JPH07171984A - Thermal head - Google Patents
Thermal headInfo
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- JPH07171984A JPH07171984A JP5698494A JP5698494A JPH07171984A JP H07171984 A JPH07171984 A JP H07171984A JP 5698494 A JP5698494 A JP 5698494A JP 5698494 A JP5698494 A JP 5698494A JP H07171984 A JPH07171984 A JP H07171984A
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- thermal head
- resistor
- heat generating
- generating portion
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- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリン
タ，または熱転写式プリンタ，または感熱式プリンタに
使用されるサーマルヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head used in an ink jet printer, a thermal transfer printer, or a thermal printer.
【０００２】[0002]
【従来技術】従来、この種のサーマルヘッドは、特開昭
６１−２６０６０４号公報に開示されており、そのサー
マルヘッドの構造及びローラの断面図を図５に示す。2. Description of the Related Art Conventionally, a thermal head of this type has been disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-260604, and a structure of the thermal head and a sectional view of a roller are shown in FIG.
【０００３】図５において、このサーマルヘッドは、基
板３１上に抵抗体３２が形成されており、その上に発熱
部３３となる部分以外に導体３４が形成されている。さ
らに、発熱部３３の所の抵抗体３２の表面は陽極酸化膜
３５で覆われており、陽極酸化膜３５と導体３４はさら
に保護層３６で覆われている。感熱紙３７はゴムローラ
３８により発熱部３３上の保護層３６に押し付けられて
記録される。In FIG. 5, in this thermal head, a resistor 32 is formed on a substrate 31, and a conductor 34 is formed thereon in addition to a portion to be a heat generating portion 33. Further, the surface of the resistor 32 at the heat generating portion 33 is covered with an anodized film 35, and the anodized film 35 and the conductor 34 are further covered with a protective layer 36. The thermal paper 37 is pressed against the protective layer 36 on the heat generating portion 33 by the rubber roller 38 and recorded.
【０００４】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、導体３４に通電すると、発熱部３３の所の抵抗体３
２が加熱され、感熱紙上にドットが印字される。In the thermal head having such a structure, when the conductor 34 is energized, the resistor 3 at the heat generating portion 33 is placed.
2 is heated and dots are printed on the thermal paper.
【０００５】また、別の従来のサーマルヘッドが、特開
昭６０−１０９８５０号公報に開示されており、そのサ
ーマルヘッドの構造の断面図を図６に示す。Another conventional thermal head is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-109850, and a sectional view of the structure of the thermal head is shown in FIG.
【０００６】図６において、このサーマルヘッドは、シ
リコン基板４１上に断熱層４２，抵抗体４３及び導体４
４を形成し、発熱部４５となる部分の上の導体４４を除
去し、そして抵抗体４３及び導体４４，４４′を陽極酸
化して表面に五酸化タンタル４６及び酸化アルミニウム
４７，４７′を形成したものである。またこのサーマル
ヘッドの上に粘着層４８，４８′を介して障壁４９，４
９′及びオリフィスプレート５０，５０′が接着されて
いる。In FIG. 6, this thermal head has a heat insulating layer 42, a resistor 43 and a conductor 4 on a silicon substrate 41.
4 is formed, the conductor 44 above the portion that becomes the heat generating portion 45 is removed, and the resistor 43 and the conductors 44 and 44 'are anodized to form tantalum pentoxide 46 and aluminum oxide 47 and 47' on the surface. It was done. In addition, barriers 49, 4 are formed on the thermal head via adhesive layers 48, 48 '.
9'and the orifice plates 50, 50 'are glued together.
【０００７】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、導体４４，４４′を通電すると、発熱部４５の所の
抵抗体４３が加熱し、サーマルヘッド上のインク（図示
せず）が沸騰し、インクがオリフィス５１より吐出し、
印字用紙（図示せず）上にドットが印字される。In the thermal head having such a structure, when the conductors 44 and 44 'are energized, the resistor 43 at the heat generating portion 45 is heated, the ink (not shown) on the thermal head is boiled, and the ink is discharged. Discharge from the orifice 51,
Dots are printed on a printing paper (not shown).
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６１−２６
０６０４号公報に記載のサーマルヘッドでは、抵抗体３
２，導体３４及び保護層３６がスパッタリングにより成
膜されるため、スパッタリングプロセスが３回必要であ
る。このスパッタリングプロセスはその設備及びスパッ
タリング用ターゲットが高価であるため、コストが高く
なるという問題点があった。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the thermal head described in Japanese Patent No. 0604, the resistor 3
2. Since the conductor 34 and the protective layer 36 are deposited by sputtering, three sputtering processes are required. This sputtering process has a problem that the cost is high because the equipment and the sputtering target are expensive.
【０００９】また、感熱式プリンタに使用されるサーマ
ルヘッドを例に説明したが、インクジェットプリンタの
サーマルヘッドも構造は同様である。インクジェットプ
リンタの場合、サーマルヘッドはインク雰囲気中に置か
れる。導体３４はアルミニウムまたは銅などが使用され
るが、これらはインクに接すると腐食する。従って保護
層３６はインクの浸入を防ぐ必要がある。保護層３６は
スパッタリングにより成膜されるがスパッタリング膜は
微視的には多孔性であり、スパッタリング膜を保護層と
して使用するには膜厚を厚くする必要がある。したがっ
て、従来のサーマルヘッドは保護層が厚くなっているた
め、保護層の部分の熱容量が大きく、熱応答性が悪く、
印字速度を速くできないばかりでなく、入力電力を大き
くしなければならず、消費電力が大きいという問題点が
あった。Although the thermal head used in the thermal printer has been described as an example, the thermal head of an ink jet printer has the same structure. In the case of an inkjet printer, the thermal head is placed in an ink atmosphere. The conductor 34 is made of aluminum, copper, or the like, which corrodes when it comes into contact with ink. Therefore, the protective layer 36 needs to prevent ink from entering. The protective layer 36 is formed by sputtering, but the sputtering film is microscopically porous, and the film thickness needs to be increased in order to use the sputtering film as a protective layer. Therefore, since the conventional thermal head has a thick protective layer, the thermal capacity of the protective layer is large and the thermal response is poor,
There is a problem that not only the printing speed cannot be increased but also the input power must be increased, resulting in high power consumption.
【００１０】例えば、上述の構造のサーマルヘッドの場
合、保護層のピンホールの影響をなくすためには、１．
５μｍの厚さの保護層が必要で、この時、基板として熱
酸化膜が１．３５μｍ付いたシリコンウェーハを用い、
保護層として窒化シリコンを用いた場合、熱応答性は約
１０ｋＨｚであり、発熱部への入力電力はバブルを発生
させるために１０００Ｗ／ｍｍ2 必要であった。For example, in the case of the thermal head having the above structure, in order to eliminate the influence of the pinhole of the protective layer, 1.
A protective layer with a thickness of 5 μm is required. At this time, a silicon wafer with a thermal oxide film of 1.35 μm is used as a substrate,
When silicon nitride was used as the protective layer, the thermal response was about 10 kHz, and the input power to the heat generating portion required 1000 W / mm 2 to generate bubbles.
【００１１】また、特開昭６０−１０９８５０号公報に
記載のサーマルヘッドにおいては、スパッタリングプロ
セスは抵抗体４３と導体４４の２回であり、コストは安
価になるが次のような問題点があった。すなわち、サー
マルヘッド表面は五酸化タンタル４６及び酸化アルミニ
ウム４７，４７′で覆われているが、両者が別物質であ
り化学的に結合しないため、両者の境界部Ｂ，Ｂ′にマ
イクロスリットが生じやすく、又サーマルヘッド駆動時
熱ストレスが境界部に発生するため、境界部からのイン
ク浸入や境界部の破壊が起き、耐久性が短い。Further, in the thermal head described in JP-A-60-109850, the sputtering process is performed twice, that is, the resistor 43 and the conductor 44, and the cost is low, but there are the following problems. It was That is, the surface of the thermal head is covered with tantalum pentoxide 46 and aluminum oxide 47, 47 ', but since they are different substances and do not chemically bond with each other, microslits are generated at the boundary portions B, B'. In addition, since thermal stress is generated at the boundary portion when the thermal head is driven, ink penetration from the boundary portion or destruction of the boundary portion occurs, and durability is short.
【００１２】また、抵抗体４３と導体４４，４４′は別
物質であるため、それぞれに最適な陽極酸化条件は異な
るが、このサーマルヘッドの場合同時に陽極酸化するた
め、両者に最適な陽極酸化膜の形成が難しいという問題
点があった。例えば、この構造のサーマルヘッドの場
合、耐久性は１０6 パルス程度であり、破壊は両者の境
界部Ｂ，Ｂ′で生じていた。Further, since the resistor 43 and the conductors 44 and 44 'are different substances, the optimum anodic oxidation conditions are different from each other. However, since this thermal head simultaneously performs anodic oxidation, the optimum anodic oxide film is suitable for both. There was a problem that it was difficult to form. For example, in the case of the thermal head having this structure, the durability was about 10 6 pulses, and the breakage occurred at the boundary portions B and B ′ between the two.
【００１３】それ故、本発明は、このような問題点を解
決するもので、サーマルヘッドの耐久性を向上させ、安
価でかつ低消費電力でしかも高速印字を行うことができ
るサーマルヘッドを提供することを目的とする。Therefore, the present invention solves such a problem, and provides a thermal head which improves the durability of the thermal head, is inexpensive, consumes less power, and can perform high-speed printing. The purpose is to
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明のサーマルヘッド
は上記目的を達成するために、絶縁基板上の所定の領域
に定められた発熱部と、この発熱部を挟んで基板上に形
成された導体と、発熱部及び導体を連続的に覆う表面が
陽極酸化された抵抗体とから構成されている。In order to achieve the above-mentioned object, a thermal head of the present invention is formed on a substrate with a heat generating portion defined in a predetermined region on an insulating substrate and the heat generating portion sandwiched therebetween. It is composed of a conductor and a resistor whose surface that continuously covers the heat generating portion and the conductor is anodized.
【００１５】[0015]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例を示すサーマルヘッドの平
面図、図２は図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ′断面図で
ある。The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a plan view of a thermal head showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of the thermal head of FIG.
【００１６】図において、表面に膜厚が１．３５μｍの
熱酸化膜付きのシリコン基板１上に導体３としてアルミ
ニウムをスパッタリングで０．５μｍ成膜し、フォトリ
ソグラフィ工程により発熱部２となる部分及び隣接する
導体との間の部分を除去し導体３，３´を形成し、図１
の破線で囲まれた領域のような導体パターンを形成す
る。In the figure, 0.5 μm of aluminum is formed as a conductor 3 by sputtering on a silicon substrate 1 having a thermal oxide film with a thickness of 1.35 μm on the surface, and a portion to be a heat generating portion 2 is formed by a photolithography process. The portions between the adjacent conductors are removed to form the conductors 3 and 3 ', and
A conductor pattern such as a region surrounded by a broken line is formed.
【００１７】そして、この導体３の上に、抵抗体４とし
てある程度の大きさの体積抵抗率を有し、かつ耐熱性の
優れたタンタルをスパッタリングで０．２５μｍ成膜す
る。この抵抗体４は、導体３，３´及び発熱部２を連続
的に覆うように、フォトリソグラフィ工程により隣接す
る抵抗体との間の部分を除去し、図１の実線で囲まれた
領域のような抵抗体パターンを形成する。Then, tantalum having a volume resistivity of a certain size and excellent heat resistance is formed as a resistor 4 on the conductor 3 by sputtering for 0.25 μm. The resistor 4 is formed by removing a portion between adjacent resistors by a photolithography process so as to continuously cover the conductors 3 and 3'and the heat generating portion 2, and a region surrounded by a solid line in FIG. Such a resistor pattern is formed.
【００１８】次に、０．１％燐酸水溶液中で抵抗体４を
陽極として１４７Ｖ印加し、抵抗体４の表面を陽極酸化
すると、保護層として五酸化タンタルの陽極酸化膜５が
０．３μｍ形成される。この時、陽極酸化されなかった
抵抗体４の厚さは０．１μｍとなる。Next, 147 V was applied as an anode to the resistor 4 in a 0.1% phosphoric acid aqueous solution, and the surface of the resistor 4 was anodized to form a 0.3 μm tantalum pentoxide anodic oxide film 5 as a protective layer. To be done. At this time, the thickness of the resistor 4 not anodized becomes 0.1 μm.
【００１９】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、導体３，３´に電圧を印加すると、導体３，３´及
び抵抗体４に電流が流れ、発熱部２には導体がなく抵抗
体のみで抵抗値が高くなっているため発熱部２で発熱
し、サーマルヘッド上にあるインク（図示せず）が加熱
されて沸騰し、それによりバブルが発生してインクが吐
出し、印字用紙（図示せず）上に印字を行う。In the thermal head having such a structure, when a voltage is applied to the conductors 3 and 3 ', a current flows through the conductors 3 and 3'and the resistor 4, and there is no conductor in the heat generating portion 2 so that the resistor alone is used for resistance. Since the value is high, heat is generated in the heat generating portion 2, the ink (not shown) on the thermal head is heated and boils, and thereby bubbles are generated and the ink is ejected, and the printing paper (not shown) is generated. ) Print on top.
【００２０】ここで、本発明の実施例においてはスパッ
タリングプロセスは導体３及び抵抗体４の２回であり、
安価になる。また、バブルを発生させるために必要な発
熱部２への入力電力は６５０Ｗ／ｍｍ2 であり、低消費
電力である。Here, in the embodiment of the present invention, the sputtering process is performed twice for the conductor 3 and the resistor 4.
It will be cheaper. Moreover, the input power to the heat generating part 2 required to generate bubbles is 650 W / mm @ 2, which is low power consumption.
【００２１】さらに、抵抗体のタンタルの陽極酸化膜５
は科学量論的に五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）になってお
り、非常に緻密であるため、陽極酸化されなかった抵抗
体４の膜厚は０．１μｍ以上あれば良く、非常に薄くで
きる。その結果、２０ｋＨｚ以上の高速で駆動できる。Further, the tantalum anodic oxide film 5 of the resistor.
Is stoichiometrically tantalum pentoxide (Ta2O5) and is extremely dense. Therefore, the film thickness of the resistor 4 not anodized is 0.1 μm or more, which can be made very thin. As a result, it can be driven at a high speed of 20 kHz or more.
【００２２】また、陽極酸化する材料は、抵抗体材料の
タンタルのみであるので、これに合った最適な条件で行
うことができ、また、導体３，３´及び発熱部２は表面
が陽極酸化された抵抗体で連続的に覆われており、不連
続部がないため、耐久性が向上する。本実施例の場合、
１０7 パルス程度の耐久性があるサーマルヘッドが得ら
れた。これは、従来のサーマルヘッドに比べて約１０倍
耐久性が向上している。Further, since the material to be anodized is only tantalum which is the resistor material, it can be performed under the optimal conditions suitable for this, and the surfaces of the conductors 3, 3'and the heating portion 2 are anodized. Since it is continuously covered with the formed resistor and there is no discontinuity, the durability is improved. In the case of this embodiment,
A thermal head having a durability of about 10 7 pulses was obtained. This is about 10 times more durable than the conventional thermal head.
【００２３】本実施例においては、導体材料としてアル
ミニウムの場合について述べたが、他の材料例えば銅
や、アルミニウム−銅や、アルミニウム−シリコンでも
同等の効果が得られる。また、抵抗体材料として、タン
タルを使用したが、タンタル−アルミニウム，窒化タン
タル，チタン，ニオブまたはこれらを含む化合物等の材
料を使用しても同様の効果が得られる。In this embodiment, the case where aluminum is used as the conductor material has been described, but other materials such as copper, aluminum-copper, and aluminum-silicon can also achieve the same effect. Although tantalum was used as the resistor material, the same effect can be obtained by using a material such as tantalum-aluminum, tantalum nitride, titanium, niobium, or a compound containing these.
【００２４】なお、導体の端部は図２のように傾斜させ
た方が良く、これは導体のフォトリソグラフィ工程時
に、その処理時間やレジスト剤と導体の接着力を制御す
ることにより可能である。It is preferable to incline the end portion of the conductor as shown in FIG. 2, and this can be achieved by controlling the processing time and the adhesive force between the resist agent and the conductor during the photolithography process of the conductor. .
【００２５】更に、本発明のサーマルヘッドの他の実施
例として、図３及び図４に示すように、上述した図１の
サーマルヘッドの陽極酸化膜５上に１０7 以上のパルス
を印加した場合にキャビテーションにより発熱部２が破
壊されることを防止するために、耐キャビテーション層
６を設ける。Further, as another embodiment of the thermal head of the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, when 10 7 or more pulses are applied to the anodic oxide film 5 of the thermal head of FIG. 1 described above. The cavitation resistant layer 6 is provided in order to prevent the heat generating part 2 from being destroyed by cavitation.
【００２６】この耐キャビテーション層６は、タンタル
をスパッタリングで発熱部２や陽極酸化膜５全面を覆う
ように成膜される。この実施例においては、耐キャビテ
ーション層６を構成する材料としてタンタルを使用した
が、チタンを使用しても同様の効果が得られる。また、
耐キャビテーション層６は絶縁体である陽極酸化膜上に
成膜されており、導体同士の電気的ショートが起こらな
いため、スパッタリング後のパターン形成が不必要とな
る。この結果、サーマルヘッドを安価に製造することが
できる。The anti-cavitation layer 6 is formed by sputtering tantalum so as to cover the entire surface of the heat generating portion 2 and the anodic oxide film 5. In this embodiment, tantalum is used as the material forming the anti-cavitation layer 6, but the same effect can be obtained by using titanium. Also,
The anti-cavitation layer 6 is formed on the anodic oxide film which is an insulator, and an electrical short between the conductors does not occur, so that pattern formation after sputtering is unnecessary. As a result, the thermal head can be manufactured at low cost.
【００２７】本実施例において、耐キャビテーション層
６としてタンタルを適用した結果、タンタルの膜厚に対
するサーマルヘッドの耐久性は、タンタルの膜厚が０．
２〜０．８μｍの時、サーマルヘッドの耐久性は前記実
施例に比べて５倍以上向上した。As a result of applying tantalum as the anti-cavitation layer 6 in this embodiment, the durability of the thermal head with respect to the thickness of tantalum is 0.
When the thickness was 2 to 0.8 μm, the durability of the thermal head was improved by 5 times or more as compared with the above embodiment.
【００２８】但し、タンタルの膜厚を厚くしすぎると膜
応力が増大するため、耐キャビテーション層６の下地に
対する付着力の低下を招き、なおかつコストも高くなっ
てしまうため、サーマルヘッドのコスト，耐久性の面か
ら見て、最適なタンタルの膜厚は０．５μｍで、その時
のサーマルヘッドの耐久性は１０8 パルスで、従来のサ
ーマルヘッドに比べて１００倍向上し、さらに前記実施
例より１０倍向上した。However, if the film thickness of tantalum is excessively increased, the film stress increases, so that the adhesion of the cavitation resistant layer 6 to the underlying layer decreases, and the cost also increases, so that the cost and durability of the thermal head are increased. From the standpoint of performance, the optimum tantalum film thickness is 0.5 μm, and the durability of the thermal head at that time is 10 8 pulses, which is 100 times better than the conventional thermal head, and 10 times better than the previous embodiment. Improved.
【００２９】また、本発明のサーマルヘッドは、インク
ジェットプリンタについて説明したが、熱転写式プリン
タ，感熱式プリンタにも充分適用できる。Further, although the thermal head of the present invention has been described for the ink jet printer, it can be sufficiently applied to a thermal transfer printer and a thermal printer.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、基板上
の所定の領域に定められた発熱部と、この発熱部を挟ん
で基板上に形成された導体と、発熱部及び導体を連続的
に覆う表面が陽極酸化された抵抗体を設けたので、サー
マルヘッドの耐久性を向上させ、安価でかつ低消費電力
でしかも高速印字を行うことができる。As described above, according to the present invention, the heat generating portion defined in a predetermined area on the substrate, the conductor formed on the substrate with the heat generating portion interposed therebetween, the heat generating portion and the conductor are connected to each other. Since the resistor whose surface is covered by anodization is provided, the durability of the thermal head is improved, and inexpensive printing with low power consumption and high speed printing can be performed.
【００３１】さらに、陽極酸化膜上に耐キャビテーショ
ン層を設けたことにより、サーマルヘッドの耐久性をよ
り向上させることができる。Further, by providing the cavitation resistant layer on the anodic oxide film, the durability of the thermal head can be further improved.
【図１】本発明の一実施例を示すサーマルヘッドの平面
図である。FIG. 1 is a plan view of a thermal head showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ′断面図であ
る。2 is a cross-sectional view of the thermal head of FIG. 1 taken along line XX ′.
【図３】本発明の他の実施例を示すサーマルヘッドの平
面図である。FIG. 3 is a plan view of a thermal head showing another embodiment of the present invention.
【図４】図３のサーマルヘッドのＹ−Ｙ′断面図であ
る。4 is a cross-sectional view of the thermal head of FIG. 3 taken along the line YY '.
【図５】従来のサーマルヘッドの構造とローラの断面図
である。FIG. 5 is a sectional view of a structure of a conventional thermal head and a roller.
【図６】従来の別のサーマルヘッドの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of another conventional thermal head.
１ シリコン基板 ２ 発熱部 ３，３′ 導体 ４ 抵抗体 ５ 陽極酸化膜 ６ 耐キャビテーション層 1 Silicon substrate 2 Heat generating part 3, 3'conductor 4 Resistor 5 Anodized film 6 Anti-cavitation layer
Claims (5)
熱部と、この発熱部を挟んで前記基板上に形成された導
体と、前記発熱部及び前記導体を連続的に覆う表面が陽
極酸化された抵抗体とを含むサーマルヘッド。1. A heat generating portion defined in a predetermined region on an insulating substrate, a conductor formed on the substrate with the heat generating portion interposed therebetween, and a surface continuously covering the heat generating portion and the conductor is an anode. A thermal head including an oxidized resistor.
ブまたはそれらを含む化合物のうちの一つの物質である
ことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。2. The thermal head according to claim 1, wherein the resistor is one of tantalum, titanium, niobium, or a compound containing them.
熱部の破壊を防止するための耐キャビテーション層を成
膜したことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッ
ド。3. The thermal head according to claim 1, wherein a cavitation-resistant layer for preventing destruction of the heat generating portion is formed so as to cover the entire surface of the resistor.
またはチタンのうちの一方であることを特徴とする請求
項３記載のサーマルヘッド。4. The thermal head according to claim 3, wherein the anti-cavitation layer is one of tantalum and titanium.
０．２〜０．８μｍとしたことを特徴とする請求項３記
載のサーマルヘッド。5. The thickness of the cavitation resistant layer is
The thermal head according to claim 3, wherein the thermal head has a thickness of 0.2 to 0.8 µm.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5698494A JP2738293B2 (en) | 1993-10-26 | 1994-03-28 | Thermal head |
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Applications Claiming Priority (3)
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| JP5-266815 | 1993-10-26 | ||
| JP5698494A JP2738293B2 (en) | 1993-10-26 | 1994-03-28 | Thermal head |
Publications (2)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5698494A Expired - Lifetime JP2738293B2 (en) | 1993-10-26 | 1994-03-28 | Thermal head |
Country Status (1)
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