JPS6110473A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は熱印字記録に用いられるサーマルヘッドに関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

サーマルヘッドは例えばガラスグレーズ処理したセラミ
ック基板上に複数個の発熱抵抗体と、この発熱抵抗体に
電力を供給するた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事により記録を行うものである。

従来、ＲｕＯ＊とガラスとを混合し、ペースト状にして
、これを塗付、焼付けるという、いわゆる厚膜式の発熱
体がある。（例えば特開昭５４−４４７９８）しかしな
がら、この抵抗値は原料の粒径や、焼付時の温度１時間
によって抵抗値のバラツキが大きいという欠点を有して
いた。また、厚膜式はスクリーン印刷法によるため本質
的に微細に加工できず、解像度が低下するという欠点を
有している。

一方薄膜の発熱抵抗体として窒化タンタル、ニクロムや
Ｃｒ−８ｉ系サーメツト等の薄膜が用いられてきた。

しかしながらかかる抵抗体を用いた場合発熱させて高温
にした時酸化が激しく抵抗が増大すると云う欠点を有し
ていた。一般にはこれを防ぐため８１０、の酸化防止膜
を設けることが行なわれているが、この場合においても
酸化防止は充分でなく、また工程が複雑になるという欠
点を有していた。

特にＳｉｎ、は熱伝導性力上悪く、発熱抵抗体で生成さ
れた熱エネルギーが８１０８層を介して発色紙に伝わる
のに時間を要する。又、酸化防止のため、発熱体を比較
的低温にすることが必要であＩハやはり高速化への対応
は困難であった。

さらに一般的に耐酸化性以外に発色紙等と接触するため
、耐摩耗性が要求される。前記Ｓ　ＩＱ、では耐摩耗性
が十分ではないため、　Ｔａ１０１層をさらに上層とし
て設けるのが通常の手法である。しかしながらＴａ１０
ｇ層は充分な耐久性を得るのに５μと厚くする必要があ
り、所望の表面温度を得るためには大きなパワーが必要
であり、電源の大型化等につながり、例えばファクシミ
リの小型化の要望等に逆行する。

一方発熱体として、不純物がドープされたＳｎＯ。

があるが、この系はいわゆる酸化物半導体であり、温度
が上ると抵抗値が減少するという特性を有する。かかる
導性の場合、電力を供給する半導体の電圧、電流容量の
関係から、電力印加初期値を低くしなければならず、従
って印字速度が遅いという欠点を有している。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、低パワー
で高速化に対応でき、かつ耐摩耗性に優れたサーマルヘ
ッドを提供することを１］的とする。

〔発明の概要］ 本発明は、酸化ルテニウムを主成分とする薄）臭化熱抵
抗体の表面に、酸化アルミニウムからなる保護層を形成
したことを特徴とするサーマルヘッドである。

酸化ルテニウム（ＲｕＯ，）を主成分とする薄膜抵抗体
はシート抵抗が高く、低電流、短時間で所望の温度に到
達する。さらに、酸化物であるため、発熱による酸化劣
化がほとんどない、等の優れた性質をもち、サーマルヘ
ッドに用いた場合、低電流（電源の小型化）、高速性、
耐酸化性（長寿命）等の効果を発揮する。

ＴＬｕＯｔ系の酸化物薄膜は、前述のごとく酸化劣化の
恐れがないため、ＳｉＯ，保護膜を形成する必要がない
。しかし、耐摩耗性を考慮すると保護層を形成する必要
がある。ところで、通常この保護層としてはやはりその
層自体の耐酸化性等が要求されるため、酸化物が月４い
られる。しかしながら、発熱抵抗体がそもそも酸化物で
あり、高温動作中に保＾層の酸化物が拡散したり、反応
したりするため間頭がある。

そこで本発明者等は各種材料を検討した結果、１３、Ｏ
８が、高温動作においても発熱抵抗体の抵抗値を変化さ
せることがないことを見出し、本発明にいたった。

又、λｅ、０．は従来酸化防止膜として用いられている
Ｓ　ｉｏ、に比べ、１ケタ以上高い熱伝導率を有し、発
熱抵抗体から生ずる熱が速やかに保護層であるλｅ、０
３層表向に伝導するため、サーマルヘッドのプリント速
度の高速化に好適である。硬度はＴ’　ａ　＠　Ｏ＠よ
り高い値を崩し薄くすることができる。

Ａ　＃、　ｏ、膜厚は使用条件により適宜選定可能であ
るが、あまり薄いと耐摩耗性に問題が残り、又あつすぎ
ると高速化のメリットが低減するため、１〜４μｍ程度
が好ましい。着膜方法は、ＴｔＦスパッタリング法、Ｂ
−Ｇａｎ蒸着法、イオンブレーティング法、Ａｅターゲ
ットの反応性スパッタリング法等の通常のスパッタリン
グ法、蒸着法等が用いられる。

そもそも本発明に係る発熱抵抗体は酸化劣化を考慮する
必要がないため耐酸化層である８１０２層が不要である
ことを基本とするものである。従来は５１０３層に加え
、さらに耐摩耗層として’ｒａ、Ｏ，Ｉ−を形成するこ
とが必要であった。このように８１０□−Ｔａ、Ｏ，と
２層とすることにより、８１０．の熱伝導性の悪さ、Ｔ
ａｔｌ’）、の硬度不足な補なうため厚くしていること
（熱容鮎大）とがθ１せて、高速性、低パワーに悪影響
を辱える。しかしながら、本発明のとと（Ｒｕ０ｔ系発
熱薄膜抵抗体−Ａ／３２０，１−の構成をとることによ
り、抵抗体の良好な性質に加え、Ａ　ｅ、Ｏ，層と組み
合わせから低パワー、高速化が達成できるのである。

なお本発明におけるＲｕｂ、系抵抗体は、几ｕｏ１に各
種添加物を加えることができる。例えばＣａ。

Ｓｒ　、Ｈａ　、Ｐｂ　、Ｒ１、Ｔｅ等を加えたＲｕＣ
ａＯ３，几ｕｓｒ０３゜ＴＬｕＦｌａＯ，、ＩＬｕＩ’
ｂＯ１、Ｒｕ８１％２．　Ｒｕ８ｒＯ３等の複合酸化物
があげられる。

几ｕＯ２は、単独の場合に比べＭ（Ｃａ　、Ｓｒ　、Ｂ
ａ　。

１）ｂ、Ｂｉ　、Ｔｇ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
ｈＶＲ＋＋”’１であれば、前記ＲｕＣａＯ，、Ｒｕ８
ｒＯ３゜１１ｕＴｌａｏ、、１ｌｕｌ’ｂｏ、、ＲｕＢ
１ＯＨ、ＲｕＴＡ％、等の安定な構造となる。多少比率
がズしても問題はないが、Ｍの酸化物がＭ／Ｒｔ＋で０
．６より少なくなると、析出するＲｕ０１の影響で耐湿
性が劣化し、Ｍ／Ｒｕで２より多く４【ると世抗値が高
くなり負の抵抗温度系数を１１Ｊ″るようになり、また
４　（Ｍｅ［′ｔｏ）以上では絶縁体に近くなる。従っ
てＭｅＲｕは、０６〜２の範囲が望ましい１、 このような＊　ｍ　ｌｊ！化物薄膜は、酸化物をターゲ
ットとしたスパッタリング法、メタルをターゲットとし
て後工程で酸化する反応性スパッタリング法、蒸潰法等
の通常の方法が用いられる。この薄膜は膜厚を変化させ
る事により所望の抵抗値を得る事ができるが、あまり薄
いと膜厚のわずかな変化で抵抗値が大幅にかわり、所望
の抵抗値を得るのが困難であるため実用−ヒは１０ｎｍ
以Ｆであることが好ましい。また厚い場合は製造に時間
がかかりすぎ、抵抗値が低くなりすぎるため、１μＴｎ
以下、好ましくは８００μｍ以下程度が良い。

〔発明の効呆〕

このようにＲｕθ、系の金属酸化物薄膜を′Ａ熱抵抗体
として用いることにより従来のような酸化による抵抗値
の変化を考慮する必要がなくなり、文人ｅ８０．の熱伝
導性の良さ、抵抗体のシート抵抗（７）大きさ及び耐酸
化性により大きな電力を印加して高温にする事が可能と
なり、また長時間使用における安定性が増す。甘だ、こ
の勺、属１Ｙ化物逓膜は比較的高いシート抵抗値を有す
るため、ｆｌ’：＋い発熱密度を得るのに、比較的小さ
い電流ですむ。そのため、従来のごとく発熱抵抗に松幌
さねる導電層に流れる電流が少なくなｌ）、この部分か
らの発熱を低減できる。よって、印字の際に起るいわゆ
る印字ボケを低減できる。また、かかる薄膜は正の抵抗
温度系数を有するので５ｎＯ１系材料が有している欠点
を改良でき、初期から大きな電力を印加する事ができ、
高速化に好適である。

以上説明したように本発明によれば、安定性に優れた発
熱抵抗体を用い、Ａｇ、Ｏ，を保護層として用いるため
、低パワーで高速化可能で、長寿命のサールヘッドで得
ることができる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の詳細な説明する。

第１図は本実施例の要部断面図である。λｐ、０゜等の
セラミック基板等の基体（１）上に、平滑性をもたせる
ためにグレーズ層（２）が形成されており、この上に発
熱抵抗体（３）が形成されている。（４）、　　（４勺
は発熱抵抗体に電力を供給する。例えばＴｌ−Ｎ１−　
Ａｕ　（Ｔ’ｌ１−５０ｎ　、　ＮＮ１−５０ｎ　、λ
ｕ−５００ｎｍ）からなる電極である、５が本発明に係
る保護層（５）であるＡ　ｌｈ　’１ｍ耐摩耗層である
。発熱抵抗体（３）は前述のとと（ｒＬ＋＋０１系薄膜
抵抗体であり、本実施例ではＢａＲｕ（１３をターゲッ
トとし、基板温度８００　ｔｌ：’、　Ａｒ−５０−〇
、混合ガス・１０ｍＴｏｒｒ中でＩＮＦ’スパッタリン
グ法により形成した。膜厚は５０ｎｍとした。保護層（
５）はＡ　０１０Ｂをターゲットとし、基板温度２００
ＣでＡ「ガスをスパッタガスとし、圧力５ｍＴｏｒｒで
ＲＦスパッタリング法により形成した。膜厚は２μｍと
した。なお発熱体のサイズは１００　Ｘ　１００μとし
た。又、スパッタリング法により生じる薄膜内の歪除去
のため７００　ｃでアニール処理した７、比較のため、
８０ｎｍ厚のＴａ、Ｎ　（スパッタ法にょる薄Ｍ）を発
熱抵抗体とし、そして８１０．８μｍ（酸化防止層）、
さらにＴａｔｏｍ　５μｍ（耐摩耗層）を形成し、比較
サンプルを作製した。なお発熱体のサイズは同上とした
。

これら両者について、同一のパワーでの保護層表面の温
度を測定した。第２図にその結果を示す。

又、同図中に併せて印加パルス波形（曲線人、Ｂ）２０
ｗａ　ｔ　ｔ／ｗｌを２ｍｅの間印加した場合である。

曲線ａは比較例の温度変化である。パワー２０　ｗａ　
ｔ　ｔ／−では、比較例による発熱体は、印字に要する
温度（発色温度、本実施例では２５０　Ｃ）に達してい
ない。址だピーク温度も印加パワーに遅れている事が分
る。曲線すは本実施例のＢ　ａ　ＲｕＯ３を発熱体とし
、Ａ　ｇ、　（１，を耐摩耗層としたヘッドの表面温度
変化である。この場合、表面温度の立上りは比較例より
速く、１だピーク温度も、所望の発色温度に達している
。

第２図（ｂ）は、８０ｗａｔｔ／ｓｏｌ、２ｍｍｅａの
パワーを印加した時である。この場合、比較例（曲線ａ
）、本実施例（曲線ｂ）共にピーク温度は発色温度に達
しているが、それに要する時間は本実施例によるヘッド
の方が速いことがわかる。。

又、耐久性を調べるため、パルス幅２ｍ５ｅｃ　、　５
０ｗ／ａｄ　　周期ＩＱｍｓｅＣでパルスを印加し、耐
久テストを行なった。本実施例では、１０’パルス印加
後でも抵抗値の変化率は＋２．０チ楊度であり、比較例
の１００１以上に比べ、寿命特性にも優れていることが
わかる。各種Ｒｕ０１系薄膜抵抗を用いた場合について
、同様の試験を行なった結果を第１表にまとめる。

第１表 第１表から明らかなように、本発明に係るものは、抵抗
値の変化率が小さく、長寿命のサーマルヘッドを構成す
る。

又、サーマルヘッドは高温で使用されるため、用いる電
極材料によってもその特性が大きく影響をうける。本実
施例では抵抗体に接する側がＴＩで、Ｔｉ−Ｎ１−人Ｕ
の積層された電極を用いたが、例えばＣ「を用いると抵
抗体の抵抗値が大きく変動する。

第８図にＣｒ　−Ｎｉ　−Ａｕ　（ＴＩのかわりにＣＣ
ｒ−１０ｎとしたもの）を電極とした場合と本実施例（
ＲｕＢａＯｓ）を比較して示す。条件は６００Ｃ空気中
加熱であり、サーマルヘッドにとっては加速試験となる
。第８図から明らかなように、ＴＩを用いた場合は、１
ｂ。

ｈｒ後でも変動がないのに対し、Ｃｒを用いた場合は加
熱直後に変動が生じた。

このようなＴ１電極は、蒸着法環一般の薄膜形成法で作
成できる。Ｔ１のみを用いても良いが、抵抗値の低減、
ワイヤボンディング性改善等のため人Ｕを積層しても良
い。この場合ＴＩ−人Ｕ間の脆弱な誓願間化合物の形成
を防止するため、前述の実施例のとと（ＴＩ　−Ａｕ間
にＮ１層を介入することが好ましい。Ｎ１の代わりに、
Ｐｄ等を用いても良い。

このようにＴＩを電極として用いることにより、Ｔｉの
基板（アルミナ等）、抵抗体、保護膜との密着性が優れ
ていることに加え、抵抗体の抵抗値の変動が少ないため
効果的である。

又、例えばＴｌ−Ｎ１−人Ｕ電極とした場合、電極とＡ
−ｇ、　Ｏ，ｌｄｌとの密着性を高めるため最上層にさ
らにＴｉ　、Ｃｒ　、ｗ、Ａ、ｇ等を積層してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１肉は本発明の実施例を示すサーマルヘッドの断面図
、第２図は時間・温度特性曲線図、第８図は時間・抵抗
値特性曲線図。 ８・・・発熱薄膜抵抗体 ４．４′・・・電（極 ５・・・保護層（Ｎ為ｏ、　Ｉｉ＠　）代理人　弁理士
　則　近　憲　佑　（ほか１名）Ｊ恥〔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化ルテニウムを主成分とする酸化物薄膜発熱抵
   抗体表面に酸化アルミニウムからなる保護層を形成した
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
2. （２）前記発熱抵抗体として、酸化ルテニウムを主成分
   とし、Ｍ（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｌか
   ら選ばれた少なくとも一種）の酸化物をＭ／Ｒｕ（原子
   比）で０．６〜２含有する金属酸化物薄膜を用いたこと
   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。