細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体
細線状抵抗体３０の各側にそれに沿って正電極１０と負電極２０を配置する。正電極１０は、抵抗体３０に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部１３、１４によって接続点Ｐ２、Ｐ３で抵抗体３０に接続される。負電極２０は、抵抗体３０に沿って間隔を置いて配置された枝部２３、２４によって接続点Ｐ１、Ｐ４で抵抗体３０に接続された抵抗発熱体である。接続点Ｐ１〜Ｐ４は、抵抗体３０に沿って互いにずれた位置にある。接続点Ｐ１とＰ２並びに接続点Ｐ３とＰ４の間にある抵抗体３０の部分３１と３２は、抵抗体３０の有効領域として機能する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、電流を流してジュール熱を発生させるために使用される抵抗発熱体に関し、特に、細線状の抵抗体の形状を変えることなく、見かけの（即ち、外部から見た）電気抵抗値を任意に調整可能な抵抗発熱体に関する。
【背景技術】
薄膜抵抗体に電流を流すことによってジュール熱を発生させる「抵抗発熱体」は、様々な分野で広く使用されているが、その一つにシリコンなどの半導体材料上や回路基板上に形成される微小サイズの抵抗発熱体がある。この種の抵抗発熱体については、微小サイズであることに起因する問題を解決するために多くの工夫がなされて来た。例えば、特開昭５８−１３４７６４号公報、特開平３−１６４２７０号公報、特開昭６１−２１９６６６号公報、特許第２８１１２０９号公報等を参照。これらの抵抗発熱体に関する技術は通常、ある特定の微小領域（数μｍ四方程度）を暖めるため、あるいは、搭載されている半導体素子を暖めるために、数ｍｍ四方から数ｃｍ四方といった比較的大面積の領域を加熱することを目的として使用される。
正方形領域あるいは縦横比が小さく正方形に近い長方形領域を加熱する場合、その領域内における抵抗発熱体の形状には、あまり制約はない。このため、当該領域内に所望の温度分布が実現できるように抵抗発熱体の形状を設定することにより、所望の目的を果たすことが容易である。また、抵抗発熱体の持つ電気抵抗値についても、特開昭５８−１３４７６４号公報に開示されているように、シート状抵抗発熱体に多数の穴を開けることが可能であるから、その穴の大きさと数を調整することにより、所望の電気抵抗値を得ることも容易である。
このように、正方形領域あるいは正方形に近い長方形領域を加熱するための抵抗発熱体については、それが生成する温度分布および抵抗発熱体それ自身の電気抵抗値についても、抵抗発熱体の形状を調整することで対応が可能である。
尚、抵抗発熱体の持つ電気抵抗値は、外部に設けられる抵抗発熱体駆動回路の最大電圧値などの必要能力を決める重要な値である。抵抗値が大きいと駆動回路に極めて大きな電圧が必要となるため、温度調整などに使用する制御回路（通常、半導体で構成される）の電源電圧（５〜１２Ｖ程度）を考えると、両回路で電源を共通化できない等の問題が生じる。このため、抵抗発熱体の持つ電気抵抗値の調整が必要となるのである。
他方、光通信分野で用いられる「熱光学位相シフタ」等の光学部品も、抵抗発熱体を含んでいる（例えば、特開平６−３４９２６号公報参照）。この種光学部品の抵抗発熱体に内蔵された抵抗体は、その幅が数μｍから数十μｍ程度であるのに対し、その長さが２〜５ｍｍ程度であってその幅に比べると非常に長い。つまり、この種光学部品に使用される抵抗発熱体では、上述した場合とは異なり、抵抗体が微細な細線状（微細なストライプ状）となっているのである。これは、例えば熱光学位相シフタについて言えば、その光導波路部分は、その幅が５μｍ程度、その長さが２〜５ｍｍ以上の細線状であるため、このような形状の光導波路部分のみを選択的に加熱するための抵抗発熱体では、抵抗体も同様の細線状であることが必要だからである。
この場合、細線状とした抵抗体の幅が数μｍ程度しかないことから、上述した場合のように抵抗体それ自体の形状を工夫することによってその電気抵抗値を任意に設定する、といった手法を採ることは困難である。そのような抵抗体の形状を実現するには非常に微細な加工が必要となるからである。
また、熱光学位相シフタの形成に使用する半導体プロセスに起因する理由により、抵抗体は、通常は数百ｎｍ程度にしか成膜することができない。このため、細線状抵抗体の厚みについても限界がある。細線状抵抗体を形成するための材料についても、光導波路部分を形成するガラス材料との密着性や加工性、安定性などを考慮すると、選択範囲はそれほど広くない。
以上述べたように、熱光学位相シフタ等の光学部品に使用する抵抗発熱体については、抵抗体の形状が細線状でなければならないという制約から、抵抗体それ自体の形状に工夫を加えることで所望の電気抵抗値特性を持った加熱素子（特に低い電気抵抗値を持つ加熱素子）を製作することは、非常に困難である。しかも、その製法上並びに材料上の制約から、必要に応じて抵抗発熱体の厚さを調整する、あるいは必要に応じて使用する材料を変更する、といった対応も容易ではない。
本発明に関連する他の従来技術としては、次のようなものがある。
特開平２００１−３０１２１９号公報には、細線状抵抗体を使用したサーマルプリントヘッドが開示されている。このサーマルプリントヘッドは、その請求項１に記載されているように、「ライン状を成す抵抗体と、電源線、グランド線を有するとともに集積回路装置を搭載し、該集積回路装置が前記抵抗体を介して前記電源線に接続される第１電極とグランド線に接続される第２電極とを有するトランジスタを複数内蔵しており、前記トランジスタが導通することにより前記抵抗体に流れる電流によって前記抵抗体が発熱するサーマルプリントヘッドにおいて、前記集積回路装置は前記第２電極をグランド線に接続するパッドを複数個有していることを特徴とする」ものである。そして、このような構成とすることにより、「トランジスタの第２電極をパッドに接続する配線を可及的に短くすることができ、その分、配線抵抗が小さくなるとともに、各トランジスタ間の配線抵抗バラツキが少なくなる。その結果、無駄な電力消費が低減され、携帯型のサーマルプリントヘッドでは電池寿命が延びる。また、配線抵抗による電圧降下を小さくできるので、出力電圧の低い電池電源を使って駆動することもできる。さらに、各トランジスタ間の配線抵抗バラツキが少なくなり、抵抗体部分の発熱バラツキも改善されるので、サーマルプリントヘッドによって形成される画像の質も向上する」とされている。
特開平２００１−３０１２１９号公報に開示されたサーマルプリントヘッドでは、前記抵抗体と前記電源線とは、間隔をおいて配置された複数の配線によって互いに接続されており、また、前記トランジスタの各々の第１電極は配線を介して前記抵抗体に接続されている。前記トランジスタの前記第１電極と前記第２電極は、例えばＭＯＳトランジスタのドレインとソースをそれぞれ意味している。前記集積回路装置内の一つのトランジスタがＯＮすると、前記抵抗体を介して前記電源線から前記グランド線に向かって当該トランジスタに電流が流れる。その電流は、前記電源線と前記抵抗体とを接続する２本の配線と、それら２本の配線で挟まれた前記抵抗体の部分を通過して流れるので、当該抵抗体のその部分のみを選択的に発熱させることができる。
さらに、特開平２００２−００８９０１号公報には、薄膜抵抗体、ハイブリッドＩＣ及びＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が開示されている。この薄膜抵抗体は、「薄膜抵抗に接続される第１電極と第２電極を、これら両電極の対向する方向に対して細長い凸凹形状にそれぞれ形成すると共に、前記第１電極の凸凹形状の電極片の側辺と前記第２電極の凸凹形状の電極片の側辺が所定の間隔となるようにし、さらに、互いに対向する前記側辺間にそれぞれ薄膜抵抗を形成する」というものである。即ち、この薄膜抵抗体は、前記第１電極の先端部を櫛形にして凸凹形状の電極片を形成すると共に、前記第２電極の先端部を櫛形にして凸凹形状の電極片を形成し、前記第１電極の櫛形電極片の間の隙間に前記第２電極の櫛形電極片をそれぞれ挿入して、両電極片を互いに係合させたものである。そして、係合せしめられた櫛形電極片の各々の間の隙間に分割して薄膜抵抗を配置している。
このような構成とすることにより、「当該薄膜抵抗体の全体形状が線路幅に近似した寸法に形成可能となり、その結果、薄膜抵抗体の形成部位においても所定の特性インピーダンスで形成できる」、とされている。
抵抗発熱体の動作安定性と信頼性を最も重視した場合に、抵抗体によく使用される材料は、窒化タンタル（ＴａＮ）である。ＴａＮは、安定成膜領域での抵抗率が通常２００〜３００μΩ・ｃｍ程度と大きいから、半導体回路用の薄膜ヒーターとして使用した場合の電気抵抗値はかなり高くなる。例えば、ＴａＮ膜を厚さ２００ｎｍ、幅１０μｍ、長さ２ｍｍの細線状に加工した場合、その電気抵抗値は２〜３ｋΩとなる。このような電気抵抗値を持つＴａＮ製の細線状抵抗体を用いて３００ｍＷの発熱を得ようとすると、当該細線状抵抗体の駆動に必要な電源電圧は１７〜３０Ｖという非常に大きな値となってしまう。
よって、ＴａＮ製の細線状抵抗体を用いて小型で制御性に優れた発熱素子を製作しようとしても、駆動電源の大型化という問題が生じることから、その実現は不可能である。これは、ＴａＮと同様の比較的大きい抵抗率を持つ窒化チタン（ＴｉＮ）についても言えることである。
【発明の開示】
そこで、本発明の目的とするところは、窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）が得られる、細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体と、その抵抗発熱体を備えた熱光学位相シフタを提供することにある。
本発明の他の目的は、見かけの電気抵抗値を任意の値に調整することが容易に行える、細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体と、その抵抗発熱体を備えた熱光学位相シフタを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、簡便な電子回路により発熱量を制御することが可能な、細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体と、その抵抗発熱体を備えた熱光学位相シフタを提供することにある。
尚、上記の特開平２００１−３０１２１９号公報に開示されたサーマルプリントヘッドでは、前記電源線と細線状の前記抵抗体とを接続する２本の配線で挟まれた前記抵抗体の部分を通過して電流が流れ、それによって当該抵抗体のその部分のみを選択的に発熱させる技術も開示されているが、この技術では、「窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値が得られる」ようにする、という本発明の目的を達成できない。よって、本発明に係る抵抗発熱体とは明らかに異なるものである。
また、上記の特開平２００２−００８９０１号公報に開示された薄膜抵抗体は、その形態が細線状ではないから、本発明のような「細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体」とは言えない。また、その解決しようとする課題（目的）は、「線路幅に比べて前記第１電極と前記第２電極が大幅に広くなると、伝送線路として見たときに、所定の特性インピーダンス（例えば５０Ω）からずれてしまい、ミスマッチングを生じて所望の動作が期待できなくなる」、というものであり、その効果は「当該薄膜抵抗体の全体形状が線路幅に近似した寸法に形成可能となり、その結果、薄膜抵抗体の形成部位においても所定の特性インピーダンスで形成できる」というものであるから、これらの点においても本発明に係る抵抗発熱体とは明らかに異なっている。
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明および添付図面から明らかになるであろう。
（１） 本発明の抵抗発熱体は、
細線状の抵抗体と、
前記抵抗体の片側に当該抵抗体に沿って配置された第１電極と、
前記抵抗体の前記第１電極とは反対の側に当該抵抗体に沿って配置された第２電極とを備え、
前記第１電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第１接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第２接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２接続点の各々は、前記第１接続点に各々に対して、前記抵抗体の長手方向にずれた位置にあって、前記第１接続点の一つとその第１接続点に隣接する前記第２接続点との間にある前記抵抗体の部分が、当該抵抗体の有効領域として機能する、というものである。
（２） 本発明の抵抗発熱体では、細線状の抵抗体の片側に当該抵抗体に沿って配置された第１電極を設けると共に、前記抵抗体の前記第１電極とは反対の側に当該抵抗体に沿って配置された第２電極を設けている。前記第１電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第１接続点で前記抵抗体に接続されており、前記第２電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第２接続点で前記抵抗体に接続されている。そして、前記第２接続点の各々は、前記第１接続点に各々に対して、前記抵抗体の長手方向にずれた位置にあって、前記第１接続点の一つとその第１接続点に隣接する前記第２接続点との間にある前記抵抗体の部分の各々が、当該抵抗体の有効領域として機能するようになっている。
（３） 本発明の抵抗発熱体の好ましい例では、前記第１接続点と前記第２接続点が前記抵抗体の長手方向に交互に配置される。
（４） 本発明の熱光学位相シフタは、
光導波路と、
前記光導波路を加熱するために設けられた、上記（１）〜（３）に記載されたいずれかの前記抵抗発熱体とを備え、
前記抵抗発熱体の前記抵抗体は前記光導波路に沿って配置されている、というものである。
（５） 本発明の熱光学位相シフタでは、光導波路を加熱するために設けられた、上記（１）〜（３）に記載されたいずれかの前記抵抗発熱体とを備えており、前記抵抗発熱体の前記抵抗体は前記光導波路に沿って配置されている。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図は、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第１Ｂ図は、第１Ａ図の等価回路図である。
第２Ａ図は、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第２Ｂ図は、第２Ａ図の等価回路図である。
第３Ａ図は、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第３Ｂ図は、第３Ａ図の等価回路図である。
第４Ａ図は、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第４Ｂ図は、第４Ａ図の等価回路図である。
第５Ａ図〜第５Ｅ図は、本発明の第４施形態に係る抵抗発熱体の製造方法をその工程順に示す要部概略断面図である。
第６図は、本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタの構成を示す平面図である。
第７Ａ図は、従来の抵抗発熱体を示す平面図である。
第７Ｂ図は、第７Ａ図の等価回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明に係る抵抗発熱体について説明する。
本発明によれば、細線状の前記抵抗体は、前記第１接続点と前記第２接続点によって、複数の前記有効領域とそれ以外の非有効領域に分割される。複数の前記有効領域は、前記第１電極と前記第２電極に対して並列に接続されるから、窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を前記抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）が得られる。その結果、簡便な電子回路によって当該抵抗発熱体の発熱量を制御することが可能となる。
また、前記第１電極の枝の数と位置あるいは前記第２電極の枝の数と位置を変えることにより、前記有効領域の数と位置と長さを変えることができるから、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）を任意の値に調整することが容易に行える。
本発明の抵抗発熱体の好ましい例では、前記第１電極と前記第２電極つまり正負の電極が、前記抵抗体の長手方向に交互に並ぶことになるので、前記抵抗体のほぼ全体で発熱が生じる。よって、当該抵抗発熱体の長手方向の温度均一性が向上する、という利点が得られる。さらに、当該抵抗発熱体の長手方向の温度均一性の向上により、前記抵抗体それ自体の劣化を避けることが可能になるから、当該抵抗発熱体の長期信頼性が向上する、という利点も得られる。
本発明の抵抗発熱体の他の好ましい例では、前記有効領域の前記抵抗体の長手方向の長さが全て等しくなるように、前記第１接続点と前記第２接続点が配置される。この例では、前記有効領域のそれぞれで発生する熱量（発熱量）が同一となるため、当該抵抗発熱体の長手方向の温度均一性が向上し、前記抵抗体へのストレスも大幅に緩和することができる、という利点が得られる。加えて、前記第１電極と前記第２電極（例えば正電極と負電極）の間にある前記有効領域の電気抵抗値が全て同一となるため、設計や制御が簡便になって非常に扱いやすい、という利点もある。
本発明の抵抗発熱体のさらに他の好ましい例では、前記第１接続点および前記第２接続点の任意の二つが、前記抵抗体の両端にそれぞれ配置される。この例では、前記抵抗体の全体を有効利用することができるから、外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域数ｎだけで決定されることが分かる。これは、見かけの抵抗値Ｒ’が有効領域数ｎのみで設計できることを意味するから、設計の見通しが非常に良くなる、という利点も生じる。
本発明の抵抗発熱体のさらに他の好ましい例では、前記抵抗体が窒化チタンあるいは窒化タンタルを主成分とする材料から形成される。この例では、前記抵抗体用の材料の信頼性が向上すると共に、窒化チタン、窒化タンタルともに抵抗率が比較的大きいので、本発明の利点を最大限に利用することができる、という利点がある。
本発明の抵抗発熱体のさらに他の好ましい例では、前記第１電極および前記第２電極が、金、白金、クロム、チタン、銅、アルミ、窒化チタンおよび窒化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも２つを含む材料から形成される。この例では、前記第１電極および前記第２電極の電気抵抗値を前記抵抗体の電気抵抗値に比べて十分低くすることができるから、前記抵抗体での発熱をより効率的に行うことが可能となる、という利点がある。
このため、上述した本発明の抵抗発熱体と同様の効果が得られる。また、本発明の抵抗発熱体から発生する熱を効率的に利用することができる、という利点もある。
以下、本発明に係る抵抗発熱体の好適な実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施例）
第１Ａ図および第１Ｂ図は、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第１Ａ図に示すように、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体は、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０と、その抵抗体３０の片側（第１Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０に沿って配置された正電極１０と、抵抗体３０の正電極１０とは反対の側（第１Ａ図では、下側）に抵抗体３０に沿って配置された負電極２０とを備えている。
抵抗体３０は基板上に直線状に形成されており、その幅は全長にわたって一様で例えば１０μｍである。抵抗体３０の長さは例えば２ｍｍ、その厚さは例えば２００ｎｍである。ここでは、抵抗体３０はＴａＮまたはＴｉＮにより形成されている。
正電極１０は抵抗体３０に沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。負電極２０も抵抗体３０に沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。正電極１０と負電極２０はいずれも抵抗体３０に対して平行である。正電極１０と負電極２０は、いずれも抵抗体３０よりも抵抗率が十分小さい導電体から形成されている。ここでは、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の三層を積層してなる三層構造の導電体から形成されている。
正電極１０は、接続部１１と延長部１２と２本の枝部１３と１４を有している。接続部１１は、外部回路との接続に使用される、つまりボンディングパッドとして使用される。延長部１２はストライプ状で、接続部１１から抵抗体３０に平行に延在している。延長部１２は、抵抗体３０との間に枝部１３と１４を配置するために使用される。枝部１３と１４は、延長部１２よりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０と延長部１２に対して直交していると共に、抵抗体３０に沿って間隔を置いて配置されている。枝部１３は、接続点Ｐ２で抵抗体３０に接続されている。枝部１４は、接続点Ｐ３で抵抗体３０に接続されている。正電極１０の電気抵抗値は、抵抗体３０のそれに比べて十分に低く設定されている。
同様に、負電極２０は、接続部２１と延長部２２と２本の枝部２３と２４を有している。接続部２１は、外部回路との接続に使用される、つまりボンディングパッドとして使用される。延長部２２はストライプ状で、接続部２１から抵抗体３０に平行に延在している。延長部２２は、抵抗体３０との間に枝部２３と２４を配置するために使用される。枝部２３と２４は、延長部２２よりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０と延長部２２に対して直交していると共に、抵抗体３０に沿って間隔を置いて配置されている。枝部２３は、接続点Ｐ１で抵抗体３０に接続されている。枝部２４は、接続点Ｐ４で抵抗体３０に接続されている。負電極２０の電気抵抗値も、抵抗体３０のそれに比べて十分に低く設定されている。
正電極１０の枝部１３と１４の接続点Ｐ２とＰ３は、抵抗体３０の長手方向にずれた位置にある。負電極２０の枝部２３と２４の接続点Ｐ１とＰ４も、抵抗体３０の長手方向にずれた位置にある。負電極２０の接続点Ｐ１はさらに、正電極１０の接続点Ｐ２とＰ３に対して、抵抗体３０の長手方向にそれぞれずれた位置にある。負電極２０の接続点Ｐ４も、正電極１０の接続点Ｐ２とＰ３に対して、抵抗体３０の長手方向にそれぞれずれた位置にある。つまり、接続点Ｐ１〜Ｐ４はすべて異なった位置に設定されているのである。
接続点Ｐ１〜Ｐ４を以上のように設定した結果、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体（第１Ａ図および第１Ｂ図参照）では、抵抗体３０のうち、正電極１０の接続点Ｐ２と負電極２０のＰ１との間にある抵抗体３０の部分３１と、正電極４０の接続点Ｐ３と負電極２０のＰ４との間にある抵抗体３０の部分３２とが、有効領域として機能する。これらの有効領域３１と３２以外の部分は、「抵抗部」としては使用されない非有効領域である。
正電極１０に所定の電源電圧を印加すると共に負電極２０を接地電位にすると、正電極１０から負電極２０に向かって電流が流れる。その場合、正電極１０の枝部１３から抵抗体３０の有効領域３１を通って負電極２０の枝部２３に電流が流れ、同時に正電極１０の枝部１４から抵抗体３０の有効領域３２を通って負電極２０の枝部２４に電流が流れる。正電極１０の枝部１３と１４の間には流れない。枝部１３と１４の電位は同じだからである。当然のことながら、抵抗体３０の両端部、即ち負電極２０の枝部２３より左側の部分と負電極２０の枝部２４より右側の部分にも電流は流れない。
有効領域３１の電気抵抗値をＲ１、有効領域３２の電気抵抗値をＲ２とし、正電極１０と負電極２０の電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０の等価回路図は第１Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）は、二つの抵抗Ｒ１とＲ２を並列接続した値に等しい。よって、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を、抵抗体３０の持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下させることができる。
以上述べたように、本発明の第１実施例の抵抗発熱体（第１Ａ図および第１Ｂ図参照）では、ＴａＮやＴｉＮのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体３０に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値が得られる。その結果、簡便な電子回路によって当該抵抗発熱体の発熱量を制御することが可能となる。
また、正電極１０の枝の数と位置あるいは負電極２０の枝の数と位置を適宜変えることにより、抵抗体３０の有効領域の数と位置と長さを任意に変えることができるから、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を任意の値に調整することが容易に行える。
よって、制御回路、駆動回路等と電源を共通化することにより、小型で使い勝手の良い発熱素子を作製することが可能である。
第７Ａ図および第７Ｂ図は、比較例としての、従来の抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。第７Ａ図の従来の抵抗発熱体は、細線状の抵抗体１３０の両端に正電極１１０と負電極１２０をそれぞれ接続したものである。したがって、その等価回路は第７Ｂ図のようになり、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値は抵抗体１３０の持つ電気抵抗値Ｒに等しくなる。よって、いったん抵抗体１３０が形成されると、その後に当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を調整することは不可能である。
本発明の第１実施例の抵抗発熱体の構成を一般化すると、次のようになる。
外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値をＲ’とし、その抵抗発熱体の各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合をそれぞれｍ１、ｍ２、・・・、ｍｎ（ｎは有効領域の数であり、ｎ≠０）とすると、ｍ１、ｍ２、・・・、ｍｎ＜１である。この場合、次の数式（１）が成り立つ。
（１／Ｒ’）＝（１／Ｒ）×｛（１／ｍ１）＋（１／ｍ２）＋・・・＋（１／ｍｎ）｝ ・・・（１）
ｍ１〜ｍｎはいずれも１より小であるから、Ｒ’＜Ｒである。したがって、第７Ａ図および第７Ｂ図に示す従来の抵抗発熱体よりも見かけの電気抵抗値を下げられることが分かる。
（第２実施例）
第２Ａ図および第２Ｂ図は、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第２Ａ図に示すように、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体は、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ａと、その抵抗体３０Ａの片側（第２Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０Ａに沿って配置された正電極１０Ａと、抵抗体３０Ａの正電極１０Ａとは反対の側（第２Ａ図では、下側）に抵抗体３０Ａに沿って配置された負電極２０Ａとを備えている。
抵抗体３０Ａのその他の構成は、第１実施例の抵抗体３０と同じであるから、その説明は省略する。
正電極１０Ａは抵抗体３０Ａに沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。負電極２０Ａも抵抗体３０Ａに沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。正電極１０Ａと負電極２０Ａはいずれも抵抗体３０Ａに対して平行である。正電極１０Ａと負電極２０Ａは、いずれも抵抗体３０Ａよりも抵抗率が十分小さい導電体から形成されている。
正電極１０Ａは、接続部１１Ａと延長部１２Ａと３本の枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａを有している。接続部１１Ａは、外部回路との接続に使用される。延長部１２Ａはストライプ状で、接続部１１Ａから抵抗体３０Ａに平行に延在している。延長部１２Ａは、抵抗体３０Ａとの間に枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａを配置するために使用される。枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａは、延長部１２Ａよりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０Ａと延長部１２Ａに対して直交していると共に、抵抗体３０Ａに沿って間隔を置いて配置されている。
枝部１３Ａは、接続点Ｐ１１で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部１４Ａは、接続点Ｐ１３で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部１５Ａは、接続点Ｐ１５で抵抗体３０Ａに接続されている。正電極１０Ａの電気抵抗値は、抵抗体３０Ａのそれに比べて十分に低く設定されている。
同様に、負電極２０Ａは、接続部２１Ａと延長部２２Ａと３本の枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａを有している。接続部２１Ａは、外部回路との接続に使用される。延長部２２Ａはストライプ状で、接続部２１Ａから抵抗体３０Ａに平行に延在している。延長部２２Ａは、抵抗体３０Ａとの間に枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａを配置するために使用される。枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａは、延長部２２Ａよりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０Ａと延長部２２Ａに対して直交していると共に、抵抗体３０Ａに沿って間隔を置いて配置されている。
枝部２３Ａは、接続点Ｐ１２で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部２４Ａは、接続点Ｐ１４で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部２５Ａは、接続点Ｐ１６で抵抗体３０Ａに接続されている。負電極２０Ａの電気抵抗値も、抵抗体３０Ａのそれに比べて十分に低く設定されている。
正電極１０Ａの枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５は、抵抗体３０Ａの長手方向にずれた位置にある。負電極２０Ａの枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａの接続点Ｐ１２とＰ１４とＰ１６も、抵抗体３０Ａの長手方向にずれた位置にある。負電極２０Ａの接続点Ｐ１２はさらに、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５に対して、抵抗体３０Ａの長手方向にそれぞれずれた位置にある。負電極２０Ａの接続点Ｐ１４も、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５に対して、抵抗体３０Ａの長手方向にそれぞれずれた位置にある。負電極２０Ａの接続点Ｐ１６も、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５に対して、抵抗体３０Ａの長手方向にそれぞれずれた位置にある。つまり、接続点Ｐ１１〜Ｐ１６はすべて異なった位置に設定されているのである。
接続点Ｐ１１〜Ｐ１６を以上のように設定した結果、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体（第２Ａ図および第２Ｂ図参照）では、抵抗体３０Ａのうち、部分３１Ａと、部分３２Ａと、部分３３Ａと、部分３４Ａと、部分３５Ａとが、有効領域として機能する。これら５つの有効領域３１Ａと３２Ａと３３Ａと３４Ａと３５Ａ以外の部分は、「抵抗部」としては使用されない非有効領域である。尚、部分３１Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１と負電極２０ＡのＰ１２との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。部分３２Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１３と負電極２０ＡのＰ１２との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。部分３３Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１３と負電極２０ＡのＰ１４との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。部分３４Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１５と負電極２０ＡのＰ１４との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。そして、部分３５Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１５と負電極２０ＡのＰ１６との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。
正電極１０Ａに所定の電源電圧を印加すると共に負電極２０Ａを接地電位にすると、正電極１０Ａから負電極２０Ａに向かって電流が流れる。その場合、正電極１０Ａの枝部１３Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３１Ａを通って負電極２０Ａの枝部２３Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１４Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３２Ａを通って負電極２０Ａの枝部２３Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１４Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３３Ａを通って負電極２０Ａの枝部２４Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１５Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３４Ａを通って負電極２０Ａの枝部２４Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１５Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３５Ａを通って負電極２０Ａの枝部２５Ａに電流が流れる。正電極１０Ａの枝部１３Ａ（接続点Ｐ１１）より外側と負電極２０Ａの枝部２５Ａ（接続点Ｐ１６）の外側には流れない。
有効領域３１Ａ〜３５Ａの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５とし、正電極１０Ａと負電極２０Ａの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ａの等価回路図は第２Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、５つの分割抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した値に等しい。よって、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、抵抗体３０Ａの持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下する。
よって、本発明の第２実施例の抵抗発熱体では、本発明の第１実施例の抵抗発熱体の場合と同様の効果が得られる。また、抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’を第１実施例の抵抗発熱体のそれよりも低くすることができる効果がある。
さらに、本発明の第２実施例の抵抗発熱体では、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５と、負電極２０Ａの接続点Ｐ１２とＰ１４とＰ１６とが、抵抗体３０Ａの長手方向に沿って交互に配置されているため、隣接する接続点に挟まれた抵抗体３０Ａの部分はすべて有効領域となる。よって、非有効領域は抵抗体３０Ａの両端部を除いて完全に消滅することになる。これは、抵抗体３０Ａの利用可能領域を最大限活用できることを意味する。したがって、抵抗体３０Ａのほぼ全ての領域で発熱させることができ、温度均一性が向上する。さらには、発熱作用を第１実施例よりも広い有効領域が負担するため、抵抗体３０Ａにかかる負荷が分散され、抵抗発熱体自体の劣化を避けることができる等の利点もある。
（第３実施例）
第３Ａ図および第３Ｂ図は、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第３Ａ図に示すように、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体は、第１実施例と同様に、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ｂと、その抵抗体３０Ｂの片側（第３Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０Ｂに沿って配置された正電極１０Ｂと、抵抗体３０Ｂの正電極１０Ｂとは反対の側（第３Ａ図では、下側）に抵抗体３０Ｂに沿って配置された負電極２０Ｂとを備えている。
抵抗体３０Ｂのその他の構成は、第１実施例の抵抗体３０と同じであるから、その説明は省略する。
正電極１０Ｂの構成は、３本の枝部１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂを有していることを除き、第１実施例の正電極１０と同じである。尚、１１Ｂは接続部、１２Ｂは延長部である。
正電極１０Ｂの枝部１３Ｂは、接続点Ｐ２１で抵抗体３０Ｂに接続されている。枝部１４Ｂは、接続点Ｐ２３で抵抗体３０Ｂに接続されている。枝部１５Ｂは、接続点Ｐ２４で抵抗体３０Ｂに接続されている。
負電極２０Ｂの構成は、第１実施例の負電極２０と同じである。尚、２１Ｂは接続部、２２Ｂは延長部、２３Ｂと２４Ｂは枝部である。
負電極２０Ｂの枝部２３Ｂは、接続点Ｐ２２で抵抗体３０Ｂに接続されている。枝部２４Ｂは、接続点Ｐ２５で抵抗体３０Ｂに接続されている。
本実施例では、抵抗体３０Ｂの接続点Ｐ２１とＰ２２の間に有効領域３１Ｂが形成され、接続点Ｐ２２とＰ２３の間に有効領域３２Ｂが形成され、接続点Ｐ２４とＰ２５の間に有効領域３３Ｂが形成される。接続点Ｐ２１〜Ｐ２５の位置は、これらの三つの有効領域３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂの長さが互いに等しくなるように設定されている。このため、有効領域３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂの電気抵抗値が全て等しくなる。
有効領域３１Ｂ〜３３Ｂの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３（ただし、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３）とし、正電極１０Ｂと負電極２０Ｂの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ｂの等価回路図は第３Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、３つの分割抵抗Ｒ１〜Ｒ３を並列接続した値に等しい。よって、その見かけの電気抵抗値Ｒ’は、抵抗体３０Ｂの持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下する。
このように、本発明の第３実施例の抵抗発熱体では、本発明の第１実施例の抵抗発熱体の場合と同様の効果が得られる。
さらに、外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域の数をｎ（ｎ≠０）、各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合をそれぞれｍ（ｍ＜１）とすると、次の数式（２）が成り立つ。
１／Ｒ’＝（１／Ｒ）×（ｎ／ｍ） ・・・（２）
したがって、抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’を、抵抗発熱体の有効領域の数ｎと、各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合ｍとによって、容易に決定することができる、という利点もある。
（第４実施例）
第４Ａ図および第４Ｂ図は、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第４Ａ図に示すように、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体は、第１実施例のそれと同様に、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ｃと、その抵抗体３０Ｃの片側（第４Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０Ｃ沿って配置された正電極１０Ｃと、抵抗体３０Ｃの正電極１０Ｃとは反対の側（第４Ａ図では、下側）に抵抗体３０Ｃに沿って配置された負電極２０Ｃとを備えている。
抵抗体３０Ｃのその他の構成は、接続点Ｐ３１の外側部分と接続点Ｐ３６の外側部分が除去されている、換言すれば、接続点Ｐ３１と接続点Ｐ３６が抵抗体３０Ｃの両端にそれぞれ配置されていることを除いて、第２Ａ図および第２Ｂ図の第２実施例の抵抗体３０Ａと同じであるから、その説明は省略する。
正電極１０Ｃの構成は、３本の枝部１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃの位置が異なっている点を除き、第２実施例の正電極１０Ａと同じである。尚、１１Ｃは接続部、１２Ｃは延長部である。
正電極１０Ｃの枝部１３Ｃは、接続点Ｐ３１で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部１４Ｃは、接続点Ｐ３３で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部１５Ｃは、接続点Ｐ３５で抵抗体３０Ｃに接続されている。
負電極２０Ｃの構成は、３本の枝部２３Ｃ、２４Ｃ、２５Ｃの位置が異なっている点を除き、第２実施例の負電極２０Ａと同じである。尚、２１Ｃは接続部、２２Ｃは延長部である。
負電極２０Ｃの枝部２３Ｃは、接続点Ｐ３２で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部２４Ｃは、接続点Ｐ３４で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部２５Ｃは、接続点Ｐ３６で抵抗体３０Ｃに接続されている。
本実施例では、抵抗体３０Ｃの接続点Ｐ３１とＰ３２の間に有効領域３１Ｃが形成され、接続点Ｐ３２とＰ３３の間に有効領域３２Ｃが形成され、接続点Ｐ３３とＰ３４の間に有効領域３３Ｃが形成され、接続点Ｐ３４とＰ３５の間に有効領域３４Ｃが形成され、接続点Ｐ３５とＰ３６の間に有効領域３５Ｃが形成される。接続点Ｐ３１〜Ｐ３６の位置は、これらの５つの有効領域３１Ｃ、３２Ｃ、３３Ｃ、３４Ｃ、３５Ｃの長さが互いに等しくなるように設定されている。このため、有効領域３１Ｃ、３２Ｃ、３３Ｃ、３４Ｃ、３５Ｃの電気抵抗値が全て等しくなる。
有効領域３１Ｃ〜３５Ｃの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５（ただし、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５）とし、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ｃの等価回路図は第４Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、５つの分割抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した値に等しい。よって、その見かけの電気抵抗値Ｒ’は、抵抗体３０Ｃの持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下する。
このように、本発明の第４実施例の抵抗発熱体では、本発明の第１実施例の抵抗発熱体の場合と同様の効果が得られる。
また、外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域の数をｎ（ｎ≠０）、各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合をそれぞれｍ（ｍ＜１）とすると、上記数式（２）が成り立つ。そして、本発明の第４実施例の抵抗発熱体では、抵抗体３０Ｃの両端に正電極１０Ｃの枝１３Ｃと負電極２０Ｃの枝２５Ｃがそれぞれ接続されているため、抵抗体３０Ｃの全体を有効利用することができる。したがって、
ｍ×ｎ＝１ ・・・（３）
が成り立つ。
数式（３）を数式（２）に代入すれば、次の数式（４）が得られる。
Ｒ’＝Ｒ／（ｎ２） ・・・（４）
即ち、抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域数ｎだけで決定されることが分かる。これは、見かけの抵抗値Ｒ’が有効領域数ｎのみを考慮して設計できることを意味するから、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体では、第３実施例で得られる効果に加えて設計の見通しが非常に良くなる、という利点も生じる。
次に、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体（第４Ａ図および第４Ｂ図参照）の製造方法について説明する。
第５Ａ図〜第５Ｅ図はその製造方法を工程順に示す要部断面図である。ここでは、抵抗体３０Ｃの材料として抵抗率が２００μΩ・ｃｍのＴｉＮを用いる。特開２０００−２９４７３８号公報や特開平６−３４９２５号公報に開示されているように、ＴｉＮは、ＴａＮと同様に化学的に非常に安定であり、これを使用すると、優れた長期信頼性が得られる。
先ず最初に、第５Ａ図に示すように、絶縁基板５０の上に、スパッタリング法によってＴｉＮ層５１（例えば厚さ２００ｎｍ）、アルミニウム（Ａｌ）層５２（例えば厚さ２００ｎｍ）、チタン（Ｔｉ）層５３（例えば厚さ１００ｎｍ）、金（Ａｕ）層（例えば厚さ５００ｎｍ）をこの順に積層形成する。絶縁基板５０としては、ガラス基板、セラミック基板、シリコン基板上にシリカ膜を形成したもの等を使用できる。スパッタリング法に代えて、反応性スパッタリング法や電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法なども使用できる。ここではＴｉＮ層５１が抵抗体３０Ｃとして使用されるが、ＴａＮあるいはそれ以外の材料でもよい。Ａｌ層５２とＴｉ層５３とＡｕ層５４は、三層構造の導電層を形成し、パターン化した後に正電極１０Ｃと負電極２０Ｃとして使用される。Ａｌ層５２とＴｉ層５３に代えて、銅（Ｃｕ）層、クロム（Ｃｒ）層、白金（Ｐｔ）層の三層構造としてもよいし、それ以外の導電層でもよい。
次に、第５Ｂ図に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、Ａｕ層５４の上にパターン化されたフォトレジスト層６０を形成する。このフォトレジスト層６０は、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの持つ形状にＡｌ層５２とＴｉ層５３とＡｕ層５４をエッチングする際のマスクとして使用される。
そして、フォトレジスト層６０をマスクとして、Ａｕ層５４、Ｔｉ層５３、Ａｌ層５２の順にエッチングを行い、第５Ｃ図に示すように、これら三層よりなる正電極１０Ｃと負電極２０Ｃを形成する。この時のエッチングには、ウェットエッチング法や、ミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチング法を任意に使用できる。
フォトレジスト層６０を除去し、正電極１０Ｃと負電極２０ＣやＴｉＮ層５１の表面を洗浄してから、第５Ｄ図に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、ＴｉＮ５１の上にパターン化されたフォトレジスト層６１を形成する。このフォトレジスト層６１は、抵抗体３０Ｃの持つ細線形状に窒化チタン層５１をエッチングする際のマスクとして使用される。
そして、フォトレジスト層６１をマスクとして、ＴｉＮ層５１のエッチングを行い、第５Ｅ図に示すように、ＴｉＮ５１よりなる抵抗体３０Ｃを形成する。このエッチングの際には、ウェットエッチング法や、ミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチング法を任意に使用できる。こうして、第４Ａ図および第４Ｂ図に示すような第４実施例の抵抗発熱体が完成する。
ＴｉＮ５１よりなる抵抗体３０Ｃは、ここでは、幅が１０μｍ、長さが２ｍｍ、厚さが２００ｎｍとしている。この場合、ＴｉＮの抵抗率が２００μΩ・ｃｍであるから、抵抗体３０Ｃを用いて第７Ａ図および第７Ｂ図に示す従来の抵抗発熱体の構成とした場合には、その電気抵抗値は２ｋΩとなる。この構成で３００ｍＷの発熱をさせようとすると、１７Ｖ以上の電源電圧が必要となる。他方、電子回路の電源電圧は３Ｖ〜１２Ｖ程度であるから、抵抗発熱体と電子回路とで電源の共通化を行うのは不可能である。抵抗発熱体専用の電源を設計することが必要となる。
しかし、ＴｉＮ５１よりなる抵抗体３０Ｃを用いて第４Ａ図および第４Ｂ図に示す第４実施例の抵抗発熱体のように構成すると、抵抗発熱体の有効領域数ｎ＝５であるから、上記数式（４）より、見かけの抵抗Ｒ’は、
Ｒ’＝２ｋΩ／（５２）＝８０Ω
となる。この場合に３００ｍＷの発熱をさせようとすると、必要な電源電圧は４．９Ｖである。よって、抵抗発熱体と電子回路とで電源の共通化を行うことは十分可能である。
仮に、抵抗発熱体の有効領域数ｎ＝８とすると、見かけの抵抗Ｒ’は、
Ｒ’＝２ｋΩ／（８２）＝３１．２５Ω
となり、３００ｍＷの発熱を得るために必要な電源電圧は３．１Ｖ程度となる。よって、抵抗発熱体と電子回路とで電源の共通化を行うことがいっそう容易となることが分かる。
ここで、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃ用の材料について説明する。正電極１０Ｃと負電極２０Ｃ用の材料としては、金、白金、クロム、チタン、銅、アルミ、窒化チタンおよび窒化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも２つを含む材料を使用するのが好ましいが、これら以外の導電性材料も使用可能であることは言うまでもない。
本発明の抵抗発熱体では、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃ用の材料の持つ比抵抗の値が重要である。即ち、極端な場合として、第７Ａ図および第７Ｂ図に示した従来の抵抗発熱体の構成を採用し、正電極１１０と負電極１２０用の材料の持つ比抵抗値が、抵抗体１３０のそれと同一であったと仮定する。一般的に言えば、正電極と負電極の全長が、抵抗体１３０の全長と同じかそれ以上になることは珍しくない。そこで、正電極１１０と負電極１２０の全長が抵抗体１３０の長さに等しいと仮定すると、投入した電力の半分は正電極１１０と負電極１２０により消費されることになる。即ち、３００ｍＷの発熱を抵抗体１３０で得るために６００ｍＷの電力を投入しなければならなくなる。
同じ状況で第４Ａ図および第４Ｂ図に示す第４実施例に係る抵抗発熱体の構成を採用すると、第７Ａ図および第７Ｂ図の従来の抵抗発熱体よりも正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの全長が長くなるため、抵抗体３０Ｃの見掛けの電気抵抗値Ｒ’はその従来の抵抗発熱体よりも減少するが、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの合計電気抵抗値は増加することになる。したがって、抵抗体３０Ｃによる発熱よりも正電極１０Ｃと負電極２０Ｃによる発熱の方が支配的になる、といった問題が生じることになる。このため、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの抵抗値は、抵抗体３０Ｃのそれに比べて十分に低く設計する必要がある。
第４実施例で使用したＡｌ層５２とＴｉ層５３とＡｕ層５４の三層構造からなる正電極１０Ｃと負電極２０Ｃでは、正電極１０Ｃの接続部（ボンディングパッド）１１Ｃからその接続点Ｐ３１、Ｐ３３、Ｐ３５までの電気抵抗値は１〜３Ω程度であり、負電極２０Ｃの接続部（ボンディングパッド）２１Ｃからその接続点Ｐ３２、Ｐ３４、Ｐ３６までの電気抵抗値も１〜３Ω程度である。したがって、抵抗体３０Ｃの有効領域数ｎが５の場合（第４Ａ図および第４Ｂ図参照）には、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃそれぞれの電気抵抗値を、抵抗体３０Ｃの電気抵抗値の４％未満の値に抑えることが可能である。抵抗体３０Ｃの有効領域数ｎを８とした場合であっても、抵抗体３０Ｃの電気抵抗値の１０％以下に抑えることができる。
（第５実施例）
第６図は、本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタの構成を示す平面図である。この熱光学位相シフタで使用されている抵抗発熱体は、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体と実質的に同一の構成を持つ。
本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタでは、絶縁性基板（図示せず）の中に当該基板に沿って延在する直線状の光導波路が形成されており、第６図にはその光導波路のコア７０のみが概念的に示されている。光導波路コア７０は、図示しないクラッド層によって囲まれている。
この熱光学位相シフタで使用されている抵抗発熱体は、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ｄと、その抵抗体３０Ｄの片側（第６図では、上側）に当該抵抗体３０Ｄに沿って配置された正電極１０Ｄと、抵抗体３０Ｄの正電極１０Ｄとは反対の側（第６図では、下側）に抵抗体３０Ｄに沿って配置された負電極２０Ｄとを備えている。
抵抗体３０Ｄの構成は、第４Ａ図および第４Ｂ図の第４実施例の抵抗体３０Ｃと同じである。抵抗体３０Ｄは、光導波路コア７０を囲むクラッド層の上に配置されており、光導波路コア７０に平行に延在している。
正電極１０Ｄは、接続部１１ＤとＬ字状に形成された延長部１２Ｄと３本の直線状の枝部１３Ｄ、１４Ｄ、１５Ｄを備えている。枝部１３Ｄは、一端にある接続点Ｐ４１で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部１４Ｄは、接続点Ｐ４３で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部１５Ｄは、接続点Ｐ４５で抵抗体３０Ｄに接続されている。
負電極２０Ｄは、接続部２１Ｄと直線状の延長部２２Ｄと３本の直線状の枝部２３Ｄ、２４Ｄ、２５Ｄを備えている。枝部２３Ｄは、接続点Ｐ４２で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部２４Ｄは、接続点Ｐ４４で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部２５Ｄは、他端にある接続点Ｐ４６で抵抗体３０Ｄに接続されている。
抵抗体３０Ｄの接続点Ｐ４１とＰ４２の間に有効領域３１Ｄが形成され、接続点Ｐ４２とＰ４３の間に有効領域３２Ｄが形成され、接続点Ｐ４３とＰ４４の間に有効領域３３Ｄが形成され、接続点Ｐ４４とＰ４５の間に有効領域３４Ｄが形成され、接続点Ｐ４５とＰ４６の間に有効領域３５Ｄが形成される。接続点Ｐ４１〜Ｐ４６の位置は、これら５つの有効領域３１Ｄ、３２Ｄ、３３Ｄ、３４Ｄ、３５Ｄの長さが互いに等しくなるように設定されている。このため、有効領域３１Ｄ、３２Ｄ、３３Ｄ、３４Ｄ、３５Ｄの電気抵抗値が全て等しくなる。
有効領域３１Ｄ〜３５Ｄの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５（ただし、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５）とし、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ｃの等価回路図は第４Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第５実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、５つの抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した値に等しい。
本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタでは、抵抗発熱体に電流を流して抵抗体３０Ｄにより熱を発生させ、生じた熱で光導波路コア７０の温度を上げてその屈折率を変化させることにより、当該光導波路を伝播する光の位相を変化させることができる。
抵抗体３０Ｄで消費される電力をなるべく抑えるには、光導波路コア７０を効率よく加熱する必要がある。抵抗体３０Ｄで生成される熱はガラス製のクラッド層を通して光導波路コア７０に伝達されるため、光導波路コア７０と発熱源である抵抗体３０Ｄとの距離を光学特性に影響を与えない距離まで、可能な限り近づけて配置するのが好ましい。本実施例では、この点を考慮して、抵抗体３０Ｄが光導波路コア７０の近傍にそれ対して平行に形成・配置されているため、抵抗体３０Ｄとコア７０の距離を最短に保ち、抵抗体３０Ｄで発生した熱を効率良くコア７０に伝達することができる。また、コア７０を加熱する領域において光導波方向における温度均一性が保たれるから、熱応力による光学特性の悪化を抑えることもできる。
（変形例）
上述した第１〜第５の実施例は本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、正負両電極の接続部、延長部、枝部の数と位置と形状は、必要に応じて任意に変更が可能である。
以上詳述したように、本発明によれば、窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）が得られる。その結果、簡便な電子回路によって当該抵抗発熱体の発熱量を制御することが可能となる。また、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を任意の値に調整することが容易に行える。このため、本発明は簡便な電子回路により制御可能な細線状の抵抗発熱体を実現する上で極めて有用である。
【図６】
【技術分野】
本発明は、電流を流してジュール熱を発生させるために使用される抵抗発熱体に関し、特に、細線状の抵抗体の形状を変えることなく、見かけの（即ち、外部から見た）電気抵抗値を任意に調整可能な抵抗発熱体に関する。
【背景技術】
薄膜抵抗体に電流を流すことによってジュール熱を発生させる「抵抗発熱体」は、様々な分野で広く使用されているが、その一つにシリコンなどの半導体材料上や回路基板上に形成される微小サイズの抵抗発熱体がある。この種の抵抗発熱体については、微小サイズであることに起因する問題を解決するために多くの工夫がなされて来た。例えば、特開昭５８−１３４７６４号公報、特開平３−１６４２７０号公報、特開昭６１−２１９６６６号公報、特許第２８１１２０９号公報等を参照。これらの抵抗発熱体に関する技術は通常、ある特定の微小領域（数μｍ四方程度）を暖めるため、あるいは、搭載されている半導体素子を暖めるために、数ｍｍ四方から数ｃｍ四方といった比較的大面積の領域を加熱することを目的として使用される。
正方形領域あるいは縦横比が小さく正方形に近い長方形領域を加熱する場合、その領域内における抵抗発熱体の形状には、あまり制約はない。このため、当該領域内に所望の温度分布が実現できるように抵抗発熱体の形状を設定することにより、所望の目的を果たすことが容易である。また、抵抗発熱体の持つ電気抵抗値についても、特開昭５８−１３４７６４号公報に開示されているように、シート状抵抗発熱体に多数の穴を開けることが可能であるから、その穴の大きさと数を調整することにより、所望の電気抵抗値を得ることも容易である。
このように、正方形領域あるいは正方形に近い長方形領域を加熱するための抵抗発熱体については、それが生成する温度分布および抵抗発熱体それ自身の電気抵抗値についても、抵抗発熱体の形状を調整することで対応が可能である。
尚、抵抗発熱体の持つ電気抵抗値は、外部に設けられる抵抗発熱体駆動回路の最大電圧値などの必要能力を決める重要な値である。抵抗値が大きいと駆動回路に極めて大きな電圧が必要となるため、温度調整などに使用する制御回路（通常、半導体で構成される）の電源電圧（５〜１２Ｖ程度）を考えると、両回路で電源を共通化できない等の問題が生じる。このため、抵抗発熱体の持つ電気抵抗値の調整が必要となるのである。
他方、光通信分野で用いられる「熱光学位相シフタ」等の光学部品も、抵抗発熱体を含んでいる（例えば、特開平６−３４９２６号公報参照）。この種光学部品の抵抗発熱体に内蔵された抵抗体は、その幅が数μｍから数十μｍ程度であるのに対し、その長さが２〜５ｍｍ程度であってその幅に比べると非常に長い。つまり、この種光学部品に使用される抵抗発熱体では、上述した場合とは異なり、抵抗体が微細な細線状（微細なストライプ状）となっているのである。これは、例えば熱光学位相シフタについて言えば、その光導波路部分は、その幅が５μｍ程度、その長さが２〜５ｍｍ以上の細線状であるため、このような形状の光導波路部分のみを選択的に加熱するための抵抗発熱体では、抵抗体も同様の細線状であることが必要だからである。
この場合、細線状とした抵抗体の幅が数μｍ程度しかないことから、上述した場合のように抵抗体それ自体の形状を工夫することによってその電気抵抗値を任意に設定する、といった手法を採ることは困難である。そのような抵抗体の形状を実現するには非常に微細な加工が必要となるからである。
また、熱光学位相シフタの形成に使用する半導体プロセスに起因する理由により、抵抗体は、通常は数百ｎｍ程度にしか成膜することができない。このため、細線状抵抗体の厚みについても限界がある。細線状抵抗体を形成するための材料についても、光導波路部分を形成するガラス材料との密着性や加工性、安定性などを考慮すると、選択範囲はそれほど広くない。
以上述べたように、熱光学位相シフタ等の光学部品に使用する抵抗発熱体については、抵抗体の形状が細線状でなければならないという制約から、抵抗体それ自体の形状に工夫を加えることで所望の電気抵抗値特性を持った加熱素子（特に低い電気抵抗値を持つ加熱素子）を製作することは、非常に困難である。しかも、その製法上並びに材料上の制約から、必要に応じて抵抗発熱体の厚さを調整する、あるいは必要に応じて使用する材料を変更する、といった対応も容易ではない。
本発明に関連する他の従来技術としては、次のようなものがある。
特開平２００１−３０１２１９号公報には、細線状抵抗体を使用したサーマルプリントヘッドが開示されている。このサーマルプリントヘッドは、その請求項１に記載されているように、「ライン状を成す抵抗体と、電源線、グランド線を有するとともに集積回路装置を搭載し、該集積回路装置が前記抵抗体を介して前記電源線に接続される第１電極とグランド線に接続される第２電極とを有するトランジスタを複数内蔵しており、前記トランジスタが導通することにより前記抵抗体に流れる電流によって前記抵抗体が発熱するサーマルプリントヘッドにおいて、前記集積回路装置は前記第２電極をグランド線に接続するパッドを複数個有していることを特徴とする」ものである。そして、このような構成とすることにより、「トランジスタの第２電極をパッドに接続する配線を可及的に短くすることができ、その分、配線抵抗が小さくなるとともに、各トランジスタ間の配線抵抗バラツキが少なくなる。その結果、無駄な電力消費が低減され、携帯型のサーマルプリントヘッドでは電池寿命が延びる。また、配線抵抗による電圧降下を小さくできるので、出力電圧の低い電池電源を使って駆動することもできる。さらに、各トランジスタ間の配線抵抗バラツキが少なくなり、抵抗体部分の発熱バラツキも改善されるので、サーマルプリントヘッドによって形成される画像の質も向上する」とされている。
特開平２００１−３０１２１９号公報に開示されたサーマルプリントヘッドでは、前記抵抗体と前記電源線とは、間隔をおいて配置された複数の配線によって互いに接続されており、また、前記トランジスタの各々の第１電極は配線を介して前記抵抗体に接続されている。前記トランジスタの前記第１電極と前記第２電極は、例えばＭＯＳトランジスタのドレインとソースをそれぞれ意味している。前記集積回路装置内の一つのトランジスタがＯＮすると、前記抵抗体を介して前記電源線から前記グランド線に向かって当該トランジスタに電流が流れる。その電流は、前記電源線と前記抵抗体とを接続する２本の配線と、それら２本の配線で挟まれた前記抵抗体の部分を通過して流れるので、当該抵抗体のその部分のみを選択的に発熱させることができる。
さらに、特開平２００２−００８９０１号公報には、薄膜抵抗体、ハイブリッドＩＣ及びＭＭＩＣ（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が開示されている。この薄膜抵抗体は、「薄膜抵抗に接続される第１電極と第２電極を、これら両電極の対向する方向に対して細長い凸凹形状にそれぞれ形成すると共に、前記第１電極の凸凹形状の電極片の側辺と前記第２電極の凸凹形状の電極片の側辺が所定の間隔となるようにし、さらに、互いに対向する前記側辺間にそれぞれ薄膜抵抗を形成する」というものである。即ち、この薄膜抵抗体は、前記第１電極の先端部を櫛形にして凸凹形状の電極片を形成すると共に、前記第２電極の先端部を櫛形にして凸凹形状の電極片を形成し、前記第１電極の櫛形電極片の間の隙間に前記第２電極の櫛形電極片をそれぞれ挿入して、両電極片を互いに係合させたものである。そして、係合せしめられた櫛形電極片の各々の間の隙間に分割して薄膜抵抗を配置している。
このような構成とすることにより、「当該薄膜抵抗体の全体形状が線路幅に近似した寸法に形成可能となり、その結果、薄膜抵抗体の形成部位においても所定の特性インピーダンスで形成できる」、とされている。
抵抗発熱体の動作安定性と信頼性を最も重視した場合に、抵抗体によく使用される材料は、窒化タンタル（ＴａＮ）である。ＴａＮは、安定成膜領域での抵抗率が通常２００〜３００μΩ・ｃｍ程度と大きいから、半導体回路用の薄膜ヒーターとして使用した場合の電気抵抗値はかなり高くなる。例えば、ＴａＮ膜を厚さ２００ｎｍ、幅１０μｍ、長さ２ｍｍの細線状に加工した場合、その電気抵抗値は２〜３ｋΩとなる。このような電気抵抗値を持つＴａＮ製の細線状抵抗体を用いて３００ｍＷの発熱を得ようとすると、当該細線状抵抗体の駆動に必要な電源電圧は１７〜３０Ｖという非常に大きな値となってしまう。
よって、ＴａＮ製の細線状抵抗体を用いて小型で制御性に優れた発熱素子を製作しようとしても、駆動電源の大型化という問題が生じることから、その実現は不可能である。これは、ＴａＮと同様の比較的大きい抵抗率を持つ窒化チタン（ＴｉＮ）についても言えることである。
【発明の開示】
そこで、本発明の目的とするところは、窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）が得られる、細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体と、その抵抗発熱体を備えた熱光学位相シフタを提供することにある。
本発明の他の目的は、見かけの電気抵抗値を任意の値に調整することが容易に行える、細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体と、その抵抗発熱体を備えた熱光学位相シフタを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、簡便な電子回路により発熱量を制御することが可能な、細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体と、その抵抗発熱体を備えた熱光学位相シフタを提供することにある。
尚、上記の特開平２００１−３０１２１９号公報に開示されたサーマルプリントヘッドでは、前記電源線と細線状の前記抵抗体とを接続する２本の配線で挟まれた前記抵抗体の部分を通過して電流が流れ、それによって当該抵抗体のその部分のみを選択的に発熱させる技術も開示されているが、この技術では、「窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値が得られる」ようにする、という本発明の目的を達成できない。よって、本発明に係る抵抗発熱体とは明らかに異なるものである。
また、上記の特開平２００２−００８９０１号公報に開示された薄膜抵抗体は、その形態が細線状ではないから、本発明のような「細線状抵抗体を備えた抵抗発熱体」とは言えない。また、その解決しようとする課題（目的）は、「線路幅に比べて前記第１電極と前記第２電極が大幅に広くなると、伝送線路として見たときに、所定の特性インピーダンス（例えば５０Ω）からずれてしまい、ミスマッチングを生じて所望の動作が期待できなくなる」、というものであり、その効果は「当該薄膜抵抗体の全体形状が線路幅に近似した寸法に形成可能となり、その結果、薄膜抵抗体の形成部位においても所定の特性インピーダンスで形成できる」というものであるから、これらの点においても本発明に係る抵抗発熱体とは明らかに異なっている。
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明および添付図面から明らかになるであろう。
（１） 本発明の抵抗発熱体は、
細線状の抵抗体と、
前記抵抗体の片側に当該抵抗体に沿って配置された第１電極と、
前記抵抗体の前記第１電極とは反対の側に当該抵抗体に沿って配置された第２電極とを備え、
前記第１電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第１接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第２接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２接続点の各々は、前記第１接続点に各々に対して、前記抵抗体の長手方向にずれた位置にあって、前記第１接続点の一つとその第１接続点に隣接する前記第２接続点との間にある前記抵抗体の部分が、当該抵抗体の有効領域として機能する、というものである。
（２） 本発明の抵抗発熱体では、細線状の抵抗体の片側に当該抵抗体に沿って配置された第１電極を設けると共に、前記抵抗体の前記第１電極とは反対の側に当該抵抗体に沿って配置された第２電極を設けている。前記第１電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第１接続点で前記抵抗体に接続されており、前記第２電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第２接続点で前記抵抗体に接続されている。そして、前記第２接続点の各々は、前記第１接続点に各々に対して、前記抵抗体の長手方向にずれた位置にあって、前記第１接続点の一つとその第１接続点に隣接する前記第２接続点との間にある前記抵抗体の部分の各々が、当該抵抗体の有効領域として機能するようになっている。
（３） 本発明の抵抗発熱体の好ましい例では、前記第１接続点と前記第２接続点が前記抵抗体の長手方向に交互に配置される。
（４） 本発明の熱光学位相シフタは、
光導波路と、
前記光導波路を加熱するために設けられた、上記（１）〜（３）に記載されたいずれかの前記抵抗発熱体とを備え、
前記抵抗発熱体の前記抵抗体は前記光導波路に沿って配置されている、というものである。
（５） 本発明の熱光学位相シフタでは、光導波路を加熱するために設けられた、上記（１）〜（３）に記載されたいずれかの前記抵抗発熱体とを備えており、前記抵抗発熱体の前記抵抗体は前記光導波路に沿って配置されている。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図は、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第１Ｂ図は、第１Ａ図の等価回路図である。
第２Ａ図は、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第２Ｂ図は、第２Ａ図の等価回路図である。
第３Ａ図は、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第３Ｂ図は、第３Ａ図の等価回路図である。
第４Ａ図は、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体を示す平面図である。
第４Ｂ図は、第４Ａ図の等価回路図である。
第５Ａ図〜第５Ｅ図は、本発明の第４施形態に係る抵抗発熱体の製造方法をその工程順に示す要部概略断面図である。
第６図は、本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタの構成を示す平面図である。
第７Ａ図は、従来の抵抗発熱体を示す平面図である。
第７Ｂ図は、第７Ａ図の等価回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明に係る抵抗発熱体について説明する。
本発明によれば、細線状の前記抵抗体は、前記第１接続点と前記第２接続点によって、複数の前記有効領域とそれ以外の非有効領域に分割される。複数の前記有効領域は、前記第１電極と前記第２電極に対して並列に接続されるから、窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を前記抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）が得られる。その結果、簡便な電子回路によって当該抵抗発熱体の発熱量を制御することが可能となる。
また、前記第１電極の枝の数と位置あるいは前記第２電極の枝の数と位置を変えることにより、前記有効領域の数と位置と長さを変えることができるから、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）を任意の値に調整することが容易に行える。
本発明の抵抗発熱体の好ましい例では、前記第１電極と前記第２電極つまり正負の電極が、前記抵抗体の長手方向に交互に並ぶことになるので、前記抵抗体のほぼ全体で発熱が生じる。よって、当該抵抗発熱体の長手方向の温度均一性が向上する、という利点が得られる。さらに、当該抵抗発熱体の長手方向の温度均一性の向上により、前記抵抗体それ自体の劣化を避けることが可能になるから、当該抵抗発熱体の長期信頼性が向上する、という利点も得られる。
本発明の抵抗発熱体の他の好ましい例では、前記有効領域の前記抵抗体の長手方向の長さが全て等しくなるように、前記第１接続点と前記第２接続点が配置される。この例では、前記有効領域のそれぞれで発生する熱量（発熱量）が同一となるため、当該抵抗発熱体の長手方向の温度均一性が向上し、前記抵抗体へのストレスも大幅に緩和することができる、という利点が得られる。加えて、前記第１電極と前記第２電極（例えば正電極と負電極）の間にある前記有効領域の電気抵抗値が全て同一となるため、設計や制御が簡便になって非常に扱いやすい、という利点もある。
本発明の抵抗発熱体のさらに他の好ましい例では、前記第１接続点および前記第２接続点の任意の二つが、前記抵抗体の両端にそれぞれ配置される。この例では、前記抵抗体の全体を有効利用することができるから、外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域数ｎだけで決定されることが分かる。これは、見かけの抵抗値Ｒ’が有効領域数ｎのみで設計できることを意味するから、設計の見通しが非常に良くなる、という利点も生じる。
本発明の抵抗発熱体のさらに他の好ましい例では、前記抵抗体が窒化チタンあるいは窒化タンタルを主成分とする材料から形成される。この例では、前記抵抗体用の材料の信頼性が向上すると共に、窒化チタン、窒化タンタルともに抵抗率が比較的大きいので、本発明の利点を最大限に利用することができる、という利点がある。
本発明の抵抗発熱体のさらに他の好ましい例では、前記第１電極および前記第２電極が、金、白金、クロム、チタン、銅、アルミ、窒化チタンおよび窒化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも２つを含む材料から形成される。この例では、前記第１電極および前記第２電極の電気抵抗値を前記抵抗体の電気抵抗値に比べて十分低くすることができるから、前記抵抗体での発熱をより効率的に行うことが可能となる、という利点がある。
このため、上述した本発明の抵抗発熱体と同様の効果が得られる。また、本発明の抵抗発熱体から発生する熱を効率的に利用することができる、という利点もある。
以下、本発明に係る抵抗発熱体の好適な実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施例）
第１Ａ図および第１Ｂ図は、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第１Ａ図に示すように、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体は、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０と、その抵抗体３０の片側（第１Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０に沿って配置された正電極１０と、抵抗体３０の正電極１０とは反対の側（第１Ａ図では、下側）に抵抗体３０に沿って配置された負電極２０とを備えている。
抵抗体３０は基板上に直線状に形成されており、その幅は全長にわたって一様で例えば１０μｍである。抵抗体３０の長さは例えば２ｍｍ、その厚さは例えば２００ｎｍである。ここでは、抵抗体３０はＴａＮまたはＴｉＮにより形成されている。
正電極１０は抵抗体３０に沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。負電極２０も抵抗体３０に沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。正電極１０と負電極２０はいずれも抵抗体３０に対して平行である。正電極１０と負電極２０は、いずれも抵抗体３０よりも抵抗率が十分小さい導電体から形成されている。ここでは、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）の三層を積層してなる三層構造の導電体から形成されている。
正電極１０は、接続部１１と延長部１２と２本の枝部１３と１４を有している。接続部１１は、外部回路との接続に使用される、つまりボンディングパッドとして使用される。延長部１２はストライプ状で、接続部１１から抵抗体３０に平行に延在している。延長部１２は、抵抗体３０との間に枝部１３と１４を配置するために使用される。枝部１３と１４は、延長部１２よりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０と延長部１２に対して直交していると共に、抵抗体３０に沿って間隔を置いて配置されている。枝部１３は、接続点Ｐ２で抵抗体３０に接続されている。枝部１４は、接続点Ｐ３で抵抗体３０に接続されている。正電極１０の電気抵抗値は、抵抗体３０のそれに比べて十分に低く設定されている。
同様に、負電極２０は、接続部２１と延長部２２と２本の枝部２３と２４を有している。接続部２１は、外部回路との接続に使用される、つまりボンディングパッドとして使用される。延長部２２はストライプ状で、接続部２１から抵抗体３０に平行に延在している。延長部２２は、抵抗体３０との間に枝部２３と２４を配置するために使用される。枝部２３と２４は、延長部２２よりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０と延長部２２に対して直交していると共に、抵抗体３０に沿って間隔を置いて配置されている。枝部２３は、接続点Ｐ１で抵抗体３０に接続されている。枝部２４は、接続点Ｐ４で抵抗体３０に接続されている。負電極２０の電気抵抗値も、抵抗体３０のそれに比べて十分に低く設定されている。
正電極１０の枝部１３と１４の接続点Ｐ２とＰ３は、抵抗体３０の長手方向にずれた位置にある。負電極２０の枝部２３と２４の接続点Ｐ１とＰ４も、抵抗体３０の長手方向にずれた位置にある。負電極２０の接続点Ｐ１はさらに、正電極１０の接続点Ｐ２とＰ３に対して、抵抗体３０の長手方向にそれぞれずれた位置にある。負電極２０の接続点Ｐ４も、正電極１０の接続点Ｐ２とＰ３に対して、抵抗体３０の長手方向にそれぞれずれた位置にある。つまり、接続点Ｐ１〜Ｐ４はすべて異なった位置に設定されているのである。
接続点Ｐ１〜Ｐ４を以上のように設定した結果、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体（第１Ａ図および第１Ｂ図参照）では、抵抗体３０のうち、正電極１０の接続点Ｐ２と負電極２０のＰ１との間にある抵抗体３０の部分３１と、正電極４０の接続点Ｐ３と負電極２０のＰ４との間にある抵抗体３０の部分３２とが、有効領域として機能する。これらの有効領域３１と３２以外の部分は、「抵抗部」としては使用されない非有効領域である。
正電極１０に所定の電源電圧を印加すると共に負電極２０を接地電位にすると、正電極１０から負電極２０に向かって電流が流れる。その場合、正電極１０の枝部１３から抵抗体３０の有効領域３１を通って負電極２０の枝部２３に電流が流れ、同時に正電極１０の枝部１４から抵抗体３０の有効領域３２を通って負電極２０の枝部２４に電流が流れる。正電極１０の枝部１３と１４の間には流れない。枝部１３と１４の電位は同じだからである。当然のことながら、抵抗体３０の両端部、即ち負電極２０の枝部２３より左側の部分と負電極２０の枝部２４より右側の部分にも電流は流れない。
有効領域３１の電気抵抗値をＲ１、有効領域３２の電気抵抗値をＲ２とし、正電極１０と負電極２０の電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０の等価回路図は第１Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）は、二つの抵抗Ｒ１とＲ２を並列接続した値に等しい。よって、本発明の第１実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を、抵抗体３０の持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下させることができる。
以上述べたように、本発明の第１実施例の抵抗発熱体（第１Ａ図および第１Ｂ図参照）では、ＴａＮやＴｉＮのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体３０に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値が得られる。その結果、簡便な電子回路によって当該抵抗発熱体の発熱量を制御することが可能となる。
また、正電極１０の枝の数と位置あるいは負電極２０の枝の数と位置を適宜変えることにより、抵抗体３０の有効領域の数と位置と長さを任意に変えることができるから、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を任意の値に調整することが容易に行える。
よって、制御回路、駆動回路等と電源を共通化することにより、小型で使い勝手の良い発熱素子を作製することが可能である。
第７Ａ図および第７Ｂ図は、比較例としての、従来の抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。第７Ａ図の従来の抵抗発熱体は、細線状の抵抗体１３０の両端に正電極１１０と負電極１２０をそれぞれ接続したものである。したがって、その等価回路は第７Ｂ図のようになり、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値は抵抗体１３０の持つ電気抵抗値Ｒに等しくなる。よって、いったん抵抗体１３０が形成されると、その後に当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を調整することは不可能である。
本発明の第１実施例の抵抗発熱体の構成を一般化すると、次のようになる。
外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値をＲ’とし、その抵抗発熱体の各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合をそれぞれｍ１、ｍ２、・・・、ｍｎ（ｎは有効領域の数であり、ｎ≠０）とすると、ｍ１、ｍ２、・・・、ｍｎ＜１である。この場合、次の数式（１）が成り立つ。
（１／Ｒ’）＝（１／Ｒ）×｛（１／ｍ１）＋（１／ｍ２）＋・・・＋（１／ｍｎ）｝ ・・・（１）
ｍ１〜ｍｎはいずれも１より小であるから、Ｒ’＜Ｒである。したがって、第７Ａ図および第７Ｂ図に示す従来の抵抗発熱体よりも見かけの電気抵抗値を下げられることが分かる。
（第２実施例）
第２Ａ図および第２Ｂ図は、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第２Ａ図に示すように、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体は、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ａと、その抵抗体３０Ａの片側（第２Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０Ａに沿って配置された正電極１０Ａと、抵抗体３０Ａの正電極１０Ａとは反対の側（第２Ａ図では、下側）に抵抗体３０Ａに沿って配置された負電極２０Ａとを備えている。
抵抗体３０Ａのその他の構成は、第１実施例の抵抗体３０と同じであるから、その説明は省略する。
正電極１０Ａは抵抗体３０Ａに沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。負電極２０Ａも抵抗体３０Ａに沿って延在しており、両者の間には隙間が設けられている。正電極１０Ａと負電極２０Ａはいずれも抵抗体３０Ａに対して平行である。正電極１０Ａと負電極２０Ａは、いずれも抵抗体３０Ａよりも抵抗率が十分小さい導電体から形成されている。
正電極１０Ａは、接続部１１Ａと延長部１２Ａと３本の枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａを有している。接続部１１Ａは、外部回路との接続に使用される。延長部１２Ａはストライプ状で、接続部１１Ａから抵抗体３０Ａに平行に延在している。延長部１２Ａは、抵抗体３０Ａとの間に枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａを配置するために使用される。枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａは、延長部１２Ａよりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０Ａと延長部１２Ａに対して直交していると共に、抵抗体３０Ａに沿って間隔を置いて配置されている。
枝部１３Ａは、接続点Ｐ１１で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部１４Ａは、接続点Ｐ１３で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部１５Ａは、接続点Ｐ１５で抵抗体３０Ａに接続されている。正電極１０Ａの電気抵抗値は、抵抗体３０Ａのそれに比べて十分に低く設定されている。
同様に、負電極２０Ａは、接続部２１Ａと延長部２２Ａと３本の枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａを有している。接続部２１Ａは、外部回路との接続に使用される。延長部２２Ａはストライプ状で、接続部２１Ａから抵抗体３０Ａに平行に延在している。延長部２２Ａは、抵抗体３０Ａとの間に枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａを配置するために使用される。枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａは、延長部２２Ａよりはるかに細いストライプ状で、抵抗体３０Ａと延長部２２Ａに対して直交していると共に、抵抗体３０Ａに沿って間隔を置いて配置されている。
枝部２３Ａは、接続点Ｐ１２で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部２４Ａは、接続点Ｐ１４で抵抗体３０Ａに接続されている。枝部２５Ａは、接続点Ｐ１６で抵抗体３０Ａに接続されている。負電極２０Ａの電気抵抗値も、抵抗体３０Ａのそれに比べて十分に低く設定されている。
正電極１０Ａの枝部１３Ａと１４Ａと１５Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５は、抵抗体３０Ａの長手方向にずれた位置にある。負電極２０Ａの枝部２３Ａと２４Ａと２５Ａの接続点Ｐ１２とＰ１４とＰ１６も、抵抗体３０Ａの長手方向にずれた位置にある。負電極２０Ａの接続点Ｐ１２はさらに、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５に対して、抵抗体３０Ａの長手方向にそれぞれずれた位置にある。負電極２０Ａの接続点Ｐ１４も、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５に対して、抵抗体３０Ａの長手方向にそれぞれずれた位置にある。負電極２０Ａの接続点Ｐ１６も、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５に対して、抵抗体３０Ａの長手方向にそれぞれずれた位置にある。つまり、接続点Ｐ１１〜Ｐ１６はすべて異なった位置に設定されているのである。
接続点Ｐ１１〜Ｐ１６を以上のように設定した結果、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体（第２Ａ図および第２Ｂ図参照）では、抵抗体３０Ａのうち、部分３１Ａと、部分３２Ａと、部分３３Ａと、部分３４Ａと、部分３５Ａとが、有効領域として機能する。これら５つの有効領域３１Ａと３２Ａと３３Ａと３４Ａと３５Ａ以外の部分は、「抵抗部」としては使用されない非有効領域である。尚、部分３１Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１と負電極２０ＡのＰ１２との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。部分３２Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１３と負電極２０ＡのＰ１２との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。部分３３Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１３と負電極２０ＡのＰ１４との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。部分３４Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１５と負電極２０ＡのＰ１４との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。そして、部分３５Ａは、正電極１０Ａの接続点Ｐ１５と負電極２０ＡのＰ１６との間にある抵抗体３０Ａの一部分である。
正電極１０Ａに所定の電源電圧を印加すると共に負電極２０Ａを接地電位にすると、正電極１０Ａから負電極２０Ａに向かって電流が流れる。その場合、正電極１０Ａの枝部１３Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３１Ａを通って負電極２０Ａの枝部２３Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１４Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３２Ａを通って負電極２０Ａの枝部２３Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１４Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３３Ａを通って負電極２０Ａの枝部２４Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１５Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３４Ａを通って負電極２０Ａの枝部２４Ａに電流が流れ、正電極１０Ａの枝部１５Ａから抵抗体３０Ａの有効領域３５Ａを通って負電極２０Ａの枝部２５Ａに電流が流れる。正電極１０Ａの枝部１３Ａ（接続点Ｐ１１）より外側と負電極２０Ａの枝部２５Ａ（接続点Ｐ１６）の外側には流れない。
有効領域３１Ａ〜３５Ａの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５とし、正電極１０Ａと負電極２０Ａの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ａの等価回路図は第２Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、５つの分割抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した値に等しい。よって、本発明の第２実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、抵抗体３０Ａの持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下する。
よって、本発明の第２実施例の抵抗発熱体では、本発明の第１実施例の抵抗発熱体の場合と同様の効果が得られる。また、抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’を第１実施例の抵抗発熱体のそれよりも低くすることができる効果がある。
さらに、本発明の第２実施例の抵抗発熱体では、正電極１０Ａの接続点Ｐ１１とＰ１３とＰ１５と、負電極２０Ａの接続点Ｐ１２とＰ１４とＰ１６とが、抵抗体３０Ａの長手方向に沿って交互に配置されているため、隣接する接続点に挟まれた抵抗体３０Ａの部分はすべて有効領域となる。よって、非有効領域は抵抗体３０Ａの両端部を除いて完全に消滅することになる。これは、抵抗体３０Ａの利用可能領域を最大限活用できることを意味する。したがって、抵抗体３０Ａのほぼ全ての領域で発熱させることができ、温度均一性が向上する。さらには、発熱作用を第１実施例よりも広い有効領域が負担するため、抵抗体３０Ａにかかる負荷が分散され、抵抗発熱体自体の劣化を避けることができる等の利点もある。
（第３実施例）
第３Ａ図および第３Ｂ図は、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第３Ａ図に示すように、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体は、第１実施例と同様に、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ｂと、その抵抗体３０Ｂの片側（第３Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０Ｂに沿って配置された正電極１０Ｂと、抵抗体３０Ｂの正電極１０Ｂとは反対の側（第３Ａ図では、下側）に抵抗体３０Ｂに沿って配置された負電極２０Ｂとを備えている。
抵抗体３０Ｂのその他の構成は、第１実施例の抵抗体３０と同じであるから、その説明は省略する。
正電極１０Ｂの構成は、３本の枝部１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂを有していることを除き、第１実施例の正電極１０と同じである。尚、１１Ｂは接続部、１２Ｂは延長部である。
正電極１０Ｂの枝部１３Ｂは、接続点Ｐ２１で抵抗体３０Ｂに接続されている。枝部１４Ｂは、接続点Ｐ２３で抵抗体３０Ｂに接続されている。枝部１５Ｂは、接続点Ｐ２４で抵抗体３０Ｂに接続されている。
負電極２０Ｂの構成は、第１実施例の負電極２０と同じである。尚、２１Ｂは接続部、２２Ｂは延長部、２３Ｂと２４Ｂは枝部である。
負電極２０Ｂの枝部２３Ｂは、接続点Ｐ２２で抵抗体３０Ｂに接続されている。枝部２４Ｂは、接続点Ｐ２５で抵抗体３０Ｂに接続されている。
本実施例では、抵抗体３０Ｂの接続点Ｐ２１とＰ２２の間に有効領域３１Ｂが形成され、接続点Ｐ２２とＰ２３の間に有効領域３２Ｂが形成され、接続点Ｐ２４とＰ２５の間に有効領域３３Ｂが形成される。接続点Ｐ２１〜Ｐ２５の位置は、これらの三つの有効領域３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂの長さが互いに等しくなるように設定されている。このため、有効領域３１Ｂ、３２Ｂ、３３Ｂの電気抵抗値が全て等しくなる。
有効領域３１Ｂ〜３３Ｂの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３（ただし、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３）とし、正電極１０Ｂと負電極２０Ｂの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ｂの等価回路図は第３Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第３実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、３つの分割抵抗Ｒ１〜Ｒ３を並列接続した値に等しい。よって、その見かけの電気抵抗値Ｒ’は、抵抗体３０Ｂの持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下する。
このように、本発明の第３実施例の抵抗発熱体では、本発明の第１実施例の抵抗発熱体の場合と同様の効果が得られる。
さらに、外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域の数をｎ（ｎ≠０）、各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合をそれぞれｍ（ｍ＜１）とすると、次の数式（２）が成り立つ。
１／Ｒ’＝（１／Ｒ）×（ｎ／ｍ） ・・・（２）
したがって、抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’を、抵抗発熱体の有効領域の数ｎと、各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合ｍとによって、容易に決定することができる、という利点もある。
（第４実施例）
第４Ａ図および第４Ｂ図は、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体の構成を示す平面図と等価回路図である。
第４Ａ図に示すように、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体は、第１実施例のそれと同様に、絶縁性基板（図示せず）の上に形成されており、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ｃと、その抵抗体３０Ｃの片側（第４Ａ図では、上側）に当該抵抗体３０Ｃ沿って配置された正電極１０Ｃと、抵抗体３０Ｃの正電極１０Ｃとは反対の側（第４Ａ図では、下側）に抵抗体３０Ｃに沿って配置された負電極２０Ｃとを備えている。
抵抗体３０Ｃのその他の構成は、接続点Ｐ３１の外側部分と接続点Ｐ３６の外側部分が除去されている、換言すれば、接続点Ｐ３１と接続点Ｐ３６が抵抗体３０Ｃの両端にそれぞれ配置されていることを除いて、第２Ａ図および第２Ｂ図の第２実施例の抵抗体３０Ａと同じであるから、その説明は省略する。
正電極１０Ｃの構成は、３本の枝部１３Ｃ、１４Ｃ、１５Ｃの位置が異なっている点を除き、第２実施例の正電極１０Ａと同じである。尚、１１Ｃは接続部、１２Ｃは延長部である。
正電極１０Ｃの枝部１３Ｃは、接続点Ｐ３１で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部１４Ｃは、接続点Ｐ３３で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部１５Ｃは、接続点Ｐ３５で抵抗体３０Ｃに接続されている。
負電極２０Ｃの構成は、３本の枝部２３Ｃ、２４Ｃ、２５Ｃの位置が異なっている点を除き、第２実施例の負電極２０Ａと同じである。尚、２１Ｃは接続部、２２Ｃは延長部である。
負電極２０Ｃの枝部２３Ｃは、接続点Ｐ３２で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部２４Ｃは、接続点Ｐ３４で抵抗体３０Ｃに接続されている。枝部２５Ｃは、接続点Ｐ３６で抵抗体３０Ｃに接続されている。
本実施例では、抵抗体３０Ｃの接続点Ｐ３１とＰ３２の間に有効領域３１Ｃが形成され、接続点Ｐ３２とＰ３３の間に有効領域３２Ｃが形成され、接続点Ｐ３３とＰ３４の間に有効領域３３Ｃが形成され、接続点Ｐ３４とＰ３５の間に有効領域３４Ｃが形成され、接続点Ｐ３５とＰ３６の間に有効領域３５Ｃが形成される。接続点Ｐ３１〜Ｐ３６の位置は、これらの５つの有効領域３１Ｃ、３２Ｃ、３３Ｃ、３４Ｃ、３５Ｃの長さが互いに等しくなるように設定されている。このため、有効領域３１Ｃ、３２Ｃ、３３Ｃ、３４Ｃ、３５Ｃの電気抵抗値が全て等しくなる。
有効領域３１Ｃ〜３５Ｃの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５（ただし、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５）とし、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ｃの等価回路図は第４Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、５つの分割抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した値に等しい。よって、その見かけの電気抵抗値Ｒ’は、抵抗体３０Ｃの持つ抵抗率から期待される電気抵抗値に比べて大きく低下する。
このように、本発明の第４実施例の抵抗発熱体では、本発明の第１実施例の抵抗発熱体の場合と同様の効果が得られる。
また、外部の駆動回路からみた抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域の数をｎ（ｎ≠０）、各有効領域が細線状抵抗体の全体に占める割合をそれぞれｍ（ｍ＜１）とすると、上記数式（２）が成り立つ。そして、本発明の第４実施例の抵抗発熱体では、抵抗体３０Ｃの両端に正電極１０Ｃの枝１３Ｃと負電極２０Ｃの枝２５Ｃがそれぞれ接続されているため、抵抗体３０Ｃの全体を有効利用することができる。したがって、
ｍ×ｎ＝１ ・・・（３）
が成り立つ。
数式（３）を数式（２）に代入すれば、次の数式（４）が得られる。
Ｒ’＝Ｒ／（ｎ２） ・・・（４）
即ち、抵抗発熱体の見かけの抵抗値Ｒ’は、その抵抗発熱体の有効領域数ｎだけで決定されることが分かる。これは、見かけの抵抗値Ｒ’が有効領域数ｎのみを考慮して設計できることを意味するから、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体では、第３実施例で得られる効果に加えて設計の見通しが非常に良くなる、という利点も生じる。
次に、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体（第４Ａ図および第４Ｂ図参照）の製造方法について説明する。
第５Ａ図〜第５Ｅ図はその製造方法を工程順に示す要部断面図である。ここでは、抵抗体３０Ｃの材料として抵抗率が２００μΩ・ｃｍのＴｉＮを用いる。特開２０００−２９４７３８号公報や特開平６−３４９２５号公報に開示されているように、ＴｉＮは、ＴａＮと同様に化学的に非常に安定であり、これを使用すると、優れた長期信頼性が得られる。
先ず最初に、第５Ａ図に示すように、絶縁基板５０の上に、スパッタリング法によってＴｉＮ層５１（例えば厚さ２００ｎｍ）、アルミニウム（Ａｌ）層５２（例えば厚さ２００ｎｍ）、チタン（Ｔｉ）層５３（例えば厚さ１００ｎｍ）、金（Ａｕ）層（例えば厚さ５００ｎｍ）をこの順に積層形成する。絶縁基板５０としては、ガラス基板、セラミック基板、シリコン基板上にシリカ膜を形成したもの等を使用できる。スパッタリング法に代えて、反応性スパッタリング法や電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法なども使用できる。ここではＴｉＮ層５１が抵抗体３０Ｃとして使用されるが、ＴａＮあるいはそれ以外の材料でもよい。Ａｌ層５２とＴｉ層５３とＡｕ層５４は、三層構造の導電層を形成し、パターン化した後に正電極１０Ｃと負電極２０Ｃとして使用される。Ａｌ層５２とＴｉ層５３に代えて、銅（Ｃｕ）層、クロム（Ｃｒ）層、白金（Ｐｔ）層の三層構造としてもよいし、それ以外の導電層でもよい。
次に、第５Ｂ図に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、Ａｕ層５４の上にパターン化されたフォトレジスト層６０を形成する。このフォトレジスト層６０は、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの持つ形状にＡｌ層５２とＴｉ層５３とＡｕ層５４をエッチングする際のマスクとして使用される。
そして、フォトレジスト層６０をマスクとして、Ａｕ層５４、Ｔｉ層５３、Ａｌ層５２の順にエッチングを行い、第５Ｃ図に示すように、これら三層よりなる正電極１０Ｃと負電極２０Ｃを形成する。この時のエッチングには、ウェットエッチング法や、ミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチング法を任意に使用できる。
フォトレジスト層６０を除去し、正電極１０Ｃと負電極２０ＣやＴｉＮ層５１の表面を洗浄してから、第５Ｄ図に示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、ＴｉＮ５１の上にパターン化されたフォトレジスト層６１を形成する。このフォトレジスト層６１は、抵抗体３０Ｃの持つ細線形状に窒化チタン層５１をエッチングする際のマスクとして使用される。
そして、フォトレジスト層６１をマスクとして、ＴｉＮ層５１のエッチングを行い、第５Ｅ図に示すように、ＴｉＮ５１よりなる抵抗体３０Ｃを形成する。このエッチングの際には、ウェットエッチング法や、ミリング、反応性イオンエッチング等のドライエッチング法を任意に使用できる。こうして、第４Ａ図および第４Ｂ図に示すような第４実施例の抵抗発熱体が完成する。
ＴｉＮ５１よりなる抵抗体３０Ｃは、ここでは、幅が１０μｍ、長さが２ｍｍ、厚さが２００ｎｍとしている。この場合、ＴｉＮの抵抗率が２００μΩ・ｃｍであるから、抵抗体３０Ｃを用いて第７Ａ図および第７Ｂ図に示す従来の抵抗発熱体の構成とした場合には、その電気抵抗値は２ｋΩとなる。この構成で３００ｍＷの発熱をさせようとすると、１７Ｖ以上の電源電圧が必要となる。他方、電子回路の電源電圧は３Ｖ〜１２Ｖ程度であるから、抵抗発熱体と電子回路とで電源の共通化を行うのは不可能である。抵抗発熱体専用の電源を設計することが必要となる。
しかし、ＴｉＮ５１よりなる抵抗体３０Ｃを用いて第４Ａ図および第４Ｂ図に示す第４実施例の抵抗発熱体のように構成すると、抵抗発熱体の有効領域数ｎ＝５であるから、上記数式（４）より、見かけの抵抗Ｒ’は、
Ｒ’＝２ｋΩ／（５２）＝８０Ω
となる。この場合に３００ｍＷの発熱をさせようとすると、必要な電源電圧は４．９Ｖである。よって、抵抗発熱体と電子回路とで電源の共通化を行うことは十分可能である。
仮に、抵抗発熱体の有効領域数ｎ＝８とすると、見かけの抵抗Ｒ’は、
Ｒ’＝２ｋΩ／（８２）＝３１．２５Ω
となり、３００ｍＷの発熱を得るために必要な電源電圧は３．１Ｖ程度となる。よって、抵抗発熱体と電子回路とで電源の共通化を行うことがいっそう容易となることが分かる。
ここで、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃ用の材料について説明する。正電極１０Ｃと負電極２０Ｃ用の材料としては、金、白金、クロム、チタン、銅、アルミ、窒化チタンおよび窒化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも２つを含む材料を使用するのが好ましいが、これら以外の導電性材料も使用可能であることは言うまでもない。
本発明の抵抗発熱体では、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃ用の材料の持つ比抵抗の値が重要である。即ち、極端な場合として、第７Ａ図および第７Ｂ図に示した従来の抵抗発熱体の構成を採用し、正電極１１０と負電極１２０用の材料の持つ比抵抗値が、抵抗体１３０のそれと同一であったと仮定する。一般的に言えば、正電極と負電極の全長が、抵抗体１３０の全長と同じかそれ以上になることは珍しくない。そこで、正電極１１０と負電極１２０の全長が抵抗体１３０の長さに等しいと仮定すると、投入した電力の半分は正電極１１０と負電極１２０により消費されることになる。即ち、３００ｍＷの発熱を抵抗体１３０で得るために６００ｍＷの電力を投入しなければならなくなる。
同じ状況で第４Ａ図および第４Ｂ図に示す第４実施例に係る抵抗発熱体の構成を採用すると、第７Ａ図および第７Ｂ図の従来の抵抗発熱体よりも正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの全長が長くなるため、抵抗体３０Ｃの見掛けの電気抵抗値Ｒ’はその従来の抵抗発熱体よりも減少するが、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの合計電気抵抗値は増加することになる。したがって、抵抗体３０Ｃによる発熱よりも正電極１０Ｃと負電極２０Ｃによる発熱の方が支配的になる、といった問題が生じることになる。このため、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの抵抗値は、抵抗体３０Ｃのそれに比べて十分に低く設計する必要がある。
第４実施例で使用したＡｌ層５２とＴｉ層５３とＡｕ層５４の三層構造からなる正電極１０Ｃと負電極２０Ｃでは、正電極１０Ｃの接続部（ボンディングパッド）１１Ｃからその接続点Ｐ３１、Ｐ３３、Ｐ３５までの電気抵抗値は１〜３Ω程度であり、負電極２０Ｃの接続部（ボンディングパッド）２１Ｃからその接続点Ｐ３２、Ｐ３４、Ｐ３６までの電気抵抗値も１〜３Ω程度である。したがって、抵抗体３０Ｃの有効領域数ｎが５の場合（第４Ａ図および第４Ｂ図参照）には、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃそれぞれの電気抵抗値を、抵抗体３０Ｃの電気抵抗値の４％未満の値に抑えることが可能である。抵抗体３０Ｃの有効領域数ｎを８とした場合であっても、抵抗体３０Ｃの電気抵抗値の１０％以下に抑えることができる。
（第５実施例）
第６図は、本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタの構成を示す平面図である。この熱光学位相シフタで使用されている抵抗発熱体は、本発明の第４実施例に係る抵抗発熱体と実質的に同一の構成を持つ。
本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタでは、絶縁性基板（図示せず）の中に当該基板に沿って延在する直線状の光導波路が形成されており、第６図にはその光導波路のコア７０のみが概念的に示されている。光導波路コア７０は、図示しないクラッド層によって囲まれている。
この熱光学位相シフタで使用されている抵抗発熱体は、所定長さに設定された細線状の抵抗体３０Ｄと、その抵抗体３０Ｄの片側（第６図では、上側）に当該抵抗体３０Ｄに沿って配置された正電極１０Ｄと、抵抗体３０Ｄの正電極１０Ｄとは反対の側（第６図では、下側）に抵抗体３０Ｄに沿って配置された負電極２０Ｄとを備えている。
抵抗体３０Ｄの構成は、第４Ａ図および第４Ｂ図の第４実施例の抵抗体３０Ｃと同じである。抵抗体３０Ｄは、光導波路コア７０を囲むクラッド層の上に配置されており、光導波路コア７０に平行に延在している。
正電極１０Ｄは、接続部１１ＤとＬ字状に形成された延長部１２Ｄと３本の直線状の枝部１３Ｄ、１４Ｄ、１５Ｄを備えている。枝部１３Ｄは、一端にある接続点Ｐ４１で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部１４Ｄは、接続点Ｐ４３で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部１５Ｄは、接続点Ｐ４５で抵抗体３０Ｄに接続されている。
負電極２０Ｄは、接続部２１Ｄと直線状の延長部２２Ｄと３本の直線状の枝部２３Ｄ、２４Ｄ、２５Ｄを備えている。枝部２３Ｄは、接続点Ｐ４２で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部２４Ｄは、接続点Ｐ４４で抵抗体３０Ｄに接続されている。枝部２５Ｄは、他端にある接続点Ｐ４６で抵抗体３０Ｄに接続されている。
抵抗体３０Ｄの接続点Ｐ４１とＰ４２の間に有効領域３１Ｄが形成され、接続点Ｐ４２とＰ４３の間に有効領域３２Ｄが形成され、接続点Ｐ４３とＰ４４の間に有効領域３３Ｄが形成され、接続点Ｐ４４とＰ４５の間に有効領域３４Ｄが形成され、接続点Ｐ４５とＰ４６の間に有効領域３５Ｄが形成される。接続点Ｐ４１〜Ｐ４６の位置は、これら５つの有効領域３１Ｄ、３２Ｄ、３３Ｄ、３４Ｄ、３５Ｄの長さが互いに等しくなるように設定されている。このため、有効領域３１Ｄ、３２Ｄ、３３Ｄ、３４Ｄ、３５Ｄの電気抵抗値が全て等しくなる。
有効領域３１Ｄ〜３５Ｄの電気抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５（ただし、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ５）とし、正電極１０Ｃと負電極２０Ｃの電気抵抗値を無視できるとすると、抵抗体３０Ｃの等価回路図は第４Ｂ図のように表すことができる。即ち、本発明の第５実施例に係る抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値Ｒ’は、５つの抵抗Ｒ１〜Ｒ５を並列接続した値に等しい。
本発明の第５実施例に係る熱光学位相シフタでは、抵抗発熱体に電流を流して抵抗体３０Ｄにより熱を発生させ、生じた熱で光導波路コア７０の温度を上げてその屈折率を変化させることにより、当該光導波路を伝播する光の位相を変化させることができる。
抵抗体３０Ｄで消費される電力をなるべく抑えるには、光導波路コア７０を効率よく加熱する必要がある。抵抗体３０Ｄで生成される熱はガラス製のクラッド層を通して光導波路コア７０に伝達されるため、光導波路コア７０と発熱源である抵抗体３０Ｄとの距離を光学特性に影響を与えない距離まで、可能な限り近づけて配置するのが好ましい。本実施例では、この点を考慮して、抵抗体３０Ｄが光導波路コア７０の近傍にそれ対して平行に形成・配置されているため、抵抗体３０Ｄとコア７０の距離を最短に保ち、抵抗体３０Ｄで発生した熱を効率良くコア７０に伝達することができる。また、コア７０を加熱する領域において光導波方向における温度均一性が保たれるから、熱応力による光学特性の悪化を抑えることもできる。
（変形例）
上述した第１〜第５の実施例は本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、正負両電極の接続部、延長部、枝部の数と位置と形状は、必要に応じて任意に変更が可能である。
以上詳述したように、本発明によれば、窒化タンタルや窒化チタンのように抵抗率が比較的大きい材料を抵抗体に使用する場合であっても、その材料から得られる電気抵抗値よりも低い見かけの電気抵抗値（外部から見た当該抵抗発熱体の電気抵抗値）が得られる。その結果、簡便な電子回路によって当該抵抗発熱体の発熱量を制御することが可能となる。また、当該抵抗発熱体の見かけの電気抵抗値を任意の値に調整することが容易に行える。このため、本発明は簡便な電子回路により制御可能な細線状の抵抗発熱体を実現する上で極めて有用である。
【図６】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細線状の抵抗体と、
前記抵抗体の片側に当該抵抗体に沿って配置された第１電極と、
前記抵抗体の前記第１電極とは反対の側に当該抵抗体に沿って配置された第２電極とを備え、
前記第１電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第１接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第２接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２接続点の各々は、前記第１接続点に各々に対して、前記抵抗体の長手方向にずれた位置にあって、前記第１接続点の一つとその第１接続点に隣接する前記第２接続点との間にある前記抵抗体の部分が、当該抵抗体の有効領域として機能する抵抗発熱体。
【請求項２】
前記第１接続点と前記第２接続点は、前記抵抗体の長手方向に交互に配置されている請求項１に記載の抵抗発熱体。
【請求項３】
前記第１接続点と前記第２接続点は、前記有効領域の前記抵抗体の長手方向の長さが全て等しくなるように、配置されている請求項１または２に記載の抵抗発熱体。
【請求項４】
前記第１接続点のうちの１つおよび前記第２接続点のうちの１つは、前記抵抗体の両端にそれぞれ配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗発熱体。
【請求項５】
前記抵抗体は、窒化チタンあるいは窒化タンタルを主成分とする材料から形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の抵抗発熱体。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極は、金、白金、クロム、チタン、銅、アルミ、窒化チタンおよび窒化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも２つを含む材料から形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の抵抗発熱体。
【請求項７】
光導波路と、
前記光導波路を加熱するために設けられた、請求項１〜６のいずれか１項に記載の前記抵抗発熱体とを備え、
前記抵抗発熱体の前記抵抗体は、前記光導波路に沿って配置されている熱光学位相シフタ。
【請求項１】
細線状の抵抗体と、
前記抵抗体の片側に当該抵抗体に沿って配置された第１電極と、
前記抵抗体の前記第１電極とは反対の側に当該抵抗体に沿って配置された第２電極とを備え、
前記第１電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第１接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２電極は、前記抵抗体に沿って間隔を置いて配置された複数の枝部によって複数の第２接続点で前記抵抗体に接続されており、
前記第２接続点の各々は、前記第１接続点に各々に対して、前記抵抗体の長手方向にずれた位置にあって、前記第１接続点の一つとその第１接続点に隣接する前記第２接続点との間にある前記抵抗体の部分が、当該抵抗体の有効領域として機能する抵抗発熱体。
【請求項２】
前記第１接続点と前記第２接続点は、前記抵抗体の長手方向に交互に配置されている請求項１に記載の抵抗発熱体。
【請求項３】
前記第１接続点と前記第２接続点は、前記有効領域の前記抵抗体の長手方向の長さが全て等しくなるように、配置されている請求項１または２に記載の抵抗発熱体。
【請求項４】
前記第１接続点のうちの１つおよび前記第２接続点のうちの１つは、前記抵抗体の両端にそれぞれ配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗発熱体。
【請求項５】
前記抵抗体は、窒化チタンあるいは窒化タンタルを主成分とする材料から形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の抵抗発熱体。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極は、金、白金、クロム、チタン、銅、アルミ、窒化チタンおよび窒化タンタルからなる群から選ばれる少なくとも２つを含む材料から形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の抵抗発熱体。
【請求項７】
光導波路と、
前記光導波路を加熱するために設けられた、請求項１〜６のいずれか１項に記載の前記抵抗発熱体とを備え、
前記抵抗発熱体の前記抵抗体は、前記光導波路に沿って配置されている熱光学位相シフタ。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０７８１３
【国際公開日】平成１６年１２月９日（２００４．１２．９）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０６５６６（Ｐ２００５−５０６５６６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００７７３８
【国際出願日】平成１６年５月２８日（２００４．５．２８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年１２月９日（２００４．１２．９）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００７７３８
【国際出願日】平成１６年５月２８日（２００４．５．２８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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