JPS6243103A - 発熱抵抗体 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、サーマルヘッド等の発熱体として用いて好
適な発熱抵抗体に関する。

（従来の技術） 従来より、薄膜抵抗体に電流を通じて発熱させ、ヒータ
や感熱ヘッド等に用いる、種々の材料からなる発熱抵抗
体が提案されている。

このような発熱抵抗体の用途として、近年、サーマルヘ
ッドへの応用が注目されている。以丁、サーマルヘッド
を・例として、発熱抵抗体につき説明する。

Ｗｌ！熱紙を発色させて感熱紙にドツトのモザイクを作
ることにより絵、文字等の印字をするための種々の構造
のサーマルヘッドが提案されている。

このようなサーマルヘッドは、例えば文献（「金属表面
技術Ｊ　３４　、（６）　（１９８３）　Ｐ、２７１〜
２７７　）　ニ開示されている。このような構造の薄膜
型サーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体として上とし
て窒化タンタル（Ｔａ２Ｎ）が用いられている０周知の
ようにＴａ２Ｎは、例えばハイブリッドＩＣ等の薄膜抵
抗体として用いる場合は、抵抗値の安定性が非常に憬れ
ているが、このＴａ２Ｎをサーマルヘッドの発熱抵抗体
として用いる場合には、Ｔａ２Ｎの耐熱性、特に、その
耐酸化性は充分なものではなかった。このため、Ｔａ２
Ｎを発熱抵抗体として用いる場合は、−股に、サーマル
ヘッドの４１造を第４図に示すような構造としていた。

第４図は従来の薄膜型サーマルヘッドの要部を示す断面
図であり、この場合、絶縁基板トに多数設けられた発熱
抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に６１１して示した断
面図である。第４図において、１１は絶縁基板を示し、
この絶縁基板１１トにＴａｘＮＡ膜からなる発熱抵抗体
１３が設けられている。又、この発熱抵抗体１３Ｆの離
間した位置に給電体１５及び１７が設けられていて、こ
れら給電体１５及び１７の間の発熱抵抗体１３の部分（
図中、斜線で・１（す部分）が発熱部１９となる。さら
に、給電体１５及び１７と発熱部１９とのトには順次に
耐酸化膜２１と耐摩耗ｌｌ９２３とが設けられていて、
これら二層のＩＩりにより発熱抵抗体の保護膜が形成さ
れている。

この保護膜、特に、耐酸化膜２１はサーマルヘッドのｈ
命に＃テする屯要な保護膜である。

又、Ｔａ；Ｎはその比抵抗が３０ＪｔΩ拳ｃｍ以ドであ
る。このため１発熱抵抗体が長時間の使用に絶えること
が出来るように抵抗体膜厚をｆ′分な膜厚とするとその
抵抗値は所望の抵抗値よりも小ざくなる。従って印字に
必要な電力を得るためには発熱抵抗体に供給する電流値
を大きくしなければならない、しかし、配線回路及び駆
動方法Ｎの制約から、限られた電流値の中でＴ川内な抵
抗（１を有するような発熱抵抗体の形状を決定しなけれ
ばならず、このため、第５図（Ｂ）に示すようなミアン
タ型の形状とすることで、発熱抵抗体の抵抗イ１をしげ
る方法が用いられていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、サーマルヘツドに用いられている従来の
発熱抵抗体は、その発熱抵抗体１−に保護ＩＩｔ１、特
に、耐酸化膜を全く設けない場合又はこの膜の厚みが不
充分な厚さしかない場合には、印字に必要なエネルギー
を発熱抵抗体１３に印加すると酸化作用により発熱抵抗
体の抵抗値が増加し、発熱抵抗体は劣化する。このため
、極めて短時間の感熱記録しか行えないという問題点が
あった。

又、この保、１膜を必要量１−に厚く設けると１発熱抵
抗体への供給’ｒｖ流の印加・停正に対するサーマルヘ
ッドの温度り昇・温度五降（熱応答）が悪くなり、高速
印字が行えないという問題点があった。

又、近年、サーマルヘフドによる印字はより高精細な印
字が望まれている。従って、ミアンタ型とした発８抵抗
体の形状を、より高精細な印字を７ｉ、′現するためさ
らに微細な形状とする必要があるが、このことは加Ｆ技
術Ｆで限界がある。このため、簡易な形状、例えば第５
図（Ａ）に示すような四角形状の発熱抵抗体で、所望と
する抵抗値がイリられるような抵抗体材料が望まれてい
る。このような抵抗体材料として、Ｔａ−３ｉ−Ｎ、Ｔ
ａ−３ｉ　−０”！；−の高抵抗材料が開発されてきて
はいるが、これらの材料も耐熱性及びｌｆ１酸化性に乏
しく、さらに、その成膜に関しても、反応性スバ・、り
Ｉｌ、により窒素、酸２も簿のガスを用いて行うため、
薄膜の抵抗値の制御が難しいという問題点かあった。

この発明のＩ−ｌ的は、ＩＩＩＦｔ熱性及び耐酸化性に
優れ、比抵抗値が大きく、かつ、製造方法の容易な９１
Ｑ抵抗体を提供することにあり、以って、より耐久性に
優れ、かつ、高精細化が可能なサーマルヘツド等の実現
を１１Ｔ能とすることにある。

（問題点を解決するだめの１段） この［］的の達成を図るため、この発明によれば、発熱
抵抗体を白金族元素から選ばれた一種又は二種上りの元
２Ｋを含む導電材料と、５ｉ０２を含む電気的絶縁材料
とを以って構成したことを特徴とする。

この発明の実施に当り、発熱抵抗体中には導’ｉ（＋。

材料を３〜４０玉賃％含ませるのが好適である。

（作用） このような構成によれば、白金族元素及びＳｉｏ２共に
化学的に安定であるから耐酸化性の優れた発熱抵抗体が
得られる。

又、発熱抵抗体に含ｆｉさせる導′屯材料の含（１率に
より所望とする比抵抗を有する発熱抵抗体が得られる。

さらに、５ｉ０２　はドライエツチング及びウェットエ
ンチングにより容易に加りが行える。従って、所望とす
る抵抗値を有した、任代な形状及び大きさの発熱抵抗体
を容易に作製することが出来る。

（実施例） 以下、この発明の発熱抵抗体をサーマルヘッドに用いた
例により、この発明の一実施例につき説明する。尚、以
下の実施例の説明に用いる第１図〜第３図は、この発明
が理解できる程度に概略的に示しであるにすぎず、各構
成成分のす法、形状及び配置関係は図示例に限定される
ものではない。

第１図はこの発明のサーマルヘッドの構造を示す要部断
面図であり、第４図と同様、絶縁基板玉に多数設けられ
た発熱抵抗体のうちの一つの発熱抵抗体に着目して示し
た断面図である。

７ＪｔＪ１図において、１１は絶縁基板を示し、この絶
縁基板ｌｌトに、例えば、導電材料を白金（ｐｔ）とし
、電気的絶縁材料を二酸化珪素（Ｓｉ０２）として構成
した、白金−二酸化珪素（Ｐｔ−５ｉＯ？）抵抗膜から
なる発熱抵抗体３１が設けられている。又、この発熱抵
抗体３１上の離間した二つの領域には給電体１５及び１
７が設けられていて、これら給電体１５及び１７の間の
発熱抵抗体３１の部分（図中、肩線で示す部分〕が発熱
部１９となる。さらに、給電体１５及び１７と発熱部１
９とのトには耐摩ｊ［膜２３が設けられている。

以下、この発明の発熱抵抗体の形成方法につきサーマル
ヘッドの製造に従って説明する。

先ず、絶縁基板１１としてのグレーズドアルミナ基板り
に、高周波スパッタ（ＲＦスパッタ）法により発熱抵抗
体としてのＰｔ−５ｉ０２抵抗膜を成膜する。このＰｔ
−５ｉＯ２膜の成膜は以ｒの通りに行った。第２図に平
面図で示すように、５ｉ０２　ターゲット３３上に一定
形状の微小なＰｔの小片３５を載置し、５ｉ０２とＰｔ
とを同時に高周波スパッタする。このｐｔ小片の数を増
減することにより５ｉ０２中に含有されるＰｔのφを増
減して、Ｐｔ−３ｉ０２膜の抵抗値を制御する。この実
施例では、基板温度を２００℃とし。

アルゴン（Ａｒ）カス圧を５×１０・Ｔｏｒｒとし、５
ｉ０２　ターゲラ）ｈのＰｔ小片の側面積を除いたＰｔ
の露出表面積とＰｔ小片を！！置した部分以外の５ｉ０
２　ターゲットの露出面積との比（表面積比と称する）
を１：５として、グレーズドアルミナ基板１１丘に膜厚
的３５０ＯＡのＰｔ−３ｉＯ２抵抗膜を成膜した。この
成膜条件で得たＰｔ−５ｉ０２抵抗膜の表面抵抗は９０
０Ω／口であった。従って、このＰｔ−５ｉＯ２抵抗膜
を用いれば１発熱抵抗体３１の形状をミアング型の形状
とせずに所望の抵抗値が得られる。このためこの発明で
は、第５図（Ａ）に示すような四角形状の所定の寸法に
パターニングして発熱抵抗体３１を形成した。その後、
この発熱抵抗体３１ｋに給電体１５及び１７を形成し、
続いて、耐摩耗膜２３として８ｐｍの膜厚のＴａ２０５
を形成して、この発明の発熱抵抗体を有するサーマルヘ
ッドを得た。

一方、比較サンプルとして、発熱抵抗体の形状及び保護
膜の厚さ等はこの発明の発熱抵抗体を有するサーマルヘ
ッドと同一であるが、発熱抵抗体をＴａ−５ｉ−Ｎ膜で
構成し、その膜厚を３２００Ａとして表面抵抗約ＩＫΩ
／口の発熱抵抗体を有するサーマルヘッドを作製した。

この―種類のサーマルヘッドを用いて寿命試験を行った
。この寿命試験条件はパルス幅を０８ｍ５ｅｃとし、繰
り返し時間を３ｍ５ｅｃとして、発熱抵抗体に連続的に
パルス印加を行い、発熱抵抗体の抵抗値変化を測定した
。この試験結果を、縦軸に発熱抵抗体の抵抗変化率をと
り、横軸にパルス印加数をとり、第３図に示した。尚、
図中、工で示す特性曲線はこの発明のＰｔ　−５ｉ０２
発熱抵抗体を有するサーマルヘッドの特性を示し、ＩＩ
で示す特性曲線はＴａ−５ｉ−Ｎ発熱抵抗体を有するサ
ーマルヘッドの特性を示す。

第３図からも明らかなように、この発明の発熱抵抗体を
有するサーマルヘッドは、Ｔａ−３ｉ−Ｎ発熱抵抗体を
有するサーマルヘッドよりも、連続的なパルス印加に対
する発熱抵抗体の抵抗率変化は極めて少ない。従って、
サーマルヘッドの寿命は著しく改善される。この理由は
、Ｔａ−５ｉ−Ｎ発熱抵抗体を有するサーマルヘッドで
は、先ず、発熱抵抗体の結晶化により抵抗値は減少し、
続いて、発熱抵抗体の酸化により抵抗値が急激に増加し
たと推定される。一方、この発明のＰｔ−５ｉＯ，＋光
熱抵抗体を有するサーマルヘッドでは、ごく部分的なＰ
ｔの結晶化のみしか起こらないため抵抗値は穏やかに減
少すると推定される。

Ｌ述したＰｔ−５ｉＯ２発熱抵抗体を作製したと同様に
、導電材料をロジウム（Ｒｈ）としたＲｈ−５ｉＯ２発
熱抵抗体を有するサーマルヘッドを作製して、前述した
と同様な寿命試験を行ったところ、Ｒｈ−５ｉＯ２発熱
抵抗体を有するサーマルヘッドもＰｔ−３ｉＯ２発熱抵
抗体を有する叶−マルヘッドと同様な、良好な耐久特性
が得られた。

尚、この発明の発熱抵抗体を構成する導電材料及び電気
的絶縁材料は、丘述した天施例に限定されるものではな
い、導電材料は白金族元素であるＰｔ、Ｒｈ、パラジウ
ム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏ５）
及びルテニウム（Ｒｕ）から選ばれた一種又は二種上Ｈ
の元素でも良く、さらに、白金族元素から選ばれた一種
又は二種上りの元素を主成分とした、白金族以外の物質
を含む導電材料でも良い、又、′電気的絶縁材料は５ｉ
０２を１成分とした電気的絶縁材料でも良い。

又、発熱抵抗体に含有させるＰｔ等の金属元素の含有率
を、３〜４０％］１％）とした理由は、発熱抵抗体とし
て用いるにχ用内な１０’　〜１０”、Ω・ｃｍの範囲
の比抵抗を有する抵抗体薄膜を得るためである。

又、叉施例では、ＳｉＯ；＋　ターゲットＦにＰｔ又は
Ｒｈの小片を藏訝し、これら金属と５ｉ０２　とを同時
にスパッタして各発熱抵抗体を形成したが、理想的には
、金属及び５ｉ０７　を各々粉末とし、それらを混合し
た後、ホットプレスで焼結させて得た専用のターゲット
を用いると良い。

又、薄膜抵抗体の形成は高周波スパンタ法以外に、電ｔ
ビームｉＡＥ法により行える。

以Ｅに、この発明の発熱抵抗体をサーマルヘッドに用い
た例により、この発明の説明を行ったが、この発明の発
熱抵抗体は他の電気部品例えば、発熱部品等に用いても
好適である。

（発明の効果） Ｌ述した説明からも明らかなように、この発明によれば
、発熱抵抗体を、白金族元素から選ばれた一種又は二種
上Ｆの元素を含む導電材料と、二酸化珪素を含む電気的
絶縁材料とを以って構成しである。従って、白金族元素
及び二酸化珪素共に化学的に安定であるから＃酸化性の
優れた発熱抵抗体が得られる。このため、例えばサーマ
ルヘッドにこの発明の発熱抵抗体を用いた場合は、従来
のように発熱抵抗体トに耐酸化膜及び耐摩耗膜の二層の
保護膜を設けずに、耐摩耗膜のみを設ければ良い、従っ
て、熱応答に優れたサーマルヘッドが得られる。

又、発熱抵抗体に含有させる導電材料の含有率により所
望とする比抵抗を有する発熱抵抗体が得られる。

さらに、−酸化珪素は、ドライエツチング及びウェット
エツチングにより容易に加工が行える。

徒って、例えば四角形状で、かつ、小型の発熱抵抗体を
容易に得ることが出来るから、例えば、耐久性に優れ、
かつ、高精細化の可能なサーマルヘッドが得られる。

これがため、耐熱性及び耐酸化性に慢れ、比抵抗値が大
きく、かつ、製造方法の容易な完熟抵抗体を提供するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

！：ＦＳ１図はこの発明の発熱抵抗体を用いたサーでル
ヘットの要部をしめず断面図。 第２図はこの発明の発熱抵抗体を製造するための説明図
、 第３図は従来及びこの発明の発熱抵抗体を用いたサーマ
ルヘッドの寿命試験結果を示す特性曲線図、 第４図は従来の発熱抵抗体を用いたサーマルヘッドの要
部断面図、 第５図は従来及びこの発明の説明に供する線図である。 １１・・・絶縁基板、　　　　　１５．１７・・・給電
体ｌ９・・・発熱部、　　　　　２３・・・＃摩耗膜３
１・・・発熱抵抗体、　　　３３・・・電気的絶縁材料
３５・・・導電材料。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社ｑ Ｉｆ　　　Ｍ！Ｉｔｊ慕不及　　　　　　　２３　　ｋ
１厚１ｔ１４更１５、１７　：　Ｉ’？ｉ’ｔｉ体　　
、３１弁然柩朔俸ＩＱ　　発熱部 この茫日月の発！８ｃａ４４−を用いｒニサーマルへ−
Ｆめ向面圓第１図 二ノ発ＦＪＭ　Ｌｆ）＃Ｆｌ　ａｎ　ｍ第２図 す−マルへ１Ｆのｈ６言べ・４寅竹低ｌ第３図 ＩａＲｅｖｉ□＊Ｔ？’ｔ４＋を用−＋７：７−？ＩＬ
、　へ−ｔド＃メｒｌ［Ｅｌ第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）白金族元素から選ばれた一種又は二種以上の元素
   を含む導電材料と、二酸化珪素（ＳｉＯ＿２）を含む電
   気的絶縁材料とを以って構成したことを特徴とする発熱
   抵抗体。
2. （２）導電材料を３〜４０重量％含ませたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の発熱抵抗体。