JPS62181162A - サ−マルヘツド - 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】 （技術分野） 本発明は、プリンタやファクシミリに使用され、感熱記
録方式により印字を行なうサーマルへラドに関するもの
である。

（従来技術） 従来のサーマルヘッドでは、例えばアルミナセラミック
基板のような基板上をグレーズ層で被覆し、その上に窒
化タンタル膜のような金属抵抗体層にてなる発熱抵抗体
素子を形成する。

通常の金属抵抗体の場合、第８図に示されるようにその
抵抗値は温度に対して殆んど変化しない。

そこで、いま、例えば第９図（Ａ）に示されるような入
力パルスを印加したとするにの場合入力パルスの周期を
短かくしであるので、充分に冷却される前に次の入力パ
ルスが入ってくる。そのため、発熱抵抗体素子の温度は
上昇を続け、第９図（Ｂ）に示されるように変化してい
く。同図でＴＳは感熱記録が行なわれるときの温度、Ｒ
Ｔは室温である。この図では３番目のパルスＰ３で既に
印字不良が発生する可能性がある。

このような連続印字の際に発生する印字不良を防止する
ために、基板にサーミスタを設け、白抜けや印字濃度低
下を発生させることにより発熱抵抗体素子の加熱を防止
している。

熱損失を無視すると、Ｐ＝Ｉ２Ｒ（Ｐは電力、■は電流
、Ｒは抵抗）であるので、発熱抵抗体素子の温度上昇の
際の熱時定数はＲにより制約を受ける。従来の金属抵抗
体の場合には抵抗値が温度に対してほぼ一定であるため
、感熱温度までの立上り時間を短かくすることには限界
がある。

金属抵抗体の抵抗値は一般的に低いため、駆動電圧の変
動により発熱量が変化する。

また、金属抵抗体の熱伝導度が高いため、低消費電流化
を達成する上で限界がある。

（目的） 本発明は、白抜けや印字濃度低下などの処理を施さなく
ても連続印字の際の過熱を防止し、低消費電流化を達成
することのできるサーマルヘッドを提供することを目的
とするものである。

（構成） 本発明は、基板上に厚膜状又は薄膜状に形成された発熱
抵抗体素子に通電を行なうサーマルヘッドであって、前
記発熱抵抗体素子が抵抗値の温度変化に変曲点をもつＰ
ＴＣ誘電体であることに特徴をもつものである。

ＰＴＣｖｌｆ１体としては正特性サーミスタとして使用
されている誘電体を使用することができる。

ＰＴＣ誘電体の一例としてチタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ３）系磁器を挙げることができる。

チタン酸バリウム系磁器は誘電体あるいは圧電体として
広く用いられ、また、その抵抗値の正温度変化特性（Ｐ
ＴＣ）を利用してハニカムヒータなど、定温発熱体とし
ても使用されている。

チタン酸バリウム系磁器は、一般に常温でｉｏ”　Ω・
ｃｍ以上の比抵抗をもっているが。

それにＹ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｌａ、Ｃｅ。

Ｐｒ、Ｎｄ、　ＳＩａ、　Ｇｄなどを微量添加すると、
１０〜１０６Ω・ｃｍの比抵抗をもつ一種の半導体にな
り、抵抗値の温度変化に変曲点（比抵抗が極小になる温
度）をもつようになる。

例えば、ＢａＴｉＯ３にＳｒ又はｐｂを少量添加するこ
とにより、抵抗値の温度変化を第７図のように変化させ
うろことが知られている。第７図はまた、変曲点の移動
が容易であり、変曲点を所望の温度に設定することが可
能であることも示している。

本発明では変曲点の近傍での急峻な抵抗値変化を利用し
て、その変曲点近傍の温度で印字動作を行なわせる。そ
のため、Ｓｒを少量添加した（Ｂａ、５ｒ）ＴｉＯ３の
ように、５０〜１００℃に変曲点をもつチタン酸バリウ
ム系磁器が好ましい。

以下、実施例について具体的に説明する。

第１図に厚膜印刷技術を用いて構成したサーマルヘッド
の例を示す。

２はセラミックなどの基板であり、基板２上には発熱抵
抗体素子４として、抵抗値の温度変化の変曲点が５０〜
１００℃にあるＢａＴｉＯｓ系磁器が厚膜印刷法により
形成されている。

６は発熱抵抗体素子４の電極であり、電極６としてはＡ
ｇ焼付は電極が用いられている。Ａｇ焼付は電極は機械
的強度が高く、抵抗値の経時変化も少ないという特性を
もっている。発熱抵抗体素子４と電極６の間には障壁層
を除く還元金属としてＺｎ−８ｂ系半田８が設けられて
いる。

発熱抵抗体素子４及び電極６の上面には感熱記録紙との
接触からそれらを保護する耐摩耗膜１０が設けられてい
る。

第２図は薄膜形サーマルヘッドの例を表わす。

基板２上の発熱抵抗体素子１４を形成するチタン酸バリ
ウム系磁器化合物は、真空蒸着法又はスパッタリング法
により、成膜条件を制御して形成することができる。

１６は電極である。電極１６は、まずスパッタリング法
によりニッケル（Ｎｉ）下地を形成し、その上にニッケ
ルの無電界メッキを施すことにより形成することができ
る。

チタン酸バリウム系磁器発熱抵抗体素子１４とニッケル
電極１６とのオーム接触を得るために。

少なくとも１７０℃で１０分間の熱処理を施す。

第３図は第１図又は第２図のように形成されたサーマル
ヘッドの平面図である。

列状に配列される発熱抵抗体素子４（又は１４）の部分
において、隣接発熱抵抗体素子間に層間絶縁耐熱性樹脂
２０が設けられている。層間絶縁耐熱性樹脂２０として
は断熱効果の高いポリイミド系樹脂などを用いることが
できる。

層間絶縁耐熱性樹脂２０を設けることにより、隣接発熱
抵抗体素子間の相互作用を防ぎ、コントラストの高い印
字を行なうことが可能になる。

次に１本発明のサーマルヘッドの作用について説明する
。

本発明で発熱抵抗体素子として作用するＰＴＣ誘電体の
抵抗値の温度変化は第４図に示されるようになる。Ｔｂ
は変曲点であり、変曲点Ｔｂは印字を行なう感熱温度Ｔ
Ｓより若干高い温度になるように、Ｐ　Ｔ、Ｃ誘電体の
組成が設定されている。

第５図（Ａ）に示されるように発熱抵抗体素子に入力パ
ルス信号を与えると、温度Ｔａ”Ｔｂで印字に必要な昇
温か行なわれる。温度Ｔ　ａ　”　Ｔ　ｂで初期電圧を
印加すると、温度上昇に伴う発熱抵抗体素子の抵抗値の
低下により、発熱抵抗体素子には加速的に大電流が流れ
、第５図（Ｂ）の温度立上がり部のように温度が急速に
上昇する。

温度Ｔｂが感熱温度ＴＳより高く設定されているので、
感熱温度以上ですばやく定温状態を示す。

入力パルスをオフとすると入力エネルギーがなくなるた
め１発熱抵抗体素子温度の冷却時間は発熱抵抗体素子の
熱容量Ｈと熱放散係数りの比Ｈ／　Ｄ　＝τで決まる。

τは熱時定数と称される。

チタン酸バリウム系磁器は金属抵抗体より熱容量Ｈが小
さく、また、基板とチタン酸バリウム系磁器発熱抵抗体
素子の間にグレーズ層が設けられていないので、熱放散
係数りが金属抵抗体を用いた場合より大きいため、熱時
定数τが小さくなり。

冷却時間も短縮される。

第６図には本発明のサーマルヘッドの発熱抵抗体素子に
交流電圧を印加した場合の電流値の経時変化を示す。発
熱抵抗体素子の温度が変曲点Ｔｂを越えると、抵抗値が
増大するため電流値が低下していき、一定電流値に落ち
着く。このことは、連続印字の際に低消費電流となるこ
とを示している。なお、電流値が一定値に落ち着くまで
の時間ｔは５発熱抵抗体素子の熱容量Ｈと熱放散係数り
が小さく、印加電圧が大きい程、短かくすることができ
る。

（効果） 本発明は、発熱抵抗体素子の材料として抵抗値の温度変
化に変曲点をもつＰＴＣ誘電体を用いたので、次のよう
な効果を達成することができる。

（１）過熱を防止することのできる自己制御型のサーマ
ルヘッドとすることができる。

（２）ＰＴＣ誘電体への添加物の種類と量により、感熱
温度を自由に設定することができる。

（３）連続印字に際し、低消費電力化を達成することが
できる。

（４）高周波、高速印字を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ実施例を示す断面図、第３
図は一実施例の平面図、第４図は本発明で使用されるＰ
ＴＣ誘電体としてのチタン酸バリウム系磁器の抵抗値の
温度変化を示す図、第５図（Ａ）及び同図（Ｂ）はそれ
ぞれ本発明における入力パルス信号と発熱抵抗体素子温
度を示す図、第６図は本発明における発熱抵抗体素子の
連続印字の際の電流値の変化を示す図、第７図はチタン
酸バリウム系磁器の抵抗値の温度変化を示す図。 第８図は従来の発熱抵抗体素子の抵抗値の温度変化を示
す図、第９図（Ａ）及び同図（Ｂ）は従来の発熱抵抗体
素子における入力パルス信号と温度を示す図である。 ２・・・・・・基板。 ４．１４・・・・・・チタン酸バリウム系磁器発熱抵抗
体素子、 ６．１６・・・・・・電極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に厚膜状又は薄膜状に形成された発熱抵抗
   体素子に通電を行なうサーマルヘッドにおいて、 前記発熱抵抗体素子は抵抗値の温度変化に変曲点をもつ
   ＰＴＣ誘電体であることを特徴とするサーマルヘッド。
2. （２）前記ＰＴＣ誘電体がチタン酸バリウム系磁器であ
   る特許請求の範囲第１項記載のサーマルヘッド。
3. （３）隣接発熱抵抗体素子間に層間絶縁耐熱性樹脂を設
   けた特許請求の範囲第１項記載のサーマルヘッド。