JP2017159486A - サーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】入力される直流電源電圧が変動しても印刷品位が安定し、また電源系統部品のコスト増大を抑えることができるサーマルプリンタの提供を目的とする。【解決手段】電源電圧を印加電圧へ変換する電圧変換手段と、整列配置された複数の発熱素子を含むサーマルヘッドと、複数の発熱素子を整列方向に沿って区分けしたブロック単位で各発熱素子に印加電圧を印加し、サーマルヘッドを駆動する駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段と、電源電圧を検出する電圧検出手段とを備え、制御手段は電圧検出手段により検出された電源電圧が予め定められた規定電圧に満たない場合に、駆動手段を介してブロック単位で時分割にサーマルヘッドの駆動を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、直流の電源電圧を入力するライン方式のサーマルプリンタに関するものである。

交流電源をＡＣアダプタ等で変換した直流電源を電源電圧として入力するサーマルプリンタには、様々な電源電圧（直流１２Ｖ〜２４Ｖ等）に対応することが求められる。特許文献１には、変換後の電源電圧の大きさに応じて、サーマルヘッドに印加する印加電圧を、ＡＣアダプタで変換した直流電源から供給するか充電池から供給するかとを使い分け、さらに印字率によってサーマルヘッドへ供給する電流とブロック単位で分割して駆動する分割数とを制御して印刷するプリンタが開示されている。

特開２０１２−１７９８０６号公報

サーマルプリンタの印刷品位は、サーマルヘッドの印加電圧が変動すると悪化する。その印加電圧の変動は、ＡＣアダプタ等で変換された電源電圧の変動や充電池から供給される電源電圧の変動に依存する。

また、その入力する電源電圧が変動して低電圧になった場合、サーマルヘッドに投入する電力を補償するには、外部から供給する電流を増加させる必要がある。そのような外部からの供給電流の増加に対応するためには、サーマルプリンタ内の電源系統の部品には、許容電流量が大きい部品が必要となる。これはサーマルプリンタの製品コストの増大につながっていた。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、入力される直流電源電圧が変動しても印刷品位が安定し、また電源系統部品のコストを低減できるサーマルプリンタの提供を目的とする。

電源電圧を印加電圧へ変換する電圧変換手段と、整列配置された複数の発熱素子を含むサーマルヘッドと、複数の発熱素子を整列方向に沿って区分けしたブロック単位で各発熱素子に印加電圧を印加し、サーマルヘッドを駆動する駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段と、電源電圧を検出する電圧検出手段とを備え、制御手段は電圧検出手段により検出された電源電圧が予め定められた規定電圧に満たない場合に、駆動手段を介してブロック単位で時分割にサーマルヘッドの駆動を制御する。

本発明に係るサーマルプリンタによれば、入力される直流電源電圧が変動しても印刷品位が安定し、また電源系統部品のコストを低減できるサーマルプリンタの提供が可能である。

実施の形態におけるサーマルプリンタの構成を示すブロック図である。 実施の形態における駆動回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態におけるサーマルプリンタの動作を表すフローチャートである。 実施の形態における発熱素子を同時駆動した場合の各信号のタイミング図である。 実施の形態における発熱素子をブロック単位で時分割駆動した場合の各信号のタイミング図である。

本発明に係るサーマルプリンタの実施の形態を、図を用いて説明する。

（サーマルプリンタの構成）
図１は本実施の形態におけるサーマルプリンタ１の構成を示すブロック図である。サーマルプリンタ１は、直流の電源電圧Ｖ_ｉｎを入力し、その電源電圧Ｖ_ｉｎを印加電圧Ｖ_ｏへ変換する電圧変換回路２と、整列配置された複数の発熱素子３を含み印加電圧Ｖ_ｏにより駆動するサーマルヘッド４と、複数の発熱素子３を整列方向に沿って区分けしたブロック５単位で各発熱素子３に印加電圧Ｖ_ｏを印加する駆動回路６と、駆動回路６を制御する制御回路７とを備える。なお各発熱素子３は電圧変換回路２の出力に対し電気的に並列に存在しており、各発熱素子３に等しく印加電圧Ｖ_ｏを印加可能である。また、電源電圧Ｖ_ｉｎは、例えば外部の電源から供給される。

なお、図１に示した本実施の形態のサーマルプリンタ１は、発熱素子３をブロック５ａとブロック５ｂの２つのブロック５に区分けして備える。また、サーマルプリンタ１は、駆動回路６も、ブロック５ａを制御する駆動回路６ａとブロック５ｂを制御する駆動回路６ｂとに分けて備える。

また、サーマルプリンタ１は、電源電圧Ｖ_ｉｎを検出する電圧検出回路８をさらに備える。また、本実施の形態のサーマルプリンタ１は、印刷紙等の記録媒体を搬送するステッピングモータ９と、そのステッピングモータ９の駆動を制御するモータ制御回路１０とをさらに備え、制御回路７がそのモータ制御回路１０を制御する。

図２は駆動回路６の構成の概略を説明するブロック図である。駆動回路６は制御回路７から各種信号を入力する複数の回路を備える。具体的には、駆動回路６ａは、制御回路７からＣＬＫ信号（クロック信号）を入力するシフトレジスタ６１ａと、ＬＡＴＣＨ信号（ラッチ信号）を入力するラッチ回路６２ａと、ＳＴＢ１信号（ストローブ１信号）を入力するストローブ回路６３ａとを備える。駆動回路６ｂも同様に、シフトレジスタ６１ｂと、ラッチ回路６２ｂと、ストローブ回路６３ｂとを備える。

（印刷データ処理動作）
次に、サーマルプリンタ１の印刷データの処理動作について説明する。まず、サーマルプリンタ１の外部から制御回路７に印刷データが入力され、その印刷データに基づいて制御回路７は各種信号を生成する。制御回路７は生成したＤＡＴＡ信号（印刷データ）とＣＬＫ信号（クロック信号）、ＬＡＴＣＨ信号（ラッチ信号）、ＳＴＢ１信号（ストローブ１信号）、ＳＴＢ２信号（ストローブ２信号）とを駆動回路６へ出力する。

駆動回路６ａのシフトレジスタ６１ａは、制御回路７から入力されたＤＡＴＡ信号をＣＬＫ信号によりシリアル−パラレル変換して出力する。ラッチ回路６２ａはＬＡＴＣＨ信号により、そのパラレル変換されたＤＡＴＡ信号を確定し出力する。ストローブ回路６３ａはＳＴＢ１信号により、そのＤＡＴＡ信号を有効化する。つまり、ブロック５ａに含まれる各発熱素子３に対し、ＤＡＴＡ信号（印刷データ）に基づく印加電圧Ｖ_ｏのＯＮ／ＯＦＦ制御がＳＴＢ１信号によって有効化される。これにより、各発熱素子３が発熱し記録媒体に印刷が行われる。駆動回路６ｂによって制御されるブロック５ｂに含まれる各発熱素子３については、ＳＴＢ１信号がＳＴＢ２信号に代わることを除いて、同様の動作を行う。

制御回路７はモータ制御回路１０を制御し、モータ制御回路１０はステッピングモータ９を駆動して、所定の搬送量だけ記録媒体を搬送し印刷が行われる。

（電圧検出結果に基づく印刷動作）
次に、サーマルプリンタ１の電圧検出結果に基づく印刷動作を説明する。本発明に係るサーマルプリンタ１の制御回路７は、電圧検出回路８により検出された電源電圧Ｖ_ｉｎが予め定められた規定電圧に満たない場合に、駆動回路６を介してブロック５単位で時分割にサーマルヘッド４の駆動を制御する。図３は、その制御動作を表すフローチャートである。

まず、サーマルプリンタ１に直流の電源電圧Ｖ_ｉｎが供給される（ステップＳ１００１）。電源電圧Ｖ_ｉｎは電圧変換回路２に入力され、所定の印加電圧Ｖ_ｏに変換される。本実施の形態において、電圧変換回路２は直流の電源電圧Ｖ_ｉｎを入力して所定の一定電圧の印加電圧Ｖ_ｏを出力する定電圧回路である。電源電圧Ｖ_ｉｎの変動に関わらず安定して一定の印加電圧Ｖ_ｏを出力する。すなわち、電源電圧Ｖ_ｉｎが所定の一定電圧よりも低い場合、電圧変換回路２は電源電圧Ｖ_ｉｎを印加電圧Ｖ_ｏへ昇圧し、電源電圧Ｖ_ｉｎが所定の一定電圧よりも高い場合、電圧変換回路２は電源電圧Ｖ_ｉｎを印加電圧Ｖ_ｏへ降圧する。サーマルヘッド４は、電圧変換回路２の出力である印加電圧Ｖ_ｏにより各発熱素子３が発熱することで動作する。

電源電圧Ｖ_ｉｎは、その電圧変換回路２とは別に電圧検出回路８にも並列して入力される。電圧検出回路８はその電源電圧Ｖ_ｉｎを検出する（ステップＳ１００２）。

電圧検出回路８は、電源電圧Ｖ_ｉｎを所定の規定電圧と比較し、電源電圧Ｖ_ｉｎの方が高い場合はＨｉｇｈレベルの信号を、電源電圧Ｖ_ｉｎの方が低い場合はＬｏｗレベルの信号を制御回路７に出力する（ステップＳ１００３）。なお、この電源電圧Ｖ_ｉｎと規定電圧との比較は、制御回路７で実行しても良い。その場合、電圧検出回路８は検出した電源電圧Ｖ_ｉｎの値をそのまま制御回路７へ出力する。

以下、本実施の形態では、一例として、外部から入力される直流の電源電圧Ｖ_ｉｎが２４Ｖである場合と１２Ｖである場合との２通りについて説明する。また、電圧変換回路２によって出力される印加電圧Ｖ_ｏは２４Ｖであり、電圧検出回路８が有する規定電圧は１８Ｖである。

（電源電圧が２４Ｖのとき）
電圧変換回路２は、入力された電源電圧Ｖ_ｉｎ＝２４Ｖを、そのまま印加電圧Ｖ_ｏ＝２４Ｖとしてサーマルヘッド４へ出力する。

電圧検出回路８は、電源電圧Ｖ_ｉｎ＝２４Ｖが規定電圧以上であると判断して、Ｈｉｇｈレベルの信号を制御回路７へ出力する（ステップＳ１００３でＹＥＳ）。

制御回路７は、サーマルヘッド４に含まれるすべての発熱素子３に対し、一括して駆動を制御することを選択する。すなわち、図１に示した駆動回路６ａと駆動回路６ｂとを同時に駆動することを選択する（ステップＳ１００４）。

図４は同時駆動の場合の駆動回路６のタイミング制御を表すタイミングチャートであり、横軸が時間軸である。駆動回路６ａに与えられるＳＴＢ１信号と、駆動回路６ｂに与えられるＳＴＢ２信号とは同じタイミングＴ１で動作する。すなわち、ブロック５ａとブロック５ｂとに含まれる発熱素子３は、同じタイミングＴ１の中で印加電圧Ｖ_ｏのＯＮ／ＯＦＦが制御される。以上の動作により、記録媒体へ１ライン目の印刷データが印刷される（ステップＳ１００５）。

制御回路７は、記録媒体を通常速度で搬送することを選択する。すなわち、モータ制御回路１０によるステッピングモータ９の駆動タイミングを、ＳＴＢ１信号とＳＴＢ２信号のタイミングに合わせる（ステップＳ１００６）。

続いて、タイミングＴ２にて２ライン目の印刷が１ライン目と同様の制御により行われる。以下同様のステップを繰り返して印刷が行われる（ステップＳ１００７）。

（電源電圧が１２Ｖのとき）
電圧変換回路２は、入力された電源電圧Ｖ_ｉｎ＝１２Ｖを２倍に昇圧して印加電圧Ｖ_ｏ＝２４Ｖを生成しサーマルヘッド４へ出力する。

また、電圧検出回路８は、電源電圧Ｖ_ｉｎ＝１２Ｖが規定電圧よりも低いと判断して、Ｌｏｗレベルの信号を制御回路７へ出力する（ステップＳ１００３でＮＯ）。

制御回路７は、サーマルヘッド４に含まれる発熱素子３を、２つのブロック５ａとブロック５ｂとに区分けし、それぞれを時分割に駆動制御することを選択する（ステップＳ１００８）。

図５は時分割駆動の場合の駆動回路６のタイミング制御を表すタイミングチャートである。駆動回路６ａに与えられるＳＴＢ１信号と、駆動回路６ｂに与えられるＳＴＢ２信号は時分割で交互に有効になるよう制御回路７によって制御される。すなわち、ブロック５ａに含まれる発熱素子３はタイミングＴ１の中で印加電圧Ｖ_ｏのＯＮ／ＯＦＦが制御され、ブロック５ｂに含まれる発熱素子３はタイミングＴ２の中で印加電圧Ｖ_ｏのＯＮ／ＯＦＦが制御される。以上の動作により、記録媒体へ１ライン目が印刷される（ステップＳ１００９）。

制御回路７は、Ｈｉｇｈレベルと判断した場合の搬送速度と比べて、おおよそ半分の搬送速度でステッピングモータ９を駆動することを選択する。これは、１ライン分の印刷が２分割されることにより、２ライン分の時間をかけて行われるためである。このように、制御回路７は、電圧検出回路８により検出された電源電圧Ｖ_ｉｎの大きさに応じて、記録媒体の搬送速度を制御する（ステップＳ１０１０）。

タイミングＴ１とタイミングＴ２による１ライン目の印刷につづいて、２ライン目の印刷が１ライン目と同様の制御により行われる。以下同様のステップを繰り返して印刷が行われる（ステップＳ１０１１）。

（効果）
上述したように、入力される電源電圧Ｖ_ｉｎが１２Ｖのとき、電圧変換回路２はその電源電圧Ｖ_ｉｎを２倍に昇圧して印加電圧Ｖ_ｏ＝２４Ｖを生成し、サーマルヘッド４へ出力する。この場合、電圧変換回路２の変換効率が１００％であったとしても、その電圧変換回路２から出力できる最大電流は入力された電流の１／２となる。よって、従来のサーマルプリンタにおいては、サーマルヘッド４の駆動条件すなわち発熱素子３に与えることができる投入電力を、電源電圧Ｖ_ｉｎが２４Ｖのときと同一にするには、外部からの供給電流を２倍に増加させる必要があった（電圧変換回路２の変換効率が一定とした場合）。つまり、電源電圧Ｖ_ｉｎが下がれば下がるほど、それを補償するための電流を外部から供給する必要があった。また、そのような電流増加に対応するためには、電圧変換回路２の入力側に位置する外部電源入力系統の回路が、高い許容電流スペックを満たす部品で構成する必要があった。

本実施の形態におけるサーマルプリンタ１は、上記のように発熱素子３を２つのブロック５に区分けし、それらを時間的に交互に分割駆動する。各発熱素子３は電圧変換回路２の出力に対し電気的に並列に接続されているため、１つのブロック５に流すことができる最大電流は、２つのブロック５に区分けする前の２倍となる。これは電源電圧Ｖ_ｉｎが２４Ｖのときと同じである。すなわち、電源電圧Ｖ_ｉｎが１２Ｖのときは、サーマルヘッド４を時分割駆動することで外部からの供給電流を２倍に増加させることなく各発熱素子３に投入できる電力（電圧と電力）を電源電圧２４Ｖのときと同等にしている。これにより、外部電源入力の回路に使用される素子の許容電流スペックを抑えることができ、製品コストの増大を抑えることができる。

以上、本発明に係るサーマルプリンタ１は、電源電圧Ｖ_ｉｎを印加電圧Ｖ_ｏへ変換する電圧変換回路２（電圧変換手段）と、整列配置された複数の発熱素子３を含むサーマルヘッド４と、複数の発熱素子３を整列方向に沿って区分けしたブロック５単位で各発熱素子３に印加電圧Ｖ_ｏを印加し、サーマルヘッド４を駆動する駆動回路６（駆動手段）と、各駆動回路６を制御する制御回路７（制御手段）と、電源電圧Ｖ_ｉｎを検出する電圧検出回路８（電圧検出手段）とを備え、制御回路７は、電圧検出回路８により検出された電源電圧Ｖ_ｉｎが予め定められた規定電圧に満たない場合に、駆動回路６を介してブロック５単位で時分割にサーマルヘッド４の駆動を制御する。

このような構成により、サーマルプリンタ１は、入力される電源電圧が変動してもサーマルヘッド４に投入する電力を制御でき、印刷品位を安定させることが可能である。また、電源電圧Ｖ_ｉｎの変動に伴い投入電力を一定に保つための補償として行う供給電流の増加を抑制することができる。よって、許容電流のスペックを抑えた電源系統の部品を使用することができ、製品コストの低減が可能である。

また、本発明に係るサーマルプリンタ１の制御回路７は、電源電圧Ｖ_ｉｎが規定電圧に満たない場合に、各ブロック５に区分けされる発熱素子３の個数を変更し、駆動回路６を介してブロック５単位で時分割にサーマルヘッド４の駆動を制御する。以上のような構成により、サーマルプリンタ１は、入力される電源電圧が様々に変動してもサーマルヘッド４に投入する電力を制御でき、印刷品位を安定させることが可能である。また、電源電圧Ｖ_ｉｎの変動に伴い投入電力を一定に保つための補償として行う供給電流の増加を抑制することができる。よって、許容電流のスペックを抑えた電源系統の部品を使用することができ、製品コストの低減が可能である。

また、本発明に係るサーマルプリンタ１の制御回路７は、電源電圧Ｖ_ｉｎが低い場合に各ブロック５に区分けされる発熱素子３の個数が、電源電圧Ｖ_ｉｎがその低い場合よりも高い場合に各ブロック５に区分けされる発熱素子３の個数よりも少なくなるよう制御することが好ましい。このような構成により、サーマルプリンタ１は、より幅広い電源電圧Ｖ_ｉｎの変動に対し、上述した制御を行うことができる。よって、印刷品位をより安定させることができる。また、許容電流のスペックをさらに抑えた電源系統の部品を使用することができ、製品コストの低減が可能である。

また、本発明に係るサーマルプリンタ１の電圧変換回路２は、電源電圧Ｖ_ｉｎから一定電圧の印加電圧Ｖ_ｏへと変換する定電圧回路であり、その定電圧回路は、電源電圧Ｖ_ｉｎがその一定電圧よりも低い場合に、電源電圧Ｖ_ｉｎを昇圧して印加電圧Ｖ_ｏを出力することが好ましい。このような構成により、サーマルプリンタ１は、外部から供給される電源電圧Ｖ_ｉｎの変動に関わらず、サーマルヘッド４に対して一定の印加電圧Ｖ_ｏを供給することができ、印刷品位を安定させることが可能である。また、昇圧動作によって定電圧回路から出力可能な最大電流量の減少に関しても、上述したサーマルヘッド４の時分割駆動を実行することで、各発熱素子３に流すことができる電流を増加させることができる。その結果、サーマルプリンタ１は、許容電流のスペックを抑えた電源系統の部品を使用することができ、製品コストの低減が可能である。

また、本発明に係るサーマルプリンタ１の制御回路７は、電圧検出回路８により検出された電源電圧Ｖ_ｉｎの大きさに応じて、サーマルヘッド４を時分割駆動する際の記録媒体の搬送速度を制御することが好ましい。このような構成により、電源電圧Ｖ_ｉｎの大きさに応じたブロック５ごとの時分割駆動に対応した記録媒体の搬送が可能となる。

なお、本実施の形態では、サーマルヘッド４に含まれる発熱素子３を２つのブロック５に区分けして、各ブロック５を時分割に交互に駆動する例を示したが、この区分け数は２つに限定されるものではなく、３つ以上の複数のブロック５に区分けして駆動してもよい。例えば、４つのブロック５に区分けして１つずつ各ブロック５を時分割駆動しても良い。電源電圧Ｖ_ｉｎが１／４になった場合にも安定した印刷品位で印刷可能である。この区分け数が大きくなることにより、サーマルプリンタ１の電源電圧変動の許容度は高くなる。すなわち印刷品位を保ちながら外部電源入力回路に使用される部品の許容電流スペックをさらに抑えることが可能であり、その結果、製品コストを低減することができる。

また、複数のブロック５の駆動は、時分割で交互に駆動することに制限されるものではない。予め多数のブロック５に区分けしておき、電源電圧Ｖ_ｉｎと規定電圧の大きさに応じて、複数のブロック５単位で時分割駆動してもよい。例えば、予め６つのブロック５に区分けしておき、１つずつの各ブロック５を６回に分けて１ラインを時分割駆動してもよいし、２つずつの各ブロック５を３回に分けて１ラインを時分割駆動しても良いし、３つずつの各ブロック５を２回に分けて１ラインを時分割駆動しても良いし、６つのブロック５を一括で駆動しても良い。そのようなブロック５の分割数と時分割の時間タイミングを電源電圧Ｖ_ｉｎに応じた固定値ではなく変動値としてもよい。すなわち、規定電圧を印刷中に変化させ、ラインごとに分割数と時分割の時間タイミングを変動させても良い。印刷画像濃度に応じて規定電圧を変動させることにより、回路に使用される部品の許容電流スペックをさらに抑えることが可能であり、その結果、製品コストを低減することができる。

本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ サーマルプリンタ、２ 電圧変換回路、３ 発熱素子、４ サーマルヘッド、５ ブロック、５ａ ブロック、５ｂ ブロック、６ 駆動回路、６ａ 駆動回路、６ｂ 駆動回路、７ 制御回路、８ 電圧検出回路。

Claims (5)

1. 電源電圧を印加電圧へ変換する電圧変換手段と、
   整列配置された複数の発熱素子を含むサーマルヘッドと、
   前記複数の発熱素子を整列方向に沿って区分けしたブロック単位で各前記発熱素子に前記印加電圧を印加し、前記サーマルヘッドを駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、
   前記電源電圧を検出する電圧検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧が予め定められた規定電圧に満たない場合に、前記駆動手段を介して前記ブロック単位で時分割に前記サーマルヘッドの駆動を制御することを特徴とするサーマルプリンタ。
2. 前記制御手段は、前記電源電圧が前記規定電圧に満たない場合に、各前記ブロックに区分けされる前記発熱素子の個数を変更し、前記駆動手段を介して前記ブロック単位で時分割に前記サーマルヘッドの駆動を制御する請求項１に記載のサーマルプリンタ。
3. 前記制御手段は、前記電源電圧が低い場合に各前記ブロックに区分けされる前記発熱素子の個数が、前記電源電圧が前記低い場合よりも高い場合に各前記ブロックに区分けされる前記発熱素子の個数よりも少なくなるよう制御する請求項１もしくは請求項２に記載のサーマルプリンタ。
4. 前記電圧変換手段は、前記電源電圧から一定電圧の前記印加電圧へと変換する定電圧回路であり、
   前記定電圧回路は、前記電源電圧が前記一定電圧よりも低い場合に、前記電源電圧を昇圧して前記印加電圧を出力する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のサーマルプリンタ。
5. 前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出された前記電源電圧の大きさに応じて、前記サーマルヘッドを時分割駆動する際の記録媒体の搬送速度を制御する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のサーマルプリンタ。

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