JPS5822355B2 - サ−マルプリンタの電圧補償制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサーマルプリンタの電源電圧の変動を補償する
制御方法に関する。

本発明の目的は、電圧によって周期もしくはパルス幅を
変化できるパルス発生回路を備え、サーマルプリンタの
電源電圧の変動に対して安定した印字品質を得るサーマ
ルプリンタの制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、サーマルプリンタの発熱要素に異
常な高電圧が加わった場合、通電時間を収縮し発熱要素
の熱破壊を防止する、サーマルプリンタの発熱要素の保
護回路を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、電源等の限られた容量の電源
を用いて、サーマルプリンタを駆動する場合、電源の容
量を有効に取り出し、長時間駆動を可能にする低消費電
力なサーマルプリンタの制御方法を提供することにある
。

本発明の更に他の目的は、発熱要素を配列した□サーマ
ルプリンタの熱ヘツド間の抵抗値のバラツキによるプリ
ンタごとの印字品質の良、不良をなくシ、印字品質のそ
ろったサーマルプリンタを供給することにある。

第１図は従来のサーマルプリンタの制御方法を使用した
、電子卓上計算機のブロック図である。

１は電源で、乾電池もしくは、ニッケルカドミウム電池
等の場合と商用の交流電源を整流した場合が考えられる
。

２は電源変動に対して一定の電圧を得るためのレギュレ
ータ、３はレギュレータ２のパワートランジスタ、４は
サーマルプリンタの熱ヘツド上にもうけられた発熱要素
、５は発熱要素に通電する給電トランジスタ、６は演算
用クロックパルス発振器（以下Ｏ８Ｃと記す）、７はセ
ントラルプロセッサユニット（以下ＣＰＵと記す）、８
はリードオンリメモリー（以下ＲＯＭと記す）、９は発
熱要素４へ通電時間を決めるフリップフロップ（以下Ｆ
Ｆと記す）、１０はプリンタコントロールユニット（以
下ＰＣＵと記す）、１１は紙送り装置（ＰＦ）、１２は
キーボード（ＫＢ）をそれぞれ示す。

発熱要素４と紙送り装置１１は、サーマルプリンタ１３
の構成要素となっている。

キーボード１２によって入力された信号は、ＣＰＵ７に
よって処理されあらかじめ用意された文字パターンをＲ
ＯＭＢより読み出し、ＰＣＵｌｏに送られる。

ＰＣＵｌｏは、給電トランジスタ５と紙送り装置１１を
制御し、所定の文字、記号等の印刷行程を行う。

第２図は発熱要素を複数個配夕１ルた熱ヘッドの構造を
示す図である。

２１はセラミック、ガラス等の絶縁材よりなる基材であ
り、その上に発熱要素４が一列に配列されている。

２２は共通電気導体で、電源の一端がこれに接続される
。

２３は信号供給電気導体で給電トランジスタに接続され
る。

２４は一文字を構成する基本となる発熱要素のグループ
でこの場合５ドツトを縦にいくつか並べることにより文
字を構成することになる。

第３図は、上記熱ヘッドによって文字を構成した時の略
図である。

ｍｘｎのマトリックスを用いて構成する。

桁数がｌケタであれば、発熱要素の数はｍＸｎ個必要さ
なり、第２図の熱ヘッドではｍ−５、ｌ＝８であるので
４０個の発熱要素が必要である。

第３図に示す如く、５×７のマトリックスで文字を構成
する場合、第２図のヘッドを用いれば、■ライン印字す
るためには７ステツプの動作が必要である。

従来に於いては、０８Ｃ６は比較的安定した周波数を有
する回路を採用し、ＦＦ９によって何分筒かし、発熱要
素４に通電する時間を決定していた。

そのため電源１が変動要素を有する場合、例えば乾電池
を電源とした場合には、発熱要素４の熱量を一定にする
ためにレギュレータを用いて安定化することが不可欠で
あった。

乾電池では、一般に１本あたり１．５Ｖ〜１■の範囲で
、装置が正常に働くことが必要であり、第１図の電源１
に８本の乾電池を直列接続して用いれば電源電圧■１は
１２Ｖから８■まで変化することになる。

この電圧変動を考慮してレギュレータの２次側の設定電
圧■２は８■より更に余裕を見て、５■程度にしなけれ
ばならない。

レギュレータ２を使用する場合には、結局、パワートラ
ンジスタ３のコレクタ損失により常に電力が無駄になっ
ていることになる。

電力損失が太きければ、電池等の容量の限られた電源を
使用する時に、きわめて不利であり、ポータプル化を考
える場合無視できない内容であった。

又、何らかの異常によりレギュレータ２が破損すると、
発熱要素４には、通常の電圧プラス数ボ・ ルトの電圧
が加わり、発熱要素４をも一瞬にして焼損してしまう等
、従来の実施例は信頼性、安全性にかける面があった。

その他プリンタメーカと電卓メーカが違う場合は、レギ
ュレータ２の設定電圧■２の違いや通電時間のバラツキ
によって印字品質に差が生ずる等不都合な面が多かった
。

更に、複数の発熱要素を有するサーマルプリンタに於い
ては、印加されるドツト数の変動によって、マンガン電
池等に於いては、大幅な電圧変動が生じていた。

このため、レギュレータを用いても所定の電圧が維持で
きない等の不都合な面があった。

本発明はこのような従来の種々の不具合点を除去し、電
力損失をおさえ電力を有効に取り出し、電池駆動による
プリンタ付電卓のポータプル化をより可能にし、又電源
変動に対し安定した印字品質を得、かつ電源異常、特に
高電圧に対しては、発熱要素への通電時間を収縮し、熱
ヘッドの保護回路としての機能をも有する、きわめて理
想的なサーマルプリンタの制御方法である。

第４図以後に本発明の一実施例を示し詳述する。

第４図は、本発明の一実施例で電子卓上計算機のブロッ
ク図である。

３′１°は電源、３２は電源電圧■３を検出し、電圧に
応じた周期もしくはパルス幅を有するパルス発生回路（
以下ＰＧと記す）、３４は熱ヘツド上にある発熱要素、
３５は発熱要素３４に通電する給電トランジスタ、３６
は演算用クロックパルス発振器（以下Ｏ８Ｃと記す）、
３９はフリップフロップ（以下ＦＦと記す）、４１は紙
送り装置（ＰＦ）をそれぞれ示す。

発熱要素３４と紙送り装置４１はサーマルプリンタ４３
の構成要素となる。

セントプルプロセッサユニット（以下ＣＰＵと記す）３
７は、キーボード（ＫＢ）４２から得た入力信号を処理
し、リードオンリーメモリ（以下ＲＯＭと記す）３８か
ら必要な文字パターンを読み出しプリンタコントロール
ユニット（以下ＰＣＵと記す）４０に信号を送る。

ここまでの処理機能は、第一図の従来の実施例とまった
く同じである。

ＰＧ３２は電圧の変化にともない周期が変化するパルス
発生器であり、ＰＧ３２の信号を通電幅を規定する信号
に変換し、発熱要素３４に適度な通電をし印字品質の制
御を行う。

結局ＰＣＵ４０のクロックパルスをＰＧ３２が受は持つ
ことになる。

第５図は、ＰＧ３２の回路の一実施例である。

５１は抵抗素子の一つであるバリスタ、５２はコンデン
サ、５３は抵抗器、５４はコンデンサをそれぞれ示す。

バリスタ５１の抵抗値Ｒ５□とコンデンサ５２の値Ｃ５
□によって一方の特定数τ１”” Ｃ５２Ｊ Ｒ５１が
、又抵抗器５３の値Ｒ５３とコンデンサ５４の値Ｃ５４
によってもう一方の時定数τ２＝０５４・Ｒ５３がそれ
ぞれ決まる。

上記時定数によって決定された周期にて、トランジスタ
５５とトランジスタ５６が交互にＯＮ、ＯＦＦをくりか
えす。

第６図はバリスタの特性を示す図である。

バリスタ５１は、バリスタへの印加電圧をｖ３流れる電
流をｉ３とすると第６図に示す如く、電圧ｖ３が大きく
なるに従かい抵抗値が小さくなる特性を有している。

このような特性を有するバリスタを、パルス発生回路の
周期を決定する抵抗器の構成要素の一つにすることによ
り電圧の高い時は、周期が短く、電圧の低い時は周期が
長いという変化をするパルス発生回路となる。

又、Ｒ６１もしくはＲ５３にサーミスタを併用すること
により温度によっても周期を変化させることができる。

サーマルプリンタは一般に温度（電卓内）に影響される
ので、負特性サーミスタを用いて、固定抵抗器と適当に
組み合わせることにより、温度が高い時は、パルス発生
回路の周期が短く、逆に低い時は、周期が長くなり、結
局、発熱要素３４への通電時間が調節され適切な印字品
質が得られることになる。

第７図は第４図の電卓のサーマルプリンタ４３のタイム
チャートを示す。

ａは電圧応じた周期Ｔにて発振しているパルス発生回路
ＰＧ３２の出力波形、ｂはＦＦ３９による分周波形、Ｃ
はキーボード４２等の信号に応じて印刷を開始せよとい
う印字指令、ｄは発熱要素３４に通電する通電幅と時間
軸上の位置を設定するヘッド通電制御パルスで、発熱要
素３４の−・つ一つに対して、それぞれの通電信号の基
本となる信号、ｅは紙送り装置４１の動力源の通電幅と
時間軸上の位置を設定する動力通電制御パルスをそれぞ
れ示す。

ｄのヘッド通電制御パルスの６１ではパルス幅Ｗｄの時
間について第３図に於けるｍＸｎマトリックスの一行口
の通電を決定し、６２では二行目６３では三行目という
ようにｎ行終わるまでパルスが発生し、一連の印字行程
が終了する。

ｅの動力通電制御パルスの６４は、−行目から二行目へ
印字紙を移動するために紙送り装置４１の動力源への通
電時間Ｗｅと時間軸上の位置を決定している。

動力源は一般にプランジャーもしくはステップモータを
使う。

第８図は第５図のパルス発生回路の電源電圧■と周期Ｔ
の関係を示す図である。

サーマルプリンタの印字品質は、ジュール熱によって左
右される。

ジュール熱を一定にするには、次の式を満たさねばなら
ない。

Ｒ３４は発熱要素３４の抵抗値でこれはほぼ一定と考え
られるので式−１は次のように変形できる。

■２×Ｗｄ−一定・・・・・・・・・・・・・・・式−
２第５図のパルス発生回路の周期と電圧との相関特性は
、上記式−２とほとんど一致し、一定エネルギを供給す
る信号源としてきわめて適していることが確かめられた
。

又、同一規格のバリスタを使用し、第４図の抵抗器５３
を調整して、規準電圧に於ける規準周期に設定すること
によりバリスタ５１の個々のバラツキをも吸収すること
ができ、はぼ特性のそろったパルス発生回路となること
が実験によって確かめられた。

本発明はこのようにきわめて簡単な回路により電源電圧
の変動を補償し印字品質の変化のないすぐれたサーマル
プリンタの制御方式である。

又電源３１に異常が生じて発熱要素３４に高電圧が加わ
った時には周期Ｔも著るしく収縮し、発熱要素３４への
通電幅を縮小するので安全性に於いても有効な保護回路
を備えていることになる。

第７図のタイムチャートの周期Ｔは電源電圧によっての
びちぢみするため印字スピードもそれに応じて変化する
ことになる。

第９図は本発明の他の実施例を示す略図である。

電源３１、発熱要素３４、給電トランジスタ３５、ＣＰ
Ｕ３７、ＰＣＵ４０等の構成及び働きは第４図とまった
く同じである。

第４図の実施例と違う点は、第４図のＰＧ３２がＣＰＵ
３７のクロックパルス発生回路を兼用していることであ
る。

ＰＧ３２の回路構成は第５図に示されている通りである
が、演算速度を高めるため、一般には３０〜１００ＫＨ
ｚ程度の発振周波数を有している。

ＰＧ３２は電源３１の電圧変動によって周期が変化する
ため演算速度も変化することになるが、印字スピードも
同期しているので問題はない。

ＰＧ３２はきわめて速いスピードで発振しているのでＦ
Ｆ３９により伺分周かして、発熱要素３４への通電幅を
決定する。

このように通電幅決定用パルス発生回路が、演算回路等
の他のロジック回路のクロックパルス発振器を兼用する
ことにより、ＰＣＵ４０とＣＰＵ３７等の他のロジック
回路との結合が簡単となり、発振回路の調整で代用でき
るという利点を有している。

第４図の紙送り装置４１は、ステップモータもしくはプ
ランジャーで構成されている。

一般にステップモータ、紙送りプランジャー等の通電幅
は一定にしているが、電圧が高い場合は電気エネルギの
ほとんどが発熱として失なわれていく。

そのためステップモータ、プランジャー等の熱放散が充
分でないと高電圧に於いて異常な温度上昇により機器の
焼損を起こしやすい。

本発明では、動力源（主には紙送り装置の）に対する通
電幅も電圧によって制御し、常に一定エネルギを供給す
ることにより動力源の高電圧に於ける温度上昇を抑える
ようにしている。

第７図のタイムチャート図のｅは紙送り装置４１の動力
通電制御パルスであるが、ＰＧ３２の周期が電圧によっ
て変化するにともない通電幅も変化することになる。

第１０図はバリスタを用いたパルス発生回路の一種で一
安定マルチバイブレークである。

サーマルプリンタの制御用発振器に非安定マルチバイブ
レークを用いた場合、印字スピードもそれにともなって
変化するが印字スピードは変化させずに通電パルス幅だ
けを変化させたい場合は、基本となるクロックを入力と
して一定時間を得る一安定マルチバイブレークを用いれ
ばよい。

第１０図の一安定マルチバイブレークは、■４の変化に
よって出力のバイレベルの時間が変化するのが特徴であ
る。

７３，７４はトランジスタ、７１はバリスタ、７２はコ
ンデンサをそれぞれ示す。

コンデンサ値Ｃ７□とバリスタＴ１の抵抗値Ｒ７、とに
よって決められる時定数τ４−０７□・Ｒ７１によって
バイレベルの時間が決定される。

Ｒ７１がバリスタで構成されているので電圧によってバ
イレベルの時間が変化する。

第１１図は第１０図のパルス発生回路の入出力波形を示
し、ｆは入力波形、ｇは電圧が高い場合の出力波形、ｈ
は電圧が低い場合の出力波形をそれぞれ示す。

ｇからｈと電圧が低くなるに従いパルス幅Ｗは、ｗｇか
らｗｈと連続的に延びる。

このパルス発生回路を用いることにより印字スピードは
一定で、発熱要素３４への通電パルス幅だけ変化させる
ことができる。

サーマルプリンタの熱ヘツド上の発熱要素３４の抵抗値
は一般に田ントによってバラツキを生じる。

熱ヘツド間の抵抗値のバラツキによる印字品質の違いは
、規準電圧に於けるＰＧ３２の周期Ｔを調整することに
より解消することができる。

この場合ＰＧ３２をサーマルプリンタ４３に組みこむこ
とによりプリンタメーカ側が印字品質を調整することが
でき商品としての市場性が大きくなる。

又、回路中にサーミスタを使用し、熱ヘッドもしくは、
その近辺の温度を検出して印字品質の制御に役だてる場
合には、サーマルプリンタ４３に組み込む（とはきわめ
て重要な意味を持つ。

尚本発明の詳細な説明では、便宜上電子卓上計算機を用
いているが、サーマルプリンタを印刷手段として用いる
電子計測器等の他の電子機器に於いても本発明によるサ
ーマルプリンタの電圧補償制御方式を用いることができ
る。

又、解りやすくするために、ＰＧ３２の信号により、Ｆ
Ｆ３９を用いていたが、ＦＦ３９はＰＣＵ４０に含まれ
るのが一般的である。

ＣＰＵ３７、ＰＣＵ４０は一般にＬＳＩを用いて一体化
されていて、従来では０８Ｃ３６もＬＳＩに含まれてい
るのが普通であった。

本発明のＰＧ３２もバリスタの材質をシリコンにするこ
とによりＣＰＵ３γに含めＩＣ化することも可能である
。

又、ｍＸｎマトリックスを用いた制御方法を採用してい
るがセグメントタイプの印字方式でも同様の効果をもた
らすことができる。

以上詳述した如く本発明によるサーマルプリンタの制御
方法は、簡略にして、サーマルプリンタの印字品質を安
定し、かつ低電力駆動を可能ならしめ、熱ヘッドの信頼
性を高めるきわめて画期的なものであり、サーマルプリ
ンタの制御に幅広く応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のサーマルプリンタの制御方法を用いた電
子卓上計算機の略図で、１は電源、２はレギュレータ、
４は発熱要素、６は演算用クロックパルス発振器をそれ
ぞれ示す。 第２図は発熱要素４を配列した熱ヘッドを示す図で、２
１は基材、２２は共通電気導体、２３は信号供給電気導
体をそれぞれ示す。 第３図は第２図の熱ヘッドを用いて印字した時の文字の
構成例を示す略図である。 第４図は本発明によるサーマルプリンタの制御方法を用
いた電子卓上計算機の略図で、３１は電源、３２はパル
ス発生回路、３４は発熱要素をそれぞれ示す。 第５図は第４図のパルス発生回路ＰＧ３２の構成を示す
回路図で、５１はバリスタ、５５，５６はトランジスタ
をそれぞれ示す。 第６図は第５図の構成要素の一つであるバリスタ５１の
電圧−流行性を示す図である。 第７図は本発明の制御方法のタイムチャート図でＴはＰ
Ｇ３２の出力波形の周期、Ｗｄは発熱要素３４への通電
幅、Ｗｅはプランジャーもしくはステップモータへの通
電幅をそれぞれ示す。 第８図はＰＧ３２の周期と電源電圧との関係を示す特性
曲線である。 第９図は本発明の他の実施例の略図で、演算用クロック
パルス発振回路と、通電幅決定用パルス発生回路を兼用
した一例のブロック図である。 ・ 第１０図は本発明の他の実施例で、第４図のＰＧ３
２を一安定マルチバイブレークにし、電源変動に対し印
字スピードが変化しない制御方法のための一回路側であ
り、７１はバリスタ、７２はコンデンサを示す。 第１１図は第１０図の回路の入出力波形を示す図で、ｆ
は入力波形、ｇ、ｈは出力波形をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも１つのコンデンサを有するパルス発生回
   路により通電時間を決定し、複数の発熱要素に同時通電
   し、熱的印刷をするサーマルプリンタの制御方法に於い
   て、前記コンデンサの一端と前記複数の発熱要素に印加
   される電源の一端との間にバリスタを挿入し、該バリス
   タを介して行なわれる前記コンデンサへの通電もしくは
   放電により前記パルス発生回路の出力にて前記発熱要素
   への通電時間を決定することを特徴とするサーマルプリ
   ンタの電圧補償制御方法。