JPH081979A - サーマルヘッド - Google Patents
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- JPH081979A JPH081979A JP14500294A JP14500294A JPH081979A JP H081979 A JPH081979 A JP H081979A JP 14500294 A JP14500294 A JP 14500294A JP 14500294 A JP14500294 A JP 14500294A JP H081979 A JPH081979 A JP H081979A
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Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、コストが安く、高速印字がで
き、低消費電力駆動可能でかつ信頼性の高いサーマルヘ
ッドを提供することである。 【構成】絶縁基板1上の所定の領域に定められた発熱部
2と、この発熱部2を挟んで前記絶縁基板1上に形成さ
れた電極3,3’と、発熱部2及び電極3,3’を連続
的に覆う抵抗体4と、この抵抗体4の表面を陽極酸化し
た陽極酸化膜5とから構成されており、発熱部付近の抵
抗体4の幅W1 、電極3,3’の幅をW2、発熱部2の
幅をW3 、発熱部2の長さをL、W3 の終端部分とW1
の発熱部側の終端部分との長さ方向の差をΔLと定義し
た場合、(1)W1 ≧W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.
30の関係、(2)0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1
/W2 ≦1.20かつΔL/L≦0.30の関係の少な
くともいずれか一つが成立する抵抗体形状を有する。
き、低消費電力駆動可能でかつ信頼性の高いサーマルヘ
ッドを提供することである。 【構成】絶縁基板1上の所定の領域に定められた発熱部
2と、この発熱部2を挟んで前記絶縁基板1上に形成さ
れた電極3,3’と、発熱部2及び電極3,3’を連続
的に覆う抵抗体4と、この抵抗体4の表面を陽極酸化し
た陽極酸化膜5とから構成されており、発熱部付近の抵
抗体4の幅W1 、電極3,3’の幅をW2、発熱部2の
幅をW3 、発熱部2の長さをL、W3 の終端部分とW1
の発熱部側の終端部分との長さ方向の差をΔLと定義し
た場合、(1)W1 ≧W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.
30の関係、(2)0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1
/W2 ≦1.20かつΔL/L≦0.30の関係の少な
くともいずれか一つが成立する抵抗体形状を有する。
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,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。
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。
【0002】
【従来の技術】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、図14
はそのサーマルヘッドの構造及びローラを示す断面図で
ある。図14において、このサーマルヘッドは、基板3
1上に低抗体32が形成されており、その上に発熱部3
3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の所の低抗体32の表面は陽極酸化膜3
5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3
8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。
昭61−260604号公報に開示されており、図14
はそのサーマルヘッドの構造及びローラを示す断面図で
ある。図14において、このサーマルヘッドは、基板3
1上に低抗体32が形成されており、その上に発熱部3
3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の所の低抗体32の表面は陽極酸化膜3
5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3
8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。
【0003】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の所の低抗体3
2が加熱され、感熱紙上にドットが印字される。
て、導体34に通電すると、発熱部33の所の低抗体3
2が加熱され、感熱紙上にドットが印字される。
【0004】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、図15
はそのサーマルヘッドの構造を示す断面図である。
昭60−109850号公報に開示されており、図15
はそのサーマルヘッドの構造を示す断面図である。
【0005】図15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,低抗体43及び導体
44を形成し、発熱部45となる部分の上の導体44を
除去し、そして低抗体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,
49’及びオリフィスプレート50,50’が接着され
ている。
シリコン基板41上に断熱層42,低抗体43及び導体
44を形成し、発熱部45となる部分の上の導体44を
除去し、そして低抗体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,
49’及びオリフィスプレート50,50’が接着され
ている。
【0006】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
低抗体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より叶出し、
印字用紙(図示せず)上にドットが印字される。
て、導体44,44’を通電すると、発熱部45の所の
低抗体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より叶出し、
印字用紙(図示せず)上にドットが印字される。
【0007】
【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、低抗体3
2,導体34及び保護層36がスパッタリングより成膜
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。
0604号公報に記載のサーマルヘッドでは、低抗体3
2,導体34及び保護層36がスパッタリングより成膜
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。
【0008】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
て使用するには膜圧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。
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
て使用するには膜圧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。
【0009】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。
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。
【0010】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
セスは低抗体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置き、耐久性が短い。
記載のサーマルヘッドにおいては、スパッタリングプロ
セスは低抗体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置き、耐久性が短い。
【0011】また、低抗体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、五酸化タンタル46
と酸化アルミニウム47の形成のため同時に陽極酸化す
るので、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10の6乗パルス程度であり、破壊は両
者の境界部B,B’で生じていた。
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、五酸化タンタル46
と酸化アルミニウム47の形成のため同時に陽極酸化す
るので、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10の6乗パルス程度であり、破壊は両
者の境界部B,B’で生じていた。
【0012】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。
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。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記した問題点を解消す
るため、本発明によるサーマルヘッドは、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
絶縁基板上に形成された電極と、発熱部及び電極を連続
的に覆う低抗体と、この低抗体表面を陽極酸化した保護
層とを含んでおり、発熱部付近の電極を覆う抵抗体幅を
W1 、発熱部付近の電極幅をW2 、発熱部幅W3 、発熱
部長さをL、W3 の終端部分とW1 の発熱部側の終端部
分との長さ方向の差をΔLと定義した場合、(1)W1
≧W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.30の関係、(2)
0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.20か
つΔL/L≦0.30の関係の少なくともいずれか一つ
が成立することを特徴とする。この関係を満たすことに
より、発熱ピーク部の発熱量Pmaxと発熱部の中心で
の発熱量POとの比Pmax/POが2.00以下にな
り、熱的破壊がなく、長時間使用しても信頼性が低下し
ない。
るため、本発明によるサーマルヘッドは、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
絶縁基板上に形成された電極と、発熱部及び電極を連続
的に覆う低抗体と、この低抗体表面を陽極酸化した保護
層とを含んでおり、発熱部付近の電極を覆う抵抗体幅を
W1 、発熱部付近の電極幅をW2 、発熱部幅W3 、発熱
部長さをL、W3 の終端部分とW1 の発熱部側の終端部
分との長さ方向の差をΔLと定義した場合、(1)W1
≧W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.30の関係、(2)
0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦1.20か
つΔL/L≦0.30の関係の少なくともいずれか一つ
が成立することを特徴とする。この関係を満たすことに
より、発熱ピーク部の発熱量Pmaxと発熱部の中心で
の発熱量POとの比Pmax/POが2.00以下にな
り、熱的破壊がなく、長時間使用しても信頼性が低下し
ない。
【0014】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
する。
【0015】図1は、本発明の代表的実施例を示すサー
マルヘッドを示す平面図、図2は図1のサーマルヘッド
のA−A’断面である。
マルヘッドを示す平面図、図2は図1のサーマルヘッド
のA−A’断面である。
【0016】図において、シリコン基板1の表面に導体
の電極3,3’が形成され、その上が低抗体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
発熱部は導体でなく低抗体4だけが形成される。低抗体
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。
の電極3,3’が形成され、その上が低抗体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
発熱部は導体でなく低抗体4だけが形成される。低抗体
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。
【0017】本実施例では、発熱部2とその周辺の電極
3,3’と低抗体4の形状が発熱部2の発熱分布に影響
するが、このことについては後述するとして、ここでは
はじめに実施例のサーマルヘッドの製造方法について説
明する。
3,3’と低抗体4の形状が発熱部2の発熱分布に影響
するが、このことについては後述するとして、ここでは
はじめに実施例のサーマルヘッドの製造方法について説
明する。
【0018】最初、表面に膜厚が1.35μmの熱酸化
膜が付いたシリコン基板1上に導体材料としてアルミニ
ウムがスパッタリングで0.5μm成膜される。次に、
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がエッチング液で除去され
電極3,3’が形成される。電極3,3’は図1の破線
で囲まれた領域の電極パターンである。
膜が付いたシリコン基板1上に導体材料としてアルミニ
ウムがスパッタリングで0.5μm成膜される。次に、
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がエッチング液で除去され
電極3,3’が形成される。電極3,3’は図1の破線
で囲まれた領域の電極パターンである。
【0019】次に、抵抗体材料としてタンタルがスパッ
タリングで0.26μm成膜され、フォトリソグラフィ
工程により、電極3,3’及び発熱部2を連続的に覆う
ように、隣接する低抗体との間の部分が除去され低抗体
4が形成される。低抗体4は図1の実線で囲まれた領域
の低抗体パターンである。
タリングで0.26μm成膜され、フォトリソグラフィ
工程により、電極3,3’及び発熱部2を連続的に覆う
ように、隣接する低抗体との間の部分が除去され低抗体
4が形成される。低抗体4は図1の実線で囲まれた領域
の低抗体パターンである。
【0020】次に、0.1%燐酸水溶液中で低抗体4を
陽極として147Vが印加されて低抗体4の表面が陽極
酸化され、0.3μmの五酸化タンタルの陽極酸化膜5
が形成される。この時、陽極酸化されなかった低抗体4
の厚さは0.1μmとなる。
陽極として147Vが印加されて低抗体4の表面が陽極
酸化され、0.3μmの五酸化タンタルの陽極酸化膜5
が形成される。この時、陽極酸化されなかった低抗体4
の厚さは0.1μmとなる。
【0021】電極3,3’を構成する材料としては、電
気伝導性の高いアルミニウムやアルミニウム−銅、アル
ミニウム−シリコンなどのアルミニウム合金を使用する
ことができる。また、低抗体4を構成する材料として
は、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、窒化タンタル等を使用することがで
きる。
気伝導性の高いアルミニウムやアルミニウム−銅、アル
ミニウム−シリコンなどのアルミニウム合金を使用する
ことができる。また、低抗体4を構成する材料として
は、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、窒化タンタル等を使用することがで
きる。
【0022】このような構造のサーマルヘッドにおい
て、電極3,3’間に電圧を印加することにより、発熱
部2には電極が存在せず低抗体のみで構成されているの
で抵抗値が高くなっているため発熱部2で発熱するよう
になっている。
て、電極3,3’間に電圧を印加することにより、発熱
部2には電極が存在せず低抗体のみで構成されているの
で抵抗値が高くなっているため発熱部2で発熱するよう
になっている。
【0023】ここで、本発明の実施例においてはスパッ
タリグプロセスは導体3,3’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
な発熱部への入力電力は650W/mm2であり、低消
費電力である。
タリグプロセスは導体3,3’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
な発熱部への入力電力は650W/mm2であり、低消
費電力である。
【0024】さらに、低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(Ta205)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低
抗体4の膜圧は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。
は科学量論的に五酸化タンタル(Ta205)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低
抗体4の膜圧は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。
【0025】また、陽極参加する材料は、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
が陽極酸化された低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。
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
が陽極酸化された低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。
【0026】本実施例のサーマルヘッドでは、発熱部2
の発熱分布が発熱部2の形状によって大きく影響を受け
ることが判明した。図11は、図10に示すサーマルヘ
ッドの抵抗体形状について、低抗体の電位分布に関する
ラプラスの方程式を基にしたシミュレーションによって
算出した発熱分布である。ここで、図10に示す抵抗体
形状は上下左右対称であることから、図1に示すよう
に、図10の左下1/4の領域だけの発熱分布を示せば
十分である。シミュレーションに用いた条件は、入力電
圧が5.8V、低抗体4の膜圧が0.1μm、低抗体4
の抵抗率が1.55μΩmである。図11より発熱部2
の絞り込みの部分で発熱のピークが発生していることが
確認される。この時、発熱部2の中心位置の発熱量PP
Oに対する発熱ピーク部の発熱量Pmaxの割合Pma
x/POは2.66である。この場合、サーマルヘッド
駆動時に発熱部2領域内において、Pmaxの発熱量を
もつ7,7’で大きな熱的衝撃がかかり、長時間サーマ
ルヘッドを駆動していくと、そこから破壊が発生する。
その結果、サーマルヘッドの信頼性低下の大きな原因と
なる。
の発熱分布が発熱部2の形状によって大きく影響を受け
ることが判明した。図11は、図10に示すサーマルヘ
ッドの抵抗体形状について、低抗体の電位分布に関する
ラプラスの方程式を基にしたシミュレーションによって
算出した発熱分布である。ここで、図10に示す抵抗体
形状は上下左右対称であることから、図1に示すよう
に、図10の左下1/4の領域だけの発熱分布を示せば
十分である。シミュレーションに用いた条件は、入力電
圧が5.8V、低抗体4の膜圧が0.1μm、低抗体4
の抵抗率が1.55μΩmである。図11より発熱部2
の絞り込みの部分で発熱のピークが発生していることが
確認される。この時、発熱部2の中心位置の発熱量PP
Oに対する発熱ピーク部の発熱量Pmaxの割合Pma
x/POは2.66である。この場合、サーマルヘッド
駆動時に発熱部2領域内において、Pmaxの発熱量を
もつ7,7’で大きな熱的衝撃がかかり、長時間サーマ
ルヘッドを駆動していくと、そこから破壊が発生する。
その結果、サーマルヘッドの信頼性低下の大きな原因と
なる。
【0027】図3は、実施例1のサーマルヘッドで、サ
ーマルヘッド駆動時における局所的な電流集中を低減さ
せた抵抗体形状で、この形状は低抗体の電位分布に関す
るラプラスの方程式を基にしたシミュレーションによっ
て算出した発熱分布より決定した例である。形状を決定
する際のパラメータとして、電極3,3’を覆う低抗体
4の幅W1 、電極3,3’の幅W2 、発熱部2の幅W
3 、発熱部2の長さLに対する発熱部2の幅W3 の終端
部分と低抗体4の幅W1 の発熱部側の終端部分との長さ
方向の差ΔLの4つが上げられる。
ーマルヘッド駆動時における局所的な電流集中を低減さ
せた抵抗体形状で、この形状は低抗体の電位分布に関す
るラプラスの方程式を基にしたシミュレーションによっ
て算出した発熱分布より決定した例である。形状を決定
する際のパラメータとして、電極3,3’を覆う低抗体
4の幅W1 、電極3,3’の幅W2 、発熱部2の幅W
3 、発熱部2の長さLに対する発熱部2の幅W3 の終端
部分と低抗体4の幅W1 の発熱部側の終端部分との長さ
方向の差ΔLの4つが上げられる。
【0028】図4から図6は4つのパラメータに対する
発熱分布に及ぼす影響を示す特性図である。ここで発熱
分布に及ぼす影響というのは、発熱部2の中心位置の発
熱量POに対する発熱ピーク部の発熱量Pmaxの割合
Pmax/POが1.00に近い値ほど発熱部2の発熱
分布が均一に近いといえる。一方、発熱分布を種々変え
た発熱部を有するサーマルヘッドを試作し評価したとこ
ろ、割合Pmax/POが2.00以下であれば、サー
マルヘッドの寿命に大きな影響を及ぼさないことが判明
した。従って、Pmax/POの値は2.00以下が望
ましい。
発熱分布に及ぼす影響を示す特性図である。ここで発熱
分布に及ぼす影響というのは、発熱部2の中心位置の発
熱量POに対する発熱ピーク部の発熱量Pmaxの割合
Pmax/POが1.00に近い値ほど発熱部2の発熱
分布が均一に近いといえる。一方、発熱分布を種々変え
た発熱部を有するサーマルヘッドを試作し評価したとこ
ろ、割合Pmax/POが2.00以下であれば、サー
マルヘッドの寿命に大きな影響を及ぼさないことが判明
した。従って、Pmax/POの値は2.00以下が望
ましい。
【0029】図4は電極3,3’の幅W2 に対する低抗
体4の幅W1 を変化させたときの割合Pmax/POの
変化を示す図である。図4において、W1 /W2 が1.
30を越えると、電極を覆わない低抗体の幅(W1 −W
2 )の部分の領域が増大することによる電流の回り込み
が発生し、局所的な電流集中を引き起こすことが確認さ
れる。W1 /W2 が1.30以下ではPmax/POが
2.00以下であることから、W1 /W2 は1.30以
下が望ましい。また、W1 /W2 が1.20以下になる
と、Pmax/POが1.50以下と小さくなる。この
ため、低抗体パターン形成時のアライメント精度などに
よる製造条件上の制約が無ければ、W1/W2 が1.2
0以下にする方が発熱分布のさらなる均一化を図ること
ができる。
体4の幅W1 を変化させたときの割合Pmax/POの
変化を示す図である。図4において、W1 /W2 が1.
30を越えると、電極を覆わない低抗体の幅(W1 −W
2 )の部分の領域が増大することによる電流の回り込み
が発生し、局所的な電流集中を引き起こすことが確認さ
れる。W1 /W2 が1.30以下ではPmax/POが
2.00以下であることから、W1 /W2 は1.30以
下が望ましい。また、W1 /W2 が1.20以下になる
と、Pmax/POが1.50以下と小さくなる。この
ため、低抗体パターン形成時のアライメント精度などに
よる製造条件上の制約が無ければ、W1/W2 が1.2
0以下にする方が発熱分布のさらなる均一化を図ること
ができる。
【0030】図5は電極3,3’を覆う低抗体4の幅W
1 に対する発熱部2の幅W3 を変化させたときのPma
x/POの変化を示す図である。図5において、W3 /
W1が1.00を越えると、発熱部2幅W3 が低抗体4
幅W1 を越えた領域で電流の回り込みが発生し、局所的
な電流集中が引き起こされる。このため、W3 /W1が
1.00以下であることが望ましい。また、W3 /W1
が1.00以下であることが望ましい。また、W3 /W
1 が0.89以上(W3 /W2 が1.0より大きい)で
0.96以下のところではPmax/POが1.50以
下であるため、発熱分布はより均一化される。
1 に対する発熱部2の幅W3 を変化させたときのPma
x/POの変化を示す図である。図5において、W3 /
W1が1.00を越えると、発熱部2幅W3 が低抗体4
幅W1 を越えた領域で電流の回り込みが発生し、局所的
な電流集中が引き起こされる。このため、W3 /W1が
1.00以下であることが望ましい。また、W3 /W1
が1.00以下であることが望ましい。また、W3 /W
1 が0.89以上(W3 /W2 が1.0より大きい)で
0.96以下のところではPmax/POが1.50以
下であるため、発熱分布はより均一化される。
【0031】図6は0.96W1 >W3 ≧W2 かつW2
≦1.20である時の、発熱部2の長さLに体する発熱
部2の幅W3 の終端部分と低抗体4幅W1 の発熱部側の
終端部分との上では、電流の回り込みが発熱部2の中央
近辺にまで及ぶため急激にPmax/POの値が増加す
る。ΔL/Lが0.30以下のところでは、Pmax/
POが1.50以下であるため、発熱分布はより均一化
され、望ましい。
≦1.20である時の、発熱部2の長さLに体する発熱
部2の幅W3 の終端部分と低抗体4幅W1 の発熱部側の
終端部分との上では、電流の回り込みが発熱部2の中央
近辺にまで及ぶため急激にPmax/POの値が増加す
る。ΔL/Lが0.30以下のところでは、Pmax/
POが1.50以下であるため、発熱分布はより均一化
され、望ましい。
【0032】図3のサーマルヘッドは前記4つのパラメ
ータを考慮した抵抗体形状を有する。図3に示したサー
マルヘッドの抵抗体形状は、W3 =0.92W1 >W
2 、W1 /W2 =1.13、ΔL/L=0.05であ
る。このとき低抗体の電位分布に関するラプラスの方程
式を基にしたシミュレーションによって算出した発熱分
布を図7に示す。ここで、図3のサーマルヘッドの抵抗
体形状は上下左右対称であることから、図3の左下1/
4の領域での発熱分布を図7に示す。また、シミュレー
ションに用いた条件は、入力電圧が5.8V、低抗体4
の膜厚が0.1μm、低抗体4の抵抗率が1.55μΩ
mである。図12,13の場合と比較しても明らかなよ
うに、絞り込みの部分での発熱のピークが緩和されてお
り、この時のPmax/POは1.19である。その結
果、低抗体の負荷は軽減されるため、耐電力性が向上す
る。
ータを考慮した抵抗体形状を有する。図3に示したサー
マルヘッドの抵抗体形状は、W3 =0.92W1 >W
2 、W1 /W2 =1.13、ΔL/L=0.05であ
る。このとき低抗体の電位分布に関するラプラスの方程
式を基にしたシミュレーションによって算出した発熱分
布を図7に示す。ここで、図3のサーマルヘッドの抵抗
体形状は上下左右対称であることから、図3の左下1/
4の領域での発熱分布を図7に示す。また、シミュレー
ションに用いた条件は、入力電圧が5.8V、低抗体4
の膜厚が0.1μm、低抗体4の抵抗率が1.55μΩ
mである。図12,13の場合と比較しても明らかなよ
うに、絞り込みの部分での発熱のピークが緩和されてお
り、この時のPmax/POは1.19である。その結
果、低抗体の負荷は軽減されるため、耐電力性が向上す
る。
【0033】図8は本発明の第二の実施例(実施例2)
のサーマルヘッドの一部平面図である。図8に示すサー
マルヘッドの抵抗体形状は、W3 =W1 >W2 、W1 /
W2=1.13、ΔL=0である。図9は、この抵抗体
形状に対して低抗体の電位分布に関するラプラスの方程
式を基にしたシミュレーションによって算出した発熱分
布を示す平面図である。ここで、図8に示すサーマルヘ
ッドの抵抗体形状は上下左右対称であることから、図9
は図8の左下1/4の領域での発熱分布を示す。シミュ
レーションに用いた条件は、入力電圧が5.8V、低抗
体4の膜厚が5.8V、抵抗体4の膜厚が0.1μm、
低抗体4の抵抗率が1.55μΩmである。図12,1
3と比較すると、図8のサーマルヘッドは絞り込みの部
分が存在いないため、発熱のピークが電力3,3’付近
で見られるが、Pmax/POは1.75と図13の場
合よりも改善されている。その結果、低抗体の付加は軽
減されるため、耐電力性が向上する。
のサーマルヘッドの一部平面図である。図8に示すサー
マルヘッドの抵抗体形状は、W3 =W1 >W2 、W1 /
W2=1.13、ΔL=0である。図9は、この抵抗体
形状に対して低抗体の電位分布に関するラプラスの方程
式を基にしたシミュレーションによって算出した発熱分
布を示す平面図である。ここで、図8に示すサーマルヘ
ッドの抵抗体形状は上下左右対称であることから、図9
は図8の左下1/4の領域での発熱分布を示す。シミュ
レーションに用いた条件は、入力電圧が5.8V、低抗
体4の膜厚が5.8V、抵抗体4の膜厚が0.1μm、
低抗体4の抵抗率が1.55μΩmである。図12,1
3と比較すると、図8のサーマルヘッドは絞り込みの部
分が存在いないため、発熱のピークが電力3,3’付近
で見られるが、Pmax/POは1.75と図13の場
合よりも改善されている。その結果、低抗体の付加は軽
減されるため、耐電力性が向上する。
【0034】前述の実施例1,2と同様にして、4つの
パラメータを考慮した抵抗体形状を有するサーマルヘッ
ドの実施例3,4,5,の諸特性を表1に示す。また比
較例として2つの抵抗体計形状を記した。それぞれの抵
抗体形状においてのPmax/PO、また抵抗体4にタ
ンタルを適用した試作品の破壊電力値のデータも合わせ
て表1に示す。全ての資料のデータにおいて、Pmax
/POの値が1.00に近いほど破壊電力値が大きくな
ることから、シミュレーションの妥当性が確認される。
パラメータを考慮した抵抗体形状を有するサーマルヘッ
ドの実施例3,4,5,の諸特性を表1に示す。また比
較例として2つの抵抗体計形状を記した。それぞれの抵
抗体形状においてのPmax/PO、また抵抗体4にタ
ンタルを適用した試作品の破壊電力値のデータも合わせ
て表1に示す。全ての資料のデータにおいて、Pmax
/POの値が1.00に近いほど破壊電力値が大きくな
ることから、シミュレーションの妥当性が確認される。
【0035】全ての実施例では、(1)W1 ≧W3 ≧W
2 かつW1 /W2 ≦1.30の関係を満たし、(2)
0.96W1 /W2 ≦1.20かつΔL/L≦0.30
の関係を満たす。(1),(2)の少なくともいずれか
一つが成立すればよい。ここで(2)の関係は(1)の
関係も含んでいることから、(2)の関係が成立する抵
抗体形状は(1)の関係も満足する。実施例1,3,
4,5は(2)の関係を満足し、実施例2,6(1)の
みを満足した抵抗体形状を有する例である。
2 かつW1 /W2 ≦1.30の関係を満たし、(2)
0.96W1 /W2 ≦1.20かつΔL/L≦0.30
の関係を満たす。(1),(2)の少なくともいずれか
一つが成立すればよい。ここで(2)の関係は(1)の
関係も含んでいることから、(2)の関係が成立する抵
抗体形状は(1)の関係も満足する。実施例1,3,
4,5は(2)の関係を満足し、実施例2,6(1)の
みを満足した抵抗体形状を有する例である。
【0036】これに対し、比較例1は(1)のみを満足
していないW1 =W3 である抵抗体形状を有した例であ
り、比較例2は(1),(2)のいずれかの関係も満足
していないW1 >W3 である抵抗体形状を有した例であ
る。また、図10に示すサーマルヘッドでの抵抗体形状
においても、(1),(2)のいずれの関係も満足して
いない。
していないW1 =W3 である抵抗体形状を有した例であ
り、比較例2は(1),(2)のいずれかの関係も満足
していないW1 >W3 である抵抗体形状を有した例であ
る。また、図10に示すサーマルヘッドでの抵抗体形状
においても、(1),(2)のいずれの関係も満足して
いない。
【0037】この結果、図10と比較例1,2ではPm
ax/POの値は2.00以上となっているのに対し、
実施例では全て2.00未満となっている。従って、抵
抗体の付加が軽減されたため破壊電力値が増加し信頼性
が向上した。
ax/POの値は2.00以上となっているのに対し、
実施例では全て2.00未満となっている。従って、抵
抗体の付加が軽減されたため破壊電力値が増加し信頼性
が向上した。
【0038】また、(2)の関係を満足している実施例
1,3,4,5は、(1)のみを満足している実施例
2,6と比較してPmax/POの値が1.00に近い
値となっている。従って、(2)の関係を満足する抵抗
体形状を適用することによって発熱分布はより均一化さ
れ、破壊電力値が増加し信頼性がより向上した。
1,3,4,5は、(1)のみを満足している実施例
2,6と比較してPmax/POの値が1.00に近い
値となっている。従って、(2)の関係を満足する抵抗
体形状を適用することによって発熱分布はより均一化さ
れ、破壊電力値が増加し信頼性がより向上した。
【0039】
【表1】
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スパッタリングが2工程で済み低コストで、しかも抵抗
体の膜厚を薄くできるので高速印字可能・低消費電力駆
動可能であり、(1)又は(2)の条件により長寿命を
保証し得る信頼性の高いサーマルヘッドが得られる。
スパッタリングが2工程で済み低コストで、しかも抵抗
体の膜厚を薄くできるので高速印字可能・低消費電力駆
動可能であり、(1)又は(2)の条件により長寿命を
保証し得る信頼性の高いサーマルヘッドが得られる。
【図1】本発明の代表的実施例のサーマルヘッドを示す
平面図である。
平面図である。
【図2】図1のA−A’断面図である。
【図3】本発明の実施例1のサーマルヘッドの一部を示
す平面図である。
す平面図である。
【図4】電極幅W2 に対する抵抗体幅W1 を変化させた
ときの発熱分布の割合Pmax/POの変化を示す図で
ある。
ときの発熱分布の割合Pmax/POの変化を示す図で
ある。
【図5】抵抗体幅W1 に対する発熱部幅W3 を変化させ
たときのPmax/POの変化を示す図である。
たときのPmax/POの変化を示す図である。
【図6】発熱部長さLに対する発熱部幅W3 の終端部分
と抵抗体幅W1 の発熱部側の終端部分との長方向の差Δ
Lを変化させたときのPmax/POの変化を示す図で
ある。
と抵抗体幅W1 の発熱部側の終端部分との長方向の差Δ
Lを変化させたときのPmax/POの変化を示す図で
ある。
【図7】本発明の実施例1で用いた抵抗体形状について
シミュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大
図である。
シミュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大
図である。
【図8】本発明の実施例2のサーマルヘッドの一部を示
す平面図である。
す平面図である。
【図9】本発明の実施例2で用いた抵抗体形状について
シミュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大
図である。
シミュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大
図である。
【図10】比較のためのサーマルヘッドの例を示す平面
図である。
図である。
【図11】図10の例で用いた抵抗体形状についてシミ
ュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大図で
ある。
ュレーションによって算出した発熱分布を示す拡大図で
ある。
【図12】従来のサーマルヘッドを示す断面図である。
【図13】従来の別のサーマルヘッドを示す断面図であ
る。
る。
1 基板 2 発熱部 3,3’ 電極 4,4’ 抵抗体 5,5’ 陽極酸化膜 6 電極を被覆しない抵抗体の領域 7,7’ 発熱部2内の局所的な領域
Claims (2)
- 【請求項1】 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前記絶縁基板上に形成され
た電極と、前記発熱部及び前記電極を連続的に覆う低抗
体と、この抵抗体表面を陽極酸化した保護層とを含み、
前記発熱部付近の電極を覆う前記低抗体の幅をW1 、前
記発熱部付近の電極幅をW2 、前記発熱部の幅をW3 と
定義した場合、W1 ≧W3 ≧W2 の関係かつW1 /W2
≦1.30の関係を満たすことを特徴とするサーマルヘ
ッド。 - 【請求項2】 前記低抗体の幅W1 と前記発熱部の幅W
3 がW1 >W3 の関係にある時、前記発熱部の長さを
L、前記発熱部の幅W3 の終端部分と前記低抗体の幅W
1 の発熱部側の終端部分との長さ方向の差をΔLを定義
した場合、0.96W1 >W3 ≧W2 かつW1 /W2 ≦
1.20かつΔL/L≦0.30の関係を満たすことを
特徴とするサーマルヘッド。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14500294A JPH081979A (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | サーマルヘッド |
| DE1994617835 DE69417835T2 (de) | 1993-10-26 | 1994-10-25 | Thermischer Kopf für Drucker |
| EP19940116818 EP0649748B1 (en) | 1993-10-26 | 1994-10-25 | Thermal head for printers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14500294A JPH081979A (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | サーマルヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH081979A true JPH081979A (ja) | 1996-01-09 |
Family
ID=15375184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14500294A Pending JPH081979A (ja) | 1993-10-26 | 1994-06-27 | サーマルヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH081979A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0453759A (ja) * | 1990-06-21 | 1992-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | サーマルヘッド |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP14500294A patent/JPH081979A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0453759A (ja) * | 1990-06-21 | 1992-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | サーマルヘッド |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970527 |