JP2002211025A - 印刷制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で安定した印刷制御が可能である印刷
制御装置を提供する。 【解決手段】 各々が発熱体と温度検知器を兼ねる微少
な発熱体の集合と、同発熱体に対し、電流駆動する駆動
回路よりなるサーマルヘッドと、その各発熱体に流れる
電流回路について、発熱駆動時と温度検知時に切り替え
る制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記の各発
熱体の温度値を電圧値に変換し検知する回路と、同電圧
をデジタル変換するアナログ／デジタル変換回路と、そ
のデジタル値を加熱開始時から積算する積算器と、同積
算器の積算値とあらかじめ設定された上位装置から送ら
れてきた該当部分の印刷濃度設定値とを大小比較する比
較器と、その比較器で目標の印刷濃度に達したことを検
出したならば、該当発熱体の発熱駆動を停止する回路、
とから構成される印刷制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加熱エネルギの量に
より媒体を階調発色させたり、もしくは介在する熱転写
フイルムを溶融転写したり、あるいは昇華転写させたり
するプリンタ装置の、印加熱エネルギ量を制御するサー
マルヘッド印字制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、感熱記録媒体は一般的に
は熱履歴制御と呼ばれる、サーマルヘッド上の固定抵抗
発熱素子の温度を過去の印刷履歴情報によって推測計算
し、サーマルヘッド上の同固定抵抗素子で発生させる熱
量を制御する方法が一般的であった。

【０００３】この方式は推測により行うので、寒冷地と
熱帯地では、サーマルヘッドで発生する熱の放熱条件が
異なり、かつ、媒体紙面上の温度が異なることもあり、
制御に誤差を生じやすい欠点があった。したがって、推
測計算で制御を行うため、高精度で安定した印刷制御を
行うのは、困難であった。

【０００４】また他の方式として、サーマルヘッドの発
熱素子として、発熱温度によりその抵抗値が変化する材
料であるＣｒ、Aｌ等の合金を用いてサーマルヘッドを
構成し、印刷時その温度を測定することにより、印刷履
歴によらずに印刷制御する方式があるが、この方式も、
発熱体で発生した熱エネルギー値を制御対象とせず、温
度検知データをもって制御するため、感熱記録媒体の発
色濃度を的確に制御できない問題があった。

【０００５】また、感熱媒体の発色特性がいわゆるγ特
性と呼ばれる通り、印加エネルギと発色濃度の関係が一
般的に直線比例関係に無いことに起因する印刷時濃度の
誤差についても対応する必要があった。

【０００６】更に、制御上の信頼度にかかわることとし
て、サーマルヘッドの温度が異常に上昇し、ついには破
損に至る状況になりつつあってもこれを検知できない問
題もあった。たとえば、サーマルヘッドが媒体紙面に接
することなく置かれた状態で、発熱制御された場合に
は、ヘッド発熱体は異常に高温となり、そのため、発熱
体が焼損することがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来装
置が有する諸問題点を解決し、高精度で安定した印刷制
御が可能である印刷制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、各々が発
熱体と温度検知器を兼ねる微少な発熱体の集合と、同発
熱体に対し、電流駆動する駆動回路よりなるサーマルヘ
ッドと、その各発熱体に流れる電流回路について、発熱
駆動時と温度検知時に切り替える制御回路と、温度検知
時に流れる電流から前記の各発熱体の温度値を電圧値に
変換し検知する回路と、同電圧をデジタル変換するアナ
ログ／デジタル変換回路と、そのデジタル値を加熱開始
時から積算する積算器と、同積算器の積算値とあらかじ
め設定された上位装置から送られてきた該当部分の印刷
濃度設定値とを大小比較する比較器と、その比較器で目
標の印刷濃度に達したことを検出したならば、該当発熱
体の発熱駆動を停止する回路、とから構成される印刷制
御装置であり、本発明では、発色媒体を適正に加熱制御
して良好な画質の印刷画像を得るために、加熱サーマル
ヘッドの各発熱素子の発熱温度を測定して発熱エネルギ
を時々刻々算出することにより、発色媒体の各発色点に
ついて目標の濃度発色を行うものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明を実施適用する装置例としては溶融熱転写方式プ
リンタや昇華型熱転写プリンタなどがあるが、この他
に、いわゆる感熱記録媒体を使用するサーマルプリンタ
がある。

【００１０】ここではこの感熱記録媒体を使った感熱プ
リンタについての使用例を述べる。

【００１１】また、サーマルヘッドはたとえば、１イン
チあたり２００ドットとか３００ドットとかの密度で微
小発熱体が一列に並んでいる構造のものを使用する例を
述べる。

【００１２】このヘッドにより印刷時は、媒体上を、ヘ
ッドが２００ドット/インチの密度のものであれば２百
分の１インチのピッチで移動しつつ印字を行う。

【００１３】以下、そのピッチごとに印刷動作を行う際
の、１ピッチ分の印刷における熱制御動作について説明
する。本発明の場合、今、印字する１ピッチ分の印字制
御においては、その印字制御自体はそれ以前に印字が終
わったピッチ分の熱制御について一切考慮する必要がな
く、あくまで、各印刷ピッチの印字する時点における、
サーマルヘッドの測定温度のみを測定しつつ、印刷制御
を行う点が、従来のいわゆる履歴制御方式とよばれる印
刷制御方式と異なる点である。

【００１４】すなわち過去の履歴にかかわらず、常に、
各ピッチごとに独立した制御を行っている点が本発明の
特徴である。

【００１５】実施例の感熱記録媒体としてはいわゆるモ
ノクロ発色感熱紙、２色発色感熱紙さらにはたとえば富
士写真フイルムなどが生産・販売しているサーモ・オー
トクローム紙（一般にTA媒体と呼ばれる）等のカラー発
色媒体等が使用される。

【００１６】これらの感熱媒体の各色の発色特性はいず
れもたとえば、図１に示されるごとく、印刷時の発色濃
度：Ｄは、サーマルヘッド上の発熱素子で印加される発
熱エネルギ：Eによって決定されることを示していて、
このような特性図は用紙ごとに各感熱紙メーカーより公
表されている。

【００１７】なお、ここで留意するべきは、この特性図
の横軸は、サーマルヘッドの発熱エネルギ値、すなわち
媒体に印加されるエネルギ値であって、温度値ではない
ことである。従って、媒体上の、任意の微少発色部分を
例えば、図１において希望する発色濃度：ｄ１とするに
は、対応するサーマルヘッド上の微少発熱素子で生ずる
発生熱エネルギーがe１となるよう制御すればよい。し
かしながら、従来の技術の項で言及した固定抵抗値の発
熱体を使用したヘッドでは、この発生エネルギ量はあく
まで、過去に印字した結果の印刷履歴で、計算により
「推測」するため、例えば、何枚も連続して媒体印字す
る際は、サーマルヘッドが蓄熱し、温度上昇してしまう
ため、印刷枚数の増加とともに、紙面の発色濃度が上昇
してしまうことがあった。これは上記の濃度：ｄ１とな
るための発熱エネルギ量：e1を発生させるためには、現
在ヘッド自体の温度が何度であるかの決定を推測計算で
行うため誤差を生ずることに起因している。すなわち、
この従来方式においては発熱体の加熱前の温度値が不明
であるため推定により、加熱量を決定するために、その
温度推定値が真の値からずれている場合には発色濃度に
誤差を生じてしまうのである。

【００１８】また上記従来の技術の項で言及したよう
に、サーマルヘッドの発熱素子として発熱温度によりそ
の抵抗値が変化する材料を用いたサーマルヘッドを使用
し、印刷時その温度を測定することにより、印刷履歴に
よらずに印刷制御する方式も近年出現している。

【００１９】この温度測定により制御する方式は発熱体
が発熱し、温度上昇した結果、その温度：ｔ１を知るこ
とで、ｔ１が印刷濃度：ｄ１に比例すると見なし、発色
濃度のコントロールが可能とする方式である。しかし、
実際の印字動作時では時々刻々その温度が変化し、かつ
初期値温度の相違していることに起因する、誤差を生ず
る。

【００２０】すなわち、図２において縦軸に温度、横軸
に時間をとり、加熱時のサーマルヘッドの微小発熱体の
温度上昇と時間経過の関係を見ると初期温度：taから加
熱され、制御目標温度:toになり、時刻：Ｔｄで駆動停
止した場合と、温度：ｔｂから加熱され、制御目標温
度:toになり、時刻：Ｔｄで駆動停止した場合とを比較
すると、ハッチングの部分に比例する熱量分だけ、温
度：ｔｂから加熱した場合は、発熱熱量が大きくなって
いることが誤差原因となる。

【００２１】すなわち、各時刻変化Tdに対応する温度変
化（ta−tb）の合計がエネルギ誤差Eとなる。すなわちE
＝KΣ（ta−tb）・Td であらわすエネルギ分だけ誤差
となるのである。ここに、Kは事項に述べる比熱熱容量q
を含む比例定数である。

【００２２】このことは実際の印刷でも確認され、両者
で印刷濃度に差が出ることが確認されている。

【００２３】

【作用】そこで、本発明者は、図３に示すごとく、媒体
上の微少発熱体の発熱開始時以降、時々刻々一定周期
で、発熱素子の温度測定を行い、その値：ｔｘを時々刻
々、積算しつつ、その値が目標設定値：ｓ０になるま
で、加熱していき、積算値がs０になると加熱駆動を停
止させる制御を行ったところ、初期温度にかかわらず、
常に発色濃度は一定となることが確認された。

【００２４】このことは、下記のごとく、温度変化に伴
う総発熱エネルギｓ０が計算できることからも自明のこ
とである。

【００２５】すなわち、今、微少発熱体の比熱熱容量を
ｑとし、任意の時点での温度をｔｘとすると、その時刻
での発生エネルギ：EｘはEｘ＝ｑ×ｔｘである。

【００２６】従って、全発熱量：s０は測定する周期と
しての微小時間をTdとすると全発熱量：s０は全時間の
積算値となり、sO＝ ΣEx・Td＝ｑ×Σｔｘ・Tdとな
る。

【００２７】ここにTdは定数であるから、sO＝ｑ・Td×
Σｔｘとなり、ｑ・Td＝Kとおくと結局、全発熱量：s０
は sO＝K×Σｔｘ となる。

【００２８】この式から媒体に印加された全発熱量sOは
時々刻々の測定温度の積算値に比例することが判明す
る。

【００２９】よって sO=K・Σｔｘ となるまで毎回、
測定した温度測定値を加算していき、加算結果に比例常
数ｋを掛け合わせたものが濃度目標値：ｓ０となるまで
加熱すればよいことを示す。

【００３０】言い換えれば、上記のことは図３において
温度変化曲線の下の面積が印刷濃度に比例することを示
す。

【００３１】ここで、比例定数Kは実用的には後述の印
刷制御回路において、温度測定結果信号の電圧増幅率や
アナログ／デジタル変換器でのレンジにより決まる定数
である。

【００３２】本発明では、発生エネルギを上記方法で算
出し、図１のごとき製紙メーカが発行するエネルギ／発
色濃度の特性曲線に従って、高精度で発色濃度制御を行
うことを可能とする。

【００３３】なお、従来のモノクロ感熱発色においては
図４に示すごとく、たとえば白、黒色印刷の場合、白印
字は無加熱であるのでA点のごとく、全くエネルギを加
えないが、黒色はB点のごとく、最大発色でかつ、飽和
発色濃度域：Sに深く入ったところのエネルギ値e１まで
加熱をしている。これは、制御の誤差で、黒発色に必要
なエネルギが過不足した場合でも飽和発色域を外れない
ように領域：Sの中央付近に設定しているのである。

【００３４】これに比し、本発明による制御では、変動
が少ないので、たとえば飽和発色濃度域：Sの端部のエ
ネルギ値e２で発熱動作を高精度で停止できる。この結
果、エネルギ値の差（e１−e２）がは不要となるので省
エネ効果となり、電池を電源とするプリンタでは電池の
交換周期が延長できる利点があり、かつ印字動作は斜線
の部分の区間分だけ早く印字が終わるので、高速印字が
可能となる。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。図５は本発明の一実施例の構成図である。

【００３６】まず印刷はサーマルヘッド上に一列に並ん
だ抵抗値がその発熱温度により変化する発熱体の発熱に
より、一斉に各々のラインごとに加熱が開始されること
により行われる。サーマルヘッドのドットピッチが例え
ば３００dpiとすれば、副走査すなわち一斉印字のライ
ンピッチもまた３００dpiであるのが通常であり、この
ピッチでヘッドより紙面上への加熱印字が周期的に繰り
返される。

【００３７】図５において、微小発熱体１００は一般に
サーミスタと呼称される、発熱温度で、その抵抗値が変
化する抵抗体が使用される。そのサーミスタの金属組成
は、発熱温度変化分と、抵抗値変化分が極力、直線的に
比例関係にあるものを選択している。一例としてはアル
ミニウム、クロウム、ボロン等で合金としたものが用い
られる。以下に回路動作について説明する。それら微少
発熱体の任意の一素子に対応したデータレジスタ１０１
に上位装置からデータとしてデータ”１”が、入力端子
１０２へ、タイミング信号１０５で、書き込まれ記憶さ
れる。

【００３８】その後、上位装置から入力端子１０８に信
号“０”が入力されると、インバータ１０９により信号
反転し、“１”としてアンドゲート１１０に入力され
る。

【００３９】ゲート１１０のもうひとつの入力端子に
は、前述のデータレジスタ１０１の出力信号１０６が
“１”で入力されているのでゲート１１０の論理積がと
られる結果として駆動トランジスタ１２０が駆動されON
状態となる。なおトランジスタ１２１は、加熱駆動時は
制御信号１０８が“０”であるからOFF状態となってい
る。上記の結果、発熱体１００とトランジスタ１２０に
電流が流れる。前述のごとく、この発熱体１００は電流
が流れると、発熱し、その抵抗値が変化する。この実施
例では温度上昇するとその抵抗値が減少する素子を用い
ている。この結果、温度上昇とともにトランジスタ１２
０を流れる電流値は増加していく。

【００４０】この発熱素子１００の温度上昇の状況を検
知する手段につき、以下に記す。温度上昇中はトランジ
スタ１２０がONとすることにより、電流が流れるが温度
検知のタイミングでは同トランジスタ１２０を制御信号
１０８が“１”となることでOFF状態にし、もうひとつ
のトランジスタ１２１をOFFからONへ変化させる。この
結果、電流検出抵抗としてもうけられた、例えば実施例
では７０オーム程度の固定抵抗１２２に電流が流れる。

【００４１】発熱素子１００が発熱し温度上昇するにつ
れその抵抗値が減少し、電流値が増加する結果、固定抵
抗１２２に流れる電流は増加し、抵抗１２２の端子間電
圧は上昇する。同抵抗１２２の出力電圧をリニアアンプ
回路１１１にて増幅し、さらに増幅された信号を次段の
アナログ／デジタル変換器１１２へ入力する。この結
果、同変換器１１２の出力値は、ヘッドの発熱体１０８
の温度値として８ビット程度のビット数で表現されたデ
ジタル値に変換されて検知される。

【００４２】この検知したデータを加熱開始から連続的
に実施例では２０μ秒程度の周期で、測定の都度、積算
器１１３へ加算入力して、積算する。この結果、積算器
１１３のデジタル出力により加熱開始時以降の発生エネ
ルギ値が検知できる。以後、この発生エネルギ値を検出
エネルギ値“Ａ”と略記する。この“Ａ”は上記作用の
項で説明したsO=K・Σｔｘに比例するものである。この
検出値“Ａ”は大小比較回路１１７へ比較のため入力さ
れる。なお、積算器１１３は各ラインの印字制御開始前
にセット信号１０３でゼロクリアされ、各ラインの印字
制御中は信号1０８が“０”より“１”となる都度、遅
延回路１２７で若干遅延させた信号１２８でアナログ／
デジタル変換器１１２のデジタル出力を積算器１１３に
加算させる。

【００４３】一方、上位装置から今、制御している該微
小発熱体について印刷濃度の指定値データが入力端子１
１６へ、例えば２５６階調表現のために８ビットデータ
で送られてくる。このデータは、図１の濃度とエネルギ
の関係からあらかじめ計算し、生成されるデータ変換テ
ーブル１１４により、濃度データ値がエネルギ値に変換
される。

【００４４】このための変換テーブルは濃度データ値と
エネルギ値の対応表で構成される。例えば、上位装置か
ら階調指定として、信号ライン１１６へ数値１２８が来
たとすると、この数値は、エネルギ値として２．５６に
変換される。

【００４５】すなわち例えば図１のごとく用紙の発色特
性を勘案して、作成される、印刷濃度を入力データと
し、検知エネルギの目標値を出力データとするデータ変
換テーブルである。

【００４６】このデータ変換テーブル１１４での、変換
値２．５６はレジスタ１１５に印刷中の微小発色部分の
印刷制御の間、格納され、目標エネルギー制御値“Ｂ”
として前述の大小比較回路１１７へ入力され、前述の検
出値“Ａ”と比較される。

【００４７】検出値“Ａ”が目標値“Ｂ”よりも小さい
うちは制御ライン１１８が“０”であることにより、加
熱が続行されるが、徐々に、積算エネルギ値が増加し、
検出値“Ａ”が目標値“Ｂ”よりも大となると、比較回
路１１７の出力の制御ライン１１８が“０”から“１”
へ変化し、結果、論理和ゲート１２５および１２６の出
力が“１”となるため、レジスタ１０１がリセットさ
れ、論理積１１０の出力が“０”となり、従って、駆動
トランジスタ１２０がOFFとなり、サーミスタ発熱体１
０９は電流が流れなくなり、発熱は停止する。つまり、
所定の濃度までエネルギが印加されたので、発熱駆動が
停止したのである。このような加熱動作はサーマルヘッ
ド上に１列に並んでいる、全微小発熱体に対し、上述の
制御が独立して同様に行われるが、発色濃度をうすく指
定された発熱体は目標値“Ｂ”として小さい値がセット
されるので、濃く指定された発熱体よりも当然、早く、
加熱動作が終了する。

【００４８】なお、上位装置から以降、温度検出信号１
０８が入力されてもレジスタ１０１がリセットされてい
るため、信号１０６が“０”となるため、論理積ゲート
１２９が“０”のままとなることにより、トランジスタ
１２１もOFFとなり、サーミスタ１００が駆動され発熱
することはなくなる。

【００４９】なお、印字動作中に動作故障により、サー
マルヘッドが異常高温となり損傷するのを防止するため
の保護手段として、印字開始時に高温度としての限界温
度の値を上位装置から入力端子２００に送り、セットタ
イミング２０１でレジスタ１２３にセットしておき、ア
ナログ／デジタル変換器１１２の出力と比較器１２４で
大小比較し、もしもレジスタ１２３にセットした値より
もアナログ／デジタル変換器１１２の出力値の方が大き
くなった場合には、その出力は“０”から“１”へ変化
して論理和ゲート１２５、１２６を経由してレジスタ１
０１のリセット信号として入力され、上記と同様に印字
動作は停止することにより、異常過熱を防止し、装置信
頼度を向上させている。

【００５０】全発熱体の発熱が完了し、１ピッチ分、ヘ
ッド位置が紙面上を移動したならば次の発色動作が再
び、一斉に開始され、以下、上述の動作が媒体上で繰り
返し行われる。これらの説明に基づくタイミングチャー
トを図６に記載する。

【００５１】以上述べた、動作は例えば、モノクロの感
熱紙の場合は媒体１枚あたり一色分の印刷でよいが３色
カラー感熱紙の場合は異なるエネルギ帯域に対する３種
類の発色特性に併せた発熱制御を各々計３回繰り返すこ
とになる。

【００５２】いずれの場合も、媒体表面の各々のライン
毎に与える熱エネルギー積算値を、逐次、その表面温度
を検知しつつ行うので、感熱媒体に対してはきわめて高
精度の発色濃度管理が可能となる。

【００５３】例えば従来は非常に制御が困難であった、
モノクロ感熱紙に対する２５６階調の多段階濃度印刷も
可能となり、写真画質と変わらない印刷が高速で印刷可
能となったほか、従来、ホットスタンプと呼ばれる金型
を使った印刷でしか不可能であったごとき、きわめて小
さい温度範囲でかつ、高温域の加熱が必要なホログラム
フイルム印刷も可能となり、定型金型を使わない自由に
印刷パタンを変えられる印刷手法も可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一般的な感熱紙へ印加する熱エネルギーと発
色濃度の関係を示す特性図である。

【図２】 異なる初期温度から、加熱発色させたとき、
同一時間の加熱動作制御であれば、印加エネルギに差が
出ることを示す図である。

【図３】 繰り返し、発熱体の温度を測定し、積算する
ことにより加熱エネルギの大きさを検知する方式を説明
する図である。

【図４】 本発明による省エネ化、高速化を説明する図
である。

【図５】 本発明の一実施例を示す構成回路図である。

【図６】 実施例でのタイミングチャート図である。

【符号の説明】

１００……微小発熱体 １０１……データレジスタ １０２……入力端子 １０９……インバータ １１１……リニアアンプ回路 １１２……アナログ／デジタル変換器 １１３……積算器 １１７……大小比較回路 １２０……駆動トランジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各々が発熱体と温度検知器を兼ねる微少
   な発熱体の集合と、同発熱体に対し、電流駆動する駆動
   回路よりなるサーマルヘッドと、その各発熱体に流れる
   電流回路について、発熱駆動時と温度検知時に切り替え
   る制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記の各発
   熱体の温度値を電圧値に変換し検知する回路と、同電圧
   をデジタル変換するアナログ／デジタル変換回路と、そ
   のデジタル値を加熱開始時から積算する積算器と、同積
   算器の積算値とあらかじめ設定された上位装置から送ら
   れてきた該当部分の印刷濃度設定値とを大小比較する比
   較器と、その比較器で目標の印刷濃度に達したことを検
   出したならば、該当発熱体の発熱駆動を停止する回路、
   とから構成される印刷制御装置。
2. 【請求項２】 目標の積算値に達する前に、検知温度が
   あらかじめ設定した値を越えたことが検知された場合、
   加熱駆動を一時停止する回路を追加した請求項１記載の
   印刷制御装置。
3. 【請求項３】 目標の積算値を、使用媒体の発色特性に
   応じて補正する手段を追加した請求項１又は２記載の印
   刷制御装置。