JPS6273701A - 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】 （産業上の利用分Ｙ′ｆ） この発明は感熱式プリンタ用の薄膜型サーマルヘッドに
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、用いている発熱抵抗体の種類により
、薄膜型と厚膜型との二つに大別出来る。しかしながら
、厚膜型のサーマルヘッドは低価格化は可能であるが、
高精細化が困難であるため、最近では、高精細化、高性
能化が可能な薄膜型サーマルヘッドが主流となりつつあ
る。このようなサーマルヘッドは例えばＩＷ（ｌ）ｆｆ
１表面！理ｆｆ術４　、３４　Ｎｏ、８．１９８３　Ｐ
。

２７１〜２７７）に開示されている。

第３図は一般的な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、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の発熱抵抗体に着目
して示した断面図である。

このｆｉＪ膜型サーマルヘッドの構造につき図面を参照
して簡Ｃ９に説明する。

第３１ににおいて、】１は絶縁基板を示し、この絶縁基
板１１上に保温層１３が設けられ、さらに、この保温層
１３．１＝には薄膜抵抗体からなる発熱抵抗体１５が設
けられている。この発熱抵抗体１５上の膠間した位置に
給電体１７及び１９が設けられていて、これら給電体１
７及びＩ９の間の発熱抵抗体１５の部分（図中、斜線で
示す部分）が発熱部２１となる。さらに、給電体１７及
び１９と発熱部２１との上側には発熱抵抗体保護層２３
（以下、単に保護層２３と称することもある）と＃摩耗
層２５とが順次に設けられている。

このような構造の薄膜型サーマルヘッドにおいて、保護
層２３としてＳｉＯ２　を用い、耐摩耗層２５としてＴ
ａ２０５を用いるのが最も一般的であるが、保護層２３
及び耐摩耗層２５としてＳｉＣ等を用いる場合もある。

この発熱抵抗体保護層２３を設けている理由は、発熱抵
抗体１５に高い電力を印加しこの発熱抵抗体１５を高温
に発熱させて印字を行う際、この保護層２３によって、
高温状態にある発熱抵抗体１５を酸素から遮断し、よっ
て発熱抵抗体１５の酸化を防止するためである。この酸
化防止により発熱抵抗体１５の寿命を向上させることが
出来る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のサーマルヘッドにおいては、保護
層として用いているＳｉＯ２の融点はｉ　７００　’ｃ
程度である。又、保温層に用いられる材料の融点は一般
的には２Ｏ００℃以下である。

一方、発熱抵抗体としてはＴａ２Ｎ等の窒化物、ＴａＣ
等の炭化物、又はＺｒＢ２等の硼化物が用いられるが、
これらの材料は何れもその融点が３０００℃程度と高い
。従って、印字を行うため発、！８抵抗体に高い電力を
印加してこれを高温状態にすると、発熱抵抗体そのもの
が劣化する前に、この発熱抵抗体の上下に設けられた保
護層及び保温層が劣化し、これが原因で発熱抵抗体の１
１１２壊が生じてしまうという問題点があった。

従って、従来のサーマルへラドでは、発熱抵抗体に瞬間
的に高い電力を印加して発熱抵抗体を素早く高温とし、
これにより印字の高速化を図ることには限界があった。

この発明の目的は、上述した問題点を解決して、高速印
字を行うために発熱抵抗体を高温で発熱させても長寿命
で使用出来るサーマルへラドを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、下地と
に発熱抵抗体と、発熱抵抗体保護層とを具えるサーマル
ヘッドにおいて、 発熱抵抗体保護層をＨｆＯ２を以って構成するか、或は
ＨｆＯ２と、ＳｉＯ２又ハＡ１２０３　（７）いずれか
一方又は双方との混合物を以って構成したことを特徴と
する。従って、この場合の保護層の材料としては、Ｈｆ
Ｏ２，ＨｆＯ２とＳ　ｉＯｚとの混合物、ＨｆＯ２とＡ
１２０３　との混合物及びＨｆＯ２、！＝ＳｆＯ２、！
：　Ａ１２０３　と（１）混合物力らなる群より選ばれ
た−・種類の物質である。

この発明の実施に当り、発熱抵抗体保護層を発熱抵抗体
の上下にそれぞれ設けるのが好適である。

（作用） このように構成すれば、発熱体保護層を構成するＨｆ０
ｚの融点はＳｉＯ２の融点よりも晶く、さらに、熱的安
定性に優れる。従って、発熱抵抗体に高い電力を印加し
てもこの発熱抵抗体の熱により発熱抵抗体保護層は劣化
しない。従って、発熱抵抗体保護層の熟的劣化に起因し
て発生する発熱抵抗体の破壊も起こらない。

又、ＨｆＯ２とＳｉＯ２又はＬＱ２０ｚのいずれか一万
又は双方との混合物の融点も、ＳｉＯ２の融点よりは高
くなるから、発８抵抗体保護層をこの混合物で構成すれ
ば、発熱抵抗体保護層をＳｉＯ２　で構成するよりは耐
熱性に優れた発熱抵抗体１５上層が得られる。

さらに、発熱抵抗体の七ｒに−１−述したような発熱抵
抗体保護層を設ければ、発熱抵抗体の周囲はは＃熱性の
優れた保護層にＨ覆されるから、発熱抵抗体は酸素によ
る酸化がより起こりにくい。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明のサーマルヘッドにつき
説明する。尚、この図はこの発明が理解出来る程度に概
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限定されるものではない６又、従
来と同一・の構成成分については同一の符号を付して示
しである。

第１図はこの発明のサーマルヘッドの要部を示す断面図
であり、ｒ地としての例えば絶縁基板りに多数設けられ
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
ｉｔ上に保温層１３を設けである。この保温層１Ｆｌｌ
ｚにはこの発明の特徴であるＨｆ０ｚ（ａｔ化ハフニウ
ム）からなる発熱抵抗体保護層３１（以下、単に保護層
３１と称することもある）を設けである。さらに、この
保護層３１上に薄膜抵抗体からなる発熱抵抗体１５を設
けである。又、この発熱抵抗体１５上の離間した位置に
給電体１７及び１８を設けてあり、これら給電体１７及
び１９の間の発熱抵抗体１５の部分（図中、斜線で示す
部分）が発熱部２１となる。さらに、給電体１７及び１
９と発熱部２１との上側には保護層３１と同様にＨｆＯ
２からなる発熱抵抗体保護層３３（以下、巾に保護層３
３と称することもある）を３Ｑけてあり、さらにこの保
護層３３上には耐摩耗層２５を設けて、この発明の薄膜
型サーマルヘッドを構成している。

この構造のサーマルヘッドの理解を深めるため、このサ
ーマルヘッドの製造方法の一例につきｒａ単に説明する
。

保温層１３が設けられた下地としてのグレーズドアルミ
ナ基板上に、スパッタ法によりＨｆＯ２薄膜とＴａ２Ｎ
薄膜とを連続的に形成する０次に。

フォトリソ技術によりＴａ２Ｎ薄膜を所定の形状にパタ
ーンニングして発熱抵抗体１５を、又、ＨｆＯ２薄膜を
所定の形状にバターニングして保護層３１をそれぞれ形
成する。次に、スパッタ法によりこの発熱抵抗体１５上
に例えばクロム（Ｃｒ）と金（Ａ　ｕ）とをＭ続して成
膜し、続いて、このＣｒ及びＡｕの金属薄膜を所定の形
状にバターニングして、発熱抵抗体１５の一部である発
熱部２１（図中、斜線で示す部分）を露出させると共に
、この発熱部２１の両側領域にこの金属薄膜からなり互
いに電気的に絶縁された給電体１７及び１９を形成する
。さらに、スパッタ法によりこの発熱部２１と給電体１
７及び１９とのり、側にＨｆＯ２薄膜を形成しこの薄膜
を所定形状にバターニングして保護層３３を形成する。

続いて、スパッタ法によりこの保護層３３上に耐摩耗層
２５としてのＴａ２０５膜を形成して、この発明のサー
マルヘッドを得ることが出来る。

尚、この実施例においては保護層３１及び３３をＨｆＯ
２のみを以って構成した。しかし、ＨｆＯ２のみで得ら
れる程度の高融点の保護層を所望としない場合は、この
保ｙｊ層をＨｆ　０２　を含ませたＨ　ｆ　Ｏ２とＳｉ
Ｏ２又はＡ文２０３のいずれか一方又は双方との混合物
とし高価なＨｆＯ２の消費を減らすことにより材料費の
低減が図れる。具体的に云えば、ＨｆＯ２及びＳｉＯ２
、ＨｆＯ２及びＡ見２０３、又は、ＨｆＯ２，ＳｉＯ２
及びｉ２０３からなる混合物を持って構成しても、これ
らの混合物の融点はＳｉＯ７のみで構成した保護層の融
点よりも高いから、実施例のサーマルヘッドと同様な効
果が期待出来る。

又、Ｊ：述の実施例では保護層３１及び３３の膜厚を共
に２４ｍとした。この保護層３１及び３３の膜厚は厚い
ほうが発熱抵抗体を保護する意味では有利であるが、こ
の保護膜を厚くすればするほど印字品質の低下を招き易
く、かつ、膜厚を厚くする分だけ製造コストが高くなる
。従って、保護層の膜厚は実施例の膜厚に限定されるも
のではなく、サーマルへｙＦに要求される寿命、印字品
質及び製造コストを考逼して保護層の膜厚を決定すれば
良いが、要用的には０．５〜２Ｏｇｍの厚さとするのが
好適である。

又、絶縁基板、発熱抵抗体、及び耐摩耗層は実施例で用
いた材料に限定されるものではなく他の好適な材料を用
いても良い。

試験結果 第２図は従来のサーマルヘッドとこの発明のサーマルヘ
ッドとに電力を印加し、その電力を徐々に大きく変えて
いって行ったステップストレス試験結果を示した特性曲
線図である。この図は縦軸にサーマルヘッドの発熱抵抗
体の抵抗変化率（％）金とり、横軸に印加電力（Ｗ／ｍ
ｍ２）をとリ、印加電力に対して、発熱抵抗体の初期抵
抗値Ｒと、各ステップでの試＠終ｆ時の抵抗値との差Δ
Ｒから求まる抵抗率変化ΔＲ／Ｒをプロットして示しで
ある。図中、■で示す曲線がこの発明のサーマルヘッド
の特性であり、　■で示す曲線が従来のサーマルヘッド
の特性である。

尚、この試験に用いたこの発明のサーマルへラドは発熱
抵抗体の上ｒにそれぞれ膜厚２μｍのＨｆＯ２で構成し
た９、熱抵抗体保護層をＪジけ、又、従来のサーマルヘ
ッドには発熱抵抗体の感熱紙側表面に膜厚２μｍのＳｉ
ｇｈ　で構成した発熱抵抗体保護層を設けた。又、両者
のサーマルヘッド共に、＃摩耗層として膜厚４ｊＬｍの
Ｔａ２０５層を有し、さらに、絶縁基板、保温層及び発
熱抵抗体層の材質、膜厚及び形成条件は同一となるよう
にした。

又、ステップストレス試験の条件は、印加する初期電力
を４　Ｗ　／　ｍ　ｍ　’ｌ　とし、ステップを０．５
Ｗステー２ブとして印加電力を増加させた。又、各ステ
ップでの電力印加条件は、繰り返し周期を２Ｏｍｓ　ｅ
　ｃとし、パルス幅を０　、８ｍｓ　ｅ　ｃとし、パル
ス印加回数を２００００回として行った。そして、この
ような試験条件でこの発明及び従来の試料共益試料が破
壊するまで印加電力を上げて試験を行った。

第２図に示した試験結果からも明らかなように６印加電
力に対する発熱抵抗体の抵抗変化率は、この発明のサー
マルヘッドの刀が従来のサーマルヘッドよりも低電力領
域から高電力領域にわたって優れた安定性を示すことが
わかった。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明によれば
、絶縁基板上に発熱抵抗体と、発熱抵抗体保護層とを有
するサーマルヘッドにおいて、発熱抵抗体保護層をＨｆ
Ｏ２を以って構成するか、或はＨｆ　０２　と、ＳｉＯ
２又はＡｊＬ２０：＋のいずれか一万又は双方との混合
物をを以って構成している。このＨｆＯ２及びこの混合
物の融点はＳｉＯ２の融点よりも高く、かつ熱的安定性
に優れるから、発熱抵抗体に高い電力を印加してもこの
発熱抵抗体の熱によりこの発熱抵抗体保護層は劣化しな
い、従って、発熱抵抗体保護層の熟的劣化に起因して発
生する発Ｓ抵抗体の破壊も起こらない。

又、発熱抵抗体の−Ｌ下にＬ述したような発熱抵抗体保
護層を設ければ、発８抵抗体の周囲は耐熱性の憬れた保
護層により被覆されるから、従来と比較して発熱抵抗体
は酸素による酸化が起こりにくくなる。

これがため、発熱抵抗体を高温で発熱させて高速印字を
行っても長寿命で使用出来るサーマルヘッドを提供する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のサーマルヘッドの一例を示す断面図
、 第２図はこの発明のサーマルヘッドと従来のサーマルヘ
ッドとの印加電力のステップストレス試験結果を示す特
性曲線図、 第３図は薄膜型サーマルヘッドの一般的な構造を示す断
面図である。 １１・・・絶縁基板、　　　　　１３・・・保温層１５
・・・発熱抵抗体、　　　　１７．１９・・・給電体２
１・・・発熱部、　　　　　２５・・・耐摩耗膜３１．
３３・・・発熱抵抗体保護層。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社／／　　＃Ｉ！
ｈ４ｚｈ　　　　　　ｚｔ＝　４ｅ”Ｍ、４ｐ／Ｊ保正
ｐｇ　　　　　ｚ５軒厚ル冴 ７５　　季１子シｌイ版丁カ、牛ｆ−Ｊ／ＪＪ　　　発
殆マＣ＼Ｄｔイト保す電層ｆ７．１４　　禮弯惨 第１図 一般的ｒｊす一マルへ、どの断酌の 第３図 従十以ひ〕の発８月の寸−マｌしへ／ドのスナ、、、　
７’　Ｘレズ試駿持１謙第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下地上に発熱抵抗体と、発熱抵抗体保護層とを具
   えるサーマルヘッドにおいて、 発熱抵抗体保護層を、ＨｆＯ＿２、ＨｆＯ＿２とＳｉＯ
   ＿２との混合物、ＨｆＯ＿２と　Ａｌ＿２Ｏ＿３との混
   合物及びＨｆＯ＿２とＳｉＯ＿２とＡｌ＿２Ｏ＿３との
   混合物からなる群より選ばれた一種類の物質を以って構
   成したことを特徴とするサーマルヘッド。
2. （２）発熱抵抗体保護層を発熱抵抗体の上下にそれぞれ
   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。