JP2738293B2

JP2738293B2 - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2738293B2
Application number: JP5698494A
Authority: JP
Inventors: 幸治重村; 孝太田
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JPH07171984A

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】図１のサーマルヘッドのＸ−Ｘ′断面図であ
る。

【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。

【図４】図３のサーマルヘッドのＹ−Ｙ′断面図であ
る。

【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。

【図６】従来の別のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

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

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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。
【請求項２】前記抵抗体は、タンタル，チタン，ニオ
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。
【請求項３】前記抵抗体上の全面を覆うように前記発
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。
【請求項４】前記耐キャビテーション層は、タンタル
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。
【請求項５】前記耐キャビテーション層の膜厚を、
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。