JPS6254675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感熱記録用ヘツドに関するものであ
る。

近年、記録装置の高性能化、メインテナンスフ
リー化、小型化、高信頼性、無音化等の要望か
ら、感熱記録が注目を集めている。この感熱記録
は、基板上に１個または複数個の微少発熱用抵抗
体を設けたヘツドを用い、この微少発熱用抵抗体
に電流を通じることによりそれを発熱させ、この
熱で感熱記録紙上に文字、図形、記号等を描か
せ、フアクシミリ、計算機端末装置、印字装置、
記録計等の出力方式として用いるものである。

従来、このような感熱記録用のヘツドの１つと
して、発熱用抵抗体を多結晶シリコン薄膜等の発
熱体層から形成したものが用いられている。この
場合、このような感熱記録用ヘツドは、通常、第
１図に示されるような構造とされる。すなわち、
アルミナ等の基板２上には、発熱体層の発熱を蓄
積するためグレーズ層３が設けられる。このグレ
ーズ層３上には、所定の配置で発熱体層４が設け
られ、又発熱体層４上には一対のリード層５１，
５３が設けられ、リード層５１，５３を介し、発
熱体層４に通常直流電流が通電可能とされ、リー
ド層間隙間およびその近傍の発熱体層４が発熱部
として機能するように構成される。更に、発熱体
層４およびリード層５１，５３上には、通常、保
護層６が設けられる。

このような発熱体層４を有するヘツドは、発熱
特性が良好で、又その製造性も良好なものであ
る。しかし、その使用に従い、発熱体層の抵抗が
変動し、画像再現性が変動したり、発熱ヘツドの
破壊を生じ、その寿命が短いという不都合があ
る。

本発明はこのような不都合を解消すべくなされ
たものである。本発明者は、このような不都合を
生ずる原因を究明すべく研究を行い次のような知
見を得た。

従来の発熱体層を有する感熱記録用ヘツドは、
上記のような積層構造をとるため、リード層５
１，５３の発熱部側の端部は段差を形成してい
る。このため、ヘツドを感熱紙と摺接させつつ長
期に亘つて使用すると、リード層５１の発熱部側
の端部段差には、最上層保護層を介し感熱紙か
ら、繰返し過大な外部応力が加わり、これにより
この近傍の積層構造の密着性を低下させ、ヘツド
自体の寿命が短くなる。

更に、発熱用抵抗体は、発熱体層からなるの
で、その特殊性によつて次のような現象も生起す
る。すなわち、上記のようなヘツドにおいて、グ
レーズ層３はガラス質から構成され、通常アルカ
リ金属あるいはアルカリ土類金属成分を含むもの
である。このため、ヘツドの使用に従い、リード
層５１，５３間に通電して発熱部を繰返し長期に
亘つて発熱させると、印加電圧に対し負側として
使用されるリード層（例えば５１）の発熱部側端
部下方に位置するグレーズ層３上面には繰返し印
加される熱および電界により、アルカリ金属ある
いはアルカリ土類金属カチオンが泳動してきて、
10μｍ程度の厚みのカチオン過剰な層が生成する
に至る。このようなカチオン過剰層が生成するに
至ると、グレーズ層３は軟質化したり、熱膨張係
数が変化したりして、グレーズ層３と発熱体４と
の間に内部応力が生じ、又発熱体を構成するシリ
コンとカチオンとの反応がおこり、特に負側のリ
ード層の発熱部側端部直下およびその周辺におい
て、発熱体層４とグレーズ層３間の密着性が低下
し、又発熱体層４および／またはグレーズ層３に
はクラツクが生じ、発熱体層４の抵抗劣化や発熱
体層４とグレーズ層３との破断を招来し、ヘツド
の寿命が低下する。又、ヘツドと摺接する感熱紙
にもアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属が含
まれるものであり、ヘツドの長期使用に従い、上
記と同様にして負側として使用されるリード層の
発熱部側端部近傍の発熱体層４と保護層間でも、
カチオン過剰度が生成し、同様の寿命低下が帰結
する。このように、発熱用抵抗体としてシリコン
を用いるときには、前記したリード層端部の段差
の存在による外部応力に帰因する悪影響に、この
カチオン過剰層生成に帰因する悪影響が重畳し、
このため、特に負側として使用されるリード層の
発熱部側端部において、長期使用に従い積層構造
の破損、破壊等を生じ、抵抗がしだいに劣化しそ
の寿命がきわめて短いものとなつているのであ
る。

本発明者は、以上のような知見に従い、ヘツド
の寿命を長くするために更に検討を行つた結果、
本発明を完成するに至つたものである。

すなわち、本発明は、基板上にグレーズ層を有
し、当該グレーズ層上に多結晶発熱体層と、当該
発熱体層に通電するための一対のリード層とを有
し、当該一対のリード層間隙間を含んで発熱体層
には発熱部が形成される積層体からなるか、ある
いはこの積層体上に保護層を有する感熱記録用ヘ
ツドであつて、少なくとも一方のリード層の発熱
部側の端部下方の所定領域において、上記グレー
ズ層を所定深さで除去してなり、少なくとも一方
のリード層の発熱部側の端部近傍において、上記
発熱体層と上記グレーズ層との間、あるいは上記
発熱体層と上記グレーズ層および保護層との間
に、中間層として、上層および下層に酸化ケイ素
層を設けた窒化ケイ素層、またはリン含有酸化ケ
イ素層を有することを特徴とする感熱記録用ヘツ
ドである。

本発明の感熱記録ヘツドにおいて、その基板
は、アルミナ等のセラミツクス等からなる基板を
用いればよく、通常は、平板状等の形状を有す
る。

このような基板上に設けられるグレーズ層は、
通常のガラス質から形成すればよい。この場合、
ガラス質中のアルカリおよびアルカリ土類金属は
0.1重量％以下であつても、前記のようなカチオ
ン過剰層は生成するものであり、量の多少に拘ら
ずアルカリ金属等を含むものであれば、本発明に
より過剰層生成に伴う不都合は減少する。なお、
グレーズ層は通常の場合と同様、基板上のほぼ全
域に亘つて設けられ、又その厚さは15〜200μｍ
とすればよく、更にはガラス質を含むペーストな
いしスラリーから常法に従いスクリーン印刷法、
デイツプ法等により形成すればよい。

一方、グレーズ層上には発熱体層が配置され
る。発熱体層としては、種々の方法によつて形成
したシリコン薄膜であつてよく、シリコン薄膜中
には、種々の添加元素が含まれていてもよいが、
その特性上からは、公知の化学気相成長法に従い
形成されたシリコン多結晶薄膜であることが好ま
しい。又、この場合、シリコン多結晶薄膜中に
は、Ｐ，As，Ｂ等の不純物が10重量％以下程度
含まれていてもよい。そして、その抵抗は概ね２
×10^-4〜５×10^-3Ω・cm程度であればよい。更
に、発熱体層は基板上に所定の形状で１つのみ設
けられていてもよいが、通常は、例えば平行細条
状となるように、多数分離されて所定の配列で設
けられるものであり、その厚みは0.1〜５μｍと
するのが通常である。

この所定の形状と所定の配列を有する発熱体層
には、一対のリード層が接続される。リード層と
しては、各種高融点金属から、種々の方法に従い
薄膜として形成すればよいが、このうち、Ｗまた
はM₀あるいはこれらの合金、更にはこれらのケ
イ化物等から構成することが好ましい。この場
合、リード層は発熱体層の下層に位置してもよい
が、通常はその上層に積層される方が好ましい。
又、その厚みは一般に0.5〜２μｍ程度である。

更に、ヘツド上面ほぼ全域に亘つては、最上層
として保護層が設けられていることが好ましい。
この保護層は、発熱用抵抗層およびリード層の、
感熱紙摺接に伴う摩耗等を防止するものであつ
て、通常はリン化ホウ素、窒素ケイ素、酸化ケイ
素、炭化ケイ素等から構成することが好ましい。
又、保護層は２層構成とすることもでき、そのよ
うな例としては酸化ケイ素層上にリン化ホウ素層
を形成したものを挙げることができる。なお保護
層の厚みは一般に0.5〜５μｍである。

このような前提の下で、本発明においては少な
くとも一方のリード層の発熱部側の端部下方の所
定領域において、グレーズ層を所定深さで除去し
てなる。この場合、除去するグレーズ層の所定領
域は、第２図ａ，ｂに示されるように、一方のリ
ード層５１の発熱部側端部直下およびその近傍を
発熱体層４細条と直交して除去してなる場合であ
つてもよく、第３図に示されるように、一方のリ
ード層５１の発熱部側端部直下の領域を含み、発
熱部下方の一定領域から基板外側面に到る領域を
除去してなる場合であつてもよい。すなわち、発
熱部下方の所定の領域を残した上で、少なくとも
一方のリード層５１の発熱部側端部直下を含んで
なる領域のみを選択的に除去すればよい。又、除
去する深さは、グレーズ層５１の厚さと同等程度
以上であればよく、そのような範囲内で概ね10μ
ｍ程度以下とすればよい。そして、そのとき、リ
ード層５１の端部段差の存在に基づく最上層にお
ける発熱部端部近傍の段差は消失し、上述の不都
合は解消することになる。

なお、通常の場合、１対のリード層５１，５３
にはパルス電流を印加するものであつてそのと
き、その負側に用いる一方のリード層の端部下方
のみを第２図、第３図に示されるように除去すれ
ばよいものであるが、第４図〜第６図に示される
ように、１対のリード層５１，５３両者発熱部側
端部の下方を、両者とも上記と同様に除去すれば
発熱部の最上層表面は平滑となり、発熱部と感熱
紙との密着度が向上し画像の鮮鋭度が向上し、又
所定発色度を得るための消費電力が減少するとい
う効果が実現するので好ましい結果を得る。

また、第６図に示されるように、リード層５
１，５３の発熱部側端部直下に溝を形成して、発
熱部側端部を溝内に配置すると、保温効果があ
り、高速ドライブの際の立ちあがり特性が向上
し、しかも、感熱紙や感熱リボンの摺動圧が、発
熱部のみでなく、溝の周囲の部分にも分散される
ので、ステイツキング等の画質低下が減少し、し
かも寿命が向上する。

このようにグレーズ層３を所定領域および所定
深さで除去するには、常法に従い、エツチングを
施したり、研削等を行つたり、あるいはプラズマ
エツチングを行つたりすればよい。

本発明では、さらにこのような構成に加え、以
下のようなパシベーシヨン層を中間層として設け
るので、よりすぐれた効果が実現する。このとき
には、前記したようなカチオン過剰層生成に伴う
悪影響が減少し、寿命はより一層向上するからで
ある。

すなわち、少なくとも一方のリード層の発熱部
側の端部近傍、すなわち、上記のグレーズ層を除
去する領域において、発熱体層とグレーズ層との
間、あるいは発熱体層とグレーズ層および保護層
との間に所定の中間層を設ける場合である。この
場合、中間層は上記のごとく、少なくともグレー
ズ層を除去する領域の一部または全部を含んで、
所定の形状で形成すればよいが、ヘツド面全域に
亘つて形成してもよい。又この中間層は、シリコ
ン発熱層とグレーズ層との間に設けるのが一般的
であるが、シリコン発熱層と保護層との間に設け
てもよく、シリコン発熱体層とグレーズ層および
保護層との間に設けるとより好ましい結果を得
る。なお中間層を形成するパシベーシヨン層の材
質は、その第１として、窒化ケイ素を構成層とし
て含む。この場合の窒化ケイ素層は、100〜5000
Å、特に500〜3000Åの厚さに、公知の化学気相
成長法により形成するのが一般的であり、その組
成は一般にSi₃N₄であるが、場合によつては
Si₂N₃，SiN等、あるいはこれらの混合組成であつ
てもよい。そして、窒化ケイ素層の上層および／
または下層には、酸化ケイ素層を設け全体で２μ
ｍ程度以下の厚さを有する２〜３層構成として構
成する。一方、中間層は、リン含有酸化ケイ素層
から構成してもよい。この場合は、通常中間層を
リン含有酸化ケイ素層一層のみから構成するが、
この層は実質的にSiO₂の組成を有し、これに0.1
〜10重量％のＰが含まれるものであり、公知の化
学気相成長法により5000Å〜２μｍ、特に1000Å
〜１μｍ程度の厚さに形成すればよい。

このような中間層を用いることにより、例えば
酸化ケイ素や窒化ケイ素を単層で用いるときと比
較して、ヘツド寿命は格段と向上する。

このような場合の好ましい例が第５図および第
６図に示される。第５図は、第４図に示される好
ましい例において、発熱体層４とグレーズ層３お
よび保護層６との間に２つの中間層７１，７３を
介在させた例である。

第６図は、溝を形成して凸部を設ける好ましい
例において、中間層７１を介在させた例である。

本発明によれば、グレーズ層の所定領域を所定
の深さで除去しているので、少なくとも一方のリ
ード層の発熱部側の端部上方の最上層保護層表面
において、従来のよううな段差は消失するか、リ
ード層の端部近傍から離れ、このため、この端部
近傍における外部からの応力はきわめて小とな
り、積層体の密着性は向上し、寿命が向上する。
又、上記のように、所定のパシベーシヨン層を設
けるので、感熱紙との摺接に伴う外部応力はより
緩和し、又上記したようなアルカリまたはアルカ
リ金属カチオン過剰層の形成に帰因する不都合は
顕著に防止され、このためヘツドの寿命が格段と
向上することになる。

本発明者は、本発明の効果を確認するため種々
実験を行つた。以下にその１例を示す。

実験例 基板として、300×300mm、厚さ２mmのアルミナ
を用い、その一面上にNa，Ｋ，Caを総計0.1wt％
含む80μｍ厚のグレーズ層を形成した。次いで、
化学気相成長法に従い、ソースとしてシランとジ
ボラン、キヤリヤとしてH₂を用い、850℃でＢを
1wt％含む１μｍ厚の多結晶シリコン薄膜を被着
し、写真食刻法により、間隔30μｍで、100μｍ
幅の平行細条状の発熱体層を形成した。この後、
1.5μｍ厚のＷ薄膜を被着し、やはり写真食刻法
により、上記各細条状発熱体層上において、その
中央部に100×200μｍの窓が形成されるようにし
て、Ｗリード層を形成した。しかる後、スパツタ
により0.2μｍ厚のSiO₂薄膜、および化学気相成
長法に従い、ソースとしてシボラン、ホスフイ
ン、キヤリヤとしてH₂を用い、850℃で２μｍ厚
のリン化ホウ素（B₁₃P₂）薄膜を上面全域に順次形
成し、２層構成の保護層とし、第１図に示される
従来技術に属するヘツドＡを作成した。

これに対し、次のような比較用のヘツドＢ〜
Ｄ、Ｉ，Ｊと本発明のヘツドＥ〜Ｈを作製した。
この場合、ヘツドＢは、第２図に示されるよう
に、グレーズ層３を、細条状発熱体層４と直交
し、100μｍ幅、５μｍ深さを有する細条状にエ
ツチングし、しかもリード層５１の端部と、それ
と対向する細条状エツチング除去部の幅方向端部
との間隙を10μｍとした他は、ヘツドＡと同様に
作成したものである。

ヘツドＣは、第３図に示されるように、ヘツド
Ｂにおけるエツチング除去部の一方の幅方向端部
を、リード層５１の通電側端部にまで拡大した他
は、ヘツドＢと同様に作成したものである。

ヘツドＤは、第４図に示されるように、ヘツド
Ｃにおける一方のリード層５１側と同様のエツチ
ング除去部を、他方のリード層５３側にも形成し
た他はヘツドＣと同様に作成したものである。

ヘツドＥは、第５図に示されるように、ヘツド
Ｂのように選択的エツチングを施されたグレーズ
層３上全域に、順次0.5μｍ厚のSiO₂層、0.2μｍ
厚のSi₃N₄層、0.5μｍ厚のSiO₂層を設層して中間
層７１とした他は、ヘツドＤと同様に作成したも
のである。なお、第５図のようには保護層６の下
層に中間層は形成されていない。この場合、
SiO₂層はスパツタにより、又Si₂N₄はシランおよ
びNH₃をソースとし、H₂キヤリヤを用い、850℃
にて化学気相成長させて形成した。

ヘツドＦは、ヘツドＢのように選択的エツチン
グを施されたグレーズ層３上全域に、１μｍ厚の
リン含有酸化ケイ素層を形成した他は、ヘツドＢ
と同様に作成したものである。この場合リン含有
酸化ケイ素層は、1wt％のＰを含んでなり、シラ
ン、ホスフイン、O₂をソースとして、N₂キヤリ
ヤを用い、600℃で化学気相成長させて形成し
た。

更にヘツドＧは、ヘツドＥにおいて、B₁₃P₂と
SiO₂の２層からなる最上層保護層６のSiO₂層を
形成せず、かわりにB₁₃P₂層下層に中間層７３と
して、0.2μｍのＰ含有SiO₂層（Ｐ：1wt％）を
化学気相成長により形成した、第５図に示される
ようなヘツドである。

なお、ヘツドＨは、ヘツドＧにおいて、第６図
のような溝を形成した例である。

また、ヘツドＩおよびＪは、それぞれ、ヘツド
ＥのSiO₂層―Si₃N₄―SiO₂中間層７１を、SiO₂お
よびSi₃N₄の単層膜（１μｍ）にかえたものであ
る。

このように作成したヘツドＡ〜Ｊにつき、公知
の方法に従いダイオードマトリツクスを構成し、
ヘツドの各シリコン発熱体層にリード層を介し、
20msecの間隔で、3msecのパルス通電を繰返し
た。この場合、通電電力は、感熱紙の飽和濃度必
要量とした。このようなパルス通電を10⁸回繰返
し、各ヘツドにつき、その後の各発熱体層の抵抗
値劣化（％）を測定し、それを平均して第１表の
結果を得た。

第 １ 表 ヘツド 抵抗値劣化（％） Ａ 比 較 120 Ｂ 比 較 28 Ｃ 比 較 28 Ｄ 比 較 26 Ｅ 本発明 2.5 Ｆ 本発明 3.0 Ｇ 本発明 2.0 Ｈ 本発明 1.4 Ｉ 比 較 12 Ｊ 比 較 5.5

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図ａ、第３図および第４図は、従
来の感熱記録用ヘツドの構造を示す断面図であ
り、第５図および第６図は、それぞれ本発明の実
施例を説明するための断面図であり、第２図ｂは
第２図ａの―線切断部端面図である。 符号の説明、２……基板、３……グレーズ層、
４……シリコン発熱体層、５１，５３……リード
層、６……保護層、７１，７３……中間層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板上にグレーズ層を有し、当該グレーズ層
   上に多結晶シリコン発熱体層と、当該発熱体層に
   通電するための一対のリード層とを有し、当該一
   対のリード層間隙間を含んで発熱体層には発熱部
   が形成される積層体からなるか、あるいはこの積
   層体上に保護層を有する感熱記録用ヘツドであつ
   て、少なくとも一方のリード層の発熱部側の端部
   下方の所定領域において、上記グレーズ層を所定
   深さで除去してなり、少なくとも一方のリード層
   の発熱部側の端部近傍において、上記発熱体層と
   上記グレーズ層との間、あるいは上記発熱体層と
   上記グレーズ層および保護層との間に、中間層と
   して、上層および下層に酸化ケイ素層を設けた窒
   化ケイ素層、またはリン含有酸化ケイ素層を有す
   ることを特徴とする感熱記録用ヘツド。