JP5751896B2

JP5751896B2 - 熱転写プリンタ装置

Info

Publication number: JP5751896B2
Application number: JP2011082445A
Authority: JP
Inventors: 吉邦西村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-04-04
Also published as: JP2012218160A

Description

本発明は、サーマルヘッドを用いて印画を行う熱転写プリンタ装置に関し、特に、サーマルヘッドに印加するエネルギーを制御し、同じインク濃度で印画を行う熱転写プリンタ装置に関するものである。

熱転写プリンタ装置は、用紙幅方向に複数配列された発熱素子で構成されるサーマルヘッドを発熱させて、この熱でインクリボンのインクを溶かし、そのインクを印画用紙に転写することで印画を行う装置である。

熱転写プリンタ装置では、印画されるインクの濃度は発熱素子の温度に従い、その温度が高いほどインクが濃く印画される。よって、環境の変化等に伴って発熱素子の温度が変化する場合には、インク濃度も変化する。

熱転写プリンタ装置では、発熱素子の温度によってインク濃度の濃淡を表すため、インク濃度を一定に保つためには、環境の変化等に左右されないよう発熱素子の温度を制御することが必要である。

発熱素子の温度を制御する方法として、例えば特許文献１では、まず、１枚の画像に対する印画完了時刻から次の印画開始までの印画時間間隔を測定し、さらに、ヘッド温度センサからもたらされるサーマルヘッドの温度情報から、その内部温度を算出する。そして、印画時間間隔、サーマルヘッドの内部温度に基づいて、γ変換の変換特性を変更するというものが示されている。

特開平９−２２６１３０号公報（図３）

特許文献１に示される装置においては、印画完了時刻から次の印画開始までの時間間隔を測定し、印画完了後時間とともに、発熱素子の温度が下がっていくことに対する補正を行っている。

しかし、印画完了時刻から印画開始までの時間間隔のみに基づいて補正を行っているため、印画完了後に周囲温度等の変化により、実際には発熱素子の温度が下がっていない場合でも発熱素子が下がっているとしてしまうような、実際の発熱素子の温度変化を反映しない場合があるという問題があった。例えば印画完了後すぐに装置の電源が切断され、その後すぐに電源を投入されたような場合には、時間計測による制御が適切に行えないという問題があった。

また、熱転写プリンタ装置における発熱素子の温度を検出するためには、サーミスタを使用するのが一般的であるが、実際に、インクリボンに熱を印加する発熱素子の直近にサーミスタを配置するのは物理上困難であり、通常サーミスタは発熱素子からある程度離れた位置に配置される。すなわち、サーミスタの温度検出位置は、発熱素子から所定距離だけ離れた、発熱素子周辺に設定される。

このため、サーミスタで検出されるサーマルヘッドの温度は、実際の発熱素子の温度に対して時間的な遅延等を有する温度となってしまい、それらを考慮する必要もある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、時間変化する発熱素子の温度を適切に推定し、サーマルヘッドの温度制御を行うことで、一定のインク濃度で印画することができる熱転写プリンタ装置の提供を目的とするものである。

本発明は、発熱素子を備えるサーマルヘッドを用いて印画を行う熱転写プリンタ装置であって、前記サーマルヘッドの温度を複数回検出する温度検出手段と、検出した前記温度を順次記録する記録手段と、記録した前記温度の時間変化に基づいて、前記発熱素子の素子温度を推定する温度推定手段と、推定した前記素子温度に基づいて、前記サーマルヘッドに印加するエネルギーを制御する制御手段とを備え、前記温度推定手段が、前記発熱素子と、前記温度検出手段の温度検出位置との間の熱伝達特性に基づいて、前記素子温度を推定し、前記温度検出手段が、前記サーマルヘッドの温度を、一定時間ごとに検出し、前記温度推定手段が、前記一定時間ごとに検出された複数の温度の、複数の単位時間あたりの時間変化にそれぞれ重み付けの係数を掛けた値に基づいて、前記推定を行うことを特徴とする。

本発明にかかる熱転写プリンタ装置によれば、前記サーマルヘッドの温度を複数回検出する温度検出手段と、検出した前記温度を順次記録する記録手段と、記録した前記温度の時間変化に基づいて、前記発熱素子の素子温度を推定する温度推定手段と、推定した前記素子温度に基づいて、前記サーマルヘッドに印加するエネルギーを制御する制御手段とを備え、前記温度推定手段が、前記発熱素子と、前記温度検出手段の温度検出位置との間の熱伝達特性に基づいて、前記素子温度を推定し、前記温度検出手段が、前記サーマルヘッドの温度を、一定時間ごとに検出し、前記温度推定手段が、前記一定時間ごとに検出された複数の温度の、複数の単位時間あたりの時間変化にそれぞれ重み付けの係数を掛けた値に基づいて、前記推定を行うことにより、精度よく適切に発熱素子の温度を推定し、サーマルヘッドの温度制御を行うことで、一定のインク濃度で印画することができる。

サーミスタの検出温度出力と、実際の発熱素子温度の関係を示す概略図である。サーミスタの検出温度出力と、実際の発熱素子温度の関係を示す概略図である。サーミスタの検出温度出力から、実際の発熱素子の温度を計算する概略図である。本発明の実施の形態１における熱転写型プリンタ装置の構成の一例を示す概略図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
以下、本発明の実施の形態１にかかる熱転写プリンタ装置を、図面に基づいて具体的に説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における、熱転写プリンタ装置の構成の一例を示したものである。

図４において熱転写プリンタ装置は、用紙幅方向（図における紙面表裏方向）に複数配列された発熱素子で構成されるサーマルヘッド１と、この発熱素子の熱で溶融される塗料を塗布したインクリボン２とにより、ロール状の印画紙３に画像を印画する。このとき、インクリボン２と印画紙３とを、プラテンローラ４に押し当てながら印画する。プラテンローラ４へは、サーマルヘッド１で押し当てる。

サーマルヘッド１には、その温度を検出し、検出した温度を検出温度信号として出力する、温度検出手段としてのサーミスタ５が取り付けられ、このサーミスタ５で検出した検出温度信号の出力が、記録手段としての記録部１０に入力される。記録部１０において、検出温度信号が順次記録される。

また、時間計測部６からのトリガ信号が記録部１０に入力されており、このトリガ信号に従い、サーミスタ５の検出温度信号が記録部１０に記録される。すなわち、トリガ信号が例えば一定時間ごとに出力され、検出温度信号にその時刻情報が付与される。

温度推定手段としての温度推定部７においては、記録部１０に記録した検出温度信号に基づいて、発熱素子の温度が推定される。

さらに、温度推定部７で推定された温度に応じ、サーマルヘッド１への印加エネルギーを制御し、印画濃度を制御するヘッドエネルギー印加制御部８が設けられている。

＜Ａ−２．動作＞
次に、このように構成された実施の形態１の熱転写プリンタ装置の、動作について説明する。

インクリボン２と印画紙３とを、サーマルヘッド１とプラテンローラ４とで狭持し、サーマルヘッド１の発熱素子を画像信号に対応して加熱し、インクリボン２に塗布されている染料を溶融して印画紙３に画像を印画する。

この時、発熱素子の加熱によりサーマルヘッド１の温度が上昇する。この温度をサーマルヘッド１に取り付けられたサーミスタ５が検出し、検出された温度を検出温度信号として記録部１０へ出力する。

印画のインク濃度を制御するうえで重要なのは、インクリボン２のインクを溶かしているサーマルヘッド１の、発熱素子の温度制御である。

図１は、サーミスタ５の検出温度出力と、実際の発熱素子温度の関係を示す概略図である。縦軸が温度の高さを、横軸がエネルギー印加開始からの経過時間をそれぞれ表している。

さらに、点線で示しているものは、サーマルヘッド１の発熱素子の温度であり、実線で示しているものは、サーミスタ５で検出されるサーマルヘッド１の温度である。実際にインクリボン２に熱を印加する発熱素子の直近にサーミスタ５を配置するのは物理上困難であり、通常サーミスタ５は発熱素子から離れた位置に配置されるため、その温度出力（実線）は図１のように実際の発熱素子の温度（点線）に比べて遅延した特性となる。また、発熱素子からサーミスタ５に熱が到達する間に放熱される熱量によって、温度が低下している。

図２は、サーマルヘッド１の発熱素子の温度（点線）と、サーミスタ５で検出されるサーマルヘッドの温度（実線）との関係を示す概略図である。

実線はサーミスタ５で検出されるサーマルヘッド１の温度であり、これを時間ｔ_Dだけシフトした１点鎖線の温度特性を、さらにＫ倍した点線の特性が、実際の発熱素子の温度と考えられる。温度が１／Ｋ倍になるのは、サーミスタ５まで温度が伝達する経路で放熱されることにより温度が低下する放熱効果を考慮したものである。すなわち、サーミスタ５と発熱素子との間に生じる距離による時間的遅延を時間ｔ_Dで補正し、サーミスタ５と発熱素子との間に生じる距離における放熱効果を係数１／Ｋで補正しており、発熱素子とサーミスタ５の温度検出位置との間の熱伝達特性を考慮している。

次に、サーミスタ５で検出されるサーマルヘッド１の温度（実線）から、実際の発熱素子の温度（点線）を算出する方法について説明する。ただし、実際の発熱素子の温度を推定する方法は、当該方法に限られるわけではない。

図４において、時間計測部６から一定時間間隔でトリガ信号が記録部１０に入力され、トリガ信号に同期してサーミスタ５で検出された温度の検出温度信号が、時系列に従って記録部１０に記録される。

図３は、時系列に従って記録されていくサーミスタ５の検出温度信号から、実際の発熱素子の温度を求め方を表した図である。

サーミスタ５で検出された温度の検出温度信号は、一定時間ｔ_aごとに記録部１０に記録される。当該時間ｔ_aは、例えば１枚の画像を印刷する時間に対応するものであり、同じ画像を繰り返し印画する場合、それぞれの印画間で対応するタイミング（印画開始、印画終了時等）におけるサーマルヘッド１の温度を検出することができる。また、時間ｔ_aはミリ秒単位のような非常に短い時間に対応するものであり、時々刻々と変化するサーマルヘッド１の温度を検出することができる。

温度推定部７においては、記録された検出温度信号の時間変化に基づいて、発熱素子の現在時刻における温度が推定される。

まず、現在の時刻ｔ₀に記録されたサーミスタ５の温度を温度Ｔ₀とし、現在より一定時間ｔ_a前の時刻ｔ_-1に記録されたサーミスタ５の温度を温度Ｔ_-1、現在より一定時間ｎ×ｔ_a前の時刻ｔ_-nに記録されたサーミスタ５の温度を温度Ｔ_-nとする。ただし、温度を検出する時間間隔は、必ずしも一定時間である必要はなく、複数回の測定がなされればよい。

現在時刻ｔ₀の発熱素子の温度Ｔｈは、時系列に記録されたサーミスタ５の、温度の単位時間あたりの傾き平均に、発熱素子とサーミスタ５との遅延時間ｔ_Dを掛け、Ｔ₀を足したものをさらにＫ倍することで求められ、すなわち、以下の式１で表すことができる。

このとき単位時間あたりの傾きに重み付けの係数（ｍ₁、ｍ₂、・・・ｍ_n ：ｍ₁＋ｍ₂＋・・・＋ｍ_n＝１）を掛けており、過去の傾きより現在の傾きに重きを置くためにｍ₁＞ｍ₂＞・・・＞ｍ_n という大小関係にしている。

式１において、遅延時間ｔ_Dは、サーマルヘッド１に発熱を開始してからサーミスタ５の出力が変化するまでの時間とすることができ、当該時間は実験、又はシミュレーションで求めることができる。

また、係数Ｋも、サーミスタ５の検出温度と発熱素子の温度とを実際に測定し比較したり、シミュレーションを行うことで求めたりすることができる。

また、ｎ個の係数ｍ_nも、サーマルヘッド１の熱特性に応じて設定することができる。

なお、線形補間やスプライン補間等を用いて、間欠的な時系列の温度データから任意の時間の温度を算出することも可能である。

上記のようにして推定された実際の発熱素子の温度Ｔｈが、温度推定部７からヘッドエネルギー印加制御部８に入力される。ヘッドエネルギー印加制御部８では、発熱素子の温度Ｔｈに基づいてサーマルヘッド１へ印加するエネルギーの、補正値を算出する。この補正値は、下記の式２によって算出できる。

Ｐ＝α×（Ｔｈ−Ｔｉ） …式２
なお、Ｐはサーマルヘッド１へ印加するエネルギーの補正値、Ｔｈは発熱素子の温度、αはＴｈとＴｉとの差分に対する係数、Ｔｉは発熱素子の理想温度である。

補正値Ｐは、印加されるエネルギーに対して加算、又は乗算等される値であり、予め定められた、印画時の発熱素子の理想温度であり、印画する画像によって異なっていてもよい。

ヘッドエネルギー印加制御部８は、補正値Ｐを考慮した印加エネルギーをサーマルヘッドに印加させ、印画時の発熱素子の温度を制御する。

なお上記補正値Ｐは、温度Ｔｈに対するテーブル値として参照されるものであってもよい。

＜Ａ−３．効果＞
本発明にかかる実施の形態１によれば、サーマルヘッド１の温度を複数回検出する温度検出手段としてのサーミスタ５と、検出した温度を順次記録する記録手段としての記録部１０と、記録した温度の時間変化に基づいて、発熱素子の素子温度を推定する温度推定手段としての温度推定部７と、推定した素子温度に基づいて、サーマルヘッド１に印加するエネルギーを制御する制御手段としてのヘッドエネルギー印加制御部８とを備えることで、時間変化する発熱素子の温度であっても適切に推定し、サーマルヘッド１の温度制御を行うことで、一定のインク濃度で印画することができる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、熱転写プリンタ装置において、温度推定手段としての温度推定部７が、発熱素子と、温度検出手段としてのサーミスタ５の温度検出位置との間の熱伝達特性に基づいて、素子温度を推定することで、サーミスタ５と温度検出位置との間の距離等の効果を適切に考慮することができ、より精密な素子温度の推定が可能となる。

また、本発明にかかる実施の形態１によれば、熱転写プリンタ装置において、温度検出手段としてのサーミスタ５が、サーマルヘッド１の温度を、一定時間ごとに検出し、温度推定手段としての温度推定部７が、一定時間ごとに検出された複数の温度に基づいて推定を行うことで、一定時間ごとの温度変化に基づいて、発熱素子の温度を適切に推定することが可能となる。

１サーマルヘッド、２インクリボン、３印画紙、４プラテンローラ、５サーミスタ、６時間計測部、７温度推定部、８ヘッドエネルギー印加制御部、１０記録部。

Claims

発熱素子を備えるサーマルヘッドを用いて印画を行う熱転写プリンタ装置であって、
前記サーマルヘッドの温度を複数回検出する温度検出手段と、
検出した前記温度を順次記録する記録手段と、
記録した前記温度の時間変化に基づいて、前記発熱素子の素子温度を推定する温度推定手段と、
推定した前記素子温度に基づいて、前記サーマルヘッドに印加するエネルギーを制御する制御手段とを備え、
前記温度推定手段が、前記発熱素子と、前記温度検出手段の温度検出位置との間の熱伝達特性に基づいて、前記素子温度を推定し、
前記温度検出手段が、前記サーマルヘッドの温度を、一定時間ごとに検出し、
前記温度推定手段が、前記一定時間ごとに検出された複数の温度の、複数の単位時間あたりの時間変化にそれぞれ重み付けの係数を掛けた値に基づいて、前記推定を行うことを特徴とする、
熱転写プリンタ装置。
前記温度の各前記単位時間あたりの時間変化に対応する時間範囲が現在よりも前であるほど、対応する前記重み付けの係数が小さい、
請求項１に記載の熱転写プリンタ装置。