JPH0834131A - プリンタ用サーマルヘッド - Google Patents
プリンタ用サーマルヘッドInfo
- Publication number
- JPH0834131A JPH0834131A JP6172538A JP17253894A JPH0834131A JP H0834131 A JPH0834131 A JP H0834131A JP 6172538 A JP6172538 A JP 6172538A JP 17253894 A JP17253894 A JP 17253894A JP H0834131 A JPH0834131 A JP H0834131A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resistor
- thermal head
- oxide film
- heat generating
- printer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】プロセスが簡素で低消費電力、高信頼性の特徴
を維持し、耐パルス寿命を向上する。 【構成】シリコン基板（１）の表面に電極（３，３’）
が形成され、その上が抵抗体（４）で覆われている。発
熱部（２）は抵抗体（４）の下に導体がない部分であ
る。抵抗体は金属窒化物から成り、表面が陽極酸化され
る。陽極酸化膜からの酸素の拡散は金属窒化物による抵
抗体（４）で抑制される。
を維持し、耐パルス寿命を向上する。 【構成】シリコン基板（１）の表面に電極（３，３’）
が形成され、その上が抵抗体（４）で覆われている。発
熱部（２）は抵抗体（４）の下に導体がない部分であ
る。抵抗体は金属窒化物から成り、表面が陽極酸化され
る。陽極酸化膜からの酸素の拡散は金属窒化物による抵
抗体（４）で抑制される。
Description
【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に関し、特
に優れた耐パルス寿命と抵抗安定性を有するプリンタ用
サーマルヘッドに関する。
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に関し、特
に優れた耐パルス寿命と抵抗安定性を有するプリンタ用
サーマルヘッドに関する。
【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。
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に示すようにサーマルヘッドが既に提案されて
いる（特願平５−３２６４号）。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、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’を連続的に覆う、表面に陽極酸化膜４’を形成
した抵抗体４とで構成されている。発熱部２の抵抗体材
料４としてはタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタ
ン（Ｔｉ）が用いられ、その表面保護層は各抵抗体の陽
極酸化膜４’で構成されている。導体３，３’と抵抗体
４はスパッタリングで形成される。
えば図４に示すようにサーマルヘッドが既に提案されて
いる（特願平５−３２６４号）。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、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’を連続的に覆う、表面に陽極酸化膜４’を形成
した抵抗体４とで構成されている。発熱部２の抵抗体材
料４としてはタンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタ
ン（Ｔｉ）が用いられ、その表面保護層は各抵抗体の陽
極酸化膜４’で構成されている。導体３，３’と抵抗体
４はスパッタリングで形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のサーマ
ルヘッドは、スパッタリング工程が２つしかなくプロセ
スが簡略で低コスト、低消費電力、かつ充分な耐パルス
寿命を有する高信頼性ヘッドであるが、ヒータ抵抗値の
経時変化が大きいため、更に抵抗安定性を高いサーマル
ヘッドの開発が求められている。
ルヘッドは、スパッタリング工程が２つしかなくプロセ
スが簡略で低コスト、低消費電力、かつ充分な耐パルス
寿命を有する高信頼性ヘッドであるが、ヒータ抵抗値の
経時変化が大きいため、更に抵抗安定性を高いサーマル
ヘッドの開発が求められている。
【０００５】従って、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、高信頼性等の特徴を維持しつつ、抵
抗値安定性を向上させ、より安定した高信頼性のプリン
タ用サーマルヘッドを提供することにある。
みてなされたもので、その目的はプロセスが簡略で低コ
スト、低消費電力、高信頼性等の特徴を維持しつつ、抵
抗値安定性を向上させ、より安定した高信頼性のプリン
タ用サーマルヘッド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
に請求項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形成材料として
陽極酸化膜の形成可能な弁作用金属を使用し、前記抵抗
体材料の表面に形成した陽極酸化膜を保護層とするサー
マルヘッドにおいて、前記抵抗体材料として金属窒化物
を使用するこを特徴とする。請求項２記載の発明は、上
記請求項１記載の発明において、前記抵抗体となる金属
窒化物材料を窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ニオブ（Ｎｂ
２Ｎ）としたことを特徴とする。
に請求項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形成材料として
陽極酸化膜の形成可能な弁作用金属を使用し、前記抵抗
体材料の表面に形成した陽極酸化膜を保護層とするサー
マルヘッドにおいて、前記抵抗体材料として金属窒化物
を使用するこを特徴とする。請求項２記載の発明は、上
記請求項１記載の発明において、前記抵抗体となる金属
窒化物材料を窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ニオブ（Ｎｂ
２Ｎ）としたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明において、抵抗体およびその陽極酸化膜
形成材料として従来サーマルヘッドで使用していたチタ
ン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の替わ
りに、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ニオブ（Ｎｂ２Ｎ）
等の金属窒化物材料を用いることにより、従来のサーマ
ルヘッドで問題となっているパルス駆動時の抵抗値の経
時変化を大幅に改善でき、より安定した高信頼性サーマ
ルヘッドを得ることができる。すなわち、従来サーマル
ヘッドでの抵抗体／陽極酸化膜（保護膜）の構成、Ｔｉ
／ＴｉＯ２，Ｎｂ／Ｎｂ２Ｏ５においては、電気パルス
印加により、ヒータ（抵抗体）部が繰り返し高温に晒さ
れることになり、その結果各抵抗体／陽極酸化膜（保護
膜）界面を通じて酸化膜中の酸素の抵抗体金属側への拡
散が起こり、これが抵抗体抵抗値の変化（増大）を引き
起こす原因となる。これに対して、本発明のサーマルヘ
ッドによる金属窒化物を用いた場合の抵抗体／陽極酸化
膜（保護膜）構成、ＴｉＮ／ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｎ／Ｎｂ
２Ｏ５においては、抵抗体となっている各金属窒化物
（ＴｉＮ，Ｎｂ２Ｎ）が各陽極酸化膜からの酸素の拡散
に対するバリア効果を有するため、抵抗値の変化（増
大）を抑制する効果があり、抵抗値経時変化の小さい安
定性の高い高信頼性サーマルヘッドを得ることができ
る。
形成材料として従来サーマルヘッドで使用していたチタ
ン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の替わ
りに、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ニオブ（Ｎｂ２Ｎ）
等の金属窒化物材料を用いることにより、従来のサーマ
ルヘッドで問題となっているパルス駆動時の抵抗値の経
時変化を大幅に改善でき、より安定した高信頼性サーマ
ルヘッドを得ることができる。すなわち、従来サーマル
ヘッドでの抵抗体／陽極酸化膜（保護膜）の構成、Ｔｉ
／ＴｉＯ２，Ｎｂ／Ｎｂ２Ｏ５においては、電気パルス
印加により、ヒータ（抵抗体）部が繰り返し高温に晒さ
れることになり、その結果各抵抗体／陽極酸化膜（保護
膜）界面を通じて酸化膜中の酸素の抵抗体金属側への拡
散が起こり、これが抵抗体抵抗値の変化（増大）を引き
起こす原因となる。これに対して、本発明のサーマルヘ
ッドによる金属窒化物を用いた場合の抵抗体／陽極酸化
膜（保護膜）構成、ＴｉＮ／ＴｉＯ２，Ｎｂ２Ｎ／Ｎｂ
２Ｏ５においては、抵抗体となっている各金属窒化物
（ＴｉＮ，Ｎｂ２Ｎ）が各陽極酸化膜からの酸素の拡散
に対するバリア効果を有するため、抵抗値の変化（増
大）を抑制する効果があり、抵抗値経時変化の小さい安
定性の高い高信頼性サーマルヘッドを得ることができ
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。
詳細に説明する。
【０００９】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であり、図２は図１の
Ｘ−Ｘ線断面図である。
ッドの一実施例を示す要部平面図であり、図２は図１の
Ｘ−Ｘ線断面図である。
【００１０】図において熱酸化膜層１’形成されたシリ
コン基板１の表面に導体の電極３，３’が形成され、そ
の上が抵抗体４で覆われている。発熱部２は電極３，
３’の間に形成され、その発熱部は導体がなく抵抗体４
だけが形成される。抵抗体４の表面は陽極酸化され、保
護層として陽極酸化膜５が形成される。なお、電極３，
３’の発熱部２との境界面は傾斜している。
コン基板１の表面に導体の電極３，３’が形成され、そ
の上が抵抗体４で覆われている。発熱部２は電極３，
３’の間に形成され、その発熱部は導体がなく抵抗体４
だけが形成される。抵抗体４の表面は陽極酸化され、保
護層として陽極酸化膜５が形成される。なお、電極３，
３’の発熱部２との境界面は傾斜している。
【００１１】次にこのサーマルヘッドの製造方法につい
て説明する。
て説明する。
【００１２】図２において、１μｍ程度の熱酸化膜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厚程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中の破線で囲まれる領域の導体パターンを形成す
る。次に、抵抗体とその保護膜として陽極酸化膜を形成
するベースとなる金属窒化物材料（窒化チタンあるいは
窒化ニオブ）をリアクティブ・スパッタリングにより
０．１〜０．３μｍ程度に成膜形成し、その後エッチン
グにより導体３，３’及び発熱部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金属窒化膜
層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
めの陽極酸化処理を行なう。この陽極酸化処理は、適当
な電解質水溶液（ホウ酸アンモニウム水溶液等）中で抵
抗体４表面を陽極酸化し、陽極酸化膜５を形成する。
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厚程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中の破線で囲まれる領域の導体パターンを形成す
る。次に、抵抗体とその保護膜として陽極酸化膜を形成
するベースとなる金属窒化物材料（窒化チタンあるいは
窒化ニオブ）をリアクティブ・スパッタリングにより
０．１〜０．３μｍ程度に成膜形成し、その後エッチン
グにより導体３，３’及び発熱部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金属窒化膜
層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
めの陽極酸化処理を行なう。この陽極酸化処理は、適当
な電解質水溶液（ホウ酸アンモニウム水溶液等）中で抵
抗体４表面を陽極酸化し、陽極酸化膜５を形成する。
【００１３】このようにして本発明のサーマルヘッド試
料を作成したが、比較のため従来例のサーマルヘッド
（発熱部２の抵抗体材料４としてチタン（Ｔｉ）、ニオ
ブ（Ｎｂ）あるいはタンタル（Ｔａ）を用い、その陽極
酸化膜を表面保護層としたもの）についても、上記と同
様の製造プロセス条件を適用して試料を作成した。な
お、ヒータ・エレメントの抵抗値は、本発明及び従来例
の各タイプ共、約３０Ωとなるように調整してある。
料を作成したが、比較のため従来例のサーマルヘッド
（発熱部２の抵抗体材料４としてチタン（Ｔｉ）、ニオ
ブ（Ｎｂ）あるいはタンタル（Ｔａ）を用い、その陽極
酸化膜を表面保護層としたもの）についても、上記と同
様の製造プロセス条件を適用して試料を作成した。な
お、ヒータ・エレメントの抵抗値は、本発明及び従来例
の各タイプ共、約３０Ωとなるように調整してある。
【００１４】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
のみで抵抗が高くなっているため発熱し、サーマルイン
クジェットを例に取ると、サーマルヘッド上にあるイン
ク（図示していない）が加熱されて沸騰しバブルが発
生、インクが吐出して印字を行なうことができる。
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
のみで抵抗が高くなっているため発熱し、サーマルイン
クジェットを例に取ると、サーマルヘッド上にあるイン
ク（図示していない）が加熱されて沸騰しバブルが発
生、インクが吐出して印字を行なうことができる。
【００１５】次に、上記本発明の実施例及び従来例サー
マルヘッドの耐パルス性評価を行なうため、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６５０Ｗ／ｍ2 、パルス幅
３．５μｍの入力パルスを３ＫＨｚで連続印加して、ヒ
ータ・エレメント抵抗値の初期値に対する変化率（ａｔ
１×１０8 パルス）及びエレメント破壊に至るパルス数
を測定した結果を表１に示す。（各サーマルヘッド試料
の評価測定ヒータ・エレメント数は５０個とした）
マルヘッドの耐パルス性評価を行なうため、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６５０Ｗ／ｍ2 、パルス幅
３．５μｍの入力パルスを３ＫＨｚで連続印加して、ヒ
ータ・エレメント抵抗値の初期値に対する変化率（ａｔ
１×１０8 パルス）及びエレメント破壊に至るパルス数
を測定した結果を表１に示す。（各サーマルヘッド試料
の評価測定ヒータ・エレメント数は５０個とした）
【００１６】
【表１】
【００１７】表１から明らかなように、実施例によるサ
ーマルヘッド（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２）は電気パルス
連続印加後の抵抗変化率が、従来例のサーマルヘッド
（試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５）の１／２〜１／３と小さ
く、安定した特性の得られていることがわかる。また、
ヒータ・エレメント破壊に至るパルス数も、実施例のサ
ーマルヘッドの方が従来例のサーマルヘッドの約２倍と
大きくなっていることがわかる。
ーマルヘッド（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２）は電気パルス
連続印加後の抵抗変化率が、従来例のサーマルヘッド
（試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５）の１／２〜１／３と小さ
く、安定した特性の得られていることがわかる。また、
ヒータ・エレメント破壊に至るパルス数も、実施例のサ
ーマルヘッドの方が従来例のサーマルヘッドの約２倍と
大きくなっていることがわかる。
【００１８】従って、窒化チタン（ＴｉＮ）あるいは窒
化ニオブ（Ｎｂ２Ｎ）の金属窒化物の抵抗体とし、その
陽極酸化膜を保護膜とするサーマルヘッドは極めて優れ
た抵抗特性安定性及び耐パルス特性を有するものであ
る。
化ニオブ（Ｎｂ２Ｎ）の金属窒化物の抵抗体とし、その
陽極酸化膜を保護膜とするサーマルヘッドは極めて優れ
た抵抗特性安定性及び耐パルス特性を有するものであ
る。
【００１９】
【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、発熱部の抵抗体形成材料として陽極酸
化膜の形成可能な弁作用金属を使用し、抵抗体材料の表
面に形成した陽極酸化膜を保護層とするサーマルヘッド
において、抵抗体材料として金属窒化物を使用するの
で、保護膜である陽極酸化膜からの酸素の熱拡散に対す
るそのバリア効果により、ヒータ抵抗値経時変化の小さ
い、高安定、高信頼性のサーマルヘッドを提供すること
ができる。
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、発熱部の抵抗体形成材料として陽極酸
化膜の形成可能な弁作用金属を使用し、抵抗体材料の表
面に形成した陽極酸化膜を保護層とするサーマルヘッド
において、抵抗体材料として金属窒化物を使用するの
で、保護膜である陽極酸化膜からの酸素の熱拡散に対す
るそのバリア効果により、ヒータ抵抗値経時変化の小さ
い、高安定、高信頼性のサーマルヘッドを提供すること
ができる。
【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。
要部平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】従来の関連するサーマルヘッドの要部平面図で
ある。
ある。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
１ 基板 １’ 熱酸化膜層 ２ 発熱部 ３，３’ 導体 ４ 金属窒化物膜（抵抗体膜） ５ 陽極酸化膜（保護膜）
Claims (2)
- 【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形成材料として陽極酸化膜
の形成可能な金属を使用し、前記抵抗体材料の表面に形
成した陽極酸化膜を保護層とするサーマルヘッドにおい
て、前記抵抗体材料として金属窒化物を使用することを
特徴とするサーマルヘッド。 - 【請求項２】 前記抵抗体となる金属窒化物材料が窒化
チタン（ＴｉＮ）、窒化ニオブ（Ｎｂ２Ｎ）である請求
項１に記載されたサーマルヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6172538A JPH0834131A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | プリンタ用サーマルヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6172538A JPH0834131A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | プリンタ用サーマルヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0834131A true JPH0834131A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=15943757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6172538A Pending JPH0834131A (ja) | 1994-07-25 | 1994-07-25 | プリンタ用サーマルヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834131A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015020318A (ja) * | 2013-07-18 | 2015-02-02 | 東芝ホクト電子株式会社 | サーマルプリントヘッドおよびその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61260604A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-11-18 | 三菱電機株式会社 | サ−マルヘツド |
-
1994
- 1994-07-25 JP JP6172538A patent/JPH0834131A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61260604A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-11-18 | 三菱電機株式会社 | サ−マルヘツド |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015020318A (ja) * | 2013-07-18 | 2015-02-02 | 東芝ホクト電子株式会社 | サーマルプリントヘッドおよびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970408 |