JP2914128B2 - サーマルヘッドの発熱体の駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルヘッドを用い
て印字記録を行う印字装置に係り、特に第一パルスに加
えて、第一パルスに続いて断続する短パルス列を印加し
て、サーマルヘッドの発熱体の温度を所定時間一定に保
つ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、サーマルヘッドに印字電力を供給
するサーマルヘッドの駆動方法のひとつとして、例え
ば、実公昭５７ー９０７５公報に示されているように、
大きなパルス幅を有する第１のパルスにてサーマルヘッ
ドの発熱体を印字に必要な所定の温度まで上昇させ、後
に短く断続した複数のパルス列からなる小さなパルス幅
を有する第２のパルスにてサーマルヘッドの発熱温度が
極端に大きくなることを防止すると共に印字記録時間を
大きくとれる駆動方法があった。

【０００３】この駆動方法によると、発熱体の温度の上
昇が速く、さらに発熱体の温度のピーク値が必要以上に
高くなることを抑えることができるため、サーマルヘッ
ドの熱的応答を良くすることができ、印字の高速化と発
熱体の保護とに役立っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
駆動方法においては、気温の変化、印字に伴うサーマル
ヘッドのベースの温度の変化や直前の駆動による発熱体
の蓄熱などの要因により、発熱体の温度上昇度がばらつ
くことがあり、ひいては印字品質の低下をもたらす。

【０００５】これを解決するためには、使用環境に応じ
て発熱体の温度の上昇量を変え、また印字時の発熱体の
温度が所定の時間、所定の温度に保たれるように制御し
なければならない。しかし、第１のパルスとそれに続く
短パルス列で構成された第２のパルスとが別々に制御さ
れると、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の
パルスが与える温度と第２のパルスが維持しようとする
温度とに差異が生じ、発熱体の温度がしばらく安定せず
変動してしまう。発熱体の温度が変動するということ
は、それにより記録されるインクの融解度や感熱紙の発
色度も変動することとなる。しかるに、安定した印字品
質を保つためには発熱体の温度の変動を回避せねばなら
ない。

【０００６】そのためには、前記第１のパルスのパルス
幅を状況に応じて変更しなければならず、また第１のパ
ルスに続く第２のパルスのパルス列の断続時間比も第１
のパルスのパルス幅に応じて変化しなければ、第１のパ
ルスの印加によって得られた発熱体の温度を維持するこ
とができない。

【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、どのような状況下においても、
印字時の発熱体の温度が急速に上昇し、インク融解温度
付近で常に一定になるように制御がなされ、常に良い印
字品質を得ることができるサーマルヘッドの発熱体の駆
動制御装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のサーマルヘッドの発熱体の駆動装置は、ドッ
トに対応する発熱抵抗体を複数個配列したサーマルヘッ
ドの各発熱抵抗体に、印刷データに対応する駆動電圧パ
ルスを印加して印刷を行うものであり、更に、前記駆動
電圧パルスは第一のパルスと前記第一のパルスに続いて
断続される短パルス列で構成され、サーマルヘッド近傍
の環境温度を検出する感熱素子と、その第一のパルスが
印加された際の前記発熱抵抗体の最高温度を決定するヘ
ッド温度決定手段と、前記ヘッド温度決定手段により決
められた発熱抵抗体の温度から第一のパルスの印加時間
を決定する第一制御手段と、前記ヘッド温度決定手段に
より決められた発熱抵抗体の温度と、前記感熱素子から
の環境温度から、放熱係数を計算する放熱特性計算手段
と、前記放熱特性計算手段により求められた放熱係数に
対応した前記短パルス列の断続時間比を決定する第二制
御手段とを備えている。

【０００９】尚、前記第一制御手段は、前記第一のパル
スの印加時間をサーマルヘッドの近傍温度の関数として
与え、前記第２決定手段は、前記パルス列の断続時間比
を前記サーマルヘッドの放熱特性を鑑みた前記第一のパ
ルスの印加時間の関数として与えられるものでもよい。

【００１０】

【作用】上記の構成を有する本発明のサーマルヘッドの
発熱体の駆動装置は、まず、前記第１制御手段により第
一のパルスの印加時間が決定される。そして、ヘッド温
度予測手段により、第一のパルスの印加時間と感熱素子
によって検出されるサーマルヘッド近傍の環境温度とか
ら、その第一のパルスが印加された際の前記発熱抵抗体
の最高温度が算出される。また、放熱特性計算手段によ
り、そのヘッド温度予測手段により算出された発熱抵抗
体の温度と前記感熱素子からの環境温度とから、放熱係
数が計算される。第二制御手段は、その放熱特性計算手
段により求められた放熱係数に対応した短パルス列の断
続時間比を決定する。

【００１１】すると、第一のパルスが発熱体に印加され
たときの発熱体の最高温度と、パルス列が発熱体に連続
に印加されたときの発熱体の定常状態の温度とが等しく
なるように制御され、印字時の発熱体の温度が急速に上
昇し、そのまま印字に最適な温度で発熱体の温度が所定
の時間保たれる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１３】まず、図１を参照して本発明の一実施例に
よるサーマルヘッドの発熱体の駆動装置１０について説
明する。本実施例の駆動制御装置１０は、印字制御部１
２と、サーマルヘッド駆動部１４と、サーマルヘッド１
８と、温度センサ３２とから構成されており、印字媒体
上にサーマルヘッド１８の熱により印字記録を行うもの
である。

【００１４】印字制御部１２は、中央制御処理を行う周
知のＣＰＵ２０と、各種データやプログラムが格納され
ているＲＯＭ２２と、印字データを一時格納するＲＡＭ
２４と、駆動電圧パルス２８を発生するパルスジェネレ
ータ２６等から構成されており、ＣＰＵ２０はＲＯＭ２
２に記憶されているプログラムに従って印字データ制
御、パルス信号制御及び情報処理演算を行う。

【００１５】ＲＯＭ２２には、ＣＰＵ２０に所定の演算
や制御を行わせるためのプログラムと、インク種類別の
溶融温度のデータと、サーマルヘッド１８の発熱体１６
を発熱させる駆動電圧パルス２８に関するプログラム及
びデータなどが格納されている。

【００１６】駆動電圧パルス２８に関するプログラム及
びデータとは、まず、サーマルヘッド１８のセラミック
基板の温度Ｔ０と、単一のパルス２９のパルス幅Ｗと、
それを印加された発熱体１６の温度との関係は予め測定
されて、図５に示すような関係を駆動電圧パルス２８に
関するデータテーブル２２ａとしてＲＯＭ２２に格納さ
れている。データテーブル２２ａには、目標とする発熱
体１６の温度別に、セラミック基板の温度Ｔ０に対応す
る印加すべき単一パルス２９のパルス幅Ｗを登録してい
る。

【００１７】そして、ＲＯＭ２２には、発熱体１６を所
望温度にまで加熱する単一パルス２９のパルス幅Ｗを決
定するプログラム２２ｂが記憶されている。

【００１８】また、先のデータテーブル２２ａに関連し
て、求められた発熱体１６の温度と、セラミック基板の
温度Ｔ０とから、その時の発熱体１６の放熱係数Ｐを求
める計算式２２ｃがＲＯＭ２２に格納されている。放熱
係数Ｐは単位時間当りに発熱体１６から逃げてゆく熱量
で示される。一般に発熱体１６の放熱特性は、その発熱
体１６自身の温度が高くなるほど熱を発散しやすく、発
熱体１６を取り巻く環境温度（＝セラミック基板の温度
Ｔ０）が低いほど熱を発散しやすくなる。放熱係数Ｐ
は、図６に示すように、発熱体１６自身の温度と環境温
度との差にほぼ正比例する。計算式２２ｃには、放熱係
数Ｐが、発熱体１６の温度ＴＭとセラミック基板の温度
Ｔ０との差ＴＺ（＝ＴＭ−Ｔ０）による一次近似関数で
表されている。

【００１９】そして、その放熱係数Ｐと、発熱体１６の
温度を一定温度ＴＭを維持するために断続印加される複
数のパルス列（以下、チョッピングパルスと称す）３０
のデューティ比Ｄとの関係も予め測定されて、駆動電圧
パルス２８に関するデータテーブル２２ｄとしてＲＯＭ
２２に格納されている。データテーブル２２ｄには、図
７に示すように、放熱係数Ｐに正比例する形にデューテ
ィ比Ｄを登録している。つまり、放熱係数Ｐが大きけれ
ば、対応するデューティ比Ｄも高きくするように設定し
ている。

【００２０】ＲＡＭ２４は、外部から入力された文書デ
ータを保持しておく文書メモリ２４ａと、文書データを
ドットパターンによる印字情報として記憶するテキスト
メモリ２４ｂを有している。

【００２１】パルスジェネレータ２６は、ＣＰＵ２０に
接続されると共に、ＣＰＵ２０から送られるパルス発生
指令を受けて動作し、任意の時間幅を有す単一のパルス
２９および任意のデューティ比Ｄを有すパルス列である
チョッピングパルス３０とからなる＋Ｖの駆動電圧パル
ス２８を、後述するサーマルヘッド駆動部１４の各ナン
ドゲート３８に出力する。但し、本実施例における任意
のデューティ比Ｄとは、チョッピングパルス３０の周期
（一回ずつＯＮ／ＯＦＦする時間）は変化せず、ＯＮ時
間とＯＦＦ時間との比率が変化することを示すものであ
る。尚、単一のパルス２９が本発明の第一のパルスに相
当し、チョッピングパルス３０が本発明の短パルス列に
相当する。

【００２２】次に、サーマルヘッド駆動部１４は、シフ
トレジスタ３４と、ラッチレジスタ３６と、ナンドゲー
ト３８とから構成されている。シフトレジスタ３４の入
力端子は印字制御部１２に接続され、印字制御部１２か
ら所定のタイミングで印字データが書き込まれる。ラッ
チレジスタ３６の夫々の入力端子にはシフトレジスタ３
４の出力端子が接続されて、印字制御部１２からのラッ
チ信号により、シフトレジスタ３６から印字データをラ
ッチする。ナンドゲート３８は、その夫々の入力端子の
一端をラッチレジスタ３６の出力端子に接続され、入力
端子の他端は印字制御部１２と夫々接続され、印字制御
部から駆動電圧パルス２８が入力される。ナンドゲート
３８の出力はサーマルヘッド１８の各発熱体１６の一端
に接続されており、ナンドゲート３８により印字データ
に基づいて駆動する発熱体１６が選択され、その選択さ
れた発熱体１６が駆動電圧パルス２８により駆動される
ことで印字がなされる。

【００２３】続いて、サーマルヘッド１８はセラミック
基板上に複数の発熱体１６が一列に配設されおり、発熱
体１６の夫々の一端にはサーマルヘッド駆動部１４から
の出力が接続されている。また、各発熱体１６はその他
端を＋Ｖの駆動電源に接続されている。

【００２４】また、温度センサ３２は、サーマルヘッド
１８のセラミック基板の温度Ｔ０を検出できるように配
置され、ＣＰＵ２０と接続されていて検出信号がＣＰＵ
２０に送られる。

【００２５】次に、駆動電圧パルス２８とそれを印加し
た際の発熱体１６の温度との関係を説明する。図２は、
単一のパルス２９とサーマルヘッド１８の発熱体の温度
との関係を示す図である。一般に、サーマルヘッド１８
の発熱体１６は、図２に示すように、単一パルス２９が
印加されると、発熱体１６の温度は急激に上昇し単一パ
ルス２９が終わる時点で最高温度ＴＭに達し、その後常
温に向かって徐々に下降する。このとき、最高温度ＴＭ
は単一パルス２９のパルス幅Ｗに依存し、パルス幅Ｗが
大きくなるほど発熱体１６の最高温度ＴＭは高温にな
る。よって、パルス幅Ｗを制御することによって発熱体
１６の最高温度ＴＭの値を任意に設定することができ
る。

【００２６】図３は、チョッピングパルス３０とサーマ
ルヘッド１８の発熱体の温度との関係を示す図である。
発熱体１６にチョッピングパルス３０が印加されると、
発熱体１６の温度は徐々に上昇し、チョッピングパルス
３０の断続時間比（以下、デューティ比Ｄと称す）に応
じて定常温度ＴＣになる。このとき、定常温度ＴＣはチ
ョッピングパルス３０のデューティ比Ｄに依存し、その
デューティ比Ｄが大きくなるほど発熱体１６の定常温度
ＴＣは高温になる。よって、デューティ比Ｄを制御する
ことによって発熱体１６の定常温度ＴＣを任意に設定す
ることができる。

【００２７】図４は、本実施例の駆動装置１０のパルス
ジェネレータ２６から発する単一パルス２９とそれに続
くチョッピングパルス３０が、発熱体１６に印加された
ときの発熱体１６の温度変化の様子を示す図である。こ
のとき、チョッピングパルス３０のデューティ比Ｄは発
熱体１６の定常温度ＴＣが単一パルス２９による発熱体
１６の最高温度ＴＭの値と等しくなるように設定されて
いる。発熱体１６の温度は単一パルス２９によって高速
に最高温度ＴＭまで上昇し、その温度がチョッピングパ
ルス３０によってチョッピングパルスの断続時間だけ維
持される。

【００２８】次に、このように構成及び設定されたサー
マルヘッド１８の駆動制御装置１０の動作について説明
する。

【００２９】まず、ＣＰＵ２０は、ＲＡＭ２４の文書メ
モリ２４ａに格納されている印字データをドットパター
ンに変換し、テキストメモリ２４ｂに格納する。

【００３０】ＣＰＵ２０はテキストメモリ２４にドット
パターンとして保存されている印字データを読出しタイ
ミングクロックとともにシフトレジスタ３４に転送す
る。続いて、ＣＰＵ２０はラッチパルスをラッチレジス
タ３６に出力して、シフトレジスタ３４に転送した印字
データをラッチレジスタ３６に保持させる。ラッチレジ
スタ３６に保持された印字データはナンドゲート３８に
入力され、複数ある発熱体１６から駆動させる発熱体１
６が選択される。

【００３１】続いて、ＣＰＵ２０は、温度センサ３２よ
り入力されたサーマルヘッド１８のベース基板の温度の
データと、インクの溶融温度のデータ等を受け取り、単
一パルス２９が発熱体１６に印加されたときの最高温度
ＴＭを決定する。

【００３２】ＲＯＭ２２に記憶されているデータテーブ
ル２２ａおよびプログラム２２ｂより、発熱体１６がイ
ンクの溶融温度より所定量高い最高温度ＴＭまで発熱す
るのに適切な単一パルス２９の幅を決定する。

【００３３】ここでＣＰＵ２０は、決定された最高温度
ＴＭと温度センサ３２からのデータＴ０を受けて、計算
式２２ｃを用いて最高温度ＴＭ時の発熱体１６の放熱係
数Ｐを算出する。

【００３４】そして、ここで求められた放熱特性を受け
たＣＰＵ２０は、データテーブル２２ｄより対応するチ
ョッピングパルス３０のデューティ比Ｄのデータを選択
する。

【００３５】そして、ＣＰＵ２０はその選択された各デ
ータに基づいて、パルスジェネレータ２６に指令を送り
単一パルス２９とそれに続くチョッピングパルス３０を
発生させる。

【００３６】パルスジェネレータ２６に発生された単一
パルス２９とそれに続くチョッピングパルス３０は全て
のナンドゲート３８に入力され、印字データによって選
択された発熱体１６を駆動させる。すると、駆動パルス
により発熱体の温度は図４に示すように高速に最高温度
ＴＭまで上昇し、その温度で所定時間に一定に保たれ
る。

【００３７】よって、どのような状況下においても、印
字時の発熱体の温度が一気に立ち上がり、そのままイン
ク融解温度付近で一定になるように制御がなされるた
め、発色ににじみや掠れの起きない安定した印字品質を
得ることができる。また、図８（ａ）に示すような過剰
な発熱が抑えられるため、効率的であり、消費電力も抑
えられる。

【００３８】以上の実施例は、データテーブル２２ａ
と、放熱係数Ｐを求める計算式２２ｃと、放熱係数Ｐに
対応するチョッピングパルス３０のデューティ比Ｄを求
めるデータテーブル２２ｄとが夫々独立してＲＯＭ２２
に格納されている場合を説明したが、例えば、これらを
一連のものとして一つにまとめた計算式もしくは一つに
まとめたデータテーブルを作成してＲＯＭ２２に記憶し
ておき、単一パルス２９のパルス幅Ｗ及び基板の温度の
データから、直接にチョッピングパルス３０のデューテ
ィ比Ｄを求めてもよい。つまり、チョッピングパルス３
０のデューティ比Ｄが発熱体１６の温度及び放熱特性を
鑑みて決定されていれば、デューティ比Ｄが段階的に求
められるのか連続的に求められるのかは問わない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のサーマルヘッドの発熱体の駆動制御方法によれ
ば、気温やサーマルヘッドのベースの温度や直前の駆動
による発熱体の蓄熱などの要因に依らず、印字時の発熱
体の温度を一気に立ち上げ、そのまま任意の温度で一定
になるように制御がなされるので、電力効率が良いと共
に応答性の高い印字を行うことができ、ムラの生じない
良好な印字品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のサーマルヘッドの発熱体の
駆動装置の構成を示すブロック図である。

【図２】単一の駆動パルスと発熱体の温度の関係を示す
説明図である。

【図３】断続される複数のパルス列と発熱体の温度の関
係を示す説明図である。

【図４】本実施例による単一パルスとそれに続くチョッ
ピングパルスが発熱体に印加されたときの発熱体の温度
変化の様子を示す説明図である。

【図５】発熱体の最高温度別に示した、セラミック基板
の温度と印加すべき単一パルスのパルス幅との関係を示
す図である。

【図６】発熱体の温度とセラミック基板の温度との差
と、放熱係数との関係を示す図である。

【図７】放熱係数と印加すべきチョッピングパルスのデ
ューティ比との関係を示す図である。

【図８】駆動パルスとそれに続くチョッピングパルスが
発熱体に印加されたときの発熱体の温度変化の様子を示
す説明図である。

【符号の説明】

１６ 発熱体 １８ サーマルヘッド ２０ ＣＰＵ ２２ ＲＯＭ ２２ａ データテーブル ２２ｂ プログラム ２２ｃ 計算式 ２２ｄ データテーブル ２４ ＲＡＭ ２６ パルスジェネレータ ３２ 温度センサ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドットに対応する発熱抵抗体を複数個配
   列したサーマルヘッドの各発熱抵抗体に、印刷データに
   対応する駆動電圧パルスを印加して印刷を行うサーマル
   ヘッドの駆動装置において、 前記駆動電圧パルスは第一のパルスと前記第一のパルス
   に続いて断続される短パルス列で構成され、 サーマルヘッド近傍の環境温度を検出する感熱素子と、 その第一のパルスが印加された際の前記発熱抵抗体の最
   高温度を決定するヘッド温度決定手段と、 前記ヘッド温度決定手段により決められた発熱抵抗体の
   温度から第一のパルスの印加時間を決定する第一制御手
   段と、 前記ヘッド温度決定手段により決められた発熱抵抗体の
   温度と、前記感熱素子からの環境温度から、放熱係数を
   計算する放熱特性計算手段と、 前記放熱特性計算手段により求められた放熱係数に対応
   した前記短パルス列の断続時間比を決定する第二制御手
   段とを備えたことを特徴とするサーマルヘッドの発熱体
   の駆動装置。
2. 【請求項２】 前記第一制御手段は、前記第一のパルス
   の印加時間をサーマルヘッドの近傍温度の関数として与
   え、 前記第二制御手段は、前記パルス列の断続時間比を前記
   サーマルヘッドの放熱特性を鑑みた前記第一のパルスの
   印加時間の関数として与えることを特徴とする請求項１
   に記載のサーマルヘッドの発熱体の駆動装置。