JPS6186269A - サ−マルヘツド - Google Patents

サ−マルヘツド

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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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heating element
resistance
thermal head
boron
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Mikiya Kobayashi
小林 三輝也
Takeshi Nakada
剛 中田
Michio Arai
三千男 荒井
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/335Structure of thermal heads
    • B41J2/33555Structure of thermal heads characterised by type
    • B41J2/3357Surface type resistors

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  • 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。

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。
〔従来技術〕
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。
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。
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。
〔発明の目的〕
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。
〔発明の概要〕
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。
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。
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。
〔発明の詳細な説明〕
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。
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。
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。
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。
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。
図中A、BSCはそれぞれ従来の抵抗発熱体T ILf
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
−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

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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. (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。
JP59207097A 1984-10-04 1984-10-04 サ−マルヘツド Granted JPS6186269A (ja)

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

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JP59207097A JPS6186269A (ja) 1984-10-04 1984-10-04 サ−マルヘツド

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JPS6186269A true JPS6186269A (ja) 1986-05-01
JPH0514618B2 JPH0514618B2 (ja) 1993-02-25

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ID=16534148

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