JPH0667628B2 - Thermal head - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H10N97/00—Electric solid-state thin-film or thick-film devices, not otherwise provided for
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱印字記録装置に用いられるサーマルヘツド
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head used in a thermal print recording apparatus.
従来の技術 一般に、サーマルヘツドは例えばガラスグレーズ処理し
たセラミツク基板上に多数の発熱抵抗体とこれらの発熱
抵抗体に電力を供給するための電気導体とを配設して形
成されている。そして、記録すべき情報にしたがつて必
要な発熱抵抗体に電流を流して発熱させ、記録媒体にそ
の熱量を与えて記録を行つているものである。2. Description of the Related Art Generally, a thermal head is formed, for example, by arranging a large number of heating resistors and electric conductors for supplying electric power to these heating resistors on a glass substrate which has been subjected to a glass glaze treatment. Then, according to the information to be recorded, an electric current is passed through a necessary heating resistor to generate heat, and the amount of heat is given to the recording medium for recording.
しかして、熱印字記録装置としては、感熱紙を用いる形
式のもの、インクリボンを用いて普通紙にインクを熱転
写する形式のもの、昇華性染料を用いてインク蒸気によ
り記録する形式のもの等の種々のものが存する。これら
の熱印字記録装置において、高密度化、カラー化、多重
記録化、階調記録化等が進んでいる。このような高機能
化のためには、サーマルヘツドの高速化が必要なもので
ある。このサーマルヘツドの高速化の為には、ヘツドの
発熱抵抗体への通電時間を短くして印加電圧を増大し、
ヘツド温度を高温にしなければならないものである。Thus, as the thermal printing recording device, there are a type using thermal paper, a type thermally transferring ink to plain paper using an ink ribbon, a type recording with ink vapor using a sublimable dye, etc. There are various things. In these thermal printing recording apparatuses, higher density, colorization, multiple recording, gradation recording, etc. are being advanced. In order to achieve such high functionality, it is necessary to speed up the thermal head. In order to increase the speed of this thermal head, the energization time to the heating resistor of the head is shortened to increase the applied voltage,
The head temperature must be high.
しかしながら、従来の一般のサーマルヘツドは第２図に
示す構造のものであり、前述の高速化の要望に応えるこ
とができないものである。すなわち、アルミナ基板１の
表面にガラスグレーズ層２が形成され、このガラスグレ
ーズ層２の上に発熱抵抗体層３が形成されている。この
発熱抵抗体層３は一般にNiCr、Ta2-N、Cr-Si-O等が用い
られている。このような発熱抵抗体層３の上にCr層４及
びAu層５等の２層構造よりなる電極層６が形成され、こ
の電極層６の上にはSiO2等よりなる酸化防止層７とTa2O
5等による耐摩耗層８とが順次積層されている。However, the conventional general thermal head has the structure shown in FIG. 2, and cannot meet the above-mentioned demand for higher speed. That is, the glass glaze layer 2 is formed on the surface of the alumina substrate 1, and the heating resistor layer 3 is formed on the glass glaze layer 2. The heating resistor layer 3 is generally made of NiCr, Ta 2 -N, Cr-Si-O or the like. An electrode layer 6 having a two-layer structure such as a Cr layer 4 and an Au layer 5 is formed on the heating resistor layer 3, and an antioxidant layer 7 made of SiO 2 and the like is formed on the electrode layer 6. Ta 2 O
A wear resistant layer 8 made of 5 or the like is sequentially laminated.
このような構造のサーマルヘツドにおいて、酸化防止層
７が設けられてはいるものの、その酸化防止機能は充分
ではなく、高速印字を行うと発熱抵抗体層３のNiCr、Ta
2-N、Cr-Si-O等が酸化し、抵抗値が増大すると云う欠点
を有する。In the thermal head having such a structure, although the antioxidation layer 7 is provided, its antioxidation function is not sufficient, and when high speed printing is performed, NiCr and Ta of the heating resistor layer 3 are formed.
2- N, Cr-Si-O, etc. oxidize and have a drawback that the resistance value increases.
このようなことから本発明者等の研究により、酸化防止
層の性能とは別個に発熱抵抗体層の材質に着目し、RuO2
系の薄膜抵抗体が耐酸化性を有し、高温における高速駆
動が可能であることが見出された。その具体的な構造と
しては、第３図に示すようにガラスグレーズ層２を有す
るアルミナ基板１にRuO2系の薄膜抵抗体による発熱抵抗
体層９と電極層６と耐摩耗層８とを順次積層して形成し
ているものである。From the above, according to the study of the present inventors, the RuO 2 is focused on the material of the heating resistor layer separately from the performance of the antioxidant layer.
It was found that the thin film resistor of the system has oxidation resistance and can be driven at high speed at high temperature. As its concrete structure, as shown in FIG. 3, an alumina substrate 1 having a glass glaze layer 2 is provided with a heating resistor layer 9, an electrode layer 6 and an abrasion resistant layer 8 made of RuO 2 type thin film resistors in this order. It is formed by stacking.
発明が解決しようとする問題点 このようにRuO2系の薄膜抵抗体による発熱抵抗体層９を
用いることにより発熱低抗体層９自体の耐酸化性は向上
し、これにより酸化防止層７を不用として耐摩耗層８の
みを設ければ良いものであるが、このような構造におい
ては別に新たな問題が生じてきた。すなわち、電極層６
は通常、前述のようにCrとAuとの２層構造であることが
一般的であるが、RuO2系の薄膜抵抗体の上にCr層を接触
させて積層すると、経時的に抵抗値が増大してしまうと
いう状態が発生した。その原因は高温時においては、Cr
とRuO2系の薄膜抵抗体とが反応を起すためと考えられ
る。Problems to be Solved by the Invention As described above, by using the heating resistor layer 9 made of a RuO 2 -based thin film resistor, the oxidation resistance of the heating low antibody layer 9 itself is improved. However, only the abrasion resistant layer 8 needs to be provided, but a new problem has arisen in such a structure. That is, the electrode layer 6
Generally, it has a two-layer structure of Cr and Au as described above. However, when a Cr layer is contacted and laminated on a RuO 2 -based thin film resistor, the resistance value changes with time. The situation that it will increase has occurred. The cause is Cr at high temperature
This is considered to be due to the reaction between Ru and the thin film resistor of RuO 2 system.
このような経時的な抵抗値の変動は、所望の発熱量を得
ることが困難となり、サーマルヘツドの正常な動作を期
待することができないと云う問題がある。Such a change in resistance value over time makes it difficult to obtain a desired amount of heat generation, and there is a problem in that normal operation of the thermal head cannot be expected.
さらに、種々検討した結果、TiがRuO2系薄膜抵抗体と反
応がなく、高温で安定であることが確認されたが、Tiは
比抵抗の割に熱伝導率が大きくてリード部から熱が逃げ
て効率が悪くなる。高速化を図るためには印加電力を増
大しなければならないので、熱効率の改善が重要となる
ものである。Furthermore, as a result of various studies, it was confirmed that Ti does not react with the RuO 2 -based thin film resistor and is stable at high temperatures, but Ti has a large thermal conductivity relative to the specific resistance and the heat from the lead part is large. Escape and lose efficiency. Improving thermal efficiency is important because the applied power must be increased in order to increase the speed.
問題点を解決するための手段 基板上に発熱抵抗体層と電極層と保護層とを順次積層し
て形成したサーマルヘツドにおいて、酸化ルテニウムを
第一の主成分とする薄膜酸化物により前記発熱抵抗体層
を形成し、前記電極層の少なくとも一部を前記発熱抵抗
体層の上に直接積層されたTiを主成分とする合金層とす
る。Means for Solving the Problems In a thermal head formed by sequentially laminating a heating resistor layer, an electrode layer and a protective layer on a substrate, the heating resistor is formed by a thin film oxide containing ruthenium oxide as a first main component. A body layer is formed, and at least a part of the electrode layer is an alloy layer containing Ti as a main component directly laminated on the heating resistor layer.
作用 酸化ルテニウムを第一の主成分とする薄膜酸化物により
形成された発熱抵抗体層にTiを主成分とする合金層が接
触して積層されているため、高温のもとにおいても両者
が反応することがなく、これにより、経時的な抵抗変化
が低減され、長時間にわたつての信頼性が向上するもの
である。また、熱効率を改善して高速化を可能にする。
なお、Tiとの合金を作る金属としては、Al、Ni、Cu、F
e、Mo、Ｗ等が適用される。Action Since the heat-generating resistor layer formed of the thin film oxide containing ruthenium oxide as the first main component and the alloy layer containing Ti as the main component are in contact with each other, they react even at high temperatures. By doing so, the change in resistance over time is reduced, and the reliability over a long period of time is improved. It also improves the thermal efficiency and enables higher speeds.
In addition, as a metal for forming an alloy with Ti, Al, Ni, Cu, F
e, Mo, W, etc. are applied.
しかして、Tiを主成分とする合金層の形成は、通常用い
られる抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパツタリ
ング法等によるものである。Thus, the formation of the alloy layer containing Ti as a main component is carried out by the commonly used resistance heating vapor deposition method, electron beam vapor deposition method, sputtering method or the like.
また、RuO2系の薄膜抵抗体は、RuO2の他に多種の添加成
分を加えてもよい。RuO2は単独の場合に比べＭ（Ca、S
r、Baから選ばれた少なくとも一種）の酸化物と併用す
ることにより耐湿性が増す。実質的にＭ／Ru＝１であれ
ば、CaRuO3、SrRuO3、BaRuO3等の安定な構造となる。し
かして、多少比率がずれても問題はないが、Ｍの酸化物
がＭ／Ruの比率で0.6より少なくなると、析出するRuO2
の影響で耐湿性が劣化し、Ｍ／Ruの比率で２より多くな
ると抵抗値が高くなつて負の抵抗温度係数を有するよう
になり、また、Ｍ／Ruの比率で４以上では絶縁体に近く
なる。従つて、Ｍ／Ruは0.6〜２の範囲であることが望
ましい。Further, the RuO 2 -based thin film resistor may contain various additive components in addition to RuO 2 . RuO 2 is M (Ca, S
Moisture resistance is increased by using together with at least one oxide selected from r and Ba). When M / Ru = 1, the stable structure is CaRuO 3 , SrRuO 3 , BaRuO 3, etc. Although there is no problem if the ratio is a little different, if the oxide of M becomes less than 0.6 in the ratio of M / Ru, it will precipitate RuO 2
The moisture resistance deteriorates under the influence of, and when the ratio of M / Ru is more than 2, the resistance value becomes high and has a negative temperature coefficient of resistance, and when the ratio of M / Ru is 4 or more, it becomes an insulator. Get closer. Therefore, it is desirable that M / Ru is in the range of 0.6 to 2.
このようなRuO2系の薄膜抵抗体による発熱抵抗体層の形
成は、酸化物をターゲツトしたスパツタリング法、金属
をターゲツトとしてスパツタ中に酸化させる、所謂、反
応性スパツタリング法、抵抗加熱や電子ビームによる蒸
着法等の通常の方法が採用される。Formation of a heating resistor layer by such a RuO 2 -based thin film resistor is performed by a sputtering method in which an oxide is targeted, a so-called reactive sputtering method in which metal is oxidized in the sputtering as a target, resistance heating or electron beam. A usual method such as a vapor deposition method is adopted.
実施例 本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。まず、
Al2O3等のセラミツクによる基板10上にグレーズ層11を
形成し、このグレーズ層11を洗浄してその上にRuO2系の
薄膜抵抗体による発熱抵抗体層12が形成されている。こ
の発熱抵抗体層12の上にはリード電極13とAuによるリー
ド層14との２層構造の電極層15が積層され、この電極層
15の上に保護層としての耐摩耗層16が形成されている。Embodiment An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First,
A glaze layer 11 is formed on a substrate 10 made of ceramic such as Al 2 O 3 , and the glaze layer 11 is washed to form a heating resistor layer 12 made of a RuO 2 -based thin film resistor thereon. An electrode layer 15 having a two-layer structure including a lead electrode 13 and a lead layer 14 made of Au is laminated on the heating resistor layer 12, and this electrode layer
A wear-resistant layer 16 as a protective layer is formed on the layer 15.
これらの各層の作製は次のようにして行われている。ま
ず、MRuO3（ＭはCa、Sr、Ba）をターゲツトとし、RFス
パツタリングによりグレーズ層11が形成されたアルミナ
基板10上に600Å着膜した。次いで、基板温度220℃にお
いて、Ti:Fe重量比で95:5のTi・Fe合金を2000Å、Auが
１μの厚さを電子ビーム蒸着法により順次形成した。そ
の後、所謂微細加工技術により100μ×120μサイズの抵
抗体をパターニングした。さらに、耐摩耗層16としてAl
2O3をRFスパツタリングにより５μ厚さに形成した。Fabrication of each of these layers is performed as follows. First, MRuO 3 (M is Ca, Sr, Ba) was used as a target, and a 600 Å deposition film was formed on the alumina substrate 10 on which the glaze layer 11 was formed by RF sputtering. Next, at a substrate temperature of 220 ° C., a Ti: Fe alloy having a weight ratio of Ti: Fe of 2000Å and Au having a thickness of 1 μ were sequentially formed by an electron beam evaporation method. After that, a 100 μ × 120 μ size resistor was patterned by a so-called microfabrication technique. Furthermore, as the wear resistant layer 16, Al
2 O 3 was formed to a thickness of 5 μm by RF sputtering.
また、比較のために第２図に示す構造で発熱抵抗体層に
BaRuO3を1000Å、電極としてCrが1200Å、Auが１μ、耐
摩耗層としてAl2O3を５μのものを作製した。For comparison, the structure shown in FIG. 2 is used for the heating resistor layer.
BaRuO 3 of 1000 Å, Cr of 1200 Å as an electrode, Au of 1 µ, and Al 2 O 3 of 5 µ as a wear resistant layer were prepared.
さらに、従来の一般構造のものとして、第３図に示す構
造で発熱抵抗体層にTa2Nを300Å、電極としてCrが1200
Å、Auが１μ、酸化防止層としてSiO2が２μ、耐摩耗層
としてTa2O5を５μのものを作製した。Further, as a conventional general structure, in the structure shown in FIG. 3, Ta 2 N is 300 Å in the heating resistor layer and Cr is 1200 in the electrode.
Å, Au of 1 μm, SiO 2 of 2 μm as an antioxidant layer, and Ta 2 O 5 of 5 μm as an abrasion resistant layer were prepared.
このようなサンプルに対し、始めに、所謂ステツプスト
レステストを実施し、抵抗体がどの程度の印加電力に耐
えるか検討した。試験条件はパルス周期3msec、パルス
幅1msecの繰返し電圧を5000パルス印加し、10ワツト／m
m2づつ増加させると云う方法である。その結果は第１表
に示す通りである。First, a so-called step stress test was performed on such a sample to examine how much applied power the resistor could withstand. The test condition is 10 watts / m when 5000 pulses of repetitive voltage with pulse period of 3 msec and pulse width of 1 msec are applied.
This is a method of increasing by m 2 . The results are shown in Table 1.
しかして、抵抗変化率が±10％で寿命であるとすると、
従来一般に用いられているCr,Au電極では印加電力が60W
／mm2で既に10％を越えているのに対し、本実施例では9
0W／mm2を越えても抵抗変化率は±10％以下であつた。
この印加電力を高くしても抵抗変化が少ないことは抵抗
体に大きな電力を供給することができ、従つて、高速印
字を行うことができるものである。 If the resistance change rate is ± 10% and the life is
Applied power is 60 W for the Cr and Au electrodes that have been commonly used.
Although it has already exceeded 10% in / mm 2 , in this embodiment, it is 9%.
Even if it exceeded 0 W / mm 2 , the rate of resistance change was ± 10% or less.
The fact that the resistance change is small even when the applied power is increased makes it possible to supply a large amount of power to the resistor, and therefore high-speed printing can be performed.
次いで、熱効率を測定した。測定には赤外線放射顕微温
度計を用いた。サンプルはTi:Fe合金2000Åのものとリ
ード抵抗を合わせるため、Ti1600Åのもののヘツドに30
W／mm2の電力を印加し、抵抗体上の中央部の温度を測定
した。その結果、Ti:Fe合金2000Åのものは、表面温度
が335℃であつたのに対し、Ti1500Åのものは310℃であ
り、Ti:Fe合金の方が熱効率が良いことがわかつた。ま
た、Ti:Fe合金は、熱伝導率が0.2Watt／cm・ｋであるTi
単独のものに較べてTi:Fe合金の熱伝導率が0.12Watt／c
m・ｋと大幅に小さくなり、熱効率が改善されたもので
ある。Then, the thermal efficiency was measured. An infrared radiation micro thermometer was used for the measurement. In order to match the lead resistance with that of the Ti: Fe alloy 2000Å, the sample is
A power of W / mm 2 was applied and the temperature of the central portion on the resistor was measured. As a result, the surface temperature of the Ti: Fe alloy 2000Å was 335 ° C, whereas that of the Ti 1500Å was 310 ° C, and it was found that the Ti: Fe alloy had better thermal efficiency. Further, Ti: Fe alloy has a thermal conductivity of 0.2 Watt / cm · k.
The thermal conductivity of Ti: Fe alloy is 0.12Watt / c as compared with that of a single alloy.
The thermal efficiency is improved by significantly reducing it to m · k.
なお、合金化により、リード抵抗が５〜10Ω上がるが、
現在のサーマルヘツドは抵抗値が600〜1kΩであり、問
題とならない。In addition, due to alloying, the lead resistance increases by 5-10Ω,
The current thermal head has a resistance value of 600 to 1 kΩ, which is not a problem.
また、Ti・Fe合金層に代えてTi合金層として Ti,Al重量比で 90:10 Ti,Cu重量比で 90:10 Ti,Mo重量比で 90:10 Ti,Ni重量比で 90:10 Ti,Mn重量比で 95:05 の合金をそれぞれ電子ビーム蒸着法で作製して同様な測
定をしたところ、ほぼ同様な結果が得られた。As a Ti alloy layer instead of the Ti / Fe alloy layer, Ti: Al weight ratio 90:10 Ti, Cu weight ratio 90:10 Ti, Mo weight ratio 90:10 Ti, Ni weight ratio 90:10. Alloys with a Ti: Mn weight ratio of 95:05 were prepared by electron beam evaporation and the same measurements were performed. Almost the same results were obtained.
なお、電極層としては抵抗体と接する部分がTiを主成分
とする合金層であれば、リード抵抗を低減するためにリ
ード引き回し部はAuに限らず他の金属、例えばAl、Cu等
により形成することも可能である。As the electrode layer, if the portion in contact with the resistor is an alloy layer containing Ti as a main component, the lead routing portion is not limited to Au in order to reduce the lead resistance, and is formed of another metal, such as Al or Cu. It is also possible to do so.
発明の効果 本発明は、上述のように基板上に発熱抵抗体層と電極層
と保護層とを順次積層して形成したサーマルヘツドにお
いて、発熱抵抗体層を酸化ルテニウムを第一の主成分と
する薄膜酸化物により形成したので、発熱抵抗体層自体
の耐酸化が高く、また、電極層の少なくとも一部を前記
発熱抵抗層の上に直接積層されたTiを主成分とする合金
層としたので、高温においても発熱抵抗体層と反応する
ことがなく、熱効率も改善されているので、ヘツドを高
速駆動することができ、長期間にわたつて抵抗変化の少
ない安定した駆動を行うことができるものである。As described above, the present invention provides a thermal head in which a heating resistor layer, an electrode layer, and a protective layer are sequentially laminated on a substrate as described above, and the heating resistor layer contains ruthenium oxide as a first main component. Since it is formed of a thin film oxide, the heating resistor layer itself has high oxidation resistance, and at least a part of the electrode layer is an alloy layer containing Ti as a main component directly laminated on the heating resistor layer. Therefore, it does not react with the heating resistor layer even at high temperature, and the thermal efficiency is improved, so that the head can be driven at high speed, and stable driving with little resistance change can be performed over a long period of time. It is a thing.
第１図は本発明の一実施例を示す一部の縦断側面図、第
２図は従来の一例を示す一部の縦断側面図、第３図は発
熱抵抗体層の材質を酸化ルテニウムに変えた状態の一部
の縦断側面図である。 10……基板、12……発熱抵抗体層、15……電極層、16…
…耐摩耗層（保護層）FIG. 1 is a partial vertical side view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial vertical side view showing a conventional example, and FIG. 3 is a ruthenium oxide material for the heating resistor layer. It is a part longitudinal side view of the opened state. 10 ... Substrate, 12 ... Heating resistor layer, 15 ... Electrode layer, 16 ...
... Wear resistant layer (protective layer)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝川 修 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (72)発明者 平木 英朗 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−29470（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Osamu Takigawa 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Research Institute, Inc. Toshiba Research Institute, Inc. (56) References JP-A-57-29470 (JP, A)
Claims (1)
を順次積層して形成したサーマルヘツドにおいて、酸化
ルテニウムを第一の主成分とする薄膜酸化物により前記
発熱抵抗体層を形成し、前記電極層の少なくとも一部を
前記発熱抵抗体層の上に直接積層されたTiを主成分とす
る合金層としたことを特徴とするサーマルヘツド。1. In a thermal head formed by sequentially laminating a heating resistor layer, an electrode layer and a protective layer on a substrate, the heating resistor layer is formed by a thin film oxide containing ruthenium oxide as a first main component. A thermal head, wherein the thermal head is formed and at least a part of the electrode layer is an alloy layer containing Ti as a main component and directly laminated on the heating resistor layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61270525A JPH0667628B2 (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | Thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61270525A JPH0667628B2 (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | Thermal head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63122574A JPS63122574A (en) | 1988-05-26 |
| JPH0667628B2 true JPH0667628B2 (en) | 1994-08-31 |
Family
ID=17487435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61270525A Expired - Lifetime JPH0667628B2 (en) | 1986-11-13 | 1986-11-13 | Thermal head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0667628B2 (en) |
-
1986
- 1986-11-13 JP JP61270525A patent/JPH0667628B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63122574A (en) | 1988-05-26 |
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