JPS6124470A

JPS6124470A - サ−マルヘツド

Info

Publication number: JPS6124470A
Application number: JP14581784A
Authority: JP
Inventors: Satoru Sakai; 酒井　了; Yoshinori Iketaki; 慶記池滝; Takashige Omatsu; 孝茂尾松; Takao Okada; 孝夫岡田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-07-12
Filing date: 1984-07-12
Publication date: 1986-02-03

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】［発明の技術分野］本発明は感温半導体を用いて階調性の良好な感熱記録を
可能とするサーマルヘッドに関する。

［発明の技術的背景とその問題点］近年、情報関連技術及び産業の伸展がめざましく、コン
ピュータ、フィクシミリ等で文字１図形等の情報に対す
るハードコピーが必要とされることが多い。

上記ハードコピーとして、特に図形あるいは撮影像に対
しては、より細部まで記録可能とすることが請求される
と共に、微妙な色あいあるいは小さなコントラスト差（
濃度差）も表現できる階調記録が益々要求される。

上記ハードコピーを得るための記録方式としてサーマル
ヘッドを用いた感熱記録方式が広く利用される。

上記感熱記録方式においては、加熱温度の違いによって
、発色濃度が変化する感熱発色紙、あるいはインクの転
写量が変化する感熱転写シートを用い、サーマルヘッド
の発熱量を制御することによって、階調性に優れた記録
を実現していた。しかして、上記サーマルヘッドの温度
制御方法としては、発熱抵抗素子（以後発熱素子と記す
。）に印加される電気パルスの電圧値とかパルスの時間
幅を変えることが、よく用いられる。しかしながら、こ
のような方法では、印加パルスの電圧値とかパルス時間
幅の変化に、発熱温度が正確に追従しないため、忠実な
階調像を得ることが困難になるという問題点があった。

上記問題点を解決するために、本発明者らは、特願昭５
Ｅ１２１３７１６号において、第４図に示すように、発
熱特性の異る複数の発熱素子ラインを平行に並べたサー
マルヘッドを提案した。

即ち、第４図において、サーマルヘッド１は、画素単位
の行方向（主走査方向）を同時に駆動するように、各画
素に対応した発熱素子群２．・・・。

２がライン状に配列して形成された第１ヘツド３と、同
様に発熱素子群４．・・・、４をライン状に配列して形
成した第２ヘツド５とが共通電極部６を挟んで一体に構
成されたものである。これら第１゜第２ヘッド３，５は
副走査方向に垂直となる水平方向に、それぞれのアレイ
方向が一致させである。

また、第１．第２ヘッド３，５の各発熱素子２゜４には
、それぞれリード線７．８が接続されており、各リード
線７．８を経て記録信号に応じた発熱用電圧が印加され
るようになっている。また、各第１．第２ヘツド３，５
は、同一印加電圧に対し発熱温度が異るように設定され
ている。このように、発熱温度を異らせる手段としては
、例えＩＩｆ厚膜、薄膜ヘッドの場合、膜厚を変えるこ
とによる。また、発熱抵抗素子２又は４の素材を第１ヘ
ツド３と第２ヘツド５とで変えることによって発熱温度
を異るようにしである。

上記構成のサーマルヘッド１によって、第１行目から順
次感熱記録して行く。先ず第１行目及び第２行目は第２
ヘツド５のみで行い、第３行目力λらは第１及び第２ヘ
ッド３．５を作動させる。この場合第２ヘツド５は第３
行目を記録し、一方第１ヘッド３は第１行目を記録する
ことになる。上記第１ヘツド３と第２ヘツド５とは発熱
温度が異り、例えば第１ヘツド３の発熱素子２は第２ヘ
ツド５側のものより低く、中間調（中濃度）の記録画に
できるようになっており、画素の濃度に応じて、第１ヘ
ツド３側の発熱素子２又は第２ヘツド５側の発熱素子４
が選択的に通電される。このようにして、記録紙には白
地を含めて３階調の記録画を得ることができるようにし
たものである。

しかし上記従来例は次のような欠点がある。

（１）発熱素子群２．・・・、２と発熱素子群４．・・
・１４の間の熱絶縁が完全に施されていないと高温素子
群側からの熱伝導によって低温素子群側に蓄熱が生じ、
発熱温度を正確に制御することができなくなる。

（２）このサーマルヘッド１に限らないことであるが、
サーマルヘッドに共通する欠点として連続して使用した
時の蓄熱現象が生じる。これは、サーマルヘッドにくり
返して通電を行った場合、熱が蓄積され、記録温度が高
くなって印字濃度が濃くなってしまう現象である。この
ために、発熱素子の近傍にサーミスタを設置し、一定の
ｆｆ１ｆｌＩで記録できるように印加パルスの電圧（値
）とかパルスの通電時間幅を制御する方法が一般に採用
されている。しかしこの方法もサーミスタを設置する位
置とかその数が適切でないと正確な温度制御をすること
ができない。又、サーミスタを設置するために記録密度
が低下し、解像度の低い記録画になってしまうという欠
点が生じるし、サーマルヘッドの構造が複雑になり製造
コストが嵩むと（１う問題も生じる。

［発明の目的］本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、簡単
な構造で、製造コストが嵩むことなく、さらに熱的に安
定で、精疫の良い階調記録を実現できるサーマルヘッド
を提供することを目的とする。

［発明の概要］本発明は、その材料１組成に応じ、電気抵抗が急激に増
大する抵抗変化温度を有する感熱半導体で、各組の発熱
素子を形成すると共に、各組ごとにその抵抗変化温度が
異るようにしてサーマルヘッドを形成することによって
、各組の発熱素子を感温半導体による自己温度制御機能
を有するものにして、簡単な構造で、熱的安定性等多（
の優れた特徴を有するサーマルヘッドを実現している。

［発明の実施例］以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第３図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例のサーマルヘッドを示し、第２図は１実施例
に用いられる発熱素子を形成する感湿半導体の温度−電
気抵抗特性を示し、第３図は１実施例で階調記録する動
作を説明するためのものである。

第１図に示すように１実施例のサーマルヘッド１１は、
従来例と同様な外観形状になっている。

即ち、サーマルヘッド１１は、画素単位の行方向（主走
査方向）を−斉に記録できるように、各画素に対応した
数の発熱素子群１２．・・・、１２が横（水平）方向の
ラインに沿って配列されて形成された第１ヘッド部１３
の組と、この配列方向に平行に形成された共通電極１４
と、該共通電極１４を挟み、上記第１ヘッド部１３と同
様に、発熱素子群１５．・・・、１５が横方向に配列さ
れて形成された第２ヘッド部１６の組とで構成されてい
る。

上記第１．第２ヘツド部’１３．１６を形成する各発熱
抵抗素子１２．１５には、それぞれリード線１７．１８
が接続され、各リード線１７．１８を経て各発熱素子１
２．１５に選択的に発熱用電圧が印加されるようになっ
ている。　　−ところで発熱素子群１２．・・・、１２
と１５．・・・。

１５は同一の印加電圧に対して、発熱温度が異るように
設定されている。この発熱温度を異るようにする手段と
しては、チタン酸バリウム３ａｌｉＯ３に微量のランタ
ン族イオンあるいはアンチモンをドープしてつくられる
感温半導体を用いてそれぞれの発熱素子群１２．・・・
、１２と１５．・・・。

１５とを形成する。

上記ランタン族４オン又はアンチモンイオンをドープし
た３ａ　Ｔｉ　０３は、第２図に示すような温度Ｔ−電
電気抵抗時特性示し、抵抗変化温度ＴＣを境にして電気
抵抗Ｒが急激に増大する（ＢａＴｉＯ３系の）感温半導
体となる。この感温半導体は通常のサーミスタと異り、
温度上昇と共に電気抵抗が増大するので、正（温度）特
性のサーミスタ（ＰＴＣサーミスタ）と呼ばれることが
ある。

上記抵抗変化温度Ｔｃは、１３ａを置換するＰｂ。

Ｃａ等の比率を変えることによって、コントロールでる
。例えば、Ｂａ　’ｒｉ　０３のＢａの１５％をＰｂで
置換すると、抵抗変化温度Ｔｃを２０’Ｏ℃以上にする
ことができるし、Ｂａの３０％をｐｂで置換すると、抵
抗変化温度Ｔｃを２５０℃以上にすることができる。

従って、所定の発熱温度を保つことができるように、あ
らかじめそれぞれの発熱素子１２．１５に応じて上記３
ａとＰｂの組成比を決定しておくことによって、発熱温
度の異る２種類の発熱素子群１２．・・・、１２と１５
．・・・、１５とを備えたサーマルヘッド１１を構成で
きる。又、上記ｐｂを用いないでＣａを用いることもで
きる。

ところで、上記特性の感温半導体はその発熱温度がその
抵抗変化温度Ｔｃに保持する自己温度制御機能を有する
。

これは、上記感温半導体で発熱素子群を形成し、これら
発熱素子群に（感熱記録用に）発熱用電圧を印加するこ
とを繰り返し行った場合、電圧印加によって、電流が流
れて発熱し、その温度が上昇することになり、この温度
上昇によって抵抗変化温度Ｔｃに達する。しかして、そ
の抵抗変化温度Ｔｃからさらにわずかに温度１貸した場
合、急激に電気抵抗が大きくなるため、発熱量が急激に
低下し、上記抵抗変化温度Ｔｃに戻る作用が働くことに
なる。一方、上記抵抗変化温度Ｔｃに達していない場合
には、その電気抵抗が小さいので、短時間の通電でも流
れる電流が大きく従って発熱量が大きくなるので、速や
かに上記温度Ｔｃに達する。

このようにして、抵抗変化温度Ｔｃを有する感温半導体
を用いて発熱素子群を形成すると、その発熱素子群の発
熱温度を略その温度Ｔｃに保持できる。

上記Ｂａ　Ｔｉ　０３系感温半導体は、セラミックスの
製法に用いられる焼結法によってセラミックス基板に薄
膜をつくり、発熱体部分のみをエツチングで残すことに
よって、つくることができる。

又、この感温半導体は金属アルコキシドを用いて薄膜に
形成できるので、解像度の高い薄膜型サーマルヘッドに
も適用することができる。

さらに、上記感温半導体は、配向性及び雰囲気を制御し
た真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーディン
グ法、ＣＶＤ法等によってもつくることができる。

このようにしてＢａ　Ｔｉ　０３系感温半導体を用いて
２組の発熱素子群１２．・・・、１２と１５．・・・。

１５とをその組成比を異るように形成して、それらの抵
抗変化温度Ｔｃを異らせることによって、それぞれ異る
発熱温度に設定することができる。

上記発熱素子群１２．・・・、１２はその抵抗変化温度
がＴｅ　ｌ　、他方の発熱素子群１５．・・・、１５は
その抵抗変化温度がＴｃ　２　　（Ｔｅ　ｌ＜Ｔｃ　２
　）であるとし、これら発熱素子群１２．・・・、１２
と１５、・・・、１５でそれぞれ形成した第１ヘッド部
１３、第２ヘッド部１６を備えたライン型サーマルヘッ
ド１１で３値型の階調記録を行う動作を以下に説明する
。

先ず第１行目を第２ヘッド部１６側で行う。即ち、第１
行目に記録される画素ラインにおいて、その濃度を３値
で表わした場合、最も大きなＩＩ疾となる画素を記録す
る各発熱素子１５に選択的に電圧が印加され、例えば第
３図（ａ）の斜線２１で示すように高濃度で記録される
。次にライン送り機構にて記録紙が１画素ライン分だけ
副走査方向（縦方向）に移動されて、同様に第２行目の
画素ラインが第２ヘッド部１６で記録され、記録紙が１
画素ライン分移動されて、第３行目の画素ラインが第２
ヘッド部１６で記録されるというようにして第３図（ｂ
）に示すように数画素ラインが記録される。さらに１画
素ライン分のライン送りがなされると、第１行目の画素
ライン上に第１ヘッド部１３の各発熱素子群１５．・・
・、１５が当接する状態になり（このようになるよう両
発熱素子詳１２．・・・、１２と１５．・・・、１５の
間隔を予め設定する）、第１ヘッド部１３も駆動される
。この第１ヘッド部１３の発熱素子群１２．・・・、１
２は、第１画素ラインに記録される画素を３（ｍｌに分
けた場合、中間の濃度に対応する画素を記録するものが
選択的に通電される。この発熱素子群１２゜・・・、１
２はその発熱温度が上記第１ヘッド部１６の発熱素子群
１５．・・・、１５のものより低いので、低い発色濃度
で記録され、例えば第３図（Ｃ）の間隔の粗い斜線２２
で示すように低濃度で記録される。尚、第２ヘッド部１
６はさらに次の画素ラインを記録する。

このようにして第１ヘッド部１３は数画素ライン弁理れ
た画素を低濃度で記録し、全画素ライン記録すれば、高
ＩＩ度、低濃度、１１度ゼロの３値型の階調記録が可能
になる。

このように動作する１実施例のサーマルヘッド１１によ
れば、各発熱素子自体が自己温度制御機能を有するので
、温度制御手段を新たに設けることなく、各発熱素子を
所望とする発熱温度に保持できる。従って、サーマルヘ
ッド１１の構造が簡単になり、その製造コストを低くす
ることができる。さらに、温度制御手段を設けなくても
良いので、発熱素子の集積痕を向上でき、解像度の高い
記録を可能とするサーマルヘッドを実現できる。

尚、上記１実施例では発熱素子群１２．・・・、１２と
１５．・・・、１５をそれぞれライン状に配列して第１
ヘッド部１３と第２ヘッド部１６とを２組設けてサーマ
ルヘッド１１を形成したが、本発明はこれに限定される
ものでなく、例えば単数又は複数ラインにわたって、感
温半導体で形成した発熱素子群を設けて３組以上にし、
各組ともその発熱温度がそれぞれ異るように材料２組成
比等を設定し、より微妙な濃度をも表現できるようにし
たものにも適用できる。

又、１ラインごとに発熱温度が異るものに限らず、数ラ
インごとに発熱温度が異るように設定したものであって
も良い。

又、ライン状に配列してその走査方向がライン送り方向
にのみ走査されるものに限らず、縦横ＮＸＭ個（ここで
Ｎ、Ｍは自然数）の発熱体素子群を１組として主走査（
横）方向に走査するものとし、これを横方向又は縦方向
等に複数組設け、各組ごとに感温半導体の材料１組成比
等を変えてその発熱温度が異るようにしたものであって
も良い。

尚、本発明のサーマルヘッドは、モノクロの場合はもと
よりカラーで記録する場合にも適用できる。この場合、
カラーに対して望ましい発熱温度が各色について等しい
場合は問題ないが、異る場合にはさらに組数をふやし、
各色について適切な組のもので動作させることもできる
。

又、本発明のサーマルヘッドは、１画素を駆動する発熱
素子の発熱温度により濃淡として記録する場合に適用が
限定されるものでなく、１画素を例えば２×２の要素に
分解し、画素の濃痕に応じて発色される要素数をコント
ロールすると共に、発色させる際の（組によって発熱温
度が異る）発熱素子も制御してより忠実な階調記録する
場合にも適用できる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、各組に属する発熱体
素子を自己温度制御機能を有する感温半導体で形成する
と共に、各組ごとにその抵抗変化温度が異るように設定
しであるので、新たに温度制御手段を設けることなく、
蓄熱現象が少く、発熱温度が適切に制御されて、安定し
た階調で記録できるサーマルヘッドを実現できる。又、
新たに温度制御手段を設けることを必要としないので、
サーマルヘッドの構造が簡単になり、低コストで製造で
きる。又、集積度を向上して解像度を高くすることもで
きる。

ざらに、発熱素子自体の温度制御機能によって、発熱温
度がそれぞれ一定に保持する機能を有するので、他の組
の発熱素子からの熱の授受があってもその授受のもとて
それぞれ所定の温度に保持でき、結果的に伯の発熱素子
によってその発熱温度が影響されにくく、熱的安定性に
優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例のサーマルヘッドを示す平面図、第２図は１
実施例を構成する発熱素子を形成する感温半導体の温度
−電気抵抗を示す特性図、第３図は１実施例によって記
録紙に記録される様子を示す説明図、第４図は従来例の
サーマルヘッドを示す平面図である。１１・・・サーマルヘッド１２．１５・・・発熱素子　　１３・・・第１ヘッド部
１４・・・共通電極　　　　　１６・・・第２ヘッド部
１７．１８・・・リード線第１図旧第２図温Ｌ　（Ｔ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発熱素子の発熱温度に応じて濃淡のある像の記録
をするためのサーマルヘッドにおいて、少くとも２組設
けられ、各組に属する発熱素子を、所定の温度に達する
とその電気抵抗が急激に増大する感温半導体を用いて形
成すると共に、各組ごとにその感温半導体の材料、組成
比等を変えて、発熱温度を異るように設定したことを特
徴とするサーマルヘッド。
（２）前記感温半導体は、微量のランタン族イオン等を
ドープして形成したＢａＴｉＯ＿３系の半導体で、その
Ｂａの一部をＰｂ、Ｃａ等で置換したものとしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーマルヘッド
。