JPS5970592A - 感熱ヘツド - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ファクシミリ、感熱プリンタなどに用いる感
熱ラインヘッドに関するものである。

〔従来技術〕

電話ファクシミリ、感熱式ラインプリンタに用いられる
感熱ラインヘッド等の、微小な発熱素子を多数個用いる
部品は、従来技術ではセラミック等の基板上に発熱素子
を形成して各素子に端子をつけ、その端子に基板の外部
にある駆動回路を接続し、さらに各駆動回路に発熱素子
の発熱／非発熱を決定するデータを与える線を接続する
必要があった。そのため、■素子数と同数の引出線接続
部を設ける必要があシ、基板の寸法が犬キ〈７ヨる。■
素子数と同数の駆動回路が必要で大量の部品が必要であ
る。■感熱へノド組立時に発熱素子の基板と駆動回路を
接続する作業が必要である。という３点から、感熱うづ
ンヘンドが非常に高価になっていた。

第１図は従来技術の発熱ヘッドの構造を示す図である。

セラくツク等の絶縁物の基板１の上に発熱抵抗体２が設
けられ、発熱抵抗体２には端子５ａ、”、ｂ、３Ｃ・・
・・・・が接続されている。さらに端子６α、５６，３
Ｃ・・・・は、接続部４ａ、４ｂ、４ｃ・・・・・・・
に接続されている。この接続部を用いて、圧着、ノ・ン
ダ付、ワイアボ／ディング等の手法によシ外部の駆動回
路と接続する。発熱抵抗体２．端子３゜接続部４は印刷
による厚膜技術または蒸着、スパンタリングによる薄膜
技術を用いて製作される。

第２図は従来技術の駆動回路の一例で、１個の駆動回路
で２個の発熱素子を駆動するくふうをしたものである。

共通電極５ａまたは５ｈに電圧を加え、駆動トランジス
タ６ｂを導通させると、電極５ａ、５ｂ端子３ｂで区切
られた発熱抵抗体２の微小部分（以下発熱素子と呼ぶ）
２ｈまたは２Ｃに電流が流れ、発熱−１−る。この構成
では駆動トランジスタの数は発熱素子数の半分で良いが
、共通電極と発熱素子の間に分離用のダイオードが必要
であシ、発熱素子を駆動トランジスタおよび分離用ダイ
オードに接続１゛るための接続部は、発熱素子数と同数
になる。ファクシミリでは発熱素子はＩ　ｎ＋ｍあだわ
８個の＠紅で並べられており、Ａ　４−＋）イズおよび
レターライズを扱うファクシミリでは、接続部の数は１
７２８個にも達する。

すなわち第２図の例の従来技術でファクシミリ用感熱ジ
イン−＼ノドを組立てると、１７２８個の接続部、同数
の駆動回路との液続作業、８６４個の駆動トランジスタ
、８ｔＳ４’ｌＹのダイオードが必要になシ、非常に高
価になる。

上記の問題点の解決のために、駆動回路を、データ入力
用のンフトレジスタと共に集積回路化した例がおり、部
品点数の低減には大きな効果があるが、現在の技術では
トランジスタ、ダイオード類を、第１図の発熱抵抗体２
と同一の基板上に製作イ゛ることはできず、発熱ヘッド
と集積回路の接続は必要である。接続部の数は集積回路
化しても変らず、前記の感熱ラインヘッドが都側になる
原因をすべて取除くことはできなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は安価な感熱ラインヘッドを提供すること
にある。

〔発明の概要〕

このため本発明はデータ転送、記憶２発熱素子駆動の能
力を持つ素子乞、発熱素子の基板上に、直接形成するこ
とにより、発熱素子と駆動素子間の接続を、上記発熱素
子あるいは駆動素子の製作時に同時に行なうことにある
。

本発明の原理は、負の温度特性を持つ感温半導体で作っ
た抵抗体素子にある値以上の電圧をかけると、自己発熱
により抵抗値が低下して電流が、急増する現象を利用し
ている。第６図、第４図はこの種の感温半導体の一種で
ある酸化バナジウム（１１０２）の特性の一例である。

第５図は、素子の温度が臨界温度ＴＣを越えると、素子
の直流抵抗値がＲＬからＲｎに急減することを示してい
る。また第４図は、周囲温度を一定にして素子に印加す
る電圧を犬きくし２て行くと、臨界電圧（ｌｃまでは素
子に流れるｍｌによる自己発熱と素子からの放熱が平衡
して、電圧の」１昇に伴ない素子温度と電流が単調増加
するが、臨界電圧を越えると素子温度が第３図のｒぶ昇
温１変を越えて抵抗が激減し、電圧を増加（７なくても
電流が急増することを示している。このときの電流は、
第３図の直流抵抗値ＲＨにより決まるが、素子と直列に
直流抵抗を接続することにより、邂流値を制限すること
ができる。第４図の特性は素子の材質、形状により変化
する。なお、以上に説明した特性については公知である
。

第４図に示すように、晩７界覗圧Ｖｃは素子の周囲温度
により異なり５周囲温度が高いほど臨界電圧は低くなる
。したがって、適尚１４に“電圧Ｖを、ｋ　”ｆ−に印
ｊ）１１−（−ると、周囲温度がｔｌのときは臨界ｒＩ
ｆ１：Ｆに達−ないためｊｌなる微少電流しか流れず、
周囲視度がｔｌよりも茜いど２のときはｒが臨界遡ＩＦ
　）ソ、ｌｊこ／よるｌ二め１２なる犬「丸（厄が討り
れるような伏・八を設定−する、二とかでさる。このと
き、素子イノ）１４ノ加東庄５で一足に保って、ｐけ；
・了、１流の急増により素−トの人カドｕ力も急増［２
、素子【／〕温度は臨界ｌ温度よりもΣらに旨い４１Ｗ
ＱＣ保持される。

この仄、’＋Ｑ４では、周囲温萌乞第４１′４のｌ−１
に下げても：匈篇状、蝮が課持さ牙する。したがって何
らかの方法で２　ｆの周Ｌｍ温変丑たは素子自身の温度
を外部から制御してやｎば、この素子はＯＮ状態でｌ’
：ｊｌ畠かつ大ｉｄ流、　、）ｌ−Ｎ状態で低温フ）・
つ小喧流のスイノ士あるいは記市累子として動作するこ
とになる。以下、ある印／ＩＬＩ　ｉ圧に対し２＊子が
ＯＮ状態にｌｒる周囲温度の最低値を切換温度と称する
。

なお、以」−に説明した動作は、かならずしも第６図に
示した明癲な臨界温度を持たなくても、負の温度′特性
を持ち、第４図の特性を示す素子であれば実現すること
かできる。たとえば−例として、素ｊ０の４Δ料に炭化
ケイ素（ＳｔＣ）を用いて適切な設計をすると直列抵抗
がｉｏ［］Ωのときにｔ　＋＝２ＤＣ，ｌ　Ｑ’−７０
℃、素子印加電圧を４Ｖとして、１’＝Ｄ、２６ｍ１ｉ
　　、／’２＝２３ｕｙ、４　　、　９ノ　換＋、Ｑ　
　ｊｌＸ　ｔｉど〕　６０℃　、／ｌ！　が　流れたと
きの素子の到遅温厖ｈ’　Ｉ’ｌｌ　２５　（４℃とい
う素子を製作することかできる。

このづ重の素子を多数１′固、１覧］妾素−了が１目互
に熱的に結合されるように近接して一列に配性シフ。

その一端（１）第１の素子に４圧を印ｊＡ＋　Ｌ　、か
つ素子の、・温度が切換温度より高くなるように外部か
ら加熱してやると、第１のオシ子はＯＮ状態・′℃なる
。

するとｌ１ｆＪ述のよう（・こ第１の素子は高温に保持
され、隣接−［る第２の素子を加熱する９次に第２の素
子が切換温度に］圭したところで第２の素子に電圧乞印
加１−１同時に第１の−（く子に印加していた賦圧を切
断１−ると、第２の素子がＯＮ状態になり、第１の素子
の温度は人力がなくなるために低下する。この操作を第
６の素子枠よびそれにｒ：ｆ　＜束子に対して次々に行
なうと、第１の素子にあ−）だＯＮ状態を、第２の素子
、を社３の素子と次々に転送することができ、シフトレ
ジスタと同様な動作が実現できる。直列データを次々に
転送するには、第１の素子の温度が低下したところで次
のデータについて上記の操作を繰８ンして行なえ１ばよ
い。以−ド、上記のごとく熱的にデータの転送を行なう
素子を熱移送素子と呼ぶ。

上記熱移送素子が、ｔノＮ状態とＯＦＦ状態で素子に流
れろ電光が友きく異なることを利用して、発熱抵抗体の
１駆動回路として用いることができるっ熱移送素子な溝
成する谷菓子に電気的に直列に発熱抵抗！、＋を接、洸
−［ろと　ｔ’Ｊ）Ｎ状態の素子に４’ｌ：、　ｉ′Ｊ
ｌ；、ごオｔたネＵ抵抗体ＫＷ流が流れ発熱する。

そこで、この発熱抵抗体な感熱−・・ノドとして使用１
−ることかできる。この発熱抵抗体は前記の直９１１抵
抗と４Ｅ用してよい。−１記の熱移送素子は、スパッタ
リングまたは印Ｎｊの手法で製作でき、発熱抵抗体もス
パッタリング、印刷のいずれの手法でも製作できるため
、両省な同一基板上に形成丁４）巴きかできる、 熱移送素子自身がＯＮ状態では発熱しているので、熱移
送素子をそのま１感熱へノドとして用いることも可能で
あるが、発熱抵抗体を別に設けた方が温度、素子寸法の
設計の自由度が大きくなる。温度については、感温半導
体の材質によっては、感熱紙を発色させるのに必要なヘ
ッドの温度に耐えられないものがあり、熱移送素子と発
熱素子を分離することにより、熱移送素子の最高温度を
感温半導体が耐え得る温度より低くおさえ、かつ発熱素
子の温度は感熱紙を発色させるのに充分な温度になるよ
うに設計することができる。また、素子寸法については
、後述″′ｆ′るように熱移送素子の素子寸法よりも発
熱素子の寸法を大きくして、印字の鮮明化をはかること
ができる。

〔発明の実施例〕

第５図は本発明の一実殉例を示す図である。

絶縁物の基板１の上に共通電極５を設け、その上に感温
半導体の発熱抵抗層７を形成する。さらにその上に端子
３１〜３Ｎ〜を形成しである１、各端子は、６個目ごと
に同じクロック電極８−１．８−２゜８−３に接続され
、８−３電極と端子の間には、印字用発熱抵抗体２３〜
２ｒＬ＋２〜が設けられている。

共通電極５９発熱抵抗層７．端子群６で熱移送素子を構
成する。

第６図は、第５図の構造の熱移送素子の動作を説明する
図である。まず６Ｎの端子と共通電極の間に重圧がかけ
られ、６Ｎ端子の下の発熱抵抗層が発熱している状態に
あるとき、　３Ｎ端子の直下で発生した熱は発熱抵抗層
７の中を伝熱し、６ｐｒ＋１．！：５ｒｑ−＋の端子の
直下の温度も上昇させる。

この結果、図（ａ）中の破線で示した部分は温度が高い
ため、抵抗値が減少している。そこで３Ｎ端子の酸比を
切断し、　５Ｎ＋＋端子に電圧を印加すると、第６図（
Ａ）に示すように５Ｎ＋１端子の下の６Ｎ端子に隣接し
た部分の温度か切換温度を越え、抵抗値が低下して電流
が流れはじめる。やがて電流が流れている部分からの発
熱によシ、５Ｎ＋１端子の下部・全体に第６図（Ｃ）に
示すように発熱部分が拡大し、低抵抗部が形成される。

以下同様に５Ｎ＋１端子の電圧を切断して５Ｎ＋２端子
に重圧を印加すると、発熱部分は６Ｎ＋２端子の下へと
移動する。はじめの第６図（ａ）の状態で５Ｎ端子の下
が発熱していないと上記の動作は起らず、電圧を印加す
る端子を移動しても、どの端子部も発熱しない。この場
合は、非発熱部すなわちＯＦＦ状態を転送したと解釈す
ることかできる。

以上の説明では発熱抵抗層Ｚ中を伝熱するとして説明し
たが、共通電極５および端子３の熱抵抗が小さいため、
この両者を通しての伝熱も無視できない。端子部の伝熱
は動作の障害にはならないが、共通電極５を通しての伝
熱は隣接素子以外へ伝熱する可能性があシ上記の動作に
支障があるので、素子の設計に当っては共通電極５の厚
さを充分薄くする等の対策が必要である。

第７図は第６図の素子の駆動方法を示した図で、（α）
は端子の接続方法、（ｂｊは印加するクロックパルスを
示している。発熱部分に隣接する電極に電圧を印加した
時のみ発熱部分が移動することを利用し、３相クロンク
パルスφ１．φ２．φ３を用いて図の左から右へ発熱部
分を転送することができる。２相のクロックでも発熱部
分の移動は起るが、移動方向が確定しないため使用でき
ない。第７図の構成であれば、熱移送素子を駆ｗＪする
ための引出線は共通・電極を含めて４本であシ、駆動回
路は３蘭でよい。したがって従来技術と比較して、駆動
回路の部品点数、組立時の接続点数を格段に低減するこ
とができ、安価な感熱ラインヘッドを実現できる。

第７図のデータ入力端子１１にデータ１を与えるとトラ
ンジスタ１０が尋通し、臨界電圧より高い重圧７１ｃ　
ｃが入力端子９に印加されて、直下の発熱抵抗層７を発
熱させる。そこでクロックパルスφｌが高電位になると
発熱部分が端子６！の下部に転送される。続いて第７図
（Ａ）に示すようにφ２．φ３のクロックパルスを加え
ると、発熱部分は３２，３３　、と順次転送されて行く
。クロックパルスφ３が高電位になったときには、はじ
めのデータは５３に達しており、入力端子９に次のデー
タを与えることができる。そこで、入力データをクロッ
クパルスφ３に同期して与えれば、入力データ列の１／
。を、発熱抵抗層７の発熱／非発熱に変換して熱移送素
子に転送することができる。

第７図の素子で感熱紙を発色させて印字を行なうには、
−まず前記の方法でデータ入力端子１１に与えたデータ
列を６相のクロックパルスを用いて熱移送素子に転送し
、印字ラインの１ライン分のデータを転送した時点で、
クロックをφ３が高電位の状態で停止する。このときに
、転送されたデータは、クロック電極８−３に接続され
ている端子３３ｒＬ（ｎ、は正の整数）の直下の発熱抵
抗層７に、発熱／非発熱の形で記憶されている。丁なわ
ち、端子６０６個につき、１個のデータが記憶されてい
ることになる。クロック電極８−３と端子６３ｎの間に
は印字用発熱抵抗体２３ＦＬが直列に接続されていて、
端子３３ｒＬの下部が発熱状態にあり大電流が流れてい
ると、その直流により印字用発熱抵抗体２３ルも発熱す
る。したかって、データ入力端子１１に与えられたデー
タ列のデータ１に相当する印字用発熱抵抗体だけが卯熱
することになる。そこで印字用発熱抵抗素イ２に感熱紙
を圧着すると印字が行なわれる。

この構成の場合には、発熱抵抗層７．共通電極５、端子
群５からなる熱移送素子は、入力端子９から入力された
熱データを転送するだけの機能であるから、寸法を極力
小さくすることにより、熱容量、伝熱距離がともに小さ
くなって、データ転送速度を犬きくすることができる。

一方印字用発熱抵抗体２は、印字品質からの要求で各抵
抗体間のピッチ、抵抗体が感熱紙に接触する部分の面積
が決められる。上記の面積については、ピッチの許すか
ぎυ大面積にした方が印字されたドツト間の空白部が小
さくなり好ましい。したがって、データ転送用熱移送素
子の熱容量に対し印字用発熱抵抗体の熱容量を大幅に大
きくすることができ、次のような動作が可能になる。第
７図（ｈ）に示すように、データ転送時に各クロックパ
ルスが高電位になる時間なｔＩ。

印字時にクロックパルスφ３が高電位になっている時間
をＴ２とする。熱移送素子の熱容量は小さいので、第８
図（α）に示すようにデータ転送時に加熱される時間ｔ
ｌの間に発熱量と放熱量がほぼ平衡に達し、Ｔ１の温度
になる。印字時に、ｔｌよシ長い時間ｔ２の間加熱され
ると１２の温度に達するが、ｔｌの間にほぼ熱平衡に達
しているため７’１とＴ２の差はわずかである。したが
って、耐熱温度に余祐のない材料を使用しても、素子が
破壊されることがない。一方印字用発熱抵抗体は熱容量
が大きいので、第８図（ｈ）に示すようにデータ転送時
の加熱時間ｔ１では熱平衡に達せず、データ転送時の温
度Ｔ３と印字時の温度７−＋に大きな差が出る。そこで
感熱紙の発色に必要な感熱ヘッドの温度ｆｃに対し、Ｔ
　４＞ｒ　Ｃ＞Ｔ　３となるように１３゜Ｔ４を選べば
、印字用発熱抵抗体と感熱紙を接触させた筐までデータ
転送を行なっても、印字用のＴ２のクロックパルスを加
えるまで感熱紙が発色することはない。７’３．Ｔ４は
、印字用発熱抵抗体の熱容量だけでなく、印字用発熱抵
抗体と基板の間の熱抵抗によっても変化するので、両者
の間に熱伝導度の低い保温層を設けても制御できる。

第９図は１本発明の別の実施例を示す図である。図中の
破線に囲まれた部分が熱移送素子１６で、感温半導体の
発熱抵抗層７０丁には図示していないが共通電極があシ
、端子群６とともに熱移送素子を構成している。入力端
子９から与えられたデータを３相のクロックパルスφ１
．φ２゜φ３を用いて転送−「る動作は第７図の例と同
様である。印字ラインの１ライン分のデータを転送し終
ると、クロックをφ２に固定し、データを保持′１−る
。次に別のクロックパルスφ人、φＢ、φＣを用いて、
熱移送素子１ろに保持されたデータを並列に設けられた
印字素子１２−（１、１２−ｂ　、　ｉ　２−Ｃに転送
する。印字素子１２−４　、１２−４　、１２−ｃはク
ロックφＡ、φＢ。

φＣＫ接続された端子と、共通な極と両者の間にはさま
れた感温半導体の発熱抵抗層７から構成され、熱移送素
子１３と同様の構成になっている。

第１０図は、第９図の実施例で用いるクロックパルスを
示す図である。Ｓはデータ入力端子１１に与えられるデ
ータ、φ＋、ｄｒ２．φ３は熱移送素子１６内でのデー
タ転送に用いられるクロックパルス、φ人、φＢ、φＣ
は熱移送素子１５かも印字素子にデータを転送するため
に用いられるクロックパルスである。第１０図のＡの期
間は熱移送素子１６内でのデータ転送の期間で、φｌ、
φ２．φ３のクロックが動作して第９図の縦方向にデー
タが転送される。

Ｂの期間は印字素子にデータを転送する期間で、まずク
ロックφ２を高電位に固定すると、クロック電極８−２
に接続されている端子の下部に、データが発熱／非発熱
の形で保持される。次にクロックφＡを高電位にすると
、熱移送素子１３に並列に設けられた印字素子１２−ａ
のうち、熱移送素子１３の発熱部分に瞬接している素子
は伝熱により温度が上っているためＯＮ状態になシ、発
熱する。すなわち、第９図の横方向にデータが転送され
る。次にクロックφ人を低電位に戻し、クロックφＢを
高電位にすると熱移送素子と同じ原理で印字素子１２−
ａのデータが印字素子１２−ｚに転送される。同様にク
ロックφＢを低電位に戻し、クロックφＣを高７ｄ位に
−ｖるとデータは印字素子１２−Ｃに転送される。そこ
で、以上の操作の後に印字素子１２−Ｃに感熱紙を圧着
すると印字を行なうことができる。このとき、クロック
φ人、φＢは低電位で印字素子１２−ａ、　、　１２−
１！ｌは発熱しておらず、熱移送素子と印字素子１２−
Ｃが熱的に結合されていないため、印字素子１２−Ｃで
印字を行ないながら熱移送素子１３に次のラインのデー
タを転送することが可能である。印字素子１２−／Ｚ　
、　１２−ｂは緩衝素子の働きを持つことになる。第９
図の実施例で、熱移送素子１３内のデータ転送終了後、
図の南方向に５回データ転送を行なっているのは、微小
な寸法の熱移送素子１５から、鮮明な印字に必要な比較
的大形の印字素子１２−Ｃに安定にデータを転送するた
めてあシ、そのために、熱移送素子１３、印字素子１２
−ａ、印字素子１２−ｂ、印字素子１２−Ｃの各端子は
、後者に行くほど面積が大きくなるように構成しである
。したがって、発熱抵抗層７の１素子あたりの発熱部分
も、後者に行くほど大きくなる。熱移送素子と印字素子
を分離することだけが目的の場合は、印字素子１２−α
に感熱紙を圧着することにょシ印字を行なうことができ
る。また、前記の印字を行ないながら同時に次の印字ラ
インのデータを転送する動作を実現するには、印字素子
１２−α、印字素子１２−ｈとクロックφＡ、φＢを用
いて、印字素子１２−ｂで印字を行なえばよい。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、感熱ラインヘ
ッドの駆動回路を発熱抵抗体と同一基板上に形成でき、
外部との接続部が大幅に低減されるため、安価な感熱ラ
インヘッドを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の感熱ヘッドの斜視図、第２図は従来の感
熱ヘッドの駆動回路を示す図、第３図、第４図は感温半
導体の特性を示す図、第５図は本発明の一実施例の斜視
図、第６図は熱移送素子の動作を説明する区、第７図、
第８図は第５図の一実施例の動作を説明する図、第９図
は本発明の別の実施例を示す図、第１０図は第９図の実
施例を駆動するためのクロツクパルスを示す図である。 １゛基板、　　　　　　２；発熱抵抗体、６：端子、　
　　　　４．接続部、 ５　共通電極、　　　　６：駆動トランジスタ、７、発
熱抵抗層、　　８：クロソク電極、９、入力端子、　　
　１０．トランジスタ、１１、データ入力端子、１２；
印字素子、１６：熱移送素子。 ′ｔ″′−′弁計薄田利湾３ご−徨 芽　２図 茅　３　図 う皿度ビＣ〕 痒　Ｓ　図 第　　　乙　　　匿コ 第　７　図 （ｂ） 埠　８　図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　負の温度特性を持つ抵抗体上に、隣接する６個以上
   の電極を構成し隣接する電極に順次′＠圧を力目えてデ
   ータを転送する熱移送素子と、該熱移送素子に転送され
   たデータに従って印字を行なう発ｐＡ素子を、同一の基
   板上に設けたことを特徴とする感熱ヘッド。 ２　前記データ転送用熱移送素子と前記印字用発熱素子
   を電気的に直列に接続し、前記熱移送素子に転送された
   データの内容によシ前記印字用発熱素子に流れる電流を
   制御する特許請求の範囲第１項記載の感熱ヘッド。 五　前記データ転送用熱移送素子と前記印字用発熱素子
   を熱的に結合し、前記熱移送素子内のデータを前記印字
   用発熱素子に熱的に転送して印字を行なう特許請求の範
   囲第１項記載の感熱ヘッド。 ４、　前記データ転送用熱移送素子と前記印字用発熱素
   子の間に緩衝用素子を設け、前記データ転送用熱移送素
   子から前記印字用発熱素子に緩衝用素子を介してデータ
   を転送した後は、前記データ転送用熱移送素子内のデー
   タを変化させても前記印字用発熱素子内のデータが変化
   しないように構成した特許請求の範囲第２項記載の感熱
   ヘッド。