JP2005145008A - サーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 プラテンローラの周面温度を高精度且つ低コストに測定する。
【解決手段】 カラー感熱プリンタのプラテンローラ１９を、プラテン軸３５と導電性のプラテンゴム３６とから構成する。プラテン軸３５を絶縁性のジョイント３８と、このジョイント３８の両端に取り付けられた金属軸３９ａ，３９ｂとから構成する。プラテン軸３５の両端間に定電流を印加する定流電源４１と、両端間の電圧を測定する電圧計４２とを設ける。ローラ温度算出部４６において、測定電圧値からプラテン軸３５の両端間の電気抵抗値を求めるとともに、この電気抵抗値からプラテンローラの周面温度を算出するようにしたので、プラテンローラの周面温度を高精度且つ低コストに測定することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、サーマルヘッドとプラテンローラとの間で記録紙を挟みこみ、サーマルヘッドの発熱素子を加熱させて熱記録を行うサーマルプリンタに関するものである。

サーマルヘッドを用いて記録紙に熱記録（印画）を行うサーマルプリンタとして、昇華型、熱溶融型など熱転写プリンタや、感熱プリンタなどが知られている。例えば、カラー感熱プリンタは、サーマルヘッドとプラテンローラとの間に感熱記録紙を挟み込むとともに、サーマルヘッドを加熱して感熱記録紙に層設された各感熱発色層を発色させることで印画を行っている。このサーマルヘッドとしては、多数の発熱素子をヘッド基板上に主走査方向に沿ってライン状に配列させたものが用いられる。そして、印画時には、発熱素子アレイを感熱記録紙に圧接し、その状態で感熱記録紙を主走査方向と直交する副走査方向に搬送させながら主走査方向のライン画像を１ラインずつ順次印画して１画面分のプリント画像を印画する。

カラー感熱プリンタでは、各感熱発色層を所望の濃度に発色させるために、発熱素子アレイに印加するヘッド印加電圧の大きさを制御するなどしてサーマルヘッドの発熱量を制御しているが、特に何枚も連続して印画を行っているとサーマルヘッドが蓄熱して、プリント画像に濃度むらが発生してしまう。この濃度むらは同一色の色エリアで特に目立ってしまうため、プリント画像の品質を著しく低下させてしまう。従って、例えば特許文献１及び２に記載されているように、サーマルヘッドのヘッド温度やヘッド近傍の環境温度などを測定し、これらの各測定温度に基づき、濃度むらが発生しないようにヘッド印加電圧の大きさを制御することで濃度補正を行っている。

印画時にサーマルヘッドには、感熱記録紙を介してプラテンローラが圧接しているので、連続印画を行うとプラテンローラも蓄熱して、その周面温度が高くなってしまう。その結果、濃度むらを発生させてしまう畏れがある。従って、プラテンローラの周面温度も濃度補正を行うための濃度補正パラメータとして非常に重要である。そのため、濃度むらのない高品質なプリント画像を得るためには、濃度補正パラメータとして、上述のヘッド温度や環境温度以外に、プラテンローラの周面温度を高精度に測定する必要がある。

しかしながら、プラテンローラは、感熱記録紙の搬送に応じて従動回転するため、温度測定用の配線を簡単に取り付けることはできない。つまり、サーミスタや熱電対などの温度センサをプラテンローラ内に埋設し、そこからプリンタの制御部に測定温度信号を送ることが容易にできない。そのため、例えば特許文献３に記載されているように、プラテンローラ内に埋設された温度センサからの測定温度信号をプリンタの制御部に伝送する信号伝送用のロータリージョイントを設けることで、従動回転しているプラテンローラの周面温度を高精度に測定する方法がある。

特開２００１−２４６７７４号公報 特開２００１−２７０１４４号公報 特開平１１−１０２４９４号公報

前記特許文献３に記載されているような温度情報伝送用のロータリージョイントは高価なため、カラー感熱プリンタの製造コストが高くなってしまうという問題がある。このような回転体周面の温度を測定する手段として、例えば、赤外線温度センサなどの非接触型の温度センサを用いる方法もあるが、非接触型の温度センサもロータリージョイントと同様に高価なため、プリンタの製造コストが高くなってしまう。

本発明は上記問題を解決するためのものであり、濃度補正を行うのに用いるプラテンローラの周面温度を高精度且つ低コストに測定できるサーマルプリンタを提供することを目的とする。

本発明は、サーマルヘッドと、このサーマルヘッドと対向する位置に配置され、周面を記録紙に接触させた状態で回転しながら記録紙を支持するプラテンローラと、このプラテンローラの周面温度を測定してサーマルヘッドの濃度補正を行う濃度補正部とを備えたサーマルプリンタにおいて、前記プラテンローラの回転軸の周囲に被覆されるプラテンゴムとして、温度変化により導電率が変化する導電性ゴムを使用するとともに、この導電性ゴムに電流を流して導電性ゴムの抵抗値を調べることによりプラテンローラの周面温度を測定する温度測定手段を設けたことを特徴とする。

また、前記回転軸は、その軸方向の両端面が前記導電性ゴムへ給電するための端子となるように、両端部が導電体で構成されるとともに、前記両端部から前記導電性ゴムへ電流が流れるように、各端部は、前記回転軸の中央部に設けられた結合部材によって絶縁されていることが好ましい。さらに、前記導電性ゴムは、ゴム材料にカーボンブラックを添加したものであることが好ましい。

本発明のサーマルプリンタは、プラテンローラの回転軸の周囲に被覆されるプラテンゴムとして、温度変化により導電率が変化する導電性ゴムを使用するとともに、この導電性ゴムに電流を流して導電性ゴムの抵抗値を調べることによりプラテンローラの周面温度を測定する温度測定手段を設けたので、プラテンローラの周面温度を正確且つ低コストに測定することができる。これにより、プリンタの製造コストを低くすることができる。

図１は本発明を実施したカラー感熱プリンタ（以下、単にプリンタという）１０を示した概略図である。プリンタ１０は、記録媒体として長尺のカラー感熱記録紙（以下、単に記録紙という）１１を用いるカラーサーマルプリンタである。この記録紙１１は、ロール状に巻かれた記録紙ロール１２の形態でプリンタ１０にセットされる。

記録紙ロール１２の外周面には、給紙ローラ１３が当接されている。この給紙ローラ１３は、図示しない搬送モータにより駆動される。給紙ローラ１３が図中時計方向に回転すると、記録紙ロール１２は図中反時計方向に回転され、記録紙１１が記録紙ロール１２から送り出される。逆に、給紙ローラ１３が図中反時計方向に回転されると、記録紙ロール１２は図中時計方向に回転され、記録紙１１は記録紙ロール１２に巻き戻される。

記録紙１１は、周知のように支持体上にシアン感熱発色層、マゼンタ感熱発色層、イエロー感熱発色層が順次層設されている。最上層となるイエロー感熱発色層は熱感度が最も高く、小さな熱エネルギーでイエローに発色する。最下層となるシアン感熱発色層は熱感度が最も低く、大きな熱エネルギーでシアンに発色する。また、第１の感熱発色層であるイエロー感熱発色層は、波長が約４２０ｎｍの青紫色の光であるイエロー定着光が照射されたときに発色能力が消失する。第２の感熱発色層であるマゼンタ感熱発色層は、イエロー感熱発色層とシアン感熱発色層との中間程度の熱エネルギーでマゼンタに発色し、波長が約３６５ｎｍの近紫外線であるマゼンタ定着光が照射されたときに発色能力が消失する。

記録紙ロール１２の近傍には、記録紙１１を挟み込んで搬送する搬送ローラ対１６が配置されている。この搬送ローラ対１６は、図示しない搬送モータにより回転駆動されるキャプスタンローラ１６ａと、このキャプスタンローラ１６ａに圧接するピンチローラ１６ｂとからなり、記録紙１１を図中右方の給紙方向と、図中左方の巻戻し方向とに往復搬送する。

搬送ローラ対１６の給紙方向の下流側には、サーマルヘッド１８とプラテンローラ１９とが記録紙１１の搬送経路を挟み込むように配置されている。サーマルヘッド１８は、記録紙１１の搬送経路の上方に配置されており、多数の発熱素子を主走査方向に沿ってライン状に配列した発熱素子アレイ（以下、単に発熱素子という）１８ａを有している。また、サーマルヘッド１８は、プラテンローラ１９との間で記録紙１１をニップして、その発熱素子１８ａを記録面に押圧させた印画位置と、記録面から離れさせた退避位置との間で移動自在とされており、この移動はカムやバネ、ソレノイド等からなるシフト機構（図示せず）によって行なわれる。印画時にはサーマルヘッド１８を印画位置に移動させて、プラテンローラ１９との間で記録紙１１をニップさせる。そして、記録紙１１を搬送させながら各発熱素子１８ａを画像データに対応した所定の温度に加熱させることで、記録紙１１の各感熱発色層を発色させて１ラインずつ順次印画を行う。プラテンローラ１９は、記録紙１１の搬送に応じて従動回転する。

サーマルヘッド１８には、前記特許文献１及び２に記載されているように、サーマルヘッド１８のヘッド温度を測定するヘッド温度センサ２１が埋設されている。また、サーマルヘッド１８の近傍には、ヘッド近傍の環境温度を測定する環境温度センサ２２が設けられている。各温度センサ２１，２２としては、例えば、サーミスタや熱電対などの各種温度センサが用いられる。

サーマルヘッド１８の給紙方向の下流側には、記録紙１１の記録面に対面するように、光定着器２５が配置されている。この光定着器２５は、イエロー用定着ランプ２６、マゼンタ用定着ランプ２７、リフレクタ２８等から構成される。イエロー用定着ランプ２６は、発光ピークが４２０ｎｍの青紫色光を放射して、記録紙１１のイエロー感熱発色層を定着させる。マゼンタ用定着ランプ２７は、３６５ｎｍの近紫外線を放射してマゼンタ感熱発色層を定着させる。

光定着器２８の給紙方向の下流側にはカッタ３０と排紙口３１とが順に配置されている。カッタ３０は長尺の記録紙１１を記録エリア毎に切断する。排紙口３１からはカッタ３０によりシート状に切断された記録紙１１が排出される。

本発明では、記録紙１１の搬送に応じて従動回転するプラテンローラ１９を、図２に示すようにプラテン軸３５と、このプラテン軸３５の周囲を覆うように設けられた導電性のプラテンゴム３６とから構成する。プラテン軸３５は、その軸の略中央部がセラミック材料やプラスチック材料などの絶縁性の材料から形成されたジョイント３８になっており、このジョイント３８の図中両端にはそれぞれステンレス製の金属軸３９ａ，３９ｂが取り付けられている。ジョイント３８に金属軸３９ａ，３９ｂを取り付けるために、ジョイント３８の両端には雌ねじが形成され、金属軸３９ａの図中右端部と金属軸３９ｂの図中左端部とには、それぞれ雄ねじが設けられている。そして、各金属軸３９ａ，３９ｂの雄ねじをジョイント３８の雌ねじに螺合させることによって、金属軸３９ａ，３９ｂとジョイント３８とが一体になっている。ジョイント３８が絶縁性材料で形成されているため、当然のことながら、プラテン軸３５単体では、その金属軸３９ａと金属軸３９ｂとは電気的に絶縁している。なお、各ねじを使って金属軸３９ａ，３９ｂをジョイント３８に取り付ける代わりに、例えば接着剤などを用いて取り付けるようにしてもよい。

導電性を有するプラテンゴム３６としては、例えばクロロプレンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴムなどの各種ゴム材料に、カーボンブラックを添加させたものが用いられる。また、その導電率は、ゴム材料に含有させたカーボンブラックの含有量を調整することで、所望の値にすることができる。なお、本発明で用いるプラテンゴムは、これに限定されるものでなく、各種の導電性ゴムを用いることができる。

一般に、導電体の温度が変わればその電気抵抗値もそれに応じて変化することはよく知られている。従って、予めプラテンローラ１９の周面温度、つまり、プラテンゴム３６の周面温度と、その周面温度に対応した電気抵抗値とを関連付けたデータテーブル或いは演算式などを予め作成しておくことによって、プラテンゴム３６の電気抵抗値からプラテンゴム３６の周面温度を容易に算出することができる。

プラテンゴム３６の電気抵抗値は、ジョイント３８が絶縁性材料で形成されているので、プラテン軸３５の両端間の電気抵抗値とほぼ等価である。そのため、プラテン軸３５の両端間の電気抵抗を測定する抵抗測定手段として、プラテン軸３５の両端間に定電流を印加する定流電源４１と、プラテン軸３５の両端間の電圧を測定する電圧計４２と、定電流印加及び電圧測定用の配線４３とから構成されている。

プラテンローラ１９は印画時に従動回転するため、配線４３をプラテン軸３５の両端面にそのまま固定することはできない。そのため、例えば、配線４３の先端に切片４４をそれぞれ取り付ける。そして、各切片４４をプラテン軸３５の両端面にそれぞれ点接触させる。これにより、従動回転するプラテン軸３５の両端間に定電流を印加することが可能になるとともに、その両端間の電圧を測定することが可能になる。なお、使用する切片４４としては、導電性であり、且つプラテン軸３５の両端面に点接触させられるものであれば、任意の材質及び形状のものでよい。

電圧計４２の測定電圧値は、ローラ温度算出部４６に送られる。ローラ温度算出部４６は、定流電源４１により印加されている電流値と、電圧計４２の測定電圧値とからプラテン軸３５の両端間の電気抵抗値を求める。また、図３に示すように、プラテンゴム３６の周面温度を変化させたときのプラテン軸３５の両端間における電気抵抗値を正確に測定しておき、この測定結果からプラテンゴム３６の周面温度と、プラテン軸３５の両端間の電気抵抗値とを関連付けたデータテーブルまたは演算式を記憶した温度算出用ＬＵＴをローラ温度算出部４６に設けておく。これにより、ローラ温度算出部４６は、求められた電気抵抗値と、温度算出用ＬＵＴとに基づいて、プラテンゴム３６の周面温度を高精度に算出することができる。この周面温度の算出結果は、図２に示すように、システムコントローラ４８に送られる。

システムコントローラ４８は、図示は省略するが、ＣＰＵ、メモリなどからなり、プリンタ全体の動作を統括制御する。このシステムコントローラ４８には、画像データに応じて各発熱素子１８ａに印加されるヘッド印加電圧を制御するヘッドドライバ５０やローラ温度算出部４６の他に、図示は省略するが、搬送モータを駆動する搬送モータドライバ、定着ランプ２６，２７を駆動するランプドライバ、操作パネル等が接続されている。そして、システムコントローラ４８は、操作パネルからの入力信号に基づいて、プリンタ１０の各部の動作を制御する。

また、システムコントローラ４８には、上述のヘッド温度センサ２１及び環境温度センサ２２が図示しないＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。従って、システムコントローラ４８は、ヘッド温度センサ２１によって測定されたヘッド温度、環境温度センサ２２によって測定された環境温度、ローラ温度算出部４６によって算出された周面温度を濃度補正パラメータとして、プリント画像に濃度むらが発生しないようにヘッドドライバ５０を制御して濃度補正を行う。そのため、例えばヘッド温度と環境温度及び周面温度と、記録紙１１への記録濃度とを対応させたデータテーブルまたは演算式を記憶した濃度補正用ＬＵＴをシステムコントローラ４８内のメモリに設けておく。システムコントローラ４８は、印画前及び印画時に各算出及び測定温度と、濃度補正用ＬＵＴとから記録紙１１への記録濃度を予測して、発熱素子１８ａに印加するヘッド印加電圧値を変化させているので、記録濃度が所望の濃度よりも濃くならないように濃度補正することができる。その結果、濃度むらの発生を抑えることができる。

次に、本実施形態の作用について、図４に示したフローチャート及び図１、図２を用いて説明する。プリンタ１０がユーザより印刷の指示を取得した場合には、図示しない搬送モータの駆動により給紙ローラ１３が回転を開始する。給紙ローラ１３は、図中時計方向に回転して記録紙ロール１２から記録紙１１を送り出す。

記録紙ロール１２から送り出された記録紙１１が、搬送ローラ対１６にニップされると、搬送ローラ対１６のキャプスタンローラ１６ａは、搬送モータによって給紙方向に回転され、記録紙１１を記録紙ロール１２から引き出して給紙方向に搬送する。記録紙１１の記録エリアの先端がサーマルヘッド１８の発熱素子アレイ１８ａに到達すると、システムコントローラ４８は、サーマルヘッド１８を印画位置に移動させて、プラテンローラ１９との間で記録紙１１をニップさせる。同時に、定流電源４１からプラテン軸３５の両端に定電流を印加させるとともに、電圧計４２を用いてプラテン軸３５の両端間の電圧を測定し、ローラ温度算出部４６においてプラテン軸３５の両端間の電気抵抗値を求める。

ローラ温度算出部４６は、求められた電気抵抗値と、温度算出用ＬＵＴとに基づいて、プラテンゴム３６の周面温度を算出し、この算出結果をシステムコントローラ４８に送る。周面温度をプラテン軸３５の両端間の電気抵抗値から求めているので、前記特許文献３に記載されているようなロータリージョイントや、非接触型の温度センサを用いる必要がなく、プリンタ１０を低コストに製造できる。また、プラテンゴム３６の周面温度を変化させたとき電気抵抗値を正確に測定しておき、この測定結果に基づいてプラテンゴム３６の周面温度を算出しているため、周面温度を高精度に求めることができる。

システムコントローラ４８は、ローラ温度算出部４６から送られた周面温度と、ヘッド温度センサ２１により測定されたヘッド温度と、環境温度センサ２２により測定された環境温度とから、メモリ内に設けられた濃度補正用ＬＵＴを参照して記録紙１１への記録濃度を予測する。そして、システムコントローラ４８は、予測された記録濃度が画像データに記録されている濃度よりも濃くなる場合には、印画するイエロー画像に応じたヘッド印加電圧値を標準値よりも一律に低くした値に設定する。次いで、設定されたヘッド印加電圧を各発熱素子１８ａに印加して、イエロー感熱発色層にイエロー画像を１ライン分印画する。以下、同様にして各算出及び測定温度に基づき、必要に応じて各発熱素子１８ａへ印加するヘッド印加電圧値を変化させながら全ラインの印画を行う。この際に、プラテンローラ１９は、下方から圧接して記録紙１１とサーマルヘッド１８との接触状態を安定化させる。そして、全ラインの印画が完了したらサーマルヘッド１８を退避位置に移動させる。

また、イエロー画像の印画中に光定着器２５のイエロー用定着ランプ２６を点灯させる。そして、印画済みの記録紙１１が搬送ローラ対１６により順次搬送され、記録エリアの後端が光定着器２５を通過した時に搬送が停止される。搬送が停止されたら、同時にイエロー用定着ランプ２６を消灯させる。これにより、イエロー画像が定着される。イエロー画像の定着が完了すると、システムコントローラ４８は、記録紙１１を巻き戻し方向に搬送する。その後、上述したイエロー画像の印画及び定着と同様に、マゼンタ画像の印画及び定着と、シアン画像の印画とが行われる。各算出及び測定温度に基づいて、各発熱素子１８ａへ印加するヘッド印加電圧値を変化させているので、記録紙１１への記録濃度が所望の濃度よりも濃くならないように濃度補正することができる。その結果、濃度むらの発生を抑えることができる。

シアン画像の印画が完了すると、記録紙１１は更に給紙方向に向けて搬送され、カッタ３１によって所定の位置で切り離され、排紙口３０から排出される。その後、システムコントローラ４８は、記録紙１１の先端を搬送ローラ対１６がニップする位置まで搬送して、次の印画処理待機状態になる。そして、一定時間を経過しても次の入力がない場合には、記録紙１１を記録紙ロール１２に巻き戻した後に、電源をオフにする。

なお、本実施形態では、プラテンゴム３６の周面温度と、サーマルヘッド１８のヘッド温度と、サーマルヘッド１８の近傍の環境温度とを濃度補正パラメータとして用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、特にヘッド温度を測定している場合には、プリント画像の品質をどの程度まで上げるかにもよるが、環境温度の測定を行わなくてもよい。

また、本実施形態では、記録濃度を補正する補正方法として、各算出及び測定温度に基づいて、各発熱素子１８ａへ印加するヘッド印加電圧値を変化させているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１では図示は省略しているが、サーマルヘッド１８には、蓄熱したヘッドを冷却するためのヒートシンク及び冷却ファンが取り付けられているのが通常である。従って、各発熱素子１８ａへ印加するヘッド印加電圧値を変化させる代わりに、冷却ファンの送風量を変化させることで、各発熱素子１８ａの発熱量を制御して、記録濃度を補正するようにしてもよい。

また、本実施形態では、１個のサーマルヘッドに対してカラー感熱記録紙を３回往復動させて印画を行う３パス方式のカラー感熱プリンタを例に説明したが、３個のサーマルヘッドに対してカラー感熱記録紙を１回通過させて印画を行う１パス方式のカラー感熱プリンタにも本発明を適用することができる。

なお、本実施形態では、長尺の記録紙を使用し、プリント後に切断してシート状のカラープリントを作成したが、シート状にカットされた記録紙にプリントを行うカラー感熱プリンタにも本発明を適用することができる。また、本実施形態では、カラー感熱プリンタを例に説明したが、モノクロの感熱プリンタや、インクリボンを背後から加熱して溶融または昇華したインクを記録紙に転写して画像を記録する熱溶融型、昇華型の熱転写プリンタなどの各種サーマルプリンタに本発明を適用することができる。

本発明を実施したカラー感熱プリンタの概略図である。 同プリンタのサーマルヘッド及びプラテンローラの断面図である。 同プラテンローラの両端間の電気抵抗値と、このローラの周面温度との関係を示したグラフの一例である。 同プリンタのプリント処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ プリンタ
１１ 記録紙
１８ サーマルヘッド
１８ａ 発熱素子
１９ プラテンローラ
２１ ヘッド温度センサ
２２ 環境温度センサ
３５ プラテン軸
３６ プラテンゴム
３８ ジョイント
４１ 定流電源
４２ 電圧計
４６ ローラ温度算出部
４８ システムコントローラ

Claims (3)

1. サーマルヘッドと、このサーマルヘッドと対向する位置に配置され、周面を記録紙に接触させた状態で回転しながら記録紙を支持するプラテンローラと、このプラテンローラの周面温度を測定してサーマルヘッドの濃度補正を行う濃度補正部とを備えたサーマルプリンタにおいて、
   前記プラテンローラの回転軸の周囲に被覆されるプラテンゴムとして、温度変化により導電率が変化する導電性ゴムを使用するとともに、この導電性ゴムに電流を流して導電性ゴムの抵抗値を調べることによりプラテンローラの周面温度を測定する温度測定手段を設けたことを特徴とするサーマルプリンタ。
2. 前記回転軸は、その軸方向の両端面が前記導電性ゴムへ給電するための端子となるように、両端部が導電体で構成されるとともに、前記両端部から前記導電性ゴムへ電流が流れるように、各端部は、前記回転軸の中央部に設けられた結合部材によって絶縁されていることを特徴とする請求項１記載のサーマルプリンタ。
3. 前記導電性ゴムは、ゴム材料にカーボンブラックを添加したものであることを特徴とする請求項１または２記載のサーマルプリンタ。

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