JPH10258535A - 薄膜型サーマルヘッド - Google Patents

薄膜型サーマルヘッド

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JPH10258535A
JPH10258535A JP7121598A JP7121598A JPH10258535A JP H10258535 A JPH10258535 A JP H10258535A JP 7121598 A JP7121598 A JP 7121598A JP 7121598 A JP7121598 A JP 7121598A JP H10258535 A JPH10258535 A JP H10258535A
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thin film
resistor
thermal head
film
heating resistor
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Naotoshi Yasuhara
直俊 安原
Michio Arai
三千男 荒井
Takeshi Nakada
剛 中田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性が高く、寿命が長く、固有低効率が大
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である。 【解決手段】 熱絶縁層を有する下地基板に、Ti、M
o、W、Hf、Ni、V、Zr、La、Fe及びCoよ
りなる群から選ばれた少なくとも一種の高融点金属と硅
素と窒素と酸素とを主成分とする発熱抵抗体薄膜を設
け、その表面に、硅素と窒素と酸素とよりなる前記発熱
抵抗体薄膜よりも大きい抵抗を有する耐摩耗性保護膜を
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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、膜薄型サーマルヘッド
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。
【0002】
【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のプリンタ、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ッ
ドを多数配列し、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たり、発色させたりるする
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、Ta2 N、Ta−SiO2 、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
て優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り返し印加した場合、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脹・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生じて
クラックの原因となる。
【0003】一方、TaSiO2 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
抗体は抵抗率(固有抵抗)が小さく、また上記の化合物
系の発熱抵抗体でも抵抗率が小さく(Ta2 Nで200
〜300μΩcm、Ta−SiO2 でも約2000μΩ
cm)、サーマルヘッドに必要な面積抵抗1κΩ/□前
後を得ようとすると、数十Åの薄膜の発熱抵抗体を実現
しなければならず、安定して製造することが困難であ
る。典型的な製法はスパッタリング、イオンプレーティ
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1000Å程度ないと工程制御が困難であ
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、耐熱性が高く、寿命が長く、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。
【0005】
【発明の概要】本発明は、熱絶縁層を有する下地基板
に、Ti、Mo、W、Hf、Ni、V、Zr、La、F
e及びCoよりなる群から選ばれた少なくとも一種の高
融点金属と硅素と窒素と酸素とを主成分とする発熱抵抗
体薄膜を設け、その表面に、硅素と窒素と酸素とよりな
る前記発熱抵抗体薄膜よりも大きい抵抗を有する耐摩耗
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であり、前記耐摩耗
性保護膜は、前記発熱抵抗体薄膜中の前記高融点金属よ
りも少量の前記高融点金属の1種以上を含有する前記の
薄膜型サーマルヘッドであり、電力供給用電極がAl単
層である薄膜型サーマルヘッドである。
【0006】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脹・収縮が小さく、上下層と
の熱膨脹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。金属が酸化物、窒化物の量比
を越えれば熱伝導性が良くなり均熱性が向上する。ま
た、十分な酸素、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104 μΩcm抵抗温度係数±100ppm
/℃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1000Å前後が
好適となり、成膜が容易となる。 本発明はまた、耐摩
耗性保護膜が発熱抵抗体と同種の、しかし高抵抗の材料
から組成されるために、発熱抵抗体と耐摩耗性保護膜が
良くなじみ、また熱膨張係数の差が少ない。
【0007】
【発明の具体的な説明】本発明の薄膜型サーマルヘッド
の構成の概要は図1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、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Si−O系、Ta25 、SiC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、硅素と高融点金属M(Ti、Mo、W、Hf、N
i、V、Zr、La、Fe、Coの少なくとも1種)と
を含む窒−酸化物である。この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と抵抗温度係数とはそれぞれ
107 〜102 μΩcm及び−1500〜+500pp
m/℃の範囲で大きく変動する。従って特定の高融点金
属含有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うる。例えば抵抗率1
4 μΩcm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10〜60wt%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。
【0008】Si、O、Nは耐熱性、耐酸化性の物質を
形成しうるものであり、その比率を変えることにより耐
熱性を保ちながら抵抗率を変えることができる。例えば
Si0.30.40.3 は抵抗率>>107 μΩcm、温
度係数<−1500ppm/℃であるが、高融点金属M
の含有率が10wt%以上で107 μΩcm以下、−1
00ppm/℃以上を得ることができる。Si、O、N
の3種と場合によりさらにM(上記)の1種以上を含有
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Al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。
【0009】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ト化
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O2、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。
【0010】
【実施例】組成Mox Si0.250.420.33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60mm、RF
電力1〜10w/cm2 、基板温度200〜400℃の
条件を調整して、上記組成の発熱抵抗体を製作し、さら
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、保護膜にはSiの他にMoを少量含有さ
せた。得られたサーマルヘッドに対して、次のテストを
行なった。x=0.12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
値変化率を図2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図3に示した。なお対象サンプル
として従来のTa2 N発熱抵抗体Aと、Zr−Si発熱
抵抗体Cに対する耐熱パルステストの結果を図2に併記
した。図2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。
【0011】
【発明の効果】図2から分るように、本発明のMo−S
i−O−N系発熱抵抗体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わらず、耐熱性が良
い。従来の発熱抵抗体A(Ta2 N)やC(Zr−S
i)では或る一定の熱パルスを越えると抵抗の変化が大
きくなる。図3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、耐摩耗保護膜にMo、Si、O、Nの少なくても3
種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け難い。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はサーマルヘッドの構造を示す断面図であ
る。
【図2】図2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である。
【図3】図3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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱絶縁層を有する下地基板に、Ti、M
    o、W、Hf、Ni、V、Zr、La、Fe及びCoよ
    りなる群から選ばれた少なくとも一種の高融点金属と硅
    素と窒素と酸素とを主成分とする発熱抵抗体薄膜を設
    け、その表面に、硅素と窒素と酸素とよりなり前記発熱
    抵抗体薄膜よりも大きい抵抗を有する耐摩耗性保護膜を
    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. 【請求項2】 前記耐摩耗性保護膜は、前記発熱抵抗体
    薄膜中の前記高融点金属よりも少量の前記高融点金属の
    1種以上を含有する請求項1の薄膜型サーマルヘッド。
  3. 【請求項3】 電力供給用電極がAl単層である前記第
    1項記載の薄膜型サーマルヘッド。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5638627B2 (ja) * 2010-12-25 2014-12-10 京セラ株式会社 サーマルヘッドおよびこれを備えるサーマルプリンタ
WO2023045598A1 (zh) * 2021-09-22 2023-03-30 东莞市维万特智能科技有限公司 雾化芯、雾化器、气溶胶发生装置及雾化芯制备方法

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