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JPH06183046A - Thermal printer - Google Patents

Thermal printer

Info

Publication number
JPH06183046A
JPH06183046A JP33732492A JP33732492A JPH06183046A JP H06183046 A JPH06183046 A JP H06183046A JP 33732492 A JP33732492 A JP 33732492A JP 33732492 A JP33732492 A JP 33732492A JP H06183046 A JPH06183046 A JP H06183046A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
resistor
layer
thickness
print head
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.)
Withdrawn
Application number
JP33732492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Mitani
正男 三谷
Katsunori Kawasumi
勝則 川澄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Koki Co Ltd filed Critical Hitachi Koki Co Ltd
Priority to JP33732492A priority Critical patent/JPH06183046A/en
Publication of JPH06183046A publication Critical patent/JPH06183046A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a thermal print head having high abrasion resistance by forming a heating resistor composed of a thin film resistor of specific alloy and a thin film conductor of specific metal on an alumina ceramic substrate applied with a glazed glass layer. CONSTITUTION:A glazed glass layer 1 having average coefficient of linear expansion of about 6.0X10<-6>/ deg.C at 30-700 deg.C is formed by firing on an alumina ceramic substrate 6 having average coefficient of linear expansion of about 7.6X10<-6>/ deg.C within same temperature range. Heating part is formed only of a thin film resistor 2 of Cr-Si-SiO2 alloy and a barrier metal thin film conductor 3 is formed of thin film of Cr. Furthermore, a thin film conductor 4 of Ni is formed and when the length of the thin film conductor 4 is short, thin film conductor 3 only of Cr may be employed and thereby fabrication process is shortened and cost is reduced. Ni, Mo, W or Ta may be used in place of Cr.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はファクシミリやプリンタ
等の感熱記録装置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 recording device such as a facsimile or printer.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファクシミリやプリンタ等の記録装置に
利用されている感熱記録や熱転写記録(以下感熱記録と
言う)の重要部品の一つに薄膜サーマルプリントヘッド
があることはよく知られているが、その基本的な構成例
を図3に示す。
It is well known that a thin film thermal print head is one of important parts for thermal recording and thermal transfer recording (hereinafter referred to as thermal recording) used in recording devices such as facsimiles and printers. The basic configuration example is shown in FIG.

【0003】グレーズドガラス層11は、アルミナセラ
ミック基板10の上に設けられた50〜100μmの厚
さの熱伝導性に劣るガラス層からなっており、発熱抵抗
体17の発熱時にはできるだけその発熱量を酸化防止層
15、耐摩耗層16側に伝導させるよう断熱的に働き、
冷却時には速やかに前記基板10側に熱伝達されるよう
その厚さが最適化されたものである。また、該アルミナ
セラミック基板10の30〜1300℃での平均線膨張
係数は約8.5×10~6/℃であるので、この上に約1
300℃で焼成されているグレーズドガラス層の平均線
膨張係数も約7.0×10~6/℃に調整されている材料
が使用されている。
The glaze glass layer 11 is composed of a glass layer having a thickness of 50 to 100 μm and poor in thermal conductivity provided on the alumina ceramic substrate 10, and the heat generation amount of the heat generation resistor 17 is as high as possible. It works adiabatically so as to conduct to the anti-oxidation layer 15 and the abrasion resistant layer 16 side,
The thickness is optimized so that heat can be quickly transferred to the substrate 10 side during cooling. The average coefficient of linear expansion of the alumina ceramic substrate 10 at 30 to 1300 ° C. is about 8.5 × 10 6 / ° C.
A material in which the average linear expansion coefficient of the glazed glass layer fired at 300 ° C. is also adjusted to about 7.0 × 10 6 / ° C. is used.

【0004】薄膜抵抗体12は、例えば2msのパルス
通電によって250〜300℃にまで昇温し、その後2
0msの冷却時間で元の温度まで降下するという非常に
苛酷な動作を108回以上も繰り返し、しかもその間の
抵抗値変化率が±10%以下の範囲にとどまらなければ
ならないという特性が要求されている。更に、薄膜とし
ての実用厚さの限界が500〜1000Åということか
ら、その比抵抗は1000〜2000μΩcm程度でな
ければ利用が難しくなるという事情がある。これらの条
件を満たす数少ない抵抗体材料として昔からよく用いら
れているものにTa2N、TiOx、B2Hfなどがある
が、これらは空気中で加熱すると酸化が進んで焼損して
しまうため、酸素遮断層として酸化防止層15が不可欠
となっている。該酸化防止層15にはSiO2のスパッ
タ膜が用いられるのが一般的であり、その膜厚は3〜5
μmとなっている。しかし、該SiO2膜は感熱記録紙
などで圧接通紙されると摩耗や破断を引き起こすので、
この上に耐摩耗層16として硬いTa25のスパッタ膜
を2〜3μmの厚さで被覆している。なお、これら酸化
防止層15、耐摩耗層16は、Al、Auなど軟らかい
金属が用いられる薄膜導体14の保護層としての役割も
同時に果たしている。
The thin film resistor 12 is heated to 250 to 300 ° C. by a pulsed current of 2 ms, for example, and then heated to 2 ° C.
The characteristic is that the extremely severe operation of dropping to the original temperature in a cooling time of 0 ms is repeated 10 8 times or more, and the rate of change in resistance during that time must remain within ± 10% or less. There is. Further, since the practical thickness limit of the thin film is 500 to 1000 Å, there is a circumstance that it is difficult to use unless the specific resistance is about 1000 to 2000 μΩcm. Ta 2 N, TiOx, B 2 Hf, etc. are often used as the few resistor materials satisfying these conditions from old days. However, when they are heated in air, they will be oxidized and burned. The antioxidant layer 15 is indispensable as an oxygen barrier layer. Generally, a SiO 2 sputtered film is used for the anti-oxidation layer 15, and the film thickness is 3-5.
μm. However, since the SiO 2 film causes abrasion and breakage when it is pressed and passed through a thermal recording paper or the like,
A hard Ta 2 O 5 sputtered film as a wear resistant layer 16 is coated thereon with a thickness of 2 to 3 μm. The anti-oxidation layer 15 and the wear resistant layer 16 also serve as protective layers for the thin film conductor 14 made of a soft metal such as Al or Au.

【0005】一方、Alなどの材料からなる薄膜導体1
4は薄膜抵抗体12の上に直接形成して電圧を印加して
加熱すると、エレクトロマイグレーションを起こして抵
抗値が大きく変化する。通常、これを防止するために、
厚さ500〜1000ÅのCrなどからなる高融点金属
薄膜を前記薄膜抵抗体12上に形成し、バリア層として
バリア金属薄膜13として用いる。また、前記薄膜導体
14は配線抵抗としての値を小さくするためにその膜厚
を1〜2μmとしているが、この膜厚による段差は感熱
記録紙と発熱部との当りに影響を及ぼす(感熱記録紙が
段差近傍の発熱部に当たらないようになる)ことと、発
熱量が熱伝導性のよいAl導体側に逃げることを防ぐ目
的で、図3に示すように200〜300μm程度後退さ
せるのが一般的である。この程度の後退量であれば、前
記バリア金属薄膜13の抵抗値を薄膜抵抗体12の抵抗
値の1%以下とすることができ、薄膜導体を後退しない
場合よりも熱損失を低く抑えることが可能である。すな
わち、実質的にはCr層13が薄膜導体として機能する
ようになる。
On the other hand, a thin film conductor 1 made of a material such as Al
4 is formed directly on the thin film resistor 12, and when a voltage is applied and heated, electromigration occurs and the resistance value greatly changes. Usually to prevent this,
A refractory metal thin film made of Cr or the like having a thickness of 500 to 1000 Å is formed on the thin film resistor 12 and used as a barrier metal thin film 13 as a barrier layer. Further, the thin film conductor 14 has a film thickness of 1 to 2 μm in order to reduce the value of the wiring resistance, but the step due to this film thickness affects the contact between the heat sensitive recording paper and the heat generating portion (heat sensitive recording. In order to prevent the paper from hitting the heat generating part near the step) and to prevent the heat generation from escaping to the Al conductor side with good thermal conductivity, it is preferable to retract the paper by about 200 to 300 μm as shown in FIG. It is common. With such a receding amount, the resistance value of the barrier metal thin film 13 can be set to 1% or less of the resistance value of the thin film resistor 12, and the heat loss can be suppressed lower than when the thin film conductor is not receded. It is possible. That is, the Cr layer 13 substantially functions as a thin film conductor.

【0006】さて、従来このような構成のサーマルプリ
ントヘッドを用いてサーマルプリンタが製品化されてい
たが、当然の事ながらその印刷速度の向上の要求が強く
なり、通電パルス幅も1msと短く、繰り返し周波数も
100Hz以上(冷却時間10ms以下)と速くなって
きた。しかし、この高速化は発熱抵抗体の発熱温度を高
くする必要があり、周辺への熱的、機械的歪を増大させ
てしまう。その結果、酸化防止層15、耐摩耗層16の
クラックの発生及び該クラックから侵入する空気による
薄膜抵抗体12の焼損につながり、その改善が大きな開
発課題となっていた。
Conventionally, thermal printers have been commercialized by using the thermal print head having such a structure. Needless to say, however, there is a strong demand for improvement in the printing speed, and the energizing pulse width is as short as 1 ms. The repetition frequency has also been increased to 100 Hz or more (cooling time 10 ms or less). However, this increase in speed requires raising the heat-generating temperature of the heat-generating resistor, which increases thermal and mechanical strain to the periphery. As a result, generation of cracks in the anti-oxidation layer 15 and wear resistant layer 16 and burning of the thin-film resistor 12 by air intruding from the cracks have been a major development issue.

【0007】これに応えて、特開昭58−82770号
及び特開昭58−84401号公報記載のCr−Si−
SiO合金薄膜抵抗体材料が開発された。これは酸化物
とも言えるもので、加熱処理によって安定化され、それ
以下の温度で使用する限り、酸化雰囲気中での加熱に対
しても非常に安定して使用することができる材料であ
る。そしてこれによって高速ファクシミリなどの製品が
信頼性良く提供されることになったのである。
In response to this, Cr-Si-described in JP-A-58-82770 and JP-A-58-84401.
A SiO alloy thin film resistor material was developed. This can be said to be an oxide and is a material that is stabilized by heat treatment and can be used very stably even when heated in an oxidizing atmosphere as long as it is used at a temperature lower than that. As a result, products such as high-speed facsimiles have been provided with high reliability.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したように高速サ
ーマルプリンタが製品化されているが、その基本的構造
は図3に示す通り、5〜8μmの厚さの熱伝導性に劣る
酸化防止層15、耐摩耗層16を被覆して用いているの
が実情である。しかし、もしこの酸化防止層15と耐摩
耗層16を設けることなく裸の薄膜抵抗体を発熱抵抗体
として用いることができれば、酸化防止層15、耐摩耗
層16を通して感熱記録紙などを加熱していた従来の必
要印加電力量を半減させることができると共に、発熱抵
抗体の加熱の時間遅れがなくなって高速化させることが
可能となり、更には基板側への熱の逃げを大幅に削減さ
せることができるようになる。従って、本発明の目的は
これらを実現できる保護層なしの発熱抵抗体を提供する
ことにある。
As described above, a high-speed thermal printer has been commercialized, but its basic structure is, as shown in FIG. 3, an antioxidation layer having a thickness of 5 to 8 μm and poor thermal conductivity. 15 and the wear resistant layer 16 is actually used after being coated. However, if the bare thin-film resistor can be used as the heat-generating resistor without providing the antioxidation layer 15 and the abrasion resistant layer 16, the thermal recording paper or the like is heated through the antioxidation layer 15 and the abrasion resistant layer 16. In addition to being able to halve the conventional required amount of applied power, it is possible to speed up the heating of the heating resistor by eliminating the time delay, and it is also possible to significantly reduce the escape of heat to the substrate side. become able to. Therefore, it is an object of the present invention to provide a heating resistor without a protective layer that can achieve these.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、Cr−Si
−SiO合金薄膜抵抗体と、Cr、Mo、Ni、W、ま
たはTa薄膜導体のみからなる発熱抵抗体を、グレーズ
ドガラス層が形成されているアルミナセラミック基板上
に形成することによって達成される。また、該グレーズ
ドガラス層が低熱膨張率の低温焼成型ガラスからなって
いるか、または前記発熱抵抗体に0.5μm以下の厚さ
の耐摩耗層が被覆されていれば、耐久性という点からみ
て更に有効である。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is to provide Cr--Si.
This can be achieved by forming a -SiO alloy thin film resistor and a heating resistor consisting only of Cr, Mo, Ni, W, or Ta thin film conductors on an alumina ceramic substrate on which a glaze glass layer is formed. In addition, if the glaze glass layer is made of low-temperature baking type glass having a low coefficient of thermal expansion, or if the heat-generating resistor is coated with a wear-resistant layer having a thickness of 0.5 μm or less, the durability will be improved. It is even more effective.

【0010】[0010]

【作用】上記のように構成された発熱抵抗体は保護層
(酸化防止層、耐摩耗層)がなくとも空気中の加熱に対
して安定で、実施例で示すように実稼働においてもその
抵抗値変化率を要求範囲に納めることが可能である。そ
して、この薄膜抵抗体及び高融点金属薄膜導体の高い硬
度は優れた耐摩耗性を示し、この点からも抵抗値変化率
を要求範囲に入れることが可能になる。また、保護層の
形成が不要または簡略化されるのでヘッド製造工程が簡
略化され、低コスト化も達成できる。
The heating resistor constructed as described above is stable against heating in the air even without a protective layer (antioxidation layer, abrasion resistant layer), and as shown in the examples, its resistance in actual operation. It is possible to keep the rate of change in value within the required range. The high hardness of the thin-film resistor and the high-melting-point metal thin-film conductor shows excellent wear resistance, and also from this point, the rate of change in resistance value can fall within the required range. Further, since the formation of the protective layer is unnecessary or simplified, the head manufacturing process is simplified and the cost can be reduced.

【0011】一方、前述のように記録に要する投入エネ
ルギーを半減させることができ、しかも印刷速度を高速
化することも可能である。すなわち、前記保護層を実質
的に不要とすることができるので感熱紙への熱伝達が飛
躍的に向上し、0.2〜0.3msのパルス幅という今
までのサーマルプリントヘッドでは不可能であった極め
て短いパルス加熱が可能となる。このことは蓄熱層とし
てのグレーズドガラス層の厚さを10〜30μm程度ま
で薄くすることが可能となり、パルス加熱後の冷却速度
を飛躍的に大きくすることができる。即ち、尾引き現像
を発生させることなく2〜5倍の高速印字が容易に実現
できるのである。
On the other hand, as described above, the input energy required for recording can be halved, and the printing speed can be increased. That is, since the protective layer can be substantially eliminated, heat transfer to the thermal paper is dramatically improved, which is impossible with conventional thermal print heads having a pulse width of 0.2 to 0.3 ms. It enables extremely short pulse heating. This makes it possible to reduce the thickness of the glaze glass layer as a heat storage layer to about 10 to 30 μm, and it is possible to dramatically increase the cooling rate after pulse heating. That is, high-speed printing of 2 to 5 times can be easily realized without causing tailing development.

【0012】[0012]

【実施例】以下、実施例に基づいて詳細な説明を行う。EXAMPLES A detailed description will be given below based on examples.

【0013】〔実施例1〕図1は本発明のサーマルプリ
ントヘッドの発熱抵抗体を示す断面図である。30〜7
00℃での平均線膨張係数が約7.6×10~6/℃のア
ルミナセラミック基板6の上に同じ温度範囲の平均線膨
張係数が約6.0×10~6/℃のグレーズドガラス層1
(例えば日電硝子製GP−350)を10〜30μmの
厚さで約720℃で焼成する。ここでは20μmの厚さ
のグレーズ層とした。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a sectional view showing a heating resistor of a thermal print head according to the present invention. 30-7
A glazed glass layer having an average linear expansion coefficient of about 6.0 × 10 6 / ° C. in the same temperature range on an alumina ceramic substrate 6 having an average linear expansion coefficient of about 7.6 × 10 6 / ° C. at 00 ° C. 1
(For example, GP-350 manufactured by Nichiden Glass) is fired at a thickness of 10 to 30 μm at about 720 ° C. Here, the glaze layer has a thickness of 20 μm.

【0014】発熱部はCr−Si−SiO合金薄膜抵抗
体2のみで形成された部分である。Cr−Si−SiO
合金薄膜抵抗体2の膜厚は500〜2000Åがよい
が、本実施例の場合は約700Åとした。また、バリア
金属薄膜3のCr薄膜の膜厚は500〜1000Åがよ
いが、本実施例の場合は約1000Åとした。更に、N
iの薄膜導体4の膜厚は約2μmで、発熱抵抗体の抵抗
値は約2.5kΩとしている。ただし、本実施例におい
てはCr薄膜3を用いているが、このCrの代わりに硬
くて電気抵抗の小さいMo、W、Taなどの高融点金属
薄膜を用いてもよい。また、薄膜導体4の長さが短い場
合はCr薄膜3のみを導体として用いてもよく、製造工
程が短縮されてコストの安いヘッドとすることができ
る。勿論、Crの代わりにNi、Mo、W、またはTa
を用いてよいことは言うまでもない。
The heat generating portion is a portion formed only of the Cr-Si-SiO alloy thin film resistor 2. Cr-Si-SiO
The film thickness of the alloy thin film resistor 2 is preferably 500 to 2000Å, but in the case of this embodiment, it is set to about 700Å. Further, the thickness of the Cr thin film of the barrier metal thin film 3 is preferably 500 to 1000 Å, but in the case of the present embodiment, it is about 1000 Å. Furthermore, N
The film thickness of the thin film conductor 4 of i is about 2 μm, and the resistance value of the heating resistor is about 2.5 kΩ. However, although the Cr thin film 3 is used in this embodiment, a hard metal thin film such as Mo, W, or Ta having a low electric resistance may be used instead of Cr. When the length of the thin film conductor 4 is short, only the Cr thin film 3 may be used as the conductor, and the manufacturing process can be shortened and the head can be manufactured at low cost. Of course, instead of Cr, Ni, Mo, W, or Ta
Needless to say, can be used.

【0015】ここで、小さな線膨張率を有するものを基
板の材料として使用する理由について説明しておく。薄
膜抵抗体はパルス加熱すると膨張するが、当然のことな
がらこれが密着している基板の表面近傍も加熱されて膨
張する。一般に、基板の膨張量が薄膜抵抗体よりも大き
くなると、該薄膜抵抗体は引張応力を受けて破断に至る
ことになる。図3で示す従来のグレーズドアルミナセラ
ミック基板10及び11の30〜400℃での平均線膨
張係数は約6.5〜7×10~6/℃と大きいのである
が、この場合は酸化防止層15のSiO2と耐摩耗層1
6のTa25の線膨張係数が約1×10~6/℃以下と小
さく、これらが薄膜抵抗体12に圧縮応力を常に与えて
いるために破断を防ぐことが可能となっていた。
Here, the reason why a material having a small linear expansion coefficient is used as the material of the substrate will be described. The thin film resistor expands when it is pulse-heated, but naturally, the vicinity of the surface of the substrate to which it is adhered is also heated and expands. Generally, when the expansion amount of the substrate is larger than that of the thin film resistor, the thin film resistor receives tensile stress and is broken. The average linear expansion coefficient of the conventional glazed alumina ceramic substrates 10 and 11 shown in FIG. 3 at 30 to 400 ° C. is as large as about 6.5 to 7 × 10 6 / ° C., but in this case, the antioxidant layer 15 is used. SiO 2 and wear resistant layer 1
The coefficient of linear expansion of Ta 2 O 5 of No. 6 was as small as about 1 × 10 6 / ° C. or less, and since these always applied compressive stress to the thin film resistor 12, it was possible to prevent breakage.

【0016】しかし、基板側の膨張量が薄膜抵抗体2よ
りも小さければ該薄膜抵抗体2は圧縮応力を受けること
となり、保護層がなくてもパルス寿命を長くすることが
できる。そこで、本発明ではアルミナセラミック基板上
に30〜400℃での平均線膨張係数が約5×10~6
℃である低温焼成型グレーズドガラス層(例えば日電硝
子製GP−350など)を20μmの厚さで設けるよう
にした。このグレーズドガラス層を焼成する時の温度は
約720℃である。このように焼成温度を従来よりも6
00℃も低下させることによって、アルミナセラミック
基板上にも低熱膨張係数を持つガラス層を破断させるこ
となく形成することが可能となるのである。
However, if the amount of expansion on the substrate side is smaller than that of the thin film resistor 2, the thin film resistor 2 will be subjected to compressive stress, and the pulse life can be extended without the protective layer. Therefore, in the present invention, the average linear expansion coefficient at 30 to 400 ° C. on an alumina ceramic substrate is about 5 × 10 6 /
A low temperature firing type glazed glass layer (eg GP-350 manufactured by Nichiden Glass Co., Ltd.) having a temperature of 20 ° C. was provided with a thickness of 20 μm. The temperature at which this glazed glass layer is fired is about 720 ° C. In this way, the firing temperature is set to 6
By lowering the temperature by 00 ° C., it becomes possible to form a glass layer having a low thermal expansion coefficient on the alumina ceramic substrate without breaking it.

【0017】さて、このような構成のヘッド(8ドット
/mm)にパルス電圧を印加し、通常の方法で感熱記録
紙に記録して印字評価した。印字濃度が同一となる条件
での印字電力は、図3に示す従来方式のヘッドではパル
ス幅1ms、繰り返し周期(冷却時間)10msで0.
32±0.02W/dotであるのに対し、本実施例の
ヘッドでは、0.20±0.02W/dotと約半減し
た。更に、印字濃度を同一として高速印字試験を行った
ところ、パルス幅0.3ms、繰り返し周期3msで、
印字電力0.60±0.1W/dotを達成し、尾引き
現像も認められなかった。そしてこの条件で連続印字寿
命試験を行なったところ、108回の印字にも充分耐え
ることを確認した。当然のことながら、このヘッドを用
いた感熱記録装置の消費電力は半減し、また、2〜5倍
の高速印字が可能なファクシミリやプリンタを製作する
ことができることは言うまでもない。なお、パルス幅/
繰返し周期が0.2ms/2msの場合のグレーズ層の
最適な厚さは約10μm、1ms/10msの場合は約
30μmである。最適グレーズ厚さが従来技術の場合に
比べこのように薄くしても熱効率が良くなる最大の理由
が保護層を無くしたことにあることは説明するまでもな
く、そしてこのために尾引きなしに高速印字を実現でき
るヘッドとなったのである。
A pulse voltage was applied to the head (8 dots / mm) having such a constitution, and recording was carried out on a thermosensitive recording paper by a usual method to evaluate printing. The print power under the condition that the print density is the same is 0 in the conventional head shown in FIG. 3 with a pulse width of 1 ms and a repetition cycle (cooling time) of 10 ms.
In contrast to 32 ± 0.02 W / dot, the head of this example has a half of 0.20 ± 0.02 W / dot. Furthermore, when a high-speed printing test was performed with the same print density, a pulse width of 0.3 ms and a repetition cycle of 3 ms,
Printing power of 0.60 ± 0.1 W / dot was achieved, and no tailing development was observed. Then, a continuous print life test was conducted under these conditions, and it was confirmed that the print could withstand 10 8 times of printing. As a matter of course, it goes without saying that the power consumption of the thermal recording apparatus using this head is halved, and a facsimile or printer capable of high speed printing of 2 to 5 times can be manufactured. In addition, pulse width /
The optimum thickness of the glaze layer when the repetition period is 0.2 ms / 2 ms is about 10 μm, and when it is 1 ms / 10 ms, it is about 30 μm. It goes without saying that the biggest reason for the better thermal efficiency with such a thinner optimal glaze thickness than in the prior art is the elimination of the protective layer, and for this reason without tailing. It became a head that can realize high-speed printing.

【0018】〔実施例2〕実施例1の連続印字寿命試験
の中でも特に厳しい試験として、印字部に砂埃を巻き込
ませてテストを試みた。これは、事務室内に設置されて
も季節によっては窓から入ってくる砂埃がヘッドと感熱
記録紙の間に巻き込まれ、大きな機械的な歪によって発
熱抵抗体の破断事故を引き起こすことがあるという理由
からである。結果的に、107パルスぐらいから抵抗値
が規定範囲から外れるものが散見されるようになり、使
用される環境如何ではヘッドの信頼性に問題のあること
が分かった。これの対処策が本実施例である。
[Embodiment 2] As a particularly severe test among the continuous printing life tests of Embodiment 1, a test was tried by entrapping the printing portion with dust. This is because even if it is installed in the office room, depending on the season, the dust entering through the window may be caught between the head and the thermal recording paper, causing a large mechanical strain to cause a breakage of the heating resistor. Because. As a result, it was found that the resistance value deviated from the specified range at about 10 7 pulses, and it was found that the reliability of the head was problematic depending on the environment in which it was used. The countermeasure for this is the present embodiment.

【0019】本実施例では図2に示すように、本発明の
発熱抵抗体上に非常に薄い耐擦過性の保護層5、具体的
には耐摩耗性の優れたTa25層やSi34層を被覆し
た。この場合の保護層5は、500〜1000Åの厚さ
の薄膜抵抗体2と薄膜導体3及びこれらが形成されてい
るグレーズドガラス層1を砂埃などからの擦過から保護
するだけでよく、その厚さは従来型ヘッドのTa25
どの摩耗量から考えて0.1〜0.5μmの範囲で充分
であると推定できる。そこで実際に0.1、0.2、
0.4μmのTa25又はSi34保護層5を被覆した
ヘッドを作り、前記と同じ砂埃を巻き込みながらの寿命
試験を行なったところ、3〜5×107パルスまでのテ
ストで問題となる不都合は見られなかった。この程度の
厚さの保護層では消費電力の増加は10%以下と小さ
く、大幅な熱効率の向上という効果はそのまま受けつが
れていることは言うまでもない。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, a very thin scratch-resistant protective layer 5 on the heating resistor of the present invention, specifically, a Ta 2 O 5 layer having excellent wear resistance and Si. A 3 N 4 layer was coated. In this case, the protective layer 5 only needs to protect the thin-film resistor 2 and the thin-film conductor 3 having a thickness of 500 to 1000 Å and the glaze glass layer 1 on which they are formed from scratches from dust or the like. Can be estimated to be sufficient in the range of 0.1 to 0.5 μm in consideration of the wear amount of Ta 2 O 5 of the conventional head. So actually 0.1, 0.2,
A head coated with 0.4 μm of Ta 2 O 5 or Si 3 N 4 protective layer 5 was made, and a life test was carried out while entraining the same dust as above, but a problem was found in the test up to 3 to 5 × 10 7 pulses. No inconvenience was found. It goes without saying that the protective layer having such a thickness has a small increase in power consumption of 10% or less, and the effect of greatly improving the thermal efficiency is directly accepted.

【0020】〔実施例3〕実施例1で説明したサーマル
プリントヘッドは、30〜400℃での平均線膨張係数
が5×10~6/℃以下である低温焼成型グレーズドガラ
ス層を設けたアルミナセラミック基板を用いたものであ
り、その印字寿命が108ドット以上であることが分か
った。一方、感熱ファクシミリの実使用例のほとんどは
1〜3×107ドット印字回数しか使用されていないの
が実情である。即ち、実施例1及び2は寿命的には過剰
品質となっているのである。そこでこの過剰品質となっ
ている寿命を短くし、これを低コスト化に振り向けたの
が本実施例である。これを具体的に実現する方法は、最
も大量に量産されている従来技術のグレーズドアルミナ
セラミック基板を用いることである。但し、高速印字す
るためにグレーズ層の厚さは30μm以下とするが、こ
れも基板の低コスト化に貢献する。この基板の上に実施
例1或いは2と同一の発熱抵抗体を形成し、先ずステッ
プアップストレス試験を実施した。その結果を図4に示
すが、ここに実施例1は勿論のこと、基板にネオセラム
N−11(日電硝子製)を用いて保護層を設けないサー
マルプリントヘッド、基板に従来技術のグレーズドアル
ミナ基板を用いて保護層を設けたもの(図3)もデータ
として記載してある。いずれも薄膜抵抗体は同一条件の
Cr−Si−SiO合金薄膜抵抗体である。30〜40
0℃での平均線膨張係数は、ネオセラム基板が約0.7
×10~6/℃、従来技術のグレーズ層が約6.5×10
~6/℃でSiO2とTa25層が約1.0×10~6/℃
なのでこの合成線膨張係数を3.75×10~6/℃とす
る。これらの線膨張係数と、図4に示すSST特性での
△R/R=10%での印加エネルギの関係を図5に示し
たが、発熱抵抗体の耐パルス性が基板或いは保護層から
受ける繰り返し応力の大きさによって決定されているこ
とが良く理解できる。勿論、熱酸化による焼損破断が起
こらない本発明のCr−Si−SiO薄膜抵抗体を用い
ているために、このように明確な傾向が明らかになった
ことは言うまでもない。そして熱効率を飛躍的に向上で
きる保護層の無い本発明のヘッドは、図4に示すSST
特性からも推定できるように、従来技術グレーズドアル
ミナ基板の上にCr−Si−SiO薄膜抵抗体を形成し
た本実施例においても、充分実用に耐える2000〜3
000万ドットの印字寿命を示したのである。勿論、実
施例2と同じように、0.5μm以下の厚さの保護層を
発熱抵抗体上に形成した場合もこれらの結果は変わらな
かった。
[Embodiment 3] The thermal print head described in Embodiment 1 is an alumina provided with a low temperature firing type glazed glass layer having an average linear expansion coefficient at 30 to 400 ° C. of 5 × 10 6 / ° C. or less. It was found that the printing life was 10 8 dots or more using a ceramic substrate. On the other hand, most of the examples of actual use of the thermal facsimile use only the number of times of 1 to 3 × 10 7 dot printing. That is, Examples 1 and 2 are of excessive quality in terms of life. Therefore, in this embodiment, the excessive quality is shortened and the cost is reduced. A specific way to achieve this is to use the most mass-produced, prior art, glazed alumina ceramic substrates. However, the thickness of the glaze layer is 30 μm or less for high-speed printing, which also contributes to cost reduction of the substrate. The same heating resistor as in Example 1 or 2 was formed on this substrate, and a step-up stress test was first performed. The results are shown in FIG. 4, in which not only Example 1 but also a thermal print head using Neoceram N-11 (manufactured by Nichiden Glass) for the substrate and no conventional protective layer for the substrate, and a conventional glazed alumina substrate for the substrate were used. The data (FIG. 3) in which a protective layer is provided by using is also described as data. In each case, the thin film resistor is a Cr-Si-SiO alloy thin film resistor under the same conditions. 30-40
The average coefficient of linear expansion at 0 ° C is about 0.7 for neoceram substrate.
× 10 to 6 / ° C., the conventional glaze layer is about 6.5 × 10
~ 6 / ℃ SiO 2 and Ta 2 O 5 layer is about 1.0 × 10 ~ 6 / ℃ in
Therefore, the composite linear expansion coefficient is set to 3.75 × 10 6 / ° C. The relationship between these linear expansion coefficients and the applied energy at ΔR / R = 10% in the SST characteristic shown in FIG. 4 is shown in FIG. 5, but the pulse resistance of the heating resistor depends on the substrate or the protective layer. It is well understood that it is determined by the magnitude of repeated stress. Needless to say, such a clear tendency has been clarified because the Cr-Si-SiO thin film resistor of the present invention which does not cause burnout rupture due to thermal oxidation is used. The head of the present invention having no protective layer capable of dramatically improving the thermal efficiency has the SST shown in FIG.
As can be estimated from the characteristics, even in the present embodiment in which the Cr-Si-SiO thin film resistor is formed on the conventional technology glazed alumina substrate, 2000 to 3 which is sufficiently practical.
The print life was 10 million dots. Of course, these results did not change when a protective layer having a thickness of 0.5 μm or less was formed on the heating resistor as in Example 2.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、従来の約半分の投入電
力で、感熱紙などに印刷ができ、印刷速度も倍以上と高
速記録が可能となり、しかもヘッド製造プロセスが大幅
に簡略化されて低コストも達成される。これを採用した
感熱記録装置の電源容量の半減なども大きな実用効果と
なる。
According to the present invention, it is possible to print on a thermal paper or the like with an input power of about half that of the conventional one, the printing speed can be doubled or more, and the head manufacturing process can be greatly simplified. Low cost is also achieved. The reduction of the power supply capacity of the thermal recording device adopting this is also a great practical effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例となる発熱抵抗体を示す断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a heating resistor according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の他の実施例となる発熱抵抗体を示す
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a heating resistor according to another embodiment of the present invention.

【図3】 従来の発熱抵抗体を示す平面図と断面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view and a sectional view showing a conventional heating resistor.

【図4】 本発明及び従来の発熱抵抗体のSST特性を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing SST characteristics of the present invention and a conventional heating resistor.

【図5】 発熱抵抗体が受ける繰り返し応力の大きさと
SST特性の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the magnitude of repeated stress applied to a heating resistor and SST characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1はグレーズドガラス層、2は薄膜抵抗体、3はバリア
金属薄膜、4は薄膜導体、5は耐摩耗層、6はアルミナ
セラッミク基板である。
Reference numeral 1 is a glaze glass layer, 2 is a thin film resistor, 3 is a barrier metal thin film, 4 is a thin film conductor, 5 is a wear resistant layer, and 6 is an alumina ceramic substrate.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Cr−Si−SiO合金薄膜抵抗体と、
Cr、Mo、Ni、W、またはTa薄膜導体からなる発
熱抵抗体を、グレーズドガラス層が形成されているアル
ミナセラミック基板上に形成することを特徴とするサー
マルプリントヘッド。
1. A Cr-Si-SiO alloy thin film resistor,
A thermal print head comprising a heating resistor made of a Cr, Mo, Ni, W, or Ta thin film conductor formed on an alumina ceramic substrate on which a glaze glass layer is formed.
【請求項2】 前記グレーズドガラス層が、30〜40
0℃での平均線膨張係数が5×10~6/℃以下の低温焼
成型ガラス材料からなることを特徴とする請求項1記載
のサーマルプリントヘッド。
2. The glazed glass layer is 30-40.
2. The thermal print head according to claim 1, which is made of a low temperature baking type glass material having an average linear expansion coefficient at 0 ° C. of 5 × 10 6 / ° C. or less.
【請求項3】 前記グレーズドガラス層の厚さが30μ
m以下であることを特徴とする請求項1記載のサーマル
プリントヘッド。
3. The thickness of the glazed glass layer is 30 μm.
The thermal print head according to claim 1, wherein the thermal print head has a thickness of m or less.
【請求項4】 前記発熱抵抗体に0.5μm以下の厚さ
の耐摩耗層が被覆されていることを特徴とする請求項1
記載のサーマルプリントヘッド。
4. The heat-generating resistor is coated with a wear-resistant layer having a thickness of 0.5 μm or less.
The thermal print head described.
【請求項5】 請求項1記載のサーマルプリントヘッド
を搭載したことを特徴とする感熱記録装置。
5. A thermal recording device comprising the thermal print head according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002370399A (en) * 2001-06-14 2002-12-24 Shinko Electric Co Ltd Thermal head
KR20160120719A (en) 2014-02-18 2016-10-18 엔지케이 인슐레이터 엘티디 Handle substrate of composite substrate for semiconductor, and composite substrate for semiconductor

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