JPH0822603B2

JPH0822603B2 - 感熱記録装置

Info

Publication number: JPH0822603B2
Application number: JP27550789A
Authority: JP
Inventors: 悦郎中山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH03136876A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、感熱記録装置に関するものであり、詳しく
は、サーマルヘッドの発熱素子の過熱による焼損防止に
関するものである。

＜従来の技術＞プリンタやレコーダとして、サーマルヘッドを構成す
る複数の発熱素子を選択的に駆動して発熱させ、その発
熱に基づいて感熱記録紙を発色させたり、記録紙にイン
クリボンのインクを転写させて記録を行う感熱記録装置
が用いられている。

ところで、発熱素子の温度は、駆動状態に応じて変化
する。

第９図は、発熱素子の温度遷移状態の一例を示す説明
図である。

すなわち、発熱素子の温度がT_Oの状態でパルス幅がt
_ONで振幅がＶの駆動パルスを印加することにより、発熱
素子の温度は記録動作が可能な温度T_Pに上昇する。その
後に破線Ａで示すように十分な通電休止期間ｔ′_OFFが
あれば発熱素子の温度はT_Oに降下することになり、再度
駆動パルスを印加しても最高温度が温度T_Pを越えること
はない。

これに対し、実線Ｂで示すように駆動周期を速くする
と、温度がT_Oに下がる前に再び温度上昇が始まることに
なり、次第に温度が高くなって最高温度は温度T_Pを越え
てしまう。

この結果、感熱記録紙の場合、発色領域が増大し、
「尾引き」や「つぶれ」といった記録品質の低下現象を
生じることになる。そして、最悪の場合には発熱素子を
焼損してしまう。

このような不都合を解決するために、駆動パルス周期
を速くして記録を行うのにあたって、一定の記録品質を
維持するために、過去に発熱素子に入力されたエネルギ
に基づいて通電時間t_ONを短くしたり、振幅Ｖを低くす
る「熱履歴制御」が行われている。

従来のこのような熱履歴制御の具体例として、第10図
に示すように、連続駆動時に記録に十分な発熱が得られ
るパルス幅を有する主駆動パルスと、主駆動パルスより
も狭いパルス幅を有する予備駆動パルスを用意してお
き、発熱素子が休止状態から記録を開始する場合にのみ
予備駆動パルスを選択的に主駆動パルスとともに発熱素
子に印加し、連続駆動時には主駆動パルスだけを印加す
ることが行われている。

＜発明が解決しようとする課題＞しかし、このような構成における制御は、基本的には
発熱素子の駆動回数履歴に基づくものであり、高精度の
制御は行えない。

本発明は、このような点に着目したものであり、その
目的は、高精度の熱履歴制御が行える感熱記録装置を提
供することにある。

＜課題を解決するための手段＞本発明の感熱記録装置は、サーマルヘッドを構成する複数の発熱素子を記録デー
タ（d_i）に基づいて選択的に駆動して発熱させてその発
熱に基づいて記録対象に記録を行う感熱記録装置におい
て、先の記録データ（d_i）を記録ライン毎に一時的に格
納して原データ（d_k）として出力するラインバッフア手
段（１）と、先のサーマルヘッドの現在の蓄熱温度デー
タ（R_i-1）と記録の有無を制御する出力データ（O_i）と
をアドレスとして先の発熱素子の記録動作に関連した次
回の蓄熱温度データ（R_i）が予め予測されて格納された
第１メモリ（４）と、この第１メモリから読み出される
次回の蓄熱温度データ（R_i）を一時的に格納し次回には
現在の先の蓄熱温度データとして出力する第２メモリ
（２）と、現在の先の蓄熱温度データ（R_i-1）と予め設
定された設定温度（SD）とを比較してこれらの大小を判
定して比較データを出力する比較手段（６）と、この比
較データと先の原データ（d_k）とから先の出力データ
（O_i）を演算する演算手段（７）と、先の第１・第２メ
モリに格納された蓄熱温度データ（R_i-1、R_i）を先の記
録データ（d_i）の１更新周期を複数ステップに分割して
複数回更新しこれに対応して先の発熱素子の記録動作を
制御（EN′）するタイミング制御手段（８）とを具備
し、先の出力データ（O_i）の１ライン分（D₂〜D₅）を単
位として先の記録データ（d_i）に対応する記録を行うこ
とを特徴とする。

＜作用＞先ず、比較手段（６）により現在の蓄熱温度データ
（R_i-1）と予め設定された設定温度（SD）とを比較して
これらの大小を判定して比較データを出力し、この比較
データと原データ（d_k）とから演算手段（７）により記
録の有無を制御する出力データ（O_i）を演算します。

次に、第１メモリ（４）には、現在の蓄熱温度データ
（R_i-1）とこの出力データ（O_i）とをアドレスとして次
回の蓄熱温度データ（R_i）を予測する予測データが予め
格納されており、これを用いて次回の蓄熱温度データ
（R_i）が出力される。

さらに、次回の蓄熱温度データ（R_i）は、第２メモリ
（２）に一時的に格納され、次回には現在の蓄熱温度デ
ータとして使用され、蓄熱データの蓄熱履歴が管理され
る。

一方、タイミング制御手段（８）は、記録データ
（d_i）の１更新周期を複数ステップに分割して蓄熱温度
データ（R_i-1、R_i）を複数回更新し、これに対応して発
熱素子の記録動作を制御（EN′）し、出力データ（O_i）
の１ライン分（D₂〜D₅）を単位として記録データ（d_i）
に対応する記録を行なう。

＜実施例＞以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。図において、記録すべき記録データd_iはラインバッ
ファ１に一時格納されてスイッチ要素として用いるアン
ドゲート７の一方の入力端子に読み出される。第１のメ
モリ４にはサーマルヘッド９を構成する複数の発熱素子
の記録動作に関連した蓄熱温度データが予め格納されて
いる。この第１のメモリ４に格納された蓄熱温度データ
は、サーミスタなどの温度センサ10で測定されるサーマ
ルヘッド９の周囲の温度に応じて、所定の現在の蓄熱温
度データR_i-1および記録の有無に関連したアンドゲート
７の出力データをアドレスにして、次回の蓄熱温度デー
タR_iとして読み出される。この第１のメモリ４から読み
出される蓄熱温度データR_iはラッチ５を介して第２のメ
モリ２に一時格納される。そして、この第２のメモリ２
に一時格納された蓄熱温度データR_iは前述した現在の蓄
熱温度データR_i-1として読み出され、ラッチ３を介して
第１のメモリ４にアドレスとして加えられるとともに比
較器６の一方の入力端子に加えられる。比較器６の他方
の入力端子には予め設定された設定温度データSDが加え
られる。この比較器６の出力信号はアンドゲート７の他
方の入力端子に加えられる。このアンドゲート７の出力
データO_iは前述のように第１のメモリ４にアドレスとし
て加えられるとともに、サーマルヘッド９の発熱素子に
は１ライン分の駆動データD_iとして加えられる。11はサ
ーマルヘッド９を構成する複数の発熱素子の発熱による
発色記録が行われる感熱形の記録紙であり、モータ12に
より所定の速度で送られる。８は各部の動作を制御する
ための制御信号を出力するタイミング制御回路である。
なお、第１図では、太線で蓄熱温度データの流れを示
し、細線でその他のデータの流れを示し、破線で各種の
制御信号の流れを示している。

第２図はサーマルヘッド９の駆動回路の一例を示すブ
ロック図であり、第３図は第２図の回路で熱履歴制御を
行わない場合の動作の一例を示すタイミングチャートで
ある。シフトレジスタ13には、アンドゲート７から出力
される（ａ）に示す１ライン分ｍドットのデータが
（ｂ）に示すｍ個のクロックCLKに従って逐次格納され
る。シフトレジスタ13に１ライン分のデータが格納され
た時点で（ｃ）に示すラッチパルスLATによりラッチ14
にラッチされる。これらラッチ14の出力データは各ナン
ドゲート15の一方の入力端子に加えられる。これらナン
ドゲート15の他方の入力端子には（ｄ）に示すイネーブ
ル信号EN^-がインバータ16を介して共通に加えられてい
る。なお、ダッシュ「′」は負論理で動作することを示
している。ナンドゲート15の出力端子は発熱素子17の一
端に接続され、発熱素子17の他端には直流電源18のプラ
ス端子が共通に接続されている。

このような構成において、イネーブル信号EN^-がＬレ
ベルになっているt_Oの間、直流電源18から発熱素子17に
駆動電流が流れて１ラインの記録データに基づく記録が
行われる。

ところが、第３図の駆動方法では１ライン当たりの駆
動データD_iの印加時間はt_Oのみであり、熱履歴制御は行
えない。

そこで、本発明では、例えば第４図のタイミングチャ
ートに示すように、ｍドットのデータDATAを４回サーマ
ルヘッド９に転送し、４回イネーブル信号EN^-を加える
ことによって１ラインの記録を行う。ここで、各駆動デ
ータDATAの１回の送りは第３図と同様であるが、イネー
ブル信号EN′のパルス幅t_O′は第３図のパルス幅t_Oのほ
ぼ1/4とする。４回の駆動データDATAおよびイネーブル
信号EN^-の送りで１ラインの記録が行われるので、記録
紙11の送りもこのシーケンスと同期させて４回のデータ
転送の最初の１ステップで第３図の１ステップと同量の
紙送り量でステップ送りする。

このように４回のデータ転送で１ラインの記録を行う
ことにより、各回の駆動データD_i（D₁〜D₄）の取り方に
よって発熱素子17に加える駆動パルスのパターンは第５
図に示すように15通り（2⁴−１＝15）のいずれかにな
る。すなわち、発熱素子17は、蓄熱温度に応じて駆動制
御されることにより、結果としてこれら15通りのパター
ンのいずれかに従って駆動されることになる。

なお、第４図では４回のデータDATAおよびイネーブル
信号EN^-の送りで１ラインの記録を行うものとして説明
しているが、４回に限るものではなく、ｎ回（ｎは２以
上の整数）であればよい。ｎ回の場合の駆動パターンは
2ⁿ−１通りになる。

このような蓄熱制御の詳細を説明する。

ラインバッファ１のアドレスA_xに格納されている記録
データは第６図に示すように記録すべき主走査方向上の
ｍ−ｘ番目のドットに対応し、このデータが“1"の時に
ｍ−ｘ番目のドットを記録する。

タイミング制御回路８は、第７図のタイミングチャー
トの（ａ）に示す内部クロックCLKのｋ番目のクロック
で蓄熱温度データを一時記憶している第２のメモリ２に
アドレスA_kを送る。これにより、第２のメモリ２は第７
図の（ｂ）に示すようにｍ−ｋ番目の発熱素子に対応す
る蓄熱温度データR_i-1,_kを出力する。

内部クロックCLKのｋ＋１のサイクルにおいて、クロ
ックCLKの立ち上がりによりラッチ３は第７図の（ｃ）
に示すように蓄熱温度データR_i-1,_kをラッチする。ラッ
チ３にラッチされた蓄熱温度データR_i-1,_kは比較器６に
加えられて初期設定されている温度データSDと比較され
る。なお、これら蓄熱温度データR_i-1,_kおよび温度デー
タSDは、複数ｓビットに量子化されている。比較器６は
例えば温度データSDが200℃に設定されていて蓄熱温度
データR_i-1,_kが100℃であったとすると“1"をアンドゲ
ート７に出力し、温度データSDが200℃に設定されてい
て蓄熱温度データR_i-1,_kが250℃であったとすると“0"
をアンドゲート７に出力する。

このｋ＋１のクロックサイクルではラインバッファ１
からｋ番目のドットに対応する原データd_kがアンドゲー
ト７に読み出されて、（ｆ）に示すような比較器６の出
力データとの論理積がとられる。このアンドゲート７の
出力データO_kが実際に記録すべきデータしてサーマルヘ
ッド９の発熱素子17に加えられる。すなわち、サーマル
ヘッド９の発熱素子17が記録状態になるのは、原データ
d_kが“1"で蓄熱温度データR_i-1,_kが温度データSDよりも
低い場合だけである。

ｋ＋１のサイクルでは、前述のプロセスと同時に以下
の制御も行う。すなわち、蓄熱温度データR_i-1,_kおよび
アンドゲート７の出力データO_kを第１のメモリ４にアド
レスとして入力する。ここで、比較器６およびアンドゲ
ート７は高速ゲート素子で構成できるので、アンドゲー
ト７の出力データO_kのセトリングは数10ns程度となり、
クロックサイクルを数100nsとすれば１クロック内で第
１のメモリ４からデータの読み出しを完了できる。

第１のメモリ４は、アドレスR_i-1,_kおよびO_kに従って
（ｄ）に示すように次の蓄熱温度データR_i,_kを出力す
る。例えば、蓄熱温度データR_i-1,_kが100℃のとき、O_k
が１であれば蓄熱温度データR_i,_kとして180℃のビット
データを出力し、O_kが０であれば蓄熱温度データR_i,_kと
して50℃のビットデータを出力する。

ｋ＋２サイクルでは、ラッチ５は（ｅ）に示すように
ｋ＋２サイクルのクロックCLKの立ち上がりでメモリ４
から出力される蓄熱温度データR_i,_kをラッチする。ま
た、ラッチ５にラッチされたデータはメモリ２のもう一
方のポートに加えられてアドレスA_kに書き込まれる。

これら〜の動作はパイプライン的に並列処理さ
れ、ｋ＋１のクロックサイクルではメモリ２から蓄熱温
度データR_i-1,_k+1が読み出される。

これら〜の動作をｍ回実行することによりサーマ
ルヘッド９は１ラインを構成するｍ個の駆動データD_iを
受け取る。タイミング制御回路８は、ｍ個のデータ転送
の後、前述第４図（ｃ）に示すようにラッチパルスLAT
をアクティブにし、（ｄ）に示すようにイネーブル信号
EN^-を時間t^-だけ１回アクティブにして発熱素子17に駆
動電流を流す。これらｍ個のデータ転送，ラッチパルス
LATおよびイネーブル信号EN′の送出を複数回繰り返
す。第４図では４回繰り返す例を示している。なお、こ
れら複数回の繰り返し動作の間ラインバッファ１の記録
データd_iは更新されず、複数回の繰り返し駆動動作を１
周期としてこの周期に同期して更新される。このような
ラインバッファ１のデータ更新にあたっては、デュアル
ポートメモリを用いたり、２ライン分のバッファを設け
ておいて周期ごとに切り換えるようにしてもよい。

次に、メモリ４の蓄熱温度データ設定について説明す
る。

サーマルヘッド９の発熱素子17の温度変化は、初期温
度T_Oを基準にして駆動パルスの振幅およびパルス幅によ
りシミュレーションできる。すなわち、サーマルヘッド
９の構造は既知であり、各部分の物性定数も既知であ
る。これらから、サーマルヘッド９の熱応答を熱伝導方
程式を用いてモデル化して記述できる。この熱伝導方程
式に初期条件として初期温度を与え、系への入力エネル
ギーとして駆動パルスの振幅およびパルス幅を与えるこ
とにより、数値計算で各時間におけるサーマルヘッド９
の発熱素子17の温度をシミュレーションできる。なお、
熱伝導方程式は非線形であることから、１次元の有限要
素法を用いてコンピュータによる数値演算を行い、デー
タ転送後の温度状態をシミュレーション予測しておき、
メモリ４にテーブル化しておく。

前述第１図の構成では、サーマルヘッド９へのｍドッ
トのデータの転送周期およびイネーブル信号EN′のパル
ス幅は一定であるので、初期温度T_Oがわかればデータ転
送後の温度はシミュレーションにより予測できる。第８
図はこのようなシミュレーション状態の説明図であり、
（ａ）は駆動パルスを時間t^-加えた場合の温度変化状態
を示し、（ｂ）は駆動パルスを加えない場合の温度変化
状態を示している。

メモリ４には、初期温度T_Oをパラメータとして、出力
データO_iを加えた場合と加えない場合の転送周期後の温
度T^-を予めデータとしてテーブル化しておく。すなわ
ち、蓄熱温度データR_i-1,_kを初期温度T_Oとし、アンドゲ
ート７の出力データO_kを駆動データのオン，オフ信号と
してメモリ４のアドレスに入力することにより、メモリ
４は転送周期後の温度T^-をビットデータR_i,_kとして出力
することになる。

メモリ４にこのようなデータを格納しておくことによ
り、蓄熱温度は逐次演算される。そして、比較器６で蓄
熱温度データと設定温度が逐一比較されて、結果的には
第５図の複数のパルス列の中から過去の蓄熱温度データ
に見合ったパルス列が選択されることになり、精度の高
い熱履歴制御が行われる。

なお、これまでの説明では、温度制御はオープンルー
プになっている。また、周囲温度によってはシミュレー
ションデータに誤差が生じる。そこで、温度センサ10で
サーマルヘッド９の放熱板の温度を測定してこの測定デ
ータTDをメモリ４にアドレスとして加え、メモリ４のデ
ータを切り変えていく。また、サーマルヘッド９の放熱
板の温度が上がりすぎた場合には、駆動パルスをカット
してそれ以上に温度が上昇しないように制御する。

＜発明の効果＞以上、説明したように、本発明によれば、予めシュミ
レートされて第１メモリに格納された指定アドレスに対
応する温度データを用いて、予め設定された設定温度デ
ータに対して記録データの１ラインのドット単位で各ド
ットの蓄熱量が予測されて同一記録データの複数回駆動
の駆動パターンの推定・更新をして、この駆動パターン
に基づいて１ライン単位で発熱素子を複数回駆動する構
成としたので、基本的には、複雑な演算をしないでも、
記録データの１ラインの周期を複数回に分割して第１メ
モリのアドレスを選択するだけの簡単な構成により、サ
ーマルヘッドの駆動データの駆動パターンを細かく選択
しながら速やかな熱履歴制御が可能となり、記録品質を
容易に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
サーマルヘッドの駆動回路の一例を示すブロック図、第
３図は第２図の回路で熱履歴制御を行わない場合の動作
の一例を示すタイミングチャート、第４図および第７図
は第１図の動作を説明するタイミングチャート、第５図
は第４図のタイミングチャートによる駆動パルスのパタ
ーン例図、第６図は第１図の要部の斜視図、第８図は本
発明で用いるシミュレーションデータの説明図、第９図
は熱履歴制御を行わない場合の発熱素子の温度遷移説明
図、第10図は従来の熱履歴制御による駆動例の説明図で
ある。１……ラインバッファ、２……第２のメモリ（ランダム
アクセスメモリ）、3,5,14……ラッチ、６……比較器、
７……アンドゲート、８……タイミング制御回路、９…
…サーマルヘッド、10……温度センサ、11……記録紙、
12……モータ、13……シフトレジスタ、15……ナンドゲ
ート、16……インバータ、17……発熱素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーマルヘッドを構成する複数の発熱素子
を記録データ（d_i）に基づいて選択的に駆動して発熱さ
せてその発熱に基づいて記録対象に記録を行う感熱記録
装置において、前記記録データ（d_i）を記録ライン毎に一時的に格納し
て原データ（d_k）として出力するラインバッフア手段
（１）と、前記サーマルヘッドの現在の蓄熱温度データ（R_i-1）と
記録の有無を制御する出力データ（O_i）とをアドレスと
して前記発熱素子の記録動作に関連した次回の蓄熱温度
データ（R_i）が予め予測されて格納された第１メモリ
（４）と、この第１メモリから読み出される次回の蓄熱温度データ
（R_i）を一時的に格納し次回には現在の前記蓄熱温度デ
ータとして出力する第２メモリ（２）と、現在の前記蓄熱温度データ（R_i-1）と予め設定された設
定温度（SD）とを比較してこれらの大小を判定して比較
データを出力する比較手段（６）と、この比較データと前記原データ（d_k）とから前記出力デ
ータ（O_i）を演算する演算手段（７）と、前記第１・第２メモリに格納された蓄熱温度データ（R
_i-1、R_i）を前記記録データ（d_i）の１更新周期を複数
ステップに分割して複数回更新しこれに対応して前記発
熱素子の記録動作を制御（EN′）するタイミング制御手
段（８）とを具備し、前記出力データ（O_i）の１ライン分（D₂〜D₅）を単位と
して前記記録データ（d_i）に対応する記録を行うことを
特徴とする感熱記録装置。