JPH0768822A

JPH0768822A - サーマルプリンタ

Info

Publication number: JPH0768822A
Application number: JP22168293A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Takeuchi; 栄一竹内; Takahiro Mizushina; 隆広水品
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】美しい画像を印字するための滑らかなドット階
調を実現するヘッド先端構造を備えたサーマルプリンタ
を提供する。【構成】印字ヘッドには画像の主走査１ライン分の最大
データ数に対応する数の発熱体６が主走査方向の印字ピ
ッチＤＯＰ_Mと同一間隔で配列されている。発熱体６の
横寸法Ｄ₁は主走査方向の印字ピッチＤＯＰ_Mより２／
３小さく、縦寸法Ｄ₂は副走査方向の印字ピッチＤＯＰ
_Sより２／３小さく形成さされている。発熱体６の副走
査方向の両端はコモン電極７及びセグメント電極８にそ
れぞれ接続し両電極により選択的に印加エネルギー（印
加電圧パルス）を供給されて発熱し、この熱エネルギー
を、ベースフィルムの厚さが５μｍ以下に構成されたイ
ンクリボンに伝達して、低濃度階調の段階から階調に応
じたインクの完全剥離を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】発熱ヘッドの熱制御に基づいてイ
ンク転写により印字を行うサーマルプリンタに係わり、
特に美しい画像を印字するための滑らかなドット階調を
実現するヘッド先端構造を備えたサーマルプリンタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、サーマルプリンタは、印字ヘ
ッド先端に備えた多数の発熱体を発熱させ、図１２に示
す画素Ｄ毎に選択的に感熱紙を発色させ又は普通紙にイ
ンクリボンのインクを転写（溶融転写又は昇華転写）し
て画像の印字を行っている。同図に示す画素Ｄの大きさ
は１印字ドットの最大発色寸法を模式的に表している。
また、転写されたインクの広がりｄ（以後、印字画素ｄ
という）は濃度階調に従って変化する。同図では、画素
Ｄの幅ｍは、主走査方向（印字動作の横方向）の印字ピ
ッチと一致しており、また画素Ｄの長さｎは、副走査方
向（印字動作の縦方向）の印字ピッチと一致している。
通常、サーマルプリンタによる印字ピッチは１ｍｍ（ミ
リメートル）当たり８ドット程度のものが多い。同図に
示す画素Ｄの印字ピッチを主、副走査方向共に８ドット
／１ｍｍとすれば、画素Ｄの幅及び長さは共に１２５μ
ｍ（ミクロン）である。

【０００３】ところで、上記の主走査方向の印字ピッチ
ｍは、図１３(a) に示すように発熱体１の配列間隔で決
る。そして、これらの発熱体１の数は、画像の主走査１
ライン分の最大データ数に対応している。また、副走査
方向の印字ピッチｎは、用紙送り量（用紙送り距離）と
印字タイミングによって決る。

【０００４】従来、発熱体１の横幅ｍ′の寸法は、主走
査方向の印字ピッチｍに殆ど等しく（ｍ′≒ｍ）、ま
た、縦長ｎ′の寸法は、副走査方向の印字ピッチｎに等
しいか又は大（ｎ′≧ｎ）であるように形成されてい
る。この発熱体１は、副走査方向の両端が、発熱体１の
横幅ｍ′と同幅のコモン電極２及びセグメント電極３に
それぞれ接続し、両電極により選択的に印加エネルギー
（通常は印加電圧パルス）を供給されて発熱し、この発
熱に基づく熱エネルギーを感熱紙又はインクリボンに伝
達する。

【０００５】図１４に、このような構成の印字ヘッドを
用いてインクリボンからのインク転写により印字を行う
場合の状態を断面図で模式的に示す。同図に示すよう
に、印字ヘッドのヘッド基板４の先端部には、ヘッド基
板４上に配線された不図示の電極に接続する発熱体１が
配設されている。この発熱体１上を用紙Ｐとインクリボ
ンｒが互いに当接した状態で通過した後分離され、用紙
Ｐは同図の矢印Ａで示す上方向に搬送され、インクリボ
ンｒは同図の矢印Ｂで示す下方向に排出される。発熱体
１上を通過するとき、発熱体１からインクリボンｒのベ
ースフィルムｒ₂を介して伝達される熱量に応じてベー
スフィルムｒ₂上のインクｒ₁が用紙Ｐ面に転写され
る。この転写されるインクｒ₁の広がりの程度（図１２
の印字画素ｄの大きさの変化）により画素濃度（印字ド
ットの濃度）が変化する。つまり、同図に示す副走査方
向（用紙Ｐとインクリボンｒの搬送方向）でみると、１
ドット当たりのインクｒ₁の用紙Ｐへの転写量が、ゼロ
から最大ｎまでの範囲で、発熱体１からの伝達熱量に基
づいて変化する。この発熱体１からの伝達熱量は、発熱
体１に供給される印加エネルギーに応じて変化する。し
たがって、画素の濃度階調に応じて発熱体１に供給する
印加エネルギーを制御すればドット階調（印字画素ｄの
大きさ変化によるドット濃度の変化）のある印字ができ
る。

【０００６】上記のヘッド基板４の先端に設けられる発
熱体には、図１３(b) に示すように、主走査方向に延在
する一本の発熱体１′で構成されたものもある。これ
は、主走査方向に交互に配設された細い配線からなるコ
モン電極２′及びセグメント電極３′が発熱体１′に当
接する形で構成される。この場合、１本のセグメント電
極３′と、その両側の２本のコモン電極２′間にある発
熱体１′の２カ所の非当接部分１′ａが両電極からの印
加エネルギーにより発熱する。この両電極間にある２カ
所の非当接部分１′ａからなる発熱部が同図(a) の発熱
体１に対応する。そして、この場合も、２カ所の非当接
部分１′ａからなる発熱部の横幅ｍ′及び縦長ｎ′の寸
法は、同図(a) の発熱体１の場合と同様に、画素Ｄの
主、副走査方向の印字ピッチｍ、ｎにほぼ等しいか又は
大である。

【０００７】従来は、上述したように発熱体の発熱部
（図１３(a) の発熱体１又は同図(b)の非当接部分１′
ａ）の形状を、画素Ｄの主、副走査方向の印字ピッチ
ｍ、ｎにほぼ等しいかあるいは発熱部の方を大きくする
構成とし、発熱部に供給する印加エネルギーの大小によ
り発熱部の熱の広がりを制御してドット階調のある印字
を行うようにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
上述した形状の発熱部により印字を行って、下記のよう
な数々の問題が発生した。以下、これらの問題を溶融型
熱転写方式の場合を取り上げて説明する。

【０００９】先ず、溶融型熱転写方式では、濃度０印字
（印字ドットのインク広がりが０）から最大濃度印字
（印字ドットのインク広がりが最大、印字画素ｄ＝画素
Ｄ）まで、濃度階調に合せて発熱体１に供給する印加エ
ネルギーを段階的に分割する。これは経験的に得られる
印字ドットのインクの広がり方及び濃度曲線に合うよう
に、印加電圧パルス幅を変化させるか、あるいは単位時
間当たりの印加電圧を変化させる等のことにより行う。
このように印字画像のドット階調数に応じて供給する印
加エネルギーを段階的に変化させて階調制御を行うが、
このとき発熱体１の熱分布は図１５(a) 〜(i) のように
なる。

【００１０】同図(a) は、濃度０印字に対応する印加エ
ネルギー零の状態を示し、同図(b)〜(i) は、最小濃度
から最大濃度までのドット階調に対応する印加エネルギ
ーによる発熱体１の熱分布５を８段階に分けて抽出した
ものである。同図は模式的に表したものであり、例えば
同図(b) に示す熱分布５が発熱体１の上端に達していな
いからといって熱エネルギーが発熱体１の上端に達して
いないということではない。熱分布があれば熱エネルギ
ーは発熱体１の上端に達している。例えば、同図(b),
(c) の分布図は、熱分布が低い即ち発熱体１からインク
リボンｒに伝達される熱エネルギーが低いことを表し、
且つ伝達される熱エネルギーにむらがあることを示して
いる。これらのむらは、発熱体１が単一の素材で構成さ
れていないこと及び発熱体の微細構造に対する制作技術
上の問題から発生する。

【００１１】また、同図(d) 〜(h) は、発熱体１内にお
いて熱は初め横方向に広がり、その後上方向に広がるこ
とを示している。また、同図(i) は、印加エネルギーの
上限における熱分布状態を示している。このとき、後述
するように、ドット階調が最大となり、これ以上、印加
エネルギーの供給は無用な状態である。

【００１２】このような発熱体１内の熱分布に応じて発
熱体１から伝達される熱エネルギーに基づいて、インク
リボンｒから用紙Ｐに転写されるインクｒ₁の転移状態
は、大別して２通りあり、これを図１６に示す。同図に
示すように、インクリボンｒ上のインクｒ₁は一定の厚
さの層をなしている。インクリボンｒに供給される熱エ
ネルギーが小さいと、インクｒ₁は層の途中から剥離し
（以下、インク状剥離という）、剥離インクｒ₃となっ
て用紙Ｐ面に転移する。そして熱エネルギーがある大き
さ以上であれば最下層（ベースフィルムｒ₂面）から剥
離し（以下、面状剥離という）、剥離インクｒ₄となっ
て用紙Ｐ面に転移する。

【００１３】前述したように、濃度階調は、インクその
ものの濃度で表現するのではなく画素Ｄ内のインクの広
がり、即ち印字画素ｄの大きさ変化で表現する。したが
って印字されるインクそのものに濃淡があってはなら
ず、フルカラーでなければならない。このことから、面
状剥離したインクｒ₄はフルカラーであるため理想的な
剥離状態であるといえる。一方、インク状剥離したイン
クｒ₃はフルカラーではないから、濃度階調を忠実に表
現できるとはいえない。

【００１４】従来は、このようなインク状剥離及び面状
剥離の状態が、図１５に示した発熱体１の熱分布に対応
して、即ち印加エネルギーの変化に対応して、図１７に
示すような状態で発生した。図１７(a) に示すインク状
剥離のインクｒ_3-10〜ｒ_3-30の３つの状態及び面状剥離
のインクｒ_4-10の状態は、例えば図１５(b) 〜(d) 及び
(e) に示した発熱体１の熱分布状態に対応する。上記の
図１７(a) は、低濃度階調に対応する印加エネルギーの
段階ではインク状剥離の状態でインクが剥離し、中間濃
度階調に対応する印加エネルギーの段階ではインク状剥
離と面状剥離が混在する状態でインクが剥離することを
示している。そして、図１７(b) に示す面状剥離インク
ｒ_4-10〜ｒ_4-50の５つの状態は、例えば図１５(e) 〜
(i) に示した発熱体１の熱分布状態に対応している。上
記の図１７(b) は、ある濃度以上の濃度階調に対応する
印加エネルギーの段階では、面状剥離の状態で順次剥離
面積を広げてインクが剥離することを示している。

【００１５】図１８は、このような熱の広がり（熱分
布）に基づくインク剥離において、発熱体１に供給され
る印加エネルギーと濃度（ドット階調）との関係を示す
濃度特性曲線である。上述したように、インク剥離を生
じさせる熱エネルギーの発生は、印字画素Ｄの大きさと
ほぼ同じ大きさの発熱体１全体に供給される印加エネル
ギーによる発熱に基づくため、同図に示すように、一方
では濃度発生となるインク剥離開始（図１７(a) のｒ
_3-10参照）を起こすための最低印加エネルギーＪ(th)が
大きく、他方では発熱体１周囲の蓄熱材（不図示）への
熱拡散が小さいため、最大濃度Ｄ(m) となる最大剥離
（図１７(b) のｒ_4-50参照）を起こすための上限印加エ
ネルギーＪ(m) が比較的小さくなる。したがって、最低
印加エネルギーＪ(th)から上限印加エネルギーＪ(m) ま
で印加エネルギーが変化する幅は小さく、印加エネルギ
ーＪ(n) に対する濃度Ｄ(n) の特性曲線αは傾斜角が比
較的大きく、曲線が全体として縦長に立った形で表され
る。

【００１６】このように最低印加エネルギーＪ(th)から
上限印加エネルギーＪ(m) まで印加エネルギーが変化す
る幅が小さいため、ドット階調を得るためには微小な印
加エネルギー制御が必要である。また、濃度特性曲線α
が立っているため、ヘッド抵抗値バラツキ、印加エネル
ギーバラツキ（電圧、パルス幅バラツキ）、環境変化に
よるバラツキ等による曲線変動α₁，α₂により濃度バ
ラツキΔＤ(n) が大きくなる。したがって階調濃度が不
安定になり、これらの補正制御が極めて困難になる。こ
れらのことから、ドット階調は一般に不安定である。

【００１７】また、最低印加エネルギーＪ(th)近傍での
発熱体１の熱分布は、発熱体１の微小な抵抗値分布のバ
ラツキ（材料、厚さ、気泡、不純物、バラツキ）によ
り、図１５(b) に示したように発熱体１の全領域にわた
り不均一になる。このため、発熱体１と画素Ｄの大きさ
がほぼ同じであることから、画素Ｄの全域にわたって不
均一なドット印字になる。また、そればかりでなく、同
様のことが発熱体１ごとに発生し、画像全体として不均
一なドット印字分布になる。このように、低濃度の階調
領域では、ドット印字の不均一性による画像の品質低下
が発生する。

【００１８】また、人間の目による濃度変化の感じ方
は、高濃度における変化よりも低濃度の変化の方が感じ
やすい。したがって、美しい画像を表現するには低濃度
の方を滑らかに表現（低濃度領域での濃度変化を細かく
表現）した方が高印字品質の画像が得られる。

【００１９】ところが、上述した従来の発熱体１の形状
では、画素Ｄと発熱体１の大きさがほぼ同じ大きさであ
るため、一度に発熱体全体（画素Ｄ全域）が発熱し、こ
のため最低印加エネルギーＪ(th)が大きく、この最低印
加エネルギーＪ(th)で既に熱広がりが起きてしまい低濃
度印字（小さい範囲のインク剥離）が得にくい。即ち低
濃度域での滑らかな階調が得にくい。また滑らかな階調
を得るためには理論的には極めて微小な印加エネルギー
制御を行えばよいが、上述したようにドット階調が不安
定であるため、現実的には低濃度階調の制御は不可能に
近い。

【００２０】また、図１７(b) に示したように、インク
の剥離が高濃度領域においてインク状剥離から面状剥離
に切り変わることにより、インク自体の濃度が不安定状
態から最高濃度状態に切り換わる。このように濃度によ
り印字の調子が変化するため全体として印字品質が低下
する。

【００２１】また、インク状剥離では、用紙Ｐに転移し
た付着インク表面が凹凸状態である。一方、面状剥離で
は、ベースフィルムｒ₂面から剥離するため付着インク
表面は平らである。この付着インクの２通りの表面状態
により印字面の印字状態が異なって見える。この差異
は、図１７(a),(b) のように低濃度領域と高濃度領域間
に現れ、また中間濃度領域では異なる両方の状態が混在
して発生し、印字品質を非常に低下させる。

【００２２】以上数々の欠点を、改良するために、図１
３(c) に示すような熱集中形発熱体１″の形状が提案さ
れているが、このような曲線を有する発熱体１″及び電
極（コモン電極２″及びセグメント電極３″）の形状
は、微細な構成であるだけに設計通りの精度が出しにく
く抵抗のバラツキが大きくなり、結果としてドット階調
に対応する安定した印加エネルギーを供給することがで
きない。また、そればかりでなくヘッド価格が極めて高
価になる。

【００２３】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、発熱
ヘッドを用いてインク転写により印字を行い、滑らかな
ドット階調により高品質の画像を出力出来、且つ安価な
サーマルプリンタを提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】以下に、本発明に係わる
サーマルプリンタの構成を述べる。本発明は、主走査方
向に配列された複数の凸状発熱部を有し、該発熱部への
通電時間を可変してインクリボン上のインクの溶融面積
を可変し該溶融されたインクを用紙に転写して階調性画
像を形成するサーマルプリンタを前提とする。

【００２５】先ず、上記発熱部の主走査方向のサイズＤ
₁は、発熱部の主走査方向の配列ピッチＤＯＰ_Mに対し
Ｄ₁≦ＤＯＰ_M×（２／３）の関係を有し、且つ上記発
熱部の副走査方向のサイズＤ₂は、発熱部の副走査方向
の用紙送り量と印字タイミングで決定されるピッチＤＯ
Ｐ_S及び発熱部の上記主走査方向のサイズＤ₁に対しＤ
₁＜Ｄ₂≦ＤＯＰ_Sの関係を有するように構成する。

【００２６】上記凸状発熱部は、例えば請求項２記載の
ように、下層にグレーズを設けてなる。また、例えば請
求項３記載のように、凸状に形成した発熱体からなる。
そして、上記インクリボンを構成するベースフィルムの
厚さを、例えば請求項４記載のように、５μｍ以下に構
成する。

【００２７】

【作用】この本発明は、凸状発熱部が、その主走査方向
のサイズＤ₁が主走査方向の配列ピッチＤＯＰ_Mの２／
３以下で、副走査方向のサイズＤ₂が副走査方向のピッ
チＤＯＰ_Sより小さく主走査方向のサイズＤ₁より大き
く形成される。この発熱部分の通電時間に対応する発熱
によりインクリボン上のインクが溶融する。これによ
り、低濃度時における印加エネルギーに対しても小範囲
のインクの完全剥離が行われ、滑らかなドット階調が得
られる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳述する。図１(a) は、一実施例の印字ヘッドの
構成を示す部分平面図である。同図に示すように、印字
ヘッドには、発熱体６が、主走査方向に、図１２に示し
た画素Ｄの主走査方向の印字ピッチＤＯＰ_M（図１２で
は印字ピッチｍとして説明）と同一間隔で配列されてい
る。これら配列されている発熱体６の総数は、画像の主
走査１ライン分の最大データ数と同一である。

【００２９】同図(a) に示すように、発熱体６の横寸法
（主走査方向の寸法）Ｄ₁は、主走査方向の印字ピッチ
ＤＯＰ_Mより小さくなるよう形成されており、これらに
は、ＤＯＰ_M×（２／３）≧Ｄ₁の関係が与えられる。
そして、縦寸法（副走査方向の寸法）Ｄ₂は、副走査方
向の印字ピッチＤＯＰ_Sと同じか又は小さく、且つ上記
横寸法Ｄ₁よりは大きくなるよう形成されている。そし
て、これらには、ＤＯＰ_S≧Ｄ₂＞Ｄ₁の関係が与えら
れる。

【００３０】上記発熱体６は、副走査方向の両端が、発
熱体６の横寸法Ｄ₁と同幅のコモン電極７及びセグメン
ト電極８にそれぞれ接続し、両電極により選択的に印加
エネルギー（本実施例では後述する印加電圧パルス）を
供給されて発熱し、この発熱による熱エネルギーをイン
クリボンに伝達する。

【００３１】同図(b) は、他の実施例の印字ヘッドの構
成を示す部分平面図である。同図に示す印字ヘッドは、
主走査方向に延在する一本の発熱体６′と、この発熱体
６′に当接して主走査方向に交互に配設されたコモン電
極７′およびセグメント電極８′から構成されるてい
る。同図の１本のセグメント電極８′と、その両側の２
本のコモン電極７′間にある発熱体６′の２カ所の非当
接部分６′ａが発熱部になる。この発熱部が同図(a) の
発熱体６と同様に機能する。また、この２カ所の非当接
部分６′ａからなる発熱部の横寸法Ｄ₁及び縦寸法Ｄ₂
は、同図(a) の発熱体６の横寸法及び縦寸法と同様であ
る。

【００３２】上記印字ヘッドにおける発熱体６及び６′
部分の形状を、図２(a),(b) に斜視図で示す。同図(a)
に示すように、上述の発熱体６は、凸状に形成されたグ
レーズ９の上面に配設され、コモン電極７及びセグメン
ト電極８と共に主走査方向に配列される。発熱体６を中
心として凸状部分全体がオーバコート１０により被覆さ
れており、印字の際、用紙との摩擦から保護される。

【００３３】一方、発熱体６′は、同図(b) に示すよう
に、発熱体そのものが凸状に形成されており、この凸状
の発熱体６′が、基板１２上に主走査方向へ交互に配設
されたコモン電極７′およびセグメント電極８′に上か
ら当接して主走査方向に延在する。この場合も、凸状部
分及びその近傍を、オーバコート１０により被覆する。

【００３４】図３(a) 〜(h) は、このような構成の印字
ヘッドによる濃度０の印字から最大濃度の印字まで、濃
度階調に合せて発熱体６に供給される印加エネルギーに
対応する熱分布の状態を模式的に示したものである。
尚、上述した通り、図１及び図２の(b) に示す発熱体
６′の発熱部も同様に機能するが、以下の説明では同図
(a) に示す発熱体６を取り上げて説明する。

【００３５】上記図３(a) は、濃度０印字に対応する印
加エネルギー零の状態を示し、同図(b) 〜(h) は、最小
濃度から最大濃度までのドット階調に対応する印加エネ
ルギーに基づく発熱体６による熱分布１３を７段階に分
けて抽出したものである。そして、同図(b),(c) は、発
熱体６の幅寸法Ｄ₁が主走査方向の印字ピッチＤＯＰ _M
より小さいため、低濃度のドット階調の段階で発熱体６
内部で生ずる熱分布１３のむらの広がりが印字ピッチＤ
ＯＰ_Mに対して小さいことを示している。また、同図
(d),(e) は、同様に発熱体６の幅寸法Ｄ₁が従来より小
さいため（図１５(a),(b) 参照）、低濃度のドット階調
の早い段階で熱分布１３が発熱体６の上方に伝播するこ
とを示している。そして、同図(f) 〜(h) は、高濃度の
ドット階調の段階では、熱分布１３が、発熱体６に接し
て基板１２上に配設されている蓄熱材１４を介して伝播
することを示している。

【００３６】図４は、このような熱エネルギー伝播の変
化に対応して剥離するインクの剥離状態を示したもので
ある。同図に示すように、低濃度の段階でインクリボン
ｒから用紙Ｐに転写されるインクｒ₁に生じるインク状
剥離ｒ_3-5〜ｒ_3-15は、発熱体６の小さな幅寸法Ｄ₁に
対応して狭い範囲においてのみ発生し、この範囲より大
きくは発生しない。上述したように、上方への熱分布は
早い時期に行なわれ、したがって低濃度の段階で早期に
面状剥離ｒ_4-5の状態に切り換わる。特に発熱部分が凸
状に形成されているためインクリボンｒ裏面への密着状
態が良好に保持され、これにより効率よく熱を伝導し、
このため一層、面状剥離状態への切り換わりが早い。そ
して以後、印加エネルギーの上昇に伴い面状剥離の状態
が最大濃度まで順次拡大する（同図の面状剥離インクｒ
_4-40〜ｒ_4-50参照）。

【００３７】図５は、このような発熱体６に供給される
印加エネルギーと濃度（ドット階調）との関係を示す濃
度特性曲線である。上述したように、発熱体６の縦、横
の寸法はそれぞれ主、副走査方向の印字ピッチより小さ
い。即ち熱伝導の体積が従来より小さい。これに加えて
発熱部のインクリボンへの密着性がよいため、印加エネ
ルギー変化の早い段階でインク剥離を開始させる有効な
熱エネルギーが発生する。したがって、これに要する最
低印加エネルギーＪ(th)は、同図に示すように従来より
も小さい（図１８参照）。他方、最大剥離を起こすため
の熱エネルギーは、発熱体６周囲の比熱の比較的大きな
蓄熱材１４を介して伝播する。発熱体６が従来より小さ
くなった分、周囲の蓄熱材１４の領域は増大している。
このため最大剥離のために要する上限印加エネルギーＪ
(m) は、従来よりも大きくなる。したがって、濃度発生
から最大濃度Ｄ(m) までに、最低印加エネルギーＪ(th)
から上限印加エネルギーＪ(m) まで印加エネルギーが変
化する幅が大きくなる。つまり、印加エネルギーＪ(n)
に対する濃度Ｄ(n) の特性曲線αは傾斜角が小さく、曲
線は全体として横長に寝た形で表される。

【００３８】このように最低印加エネルギーＪ(th)から
上限印加エネルギーＪ(m) まで印加エネルギーが変化す
る幅が大きいため、ドット階調を得るための印加エネル
ギーの各階調毎に対応する変化量を大きくとることがで
きる。したがって、階調制御が容易である。また、濃度
特性曲線αが横長に寝ているため、ヘッド抵抗値バラツ
キ、印加エネルギーバラツキ（電圧、パルス幅バラツ
キ）、環境変化によるバラツキ等による曲線変動α₁，
α₂による濃度バラツキΔＤ(n) が小さい。したがって
階調濃度が安定し、補正制御も容易である。これらのこ
とから、ドット階調は極めて良好である。

【００３９】また、最低印加エネルギーＪ(th)近傍での
発熱体６の熱分布のむら（バラツキ）は、図３(b) に示
したように発熱体６の幅の範囲である。このため、発熱
体６の面積が画素Ｄの面積より小さいことと、上記むら
の発生が極めて低濃度の段階（超低濃度領域）でしか発
生しないことから、視覚的には感知できない程度のもの
であり、画像の品質に影響することは全くないといえ
る。

【００４０】そして、インクの剥離が、低濃度の段階で
早くもインク状剥離の状態から面状剥離の状態に切り変
わるため、低濃度の領域を滑らかに即ち低濃度領域での
濃度変化を忠実に細かく表現できばかりでなく、どの濃
度階調においても常時均一な印字の調子が得られる。し
たがって、高印字品質の美しい画像が得られる。

【００４１】続いて、図６は、上述した印字ヘッドを備
えたサーマルプリンタの構成ブロック図である。同図に
おいて、画像データ出力部Ｋ₁は、画像データを一時的
に収納している回路であり、階調データを伴った例えば
８ビット幅の画像データＳ_Dを階調データ制御部Ｋ₂に
出力する。階調データ制御部Ｋ₂は、予めプログラミン
グされた階調アーキテクチャ例えば図４に示したような
濃度曲線テーブルに基づいて、画像データ出力部Ｋ₁か
ら入力される画像データＳ_Dに含まれる階調データに所
定の補正を行って、この補正後の画像信号を、シリアル
印字データＳ₄としてシリアル／パラレル変換部Ｋ₄に
出力する。制御パルス発生部Ｋ₃は、装置全体を制御す
る回路であり、転送クロックＳ₀を画像データ出力部Ｋ
₁へ、データ読み込みクロックＳ₁を階調データ制御部
Ｋ₂及びシリアル／パラレル変換部Ｋ₄へ、ラッチクロ
ックＳ₂及びストローブ信号Ｓ₅をシリアル／パラレル
変換部Ｋ₄へ、並びにモータ送り信号Ｓ₃をモータ・ド
ライバＭ₁へそれぞれ出力する。モータ・ドライバＭ₁
はモータ送り信号Ｓ₃によりステッピングモータＭ ₂を
駆動する。上記シリアル／パラレル変換部Ｋ₄は、階調
データ制御部Ｋ₂から入力されるシリアル印字データＳ
₄をパラレルデータＳ₄'に変換して、ヘッドドライバＬ
₁に出力する。ヘッドドライバＬ₁は、パラレルの駆動
信号Ｄd を出力して印字ヘッドＬ₂を駆動する。

【００４２】図７は、サーマルプリンタの、上記印字ヘ
ッドＬ₂を中心とする主要部の概略を示す構成図であ
る。同図に示すように、印字ヘッドＬ₂は、インクリボ
ンｒの裏面に当接するように配設される。インクリボン
ｒは１対のリボンロールｒ₅、ｒ₅'により保持され、印
字画像の副走査方向である同図の矢印Ｃで示す左方向へ
リボンロールｒ₅'により巻き取られる。上記の印字ヘッ
ドＬ₂が当接する反対側の面となるインクリボンｒ表面
には用紙Ｐが当接し、同じく印字画像の副走査方向であ
る同図の矢印Ｄで示す左方向へ搬送される。プラテンｊ
は、上述したステッピングモータＭ₂により、同図の矢
印Ｅで示す反時計回りに副走査方向の印字タイミングに
同期して間欠駆動され、用紙Ｐを搬送する。上記インク
リボンｒも、このプラテンｊの間欠駆動に同期してリボ
ンロールｒ₅'により巻き取られる。印字ヘッドＬ₂は、
発熱体を備えた先端部を、ばね１５により同図の下方に
付勢され、インクリボンｒ及び用紙Ｐを適宜にプラテン
ｊ面に押圧する。このとき、印字ヘッドＬ₂の凸状に形
成されている発熱部がインクリボンｒ裏面に良く密着す
る。

【００４３】図８は、このような印字ヘッドＬ₂、図６
に示したヘッドドライバＬ₁及びシリアル／パラレル変
換部Ｋ₄の回路ブロック図である。同図に示すように、
シリアル／パラレル変換部Ｋ₄は、シフトレジスタＫ
_4-1、ラッチ回路Ｋ_4-2、及びＮＡＮＤ回路Ｋ_4-3から
構成されている。

【００４４】シフトレジスタＫ_4-1には、端子ＣＬＫに
入力するデータ読み込みクロックＳ ₁に同期して、端子
ＤＩＮにシリアル印字データＳ₄が順次入力する。シフ
トレジスタＫ_4-1は、シリアル印字データＳ₄を順次シ
フトして、Ｏ₀〜Ｏ_Q-1のパラレルデータに変換し、こ
のパラレルデータＯ₀〜Ｏ_Q-1をラッチ回路Ｋ_4-2へ出
力する。

【００４５】ラッチ回路Ｋ_4-2は、シフトレジスタＫ
_4-1から出力されるパラレルデータＯ ₀〜Ｏ_Q-1を、ラ
ッチクロックＳ₂の入力に同期してラッチし、このラッ
チしたパラレルデータＯ₀〜Ｏ_Q-1をＮＡＮＤ回路Ｋ
_4-3へ出力する。

【００４６】ＮＡＮＤ回路Ｋ_4-3の、上記パラレルデー
タＯ₀〜Ｏ_Q-1に対応する数の各ＮＡＮＤゲートは、一
方の入力端子に入力するストローブ信号Ｓ₅がアクティ
ブ（“１”）である期間、他方の入力端子に上記ラッチ
回路Ｋ_4-2から入力するパラレルデータＯ₀〜Ｏ_Q-1の
それぞれ対応する信号を反転してヘッドドライバＬ₁へ
出力する。

【００４７】ヘッドドライバＬ₁は、上記各ＮＡＮＤゲ
ートに対応するＱ個のアンプ（増幅器）により、ＮＡＮ
Ｄ回路Ｋ_4-3の各ＮＡＮＤゲートから入力する反転され
たデータＯ₀〜Ｏ_Q-1をそれぞれ増幅反転し、パラレル
の印字ヘッド出力Ｄｄとして印字ヘッドＬ₂へ出力す
る。

【００４８】印字ヘッドＬ₂の、上記Ｑ個のアンプに対
応するＮｏ．１，２・・・Ｑ−１，ＱまでＱ個ある発熱
体６は、それぞれ対応するアンプからデータ“１”（パ
ルス）が入力することにより発熱する。上記アンプ出力
は、図１(a),(b) に示したセグメント電極８又は８′の
電圧であり、また、図８に示す印字ヘッドＬ₂への入力
Ｓ₆は、図１(a),(b) に示したコモン電極７又は７′の
電圧である。上述の１回のラッチクロックＳ₂に対応す
る上記アンプの出力は１階調分に対応する印字データ
（印加エネルギー）である。

【００４９】したがって、例えば画像データが８ビット
幅の階調データからなるとすれば濃度表現には１２８階
調が得られ、この場合、上述したシリアル印字データＳ
₄がパラレルデータＯ₀〜Ｏ_Q-1に変換され、ラッチ回
路Ｋ_4-2、ＮＡＮＤ回路Ｋ_4- ₃及びヘッドドライバＬ₁
を介して印字ヘッドＬ₂に出力されるまでの一連の処理
は、主走査方向１ライン分の処理の１／１２８の処理に
対応する。つまり、主走査方向１ライン分の処理に対し
てシリアル印字データＳ₄は、１２８回、シリアル／パ
ラレル変換部Ｋ₄に入力する。

【００５０】次に、このような構成のサーマルプリンタ
による印字制御の動作を、図９のタイミングチャートを
用いて説明する。同図は、(a) はタイミング期間Ｔ、
(b) はデータ読み込みクロックＳ₁、(c) はシリアル印
字データＳ₄、(d) はラッチクロックＳ₂、(e) はスト
ローブ信号Ｓ₅、(f) は印字ヘッド出力Ｄｄ、及び(g)
はモータ送り信号Ｓ₃である。

【００５１】同図(a) のタイミング期間Ｔは、主走査方
向１ライン分の最大印字期間Ｔ_Wと用紙送り期間Ｔ_Mの
タイミングが交互にくる。この最大印字期間Ｔ_Wのタイ
ミング内において、最初の単位印字期間ｔ_Wに、データ
読み込みクロックＳ₁の最初の１２８クロックＳ₁₁（同
図(b) 参照）に同期して、１階調分のシリアル印字デー
タＳ₄₁（同図(c) 参照）が、シフトレジスタＫ_4-1に入
力し、これがラッチクロックＳ₂（同図(d) 参照）に同
期して、ラッチ回路Ｋ_4-2にラッチされ、ストローブ信
号Ｓ₅がアクティブ（同図(e) 参照）であることによ
り、ＮＡＮＤ回路Ｋ_4-3及びヘッドドライブＬ₁を介し
１ライン分の初期の印字ヘッド出力Ｄｄとして出力され
る（同図(f) 参照）。上記単位印字期間ｔ_Wの処理が１
２８回繰り返されてシリアル印字データＳ₄₁が１２８回
積算され、この積算データＳ₄₂が、最大印字期間Ｔ_Wの
印字ヘッド出力Ｄｄとなる。シリアル印字データＳ
₄₁の、最低階調（白は含まない）の印字ドットに対応す
るデータ（“１”）は、最初の単位印字期間ｔ_Wだけ出
力され、最高階調の印字ドットに対応するデータは全て
の単位印字期間ｔ_W、即ち１２８単位印字期間で出力さ
れる。中間階調の印字ドットに対応するデータは、最初
の単位印字期間ｔ_Wから階調数に対応する単位印字期間
ｔ_W数だけ連続して出力される。そして、非印字（白）
の場合は“０”が出力される。

【００５２】このように、主走査方向１ライン分の印字
処理において、最低階調から最高階調まで階調制御がな
され、この制御に応じて、前述したように低階調の段階
から面状剥離するインクにより、画素Ｄ内での、階調に
忠実な印字画素ｄの広がりが得られる。

【００５３】この後、用紙送り期間Ｔ_Mで、モータ送り
信号Ｓ₃により、用紙Ｐ及びインクリボンｒを副走査方
向にピッチＤＯＰ_Sだけ搬送し、再び最大印字期間Ｔ_W
のタイミングで次の主走査方向１ライン分の印字を行
う。上記用紙送り期間Ｔ_Mは、ステッピングモータＭ₂
の送り動作が速ければ短くなり、送り動作が遅ければ長
くなる。即ちステッピングモータＭ₂の送り動作は全体
として印字処理の遅速に影響する。

【００５４】ここで、上述した構成の発熱体６と共に用
いるインクリボンｒについて考察する。図１０(a) に示
すように、インクリボンのベースフィルムｒ₂が、ある
厚さ以上では、熱エレルギーがベースフィルムｒ₂内で
横に広がり、このためインクｒ₁に対しても広がりのあ
る熱伝導を起こす（同図(a) の熱分布１６、熱力線１
７、インク状剥離ｒ_3-5、ｒ_3-10参照）。このため、低
濃度階調に対応しにくくなり、また、広範囲にわたるイ
ンク状剥離が起きやすくなって、階調が不安定になる。
発明者の実験によれば、インクリボンのベースフィルム
ｒ₂の厚さが６μｍ以上であると上記にような広範囲な
インク状剥離が発生する。

【００５５】本実施例では、同図(b) に示すように図４
に示したものと同様な良好なインク剥離を実現するため
に、インクリボンのベースフィルムの厚さを５μｍ以下
に構成する。これにより、低濃度階調の早い段階から面
状剥離によるドット階調に忠実なインクの広がりが得ら
れ、極めて高品質な画像印字が実現できる。

【００５６】続いて、発熱体６の寸法について考察す
る。図１１は、発熱体の主走査方向の寸法Ｄ₁及び副走
査方向の寸法Ｄ₂の構成を変えていった場合の印字結果
との関係を示す図表である。この関係は実験により得ら
れた。

【００５７】同図に示す図表は横に主走査方向の印字ピ
ッチＤＯＰ_M、副走査方向の印字ピッチＤＯＰ_S、発熱
体の主走査方向の寸法Ｄ₁、発熱体の副走査方向の寸法
Ｄ₂、及び印字結果を示す。上記印字ピッチ及び発熱体
寸法は、いずれもμｍ単位で表している。また、印字結
果には、画像品質が悪いものを×印、使用には耐えるが
印字品質が落ちるもを△印、そして、印字品質に全く問
題のないものを◎印で表している。

【００５８】同図表の横行２１、２２及び２３は、主、
副走査方向の印字ピッチＤＯＰ_M、ＤＯＰ_Sを、それぞ
れテレビ画像のハードコピー等に適切な印字ピッチとさ
れる１３９μｍに設定した場合である。同図の横行２１
に示すように、発熱体の副走査方向の寸法Ｄ₂を副走査
方向の印字ピッチＤＯＰ_Sに等しい１３９（μｍ）に据
え置いたまま、発熱体の主走査方向の寸法Ｄ₁を、主走
査方向の印字ピッチＤＯＰ_Mに等しい１３９（μｍ）か
ら１２０、１００、９０、そして８０（μｍ）と順次小
さくしていくに応じて、印字結果は×印から△印、そし
て◎印へと変化する。特に発熱体の主走査方向の寸法Ｄ
₁が９０μｍ、即ち主走査方向の印字ピッチＤＯＰ
_M（＝１３９μｍ）の２／３近傍以下になると良好な結
果が得られることが判明した。

【００５９】また、同図の横行２２に示すように、発熱
体の副走査方向の寸法Ｄ₂を副走査方向の印字ピッチＤ
ＯＰ_S（＝１３９μｍ）より小さく（９０μｍ）する
と、同図では同じ◎印で表して優劣を示していないが一
層良い印字結果が得られる。しかし、このように発熱体
の副走査方向の寸法Ｄ₂を副走査方向の印字ピッチＤＯ
Ｐ_Sより小さくした方が良いとはいっても、同図の横行
２３に示すように、発熱体の副走査方向の寸法Ｄ₂（１
２０、８０μｍ）が主走査方向の寸法Ｄ₁より小さい
（１３９、９０μｍ）ときは、結果は良くない（×
印）。

【００６０】また、同図表の横行２４、２５及び２６
は、主、副走査方向の印字ピッチＤＯＰ_M、ＤＯＰ
_Sを、それぞれファクシミリ等に広く用いられる印字ピ
ッチである１２５μｍに設定した場合であるが、この場
合も全く上述同様の結果が得られる。即ち、同図の横行
２４に示すように、発熱体の副走査方向の寸法Ｄ₂を副
走査方向の印字ピッチＤＯＰ_Sに等しい１２５（μｍ）
に据え置いたまま、発熱体の主走査方向の寸法Ｄ₁を、
主走査方向の印字ピッチＤＯＰ_Mに等しい１２５（μ
ｍ）から１００、９０、８０、７０（μｍ）と順次小さ
くしていくと、これに応じて印字結果は×印から△印、
そして◎印へと変化する。この場合も発熱体の主走査方
向の寸法Ｄ₁が８０μｍ、即ち主走査方向の印字ピッチ
ＤＯＰ_M（＝１２５μｍ）の２／３近傍より以下に小さ
くなると極めて良好な結果が得られ、また、同図の横行
２５に示すように、発熱体の副走査方向の寸法Ｄ₂を副
走査方向の印字ピッチＤＯＰ_S（＝１３９μｍ）より小
さくすると更に良い印字結果が得られる。そして同図の
横行２６に示すように、たとえ副走査方向の寸法Ｄ₂を
副走査方向の印字ピッチＤＯＰ_S（１２５μｍ）より小
さく（１２０、９０μｍ）しても、その小さくした寸法
Ｄ₂が主走査方向の寸法Ｄ₁（１２５、１００μｍ）よ
り小さくなったのでは、結果は×印となって全く良くな
い。

【００６１】これらをまとめると、発熱体の主、副走査
方向の寸法Ｄ₁、Ｄ₂と、主、副走査方向の印字ピッチ
ＤＯＰ_M、ＤＯＰ_S間には、ＤＯＰ_M×（２／３）≧Ｄ
₁及びＤＯＰ_S≧Ｄ₂＞Ｄ₁の関係があることが解る。

【００６２】本実施例においては、発熱体６又は６′の
主、副走査方向それぞれの寸法は、これらのことに基づ
いて設定されている。尚、本実施例の発熱体を用いた印
字ヘッドで上述したドット階調により、Ｙ（イエロー：
黄色），Ｍ（マゼンタ：赤），及びＣ（シアン：青）の
３色の転写リボンを用いて、３色のそれぞれの印字デー
タに対応したドット階調印字で、Ｙ，Ｍ，Ｃと３回印字
を行うことにより高画質のフルカラー印字が可能であ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、印字ヘッドの発熱部を凸状に形成しているので、
低濃度階調の熱をインクリボンに伝導しやすく、早い時
期から面状剥離の状態になる。このため低濃度の領域を
滑らかに（低濃度領域での濃度変化を細かく）表現でき
るようになる。また発熱体の横寸法を主走査方向の印字
ピッチより２／３以下に小さく形成すると共に縦寸法を
副走査方向の印字ピッチより小さく且つ発熱体の主走査
方向の寸法より大きく形成しているので、最低印加エネ
ルギーから上限印加エネルギーまで印加エネルギーが変
化する幅が大きくなり、このためドット階調を得るため
の印加エネルギーの変化を大きくとることができ、した
がって、階調制御が容易になる。また、濃度特性曲線が
横長になるためヘッド抵抗値バラツキ、印加エネルギー
バラツキ、環境変化によるバラツキ等による曲線変動に
よる濃度バラツキが小さく、したがって階調濃度が安定
し、補正制御も容易になる。また、低濃度の段階でイン
ク状剥離の状態から面状剥離の状態に切り変わるため、
低濃度の領域を滑らかに（低濃度領域での濃度変化を細
かく）表現できばかりでなく、どの濃度階調においても
常時均一な印字の調子が得られ、したがって、高印字品
質の美しい画像が得られる。さらに、インクリボンのベ
ースフィルムの厚さを５μｍ以下にしているので、上記
の機能を強力に発揮することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明に係わる一実施例の印字ヘッドの
部分構成図、(b) 他の実施例の印字ヘッドの部分構成図
である。

【図２】(a) は一実施例の印字ヘッドの斜視図、(b) 他
の実施例の印字ヘッドの斜視図である。

【図３】(a) 〜(h) は図１(a) の印字ヘッドの発熱体の
印加エネルギーに対応する熱分布の状態を示す模式的図
である。

【図４】発熱体による熱エネルギー伝播の変化に対応す
るインクの剥離状態を示す図である。

【図５】印加エネルギーとドット階調との関係を示す濃
度特性曲線図である。

【図６】実施例に係わるサーマルプリンタの構成ブロッ
ク図である。

【図７】サーマルプリンタの印字ヘッドを中心とする主
要部の概略構成図である。

【図８】印字ヘッド、ヘッドドライバ及びシリアル／パ
ラレル変換部の回路ブロック図である。

【図９】サーマルプリンタによる印字制御の動作を説明
するタイミングチャートである。

【図１０】(a) は従来のベースフィルムの場合のインク
剥離の例を示す図、(b) は実施例における５μｍ以下の
薄いベースフィルムの場合のインク剥離の例を示す図で
ある。

【図１１】発熱体の主、副走査方向の寸法Ｄ₁、Ｄ
₂と、主、副走査方向の印字ピッチＤＯＰ_M、ＤＯＰ_S
間の関係を示す図表である。

【図１２】画素Ｄの階調印字及び主走査方向の印字ピッ
チと副走査方向の印字ピッチを説明する図である。

【図１３】(a),(b),(c) は従来の印字ヘッドの発熱体の
構成を示す図である。

【図１４】印字ヘッドによりインクリボンからインク転
写により印字を行う状態を模式的に示す断面図である。

【図１５】(a) 〜(i) は従来の発熱体による印加エネル
ギー対応する熱分布の例を示す図である。

【図１６】インクリボンから用紙に転写される大別して
２通りのインク転移状態を説明する図である。

【図１７】(a),(b) は従来のインク状剥離と面状剥離の
発生状態を説明する図である。

【図１８】従来の印加エネルギーとドット階調との関係
を示す濃度特性曲線図である。

【符号の説明】

６、６′ 発熱体６′ａ非当接部分Ｄ₁ 発熱体（発熱部）の主走査方向の寸法（横寸法）Ｄ₂ 発熱体（発熱部）の副走査方向の寸法（縦寸法）７、７′ コモン電極８、８′ セグメント電極９、６′ 凸状部１０オーバコート１２基板１３熱分布１４蓄熱材１５ばねＤ画素ｄ印字画素ＤＯＰ_M 主走査方向の印字ピッチＤＯＰ_S 副走査方向の印字ピッチＰ用紙ｒインクリボンｒ₁ インクｒ₂ ベースフィルムｒ_3-5、ｒ_3-10、ｒ_3-15 インク状剥離インクｒ_4-5、ｒ_4-40、ｒ_4-50 面状剥離インクＪ(th) 最低印加エネルギーＪ(m) 上限印加エネルギーＪ(n) 印加エネルギー ΔＤ(n) 濃度バラツキＳ_D 画像データＫ₁ 画像データ出力部Ｋ₂ 階調データ制御部Ｋ₃ 制御パルス発生部Ｋ₄ シリアル／パラレル変換部Ｓ₀ 転送クロックＳ₁ データ読み込みクロックＳ₂ ラッチクロックＳ₃ モータ送り信号Ｓ₄ シリアル印字データＳ₄' パラレルデータＳ₅ ストローブ信号Ｓ₆ コモン電極電圧Ｍ₁ モータ・ドライバＭ₂ ステッピングモータＬ₁ ヘッドドライバＬ₂ 印字ヘッドＤｄパラレル駆動信号（印字ヘッド出力）ｒ₅、ｒ₅' リボンロールｊプラテンＫ_4-1 シフトレジスタＫ_4-2 ラッチ回路Ｋ_4-3 ＮＡＮＤ回路Ｏ₀〜Ｏ_Q-1 パラレルデータＴ_W 最大印字期間Ｔ_M 用紙送り期間ｔ_W 単位印字期間Ｓ₁₁ １２８クロックＳ₄₁ シリアル印字データＳ₄₂ 積算データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主走査方向に配列された複数の凸状発熱
部を有し、該発熱部への通電時間を可変してインクリボ
ン上のインクの溶融面積を可変し該溶融されたインクを
用紙に転写して階調性画像を形成するサーマルプリンタ
において、前記発熱部の主走査方向のサイズＤ₁は前記発熱部の主
走査方向の配列ピッチＤＯＰ_Mに対しＤ₁≦ＤＯＰ_M×
（２／３）の関係を有し且つ該発熱部の副走査方向のサ
イズＤ₂は前記発熱部の副走査方向の用紙送り量と印字
タイミングで決定されるピッチＤＯＰ_S及び該発熱部の
前記主走査方向のサイズＤ₁に対しＤ₁＜Ｄ₂≦ＤＯＰ
_Sの関係を有することを特徴とするサーマルプリンタ。
【請求項２】前記凸状発熱部は、下層にグレーズを設
けてなることを特徴とする請求項１記載のサーマルプリ
ンタ。
【請求項３】前記凸状発熱部は、凸状に形成した発熱
体からなることを特徴とする請求項１記載のサーマルプ
リンタ。
【請求項４】前記インクリボンを構成するベースフィ
ルムの厚さは５μｍ以下であることを特徴とする請求項
１、２又は３記載のサーマルプリンタ。