JPH03130162A - サーマルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発熱量自己調整機能を有するサーマルヘッド
に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、サーマルヘッドの発熱抵抗体を、電気伝導度
が特定温度領域を境に低温側で金属的、高温側で非金属
的となる変化をする物質で構成することを特徴とし、上
記発熱抵抗体に通電して、この発熱抵抗体が上記特定温
度に達すると、上記金属非金属変化を起こし、電流を自
己４断することによって、前記発熱抵抗体の温度を前記
特定温度領域以上に昇温させることのない発熱温度制御
機能をサーマルヘッドに備えさせるものである。

〔従来の技術〕

従来のサーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体として、
酸化ルテニウム、窒化タンタル等の金属化合物抵抗体や
、タンタル等の高融点金属に酸化シリコン等の絶縁物を
分散したサーメント抵抗体等が用いられていた。

上記従来のサーマルヘッドの発熱抵抗体に適当な電圧を
印加すると、発熱抵抗体に電流が流れジュール熱が発生
し、この状態を一定時間維持して記録に必要な熱エネル
ギーを感熱紙等に与える。

上記発熱抵抗体で発生するジュール熱エネルギーは、発
熱抵抗体の抵抗値、印加する電圧、この電圧を印加する
時間で決定され、−船釣な熱記録機器においては、使用
する感熱紙の熱感度特性や、発熱抵抗体から感熱紙への
熱伝達特性、発熱抵抗体周辺のバックグラウンド温度、
記録媒体自身の温度等によって、前記印加電圧かまたは
電圧印加時間を調整して最適な記録品質、あるいは階調
記録における目的の記録濃度となるように、発熱抵抗体
での発生熱エネルギーを最適値に合わせ込むことが行わ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のサーマルヘッドにおいては、下記の理由により、
発熱抵抗体への印加電圧と電圧印加パルス幅の調整によ
る記録に関わる熱エネルギーの調整がきわめて煩雑で、
かつ記録機器を大きく高価なものとさせていた。

発熱）圧抗体で電圧パルス印加によって発生する熱エネ
ルギーは前述のように、上記印加パルスの電圧またはパ
ルス幅で決定できるが、発熱抵抗体の表面温度は、上記
パルスの印加周期や、連続印加回数等のパルス印加履歴
、注目する発熱抵抗体周辺の発熱抵抗体のパルス印加ｆ
ｆ歴即ち発熱履歴、サーマルヘッドの支持基板温度、環
境温度等によって変動しやすい。

記録媒体へ伝達される熱エネルギーは、直接的には発熱
抵抗体で発生する熱エネルギーでなく発熱抵抗体の表面
温度に依存する。従って、均一な熱エネルギーを感熱紙
等に与えるために、発熱抵抗体の発熱時表面温度を均一
にしようとするならば、上述のような発熱しようとして
いる瞬間の発熱抵抗体の置かれている熱的環境情報や、
熱的履歴情報をあつめるか、予測することをして発熱抵
抗体の表面温度が特定温度まで昇温するよう前記印加電
圧または電圧印加パルス幅を調整決定してから発熱抵抗
体を発熱させなければならない。

上述のような情報収集手段、予測手段、記録条件決定手
段は、サーマルヘッド基板の温度や環境温度を検出する
各種温度センサ、記録履歴を把握するための過去の記録
データを記録するメモリや、熱的状態を予測する熱等価
回路等のシミュレータ、演算処理するＣＰＵやゲート回
路等ハードウェア上の負荷がきわめて大きい。またこれ
らのハードウェアをサポートするソフトウェアもきわめ
て複雑なものである。特に発熱抵抗体を多数有する大型
、高精細の熱記録機器や、濃度階調記録を行う機器では
、処理情報も膨大となってしまい、装置の大型化、高価
格化が避けられなく記録品質を犠牲にすることもある。

また、情報収集、予測、記録条件決定のための処理時間
もＣＰＵ等の制約を受け、高速記録の障害ともなってし
まっている。

さらに、サーマルヘッドは一般に熱効率を高くするため
の保？ｌとしてのグレーズ層を設けているが、このグレ
ーズ層ば厚膜プロセスで作られているため、厚さのバラ
ツキが厚みの平均値の±２０％以上に達し、個々のサー
マルヘッドでこのグレーズ層による保温効果がランダム
に大きくばらついてしまう。従って、前述のようにいく
ら発熱抵抗体の熱的環境の情報を正確に捕らえ、処理し
て、その都度記録条件を決定しても、サーマルヘッドの
熱的特性のバラツキによって精度の高い発熱低温度制御
はできない。もし、より高い精度の発熱温度制御を行お
うとすればサーマルヘッド個々の熱特性のバラツキをも
制御パラメータとして盛り込まねばならず、記録機器１
台１台で調整するなど量産性に多大な犠牲を払わねばな
らない。また、サーマルヘッドの故障や寿命などで、記
録機器内のサーマルヘッドを交換する場合等を考えると
、実質的には、サーマルヘッド個々の特性に記録機器の
設定を調整するなどのことは、はとんど困難である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記発熱抵抗体表面温度均一化のための種々
の問題を解決するためになされたもので、発熱抵抗体の
温度を特定温度以上に昇温させない自己温度制御機能を
、サーマルヘッド自身にもたせることによって、従来の
ような発熱抵抗体の温度制御の煩雑さを払拭するもので
ある。

本発明は、発熱抵抗体を電気伝導度が特定温度領域を境
に低温側で金属的、高温側で非金属的となる変化をする
物質で構成するものである。

〔作用〕 電気伝導度が特定温度領域を境に低温側で金属的、高温
側で非金属的となる変化、例えば相転移をする物質で、
発熱抵抗体を構成することによって、この発が抵抗体に
電圧印加し、ジュール熱を発生させ、発熱抵抗体の温度
が上記特定温度、即ち金属非金属の相転移温度に達する
と、発熱抵抗体は抵抗値をほぼ絶縁物的にあるいは半導
体的に高くシミ流をほとんど遮断してしまう。従って、
印加パルス幅とこのパルスの電圧が、前記発熱抵抗体の
上記相転移温度以下での抵抗値に対して少なくとも上記
相転移温度まで昇温させることのできる適当な大きさの
値を持っていれば、上記相転移温度を超える温度までに
発熱抵抗体の温度が上がることがなく、発熱抵抗体の昇
温ピーク温度を上記相転移温度領域に均一に制御するこ
とができる。

〔実施例〕

本発明の詳細を実施例をもって説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例のサーマルヘッドの平
面図である。グレージング処理されたアミルナセラミン
ク等の基板６上に、約３００℃を境に低温側で金属的、
高温側で非金属的な電気伝導度特性を持つ材料からなる
薄膜の発熱抵抗体１を設け、この発熱抵抗体の一端を個
別電極２と接続し、他端を第１の共通電極３と接続する
。上記個別電極はトランジスタ等の電流スイッチング素
子４と接続されている。５は上記スイッチング素子４と
接続された第２の共′Ｊｉ電極である。サーマルヘッド
としては前記スイッチング素子４および第２の共通電極
５を設けず、記録機器として別個に設けても構わない。

前記第１の共通電極にプラス電位、前記第２の共通電極
にマイナス電位を与えておき、前記スイ・７チング素子
４を開閉することによって、前記発熱抵抗体１に電圧パ
ルスを印加する。発熱抵抗体１に電圧パルスを印加すれ
ば、従来のサーマルヘッドと同しく、印加電圧と発熱抵
抗体ｌの抵抗値によって適当な電力消費がおきてジュー
ル熱を発生し、発熱抵抗体１の温度上昇が開始する。

第２図は、前記パルス印加に伴う前記発熱抵抗体１の表
面温度の時間変化を表す図である。この図で、Ｔｃは前
記発熱抵抗体の電気伝導度における金属非金属相転移の
温度を表し、ｔｏｎは前記パルスの印加開始時刻、ｔｐ
は前記発熱抵抗体表面温度が上記相転移温度（ＴＣ）に
達する時刻、ｔｏｆ　ｆは前記パルスの印加終了時刻を
表す。

ｔｐからＬｏｒｆまでの間は前記発熱抵抗体１は金属非
金属相転移を高温側から低温側、低温側から高温側と繰
り返し、この発熱抵抗体の表面温度は、はとんど前記相
転移温度Ｔｃの付近で落ち着いた状態となる。実際の発
熱抵抗体温度は発熱抵抗体自身の周辺の構造部材の熱容
量や黙抵抗による熱的慣性から上記Ｔｃより若干高くな
ることもある。ｔｏｎからｔｐまでの発熱抵抗体の表面
温度上昇は、発熱抵抗体ｌの面積を８ドｙ　）　／　ｍ
の発熱抵抗体密度相当の０．０１５ｍｍ”、発熱抵抗体
の低温側での抵抗値を１０００Ω程度、印加電圧を２０
Ｖとした場合、発熱抵抗体表面に感熱紙等の熟吸収体を
接触させなければ、ｔｏｎから約０．５ミリ秒程度以下
の時間で約３００℃のＴｃに達する。この時間は、サー
マルヘッドの前記グレージング基板のグレーズ厚みや、
発熱抵抗体表面にコートされている保３Ｗ層の厚み等に
よって発熱抵抗体周辺の熱抵抗や熱容量の熱特性が変わ
るので、サーマルヘッドの構造に伴い個々に違ってくる
。しかし、発熱抵抗体のピーク温度は、この発熱抵抗体
を構成する材料の持つ前記相転移温度Ｔｃで決まってく
るため、サーマルヘッドの上記のような熱特性、サーマ
ルヘッドの構造には依存しない。

サーマルヘッドには従来技術の問題点で説明したように
、発熱抵抗体にとっての熱放散特性等の熱特性のバラツ
キが依存するが、このバラツキは上記ｔｏｎからｔｐま
での昇温勾配のバラツキに、即ち、ｔｐの時刻のバラツ
キに現れるのみである。

ところで、熱記録における発色機構は、直接感熱方式で
は発色剤の熱による化学反応であって反応速度は温度に
依存し、また熱転写方式ではインクの物理的溶融や昇華
といった物理的相変化の頚でありインクの温度によって
記録が支配される。従って、（ｐのバラツキにのみ現れ
るサーマルヘッドの熱特性のバラツキの記録特性への影
響は、従来技術によるような発熱ピーク温度まで変動し
てしまうケースに比べ、はるかに小さい。

また、発熱抵抗体の抵抗値バラツキが、抵抗膜厚等によ
り従来のサーマルヘッド、本発明によるサーマルヘッド
問わず依存しうるが、このバラツキも、本発明では前記
ｔｏｎからＬｐまでの時間のバラツキとしてしか現れず
、発熱ピーク温度は変わらない。上記発熱抵抗体の抵抗
値バラツキによる昇温勾配、ｔｐの時刻バラツキをより
＠密に小さく、均一なものにしようとするなら、前記発
熱抵抗体の低温側における金属的電気伝導度の相での発
熱抵抗体抵抗値の大小に合わせ、電力で均一になるよう
に、印加電圧を調整、設定してやればよい。

上述したようにサーマルヘッドの熱特性バラツキ、抵抗
値バラツキによる記録特性への影響は、本発明の場合極
めて小さいのであるが、特に前記ｔｏｎからｔｐまでの
昇温時間に比べ、印加パルス幅、即ち第２図におけるｔ
ｏｎからｔｏｆｆまでの時間が長いほど、即ち最も記録
特性に寄与する発熱ピーク温度の保持時間（ｔｏｆｆ−
ｔｐ）の変化率、バラツキ率が小さくなり、記録品質は
一層向上する。

上記実施例では前記発熱抵抗体の金属非金属転移の温度
を約３００℃と設定したが、より高速記録を要求される
サーマルヘッドの場合には、４００℃あるいは４５０℃
等と高い相転移温度の発熱抵抗体にし、発熱抵抗体とし
ての抵抗値を低く　（あるいは印加電圧を高＜）シて電
力を大きくすれば、急速昇温かつ高ピーク温度で、感熱
紙の発色反応等が高温によって短時間で充分おき、前記
ｔｐからｔａｒ　ｆの時間の短い印加パルス幅（ｔｏｆ
ｆｔｏｎ）でも発熱ピーク温度保持時間を確保でき、均
一な記録が可能となる。逆に低速低消費電力型のサーマ
ルヘッドでは、印加電圧を低く　（あるいは発熱抵抗体
としての抵抗値を高く）するなどして発熱抵抗体での消
費電力値を小さくしても良いし、前記相転移温度を２５
０℃等に下げても良いし、その組合わせを実施しても良
いであろう。

第４図は、窒化タンタル等の通常の発熱抵抗体材料から
なる発熱抵抗体７に接触するように、前述した第１の実
施例発熱抵抗体に用いたような金属非金属相転移をする
物質から成る配線８を、上記発熱抵抗体７と個別電極２
と直列に配置したサーマルヘッドの要部平面図である。

第１２図は、このサーマルヘッドの要部断面図である。

上記配線８は上記発熱抵抗体７より線抵抗を低く設定し
てあり、個別電極２と共通電極３との間に電圧印加した
場合、記録に寄与する発熱は発熱抵抗体７で主に発生し
、上記配線８では、発熱抵抗体での上記発熱に比べ僅か
にしか発熱しないが、はとんど発熱しない構成としであ
る。上記配線として用いた金属非金属転移をする材料に
よって、発熱抵抗体７の抵抗値に比較しシート抵抗の小
さい例えば数十ミリΩのシート抵抗の膜が形成できるな
ら上記個別電極２と配ｖＡ８を区別することなく個別電
極をも上記金属非金属転移をする物質で構成することも
可能である。

発熱抵抗体７に電圧が印加されるとジュール熱により発
熱抵抗体と周辺部が昇温する。配置７！８は、この発熱
抵抗体７の発熱に伴って温度が高くなり、例えば金属非
金属の相転移温度が２００’Ｃであれば、配線８の温度
が２００°Ｃに達するまで電流を流し続ける。そして上
記相転移温度に達したところで非金属的電気伝導度とな
って電流をほとんど遮断し、前記発熱抵抗体７のジュー
ル熱発生を停止させる。

配線８の温度が２００℃を下回ると再び電流を流し、発
熱抵抗体の発熱が起こる。前記配線８の前記発熱抵抗体
の昇温による温度変化はこの一配線の中で分布、勾配を
生じるが、上述の電流調整機能は発揮する。こうして、
前述の第１の実施例の場合と同しように、少なくとも前
記配線８の温度は電圧印加が続く間２００℃の温度を保
持する。前記発熱抵抗体７から一定距離にある配線８等
温度を維持することは、即ち発熱抵抗体７の温度が少な
くとも配線８の温度以上に高い温度でほぼ一定している
ことであって、前述の第１の実施例の場合と同様、発熱
抵抗体７の表面温度は一定温度以上になりえず、温度が
制御されていることになる。この発熱抵抗体部分での温
度制御の精度は、前記配線８が前記発熱抵抗体に近いほ
ど高く、発熱抵抗体の発熱エリアの中に前記配線を設け
てもよい。

上述の実施例の場合では、配線８は発熱１＜抗体の片側
に接して設けたが、第５図のように両側に設けても構わ
ない。配線８に利用した金属非金属転移をする物質の非
金属相での電気伝導度があまり小さくならないような場
合で、高温側でも電流をリークして発熱抵抗体の昇温が
続くような場合、あるいは配線８の方が高温側でのリー
ク電流で発熱してしまうような場合は、第５図のように
発熱抵抗体７の両側に配線８を設けた方が電流遮断能力
が高くなり、温度制御の観点からすればより良い構成で
ある。

また、第６図に平面図、第１３図に要部断面図を示した
ように発熱抵抗体７と配線８の間に短い電極２２を介在
させても、発熱抵抗体の昇温による配線８の昇温は対し
て変わらない。特に発熱抵抗体材料と金属非金属転移を
する配線材料が、高恩時に化学的反応等をして特性を変
えてしまうことの懸念がある場合は、少なくとも配線８
の材料との組合わせで安定な金等の安定金属を電極２２
に用いて、発熱抵抗体７から離してやることは効果があ
る。

上述の実施例のように、発熱抵抗体を一般に用いられて
いる発熱信頼性の高い抵抗材料で構成することは、高温
で電流遮断をする材料の発熱高温信頼性に高いものを要
求しないという利点もある。

第１図、第４図に示した実施例のサーマルヘッドを、連
続パルスで駆動した場合の発熱抵抗体表面の温度変化の
様子を第３図に示した。第１のパルスから第ｎのパルス
まで、発熱ピーク温度は一定であり、第１のパルスによ
る昇温時間が、発熱抵抗体の初期のバンクグラウンド温
度が低い分長めとなるが、第２のパルス以降はほとんど
発熱カーブが同しとなる。このように−切駆動上の制御
を行うことなく一定発熱温度に自己制御することができ
る。上記第１のパルスでの発熱昇温時間が長いことは、
たとえ昇華型階調プリンタなどにおいても特に問題とな
らないが、厳密な記録濃度管理を必要とする場合は、第
１のパルス即ちバックグラウンド温度が低い場合のみ昇
温時間の長い分印加パルス幅を延ばして、ピーク温度保
持時間を均一に制御してやっても良い。

階調記録を行う記録機器においては、直接感熱方式、昇
華転写方式を問わず、印加パルス幅の長短で階調制御す
ることが一般的である。従来のサーマルヘッドでは、パ
ルス幅の長さと共に発熱ピーク酸度も変化してしまうた
め、発熱ピーク温度の変動によって階調制御が難しかっ
たが、本発明のサーマルヘッドでは、発熱温度が一定値
に自己制御されているため、時間のパラメータのみで、
発熱ピーク温度を気にすることなく階調制御が可能で、
より厳密な階調を実現できる。従来例では６４階調程度
の相対濃度制御を行っていることもあるが、絶対濃度制
御では、せいぜい１６階調が限度である。しかし、本発
明のサーマルヘッドでは上述の説明によって明らかなよ
うに、絶対濃度制御が容易であり、１２８階調、２５６
階調も可能である。

第１５図は階調制御に本発明のサーマルへ、ドを応用し
た場合の発熱抵抗体への印加パルス幅に対する、発熱抵
抗体表面温度の温度波形を表した図である。第１階調パ
ルス（１９−１）による発熱抵抗体温度波形（１８−１
）が、昇温過程−の、途中で冷却降下開始しているが、
このようなｙＢ　ｉＪ４　ｔ＜　）レス設定であっても
、第Ｎ階調までのほとんどの／＜ルスによる発熱ピーク
が、平坦に温度制御された時間域にあれば、階調情度は
高いものとなる。

ところで前記金属非金属転移をする物質としては、酸化
バナジウム系化合物がある。酸化／くナジウムに１ｆｔ
ｋｆｆｔのＣ「をドープすることによって室温より高い
温度の領域で金属非金属的な？ｌｉヌ伝導度の変化を起
こす、より高温側で非金属的、より低温側で金属的な電
気伝導度をもつ、ノイナジウム、酸化バナジウムとも高
融点物資であって発２さ低抗体として使用可能である０
発熱抵抗体膜としてスパッタリング等の薄膜プロセスに
よる成ｎ２が可１老であり、パウグ化してバインダを混
ぜるなと゛してペースト化して、あるいは有機金属化し
て埜布”：５ｒｑ−膜プロセスによる製造等も可能であ
る。　％）ずれの場合も、底膜された酸化バナジウム戒
分番よ、少なくとも多結晶構造を必要とする。スノくツ
クリングの場合、金属バナジウムとクロムの合金ターリ
“７ト、あるいはクロムを１１め込んだ′ｔｌ属ｚ＜ナ
ジウムターゲットをアルゴンと酸素ガスを用いてスパッ
タする方法、酸化バナジウムｔｆｉ体と酸化クロム粉体
を焼結したターゲットを、アルゴンガスまたはアルゴン
ガスに酸素を微量混合して高周波スパッタする方法等が
ある。いずれのスパッタリングにおいても、より結晶状
態を確実にするため着膜部の温度は数百℃以上であるこ
とが望ましい。

Ｃｒを適量ドープした場合、電気伝導度は上記転移温度
において２〜３桁変化するので、サーマルヘッドの発熱
抵抗体や通電感熱紙の発熱抵抗層として利用すると、一
定電圧印加状態において、上記転移温度の上下で消費電
力値として２〜３桁変化し、熱記録という観点からは実
質的に発熱非発熱の変化を伴う。ドープするＣｒの割合
で前記転移温度を変化させることが可能であって、発熱
抵抗体の昇温ピーク温度の設定が可能となる。Ｃｒをド
ープしない酸化バナジウムでは抵抗値変化の割合は小さ
く、かつ温度に対して緩やかな変化であるが、約４００
℃を境に低温側から高温側に向かって１桁の抵抗値上昇
があり、本発明のサーマルヘッドに利用できる。

第１６図は、前述の第１の実施例における金属非金属転
移をする発熱抵抗体の線抵抗の塩度変化を表す図である
。線抵抗自体は、膜厚、線幅によって変化するので参考
値ではあるが、前記Ｃｒをバナジウムに幻し０．５％程
度ドープした酸化バナジウムでは、線抵抗特性カーブ３
１のような約１５０’Ｃで３桁はどの抵抗値変化がある
。Ｃｒのドープ量によって抵抗値変化を起こす温度領域
は変化し、Ｃｒのドープ量を増やしていくと前記抵抗値
変化の温度領域は徐々に低温側ヘシフトしてくる。Ｃｒ
のバナジウムに対するドープ量が数％を超えると、低温
側から高温側に向かう抵抗値増大の変化が消失してしま
うため本発明の目的を達せられない。上述のように、Ｃ
ｒのドープ量が抵抗変化の温度特性を変化させるため、
酸化バナジウムに対するＣｒのドープ量の試料内のミク
ロ的な不均一度によって、上記線抵抗の変化は、例えば
第１６図３２のカーブのようにある温度幅を持つなだら
かなものとなることもある。このようななだらかな変化
であっても本発明の目的は達せられる。また、例えば−
辺０．数ｎの発熱抵抗体に通電して昇温させようとした
とき、発熱抵抗体内では空間的に均一に温度上昇が起こ
らないので、例えばサーマルヘッドの発熱抵抗体に上述
の物質を用いた場合、発熱抵抗体としての抵抗値の変化
は、見掛は上第１６図３２のようななだらかなものとな
るが、この場合乙こおいてもミクロ的には昇温と通電停
止の状態が起こっており、発熱抵抗体全体として昇温、
非昇温を実現でき、何ら問題ない。

次に本発明のサーマルへ、ドの別な駆動方法について実
施例で説明する。

第７図は、前述の第１図のサーマルヘッドにおけるスイ
ッチング素子を、サイリスクで構成したサーマルヘッド
の平面図である。記録データに応して金属非金属転移を
する各発熱体１に１：１で接続されたサイリスク１０の
ゲーＨ，１に任意のタイミングでターンオン信号を入力
し、上記サイリスタ１０をオンさせる。第１の共通電極
３にはプラス電位、第２の共通電極５にはマイナス電位
が印加されており、上記サイリスクがオンすることによ
って、発熱抵抗体１には、上記プラス、マイナスの電位
差がほとんど印加された状態となって、電流が流れ始め
る。発熱抵抗体は、この通電によりジュール熱を発生し
昇温を開始する。発熱抵抗体１の温度が、この発熱抵抗
体を構成する材料のもつ金属非金属転移温度に達すると
、例えば前記Ｃｒをドープした酸化バナジウムの発熱抵
抗体であれば、この発熱抵抗体に流れる電流値が２〜３
桁小さくなり、前記サイリスクのターンオフ特性の適当
な素子を選んでおくと、発熱抵抗体の通電電流の遮断に
よって、前記サイリスタはターンオフする。−度り−ン
オフするとゲート１１にターンオン信号を入力しない限
り再び発熱抵抗体ｌに１ＪＴＩ電することができないた
め、発熱抵抗体ｌにおける発熱は停止する。すなわち、
発熱抵抗体１は、通電によって前記相転移温度まで昇温
すると自動的に発熱を停止、次のサイリスクのターンオ
ン信号入力まで冷却待機することになる。

第８図は、第７図のサーマルヘッドの発熱抵抗体ｌを前
記サイリスクで連続駆動した場合の発熱抵抗体の表面温
度の時間変化を表した図である。

１３は発熱体表面温度、１４はサイリスタのゲート入力
信号であって、発熱開始のタイミング信号である。Ｔｃ
は前記相転移塩度である。この図から明らかなように、
いかなるタイミングでゲート入力信号が入力されても、
発熱抵抗体表面温度はＴｃを超えることがなく、熱記録
における最も重要な温度領域である発熱ピーク温度近辺
での昇温、冷却カーブはいずれの発熱においてもほとん
ど同一である。

上述の昇温、冷却カーブの説明では、特定発熱抵抗体に
おいて、この発熱抵抗体の発熱履歴の影響を受けないこ
とを示したが、当該発熱抵抗体に隣接する等周辺の発熱
抵抗体の同時発熱や、過去の発熱の履歴等、あるいはサ
ーマルヘッド基板温度に対しても、上述の発熱ピーク波
形は影響を受けることがなく、常に均一な発熱を実現で
きる。

さらに、発熱抵抗体抵抗値のバラツキに伴う印加電力ハ
ラツキ、グレーズ層厚み等のバラ、ツキに伴う熱特性バ
ラツキが、個々の発熱抵抗体間あるいは個々のサーマル
ヘッド間に存在していて前記相転移温度で決定される発
熱ピーク温度、およびこのピーク温度近辺の発熱波形は
均一なものとなる。

上記金属非金属転移材料とサイリスクとの組合わせによ
るサーマルヘッドの場合、発熱抵抗体の発熱ピーク温度
が常に一定であるため、同一の発熱駆動条件の元では、
感熱紙の種類等の差による発色感度に違いがあった場合
記録濃度に差が生じてしまう。第１４図に発熱抵抗体表
面温度の変化を示したように、発熱抵抗体に印加する電
圧によって発熱抵抗体表面温度の上昇曲線（１５，１６
，１７）は変化するが、例えば標準感度の感熱紙を使用
する場合は、１６のような発熱抵抗体表面温度の上昇曲
線になるよう前記印加電圧を設定し、低感度の感熱紙の
場合には、印加電圧を低くして１７のように発熱ピーク
温度近辺の温度維持時間を長くとってやり、逆に高感度
の感熱紙の場合には、印加電圧を高くして１５のように
瞬時にビーク酸度に達してしまうように設定すれば、感
熱紙等の記録感度特性の違いに対しても１つのサーマル
ヘッドで対応できる。

また、感度違いに対応する手段としては、感熱紙やイン
クソートの発熱抵抗体寸前での予備加熱も有効な手段で
ある１例えば低感度感熱紙の場合には、上記予備力ｕ熱
温度を高めに設定しておけば、特に発熱抵抗体への印加
電圧を変更しなくとも対応できる。

Ｌ述のサイリスクを用いた発熱駆動方法においては、数
マイクロ秒程度のゲート信号を入力すれば、駆動制御回
路は発熱動作から一切開放される。

従って、記録画像データのバッファ回路は、次のライン
の記録画像データに書換える作業を前記発熱抵抗体の発
熱動作と並列処理ができ、記録の高速化が容易である。

第９図に、発熱駆動制御回路の一実施例、第１０図にこ
の駆動制御回路を用いたサーマルへ、ドの駆動タイミン
グチャートを示す。第９図において、３５は３１にシリ
アル入力端子、３２にシフトクロック端子をもつシリア
ルインパラレルアウトのシフトレジスタ、３６は上記シ
フトレジスタのパラレル出力と発熱タイミング信号入力
端子３３からの信号を入力とし、出力端子を３４にもつ
アンドゲートである。このアンドゲートの出力端子３４
は、発熱抵抗体に接続されたサイリスタｌＯのゲート１
１に接続され、サイリスクを選１尺ターンオンさせるこ
とができる。第１０図において、４１は記録の１ライン
分の画像データ、４２はシフトクロックであり、上記シ
フトレジタ３５に上記画像データが整列すると、発熱タ
イミング信号４３が数マイクロ秒のパルスで入力され、
前記画像データの内容によって前記サイリスクのゲート
１１の入力信号４４が前記出力端子３４から数マイクロ
秒のパルスで出力される。このサイリスクゲート入力信
号４４が出力されると、第９図の駆動制御回路３７は、
発熱動作から開放され次のラインのための、上述の一連
の準備動作に移ることができる。

従来のサーマルヘッドの一般的な駆動制御回路には、発
熱抵抗体の発熱動作と並列に記録画像データが書き込め
られるように、ラッチ回路をもって高速処理を可能にし
ていたが、金属非金属転移をする発熱抵抗体とサイリス
タとの組合わせよって、上記ラッチ回路なしで高速並列
処理が可能となる。従って、駆動制御回路の小型化、低
価格化とともに駆動制御回路を搭載した構造のサーマル
ヘッドの小型化をも実現できる。

上述の全ての実施例において、発熱抵抗体の発熱ピーク
温度は、たとえ発熱抵抗体上に吸熱源である感熱紙等の
記録媒体が接触していても、あるいは接触していなくと
も変化はない。従って、従来のサーマルヘッドにおける
発熱抵抗体の無給紙状態での発熱ピーク温度の異常上昇
による発熱抵抗体の劣化、破壊が、本発明のサーマルヘ
ッドでは起こらない。またノイズ等による駆動制御回路
やＣＰＵの誤動作、暴走などの事態に対しても高い信頼
性を発揮する。

第１１図は、金属非金属転移をする材料による発熱シミ
ュレータ２３を、第４図等と同様の発熱抵抗体７から離
れた箇所に、個別電極２に直列に配置したサーマルヘッ
ドの要部平面図である。上記発熱シミュレータ２３は、
上記発熱抵抗体７より小さく上記個別電極２より大きな
線抵抗を持たせている。前記発熱抵抗体７を発熱させる
ために通電を行うと、前記発熱シミュレータ２３も緩や
かな発熱を開始する。例えば前記発熱シミュレータの金
属非金属転移の温度を１２０℃程度とすると、発熱シミ
ュレータ２３は、前記発熱抵抗体７の昇温と同時に、自
己のジュール熱で１２０℃程度まで昇温し、非金属相に
転移する。その結果、発熱シミュレータ２３と直列接続
された個別電極２１発熱抵抗体８に流れていた電流は遮
断され、前述の各実施例と同様に発熱抵抗体７における
発熱制御が実現できる。前記発熱シミュレータの昇温、
冷却の様子は、前記発熱抵抗体における昇温、冷却の様
子とほぼ相似であって、ピーク温度が大きく異なる。前
記発熱シミュレータは、前記発熱抵抗体から離れて位置
しているため、発熱抵抗体のパルス印加による温度変化
の影響を直接には受けない。前記発熱シミュレータは、
自己の発熱による発熱シミュレータ周辺部での蓄熱や、
環境温度や前記発熱抵抗体の発熱によるサーマルヘッド
基板のゆっくりした蓄熱昇温によるバンクグラウンド成
度の影響を最も受ける。従って、発熱抵抗体よる発熱を
完全には制御できないが、例えば環境温度、記録機器内
温度変動に伴う感熱紙自身の温度変動による見掛けの発
色感度の変動に対して敏感な反応を示すことになる。ま
た、前記発熱シミュレータは、あまり高温にならず、熱
衝撃も小さいため、金属非金属転移をする物質の耐熱信
頼性上は有利である。

前記発熱シミュレータ上には、発熱抵抗体上の保護層を
同様に設ければ、発熱シミュレータの酸化や熱劣化、前
記相転移に伴う結晶構造変化の衝撃劣化にも信頼性が向
上する。

なお、上述の全ての実施例において、発熱抵抗体、配線
、発熱シミュレータに用いた材料の特性は、特に特定温
度において不連続に電気伝導度が変化することが必要な
わけではなく、特定の幅を持った温度領域で連続的に温
度変化する物質であっても構わない。本発明の効果を確
実に発揮するためには、上記電気伝導度の変化は少なく
とも１桁以上であり、望ましくは２桁以上である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、■　発熱抵抗
体の発熱ピーク温度を、この発熱抵抗体がおかれている
あらゆる温度環境に対しても均一に制御することが可能
、 ■　サーマルへノドのグレーズ層等の熱特性バラツキに
対しても、記録特性のバラツキを抑えることが可能、 ■　発熱抵抗体抵抗値のバラツキに対しても、記録特性
のバラツキを抑えることが可能 ■　高精度の濃度階調制御が容易、 ■　発熱駆動制御回路を単純な構成で済ませられ、回路
、サーマルヘッド基板の小型化が可能、■　記録の高速
化が容易、 ■　記録機器における温度検出等の温度情報収集回路や
記録濃度補正回路が不要で、機器を小型、安価に提供す
ることが可能、 ■　発熱抵抗体の耐暴走等に関して高信頼性、等の優れ
た効果を発揮するサーマルへノドを安価に提供できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーマルヘッドの一実施例を示す
平面図、第２図、第３図はそれぞれ本発明によるサーマ
ルヘッドの発熱温度特性を表す図、第４図、第５図、第
６図はそれぞれ本発明によるサーマルヘッドの要部平面
図、第７図は本発明によるサーマルヘッドの他の実施例
を示す平面図、第８図は本発明によるサーマルヘッドの
発熱温度特性を表す図、第９図は本発明のサーマルヘッ
ドの駆動制御回路図、第１０は本発明の駆動制御タイミ
ング図、第１１図は本発明によるサーマルヘッドの要部
平面図、第１２図、第１３図は本発明によるサーマルヘ
ッドの要部断面図、第１４図は本発明によるサーマルヘ
ッドの発熱温度特性を表す図、第１５図は本発明のサー
マルヘッドの階調発熱温度特性を表す図、第１６図は本
発明のサーマルヘッドの配線部材抵抗特性を表す図であ
る。 Ｌ　　７　　・　・ ２．２２・　・ ３、５　・　・ ４　・　・　・　・ ８　・　・　・ ２３・　・　・　・ １０・　・　・ １１・　・　・　・ ３３・　・　・　・ ３５・　・　・　・ ４３　　・　・　・ １４４４・　・ １３、　１５．　１６ ・発熱抵抗体 ・個別電極 ・共通電極 ・スイッチング素子 ・配線 ・発熱シミュレータ ・サイリスク ・ゲート ・発熱タイミング信号入力端子 ・シフトレジスタ ・発熱タイミング信号 サイリスタゲート入力信号 １７・・・発熱抵抗体表面温度 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発熱抵抗体の電気伝導度が、特定温度領域を境に、低温
   側の金属的、高温側で非金属的となる変化を起こす物質
   からなることを特徴とするサーマルヘッド。