JPH02536A - サーマルヘッド - 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】 産業上の利用分野 本発明は、酸化ルテニウム系のｇ膜抵抗体を用いたサー
マルヘッドに関するものである。

従来の技術 一般に、熱印字記録装置の形式としては、感熱紙を用い
るもの、インクリボンを用いて普通紙にインクを熱転写
するもの、昇華性染料を用いてインク蒸気により記録す
るものなど種々の形式のものが存する。このような熱印
字記録装置において。

高密度化、カラー化、多重記録化１階調記録化等が進ん
でいる。

このような高機能化を達成するためには、サ−マルヘッ
ドの高速化が必要となる。このサーマルヘッドの高速化
のためには、ヘッドの発熱抵抗体への通電時開を短くし
て印加電力を増大し、ヘッド温度を高温にしなければな
らない。このような要請に応えるものとしては、耐酸化
性、耐熱性を有する酸化ルテニウム系の薄膜抵抗体があ
り、高温における高速駆動の可能性を有している。

ここで、酸化ルテニウム系の薄膜抵抗体を■いた従来の
サーマルヘッドの構造を第６図に基づいて説明する。ま
ず、アルミナ基板１の表面にガラスグレーズＭ２が形成
され、このガラスグレーズ層２の上に発熱抵抗体層３が
形成されている。この発熱抵抗体層３の上にＡｌ−３Ｌ
層４及びＡ１層５の２層構造よりなる電極層６が形成さ
れ、この電極層６の上にはＡ１□Ｏ，Ｍ７と５ｉＣＪ１
８の複合保護層９が積層されている。

発明が解決しようとする課題 複合保護層９の第１ＷＩであるＡｌ、０Ｊ５７は。

酸化ルテニウム系の薄膜抵抗体とは反応しない材料であ
るが、耐熱性やじん性が比較的低い、このため、高速印
字などのために急熱急冷を繰り返すと、この部分にクラ
ックが発生し、複合保護層９に層間剥難が生じたり、抵
抗値の増大がらヘッドの破壊が生じがちである。ここで
１例えば、第１層であるＡ１□Ｏ，ｐ！ｊ７を薄く形成
すれば、このクラックは発生しにくいことが知られてい
る。しかし、第２層の５ｉｃ７５ｓは半導体であり、第
１ｆｒｌｌが薄いと、複合保護層９の絶縁性が低くなり
、電極層６から感熱紙にリーク電流が流れる恐れがある
。特に、券売機やバーコードプリンタ等に使用されてい
る感熱紙には、上記リーク電流に反応し。

５ｉＣＷｉ８に電界腐食を生じさせるものが存している
。このため、一部機器などで５ｉＣ１８の損耗が著しく
、サーマルヘッドの寿命が短くなっている。

課題を解決するための手段 基板上に発熱抵抗体層と電極層と保護層とを順次積層し
て形成したサーマルヘッドにおいて、酸化ルテニウムを
第一の主成分とする薄膜酸化物により発熱抵抗体層を形
成し、アルミナと酸化硅素の混合膜を第１層とし炭化硅
素を第２層とした複合保３層により、保護層を形成する
。

また、アルミナと酸化硅素との混合膜を第１ＦＮとし炭
化硅素を第２層とした複合保３ＷＪを二層以上積層する
。

さらに１表面に近づくにしたがって炭化硅素による第２
Ｍを厚くした保Ｓ層を形成する。

或は、アルミナと酸化硅素との混合膜による第１７ｆｆ
を厚く形成した複合保護層により保護層を形成する。

さらに、アルミナと酸化硅素との混合膜による第１層を
厚さ２μｍ以上に形成した複合保護層により保護層を形
成する。

作用 保護層の第１層のアルミナと酸化硅素の混合膜は耐熱性
、じん性に優れており１酸化ルテニウム系の発熱抵抗体
とも反応しないので、ヘッドにクラックが入るようなこ
とがない。

また、アルミナと酸化硅素との混合膜を第１層とし炭化
硅素を第２ｍとした複合保護層を二層以上積層したこと
により、熱応力を分散させ、熱歪みを綴和させる。しか
も、最上部に炭化硅素の層を設けることにより、耐摩耗
性に優れたものとなる。

或は、複合保護層の、アルミナと酸化硅素との混合膜に
よる第１層を厚く形成したことにより。

絶縁性が高い第１ＷＪのアルミナと酸化硅）１との混合
膜が厚いため、この保護層の絶縁性が良好であり、電極
層から第２１？５の炭化硅素を介して感熱紙等までなが
れるリーク電流が生じることがなく、それでいて、第１
暦のアルミナと酸化硅素との混合膜は、耐熱性とじん性
とに優れているため、これを厚く形成しても、サーマル
ヘッドにクラックが入ることもない。

実施例 まず、請求項１〜３記叔の発明の一実施例を第１図ない
し第３図に基づいて説明する。まず、Ａｌ□０３等のセ
ラミック基板１０上にグレーズ層１１が形成され、この
グレーズＪ？！ｙ１１を洗浄してその上に酸化ルテニウ
ム系（ＲｕＯ□）の薄膜抵抗体にょる発熱抵抗体層１２
が形成されている。この発熱抵抗体層１２の上には、Ａ
Ｉ・Ｓｉによるリード′？ｒｉ横１３とＡｌによるリー
ド暦１４との２層構造の電極層１５が積層され、この電
極Ｍ工５の上に保：Ｓ層１６が形成されている。

この保護層１６は、アルミナと窪化硅素の混合膜（Ａ１
．Ｏ，・Ｓｉｎ、）による第１暦１７と炭化硅素（Ｓｉ
Ｃ）による第２層１８とを積層した複合保護！１９を、
ここでは二層重ねて形成したものである。そして、各層
１Ｗ！ｊ１７は表面に近づくにしたがって薄くなり、各
第２層１８は表面に近づくにしたがって厚くなるもので
ある。

また、酸化ルテニウム系（Ｒｕｂ、）の？１膜抵抗体に
よる発熱抵抗体Ｗ１１２は、Ｒｕｂ２の他に多種の添加
成分を加えてもよいａ　Ｒｕ　Ｏ２は単独の場合に比べ
Ｍ（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれた少なくとも一種）の
酸化物と併用することにより耐湿性が増す、実質的にＭ
／Ｒｕ＝１であれば、ＣａＲｕ０．。

５ｒＲｕＯ，、ＢａＲｕ０．等の安定な構造となる。し
かし、多少比率がずれても問題はないが、Ｍの酸化物が
Ｍ／Ｒｕの比率で０．６より小さくなると析出するＲｕ
ｂ、の影響で耐湿性が劣化し、２より大きいＭ　／　Ｒ
ｕの比率となると、抵抗値が高くなって負の抵抗温度係
数を有するようになり、また。

Ｍ　／　Ｒｕの比率で４以上では絶縁体に近くなる。

したがって、Ｍ　／　Ｒｕは０．６〜２．０の範囲であ
ることが望ましい。

しかして、前述の各層の作成は１次のようにして行なわ
れる。まず１発熱抵抗体Ｍ１２は。

ＭＲｕＯ，（Ｍ：Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）をターゲットとし
。

ＲＦスパッタリングにより８００人成ｎ促した。

ついで、Ａｌ−８ｉによるリードｆｆ１４＠１３とＡ１
によるリード暦１４とを連続スパッタリングにより各々
５０００人成膜した。その後、フォトエツチングにより
パターニングを行なった。

さらに、保護ＪＦＪ１６としてアルミナと酸化硅素の混
合膜＜Ａｂ　ｏ　ｓ　・３１ｏ　ｚ　）　ニよる第１層
１７を２ｐｍ、炭化硅素（ＳｉＣ）による第２暦１８を
５０００人、アルミナと酸化硅素の混合膜（Ａｌオ０３
・ＳｉＯ□）による第１層１７を５０００人、炭化硅素
（ＳｉＣ）による第２！１８を２ｐｍの厚さで。

ＲＦスパッタリングにより順次形成した。

このようにして形成したヘッドと、Ａｌ、Ｏ，の保Ｘ！
１層’ｔを用いた従来のヘッドとを、ステップストレス
試験を行って抵抗変化率や破壊電力、印字濃度を測定し
た結果を第２図に示す。

試験条件は、パルス幅０　、９５　ｍ５ｅｃ、パルス周
期２　、６　ｍ５ｅｃの繰返電圧を５０００パルス印加
し。

印加電力を増加させていった１発熱体形状は。

１１５Ｘ２２０μｍである。このような条件において、
濃度が飽和するには、　０　、６　Ｗ／ｄａｔの電力が
必要であり、濃度の立上りと云う点では、保護層として
アルミナと酸化硅素の混合膜を用いたものとＡｌ２Ｏ，
を用いたものとの差異はみられない。

しかし、破壊電力を比べると、従来のヘッドでは、１．
５Ｗ／ｄａｔであるのに対して、本実施例によるものは
、１．７Ｗ／ｄｏｔと伸びており、より高速印字に対応
できることが分かる。

ついで、長時間の安定性を調べるために、パルスＩｆｆ
！ｉｏ、９５ｍ５ｅｃ、パルス周Ｊ［ＩＪ　２　、６　
ｒａｓｅｃの繰返しパルスを０　、５　Ｗ／ｄｏｔで連
続的に印加した結果を第３図に示す。この結果からも明
らかなように。

本実施例のものは、より長時間にわたって抵抗変化率が
安定している。

つぎに、請求項４及び５記載の発明の一実施例を第４図
ないし第５図に基づいて説明する６本実施例のサーマル
ヘッドは、保護Ｊ’ｆｉ１６を一層とし、Ａｌ、Ｏ，・
ＳｉＯ２による第１層１７を、厚さ２ｐｍと厚く形成し
たものである。そして、保護層の違いによるサーマルヘ
ッドの耐摩耗性の差を調べるため１本実施例のサーマル
ヘッドと同構造で第１暦１７を１μｍ、３μｍの厚さで
形成した二種類の比較試験材と、Ａｌ、○、ｒＦＩ’ｔ
とＳｉＣ層８との複合保護層９を用いた従来のサーマル
ヘッドとを用意した。そこで、上記四種類のサーマルヘ
ッドで実行した５０ｋｍのランニングテストの結果を第
５図に示す。

試験条件としては、サーマルヘッドとプラテンとの圧接
力を９００〜１０００ｇ／ａＪ、印加電力を０　、５　
Ｗ／ｄｏｔ、感熱紙送り速度を７５ｍ／ｓｅｅとし、感
熱紙にはＳｉ０層８．１８と電気科学反応を起こしやす
いものを使用した。上述のような１件において、５０ｋ
１１走行後の印字部表面の５ｉＣ４１Ｊ８，１８の摩耗
量は、従来のサーマルヘッドでは約１μｍ、一方１本実
施例のヘッドでは約０．５μｍとなった。さらに、第１
層１７の厚さが１μｍの供試材の摩耗層は約０．７μｍ
、厚さ３μｍの供試材の摩耗量は約０．５μｍとなった
。

すなわち、Ａｌ、０□・Ｓｔｏ、による第１層１７を厚
く形成することにより、複合保護層の耐摩耗性が高いサ
ーマルヘッドを得ることができることが分かる。しかも
、Ａｌ□０．・ＳｉＯ，による第１暦１７の厚さが２μ
ｍと３μｍのヘッドの耐摩耗性が略同−であることから
、上述のような条件下でならば、Ａｌ、Ｏ，・ＳｉＯ，
４ｍよる第１Ｊ５１７（７）厚さは２μｍが最適値であ
ることが予想される。つまり。

ヘッドへの印加な力、Ｆｓ熱紙の電気料学的反応の性質
等に基づいて、アルミナ・酸化硅素（Ａｌ□０３・Ｓ　
ｉ　Ｏｚ　）の混合膜からなる第１層１７の厚さを決定
することにより、絶縁性が高い保５！層１６を求めるこ
とかでき、電界腐食が生じに＜＜、ｊｉめで＃摩耗性の
高いサーマルヘッドが得られることが分かる。

発明の効果 本発明は、上述のように、基板上に発熱抵抗体層と電極
層と保護層とをＪｆｆ１次積層して形成したサーマルヘ
ッドにおいて、酸化ルテニウムを第一の主成分とする薄
膜酸化物により前記発熱抵抗体ｎを形成し、アルミナと
酸化硅素の混合膜を第１府とし、炭化硅素を第２暦とし
た複合保護層により前記保護層を形成したので、保護層
の第１層のアルミナとは化硅素との混合膜は耐熱性、じ
ん性に優れており、酸化ルテニウム系の発熱抵抗体とも
反応しないので、ヘッドにクラックが入るようなことが
なく、また、アルミナと酸化硅素との混合膜を第１Ｎと
し炭化硅素を第２Ｍとした複合保護層を二層以上［／ｆ
ｆして形成し、さらに、表面に近づくにしたがって炭化
硅素による第２暦を厚くした保護層を形成することなど
も可能なので、熱応力を分散させ、熱歪みを緩和させる
ことができ、しかも、最上部に炭化硅素の層を設けるこ
とにより、耐摩耗性をさらに向上させることができ、−
方、アルミナと酸化硅素との混合膜による第１Ｗ！ｊを
厚く形成することにより、絶縁性が高い第１層のアルミ
ナと酸化硅素との混合膜を厚くして、電Ｕから半導体で
ある第２層の炭化硅素を介して感熱紙等まで流れるリー
ク電流を、第１層で絶縁できるので、保護層表面の第２
Ｗ１の電界腐食を防止することが可能で、耐摩耗性が高
いサーマルヘッドを得られ、それでいて、第１層のアル
ミナと酸化硅素との混合膜は、耐熱性とじん性とに優れ
ているため、これを厚く形成してもクラックは生じにく
いので、サーマルヘッドを急熱急冷することができて、
サーマルプリンタの高速駆動が可能であり１部品寿命が
極めて長く高性能なサーマルプリンタを得ることができ
る等の効果を有するものである。

示す縦断側面図、第２図はステップストレス試験の結果
を示すグラフ、第３図は耐パルス試験の結果を示すグラ
フ、第４図は請求項４，５記社の発明の一実施例を示す
縦断側面図、第５図は第１層の厚さが異なるヘッドによ
るランニングテストの結果を示すグラフ、第６図は従来
の一例を示す縦断側面図である。

１０・・・基板、１２・・・発熱抵抗体層、１５・・・
電極層、１　ｅ　・＊：ａＷｌ、　１７−ｍ　Ｉ　ＷＪ
、１８−・第２Ｌ１９・・・複合保護層 出　　願　　人 東京電気株式会社

【図面の簡単な説明】 第１図は請求項１〜３記載の発明の一実施例をＪ５，３ 図 Ｊは図 旧 Ａ乙 ５図 一篤 ７蜘）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．基板上に発熱抵抗体層と電極層と保護層とを順次積
   層して形成したサーマルヘッドにおいて、酸化ルテニウ
   ムを第一の主成分とする薄膜酸化物により前記発熱抵抗
   体層を形成し、アルミナと酸化硅素との混合膜を第１層
   とし炭化硅素を第２層とした複合保護層により前記保護
   層を形成したことを特徴とするサーマルヘッド。
2. ２．アルミナと酸化硅素との混合膜を第１層とし炭化硅
   素を第２層とした複合保護層を二層以上積層して保護層
   を形成した請求項１記載のサーマルヘッド。
3. ３．表面に近づくにしたがって炭化硅素による第２層を
   厚くした保護層を形成した請求項２記載のサーマルヘッ
   ド。
4. ４．アルミナと酸化硅素との混合膜による第１層を厚く
   形成した複合保護層により保護層を形成したことを特徴
   とする請求項１記載のサーマルヘッド。
5. ５．アルミナと酸化硅素との混合膜による第１層を厚さ
   ２μｍ以上に形成した複合保護層により保護層を形成し
   たことを特徴とする請求項４記載のサーマルヘッド。