JPS598558B2

JPS598558B2 - サ−マルプリントヘツド

Info

Publication number: JPS598558B2
Application number: JP51099931A
Authority: JP
Inventors: 彪長井; 清孝和佐; 茂早川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1984-02-25
Also published as: JPS5325442A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はサーマルプリントヘッド、特に寿命の長い薄膜
型サーマルプリントヘッドに関するものである。

この種サーマルプリントヘッドは、絶縁性支持基体上に
薄膜発熱体と保護膜を積層し、保護膜でもつて、感熱記
録紙との摺動接触による薄膜発熱体の摩耗などから保護
するよう構成されている。

従来、薄膜発熱体の材料としては、ニクロムや窒化タン
タルが、また保護膜の材料としては、酸化シリコンや酸
化タンタルなどが、それぞれ使用されている。薄膜型サ
ーマルプリントヘツドでは、薄膜発熱体の寿命、すなわ
ちその抵抗値の安定性によつて、その寿命がほとんど決
まる。

ヘツド寿命としては、所定の熱パルスを連続して５００
時間発生させたときの、薄膜発熱体の抵抗値変化が初期
値の１０％以下であることが要求されている。従来の薄
膜型サーマルプリントヘツドでは、最高表面温度２５０
〜３５０℃の熱パルスを発生させている。

しかし、このような熱パルスでは、最近要求されつつあ
る記録速度の向上に対処できなくなつて来ている。すな
わち、高速熱記録では、最高表面温度４５０〜５００℃
の熱パルスが必要とされるが、従来の薄膜型サーマルプ
リントヘツドで、このような高い泥度の熱パルスを発生
させると、ヘツド寿命は１００時間以下となり、実用に
耐えられなくなる。本発明は高い温度の熱パルスを発生
することのできる、長寿命の薄膜型サーマルプリントヘ
ツドを提供しようとするものである。

その特徴とするところは、薄膜抵抗体が、少なくとも、
Ｔｉ．！ｌ：Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，ＭＯ
，Ｗ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉのうちから選ばれた１種以上の
第１の元素、ＣとＮのうちから選ばれた１種以上の第２
の元素、および、ＳｉとＢのうちから選ばれた１種以上
の第３の元素で形成されていることにある。無論、使用
目的に応じて、あるいはさらに特性を改善するために、
他の成分を追加導入してもよい。以下、その詳細につい
て説明する。

第１図は、本発明にかかるサーマルプリントヘツドの、
基本的な構造を示す。図において、１は支持基体となる
、たとえばアルミナ磁器のような絶縁性基板、２は薄膜
発熱体、３，３′は電極、４は保護膜である。電極３，
３′や保護膜４の材料については、特に制約がなく、た
とえば前者としてはＡｕを、また後者としてはＳｉＣを
それぞれ使用する。図Ａ，Ｂは電極３，３′の位置が異
なるものであり、製造上、使用上、および信頼性などを
考慮して、その構造を選ぶことができる。発明者らの研
究によれば、第１の元素として、Ｔｉ．ｌ５Ｚｒ，Ｈｆ
，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，ＭＯ，Ｗのうちから選択した１種以
上の元素を使用した場合の方が、ＭｎとＦｅ，Ｃｒ，Ｃ
Ｏ，Ｎｉのうちから選ばれた１種以上の元素を使用した
場合に比べて、抵抗の安定性において若干優れているこ
とが認められた。

その理由は十分に解明されていないが、前記の第１の元
素の硼化物、炭化物、窒化物あるいは珪化物などの化合
物の構造を含むことを考えると、第１の元素としてＭｎ
やＦｅ，Ｃｒ，ＣＯ，Ｎｉを選んだ場合、これらの化合
物の融点や微少硬度が、ＴｉやＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｔａ，ＭＯ，Ｗを選んだ場合の化合物のそれらに比べて
低いかまたは小さいという、熱的、機械的性質の有意差
が影響していると考えられる。このため、第１の元素と
して、より好ましくは、ＴｉやＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｔａ，ＭＯ，Ｗから選択された１種または２種以上を使
用する。第２図に、代表的な薄膜発熱体の寿命特性を示
す。図の実線は従来のＴａＮ発熱体の特性であり、−点
鎖線は１０原子％Ｃｒ−３０原子％Ｓｉ−６０原子％Ｎ
発熱体の特性であり、破線は２０原子％Ｔａ−３０原子
％Ｓｉ−５０原子％Ｎ発熱体の特性である。図から明ら
かなように、ＴａＮ発熱体は最高表面温度を４５０℃と
すると、ほぼ１５０時間程度で抵抗値が１０％以上変化
してしまう。

さらに、５００℃としたときには、きわめて短時間でそ
の抵抗値がいちぢるしく変化してしまう。このため、Ｔ
ａＮ発熱体を使用したときには、その最高表面温度を低
く保持しなければならず、熱記録速度を高めるためには
、おのずと限界があつた。ところが、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃ発
熱体の場合、最高表面温度を５００℃としても、抵抗値
が初期値に対して１０％変化するに要する時間は、ほぼ
５００時間にも達する。さらに、Ｔａ−Ｓｉ−Ｎ発熱体
では５００時間経過しても抵抗値変化が約６％程度であ
り、最高表面温度を４５０℃に低下させてやると、５０
０時間経過後で初期値に対して２％程度しか変化してい
ない。すなわち、このことから、本発明にかかる薄膜発
熱体は、高い温度で発熱させても、その特性がきわめて
安定しており、長寿命であることがわかる。上述のよう
なＴａ−Ｓｉ−Ｎ発熱体にみられる寿明特性は、Ｔａに
かえＴｉやＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，ＭＯ，ｗを使用して
も、あるいはＴａを含めたこれら元素の２種以上を組合
わせて使用しても、認められた。

また、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎ発熱体においても、ＣｒにかえＭ
ｎやＦｅ，ＣＯ，Ｎｉ，またはＣｒを含めたこれらの元
素の２種以上を組合わせて使用しても、それと同等の寿
命特性が得られた。さらに、いずれの系の薄膜抵抗体に
おいても、ＳｉにかえてＢまたはＳｉとＢを、Ｎにかえ
てＣまたはＮとＣを使用した場合にも、それぞれ同じ傾
向の特囲が認められた。次に、第１の元素としてＴｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，ＭＯを選択したとき
の各種薄膜発熱体の推奨すべき組成範囲を下記第１表に
示す。

組成がこの範囲内にある薄膜発熱体は、いずれも、最高
表面温度を４５０℃とし、５００時間経過後において、
抵抗値の初期値に対する変化分が１０％以内である。本
発明に訃ける薄膜発熱体が、寿命特性に優れた安定性を
示す理由のひとつとして、第２表に示すように、これま
での薄膜発熱体に比べて、比抵抗を１０５μΩ一？程度
にまで非常に大きくできることがあけられる。

これはとりもな卦さず、同一の抵抗値の薄膜発熱体を構
成する場合、本発明によれば従来品に比べて、その膜厚
を厚くできることを意味する。薄膜抵抗体が厚くなれば
、たとえば保護膜を通して拡散して来る酸素によつて酸
化層が形成されても、それによる影響が小さく、したが
つて抵抗値変化も小さい。このように、本発明において
比抵抗値を高くできるのは、第１の元素の窒化物または
炭化物に加え、比抵抗の高？１又はＢの窒化物又は炭化
物が含まれて卦り、このために従来にない高比抵抗の薄
膜発熱体を得ることができる。寿命特性が優れているさ
らに他の理由としては、本発明に訃ける薄膜発熱体が、
第１の元素の窒化物又は炭化物とＳｉ又はＢの窒化物又
は炭化物といつた化合物を含み、これらの化合物がいず
れも高い融点をもち、かつ高い温度でも化学的に安定で
あり、これら化合物が抵抗値の安定化に寄与しているた
めと考えられる。

以上説明したように、本発明にかかるサーマルプリント
ヘツドは、その薄膜発熱体が十分に高い温度に耐え、高
温の熱パルスを発生することができるだけでなく、その
寿命特性においていちぢるしく優れたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂはそれぞれ本発明にかかるサーマルプリン
トの代表的な構造を示す断面図、第２図はその薄膜発熱
体の最高表面温度を一定としたときの、抵抗値の変化す
る状態を示す図である。１・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・薄膜抵抗体
、３，３′・・・・・・電極、４・・・・・・保護膜。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも、ＴｉとＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉのうちから選ばれた
１種以上の第１の元素、ＣとＮのうちから選ばれた１種
以上の第２の元素、および、ＳｉとＢのうちから選ばれ
た１種以上の第３の元素からなる薄膜で発熱体が構成さ
れていることを特徴とするサーマルプリントヘッド。２特許請求の範囲第１項記載のサーマルプリントヘッ
ドにおいて、薄膜発熱体を形成する第１の元素がＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＷおよびＭｏのうちから
選ばれた少なくとも１種であることを特徴とするもの。３特許請求の範囲第１項記載のサーマルプリントヘッ
ドにおいて、薄膜発熱体を形成する第１の元素がＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、およびＭｏのうちか
ら選ばれた少なくとも１種であり、第２の元素がＣであ
り、第３の元素がＳｉであつて、前記第１の元素が１０
〜４０原子％、前記第２の元素が２０〜５０原子％、お
よび前記第３の元素が２０〜６０原子％であることを特
徴とするもの。４特許請求の範囲第１項記載のサーマルプリントヘッ
ドにおいて、薄膜発熱体を形成する第１の元素がＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、およびＭｏのうちか
ら選ばれた少なくとも１種であり、第２の元素がＮであ
り、第３の元素がＳｉであつて、前記第１の元素が５〜
４０原子％、前記第２の元素が３０〜６０原子％、およ
び前記第３の元素が３０〜６０原子％であることを特徴
とするもの。５特許請求の範囲第１項記載のサーマルプリントヘッ
ドにおいて、薄膜発熱体を形成する第１の元素がＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、およびＭｏのうちか
ら選ばれた少なくとも１種であり、第２の元素がＣであ
り、第３の元素がＢであつて、前記第１の元素が５〜３
０原子％、前記第２の元素が１０〜５０原子％、および
前記第３の元素が２０〜８０原子％であることを特徴と
するもの。６特許請求の範囲第１項記載のサーマルプリントヘッ
ドにおいて、薄膜発熱体を形成する第１の元素がＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、およびＭｏのうちか
ら選ばれた少なくとも１種であり、第２の元素がＮであ
り、第３の元素がＢであつて、前記第１の元素が１０〜
４０原子％、前記第２の元素が２０〜５０原子％、およ
び前記第３の元素が２０〜６０原子％であることを特徴
とするもの。