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JP2958374B2 - Thermal head - Google Patents
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JP2958374B2 - Thermal head - Google Patents

Thermal head

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JP2958374B2
JP2958374B2 JP26982389A JP26982389A JP2958374B2 JP 2958374 B2 JP2958374 B2 JP 2958374B2 JP 26982389 A JP26982389 A JP 26982389A JP 26982389 A JP26982389 A JP 26982389A JP 2958374 B2 JP2958374 B2 JP 2958374B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発熱量自己調整機能を有するサーマルヘッ
ドに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal head having a heating value self-adjustment function.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、サーマルヘッドの発熱抵抗体から熱的に離
れた箇所に、電気伝導度が、特定温度領域を境に、低温
側で金属的(導体領域、以下金属的という)、高温側で
非金属的(半導体または不導体領域、以下非金属的とい
う。)となる変化を起こす物質からなる配線部を、前記
発熱抵抗体と電気的に直列に配置し、この配線部の線抵
抗が、前記発熱抵抗体より小さく、前記発熱抵抗体への
給電線の線抵抗より大きく、前記発熱抵抗体への通電に
よって、前記配線部がジュール発熱をすることを特徴と
し、上記発熱抵抗体に通電して前記配線部が上記特定温
度に達すると、上記金属非金属変化を起こし、電流を前
記配線部が自己遮断することによって、前記特定温度領
域以上に昇温させることのない発熱温度制御機能をサー
マルヘッドに備えさせるものである。
According to the present invention, at a location thermally separated from the heating resistor of the thermal head, the electrical conductivity is metallic (conductor region, hereinafter referred to as metallic) on a low temperature side and non-conductive on a high temperature side with respect to a specific temperature region. A wiring portion made of a substance causing a change that becomes metallic (semiconductor or non-conductive region, hereinafter referred to as non-metallic) is arranged electrically in series with the heating resistor, and the line resistance of the wiring portion is set to the above-mentioned value. It is smaller than the heating resistor, larger than the line resistance of the power supply line to the heating resistor, and the energization to the heating resistor causes the wiring portion to generate Joule heat. When the wiring section reaches the specific temperature, the metal-non-metal change occurs, and the wiring section self-interrupts the current, so that a heat generation temperature control function that does not raise the temperature to or above the specific temperature range is provided by the thermal head. Prepared for Is shall.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のサーマルヘッドにおいては、発熱抵抗体とし
て、酸化ルテニウム、窒化タンタル等の金属化合物抵抗
体や、タンタル等の高融点金属に酸化シリコン等の絶縁
物を分散したサーメット抵抗体等が用いられていた。
In a conventional thermal head, as a heating resistor, a metal compound resistor such as ruthenium oxide or tantalum nitride, or a cermet resistor in which an insulator such as silicon oxide is dispersed in a high melting point metal such as tantalum has been used. .

上記従来のサーマルヘッドの発熱抵抗体に適当な電圧
を印加すると、発熱抵抗体に電流が流れジュール熱が発
生し、この状態を一定時間維持して記録に必要な熱エネ
ルギーを感熱紙等に与える。上記発熱抵抗体で発生する
ジュール熱エネルギーは、発熱抵抗体の抵抗値、印加す
る電圧、この電圧を印加する時間で決定され、一般的な
熱記録機器においては、使用する感熱紙の熱感度特性
や、発熱抵抗体から感熱紙への熱伝達特性、発熱抵抗体
周辺のバックグラウンド温度、記録媒体自身の温度等に
よって、前記印加電圧かまたは電圧印加時間を調整して
最適な記録品質、あるいは階調記録における目的の記録
濃度となるように、発熱抵抗体での発生熱エネルギーを
最適値に合わせ込むことが行われている。
When an appropriate voltage is applied to the heating resistor of the above-described conventional thermal head, a current flows through the heating resistor to generate Joule heat, and this state is maintained for a certain period of time to apply heat energy necessary for recording to a thermal paper or the like. . The Joule heat energy generated by the heating resistor is determined by the resistance value of the heating resistor, the voltage to be applied, and the time for applying this voltage. In general thermal recording equipment, the thermal sensitivity characteristics of the thermal paper used Depending on the heat transfer characteristics from the heating resistor to the thermal paper, the background temperature around the heating resistor, the temperature of the recording medium itself, or the like, the applied voltage or the voltage application time is adjusted to optimize the recording quality or the recording quality. It has been practiced to adjust the heat energy generated by the heating resistor to an optimum value so as to obtain a target recording density in tone recording.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来のサーマルヘッドにおいては、下記の理由によ
り、発熱抵抗体への印加電圧と電圧印加パルス幅の調整
による記録に関わる熱エネルギーの調整がきわめて煩雑
で、かつ記録機器を大きく高価なものとさせていた。
In the conventional thermal head, the adjustment of the thermal energy related to recording by adjusting the voltage applied to the heating resistor and the pulse width of the voltage applied to the heating resistor is extremely complicated, and the recording device is large and expensive for the following reasons. Was.

発熱抵抗体で電圧パルス印加によって発生する熱エネ
ルギーは前述のように、上記印加パルスの電圧またはパ
ルス幅で決定できるが、発熱抵抗体の表面温度は、上記
パルスの印加周期や、連続印加回数等のパルス印加履
歴、注目する発熱抵抗体周辺の発熱抵抗体のパルス印加
履歴即ち発熱履歴、サーマルヘッドの支持基板温度、環
境温度等によって変動しやすい。
As described above, the heat energy generated by applying a voltage pulse to the heating resistor can be determined by the voltage or pulse width of the applied pulse, but the surface temperature of the heating resistor depends on the application cycle of the pulse, the number of continuous applications, and the like. , The pulse application history of the heating resistor around the heating resistor of interest, that is, the heating history, the temperature of the support substrate of the thermal head, the environmental temperature, and the like.

記録媒体へ伝達される熱エネルギーは、直接的には発
熱抵抗体で発生する熱エネルギーでなく発熱抵抗体の表
面温度に依存する。従って、均一な熱エネルギーを感熱
紙等に与えるために、発熱抵抗体の発熱時表面温度を均
一にしようとするならば、上述のような発熱しようとし
ている瞬間の発熱抵抗体の置かれている熱的環境情報
や、熱的履歴情報をあつめるか、予測することをして発
熱抵抗体の表面温度が特定温度まで昇温するよう前記印
加電圧または電圧印加パルス幅を調整決定してから発熱
抵抗体を発熱させなければならない。上述のような情報
収集手段、予測手段、記録条件決定手段は、サーマルヘ
ッド基板の温度や環境温度を検出する各種温度センサ、
記録履歴を把握するための過去の記録データを記憶する
メモリや、熱的状態を予測する熱等価回路等のシミュレ
ータ、演算処理するCPUやゲート回路等ハードウェア上
の負荷がきわめて大きい。またこれらのハードウェアを
サポートするソフトウェアもきわめて複雑なものであ
る。特に発熱抵抗体を多数有する大型、高精細の熱記録
機器や、濃度階調記録を行う機器では、処理情報も膨大
となってしまい、装置の大型化、高価格化が避けられな
く記録品質を犠牲にすることもある。また、情報収集、
予測、記録条件決定のための処理時間もCPU等の制約を
受け、高速記録の障害ともなってしまっている。
The thermal energy transmitted to the recording medium depends not on the thermal energy directly generated by the heating resistor but on the surface temperature of the heating resistor. Therefore, if the surface temperature of the heat generating resistor is to be made uniform in order to apply uniform heat energy to the thermal paper or the like, the heat generating resistor at the moment when the heat is to be generated is placed as described above. After collecting or predicting thermal environment information and thermal history information, the applied voltage or the voltage applied pulse width is adjusted and determined so that the surface temperature of the heating resistor rises to a specific temperature. The body must be fevered. The information collecting means, the predicting means, and the recording condition determining means as described above include various temperature sensors for detecting the temperature of the thermal head substrate and the environmental temperature,
The load on the hardware such as a memory for storing past record data for grasping the record history, a simulator such as a thermal equivalent circuit for predicting a thermal state, a CPU for processing, and a gate circuit is extremely large. The software supporting these hardware is also very complicated. In particular, large-sized, high-definition thermal recording equipment having a large number of heat-generating resistors, and equipment performing density gradation recording, the processing information becomes enormous, and it is unavoidable to increase the size and cost of the apparatus and to improve the recording quality. There are also sacrifices. In addition, information collection,
The processing time for the prediction and the determination of the recording conditions is also restricted by the CPU and the like, which is an obstacle to high-speed recording.

さらに、サーマルヘッドは一般に熱効率を高くするた
めに保温層としてのグレーズ層を設けているが、このグ
レーズ層は厚膜プロセスで作られているため、厚さのバ
ラツキが厚みの平均値の±20%以上に達し、個々のサー
マルヘッドでこのグレーズ層による保温効果がランダム
に大きくばらついてしまう。従って、前述のようにいく
ら発熱抵抗体の熱的環境の情報を正確に捕らえ、処理し
て、その都度記録条件を決定しても、サーマルヘッドの
熱的特性のバラツキによって精度の高い発熱抵温度制御
はできない。もし、より高い精度の発熱温度制御を行お
うとすればサーマルヘッド個々の熱特性のバラツキをも
制御パラメータとして盛り込まねばならず、記録機器1
台1台で調整するなど量産性に多大な犠牲を払わねばな
らない。また、サーマルヘッドの故障や寿命などで、記
録機器内のサーマルヘッドを交換する場合等を考える
と、実質的には、サーマルヘッド個々の特性に記録機器
の設定を調整するなどのことは、ほとんど困難である。
Furthermore, the thermal head generally has a glaze layer as a heat insulating layer to increase the thermal efficiency, but since this glaze layer is made by a thick film process, the thickness variation is ± 20 of the average value of the thickness. % Or more, and the thermal insulation effect of this glaze layer varies greatly in individual thermal heads at random. Therefore, as described above, even if information on the thermal environment of the heating resistor is accurately captured and processed, and the recording conditions are determined each time, even if the thermal characteristics of the thermal head vary, a highly accurate heating resistor temperature can be obtained. There is no control. If the heating temperature control is to be performed with higher accuracy, the variation of the thermal characteristics of the thermal head must be included as a control parameter.
A great deal of sacrifice must be made to mass production, such as by adjusting one unit. Also, considering the replacement of the thermal head inside the recording device due to the failure or life of the thermal head, it is practically impossible to adjust the settings of the recording device to the characteristics of the individual thermal head. Have difficulty.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、上記発熱抵抗体表面温度均一化のための種
々の問題を解決するためになされたもので、発熱抵抗体
の温度を特定温度以上に昇温させない自己温度制御機能
を、サーマルヘッド自身にもたせることによって、従来
のような発熱抵抗体の温度制御の煩雑さを払拭するもの
である。
The present invention has been made in order to solve the various problems for uniforming the surface temperature of the heating resistor, and has a self-temperature control function for preventing the temperature of the heating resistor from rising above a specific temperature. With this configuration, the complicated temperature control of the heating resistor as in the related art is eliminated.

本発明は、発熱抵抗体から熱的に離れた箇所に、電気
伝導度が特定温度領域を境に低温側で金属的、高温側で
非金属的となる変化を起こす物質からなる配線部を、前
記発熱抵抗体と電気的に直列に配置し、この配線部の線
抵抗が、前記発熱抵抗体より小さく、前記発熱抵抗体へ
の給電線の線抵抗より大きく、前記発熱抵抗体への通電
によって前記配線部がわずかにジュール発熱をする構成
とするものである。
The present invention provides a wiring portion made of a substance that causes a change in electrical conductivity between a specific temperature region and a metallic material on a low temperature side, and a non-metallic material on a high temperature side, at a location thermally separated from the heating resistor. Electrically arranged in series with the heating resistor, the wire resistance of this wiring portion is smaller than the heating resistor, and larger than the wire resistance of the power supply line to the heating resistor. The wiring section is configured to slightly generate Joule heat.

〔作用〕[Action]

電気伝導度が特定温度領域を境に低温側で金属的、高
温側で非金属的となる変化、例えば相転移をする物質
で、発熱抵抗体に直列な配線部を構成することによっ
て、この発熱抵抗体に電圧印加し、ジュール熱を発生さ
せることに伴って、前記配線部の自己発熱によって温度
が上記特定温度、即ち金属非金属の相転移温度に達する
と、前記配線部は抵抗値をほぼ絶縁物的にあるいは半導
体的に高くし電流をほとんど遮断してしまう。従って、
少なくとも前記配線部が上記相転移温度を超える時点の
温度までに発熱抵抗体の温度が上がることがなく、発熱
抵抗体の昇温ピーク温度を均一に制御することができ
る。
The electric conductivity changes from a specific temperature range to a metallic one at a low temperature and a non-metallic one at a high temperature, for example, a substance that undergoes a phase transition. When a voltage is applied to the resistor to generate Joule heat and the temperature reaches the above-described specific temperature, that is, a phase transition temperature of metal or nonmetal, due to self-heating of the wiring portion, the wiring portion substantially reduces the resistance value. The current is almost cut off if it is made high as an insulator or a semiconductor. Therefore,
The temperature of the heating resistor does not rise at least until the temperature at which the wiring portion exceeds the phase transition temperature, and the peak temperature of the heating resistor can be controlled uniformly.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の詳細を実施例をもって説明する。 The details of the present invention will be described with reference to examples.

第1図は、本発明の第1の実施例のサーマルヘッドの
平面図である。グレージング処理されたアミルナセラミ
ック等の基板6上に、約300℃を境に低温側で金属的、
高温側で非金属的な電気伝導度特性を持つ材料からなる
薄膜の発熱抵抗体1を設け、この発熱抵抗体の一端を個
別電極2と接続し、他端を第1の共通電極3と接続す
る。上記個別電極はトランジスタ等の電流スイッチング
素子4と接続されている。5は上記スイッチング素子4
と接続された第2の共通電極である。サーマルヘッドと
しては前記スイッチング素子4および第2の共通電極5
を設けず、記録機器として別個に設けても構わない。
FIG. 1 is a plan view of a thermal head according to a first embodiment of the present invention. On a substrate 6 made of glazed amylna ceramic or the like, metallic at low temperature side at about 300 ° C,
A thin-film heating resistor 1 made of a material having non-metallic electrical conductivity characteristics at a high temperature side is provided. One end of the heating resistor is connected to the individual electrode 2 and the other end is connected to the first common electrode 3. I do. The individual electrodes are connected to a current switching element 4 such as a transistor. 5 is the switching element 4
And a second common electrode connected to the second common electrode. The switching element 4 and the second common electrode 5 are used as a thermal head.
May be provided separately as a recording device.

前記第1の共通電極にプラス電位、前記第2の共通電
極にマイナス電位を与えておき、前記スイッチング素子
4を開閉することによって、前記発熱抵抗体1に電圧パ
ルスを印加する。発熱抵抗体1に電圧パルスを印加すれ
ば、従来のサーマルヘッドと同じく、印加電圧と発熱抵
抗体1の抵抗値によって適当な電力消費がおきてジュー
ル熱を発生し、発熱抵抗体1の温度上昇が開始する。
A positive potential is applied to the first common electrode and a negative potential is applied to the second common electrode, and a voltage pulse is applied to the heating resistor 1 by opening and closing the switching element 4. When a voltage pulse is applied to the heating resistor 1, as in a conventional thermal head, appropriate power consumption occurs depending on the applied voltage and the resistance value of the heating resistor 1 to generate Joule heat, and the temperature of the heating resistor 1 rises. Starts.

第2図は、前記パルス印加に伴う前記発熱抵抗体1の
表面温度の時間変化を表す図である。この図で、TCは前
記発熱抵抗体の電気伝導度における金属非金属相転移の
温度を表し、tonは前記パルスの印加開始時刻、tPは前
記発熱抵抗体表面温度が上記相転移温度(TC)に達する
時刻、toffは前記パルスの印加終了時刻を表す。tPから
toffまでの間は前記発熱抵抗体1は金属非金属相転移を
高温側から低温側、低温側から高温側と繰り返し、この
発熱抵抗体の表面温度は、ほとんど前記相転移温度TC
付近で落ち着いた状態となる。実際の発熱抵抗体温度は
発熱抵抗体自身の周辺の構造部材の熱容量や熱抵抗によ
る熱的慣性から上記TCより若干高くなることもある。t
onからtPまでの発熱抵抗体の表面温度上昇は、発熱抵抗
体1の面積を8ドット/mmの発熱抵抗体密度相当の0.015
mm2,発熱抵抗体の低温側での抵抗熱を1000Ω程度、印
加電圧を20Vとした場合、発熱抵抗体表面に感熱紙等の
熱吸収体を接触させなければ、tonから約0.5ミリ秒程度
以下の時間で約300℃のTCに達する。この時間は、サー
マルヘッドの前記グレージング基板のグレーズ厚みや、
発熱抵抗体表面にコートされている保護層の厚み等によ
って発熱抵抗体周辺の熱抵抗や熱容量の熱特性が変わる
ので、サーマルヘッドの構造に伴い個々に違ってくる。
しかし、発熱抵抗体のピーク温度は、この発熱抵抗体を
構成する材料の持つ前記相転移温度TCで決まってくるた
め、サーマルヘッドの上記のような熱特性、サーマルヘ
ッドの構造には依存しない。
FIG. 2 is a diagram showing a time change of the surface temperature of the heating resistor 1 according to the pulse application. In this figure, T C denotes the temperature of the metal non-metallic phase transition in the electrical conductivity of the heating resistor, t on the application start time of the pulse, t P is the heating resistor surface temperature above phase transition temperature (T C) to reach the time, t off represents the application end time of the pulse. from t P
t the heat generating resistor 1 until off the low temperature-side metal nonmetallic phase transition from the higher temperature side, repeat from the low temperature side and high temperature side, the surface temperature of the heat generating resistor, most near the phase transition temperature T C It is in a calm state. The actual heating resistor temperature is sometimes slightly higher than the T C from thermal inertia due to the heat capacity and thermal resistance of the structural member surrounding the heating resistor itself. t
the rise of the surface temperature of the heating resistor to t P from on the area of the heating resistor 1 of the heat generating resistor density equivalent of 8 dots / mm 0.015
mm 2, 1000 [Omega] around the resistance heat at the cold side of the heat generating resistor, when the applied voltage was set to 20V, if brought into contact with the heat absorber of the heat-sensitive paper or the like to the heating resistor surface from t on about 0.5 ms It reaches a T C of about 300 ° C. in less than a time. This time, the glaze thickness of the glazing substrate of the thermal head,
Since the thermal resistance and heat capacity around the heating resistor change depending on the thickness and the like of the protective layer coated on the surface of the heating resistor, they vary depending on the structure of the thermal head.
However, the peak temperature of the heating resistor, to come determined by the phase transition temperature T C with the material constituting the heating resistor, thermal properties such as the above thermal head, not dependent on the structure of the thermal head .

サーマルヘッドには従来技術の問題点で説明したよう
に、発熱抵抗体にとっての熱放散特性等の熱特性のバラ
ツキが依存するが、このバラツキは上記tonからtPまで
の昇温勾配のバラツキに、即ち、tPの時刻のバラツキに
現れるのである。ところで、熱記録における発色機構
は、直接感熱方式では発色剤の熱による化学反応であっ
て反応速度は温度に依存し、また熱転写方式ではインク
の物理的溶融や昇華といった物理的相変化の類でありイ
ンクの温度によって記録が支配される。従って、tPのバ
ラツキにのみ現れるサーマルヘッドの熱特性のバラツキ
の記録特性への影響は、従来技術によるような発熱ピー
ク温度まで変動してしまうケースに比べ、はるかに小さ
い。
As described in the problems of the conventional thermal head technology, although variations in the thermal characteristics of the heat dissipation characteristics for the heat generating resistor is dependent, this variation is the variation of the temperature increase gradient of the t on to t P to, that is, appear in the variation of the time of t P. By the way, the coloring mechanism in thermal recording is a chemical reaction due to the heat of a coloring agent in the direct thermal method, and the reaction speed depends on the temperature.In the thermal transfer method, it is a kind of physical phase change such as physical melting or sublimation of ink. The recording is controlled by the temperature of the ink. Therefore, influence on the recording characteristics of the variation in thermal characteristics of the thermal head appearing only in the variation of t P, compared to a case where fluctuated until the exothermic peak temperature, such as by the prior art, much smaller.

また、発熱抵抗体の抵抗値バラツキが、抵抗膜厚等に
より従来のサーマルヘッド、本発明によるサーマルヘッ
ド問わず依存しうるが、このバラツキも、本発明では前
記tonからtPまでの時間のバラツキとしてしか現れず、
発熱ピーク温度は変わらない。上記発熱抵抗体の抵抗値
バラツキによる昇温勾配、tPの時刻バラツキをより厳密
に小さく、均一なものにしようとするなら、前記発熱抵
抗体の低温側における金属的電気伝導度の相での発熱抵
抗体抵抗値の大小に合わせ、電力で均一になるように、
印加電圧を調整、設定してやればよい。
The resistance variation of the heating resistor, the conventional thermal head by resistance film thickness and the like, but can depend both thermal head according to the present invention, this variation also, the present invention time from the t on to t P It only appears as variation,
The exothermic peak temperature does not change. Heating gradient due to the resistance value variation of the heating resistor, more strictly small time variation of t P, if you try to be uniform, in phase of metallic electrical conductivity at a low temperature side of the heat generating resistor Depending on the resistance value of the heating resistor, make it uniform with power.
The applied voltage may be adjusted and set.

上述したようにサーマルヘッドの熱特性バラツキ、抵
抗値バラツキによる記録特性への影響は、本発明の場合
極めて小さいのであるが、特に前記tonからtPまでの昇
温時間に比べ、印加パルス幅、即ち第2図におけるton
からtoffまでの時間が長いほど、即ち最も記録特性に寄
与する発熱ピーク温度の保持時間(toff−tP)の変化
率、バラツキ率が小さくなり、記録品質は一層向上す
る。
As described above, the influence on the recording characteristics due to the thermal characteristic variation and the resistance value variation of the thermal head is extremely small in the case of the present invention, but in particular, the applied pulse width is smaller than the temperature rise time from t on to t P. That is, t on in FIG.
The longer the time from to t off , that is, the change rate and the variation rate of the retention time (t off -t P ) of the heat generation peak temperature that most contributes to the recording characteristics are reduced, and the recording quality is further improved.

上記実施例では前記発熱抵抗体の金属非金属転移の温
度を約300℃と設定したが、より高速記録を要求される
サーマルヘッドの場合には、400℃あるいは450℃等と高
い相転移温度の発熱抵抗体にし、発熱抵抗体としての抵
抗値を低く(あるいは印加電圧を高く)して電力を大き
くすれば、急速昇温かつ高ピーク温度で、感熱紙の発色
反応等が高温によって短時間で充分おき、前記tPからt
offの時間の短い印加パルス幅(toff−ton)でも発熱ピ
ーク温度保持時間を確保でき、均一な記録が可能とな
る。逆に低速低消費電力型のサーマルヘッドでは、印加
電圧を低く(あるいは発熱抵抗体としての抵抗値を高
く)するなどして発熱抵抗体での消費電力値を小さくし
ても良いし、前記相転移温度を250℃等に下げても良い
し、その組合わせを実施しても良いであろう。
In the above embodiment, the temperature of the metal-to-metal transition of the heating resistor is set to about 300 ° C., but in the case of a thermal head requiring higher speed recording, a phase transition temperature as high as 400 ° C. or 450 ° C. If the power is increased by lowering (or increasing the applied voltage) the resistance value of the heating resistor, the temperature rises rapidly and at a high peak temperature. enough place, t from the t P
Even with an applied pulse width (t off -t on ) with a short off time, the heat generation peak temperature holding time can be secured, and uniform recording can be performed. Conversely, in a low-speed and low-power-consumption type thermal head, the power consumption value of the heating resistor may be reduced by lowering the applied voltage (or increasing the resistance value of the heating resistor). The transition temperature may be lowered to 250 ° C. or a combination thereof.

第4図は、窒化タンタル等の通常の発熱抵抗体材料か
らなる発熱抵抗体7に接触するように、前述した第1の
実施例発熱抵抗体に用いたような金属非金属相転移をす
る物質から成る配線8を、上記発熱抵抗体7と個別電極
2と直列に配置したサーマルヘッドの要部平面図であ
る。第12図は、このサーマルヘッドの要部断面図であ
る。上記配線8は上記発熱抵抗体7より線抵抗を低く設
定してあり、個別電極2と共通電極3との間に電圧印加
した場合、記録に寄与する発熱は発熱抵抗体7で主に発
生し、上記配線8では、発熱抵抗体での上記発熱に比べ
僅かにしか発熱しないが、ほとんど発熱しない構成とし
てある。上記配線として用いた金属非金属転移をする材
料によって、発熱抵抗体7の抵抗値に比較しシート抵抗
の小さい例えば数十ミリΩのシート抵抗の膜が形成でき
るなら上記個別電極2と配線8を区別することなく個別
電極をも上記金属非金属転移をする物質で構成すること
も可能である。
FIG. 4 shows a substance which undergoes a metal-non-metal phase transition as used in the above-described first embodiment of the heating resistor so as to come into contact with the heating resistor 7 made of a normal heating resistor material such as tantalum nitride. FIG. 3 is a plan view of a principal part of a thermal head in which a wiring 8 made of is arranged in series with the heating resistor 7 and the individual electrode 2. FIG. 12 is a sectional view of a main part of the thermal head. The wiring 8 is set to have a lower line resistance than the heating resistor 7, and when a voltage is applied between the individual electrode 2 and the common electrode 3, heat that contributes to recording is mainly generated by the heating resistor 7. The wiring 8 generates a small amount of heat compared to the heat generated by the heat generating resistor, but hardly generates heat. If a film having a sheet resistance smaller than the resistance value of the heating resistor 7, for example, a sheet resistance of several tens of milliohms can be formed by the material having a metal-to-metal transition used as the wiring, the individual electrode 2 and the wiring 8 are formed. Without distinction, the individual electrodes can also be made of the above-mentioned metal-to-metal transition material.

発熱抵抗体7に電圧が印加されるとジュール熱により
発熱抵抗体と周辺部が昇温する。配線8は、この発熱抵
抗体7の発熱に伴って温度が高くなり、例えば金属非金
属の相転移温度が200℃であれば、配線8の温度が200℃
に達するまで電流を流し続ける。そして上記相転移温度
に達したところで非金属的電気伝導度となって電流をほ
とんど遮断し、前記発熱抵抗体7のジュール熱発生を停
止させる。配線8の温度が200℃を下回ると再び電流を
流し、発熱抵抗体の発熱が起こる。前記配線8の前記発
熱抵抗体の昇温による温度変化はこの一配線の中で分
布、勾配を生じるが、上述の電流調整機能は発揮する。
こうして、前述の第1の実施例の場合と同じように、少
なくとも前記配線8の温度は電圧印加が続く間200℃の
温度を保持する。前記発熱抵抗体7から一定距離にある
配線8等温度を維持することは、即ち発熱抵抗体7の温
度が少なくとも配線8の温度以上に高い温度でほぼ一定
していることであって、前述の第1の実施例の場合と同
様、発熱抵抗体7の表面温度は一定温度以上になりえ
ず、温度が制御されていることになる。この発熱抵抗体
部分での温度制御の精度は、前記配線8が前記発熱抵抗
体に近いほど高く、発熱抵抗体の発熱エリアの中に前記
配線を設けてもよい。
When a voltage is applied to the heating resistor 7, the heating resistor and its peripheral portion are heated by Joule heat. The temperature of the wiring 8 rises with the heat generated by the heating resistor 7. For example, if the phase transition temperature of metal and nonmetal is 200 ° C., the temperature of the wiring 8 becomes 200 ° C.
Continue to flow current until When the temperature reaches the above-mentioned phase transition temperature, it becomes nonmetallic electric conductivity, almost interrupts the current, and stops the generation of Joule heat of the heating resistor 7. When the temperature of the wiring 8 falls below 200 ° C., a current flows again, and the heating resistor generates heat. The temperature change of the wiring 8 due to the temperature rise of the heating resistor causes a distribution and a gradient in this wiring, but the above-described current adjusting function is exhibited.
Thus, as in the case of the first embodiment, at least the temperature of the wiring 8 is maintained at 200 ° C. while the voltage application is continued. Maintaining the temperature of the wiring 8 at a certain distance from the heating resistor 7 means that the temperature of the heating resistor 7 is substantially constant at least at a temperature higher than the temperature of the wiring 8. As in the case of the first embodiment, the surface temperature of the heating resistor 7 cannot be higher than a certain temperature, and the temperature is controlled. The accuracy of the temperature control at the heating resistor portion is higher as the wiring 8 is closer to the heating resistor, and the wiring may be provided in a heating area of the heating resistor.

上述の実施例の場合では、配線8は発熱抵抗体の片側
に接して設けたが、第5図のように両側に設けても構わ
ない。配線8に利用した金属非金属転移をする物質の非
金属相での電気伝導度があまり小さくならないような場
合で、高温側でも電流をリークして発熱抵抗体の昇温が
続くような場合、あるいは配線8の方が高温側でのリー
ク電流で発熱してしまうような場合は、第5図のように
発熱抵抗体7の両側に配線8を設けた方が電流遮断能力
が高くなり、温度制御の観点からすればより良い構成で
ある。
In the above embodiment, the wiring 8 is provided in contact with one side of the heating resistor, but may be provided on both sides as shown in FIG. In the case where the electric conductivity in the non-metallic phase of the substance that undergoes the metal-metal transition used for the wiring 8 does not decrease so much, and the current leaks even on the high temperature side and the temperature of the heating resistor continues to rise, Alternatively, in the case where the wiring 8 generates heat due to the leak current on the high temperature side, the provision of the wiring 8 on both sides of the heating resistor 7 as shown in FIG. This is a better configuration from a control point of view.

また、第6図に平面図、第13図に要部断面図を示した
ように発熱抵抗体7と配線8の間に短い電極22を介在さ
せても、発熱抵抗体の昇温による配線8の昇温は対して
変わらない。特に発熱抵抗体材料と金属非金属転移をす
る配線材料が、高温時に化学的反応等をして特性を変え
てしまうことの懸念がある場合は、少なくとも配線8の
材料との組合わせで安定な金等の安定金属を電極22に用
いて、発熱抵抗体7から離してやることは効果がある。
Even if a short electrode 22 is interposed between the heating resistor 7 and the wiring 8 as shown in the plan view of FIG. 6 and the sectional view of the main part in FIG. The rise in temperature is unchanged. In particular, when there is a concern that the wiring material that undergoes a metal-to-metal transition with the heating resistor material may change its characteristics due to a chemical reaction or the like at a high temperature, a stable combination with at least the wiring 8 material is obtained. It is effective to use a stable metal such as gold for the electrode 22 and separate it from the heating resistor 7.

上述の実施例のように、発熱抵抗体を一般に用いられ
ている発熱信頼性の高い抵抗材料で構成することは、高
温で電流遮断をする材料の発熱高温信頼性に高いものを
要求しないという利点もある。
As in the above-described embodiment, forming the heating resistor from a generally used resistance material having high heat generation reliability has an advantage that a material that cuts off current at high temperature does not require high heat generation high temperature reliability. There is also.

第1図,第4図に示した実施例のサーマルヘッドを、
連続パルスで駆動した場合の発熱抵抗体表面の温度変化
の様子を第3図に示した。第1のパルスから第nのパル
スまで、発熱ピーク温度は一定であり、第1のパルスに
よる昇温時間が、発熱抵抗体の初期のバックグラウンド
温度が低い分長めとなるが、第2のパルス以降はほとん
ど発熱カーブが同じとなる。このように一切駆動上の制
御を行うことなく一定発熱温度に自己制御することがで
きる。上記第1のパルスでの発熱昇温時間が長いこと
は、たとえ昇華型階調プリンタなどにおいても特に問題
とならないが、厳密な記録濃度管理を必要とする場合
は、第1のパルス即ちバックグラウンド温度が低い場合
のみ昇温時間の長い分印加パルス幅を延ばして、ピーク
温度保持時間を均一に制御してやっても良い。
The thermal head of the embodiment shown in FIG. 1 and FIG.
FIG. 3 shows how the temperature of the heating resistor surface changes when driven by continuous pulses. The heat generation peak temperature is constant from the first pulse to the n-th pulse, and the temperature rise time by the first pulse is longer by the lower the initial background temperature of the heat-generating resistor. Thereafter, the heat generation curves are almost the same. In this way, self-control to a constant heat generation temperature can be performed without performing any drive control. The long heat-up time of the first pulse does not cause any particular problem even in a sublimation type gradation printer, but when strict recording density control is required, the first pulse, that is, the background Only when the temperature is low, the applied pulse width may be extended by the longer heating time to uniformly control the peak temperature holding time.

階調記録を行う記録機器においては、直接感熱方式、
昇華転写方式を問わず、印加パルス幅の長短で階調制御
することが一般的である。従来のサーマルヘッドでは、
パルス幅の長さと共に発熱ピーク温度も変化してしまう
ため、発熱ピーク温度の変動によって階調制御が難しか
ったが、本発明のサーマルヘッドでは、発熱温度が一定
値に自己制御されているため、時間のパラメータのみ
で、発熱ピーク温度を気にすることなく階調制御が可能
で、より厳密な階調を実現できる。従来例では64階調程
度の相対濃度制御を行っていることもあるが、絶対濃度
制御では、せいぜい16階調が限度である。しかし、本発
明のサーマルヘッドでは上述の説明によって明らかなよ
うに、絶対濃度制御が容易であり、128階調、256階調も
可能である。第15図は階調制御に本発明のサーマルヘッ
ドを応用した場合の発熱抵抗体への印加パルス幅に対す
る、発熱抵抗体表面温度の温度波形を表した図である。
第1階調パルス(19−1)による発熱抵抗体温度波形
(18−1)が、昇温過程の途中で冷却降下開始している
が、このような階調パルス設定であっても、第N階調ま
でのほとんどのパルスによる発熱ピークが、平坦に温度
制御された時間域にあれば、階調精度は高いものとな
る。
For recording devices that perform gradation recording, the direct thermal method,
Regardless of the sublimation transfer method, it is common to perform gradation control with the length of the applied pulse width. With a conventional thermal head,
Since the heat generation peak temperature changes with the length of the pulse width, gradation control was difficult due to the change in the heat generation peak temperature. However, in the thermal head of the present invention, since the heat generation temperature is self-controlled to a constant value, With only the time parameter, the gradation control can be performed without concern for the heat generation peak temperature, and more strict gradation can be realized. In the conventional example, the relative density control of about 64 tones may be performed, but the absolute density control is limited to at most 16 tones. However, in the thermal head of the present invention, as apparent from the above description, the absolute density control is easy, and 128 gradations and 256 gradations are possible. FIG. 15 is a diagram showing a temperature waveform of a heating resistor surface temperature with respect to a pulse width applied to the heating resistor when the thermal head of the present invention is applied to gradation control.
The heating resistor temperature waveform (18-1) due to the first gradation pulse (19-1) starts to cool down in the middle of the temperature rising process. If the heat generation peaks due to most of the pulses up to the Nth gradation are in the time region where the temperature is controlled flat, the gradation accuracy will be high.

ところで前記金属非金属転移をする物質としては、酸
化バナジウム系化合物である。酸化バナジウムに微量の
Crをドープすることによって室温より高い温度の領域で
金属非金属的な電気伝導度の変化を起こす。より高温側
で非金属的、より低温側で金属的な電気伝導度をもつ。
バナジウム、酸化バナジウムとも高融点物資であって発
熱抵抗体として使用可能である。発熱抵抗体膜としてス
パッタリング等の薄膜プロセスによる成膜が可能であ
り、パウダ化してバインダを混ぜるなどしてベースト化
して、あるいは有機金属化して塗布等厚膜プロセスによ
る製造等も可能である。いずれの場合も、成膜された酸
化バナジウム成分は、少なくとも多結晶構造を必要とす
る。スパッタリングの場合、金属バナジウムとクロムの
合金ターゲット、あるいはクロムを埋め込んだ金属バナ
ジウムターゲットをアルゴンと酸素ガスを用いてスパッ
タする方法、酸化バナジウム粉体と酸化クロム粉体を焼
結したターゲットを、アルゴンガスまたはアルゴンガス
に酸素を微量混合して高周波スパッタする方法等があ
る。いずれのスパッタリングにおいても、より結晶状態
を確実にするため着膜部の温度は数百℃以上であること
が望ましい。
Incidentally, the substance that undergoes the metal-to-metal transition is a vanadium oxide-based compound. Trace amounts of vanadium oxide
Doping with Cr causes a change in electrical conductivity like a metal non-metal in a region higher than room temperature. It has non-metallic conductivity at higher temperatures and metallic conductivity at lower temperatures.
Both vanadium and vanadium oxide are high melting point materials and can be used as a heating resistor. The heat-generating resistor film can be formed by a thin film process such as sputtering, and can also be manufactured by a thick film process such as powdering and mixing with a binder or the like, or organic metalizing and coating. In any case, the formed vanadium oxide component needs at least a polycrystalline structure. In the case of sputtering, an alloy target of metal vanadium and chromium, or a metal vanadium target in which chromium is embedded is sputtered using argon and oxygen gas, and a target obtained by sintering vanadium oxide powder and chromium oxide powder is treated with argon gas. Alternatively, there is a method in which a small amount of oxygen is mixed with argon gas to perform high-frequency sputtering. In any of the sputterings, it is desirable that the temperature of the deposited portion is several hundred degrees Celsius or more to ensure a more crystalline state.

Crを適量ドープした場合、電気伝導度は上記転移温度
において2〜3桁変化するので、サーマルヘッドの発熱
抵抗体や通電感熱紙の発熱抵抗層として利用すると、一
定電圧印加状態において、上記転移温度の上下で消費電
力値として2〜3桁変化し、熱記録という観点からは実
質的に発熱非発熱の変化を伴う。ドープするCrの割合で
前記転移温度を変化させることが可能であって、発熱抵
抗体の昇温ピーク温度の設定が可能となる。Crをドープ
しない酸化バナジウムでは抵抗値変化の割合は小さく、
かつ温度に対して緩やかな変化であるが、約400℃を境
に低温側から高温側に向かって1桁の抵抗値上昇があ
り、本発明のサーマルヘッドに利用できる。
When an appropriate amount of Cr is doped, the electrical conductivity changes by two to three orders of magnitude at the above transition temperature. Therefore, when used as a heating resistor of a thermal head or a heating resistor layer of an electrically conductive paper, the above-mentioned transition temperature can be obtained under a constant voltage applied state. Above and below, the power consumption value changes by two to three digits, and from the viewpoint of thermal recording, a substantial change in heat generation and non-heat generation is involved. The transition temperature can be changed by the ratio of Cr to be doped, and the peak temperature of the heating resistor can be set. In the case of vanadium oxide not doped with Cr, the rate of change in resistance is small,
Although the change is gradual with respect to the temperature, the resistance value increases by one digit from the low temperature side to the high temperature side at about 400 ° C., and can be used for the thermal head of the present invention.

第16図は、前述の第1の実施例における金属非金属転
移をする発熱抵抗体の線抵抗の温度変化を表す図であ
る。線抵抗自体は、膜厚、線幅によって変化するので参
考値ではあるが、前記Crをバナジウムに対し0.5%程度
ドープした酸化バナジウムでは、線抵抗特性カーブ31の
ような約150℃で3桁ほどの抵抗値変化がある。Crのド
ープ量によって抵抗値変化を起こす温度領域は変化し、
Crのドープ量を増やしていくと前記抵抗値変化の温度領
域は徐々に低温側へシフトしてくる。Crのバナジウムに
対するドープ量が数%を超えると、低温側から高温側に
向かう抵抗値増大の変化が消失してしまうため本発明の
目的を達せられない。上述のように、Crのドープ量が抵
抗変化の温度特性を変化させるため、酸化バナジウムに
対するCrのドープ量の試料内のミクロ的な不均一度によ
って、上記線抵抗の変化は、例えば第16図32のカーブの
ようにある温度幅を持つなだらかなものとなることもあ
る。このようななだらかな変化であっても本発明の目的
は達せられる。また、例えば一辺0.数mmの発熱抵抗体に
通電して昇温させようとしたとき、発熱抵抗体内では空
間的に均一に温度上昇が起こらないので、例えばサーマ
ルヘッドの発熱抵抗体に上述の物質を用いた場合、発熱
抵抗体としての抵抗値の変化は、見掛け上第16図32のよ
うななだらかなものとなるが、この場合においてもミク
ロ的には昇温と通電停止の状態が起こっており、発熱抵
抗体全体として昇温、非昇温を実現でき、何ら問題な
い。
FIG. 16 is a diagram showing a temperature change of the line resistance of the heating resistor having a metal-to-metal transition in the first embodiment. The line resistance itself is a reference value because it changes depending on the film thickness and the line width. However, in the case of vanadium oxide doped with about 0.5% of Cr with respect to vanadium, about three digits at about 150 ° C. as shown in the line resistance characteristic curve 31. There is a change in the resistance value. The temperature range where the resistance value changes depending on the doping amount of Cr changes,
As the Cr doping amount is increased, the temperature range of the change in the resistance value gradually shifts to a lower temperature side. If the doping amount of Cr with respect to vanadium exceeds several percent, the change in the increase in the resistance value from the low-temperature side to the high-temperature side disappears, and the object of the present invention cannot be achieved. As described above, since the doping amount of Cr changes the temperature characteristic of the resistance change, the change in the line resistance due to the microscopic non-uniformity of the doping amount of Cr with respect to vanadium oxide in the sample is, for example, as shown in FIG. It can be gentle with a certain temperature range, like the curve of 32. The object of the present invention can be achieved even with such a gentle change. In addition, for example, when trying to raise the temperature by energizing a heating resistor having a side of 0.1 mm, since the temperature does not uniformly increase in the heating resistor, the above-described heating resistor of the thermal head may be used. When a substance is used, the change in the resistance value of the heating resistor becomes apparently gentle as shown in FIG. 32. As a result, the temperature of the heating resistor as a whole can be increased or decreased without any problem.

次に本発明のサーマルヘッドの別な駆動方法について
実施例で説明する。
Next, another driving method of the thermal head according to the present invention will be described with reference to embodiments.

第7図は、前述の第1図のサーマルヘッドにおけるス
イッチング素子を、サイリスタで構成したサーマルヘッ
ドの平面図である。記録データに応じて金属非金属転移
をする各発熱体1に1:1で接続されたサイリスタ10のゲ
ート11に任意のタイミングでターンオン信号を入力し、
上記サイリスタ10をオンさせる。第1の共通電極3には
プラス電位、第2の共通電極5にはマイナス電位が印加
されており、上記サイリスタがオンすることによって、
発熱抵抗体1には、上記プラス、マイナスの電位差がほ
とんど印加された状態となって、電流が流れ始める。発
熱抵抗体は、この通電によりジュール熱を発生し昇温を
開始する。発熱抵抗体1の温度が、この発熱抵抗体を構
成する材料のもつ金属非金属転移温度に達すると、例え
ば前記Crをドープした酸化バナジウムの発熱抵抗体であ
れば、この発熱抵抗体に流れる電流値が2〜3桁小さく
なり、前記サイリスタのターンオフ特性の適当な素子を
選んでおくと、発熱抵抗体の通電電流の遮断によって、
前記サイリスタはターンオフする。一度ターンオフする
とゲート11にターンオン信号を入力しない限り再び発熱
抵抗体1に通電することができないため、発熱抵抗体1
における発熱は停止する。すなわち、発熱抵抗体1は、
通電によって前記相転移温度まで昇温すると自動的に発
熱を停止、次のサイリスタのターンオン信号入力まで冷
却待機することになる。
FIG. 7 is a plan view of a thermal head in which the switching elements in the thermal head of FIG. 1 are formed by thyristors. A turn-on signal is input at an arbitrary timing to a gate 11 of a thyristor 10 connected 1: 1 to each heating element 1 that makes a metal-to-metal transition according to recorded data,
The thyristor 10 is turned on. A positive potential is applied to the first common electrode 3 and a negative potential is applied to the second common electrode 5, and when the thyristor is turned on,
Most of the positive and negative potential differences are applied to the heating resistor 1, and current starts to flow. The heating resistor generates Joule heat by this energization, and starts increasing the temperature. When the temperature of the heating resistor 1 reaches the metal-nonmetal transition temperature of the material constituting the heating resistor, for example, if the heating resistor is a Cr-doped vanadium oxide heating resistor, a current flowing through the heating resistor is used. If the value is reduced by two to three digits and an appropriate element having the turn-off characteristic of the thyristor is selected, the current flowing through the heating resistor is cut off.
The thyristor turns off. Once turned off, the heating resistor 1 cannot be energized again unless a turn-on signal is input to the gate 11, so that the heating resistor 1
The heat generation at stops. That is, the heating resistor 1 is
When the temperature is raised to the phase transition temperature by energization, heat generation is automatically stopped, and cooling standby is performed until the next thyristor turn-on signal is input.

第8図は、第7図のサーマルヘッドの発熱抵抗体1を
前記サイリスタで連続駆動した場合の発熱抵抗体の表面
温度の時間変化を表した図である。13は発熱体表面温
度、14はサイリスタのゲート入力信号であって、発熱開
始のタイミング信号である。TCは前記相転移温度であ
る。この図から明らかなように、いかなるタイミングで
ゲート入力信号が入力されても、発熱抵抗体表面温度は
TCを超えることがなく、熱記録における最も重要な温度
領域である発熱ピーク温度近辺での昇温、冷却カーブは
いずれの発熱においてもほとんど同一である。
FIG. 8 is a diagram showing a time change of the surface temperature of the heating resistor when the heating resistor 1 of the thermal head of FIG. 7 is continuously driven by the thyristor. 13 is a heating element surface temperature, 14 is a gate input signal of the thyristor, and is a timing signal for starting heating. T C is the phase transition temperature. As is clear from this figure, no matter what timing the gate input signal is input, the heating resistor surface temperature will
The temperature rise and cooling curves near the heat generation peak temperature, which is the most important temperature region in thermal recording, do not exceed T C , and are almost the same in any heat generation.

上述の昇温、冷却カーブの説明では、特定発熱抵抗体
において、この発熱抵抗体の発熱履歴の影響を受けない
ことを示したが、当該発熱抵抗体に隣接する等周辺の発
熱抵抗体の同時発熱や、過去の発熱の履歴等、あるいは
サーマルヘッド基板温度に対しても、上述の発熱ピーク
波形は影響を受けることがなく、常に均一な発熱を実現
できる。さらに、発熱抵抗体抵抗値のバラツキに伴う印
加電力バラツキ、グレーズ層厚み等のバラツキに伴う熱
特性バラツキが、個々の発熱抵抗体間あるいは個々のサ
ーマルヘッド間に存在していて前記相転移温度で決定さ
れる発熱ピーク温度、およびこのピーク温度近辺の発熱
波形は均一なものとなる。
In the above description of the heating and cooling curves, it has been shown that the specific heating resistor is not affected by the heating history of the heating resistor. The heat generation peak waveform described above is not affected by heat generation, the history of past heat generation, or the temperature of the thermal head substrate, and uniform heat generation can always be realized. In addition, variations in applied power due to variations in resistance of the heating resistor, variations in thermal characteristics due to variations in the glaze layer thickness, etc., exist between individual heating resistors or between individual thermal heads, and the phase transition temperature is different. The determined exothermic peak temperature and the exothermic waveform near this peak temperature are uniform.

上記金属非金属転移材料とサイリスタとの組合わせに
よるサーマルヘッドの場合、発熱抵抗体の発熱ピーク温
度が常に一定であるため、同一の発熱駆動条件の元で
は、感熱紙の種類等の差による発色感度に違いがあった
場合記録濃度に差が生じてしまう。第14図に発熱抵抗体
表面温度の変化を示したように、発熱抵抗体に印加する
電圧によって発熱抵抗体表面温度の上昇曲線(15,16,1
7)は変化するが、例えば標準感度の感熱紙を使用する
場合は、16のような発熱抵抗体表面温度の上昇曲線にな
るよう前記印加電圧を設定し、低感度の感熱紙の場合に
は、印加電圧を低くして17のように発熱ピーク温度近辺
の温度維持時間を長くとってやり、逆に高感度の感熱紙
の場合には、印加電圧を高くして15のように瞬時にピー
ク温度に達してしまうように設定すれば、感熱紙等の記
録感度特性の違いに対しても1つのサーマルヘッドで対
応できる。
In the case of a thermal head using a combination of the above-mentioned metal-non-metal transition material and thyristor, since the heat generation peak temperature of the heat generation resistor is always constant, the color development due to the difference in the type of heat-sensitive paper under the same heat generation drive conditions. If there is a difference in sensitivity, a difference occurs in recording density. As shown in FIG. 14, the change in the surface temperature of the heating resistor shows a rise curve (15,16,1) of the surface temperature of the heating resistor depending on the voltage applied to the heating resistor.
7) changes, for example, when using thermal paper of standard sensitivity, the applied voltage is set so as to have a rising curve of the surface temperature of the heating resistor such as 16; in the case of thermal paper of low sensitivity, By lowering the applied voltage, increase the temperature maintenance time near the peak heat generation temperature as shown in 17; conversely, in the case of high-sensitivity thermal paper, increase the applied voltage to instantly increase the peak as shown in 15. If the temperature is set so as to reach the temperature, one thermal head can cope with a difference in recording sensitivity characteristics of thermal paper or the like.

また、感度違いに対応する手段としては、感熱紙やイ
ンクシートの発熱抵抗体寸前での予備加熱も有効な手段
である。例えば低感度感熱紙の場合には、上記予備加熱
温度を高めに設定しておけば、特に発熱抵抗体への印加
電圧を変更しなくとも対応できる。
As a means for coping with the difference in sensitivity, preheating just before the heating resistor of the thermal paper or ink sheet is also an effective means. For example, in the case of low-sensitivity thermal paper, setting the preheating temperature to a higher value can cope with the above without particularly changing the voltage applied to the heating resistor.

上述のサイリスタを用いた発熱駆動方法においては、
数マイクロ秒程度のゲート信号を入力すれば、駆動制御
回路は発熱動作から一切開放される。従って、記録画像
データのバッファ回路は、次のラインの記録画像データ
に書換える作業を前記発熱抵抗体の発熱動作と並列処理
ができ、記録の高速化が容易である。
In the above-described heating driving method using a thyristor,
When a gate signal of about several microseconds is input, the drive control circuit is completely released from the heat generation operation. Accordingly, the buffer circuit of the recording image data can perform the operation of rewriting the recording image data of the next line in parallel with the heating operation of the heating resistor, and the recording can be easily speeded up.

第9図に、発熱駆動制御回路の一実施例、第10図にこ
の駆動制御回路を用いたサーマルヘッドの駆動タイミン
グチャートを示す。第9図において、35は31にシリアル
入力端子、32にシフトクロック端子をもつシリアルイン
パラレルアウトのシフトレジスタ、36は上記シフトレジ
スタのパラレル出力と発熱タイミング信号入力端子33か
らの信号を入力とし、出力端子を34にもつアンドゲート
である。このアンドゲートの出力端子34は、発熱抵抗体
に接続されたサイリスタ10のゲート11に接続され、サイ
リスタを選択ターンオンさせることができる。第10図に
おいて、41は記録の1ライン分の画像データ、42はシフ
トクロックであり、上記シフトレジスタ35に上記画像デ
ータが整列すると、発熱タイミング信号43が数マイクロ
秒のパルスで入力され、前記画像データの内容によって
前記サイリスタのゲート11の入力信号44が前記出力端子
34から数マイクロ秒のパルスで出力される。このサイリ
スタゲート入力信号44が出力されると、第9図の駆動制
御回路37は、発熱動作から開放され次のラインのため
の、上述の一連の準備動作に移ることができる。
FIG. 9 shows an embodiment of the heat generation drive control circuit, and FIG. 10 shows a drive timing chart of a thermal head using this drive control circuit. In FIG. 9, 35 is a serial-in / parallel-out shift register having a serial input terminal at 31 and a shift clock terminal at 32, and 36 is a parallel output of the shift register and a signal from the heat generation timing signal input terminal 33 as inputs. An AND gate having an output terminal at 34. The output terminal 34 of the AND gate is connected to the gate 11 of the thyristor 10 connected to the heating resistor, so that the thyristor can be selectively turned on. In FIG. 10, 41 is image data for one line of recording, 42 is a shift clock, and when the image data is aligned in the shift register 35, a heat generation timing signal 43 is input with a pulse of several microseconds. The input signal 44 of the gate 11 of the thyristor is changed to the output terminal according to the content of the image data.
It is output with a pulse of several microseconds from 34. When the thyristor gate input signal 44 is output, the drive control circuit 37 in FIG. 9 is released from the heat generation operation and can proceed to the above-described series of preparation operations for the next line.

従来のサーマルヘッドの一般的な駆動制御回路には、
発熱抵抗体の発熱動作と並列に記録画像データが書き込
められるように、ラッチ回路をもって高速処理を可能に
していたが、金属非金属転移をする発熱抵抗体とサイリ
スタとの組合わせによって、上記ラッチ回路なしで高速
並列処理が可能となる。従って、駆動制御回路の小型
化、低価格化とともに駆動制御回路を搭載した構造のサ
ーマルヘッドの小型化をも実現できる。
General drive control circuits for conventional thermal heads include:
The latch circuit enables high-speed processing so that recorded image data can be written in parallel with the heating operation of the heating resistor. High-speed parallel processing can be performed without the need. Therefore, the size of the drive control circuit can be reduced, the price can be reduced, and the size of the thermal head having the drive control circuit can be reduced.

上述の全ての実施例において、発熱抵抗体の発熱ピー
ク温度は、たとえ発熱抵抗体上に吸熱源である感熱紙等
の記録媒体が接触していても、あるいは接触していなく
とも変化はない。従って、従来のサーマルヘッドにおけ
る発熱抵抗体の無給紙状態での発熱ピーク温度の異常上
昇による発熱抵抗体の劣化、破壊が、本発明のサーマル
ヘッドでは起こらない。またノイズ等による駆動制御回
路やCPUの誤動作、暴走などの事態に対しても高い信頼
性を発揮する。
In all of the above-described embodiments, the heat generation peak temperature of the heating resistor does not change even if a recording medium such as a thermal paper as a heat absorbing source is in contact with the heating resistor or not. Therefore, the thermal head according to the present invention does not cause deterioration or destruction of the heat generating resistor due to an abnormal rise in the heat generating peak temperature in the conventional thermal head when the heat generating resistor is not fed. It also demonstrates high reliability against malfunctions and runaway of the drive control circuit and CPU due to noise and the like.

第11図は、金属非金属転移をする材料による発熱シミ
ュレータ23を、第4図等と同様の発熱抵抗体7から離れ
た箇所に、個別電極2に直列に配置したサーマルヘッド
の要部平面図である。上記発熱シミュレータ23は、上記
発熱抵抗体7より小さく上記個別電極2より大きな線抵
抗を持たせている。前記発熱抵抗体7を発熱させるため
に通電を行うと、前記発熱シミュレータ23も緩やかな発
熱を開始する。例えば前記発熱シミュレータの金属非金
属転移の温度を120℃程度とすると、発熱シミュレータ2
3は、前記発熱抵抗体7の昇温と同時に、自己のジュー
ル熱で120℃程度まで昇温し、非金属相に転移する。そ
の結果、発熱シミュレータ23と直列接続された個別電極
2,発熱抵抗体8に流れていた電流は遮断され、前述の各
実施例と同様に発熱抵抗体7における発熱制御が実現で
きる。前記発熱シミュレータの昇温、冷却の様子は、前
記発熱抵抗体における昇温、冷却の様子とほぼ相似であ
って、ピーク温度が大きく異なる。前記発熱シミュレー
タは、前記発熱抵抗体から離れて位置しているため、発
熱抵抗体のパルス印加による温度変化の影響を直接には
受けない。前記発熱シミュレータは、自己の発熱による
発熱シミュレータ周辺部での蓄熱や、環境温度や前記発
熱抵抗体の発熱によるサーマルヘッド基板のゆっくりし
た蓄熱昇温によるバックグラウンド温度の影響を最も受
ける。従って、発熱抵抗体よる発熱を完全には制御でき
ないが、例えば環境温度、記録機器内温度変動に伴う感
熱紙自身の温度変動による見掛けの発色感度の変動に対
して敏感な反応を示すことになる。また、前記発熱シミ
ュレータは、あまり高温にならず、熱衝撃も小さいた
め、金属非金属転移をする物質の耐熱信頼性上は有利で
ある。前記発熱シミュレータ上には、発熱抵抗体上の保
護層を同様に設ければ、発熱シミュレータの酸化や熱劣
化、前記相転移に伴う結晶構造変化の衝撃劣化にも信頼
性が向上する。
FIG. 11 is a plan view of a main part of a thermal head in which a heat generation simulator 23 made of a material that undergoes a metal-to-metal transition is arranged in series with an individual electrode 2 at a position away from the heat generation resistor 7 as in FIG. It is. The heating simulator 23 has a line resistance smaller than the heating resistor 7 and larger than the individual electrodes 2. When power is supplied to generate heat from the heating resistor 7, the heating simulator 23 also starts gently generating heat. For example, if the temperature of the metal-metal transition of the heat generation simulator is about 120 ° C., the heat generation simulator 2
No. 3 simultaneously raises the temperature of the heating resistor 7 to about 120 ° C. by its own Joule heat, and changes to a non-metallic phase. As a result, individual electrodes connected in series with the heat generation simulator 23
2. The current flowing through the heating resistor 8 is cut off, and the heat generation in the heating resistor 7 can be controlled in the same manner as in the above-described embodiments. The manner of heating and cooling of the heating simulator is substantially similar to the manner of heating and cooling of the heating resistor, and the peak temperature is greatly different. Since the heating simulator is located away from the heating resistor, it is not directly affected by a temperature change due to pulse application of the heating resistor. The heat generation simulator is most affected by the heat storage in the peripheral portion of the heat generation simulator due to its own heat generation, and the background temperature due to the environmental temperature and the slow heat storage of the thermal head substrate caused by the heat generation of the heat generation resistor. Therefore, the heat generated by the heating resistor cannot be completely controlled. However, it is sensitive to a change in apparent color sensitivity due to a change in temperature of the thermal paper itself due to a change in environmental temperature or temperature in a recording apparatus. . Further, since the heat generation simulator does not become very high in temperature and has a small thermal shock, it is advantageous in terms of the heat resistance of a substance which undergoes a metal-to-metal transition. If a protective layer on the heat generating resistor is similarly provided on the heat generating simulator, the reliability of the heat generating simulator is improved with respect to oxidation, thermal deterioration, and shock deterioration due to the crystal structure change accompanying the phase transition.

なお、上述の全ての実施例において、発熱抵抗体、配
線、発熱シミュレータに用いた材料の特性は、特に特定
温度において不連続に電気伝導度が変化することが必要
なわけではなく、特定の幅を持った温度領域で連続的に
温度変化する物質であっても構わない。本発明の効果を
確実に発揮するためには、上記電気伝導度の変化は少な
くとも1桁以上であり、望ましくは2桁以上である。
In all of the above-described embodiments, the characteristics of the heating resistor, the wiring, and the material used for the heating simulator do not necessarily require that the electrical conductivity change discontinuously at a specific temperature, but a specific width. May be a substance that continuously changes temperature in a temperature range having In order to ensure the effect of the present invention, the change in the electrical conductivity is at least one digit or more, preferably two digits or more.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べてきたように、本発明によれば、 発熱抵抗体の発熱ピーク温度を、この発熱抵抗体がお
かれているあらゆる温度環境に対しても均一に制御する
ことが可能、 サーマルヘッドのグレーズ層等の熱特性バラツキに対
しても、記録特性のバラツキを抑えることが可能、 発熱抵抗体抵抗値のバラツキに対しても、記録特性の
バラツキを抑えることが可能 高精度の濃度階調制御が容易、 発熱駆動制御回路を単純な構成で済ませられ、回路、
サーマルヘッド基板の小型化が可能、 記録の高速化が容易、 記録機器における温度検出等の温度情報収集回路や記
録濃度補正回路が不要で、機器を小型、安価に提供する
ことが可能、 発熱抵抗体の耐暴走等に関して高信頼性、 等の優れた効果を発揮するサーマルヘッドを安価に提供
できるものである。
As described above, according to the present invention, it is possible to uniformly control the heat generation peak temperature of the heating resistor even in any temperature environment where the heating resistor is placed. Variations in recording characteristics can be suppressed even for variations in thermal characteristics of layers, etc. Variations in recording characteristics can be suppressed even for variations in resistance values of heating resistors. High-precision density gradation control Easy, the heat generation drive control circuit can be completed with a simple configuration.
Thermal head substrate can be miniaturized, recording can be speeded up easily, temperature information collection circuit such as temperature detection in recording equipment and recording density correction circuit are not required, equipment can be provided small and inexpensive, heat generation resistance It is possible to provide an inexpensive thermal head that exhibits excellent effects such as high reliability and anti-runaway of the body.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明によるサーマルヘッドの一実施例を示す
平面図、第2図、第3図はそれぞれ本発明によるサーマ
ルヘッドの発熱温度特性を表す図、第4図、第5図、第
6図はそれぞれ本発明によるサーマルヘッドの要部平面
図、第7図は本発明によるサーマルヘッドの他の実施例
を示す平面図、第8図は本発明によるサーマルヘッドの
発熱温度特性を表す図、第9図は本発明のサーマルヘッ
ドの駆動制御回路図、第10図は本発明の駆動制御タイミ
ング図、第11図は本発明によるサーマルヘッドの要部平
面図、第12図、第13図は本発明によるサーマルヘッドの
要部断面図、第14図は本発明によるサーマルヘッドの発
熱温度特性を表す図、第15図は本発明のサーマルヘッド
の階調発熱温度特性を表す図、第16図は本発明のサーマ
ルヘッドの配線部材抵抗特性を表す図である。 1,7……発熱抵抗体 2,22……個別電極 3,5……共通電極 4……スイッチング素子 8……配線 23……発熱シミュレータ 10……サイリスタ 11……ゲート 33……発熱タイミング信号入力端子 35……シフトレジスタ 43……発熱タイミング信号 14,44……サイリスタゲート入力信号 13,15,16,17……発熱抵抗体表面温度
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a thermal head according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing heat generation temperature characteristics of the thermal head according to the present invention, FIGS. 4, 5, and 6, respectively. FIG. 7 is a plan view of a main part of a thermal head according to the present invention, FIG. 7 is a plan view showing another embodiment of the thermal head according to the present invention, FIG. 9 is a drive control circuit diagram of the thermal head of the present invention, FIG. 10 is a drive control timing diagram of the present invention, FIG. 11 is a plan view of a main part of the thermal head according to the present invention, FIG. 12 and FIG. FIG. 14 is a diagram showing a heat generation temperature characteristic of the thermal head according to the present invention, FIG. 15 is a diagram showing a gradation heat generation temperature characteristic of the thermal head of the present invention, FIG. Is the wiring member resistance of the thermal head of the present invention. Is a diagram representing the characteristic. 1,7 Heat generating resistor 2,22 Individual electrode 3,5 Common electrode 4 Switching element 8 Wiring 23 Heat generating simulator 10 Thyristor 11 Gate 33 Heat generating timing signal Input terminal 35: Shift register 43: Heating timing signal 14, 44: Thyristor gate input signal 13, 15, 16, 17: Heating resistor surface temperature

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−207270(JP,A) 特開 昭60−244563(JP,A) 特開 昭64−27962(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-207270 (JP, A) JP-A-60-244563 (JP, A) JP-A 64-27962 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) B41J 2/335

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】発熱抵抗体から熱的に離れた箇所に、電気
伝導度が、特定温度領域を境に、低温側で導体領域を示
し、高温側で半導体または不導体領域を示す物質からな
る配線部を、前記発熱抵抗体と電気的に直列に配置し、
この配線部の線抵抗が、前記発熱抵抗体より小さく、前
記発熱抵抗体への給電線の線抵抗より大きく、前記発熱
抵抗体への通電によって、前記配線部がジュール発熱を
することを特徴とするサーマルヘッド。
At a location thermally separated from a heating resistor, the electrical conductivity is made of a substance showing a conductor region on a low temperature side and showing a semiconductor or non-conductor region on a high temperature side with respect to a specific temperature region. A wiring portion, electrically arranged in series with the heating resistor,
The wire resistance of the wiring portion is smaller than that of the heating resistor, larger than the wire resistance of a power supply line to the heating resistor, and the energization of the heating resistor causes the wiring portion to generate Joule heat. Thermal head.
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