JP3567241B2

JP3567241B2 - 印刷制御装置

Info

Publication number: JP3567241B2
Application number: JP2001004471A
Authority: JP
Inventors: 格福島
Original assignee: サイバーイメージング株式会社
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP2002211025A; DE10231429A1; GB2390571B; US6709083B2; GB2390571A; GB0215778D0; US20020113833A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱エネルギの量により媒体を階調発色させたり、もしくは介在する熱転写フイルムを溶融転写したり、あるいは昇華転写させたりするプリンタ装置の、印加熱エネルギ量を制御するサーマルヘッド印字制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、感熱記録媒体は一般的には熱履歴制御と呼ばれる、サーマルヘッド上の固定抵抗発熱素子の温度を過去の印刷履歴情報によって推測計算し、サーマルヘッド上の同固定抵抗素子で発生させる熱量を制御する方法が一般的であった。
【０００３】
この方式は推測により行うので、寒冷地と熱帯地では、サーマルヘッドで発生する熱の放熱条件が異なり、かつ、媒体紙面上の温度が異なることもあり、制御に誤差を生じやすい欠点があった。したがって、推測計算で制御を行うため、高精度で安定した印刷制御を行うのは、困難であった。
【０００４】
また他の方式として、サーマルヘッドの発熱素子として、発熱温度によりその抵抗値が変化する材料であるＣｒ、Ａｌ等の合金を用いてサーマルヘッドを構成し、印刷時その温度を測定することにより、印刷履歴によらずに印刷制御する方式があるが、この方式も、発熱体で発生した熱エネルギー値を制御対象とせず、温度検知データをもって制御するため、感熱記録媒体の発色濃度を的確に制御できない問題があった。
【０００５】
また、感熱媒体の発色特性がいわゆるγ特性と呼ばれる通り、印加エネルギと発色濃度の関係が一般的に直線比例関係に無いことに起因する印刷時濃度の誤差についても対応する必要があった。
【０００６】
更に、制御上の信頼度にかかわることとして、サーマルヘッドの温度が異常に上昇し、ついには破損に至る状況になりつつあってもこれを検知できない問題もあった。たとえば、サーマルヘッドが媒体紙面に接することなく置かれた状態で、発熱制御された場合には、ヘッド発熱体は異常に高温となり、そのため、発熱体が焼損することがあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の従来装置が有する諸問題点を解決し、高精度で安定した印刷制御が可能である印刷制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、各々が発熱体と温度検知器を兼ねる微小な発熱体の集合と、同発熱体に対し、電流駆動することにより印刷を行う駆動回路よりなるサーマルヘッドと、その各発熱体に流れる電流回路について、発熱駆動時と温度検知時に切り替える制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記の各発熱体の温度値を電圧値に変換し検知する回路と、同電圧をデジタル変換するアナログ／デジタル変換回路と、そのデジタル値を加熱開始時から積算する積算器と、同積算器の積算値とあらかじめ設定された上位装置から送られてきた該当部分の印刷濃度設定値とを大小比較する比較器と、その比較器で目標の印刷濃度に達したことを検出したならば、該当発熱体の発熱駆動を停止する回路、とから構成される印刷制御装置であり、本発明では、発色媒体を適正に加熱制御して良好な画質の印刷画像を得るために、加熱サーマルヘッドの各発熱素子の発熱温度を測定して発熱エネルギを時々刻々算出することにより、発色媒体の各発色点について目標の濃度発色を行うものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明を実施適用する装置例としては溶融熱転写方式プリンタや昇華型熱転写プリンタなどがあるが、この他に、いわゆる感熱記録媒体を使用するサーマルプリンタがある。
【００１０】
ここではこの感熱記録媒体を使った感熱プリンタについての使用例を述べる。
【００１１】
また、サーマルヘッドはたとえば、１インチあたり２００ドットとか３００ドットとかの密度で微小発熱体が一列に並んでいる構造のものを使用する例を述べる。
【００１２】
このヘッドにより印刷時は、媒体上を、ヘッドが２００ドット／インチの密度のものであれば２百分の１インチのピッチで移動しつつ印字を行う。
【００１３】
以下、そのピッチごとに印刷動作を行う際の、１ピッチ分の印刷における熱制御動作について説明する。本発明の場合、今、印字する１ピッチ分の印字制御においては、その印字制御自体はそれ以前に印字が終わったピッチ分の熱制御について一切考慮する必要がなく、あくまで、各印刷ピッチの印字する時点における、サーマルヘッドの測定温度のみを測定しつつ、印刷制御を行う点が、従来のいわゆる履歴制御方式とよばれる印刷制御方式と異なる点である。
【００１４】
すなわち過去の履歴にかかわらず、常に、各ピッチごとに独立した制御を行っている点が本発明の特徴である。
【００１５】
実施例の感熱記録媒体としてはいわゆるモノクロ発色感熱紙、２色発色感熱紙さらにはたとえば富士写真フイルムなどが生産・販売しているサーモ・オートクローム紙（一般にＴＡ媒体と呼ばれる）等のカラー発色媒体等が使用される。
【００１６】
これらの感熱媒体の各色の発色特性はいずれもたとえば、図１に示されるごとく、印刷時の発色濃度：Ｄは、サーマルヘッド上の発熱素子で印加される発熱エネルギ：Ｅによって決定されることを示していて、このような特性図は用紙ごとに各感熱紙メーカーより公表されている。
【００１７】
なお、ここで留意するべきは、この特性図の横軸は、サーマルヘッドの発熱エネルギ値、すなわち媒体に印加されるエネルギ値であって、温度値ではないことである。従って、媒体上の、任意の微小発色部分を例えば、図１において希望する発色濃度：ｄ１とするには、対応するサーマルヘッド上の微小発熱素子で生ずる発生熱エネルギーがe１となるよう制御すればよい。しかしながら、従来の技術の項で言及した固定抵抗値の発熱体を使用したヘッドでは、この発生エネルギ量はあくまで、過去に印字した結果の印刷履歴で、計算により「推測」するため、例えば、何枚も連続して媒体印字する際は、サーマルヘッドが蓄熱し、温度上昇してしまうため、印刷枚数の増加とともに、紙面の発色濃度が上昇してしまうことがあった。これは上記の濃度：ｄ１となるための発熱エネルギ量：e1を発生させるためには、現在ヘッド自体の温度が何度であるかの決定を推測計算で行うため誤差を生ずることに起因している。すなわち、この従来方式においては発熱体の加熱前の温度値が不明であるため推定により、加熱量を決定するために、その温度推定値が真の値からずれている場合には発色濃度に誤差を生じてしまうのである。
【００１８】
また上記従来の技術の項で言及したように、サーマルヘッドの発熱素子として発熱温度によりその抵抗値が変化する材料を用いたサーマルヘッドを使用し、印刷時その温度を測定することにより、印刷履歴によらずに印刷制御する方式も近年出現している。
【００１９】
この温度測定により制御する方式は発熱体が発熱し、温度上昇した結果、その温度：ｔ１を知ることで、ｔ１が印刷濃度：ｄ１に比例すると見なし、発色濃度のコントロールが可能とする方式である。しかし、実際の印字動作時では時々刻々その温度が変化し、かつ初期値温度の相違していることに起因する、誤差を生ずる。
【００２０】
すなわち、図２において縦軸に温度、横軸に時間をとり、加熱時のサーマルヘッドの微小発熱体の温度上昇と時間経過の関係を見ると初期温度：ｔａから加熱され、制御目標温度：ｔｏになり、時刻：Ｔｄで駆動停止した場合と、温度：ｔｂから加熱され、制御目標温度：ｔｏになり、時刻：Ｔｄで駆動停止した場合とを比較すると、ハッチングの部分に比例する熱量分だけ、温度：ｔｂから加熱した場合は、発熱熱量が大きくなっていることが誤差原因となる。
【００２１】
すなわち、各時刻変化Ｔｄに対応する温度変化（ｔａ−ｔｂ）の合計がエネルギ誤差Ｅとなる。すなわち
Ｅ＝ＫΣ（ｔａ−ｔｂ）・Ｔｄであらわすエネルギ分だけ誤差となるのである。ここに、Ｋは事項に述べる比熱熱容量ｑを含む比例定数である。
【００２２】
このことは実際の印刷でも確認され、両者で印刷濃度に差が出ることが確認されている。
【００２３】
【作用】
そこで、本発明者は、図３に示すごとく、媒体上の微小発熱体の発熱開始時以降、時々刻々一定周期で、発熱素子の温度測定を行い、その値：ｔｘを時々刻々、積算しつつ、その値が目標設定値：ｓ０になるまで、加熱していき、積算値がs０になると加熱駆動を停止させる制御を行ったところ、初期温度にかかわらず、常に発色濃度は一定となることが確認された。
【００２４】
このことは、下記のごとく、温度変化に伴う総発熱エネルギｓ０が計算できることからも自明のことである。
【００２５】
すなわち、今、微小発熱体の比熱熱容量をｑとし、任意の時点での温度をｔｘとすると、その時刻での発生エネルギ：EｘはEｘ＝ｑ×ｔｘである。
【００２６】
従って、全発熱量：ｓ０は測定する周期としての微小時間をＴｄとすると
全発熱量：ｓ０は全時間の積算値となり、
ｓＯ＝ ΣＥｘ・Ｔｄ＝ｑ×Σｔｘ・Ｔｄとなる。
【００２７】
ここにＴｄは定数であるから、ｓＯ＝ｑ・Ｔｄ×Σｔｘとなり、ｑ・Ｔｄ＝Ｋとおくと結局、全発熱量：ｓ０はｓＯ＝Ｋ×Σｔｘとなる。
【００２８】
この式から媒体に印加された全発熱量ｓＯは時々刻々の測定温度の積算値に比例することが判明する。
【００２９】
よってｓＯ＝Ｋ・Σｔｘとなるまで毎回、測定した温度測定値を加算していき、加算結果に比例常数ｋを掛け合わせたものが濃度目標値：ｓ０となるまで加熱すればよいことを示す。
【００３０】
言い換えれば、上記のことは図３において温度変化曲線の下の面積が印刷濃度に比例することを示す。
【００３１】
ここで、比例定数Ｋは実用的には後述の印刷制御回路において、温度測定結果信号の電圧増幅率やアナログ／デジタル変換器でのレンジにより決まる定数である。
【００３２】
本発明では、発生エネルギを上記方法で算出し、図１のごとき製紙メーカが発行するエネルギ／発色濃度の特性曲線に従って、高精度で発色濃度制御を行うことを可能とする。
【００３３】
なお、従来のモノクロ感熱発色においては図４に示すごとく、たとえば白、黒色印刷の場合、白印字は無加熱であるのでＡ点のごとく、全くエネルギを加えないが、黒色はＢ点のごとく、最大発色でかつ、飽和発色濃度域：Ｓに深く入ったところのエネルギ値ｅ１まで加熱をしている。これは、制御の誤差で、黒発色に必要なエネルギが過不足した場合でも飽和発色域を外れないように領域：Ｓの中央付近に設定しているのである。
【００３４】
これに比し、本発明による制御では、変動が少ないので、たとえば飽和発色濃度域：Ｓの端部のエネルギ値ｅ２で発熱動作を高精度で停止できる。この結果、エネルギ値の差（ｅ１−ｅ２）がは不要となるので省エネ効果となり、電池を電源とするプリンタでは電池の交換周期が延長できる利点があり、かつ印字動作は斜線の部分の区間分だけ早く印字が終わるので、高速印字が可能となる。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。図５は本発明の一実施例の構成図である。
【００３６】
まず印刷はサーマルヘッド上に一列に並んだ抵抗値がその発熱温度により変化する発熱体の発熱により、一斉に各々のラインごとに加熱が開始されることにより行われる。サーマルヘッドのドットピッチが例えば３００ｄｐｉとすれば、副走査すなわち一斉印字のラインピッチもまた３００ｄｐｉであるのが通常であり、このピッチでヘッドより紙面上への加熱印字が周期的に繰り返される。
【００３７】
図５において、微小発熱体１００は一般にサーミスタと呼称される、発熱温度で、その抵抗値が変化する抵抗体が使用される。そのサーミスタの金属組成は、発熱温度変化分と、抵抗値変化分が極力、直線的に比例関係にあるものを選択している。一例としてはアルミニウム、クロウム、ボロン等で合金としたものが用いられる。以下に回路動作について説明する。それら微小発熱体の任意の一素子に対応したデータレジスタ１０１に上位装置からデータとしてデータ”１”が、入力端子１０２へ、タイミング信号１０５で、書き込まれ記憶される。
【００３８】
その後、上位装置から入力端子１０８に信号“０”が入力されると、インバータ１０９により信号反転し、“１”としてアンドゲート１１０に入力される。
【００３９】
ゲート１１０のもうひとつの入力端子には、前述のデータレジスタ１０１の出力信号１０６が“１”で入力されているのでゲート１１０の論理積がとられる結果として駆動トランジスタ１２０が駆動されＯＮ状態となる。なおトランジスタ１２１は、加熱駆動時は制御信号１０８が“０”であるからＯＦＦ状態となっている。上記の結果、発熱体１００とトランジスタ１２０に電流が流れる。前述のごとく、この発熱体１００は電流が流れると、発熱し、その抵抗値が変化する。この実施例では温度上昇するとその抵抗値が減少する素子を用いている。この結果、温度上昇とともにトランジスタ１２０を流れる電流値は増加していく。
【００４０】
この発熱素子１００の温度上昇の状況を検知する手段につき、以下に記す。温度上昇中はトランジスタ１２０がＯＮとすることにより、電流が流れるが温度検知のタイミングでは同トランジスタ１２０を制御信号１０８が“１”となることでＯＦＦ状態にし、もうひとつのトランジスタ１２１をＯＦＦからＯＮへ変化させる。この結果、電流検出抵抗としてもうけられた、例えば実施例では７０オーム程度の固定抵抗１２２に電流が流れる。
【００４１】
発熱素子１００が発熱し温度上昇するにつれその抵抗値が減少し、電流値が増加する結果、固定抵抗１２２に流れる電流は増加し、抵抗１２２の端子間電圧は上昇する。同抵抗１２２の出力電圧をリニアアンプ回路１１１にて増幅し、さらに増幅された信号を次段のアナログ／デジタル変換器１１２へ入力する。この結果、同変換器１１２の出力値は、ヘッドの発熱体１０８の温度値として８ビット程度のビット数で表現されたデジタル値に変換されて検知される。
【００４２】
この検知したデータを加熱開始から連続的に実施例では２０μ秒程度の周期で、測定の都度、積算器１１３へ加算入力して、積算する。この結果、積算器１１３のデジタル出力により加熱開始時以降の発生エネルギ値が検知できる。以後、この発生エネルギ値を検出エネルギ値“Ａ”と略記する。この“Ａ”は上記作用の項で説明したｓＯ＝Ｋ・Σｔｘに比例するものである。この検出値“Ａ”は大小比較回路１１７へ比較のため入力される。なお、積算器１１３は各ラインの印字制御開始前にセット信号１０３でゼロクリアされ、各ラインの印字制御中は信号１０８が“０”より“１”となる都度、遅延回路１２７で若干遅延させた信号１２８でアナログ／デジタル変換器１１２のデジタル出力を積算器１１３に加算させる。
【００４３】
一方、上位装置から今、制御している該微小発熱体について印刷濃度の指定値データが入力端子１１６へ、例えば２５６階調表現のために８ビットデータで送られてくる。このデータは、図１の濃度とエネルギの関係からあらかじめ計算し、生成されるデータ変換テーブル１１４により、濃度データ値がエネルギ値に変換される。
【００４４】
このための変換テーブルは濃度データ値とエネルギ値の対応表で構成される。例えば、上位装置から階調指定として、信号ライン１１６へ数値１２８が来たとすると、この数値は、エネルギ値として２．５６に変換される。
【００４５】
すなわち例えば図１のごとく用紙の発色特性を勘案して、作成される、印刷濃度を入力データとし、検知エネルギの目標値を出力データとするデータ変換テーブルである。
【００４６】
このデータ変換テーブル１１４での、変換値２．５６はレジスタ１１５に印刷中の微小発色部分の印刷制御の間、格納され、目標エネルギー制御値“Ｂ”として前述の大小比較回路１１７へ入力され、前述の検出値“Ａ”と比較される。
【００４７】
検出値“Ａ”が目標値“Ｂ”よりも小さいうちは制御ライン１１８が“０”であることにより、加熱が続行されるが、徐々に、積算エネルギ値が増加し、検出値“Ａ”が目標値“Ｂ”よりも大となると、比較回路１１７の出力の制御ライン１１８が“０”から“１”へ変化し、結果、論理和ゲート１２５および１２６の出力が“１”となるため、レジスタ１０１がリセットされ、論理積１１０の出力が“０”となり、従って、駆動トランジスタ１２０がＯＦＦとなり、サーミスタ発熱体１０９は電流が流れなくなり、発熱は停止する。つまり、所定の濃度までエネルギが印加されたので、発熱駆動が停止したのである。このような加熱動作はサーマルヘッド上に１列に並んでいる、全微小発熱体に対し、上述の制御が独立して同様に行われるが、発色濃度をうすく指定された発熱体は目標値“Ｂ”として小さい値がセットされるので、濃く指定された発熱体よりも当然、早く、加熱動作が終了する。
【００４８】
なお、上位装置から以降、温度検出信号１０８が入力されてもレジスタ１０１がリセットされているため、信号１０６が“０”となるため、論理積ゲート１２９が“０”のままとなることにより、トランジスタ１２１もＯＦＦとなり、サーミスタ１００が駆動され発熱することはなくなる。
【００４９】
なお、印字動作中に動作故障により、サーマルヘッドが異常高温となり損傷するのを防止するための保護手段として、印字開始時に高温度としての限界温度の値を上位装置から入力端子２００に送り、セットタイミング２０１でレジスタ１２３にセットしておき、アナログ／デジタル変換器１１２の出力と比較器１２４で大小比較し、もしもレジスタ１２３にセットした値よりもアナログ／デジタル変換器１１２の出力値の方が大きくなった場合には、その出力は“０”から“１”へ変化して論理和ゲート１２５、１２６を経由してレジスタ１０１のリセット信号として入力され、上記と同様に印字動作は停止することにより、異常過熱を防止し、装置信頼度を向上させている。
【００５０】
全発熱体の発熱が完了し、１ピッチ分、ヘッド位置が紙面上を移動したならば次の発色動作が再び、一斉に開始され、以下、上述の動作が媒体上で繰り返し行われる。これらの説明に基づくタイミングチャートを図６に記載する。
【００５１】
以上述べた、動作は例えば、モノクロの感熱紙の場合は媒体１枚あたり一色分の印刷でよいが３色カラー感熱紙の場合は異なるエネルギ帯域に対する３種類の発色特性に併せた発熱制御を各々計３回繰り返すことになる。
【００５２】
いずれの場合も、媒体表面の各々のライン毎に与える熱エネルギー積算値を、逐次、その表面温度を検知しつつ行うので、感熱媒体に対してはきわめて高精度の発色濃度管理が可能となる。
【００５３】
例えば従来は非常に制御が困難であった、モノクロ感熱紙に対する２５６階調の多段階濃度印刷も可能となり、写真画質と変わらない印刷が高速で印刷可能となったほか、従来、ホットスタンプと呼ばれる金型を使った印刷でしか不可能であったごとき、きわめて小さい温度範囲でかつ、高温域の加熱が必要なホログラムフイルム印刷も可能となり、定型金型を使わない自由に印刷パタンを変えられる印刷手法も可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な感熱紙へ印加する熱エネルギーと発色濃度の関係を示す特性図である。
【図２】異なる初期温度から、加熱発色させたとき、同一時間の加熱動作制御であれば、印加エネルギに差が出ることを示す図である。
【図３】繰り返し、発熱体の温度を測定し、積算することにより加熱エネルギの大きさを検知する方式を説明する図である。
【図４】本発明による省エネ化、高速化を説明する図である。
【図５】本発明の一実施例を示す構成回路図である。
【図６】実施例でのタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１００……微小発熱体
１０１……データレジスタ
１０２……入力端子
１０９……インバータ
１１１……リニアアンプ回路
１１２……アナログ／デジタル変換器
１１３……積算器
１１７……大小比較回路
１２０……駆動トランジスタ

Claims

各々が発熱体と温度検知器を兼ねる微小な発熱体の集合と、同発熱体に対し、電流駆動することにより印刷を行う駆動回路よりなるサーマルヘッドと、その各発熱体に流れる電流回路について、発熱駆動時と温度検知時に切り替える制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記の各発熱体の温度値を電圧値に変換し検知する回路と、同電圧をデジタル変換するアナログ／デジタル変換回路と、そのデジタル値を加熱開始時から積算する積算器と、同積算器の積算値とあらかじめ設定された上位装置から送られてきた該当部分の印刷濃度設定値とを大小比較する比較器と、その比較器で目標の印刷濃度に達したことを検出したならば、該当発熱体の発熱駆動を停止する回路、とから構成される印刷制御装置。
目標の積算値に達する前に、検知温度があらかじめ設定した値を越えたことが検知された場合、加熱駆動を一時停止する回路を追加した請求項１記載の印刷制御装置。
目標の積算値を、使用媒体の発色特性に応じて補正する手段を追加した請求項１又は２記載の印刷制御装置。