JP4606687B2 - サーマルプリンタ、用紙搬送速度制御方法、サーマルヘッド通電制御方法 - Google Patents
サーマルプリンタ、用紙搬送速度制御方法、サーマルヘッド通電制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルヘッドを用いてプリンタ用紙に画像を形成するサーマルプリンタの用紙搬送速度制御方法およびサーマルヘッドの通電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルプリンタは、サーマルヘッドで色素を加熱し、熱による物性の変化を利用して発色させることにより用紙に画像を形成するプリンタであって、フルカラー用として、例えば以下の昇華方式、溶融方式、感熱方式が知られている。
（１）昇華方式プリンタ
昇華方式プリンタは、昇華性染料を塗工したインクリボンと、昇華染料の受像層が表面にコートされた専用の用紙とを基本メディアとし、サーマルヘッドにより加熱してインクリボンの染料を用紙表面の受像層に昇華・拡散させることにより、用紙に画像を転写するものである。
（２）溶融方式プリンタ
溶融方式プリンタは、顔料をワックスに混ぜて塗工したインクリボンと、通常の用紙とを基本メディアとし、サーマルヘッドによりインクリボンを加熱して顔料を溶融することにより、用紙に画像を転写するものである。
【０００３】
（３）感熱フルカラープリンタ
感熱フルカラープリンタの代表的な方式としてＴＡ方式がある。このＴＡ方式の感熱フルカラープリンタは、色毎にマイクロカプセルに閉じ込められて分離された染料とカプラーとが混合され、これら染料とカプラーとが用紙表面に一様に塗工された用紙を基本メディアとし、サーマルヘッドにより用紙表面を加熱することにより発色させるものである。
モノクロプリントであっても多色プリントであっても、上述の３方式が代表的なプリント方式となる。
【０００４】
図１を援用して、昇華方式のサーマルプリンタを概略的に説明する。なお、後述するように、図１において符号７はＤＣモータを表すが、ここでは、符号７はパルスモータを表すものとし、パルスモータ（７）と表記する。
図１において、繰り出しローラ１０により用紙トレー９から用紙１が１枚ずつ繰り出される。繰り出された用紙１は、インクリボンロール２から巻き出されたインクリボンと重ね合わせられてサーマルヘッド３とプラテン５との間を通過する。また、繰り出された用紙１は、ピンチローラ１２とフィードローラ１１との間に挟み込まれ、フィードローラ１１が回転することにより、用紙１が１ラインずつ送られる。フィードローラ１１は、ギヤ６を介してパルスモータ（７）に連結されており、このパルスモータ（７）がギヤ６を介してフィードローラ１１を回転駆動する。パルスモータ（７）の制御はコントローラ８により行われる。
【０００５】
このサーマルプリンタによれば、１枚の用紙１に対し、Ｙ色（イエロー）、Ｍ色（マゼンタ）、Ｃ色（シアン）の順で３色が重ねられてプリントされ、フルカラーの画像が形成される。この例では、フィードローラ１１を回転駆動するための動力源としてパルスモータ（７）を採用しており、このパルスモータの特性上、負荷が変化しても回転速度が一定に保たれる。このため、３色を重ねてプリントする際に色ズレや濃度ムラなどが発生しにくいというメリットがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィードローラ１１を駆動するための動力源として、上述のパルスモータ（７）に代えてＤＣモータを採用したサーマルプリンタがある。ＤＣモータを採用するメリットは次のようである。第１に、制御部も含めてモータ全体として捉えた場合、ＤＣモータはパルスモータに比べてコストが格段に安く、装置コストを低減できる。第２に、ＤＣモータはパルスモータに比べて小さく、装置を小型に実現できる。第３に、ＤＣモータは騒音が小さく、従って静音性に優れた装置を実現できる。
【０００７】
しかしながら、ＤＣモータを採用した場合、第１の問題として、パルスモータに比較して回転速度が変化しやすいために、色ズレや濃度ムラが発生し易いという問題がある。ＤＣモータの回転速度が変化する要因としては、以下に説明するように、大きくはＤＣモータ自体の基本特性と負荷変動との２つがある。
Ａ．ＤＣモータの基本特性による回転速度の変化
基本的には、電源電圧が一定であればＤＣモータの回転速度も一定となるが、電源電圧が一定であっても次の場合にはＤＣモータの回転速度が変化する。
（ａ）ＤＣモータ自体の温度が上昇した場合
ＤＣモータの起動に伴い、ＤＣモータ自身の温度が上昇する結果、ＤＣモータの巻線抵抗が増加し、回転速度が低下する。
【０００８】
（ｂ）ＤＣモータ内部の潤滑特性が変化した場合
ＤＣモータの環境温度が変化すると、ＤＣモータ内部の軸受けグリースなどの潤滑特性が変化し、始動時に負荷となって回転速度が必ずしも一定にならない。
特に冬季と夏期では大きな違いが見られ、ＤＣモータの運転履歴や使用環境によって回転速度が大きく変化する。
（ｃ）ＤＣモータに個体差が存在する場合
ＤＣモータ自体の品質上のバラツキにより個体差が生じ、固体によって回転速度が異なったものになる。また、ＤＣモータの制御回路を構成する素子特性のバラツキによっても回転速度が変化し、結果として個体差が生じる。
【０００９】
Ｂ．負荷変動による回転速度の変化
負荷の変動によってもＤＣモータの回転速度が変化する。図１において、用紙１とサーマルヘッド３との間の摩擦力は、フィードローラ１１を駆動するＤＣモータの負荷となる。即ち、サーマルヘッド３は固定されており、インクリボンはサーマルヘッド３の表面をスライドするので、サーマルヘッド３の表面とインクリボンとの間に大きな摩擦力が発生する。この摩擦力がＤＣモータの負荷となる。また、サーマルヘッド３の表面とインクリボンとの間の摩擦係数は、サーマルヘッド３の発熱状態に大きく依存し、プリント時の発熱条件以外にも環境温度や熱履歴の影響を受ける。さらに、プリント時には印画パターンによってサーマルヘッドの発熱量が絶えず変化する。このため、熱的な影響を受けることによってサーマルヘッドとインクリボンとの間の摩擦係数が変化する結果、ＤＣモータの負荷が変化して回転速度が変動する。
【００１０】
上述のように、ＤＣモータをフィードローラ１１の動力源として採用した場合、用紙１の搬送速度が絶えず変動するため、一定の時間間隔で通電パルスを発生させたのでは、用紙１の搬送量との同期がとれなくなり、従って３色を重ねてプリントする際に色ズレや濃度ムラなどが発生することになる。この問題を解決するための従来技術として、例えば、特公平７−８０３２０号公報、実開昭５５−７８４４１号公報に開示された技術が知られている。この従来技術の要点は以下のようである。図８に示すように、ＤＣモータの回転軸１００にスリットが形成された円盤１０１を取り付け、この円盤１０１を挟んでレーザダイオードの発光素子１０２と、フォトセンサの受光素子１０３とを対向配置する。発光素子１０２から放出した光は、円盤１０１のスリットを通過して受光素子に照射される。
【００１１】
ここで、ＤＣモータが回転軸１００が回転して円盤１０１が回転すると、発光素子１０２から放出された光の通過と遮断が交互に繰り返し行われる。この結果、受光素子１０３には断続的に光が照射され、パルス信号が受光素子１０３から出力される。用紙１の搬送量（移動量）は、ＤＣモータの回転軸１００回転量（即ち円盤１０１の回転量）と対応関係にあるから、用紙１の搬送量は受光素子１０３から出力されるパルス数をカウントすることにより把握される。そして、サーマルヘッドの通電タイミングを受光素子１０３から出力されるパルス信号に同期させて用紙を一定量だけ搬送し、用紙の搬送を一旦停止させた状態でプリントを行う。これにより、用紙の搬送量が正確に制御され、３色を重ねてプリントする際の色ズレや濃度ムラが防止される。しかしながら、この従来技術によれば、通電時に用紙の搬送を一旦停止させるため、高速化が困難である。
【００１２】
次に、ＤＣモータを用いた場合の第２の問題として、回転速度が変化することに伴って用紙にプリントされる１ドット当たりの印画領域（インクが転写される領域）が変動し、これにより濃度ムラが発生するという問題がある。即ち、プリント時間の短い高速プリントでは、用紙を停止させず、連続的に用紙を搬送してプリントが行われる。このとき、ＤＣモータの回転速度が変化すると、サーマルヘッドの通電時間ｔで搬送される用紙の移動量が変動し、濃度ムラが発生する。
【００１３】
図９を用いて、濃度ムラの発生メカニズムをさらに詳細に説明する。同図において、Ｌは１ドットの長さを表し、Ｌ０〜Ｌ２は、通電時間ｔで用紙が搬送される距離（即ち用紙の搬送量）を表す。１ドット当たりの印画領域は、距離Ｌ０〜Ｌ２で規定される領域に相当し、１ドット内でインクが実際に転写される領域である。同図（ａ）は、通電時間ｔの間に標準の距離Ｌ０だけ用紙が搬送される場合を示し（搬送速度Ｖ０＝Ｌ０／ｔ）、同図（ｂ）は、通電時間ｔの間に用紙が距離Ｌ１だけ搬送される場合を示し（搬送速度Ｖ１＝Ｌ１／ｔ）、同図（ｃ）は、通電時間ｔの間に用紙が距離Ｌ２だけ搬送される場合を示す（搬送速度Ｖ２＝Ｌ２／ｔ）。
【００１４】
距離Ｌ０〜Ｌ２の間には、「Ｌ２＜Ｌ０＜Ｌ１」の大小関係がある。通電時間ｔが同じであり、且つ投入エネルギーＥ（電力と時間との積）が同じであれば、印画領域の濃度は同図（ｃ）に示す場合が最も濃く、同図（ｂ）に示す場合が最も薄くなる。即ち、各印画領域の濃度は、通電時間ｔで用紙が移動した距離が小さいほど高くなる（第１の関係）。
一方、印画されない領域の長さ（Ｌ−Ｌ０，Ｌ−Ｌ１，Ｌ−Ｌ２）について検討すると、図４に示す例では、「Ｌ−Ｌ１＜Ｌ−Ｌ０＜Ｌ−Ｌ２」の大小関係が成り立つ。
【００１５】
ここで、１ドットの長さはＬであり、この長さＬの１ドットに着目して濃度を評価すると、印画されない領域の面積が最も広い同図（ｃ）に示す場合が最も薄く、印画されない領域の面積が最も狭い同図（ｂ）に示す場合が最も濃くなる。即ち、各ドットの濃度の大小関係は、通電時間ｔの間に用紙が移動した距離が大きいほど高くなる（第２の関係）。上述の第１の関係と第２の関係は、一見して互いに矛盾するような内容であるが、このことは、人間の視覚上、局部的に印画濃度が濃くても、印画されない領域の面積が大きいと全体的に印画濃度が薄く感じられることを意味している。
【００１６】
結局、目的とする標準の印画濃度を与える搬送速度に対し（図４（ａ））、用紙の搬送速度が速い場合には（図４（ｂ））、印画濃度が高くなったように感じられ、逆に搬送速度が遅い場合には（図４（ｃ））、印画濃度が低くなったように感じられる。印画領域の長短（用紙の搬送距離の変動）は、Ｙ，Ｍ，Ｃの３色を重ねても発生するため、色ズレの原因にもなる。
【００１７】
次に、ＤＣモータを用いた場合の第３の問題として、回転速度が変化することに伴って、サーマルヘッドの発熱抵抗体の冷却期間が変動し、これにより濃度ムラが発生するという問題がある。図１０に、ライン毎の用紙１の搬送量と通電パルスとの関係について時間を横軸にとって示す。通電パルスの発生タイミングは用紙の搬送量に同期させている。この例では、第１ライン目から第３ライン目まで順次搬送時間が増えており（搬送量は一定）、従ってＤＣモータの回転速度が遅くなっている。
【００１８】
ここで、通電パルスの幅は一定であるから、第１ライン目から第３ライン目のパルス休止期間（非通電期間）Ａ，Ｂ，Ｃの間には、「Ａ＜Ｂ＜Ｃ」なる大小関係が成り立つ。このパルス休止期間は、サーマルヘッドの発熱抵抗体の冷却期間となり、この冷却期間が長いほど発熱抵抗体が冷却され易く、この冷却期間が短いほど発熱抵抗体が冷却され難くなる。発熱発熱体の温度は直前のラインにおける冷却期間の影響を受け、この冷却期間の長短に応じて新たなラインでの発熱抵抗体の温度が変化し、この結果、濃度ムラが発生することになる。
【００１９】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、サーマルプリンタにおけるＤＣモータの回転速度の変動に起因した用紙搬送速度の変動を抑制することが可能な用紙搬送速度制御方法を提供することにある。
また、第２の目的は、サーマルプリンタにおける各ドットの印画領域の変動を抑制することが可能なサーマルヘッドの通電制御方法を提供することにある。
さらに、第３の目的は、サーマルプリンタにおけるサーマルヘッドの冷却期間の変動を抑制することが可能なサーマルヘッドの通電制御方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
請求項１に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタのサーマルヘッド通電制御方法において、（ａ）印画パターンにより定まる前記サーマルヘッドの発熱条件、前記サーマルヘッドの周辺温度、サーマルヘッド温度、熱履歴及び実質的に用紙とインクリボンに加えられるエネルギーから前記サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度を予測し、予め実験的に把握している、前記サーマルヘッドとインクリボンとの間の摩擦係数の温度依存性を示すデータを参照し、前記予測された前記サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度に対応する摩擦係数を求め、該摩擦係数に基づいて前記サーマルヘッドと前記インクリボンとの間の摩擦力を求める第１のステップと、（ｂ）前記第１のステップで求めた摩擦力による負荷を考慮して前記ＤＣモータによる前記用紙の搬送速度を算出する第２のステップと、（ｃ）前記第２のステップで算出された搬送速度から階調ごとに標準の搬送距離に対する通電パルス時間を算出する第３のステップと、（ｄ）前記第３のステップで算出された階調ごとの標準通電パルス時間に通電時間から決まる補正値を加え、印画階調に対応する通電電力を算出する第４のステップと、を含むことを特徴とする。これにより、通電電力を最適化する。ここで、第１のステップでは、例えば、現時点でのサーマルヘッドの温度と、次ラインでプリントに投入する標準エネルギーとから、サーマルヘッドとインクリボンとの間の摩擦係数が算出され、摩擦力が求まる。標準エネルギーは、例えば全発熱体に投入されるエネルギーであり、階調数で決まる。
【００２２】
請求項２に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタのサーマルヘッド通電制御方法において、（ａ）ライン毎に前記ＤＣモータによる用紙の搬送時間を算出する第１のステップと、（ｂ）前記第１のステップで算出された搬送時間と標準の搬送時間との差を算出する第２のステップと、（ｃ）前記第２のステップで算出された搬送時間の差と階調値とからサーマルヘッドの通電パルス時間を補正する第３のステップと、を含むことを特徴とする。
請求項３に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタであって、前記請求項１に記載されたサーマルヘッド通電制御方法を用いてサーマルヘッドの通電を制御するように構成されたことを特徴とする。
請求項４に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタであって、前記請求項２に記載されたサーマルヘッド通電制御方法を用いてサーマルヘッドの通電を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明に係る実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
図１に、この実施の形態１に係る昇華方式のサーマルプリンタの構成を示す。このサーマルプリンタは、昇華式のプリンタであって、フィードローラ１１を駆動するための動力源としてＤＣモータ７を内蔵しており、用紙１の搬送速度を一定とするようにＤＣモータ７を制御する機能を備える。
同図に示すように、用紙トレー９には、複数枚の用紙１が収納されており、繰り出しローラ１０により１枚ずつ用紙トレー９から搬送経路上に繰り出される。
【００２４】
用紙１の上面側には、この用紙１の搬送経路に沿って、巻き出し側のインクリボンロール２（未使用部分）、サーマルヘッド３、巻き取り側のインクリボン巻芯４（使用済み部分）が順に配置される。また、用紙１の搬送経路の下流側にはピンチローラ１２が配置されている。インクリボンロール２から巻き出されたインクリボンは、用紙トレー９から繰り出された１枚の用紙１と重ね合わせられてサーマルヘッド３とプラテン５との間を通過した後、インクリボンコア４に巻き取られる。
【００２５】
用紙１の下面側には、サーマルヘッド３に対向する位置にプラテン５が配置され、このプラテン５により用紙１がサーマルヘッド３の発熱抵抗体（図示なし）に適度に押圧される。また、ピンチローラ１２に対向する位置にはフィードローラ１１が配置される。これらピンチローラ１２とフィードローラ１１との間に用紙１を挟み込んでフィードローラ１１が回転することにより、用紙１が搬送される。フィードローラ１１は、ギヤ６を介してパルスモータ７に連結されており、このパルスモータ７がギヤ６を介してフィードローラ１１を駆動する。パルスモータ７の制御はコントローラ８により行われ、このコントローラ８の制御の下に用紙が１ラインずつ搬送される。
なお、特に図示しないが、全体の動作を制御するためのマイクロコンピュータが搭載されており、このマイクロコンピュータによって、以下に説明する用紙搬送速度制御に必要とされる一連の処理が実行される。
【００２６】
このサーマルプリンタの動作を説明する。
先に一般的なプリント動作を説明し、その後に用紙の搬送速度を一定に保つための制御（以下、用紙搬送速度制御と称す）の方法を説明する。
（１）プリント動作
初期状態ではピンチローラ１２がフィードローラ１１から離間した位置で待機している。動作が開始すると、用紙トレー９に収納された用紙１が、繰り出しローラ１０により１枚ずつ搬送経路上に繰り出され、図１において左方から右方に搬送される。繰り出された用紙１の先端部がフィードローラ１１とピンチロータ１２との間を通過し、図示しないセンサにより検知されると、ピンチローラ１２が上方より図示されないバネ機構によりフィードローラ１１に押し付けられ、これにより用紙１がフィードローラ１１とピンチローラとの間に挟み込まれる。このときの用紙１の位置がプリントのスタート位置とされる。
【００２７】
次いで、プリント用の画像データに従ってサーマルヘッド３に通電パルスが供給され、サーマルヘッド３の抵抗体が発熱することで、１ラインずつ用紙１の上に画像がプリントされる。この場合、まずＹ色（イエロー）がプリントされ、その後、用紙１が一旦スタート位置に戻され、Ｍ色（マゼンタ）およびＣ色（シアン）の順で、３色が重なるように繰り返しプリントが行われる。最後に、必要に応じて用紙１のプリント面を保護するためのオーバコート層がプリントされる。
【００２８】
（２）用紙搬送速度制御
続いて、上述のプリント動作と並行して、以下に説明するように、用紙の搬送速度を一定に保つための用紙搬送速度制御が行われる。以下、図２に示すフローに沿って、この用紙搬送速度制御の方法を説明する。
先ず、用紙１の搬送速度を算出する（ステップＳ１１）。具体的には、ＤＣモータ７を一定の電圧で作動させると共に、サーマルヘッド３を一定のエネルギー（電力）で発熱させ、これによりプリント動作をさせる。そして、このときの用紙１の搬送速度を計測する。用紙１の搬送速度は、例えば、前述の図８に示す発光素子１０２から放出された光が円盤１０１のスリットを通過して受光素子１０３に照射されることにより発生するパルス信号をカウントすることによって計測される。用紙１の搬送速度は、受光素子１０３から出力されるパルス信号のパルス数を時間で除算して算出する。
【００２９】
続いて、用紙１の平均搬送速度を算出する（ステップＳ１２）。この平均搬送速度は、上述のステップＳ１１で計測された搬送速度に所定の係数を乗算することにより算出する。この係数は、パルス数を搬送速度に換算するためのものであると共に、プリントパターンによって変動する搬送速度を補正するものである。続いて、上述のステップＳ１２で算出された平均搬送速度が目標範囲内か否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００３０】
ここで、平均搬送速度が目標範囲内にない場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、目標範囲に対する搬送速度（算出値）の変分に応じて、ＤＣモータ７の電源電圧が修正される（ステップＳ１４）。即ち、算出された平均搬送速度が目標範囲の上限値よりも高い場合、ＤＣモータ７の電源電圧を下げ、このＤＣモータの回転速度を低下させることにより、用紙１の搬送速度を下げる。逆に、算出された平均搬送速度が目標範囲の下限値よりも低い場合、ＤＣモータ７の電源電圧を上げることにより搬送速度を上昇させる。用紙１の平均搬送速度が目標範囲に収まるまで、上述のステップＳ１１〜Ｓ１４を繰り返し行う。そして、用紙１の平均搬送速度が目標範囲内に収まると（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、その時点で設定されているＤＣモータ７の電源電圧が保持され、用紙１の搬送が行われる。
以上の用紙搬送速度制御により、サーマルヘッド３と用紙１との摩擦力が変動し、ＤＣモータ７の負荷が変動したとしても、用紙１の搬送速度が一定となるようにＤＣモータ７の回転速度が制御される。従って、ＤＣモータの回転速度が変化するもとに起因した濃度ムラや色ズレが防止される。
【００３１】
上述の実施の形態１では、ＤＣモータ７に供給される電源の電圧値を制御することにより回転速度を制御しているが（電圧制御）、チョッピング制御によりＤＣモータ７の電圧を供給している場合には、チョッピングのデューティを制御して回転速度を一定に調節すればよい。また、上述の用紙搬送速度制御を２回以上繰り返し行うことにより、ＤＣモータの特性を安定化させることができる。さらに、上述の用紙搬送速度制御は、プリンタの工場出荷時、毎日のプリンタの立ち上げ時（電源投入時）、毎回のプリントの開始時（プリント動作開始時）など、各レベルで実施可能である。さらにまた、プリンタ自体で自己完結できる仕組み（プログラム）を組み込んでもよい。さらにまた、ラインごとにＤＣモータの平均速度を測定し、ラインごとにＤＣモータの電源電圧を再設定する手法をとってもよい。但しこの場には上述の用紙搬送速度制御が複数回繰り返されることになる。
【００３２】
（実施の形態２）
以下、この発明の実施の形態２を説明する。
上述の実施の形態１では、ＤＣモータ７の回転速度を一定に制御するものとしたが、この実施の形態２では、サーマルヘッドの通電時間と通電電力を制御することにより、濃度ムラの発生を防止する。この実施の形態２に係るサーマルプリンタは、前述の図１に示す実施の形態１の構成に対し、ＤＣモータ７が一定電圧で作動する点と、サーマルヘッドの制御回路（図示なし）が通電時間および通電電力を最適に制御する機能を有する点で相違する。
なお、前述のマイクロコンピュータによって、以下に説明する通電制御に必要とされる一連の処理が実行される。
【００３３】
以下、この実施の形態２に係るサーマルプリンタの動作（サーマルヘッドの通電制御方法）について、図３に示すフローに沿って説明する。
先ず、サーマルヘッド３とインクリボンの実温度を予測する（ステップＳ２１）。即ち、サーマルヘッドの発熱条件（印画パターン）、周囲温度、サーマルヘッド温度、熱履歴、実質的に用紙とインクリボンに加えられるエネルギーから、サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度を予測する。続いて、上述のステップＳ２１で予測された温度でのサーマルヘッド３とインクリボンとの間の摩擦係数を算出し、摩擦力を求める（ステップＳ２２）。この摩擦力の算出にあたっては、予め実験的に摩擦係数の温度依存性を把握しておく。続いて、ステップＳ２２で算出された摩擦係数に基づきＤＣモータによる用紙１の搬送速度Ｍを算出する（ステップＳ２３）。
【００３４】
次に、ステップＳ２３で算出された搬送速度Ｍから、階調ごとに標準の搬送距離に対する通電時間ｔを算出する。即ち、搬送速度Ｍで用紙１を搬送した時に、目標とする１ドットあたりのプリントの長さＬ０を得るための標準の通電時間ｔ（＝Ｌ０／Ｍ）を階調値ごとに算出する（ステップＳ２４）。続いて、印画階調に対応するエネルギーＥと、上述のステップＳ２４で算出された標準の通電時間（標準通電パルス時間）ｔとから、印画階調に対応する通電電力（印画電力）Ｗ（＝Ｅ／ｔ）を算出する（ステップＳ２５）。エネルギーＥは、階調数から標準的に決まるエネルギー値に、印画階調値と通電時間とから決まる補正エネルギー値を加えて得る。従って、通電電力Ｗは、上述のステップＳ２４で算出された階調ごとの標準通電パルス時間に通電時間から決まる補正値を加えて算出されたものとなる。ここで、サーマルヘッドの発熱量を電圧Ｖにより制御する方式の場合、通電電力Ｗは、式「Ｖ2／Ｒ」により算出される。また、サーマルヘッドの発熱量を電流ｉにより制御する方式の場合、通電電力Ｗは、式「ｉ2×Ｒ」により算出される。Ｒはサーマルヘッドの発熱抵抗体の抵抗値である。制御は総ドットのトータル電流で行う。
以上により、この実施の形態２によれば、用紙１の搬送速度が変動しても、通電時間ｔと通電電力Ｗが最適に制御され、濃度ムラの発生が防止される。
【００３５】
（実施の形態３）
以下、この発明の実施の形態３を説明する。
この実施の形態３では、ＤＣモータ７の回転速度の変動に伴うサーマルヘッドの放熱特性の変動に起因した濃度ムラの発生を防止するものであって、通電パルス時間を補正する機能を備えて構成される。即ち、この実施の形態３に係るサーマルプリンタは、前述の図１に示す構成に対し、コントローラ８に代えてコントローラ２０を備えて構成され、コントローラ２０は、図４に示すように、エンコーダ３０の出力信号から通電パルスの補正量を演算する演算部２１と、この演算結果と外部からのプリントデータとから通電パルスを生成してサーマルヘッド３に供給するヘッド制御部２２から構成される。なお、演算部２１は時間の経過を計測する機能をも有している。
なお、前述のマイクロコンピュータによって、以下に説明する通電制御に必要とされる一連の処理が実行される。
【００３６】
以下、図６に示すフローに沿って、この実施の形態３の動作（サーマルヘッドの通電制御方法）を説明する。
先ず、ライン毎にＤＣモータ７による用紙１の搬送時間を算出する（ステップＳ３１）。即ち、演算部２１は、図８に示す受光素子１０３から出力されるパルス信号のパルス数と経過時間とから、用紙１を１ライン分だけ搬送するのに要する搬送時間ｔｐをライン毎に算出する。具体的には、パルス数と経過時間から、１ライン分の用紙１の搬送距離Ｌｐと搬送速度Ｍｐと算出し、搬送距離Ｌｐを搬送速度Ｍｐで除算することにより搬送時間ｔｐ（＝Ｌｐ／Ｍｐ）を得る。
【００３７】
続いて、演算部２１は、上述のステップＳ３１で算出された搬送時間ｔｐと標準の搬送時間ｔｓとの差分Δｔ（＝（Ｌ／Ｍ）−（Ｌ０／Ｍ０））を算出する（ステップＳ３２）。ここで、標準の搬送時間ｔｓは、標準的な１ライン分の搬送距離Ｌ０を標準的な搬送速度Ｍ０で除算して得られる値であり、目標とする搬送時間である。
続いて、演算部２１は、上述のステップＳ３２で算出された差分と、パターンデータとして外部から与えられる階調値に基づき通電時間の補正量を求める（ステップＳ３３）。ここで、演算部２１は、階調値と差分Δｔとをパラメータとして補正量ΔＰが規定されたテーブルを有している。このテーブルによれば、上述のステップＳ３２で算出された差分Δｔに対してパターンデータに応じた所望の階調を得るための通電時間ｔの補正量ΔＰが得られる。
続いて、上述のステップＳ３３で算出された補正量ΔＰを用いて、通電時間（即ち通電パルスの幅）ｔを補正する（ステップＳ３４）。具体的には、通電時間ｔに補正量ΔＰを加算して、この加算結果を新たに通電時間ｔとする。
【００３８】
図７に、通電パルスの補正例を示す。同図において、プリントの第１ライン目から各ラインのプリント時間を測定し、ＤＣモータの回転速度が遅くなった場合には、逐次通電パルスの幅を補正する。この例では、第１ライン目よりも搬送速度が遅い第２ライン目では通電パルスの幅が補正量ΔＰ１だけ延長されている。また、第２ライン目よりもさらに搬送速度が遅い第３ライン目では、通電パルスの幅が補正量ΔＰ２（＞ΔＰ１）だけ延長されている。このとき、補正量ΔＰは、そのときの搬送速度に応じて、パターンデータにより与えられる印画濃度となるような値に選ばれる。逆に言えば、パターンデータにより与えられる印画濃度が得られるように、冷却期間を修正するものである。
以上により、この実施の形態３によれば、冷却特性が変化しても、パターンデータに応じた印画濃度階調を得ることができ、濃度ムラを防止することが可能になる。
【００３９】
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば上述の実施の形態１に係る用紙搬送速度制御方法に、実施の形態２に係るサーマルヘッド通電制御方法を組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。また、例えば上述の実施の形態１に係る用紙搬送速度制御方法に、実施の形態３に係るサーマルヘッド通電制御方法を組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。さらに、例えば上述の実施の形態２に係るサーマルヘッド通電制御方法に、実施の形態３に係るサーマルヘッド通電制御方法を組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。さらにまた、例えば上述の実施の形態１に係る用紙搬送速度制御方法に、実施の形態２に係るサーマルヘッド通電制御方法と、実施の形態３に係るサーマルヘッド通電制御方法とを組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、用紙の搬送速度を計測し、この計測された搬送速度から用紙の平均搬送速度を算出し、この算出された平均搬送速度が目標範囲以内か否かを判定し、この判定結果に基づき、平均搬送速度が目標範囲以内になるようにＤＣモータに供給すべき電圧を修正するようにしたので、サーマルプリンタにおけるＤＣモータの回転速度の変動に起因した用紙搬送速度の変動を抑制することが可能となる。
また、サーマルヘッドと用紙との間の摩擦係数に基づきＤＣモータによる用紙の搬送速度を算出し、この搬送速度から標準の搬送距離に対する通電パルス時間を算出し、この通電パルス時間から印画諧調に対応する通電電力を算出するようにしたので、サーマルプリンタにおける各ドットの印画領域の変動を抑制することが可能となる。
さらに、ライン毎にＤＣモータによる用紙の搬送時間を算出し、この搬送時間と標準の搬送時間との差を算出し、この搬送時間の差と諧調値とからサーマルヘッドの通電パルス時間を補正するようにしたので、サーマルプリンタにおけるサーマルヘッドの冷却期間の変動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るサーマルプリンタの構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るサーマルプリンタの動作の流れを説明するためのフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態２に係るサーマルプリンタの動作の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタのコントローラ部の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタのコントローラ部が備えるテーブルの構成を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタの動作の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタにおける通電ンパルスの補正例を示す波形図である。
【図８】 用紙搬送距離を計測するための技術を説明するための図である。
【図９】 ＤＣモータの回転速度の変動に起因した問題（印画領域の変動）を説明するための図である。
【図１０】 ＤＣモータの回転速度の変動に起因した問題（冷却期間の変動）を説明するための図である。
【符号の説明】
１…用紙、２…インクリボンロール（巻き出し側）、３…サーマルヘッド、４…インクリボンコア（巻き取り側）、５…プラテン、６…ギア、７…ＤＣモータ、８…コントローラ部、９…用紙トレー、１０…繰り出しローラ、２０…コントローラ部、２１…演算部、２２…ヘッド制御部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマルヘッドを用いてプリンタ用紙に画像を形成するサーマルプリンタの用紙搬送速度制御方法およびサーマルヘッドの通電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーマルプリンタは、サーマルヘッドで色素を加熱し、熱による物性の変化を利用して発色させることにより用紙に画像を形成するプリンタであって、フルカラー用として、例えば以下の昇華方式、溶融方式、感熱方式が知られている。
（１）昇華方式プリンタ
昇華方式プリンタは、昇華性染料を塗工したインクリボンと、昇華染料の受像層が表面にコートされた専用の用紙とを基本メディアとし、サーマルヘッドにより加熱してインクリボンの染料を用紙表面の受像層に昇華・拡散させることにより、用紙に画像を転写するものである。
（２）溶融方式プリンタ
溶融方式プリンタは、顔料をワックスに混ぜて塗工したインクリボンと、通常の用紙とを基本メディアとし、サーマルヘッドによりインクリボンを加熱して顔料を溶融することにより、用紙に画像を転写するものである。
【０００３】
（３）感熱フルカラープリンタ
感熱フルカラープリンタの代表的な方式としてＴＡ方式がある。このＴＡ方式の感熱フルカラープリンタは、色毎にマイクロカプセルに閉じ込められて分離された染料とカプラーとが混合され、これら染料とカプラーとが用紙表面に一様に塗工された用紙を基本メディアとし、サーマルヘッドにより用紙表面を加熱することにより発色させるものである。
モノクロプリントであっても多色プリントであっても、上述の３方式が代表的なプリント方式となる。
【０００４】
図１を援用して、昇華方式のサーマルプリンタを概略的に説明する。なお、後述するように、図１において符号７はＤＣモータを表すが、ここでは、符号７はパルスモータを表すものとし、パルスモータ（７）と表記する。
図１において、繰り出しローラ１０により用紙トレー９から用紙１が１枚ずつ繰り出される。繰り出された用紙１は、インクリボンロール２から巻き出されたインクリボンと重ね合わせられてサーマルヘッド３とプラテン５との間を通過する。また、繰り出された用紙１は、ピンチローラ１２とフィードローラ１１との間に挟み込まれ、フィードローラ１１が回転することにより、用紙１が１ラインずつ送られる。フィードローラ１１は、ギヤ６を介してパルスモータ（７）に連結されており、このパルスモータ（７）がギヤ６を介してフィードローラ１１を回転駆動する。パルスモータ（７）の制御はコントローラ８により行われる。
【０００５】
このサーマルプリンタによれば、１枚の用紙１に対し、Ｙ色（イエロー）、Ｍ色（マゼンタ）、Ｃ色（シアン）の順で３色が重ねられてプリントされ、フルカラーの画像が形成される。この例では、フィードローラ１１を回転駆動するための動力源としてパルスモータ（７）を採用しており、このパルスモータの特性上、負荷が変化しても回転速度が一定に保たれる。このため、３色を重ねてプリントする際に色ズレや濃度ムラなどが発生しにくいというメリットがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィードローラ１１を駆動するための動力源として、上述のパルスモータ（７）に代えてＤＣモータを採用したサーマルプリンタがある。ＤＣモータを採用するメリットは次のようである。第１に、制御部も含めてモータ全体として捉えた場合、ＤＣモータはパルスモータに比べてコストが格段に安く、装置コストを低減できる。第２に、ＤＣモータはパルスモータに比べて小さく、装置を小型に実現できる。第３に、ＤＣモータは騒音が小さく、従って静音性に優れた装置を実現できる。
【０００７】
しかしながら、ＤＣモータを採用した場合、第１の問題として、パルスモータに比較して回転速度が変化しやすいために、色ズレや濃度ムラが発生し易いという問題がある。ＤＣモータの回転速度が変化する要因としては、以下に説明するように、大きくはＤＣモータ自体の基本特性と負荷変動との２つがある。
Ａ．ＤＣモータの基本特性による回転速度の変化
基本的には、電源電圧が一定であればＤＣモータの回転速度も一定となるが、電源電圧が一定であっても次の場合にはＤＣモータの回転速度が変化する。
（ａ）ＤＣモータ自体の温度が上昇した場合
ＤＣモータの起動に伴い、ＤＣモータ自身の温度が上昇する結果、ＤＣモータの巻線抵抗が増加し、回転速度が低下する。
【０００８】
（ｂ）ＤＣモータ内部の潤滑特性が変化した場合
ＤＣモータの環境温度が変化すると、ＤＣモータ内部の軸受けグリースなどの潤滑特性が変化し、始動時に負荷となって回転速度が必ずしも一定にならない。
特に冬季と夏期では大きな違いが見られ、ＤＣモータの運転履歴や使用環境によって回転速度が大きく変化する。
（ｃ）ＤＣモータに個体差が存在する場合
ＤＣモータ自体の品質上のバラツキにより個体差が生じ、固体によって回転速度が異なったものになる。また、ＤＣモータの制御回路を構成する素子特性のバラツキによっても回転速度が変化し、結果として個体差が生じる。
【０００９】
Ｂ．負荷変動による回転速度の変化
負荷の変動によってもＤＣモータの回転速度が変化する。図１において、用紙１とサーマルヘッド３との間の摩擦力は、フィードローラ１１を駆動するＤＣモータの負荷となる。即ち、サーマルヘッド３は固定されており、インクリボンはサーマルヘッド３の表面をスライドするので、サーマルヘッド３の表面とインクリボンとの間に大きな摩擦力が発生する。この摩擦力がＤＣモータの負荷となる。また、サーマルヘッド３の表面とインクリボンとの間の摩擦係数は、サーマルヘッド３の発熱状態に大きく依存し、プリント時の発熱条件以外にも環境温度や熱履歴の影響を受ける。さらに、プリント時には印画パターンによってサーマルヘッドの発熱量が絶えず変化する。このため、熱的な影響を受けることによってサーマルヘッドとインクリボンとの間の摩擦係数が変化する結果、ＤＣモータの負荷が変化して回転速度が変動する。
【００１０】
上述のように、ＤＣモータをフィードローラ１１の動力源として採用した場合、用紙１の搬送速度が絶えず変動するため、一定の時間間隔で通電パルスを発生させたのでは、用紙１の搬送量との同期がとれなくなり、従って３色を重ねてプリントする際に色ズレや濃度ムラなどが発生することになる。この問題を解決するための従来技術として、例えば、特公平７−８０３２０号公報、実開昭５５−７８４４１号公報に開示された技術が知られている。この従来技術の要点は以下のようである。図８に示すように、ＤＣモータの回転軸１００にスリットが形成された円盤１０１を取り付け、この円盤１０１を挟んでレーザダイオードの発光素子１０２と、フォトセンサの受光素子１０３とを対向配置する。発光素子１０２から放出した光は、円盤１０１のスリットを通過して受光素子に照射される。
【００１１】
ここで、ＤＣモータが回転軸１００が回転して円盤１０１が回転すると、発光素子１０２から放出された光の通過と遮断が交互に繰り返し行われる。この結果、受光素子１０３には断続的に光が照射され、パルス信号が受光素子１０３から出力される。用紙１の搬送量（移動量）は、ＤＣモータの回転軸１００回転量（即ち円盤１０１の回転量）と対応関係にあるから、用紙１の搬送量は受光素子１０３から出力されるパルス数をカウントすることにより把握される。そして、サーマルヘッドの通電タイミングを受光素子１０３から出力されるパルス信号に同期させて用紙を一定量だけ搬送し、用紙の搬送を一旦停止させた状態でプリントを行う。これにより、用紙の搬送量が正確に制御され、３色を重ねてプリントする際の色ズレや濃度ムラが防止される。しかしながら、この従来技術によれば、通電時に用紙の搬送を一旦停止させるため、高速化が困難である。
【００１２】
次に、ＤＣモータを用いた場合の第２の問題として、回転速度が変化することに伴って用紙にプリントされる１ドット当たりの印画領域（インクが転写される領域）が変動し、これにより濃度ムラが発生するという問題がある。即ち、プリント時間の短い高速プリントでは、用紙を停止させず、連続的に用紙を搬送してプリントが行われる。このとき、ＤＣモータの回転速度が変化すると、サーマルヘッドの通電時間ｔで搬送される用紙の移動量が変動し、濃度ムラが発生する。
【００１３】
図９を用いて、濃度ムラの発生メカニズムをさらに詳細に説明する。同図において、Ｌは１ドットの長さを表し、Ｌ０〜Ｌ２は、通電時間ｔで用紙が搬送される距離（即ち用紙の搬送量）を表す。１ドット当たりの印画領域は、距離Ｌ０〜Ｌ２で規定される領域に相当し、１ドット内でインクが実際に転写される領域である。同図（ａ）は、通電時間ｔの間に標準の距離Ｌ０だけ用紙が搬送される場合を示し（搬送速度Ｖ０＝Ｌ０／ｔ）、同図（ｂ）は、通電時間ｔの間に用紙が距離Ｌ１だけ搬送される場合を示し（搬送速度Ｖ１＝Ｌ１／ｔ）、同図（ｃ）は、通電時間ｔの間に用紙が距離Ｌ２だけ搬送される場合を示す（搬送速度Ｖ２＝Ｌ２／ｔ）。
【００１４】
距離Ｌ０〜Ｌ２の間には、「Ｌ２＜Ｌ０＜Ｌ１」の大小関係がある。通電時間ｔが同じであり、且つ投入エネルギーＥ（電力と時間との積）が同じであれば、印画領域の濃度は同図（ｃ）に示す場合が最も濃く、同図（ｂ）に示す場合が最も薄くなる。即ち、各印画領域の濃度は、通電時間ｔで用紙が移動した距離が小さいほど高くなる（第１の関係）。
一方、印画されない領域の長さ（Ｌ−Ｌ０，Ｌ−Ｌ１，Ｌ−Ｌ２）について検討すると、図４に示す例では、「Ｌ−Ｌ１＜Ｌ−Ｌ０＜Ｌ−Ｌ２」の大小関係が成り立つ。
【００１５】
ここで、１ドットの長さはＬであり、この長さＬの１ドットに着目して濃度を評価すると、印画されない領域の面積が最も広い同図（ｃ）に示す場合が最も薄く、印画されない領域の面積が最も狭い同図（ｂ）に示す場合が最も濃くなる。即ち、各ドットの濃度の大小関係は、通電時間ｔの間に用紙が移動した距離が大きいほど高くなる（第２の関係）。上述の第１の関係と第２の関係は、一見して互いに矛盾するような内容であるが、このことは、人間の視覚上、局部的に印画濃度が濃くても、印画されない領域の面積が大きいと全体的に印画濃度が薄く感じられることを意味している。
【００１６】
結局、目的とする標準の印画濃度を与える搬送速度に対し（図４（ａ））、用紙の搬送速度が速い場合には（図４（ｂ））、印画濃度が高くなったように感じられ、逆に搬送速度が遅い場合には（図４（ｃ））、印画濃度が低くなったように感じられる。印画領域の長短（用紙の搬送距離の変動）は、Ｙ，Ｍ，Ｃの３色を重ねても発生するため、色ズレの原因にもなる。
【００１７】
次に、ＤＣモータを用いた場合の第３の問題として、回転速度が変化することに伴って、サーマルヘッドの発熱抵抗体の冷却期間が変動し、これにより濃度ムラが発生するという問題がある。図１０に、ライン毎の用紙１の搬送量と通電パルスとの関係について時間を横軸にとって示す。通電パルスの発生タイミングは用紙の搬送量に同期させている。この例では、第１ライン目から第３ライン目まで順次搬送時間が増えており（搬送量は一定）、従ってＤＣモータの回転速度が遅くなっている。
【００１８】
ここで、通電パルスの幅は一定であるから、第１ライン目から第３ライン目のパルス休止期間（非通電期間）Ａ，Ｂ，Ｃの間には、「Ａ＜Ｂ＜Ｃ」なる大小関係が成り立つ。このパルス休止期間は、サーマルヘッドの発熱抵抗体の冷却期間となり、この冷却期間が長いほど発熱抵抗体が冷却され易く、この冷却期間が短いほど発熱抵抗体が冷却され難くなる。発熱発熱体の温度は直前のラインにおける冷却期間の影響を受け、この冷却期間の長短に応じて新たなラインでの発熱抵抗体の温度が変化し、この結果、濃度ムラが発生することになる。
【００１９】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、サーマルプリンタにおけるＤＣモータの回転速度の変動に起因した用紙搬送速度の変動を抑制することが可能な用紙搬送速度制御方法を提供することにある。
また、第２の目的は、サーマルプリンタにおける各ドットの印画領域の変動を抑制することが可能なサーマルヘッドの通電制御方法を提供することにある。
さらに、第３の目的は、サーマルプリンタにおけるサーマルヘッドの冷却期間の変動を抑制することが可能なサーマルヘッドの通電制御方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。
請求項１に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタのサーマルヘッド通電制御方法において、（ａ）印画パターンにより定まる前記サーマルヘッドの発熱条件、前記サーマルヘッドの周辺温度、サーマルヘッド温度、熱履歴及び実質的に用紙とインクリボンに加えられるエネルギーから前記サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度を予測し、予め実験的に把握している、前記サーマルヘッドとインクリボンとの間の摩擦係数の温度依存性を示すデータを参照し、前記予測された前記サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度に対応する摩擦係数を求め、該摩擦係数に基づいて前記サーマルヘッドと前記インクリボンとの間の摩擦力を求める第１のステップと、（ｂ）前記第１のステップで求めた摩擦力による負荷を考慮して前記ＤＣモータによる前記用紙の搬送速度を算出する第２のステップと、（ｃ）前記第２のステップで算出された搬送速度から階調ごとに標準の搬送距離に対する通電パルス時間を算出する第３のステップと、（ｄ）前記第３のステップで算出された階調ごとの標準通電パルス時間に通電時間から決まる補正値を加え、印画階調に対応する通電電力を算出する第４のステップと、を含むことを特徴とする。これにより、通電電力を最適化する。ここで、第１のステップでは、例えば、現時点でのサーマルヘッドの温度と、次ラインでプリントに投入する標準エネルギーとから、サーマルヘッドとインクリボンとの間の摩擦係数が算出され、摩擦力が求まる。標準エネルギーは、例えば全発熱体に投入されるエネルギーであり、階調数で決まる。
【００２２】
請求項２に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタのサーマルヘッド通電制御方法において、（ａ）ライン毎に前記ＤＣモータによる用紙の搬送時間を算出する第１のステップと、（ｂ）前記第１のステップで算出された搬送時間と標準の搬送時間との差を算出する第２のステップと、（ｃ）前記第２のステップで算出された搬送時間の差と階調値とからサーマルヘッドの通電パルス時間を補正する第３のステップと、を含むことを特徴とする。
請求項３に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタであって、前記請求項１に記載されたサーマルヘッド通電制御方法を用いてサーマルヘッドの通電を制御するように構成されたことを特徴とする。
請求項４に記載された発明は、用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタであって、前記請求項２に記載されたサーマルヘッド通電制御方法を用いてサーマルヘッドの通電を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明に係る実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
図１に、この実施の形態１に係る昇華方式のサーマルプリンタの構成を示す。このサーマルプリンタは、昇華式のプリンタであって、フィードローラ１１を駆動するための動力源としてＤＣモータ７を内蔵しており、用紙１の搬送速度を一定とするようにＤＣモータ７を制御する機能を備える。
同図に示すように、用紙トレー９には、複数枚の用紙１が収納されており、繰り出しローラ１０により１枚ずつ用紙トレー９から搬送経路上に繰り出される。
【００２４】
用紙１の上面側には、この用紙１の搬送経路に沿って、巻き出し側のインクリボンロール２（未使用部分）、サーマルヘッド３、巻き取り側のインクリボン巻芯４（使用済み部分）が順に配置される。また、用紙１の搬送経路の下流側にはピンチローラ１２が配置されている。インクリボンロール２から巻き出されたインクリボンは、用紙トレー９から繰り出された１枚の用紙１と重ね合わせられてサーマルヘッド３とプラテン５との間を通過した後、インクリボンコア４に巻き取られる。
【００２５】
用紙１の下面側には、サーマルヘッド３に対向する位置にプラテン５が配置され、このプラテン５により用紙１がサーマルヘッド３の発熱抵抗体（図示なし）に適度に押圧される。また、ピンチローラ１２に対向する位置にはフィードローラ１１が配置される。これらピンチローラ１２とフィードローラ１１との間に用紙１を挟み込んでフィードローラ１１が回転することにより、用紙１が搬送される。フィードローラ１１は、ギヤ６を介してパルスモータ７に連結されており、このパルスモータ７がギヤ６を介してフィードローラ１１を駆動する。パルスモータ７の制御はコントローラ８により行われ、このコントローラ８の制御の下に用紙が１ラインずつ搬送される。
なお、特に図示しないが、全体の動作を制御するためのマイクロコンピュータが搭載されており、このマイクロコンピュータによって、以下に説明する用紙搬送速度制御に必要とされる一連の処理が実行される。
【００２６】
このサーマルプリンタの動作を説明する。
先に一般的なプリント動作を説明し、その後に用紙の搬送速度を一定に保つための制御（以下、用紙搬送速度制御と称す）の方法を説明する。
（１）プリント動作
初期状態ではピンチローラ１２がフィードローラ１１から離間した位置で待機している。動作が開始すると、用紙トレー９に収納された用紙１が、繰り出しローラ１０により１枚ずつ搬送経路上に繰り出され、図１において左方から右方に搬送される。繰り出された用紙１の先端部がフィードローラ１１とピンチロータ１２との間を通過し、図示しないセンサにより検知されると、ピンチローラ１２が上方より図示されないバネ機構によりフィードローラ１１に押し付けられ、これにより用紙１がフィードローラ１１とピンチローラとの間に挟み込まれる。このときの用紙１の位置がプリントのスタート位置とされる。
【００２７】
次いで、プリント用の画像データに従ってサーマルヘッド３に通電パルスが供給され、サーマルヘッド３の抵抗体が発熱することで、１ラインずつ用紙１の上に画像がプリントされる。この場合、まずＹ色（イエロー）がプリントされ、その後、用紙１が一旦スタート位置に戻され、Ｍ色（マゼンタ）およびＣ色（シアン）の順で、３色が重なるように繰り返しプリントが行われる。最後に、必要に応じて用紙１のプリント面を保護するためのオーバコート層がプリントされる。
【００２８】
（２）用紙搬送速度制御
続いて、上述のプリント動作と並行して、以下に説明するように、用紙の搬送速度を一定に保つための用紙搬送速度制御が行われる。以下、図２に示すフローに沿って、この用紙搬送速度制御の方法を説明する。
先ず、用紙１の搬送速度を算出する（ステップＳ１１）。具体的には、ＤＣモータ７を一定の電圧で作動させると共に、サーマルヘッド３を一定のエネルギー（電力）で発熱させ、これによりプリント動作をさせる。そして、このときの用紙１の搬送速度を計測する。用紙１の搬送速度は、例えば、前述の図８に示す発光素子１０２から放出された光が円盤１０１のスリットを通過して受光素子１０３に照射されることにより発生するパルス信号をカウントすることによって計測される。用紙１の搬送速度は、受光素子１０３から出力されるパルス信号のパルス数を時間で除算して算出する。
【００２９】
続いて、用紙１の平均搬送速度を算出する（ステップＳ１２）。この平均搬送速度は、上述のステップＳ１１で計測された搬送速度に所定の係数を乗算することにより算出する。この係数は、パルス数を搬送速度に換算するためのものであると共に、プリントパターンによって変動する搬送速度を補正するものである。続いて、上述のステップＳ１２で算出された平均搬送速度が目標範囲内か否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００３０】
ここで、平均搬送速度が目標範囲内にない場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、目標範囲に対する搬送速度（算出値）の変分に応じて、ＤＣモータ７の電源電圧が修正される（ステップＳ１４）。即ち、算出された平均搬送速度が目標範囲の上限値よりも高い場合、ＤＣモータ７の電源電圧を下げ、このＤＣモータの回転速度を低下させることにより、用紙１の搬送速度を下げる。逆に、算出された平均搬送速度が目標範囲の下限値よりも低い場合、ＤＣモータ７の電源電圧を上げることにより搬送速度を上昇させる。用紙１の平均搬送速度が目標範囲に収まるまで、上述のステップＳ１１〜Ｓ１４を繰り返し行う。そして、用紙１の平均搬送速度が目標範囲内に収まると（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、その時点で設定されているＤＣモータ７の電源電圧が保持され、用紙１の搬送が行われる。
以上の用紙搬送速度制御により、サーマルヘッド３と用紙１との摩擦力が変動し、ＤＣモータ７の負荷が変動したとしても、用紙１の搬送速度が一定となるようにＤＣモータ７の回転速度が制御される。従って、ＤＣモータの回転速度が変化するもとに起因した濃度ムラや色ズレが防止される。
【００３１】
上述の実施の形態１では、ＤＣモータ７に供給される電源の電圧値を制御することにより回転速度を制御しているが（電圧制御）、チョッピング制御によりＤＣモータ７の電圧を供給している場合には、チョッピングのデューティを制御して回転速度を一定に調節すればよい。また、上述の用紙搬送速度制御を２回以上繰り返し行うことにより、ＤＣモータの特性を安定化させることができる。さらに、上述の用紙搬送速度制御は、プリンタの工場出荷時、毎日のプリンタの立ち上げ時（電源投入時）、毎回のプリントの開始時（プリント動作開始時）など、各レベルで実施可能である。さらにまた、プリンタ自体で自己完結できる仕組み（プログラム）を組み込んでもよい。さらにまた、ラインごとにＤＣモータの平均速度を測定し、ラインごとにＤＣモータの電源電圧を再設定する手法をとってもよい。但しこの場には上述の用紙搬送速度制御が複数回繰り返されることになる。
【００３２】
（実施の形態２）
以下、この発明の実施の形態２を説明する。
上述の実施の形態１では、ＤＣモータ７の回転速度を一定に制御するものとしたが、この実施の形態２では、サーマルヘッドの通電時間と通電電力を制御することにより、濃度ムラの発生を防止する。この実施の形態２に係るサーマルプリンタは、前述の図１に示す実施の形態１の構成に対し、ＤＣモータ７が一定電圧で作動する点と、サーマルヘッドの制御回路（図示なし）が通電時間および通電電力を最適に制御する機能を有する点で相違する。
なお、前述のマイクロコンピュータによって、以下に説明する通電制御に必要とされる一連の処理が実行される。
【００３３】
以下、この実施の形態２に係るサーマルプリンタの動作（サーマルヘッドの通電制御方法）について、図３に示すフローに沿って説明する。
先ず、サーマルヘッド３とインクリボンの実温度を予測する（ステップＳ２１）。即ち、サーマルヘッドの発熱条件（印画パターン）、周囲温度、サーマルヘッド温度、熱履歴、実質的に用紙とインクリボンに加えられるエネルギーから、サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度を予測する。続いて、上述のステップＳ２１で予測された温度でのサーマルヘッド３とインクリボンとの間の摩擦係数を算出し、摩擦力を求める（ステップＳ２２）。この摩擦力の算出にあたっては、予め実験的に摩擦係数の温度依存性を把握しておく。続いて、ステップＳ２２で算出された摩擦係数に基づきＤＣモータによる用紙１の搬送速度Ｍを算出する（ステップＳ２３）。
【００３４】
次に、ステップＳ２３で算出された搬送速度Ｍから、階調ごとに標準の搬送距離に対する通電時間ｔを算出する。即ち、搬送速度Ｍで用紙１を搬送した時に、目標とする１ドットあたりのプリントの長さＬ０を得るための標準の通電時間ｔ（＝Ｌ０／Ｍ）を階調値ごとに算出する（ステップＳ２４）。続いて、印画階調に対応するエネルギーＥと、上述のステップＳ２４で算出された標準の通電時間（標準通電パルス時間）ｔとから、印画階調に対応する通電電力（印画電力）Ｗ（＝Ｅ／ｔ）を算出する（ステップＳ２５）。エネルギーＥは、階調数から標準的に決まるエネルギー値に、印画階調値と通電時間とから決まる補正エネルギー値を加えて得る。従って、通電電力Ｗは、上述のステップＳ２４で算出された階調ごとの標準通電パルス時間に通電時間から決まる補正値を加えて算出されたものとなる。ここで、サーマルヘッドの発熱量を電圧Ｖにより制御する方式の場合、通電電力Ｗは、式「Ｖ2／Ｒ」により算出される。また、サーマルヘッドの発熱量を電流ｉにより制御する方式の場合、通電電力Ｗは、式「ｉ2×Ｒ」により算出される。Ｒはサーマルヘッドの発熱抵抗体の抵抗値である。制御は総ドットのトータル電流で行う。
以上により、この実施の形態２によれば、用紙１の搬送速度が変動しても、通電時間ｔと通電電力Ｗが最適に制御され、濃度ムラの発生が防止される。
【００３５】
（実施の形態３）
以下、この発明の実施の形態３を説明する。
この実施の形態３では、ＤＣモータ７の回転速度の変動に伴うサーマルヘッドの放熱特性の変動に起因した濃度ムラの発生を防止するものであって、通電パルス時間を補正する機能を備えて構成される。即ち、この実施の形態３に係るサーマルプリンタは、前述の図１に示す構成に対し、コントローラ８に代えてコントローラ２０を備えて構成され、コントローラ２０は、図４に示すように、エンコーダ３０の出力信号から通電パルスの補正量を演算する演算部２１と、この演算結果と外部からのプリントデータとから通電パルスを生成してサーマルヘッド３に供給するヘッド制御部２２から構成される。なお、演算部２１は時間の経過を計測する機能をも有している。
なお、前述のマイクロコンピュータによって、以下に説明する通電制御に必要とされる一連の処理が実行される。
【００３６】
以下、図６に示すフローに沿って、この実施の形態３の動作（サーマルヘッドの通電制御方法）を説明する。
先ず、ライン毎にＤＣモータ７による用紙１の搬送時間を算出する（ステップＳ３１）。即ち、演算部２１は、図８に示す受光素子１０３から出力されるパルス信号のパルス数と経過時間とから、用紙１を１ライン分だけ搬送するのに要する搬送時間ｔｐをライン毎に算出する。具体的には、パルス数と経過時間から、１ライン分の用紙１の搬送距離Ｌｐと搬送速度Ｍｐと算出し、搬送距離Ｌｐを搬送速度Ｍｐで除算することにより搬送時間ｔｐ（＝Ｌｐ／Ｍｐ）を得る。
【００３７】
続いて、演算部２１は、上述のステップＳ３１で算出された搬送時間ｔｐと標準の搬送時間ｔｓとの差分Δｔ（＝（Ｌ／Ｍ）−（Ｌ０／Ｍ０））を算出する（ステップＳ３２）。ここで、標準の搬送時間ｔｓは、標準的な１ライン分の搬送距離Ｌ０を標準的な搬送速度Ｍ０で除算して得られる値であり、目標とする搬送時間である。
続いて、演算部２１は、上述のステップＳ３２で算出された差分と、パターンデータとして外部から与えられる階調値に基づき通電時間の補正量を求める（ステップＳ３３）。ここで、演算部２１は、階調値と差分Δｔとをパラメータとして補正量ΔＰが規定されたテーブルを有している。このテーブルによれば、上述のステップＳ３２で算出された差分Δｔに対してパターンデータに応じた所望の階調を得るための通電時間ｔの補正量ΔＰが得られる。
続いて、上述のステップＳ３３で算出された補正量ΔＰを用いて、通電時間（即ち通電パルスの幅）ｔを補正する（ステップＳ３４）。具体的には、通電時間ｔに補正量ΔＰを加算して、この加算結果を新たに通電時間ｔとする。
【００３８】
図７に、通電パルスの補正例を示す。同図において、プリントの第１ライン目から各ラインのプリント時間を測定し、ＤＣモータの回転速度が遅くなった場合には、逐次通電パルスの幅を補正する。この例では、第１ライン目よりも搬送速度が遅い第２ライン目では通電パルスの幅が補正量ΔＰ１だけ延長されている。また、第２ライン目よりもさらに搬送速度が遅い第３ライン目では、通電パルスの幅が補正量ΔＰ２（＞ΔＰ１）だけ延長されている。このとき、補正量ΔＰは、そのときの搬送速度に応じて、パターンデータにより与えられる印画濃度となるような値に選ばれる。逆に言えば、パターンデータにより与えられる印画濃度が得られるように、冷却期間を修正するものである。
以上により、この実施の形態３によれば、冷却特性が変化しても、パターンデータに応じた印画濃度階調を得ることができ、濃度ムラを防止することが可能になる。
【００３９】
以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば上述の実施の形態１に係る用紙搬送速度制御方法に、実施の形態２に係るサーマルヘッド通電制御方法を組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。また、例えば上述の実施の形態１に係る用紙搬送速度制御方法に、実施の形態３に係るサーマルヘッド通電制御方法を組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。さらに、例えば上述の実施の形態２に係るサーマルヘッド通電制御方法に、実施の形態３に係るサーマルヘッド通電制御方法を組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。さらにまた、例えば上述の実施の形態１に係る用紙搬送速度制御方法に、実施の形態２に係るサーマルヘッド通電制御方法と、実施の形態３に係るサーマルヘッド通電制御方法とを組み合わせてサーマルプリンタを構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、用紙の搬送速度を計測し、この計測された搬送速度から用紙の平均搬送速度を算出し、この算出された平均搬送速度が目標範囲以内か否かを判定し、この判定結果に基づき、平均搬送速度が目標範囲以内になるようにＤＣモータに供給すべき電圧を修正するようにしたので、サーマルプリンタにおけるＤＣモータの回転速度の変動に起因した用紙搬送速度の変動を抑制することが可能となる。
また、サーマルヘッドと用紙との間の摩擦係数に基づきＤＣモータによる用紙の搬送速度を算出し、この搬送速度から標準の搬送距離に対する通電パルス時間を算出し、この通電パルス時間から印画諧調に対応する通電電力を算出するようにしたので、サーマルプリンタにおける各ドットの印画領域の変動を抑制することが可能となる。
さらに、ライン毎にＤＣモータによる用紙の搬送時間を算出し、この搬送時間と標準の搬送時間との差を算出し、この搬送時間の差と諧調値とからサーマルヘッドの通電パルス時間を補正するようにしたので、サーマルプリンタにおけるサーマルヘッドの冷却期間の変動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るサーマルプリンタの構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るサーマルプリンタの動作の流れを説明するためのフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態２に係るサーマルプリンタの動作の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタのコントローラ部の構成を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタのコントローラ部が備えるテーブルの構成を示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタの動作の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態３に係るサーマルプリンタにおける通電ンパルスの補正例を示す波形図である。
【図８】 用紙搬送距離を計測するための技術を説明するための図である。
【図９】 ＤＣモータの回転速度の変動に起因した問題（印画領域の変動）を説明するための図である。
【図１０】 ＤＣモータの回転速度の変動に起因した問題（冷却期間の変動）を説明するための図である。
【符号の説明】
１…用紙、２…インクリボンロール（巻き出し側）、３…サーマルヘッド、４…インクリボンコア（巻き取り側）、５…プラテン、６…ギア、７…ＤＣモータ、８…コントローラ部、９…用紙トレー、１０…繰り出しローラ、２０…コントローラ部、２１…演算部、２２…ヘッド制御部。
Claims (4)
- 用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタのサーマルヘッド通電制御方法において、
（ａ）印画パターンにより定まる前記サーマルヘッドの発熱条件、前記サーマルヘッドの周辺温度、サーマルヘッド温度、熱履歴及び実質的に用紙とインクリボンに加えられるエネルギーから前記サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度を予測し、予め実験的に把握している、前記サーマルヘッドとインクリボンとの間の摩擦係数の温度依存性を参照し、前記予測された前記サーマルヘッド表面とインクリボンとの接触界面の温度に対応する摩擦係数を求め、該摩擦係数に基づいて前記サーマルヘッドと前記インクリボンとの間の摩擦力を求める第１のステップと、
（ｂ）前記第１のステップで求めた摩擦力による負荷を考慮して前記ＤＣモータによる前記用紙の搬送速度を算出する第２のステップと、
（ｃ）前記第２のステップで算出された搬送速度から階調ごとに標準の搬送距離に対する通電パルス時間を算出する第３のステップと、
（ｄ）前記第３のステップで算出された階調ごとの標準通電パルス時間に通電時間から決まる補正値を加え、印画階調に対応する通電電力を算出する第４のステップと、
を含むことを特徴とするサーマルヘッド通電制御方法。 - 用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタのサーマルヘッド通電制御方法において、
（ａ）ライン毎に前記ＤＣモータによる用紙の搬送時間を算出する第１のステップと、
（ｂ）前記第１のステップで算出された搬送時間と標準の搬送時間との差を算出する第２のステップと、
（ｃ）前記第２のステップで算出された搬送時間の差と階調値とからサーマルヘッドの通電パルス時間を補正する第３のステップと、
を含むことを特徴とするサーマルヘッド通電制御方法。 - 用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタであって、前記請求項１に記載されたサーマルヘッド通電制御方法を用いてサーマルヘッドの通電を制御するように構成されたことを特徴とするサーマルプリンタ。
- 用紙を搬送するための動力源としてＤＣモータを内蔵した１ラインずつ用紙に画像をプリントするサーマルプリンタであって、前記請求項２に記載されたサーマルヘッド通電制御方法を用いてサーマルヘッドの通電を制御するように構成されたことを特徴とするサーマルプリンタ。
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