JPS60229B2 - サ−マルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、棚化金属と導電性金属桂化物とからなる薄膜
発熱抵抗体を有するサーマルヘッド及びサーマルヘッド
の製造法に関するものである。

熱印字記録に用いられるサーマルヘッドは例えばガラス
のような電気的な絶縁性と平滑面とを有する基板上に複
数個の発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に電力を供給する
めの電気導体とを設け、記録すべき情報に従って必要な
熱パターンが得られるように、対応する発熱抵抗体に電
気導体を介して電流を流して発熱させ、記録媒体に接触
することにより記録を行なうものである。そこに用いら
れる発熱抵抗体としては、従来窒化タンタル、ニクロム
酸化錫等の薄膜発熱抵抗体、銀−パラジウム等を用いた
厚膜発熱抵抗体、シリコン半導体を用いた半導体発熱抵
抗体がある。このうち薄膜発熱抵抗体を用いたサーマル
ヘッドは厚膜発熱抵抗体、半導体発熱抵抗体等と比較し
て熱応答性がよく耐熱性、耐熱衝撃性に優れ、寿命が長
く、信頼性が高い等の特徴を有している。この薄膜発熱
抵抗体としては、従来、窒化タンタルが耐熱姓に優れ、
信頼性も高く、又固有抵抗値も２５０〜３００山Ｑ伽と
比較的高い値で製造の制御性もよいため、特に多く用い
られている。しかるに窒化タンタルは約３００『０以上
の高温に於ては急激に酸化されその抵抗値が急激に増加
し、記録紙に印字する場合、印字濃度を劣化させる欠点
がある。一般にはこの欠点を補うために酸化シリコン（
Ｓｉ０２）の耐酸化保護層を設け更にその上に酸化タン
タル（Ｔａ２０５）の耐摩耗層を設けてサーマルヘッド
として使用しいるが、サーマルヘッドを長時間駆動させ
た時の抵抗変化はなお十分満足できるものではなかった
。

特に近年、高速サーマルヘッドの要求が増加しつつある
ためヘッド通気パルス中を短か〈して感熱紙を発色させ
る必要があり、従って電力は従来より増加することにな
り、発熱抵抗体はさらに高温になるから寿命はより短く
なる。そのためさらに耐熱性のある発熱抵抗体が要求さ
れている。また、窒化タルタンの面積抵抗は、通常５０
０／□前後で、サーマルヘッドとして特に大きくした場
合でもｌｏｏ○ノ□程度であり更に抵抗値を大きくする
ためにはトリミングを行なったり、膜厚を薄くする等の
方法を用いるが、その際製造工程が複雑になったり、寿
命に対して悪影響を生じたりする等の欠点が発生する。

このように窒化夕ルタン薄膜発熱抵抗体では面積抵抗を
大きくとれないため、抵抗体を加熱するだけの電力を供
給するためには必然的に電流が大きくなり、電気導体の
抵抗値が問題になる。

即ち「薄膜発熱抵抗体の抵抗値に対して電気導体の抵抗
値が無視できなくなるから、抵抗体に接続された各電気
導体の距離の差異により各抵抗体の発熱量が異ってしま
い、記録パターンに濃度差が生じ記録品質が劣る。更に
記録密度を上げるため「薄膜抵抗体の大きさを小さくす
すると、薄膜発熱抵抗体の面積抵抗値は不変で電気導体
の抵抗値のみ増大するから、電気導体における電力消費
が問題になるし、又これを避けるために電気導体の厚さ
を極端に大きくすると多層配線の場合に表面の凹凸が激
しくなり摩耗にも弱くなるなど構造上大きな不都合が生
じることになる。又電流が大きいことは加熱用電源、ス
イッチング回路等の容量を大きくしなければならない等
の不都合も生じる。本発明は上記の点を改良し、酸化さ
れにくく抵抗値が安定で、比抵抗を高い値まで選択でき
る薄膜発熱抵抗体を用いたサ−マルヘッドを提供し、そ
の特徴とするところは金属棚化物と導電性金属蛙化物と
を含有する発熱抵抗体のサーマルヘッドにある。

この発熱抵抗体においては金属欄化物と導電性金属蛙化
物とが原子的なスケールで混在している。ここで金属棚
化物とは側化ジルコニウム、棚化ハフニウム、棚化チタ
ン、棚化ランタン、棚化モリブデン、棚化タングステン
、棚化タンタル、棚化クロム、磁化バナジウム、棚化ニ
オブなどが適用される。

また導電性金属桂化物はＭｏＳｉ２，ＷＳｉ２ＶＳも，
ＮｂＳら，ＴａＳｉ２，ＣｒＳｉ２，ＺｒＳｉ２，Ｔｉ
Ｓｉ２，Ｃｉ３Ｓｉ，Ｆｅ３Ｓｉなどが適用される。こ
の導電性金属桂化物を添加することにより比抵抗を高く
することができ、基板、電気導体及び保護層に対する密
着性も増す。発熱抵抗体中における導電性金属蛙化物の
添加量はｌｍｏｌ％〜４肌ｏｌ％が良く、特には５ｍｏ
ｌ％〜２仇ｈｏｌ％が良い。以下、図面を参照しながら
詳細に説明する。第１図は本発明に適用するサーマルヘ
ッドの形状例の要部断面図である。同図中の１はセラミ
ックス、ガラスあるいは、グレーズドセラミミツクスの
ような電気的な絶縁物で形成された基板である。２は金
属棚化物と導電性金属桂化物からなる本発明に係る薄膜
発熱抵抗体である。

３は該薄膜発熱抵抗体に電力を供給するための電気導体
で、アルミニウム、金等の電気良導体で形成されている
。

又４は薄膜発熱抵抗体及び電気導体の保護層で、例えば
電子ビーム蒸着、スパッタ一等によって作製した酸化シ
リコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タ
ンタルあるいはこれらを絹合せた多層構成が用いられ、
これによってサーマルヘッドの寿命を一層長くすること
ができる。本発明の金属棚化物と導電性金属桂化物を合
む、発熱抵抗体の製造はスパッタリング、高速スパッタ
リング、電子ビーム蒸着法等により製造される。スパッ
タリングにより製造する場合は金属側化物と導電性金属
桂化物を含むホットプレスしたターゲットをスパッタリ
ングする方法、金属側化物と導電性金属桂化物の混合粉
末をスパッタリングする方法、などあり、いずれの場合
にも１×１０‐３Ｔｏｎ〜５×１０‐ＩＴｏｒｒのアル
ゴン雰囲気中で行うのが良い。

一方電子ビーム蒸着で製造する場合には金属棚化物及び
導電性金属蛙化物の粉末を混合し約１００ｋ９′ｃ流の
圧力でプレスしてダブレットを作り１×１０‐４Ｔｏｎ
以上の高真空で基板上に蒸着させる方法等がある。

またスパッタリングあるいは電子ビーム蒸着中において
２００００〜５００ｑｏの基板加熱を行うと発熱抵抗体
の安定性と基板に対する密着性が増す。

以下実施例にもとずき説明する。（実施例 １） 金属棚化物９０％（ｍｏｌ％以下同様）及び二桂化モリ
ブデン１０％の混合物を約１１００ｏｏでホットプレス
したターゲットを用い、充分に洗浄したガラス厚５０山
ｍのグレーズドアルミナ基板に、アルゴン圧力４×１０
‐汀ｏｒｒの雰囲気中で高周波スパッタリングを行ない
、１０００△の膜厚の金属棚化物と二桂化モリブデンを
含む第１表に示す１■蚤の発熱抵抗体を作製した。

この上にチタン２０Ａ、アルミニウムｌＡｍを電子ビー
ム蒸着で付け選択エッチングで４本／肌の分解能をもつ
サーマルヘッドパターンを形成した。

さらにこの上に、保護膜として酸化シリコンを２山ｍ、
酸化タンタル５仏ｍ、連続的にスパッタ一で積層し、表
１のＮｏ．１一１〜１一１０のサーマルヘッドを作製し
た。

比較のために、高周波２極の反応スパッタリングにより
、タンタルをターゲットとして、アルゴンと窒素の全圧
力が８×１０‐２Ｔｏｎ、窒素分圧が、１×１げ４Ｔｏ
ｒｒの条件で１０００Ａの厚さの窒化タンタル薄膜発熱
抵抗体をガラス厚５０〃ｍのグレーズドアルミナ基板上
に形成した。

さらに、この上に電子ビーム蒸着法によりチタン２０Ａ
、アルミニウム２仏ｍを連続的に蒸着し、エッチッグに
よりサーマルヘッドパターンを形成し、さらに保護膜と
して酸化シリコン２ムｍ、酸化タンタル５仏ｍを連続的
にスパッタリングで積層し表１中の比較サーマルヘッド
を作製した。これらのサーマルヘッドに対し繰返し周期
２仇ｈ８，０．８船 の矩形パルスで１発熱素子当り３
．２ワットの電力を印加して、印加パルスに対する発熱
抵抗体劣化の試験を行なった。

１００万回パルス印加後の抵抗変化率の測定結果を表１
に示した。

窒化タンタルを発熱抵抗体としたサーマルヘッドでは表
１中比較例に示す通り、１０万回の印加パルスで１５％
の抵抗増加があった。

一方本発明のＮｏ．１一１〜１一１０のサーマルヘッド
は、１００万回パルス後の抵抗変化は非常に小さく、さ
らに１千万回パルスを与えた後にもいずれも十１０％以
下の抵抗変化であった。また、Ｎｏ．１一１〜１−１０
の発熱抵抗体比抵抗は、いずれも４５０仏○肌以上あり
、窒化タンタルの比抵抗より高く、サーマルヘッド製造
上有利である。

さらに、これらの発熱抵抗体はＸ線回折分析で、夕−ゲ
ットに含有させた金属側化物及び二桂化モリブデンが確
認された。

またイオンマずクロアナラィザーで分折したところ、酸
素・窒素・炭素などがわずかに混入していた。（実施例
２） 棚化ジルコニウムと導電性金属碇化物を含む表２に示し
た１０種のホットプレスターゲットを用い、実施例１と
同様に作製した表２に示すＮｏ．２−１〜２−１０のサ
ーマルヘツＮこ対し、実施例１と同様の試験を行ない結
果を表２に示した。

いずれも１００万パルス後の抵抗変化が小さい。

さらに、１０００方パルス印加後の抵抗変化はいずれも
１０％以下であった。（実施例 ３） 金属棚化物を２種以上、導電性金属桂化物１種又は２種
以上含んだ表３に示したターゲットを用意し、実施例１
と同様の製造法で表３のＮｏ．３−１〜３−４のサーマ
ルヘッドを作製し、実施例１と同様の試験を行なった結
果を表３に示した。

いずれも１００万パルス印加後の抵抗変化が小さい、さ
らに１０００万パルス印加後の抵抗変化はいずれも１０
％以下であった。（実施例 ４） 金属側化物及び導電性金属桂化物粉末を所定の割合で混
合後約１００ｋ９／地の圧力でプレスしタブレットを作
り、これを電子ビーム法で５×１０‐５Ｔｏｎの真空度
で充分洗浄したガラス厚５０山ｍのグレーズドアルミナ
基板の上に、基板を２００℃に保ちながら、１０００Ａ
の厚さに蒸着した。

これを実施例１と同様の製法でサーマルヘッドを作製し
実施例１と同機の試験を行なった結果を表４に示した。
１００万回のパルス印加後の抵抗変化はいずれも小さい
。

又、これは、１０００万回パルス印加後の抵抗変化はい
ずれも１０％以下であった。

（実施例 ５） 実施例１のＮｏ．１一１のサーマルヘッドで保護層のみ
を変えた保護層として下記の酸化物が一層であるサーマ
ルヘッドを作製した。

保護層は酸化シ表 １抵抗変化率（％）＝三毒さ×山
。

岬責塵髪宏無種 リコン・酸化タンタル・酸化アルミニウム・酸化マグネ
シウムを電子ビーム蒸着法で７仏ｍ付着させた。

実施例１と同様な試験を行なったところ、１００万回の
パルス印加後の抵抗変化率はいずれも３％以下であった
。

（実施例 ６） 表１のＮｏ．１−２、表２のＮｏ．２−６、表３のＮｏ
．３‐１のサーマルヘッドを繰返し周期２血６印加電力
パルス中０．８ｈ６、１発熱素子当り３．２ワットの電
力を供給しながら感熱紙（商品名：ＴＰ−５皿日、十条
製紙製）に対し押つけ圧力８００タ′のを与え連続的に
印字しながら耐久試験を行なった。

但しこの１発熱素子当り３．２ワットの電力で実用的な
印字濃度が得られた。１億回の印字後いずれも抵抗変化
は十１０％以下であり、保護膜のはがれも発生せず、実
用的に十分満足できる結果をえた。

表 ２ 表 ３ 表 ４

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るサーマルヘッドの形状例の要部断
面図。 １…・・。 基板、２……薄膜発熱抵抗体〜 ３…・・・電気導体ト
４……保護層。弟ｌ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と、該基板上に形成された発熱抵抗体と、該発
   熱抵抗体に電力を供給する電気導体とを有するサーマル
   ヘツドにおいて、発熱抵抗体が金属硼化物と導電性金属
   硅化物とを含有することを特徴とするサーマルヘツド。 ２ 金属硼化物がＺｒ，Ｈｆ，Ｔｉ，Ｌａ，Ｍｏ，Ｗ，
   Ｔａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂから選ばれた金属の硼化物である
   特許請求の範囲第１項記載のサーマルヘツド。３ 導電
   性金属硅化物がＭｏＳｉ＿２，ＷＳｉ＿２，ＶＳｉ＿２
   ，ＮｂＳｉ＿２，ＴａＳｉ＿２，ＣｒＳｉ＿２，ＺｒＳ
   ｉ＿２，ＴｉＳｉ＿２，Ｃｒ＿３Ｓｉ，Ｆｅ＿３Ｓｉか
   ら選ばれたものである特許請求の範囲第１項ないし第２
   項記載のサーマルヘツド。 ４ 金属硼化物を２種類以上含有する特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のサーマルヘツド。 ５ 導電性金属硅化物を２種類以上含有する特許請求の
   範囲第１項ないし第４項記載のサーマルヘツド。 ６ 発熱抵抗体が酸化シリコン薄膜で覆われている特許
   請求の範囲第１項ないし第５項記載のサーマルヘツド。 ７ 酸化タンタルの保護層を有する特許請求の範囲第１
   項ないし第６項記載のサーマルヘツド。８ 酸化アルミ
   ニウムの保護層を有する特許請求の範囲第１項ないし第
   ６項記載のサーマルヘツド。 ９ 酸化マグネシウムの保護層を有する特許請求の範囲
   第１項ないし第６項記載のサーマルヘツド。 １０ 導電性金属硅化物と金属硼化物とを含有する発熱
   抵抗体をスパツタリングで作製することを特徴とするサ
   ーマルヘツドの製造方法。 １１ 導電性金属硅化物と金属硼化物とを含有する発熱
   抵抗体を電子ビーム蒸着で作成することを特徴とするサ
   ーマルヘツドの製造方法。