JP2775435B2 - サーマルヘッドの蓄熱予測装置 - Google Patents

サーマルヘッドの蓄熱予測装置

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JP2775435B2 JP22353188A JP22353188A JP2775435B2 JP 2775435 B2 JP2775435 B2 JP 2775435B2 JP 22353188 A JP22353188 A JP 22353188A JP 22353188 A JP22353188 A JP 22353188A JP 2775435 B2 JP2775435 B2 JP 2775435B2
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
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    • B41J2/32Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads
    • B41J2/35Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of heat to a heat sensitive printing or impression-transfer material using thermal heads providing current or voltage to the thermal head
    • B41J2/355Control circuits for heating-element selection
    • B41J2/36Print density control

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 複数の発熱素子から形成されるサーマルヘッドを駆動
してライン毎に記録を行う加熱記録装置の当該各発熱素
子の蓄熱による温度を予測して各発熱素子の加熱量の制
御を行うサーマルヘッドの蓄熱予測装置に関し、 各発熱素子に対し高精度の蓄熱予測を行うことにより
温度変化の激しい過渡状態においても濃度ずれがないよ
うな高精度の蓄熱の補償が可能なサーマルヘッドの蓄熱
予測装置を提供することを目的とし、 少なくとも各発熱素子の記録直前の予測温度、記録用
データ、加熱量、雰囲気温度及び冷却定数に基づいて予
測温度の演算を行う予測温度演算手段と、記録用データ
の入力に基づいて、予め定められた切換え位置を検出し
て切換え信号を出力する切換え位置検出手段と、冷却定
数を発生するとともに、前記切換え信号があった場合に
は当該冷却定数に換えて他の冷却定数を発生させる冷却
定数発生手段とを有する構成である。
〔産業上の利用分野〕
本発明はサーマルヘッドを用いて加熱記録を行う熱記
録装置のサーマルヘッドの蓄熱予測装置に係り、特に複
数の発熱素子から形成されるサーマルヘッドを駆動して
ライン毎に記録を行う加熱記録装置の当該各発熱素子の
蓄熱による温度を予測して各発熱素子の加熱量の制御を
行うサーマルヘッドの蓄熱予測装置に関する。
〔技術の背景〕
サーマルヘッドを使用して熱記録を行う熱記録装置に
おいて、当該サーマルヘッド内での蓄熱量を検出し、そ
の蓄熱量に応じて制御するため蓄熱予測を行う必要は以
下の理由による。
すなわち、熱記録で問題になるサーマルヘッドの蓄熱
応答現象は、その物理的な構造に対応付けて、主に3つ
のレベルに分類できる。以下に第3図に示した当該サー
マルヘッドを形成する1つの発熱素子の断面図を用いて
説明する。
当該発熱素子は同図に示すように発熱が行われる発熱
抵抗体31と、熱伝導率の比較的低い層であって、加熱記
録に直接寄与しなかった熱エネルギーが外部に直接拡散
することを防ぎ熱記録面の保温を図るグレーズ層32と、
当該グレーズ層を支持する基板33と、当該グレーズ層32
及び基板33で余分になった熱エネルギーを外部に放出さ
せるための放熱板34と、発熱抵抗体31の保護を図る保護
層35と、前記発熱抵抗体31に駆動電力を加えるためのリ
ード線36からなっている。
ところで、このようなサーマルヘッドの蓄熱応答現象
はサーマルヘッドの物理的な構造に対応付けて3つのレ
ベルに分類され、第1のレベルはグレーズ層32に係るも
のであり、高速蓄熱と呼ばれ、第2のレベルはグレーズ
層32および基板層33に係るものであり、中速蓄熱と呼ば
れ、第3のレベルはグレーズ層32と基板層33および放熱
板34に係るものであり、低速蓄熱と呼ばれている。
以上3つのレベルの蓄熱現象の影響を十分把握し、補
償することで良好な印字が可能となる。
これらのうち、1ページ内での画質劣化に最も影響す
るのは第2レベルの中速蓄熱現象であり、本出願に係る
装置は当該グレーズ層32と基板33の蓄熱予測を行うもの
である。
〔従来の技術〕
従来、第7図に示すようなサーマルヘッドの蓄熱予測
装置があった。
従来例に係る装置は記録用階調データに基づいてサー
マルヘッドに加える印加パルス幅を制御することで加熱
により階調記録を加熱記録装置であって、ヘッド内の各
発熱素子内の蓄熱量を予測し、その紙送り方向での印字
品質への影響を補償する装置である。
従来例に係る装置は第7図に示すようにサーマルヘッ
ドを形成する各発熱素子毎に冷却定数を発生する冷却定
数発生回路82と、各発熱素子の記録直前の予測温度、加
熱量(記録用データを含む)、雰囲気温度及び冷却定数
に基づいて予測温度の演算を行う予測温度演算手段81と
を有するものである。前記予測温度演算手段81によりn
番目のラインを記録した直後の予測温度Tnを求めるには
雰囲気温度Ta、n番目のラインの加熱量ΔTn、記録開始
直前の予測温度Tn-1及び冷却定数exp(−t/τ)(tは
記録周期、τは実測値に最も近い値に選んだ熱時定数)
を得た場合には Tn=Ta+ΔTn+(Tn-1−Ta)exp(−t/τ)… から得ることができる。
但し、To=Ta(n=0)… である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、従来例に係る装置にあっては、第4図に示
すように、蓄熱補償による記録温度の変化を示す。
図中、実線が式を用いた予測温度の変化を示し、ま
た一点鎖線はサーマルヘッドの温度変化を実測した実測
値である。
第4図より明らかなように従来の装置では、ある目標
温度TRを得る場合に、式の予測式の冷却定数中の熱時
定数を固定して用いているため、温度が急激に変化する
過渡状態での濃度変動は制御することができず、実測値
との間に誤差(図中の斜線部分)が生じるという問題点
を有していた。
すなわち、ある物体に関する熱時定数の大きさは一般
に温度変化の大きさにも依存するものであり、温度変化
が急激な場合と、温度変化が緩慢な場合とでは熱時定数
も変化すべき筈であるからである。
この予測誤差は過渡状態で濃度変動となって現れ、白
から黒に画像濃度が変化するパターンを印字する場合な
どエッジ部での濃度ずれ(カラープリンタでは色ずれ)
となるおそれがあるという問題点を有していた。
そこで、本発明は以上の問題点を解決することを技術
的課題とするものであり、高精度の蓄熱予測を行うこと
により、温度変化の激しい過渡状態においても、濃度ず
れがないような高精度の蓄熱の補償が可能なサーマルヘ
ッド蓄熱予測装置を提供することを目的としてなされた
ものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は以上の技術的課題を解決するため第1図に示
すように、複数の発熱素子から形成されるサーマルヘッ
ドを駆動してライン毎に記録を行う加熱記録装置の当該
各発熱素子の蓄熱による温度を、冷却定数を用いて予測
して各発熱素子の加熱量の制御を行うサーマルヘッドの
蓄熱予測装置において、少なくとも各発熱素子の記録直
前の予測温度、記録用データ、加熱量、雰囲気温度及び
冷却定数に基づいて予測温度の演算を行う予測温度演算
手段1と、前記記録用データの入力に基づいて、予め定
められた予測温度演算の定数の切換え位置を検出して切
換え信号を出力する切換え位置検出手段3と、冷却定数
を発生するとともに、前記切換え信号があった場合には
当該冷却定数に換えて他の冷却定数を発生させる冷却定
数発生手段2とを有するものである。
〔作用〕
本発明に係るサーマルヘッドの蓄熱予測装置は次のよ
うに動作する。
記録対象となる記録用データが、サーマルヘッドの蓄
熱予測装置の前記予測温度演算手段1に入力し始める。
その際、前記冷却定数発生手段2は順次所定の熱時定
数τ1を有する冷却定数を発生して前記予測温度演算手
段1に送出し続ける。
ここで、「冷却定数」とは発熱素子を加熱してから次
に加熱するまでの時間、すなわち記録周期tが経過する
までに、当該発熱素子の冷却の度合を示す定数であっ
て、式で示したように、熱時定数τ1を用いて、一般
にexp(−t/τ1)で表される。
すると、前記予測温度演算手段1は少なくとも前記記
録用データ、加熱量、前記冷却定数及び直前の予測温度
Tn-1に基づいて例えば前述した式により順次現位置に
おける予測温度Tnを演算により出力する。
その後、前記切換え位置検出手段3が前記記録用デー
タの入力に基づいて予測温度演算の定数の切換え位置を
検出した場合には、前記冷却定数発生手段2に対して切
換え信号を送出する。
ここで、「切換え位置」とは冷却定数の熱時定数の切
換えを行うために必要な位置であって、通常は紙送り方
向の位置(ライン数)または切換えをすべき時間であり
予め指定されている。
当該切換え位置を検出した場合には切換え信号を前記
冷却定数発生手段2に送出する。
当該切換え信号があると当該冷却定数発生手段2は前
記熱時定数τ1の冷却定数に換えて、新たな熱時定数τ2
の冷却定数exp(−t/τ2)を前記予測温度演算手段1に
送出することになる。
このように、前記予測温度演算手段1に送出する冷却
定数に含まれる熱時定数を切り換えるようにしているの
は、冷却に最も寄与する熱時定数は温度変化の大きさに
より種々に定められるものであり、温度変化に応じて熱
時定数を切り換えることにより温度実測値と予測値との
差を小さくすることができるからである。したがって、
熱時定数を多く用意して、切換え回数を多くすればする
程、実測値との差は小さくなる。
以下に温度変化が急激な場合と温度変化が緩慢な場合
について1回切換えを行った場合について説明する。
第5図(a)(b)に示すように横軸に時間(ライン
数)を、縦軸に予測温度値を取り、図中の一点鎖線を第
4図に示したと同様に発熱素子の温度変化の実測値とす
れば、この軌跡に一致するように温度を予測して補償す
ることにより過渡状態での濃度変動をなくすことができ
ることになる。
前述した式の熱時定数τの選び方により第5図
(a)に示すように温度の予測値が異なる。すなわち、
τが小さいτ1では温度の立ち上がりが大きく、大きな
τ2を選ぶと立ち上がりがなだらかになる。
そこで、目標温度TRを得る場合、過渡状態の立ち上が
りでは小さなτ1で予測し、n1ライン(時間t1)以後で
τ2に切換えて予測する。
尚、これらの熱時定数τ1,τ2及びその切換え位置n1
は予備実験により各目標温度ごとに予め求めておくこと
になる。
こうして、本発明により第5図(b)に示すように過
渡状態の予測誤差を小さく抑えることが可能となり、予
測された温度はサーマルヘッドを形成する各発熱素子を
駆動するサーマルヘッド・ドライバ回路に送出され、対
応する適切な加熱量が加えられることになる。
〔実施例〕
続いて本発明の実施例を説明する。
本実施例に係るサーマルヘッド蓄熱予測装置は第2図
に示すように、少なくとも各発熱素子毎の記録直前の予
測温度、雰囲気温度、加熱量(記録用データとしての記
録用階調データを含む)、各発熱素子の温度上昇及び冷
却定数に基づいて前述した式により現ラインのサーマ
ルヘッドの予測温度を求める予測温度演算手段11と、冷
却定数発生手段2として、冷却定数を発生させる冷却定
数テーブル(ROM)12と、切換え位置検出手段3とし
て、記録階調用データの入力、すなわち記録開始からの
ライン数n1(切換え位置)を計数して切換え信号を出力
するライン数カウンタ13と、雰囲気温度データを1画素
毎に1ライン分を格納する雰囲気温度ラインバッファ14
と、予測温度を求める発熱素子のライン上の位置を画素
数を計数することにより位置の検出を行う画素数カウン
タ15と、前記予測温度演算手段11により予測された予測
温度Tnを1画素毎に1ライン分格納する予測温度ライン
バッファ16とを有している。
さらに、前記予測温度演算手段11は記録ライン間の加
熱量を求める加熱量テーブル(ROM)11aと、直前のライ
ンでの予測温度Tn-1と雰囲気温度Taとの差を求める減算
器11bと、全ラインの加熱量、発熱素子の温度上昇及び
冷却定数に基づいて前述した式により現ラインの発熱
素子の予測温度を求める予測温度Tn演算回路11cとを有
する。
次に本実施例の動作を第6図に示したタイムチャート
を用いて説明する。
当該タイムチャートの記録動作のnライン目(n1)及
びn+1(n1+1)を代表するものを表わす。
信号aは前述した記録用階調データ及び雰囲気温度デ
ータが入力されることを示す。信号bは雰囲気温度ライ
ンバッファ14の入出力データを示す。信号cは予測温度
ラインバッファ16の入出力データを表わす。信号dは予
測演算のための基本クロック信号であって、信号eは加
熱量テーブル12の出力データを表わす。信号fは減算器
11bの出力信号を示す。信号gは冷却テーブル12の出力
信号を示す。h1,h2,h3はライン数カウンタ13の出力信
号を示す。信号iは予測温度Tn演算回路11cの出力デー
タを示す。
今、サーマルヘッドのライン方向の画素数がNの位置
にある発熱素子に対して、記録用階調データDRを印字す
る場合を考える。当該階調データがトリガ信号aの立ち
上がりで入力され、同時にライン数カウンタ13が計数を
始める。雰囲気温度ラインバッファ14の出力信号bのデ
ータTanは1ページ記録内ではそれほど大きく変化しな
い。また、このトリガ信号に応じて1ライン前の予測温
度Tn-1が予測温度ラインバッファの出力信号cに出力さ
れる。次に信号aの立ち下がりで加熱量テーブル11aの
出力信号eにnライン目の加熱量データΔTnが出力され
る。次に、基本クロックdで数ブロック遅れて減算器11
bから雰囲気温度Tanとnライン目の予測温度Tnとの差が
信号fとして出力される。また、これとほぼ同タイミン
グで冷却定数テーブル12から熱時定数τ1の冷却定数exp
(−t/τ1)が信号gに出力される。現ラインが階調デ
ータの入力開始からの相対ライン数でn1ライン目である
とすると(但し、n1は第5図で示された切換位置のライ
ン数)、ライン数カウンタ13のカウンタアドレスh1
h2,h3の組み合わせ(二進法による各桁を表わす)が予
め定められた値(n1に対応する値)になる。
次のトリガ信号(第6図中点線で示す位置)の立ち上
がりで冷却定数テーブル12の出力信号gに冷却定数exp
(−t/τ2)のデータが出力される。これは第5図にお
いて熱時定数がτ1からτ2に切り換えたことに対応す
る。以後目標値TRに到達するまで信号gからは冷却定数
exp(−t/τ2)のデータが出力されることになる。ま
た、図には示していない回路でライン間の階調変化を検
出し、ある閾値を越えるとライン数カウンタ13のアドレ
スh1,h2,h3はリセットされる。以後この周期で同じ動
作が繰り返される。
第5図で示す熱時定数τの切換え位置の相対ライン数
n1は目標値に応じて決定し、冷却定数テーブル(ROM)1
2に予め格納しておく。
次に、冷却定数テーブル12に決定方法について述べ
る。
所定の記録媒体について、各目標値(通常は16階調分
の各濃度)を印字させ、第5図の破線で示す濃度履歴曲
線を実測する。
この実測結果をもとに各階調に対応する熱時定数と切
換え位置の相対ライン数をシミュレーションにより求め
る。
本実施例の変形として熱時定数の切換え位置を相対ラ
イン数n1で指定せずに、時間t1で指定して切り換えるこ
とも可能である。この場合は第2図に示したライン数カ
ウンタ13は不要で基本クロックdを計数すれば良い。ま
た、この計数値に応じて冷却定数テーブルを前例と同様
に決定しておく。
尚、以上説明した実施例においては切換え位置は1回
であったが、必ずしも1回に限られるものではなく、複
数回切り換えることも可能であり、多くの熱時定数を用
意して熱時定数の切換え回数を多くすれば多くする程実
測値と予測値とをより近づけることになる。
さらに、本実施例では各発熱素子の熱時定数を同一の
ものとして説明したが、ライン上の発熱素子の位置に応
じて熱時定数を異ならせても良い。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、温度変化の大きさに応
じて各冷却定数中の熱時定数を切り換えるようにしてい
るため、各発熱素子に対して温度変化の実測値に接近し
た高精度の蓄熱予測を行なうことができ、温度変化の激
しい過渡状態においても濃度ずれがないような高精度の
蓄熱の補償が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は発明の原理ブロック図、第2図は実施例に係る
ブロック図、第3図は発熱素子の断面図、第4図は従来
例に係る蓄熱補償による記録温度の変化を示す図、第5
図は実施例に係る蓄熱補償による記録温度の変化を示す
図、第6図は実施例に係るタイミングチャート、第7図
は従来例に係るブロック図である。 1,11…予測温度演算手段 2(12)…冷却定数発生手段(冷却定数テーブル) 3(13)…切換え位置検出手段(ライン数カウンタ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−96976(JP,A) 特開 平2−70460(JP,A) 特開 昭63−209955(JP,A) 特開 昭57−25977(JP,A) 特開 昭59−127782(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/35 - 2/37

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の発熱素子から形成されるサーマルヘ
    ッドを駆動してライン毎に記録を行う加熱記録装置の当
    該各発熱素子の蓄熱による温度を予測して各発熱素子の
    加熱量の制御を行うサーマルヘッドの蓄熱予測装置にお
    いて、 少なくとも各発熱素子の記録直前の予測温度、記録用デ
    ータ、加熱量、雰囲気温度及び冷却定数に基づいて予測
    温度の演算を行う予測温度演算手段(1)と、 前記記録用データの入力に基づいて、予め定められた予
    測温度演算の定数の切換え位置を検出して切換え信号を
    出力する切換え位置検出手段(3)と、 冷却定数を発生するとともに、前記切替え信号があった
    場合には当該冷却定数に換えて他の冷却定数を発生させ
    る冷却定数発生手段(2)とを有することを特徴とする
    サーマルヘッドの蓄熱予測装置。
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