JPH09240095A - ラインサーマルプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンコーダを使用しないでコストダウンを図
り、印刷中のインクリボンの進行速度を常に一定に維持
して印刷品質の高いカラー印刷を可能とする。 【構成】インクリボン１２をＤＣモータ９により巻き取
りながら用紙に印刷するサーマルプリンタのＤＣモータ
を所定の周波数でオン・オフスイッチングするとともに
そのスイッチング周期のオン時間を調整する手段を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラインサーマルプ
リンタに関し、特に印刷中のインクリボンの進行速度を
一定に維持するラインサーマルプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】ラインサーマルプリンタは、用紙に専用
インクリボンのインクを一行同時に熱転写することによ
り用紙に文字や画像を印刷するプリンタであり、昇華転
写方式と溶融転写方式がある。通常のラインサーマルプ
リンタでは、Ａ４サイズ用紙のカラー印刷速度は昇華転
写方式の場合で０．１枚／分、溶融転写方式の場合で１
枚／分が得られる。サーマルプリンタは、パソコンから
電気信号で送られる３色（イエロー色、シアン色、マゼ
ンタ色）の画像を用紙に印刷する。各色とも用紙サイズ
分の画像データ量があり、１枚の用紙に３色のインクを
重ね合わせてフルカラー印刷を実現している。カラー印
刷時には、１枚の用紙に３色のインクを位置ずれしない
ように重ねる必要があり、リボンの送り出しや巻き取り
機構の精度は印刷品質の良し悪しに直接関わる。

【０００３】図６には、従来のラインサーマルプリンタ
に用いられるサーマルヘッド部の要部が示されており、
画像データは、所要のデータ処理を施されてサーマルヘ
ッド１４へ送出される。サーマルヘッド１４は、受け取
ったデータに基づいてサーマルヘッド１４が内蔵する発
熱体１６を導電体１７を介して通電する。図示の如く、
用紙１３の縦方向に対して横一列に約２６００個の発熱
体１６（印刷時に通電されるのは２４００個）が３００
ｂｄｉ（ドット／インチ）の密度で配置されている。

【０００４】図７には、従来のラインサーマルプリンタ
の簡略化した要部斜視図が示されており、ゴム製プラテ
ン１５と用紙１３とインクリボン１２とサーマルヘッド
１４が密着し、通電される発熱体１６がインクリボン１
２のインクを溶かすことにより用紙１３はドット印刷さ
れる。リール１９に巻回されているインクリボン１２の
一端側がリール１１に巻回され、リール１１はＤＣモー
タ９により回転されるＤＣモータシャフト２０で回転駆
動されてインクリボン１２を水平方向（矢印１８方向）
に移動させる。

【０００５】用紙１３は、プラテン１５の回転により、
１／３００インチの精度で矢印１８の方向へ移動し、用
紙１３とインクリボン１２は密着しているためインクリ
ボン１２も用紙１３と一緒に移動する。１／３００イン
チ移動する毎に用紙１３へドットが印刷されるので、用
紙１３の縦横両方向に対して３００ｄｐｉの密度でドッ
トが印刷され、画像は３００ｄｐｉの解像度で用紙１３
へ印刷されることになる。

【０００６】インクリボン１２は、図８に示すように、
イエロー色、マゼンタ色、シアン色のインクが順番に連
続しており、上述の印刷動作を１枚の用紙１３に対し３
回実行し、３色のドットを重ねて印刷する。１色分の印
刷が終わるたびにサーマルヘッド１４が図７から見て下
方へ下がり、プラテン１５と用紙１３とインクリボン１
２とサーマルヘッド１４の密着が開放されて、用紙１３
だけが矢印１８と逆方向に移動し印刷開始位置まで戻っ
て次の色のインクを印刷する。

【０００７】インクリボン１２は、図７に示し、上述し
たように、トイレットペーパーのように１本のリール１
９に巻かれており、その先端は別のリール１１に接続さ
れている。印刷動作中に用紙１３と一緒に移動するイン
クリボン１２は、リール１１へ巻き取られる。リール１
１はＤＣモータ９を動力源として回転し、インクリボン
１２を巻き取る。

【０００８】図５や図７に示すように、インクリボン１
２がサーマルヘッド１４の位置からリール１１へ移動す
る間に、イクンリボン１２がたるんだり過度に突っ張っ
たりすると、用紙１３の印刷画像にしわやゆるみが生じ
印刷不良を発生することがあり、それらを防ぐために用
紙１３と一緒に移動するインクリボン１２の移動速度Ｖ
１とリール１１が巻取るインクリボン１２の巻取り速度
Ｖ２を等しくして、さらにリール１１がインクリボン１
２を巻き取るときに生じるリール１１がインクリボン１
２を引っ張る力すなわちバックテンションを最適にす
る。

【０００９】図５（ａ）と（ｂ）は、リール１１で巻き
取られたインクリボン１２の径の変化態様が示されてい
る。リール１１がインクリボン１２を巻き取っていくに
従い、図５（ａ）の半径ｒが図５（ｂ）の半径ｒ’へと
変わっていくとき、絶えず移動速度がＶ１＝Ｖ２＝Ｖ
２’となるようにインクリボンの角速度ωが角速度ω’
へと変化する。

【００１０】ＤＣモータ９の電機子巻線電流を或るスイ
ッチング周波数でオン・オフし、さらにオンデューティ
（スイッチング周期におけるオン時間の比率）を切り換
えることにより、ＤＣモータの特性を変更し、インクリ
ボン巻き取り速度を変更する。一般に図５において、角
速度ω、ω’が等しいならＶ２＜Ｖ２’である。Ｖ２＝
Ｖ２’とするには、芯１の軸トルクをＴとすると、次の
条件が必要である。 Ｔω＝Ｔω’＝一定

【００１１】図４には、ＤＣモータの軸トルクＴと角速
度ω、電流の関係が示されている。ω＝ａ／Ｔ（ａは係
数）とすれば上記条件が満足される。一般に、ＤＣモー
タの角速度対軸トルク特性曲線は、図３（ａ）のように
なるから、ω＝ａ／ＴとＤＣモータの角速度対軸トルク
特性曲線が近接するようにＤＣモータを工夫すれば、Ｖ
２＝Ｖ２’に近づけることができる。

【００１２】従来のラインサーマルプリンタの一例が特
開平５−３０９８９８号に開示されている。このライン
サーマルプリンタは、ＤＣモータの電機子巻線中に現れ
る、ＤＣモータの回転数の情報を含む電気信号波形を波
形整形する交流増幅回路及び波形整形回路と、ＤＣモー
タの回転数の情報を含む電気信号を微分、積分、増幅し
て、ＤＣモータのオン／オフ・スイッチ用トランジスタ
の制御信号を生成する制御回路で構成される。制御回路
で生成するＤＣモータのオン／オフ・スイッチ用トラン
ジスタの制御信号の電圧値が大きいとそのトランジスタ
のオン電圧は小さくなるため、ＤＣモータ電流は大きく
なり、そのトランジスタの制御信号の電圧値が小さい
と、そのトランジスタのオン電圧は大きくなるため、Ｄ
Ｃモータ電流は小さくなる。

【００１３】制御回路は、ＤＣモータの回転速度が大き
いとき、ＤＣモータのオン／オフ・スイッチ用トランジ
スタの制御信号の電圧値を大きくし、ＤＣモータの回転
速度が小さいときは、そのトランジスタの制御信号の電
圧値を小さくして、ＤＣモータの回転速度を一定に保つ
ように働く。

【００１４】上記ラインサーマルプリンタでは、インク
紙のリールを駆動するＤＣモータの電機子巻線中に現れ
るＤＣモータの回転数の情報を含んでいる電気信号を用
いて、ＤＣモータの電機子巻線に流す電流の大きさを制
御することにより、リール回転数を制御し、インク紙の
テンションの大きさを所定の値になるようにしている。
しかしながら、回転速度が早くなるのに従ってＤＣモー
タの軸トルクが小さくなるような制御とは、ＤＣモータ
の回転速度が高速になる従ってＤＣモータ電流が小さく
なるように制御することであり、言い換えれば、ＤＣモ
ータの回転速度が遅くなるように制御することである。
しかし、インク紙の送り出しリールについては、インク
紙が送り出されるとインク紙の半径は徐々に小さくなる
から、インク紙の送り速度も小さくなっていく。従っ
て、ＤＣモータの回転速度を徐々に早くしていくように
制御しないと、バックテンションＴ２は徐々に大きくな
ってしまいＴ２を一定に保つことはできない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来はインク
リボンを巻き取るリールを回転するためにＤＣモータや
ステッピングモータを使用しており、常に最適なバック
テンションを保つために、ＤＣモータやステッピングモ
ータにエンコーダを取り付け、それらモータの回転速度
を検出し、検出した回転速度と基準回転速度を比較して
それらモータの巻線電流を変更し、それらモータの回転
速度を調整している。

【００１６】かかる制御方式の場合、高価なエンコーダ
を使用し、複雑な制御回路を必要とするため、ラインサ
ーマルプリンタの小型化・低価格化に対する障害となっ
ている。また、インクリボンを巻き取って行くに従い、
リールの軸から巻き取られたインクリボンの外周までの
半径がだんだん大きくなっていくとき、このような制御
方式ではＤＣモータやステッピングモータの回転速度を
一定に保つように働くため、バックテンションが最適値
より大きくなってしまうことがある。

【００１７】この問題の解決策として、ＤＣモータやス
テッピングモータの動力を滑りクラッチを介して伝達す
る方式も提案されている。エンコーダを使用しないで、
ＤＣモータやステッピングモータを使用してインクリボ
ンを巻き取るため、ＤＣモータやステッピングモータの
動力を滑りクラッチを介してリールへ伝達する方式があ
る。一般にクラッチとは、とくに回転中に駆動軸と接続
したり、断続したりさせるための機構要素である。ここ
で言う滑りクラッチとは、ＤＣモータやステッピングモ
ータがとくに回転中にそれらモータの駆動軸からリール
の軸へ滑りながら回転を伝えるための機構要素である。
また滑りクラッチは固有の静止摩擦力で決まる滑りトル
クを持つ。

【００１８】滑りクラッチは、通常の回転時にはＤＣモ
ータやステッピングモータの回転に同期して回転する
が、滑りトルクより大きなバックテンションがリールす
なわち滑りクラッチ自身に働くと滑り出す性質を持つ。
例えば、リールがインクリボンを巻き取っていくに従い
リールの中心軸から巻き取られたリボンの外周までの半
径が所所に大きくなっていくとき、リールに巻き取られ
たリボンの外周は徐々に大きくなるから、ＤＣモータや
ステッピングモータが同じ回転速度で回転しているので
あれば、滑りクラッチに働くバックテンションは大きく
なってくる。そして、滑りクラッチに働くバックテンシ
ョンが滑りトルクを越えると滑りクラッチは滑り始める
ので、滑りトルクとバックテンションの最適値を等しく
設定し、且つ印刷中はいつも滑るようにしておけば最適
のバックテンションを維持する。

【００１９】しかしながら、転写方式によって印刷速度
すなわち用紙搬送速度が異なる場合はバックテンション
の最適値は変わる。一つの滑りクラッチで複数の滑りト
ルクを持たせることはできないので、印刷速度すなわち
用紙搬送速度の異なる昇華転写方式と溶融転写方式の両
方式を一代のラインサーマルプリンタに付加する場合、
インクリボン巻き取り機構すなわち滑りクラッチと滑り
クラッチ切り換え機構またはＤＣモータがさらに必要と
なり、ラインサーマルプリンタの小型化・低価格化を実
現するための障害となっている。

【００２０】そこで本発明の目的は、構造を簡素化し、
小型化、低価格化を実現しつつインクリボンの進行速度
を一定とするラインサーマルプリンタを提供することに
ある。

【００２１】本発明の他の目的は、エンコード信号のフ
ィードバック制御や電機子巻線に発生する逆起電圧のフ
ィードバック制御を利用しないで、印刷中のインクリボ
ンの進行速度を一定に維持するラインサーマルプリンタ
を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるラインサーマルプリンタは、インクリ
ボンをＤＣモータにより巻き取りながら用紙に印刷する
サーマルプリンタにおいて、前記ＤＣモータを所定の周
波数でオン・オフスイッチングするとともに前記スイッ
チング周期のオン時間を調整する手段を有する。

【００２３】ここで、前記スイッチング周期のオン時間
を調整は、インクリボンの巻き取り径や印刷用紙の搬送
速度にかかわらず所定のテンションで前記インクリボン
を引っ張るようにしたり、前記印刷は、昇華転写方式ま
たは溶融転写方式とすることができる。

【００２４】本発明は、ＤＣモータの電機子電流をオン
・オフするトランジスタをある周波数でスイッチングさ
せ、さらにそのスイッチング周期のオン時間を調整する
ことにより、インクリボン巻き取り半径が変わっても絶
えず最適のテンションで、また印刷用紙の搬送速度が変
わっても最適のテンションでインクリボンを引っ張るこ
とができ、昇華転写方式と溶融転写方式の両方式で良好
な印刷ができるようにしている。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態におけ
るインクリボン巻き取りモータ回路の一例である。ま
た、図２は図１に示す回路の動作を説明するための図で
ある。

【００２６】トランジスタ１は、出力オープンコレクタ
のバッファ６の出力論理１のとき飽和、すなわちオン
し、論理０のとき遮断、すなわちオフするＴＴＬレベル
で直接駆動可能な汎用トランジスタである。バッファ６
は、例えば、ＬＳ０７などの汎用ＴＴＬバッファであ
る。プルアップ抵抗７は、バッファ６の出力をプルアッ
プして論理を確実に１または０にする。ダイオード８
は、トランジスタ１がオフしたときのＤＣモータ９の電
機子巻線の逆起電力を回生するクランプダイオードであ
る。パルス生成論理回路２は、データバスを介してＣＰ
Ｕ３、ＲＯＭ４と接続され、クロックジェネレータ５か
ら８ＭＨｚのクロックを入力する。パルス生成論理回路
２からの出力は、バッファ６へ入力される。パルス生成
論理回路２は、一般のＴＴＬロジック（カウンタ、デー
タラッチ、フリップフロップ）で構成される。

【００２７】ラインサーマルプリンタ全体の制御処理を
行うＣＰＵ３は、ＲＯＭ４に記憶される３個の２進デー
タ、すなわちトランジスタ１のスイッチング周波数の１
周期の時間（以下スイッチング周期）を１２５ｎｓ（８
ＭＨｚの周期）で割った商の値、トランジスタ１のスイ
ッチング周期のオン時間を１２５ｎｓで割った商の値、
用紙へ一色分印刷する間にＤＣモータ９が駆動する時間
を１２５ｎｓで割った商の値をデータバスを介してパル
ス生成論理回路２に送出する。

【００２８】パルス生成論理回路２内部では、ＲＯＭ４
から送出された２進データをデータラッチで保持し、そ
の保持データを８ＭＨｚクロックを基準としてカウンタ
でカウントし、カウンタから出力されるキャリー信号を
複数段のフリツプフロップで構成する回路へ入力し、図
２に示すようなトランジスタ１のオン・オフパルスを生
成する。こうして生成されたオン・オフは、パルス生成
論理回路２から出力されバッファ６に入力される。

【００２９】図２において、時間ｔ1はトランジスタ１
をオン・オフするためのスイッチング周期で、時間ｔ2
はトランジスタ１のオン時間である。時間ｔ3は用紙１
３へ１色分印刷する間にＤＣモータ９を駆動し、リール
１１がインクリボン１２を巻き取る時間である。このス
イッチング周期とオン時間を調整することにより、すな
わち、ｔ2÷ｔ1×１００＝オン時間比率（％）、すなわ
ちオンデューティを調整することにより、図３の曲線
（ａ）のように、ＤＣモータ９の特性を平行移動でき
る。オン時間比率すなわちｔ2を大きくするとＤＣモー
タ９の特性は、図３（ａ）の矢印Ａの方向へ移動し、オ
ン時間比率すなわちｔ２を小さくすると矢印Ｂ方向へ移
動する。スイッチング周期ｔ１を変更しても同様であ
る。

【００３０】本発明者が試作回路を作って評価を行った
ところ、スイッチング周期ｔ１を２０μｓすなわちスイ
ッチング周期５０ｋＨｚでオン時間ｔ２を調整して所望
の効果を得ることができ、昇華転写方式と溶融転写方式
の両方式にて良好な印刷結果を得ることができた。

【００３１】以上のように、昇華転写方式と溶融転写方
式では用紙の印刷速度が異なるため図４のω＝ａ／Ｔ曲
線が変わる場合でも、ＲＯＭ６に記憶される３個の２進
データを所望の値に設定することにより、パルス生成論
理回路１で所望のトランジスタ１のオン・オフパルスを
生成してトランジスタ１をスイッチングすることによ
り、ＤＣモータ９の特性を両転写方式のω＝ａ／Ｔ曲線
に近接させることが容易にでき、更に図５における巻き
取り速度Ｖ２とＶ２’をほぼ等しくすることができ、絶
えず最適なテンションでインクリボンを巻き取ることが
できるため、インクリボンのしわやゆるみの発生が無く
最良の印刷を、昇華転写方式と溶融転写方式の両方式の
機能を持たせた小型・低価格のラインサーマルプリンタ
で提供することが可能となる。

【００３２】ここで、スイッチング周期ｔ1は２０μｓ
に限るものではなく、ｔ2も同様である。また他の実施
方法としては、ＣＰＵ３はパルス生成論理回路２の専用
のＣＰＵを容易しても良いし、トランジスタ１をＦＥＴ
としても良い。また、パルス生成論理回路２をＭＯＳロ
ジックで構成する場合、出力がＭＯＳレベルならばバッ
ファ６やトランジスタ１をＭＯＳロジックで駆動可能な
タイプとすれば良い。オン・オフパルス生成の基準クロ
ックとなるクロックジェネレータ５のクロック周波数を
他の周波数にする場合は、ＲＯＭ６に記憶される３個の
２進データを合わせて変えれば良い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のラインサ
ーマルプリンタによれば、エンコーダを使用せず、エン
コーダ信号や電機子巻線の逆起電圧をフィードバックし
ないので、複雑なフィードバック制御回路が不要とな
り、コストダウンができ、印刷中のインクリボンの進行
速度を常に一定に維持でき、印刷品質の高いカラー印刷
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるインクリボン巻き
取りモータ回路の一例を示す図である。

【図２】図１に示す回路の動作を説明するための図であ
る。

【図３】ＤＣモータ９の軸トルクと角速度、回転数の関
係を示す特性図である。

【図４】ＤＣモータの軸トルクＴと角速度ω、電流の関
係を示す図である。

【図５】リール１１で巻き取られたインクリボン１２の
径の変化態様を示す図である。

【図６】従来のラインサーマルプリンタに用いられるサ
ーマルヘッド部の要部を示Ｓ図である。

【図７】従来のラインサーマルプリンタの簡略化した要
部斜視図である。

【図８】インクリボン１２の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ トランジスタ ２ パルス生成論理回路 ３ ＣＰＵ ４ ＲＯＭ ５ クロックジェネレータ ６ バッファ ７ プルアップ抵抗 ８ ダイオード ９ ＤＣモータ １１ リール １２ インクリボン １３ 用紙 １４ サーマルヘッド １５ プラテン １６ 発熱体 １７ 導電体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクリボンをＤＣモータにより巻き取り
   ながら用紙に印刷するサーマルプリンタにおいて、 前記ＤＣモータを所定の周波数でオン・オフスイッチン
   グするとともに前記スイッチング周期のオン時間を調整
   する手段を有することを特徴とするラインサーマルプリ
   ンタ。
2. 【請求項２】前記スイッチング周期のオン時間を調整
   は、インクリボンの巻き取り径や印刷用紙の搬送速度に
   かかわらず所定のテンションで前記インクリボンを引っ
   張るようにした請求項１に記載のラインサーマルプリン
   タ。
3. 【請求項３】前記印刷は、昇華転写方式または溶融転写
   方式である請求項１に記載のラインサーマルプリンタ。