JP4360876B2 - Thermal head - Google Patents
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Description
本発明は、例えば感熱方式の印画装置等に発熱源として搭載されるサーマルヘッドに係り、特に、半導体により構成された発熱抵抗体層を備えたサーマルヘッドに関する。 The present invention relates to a thermal head mounted as a heat source in, for example, a thermal printing apparatus, and more particularly to a thermal head including a heating resistor layer made of a semiconductor.
近年、熱エネルギーを利用して画像を形成する画像形成分野において、発熱源としてサーマルヘッドが広く使用されている。サーマルヘッドは、発熱用の発熱抵抗体層を備えたデバイスであり、このサーマルヘッドを搭載した画像形成装置(例えば感熱方式の印画装置)を使用すれば、発熱抵抗体層において発生した熱エネルギーを利用して画像形成用媒体(例えば感熱紙などの印画媒体)に画像を形成(印画)することが可能である。 In recent years, thermal heads have been widely used as heat generation sources in the image forming field in which images are formed using thermal energy. A thermal head is a device having a heating resistor layer for heat generation. If an image forming apparatus (for example, a thermal printing apparatus) equipped with this thermal head is used, the thermal energy generated in the heating resistor layer is reduced. It is possible to form (print) an image on an image forming medium (for example, a printing medium such as thermal paper).
図7は、従来のサーマルヘッドの主要部(発熱部100A)の断面構成を表している。この発熱部100Aは、図7に示したように、基板101上に、蓄熱用のグレーズ層102と、発熱用の発熱抵抗体層103と、通電用の一対の電極層104(104A,104B)と、保護用の保護層105とがこの順に積層された積層構造を有している。なお、図7では、一対の電極層104のみを示しているが、この一対の電極層104は図中のY軸方向に沿って複数組に渡って並列配置されている。 FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of a main part (heat generating part 100A) of a conventional thermal head. As shown in FIG. 7, the heat generating portion 100A includes a heat storage glaze layer 102, a heat generating resistor layer 103, and a pair of energizing electrode layers 104 (104A, 104B) on a substrate 101. And a protective protective layer 105 are stacked in this order. In FIG. 7, only a pair of electrode layers 104 is shown, but the pair of electrode layers 104 are arranged in parallel over a plurality of sets along the Y-axis direction in the drawing.
この発熱部100Aを構成する発熱抵抗体層103は、例えば、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)またはタングステン(W)などの高融点金属の炭化物、酸化物または窒化物を含んで構成されている。また、電極層104は、例えば、アルミニウム(Al)などの高導電性材料を含んで構成されている。ところが、高融点金属の炭化物、酸化物または窒化物を使用して発熱抵抗体層103を構成した場合には、以下の問題点がある。第1に、例えば、スパッタリングを使用して発熱抵抗体層103を大面積に渡って成膜形成すると、その発熱抵抗体層103を構成する高融点金属と他の構成元素との間に大きな原子量差があることに起因して成膜面内の組成分布が不均一になるため、発熱抵抗体層103の抵抗を均一化することが困難になる。第2に、高融点金属は一般に高温下の耐酸化性が十分でないため、サーマルヘッドの作動時に発生した熱エネルギーの影響を受けて発熱抵抗体層103が酸化することに起因して、その発熱抵抗体層103の抵抗特性が不安定になる。この場合には、発熱抵抗体層103を高温条件下において使用し得ないため、サーマルヘッドによる高速印画が困難となる。 The heating resistor layer 103 constituting the heating portion 100A is made of a refractory metal such as tantalum (Ta), titanium (Ti), chromium (Cr), molybdenum (Mo), niobium (Nb), or tungsten (W). It is comprised including the carbide | carbonized_material, oxide, or nitride of this. In addition, the electrode layer 104 includes a highly conductive material such as aluminum (Al), for example. However, when the heating resistor layer 103 is formed using a carbide, oxide or nitride of a refractory metal, there are the following problems. First, for example, when the heating resistor layer 103 is formed over a large area using sputtering, a large atomic weight is formed between the refractory metal constituting the heating resistor layer 103 and other constituent elements. Due to the difference, the composition distribution in the film formation surface becomes non-uniform, and it becomes difficult to make the resistance of the heating resistor layer 103 uniform. Second, refractory metals generally do not have sufficient resistance to oxidation at high temperatures, so that the heat generating resistor layer 103 is oxidized under the influence of thermal energy generated during the operation of the thermal head. The resistance characteristic of the resistor layer 103 becomes unstable. In this case, since the heating resistor layer 103 cannot be used under a high temperature condition, high-speed printing with a thermal head becomes difficult.
この種のサーマルヘッドの問題点を改善するために、最近では、例えば、ホウ素(B)やリン(P)をドープした多結晶シリコンなどの半導体を使用して発熱抵抗体層103を構成する技術が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。この技術では、減圧CVD(Chemical Vapor Deposition )を使用して多結晶シリコンよりなる発熱抵抗体層103を成膜形成することにより、その発熱抵抗体層103を大面積に渡って成膜形成する場合においても成膜面内の組成分布を均一化することが可能となる。また、多結晶シリコンは、高融点金属の炭化物、酸化物または窒化物などと比較して高温下の耐酸化性に優れているため、発熱抵抗体層103の抵抗特性を安定化することが可能となる。特に、多結晶シリコンにホウ素やリンをドープする技術としては、半導体分野において一般的に使用されている既存の半導体プロセスを使用することが可能であるため、その既存の半導体プロセスを使用して発熱抵抗体層103を容易に形成することが可能である。
ところで、サーマルヘッドの作動特性を確保するためには、例えば、発熱抵抗体層103の抵抗特性を可能な限り安定化させる必要がある。しかしながら、従来のサーマルヘッドでは、多結晶シリコンを使用して発熱抵抗体層103を構成することにより、熱に起因する抵抗特性の不安定化が解消される一方で、多結晶シリコンなどの半導体により構成された発熱抵抗体層103とアルミニウムなどの高導電性材料により構成された電極層104とが接触している構造的要因に基づき、熱以外の他の要因に起因して抵抗特性が不安定化し得るという問題があった。この問題は、例えば、P型の多結晶シリコンを使用して発熱抵抗体層103を構成した場合に顕著となる。したがって、サーマルヘッドの作動特性を確保する上では、多結晶シリコンに代表される半導体を使用して発熱抵抗体層103を構成した場合においても抵抗特性を安定化することが可能な技術の確立が急務である。 Incidentally, in order to ensure the operating characteristics of the thermal head, for example, it is necessary to stabilize the resistance characteristics of the heating resistor layer 103 as much as possible. However, in the conventional thermal head, the use of polycrystalline silicon to form the heating resistor layer 103 eliminates instability of resistance characteristics caused by heat, while the semiconductor is made of polycrystalline silicon or the like. The resistance characteristics are unstable due to other factors other than heat, based on the structural factor that the heating resistor layer 103 is in contact with the electrode layer 104 made of a highly conductive material such as aluminum. There was a problem that could be converted. This problem becomes prominent when, for example, the heating resistor layer 103 is formed using P-type polycrystalline silicon. Therefore, in order to ensure the operating characteristics of the thermal head, the establishment of a technique capable of stabilizing the resistance characteristics even when the heating resistor layer 103 is configured using a semiconductor typified by polycrystalline silicon. There is an urgent need.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体を使用して発熱抵抗体層を構成した場合においても抵抗特性を安定化し、作動特性を確保することが可能なサーマルヘッドを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a thermal head capable of stabilizing the resistance characteristics and ensuring the operating characteristics even when the heating resistor layer is formed using a semiconductor. Is to provide.
本発明の第1のサーマルヘッドは、多結晶シリコンを含む発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層に電気的に接続された電極層と、これらの発熱抵抗体層と電極層との間に設けられ、発熱抵抗体層と電極層とをオーミック接触させるための中間層とを備え、中間層がゲルマニウムを含むものである。 The first sub Maruheddo of the present invention, a heating resistor layer comprises polycrystalline silicon, and an electrode layer electrically connected to the heating resistor layer, between these heat generating resistor layer and the electrode layer An intermediate layer for providing ohmic contact between the heating resistor layer and the electrode layer, and the intermediate layer includes germanium .
本発明の第1のサーマルヘッドでは、多結晶シリコンを含む発熱抵抗体層と電極層との間に、ゲルマニウムを含む中間層が設けられている。これにより、中間層を介して発熱抵抗体層と電極層とがオーミック接触するため、発熱抵抗体層と電極層との接触抵抗が十分に低下する。 In the first sub Maruheddo of the present invention, between the heating resistor layer and the electrode layer including polycrystalline silicon, an intermediate layer containing germanium is provided. Accordingly, since the heating resistor layer and the electrode layer through the intermediate layer is in ohmic contact, contact resistance between the heating resistor layer and the electrode layer is sufficiently reduced.
本発明の第2のサーマルヘッドは、多結晶シリコンを含む発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層に電気的に接続され、発熱抵抗体層とオーミック接触するためのオーミック接触促進物質がドープされた電極層とを備え、オーミック接触促進物質がゲルマニウムを含むものである。 The second thermal head of the present invention is doped with a heating resistor layer containing polycrystalline silicon and an ohmic contact promoting substance electrically connected to the heating resistor layer and in ohmic contact with the heating resistor layer. provided and the electrode layer, an ohmic contact promoting substance is intended to include germanium beam.
本発明の第2のサーマルヘッドでは、電極層に、ゲルマニウムを含むオーミック接触促進物質がドープされている。これにより、電極層がオーミック接触促進物質を利用して多結晶シリコンを含む発熱抵抗体層とオーミック接触するため、発熱抵抗体層と電極層との接触抵抗が十分に低下する。 In the second thermal head of the present invention, the electrode layer, an ohmic contact promoting substance containing germanium arm is doped. As a result, the electrode layer makes ohmic contact with the heating resistor layer containing polycrystalline silicon using the ohmic contact promoting substance, so that the contact resistance between the heating resistor layer and the electrode layer is sufficiently reduced.
本発明の第1のサーマルヘッドによれば、ゲルマニウムを含む中間層を介して多結晶シリコンを含む発熱抵抗体層と電極層とがオーミック接触するため、発熱抵抗体層と電極層との接触抵抗が十分に低下する。これにより、中間層を備えておらず、発熱抵抗体層と電極層との接触抵抗が大きすぎる従来のサーマルヘッドとは異なり、発熱抵抗体層の抵抗特性が安定化する。したがって、半導体を使用して発熱抵抗体層を構成した場合においても抵抗特性を安定化し、作動特性を確保することができる。 According to a first sub Maruheddo of the present invention, contact with for polycrystalline containing silicon heating resistor layer and the electrode layer and Gao Mikku contact via an intermediate layer containing germanium, heating resistor layer and the electrode layer Resistance decreases sufficiently . Thus, not provided with an intermediate layer, different from the conventional thermal head contact resistance between the heating resistor layer and the electrode layer is too large, the resistance characteristics of the heat generation resistor layer is stabilized. Therefore, even when the heating resistor layer is configured using a semiconductor, the resistance characteristics can be stabilized and the operation characteristics can be ensured.
本発明の第2のサーマルヘッドによれば、電極層にゲルマニウムを含むオーミック接触促進物質がドープされており、その電極層が発熱抵抗体層とオーミック接触するため、発熱抵抗体層と電極層との接触抵抗が十分に低下する。したがって、半導体を使用して発熱抵抗体層を構成した場合においても抵抗特性を安定化し、作動特性を確保することができる。 According to the second thermal head of the present invention, ohmic contact promoting substance containing germanium arm to the electrode layer are doped, since the electrode layer is in ohmic contact with the heating resistor layer, the heating resistor layer and the electrode layer The contact resistance is sufficiently reduced. Therefore, even when the heating resistor layer is configured using a semiconductor, the resistance characteristics can be stabilized and the operation characteristics can be ensured.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係るサーマルヘッドの構成について説明する。図1は、サーマルヘッド10の外観構成を表している。
[First Embodiment]
First, the configuration of the thermal head according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an external configuration of the
本実施の形態に係るサーマルヘッド10は、例えば、感熱方式の印画装置(すなわちプリンタ)などに発熱源として搭載されるデバイスである。このサーマルヘッド10は、例えば、図1に示したように、発熱部10Aと、この発熱部10Aを駆動させるための駆動部10Bとを備え、発熱部10Aが駆動部10Bに搭載された構成を有している。
The
駆動部10Bは、発熱部10Aに通電して駆動させることにより、その発熱部10Aの駆動状態を制御するものである。この駆動部10Bは、例えば、アルミニウム(Al)製の放熱板11に対してプリント基板(PCB;Print Circuit Board )12が部分的に重なるように連結されており、このプリント基板12の一方の面(上面)にドライバIC(Integrated Curcuit)13が取り付けられ、かつ他方の面(下面)に外部接続用のコネクタ14が取り付けられた構成を有している。このドライバIC13は、発熱部10Aを駆動させるためのデバイスであり、例えば、IC樹脂膜15中に埋設されている上、さらに、プリント基板12の一方の面に取り付けられたICカバー16によりIC樹脂膜15と共に覆われている。
The
発熱部10Aは、駆動部10Bから通電されることにより駆動して発熱するものであり、例えば、シリコン系の接着剤17を介して駆動部10Bの放熱板11に固定されている。なお、発熱部10Aの詳細な構成については後述する。
The
次に、図1〜図3を参照して、発熱部10Aの詳細な構成について説明する。図2および図3は発熱部10Aの詳細な構成を拡大して表しており、図2は断面構成を示し、図3は平面構成を示している。なお、図2では、図3に示したII−II線に沿った断面構成を示している。
Next, a detailed configuration of the
発熱部10Aは、例えば、図2に示したように、例えば酸化アルミニウム(Al2 O3 ;アルミナ)製の基板1上に、グレーズ層2と、発熱抵抗体層3と、一対の電極層4と、保護層5とがこの順に積層された積層構造を有し、発熱抵抗体層3と電極層4との間に、これらの発熱抵抗体層3と電極層4との間をオーミック接触させるための中間層6が設けられた構成を有している。
For example, as shown in FIG. 2, the
グレーズ層2は、発熱抵抗体層3において発生した熱を蓄熱することにより、その熱が基板1へ逃げないようにするためのものであり、例えば、ガラスなどの低熱伝導性材料により構成されている。
The
発熱抵抗体層3は、電極層4を介して通電されることより発熱するものであり、例えば、多結晶シリコン(Poly−Si)を含んで構成されている。この多結晶シリコンとしては、例えば、ホウ素(B)がドープされたP型の多結晶シリコンや、リン(P)がドープされたn型の多結晶シリコンなどが挙げられる。
The
一対の電極層4は、発熱抵抗体層3を通電させるためのものであり、所定のギャップGを挟んで互いに対向配置された電極層4A(第1の電極層),4B(第2の電極層)を含んで構成されている。これらの電極層4A,4Bは、例えば、いずれもアルミニウム(Al)などの高導電性材料により構成されている。
The pair of
保護層5は、サーマルヘッド10を使用して印画媒体に画像を印画する際に、その印画媒体と接触することに起因して発熱抵抗体層3や電極層4が磨耗または破損することを防止するためのものである。この保護層5は、例えば、ケイ素(Si)、ホウ素(B)およびリン(P)を有する材料を含んで構成されており、具体的にはシラン(SiH4 )、ジボラン(B2 H6 )およびホスフィン(PH3 )等を使用してプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition )で成膜されたケイ素−ホウ素ーリン化合物(SiBP)により構成されている。
The
中間層6は、上記したように、発熱抵抗体層3と電極層4とをオーミック接触させるためのものであり、発熱抵抗体層3と一方の電極層4Aとの間に設けられた一方の中間層6A(第1の中間層)と、発熱抵抗体層3と他方の電極層4Bとの間に設けられた他方の中間層6B(第2の中間層)とを含んで構成されている。この中間層6の役割に関して簡単に説明すれば、多結晶シリコンなどの半導体により構成された発熱抵抗体層3とアルミニウムなどの高導電性材料により構成された電極層4との間に中間層6が介在することにより、この中間層6を介して発熱抵抗体層3と電極層4とがオーミック接触し、すなわち発熱抵抗体層3と電極層4との間の接触抵抗がその発熱抵抗体層3の抵抗特性に影響を及ぼさない程度まで減少することとなる。この中間層6は、例えば、ゲルマニウム(Ge)および白金(Pt)のうちの少なくとも一方を0.1原子%〜100原子%の範囲内で含んで構成されている。この中間層6の構成材料としては、例えば、ゲルマニウム、ケイ素−ゲルマニウム化合物(Si−Ge)、アルミニウム−ゲルマニウム化合物(Al−Ge)、アルミニウム−ケイ素−ゲルマニウム化合物(Al−Si−Ge)、白金、ケイ素−白金化合物(Si−Pt)、アルミニウム−白金化合物(Al−Pt)、アルミニウム−ケイ素−白金化合物(Al−Si−Pt)、ゲルマニウム−白金化合物(Ge−Pt)、ケイ素−ゲルマニウム−白金化合物(Si−Ge−Pt)、アルミニウム−ゲルマニウム−白金化合物(Al−Ge−Pt)、ならびにアルミニウム−ケイ素−ゲルマニウム−白金化合物(Al−Si−Ge−Pt)を含む群のうちの少なくとも1種を含む材料が挙げられる。
As described above, the
この発熱部10Aでは、例えば、図3に示したように、電極層4(4A,4B)がY軸方向に沿って複数組に渡って並列配置されており、この電極層4の各組ごとに発熱抵抗体層3が同方向に複数に渡って並列配置されている。電極層4のうち、一方の電極層4Aはコモン電極として機能するものであり、電極層4の各組間で互いに連結されているのに対して、他方の電極層4Bはリード電極として機能するものであり、電極層4の各組ごとに互いに分離されている。このリード電極として機能する各電極層4Bは、駆動部10BのドライバIC13(図1参照)に接続されており、このドライバIC13を通じて互いに独立して通電可能になっている。中間層6は、例えば、電極層4に対応して配置され、その電極層4と同様の構成を有しており、すなわち一方の中間層6Aは電極層4Aに対応して互いに連結されており、他方の中間層6Bは電極層4Bに対応して互いに分離されている。なお、図3では、発熱抵抗体層3および電極層4(4A,4B)の位置関係を見やすくするために、保護層5の図示を省略していると共に、電極層4に網掛けを施している。
In the
次に、図1〜図3を参照して、サーマルヘッド10の動作について説明する。
Next, the operation of the
このサーマルヘッド10では、例えば、感熱方式の印画装置等に駆動部10Bのコネクタ14を介して接続された状態において、画像パターン情報に基づいてドライバIC13を通じて電極層4(4A,4B)が通電されると、この電極層4から供給された電流に基づいて発熱抵抗体層3が発熱することにより、印画用の熱が発生する。このとき発生した熱は、保護層5内を経由したのち、最終的に印画媒体(図示せず)の印画エリアまで伝導する。
In the
この際、発熱抵抗体層3と電極層4との間に中間層6が設けられており、この中間層6を介して発熱抵抗体層3と電極層4とがオーミック接触しているため、これらの発熱抵抗体層3と電極層4との間の接触抵抗が十分に低下する。これにより、発熱抵抗体層3と電極層4との間の電流−電圧特性に関して線形性が得られる。
At this time, an
本実施の形態に係るサーマルヘッド10では、図1〜図3に示したように、発熱抵抗体層3と電極層4との間に中間層6を設け、この中間層6を利用して発熱抵抗体層3と電極層4とをオーミック接触させるようにしたので、「サーマルヘッド10の動作」として上記したように、発熱抵抗体層3と電極層4との間の接触抵抗が十分に低下する。この場合には、中間層6を備えておらず、発熱抵抗体層103と電極層104との間の接触抵抗が大きすぎる従来のサーマルヘッド(図7参照)とは異なり、多結晶シリコンに代表される半導体を使用して発熱抵抗体層3を構成した場合においても、その発熱抵抗体層3の抵抗特性が安定化する。もちろん、この発熱抵抗体層3の抵抗特性に関する安定化傾向は、P型の多結晶シリコンを使用して発熱抵抗体層3を構成した場合においても得られる。したがって、本実施の形態では、半導体を使用して発熱抵抗体層3を構成した場合においても抵抗特性を安定化し、サーマルヘッド10の作動特性を確保することができる。
In the
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図4および図5は、本実施の形態に係るサーマルヘッドの主要部(発熱部10A)の詳細な構成を拡大して表しており、図4は図2に対応する断面構成を示し、図5は図3に対応する平面構成を示している。図4では、図5に示したIV−IV線に沿った断面構成を示している。なお、図4および図5では、上記第1の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。
4 and 5 show an enlarged detailed configuration of the main part (
本実施の形態に係るサーマルヘッドは、例えば、図4および図5に示したように、発熱抵抗体層3と電極層4との間に中間層6が設けられていた上記第1の実施の形態のサーマルヘッド10(図1〜図3参照)とは発熱部10Aの構成が異なり、具体的には電極層4(4A,4B)に代えて電極層24(24A,24B)を備え、その電極層24と発熱抵抗体層3との間に中間層6が設けられていない点を除き、そのサーマルヘッド10と同様の構成を有している。電極層24は、発熱抵抗体層3を通電させる機能を有しつつ、自ら発熱抵抗体層3とオーミック接触するものであり、アルミニウムなどの高導電性材料により構成され、発熱抵抗体層3とオーミック接触するためのオーミック接触促進物質を含んでいる。この電極層24は、例えば、オーミック接触促進物質として上記第1の実施の形態において列挙した中間層6の構成材料を含んでおり、具体的にはゲルマニウム(Ge)および白金(Pt)のうちの少なくとも一方を0.1原子%〜100原子%の範囲内で含んでいる。このオーミック接触促進物質としては、例えば、ゲルマニウム、ケイ素−ゲルマニウム化合物(Si−Ge)、アルミニウム−ゲルマニウム化合物(Al−Ge)、アルミニウム−ケイ素−ゲルマニウム化合物(Al−Si−Ge)、白金、ケイ素−白金化合物(Si−Pt)、アルミニウム−白金化合物(Al−Pt)、アルミニウム−ケイ素−白金化合物(Al−Si−Pt)、ゲルマニウム−白金化合物(Ge−Pt)、ケイ素−ゲルマニウム−白金化合物(Si−Ge−Pt)、アルミニウム−ゲルマニウム−白金化合物(Al−Ge−Pt)、ならびにアルミニウム−ケイ素−ゲルマニウム−白金化合物(Al−Si−Ge−Pt)を含む群のうちの少なくとも1種が挙げられる。この電極層24は、例えば、アルミニウムなどの高導電性材料にオーミック接触促進物質をドープすることにより形成可能である。この電極層24中におけるオーミック接触促進物質の分布状態は、例えば、全体に渡ってほぼ均一になるようにしてもよいし、あるいは発熱抵抗体層3に近い側においてオーミック接触促進物質の濃度が高くなるように厚さ方向において電極層24に濃度勾配を設けるようにしてもよい。なお、発熱抵抗体層3は、上記第1の実施の形態と同様に、多結晶シリコンを含んで構成されている。
In the thermal head according to the present embodiment, for example, as shown in FIGS. 4 and 5, the
本実施の形態に係るサーマルヘッドでは、電極層24がオーミック接触促進物質を含むようにしたので、その電極層24がオーミック接触促進物質を利用して自ら発熱抵抗体層3とオーミック接触する。したがって、発熱抵抗体層3と電極層24との間の接触抵抗が十分に低下するため、上記第1の実施の形態と同様の作用により、半導体を使用して発熱抵抗体層3を構成した場合においても抵抗特性を安定化し、サーマルヘッドの作動特性を確保することができる。
In the thermal head according to the present embodiment, since the
なお、本実施の形態のサーマルヘッドに関する上記以外の構成および動作は上記第1の実施の形態と同様である。 The configuration and operation of the thermal head of the present embodiment other than those described above are the same as those in the first embodiment.
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples of the present invention will be described.
上記各実施の形態において説明した本発明のサーマルヘッドを代表して、上記第1の実施の形態において図1〜図3に示したサーマルヘッドを使用して抵抗特性試験を行ったところ、図6に示した結果が得られた。図6はサーマルヘッドの抵抗特性の変化を表しており、「横軸」は規格化した印加電力比(規格化印加電力比)を示し、「縦軸」は抵抗変化率(%)を示している。サーマルヘッドの主要な構成としては、発熱抵抗体層、電極層および中間層をそれぞれ多結晶シリコン、アルミニウムおよびアルミニウム−ケイ素−ゲルマニウム化合物(Al−Si−Ge)で構成した。なお、本発明のサーマルヘッドの抵抗特性の変化を調べる際には、その性能を比較評価するために、図7に示した従来のサーマルヘッドの抵抗特性の変化も同様に調べた。図6に示した「○」は本発明のサーマルヘッドに関する結果を示し、「△」は従来のサーマルヘッドに関する結果を示している。上記した「規格化印加電力比」とは、従来のサーマルヘッドの電極層間に60000回に渡ってパルス電圧を変化(増加)させながら印加することにより、初期抵抗値(パルス電圧を印加する前の抵抗値)に対して抵抗変化率が±3%に至ったときの印加電力W1を調べると共に、本発明のサーマルヘッドにも同様にパルス電圧を変化(増加)させながら印加することにより印加電力W1に対応する印加電力W2を調べ、その印加電力W1を1としたときの印加電力比W2/W1を表している。 As a representative of the thermal head of the present invention described in each of the above embodiments, a resistance characteristic test was performed using the thermal head shown in FIGS. 1 to 3 in the first embodiment. The results shown in are obtained. FIG. 6 shows changes in the resistance characteristics of the thermal head, where the “horizontal axis” shows the normalized applied power ratio (normalized applied power ratio), and the “vertical axis” shows the resistance change rate (%). Yes. As the main configuration of the thermal head, the heating resistor layer, the electrode layer, and the intermediate layer were each composed of polycrystalline silicon, aluminum, and an aluminum-silicon-germanium compound (Al-Si-Ge). When the change in the resistance characteristic of the thermal head of the present invention was examined, the change in the resistance characteristic of the conventional thermal head shown in FIG. 7 was also examined in order to compare and evaluate the performance. “◯” shown in FIG. 6 indicates the result regarding the thermal head of the present invention, and “Δ” indicates the result regarding the conventional thermal head. The above-mentioned “standardized applied power ratio” means that the initial resistance value (before applying the pulse voltage) is applied by changing (increasing) the pulse voltage over 60000 times between the electrode layers of the conventional thermal head. The applied power W1 when the resistance change rate reaches ± 3% with respect to the resistance value) is examined, and the applied power W1 is also applied to the thermal head of the present invention while changing (increasing) the pulse voltage in the same manner. The applied power ratio W2 / W1 is shown when the applied power W2 corresponding to is examined and the applied power W1 is 1.
図6に示した結果から判るように、サーマルヘッドの抵抗変化率は、本発明(○)および従来(△)のいずれの場合においても、規格化印加電力比が大きくなるにしたがって負の方向に大きくなった。しかしながら、本発明と従来との間で抵抗変化率の変化状況を比較すると、従来では規格化印加電力比=1.0近傍において急激に負の抵抗変化率が大きくなったのに対して、本発明では規格化印加電力比=3.0近傍において急激に負の抵抗変化率が大きくなった。より具体的には、サーマルヘッドの抵抗変化率に関する実用上の基準値を抵抗変化率=−3.0%と設定し、すなわちサーマルヘッドの実用上の抵抗変化率を−3.0%以内に留めたいとした場合、抵抗変化率=−3.0%となる規格化印加電力比は、従来において規格化印加電力比=約1.0であるのに対して、本発明において規格化印加電力比=約3.5であり、本発明では従来よりも3倍以上大きくなった。このことから、本発明のサーマルヘッドでは、従来のサーマルヘッドとは異なり、多結晶シリコンに代表される半導体を使用して発熱抵抗体層を構成した場合においても抵抗特性を安定化し、作動特性を確保することができることが確認された。 As can be seen from the results shown in FIG. 6, the rate of change in resistance of the thermal head decreases in the negative direction as the normalized applied power ratio increases in both the present invention (◯) and the conventional (Δ). It became bigger. However, when the change state of the resistance change rate is compared between the present invention and the prior art, the negative resistance change rate has suddenly increased near the normalized applied power ratio = 1.0 in the past. In the invention, the negative resistance change rate suddenly increased near the normalized applied power ratio = 3.0. More specifically, the practical reference value for the resistance change rate of the thermal head is set as the resistance change rate = −3.0%, that is, the practical resistance change rate of the thermal head is within −3.0%. When it is desired to keep, the standardized applied power ratio at which the resistance change rate = −3.0% is the standardized applied power ratio = about 1.0 in the past, whereas in the present invention, the standardized applied power ratio is about 1.0. The ratio was about 3.5, and in the present invention, it was three times larger than the prior art. Therefore, unlike the conventional thermal head, the thermal head of the present invention stabilizes the resistance characteristics even when the heating resistor layer is configured using a semiconductor typified by polycrystalline silicon, and the operating characteristics are improved. It was confirmed that it could be secured.
なお、具体的にデータを示して説明しないが、アルミニウム−ケイ素−ゲルマニウム化合物(Al−Si−Ge)に代えて、上記第1の実施の形態において列挙したゲルマニウム系および白金系の一連の材料を使用して中間層を構成したサーマルヘッドの抵抗特性の変化を調べたところ、これらのサーマルヘッドに関しても図6に示した結果と同様の結果が得られた。このことから、アルミニウム−ケイ素−ゲルマニウム化合物(Al−Si−Ge)を使用して発熱抵抗体層を構成したサーマルヘッドに限らず、他のゲルマニウム系および白金系の一連の材料を使用して中間層を構成したサーマルヘッドにおいても抵抗特性を安定化し、作動特性を確保し得ることが確認された。 Although not specifically shown and described, a series of germanium-based and platinum-based materials listed in the first embodiment is used instead of the aluminum-silicon-germanium compound (Al-Si-Ge). When changes in the resistance characteristics of the thermal heads used to form the intermediate layer were examined, results similar to those shown in FIG. 6 were obtained for these thermal heads. From this, it is not limited to a thermal head in which a heating resistor layer is formed using an aluminum-silicon-germanium compound (Al-Si-Ge), but an intermediate using a series of other germanium-based and platinum-based materials. It was confirmed that even in the thermal head composed of layers, the resistance characteristics can be stabilized and the operating characteristics can be secured.
以上、いくつかの実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態実施例に限定されず、種々の変形が可能である。
Although the present invention has been described with reference to some embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made .
本発明に係るサーマルヘッドは、半導体により構成された発熱抵抗体層を備えたサーマルヘッドに適用することが可能である。 The thermal head according to the present invention can be applied to a thermal head provided with a heating resistor layer made of a semiconductor.
1…基板、2…グレーズ層、3…発熱抵抗体層、4(4A,4B),24(24A,24B)…電極層、5…保護層、6(6A,6B)…中間層、10…サーマルヘッド、10A…発熱部、10B…駆動部、11…放熱板、12…プリント基板、13…ドライバIC、14…コネクタ、15…IC樹脂膜、16…ICカバー、17…接着剤、G…ギャップ。
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