JPS6252710B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電話フアクシミリ、感熱ラインプリン
タ等に用いられる感熱ラインヘツドなどに使用さ
れる熱移送素子に関する。

〔従来の技術〕

電話フアクシミリ、感熱式ラインプリンタに用
いられる感熱ラインヘツド等においては、微小な
発熱素子が多数個用いられている。従来の感熱ラ
インヘツドではセラミツク等の基板上に複数個の
発熱素子が形成され、各発熱素子には端子が設け
られ、その端子に各素子ごとの駆動回路が接続さ
れ、さらに各駆動回路には発熱素子の発熱、非発
熱を決定するデータを与える信号線が接続されて
いる。そのため、発熱素子の素子数と同数の引出
線をつける必要があり、基板の寸法が大きくな
る。また、発熱素子の素子数と同数の駆動回路が
必要である。また、感熱ヘツドを組立する時に発
熱素子の基板と駆動回路を接続する必要がある。
それ故に、感熱ラインヘツドが非常に高価になつ
ている。駆動回路を簡略化するために、１個の駆
動回路で２個以上の発熱素子を切換えて駆動した
り、駆動回路を、シフトレジスタを内蔵した集積
回路により構成して部品点数を低減し、かつデー
タ入力を簡単にするなどのくふうがなされてい
る。しかし、発熱素子と駆動回路とを接続する配
線の数を低減することはできない。

第１図は従来の発熱ヘツドの構造を示す斜視図
である。セラミツク等の絶縁物の基板１上に発熱
抵抗体２が設けられ、発熱抵抗体２には端子３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｆ，３ｇが接続されて
いる。さらに端子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｅ，３
ｆ，３ｇは、引出線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｅ，４
ｆ，４ｇに接続されている。引出線４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｅ，４ｆ，４ｇは駆動回路（図示せず）
に接続されている。このように従来の発熱ヘツド
では、発熱抵抗体２よりも、端子３ａ〜３ｇ、引
出線４ａ〜４ｇが基板１の面積の大部分を占めて
いる。特に引出線４ａ〜４ｇの部分は圧着、ハン
ダ付、ワイアボンデイング等により他部品と接続
されるために大面積を要する。第２図は従来の駆
動回路の一例を示す回路図である。共通電極５ａ
または５ｂに電圧が加えられ、駆動トランジスタ
６ｂが導通すると、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）２ｂまたは２ｃに電流が流れ、発熱素
子２ｂ，２ｃは発熱する。この構成では、駆動ト
ランジスタ６ａ，６ｂ，６ｃの数は発熱素子２
ａ，２ｂ，２ｃの数の半分で良いが、共通電極５
ａ，５ｂと発熱素子２ａ，２ｂ，２ｃの間にダイ
オード１０ａ，１０ｂ，１０ｃが必要であり、発
熱素子２ａ，２ｂ，２ｃを、駆動トランジスタ６
ａ，６ｂ，６ｃおよび分離用ダイオード１０ａ，
１０ｂ，１０ｃに接続する端子３ａ，３ｂ，３
ｃ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃは発熱素子２ａ，２
ｂ，２ｃの数と同数になる。フアクシミリでは発
熱素子２ａ，２ｂ，２ｃは１mmあたり８個の密度
で並べられており、A4サイズおよびレターサイ
ズを扱うフアクシミリでは、端子３ａ，３ｂ，３
ｃ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃの数は1728個にも達
する。すなわち、上記の従来のフアクシミリ用感
熱ラインヘツドを組立てる場合、1728個の引出
線、同数の駆動回路との接続作業、864個の駆動
トランジスタ、1728個のダイオードが必要にな
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、発熱素子に個別に接続される
駆動回路やダイオードを必要としない発熱素子を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明では発熱素子自身にデータ転送および記
憶能力を持たせる。

本発明は、負の温度特性を持つ感温半導体で作
られた抵抗体素子に、ある値以上の電圧を印加す
ると、抵抗体素子の自己発熱により抵抗体素子の
抵抗値が低下して、抵抗体素子の中を流れる電流
が急増する現象を利用している。第３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（VO₂）の電気抵抗の特性の一例を示す線図で
ある。第３図は、抵抗体素子の温度が臨界温度
Tcを越えると、抵抗体素子の直流抵抗値が値Ｒ_L
から値Ｒ_Hに急減することを示している。また第
４図は、環境温度t₁，t₂において、抵抗体素子に
印加する電圧を大きくして行くと、臨界電圧
Vc₁，Vc₂までは抵抗体素子に流れる電流による
自己発熱と抵抗体素子からの放熱が平衡して、電
圧の上昇に伴い抵抗体素子に流れる電流が単調増
加するが、臨界電圧Vc₁，Vc₂を越えると、抵抗
体素子の温度が第３図の臨界温度Tcを越え、そ
の抵抗値が激減し、電圧を減らしても電流が急増
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Ｒ_Hにより決まる。第４図に示さ
れる特性は、抵抗体素子の材質、形状により変化
する。

第４図に示すように、臨界電圧Vc₁，Vc₂は抵
抗体素子の環境温度t₁，t₂により異なり、環境温
度が高いほど臨界電圧は低くなる。したがつて、
適当な電圧Ｖが抵抗体素子に印加されると、環境
温度が温度t₁のときは臨界電圧Vc₁に達しないた
め抵抗体素子には微少電流I₁しか流れず、環境温
度が温度t₁よりも高い温度t₂のときは電圧Ｖは臨
界電圧Vc₂以上になるため、大電流I₂が抵抗体素
子の中を流れるような状態になる。なお、このと
きに抵抗体素子に印加される電圧Ｖを一定に保つ
ておけば、電流の急増により抵抗体素子の入力電
力も急増し、抵抗体素子の温度は臨界温度より高
くなる。一例として、t₁＝20℃、t₂＝75℃、印加
電圧Ｖを4Vとして、I₁＝0.26ｍＡ、I₂＝23ｍＡ、
素子の到達温度約250℃という抵抗体素子を製作
することができる。したがつて、何らかの方法で
抵抗体素子の環境温度または抵抗体素子自身の温
度を外部から制御してやれば、この種の抵抗体素
子は、高温状態がオン、低温状態がオフとなる熱
的なスイツチあるいは記憶素子として動作するこ
とになる。以下、ある印加電圧に対し素子がオン
状態になる抵抗体素子の環境温度の最低値を切換
温度と称する。

この種の抵抗体素子を多数個、隣接する抵抗体
素子が相互に熱的に結合されるように近接して一
列に配置し、その一端の第１の抵抗体素子に電圧
をかけ、かつ抵抗体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の抵
抗体素子はオン状態になる。すると前述のように
第１の抵抗体素子の温度は切換温度より上昇し、
そして、隣接する第２の抵抗体素子を加熱する。
次に第２の抵抗体素子が切換温度に達したところ
で、第２の抵抗体素子に電圧を印加し、同時に第
１の抵抗体素子に印加していた電圧を切断する
と、第２の抵抗体素子がオン状態になり、第１の
抵抗体素子の温度は低下する。この操作を第３の
抵抗体素子およびそれに続く抵抗体素子に対して
次々に行なうと、第１の抵抗体素子にあつたオン
状態を第２の抵抗体素子、第３の抵抗体素子に
次々に転送することができ、シフトレジスタと同
様な動作を実現できる。多数のオン状態（デー
タ）を次々に転送するには、以上の操作を繰返し
て行なえばよい。以下、上記のような操作を行な
う素子を熱移送素子と呼ぶ。

本発明の熱移送素子では、オン状態の抵抗体素
子は、フアクシミリ、プリンタ等に用いられる感
熱紙を発色させるのに充分な温度にすることがで
きるので、感熱紙を圧着するだけで印字を行なう
ことができる。

なお、以上に説明した動作は、かならずしも第
３図に示した明確な臨界温度を持たなくても、負
の温度特性を持ち、第４図に示す特性を持つ抵抗
体素子でも実現することができる。

〔発明の実施例〕

第５図は本発明の熱移送素子の一実施例を示す
斜視図である。絶縁物の基板１の上に共通電極５
が設けられ、その上に感温半導体の発熱抵抗体７
が形成されている。さらにその上には電極（以下
端子と記載する）３_N-2〜３_N+3が形成されてい
る。端子３_N-2〜３_N+3は、３個目ごとに互に電気
的に接続されてそれぞれ電極群を形成し、それぞ
れの電極群は信号線８−１，８−２，８−３に接
続されている。

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。まず端子３_Nと共通電極５の
間に電圧が印加され、端子３_Nの下の部分の発熱
抵抗層７ａが発熱している。この状態にあると
き、端子３_Nの直下の発熱抵抗層７ａで発生した
熱は発熱抵抗体７の中を伝熱し、端子３_N+1と３_N
−１の直下の発熱抵抗層７ｂ，７ｃの温度も上昇さ
せる。この結果第６図ａに破線で示された発熱抵
抗体７は発熱によりその抵抗値が減少している。
そこで端子３_Nに印加されている電圧を切断し、
端子３_N+1に電圧を印加すると、第６図ｂに示す
ように、端子３_Nに隣接した端子３_N+1の下の発熱
抵抗層７ｃの温度が切換温度を越え、その抵抗値
が下つているために、発熱抵抗層７ｃに電流が流
れる。やがて電流が流れている部分からの発熱に
より端子３_N+1の下の発熱抵抗層７ｃの全体に電
流が流れ、第６図ｃに示すように発熱部分が拡大
し、低抵抗部分が形成される。以下同様に端子３
_N+1の電圧を切断して端子３_N+2に電圧を印加する
と、発熱部分は端子３_N+2の下へと移動する。は
じめの第６図ａの状態で端子３_Nの下の発熱抵抗
層７ａ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順次移動しても、どの
端子の下の発熱抵抗体７も発熱しない。この場合
はオフ状態を転送したと解釈することができる。

以上の説明では発熱抵抗体７中を熱が伝ぱんす
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３の部分の伝熱は動作の障害
にはならないが、共通電極５を通しての伝熱は上
記の動作に支障があるので、熱移送素子の設計に
当つては、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図の熱移送素子の駆動手段を示
した図で、第７図ａは端子の接続回路を示し、第
７図ｂは信号線８−１，８−２，８−３に印加さ
れるクロツクパルスの波形を示している。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相クロツクパルス
φ_１，φ_２，φ_３を用いて、左から右へと発熱部
分を転送することができる。２相のクロツクでも
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
送素子を駆動するための引出線は信号線８−１，
８−２，８−３共通電極５を含めて４本であり、
駆動回路は３個でよい。これが本発明の最大の利
点であり、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
きる。また、第５図では理解を容易にするため
に、端子３_N-2〜３_N+2、クロツク電極８−１，８
−２，８−３が比較的大きく図示されているが、
実際の熱移送素子では両者とも発熱抵抗体７の幅
に比較して10分の１程度の幅があれば良く、基板
の面積も、従来のヘツドより小さくすることがで
きる。したがつて、部品点数、接続点数の低減と
あわせて従来技術よりも格段に安価な感熱ライン
ヘツドを実現できる。

第７図ａに示される電極９は熱移送素子にデー
タを入力するための入力電極で、入力データがデ
ータ“１”のときはトランジスタ１０をオン状態
にして、臨界電圧より高い電圧Vccを入力電極９
に印加し、入力電極９の直下の発熱抵抗層７ｄを
発熱させる。入力データがデータ“０”のときは
トランジスタ１０をオフ状態にして発熱抵抗層７
ｄを非発熱状態とする。入力データをクロツクパ
ルスφ_３に同期して与えれば、入力データ
“１”、“０”を発熱抵抗体７の発熱状態と非発熱
状態に変換して熱移送素子に転送することができ
る。

第６図、第７図ａに示された熱移送素子を、た
とえばフアクシミリの感熱ヘツドとして用いるに
は次のようにする。まず熱移送素子の端子３の数
は感熱ヘツドとして用いられる素子数の３倍用意
される。印字すべきデータは、第７図ｂに示され
るように、時刻t₁において、入力端子１１からク
ロツクパルスφ_３に同期して発熱抵抗層７ｄに入
力され、クロツクパルスφ_１，φ_２により熱移送
素子の発熱抵抗体７の中に時刻t₂，t₃，ｔ_o-1，ｔ
_o，ｔ_o+1でデータが転送される。１ライン分のデ
ータの転送が終了した時刻ｔ_xで、例えばクロツ
クパルスφ_３が印加される信号線８−３に電圧Ｖ
が印加し続けられる。信号線８−３に接続された
電極３の下部の発熱抵抗層にはデータ“１”、
“０”が発熱状態と非発熱状態の形で記憶されて
いる。すなわち、熱移送素子の端子３個につき１
個の割合でデータが記憶されている。

時刻ｔ_x以後、時刻ｔ_yまで、信号線８−３に電
圧Ｖが印加され続けると、データ“１”が記憶さ
れた発熱抵抗体７は高温となる。

この状態で感熱紙を熱移送素子に圧着すると、
データ“１”が記憶されている感熱ヘツド素子が
高温になつているため、感熱紙は発色する。印字
を鮮明にするには、第８図に示すように印字に用
いる端子３_N，３_N+3だけ面積を大きくしてもよ
い。なお、第８図においては、１ライン分のデー
タが転送された後、信号線８−１に電圧Ｖが印加
し続けられ、感熱紙が発色する。第５図に示され
た熱移送素子では、印字に用いられる感熱ヘツド
素子の密度は端子３の密度の３分の１になるが、
隣合つた３つの端子で１ラインのデータを３回に
分けて印字すれば両者の密度が等しくなる。例え
ば最初に、印字すべきデータの右端から教えて１
番目、４番目、７番目…３_N+1番目（Ｎは正の整
数）と３個ごとのデータを取り出して熱移送素子
に転送する。その後上記と同様にクロツクパルス
φ_１，φ_２，φ_３を停止し、信号線８−３に電圧
Ｖを印加し、１回目の印字を行なう。次に２番
目、５番目…３_N+２番目のデータを転送し、クロ
ツクパルスφ_１，φ_２，φ_３を停止して、信号線
８−２に電圧Ｖを印加し２回目の印字を行なう。
最後に３番目、６番目…３_N番目のデータを転送
して、クロツクパルスφ_１，φ_２，φ_３を停止し
て、信号線８−１に電圧Ｖを印加し、３回目の印
字を行なう。したがつて熱移送素子の各感熱ヘツ
ド素子が１回ずつ印字素子として動作することに
なり、目的が達せられる。

上記のどちらの方法でも、クロツクパルスの繰
返し周波数を高くして行くと、感熱ヘツド素子が
熱平衡に達する以前に転送が行なわれるようにな
り、第９図に示すように、転送時のクロツクパル
スより長いオン時間を持つパルス電圧を信号線８
−１，８−２又は８−３に印加すると、第９図ａ
に示されるように、第９図ｂに示される転送時よ
りも、感熱ヘツド素子の温度が上昇する。このこ
とを利用して、転送時の素子の温度を感熱紙の発
色温度より低くし、印字時にオン時間の長いパル
ス電圧を信号線８−１，８−２又は８−３に印加
することにより、はじめて感熱紙の発色温度以上
の温度を得るようにすることができる。このよう
に構成すると、データ転送時に、感熱紙が発色す
るおそれがないため、感熱紙を熱移送素子に圧着
したままでデータ転送を行なうことができる。な
お、オン時間の長いパルス電圧を信号線８−１，
８−２，８−３に印加するかわりに、印加電圧Ｖ
の値を高くしても同様の効果が得られる。この場
合にはオフ状態の感熱ヘツド素子の臨界電圧を越
えない範囲にとどめなければならない。いずれの
場合でも、熱移送素子の切換温度が感熱紙の発色
温度よりも低く、かつクロツクパルスのオン時間
内に転送が行なえるように、適切な素子の設計を
することが必要であることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、簡単
な外部回路を付加するだけでデータ転送、記憶の
能力を持つ発熱素子を得ることができるので、安
価な感熱ラインヘツドを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の感熱ヘツドを示す斜視図、第２
図は従来の感熱ヘツドの駆動回路を示す回路図、
第３図と第４図は本発明に使用する感温半導体の
特性の一例を示す特性図、第５図は本発明による
熱移送素子の一実施例を示す斜視図、第６図は第
５図の実施例の動作を説明する模式図、第７図は
本発明の熱移送素子の回路図及びクロツクパルス
の波形図、第８図は本発明の別の実施例を示す斜
視図、第９図は発熱素子の電圧印加時間と温度上
昇の関係を示す特性図である。 １……基板、３_N-2〜３_N+2……端子（電極）、
５……共通電極、７……発熱抵抗体、８−１，８
−２，８−３……信号線、９……入力電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 抵抗値の温度係数が負の値で、その温度係数
   がある温度で急変する特性を有し、板状に形成さ
   れた抵抗体と、この抵抗体上に形成された共通電
   極と、上記抵抗体の端部に配設され、記録データ
   の有無に応じてスイツチングされる入力電極と、
   上記抵抗体上に配設され、互にＮ（Ｎ≧３）個ご
   とに共通に接続された複数の電極と、この複数の
   電極に接続され、入力電極に供給された記録デー
   タを移送すべく、クロツクパルスを上記複数の電
   極に供給するＮ個の信号線とからなることを特徴
   とする熱移送素子。