JP2006150843A - サーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】記録画像のパターンによって生じる、サーマルヘッドへの通電電流の変動や突入電流を抑えて形成画像の品質低下およびノイズの発生を抑えたサーマルプリンタを提供する。
【解決手段】複数の発熱部がライン状に配列されたサーマルヘッドを用い、搬送中の用紙に対して画像記録を行う場合に、サーマルヘッドの各発熱部の通電制御として、１画素形成時間内で発熱部に対する通電区間が異なる通電パターンを複数種備え、複数の発熱部に応じて、用紙の相対移動（時間経過）に伴って、または印加エネルギの段階に応じて、その複数種の通電パターンを切り替えて適用する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロイコ染料と可逆顕色剤を用いた発色型可逆感熱記録材料や、その他の感熱記録材料を使用して、サーマルヘッドにより画像記録を行うことのできるサーマルプリンタに関するものである。

たとえば感熱記録材料に対しサーマルヘッドを接触させて画像記録を行うサーマルプリンタについては多数の提案がなされている。また、ある種のタイプのサーマルプリンタ、たとえば、ロイコ染料と可逆顕色剤を用いた発色型可逆感熱記録材料（たとえば、特許文献１参照）を使用して画像記録を行う、所謂リライタブルのプリンタは、サーマルヘッドにより画像記録を行うとともに、ヒートローラを使用して画像を消去できるようにしている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００４−１０６３０８公報 特開２００２−３３１６９７公報

ところが、このように複数の発熱部がライン状に配列されたサーマルヘッドを用いて、このサーマルヘッドに対して用紙を相対移動させるとともにサーマルヘッドの各発熱部への通電制御を行うことによって用紙に対して画像を記録するようにしたサーマルプリンタにおいては、ライン状に配列された複数の発熱部の数が非常に多く、記録すべき画像のパターンに応じてそれらの発熱部に対する合計通電電流値は非常に大きく変動する。

サーマルヘッドを駆動する駆動回路に電源電圧を供給する電源回路は、最大負荷状態（すべての発熱部を同時に通電する状態）でも必要な電流を通電できるように、その容量が設計されている。しかしながら、形成すべき画像のパターンに応じてサーマルヘッドに対する合計通電電流は大きく変動するので、電源回路からサーマルヘッドまでの電源ラインの降下電圧の変動によって、サーマルヘッドの発熱部に対する印加エネルギが変動してしまい、形成画像の品質（印字濃度のバラツキなどの印字品位）に対して悪影響を与える。

また、たとえば用紙搬送方向に対して直角方向の全幅に広がる水平線状のパターンを形成するような場合、サーマルヘッドの全ての発熱部に同時に電流が流れることになるので大きな突入電流が流れ、その突入電流によって電源ラインなどにノイズが重畳され、それが他の回路に悪影響を与えるおそれもあった。

そこで、この発明の目的は、サーマルヘッドへの通電電流の変動や突入電流を抑えて上述の問題を解消したサーマルプリンタを提供することにある。

（１）この発明のサーマルプリンタは、複数の発熱部がライン状に配列されたサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの各発熱部に対して通電し、各発熱部に対する１画素形成時間当たりの通電時間割合によって、各発熱部への印加エネルギを制御する通電制御手段と、前記サーマルヘッドに対して用紙を相対移動させる用紙搬送手段とを備え、
前記通電制御手段が前記１画素形成時間内での前記発熱部に対する通電区間が異なる通電パターンを複数種備えていて、前記複数の発熱部に応じてまたは前記用紙の相対移動（時間経過）に伴って前記複数種の通電パターンを切り替えて前記発熱部へ通電することを特徴としている。

（２）前記複数種の通電パターンは、たとえば１画素(１ライン)形成時間内で複数回の通電区間が存在するパターンとする。

（３）前記通電制御手段は、たとえば前記１画素形成時間での前記発熱部に対する印加エネルギを複数段階のいずれかに制御するとともに、最大エネルギを印加する段階以外の段階で、前記１画素形成時間内で複数回の通電区間が存在するパターンとしたことを特徴としている。

（４）前記複数種の通電パターンは、たとえば当該通電パターンを平均化した通電パターンが前記１画素形成時間の全体にわたってほぼ均等な通電量となるように定める。

（１）１画素形成時間内での発熱部に対する通電区間が異なる通電パターンが複数種あって、複数の発熱部に応じてまたは用紙の相対移動（時間経過）に伴ってその複数種の通電パターンが切り替わるので、通電電流の合計値が大きくなる区間（時間帯）が分散され、電源回路に必要なピーク負荷電力が低減できる。また、電源回路からサーマルヘッドまでの電源ラインの降下電圧の変動が抑えられ、形成画像の品質を高めることができる。

（２）前記複数種の通電パターンを、１画素形成時間内で複数回の通電区間が存在するパターンとすることにより、全ての発熱部に同時に通電される区間が短くなってサーマルヘッドに対する印加エネルギの時間軸方向への分散が効率的に行える。

（３）たとえばある１つの発熱部についてみて、用紙の搬送に伴って、用紙搬送方向の各画素を形成するために発熱部に通電制御を行う際に、その用紙搬送方向の画像形成パターンに応じて発熱部に蓄熱が生じるので、その蓄熱に応じて発熱部に対する印加エネルギを制御するいわゆる履歴制御を行う必要がある。そのために、発熱部に対する印加エネルギを複数段階のいずれかに制御する際に、最大エネルギを印加する段階以外の段階で、１画素形成時間内で複数回の通電区間が存在するパターンにすることにより、最大エネルギを印加するために要する１画素形成時間を長くすることなく発熱させることができ、画像形成速度が低下することもない。

（４）前記複数種の通電パターンを平均化した際に、１画素形成時間内の全体にわたって略均等な通電量となるようにその通電パターンを定めることによって、多種多様な画像パターンを形成する際に、サーマルヘッドに対する合計通電電流の変動や突入電流を効果的に抑えることができる。

図１は、用紙搬送部を側面から見た時の構成図である。
このサーマルプリンタ１００は、ロイコ染料と可逆顕色剤を用いた発色型可逆加熱記録材料からなる用紙に適応するものであり、サーマルヘッド２７と消去ローラ２３とを備えている。一度印刷した用紙の画像は消去ローラ２３によって消去する。また、サーマルヘッド２７により、その用紙に所定の画像を印刷する。

図１において、サーマルプリンタ１００は、上記用紙をセットする用紙トレイ２と排紙トレイ５を備えている。

用紙トレイ２と排紙トレイ５との間に構成している用紙搬送部には、上流側から下流側にかけて、給紙ローラ２０、用紙搬送路２２、消去処理部２８、冷却ファン２５、記録処理部２９を順に配置している。

消去処理部２８は、内部にヒーターランプを備え、アルミパイプからなる消去ローラ２３と、用紙搬送路２２を挟んで同ローラ２３に対向するプラテンローラ２４を備えている。

また記録処理部２９は、サーマルヘッド２７と、用紙搬送路２２を挟んでこのヘッド２７に対向配置するプラテンローラ２６を備えている。

図２は、制御部のブロック図である。制御回路５０からは、サーマルヘッド２７に対して記録のための印字データ等が出力され、昇降モータ３０、ＬＦモータ３１に対しては、駆動部５１、５２を介して駆動信号が出力される。ＬＦモータ３１に対して駆動信号を出力する駆動部５２に対しては、モータ駆動パルスが出力される。また、消去ローラ２３内に配置されているハロゲンランプからなるヒーターランプ５３に対しては、駆動部５４を介して駆動信号が出力される。
サーマルヘッド２７は、発熱部２７ａ、駆動部２７ｂ、履歴制御部２７ｃを有し、また、発熱部２７ａの温度を検出するための温度センサＳ２が設けられている。この温度センサＳ２の温度検出信号は制御回路５０に入力する。同様に、消去ローラ２３にはその表面温度を検出するための温度センサＳ３を設けていて、このセンサ出力を制御回路５０が読み取る。

また、制御回路５０には、操作部４、各種センサＳおよびホストコンピュータに接続するためのインタフェース５５が接続されている。ホストコンピュータ１０１にはプリンタ装置のドライバがインプリメントされていて、ホストコンピュータ１０１において画像データに対する印刷コマンドが発生すると、その画像データがインタフェース５５を介して制御回路５０に入力される。

次に、制御回路５０の詳細な動作について以降の各図を参照しながら説明する。
図３は、用紙に対する画像記録の処理手順を示すフローチャートである。まずホストコンピュータ１０１から記録すべき画像のデータを受信すると（Ｓ１）、それを画像記録用のイメージデータに展開する（Ｓ２）。その後、用紙が所定位置まで搬送されるのを待って、１ライン分の印字パルスパターンを履歴制御部２７ｃへDＭＡ方式で転送する（Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５）。続いて駆動部２７ｂが発熱部２７ａ駆動（通電）制御する指示を与える（Ｓ６）。続いて用紙を１ステップ分搬送する（Ｓ７）。この処理を全てのラインについて繰り返し行う（Ｓ８→Ｓ９→Ｓ５→・・・・）。

図４は、図２に示した履歴制御部２７ｃの制御を示す図である。履歴制御部２７ｃは、発熱部２７ａの各発熱部に、制御回路５０から与えられる通電パターンの信号のうちどの信号を有効にするかを履歴に応じて切り替える論理回路を備えている。図４は制御回路５０から与えられる３通りの通電パターンを示している。制御回路５０はこの３通りの通電パターンをテーブルデータとして予め記憶していて、サーマルヘッドの駆動時に３通りの通電パターンの信号を履歴制御部２７ｃの３つの入力（入力１，入力２、入力３）に同時に与える。ここで、区間１〜ｎは１画素形成時間内をｎ分割した各タイミングである。

履歴制御部２７ｃがたとえば入力１を選択した時、履歴制御部２７ｃは駆動部２７ｂへ通電パターンとして００００・・・・１のパターンを順次出力する。また入力２を選択した時、履歴制御部２７ｃは駆動部２７ｂへ通電パターンとして１０１０・・・・１を順次出力する。さらに入力３を選択した時、履歴制御部２７ｃは駆動部２７ｂへ通電パターンとして１１０１・・・・１を順次出力する。これらのパターンの「０」が後に示す信号のＬｏ（ローレベル）となって通電区間を構成する。

上記３通りの通電パターンにより発熱部に対する印加エネルギが定まる。入力１が選択されたとき、図２に示した駆動部２７ｂは発熱部２７ａへ１００％のエネルギを印加し、入力２が選択されたとき６６％、入力３が選択されたとき３３％のエネルギをそれぞれ印加するようにこれらの通電パターンは定めている。

履歴制御部２７ｃは、初めて画素（以下「ドット」という。）を形成する場合、または先に２ドット分以上の空白ドット（ドットを形成しない状態）が連続していて、その後にドットを形成する場合、１００％のエネルギが印加されるように入力１を選択し、２ドット連続する場合の２ドット目の形成のために６６％のエネルギが印加されるように入力２を選択し、３ドット以上連続している場合にはその３ドット目の形成のために３３％のエネルギが印加されるように入力３を選択する。

図５は、上記履歴制御を行った場合の通電パターンについて従来技術と対比して示している。図５の上半分は従来技術による例、下半分はこの実施形態に係る例であり、図５の左側に各ラインのドットパターン、右側にそのドットパターンを得るための通電パターンを示している。ここでは１列目は４ドット連続していて、２列目は２ライン目より３ドット連続していて、３列目は３ライン目より２ドット連続している。

まず、従来技術によれば、各ラインの始めに同時に通電を開始し、所定の区間の通電を行う、ここでＬｏ（ローレベル）の状態が通電区間、Ｈｉ（ハイレベル）の状態が非通電区間である。この例では、印加エネルギが１００％のときは１画素形成時間Ｔの全区間にわたって通電し、印加エネルギを６６％のときは、上記１画素形成時間Ｔの先頭から６６％までの区間だけ通電し、印加エネルギが３３％のときは、上記１画素形成時間Ｔの先頭から３３％の区間だけ通電する。

図５中「電流」は、図に表れている３つの発熱部への通電電流の合計を整数値として表している。

このような従来技術によれば、ライン方向にドットを形成する数が増す程、サーマルヘッドに対する電流値が１画素形成時間Ｔの先頭の３３％区間に集中することがわかる。たとえばＡ４横サイズのサーマルプリンタでは、用紙寸法が２１０ｍｍであり、１ラインあたりの総ドット数（発熱部の数）は２５２０ドットにもなるので、サーマルヘッドに対する供給電流の変動および非通電状態から通電状態への突入電流が大きいことがわかる。

これに対して本願の実施形態によれば、印加エネルギが１００％のときは従来と同様とし、印加エネルギが６６％のときは、１画素形成時間Ｔ内に３つの通電区間を設け、その合計通電区間が６６％となるようにしている。同様に印加エネルギが３３％のときは、１画素形成時間Ｔの内にやはり３つの通電区間を設け、その合成時間が３３％となるようにしている。

このような通電パターンは、図４に示した履歴制御部２７ｃが選択した論理レベルの信号パターンにより定まる。すなわち、図５に示す「テーブルデータ列」は履歴制御部２７ｃに入力された３つの信号から選択した信号のパターンである。たとえば、履歴制御部２７ｃが「入力１」を選択すると、印加エネルギ１００％の通電パターンとして、”000000000111”が駆動部２７ｃへ順に与えられることにより、図５に示した通電パターンとなる。また、履歴制御部２７ｃが「入力２」を選択すると、印加エネルギ６６％の通電パターンとして、”001001001111”が駆動部２７ｃへ順に与えられることにより、図５に示した６６％の通電パターンとなる。また、履歴制御部２７ｃが「入力３」を選択すると、印加エネルギ３３％の通電パターンとして、”011011011111”が駆動部２７ｃへ順に与えられることにより、図５に示した３３％の通電パターンとなる。

このような通電パターンとすることによって、発熱部が並ぶ方向（ライン方向）に形成すべきドットが多数存在する場合でも大きな通電電流が流れる区間は短くなり、時間軸でみたときに電源からサーマルヘッドへの印加エネルギが分散されることがわかる。そのため通電電流の合計値が大きくなる区間（時間帯）が分散され、電源回路に必要なピーク負荷電力が低減できる。また、電源回路からサーマルヘッドまでの電源ラインの降下電圧の変動が抑えられ、形成画像の品質を高めることができる。

次に第２の実施形態に係るサーマルプリンタについて図６を参照して説明する。
第１の実施形態では、発熱部に対する印加エネルギが１００％のとき１画素形成時間Ｔの全区間にわたって連続して通電するようにしたが、印加エネルギが１００％のときも複数の区間に分けて通電を行う通電パターンとしてもよい。また第１の実施形態では、全ての印加エネルギについて、１画素形成時間Ｔの先頭から通電を開始するような１種の通電パターンとしたが、同じ印加エネルギを得るための通電パターンを予め複数種備えていて、その複数種の通電パターンを切り替えるようにしてよい。

図６の（ａ）〜（ｄ）は、印加エネルギを１００％とするときの４つの通電パターンの例を示している。ここで（ａ）〜（ｄ）のいずれの通電パターンも１画素形成時間Ｔの３／４をＬｏレベル（通電区間）としていて、それぞれ通電区間の１画素形成時間Ｔ内での時間位置を異ならせている。

また図６の（ｅ）〜（ｈ）は、印加エネルギを６６％とする場合の４つの通電パターンについて示している。この場合、１画素形成時間Ｔあたりの１／２の区間をＬｏレベルすなわち通電区間としている。

印加エネルギを３３％とする場合も同様に１画素形成時間Ｔあたりの通電区間の合計時間を一定値とし、且つ区間が異なったいくつかのパターンを設ければよい。

このようにして、複数種の通電パターンを発熱部に応じてまたは用紙の相対移動（時間経過）に伴って切り替えて適用することによって、サーマルヘッド全体への通電電流の変動および突入電流を低く抑えることができる。この通電パターンの切り替えは、時間的にランダムに行ってもよいし、定まった数（図６に示した例では４つ）の通電パターンを順番に繰り返しに選択するようにしてもよい。さらには発熱部毎に通電パターンを割り当ててもよい。その場合に、発熱部の配列方向（ライン方向に）ランダムに割り当ててもよいし、配列順に定まった数（図６に示した例では４つ）を順番に繰り返し割り当ててもよい。

図６に示したような方法によって通電パターンを定めておけば、これらの通電パターンの平均パターンは１画素形成時間Ｔの全体にわたって略均等な通電量となるので、多種多様な画像パターンを形成する際に、サーマルヘッドに対する合計通電電流の変動や突入電流を効果的に抑えることができる。

なお、これらの複数の通電パターンを予め用意しておき、用紙（メディア）の特性に応じても、その中から適切な通電パターンを選択するようにしてもよい。

実施形態に係るサーマルプリンタの構成を示す図である。 同サーマルプリンタの制御部の構成を示すブロック図である。 サーマルプリンタの制御部の全体の処理手順を示すフローチャートである。 履歴制御部の処理内容を示す図である。 従来技術よる通電パターンと第１の実施形態による通電パターンを示す図である。 第２の実施形態に係るサーマルプリンタに適用する通電パターンの例を示す図である。

符号の説明

２−用紙トレイ
５−排紙トレイ
２３−消去ローラ
２６−プラテンローラ
２７−サーマルヘッド
２８−消去処理部
２９−記録処理部

Claims (4)

1. 複数の発熱部がライン状に配列されたサーマルヘッドと、該サーマルヘッドの各発熱部に対して通電し、各発熱部に対する１画素形成時間当たりの通電時間割合によって、各発熱部への印加エネルギを制御する通電制御手段と、前記サーマルヘッドに対して用紙を相対移動させる用紙搬送手段とを備えたサーマルプリンタにおいて、
   前記通電制御手段は、前記１画素形成時間内での前記発熱部に対する通電区間が異なる通電パターンを複数種備えていて、前記複数の発熱部に応じてまたは前記用紙の相対移動に伴って前記複数種の通電パターンを切り替えて前記発熱部への通電を行うことを特徴とするサーマルプリンタ。
2. 前記複数種の通電パターンは、前記１画素形成時間内で複数回の通電区間が存在するパターンである請求項１に記載のサーマルプリンタ。
3. 前記通電制御手段は、前記１画素形成時間での前記発熱部に対する印加エネルギを複数段階のいずれかに制御するとともに、最大エネルギを印加する段階以外の段階で、前記１画素形成時間内で複数回の通電区間が存在するパターンとした請求項２に記載のサーマルプリンタ。
4. 前記複数種の通電パターンは、当該通電パターンを平均化した通電パターンが前記１画素形成時間の全体にわたってほぼ均等な通電量となるように定めたものである請求項１〜３のいずれかに記載のサーマルプリンタ。

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