JPS5890969A - サ−マルプリンタの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サーマルプリンタの駆動方式に関する。

第１図は、従来の熱ペンの定温変制御回路の一部であり
、特公昭５５−１５５７＋３にて公知とされている回路
である。第１図の１朗略を多少変更することによりす〜
マルプリンタに応用することかり能であり、この時の不
具合点について、以下に詳述する。１は電池等の変動要
素を持っ′電源で、直圧Ｖｃを発生する。２は抵抗器、
５はコンデンナ、該コンデンサは前記抵抗２を介して′
電源１に直列接続され、スイッチ４が前記コンデンサ５
に並列接続されて、十Ｍ’ｄ回路によって光放東（ロ）
路１１を形成する。５は前記スイッチ４を一定周期で開
閉するスイッチ駆動回路、６は′電圧比較回路、７は基
準ＫＮ、８は可変分圧器をそれぞわ示している。９は熱
ペン、１０は熱ペン９のスイッチで、電圧比較回路乙の
出力によってオン、オフされ、熱ペン９の温度を電源電
圧Ｖｃの変動によらず一定温胚に保たれるよう作動する
。第１図をサーマルプリンタに応用するには、熱ペン９
に相当する発熱素子の数を増し、選択的にスイッチ１０
を制御する回路等が必要であるが、一定温度に熱して安
定した印字品質を得る原理は変らない。第１図に於ける
スイッチ４を、瞬時オンしてコンデンサ５を放電し、基
準電源７の電圧を可変分圧器８によって分圧された基準
電圧Ｅまでの充電時間ｔを電圧比較回路乙によって取り
出し、加熱時間ｔだけ一定周期Ｔｏごとにスイッチ１０
をオンし、熱ペンの温度制御をする。

第２図は、電圧比較回路６の出力波形を示し加熱時間ｔ
と′電源電圧Ｖｃの関係を示す図で、′電源電圧が高い
Ｖ、の時は充電時間が速くなり、加熱時間は短いｔｌ　
となり、電源電圧が低いＶ、の時は、ＩＪｒＩ熱時間は
長いｔ２となる。

熱ペンの抵抗値をｒとすると、熱ペンに加えられた単位
時間当りのエネルギ（Ｐｗ）は、次式（１）％式％ （１） 温度が一定になるためには、エネルギが一定であれば良
いから、この時のｔとＶｃの関係はｔＯＣ−・・・・・
・・・・　　・　　・・・（２）Ｖｃ２ となれば良い。

このような関係を、等エネルギ特性又は等温度特性と呼
ぶことにする。

第１図に示す回路の加熱時間ｔば、コンデンサ５の容量
をＣ，抵抗器２の抵抗値をＲとすると、（５）で衣わさ
れる。

ｔ＝−Ｃ・Ｒ６ｎ（１−５）・・・・・（５）これをＸ
軸にＶｃ／に、　　Ｙ軸にｔｌｏＲを対数目盛にとって
示したのが、第５図である。１２は（６）式をＯＲで除
した特性曲線であり、１５は傾きが−２の直線である。

この直線１５と平行な点の軌跡の関係式は、次式（４）
で表わされる。

ｙ＝α−α＝定数・・・・・・・・・（４）Ｘ！ すなわち、等温度特性のｔとＶの関係式（２）も式（４
）と同じであり、直線１６と平行な軌跡では温度が一定
である。特性曲線１２の直＃１１１５に平行に近似でき
る部分はＰ点からＱ点であり、Ｘの値にしてｘ　＝　Ｌ
　５〜１．６程度である。いま仮に、電源をマンガン１
１４本とすると、初期値は６．５Ｖ程度であり、この時
、ｘ＝　Ｖｃ／Ｂ＝　１．６となるのでＥ＝４．０６（
Ｖ）、　ｚ＝＝１．５のときＥ＝４．０６であれば、そ
の時のＶｃは約５．５　（Ｖ）となる。すなわち、６、
５　（Ｖ）〜５．５　（Ｖ）相変しか等温度駆動ができ
ないということである。一般にマンガン電池では１．　
ＳＵＭ５に於いて０．５０程度の内部抵抗があり、サー
マルプリンタのように、熱ペン９に相当する発熱要素が
複数個存在し、かつ同時に通電すれる時には、電圧降下
が著しいため、もつと広い電圧範囲にわ　５− たって等エネルギ特性を有する回路が必要である。

父、サーマルプリンタのように、与えたエネルギを瞬時
に熱に変え、ドツトを形成して付くような７１式では、
エネルギの差が微少であっても印字品質に大きく影響を
与えるため、もつと直線１５に近い特性を必要とする。

加えて、特性面ｆｉ！１２の湾曲方向が、電圧が高くて
も低くても双方にエネルギ過多の方向となっているため
、サーマルプリンタの発熱要素のように破壊しやすい発
熱体を制御するには不向きで）・る。このような不具合
点を解消するために、定電圧回路を用いて、サーマルプ
リンタを駆動する方法も考えられるが、電源を電池で駆
動する場合には、電源回路による電力消費が大きく、電
池駆動に不向きである。

本発明の目的は、従来の定温度制御回路の特性を大幅に
改善し、サーマルプリンタのマンガン電池駆動を可能に
する駆動回路を提供することにある。更に、電力消費が
少なく、安価な、サーマルプリンタの駆動方式を提供す
ることにある。

第４図は、従来から用いられている、シリアル　６− 駆動方式のサーマルプリンタの略図である。第４（Ａ）
図はサーマルプリンタのＩＥ面図であり、２１は、発熱
要素２２を配置した発熱ヘッドである。２４はプラテン
、２５は発熱ヘッド２１を同定するキャリッジ、２７は
溝カム２８を有し、この溝カムとキャリッジ２５に設け
られた突起物によって、キャリッジ２５を桁方向（図で
は横力向）に移動する駆動軸、２９は駆動軸を作動する
駆動源であるモータ、５２はモータ２９の回転を伝燵す
る歯車をそれぞれ表わしている。第４（０図は、サーマ
ルプリンタの側面図であり、２５は、印刷紙、２６は、
プラテン２４を発熱ヘッド２１に押圧するプラテン押え
バネ、５０は、紙送りローラ、５１は紙押えローラをそ
れぞれ示し、−行の印字が終了するごとに、モータ２９
と係合した紙送りローラが回転し、紙送りがなされる。

発熱要素２２は、シリアル駆動方式のサーマルプリンタ
では、一般に、＃１５ドツトもしくは７ドツトの発熱要
素を有し、これを配置した発熱ヘッドなり方向に移動し
ながら、４×５もしくは５×７マトリツクスの文字を形
成して行く。

第５図は、本発明による電圧−周波数７＃′換器（以下
Ｖ−ｆコンバータと略す）の−実施・丙であり、以下に
詳述する。４１は電池等の１圧変動のある寅詠でキ）す
、ＶＣなる電位を発生している。

４２は定電圧手段の一種であるゼナーダイオードであり
端子電圧ｖｚを有している。４５は抵抗器であり、ゼナ
ーダイオード４２の端子電圧Ｖｚを安定化するために設
けられ、ゼナーダイオード４２と合わせて分圧回路４４
を形成している。

４５は周波数を設定するための調整用抵抗器、４６は分
圧［１ｊ１Ｍ４４の任意の分圧点Ｓ点と電源４１の一端
との間に挿入されたコンデンサである。分圧回路４４と
調整用抵抗器４５、コンデンサ４６１によって充電回路
を構成している。４７はコンデンサ４６の充電レベルに
応じてオン、オフするスイッチング手段の一種であるト
ランジスタ、４８は該トランジスタ４７の負荷抵抗器、
５５はコンデンサ４６の電荷を放電する放電用のトラン
ジスタ、５０はトランジスタ４７の出力を反転するイン
バータの一種であるトランジスタ、５１は該トランジス
タ５０の負荷抵抗器、５２は、放電用のトランジスタ５
５へ信号な伝達する抵抗器、４９はコンデンサ、５４は
出力用の抵抗器をそれぞれ示している。

第５図に示されたＶ−ｆコンバータの発振原理は次のよ
うなものである。電源４１が投入されてコンデンサ４６
への充電が開始され、コンデンサ４６の電位がトランジ
スタ４７のベースエミッタ間電圧（ＶＢ］ｊｉと呼ぶ）
に達するとトランジスタ４７がオンする。これがトラン
ジスタ５０に伝達され、トランジスタ５０がオフし、更
にこれがトランジスタ５５に伝達され、トランジスタ５
５がオンしコンデンサ４６の電荷が放電される。この結
果、トランジスタ４７オフ→トランジスタ５０オン→ト
ランジスタ５５オフとなり、コンデンサ４６への充電が
開始される。こうして、トランジスタ、４７，５０．５
５は交互にオン、オフを繰り返し、発掘する。この時の
発振周期Ｔは、コンデンサ４６の充電時間にほぼ等しい
。コンデンサ　９− ４９は、トランジスタ５５のオン時間を保証するために
設けられたものでとわめて小さくて良い。

又これによる遅延時間もごくわずかであるため、１＾」
１ｉｌＩＴＫおよぼす影響は小さい。

第６回は、第５図のＶ−ｆコンバータのトランジスタ５
０の出力波形を示し、５５は電源電圧Ｖｃが高いｖｌの
時の出力波形で周期Ｔ１は短く、遂に５６は、颯線電圧
が低いｖ２の時の出力波形で周期Ｔ２は長い。この時の
電源電圧Ｖｃと周期Ｔの関係は次の（５）式で表わされ
る。Ｃはコンデンサ４６の容量値、Ｒは抵抗器４５の抵
抗値を示している。

ＶＢＥ Ｔ−−ｃ　＞ｔｎ　（１−ｖｏ−Ｖ２）　−−−−−−
（５）ＶＢＥは、第１図に示した従来の熱ペンの定温度
制御回路の基準電圧Ｅと同じである。

第７図は、本発明による電圧−周波数変換器の特性を示
すグラフである。−例として　Ｖ、＝２．５（Ｖ）、Ｅ
＝　Ｖ　Ｂ　Ｋ＝　０．７（ｖ）とした時の周期Ｔの特
性を示すものである。縦軸は、ｙ−Ｔ／Ｃ−Ｒを対数目
盛りで−１０− 目盛ってあり、従来の％性曲線は、ｙ＝ｔ／Ｃ！−Ｒで
目盛っである。横軸は、第５図と同様Ｘ＝ＶＣ！／Ｆｉ
である。７１は、式（５）をグラフ化した特性曲線であ
り、７２は、傾き−２の直線である。直線７２に近似さ
れる部分はＴ点からに点まででＸ値で６．６から９２ｆ
、でである。これを電圧に置き換えると、ｘ＝ｖａ／Ｅ
であるから、４．６　（Ｖ）から６．４　（Ｖ）−１：
でとなる。すなわち、第５図に示した本発明による電圧
−周波数変換器は４．６　（Ｖ）から６．４　（Ｖ）ま
で電圧の２乗に比例する周波数を有する特性となる。こ
れは従来の回路と比較して大幅に等エネルギ特性を示す
電圧範囲が広くなっている。

第８図は、本発明による丈−マルプリンタの駆動方式を
用いた電子卓上計算機（以■電卓と略す）の略図である
。８１は電源、８２は第５図に示したＶ−ｆコンバータ
、２１は、第４図で示した、発熱ヘッド、２２は発熱要
素をそれぞれ示している。８５は発熱要素２２への通観
を制御する給電トランジスタ、８４はアンドゲート、８
５は文字信号発生装置、８６はＶ−ｆコンバータの出力
を所定の数だけ計数するカウンタ、８７は、演算及びサ
ーマルプリンタの制御等をする中央処理装置、略［７て
ＣＰＵである。８８は、Ｖ−ｆコンバータ８２の出力を
所定の数だけ計数するカウンタ、８９はステップモータ
への駆動信号を発生するディバイダー、２９は第４図に
示したサーマルプリンタの駆動源であるモータであり、
０１，０２，０５゜Ｃ４の４相のコイル９１とロータ９
２を有するステップモータを示している。９０はステッ
プモータ２９のコイル９１への通電を制御するトランジ
スタである。０ＰＵ８７には一般にマイクロプロセッサ
が用いられ、文字信号発生装置８５には一般にＩ１０ポ
ートが用いられる。ＰｙＴ定のタイタングに於いて通電
すべと発熱要素２２への通電信号が文字信号発生装置８
５から出力され、同時にカウンタ８６から電源電圧Ｖｃ
の電位に応じたパルス幅の信号が出力され、アンドゲー
ト８４によって、両出力を結合され、１１＠岨圧に応じ
た通電が発熱Ｊ＆素２２になされる。

上記したように、電源紙圧に応じた時１…しか発熱要素
２２へ通観されないため、電力の損失がほとんどないと
いう特徴を備えている。父、ステップモータは一般に、
成源電圧が高い時は、応答時間が速く、逆に直圧が低い
時は応答時間が遅いと言う特徴を有している。このため
、電圧が高い時には、通電時間を短くすることによって
無駄な電力を抑制することができる。第８図に示した電
卓では、ステップモータ２９への通電時間を決定する基
準信号に前記Ｖ−ｆコンバータを用い発熱要素２２への
通電だけでなく、ステップモータへの通観も電源′直圧
に応じてパルス幅を変化させている。このため、マンガ
ン電池等の限られた容叶の電をを用いたサーマルプリン
タの駆動方式に於いて、上記、ステップモータへ通電時
間の制御は、印字可能な回数を増大させ、きわめて有益
なことである。

第９（Ａ）図は、本発明によるサーマルプリンタの駆動
力式を用いた第８図の′電卓のタイムチャート図で、も
り、第９（Ｂ）は、印字文字とタイ≧゛ングの関係を示
す図である。１００はＶ−ｆコンバーター　１５　− ８２の出力波形、１０１は、カウンタ８６の出力波形で
ありＶ−ｆコンバータの出力を５パルス分だけ計数して
いる。１０２は、発熱ヘッド２１による印字を示し、発
熱ヘッド２１はＤ方向忙移動しながら印字して行く。１
０５はタイタングを示し、１列目はＴＰｌ、２列目はＴ
Ｐ２ｎ列目はｒｐｎと表わす。ｒＰｎとＴＰｎ＋１の間
は１ドツトザイクルと呼ぶ。１０４はスデッグモ〜り２
９への通電信号を示し、０１，０２，０５゜Ｃ４の４相
のコイルによってロータ９２が１回転する。電源電圧が
高いＶｃｌの時、Ｖ−ｆコンバータの周期は小さく、従
って通電時間も短い。１列分の印字がＴＰｌのタイタン
グで行なわれると、ステップモータの０１と０２に順次
通”畦が行なわれ、第４図に示した駆動軸が回転し、発
熱−＼ラド２１はＤ方向へ一列分移動する。次にＴ　Ｉ
ｌ　２のタイピングで２列目の印字が終了すると０５と
０４へ通電される２いうように順次印字がされて行く。

Ｉ’Ｐ５で１列分の印字が終了すると０１，０２゜０５
、Ｃ４と４相に通観することによって文字間＝　１４− スペースを１ドツト分あけることがでとる。この時、連
続回転モータでは、１ドツトサイクル分余ｉ汁に必四と
−ｆるが、ステップモータではＩ’Ｐ５〜ＴＰＺ間をつ
めることができ、印字スピードの上昇に寄与する。ＴＰ
ｌからＴＰ６の終了までで一文字の印字が絡了し、これ
を１文字ザーイクルと言う。Ｉπ９（Ａ）図に於いては
、ステップモータの一相当りの通゛電時間りま、ｖ−ｆ
コンバータの２パルスな巾いている。ステップモータの
応答速度によって、このパルス数は変更するこ七ができ
る。又、１列分の移動に於ける、通電コイルの数も２相
に限定されるものでなく、ステップモータ及びサーマル
プリンタの構造などにより変更する必要がある。電源電
圧が低いＶＢ２の時、第９図のＴＰｎからＩ’Ｐｎ＋５
のタイミングに示すように、発熱要素２２への通電時間
が広がる。

上記した如＜、Ｖ−ｆコンバータ８２の出力によって、
発熱要素２２及び、ステップモータ２９への通電を決定
することにより、無駄な電力損失のないサーマルプリン
タの駆動力式を実現することができる。又、モータ２９
に連続モータを用いた場合は、電源８１が１を池の場合
、電圧が低下した時のことを考慮してモータスピードを
設足しなければ、ならないという、汎雑な問題がらり、
かつ、電圧が低下した時にモータのスピードを設定する
と、電圧の高い時は、発熱−＼ラドへの通′屯時間より
通電周期が大すぎて無駄な時間が生じる。しかしステッ
プモータと本発明によるｖ−ｆコンバータを組み合わせ
ることにより、ステップモータのコイルに対してたえず
適切な通電が保証され、ステップモータ２９のコイル９
１の発熱を抑制し、印字スピードを向上し、かつ低消Ｉ
ｌｉ？電力化を実現できるというきわめて理想的なサー
マルプリンタの駆動方式を実現することができる。

第１０図は本発明による醒圧−周波数変換回路（Ｖ−ｆ
コンバータ）の他の実施レリを示す回路図であり、第５
図と同一物は同一番牲で示し説明を省略する。６１はト
ランジスタであり、抵抗器６２．６５と共に第一の定電
圧手段６６を構成している。６５は第二の定電圧手段の
一種であるダイオードである。前記第一の定”酸比手段
６６と第二の定電圧手段６５との間に抵抗器６４が挿入
されていて、この直列回路を分圧回Ｍ４４と呼ぶ。

第一の定電圧手段６６と抵抗器６４との結合点を８２点
とするとこの８２点と電源４１の一端との間に、ダイオ
ード６７と調整用抵抗器４５を介してコンデンサ４６が
挿入されている。８２点は分圧回路中の任意の点で良い
が、得たい特性に応じて選ばなくてはならない。この分
圧点８２点の電位をＶＢ２とするとこれは第５図に示し
た回路の分圧点Ｓ点の電位と電源電圧Ｖａとの関係と若
干、異っている。第１１図は電源電圧Ｖｃと分圧点８２
点の電位Ｖｅ２との関係を示すグラフである。

電源電圧Ｖｃが高い時は、定電圧手段６６の端子電圧を
ＶｚとするとＶＢ２は、はぼ次式で表わされる。ＶＺは
第５図と同様２．５　（Ｖ）程度である。

ＶＢ２　＝　Ｖ　ｃ−Ｖ　ｚ・・・・・・・・・・・・
（６）しかし、電源電圧が低下してくると、ダイオード
６５の電位に近づく。このためＶＢ２は第１１図の特性
曲線１１０のような特性を示す。ダイオ−１７− 一ド６７は、Ｖ−ｆコンバータの出力特性を微妙に変化
したい場合に挿入されるものである。後段のトランジス
タ、コンデンサ、抵抗器は第５図と同一物であり機能も
同じであるので説明を略す。

第１０図に示したＶ−ｆコンバータの特性は第７図に破
線で示した特性曲線７５であり、直線７２に近似される
範囲はＬ点からに点であり、第５図に示したＶ−ｆコン
バータより電圧範囲が広がっている。すなわち、サーマ
ルプリンタの等濃度印字が可能な電圧範囲が広いという
ことになる。

第１２図は本発明による更に他の実施例であり、第１０
図と同一物は同一番号で示している。第１２の回路は素
子数を減らし簡略な回路にしたものである。５７は抵抗
器で一定電圧手段の一種であるゼナーダイオード５８と
の直列回路により基準電圧Ｅを作り出している。６０は
、スイッチング手段の一種である電圧比較回路であり、
ダイオード５９によって出力端子とコンデンサ４６の接
続されている反転入力とを結合することＫより発振回路
を構成することができる。この時の周波数は、−１８− 分圧回路６６、調整用抵抗器４５、コンデンサ４６によ
って決定される。

尚、本発明によるＶ−ｆコンバータは、温度変′　化に
対しても周波数が変動し、一般にトランジスタのＶ１３
にの温度特性によって、高温になると周波数が高く、低
温では低くなる。これはサーマルプリンタの発熱ヘッド
の要求する通電時間の温度特性と一致し、サーマルプリ
ンタの温度補償にも役立つ。更に温度による影響を上昇
するには調整用抵抗器４５と直列もしくは並列にサーば
スタ等の温度検出素子を接続すれば良い。

上記Ｖ−ｆコンバータの発振周波数を中心値で５０　Ｋ
Ｈ２−２００ＫＨ２程度にすることにより、ＣＰＵ等の
電卓の回路のクロックパルスとして兼用することも可能
であり、コストダウンの要因ともなる。

以上、本発明によるサーマルプリンタの駆動力式は、き
わめて簡略にして、安価な電圧−周波数変換器を用いる
ことＫより、電源電圧の変動に対して、安定な印字＃度
を得るものであり、マンガン電池等の小容量・の電池に
於けるサーマルプリンタの駆動を可能にし、かつ電力を
有効に利用することを可能にしたきわめて画期的なもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の熱ペンの定温度制御回路の一部であり、
１は電源、２は抵抗器、５はコンデンサ６は電圧比較回
路、７は基準電源、９は熱ペンをそれぞれ示している。 第２図は、第１図の電圧比較回路６の出力波形を示す図
である。 第５図は、従来の熱ペンの定温度制御回路の特性を示す
グラフであり、縦軸にｙ　＝　ｔ　／　Ｃ”　Ｒ＊横軸
にＸ＝ＶＣ／Ｅ　　を対数目盛で目盛っである。 第４図（勾、＠は、サーマルプリンタの一実施例の略図
であり、２１は発熱ヘッド、２２は発熱要素、２９はモ
ータをそれぞれ示している。 第５図は本発明による電圧−周波数変換器の一実施例の
回路図であり、４１は電源、４２は定電圧手段、４３は
抵抗器、４５は調整用抵抗器、４６はコンデンサをそれ
ぞれ示している。 第６図は、第５図に示した′電圧−周波数変換器の出力
波形を示している。 第７図は本発明による′電圧−周波数賢換器の出力の特
性を示すグラフであり、１２は従来の熱ペンの定温度制
御回路の特性曲線であり、７１は第５図に示した本発明
による電圧−周波数変換器の特性曲線である。 第８図は本発明によるサーマルプリンタの駆動力式を用
いた電子卓上計算機の略図であり、８２は電圧−周波数
変換器、８７はＣＰＵ、２９は、ステップモータ、２１
は発熱−・ラドをそれぞれ示している。 第９図（Ａ）図は第８図の電卓のタイムチャート図であ
り、１００は′電圧−周波数変換器の出力波形な示す。 第９図（ト）は、印字文字とタイピングの関係を示す図
である。 第１０図は本発明による電圧−周波数変換器の他の実施
例を示す回路図であり、６６は第一の定−２１＝ 電圧手段、６４は抵抗器、６５は第二の定電圧手段をそ
れぞれ示している。 ｊ４１１図は第１０図の直圧−周波数変換器の分圧点Ｓ
２と電源Ｖｃとの関係を示すグラフである。 第１．２１￥Ｊは本発明による電圧−周波数変換器の、
更に１１０の実施例の回路図であり、７０は電圧比較回
路、６８は基準電圧Ｅを作るためのゼナーダイオードを
それぞれ示している。 以上 出願人　信州精器株式会社 代理人弁理士　最　上　　務 −２２− ノ ２９ 第４図 〕ど 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数個の発熱要素と、該発熱要素を配置した発熱ヘ
   ッドと、該発熱ヘッドと接触し熱によって発色する印刷
   紙と、該印刷紙を移動する紙送り装置等の駆動源である
   モータを備えたサーマルプリンタの駆動方式に於いて、
   前記発熱要素に印加される電源の電圧に応じて周波数の
   変化する電圧−周波数変換器を有し、該電圧−周波数変
   換器は、前記電源の両端に挿入された少くとも一つの定
   電圧手段と抵抗器との直列回路による分圧回路と、該分
   圧回路の任意の点と前記電源の一端との間に挿入された
   コンデンサと、該コンデンサの充電レベルに応じてオン
   、オフするスイッチング手段とを主な構成要素とし、前
   記電圧−周波数変換器の出力を基準にして前記発熱要素
   への通電時間を決定する如きサーマルプリンタの駆動方
   式。 ２）前記モータに、ステップモータを用いたサーマルプ
   リンタに於いて、前記電圧−周波数変換器の出力を基準
   にして、前記ステップモータへの通電時間を決定する如
   き、特許請求の範囲第１項Ｎｉｌのサーマルプリンタの
   駆動方式。