JPH0514618B2 - - Google Patents
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- JPH0514618B2 JPH0514618B2 JP59207097A JP20709784A JPH0514618B2 JP H0514618 B2 JPH0514618 B2 JP H0514618B2 JP 59207097 A JP59207097 A JP 59207097A JP 20709784 A JP20709784 A JP 20709784A JP H0514618 B2 JPH0514618 B2 JP H0514618B2
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- JP
- Japan
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- temperature
- resistance
- heating element
- thermal head
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/315—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material
- B41J2/32—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
- B41J2/335—Structure of thermal heads
- B41J2/33505—Constructional details
- B41J2/33515—Heater layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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- B41J2/335—Structure of thermal heads
- B41J2/3355—Structure of thermal heads characterised by materials
-
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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- B41J2/335—Structure of thermal heads
- B41J2/33555—Structure of thermal heads characterised by type
- B41J2/3357—Surface type resistors
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- Electronic Switches (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は抵抗発熱体を用いるサーマルヘツドに
関し、特に印字効率及び信頼性の高いサーマルヘ
ツドに関する。
関し、特に印字効率及び信頼性の高いサーマルヘ
ツドに関する。
サーマルヘツドは各種感熱記録用に広く使用さ
れている。サーマルヘツドは基板上に印字要素な
いしドツトを構成する複数個の抵抗発熱体が設け
られ、選択的に通電することにより任意の組合せ
で印字要素を発熱させることができる構造となつ
ている。
れている。サーマルヘツドは基板上に印字要素な
いしドツトを構成する複数個の抵抗発熱体が設け
られ、選択的に通電することにより任意の組合せ
で印字要素を発熱させることができる構造となつ
ている。
従来一般に用いられているサーマルヘツドの発
熱体は、TaN、Ta−Si、Ta−SiO、Cr−SiO等
の金属或いは酸化物、その他の化合物が用いられ
ている。しかし、これらの発熱体に高温では抵抗
温度係数（TCR）が減少するものが多く、電力
をかけ過ぎると高温で熱暴走して破壊に到るもの
が多い。また、発熱体に通電すると、中心部分よ
りも周辺部分の方が速く放熱するため、中央部分
が周辺部分よりも高温になる傾向があるが、上記
のように高温で抵抗温度係数が減少すると中央部
分の温度は益々高くなり、発熱体表面の温度分布
が片寄り、寿命が短くなりしかも印字効率も悪く
なる。
熱体は、TaN、Ta−Si、Ta−SiO、Cr−SiO等
の金属或いは酸化物、その他の化合物が用いられ
ている。しかし、これらの発熱体に高温では抵抗
温度係数（TCR）が減少するものが多く、電力
をかけ過ぎると高温で熱暴走して破壊に到るもの
が多い。また、発熱体に通電すると、中心部分よ
りも周辺部分の方が速く放熱するため、中央部分
が周辺部分よりも高温になる傾向があるが、上記
のように高温で抵抗温度係数が減少すると中央部
分の温度は益々高くなり、発熱体表面の温度分布
が片寄り、寿命が短くなりしかも印字効率も悪く
なる。
上記の欠陥を認識して提案された技術には、抵
抗発熱体の細いストリツプをどこでも同じ面密度
となるように蛇行させたものがある。しかし、印
字要素（ドツト）の面積は現在のところ約100μ
×200μであるから、約30μ程度のストリツプを形
成するには精度の良いエツチング技術が必要とな
り、また将来的にも16ドツト／mm2のような高分解
能の実現には非常な困難が予想される。
抗発熱体の細いストリツプをどこでも同じ面密度
となるように蛇行させたものがある。しかし、印
字要素（ドツト）の面積は現在のところ約100μ
×200μであるから、約30μ程度のストリツプを形
成するには精度の良いエツチング技術が必要とな
り、また将来的にも16ドツト／mm2のような高分解
能の実現には非常な困難が予想される。
従つて、本発明者はこのような困難を避けるに
は発熱体の材質を改善すべきものと考え、鋭意研
究を重ねて本発明をなすに至つたものである。
は発熱体の材質を改善すべきものと考え、鋭意研
究を重ねて本発明をなすに至つたものである。
本発明の目的は、昇温が速いけれども過熱を抑
制しうる抵抗発熱体を用いたサーマルヘツドを提
供することにある。本発明の他の目的は温度分布
が一様な抵抗発熱体を有するサーマルヘツドを提
供することにある。
制しうる抵抗発熱体を用いたサーマルヘツドを提
供することにある。本発明の他の目的は温度分布
が一様な抵抗発熱体を有するサーマルヘツドを提
供することにある。
本発明は抵抗発熱体の抵抗温度係数が常温（０
〜45℃）では負で温度の上昇に従つて負から正に
反転する材料から製作されているサーマルヘツド
を提供する。好ましくは平均抵抗温度係数を25℃
−150℃で−500〜0ppm／℃、25℃−300℃で100
〜1000ppm／℃にするとすぐれた作用効果が達成
される。上記の温度抵抗係数を達成できる材料に
はホウ素をドープしたポリシリコン膜がある。ポ
リシリコンにドープすべきホウ素の濃度は1016／
cm3〜1021／cm3、好ましくは1017／cm3〜1020／cm3で
ある。ホウ素ドープ型ポリシリコンは望ましい抵
抗体ではあるが、本発明はこれに限られるもので
はなく、本発明の技術思想を実現できる限りいか
なる材料も使用できる。
〜45℃）では負で温度の上昇に従つて負から正に
反転する材料から製作されているサーマルヘツド
を提供する。好ましくは平均抵抗温度係数を25℃
−150℃で−500〜0ppm／℃、25℃−300℃で100
〜1000ppm／℃にするとすぐれた作用効果が達成
される。上記の温度抵抗係数を達成できる材料に
はホウ素をドープしたポリシリコン膜がある。ポ
リシリコンにドープすべきホウ素の濃度は1016／
cm3〜1021／cm3、好ましくは1017／cm3〜1020／cm3で
ある。ホウ素ドープ型ポリシリコンは望ましい抵
抗体ではあるが、本発明はこれに限られるもので
はなく、本発明の技術思想を実現できる限りいか
なる材料も使用できる。
本発明によると、発熱体は低温側では抵抗温度
係数が負であるから発熱が速やかに行われるが、
所定の熱転写温度を超えると抵抗温度係数は正に
転じるから電流は自動的に制御されて温度上昇が
制限される。また発熱体の表面温度分布は、高温
部分で昇温が抑制されるために、全体的に均一化
し、すぐれた印字特性を与える。
係数が負であるから発熱が速やかに行われるが、
所定の熱転写温度を超えると抵抗温度係数は正に
転じるから電流は自動的に制御されて温度上昇が
制限される。また発熱体の表面温度分布は、高温
部分で昇温が抑制されるために、全体的に均一化
し、すぐれた印字特性を与える。
以下、本発明をホウ素ドープ型ポリシリコンを
抵抗発熱体とするサーマルヘツドについて詳しく
説明するが、本発明は他の材質の抵抗発熱体を用
いても実現できることに注意すべきである。
抵抗発熱体とするサーマルヘツドについて詳しく
説明するが、本発明は他の材質の抵抗発熱体を用
いても実現できることに注意すべきである。
第１図は典型的なサーマルヘツドの複数の印字
要素のうち１個の構成を示す。アルミニウムまた
は鉄等の金属基板１の上にアルミナ層２、グレー
ズ層（蓄熱層）３が形成され、その上に抵抗発熱
体４が形成され、さらに両端に電極５が形成され
た上、耐摩耗性保護層（SiC、Ta2O5、Si3N4等）
６が被覆されている。１個の印字要素の面積は
100×200μ程度、あるいはさらに小さくて良い。
要素のうち１個の構成を示す。アルミニウムまた
は鉄等の金属基板１の上にアルミナ層２、グレー
ズ層（蓄熱層）３が形成され、その上に抵抗発熱
体４が形成され、さらに両端に電極５が形成され
た上、耐摩耗性保護層（SiC、Ta2O5、Si3N4等）
６が被覆されている。１個の印字要素の面積は
100×200μ程度、あるいはさらに小さくて良い。
本発明の抵抗発熱体は低温（室温）において負
の、また温度が上昇するに従つて正に転じる平均
温度係数を有する材料から選択する。ここに、平
均温度係数（TCR）は、25℃における抵抗値を
R25とし、温度Ｔにおける抵抗値をRTとしたと
き、TCR＝（RT−R25）／R25（Ｔ−25）で定義さ
れる。本発明の平均温度係数の条件を満足する抵
抗発熱体にはホウ素ドープ型ポリシリコンがあ
る。しかし一般にこの条件を満足する抵抗発熱体
ならば任意の材料を用いることができる。
の、また温度が上昇するに従つて正に転じる平均
温度係数を有する材料から選択する。ここに、平
均温度係数（TCR）は、25℃における抵抗値を
R25とし、温度Ｔにおける抵抗値をRTとしたと
き、TCR＝（RT−R25）／R25（Ｔ−25）で定義さ
れる。本発明の平均温度係数の条件を満足する抵
抗発熱体にはホウ素ドープ型ポリシリコンがあ
る。しかし一般にこの条件を満足する抵抗発熱体
ならば任意の材料を用いることができる。
本発明のサーマルヘツドの発熱体の動作原理を
第２図を参照して従来例と対比しながら説明す
る。図中Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ従来の抵抗発熱体
Ta2N、Ta−SiO、Ta−Siの平均抵抗温度係数
（TCR）を示し、Ｄはホウ素濃度1013／cm3のホウ
素ドープ型ポリシリコンの平均抵抗温度係数を示
す。従来例Ａの場合には温度が上昇するにつれて
TCRが減じるから高温になる程発熱量が増大し、
サーマルヘツドの印字要素の中心部分程高温にな
り易い。表面積が100μ×200μの従来例Ａの発熱
体について温度分布を測定したところ、第３図に
示す温度分布が得られた。また、中心部近くの
300℃以上の領域ではTCRは負になるからこの領
域の温度は益々高くなる傾向が生じ、電力を制限
しないと熱暴走による特性劣化や破損のおそれが
ある。従来例Ｂ、Ｃについては低温側で昇御速度
が遅いという問題がある。
第２図を参照して従来例と対比しながら説明す
る。図中Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ従来の抵抗発熱体
Ta2N、Ta−SiO、Ta−Siの平均抵抗温度係数
（TCR）を示し、Ｄはホウ素濃度1013／cm3のホウ
素ドープ型ポリシリコンの平均抵抗温度係数を示
す。従来例Ａの場合には温度が上昇するにつれて
TCRが減じるから高温になる程発熱量が増大し、
サーマルヘツドの印字要素の中心部分程高温にな
り易い。表面積が100μ×200μの従来例Ａの発熱
体について温度分布を測定したところ、第３図に
示す温度分布が得られた。また、中心部近くの
300℃以上の領域ではTCRは負になるからこの領
域の温度は益々高くなる傾向が生じ、電力を制限
しないと熱暴走による特性劣化や破損のおそれが
ある。従来例Ｂ、Ｃについては低温側で昇御速度
が遅いという問題がある。
これに対して本発明の例Ｄ（ホウ素ドープ型ポ
リシリコン）は低温から約200℃までは負のTCR
を有し、それ以上では正のTCRを有するため、
低温側では発熱が急激に起きて昇温が加速され、
それ以上の温度では抵抗が増大して発熱が減じ温
度の上限が抑制される。このため印字要素の表面
の温度分布が一定になり印字効率が上る。第４図
は本発明の例Ｄについて測定した表面温度分布を
示す。なお温度分布の測定は赤外放射温度計を用
いて行つた。
リシリコン）は低温から約200℃までは負のTCR
を有し、それ以上では正のTCRを有するため、
低温側では発熱が急激に起きて昇温が加速され、
それ以上の温度では抵抗が増大して発熱が減じ温
度の上限が抑制される。このため印字要素の表面
の温度分布が一定になり印字効率が上る。第４図
は本発明の例Ｄについて測定した表面温度分布を
示す。なお温度分布の測定は赤外放射温度計を用
いて行つた。
このように、本発明のサーマルヘツドにおける
抵抗発熱体は低温（室温）側で負の平均温度係数
を有し、高温側で正の平均温度係数を有する材料
を用いることにより、速やかな昇温と安定且つ均
一な印字温度を達成することができる。電気抵抗
の上昇特性は使用目的によつて一律には規定でき
ないが、サーマルヘツドの上昇温度が350〜400℃
あるとき、150℃（上記TCRの定義式においてＴ
が150℃の場合）ではTCR＝−500〜0ppm／℃、
300℃（上記TCRの定義式においてＴが300℃の
場合）ではTCR＝100〜1000ppm／℃が好適であ
る。
抵抗発熱体は低温（室温）側で負の平均温度係数
を有し、高温側で正の平均温度係数を有する材料
を用いることにより、速やかな昇温と安定且つ均
一な印字温度を達成することができる。電気抵抗
の上昇特性は使用目的によつて一律には規定でき
ないが、サーマルヘツドの上昇温度が350〜400℃
あるとき、150℃（上記TCRの定義式においてＴ
が150℃の場合）ではTCR＝−500〜0ppm／℃、
300℃（上記TCRの定義式においてＴが300℃の
場合）ではTCR＝100〜1000ppm／℃が好適であ
る。
上記のように、抵抗発熱体の抵抗温度係数は、
発熱体の昇温効率、上限温度及び温度分布に関係
することを見てきたが、抵抗体の寿命にも関係す
ることは一応明らかである。第５図はステツプス
トレス試験により従来例のサンプルＡ、Ｂ、Ｃ
と、本発明のサンプルＤのクラツク特性を測定し
た結果を示す。なおこのとき印加パルス幅0.6ｍ
秒、印加パルス周期10ｍ秒、及びステツプタイム
60秒とした。サンプルＡ、Ｃは抵抗変化率が大き
くしかも耐ストレス性が低かつた。サンプルＢは
安定性は良いが耐ストレス性にやや問題があつ
た。これに対して、本発明のサンプルＤは安定且
つ耐ストレス性が高いものであつた。
発熱体の昇温効率、上限温度及び温度分布に関係
することを見てきたが、抵抗体の寿命にも関係す
ることは一応明らかである。第５図はステツプス
トレス試験により従来例のサンプルＡ、Ｂ、Ｃ
と、本発明のサンプルＤのクラツク特性を測定し
た結果を示す。なおこのとき印加パルス幅0.6ｍ
秒、印加パルス周期10ｍ秒、及びステツプタイム
60秒とした。サンプルＡ、Ｃは抵抗変化率が大き
くしかも耐ストレス性が低かつた。サンプルＢは
安定性は良いが耐ストレス性にやや問題があつ
た。これに対して、本発明のサンプルＤは安定且
つ耐ストレス性が高いものであつた。
次に、本発明のサーマルヘツド用抵抗発熱体に
適するホウ素ドープ型ポリシリコンについて説明
する。この材料はLPCVD法によつて製造される
もので、ホウ素を1016／cm3〜1021／cm3の濃度で含
有するポリシリコン膜である。1016／cm3よりも低
い濃度では抵抗率が高すぎて、膜厚を厚くしない
と所望の抵抗値（200〜600Ω）が得られない為好
ましくない。一方1021／cm3よりも大きい濃度では
低温側で負の温度係数を得ることが難しくなる。
上記の範囲内では所望の抵抗温度係数を有する抵
抗発熱体を設計することができる。
適するホウ素ドープ型ポリシリコンについて説明
する。この材料はLPCVD法によつて製造される
もので、ホウ素を1016／cm3〜1021／cm3の濃度で含
有するポリシリコン膜である。1016／cm3よりも低
い濃度では抵抗率が高すぎて、膜厚を厚くしない
と所望の抵抗値（200〜600Ω）が得られない為好
ましくない。一方1021／cm3よりも大きい濃度では
低温側で負の温度係数を得ることが難しくなる。
上記の範囲内では所望の抵抗温度係数を有する抵
抗発熱体を設計することができる。
LPCVD法によるホウ素ドープ型ポリシリコン
の成膜条件としては、例えばキヤリヤガスとして
水素及びヘリウムを用い、５％B2H6／H2、20％
SiH4／Heをソースガスとして用い、圧力
0.55Torr、基板温度620℃で成膜する。ソースガ
スの流量、比率、その他のパラメータを制御する
ことにより、所望のホウ素含有濃度のポリシリコ
ンを得ることができる。
の成膜条件としては、例えばキヤリヤガスとして
水素及びヘリウムを用い、５％B2H6／H2、20％
SiH4／Heをソースガスとして用い、圧力
0.55Torr、基板温度620℃で成膜する。ソースガ
スの流量、比率、その他のパラメータを制御する
ことにより、所望のホウ素含有濃度のポリシリコ
ンを得ることができる。
本発明に使用できるホウ素ドープ型ポリシリコ
ン発熱体の若干の特性を第６図のグラフに示す。
ン発熱体の若干の特性を第６図のグラフに示す。
第１図はサーマルヘツドの概略構成を示す断面
図、第２図は本発明のサーマルヘツドに適する抵
抗発熱体の例及び若干の従来例の平均抵抗温度係
数を示すグラフ、第３図は従来のサーマルヘツド
用抵抗発熱体の温度分布を示す図、第４図は本発
明の抵抗発熱体の温度分布を示す図、第５図は本
発明の抵抗発熱体の１例及び若干の従来例の耐ク
ラツク特性を示すグラフ及び第６図は本発明のサ
ーマルヘツド用抵抗発熱体として好適な若干のホ
ウ素ドープ型ポリシリコンの特性を示すグラフで
ある。
図、第２図は本発明のサーマルヘツドに適する抵
抗発熱体の例及び若干の従来例の平均抵抗温度係
数を示すグラフ、第３図は従来のサーマルヘツド
用抵抗発熱体の温度分布を示す図、第４図は本発
明の抵抗発熱体の温度分布を示す図、第５図は本
発明の抵抗発熱体の１例及び若干の従来例の耐ク
ラツク特性を示すグラフ及び第６図は本発明のサ
ーマルヘツド用抵抗発熱体として好適な若干のホ
ウ素ドープ型ポリシリコンの特性を示すグラフで
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 発熱体の平均抵抗温度係数が低温側では負で
あり、高温側では正であり、正負が反転する温度
が150℃以上300℃以下に存在し、該発熱体は、ホ
ウ素を10+17／cm3〜10+20／cm3の濃度でドープした
ポリシリコン抵抗体からなることを特徴とするサ
ーマルヘツド。 ２ 発熱体の平均抵抗温度係数が150℃では−500
〜0ppm／℃、300℃では100〜500ppm／℃である
前記第１項載のサーマルヘツド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207097A JPS6186269A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | サ−マルヘツド |
| US06/780,290 US4679056A (en) | 1984-10-04 | 1985-09-26 | Thermal head with invertible heating resistors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59207097A JPS6186269A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | サ−マルヘツド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6186269A JPS6186269A (ja) | 1986-05-01 |
| JPH0514618B2 true JPH0514618B2 (ja) | 1993-02-25 |
Family
ID=16534148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59207097A Granted JPS6186269A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | サ−マルヘツド |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4679056A (ja) |
| JP (1) | JPS6186269A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19633577A1 (de) * | 1995-08-22 | 1997-02-27 | Rohm Co Ltd | Thermodruckkopf, Herstellungsverfahren desselben und Verfahren zum Einstellen der Wärmeerzeugung davon |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5225663A (en) * | 1988-06-15 | 1993-07-06 | Tel Kyushu Limited | Heat process device |
| EP0360418B1 (en) * | 1988-08-25 | 1995-02-15 | Toshiba Lighting & Technology Corporation | Strip heater |
| US4947193A (en) * | 1989-05-01 | 1990-08-07 | Xerox Corporation | Thermal ink jet printhead with improved heating elements |
| US4947189A (en) * | 1989-05-12 | 1990-08-07 | Eastman Kodak Company | Bubble jet print head having improved resistive heater and electrode construction |
| US5220349A (en) * | 1989-10-17 | 1993-06-15 | Seiko Instruments Inc. | Method and apparatus for thermally recording data utilizing metallic/non-metallic phase transition in a recording medium |
| JP2939653B2 (ja) * | 1990-10-24 | 1999-08-25 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 発熱抵抗体の駆動方法 |
| DE4237017A1 (de) * | 1992-11-02 | 1994-05-05 | Mir Patent Lizenzverwertungen | Verfahren zur Herstellung eines Heizelements |
| TWI616903B (zh) * | 2015-07-17 | 2018-03-01 | 乾坤科技股份有限公司 | 微電阻器 |
| CN112644183B (zh) * | 2020-11-30 | 2021-09-14 | 山东华菱电子股份有限公司 | 基于分段多点测阻的多脉冲加热控制方法及打印头 |
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| DE2504237C3 (de) * | 1975-02-01 | 1982-01-07 | Braun Ag, 6000 Frankfurt | Elektrisches Haarbehandlungsgerät |
| US4316080A (en) * | 1980-02-29 | 1982-02-16 | Theodore Wroblewski | Temperature control devices |
| FR2485796A1 (fr) * | 1980-06-24 | 1981-12-31 | Thomson Csf | Resistance electrique chauffante et tete d'imprimante thermique comportant de telles resistances chauffantes |
| US4467519A (en) * | 1982-04-01 | 1984-08-28 | International Business Machines Corporation | Process for fabricating polycrystalline silicon film resistors |
-
1984
- 1984-10-04 JP JP59207097A patent/JPS6186269A/ja active Granted
-
1985
- 1985-09-26 US US06/780,290 patent/US4679056A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| US4679056A (en) | 1987-07-07 |
| JPS6186269A (ja) | 1986-05-01 |
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