JPS62201264A - 薄膜型サ−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】 ［技術分野］ 本発明は薄膜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
。

［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、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
抵抗発熱体のドツトを多数配列し、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　、　Ｔａ２Ｎ　、　Ｔａ−３ｉ０２、Ｃｒ−３
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すぐれた特
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
エネルキーを繰返し印加した場合、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ザイクル下に置かれたとき大き
く熱膨張・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。一方、
Ｔａ５ｉ０２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（プ、印字品質
を低下させた。

また、金属系の発熱抵抗体は固有抵抗率が小さく、また
−］〕記の化合物系の発熱抵抗体でも固有抵抗が小さく
（Ｔａ２Ｎで２００〜３００μΩｃｍ１丁ａ−３ｉ０２
でも約２０００μΩｃｍ）、サーマルヘッドに必要な面
積抵抗１（転）７口前後を得ようとすると、数−１−人
の薄膜の発熱抵抗体を実現しなければなら〜ず、安定し
て１１！造することが困難である。曲型的な製法はスパ
ッタリング、イオンブレーティング、ＣＶＤ法などの周
知の半導体プロセス技術であるが、膜厚が１０００人程
度ないと工程制御か困ｉｔ＋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、所望値に制御覆ることが困難である。ざらに、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。

［発明の目的］ 従って、本発明の目的は、耐熱性が高く、寿命が長く、
固有抵抗率が大きく、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。

［発明の概要］ 本発明は、薄膜発熱抵抗体として、高融点金属と、硅素
と、アルミニウムと、窒素と、酸素とを主成分として含
有させたことを特徴とする。すなわち、Ｈ−３ｉ−ＡＬ
−Ｎ−０系発熱抵抗体である。ここに■は高融点金属テ
Ｔｉ、　Ｎｏ、　ｗ　、　Ｈｆ１Ｎｉ、　Ｖ　、　２ｒ
、Ｌａ、Ｔａ、　Ｆｅ、　Ｃｏ及びＣｒより選ばれた少
なくとも１種である。

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
あるため熱膨張・収縮が小さく、上下層との熱膨張係数
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。

金属やＡ１２　Ｎ、Ａｔ！　２０３の量比を越えると熱
伝導性が良くなり均熱性が得られサーマルヘッドとして
の電力効率の向上が得られた。また、十分な窒素及び酸
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固有抵抗率が大
きく変化し、かつ酸化物成分の構成比率によって抵抗温
度係数が変化するので、その組成比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　
１０４μΩｃｍ抵抗温度係数±１１００ｐｐ／　’Ｃ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１０００八前後が好適と
なり、成膜が容易となる。

［発明の詳細な説明］ 本発明の薄膜型ｔｌ−マルヘッドの構成の概要は第１図
に示されている。図中１はグレース′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（旧、Ｃｒ、
　ＡＵ、Ａ１２等、特にＡＮ）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
５ｉ−０系、５ｉ−Ａ２−０系、Ｔａ２０５、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、硅素とアルミニウムと
高融点金ＪＡＭ　（Ｔｉ、　Ｎｏ、　Ｗ　、Ｈｆ、　Ｎ
ｉ、　Ｖ、Ｚｒ１Ｌａ、　Ｃｒ、　Ｔａ、　Ｆｅ、　Ｃ
ｏの少なくとも１種）とを含む酸−窒化物である。この
高融点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１０７〜１０２μΩｃｍの範囲で大き
く変動する。更には特定の高融点金属以外の成分の構成
比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訓しうる。例えば抵抗率１０４
μΩｃｍのものを選択すれば膜厚は１０００△以トどな
しうる。一般に高融点金属は２０〜６０ｗ（％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。

ｓ＊、　　Ａｐ、Ｎ、０は耐熱性、耐酸性の酸化物を形
成しうるちのであり、それらの比率を変えることにより
耐熱性を保ちなから抵抗率を変えることかできる。例え
ばＳｉ　ｔｓ　Ａｊ　　Ｏ，３０Ｎは抵抗率＞＞１０７
μΩｃｍ１温度係数＜−１５００ｐｐｍ／　’Ｃである
が、高融点金属Ｍの含有率が１０Ｗ１％以上で１０７μ
ΩＣｍ以下、−１００ｐｐｍ／　°Ｃ以上を得ることが
できる。

Ｈ，Ｓｉ、　　ＡＩ２．０．　　Ｎの少なくとも２種を
含有する耐摩耗保護膜６を選択すれば、本発明の発熱抵
抗体は、耐摩耗保護膜に良くなじみ、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Ａ
ｊ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。

本発明の発熱抵抗体は特にスパッタ法で製造することか
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Ｎ２ガス等を共存させ、Ａｒイオンをターゲ
ラ１〜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（Ｊ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。

実施例 組成ＮＯｘ　Ｓ　ｉ　（＞、　３６　八で　０．０７　
　０．２２ＮＯ，２３の°０ 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６０馴
、ＲＦ電力１〜１０見／ｃｍ２、基板温度２００〜４０
０°Ｃの条件を調整して、上記組成の発熱抵抗体を製作
し、ざらにＡｅ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、基板表面間及び保護層にはＡｊ
及びＳｉの他にＮｏを少量含有させた。得られたサーマ
ルヘッドに対して、次ぎのテストを行った。

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
第２図に示した。またＮｏの含有率による抵抗率及び抵
抗温度係数を第３図に示した。なお対照サンプルとして
従来のＴａ２Ｎ発熱抵抗体Ａと、Ｚｒ−３ｉ発熱抵抗体
Ｃに対する耐熱パルステストの結果を第２図に併記した
。第２図の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。

［作用効果］ 第２図から分るように、本発明のＮｏ−８ｉ−Ａｊ　−
Ｎ−〇未発熱抵抗体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らず、耐熱性が良い。従来
の発熱抵抗体Ａ（Ｔａ２Ｎ）やＣ（Ｚｒ−３ｉ）では成
る一定数の熱パルスを越えると抵抗の変化が大きくなる
。

第３図から分るように、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
。

発熱体中にＡｊを含むために耐熱性の向上、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、Ａｊ電極を用いてもそれが発熱体中
へ拡散するおそれがなく、従って安価なＡｊ電極を給電
用に用いることができる。また耐摩耗保護膜にＮｏ、　
　Ａｆｆ、ｓｉ、ＯｌＮ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
気の影響を受は難い。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱絶縁層を有する下地基板に、高融点金属と硅素と
   アルミニウム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、高融点金属がＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｎｉ、Ｖ、Ｚ
   ｒ、Ｌａ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｃｏよりなる群から選ば
   れる前記第１項記載のサーマルヘッド。 ３、耐摩耗性保護膜が、酸素と、窒素と、硅素と、アル
   ミニウムと、高融点金属のうち少なくとも２種の元素を
   含んでいる前記第１項記載のサーマルヘッド。 ４、電力供給用電極がＡｌ単層である前記第１項ないし
   第３項のいずれかに記載のサーマルヘッド。