JPH0366156B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、熱によつて記録を行う熱記録装置
に関する。

（従来の技術） 情報処理装置が普及するにつれて、情報端末機
器に対する要求が厳しくなりつつある。例えば、
記録装置では、ただ単に記録ができるだけでは不
充分であり、普通紙に記録できること、より画像
が鮮明なこと、カラー化できること、ランニング
コストが低いこと、騒音がないこと等が要求され
つつある。

これに応える記録装置として、熱転写記録装置
がある。この熱転写記録装置は、加熱により軟化
又は溶融するインクが塗布されるインク担体に発
熱素子から記録画像に応じて熱パターンを加え、
記録紙に転写するものである。

このような熱転写記録装置は、普通紙にも記録
可能であり、カラー化もでき、騒音が少ない。し
かし、印字速度が遅いのが欠点のひとつとされて
いる。

この原因を具体的に説明する。通常、複数の発
熱素子は、サーマルヘツドに並設され、選択的に
通電される。低速記録で、しかも同一発熱抵抗体
への通電が連続して行われない時には、サーマル
ヘツドの熱容量及び放熱が大きく、熱が蓄積する
ことがないので、画像の劣化はなかつた。

ところが、高速記録で、しかも同一発熱抵抗体
への通電を繰り返して行うと、サーマルヘツドへ
の蓄熱が進み、第２図に示されるようにサーマル
ヘツドの基板の温度Toが激しく上昇していく。
通電を行わない限り、基板の温度Toは、発熱抵
抗体の温度と同一である。従つて、通電を繰り返
し行うと、連続に通電される発熱抵抗体の温度は
必要以上に上昇し、又通電されない発熱抵抗体の
の温度も上昇していく。すると、記録濃度ムラや
画像エツヂ部分のぼけなどの画質の劣化を生じ
る。

このような問題に対し、従来技術として次のよ
うな方法が提案されている。第１の方法は、サー
マルヘツド基板の温度に応じて発熱抵抗体への印
加パルス電圧又は印加パルス幅を制御するもので
ある。第２の方法は、過去の記録パターンから現
在の印加パルス電圧又は印加パルス幅を制御する
ものである。

第１の方法によれば、蓄熱により、サーマルヘ
ツド基板の温度が上昇したら、印加パルス電圧又
は印加パルス幅を減少させるので、確かに温度上
昇は、抑え気味になる。しかし、その物理量をど
のように制御すればよいかという定量的な解析は
なく、云わば、温度が上昇したら、供給エネルギ
ーを減少させるという程度の技術しかなく、有力
とは言い難がつた。

これに対し、第２の方法は、現在最も有力とさ
れる制御方法である。この方法は、例えば特公昭
57−11784号公報にも示されるように、発熱素子
毎に注目し、通電状態が続いた時には、その素子
への印加パルス幅を狭くするものである。この方
法によると、発熱素子毎の時間的に急激な熱変動
には、効果があると報告されている。

しかし、本発明者が実験をしたところ、高速印
字、例えば発熱素子に２乃至3msecの間隔で通電
を繰り返したところ、第３図に示されるように、
電気信号が供給される発熱抵抗体の到達する温度
T_Rには一旦大きく低下し、温度T_Rの上昇は、若
干抑えられる。

ところが、基板の温度Toは、上昇する一方で
あり、第１の方法とほとんど変化がない。従つて
転写された画像の画質劣化は防止できなかつた。

又、熱転写方式ばかりでなく、感熱記録方式で
も同様の蓄熱の問題があつた。

（発明が解決しようとする問題点） 上記したように、サーマルヘツド基板の温度に
応じて発熱抵抗体への印加パルス電圧は又は印加
パルス幅を制御する方法や、過去の記録パターン
から現在の印加パルス電圧又は印加パルス幅を制
御する方法があつたが、いずれも本発明者らが実
験したところによれば温度制御はうまく行かず基
板の温度は上昇する一方であり、印字の画質は劣
化してしまつていた。

この発明は、以下の欠点を除去し画質が高く、
高速記録を良好に行いうる熱記録装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は基板上に設けられた発熱素子を用い
て記録を行う熱記録装置において、記録すべき画
像に対応したパルス信号を発熱素子に印加する手
段と、この手段により印加されるパルス信号のパ
ルス幅を、記録すべき画像に対応したパルス信号
の過去の履歴に基づいて制御する第１の手段と、
基板の温度を検出する手段と、この手段により検
出された温度に応じて発熱素子に印加されるパル
ス信号のパルス電圧を制御する第２の手段とを具
備し、第１の手段及び第２の手段による制御を、
記録時に発熱素子が記録に必要な所定温度に到達
し得るよう設定されてなることを特徴とする熱記
録装置である。

（作用） 大きな領域の補正（マクロ制御）と小さな領域
の補正（ミクロ制御）により発熱素子に印加され
るパルス信号が制御されるため、記録速度が高速
化でき、しかも印字品質は全く低下することのな
い熱記録装置が提供できる。すなわち、発熱素子
に印加されるパルス信号の基準幅を基板の基準温
度に対して設定する際、パルス電圧の寄与（パル
スの波高制御に因る高速熱応答性）に鑑みこのパ
ルスの基準幅をより小さく設定できるため高速印
字が実現できる。しかも、記録時に発熱素子が記
録に必要な所定温度に到達し得るようパルス幅及
びパルス電圧が制御されるため高速化に伴う印字
品質の劣化及び基板の畜熱による印字品質の劣化
は起こらない。

（実施例） 次にこの発明の一実施例を図面を参照して説明
する。この説明に先立ち、本発明者の行なつた実
験結果について説明する。

本発明者の確認した点は、第１に、第４図に示
されるように、発熱抵抗体の初期温度Toにかか
わらず、印加パルス信号のパルス幅t_o、パルス電
圧Ｖにより、一意的に発熱抵抗体の温度上昇分△
Ｔは決定され、しかも、よりパルス電圧Ｖに依存
する点である。第２に、熱転写において、記録濃
度Ｄは、第５図に示されるように発熱抵抗体到達
温度T_Rに依存し、発熱抵抗体の初期温度To（To、
T_Rは第６図に示す。）には依存しない。

即ち、熱転写記録において発熱抵抗体の到達温
度T_Rを制御することが、画質向上の鍵である。
この発熱抵抗体の到達温度T_Rは、高速駆動の場
合には印加パルス幅t_oよりも、印加パルス電圧Ｖ
を調節して制御する方が容易であり、又、正確で
ある。

又、この為には、発熱抵抗体の初期温度To、
到達温度T_Rインクのバインダで決まる定数、そ
して△Ｔ（＝T_R−To）対パルス電圧Ｖ特性のデ
ータが必要となる。

第７図に示されるような熱転写記録装置は、セ
ラミツクから成る放熱板としての基板１１と、こ
の基板１１の上に、例えば薄膜技術により設けら
れた発熱抵抗体１２と、基板１１上に設けられこ
の基板１１の温度に対応したアナログ電気信号を
出力する基板温度検出素子１３と、この基板温度
検出素子１３からのアナログ信号をデイジタル信
号に変換するＡ−Ｄ変換器１４と、このＡ−Ｄ変
換器１４からのデイジタル信号を用いて、以下の
電圧調整を司るCPU１５と、Ａ−Ｄ変換器１４
からのデイジタル信号から対応するデイジタル信
号としての電圧値を出力する電圧決定部１６と、
この電圧決定部１６からのデイジタル信号をアナ
ログ量に変換するＤ−Ａ変換器１７と、このＤ−
Ａ変換器１７からの出力に応じた電圧を有する駆
動信号を出力するパワーアンプ型電源１８と、こ
のパワーアンプ型電源１８に画像信号を供給を
し、パワーアンプ型電源１８の出力を制御する画
像信号供給装置１９とから成り、パワーアンプ型
電源１８の出力を発熱抵抗体１２に供給する。
又、記録は、単色で行うとする。

但し、発熱素子は、発熱抵抗体１２に対応し、
電圧設定手段は電圧決定部１６に対応し、電圧発
生手段は、パワーアンプ型電源１８に対応する。

さて、駆動信号を供給された発熱抵抗体１２
は、発熱する。この熱の一部２０は、インクが塗
布されたインク担体（図示しない）に供給され、
残り２１は、発熱抵抗体１２が設けられた基板１
１に流れる。基板１１に流出した熱の一部２２は
外部へ流出する。

このような熱収支において、基板１１の温度は
流入する熱２１及び流出する熱２２とのバランス
によつて決定される。

このような基板１１の温度は、基板温度検出素
子１３によつて検出されるが、発熱抵抗体１２の
初期温度Toと見なすことができる。従つて、Ａ
−Ｄ変換器１４の出力は、デイジタル化された発
熱抵抗体１２の初期温度Toである。

前述の原理として示したように発熱抵抗体１２
の温度上昇分△Ｔ対印加パルス電圧Ｖ特性が必要
である。発熱抵抗体１２の初期温度Toと温度上
昇分とは、一対一であり、初期温度Toさえ指定
すればよい。

一方、電圧決定部１６は、リード・オンリー・
メモリー（Ｒead−Ｏnly−Ｍemory：以下ROM
と略す。）で構成する。このROMのアドレス指
定は、デイジタル化された発熱低抗体１２の初期
温度Toで行い指定された番地に、第４図及び第
５図で指定される電圧値を収納しておく。但し、
この例ではパワーアンプ型電源１８からの出力パ
ルス幅の調整は行わないものとする。

こうして、電圧値が決定されると、Ｄ−Ａ変換
器１７を介し、公知であるパワーアンプ型電源１
８に設定電圧値に対応したアナログ信号が供給さ
れる。パワーアンプ型電源１８は、この入力アナ
ログ信号に応じた電圧（発熱抵抗体１２を駆動す
ることが可能）を有する駆動信号を出力する。但
し、このパワーアンプ型電源１８からの出力は、
画像信号供給装置１９からの出力によつて制御さ
れる。即ち、画像信号供給装置１９からの出力信
号によつて、オンオフ（即ち、パルス幅も含まれ
る。）が制御され電圧だけがこのパワーアンプ型
電源１８によつて調整される。

本発明者は、この効果を確かめるために高速連
続記録を行つたところ、第８図に示されるよう
に、基板１１の温度Toの上昇は防止され、又当
然であるが、発熱抵抗体１２の到達温度T_Rは一
定となつた。

記録画像の画質もボヤけることがなく、鮮明と
なつた。

そこで、以下に本発明に係る第１の実施例につ
いて説明する。

この装置では、各発熱抵抗体に印加するパルス
信号は、パルス幅を発熱抵抗体毎に過去のパルス
印加履歴によつて決定するものと、パルス電圧を
発熱抵抗体に設けられている基板の温度によつて
決定するものとにより設定される。より明確に目
的を示すなら発熱抵抗体への印加パルス幅を制御
することにより、微細領域での制御（以下ミクロ
制御と呼ぶ）と、全発熱抵抗体への共通電圧を制
御することにより、発熱抵抗体全体へ流入するエ
ネルギー、したがつて基板全体の蓄熱を制御（以
下マクロ制御と呼ぶ。）との相対的なバランスに
よつて各発熱抵抗体は制御される。

この装置は、第１図に示されるように、放熱効
果を有する基板９１と、この基板９１上に設けら
れ基板９１の温度を検出する基板温度検出素子９
２と、この基板温度検出素子９２からのアナログ
信号をデイジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器９
３と、このＡ−Ｄ変換器９３からのデイジタル信
号を用いて以下の制御を司るCPU９４と、この
CPU９４の制御の下、基板９１の温度を推定す
る温度推定部９５と、この温度推定部９５からの
温度によつて、後述の発熱抵抗体９６への供給電
圧を決定する電圧決定部９７と、この電圧決定部
９７からのデイジタル信号をアナログ信号に変換
するＤ−Ａ変換９８と、このＤ−Ａ変換器９８か
らのアナログ信号に応じた電圧を有する電器信号
に変換するパワーアンプ型電源９９と、記録する
画像に応じたパルス信号を供給する画像信号供給
部１００と、この画像信号供給部１００からのパ
ルス信号のパルス幅を調整するパルス幅決定部１
０１とから成り、このパルス幅決定部１０１から
の出力のうち、オン、オフするタイミングは保持
し、そのパルス電圧のみが、パワーアンプ型電源
９９によつて調整される。このようなパワーアン
プ型電源９９からの駆動信号が発熱抵抗体９６に
供給される。温度推定部９５は、基板９１上に設
けられた基板温度検出素子９２及び発熱抵抗体９
６の配設状態、複数の発熱抵抗体９６への通電状
態、熱伝導の時間遅れ、測定での時間遅れ等を考
慮し、検出された基板９１の温度から、実際に、
発熱抵抗体９６が発熱する際の基板９１温度を推
定する。

このような機能を有するために、温度推定部９
５は、ROMで構成される。このROM内には基
板９１に発熱抵抗体９１及び基板温度検出素子９
２とを実装した上での実測データを収納してお
く。

このROMからデータを引き出すには、基板９
１の温度（Ａ−Ｄ変換器９３からのデイジタル信
号）及びこの基板９１の温度変化率である微分係
数（Ａ−Ｄ変換器９３からのデイジタル信号の微
分係数）とで、アドレス指定することによつて行
う。

このようなアドレス指定によつて指定された番
地には、基板９１の推定温度で、より正確に言う
ならば、基板９１の温度状態を示す一種の状態変
数である推定温度が収納されている。

一方、電圧決定部９７は、基板９１の温度、即
ち、発熱抵抗体９６の初期温度から、インク転写
に適した温度（到達温度）T_R迄上昇するに最低
限の電圧を決定する。

前述のように、発熱抵抗体９６の温度上昇分は
印加パルス電圧に大きく左右され、印加パルス幅
をパラメータとして、印加パルス電圧に対して一
対一に決定される。

そこで、この電圧決定部９７を、一種のテーブ
ルであるROMで構成する。ROMには前述の温
度推定部９５で決定された推定温度に対する印加
パルス電圧データが収納されている。このROM
のアドレス指定は、推定温度で行う。アドレス指
定された番地には、対応する印加パルス電圧デー
タを収納しておく。

こうして電圧決定部９７で決定された印加パル
ス電圧データが対応するアナログ信号に変換され
て、パワーアンプ型電源９９で増幅される。

この実施例でのパワーアンプ型電源９９は、次
の性能を有する。入力端子数と出力端子数は、同
数であり、出力信号は入力信号に同期している。
ただ、全出力信号の電圧は、このパワーアンプ型
電源９９によつて決定される。これを決定するの
は、電圧決定部９７である。

このパワーアンプ型電源９９への入力信号は、
パルス幅決定部１０１を介した後の画像信号供給
部１００からの画像信号である。画像信号は、記
録画像に応じた「０」「１」の信号であり、各発
熱抵抗体９６毎に供給される同一パルス幅のパル
ス信号である。

このパルス信号に対し、パルス幅決定部１０１
は、例えば特公昭57−11784号公報に示されるよ
うに、同一発熱抵抗体９６に連続してパルス信号
が印加された時には、そのパルス幅を減少させる
ものである。

こうして、パワーアンプ型電源９９からは、発
熱抵抗体９６への通電状況によりその各々のパル
ス幅が調整され、基板９１の温度によりその全パ
ルス信号のパルス電圧が調整され、発熱抵抗体９
９に供給される。

全パルス信号のパルス電圧を前述のように調整
するというマクロ制御により、基板９１全体への
無駄なエネルギーの注入がなくなる。これに対し
各発熱抵抗体９６のパルス信号のパルス幅を変化
させるミクロ制御により、発熱抵抗体９６の発熱
によるインク転写を細かく制御できる。

この実施例で注意するのは、基板温度検出素子
９２の位置である。この基板温度検出素子９２で
検出するのは、基板９１の温度であるが、本来は
発熱抵抗体９６の温度である。従つて、発熱抵抗
体９６に接して設けることが、理想的である。し
しかし、実際に設けることは、ほぼ絶望的であ
る。そこで、発熱抵抗体９６を同一基板９１上に
設ける。それは、１個でも構わない。こうして、
１回又は複数の発熱抵抗体９６を設けたなら、発
熱抵抗体９６に種々の記録パターンに基づいて通
電をし、各発熱抵抗体９６の温度分布、温度変
化、及び基板温度検出素子９２による温度の測定
を行う。

このような測定データをどのように利用するか
というと、基板温度検出素子９２の設置数が少な
い時には、画像信号供給部１００からの過去の記
録パターンをも考慮して、基板温度検出素子９２
での測定温度から、発熱抵抗体９６の初期温度
Toを推測することが好ましい。過去の記録パタ
ーンを利用するのは、基板温度検出素子９６の設
置数が少ないと、実測データだけでは発熱抵抗体
９６の温度分布がつかみきれないからである。

逆に、印加パルス信号の電圧を制御において、
少ない基板温度検出素子９２の実測データのみを
用いた時には、印加パルス信号の電圧をエネルギ
ーロスがない程度に大ざつぱに変化させる。そし
て、パルス幅決定部１０１にこの情報を伝え、パ
ルス幅の再調整を行つてもよい。

例えば、電圧を所定値以下に低下させた（基板
温度検出素子９２での測定データが高温を示す場
合）なら、それをパルス幅決定部１０１に伝え
る。パルス幅決定部１０１では、発熱抵抗体９６
への通電が連続した時に、パルス幅を減少させる
のであるが、通電が連続していない発熱抵抗体９
６の温度は、基板温度検出素子９２の測定データ
と大きな差が生じると思われる。そこで通電が長
時間なされていない発熱抵抗体９６へのパルス幅
を所定値以上にすることが好ましい。

基板温度検出素子９２が複数個設けられた時に
は、複数の発熱抵抗体９６の温度分布、及び温度
変化は正確に推定される。従つて、画像信号の供
給状態を参照する必要はない。

要するに、温度推定部９５では、発熱抵抗体９
６にパルス信号を印加する際の状態を予想するの
であり、電圧決定部９７はこの予想された状態に
対し、余分なエネルギー注入をしないように、印
加パルス電圧を決定するのである。

このように、この実施例のように、マクロ制御
として基板９１の温度を検出し、印加電圧の制御
を行うことにより時定数の長い、大きな領域の補
正を行う。これに加え、ミクロ制御としてデータ
の履歴（過去にどの発熱抵抗素子を発熱させたか
あるいはこれから発熱させるか）により印加パル
ス幅の制御を行うことにより時定数の短い小さな
領域の補正を行うのである。すなわち、これによ
り２つの制御を分離し、相対的なバランスを検知
することにより適確な制御を行え、さらに制御量
の設定や制御方法が容易になし得る。

前述の実施例においてROMの内容を変更すれ
ば、より複雑な制御が可能となる。以下に他の実
施例を説明する。

例えば、温度検出、信号変換に要する時間及び
熱の伝達の時間遅れ等を考慮することも可能であ
る。即ち、基板１１の温度Toの変化から、温度
上昇中又、下降中かを判断し、測定された時刻で
のデータから、実際に発熱抵抗体１２での発熱す
る時間での基板１１の温度（＝基板１１の初期温
度）を推測するのである。

具体的に言うと、デイジタル化された基板温度
検出素子１３からの信号をCPU１５の司令の下、
微分していく。そして、第７図での電圧決定部１
６に対応するものとして、第９図に示されるよう
に、温度推定部３１と、電圧決定部３２とを設け
る。温度推定部３１、電圧決定部３２ともROM
である。温度推定部３１は、基板１１の温度及び
この微分値のそれぞれのデイジタル値によつてア
ドレス指定を行う。アドレス指定された番地に
は、パワーアンプ型電源１８からの電気信号によ
つて発熱抵抗体１２が発熱する時の発熱抵抗体１
２の初期温度Toの推定値が収納されている。

この温度推定部３１を構成するROMから読み
出された温度によつて電圧推定部３２のアドレス
指定を行う。この電圧決定部３２は、第７図に示
される電圧決定部３２と全く同様であり、電圧値
の情報が収納されている。

この電圧値の情報に応じた電圧を有する電気信
号が、Ｄ−Ａ変換器１７、パワーアンプ型電源１
８によつて、実現された発熱抵抗体１２に供給さ
れる。

このように、発熱抵抗体１２の初期温度を予想
して発熱抵抗体１２に供給される電気信号の電圧
を決定するので、基板１１の熱制御がより適切に
行われる。

以上いくつかの実施例について説明したが、こ
の発明の趣旨を逸脱しない限り、どのような変形
をもこの発明に含まれる。例えば、基板な平板で
なくともよい。発熱素子の数もいくらでもよい。
温度検出手段の位置は、基板の温度が検出可能な
位置であればよく、必ずしも基板上でなくともよ
い。電圧設定手段は、測定温度及び設定温度に対
して、印加電圧値が決定されるものであればよ
い。このように、この発明の趣旨を逸脱しない限
りどのような変形をもこの発明に含まれるのは当
然である。

［発明の効果］ 以上本発明によれば、パルス信号のパルス幅制
御とパルス電圧制御との相対的バランスによつて
発熱素子に印加される印加パルスの形態を決定
し、発熱素子が制御されるため印加エネルギーの
印字品質の良い所定温度までの到達追従が、極め
て高速かつ高精度に達成できる。この様な点は、
温度によつて印字品質が微妙に変化する熱記録装
置においては特に優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の構成図、第２
図及び第３図は熱転写記録装置における従来の熱
制御による高速印字の際の発熱抵抗体の温度変化
を示す図、第４図乃至第６図は本発明がその基礎
とした実験結果を示す図、第７図は本発明を説明
するための熱転写記録装置の構成図、第８図は第
７図での例における発熱抵抗体の温度変化を示す
図、第９図は他の実施例を示す構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板上に設けられた発熱素子を用いて記録を
   行う熱記録装置において、 記録すべき画像に対応したパルス信号を前記発
   熱素子に印加する手段と、 この手段により印加されるパルス信号のパルス
   幅を、このパルス信号の過去の履歴に基づいて制
   御する第１の手段と、 前記基板の温度を検出する手段と、 この手段により検出された温度に応じて前記発
   熱素子に印加されるパルス信号のパルス電圧を制
   御する第２の手段とを具備し、 前記第１の手段及び第２の手段による制御を、
   記録時に発熱素子が記録に必要な所定温度に到達
   し得るよう設定されてなることを特徴とする熱記
   録装置。