JP3724082B2 - サーマルヘッドおよびその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラープリンタ等に好適なサーマルヘッド、および熱画像記録方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は直接感熱式フルカラープリンタに用いられるシングルラインサーマルヘッド基板の一従来例を示すものである。符号１はアルミナ基板で、このアルミナ基板１の表面の部分グレーズ部５の表面を中心として、薄膜技術やリソグラフィー技術を適用することにより発熱抵抗体２、個別電極３、およびコモン電極４が形成されている。また前記発熱抵抗体２は個別電極３を介してコントロールＩＣ７に接続され、このコントロールＩＣによって駆動されて発熱するようになっている。また前記コントロールＩＣ７はフレキシブルプリント板６を介してプリンタ本体の制御部（図示略）に接続されていて、該制御部から供給されるデータに基づいて前記発熱抵抗体２をＯＮ／ＯＦＦ制御するようになっている。また前記サーマルヘッド基板は両面粘着テープや接着剤などによってヒートシンク８に固定されている。
【０００３】
一方、前記サーマルヘッドによって発色させられる感熱紙は、図７のような構造となっている。
すなわち、基材となる紙などの支持体１１の表面に、シアン記録層１２、マゼンダ記録層１３、イエロー記録層１４を順次積層し、その表面を耐熱保護層１５で覆った構造となっている。前記シアン記録層１２は、シアン顕色材１６を主体として、その内部にマイクロカプセル１７を分散させ、このマイクロカプセル１７中に、前記シアン顕色材１６と反応してこれを発色させるシアンロイコ染料１８を封入した構造となっている。前記マゼンダ記録層１３は、カプラー１９を主体としてその内部にマイクロカプセル２０を分散させ、このマイクロカプセル２０中に、前記カプラー１０と反応してマゼンダに発色するマゼンダジアゾ染料２１を封入した構造となっている。前記イエロー記録層１４は、イエローカップリング剤２２にイエローマイクロカプセル２３を分散させ、このイエローマイクロカプセル２３中に、前記イエローカップリング剤２２と反応して発色するイエロージアゾ染料２４を封入した構造となっている。
【０００４】
図９は、このように構成されたフルカラー感熱紙を用いたプリンターの一従来例を示すものである。符号３０は用紙トレーであって、この用紙トレー３０には、上記構成の感熱紙３１が集積されている。これら集積状態の感熱紙３１の上方には、この感熱紙の上面に接触して紙面方向（図９の右方向）へ摩擦力を作用させる繰り出しローラ３２が設けられ、さらにこの繰り出しローラ３２の送り出し方向前方には、ガイドプレート３３が設けられていて感熱紙３１を上方へ案内するようになっている。前記用紙トレー３０の上方には、ローラ３４、３５、３６、３７に巻回されたベルト３８が設けられている。これらのローラ３４ないし３７の内、ローラ３６は、所定のタイミングで圧着されるローラ３９との間で感熱紙３１とベルト３８とを挟持して図中矢印方向へ送るようになっている。また前記ローラ３７はプラテンローラであって、サーマルヘッド２５と対向して設けられている。
【０００５】
前記ベルト３８の外周には、用紙トレー３０から送り出された感熱紙３１をクランプするクランパ３９が設けられており、このクランパ３９により感熱紙３１を挟持するようになっている。
【０００６】
前記サーマルヘッド２５より下流側の位置には、それぞれ所定波長の光線を感熱紙３１の表面へ照射するＹランプ４０、Ｍランプ４１が設けられている。なおこれらのランプ４０、４１の作用の詳細については後述する。これらのランプ４０、４１よりさらに下流側の位置であって、前記ローラ３４の近傍には、このローラ３４の周囲で屈曲したベルト３８から離れて接線方向へ移動しようとする感熱紙３１の先端を挟持して排出する一対の排紙ローラ４２、４３が設けられている。なお一方の排紙ローラ４２の外周にはガイドプレート４４が設けられていて、前記排紙ローラ４２から送り出された印刷済みの感熱紙３１を所定の排紙方向へ案内するようになっている。
【０００７】
上記構成のプリンタにおけるカラー印刷の原理を図８および図９により説明する。
ベルト３８のクランパ３９に先端が挟持された感熱紙３１は、プラテンローラ３７まで送られる。感熱紙３１の先端が前記プラテンローラ３７を通過するタイミングで前記サーマルヘッド２５が感熱紙２５に圧接され、下記ａ）ないしｅ）の工程からなる処理が実行される。
ａ）イエロー記録層１４を加熱すると、その内部のイエローカプセル２３が熱により軟化し、その内部のイエロージアゾ染料２４が透過してイエローカップリング剤２２と反応し、発色する（イエロー記録層１４におけるハッチング部分）。前記イエロージアゾ染料２４の透過量は、図１０に示すようにサーマルヘッド２５から感熱紙３１へ加えられるエネルギー量に比例しており、したがって、加えられるエネルギーによって、図１０の特性によるイエローの濃度で発色する。また、マセンダマイクロカプセル２０、およびシアンマイクロカプセル１７は、いずれもイエローマイクロカプセル１７より高い軟化に設定されているので、マセンダ記録層１３、およびシアン記録層１２が発色することはない。
【０００８】
ｂ）感熱紙３１の先端がイエロー定着ランプ（Ｙランプ）４０の位置に達すると、このイエロー定着ランプ４０を点灯させ、この光によって図８ｂの処理が行われる。すなわち、未発色のイエロー染料を光で分解して発色能力を喪失させる。イエロー定着ランプ４０は、波長４２０ｎｍにピークを持つ光線によってイエロー染料を分解する。
ｃ）ベルト３８を周回させて感熱紙３１を再度サーマルヘッド２５へ送り、マゼンダ発色を行わせる。具体的には、マゼンダマイクロカプセル２０が熱により軟化し、その内部のマゼンダジアゾ染料２１がマゼンダカップリング剤１９と反応し、発色する（マゼンダ記録層１３におけるハッチング部分）。なお、シアンマイクロカプセル１７の軟化温度は、前記マゼンダマイクロカプセル２０の軟化温度より高く設定されているので、シアン記録層１２が発色することはない。また、このマゼンダ染料２１の透過量についても、前記イエローの場合と同様に図１０に示すサーマルヘッド２５から感熱紙３１へ加えられるエネルギー量に比例しており、このエネルギー量に応じた濃度で発色する。
【０００９】
ｄ）感熱紙３１の先端がマゼンダ定着ランプ（Ｍランプ）４１の位置に達すると、マゼンダ定着ランプ４１を点灯させ、この光によって図８ｄの処理が行われる。すなわち、未発色のマゼンダ染料を光で分解して発色能力を喪失させる。マゼンダ定着ランプ４１は、波長３６５ｎｍにピークを持つ光線によってマゼンダ染料を分解する。
ｅ）ベルト３８を周回させて感熱紙３１を再度サーマルヘッド２５へ送り、シアン発色を行わせる。具体的には、シアンマイクロカプセル１７が熱により軟化し、その内部のシアンロイコ染料２３がシアン顕色剤１６と反応し、発色する（シアン記録層１２におけるハッチング部分）。
【００１０】
上記ｅ）工程によるシアン発色によりフルカラープリントが完結すると、感熱紙３１の先端をクランパ３９から外し、排紙ローラ４２、４３の間に送り込んでガイドプレート４４に沿って排出する。なお、必要に応じてベルト３８を更に周回させ、イエロー定着ランプ４０およびマゼンダ定着ランプ４１による定着処理をさらに行うようにしてもよい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記方式のカラープリンタにあっては、各色の発色に必要な通電パルス長（エネルギー）と発色濃度との関係が
イエローのパルス長＜マゼンダのパルス長＜シアンのパルス長
という関係になっている。（図１０参照）
ここで、各色が発色する直前の限界エネルギーをバイアスエネルギーと呼ぶこととすると、Ｙ、Ｍ、Ｃ各色のバイアスエネルギーは、図１０におけるＰBY、ＰBM、ＰBCとなる。一方、各色について所定の諧調を表すために必要なエネルギーは、図９において、ＰGY、ＰGM、ＰGCで表されており、実際の発色では、ＰBY＋ＰGY、ＰBM＋ＰGM、ＰBC＋ＰGCに対応するパルスがサーマルヘッド２５に供給されている。

また、直接感熱方式の場合、図１０から明かなように、各パルス間に次の関係が成立する。
ＰBM≒ＰBY＋ＰG、ＰBC≒ＰBM＋ＰG≒ＰBY＋２ＰG ……（２）式
【００１２】
また、正味プリント時間ＰＴは次式で計算される。
ＰＴ＝｛（ＰBYＰG）＋（ＰBMＰG）＋（ＰBC＋ＰG）｝×ライン数 ……（３）式
なおＰＴは、３色をプリントするために必要な正味の時間であって、実際のプリントでは用紙の取り込み、排出などの時間が含まれるため、このＰＴより長時間要することとなる。
したがって、図６に示すサーマルヘッドを用い、図７の感熱紙を用いてフルカラープリントする場合、プリントに要する時間は（３）式により定まり、プリント時間をこれ以上短縮することは不可能である。すなわち、この（３）式に基づき、単位時間あたりのプリント能力が決定されることになる。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、感熱紙の発色に必要なエネルギーが所定の値に設定された条件下で発色に必要なエネルギーを感熱紙に有効に作用させてプリントの所要時間の短縮、および、プリント能力の向上を図ることを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、印刷用紙をサーマルヘッド発熱体により加熱することにより発色させるプリンタ装置において、一部を突出して形成した金属基板の突出部をコモン電極として、
前記突出部の両側に前記突出部が露出するように前記基板と一体に形成された部分グレーズを有する金属基板において、前記コモン電極を挟み両側に形成された二列の発熱体例を有するサーマルヘッドを用い、前記印刷用紙の発色に最小限必要とされるバイアスエネルギーを一つの列の発熱体により与え、この一つの列の発熱体によりバイアスエネルギーが与えられた前記印刷用紙を他の列の発熱体で所定の階調の濃度で発色させるべくエネルギーを与える印刷用紙発色方法であることを特徴とする。
また請求項２は、前記バイアスエネルギーを与える工程において、周囲温度、ライン履歴、隣接ドットの距離の少なくとも一の条件に基づいて補正を行うことを特徴とする。
また請求項３のサーマルヘッドは、金属基板と一体に形成され、部分グレーズ上面に突出させた金属基板の突出部をコモン電極として、該コモン電極を挟み両側に形成された二列の発熱体列を有し、前記印刷用紙の発色に最小限必要とされるバイアスエネルギーを一の列の発熱体により与え、他の列の発熱体で所定の階調の濃度で発色させるべくエネルギーを与えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図中従来例と共通の構成には同一符号を付し、説明を簡略化する。
図１ないし図３は本発明の一実施形態を示すものである。
符号５１はステンレス鋼などにより構成された金属基板で、この金属基板５１の表面には、ガラスにより絶縁性のグレーズガラス５２層が形成されている。前記グレーズガラス層５２の一部は盛り上げられていて部分グレーズ５３とされ、この部分グレーズ５３の途中には、金属性のコモン電極５４が埋め込まれて、その先端が部分グレーズ５３の上面から露出している。このコモン電極５４は、図示の場合前記金属基板５１と一体に形成されている。すなわち、金属基板５１を構成するステンレス鋼の一部が板状に形成されていて部分グレーズ５３の上部に露出し、この露出部分がコモン電極５４となっている。なお前記金属基板５１には、従来例と同様にヒートシンク８が取り付けられていて、金属基板５１の放熱を促進するようになっている。また、通常、金属基板５１の裏面にも表面と同様にグレーズガラス層が形成されている。これはグレーズガラスの焼成に際しての金属基板５１のそりを防止し、しかも、ヒートシンク８と金属基板５１との絶縁のためである。
【００１６】
前記部分グレーズ５３の表面には、プリンタの各ラインに対応して、薄膜技術あるいは厚膜技術を用いて、多数の抵抗体のパターンが互いに平行に形成され、これらのパターンにおける前記コモン電極５４を挟んだ両側の位置が、第１発熱体５５と第２発熱体５６となっている。前記第１発熱体５５の一端は前記コモン電極５４に接続され、また他端は、グレーズガラス層５２の表面に形成された個別電極５７にそれぞれ接続されている。すなわち部分グレーズ５３の表面の抵抗体のパターンの中間部分にコモン電極５４を接続することにより、このコモン電極５４から一端側が第１発熱体５５とされ、また、コモン電極５４から他端側が第２発熱体５６となっている。さらに、前記個別電極５７はフレキシブルプリント板５８を介して制御回路（図１において図示略）に接続されている。一方、前記第２発熱体５６の一端は前記コモン電極５４に接続され、また他端は、一括電極５９を介してパワートランジスタなどのスイッチング手段（図１において図示略）に接続されている。そして、このスイッチング手段ＯＮ／ＯＦＦによって前記第２発熱体５６がＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。
【００１７】
図１のサーマルヘッドを等価回路により示せば図２の通りである。すなわち、第１発熱体５５と第２発熱体５６とは各ドット毎に直列に接続されていて、第１発熱体５５の一端と第２発熱体５６の一端との接続点がコモン電極５４を介して接地されている。前記第１発熱体５５の他端は、個別電極５７を介して制御回路（図示例ではコントロールＩＣ）６０に接続されている。この制御回路６０は、前記各第１発熱体５５と電源６２との間に介在してこれらを所定の電流で駆動することにより、感熱紙を所定の諧調で発色させる。また第２発熱体５６の他端はスイッチングトランジスタ６１のコレクタに接続されている。このスイッチングトランジスタ６１は、ベースに供給される信号により前記第２抵抗体５６を電源６３に接続するようになっている。すなわち前記スイッチングトランジスタ６１がＯＮとなることにより、第２発熱体５６が所定の温度で発熱するようになっている。
【００１８】
上記構成のサーマルヘッド７０は、図５に示すように、従来のサーマルヘッドと同様にプリンタに取り付けられて使用される。すなわち、プラテンローラ３７との間の感熱紙３１に所定のエネルギーを与える処理を、ベルト３８を走行させながらＹＭＣの各色について繰り返すことにより、各色を所定の諧調で発色させるようになっている。
【００１９】
次いで、上記サーマルヘッドによる発色作用を説明する。
まず発色に必要なエネルギーについて説明する。
従来例で説明したように、感熱紙３１を所定の濃度で発色させるには、（３）式で示すパルス長が必要とされるが、ここに（２）式の関係を導入すると、

本発明では、上記（４）式における
３（ＰBY＋ＰG） ……バイアスエネルギー
を第２発熱体５６によって与え、
３ＰG ……諧調エネルギー
を第２発熱体５６とは別個の第１発熱体５５によって与えることとし、さらにバイアスエネルギーの単位時間あたりの密度を上げることにより、正味プリント時間ＰＴをほぼ各色についての諧調エネルギーを与えるに必要な時間の和とほぼ等しい
ＰＴ≒３ＰG×ライン数 ……（５）
なる時間まで短縮することができる。なお、（５）式で定義される時間は（３）式で定義される時間の１／２ないし１／３となり、プリント時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００２０】
各発熱体５５、５６に加える電圧の例を図３により説明する。
１ライン目に１９０諧調、２ライン目に６４諧調を与えるべくプリントしようとする場合
Ａ）Ｙ色に対して、まず、前記１ドットに相当する距離だけ前の（上流側の）ラインにおいて、第２発熱体５６に電圧Ｖ2 のプレヒートＹ色バイアスパルスを加え、次いで、第１発熱体５５の１ライン目に１９０諧調、２ライン目に６４諧調の電圧Ｖ1 のパルスを加える。
Ｂ）Ｃ色に対して、まず、前記各ラインの１ラインずつ前のラインにおいて、第２発熱体５６に電圧Ｖ2 のプレヒートＣ色バイアスパルスを加える。このプレヒートＣ色バイアスパルスは、前述の発色原理に基づきＣ色のバイアスパルスがＹ色のバイアスパルスより大きいため、Ｙ色の場合より長時間にわたってバイアスパルスが供給される。次いで、第１発熱体５５に対して、前記Ｙ色の場合と同様の長さの諧調パルスを加える。すなわち、第２発熱体５６においてＣ色のバイアスエネルギーに対応した大きなエネルギーを供給したので、第１発熱体５５において与えるべき諧調パルスの長さは各色とも同様となる。
なおＭ色については、Ｙ色とＣ色の中間のバイアスエネルギーが必要とされるため、バイアスパルスの持続時間もこれらの中間の値となるが、このパルス波形の図示は省略する。
【００２１】
なお、図示の場合第２発熱体５６の長さとコモン電極５４の幅との和（＝Ｌ）を１ドットの長さと同じに設定したことに起因して前記第２発熱体５６への電圧の印加を１ドット前の位置で行ったが、前記Ｌの値を２ドット、３ドット、４ドットあるいはそれ以上のドット数に対応する値とした場合には、それぞれ、２ドット、３ドット、４ドットあるいはそれ以上上流の位置から１ドット前までの複数ラインにまたがってバイアスパルスを加えることができる。また、図示の場合、パルス長（パルスの印加時間）によって各色に必要なバイアスエネルギーを調整するようにしたが、パワートランジスタ６１のベース電流を制御して、第２発熱体５６の印加電圧を調整することによりバイアスエネルギーを調整するようにしてもよい。
【００２２】
図４は本発明の他の実施形態を示すものである。
このサーマルヘッドはいわゆるダブルライン型であって、図１の例で一括電極５９に接続されていた第２発熱体５６を個別電極７１を介して個別に制御回路（図示略）へ接続したものである。この実施形態においては、第１発熱体５５おより第２発熱体５６をいずれもライン毎に個別に制御することができるから、第１発熱体５５、第２発熱体５６をバイアスパルス用および諧調パルス用の両方に使用することができる。したがって、第１発熱体５５側から第２発熱体５６側へ感熱紙が移動する場合、およびその逆方向へ移動する場合のいずれの場合にも前記一実施形態の場合と同様のプレヒートを行ってプリントの所要時間を短縮することができる。すなわち、ダブルライン型のサーマルヘッドに設けられている第１、第２の発熱体のいずれか一方をバイアスエネルギー付与のためのプレヒートに用いる場合にも本発明の技術を適用することができる。
【００２３】
なお、本発明の技術は、感熱プリンタ、昇華プリンタ、溶融プリンタなどの各種方式の熱転写プリンタに適用することができるのはもちろんである。また熱転写プリンタで必要とされる周囲温度補正、ライン履歴補正、隣接ドット補正などの各種の補正を行う場合、バイアスエネルギーを付与するためのプレヒートの段階でバイアスパルスのエネルギーを調整することにより行うのが望ましい。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明かなように、本発明は、印刷用紙の移動方向上流側に設けられた一の発熱体とその下流側に設けられれた他の発熱体とによって印刷用紙を加熱しているから、前記一の発熱体によって発色に必要な最小限のエネルギーを印刷用紙に与え、前記他の発熱体によって所定の諧調で発色するためのエネルギーを印刷用紙に与えるようにしたから、一の発熱体によって印刷用紙をプレヒートしておくことにより、他の発熱体から最小限のエネルギーを供給するだけで印刷用紙を所定の濃度で発色させることができ、したがって、印刷に要する時間を短縮してプリンタをスピードアップすることができる。また、他の発熱体に供給すべき電流が少なくて済むから、他の発熱体を駆動する回路として少電流仕様の半導体素子を用いることができ、全体としてサーマルヘッドのコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施形態におけるサーマルヘッド部分の斜視図である。
【図２】 図１のサーマルヘッドと等価回路の回路図である。
【図３】 駆動電流の波形図である。
【図４】 他の実施形態のサーマルヘッドの側面図である。
【図５】 図１のサーマルヘッドを用いたプリンタの側面図である。
【図６】 一従来例におけるサーマルヘッド部分の斜視図である。
【図７】 感熱紙の構成を示す断面図である。
【図８】 画像形成プロセスの説明図である。
【図９】 一従来例のプリンタの側面図である。
【図１０】 発色に用いられるパルス長と発色濃度との関係を示す図表である。
【符号の説明】
３１ 感熱紙 ３７ プラテンローラ
３８ ベルト ５１ 金属基板
５２ グレーズガラス層 ５３ 部分グレーズ
５４ コモン電極 ５５ 第１発熱体
５６ 第２発熱体 ５８ 個別電極
５９ 一括電極 ６０ 制御回路
７０ サーマルヘッド ７１ 個別電極

Claims (3)

1. 印刷用紙をサーマルヘッド発熱体により加熱することにより発色させるプリンタ装置において、
   一部を突出して形成した金属基板の突出部をコモン電極として、
   前記突出部の両側に前記突出部が露出するように前記基板と一体に形成された部分グレーズを有する金属基板において、
   前記コモン電極を挟み両側に形成された二列の発熱体列を有するサーマルヘッドを用い、
   前記印刷用紙の発色に最小限必要とされるバイアスエネルギーを一つの列の発熱体により与え、
   この一つの列の発熱体によりバイアスエネルギーが与えられた前記印刷用紙を他の列の発熱体で所定の階調の濃度で発色させるべくエネルギーを与える印刷用紙発色方法であることを特徴とするサーマルヘッドの制御方法。
2. 前記バイアスエネルギーを与える工程において、周囲温度、ライン履歴、隣接ドットの距離の少なくとも一の条件に基づいて補正を行うことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッドの制御方法。
3. 請求項１に記載の制御方法による印刷用紙発色方法に用いられるサーマルヘッドであって、
   金属基板と一体に形成され、部分グレーズ上面に突出させた金属基板の突出部をコモン電極として、
   該コモン電極を挟み両側に形成された二列の発熱体列を有し、
   前記印刷用紙の発色に最小限必要とされるバイアスエネルギーを一の列の発熱体により与え、
   他の列の発熱体で所定の階調の濃度で発色させるべくエネルギーを与えることを特徴とするサーマルヘッド。

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