JP2748858B2 - プリンタ用サーマルヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

プリンタ用サーマルヘッドおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タ、熱転写式プリンタ、または感熱式プリンタの記録ヘ
ッドに使用されるプリンタ用サーマルヘッドおよびその
製造方法に関し、特に優れた耐パルス寿命を有するプリ
ンタ用サーマルヘッドおよびその製造方法を提供するも
のである。
【0002】
【従来の技術】最近のプリンタ市場は、低価格化、高性
能化が進み、プリンタヘッドを構成する各種コンポーネ
ントへの高性能化、低価格化が一段と厳しく要求される
ようになってきている。インクジェットプリンタ、熱転
写式プリンタ、または感熱式プリンタの記録ヘッドを構
成する基本部品であるサーマルヘッドについても、基本
性能を維持して更に低価格化を図ることが要求されてい
る。
【0003】高性能、低価格サーマルヘッドとして、例
えば図4に示すようなサーマルヘッドが既に提案され
いる。このサーマルヘッドは、表面保護層として抵抗体
材料自体の陽極酸化膜を利用し、抵抗体、配線部、保護
層部等の構成要素の簡素化、高性能、高信頼性かつ低コ
スト化を図ったもので、表面に熱酸化膜1’が形成され
たシリコン(Si)等からなる基板1上の所定の領域に
定められた発熱部2と、その発熱部2を挟んで前記基板
1上に形成された導体3,3’と、前記発熱部2および
導体3,3’を連続的に覆い表面保護層を形成する陽極
酸化膜5’が形成された抵抗体4とで構成されている。
発熱部2を形成する抵抗体材料としてはタンタル(T
a)、ニオブ(Nb)またはチタン(Ti)が用いら
れ、その表面が陽極酸化されることにより陽極酸化膜層
(Ta、NbまたはTiO)5’を形成
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のサーマ
ルヘッドにおいては、プロセスが簡略で低コスト、低消
費電力、高信頼性等の特長と、108 パルス程度以上の
耐パルス寿命を有しているが、更に耐パルス寿命が長く
信頼性の高いサーマルヘッドの開発が要望されている。
【0005】したがって、本発明は上記したような要望
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、プ
ロセスが簡略で低コスト、低消費電力、高信頼性等の特
長を維持しつつ更に耐パルス寿命を向上させ、高耐久性
高寿命化を図るようにしたプリンタ用サーマルヘッドお
よびその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、基板上の所定の領域に発熱
部と導体部を形成し、前記発熱部の抵抗体材料として陽
極酸化膜の形成可能な弁作用金属を使用し、前記弁作用
金属の表面に形成した陽極酸化膜を保護層とするプリン
タ用サーマルヘッドにおいて、所定の厚さに2層連続成
膜された2種類の弁作用金属からなる上層金属膜および
下層金属膜とを備え、前記上層金属膜をアルミニウム
(Al)とし、前記下層金属膜をタンタル(Ta)、ニ
オブ(Nb)またはチタン(Ti)とし、前記上層金属
膜はその全膜厚部を含み、かつ下層の金属膜厚の一部を
含む範囲まで陽極酸化処理することにより得られる複合
酸化膜層を保護層とし、下層金属膜層の陽極酸化処理残
部を抵抗体としたことを特徴とする。請求項2記載の発
明は、基板上の所定の領域に発熱部と導体部を形成し、
前記発熱部の抵抗体材料として陽極酸化膜の形成可能な
弁作用金属を使用し、前記弁作用金属の表面に形成した
陽極酸化膜を保護層とするプリンタ用サーマルヘッドの
製造方法において、弁作用金属からなるタンタル(T
a)、ニオブ(Nb)またはチタン(Ti)によって下
層金属膜を所定の厚さで成膜し、この下層金属膜の上に
弁作用金属からなるアルミニウム(Al)によって上層
金属膜を所定の厚さで連続成膜した後、前記上層金属膜
の全膜厚部を含み、かつ下層の金属膜厚の一部を含む範
囲まで陽極酸化処理することにより得られる複合酸化膜
層を保護層とし、下層金属膜層の陽極酸化処理残部を抵
抗体としたことを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明において、下層金属膜と上層金属膜は発
熱部と導体を連続的に覆う。下層金属膜と上層金属膜の
金属材料としては、陽極酸化膜の形成可能な弁作用金属
が用いられ、下層としてタンタル(Ta)、ニオブ(N
b)またはチタン(Ti)が用いられ、上層としてアル
ミニウム(Al)が用いられる。上層金属層は、全膜厚
を含み、かつ下層金属膜の一部を含む領域まで陽極酸化
されることにより、複合陽極酸化膜を形成する。この複
合陽極酸化膜は、きわめて強力な保護膜を形成し、サー
マルヘッドの耐パルス特性(5×108 パルス以上)を
高める。
【0008】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図1は本発明に係るプリンタ用サーマ
ルヘッドの一実施例を示す要部平面図、図2は図1のII
−II線断面図である。なお、図4と同一構成部品のもの
に対しては同一符号をもって示す。これらの図におい
て、本発明は上層金属膜と下層金属膜4とで発熱部2と
導体3,3’を連続的に覆い、上層金属膜の全膜厚と下
層金属膜4の膜厚の一部を陽極酸化処理して陽極酸化膜
5を形成したものである。下層金属膜4と上層金属膜の
金属材料としては、陽極酸化膜の形成可能な弁作用金属
材料が用いられ、抵抗体および表面保護層の一部を形成
する下層の弁作用金属材料としてはタンタル(Ta)、
ニオブ(Nb)またはチタン(Ti)が用いられ、上層
の弁作用金属材料としてはアルミニウム(Al)が用い
られる。また、上層金属膜は、その全膜厚部を含み、か
つ下層の金属膜4の一部を含む範囲まで陽極酸化処理さ
れることにより、複合陽極酸化膜層5を形成している。
【0009】このようなサーマルヘッドの製作に際して
は、1μm程度の熱酸化膜(SiO2 )1’が表面に形
成されたシリコン基板1上に導体材料としてアルミニウ
ムを0.5μm程度スパッタリングで成膜した後、エッ
チングにより発熱部2となる部分および隣接する導体と
の間の部分を除去して導体3,3’を形成し、図1の破
線で囲まれた領域の導体パターンを形成する。次に、抵
抗体材料となるタンタル、ニオブ、あるいはチタンを
0.1〜0.3μm程度に成膜した後、さらにその上に
続けて0.05〜0.1μm程度のアルミニウム膜を成
膜する。その後エッチングにより導体3,3’および発
熱部2を連続的に覆うように、隣接する抵抗体との間の
部分を除去して図3に示すように2層の金属膜層4,
4’を形成し、図1の実線で囲まれた領域の抵抗体パタ
ーンを形成する。次に、抵抗体表面に保護膜を形成する
ために陽極酸化処理を行う。この陽極酸化処理は、適当
な電解質水溶液(リン酸水溶液等)中で上層金属膜4’
表面を陽極酸化し、陽極酸化膜5(図1)を形成する。
この時の条件として、上層金属膜4’の全膜厚を含み、
かつ下層金属膜4の一部を含む領域まで陽極酸化される
ように電流通電あるいは電圧印加を行う。この陽極酸化
条件により、抵抗体表面保護膜としての陽極酸化膜5は
上層金属膜アルミニウムの陽極酸化膜Al23だけで構
成されるのではなく、下層金属膜タンタル、ニオブある
いはチタニウムの陽極酸化膜Ta25、Nb25 、ま
たはTiO2 との複合(混合)陽極酸化膜が形成され
る。そして、この金属2層成分を含む複合陽極酸化膜5
はきわめて強力な保護膜を形成し、サーマルヘッドの著
しい耐久性(5×108 パルス以上の耐パルス寿命)の
向上をもたらす。
【0010】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、導体3,3’に電圧印加すると導体3,3’および
抵抗体4に電流が流れ、発熱部2には導体がなく抵抗体
のみで抵抗が高くなっているため発熱し、印字を可能に
する。すなわち、サーマルインクジェットを例に取る
と、発熱部2の発熱によりサーマルヘッド上にあるイン
ク(図示していない)が加熱されて沸騰すると、バブル
が発生し、インクが吐出して印字を行うことができる。
【0011】次に、本発明によるサーマルヘッドと上記
した従来提案のサーマルヘッドの耐パルス性評価を行う
ため、サーマルヘッドチップをインク中に含浸し、適正
体積のバブルが発生する条件である消費電力600W/
、パルス幅3.5μsの入力パルスを3KHzで連
続印加して、ヒータ・エレメントが破壊にいたるパルス
数を測定した結果を表1に示す(各サーマルヘッド試料
の評価測定エレメント数は30個とした)。
【0012】
【表1】
【0013】表1から明かなように、本発明によるサー
マルヘッド(NO.1〜NO.3)は、ヒータ・エレメ
ント破壊に至るパルス数が、従来のサーマルヘッド(試
料NO.4)の3乃至4倍となっていることがわかる。
したがって、本発明による材料構成〜陽極酸化膜構造、
すなわち2層の金属(弁作用金属)膜を形成後、上層側
(表面側)の金属膜層全域(層厚方向)と下層側金属膜
層の一部を含む領域まで陽極酸化処理することによって
得られる複合陽極酸化膜5を保護層とし、下層金属膜層
の陽極酸化処理残部を抵抗体とするサーマルヘッドはき
わめて優れた耐パルス特性を有するものである。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るプリン
タ用サーマルヘッドは、基板上の所定の領域に発熱部と
導体部を形成し、前記発熱部の抵抗体材料として陽極酸
化膜の形成可能な弁作用金属を使用し、前記弁作用金属
の表面に形成した陽極酸化膜を保護層とするプリンタ用
サーマルヘッドにおいて、所定の厚さに2層連続成膜さ
れた2種類の弁作用金属からなる上層金属膜および下層
金属膜とを備え、前記上層金属膜をアルミニウム(A
l)とし、前記下層金属膜をタンタル(Ta)、ニオブ
(Nb)またはチタン(Ti)とし、前記上層金属膜は
その全膜厚部を含み、かつ下層の金属膜厚の一部を含む
範囲まで陽極酸化処理することにより得られる複合酸化
膜層を保護層とし、下層金属膜層の陽極酸化処理残部を
抵抗体としたので、きわめて強力な複合陽極酸化膜から
なる保護膜を形成し、耐パルス寿命が長く高信頼性のサ
ーマルヘッドを提供することができる。また、本発明に
係るプリンタ用サーマルヘッドの製造方法は、基板上の
所定の領域に発熱部と導体部を形成し、前記発熱部の抵
抗体材料として陽極酸化膜の形成可能な弁作用金属を使
用し、前記弁作用金属の表面に形成した陽極酸化膜を保
護層とするプリンタ用サーマルヘッドの製造方法におい
て、弁作用金属からなるタンタル(Ta)、ニオブ(N
b)またはチタン(Ti)によって下層金属膜を所定の
厚さで成膜し、この下層金属膜の上に弁作用金属からな
るアルミニウム(Al)によって上層金属膜を所定の厚
さで連続成膜した後、前記上層金属膜の全膜厚部を含
み、かつ下層の金属膜厚の一部を含む範囲まで陽極酸化
処理することにより得られる複合酸化膜層を保護層と
し、下層金属膜層の陽極酸化処理残部を抵抗体とした
で、成膜、陽極酸化のプロセスが簡略で、低コスト、低
消費電力にて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るサーマルヘッドの一実施例を示
す要部平面図である。
【図2】 図1のII−II線断面図である。
【図3】 サーマルヘッドの製造方法を説明するための
図である。
【図4】 サーマルヘッドの従来例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1…基板、2…発熱部、3,3’…導体、4…下層金属
膜、4’…上層金属膜、5…複合陽極酸化膜(保護
膜)、5’…陽極酸化膜。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上の所定の領域に発熱部と導体部を
    形成し、前記発熱部の抵抗体材料として陽極酸化膜の形
    成可能な弁作用金属を使用し、前記弁作用金属の表面に
    形成した陽極酸化膜を保護層とするプリンタ用サーマル
    ヘッドにおいて、 所定の厚さに2層連続成膜された2種類の弁作用金属か
    らなる上層金属膜および下層金属膜とを備え、前記上層
    金属膜をアルミニウム(Al)とし、前記下層金属膜を
    タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)またはチタン(T
    i)とし、前記上層金属膜はその全膜厚部を含み、かつ
    下層の金属膜厚の一部を含む範囲まで陽極酸化処理する
    ことにより得られる複合酸化膜層を保護層とし、下層金
    属膜層の陽極酸化処理残部を抵抗体としたことを特徴と
    するプリンタ用サーマルヘッド。
  2. 【請求項2】 基板上の所定の領域に発熱部と導体部を
    形成し、前記発熱部の抵抗体材料として陽極酸化膜の形
    成可能な弁作用金属を使用し、前記弁作用金属の表面に
    形成した陽極酸化膜を保護層とするプリンタ用サーマル
    ヘッドの製造方法において、 弁作用金属からなるタンタル(Ta)、ニオブ(Nb)
    またはチタン(Ti)によって下層金属膜を所定の厚さ
    で成膜し、この下層金属膜の上に弁作用金属からなるア
    ルミニウム(Al)によって上層金属膜を所定の厚さで
    連続成膜した後、前記上層金属膜の全膜厚部を含み、か
    つ下層の金属膜厚の一部を含む範囲まで陽極酸化処理す
    ことにより得られる複合酸化膜層を保護層とし、下層
    金属膜層の陽極酸化処理残部を抵抗体としたことを特徴
    とするプリンタ用サーマルヘッドの製造方法。
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