JPS6145544B2 - - Google Patents
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- JPS6145544B2 JPS6145544B2 JP53001806A JP180678A JPS6145544B2 JP S6145544 B2 JPS6145544 B2 JP S6145544B2 JP 53001806 A JP53001806 A JP 53001806A JP 180678 A JP180678 A JP 180678A JP S6145544 B2 JPS6145544 B2 JP S6145544B2
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Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発熱体が２種以上の金属と硼素からな
るサーマルヘツドさらにはその製造方法に関す
る。
るサーマルヘツドさらにはその製造方法に関す
る。
熱印字記録に用いられるサーマルヘツドは例え
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ための電気導体とを設け、
記録すべき情報に従つ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ツ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、窒化タンタルが比較的耐熱性に
優れ、信頼性も高く、又固有抵抗値も250〜300μ
Ωcm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。
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ための電気導体とを設け、
記録すべき情報に従つ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ツ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、窒化タンタルが比較的耐熱性に
優れ、信頼性も高く、又固有抵抗値も250〜300μ
Ωcm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℃以上の高温に
対しては急激に酸化されその低抗値が急激に増加
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（SiO2）の耐酸化保護層を設け更にそ
の上に酸化タンタル（Ta2O5）の耐摩耗層を設け
てサーマルヘツドとして使用しているが、サーマ
ルヘツドを長時間駆動させた時の抵抗変化は少く
なく、なお十分満足できるものではなかつた。特
に近年高速サーマルヘツドの要求が増加しつつあ
るためヘツドの通電パルス巾を短かくして感熱紙
を発色させる必要があり、従つて電力は従来より
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。
対しては急激に酸化されその低抗値が急激に増加
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（SiO2）の耐酸化保護層を設け更にそ
の上に酸化タンタル（Ta2O5）の耐摩耗層を設け
てサーマルヘツドとして使用しているが、サーマ
ルヘツドを長時間駆動させた時の抵抗変化は少く
なく、なお十分満足できるものではなかつた。特
に近年高速サーマルヘツドの要求が増加しつつあ
るためヘツドの通電パルス巾を短かくして感熱紙
を発色させる必要があり、従つて電力は従来より
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。
本発明は、上記の点を改良して、酸化されにく
く抵抗値が安定な薄膜発熱抵抗体を有するサーマ
ルヘツドを提供することを目的とし、その特徴と
するところは、薄膜発熱抵抗体が２種以上の金属
と硼素からなるサーマルヘツド、前記発熱体を覆
う保護膜との組合せ、さらには前記薄膜発熱抵抗
体の製造方法にある。この発熱抵抗体において
は、２種以上の金属と硼素とが原子的なスケール
で混在している。
く抵抗値が安定な薄膜発熱抵抗体を有するサーマ
ルヘツドを提供することを目的とし、その特徴と
するところは、薄膜発熱抵抗体が２種以上の金属
と硼素からなるサーマルヘツド、前記発熱体を覆
う保護膜との組合せ、さらには前記薄膜発熱抵抗
体の製造方法にある。この発熱抵抗体において
は、２種以上の金属と硼素とが原子的なスケール
で混在している。
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ツドの形
状例の要部断面図である。同図中の１はセラミツ
クス、ガラスあるいは、グレーズドセラミツクス
のような電気的な絶縁物で形成された基板であ
る。２は２種以上の金属と硼素からなる本発明に
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
ユウム、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、スパツター等によつて作
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組合
せた多層構成が用いられ、これによつてサーマル
ヘツドの寿命を一層長くすることができる。
状例の要部断面図である。同図中の１はセラミツ
クス、ガラスあるいは、グレーズドセラミツクス
のような電気的な絶縁物で形成された基板であ
る。２は２種以上の金属と硼素からなる本発明に
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
ユウム、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、スパツター等によつて作
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組合
せた多層構成が用いられ、これによつてサーマル
ヘツドの寿命を一層長くすることができる。
２種以上の金属と硼素からなる薄膜発熱抵抗体
の製造は電子ビーム蒸着、スパツタリングいずれ
も可能であり、電子ビーム蒸着での製造は２種以
上の金属と硼素の粉末を約100Kg／cm2以上の圧力
でプレスしてタブレツトを作り１×10-4Torr以
上の高真空度であらかじめ一定温度に保つた基板
上に蒸着させることができる。一方、スパツタリ
ングで作製するときにはターゲツトに２種以上の
金属と硼素とを用いてスパツタリングする方法
と、２種以上の金属のみをターゲツトとしアルゴ
ンとジボランを含む雰囲気中で活性スパツタリン
グする方法とがある。
の製造は電子ビーム蒸着、スパツタリングいずれ
も可能であり、電子ビーム蒸着での製造は２種以
上の金属と硼素の粉末を約100Kg／cm2以上の圧力
でプレスしてタブレツトを作り１×10-4Torr以
上の高真空度であらかじめ一定温度に保つた基板
上に蒸着させることができる。一方、スパツタリ
ングで作製するときにはターゲツトに２種以上の
金属と硼素とを用いてスパツタリングする方法
と、２種以上の金属のみをターゲツトとしアルゴ
ンとジボランを含む雰囲気中で活性スパツタリン
グする方法とがある。
前者の場合、２種以上の金属粉と硼素の混合物
を例えば石英皿の上においてターゲツトとする方
法、２種以上の金属板と硼素とを適宜配して、表
面積が所定の組成比になるように配置する方法な
どがあるが、２種以上の金属と硼素とをあらかじ
め1100℃以上の真空ホツトプレスにより焼結させ
たターゲツトを使用する方が、スパツタリングの
制御は行いやすい。いずれの場合にも１×
10-3Torr〜５×10-1Torrのアルゴン雰囲気で行
うのがよく、好ましくは１×10-2Torr〜１×
10-1Torrがよい。また活性スパツタリングを行
う場合には２種以上の金属のみをターゲツトとし
て、アルゴン，ジボランの混合ガス雰囲気中で行
ない、その時のガス圧はアルゴンとジボランの全
ガス圧１×10-2Torr〜５×10-1Torrで好ましく
は、１×10-2Torr〜５×10-2Torrでジボランは
全圧力の１〜10％で好ましくは２〜６％がよい。
またスパツタリング中あるいは電子ビーム蒸着中
に於いて200℃〜500℃の基板加熱をおこなうこと
によつて基板に対して発熱抵抗体の密着性が向上
し、又膜の安定性に効果がある。金属としては
Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗ，Laな
どが好ましい。
を例えば石英皿の上においてターゲツトとする方
法、２種以上の金属板と硼素とを適宜配して、表
面積が所定の組成比になるように配置する方法な
どがあるが、２種以上の金属と硼素とをあらかじ
め1100℃以上の真空ホツトプレスにより焼結させ
たターゲツトを使用する方が、スパツタリングの
制御は行いやすい。いずれの場合にも１×
10-3Torr〜５×10-1Torrのアルゴン雰囲気で行
うのがよく、好ましくは１×10-2Torr〜１×
10-1Torrがよい。また活性スパツタリングを行
う場合には２種以上の金属のみをターゲツトとし
て、アルゴン，ジボランの混合ガス雰囲気中で行
ない、その時のガス圧はアルゴンとジボランの全
ガス圧１×10-2Torr〜５×10-1Torrで好ましく
は、１×10-2Torr〜５×10-2Torrでジボランは
全圧力の１〜10％で好ましくは２〜６％がよい。
またスパツタリング中あるいは電子ビーム蒸着中
に於いて200℃〜500℃の基板加熱をおこなうこと
によつて基板に対して発熱抵抗体の密着性が向上
し、又膜の安定性に効果がある。金属としては
Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Ｗ，Laな
どが好ましい。
このようにして得られた発熱体には金属と硼素
のほか製造工程中に不純物として酸素，窒素，炭
素などを含むことがあるが、発熱抵抗体はいずれ
も酸化されにくく安定で、従来の窒化タンタルを
用いたサーマルヘツドの使用電力限界が最大17〜
18W／mm2であつたのに対して、最大21〜22W／mm2
の電力供給に対しても十分使用できる。このこと
は、発熱抵抗体に大きな電力を印加して高温とす
る高速印字用のサーマルヘツドにも好適である。
さらこの本発明発熱抵抗体の固有抵抗値は100μ
Ωcm〜５×103μΩcmと広い範囲の中から選択で
きるので高抵抗値に設定すれば発熱させるために
電流は少なくてすみ、電極を薄く作製することが
できるので製造工程が簡単になり、凹凸が少なく
なるため摩耗に対しても強くなる。また電極部の
抵抗の影響による薄膜発熱抵抗体の発熱量も無視
できる。
のほか製造工程中に不純物として酸素，窒素，炭
素などを含むことがあるが、発熱抵抗体はいずれ
も酸化されにくく安定で、従来の窒化タンタルを
用いたサーマルヘツドの使用電力限界が最大17〜
18W／mm2であつたのに対して、最大21〜22W／mm2
の電力供給に対しても十分使用できる。このこと
は、発熱抵抗体に大きな電力を印加して高温とす
る高速印字用のサーマルヘツドにも好適である。
さらこの本発明発熱抵抗体の固有抵抗値は100μ
Ωcm〜５×103μΩcmと広い範囲の中から選択で
きるので高抵抗値に設定すれば発熱させるために
電流は少なくてすみ、電極を薄く作製することが
できるので製造工程が簡単になり、凹凸が少なく
なるため摩耗に対しても強くなる。また電極部の
抵抗の影響による薄膜発熱抵抗体の発熱量も無視
できる。
次に実施例に基づいて説明する。
（実施例 １）
ジルコニウム粉末とハフニウム粉末と硼素とを
原子比で２：１：６になるよう均一に分散した混
合物を1100℃でホツトプレスして６インチ径のタ
ーゲツトを作成した。
原子比で２：１：６になるよう均一に分散した混
合物を1100℃でホツトプレスして６インチ径のタ
ーゲツトを作成した。
このターゲツトを用いて、充分に洗浄されたガ
ラス厚50μｍのグレーズドアルミナ基板を300℃
に基板加熱して、アルゴン圧力４×10-2Torr、
雰囲気中で高周波２極スパツタリングを行なつ
た。スパツタ率は200Å／分，投入パワーは
3.0W／cm2で５分間スパツタしたところ1000Åの
膜厚の薄膜発熱抵抗体が得られた。比抵抗は900
μΩcm、面積抵抗は90Ω／□であつた。この上に
チタン20Åアルミニウムを１μｍを電子ビーム蒸
着で付け、選択エツチングで４本／mmの分解能を
もつサーマルヘツドパターンを形成し、これをサ
ーマルヘツドA1とした。さらにこの上に保護層
として酸化シリコン（SiO2）を１μｍ，酸化タン
タル（Ta2C5）を10μｍ連続的にスパツタで積層
し、サーマルヘツドA2とした。
ラス厚50μｍのグレーズドアルミナ基板を300℃
に基板加熱して、アルゴン圧力４×10-2Torr、
雰囲気中で高周波２極スパツタリングを行なつ
た。スパツタ率は200Å／分，投入パワーは
3.0W／cm2で５分間スパツタしたところ1000Åの
膜厚の薄膜発熱抵抗体が得られた。比抵抗は900
μΩcm、面積抵抗は90Ω／□であつた。この上に
チタン20Åアルミニウムを１μｍを電子ビーム蒸
着で付け、選択エツチングで４本／mmの分解能を
もつサーマルヘツドパターンを形成し、これをサ
ーマルヘツドA1とした。さらにこの上に保護層
として酸化シリコン（SiO2）を１μｍ，酸化タン
タル（Ta2C5）を10μｍ連続的にスパツタで積層
し、サーマルヘツドA2とした。
比較の為に、高周波２極の反応スパツタリング
によつてタンタルをターゲツトとし、アルゴンと
窒素の全圧力が８×10-2Torr，窒素分圧が１×
10-4Torrの条件で1000Åの厚さの窒化タンタル
薄膜発熱抵抗体のサーマルヘツドB1を作成し
た。この窒化タンタル薄膜発熱抵抗体は比抵抗が
260μΩcmで面積抵抗は26Ω／□であつた。サー
マルヘツドB1に対し、さらに保護膜として酸化
シリコン（SiO2）を１μｍ，酸化タンタル
（Ta2O5）を10μｍ連続的にスパツタで積層し、サ
ーマルヘツドB2とした。
によつてタンタルをターゲツトとし、アルゴンと
窒素の全圧力が８×10-2Torr，窒素分圧が１×
10-4Torrの条件で1000Åの厚さの窒化タンタル
薄膜発熱抵抗体のサーマルヘツドB1を作成し
た。この窒化タンタル薄膜発熱抵抗体は比抵抗が
260μΩcmで面積抵抗は26Ω／□であつた。サー
マルヘツドB1に対し、さらに保護膜として酸化
シリコン（SiO2）を１μｍ，酸化タンタル
（Ta2O5）を10μｍ連続的にスパツタで積層し、サ
ーマルヘツドB2とした。
これらのサーマルヘツドに対して、50Hzで6ms
の矩形波を30分ごとに1W／mm2ずつパワーアツプ
しながら加速テストを行つた。この結果を第２図
に示す。同図から明らかなように、本発明にかか
る製造方法で作成した薄膜発熱抵抗体を有するサ
ーマルヘツドは高印加電力に耐えることができ、
高温での抵抗変化が少いことがわかつた。つま
り、比較例では保護膜なしでは実用するのが難か
しいのに対して、本発明に係るサーマルヘツドは
保護膜なしでも実用でき、保護膜をつけた場合に
は非常に良い耐熱性が得られた。
の矩形波を30分ごとに1W／mm2ずつパワーアツプ
しながら加速テストを行つた。この結果を第２図
に示す。同図から明らかなように、本発明にかか
る製造方法で作成した薄膜発熱抵抗体を有するサ
ーマルヘツドは高印加電力に耐えることができ、
高温での抵抗変化が少いことがわかつた。つま
り、比較例では保護膜なしでは実用するのが難か
しいのに対して、本発明に係るサーマルヘツドは
保護膜なしでも実用でき、保護膜をつけた場合に
は非常に良い耐熱性が得られた。
（実施例 ２）
６インチ径の金属タンタル板上に、焼結した1/
４インチ径のホウ素板と金属ジルコニウム板とを
多数個置いて表面積比で金属タンタル：硼素：金
属ジルコニウムがおよそ１：８：３になるように
したターゲツトを用いた。充分に洗浄されたグレ
ーズドセラミツクス基板を500℃に基板加熱して
アルゴン圧：３×10-2Torrで、R.F.2極でスパツ
タした。スパツタ率は100Å／分で８分間スパツ
タしたところ800Åの膜厚、固有抵抗値1280μΩ
cm，面積抵抗160Ω／□の薄膜発熱抵抗体が得ら
れた。この上にチタンを10Å、アルミニウムを１
μｍ電子ビームで蒸着した後、選択エツチングで
４本／mm分解能をもつサーマルヘツドパターンを
形成した。次に保護膜として酸化マグネシウム
（MgO）10μｍをスパツタで積層した。
４インチ径のホウ素板と金属ジルコニウム板とを
多数個置いて表面積比で金属タンタル：硼素：金
属ジルコニウムがおよそ１：８：３になるように
したターゲツトを用いた。充分に洗浄されたグレ
ーズドセラミツクス基板を500℃に基板加熱して
アルゴン圧：３×10-2Torrで、R.F.2極でスパツ
タした。スパツタ率は100Å／分で８分間スパツ
タしたところ800Åの膜厚、固有抵抗値1280μΩ
cm，面積抵抗160Ω／□の薄膜発熱抵抗体が得ら
れた。この上にチタンを10Å、アルミニウムを１
μｍ電子ビームで蒸着した後、選択エツチングで
４本／mm分解能をもつサーマルヘツドパターンを
形成した。次に保護膜として酸化マグネシウム
（MgO）10μｍをスパツタで積層した。
このサーマルヘツドに対して実施例１と同じ加
速テストを行つたところ、23W／mm2まで抵孔変化
率は±２％以内で、窒化タンタルを用いたサーマ
ルヘツドに比して非常に良好な結果が得られた。
速テストを行つたところ、23W／mm2まで抵孔変化
率は±２％以内で、窒化タンタルを用いたサーマ
ルヘツドに比して非常に良好な結果が得られた。
第１図は本発明に係るサーマルヘツドの形状例
の要部断面図。第２図は本発明の効果を示す特性
図。 １……基板、２……薄膜発熱抵抗体、３……電
気導体、４……保護層。
の要部断面図。第２図は本発明の効果を示す特性
図。 １……基板、２……薄膜発熱抵抗体、３……電
気導体、４……保護層。
Claims (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、ジルコニウム
と、ハフニウムまたはタンタルと、硼素とから発
熱抵抗体を構成したことを特徴とするサーマルヘ
ツド。 ２ 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項記載のサーマルヘツド。 ３ 酸化タンタルの保護膜を有する特許請求の範
囲第１項ないし第２項記載のサーマルヘツド。 ４ 酸化マグネシウムの保護膜を有する特許請求
の範囲第１項記載のサーマルヘツド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP180678A JPS5495253A (en) | 1978-01-11 | 1978-01-11 | Thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP180678A JPS5495253A (en) | 1978-01-11 | 1978-01-11 | Thermal head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5495253A JPS5495253A (en) | 1979-07-27 |
| JPS6145544B2 true JPS6145544B2 (ja) | 1986-10-08 |
Family
ID=11511808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP180678A Granted JPS5495253A (en) | 1978-01-11 | 1978-01-11 | Thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5495253A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52109947A (en) * | 1976-03-11 | 1977-09-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal head and its preparation |
-
1978
- 1978-01-11 JP JP180678A patent/JPS5495253A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52109947A (en) * | 1976-03-11 | 1977-09-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thermal head and its preparation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5495253A (en) | 1979-07-27 |
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