JP6126731B1 - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視覚障害者自身が使用できることを目的とした立体画像作成サーマルプリンタ装置を提供する。【解決手段】熱により発泡する発泡カプセルを表面に一様に塗布した記録媒体３０に熱を印加することによって立体画像を形成する。より具体的には、記録媒体３０を機内へ給送して搬送する、給送ローラ２０、搬送ローラ２２、及び排送ローラ２３と、画像形成位置を頂点とする凸形状で配設され、搬送される記録媒体の位置を規制する搬送ガイド４０と、画像形成位置の下方からサーマルヘッド先端部１１ｃが記録媒体３０に当接するように設けられ、記録媒体３０に対して熱を印加して立体画像を形成するサーマルヘッドアセンブリ１１と、画像形成位置よりも記録媒体３０の搬送方向に対して上流側に設けられ、搬送されている記録媒体３０にテンションを与えて記録媒体３０をサーマルヘッド先端部１１ｃの方向に押圧するテンションローラ２１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルヘッドを用いて立体画像を形成する画像形成装置に関する。

視覚障害者向けの点字や触図用の立体画像を作成する分野では、紙に機械式に凸型を打ち出す方式による点字プリンタが使用されている。しかし、触図用としての図は点の連続によって直線や曲線を表すようにしたものであり、本来の直線や曲線を描くことはできない。また、機械式であるため、装置サイズは大きく、動作音も大きく、かつ高価であるため個人での使用を目的とした用途では普及していない。

特許文献１には、サーマルプリンタと熱膨張性又は熱収縮性の素材を用いた記録シートを使用して凹凸画像を作成する方法について開示されている。これはサーマルヘッドで印刷リボンを用いて記録シート上に濃淡又はカラーの２次元画像を記録し、次にサーマルヘッドと印刷された熱膨張性又は熱収縮性の素材を用いた記録シートの間にカバーリボンを介在させて、カバーリボンの上から加熱して濃淡又はカラー画像に凹凸を形成する方法である。これは従来のサーマル印刷部位に再度サーマルヘッドでの加熱処理を行い濃淡又はカラー画像の任意の部位に凹凸を作るものである。

特許文献２には、サーマルヘッドを熱発泡性の記録媒体の背面に当接させ、サーマルヘッドの熱を印加し記録媒体に凸形状を簡単に形成する感熱記録装置が開示されている。当該感熱記録装置では、記録媒体をサーマルヘッドへ押圧するための、くぼみ又は筋状の溝を持ったプラテンを用いることで記録媒体の膨張を妨げない構造としている。

また、熱発泡性材料を塗布したカプセルペーパーを記録媒体として使用する立体コピーシステムが知られている。コピー機によって立体にしたい箇所を黒色のトナーで印字し、別装置の立体作成機にてハロゲン光などを用いて高熱をカプセルペーパー表面に照射し、黒色トナー部分には特に集熱することを利用し、当黒色部分を発泡させて立体画像を形成する方式である。

特許第３７７５６１３号公報 特願平７−１２５２６６号公報

しかしながら、上記従来技術には以下に記載する課題がある。例えば、特許文献２の構成では、膨張させて凸部を形成する個所に、上記くぼみ又は筋の形状に従って制約が発生し、点字のように固定の間隔を空ける立体を作ることはできても、横線、斜め線や曲線など任意の連続する直線や曲線を描くことはできない。また、上記コピーシステムは、同一の立体画像のコピーを容易に複数枚作成できる利点はあるが、装置は大型で高価である。また、記録媒体の表面全体に熱が加わるため発泡部位以外にも発泡現象が少なからず発生する可能性があり、精緻な画像を形成することは難しい。また、発泡部位の表層ほど高熱を受けるため、発泡の表層部位がもろくなりやすく削り取れやすくなるなどの問題がある。

このように、実用化されている視覚障害者向けの点字や触図用立体資料を作成する装置には機械式点字プリンタやカプセルペーパーを用いたコピー機と立体作成機との組み合わせによる装置があるが、いずれも大型かつ高価である。このため、企業、団体、点字翻訳ボランティアや学校などでの資料の作成などに利用されているが、個人レベルで所有し使用するまでには普及していない。また、機械式点字プリンタの作図機能は、点の連続で立体図を描くものであり点のサイズが固定であるため立体画像の表し方に制約がある。さらに、立体コピー機による立体画像の作成では、細い線などの精緻な描画に制限がある。一方で、視覚障害者においてもパソコンの利用が拡大しており、点字や任意の立体図などを容易に家庭で作成できる画像形成装置が要望されている。視覚障害者自身が使用できることを目的としたサーマルヘッドを用いた立体画像作成サーマルプリンタ装置を提供する。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであり、サーマルヘッドを用いて、任意の連続する直線又は曲線の立体画像を形成可能とし、小型、低騒音、かつ安価な画像形成装置、その制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明は、熱により発泡する発泡カプセルを表面に一様に塗布した記録媒体に熱を印加することによって立体画像を形成する画像形成装置であって、前記記録媒体を機内へ給送して搬送する複数の搬送ローラと、前記記録媒体へ熱を印加する画像形成位置を頂点とする凸形状で配設され、搬送される前記記録媒体の位置を規制する搬送ガイドと、前記画像形成位置の下方から、先端部が前記複数の搬送ローラによって搬送される記録媒体に当接するように設けられ、該記録媒体に対して熱を印加して立体画像を形成するサーマルヘッドと、前記画像形成位置よりも記録媒体の搬送方向に対して上流側に設けられ、搬送されている前記記録媒体にテンションを与えて該記録媒体を前記サーマルヘッドの前記先端部の方向に押圧するテンション手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、サーマルヘッドを用いて、任意の連続する直線又は曲線の立体画像を形成可能とし、小型、低騒音、かつ安価な画像形成装置、その制御方法及びプログラムを提供できる。

一実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 一実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 一実施形態に係る搬送ローラの構成を示す図である。 一実施形態に係るサーマルヘッドアセンブリと記録媒体の詳細な説明図である。 一実施形態に係る画像形成装置の制御構成例を示す図である。 一実施形態に係るイメージ反転を説明する図である。 一実施形態に係るヒータブロック温度と発泡の高さの相関を示す図である。 一実施形態に係る立体イメージの線幅と発泡の高さの相関を示す図である。 一実施形態に係る線幅４４ドットイメージの印加熱条件と発泡の高さの相関を示す図である。 一実施形態に係る画像形成の処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る本発明を限定するものでなく、また本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜第１の実施形態＞
＜画像形成装置の構成＞
以下では、本発明の第１の実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る画像形成装置の構成例について説明する。ここでは、本発明に適用可能な画像形成装置の一例として立体画像を作成するサーマルプリンタを例に説明する。

サーマルプリンタ１００は、主な構成として、サーマルヘッドアセンブリ１１、給送ローラ２０、テンションローラ２１、搬送ローラ２２、排送ローラ２３、駆動モータ２４、２５、記録媒体カセット３１、排出トレイ３２、及び搬送ガイド４０を備える。サーマルヘッドアセンブリ１１は、形成する画像に応じて、搬送されてきた記録媒体の裏面から発泡層へ熱を印加し、記録媒体上に任意の直線又は曲線などの立体画像を形成する。サーマルヘッドアセンブリ１１は、放熱用ヒータブロック１１ａ、温度検出センサ１１ｂ、及びサーマルヘッド先端部１１ｃを含んで構成される。

給送ローラ２０は、記録媒体カセット３１から記録媒体を１枚ずつ装置内に給送するためのローラである。テンションローラ（テンション手段）２１は記録媒体を搬送ローラ２２へ搬送し、その後、当該記録媒体にテンションを加えるように機能するローラである。テンションを加える際のテンションローラ２１の動作についての詳細は後述する。搬送ローラ２２は、当該記録媒体を印字時に一定の速度で搬送するためのローラである。排送ローラは、搬送されてきた記録媒体を機外へ排出するためのローラである。駆動モータ２４は、給送ローラ２０及びテンションローラ２１に回転力を与えるためのモータである。駆動モータ２５は、搬送ローラ２２及び排送ローラ２３に回転力を与えるためのローラである。

記録媒体３０は、発泡カプセルが表面に塗布された二層構造の記録媒体である。記録媒体カセット３１は複数の記録媒体を積載するカセットである。排出トレイ３２は立体画像が形成された記録媒体３０が排出され、積載するトレイである。搬送ガイド（搬送路）４０はローラ間の記録媒体３０の通過部位に配置されるガイドであり、搬送される記録媒体３０の位置を規制する。

本実施形態に係るサーマルプリンタ１００は、サーマルヘッドアセンブリ１１が配設された位置において、通常のサーマルプリンタ等では設けられるプラテンローラを設けていない。プラテンローラは、搬送される記録媒体３０を上からサーマルヘッドアセンブリ１１の方へ押し付ける役割を担うローラである。上記従来技術においても説明したように、このプラテンローラには、記録媒体３０へ熱を印加した際に生じる発泡のスペースを設けるため、くぼみや筋が形成されているものの、そのスペースによって発泡部位の膨張が制限されてしまう。したがって、本実施形態によれば、上述のような制約を受けることのない、任意の直線や曲線の立体画像を形成すべく、プラテンローラを設けない構成としている。これにより、本実施形態におけるサーマルプリンタ１００では、プラテンローラによる記録媒体３０への押圧が無いため、サーマルヘッドアセンブリ１１に対して記録媒体３０を押しつける代替構成が必要となる。そこで、本実施形態によれば、搬送路である搬送ガイド４０を凸形状に設け、搬送ローラ２２とテンションローラ２１がサーマルヘッド先端部１１ｃより下方位置に配置される。さらには、テンションローラ２１を設けて記録媒体３０に張力（テンション）を与えることにより、サーマルヘッドアセンブリ１１へ記録媒体３０を押しつける構成としている。より具体的には、搬送ガイド４０を凸形状で設け、その凸部分の頂点が画像形成位置となるように形成される。これにより、画像形成位置に搬送された記録媒体も凸形状に湾曲し、その画像形成部分の裏面がサーマルヘッド先端部１１ｃに押し当てられるように搬送されることとなる。つまり、上述のような構成とすることで、従来のようなプラテンローラを必要とせず、サーマルヘッドアセンブリ１１からの熱が記録媒体へ伝わりやすい構成を実現している。

＜立体画像形成動作＞
ここで、本実施形態に係る立体画像作成の動作について説明する。記録媒体３０は、記録媒体カセット３１から駆動モータ２４によって駆動される給送ローラ２０及びテンションローラにて１枚ずつ装置内に給送され、サーマルヘッド先端部１１ｃを通過し、搬送ローラ２２まで搬送される。さらに、形成する立体画像の開始位置まで記録媒体３０が搬送され、当該記録媒体３０が画像形成位置に搬送されてくるタイミングに合わせて、立体画像を形成するための熱エネルギーを印加する準備動作が実行され、記録媒体３０への加熱を開始する。

本実施形態に係るサーマルヘッドアセンブリ１１には、微小発熱体が１インチ当たり３００ドット配置されていることを想定する。この構成で１ドットあたりに対して、熱エネルギーを約５０ｍｓｅｃの時間加える必要がある発泡カプセルが塗布された記録媒体３０を使用する場合は、１ドットの大きさは約０．０８５ｍｍであるので、熱エネルギーの印加中は１．７ｍｍ／秒以下の定速度で記録媒体３０を搬送させることが望ましい。

このとき、熱エネルギーを記録媒体裏面から記録媒体表面の発泡層に伝導させるためにサーマルヘッド先端部１１ｃが記録媒体裏面に密着するよう、テンションローラ２１は記録媒体３０に一定の走行負荷を与えるように機能し記録媒体３０にテンションを与える。具体的には、テンションローラ２１は、記録媒体３０を搬送する場合とは逆回転となる方向に弱い回転力を与えることによって、記録媒体の搬送方向とは逆方向に当該記録媒体３０を引っ張る力を与える。なお、本発明はこの制御に限定する意図はなく、例えば、当該ローラの停止した際に記録媒体３０の引っ張りに対してわずかな負荷を与える機械的構造によって記録媒体３０へテンションを与える構成としてもよい。例えば、テンションローラ２１が記録媒体３０に対して当接することによりその摩擦力によって搬送方向に対して負荷を与えてもよい。さらに、本発明は、テンションローラ２１のように記録媒体を搬送する機能を併せ持つ構成でなくてもよく、単に、記録媒体へテンションを与えるテンション手段であってもよい。この場合、記録媒体３０を画像形成位置へ搬送するための搬送ローラが別途必要となる。

搬送ローラ２２により定速度で記録媒体３０が搬送され、同時にテンションローラ２１が記録媒体３０に走行負荷を与えるように機能することで記録媒体３０にはテンションが張った状態が作り出され、搬送ローラ２２とテンションローラ２１がサーマルヘッド先端部１１ｃより下方位置に配置されているため、記録媒体の裏面はサーマルヘッド先端部１１ｃに密着して搬送されることとなる。上述したように、当該構成により、従来のサーマルプリンタに必須の構造であった記録媒体３０の密着と搬送を目的としたプラテンローラは不要となり、記録媒体３０の表面の発泡現象を妨げることなく立体を任意の形状で形成することができる。

＜搬送ローラ＞
次に、図３を参照して、搬送ローラ２２の構成例について説明する。なお、排送ローラ２３も以下で説明する搬送ローラ２２と同様の構成であるが説明については省略する。

搬送ローラ２２は、サーマルヘッドの副走査方向前方、即ち、記録媒体３０の搬送方向においてサーマルヘッドアセンブリ１１よりも下流側に配置され、記録媒体３０を一定の速度で搬送する。つまり、すでに立体画像が形成された記録媒体３０を搬送しなければならない。そのため、本実施形態に係る搬送ローラ２２は、本体２２ａ及びグリップ部２２ｂを含んで構成される。

立体画像形成可能エリアに相対するローラ部の本体２２ａは、発泡による立体部位を押しつぶすことがないようにその直径を記録媒体３０に当接するグリップ部２２ｂより約０．５ｍｍ以上小さくして構成される。したがって、記録媒体３０は搬送ローラの両端部にあるグリップ部２２ｂにより搬送されることとなる。これにより、サーマルヘッドを通過して加熱された発泡部位は搬送ローラ２２によって押しつぶされことがない。なお、上述の立体画像形成可能エリアの相対するローラ部の本体２２ａは、その直径を小さくせずに、表面を柔らかなスポンジ状の材質にしてもよい。スポンジ状の材質にした場合は記録媒体３０との接触面積が増加するため記録媒体３０を搬送する搬送力が高まるメリットもある。

＜記録媒体と発泡制御＞
次に、図４を参照して、本実施形態に係る発泡層を有する記録媒体とその発泡制御について説明する。図４は、図１のサーマルヘッドアセンブリ１１付近を拡大し、発泡による立体画像が形成される状況を示したものである。

記録媒体３０の厚みは約０．２ｍｍであり、下側のベース層３０ｂとその上にコーティングされた発泡層３０ａの二層構造で構成される。発泡層３０ａには、加熱により発泡する発泡カプセルが塗布されている。ベース層３０ｂの厚みは一般的には約０．１ｍｍである。記録媒体３０は、その裏面がサーマルヘッド先端部１１ｃの微小発熱体に密着して走行するように、サーマルヘッドとは適度の伏角をもって接するように搬送される。これにより、搬送ローラ２２の引く力とテンションローラ２１の走行負荷による合力が、記録媒体裏面がサーマルヘッド先端部１１ｃの微小発熱体に密着する力として機能する。

このような構成とすることで、本実施形態に係るサーマルプリンタ１００では、記録媒体３０の裏面の紙のベース層３０ｂを通して加熱し、記録媒体表面への発泡カプセルの発泡による立体画像を形成することができる。記録媒体表面には、この発泡による立体画像の形成を阻害する部材を配置しない構造としたため、任意の直線や曲線および任意の面積を立体として描くことができる。また、コーティングされる発泡カプセルの発泡開始温度に合わせて、加熱温度及びその加熱時間を制御することにより、期待する発泡の高さを得ることができる。

＜制御構成＞
次に、図５を参照して、本実施形態に係るサーマルプリンタ１００の制御構成例について説明する。サーマルプリンタ１００は、制御構成としてシステム制御部５０を備える。システム制御部５０は、ＣＰＵ５１、データ入出力部５３、メモリ部５４、サーマルヘッド制御部５５、表示制御部５６、モータ制御部５７、及びセンサ等制御部５８を備える。各コンポーネントは、バス信号ライン６０で接続され、相互にデータを送受することができる。

ＣＰＵ５１は、中央処理装置として装置全体を統括的に制御する。ＣＰＵ５１は、データ入出力部５３、メモリ部５４、サーマルヘッド制御部５５、表示制御部５６、モータ制御部５７、センサ等制御部５８などのそれぞれの制御機能を担うコントロール部とバス信号ライン６０で接続され、上述の各コントロール部が個々の接続されるデバイスに対して制御動作を担うように構成される。データ入出力部はＷｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＳＢなどの入力インタフェース５２であり、それらとのデータ通信を制御する。メモリ部５４は、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等から成り、サーマルプリンタ１００の制御プログラムや各種情報を記憶するとともに、ワークメモリを提供する。サーマルヘッド制御部５５は、サーマルヘッドアセンブリ１１を形成する画像の画像形成データに従って温度を制御し、温度検出センサ１１ｂからの測定温度を受信する。表示制御部５６は、表示操作パネル６１に接続され、表示操作パネル６１への表示画像を制御するとともに、当該表示画像を介して入力されたユーザ入力を受け付ける。モータ制御部５７は、駆動モータ２４、２５に接続され、各ローラの回転を制御する。センサ等制御部５８は、６２に示す用紙位置検出センサ、画像形成開始位置センサなどのセンサ群、インターロックスイッチ、リセットスイッチなどのスイッチ群やポート群との入出力を制御する。

＜制御手順＞
次に、図１０を参照して、本実施形態に係るサーマルプリンタ１００における立体画像形成時における制御手順について説明する。なお、以下で説明する処理は、例えばＣＰＵ５１がメモリ部５４のＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭに格納されている制御プログラムをＲＡＭに読み出して実行することにより実現される。

Ｓ１００１で、ＣＰＵ５１は、データ入出力部５３を制御し、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又はＵＳＢなどの入力インタフェース５２を介して立体画像の画像形成データを取得する。ＣＰＵ５１は、取得した画像形成データをメモリ部５４の書き換え可能メモリであるＲＡＭに格納する。なお、伝送された画像形成データがテキストなどの文字データによるフォーマットの場合は、イメージフォーマットデータに変換し使用されることが望ましい。

次に、Ｓ１００２で、ＣＰＵ５１は、各種パラメータを初期化する。例えば、本画像形成においては、画像形成データを主走査方向の１ラインごとに処理するため、処理対象のラインを示す変数等を初期化する。続いて、Ｓ１００３で、ＣＰＵ５１は、モータ制御部５７を制御し、駆動モータ２４、２５の駆動を開始し、記録媒体カセット３１から記録媒体３０を１枚ずつ引き出し、機内へ給送した記録媒体３０を画像形成開始位置まで搬送する。

その後、Ｓ１００４で、ＣＰＵ５１は、サーマルヘッド制御部５５を制御し、記録媒体３０が画像形成開始位置まで到達するのに合わせて、形成する画像に従った当該サーマルヘッドの所定部位を加熱する動作を開始する。ここで、サーマルヘッド制御部５５は、上記処理対象ラインを示す変数ｉに従って、メモリ部５４のＲＡＭに格納されている画像形成データをサーマルヘッドの主走査方向の１ラインごとに処理する。また、サーマルヘッド制御部５５は、形成する画像形成データにおける各画素の線幅、線間隔、立体部面積などに応じた加熱時間を算出し、画像の各画素に対応するサーマルヘッド部位を加熱する。さらに、サーマルヘッド制御部５５は、サーマルヘッドに取り付けた温度検出センサ１１ｂによる検出したヒータブロックの蓄熱状況（検出結果）により、当該加熱時間を補正しながら加熱制御する。これにより、好適に加熱制御を行うことができ、出力時間を短縮することができる。

このときのイメージデータは、記録媒体裏面から加熱して表面に立体を形成させるために、図６に示すように反転されたイメージでなければならない。図６の例では、サーマルヘッドの主走査方向の画像形成可能範囲が１ドット目から２１００ドット目までとした場合において、文字“Ｐ”を１ライン目の第１ドットを起点として立体が形成されるように作られた画像であれば、実際に処理されるときには、１ライン目の全体イメージが左右に反転され、文字“Ｐ”の起点だったところは、１ライン目の２１００ドット目として処理されることを示したものである。

次に、Ｓ１００５で、ＣＰＵ５１は、モータ制御部５７を制御して、駆動モータ２４、２５の駆動を制御し、記録媒体３０の搬送を制御する。具体的には、Ｓ１００３で画像形成位置まで搬送された記録媒体３０に対して、サーマルヘッドアセンブリ１１によって所定部位に熱を印加する間に、記録媒体３０に対してテンションを与えるように制御する。上述したように、モータ制御部５７は、記録媒体３０にテンションを与えるべく、駆動モータ２４により、テンションローラ２１に対して、記録媒体３０の搬送方向とは逆方向に記録媒体を引っ張るように、比較的弱い回転力を与えるように制御する。主走査方向の１ラインに対して画像形成データに従った立体画像を形成するために必要な時間の間、サーマルヘッドアセンブリ１１によって熱を印加すると、モータ制御部５７は、駆動モータ２４、２５を制御して、記録媒体３０を１ライン分搬送する。このように、記録媒体３０は、サーマルヘッドの副走査方向に順次送られ、ラインごとに画像に従った当該部位に対応するサーマルヘッドの部位が加熱され、熱が印加されて立体画像が形成される。

Ｓ１００６で、ＣＰＵ５１は、全ての副走査方向の画像形成が終了したか否かを判定する。終了したと判定すると処理を終了し、そうでない場合はＳ１００７に進み、ＣＰＵ５１は、処理対象ラインを次のラインへ設定し（変数ｉ＋＋）、処理をＳ１００４へ戻す。

＜発泡高＞
次に、本実施形態に係る加熱制御による発泡の状況について、図７のヒータブロック温度と発泡の高さの相関図と、図８の立体イメージの線幅と発泡の高さの相関図と、図９の線幅４４ドットイメージの印加熱条件と発泡の高さの相関図とを用いてそれぞれ説明する。ここでは以下の条件を前提として説明する。即ち、記録媒体厚を０．２ｍｍ、発泡カプセル層を０．１ｍｍ、発泡開始温度を約１４０度、サーマルヘッドを３００ＤＰＩの２４Ｖ仕様、発熱体抵抗値を約２ＫΩ、記録媒体の搬送速度を１ｍｍ／ｓｅｃとして、立体画像を形成するための本実施形態に係る熱エネルギーの印加制御について説明する。

図７は、ヒータブロック温度と発泡の高さの相関図を示す。横軸はヒータブロックの温度を示し、縦軸は発泡高を示す。図７の例は、線幅４４ドットイメージの直線の立体画像を作像する際に、印加する熱エネルギーの温度と時間の条件ごとに、サーマルヘッドのヒータブロックの蓄熱の状況（温度上昇）と発泡の高さの変化を示したものである。いずれの印加する熱エネルギーの条件においても、印字処理の時間経過とともにヒータブロックの蓄熱が進み、その温度上昇に合わせて発泡が高くなることを示すものである。

図８は、立体イメージの線幅と発泡の高さの相関図を示す。横軸はヒータブロックの温度を示し、縦軸は発泡高を示す。図７と同様に、ヒータブロックの蓄熱状態に応じて発泡の高さが高くなることを示すとともに、立体イメージの線幅により、印加する熱エネルギーが一定であれば発泡の高さが変化することを示す。図８では印加する熱エネルギー条件を２００度及び７０ｍｓｅｃとして固定し、異なる線幅（４４ｐｘ、２４ｐｘ、１４ｐｘ）の直線を立体に形成した場合を示す。しかし、線幅４４画素（ピクセル、ｐｘ）の太い直線は他の線幅の直線より発泡の高さが高くなっている。これは、サーマルヘッドの隣り合う微小発熱体の駆動される数が多くなるほど、熱エネルギーが記録媒体３０の発泡層３０ａに含まれる発泡カプセルに伝わりやすくなるためである。他方、サーマルヘッドの隣り合う微小発熱体の駆動される数が少ない場合は、印加される熱エネルギーがヒータブロック側に逃げやすく、ヒータブロックの蓄熱は進むが、発泡に必要な熱エネルギーが発泡カプセルに伝わらないためである。つまり、発泡の高さを一定にするためには、立体イメージの線幅により必要となる加熱エネルギーの量が異なることを示している。

次に、図９は、線幅４４ドットイメージの印加する熱エネルギーの条件と発泡の高さの相関図を示す。横軸はヒータブロックの温度を示し、縦軸は発泡高を示す。印加する熱エネルギー条件（温度と時間）ごとに、ヒータブロックの蓄熱状態に応じて発泡の高さが異なっていることを示している。例として発泡の高さが０．３５ｍｍとなるような範囲、即ち、図９中に四角で囲った部分について説明する。ヒータブロックの蓄熱温度の状況により、０．３５ｍｍｎ発泡の高さを得るための印加熱エネルギーの条件が異なることを示している。

以上説明したように、本実施形態に係るサーマルプリンタ１００は、熱により発泡する発泡カプセルを表面に一様に塗布した記録媒体３０に熱を印加することによって立体画像を形成する。より具体的には、本サーマルプリンタ１００は、記録媒体３０を機内へ給送して搬送する複数の給送ローラ２０、テンションローラ２１、搬送ローラ２２、及び排送ローラ２３と、記録媒体３０へ熱を印加する画像形成位置を頂点とする凸形状で配設され、搬送される記録媒体３０の位置を規制する搬送ガイド４０と、画像形成位置の下方から、サーマルヘッド先端部１１ｃが搬送ローラ２２によって搬送される記録媒体３０に当接するように設けられ、記録媒体３０に対して熱を印加して立体画像を形成するサーマルヘッドアセンブリ１１と、画像形成位置よりも記録媒体３０の搬送方向に対して上流側に設けられ、搬送されている記録媒体３０にテンションを与えて記録媒体３０をサーマルヘッド先端部１１ｃの方向に押圧するテンションローラ２１とを備える。この構成において、本サーマルプリンタ１００は、発泡カプセルが塗布された記録媒体３０の裏面から熱エネルギーを印加し、連続する直線や曲線又は任意の面積を立体として形成する。より具体的には、本サーマルプリンタ１００は、立体画像形成のための熱エネルギーの制御に形成しようとする立体画像の線幅とその連続性、及び近傍の立体イメージの線幅及び近傍のイメージ間の距離などの情報を用いるとともに、さらに、温度検出センサ１１ｂによりサーマルヘッドの蓄熱状態を計測し、その計測値を用いて上述の印加する熱エネルギーを補正し制御することにより、意図する高さの発泡による立体画像を形成することができる。

また、本実施形態によれば、通常のサーマルヘッドプリンタで用いられているサーマルヘッド技術を用いているため、熱エネルギーを印加するサーマルヘッドと、記録媒体３０を搬送する搬送ローラ機構と、記録媒体３０のセット部及び排出部と、サーマルヘッド及び各ローラを制御する制御部とが主な装置の構成要素であり、小型、低騒音、及び安価な装置を提供できる。

さらに、本サーマルプリンタ１００は、プラテンローラを設けることなく、サーマルヘッドの前後に配置する搬送ローラ機構（テンションローラ２１及び搬送ローラ２２）によりサーマルヘッドへの密着性を維持しながら記録媒体３０を走行させる機構である。従って、発泡により立体画像の形成を阻害する従来のサーマルプリンタのプラテン機構を設けていないため、点、直線、曲線、及び任意の面積を立体にすることを可能としている。

また、記録媒体３０の裏面から紙厚を通して発泡カプセルに熱エネルギーを伝達する方式においては、紙厚０．２ｍｍの記録媒体３０の例では１ドットあたり５０ｍｓｅｃ〜８０ｍｓｅｃの間加熱し続ける必要があり、サーマルヘッド自身が蓄熱することとなる。このため、本実施形態によれば、この蓄熱状態をサーマルヘッドに取り付けた温度検出センサ１１ｂにて計測し制御に利用する。具体的には、本サーマルプリンタ１００は、蓄熱状態の計測値、形成しようとする立体図の線幅とその連続性、近傍の立体イメージの線幅、及びイメージ間の距離などの画像に関連する情報を制御要素として用い、形成する立体画像の高さが意図する高さになるよう制御する。また、この制御は、サーマルヘッドの蓄熱状態が高くなった場合には、サーマルヘッドの微小発熱体の発熱エネルギーを減少させるように制御するものであり、サーマルヘッドが極度に蓄熱することによる破壊を防止するとともに消費電力を低減することができる。

＜第２の実施形態＞
以下では、図２を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本実施形態に係るサーマルプリンタ２００の構成例を示す。ここでは、上記第１の実施形態と異なる構成及び制御について説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成については、同一の参照番号を付し説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態に係るサーマルプリンタ２００は、柔らかいスポンジ状のサポートローラ２６を備える。サポートローラ２６は、従来のサーマルプリンタに設けられているプラテンローラと同様の位置、即ち、サーマルヘッドアセンブリ１１に対向する位置に設けられる。

また、本実施形態に係るサーマルプリンタ２００による立体画像作成の動作について説明する。上記第１の実施形態と異なる制御は、テンションローラ２１の制御である。熱エネルギーの印加動作に入ってからは、熱エネルギーを記録媒体裏面から記録媒体表面の発泡層３０ａに伝導させるためにサーマルヘッド先端部１１ｃが常に記録媒体裏面に密着することが求められる。しかし、本実施形態では、上記第１の実施形態と異なり、テンションローラ２１は、搬送ローラ２２に記録媒体３０の搬送を引き渡した後は、記録媒体３０にテンションを与えるように機能しなくてもよい。つまり、逆回転などの制御を行う必要はない。

その代わりに、本実施形態によれば、記録媒体裏面がサーマルヘッド先端部１１ｃと密着すようにサポートローラ２６を備えている。サポートローラ２６は柔らかいスポンジ状の材料で作られているため、微小面積の押圧力が小さく発泡現象を妨げることはないが、記録媒体３０のサーマルヘッド先端部１１ｃに対向する部位を全体に加圧することができるため、テンションローラ２１のテンション機能が無い場合でも記録媒体３０とサーマルヘッド先端部１１ｃの密着を維持することができる。なお、本発明は、これに限定されず、サポートローラ２６の記録媒体３０に当接する部分が当該発泡部位を押しつぶさないような柔らかい素材で形成されればよく、素材をスポンジに限定する意図はない。

以上説明したように、本実施形態に係るサーマルプリンタ２００は、従来のプラテンローラの代わりに、押圧力の比較的低い柔らかい素材で形成されたサポートローラ２６を設け、当該サポートローラによって記録媒体３０をサーマルヘッド先端部１１ｃへ押し付ける。これにより、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、サポートローラ２６で記録媒体３０を押さえつけているため、搬送路である搬送ガイド４０を凸形状に設けなくともよい。

１００、２００：サーマルプリンタ、１１：サーマルヘッドアセンブリ、１１ａ：放熱用ヒータブロック、１１ｂ：温度検出センサ、１１ｃ：サーマルヘッド先端部、２０：給送ローラ、２１：テンションローラ、２２：搬送ローラ、２３：排送ローラ、２４、２５：駆動モータ、３０：記録媒体、３１：記録媒体カセット、３２：記録媒体排出トレイ、４０：搬送ガイド

Claims (10)

1. 熱により発泡する発泡カプセルを表面に一様に塗布した記録媒体に熱を印加することによって立体画像を形成する画像形成装置であって、
   前記記録媒体を機内へ給送して搬送する複数の搬送ローラと、
   前記記録媒体へ熱を印加する画像形成位置を頂点とする凸形状で配設され、搬送される前記記録媒体の位置を規制する搬送ガイドと、
   前記画像形成位置の下方から、先端部が前記複数の搬送ローラによって搬送される記録媒体に当接するように設けられ、該記録媒体に対して熱を印加して立体画像を形成するサーマルヘッドと、
   前記画像形成位置よりも記録媒体の搬送方向に対して上流側に設けられ、搬送されている前記記録媒体にテンションを与えて該記録媒体を前記サーマルヘッドの前記先端部の方向に押圧するテンション手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の搬送ローラによって前記記録媒体が前記画像形成位置へ搬送されると、前記テンション手段を前記記録媒体に当接させて負荷を与えるように制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記テンション手段は、前記画像形成位置まで前記記録媒体を搬送するテンションローラであり、
   前記制御手段は、さらに、
   前記複数の搬送ローラによって前記記録媒体が前記画像形成位置へ搬送されると、前記搬送方向とは逆方向に前記記録媒体を引っ張るように前記テンションローラへ回転力を与えるように制御することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記テンションローラは、前記サーマルヘッドの先端部より下方に設けられることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記サーマルヘッドの先端部に対向する位置に設けられ、搬送される前記記録媒体に当接して該記録媒体を前記サーマルヘッドの前記先端部の方向に押圧するサポートローラであって、前記記録媒体に当接する部分が前記記録媒体の発泡部位を押しつぶさない素材で形成された前記サポートローラをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記素材はスポンジであることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、
   前記画像形成位置に前記記録媒体が搬送されてくるタイミングに合わせて、形成する画像形成データにおける各画素の発泡高に従った加熱時間を算出し、算出した加熱時間に従って前記サーマルヘッドに設けられた複数の微小発熱体の加熱制御を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、主走査方向の１ラインごとに前記複数の微小発熱体の加熱制御を行って画像を形成することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記サーマルヘッドの前記複数の微小発熱体の蓄熱状態を検出する複数の温度検出センサをさらに備え、
   前記制御手段は、前記複数の温度検出センサにより検出結果に基づいて、前記画像形成データに従った加熱制御の時間を補正することを特徴とする請求項７又は８に記載の画像形成装置。
10. 前記複数の搬送ローラのうち、前記画像形成位置よりも前記搬送方向に対して下流側に設けられる前記搬送ローラは、前記記録媒体の主走査方向に対する両端部に当接し、画像形成された発泡部位には当接することなく、該記録媒体を搬送することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の画像形成装置。

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