JPS6186269A - サ−マルヘツド - Google Patents
サ−マルヘツドInfo
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- JPS6186269A JPS6186269A JP59207097A JP20709784A JPS6186269A JP S6186269 A JPS6186269 A JP S6186269A JP 59207097 A JP59207097 A JP 59207097A JP 20709784 A JP20709784 A JP 20709784A JP S6186269 A JPS6186269 A JP S6186269A
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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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- B41J2/3357—Surface type resistors
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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ッドに関し、特
に印字効率及び信頼性の高いサーマルヘッドに関する。
に印字効率及び信頼性の高いサーマルヘッドに関する。
サーマルヘッドは各種感熱記録用に広く使用されている
。サーマルヘッ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
ができる構造となっている。
。サーマルヘッ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
ができる構造となっている。
従来一般に用いられているサーマルヘッドの発熱体は一
１ＴａＮ％Ｔａ−８ｉ％Ｔｍ−８ｉＯ１Ｃｒ−８１０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、これらの発熱体は高温では抵抗温度係数（Ｔ
ＣＲ）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。
１ＴａＮ％Ｔａ−８ｉ％Ｔｍ−８ｉＯ１Ｃｒ−８１０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、これらの発熱体は高温では抵抗温度係数（Ｔ
ＣＲ）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８品して提案された技術には、抵抗発熱体
の細いストリッ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程度のストリッ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／
■１のような高分解能の実現には非常な困難が予想され
る０ 従って、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
明をなすに至ったものである。
の細いストリッ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程度のストリッ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／
■１のような高分解能の実現には非常な困難が予想され
る０ 従って、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
明をなすに至ったものである。
本発明の目的は、昇温か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ッ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
有するサーマルヘッドを提供することにある。
抵抗発熱体を用いたサーマルヘッ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
有するサーマルヘッ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温度の上昇に従っ
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
ヘッドを提供する。好ましくは平均抵抗温度係数を２５
℃−１５０℃で一５００〜Ｏｐｐｍ／ ”Ｃ、２５℃−
３００℃で１００〜５００ｐ ｐｍ ／ ”Ｃにすると
すぐれた作用効果が達成される。
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
ヘッドを提供する。好ましくは平均抵抗温度係数を２５
℃−１５０℃で一５００〜Ｏｐｐｍ／ ”Ｃ、２５℃−
３００℃で１００〜５００ｐ ｐｍ ／ ”Ｃ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腺がある。ポリシリコンにドープす
べきホウ素の濃度はｊ Ｑ ” ／ Ｃ１！ ”〜１０
暑・／ｃｌｌｓ１好マシくハラ０１フ／ｃｌＬｓ〜１０
１・１０Ｌｓ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。
プしたポリシリコン腺がある。ポリシリコンにドープす
べきホウ素の濃度はｊ Ｑ ” ／ Ｃ１！ ”〜１０
暑・／ｃｌｌｓ１好マシくハラ０１フ／ｃｌＬｓ〜１０
１・１０Ｌｓ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
的に抑制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、高温部分で昇温か抑制されるために、全
体的に均一化し、すぐれた印字特性を与える。
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
的に抑制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、高温部分で昇温か抑制されるために、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ッ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。
体とするサーマルヘッ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ッ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り基
板１の上にアルミナＮ ２ 、グレーズ層（蓄熱磨）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’ｔａ層（Ｓ
ｉ Ｃ％ Ｔａ、Ｏ，、Ｓ １．Ｎ。
ち１個の構成を示す。アルミニウムまたは鉄等の金り基
板１の上にアルミナＮ ２ 、グレーズ層（蓄熱磨）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’ｔａ層（Ｓ
ｉ Ｃ％ Ｔａ、Ｏ，、Ｓ １．Ｎ。
等）６か被覆されている。１個の印字要素の面積は１０
０Ｘ２００μ程度、あるいはさらに小さくて良い。
０Ｘ２００μ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っ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Ｒ□とし、温度Ｔにおける
抵抗値をＲＴとしたとき、ＴＣＲ＝（ＲＴ−Ｒ，、）／
Ｒ，、（Ｔ−２５）で定鎧される。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。しかし二股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。
温度が上昇するに従っ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Ｒ□とし、温度Ｔにおける
抵抗値をＲＴとしたとき、ＴＣＲ＝（ＲＴ−Ｒ，、）／
Ｒ，、（Ｔ−２５）で定鎧される。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。しかし二股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ッ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。
参照して従来例と対比しながら説明する。
図中Ａ、ＢＳＣはそれぞれ従来の抵抗発熱体Ｔ ＩＬｆ
ｉ Ｎ。
ｉ Ｎ。
Ｔａ−８１０、Ｔａ−８ｉの平均抵抗温度係数（ＴＣＲ
）を示し、Ｄはホウ素濃度１０”／Ｑｌ”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。
）を示し、Ｄはホウ素濃度１０”／Ｑｌ”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、サーマルヘッド
の印字要素の中心部分程高温になり易い。表面積が１０
０μ×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ＢＳＣについては低温側で昇温速度が遅
いという問題がある。
じるから高温になる程発熱量が増大し、サーマルヘッド
の印字要素の中心部分程高温になり易い。表面積が１０
０μ×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ＢＳＣについては低温側で昇温速度が遅
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 ”Ｃまでは負のＴＣＲを有し
、それ以上では正のＴＣＲを有するため、低温例では発
熱が急激に起きて昇温か加速され、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。
ン）は低温から約２００ ”Ｃまでは負のＴＣＲを有し
、それ以上では正のＴＣＲを有するため、低温例では発
熱が急激に起きて昇温か加速され、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図は本発明の例り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
った。
示す。なお温度分布の測定は赤外放射温度計を用いて行
った。
このように、本発明のサーマルヘッドにおける抵抗発熱
体は低温（室温）例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って一律
には規定できないが、サーマルヘッドの上昇温度が５５
０〜４００℃あるとき、２５℃−１５０℃ではＴＣＲ＝
−５００〜Ｏｐｐｍ／”Ｃ、２５℃−３００℃ではＴ
ＣＲ＝ １００〜５００ ｐｐｍ／”Ｃが好適である
。
体は低温（室温）例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って一律
には規定できないが、サーマルヘッドの上昇温度が５５
０〜４００℃あるとき、２５℃−１５０℃ではＴＣＲ＝
−５００〜Ｏｐｐｍ／”Ｃ、２５℃−３００℃ではＴ
ＣＲ＝ １００〜５００ ｐｐｍ／”Ｃ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１７係することは一応明らか
である。第５図はステップストレス試験により従来例の
サンプルＡＳＢ、Ｃと、本発明のサンプ〃Ｄのクラック
特性を測定した結果を示す。なおこのとき印加パルス幅
０．６ ｍ秒、印加パルス周期１０ｍ秒、及びステップ
タイム６０秒とした。サンプ／Ｌ／Ａ、Ｃは抵抗変化率
が大キくシかモ耐ストレス性が低かった。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った。これ
に対して、本発明のサンプ／Ｌ／Ｄは安定且つ耐ストレ
ス性が高いものであった。
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１７係することは一応明らか
である。第５図はステップストレス試験により従来例の
サンプルＡＳＢ、Ｃと、本発明のサンプ〃Ｄのクラック
特性を測定した結果を示す。なおこのとき印加パルス幅
０．６ ｍ秒、印加パルス周期１０ｍ秒、及びステップ
タイム６０秒とした。サンプ／Ｌ／Ａ、Ｃは抵抗変化率
が大キくシかモ耐ストレス性が低かった。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った。これ
に対して、本発明のサンプ／Ｌ／Ｄは安定且つ耐ストレ
ス性が高いものであった。
次に、本発明のサーマルヘッ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法によって製造されるもので、ホウ素を１
０ ＩＴ ／ｃ＋ｕｌ 〜ｊ Ｏ”／ｃＩＬ畠の濃度で
含有するポリシリコン膜である。１Ｑ ” ７ｃｍ”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（２００〜６００ｇ）が得られない為好
ましくない。一方１０”・／ｃｘ ” 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。
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法によって製造されるもので、ホウ素を１
０ ＩＴ ／ｃ＋ｕｌ 〜ｊ Ｏ”／ｃＩＬ畠の濃度で
含有するポリシリコン膜である。１Ｑ ” ７ｃｍ”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（２００〜６００ｇ）が得られない為好
ましくない。一方１０”・／ｃｘ ” 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。
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、例えばキャリヤガスとして水素及びヘリ
ウムを用い、５％Ｂ鵞Ｈ＊ ／ＨＨ，２０％Ｓ ｉ Ｈ
４／ Ｈ＠ をソースガスとして用い、圧力α５５Ｔ
ｏｒｒ 、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。
条件としては、例えばキャリヤガスとして水素及びヘリ
ウムを用い、５％Ｂ鵞Ｈ＊ ／ＨＨ，２０％Ｓ ｉ Ｈ
４／ Ｈ＠ をソースガスとして用い、圧力α５５Ｔ
ｏｒｒ 、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。
の若干の特性を第６図のグラフに示す。
東回面の簡単な説明
第１図はサーマルヘッ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ッ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５
図は従来のサーマルヘッ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
の耐り２ツク特性を示すグラフ及び第６図は本発明のサ
ーマルヘッ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。
図は本発明のサーマルヘッ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５
図は従来のサーマルヘッ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
の耐り２ツク特性を示すグラフ及び第６図は本発明のサ
ーマルヘッ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。
−で・Ｃ
代理人の氏名 倉 内 基 妖 ・、１Ａ Ｔｏ、
２Ｎ Ｂ Ｔａ−９ｉＯ ＣＴａ−９ｉ Ｄ 〔シト−）・７１ぐ９ＳＬ手続補正書
２Ｎ Ｂ Ｔａ−９ｉＯ ＣＴａ−９ｉ Ｄ 〔シト−）・７１ぐ９ＳＬ手続補正書
Claims (4)
- （１）発熱体の抵抗温度係数が常温では負であり、温度
上昇に従つて正に反転することを特徴とするサーマルヘ
ッド。 - （２）発熱体の抵抗温度係数が平均抵抗温度係数で表わ
したとき２５℃−１５０℃では−５００〜０ｐｐｍ／℃
、２５℃−３００℃では１００〜５００ｐｐｍ／℃であ
る前記第１項記載のサーマルヘッド。 - （３）発熱体がホウ素をドープしたポリシリコンである
前記第１項または第２項記載のサーマルヘッド。 - （４）ホウ素は１０＾＋＾１＾７／ｃｍ＾３〜１０＾＋
＾２＾０／ｃｍ＾３の濃度で含まれている前記第３項記
載のサーマルヘッド。
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 |
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Patent Citations (1)
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