱抵抗体を容易に得ること
が出来るから、例えば、耐久性に慎れ、かつ、高精細化
の可能なサーマルヘッドが得られる。

これがため、耐熱性及び＃酸化性に優れ、比抵抗イ１が
大きく、かつ、製造方法の容易な発熱抵抗体を提供する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッド
の要部をしめず断面図、 第２図はこの発明の発熱抵抗体を製造するための説明図
、 第３図は従来及びこの発明の発熱抵抗体を用いたサーマ
ルヘッドの寿命試験結果を示す特性曲線図、 第４図は従来の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッドの要
部断面図、 第５図は従来及びこの発明の説明に供する線図である。 ＩＩ・・・絶縁基板、　　　　　１５．１７・・・給電
体１３・・・発熱部、　　　　　２３・・・耐摩耗膜３
１・・・発熱抵抗体、　　　３３・・・電気的絶縁材料
３５・・・導電材料。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社ｑ ／ｆ　緒縛慕租　　　２３耐厚托膿 １５．１７’？’４ｉ４＋　　　　３ｆ：　登ナーヘー
右さくＪう１４４（１（／　　発熱部 この是６月の発熱者＼使イ杢８団い「こサーマルへ・・
ドの断面圓第１図 二の発日月ｆ）疲茫Ｂ月ｂＯ 第２図 寸−マルヘッドのｈ＠；ｇＫ、験ＩＰＩ佐胆第３図 従来のｑ！貧１き抗イ本を用１１Ｔ；グーマルヘー・ド
のＣＩが幻第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）白金族元素から選ばれた一種又は二種以上の元素
   を含む導電材料と、炭化珪素を含む電気的絶縁材料とを
   以って構成したことを特徴とする発熱抵抗体。
2. （２）導電材料を３〜４０重量％含ませたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の発熱抵抗体。